汽车导航用电子地图的高效路网模型
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汽车导航用电子地图的高效路网模型
丁捷杨殿阁颜波李克强连小珉
（清华太学，汽车安奎与节能国家重点实验室，北翥１０００８４）
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［摘要］为ｒ有效地描述实际道路网络，提高汽车导航系统的运行效率，建市了一种新的电子地图的路剐模型。在分析丁嵌入式系统特点的蕹础上，对路阔的数据结构进行了简化。采用重整宴体ＩＤ的方法，进４步提高ｒ数据的处理效率。实践证明，该模型可以较好地表述实际的道路网络，结构精练，处理效率高，适合车载导航系统，特别是嵌入式车载导航系统的要求。
叙词：汽车导航?电子地图?路网模型
ｌｊ斗ｑ弓
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１引言
目前，绝大多数车载导航系统的设计采用嵌入式系统方案。嵌入式系统是指将应用程序和操作系统与计算机硬件集成在一起的系统。简单的说就是系统的应用软件与系统的硬件一体化。类似与ＢＩｏｓ的工作方式。这种系统县有软件代码小，高度自动化，响应速度快等特点，适合于要求实时处理和多任务的体系，特别是车载导航系统。
路网数据是车载导航电子地图中主要研究的数据，也是智能化交通运输系统（ＩＴｓ）建立数据框架的基础。但是。常见的电子地图路网模型一般是由基ｊ：桌面Ｇｌｓ（地理信息系统）的路网模氆改进得来。这种模型的缺陷在于对实际道路网络的描述不够周详，难蹦表达路段的拓扑关系，以及难以显示交航系统来说，软硬件环境要求过高，数据量过于庞大，无法实现实时处理。因此，必须对原有路网模型进行改进，以适应嵌入式车载导航系统的要求。
２道路网络的模型
图ｌ显示了路网的
基本元素和拓扑关系。
节点指道路交叉口、道路
尽头或道路属性改变的
地方的点【２Ｊ（图中带数
字标号的点）；角点指描
图ｌ路嘲模型中的基本
元素和拓扑．ｊ∈系
述多义线道路几何形状的点（图中黑色实心点）；而道路则描述了节点与节点之问的联系（如路段Ａ、Ｂ）。
如果把角点归于道路的属性数据，则整个路网
通控制中的转弯限制【ｌ】。而且对于嵌入式车载导模型可表述为原稿收到日期为２００２年８月２６日。修改稿收到日期为２００２年１０月２８日。
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ｆＲｗ＝（Ｎ．Ｒ，ＬＲ）
｛Ｒ＝｛（ｒ＇Ⅳ）Ｉ“Ｙ∈Ｎ，且Ｌ（ｚ．ｙ）｝（１）
¨，Ｒ＝二｛＜ｍ，ｎ）Ｉｍ，ｎＥＮ，ｊ．７（ｍ，ｎ），
式中ＲⅥ，代表道路网络；?
Ｎ代表节点集；
Ｒ代表道路集合，其元素是有序对（ｚ，Ｙ），滑词
』。（一ｖ）表示由节点ｚ到节点ｖ存在一条有向通
路，如图２中，若分别用ｚ，和“表示节点３、节点
４，则（一ｒ。，，。）就表示从节点３到节点４有一条有向
道路Ａ；
』，。代表转弯限制的
集合，其元素是有序对（ｍ，
”），谓词Ｊ，７（ｍ，ｎ）表示从道
路ｍ到道路”即存在转变限
制，如图２中拥有公共节点３的Ａ、Ｂ两道路，若ＬＨ中存图２交通限制信息示意图
在元素（Ｂ，Ａ），则表示在交叉道口（节点）３处禁止从道路Ｂ行驶到道路Ａ。
根据Ｊ：述路网模型，路网由３个实体集组成：节点集、道路集和转弯限制集合。由此建立路网数据结构如图３。
分析转变限制集的组成。它的每个元素是具有公共节点的两条道路的有序对。这个公共节点是存在于节点集中的。两条道路是存在于道路集中的。也就是说，不需要为道路关系集专门建立专门的元素实体，只需将这种关系直接映射到现有的元素上就行了。因此。在数据结构中，把转弯限制集的元素分配到其相关节点
的属性中，构成相
关转弯限制集。它
实际上是整个路网
转弯限制集合的子
集。如图２中，若
ＬＲ中存在元素
＜Ｂ，Ａ），可以把它
分配到节点３的属
性中去。假设与节
点３相关的转弯限
制共有两个：禁止
从道路Ｄ到道路
Ａ和禁ＪＬ从道路Ｂ
到道路Ａ，则节点
３的相关转弯限制图３路网数据结构示意图
２３３
集为｛（Ｂ，Ａ），（Ｄ，Ａ）｝。
为了解决单行线的表述问题，在道路的属性数据中引入一个布尔变最。此变最为布尔型，若此道路为单行线，则变量为’ＦＲＵＥ，反之为ＦＡｌ。ＳＥ。如图２中的道路Ｃ，其表述为（ｚ３，ｚ２），即从节点３到节点２的一条有向道路。如果它的单行标志为７Ｉ＇ＲＵＥ，则表示从节点２到节点３是不可通行的；反之则表示道路ｃ是双行线。
为ｆ表示道路的车辆通行能力，给道路的属性中增加一个加权系数属性，即道路拥堵系数，并将道路长度与此系数的乘积称为道路的加权长度。道路拥堵系数越大，说明道路的车辆通行能力差，对应的加权长度也越长，即车辆通过此道路所需时｜硪就越长【３］。
上述路网模型充分考虑ｒ车辆导航系统的要求，在数据结构方面作了适当的简化，它具有以Ｆ几个特点。
（１）采用有序道路对（ｍ，ｎ）的方式描述转弯限制，能够真实有效地反映实际路网的状况。并且由于数据结构中把此类元素作为相关节点的属性进行组织，在进行最优路径查找或车辆引导时，从节点内部就可得到转弯限制信息，而不必查淘相邻节点或道路的信息。如图２中，若节点３的相关转弯限制集为｝（Ｂ，Ａ＞，＜Ｄ，Ａ）｝，则在其内部就可得到Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四条道路两两通行的信息。
（２）采用有序节点对（ｚ，Ｙ）的方式描述道路，不但能够有效地反映节点与节点间的连接关系，从而形成完整的路网拓扑结构，而且能够说明道路的方向性。结合道路的另一属性单行标志，就可以清楚地摊述道路的单双向信息。
