第五章一 导航地图的基本原理

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由于ITS、LBS等应用领域的独特需求,导航数据库在数据模型、数据组 织、数据准确性方面乃至实现技术方面,与一般意义上的地理空间数据 库有所不同。
目录
• 电子地图的基本概念 • 电子地图的分类 • 电子地图的系统构成 • 电子地图的功能 • 电子地图的数据模型与数据建库(第五章第二、三节)
– 导航电子地图的数据模型与数据建库(数据库模型)
– 对多边形往往不十分关心多边形的边界,而只需要了解多边形与 某些道路之间的关系,大多数情况下这些道路往往并不是环绕多 边形的边界(甚至,如道路可能穿过湖泊)。
此时若沿用传统的数据模型, 往往需要建立所有封闭多边形 与相关弧段之间的关系,是极 不必要的。
导航数据库经常采用的用结 点、弧段、面等图元的模型。
包括: 计算机主机 输入设备 存储设备 输出设备 网络通信设备
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
• 软件系统
电子地图的软件系 统是由指电子地图 制作和应用所必须 的各种程序。 包括: 计算机系统软件、 电子地图平台软件、 电子地图应用软件。
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
• 软件系统
电子地图作为面向大众、综合性和以可视化表达为主的地理信息产品,考虑软件需要具备灵活、方便、 占用空间小、易安装和使用等特点,把电子地图软件划分为电子地图平台软件(设计系统)和电子地图 应用软件(浏览系统)两个相互独立的子系统,以及一些辅助性软件。
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
• 电子地图的基本概念
总结:
– 狭义:电子地图就是以数字地图为数据基础, 以计算机系统为处理平台, 在屏幕上实时显示 的一种地图形式。
– 广义:电子点图是屏幕地图与支持其显示的地 图软件的总称。
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
• 电子地图的共性特征
➢ 电子地图是一种地图产品(具有地图的三个基本特征: 数学法则、制图综合和特定的符号);
点线面综合,但以线状要素为主。
点状要素(交通灯、收费站、加油站、高速公路出入口、公交车站、小码头等) 线状要素(航线、各级公路、各级铁路等) 面状要素(停车场、飞机场、港口等)来反映交通详细信息,满足交通运输服务的要求 而智能交通系统的功能需求则决定了线状要素是主要的。车辆导航、最短路线的选择、 公交车路线、车流控制、紧急救援线路选择等都发生在线状要素上。因此,线状要素 是整个交通电子地图的核心。
在城市供电管网数据库中,需要表达道路与其下管网之间的关系,而公共汽车 站只作为地理参照背景,不必建立其与道路及管网之间的关系,因而有两个实 体和一个关系(埋有)
而在公交管理系统中,道路和公交车站的关系变为主要的,而地下管网成为背 景信息,甚至可以忽略,则实体和关系的内容都不同了。
值得注意的是, 我们常常提到到点、线、面模型和栅格数据模型 是针对计算机系统对空间数据的描述与表达方法而提出的。而此 处我们说谈的数据模型(数据库概念模型)是结合某一个或某一 类具体的地理信息应用系统建设需求而对现实世界的抽象与理解, 这种数据模型(数据库概念模型)中的实体在计算机系统中,可 以用点、线、面模型来表达,也可以用栅格模型来表达。
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
• 电子地图的基本概念
✓ 电子地图就是在电子介质上使用的地图(Taylor,1991) ✓ 电子地图就是以地图数据库为基础,在计算机屏幕上显示的地图(吴忠性,
1995) ✓ 电子地图是基于电子技术的屏幕地图(郭仁忠,1996) ✓ 电子地图是数字地图在屏幕上的实时显示(廖克,2000) ✓ 电子地图是数字地图经可视化处理在屏幕上显示出来的地图(祝国瑞,2004)
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
• 电子地图与地图、GIS的关系
➢ 电子地图与传统模拟地图
– 多尺度、支持多媒体数据、描述动态变化过程…
➢ 电子地图与数字地图
➢ 电子地图与GIS
区别: 数字地图是地图数据库用户的观点,和具体表达的符号无关; 电子地图是以数字地图为基础的屏幕模拟表达,它直接依赖于地图符号和符号库系统的支持。 数字地图是电子地图的数据基础; 电子地图是数字地图的表达结果。 从严格的地图意义来讲,数字地图并不是地图,它缺失了地图特定的表现形式——地图语言 这一根本要素,而表现为一组地理空间数据的集合,数字地图更关注数据的类型和结构, 处于数据基础的地位。 电子地图在地图数据、符号及相关软件的支持下, 强调了地图表达和地图应用的特点, 产生了众多新的地图图种形式
物理设计是对一个给定的逻辑 模型选取一个最适合应用环境 的物理结构的过程,主要指数 据在物理设备上的存储结构和 存取方法。依不同的计算机系 统和不同的应用环境有很大的 差异。
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
• 不同应用领域中的概念数据模型
例如现实世界中 有一条道路, 路 面下排列了数条 城市管网,道路 一侧有一个公共 汽车站。
一般GIS应用系统的数据库则是针 对相关应用,在基础地理信息数据 库的基础上叠加相关的专业空间要 素及属性,通常只顾及与专业信息 相关的空间要素内容。
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
• 信息内容(导航数据库)
– 要素:不但需要道路网本身的各类要素(行车路线、 道路交叉口、立交桥),还需要与交通行为相关的各 类要素(车站、交通信号灯、各类单位及商业服务点)
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
• 两者关系: – 电子地图是GIS中地理数据表达得主要方式, 在GIS中电子地图是联系用户和地理数据库的 桥梁。 – 电子地图中也应用GIS的空间和属性的处理、 运算和分析手段。
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
• 电子地图的分类
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
