導航電子地圖數(shù)據(jù)存儲物理存儲方式應用

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摘要：伴隨著全球電子信息技術的不斷發(fā)展，大量的移動電子設備正在干擾著人們的視覺，改變著人們的生活?，F(xiàn)代電子導航系統(tǒng)發(fā)展的關鍵是導航電子地圖數(shù)據(jù)的物理存儲。如何有效地管理和優(yōu)化GIS海量數(shù)據(jù)的可視化是當前行業(yè)的瓶頸問題?；締栴}在于GIS數(shù)據(jù)(尤其是地理數(shù)據(jù))的訪問格式和方式。通過對國內(nèi)外各種導航卡數(shù)據(jù)格式的研究與開發(fā)，提出了一種簡化的空間數(shù)據(jù)存儲方式，其物理存儲方式是地理數(shù)據(jù)存儲方式。為此，文章將進一步進行調(diào)研，以提高我國電子導航卡的存儲水平。

關鍵詞：物理存儲；導航；電子地圖；數(shù)據(jù)存儲

1引言

地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)由于其對地球空間對象的管理復雜，其數(shù)據(jù)量往往很大，大量的地理數(shù)據(jù)以不同的二維或多維方式最終呈現(xiàn)在電子屏幕上。巨大的地理空間數(shù)據(jù)量給地圖數(shù)據(jù)的管理和顯示帶來了許多問題，其中最突出的是地圖數(shù)據(jù)的加載速度和平滑顯示問題。通過大型GIS平臺，如ESRI的*.Shp、*.Coverage格式數(shù)據(jù)、Mapinfo的*.Mif、*.Mid數(shù)據(jù)以及國內(nèi)MapGIS、Surpermap、VRmap、GeoStar等國產(chǎn)GIS平臺生成的矢量地圖數(shù)據(jù)，對傳統(tǒng)地理數(shù)據(jù)進行建庫管理和可視化。在網(wǎng)絡環(huán)境下，這些地圖數(shù)據(jù)不能直接在網(wǎng)絡中流暢顯示，也不適合處理效率低的便攜式GIS產(chǎn)品進行高效顯示和快速檢索。然而，在網(wǎng)絡和電子技術飛速發(fā)展的背景下，人們對各種類型的GIS數(shù)字產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息的豐富程度、準確性以及高效率的可視化效果提出了越來越高的要求。當前，解決這個問題的方法是用柵格化和裁切塊的地理底圖，例如Mapabc、Mapbar、51ditu等網(wǎng)絡電子地圖，通常是在柵格化和裁切大量矢量數(shù)據(jù)之后對其進行分級顯示；GoogleEarth地圖也是一樣，它把塊劃分為衛(wèi)星圖像作為地理底圖。此方法雖然可以緩解地圖平滑顯示問題，但也帶來了其他問題，例如，柵格化數(shù)據(jù)失去了矢量地理數(shù)據(jù)基于拓撲關系的許多特征，大型柵格圖為地圖數(shù)據(jù)的更新增加了難度；而要在不影響數(shù)據(jù)豐富程度的前提下實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)最有效地可視化效果，則需要對矢量地理數(shù)據(jù)的結構和組織進行仔細研究。

2物理格式存儲原理

在空間數(shù)據(jù)訪問中，傳統(tǒng)的方法是通過搜索操作對象的邏輯地址來獲取信號流信息，然后將邏輯地址映射為對應的物理地址，并對物理地址相關的信息進行物理處理。設置包含邏輯地址的搜索過程的格式存儲。例如，物理格式化數(shù)據(jù)存儲在光盤中，物理格式化表示了如何在CD上存儲數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)塊可以直接包含地址、數(shù)據(jù)塊的物理地址、數(shù)據(jù)塊的大小等等。這一改變并不要求獲得記錄之間的邏輯關系，而是以一種有效的編碼方式存儲物理地址中的元素的邏輯關系。對應于物理地址，物理格式的數(shù)據(jù)直接由二進制來決定，而對于每條記錄，數(shù)據(jù)長度由偏移量決定，以比特率為單位；數(shù)據(jù)的存儲媒體是直接訪問物理地址的光盤。它的基本物理存儲類型有3種：順序存儲，鏈接存儲和索引存儲。