（３）采用单行标志的方式表述单双向信息．可以有效地缩减数据量。目前国际上应用范围较广的数字道路地图标准主要有欧洲的ＧＤＦ文件标准…４、美国的ＳＤＴＳ（ＳｐａｔｉａｌＤａｔａＴｒａｎｓｆｅｒＳｔａｎｄａｒｄ）ｔ５１以及日本数字道路地图协会（ＪＤＲＭＡ）的ＤＲＭ（１）ｉｇｉ—ｔａｌＲｏａｄＭａｐ）文件交换标准岫Ｊ。在这些标准的路网模型中，通常是以添加道路元素的方式描述道路单双向信息的，即如果道路为双向的，则路网数据中有两条方向相反的道路分别描述此道路的上、Ｆ行车道。这种方法可以清楚地描述出道路单双向信息。但在实际的路网中，上、下行车道皆可通行的道路不是少数，按照这种方法构造路网肯定会使数据量大大增加。而采用增加单行标志的方法，不但可以解决单行道的表述问题，而且增加的数据量要少得多。
力
汽车导航用电子地图的高效路网模型
作者：丁捷， 杨殿阁， 颜波， 李克强， 连小珉
作者单位：清华大学,汽车安全与节能国家重点实验室,北京,100084
刊名：
汽车工程
英文刊名：AUTOMOTIVE ENGINEERING
年，卷(期)：2003，25(3)
被引用次数：13次
参考文献(6条)
1.张小国.王庆.王宁电子地图道路网模型及其自动生成算法研究[期刊论文]-中国图象图形学报A辑 2001(05)
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4.Hinrich Claussen Status and Directions of Digital Map Databases in Europe
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，并有利于交通部门对车辆集中管理和调度。
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根据系统的实际情况，选择了实时多任务操作系统μC/OS-II和嵌入式图形用户界面μC/GUI作为本系统的软件平台，完成了两者在系统硬件平台上的移植。针对μC/GUI环境下简体中文汉字的显示问题，给出了一种比较完善的解决方案。
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4.期刊论文李清泉.李必军.李锦辉.LI Qing-quan.LI Bi-jun.LI Jin-hui汽车导航技术的现状与发展趋势-测绘
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本论文利用上海曙天信息数码科技有限公司的研究平台，设计和实现了汽车电子导航教学实验系统。改进型Dijkstra最短路径算法在此系统上运行和测试，结果表明该算法能够提供高效率的搜索速度和较高的精度。此汽车导航教学实验系统已经获得了专利权。申请号为200520047201.3，申请人
：上海曙天信息数码科技有限公司，实用新型名称：汽车电子导航教学实验系统。
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本课题以基于ARM-Linux平台设计与实现的车载导航系统：1.采用低功耗、低成本、高性价比的32位RISC嵌入式微处理器ARM，通过对Bootloader配置、移植，完成硬件进行初始化。
2.使用免费开源的Linux作为操作系统，来协调软硬件共同工作。
3.参照其他导航系统，采用开源的MiniGUI轻量级图形工具进行设计开发GIS系统。
本文首先介绍了车载导航系统软硬件选择、整体设计；然后介绍了ARM，BootLoader和Linux的定制、移植；重点介绍了在ARM处理器和Linux操作系统上采用MiniGUI设计实现的车载导航系统。
引证文献(13条)
1.丁杰.吉国力.刘法能基于城市应急指挥系统的最优路径算法[期刊论文]-厦门大学学报（自然科学版） 2009(5)
2.范昌胜.郭强基于VNS转向、拥挤等限制路网的最优路径算法[期刊论文]-计算机工程与设计 2009(4)
3.樊月珍.江发潮.毛恩荣车辆行驶最优路径优化算法设计[期刊论文]-计算机工程与设计 2007(23)
4.李挺.杨殿阁.罗禹贡.郑四发.李克强.连小珉道路网络中门到门包含重复节点的最优路径算法[期刊论文]-清华大学学报（自然科学版） 2007(5)
5.杨易.谷正气.胡林.容哲.罗国清基于概率决策的车辆导航系统地图匹配算法[期刊论文]-汽车工程 2006(10)
6.吴向华一种考虑交通限制信息的道路网络模型[期刊论文]-中国科技信息 2005(13)
7.李挺.杨殿阁.罗禹贡.颜波.郑四发.李克强.连小珉受限路网中汽车行驶最优路径算法及优化实现[期刊论文]-汽车工程 2005(6)
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9.吴向华电子导航地图的生成及最优路径研究[学位论文]硕士 2005
10.唐章英GIS技术在车辆导航系统中的应用[学位论文]硕士 2005
11.童蔚苹面向移动应用的GIS系统研究与开发[学位论文]硕士 2005
12.樊月珍基于交通流的车辆动态路径诱导方法研究[学位论文]博士 2005
13.徐中明.贺岩松.文琍汽车智能交通系统(ITS)中的关键技术--电子地图[期刊论文]-重庆大学学报（自然科学版） 2004(10)
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