导航数据库的技术特点
1)数据模型要求
导航数据库数据模型在信息内容、拓扑关系描述与要素表达方法方面与一般的 地理数据库有别:
• 信息内容
通常的基础地理信息数据库主要任 务是在不同详细与准确程度(比例 尺)上对地理环境进行综合描述, 着重于表达各类要素的位置、形状 和基本属性,对要素间的关系没有 给予太多的重视。
联系: 电子地图通过电子地图应用系统(包括浏览、查询和分析功能)调用数字地图I/O接口来访问 数字地图,并在屏幕上显示
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
• 电子地图与GIS的关系
电子地图和地理信息系统都是现代地图学发展到一定阶段的必然产物,二者都 是以地理空间数据为基础,都涉及到地理空间数据的组织、管理、分析与表达。 但两者的侧重面不同,主要表现在:
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
• 软件系统——地图数据库设计
概念设计是将现实世界中的具 体事务抽象为信心世界中的数 据模型(称为数据库中的概念 模型那个)。概念模型独立于 具体的数据跨管理系统,只与 应用环境和需求相关。通常用 实体、属性、域、码、关系来 描述。
逻辑设计通常是在一个商业数 据库管理系统(DBMS)支持下 进行的,将概念模型转换为 DBMS所支持的数据模型(关 系、网状和层次模型)。
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
信息内容——集成表达
例如,一个道路交叉口,可以按图a详细地描述车道与交通流, 也可能将其抽象为图b所示的简单网络,甚至可以进一步抽象 为一个点。
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
信息内容——集成表达
一般的空间数据库中,不同比例尺、不同综合程度、不同抽 象表达程度的数据往往存储在不同的数据集中,因为可以分 别用不同的数据模型来进行表达,不必在意是否可以集成。
设计系统负责电子地图数据采集、数据处理等功能,将多源、多维、多尺度和多类型的数据集成为一个 整体,以构建地图数据库。
浏览系统是用户通过观看电子地图了解自己感兴趣地理信息的一个可操作平台,包含地图缩放漫游、查 询分析等功能。
地图数据库和符号库在设计软件中建立,在浏览软件中应用,成为联系两个软件的数据枢纽。
➢ 电子地图反映客观地理世界; ➢ 电子地图是以计算机为平台; ➢ 电子地图是以地图数据库位基础; ➢ 电子地图必须在屏幕上实时符号化显示。
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
• 电子地图的特点
✓ 数据与软件的集成性 ✓ 过程的交互性 ✓ 信息表达的多样性 ✓ 无极缩放与多尺度数据 ✓ 快速、高效的信息检索与地图分析 ✓ 多维与动态可视化 ✓ 共享性 ✓ 低成本性
1)地图数据的完整性要求不同 2)核心功能的要求不同 3)地图表达的应用要求不同 4)产品的通用性程度不同
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• 实体、属性、关系的数据模型与数据采集
• 电子地图集的数据结构与数据组织(第六章)
– 导航电子地图集的数据结构与数据组织(存储/物理模型)
• 电子地图的可视化表达 • 电子地图的空间分析(第七章)
– 导航地图数据的道路网络分析及路径规划
• 电子地图的软件系统
– 支持电子地图的方便浏览,快速、准确查询和分析、决策
智能交通系统与车载导航
第五章 导航地图的基本原理
目录
• 电子地图的基本概念 • 电子地图的分类 • 电子地图的系统构成 • 电子地图的功能 • 电子地图的数据模型与数据建库 • 电子地图集的数据结构与数据组织 • 电子地图的可视化表达 • 电子地图的空间分析 • 电子地图的软件系统
– 支持电子地图的方便浏览,快速、准确查询和分析、决策
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
• 导航数据库的定义
– 主要内容是以道路网为骨架的地理框架信息, – 其上叠加着社会经济信息(如商业服务单位、设施等)以及交通
信息(如交通规则、道路通行条件等)以及动态交通信息(如实 时路况)
导航数据库是一个综合 的数据集,包括空间要 素的几何信息、要素的 基本属性、要素的增强 属性、交通导航信息等。 根据不同的应用需求, 可以从中提取出不同的 数据产品。
如图,多边形4是通过 环绕其周围的弧段3和 弧段4来定义的。 带 来的一个问题是当需 要操作某一多边形是 需要先知道相关的弧 段,即需要建立所谓 的多边形-弧段拓扑关 系。
来自百度文库
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
信息内容——拓扑关系描述
– 在导航数据库中,最关心的是道路网络的连通关系,即弧段与结 点间的拓扑关系。
• 电子地图的功能
– 表达功能 – 分析功能 – 服务功能
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
• 电子地图的系统构成 – 电子地图的数据、硬件系统、软件系统和开发 管理与应用人员
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
• 硬件系统
电子地图的硬件系 统是由支持电子地 图数据采集、处理、 存储、传输、显示 等功能的硬件设备 所构成的系统。
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
信息内容——集成表达模型
– 对不同环境下的应用----不同程度的综合-----不同的要素表达
例如,一条道路,可以用一条单线表示(图a),也可能需要表示 为双线或是多边形(图b)。又如,一个道路网路,可以将小路、 胡同都表达出来(图a),也可以比较粗略地仅表示主要道路(图c)
– 道路网及相关空间要素的空间关系及其在交通网络中 的交通关系
导航数据库内容实例——一个立交桥,属性表中列出 的是其中一段道路元素的部分属性。
第一节 电子地图和导航地图的基本原理
信息内容——拓扑关系描述
在常见的建立了空间 拓扑关系的空间数据 库中,空间要素用结 点、弧段等图元表示。 多边形要素一般是通 过环绕的弧段来定义, 典型的例子如ArcInfo 数据模型。
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