導(dǎo)航電子地圖數(shù)據(jù)存儲物理存儲方式應(yīng)用

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摘要：伴隨著全球電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，大量的移動電子設(shè)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(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵是導(dǎo)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(dāng)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(dǎo)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(jìn)一步進(jìn)行調(diào)研，以提高我國電子導(dǎo)航卡的存儲水平。

關(guān)鍵詞：物理存儲；導(dǎo)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(fù)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(jìn)行建庫管理和可視化。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，這些地圖數(shù)據(jù)不能直接在網(wǎng)絡(luò)中流暢顯示，也不適合處理效率低的便攜式GIS產(chǎn)品進(jìn)行高效顯示和快速檢索。然而，在網(wǎng)絡(luò)和電子技術(shù)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(zhǔn)確性以及高效率的可視化效果提出了越來越高的要求。當(dāng)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(luò)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(jìn)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?fù)潢P(guān)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(shí)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(jié)構(gòu)和組織進(jìn)行仔細(xì)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(yīng)的物理地址，并對物理地址相關(guān)的信息進(jìn)行物理處理。設(shè)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(guān)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(guān)系。對應(yīng)于物理地址，物理格式的數(shù)據(jù)直接由二進(jìn)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(diǎn)

從以上對導(dǎo)航物理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分析中可以看出，地理空間數(shù)據(jù)作為導(dǎo)航數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，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(guān)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(jié)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(jìn)制格式。

4導(dǎo)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(shè)備上的導(dǎo)航電子地圖數(shù)據(jù)。嵌入數(shù)據(jù)庫主要是用來移動計(jì)算機(jī)。隨著技術(shù)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(yīng)用。SQL技術(shù)的出現(xiàn)，可以很好地復(fù)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(shù)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(shù)仍有很大的發(fā)展空間。

4.2文件系統(tǒng)

研究導(dǎo)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(yùn)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(jìn)行了擴(kuò)展以便于分析和讀取。在導(dǎo)航電子地圖中，文件系統(tǒng)的物理存儲方式被廣泛采用?？蓪?dǎo)航數(shù)據(jù)劃分為二進(jìn)制和文本文件，便于文件記錄傳輸。極大地增加了導(dǎo)航卡的存儲空間，提高了導(dǎo)航卡的存儲精度。

4.3數(shù)據(jù)物理存儲的邏輯結(jié)構(gòu)

對于導(dǎo)航電子地圖的數(shù)據(jù)存儲分析，根據(jù)應(yīng)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?fù)鋽?shù)據(jù)。因?yàn)閷?dǎo)航資料的尺度不同，地面層的結(jié)構(gòu)當(dāng)然也有差異，使資料在地質(zhì)垂直方向上呈層狀遞進(jìn)，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(xué)層面的數(shù)據(jù)可分為許多小的組織結(jié)構(gòu)。

4.4多文件分塊存儲

當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲結(jié)構(gòu)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(yán)格共享Kiw格式文件，這就使各個城市的文件內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有邏輯性?，F(xiàn)有的導(dǎo)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(shù)在歐洲許多發(fā)達(dá)國家得到了廣泛應(yīng)用。這一技術(shù)可用于歐洲許多國家。為此，在我國實(shí)際物理數(shù)據(jù)存儲設(shè)計(jì)中引入了導(dǎo)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(shí)現(xiàn)導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)的高效存儲與應(yīng)用。對存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯集成處理；對應(yīng)于各行政轄區(qū)的地圖設(shè)計(jì)。相應(yīng)的二進(jìn)制存儲器文件提供了導(dǎo)航卡的版本信號、生產(chǎn)時間等信息，保存在這個二進(jìn)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(jié)構(gòu)主要是指在電子導(dǎo)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(jìn)行操作，以便管理和存儲導(dǎo)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(jī)客戶端上顯示查詢資料。移動客戶端上的電子導(dǎo)航卡不需要存儲SQL指令。還有專門的導(dǎo)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(yīng)用于物理存儲時，可將電子地圖導(dǎo)航數(shù)據(jù)存儲在單一數(shù)據(jù)模塊中。最真實(shí)的地理數(shù)據(jù)存儲地址可以在數(shù)據(jù)管理中實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)框架由兩個部分組成：幾何數(shù)據(jù)和拓?fù)鋽?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(dǎo)航卡進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，還需科學(xué)劃分不同區(qū)域的行政區(qū)域，明確電子導(dǎo)航卡數(shù)據(jù)采集和拓?fù)鋽?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(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和不同施工點(diǎn)的造型點(diǎn)的數(shù)量。若要確定另一截面結(jié)構(gòu)的偏移水平，就必須應(yīng)用于前一截面的動態(tài)縱向計(jì)算結(jié)果，用這個規(guī)則來表示卡片數(shù)據(jù)序列。存儲結(jié)構(gòu)的2B長度是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲在X方向上的初始階段。并沿著X方向的進(jìn)行網(wǎng)格數(shù)據(jù)存儲。

6試驗(yàn)

通過導(dǎo)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(jìn)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(dǎo)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(yàn)數(shù)據(jù)，采用windowscenet5.0開發(fā)了車載導(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)的重要功能，實(shí)現(xiàn)了電子地圖的縮放和導(dǎo)航規(guī)劃。

7啟示

導(dǎo)航數(shù)據(jù)存儲的物理格式的成功經(jīng)驗(yàn)表明，導(dǎo)航數(shù)據(jù)的基本數(shù)據(jù)等詳細(xì)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(hù)了所有地理元素的拓?fù)?，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(dǎo)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(guān)鍵是對物理格式和通用格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并建立一套完整的分類編碼系統(tǒng)。

8結(jié)論

綜上，電子導(dǎo)航卡中數(shù)據(jù)的物理存儲對于保證導(dǎo)航系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。文章分析了導(dǎo)航數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，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(jìn)行行政區(qū)域劃分的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)代電子地圖導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，對當(dāng)代的電子地圖導(dǎo)航系統(tǒng)又有了更深層次的認(rèn)識和了解。

參考文獻(xiàn)：

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

作者：倪倩雯 單位：江蘇火禾信息技術(shù)有限公司