3地理數(shù)據(jù)物理存儲的特點

從以上對導航物理數(shù)據(jù)結構的分析中可以看出，地理空間數(shù)據(jù)作為導航數(shù)據(jù)的基礎，其物理存儲方式具有以下特征：（1）為提高數(shù)據(jù)的移動性和便攜性，存儲數(shù)據(jù)的媒體選擇嵌入式光盤和SD卡等，數(shù)據(jù)格式直接規(guī)定存儲在媒體中的物理地址；（2）以物理包的方式存儲地理數(shù)據(jù)﹔（3）建立數(shù)據(jù)的綜合分類，包括要素和邏輯關系的分類；（4）分組、分級存儲，以滿足不同規(guī)模的要素調(diào)用率；（5）記錄數(shù)據(jù)長度的偏移，以減少閑置物理空間；（6）結合屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)以提高屬性數(shù)據(jù)獲取率；（7）地理數(shù)據(jù)采用二進制格式。

4導航電子地圖數(shù)據(jù)的物理存儲辦法

4.1嵌入式數(shù)據(jù)庫

有2種物理方式來存儲現(xiàn)代移動設備上的導航電子地圖數(shù)據(jù)。嵌入數(shù)據(jù)庫主要是用來移動計算機。隨著技術的不斷開放，嵌入式數(shù)據(jù)庫存儲方法已經(jīng)在Sybaseenter等產(chǎn)品中得到了應用。SQL技術的出現(xiàn)，可以很好地復制數(shù)據(jù)，存儲移動數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的安全性。盡管嵌入式數(shù)據(jù)庫存儲技術還不夠完善，數(shù)據(jù)引擎分析功能還比較薄弱，但存儲技術仍有很大的發(fā)展空間。

4.2文件系統(tǒng)

研究導航電子地圖文件系統(tǒng)的存儲問題，可支持對海量數(shù)據(jù)以GB為單位的文件存儲。在不更改數(shù)據(jù)格式的情況下，它可以保存不同類型的文件。此外，該物理存儲方法基于文件系統(tǒng)，運算和存取速度快，適合文件定位。為提高數(shù)據(jù)文件的讀入速度，對數(shù)據(jù)文件內(nèi)部偏移進行了擴展以便于分析和讀取。在導航電子地圖中，文件系統(tǒng)的物理存儲方式被廣泛采用?？蓪Ш綌?shù)據(jù)劃分為二進制和文本文件，便于文件記錄傳輸。極大地增加了導航卡的存儲空間，提高了導航卡的存儲精度。

4.3數(shù)據(jù)物理存儲的邏輯結構

對于導航電子地圖的數(shù)據(jù)存儲分析，根據(jù)應用功能的不同，可以將地圖數(shù)據(jù)分為幾何數(shù)據(jù)和拓撲數(shù)據(jù)。因為導航資料的尺度不同，地面層的結構當然也有差異，使資料在地質(zhì)垂直方向上呈層狀遞進，但在水平方向上呈現(xiàn)一定的規(guī)律，從而收集到數(shù)據(jù)。地理學層面的數(shù)據(jù)可分為許多小的組織結構。

4.4多文件分塊存儲

當數(shù)據(jù)的物理存儲結構被邏輯分析后，Kiw格式的文件可以把所有的中國地圖數(shù)據(jù)存儲在一個文件中。通過多文件塊存儲，發(fā)現(xiàn)每個城市都有一個Kiw文件，但是問題是，我國各行政區(qū)并沒有嚴格共享Kiw格式文件，這就使各個城市的文件內(nèi)部結構具有邏輯性。現(xiàn)有的導航電子地圖系統(tǒng)無法同時為不同的城市地圖存儲不同的文件。SDAL數(shù)據(jù)存儲技術在歐洲許多發(fā)達國家得到了廣泛應用。這一技術可用于歐洲許多國家。為此，在我國實際物理數(shù)據(jù)存儲設計中引入了導航卡中區(qū)域管理單元的概念，減小了各文件的容量值。從而更好地實現(xiàn)導航地圖數(shù)據(jù)的高效存儲與應用。對存儲數(shù)據(jù)進行邏輯集成處理；對應于各行政轄區(qū)的地圖設計。相應的二進制存儲器文件提供了導航卡的版本信號、生產(chǎn)時間等信息，保存在這個二進制文件中。

4.5數(shù)據(jù)管理框架

以數(shù)據(jù)端口管理框架為代表的物理存儲邏輯結構主要是指在電子導航圖中的數(shù)據(jù)檢索和數(shù)據(jù)定位操作。舉例來說，使用者可以選擇在某一地圖區(qū)域內(nèi)操作道路和建筑物數(shù)據(jù)，再進行操作，以便管理和存儲導航電子地圖數(shù)據(jù)，分析地圖區(qū)域劃分中的數(shù)據(jù)信息，加速SQL數(shù)據(jù)的完成。使用者也可以在智能手機客戶端上顯示查詢資料。移動客戶端上的電子導航卡不需要存儲SQL指令。還有專門的導航數(shù)據(jù)系統(tǒng)來獲取和處理信息。將此數(shù)據(jù)管理框架應用于物理存儲時，可將電子地圖導航數(shù)據(jù)存儲在單一數(shù)據(jù)模塊中。最真實的地理數(shù)據(jù)存儲地址可以在數(shù)據(jù)管理中實現(xiàn)。數(shù)據(jù)框架由兩個部分組成：幾何數(shù)據(jù)和拓撲數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)框中有許多小數(shù)據(jù)框，從大數(shù)據(jù)框定位到大數(shù)據(jù)框，再用小數(shù)據(jù)框縮小數(shù)據(jù)索引范圍，快速定位卡片數(shù)據(jù)。

5物理存儲的文件格式

如采用電子導航卡進行數(shù)據(jù)存儲，還需科學劃分不同區(qū)域的行政區(qū)域，明確電子導航卡數(shù)據(jù)采集和拓撲數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)文件的特征，分析電子地圖數(shù)據(jù)的物理存儲數(shù)據(jù)庫，以確定一般文件格式的幾何結構數(shù)據(jù)和不同施工點的造型點的數(shù)量。若要確定另一截面結構的偏移水平，就必須應用于前一截面的動態(tài)縱向計算結果，用這個規(guī)則來表示卡片數(shù)據(jù)序列。存儲結構的2B長度是網(wǎng)絡數(shù)據(jù)存儲在X方向上的初始階段。并沿著X方向的進行網(wǎng)格數(shù)據(jù)存儲。

6試驗

通過導航測試，選取浙江省杭州市電子地圖數(shù)據(jù)、MIF數(shù)據(jù)，對Mapbase數(shù)據(jù)進行剪裁和分層，以文本格式交換數(shù)據(jù)。使用visualc+6.0軟件檢查并填充導航電子地圖數(shù)據(jù)的物理存儲格式，最終通過Open軟件ultriedit打開，數(shù)據(jù)組織良好。該函數(shù)有6.25MB大小。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，采用windowscenet5.0開發(fā)了車載導航電子系統(tǒng)。rm9-atlas-200mhz處理器正在使用。內(nèi)存64MB，尺寸12.7cm，液晶TFT觸摸屏分辨率為320*240像素，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代電子導航系統(tǒng)的重要功能，實現(xiàn)了電子地圖的縮放和導航規(guī)劃。

7啟示

導航數(shù)據(jù)存儲的物理格式的成功經(jīng)驗表明，導航數(shù)據(jù)的基本數(shù)據(jù)等詳細空間數(shù)據(jù)也可以存儲。以此方式存儲的數(shù)據(jù)是一個矢量，維護了所有地理元素的拓撲，便于各種空間分析和查詢。而且，數(shù)據(jù)量大大減少，讀寫速度也大大提高。該存儲模式從根本上解決了長期以來地圖數(shù)據(jù)中海量數(shù)據(jù)的訪問和顯示問題。通用的物理存儲格式改變了存儲數(shù)據(jù)的基本方式，減少了訪問數(shù)據(jù)的時間，簡化了數(shù)據(jù)量，同時也解決了大量地理數(shù)據(jù)帶來的問題。物理存儲格式是將來存儲和管理海量地理數(shù)據(jù)的好方法。通過對導航數(shù)據(jù)物理格式生成過程的分析，指出地理物理數(shù)據(jù)格式確定的關鍵是對物理格式和通用格式進行轉換，并建立一套完整的分類編碼系統(tǒng)。

8結論

綜上，電子導航卡中數(shù)據(jù)的物理存儲對于保證導航系統(tǒng)的正常運行至關重要。文章分析了導航數(shù)據(jù)的邏輯結構，探討了物理存儲文件格式，并在對現(xiàn)有城市電子地圖數(shù)據(jù)進行行政區(qū)域劃分的基礎上，對現(xiàn)代電子地圖導航系統(tǒng)進行了深入研究，對當代的電子地圖導航系統(tǒng)又有了更深層次的認識和了解。

參考文獻：

[1]狄琳.我國導航電子地圖現(xiàn)狀分析[A].中國衛(wèi)星導航定位協(xié)會.衛(wèi)星導航定位與北斗系統(tǒng)應用2014——壯大北斗產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新位置服務[C].:中國衛(wèi)星導航定位協(xié)會,2014:3.

作者：倪倩雯 單位：江蘇火禾信息技術有限公司