车载GPS导航系统中电子地图的建立

第3期2006年8月

濮阳职业技术学院学报

Journal of Puyang Vocational and Technical College

Vol.19No.3

Aug.2006

车载GPS导航系统中电子地图的建立

吴向华1，鲁志安2，罗耀玺2

(1.湛江师范学院，广东湛江524048；2.濮阳市兴河水电工程公司，河南濮阳457000)

[摘要]电子地图是车载GPS导航系统的重要组成部分，本文对电子地图的建立作了简要介绍，重点针对有效地描述实际道路网络，提出一种新的道路网络模型。

[关键词]车载GPS导航系统；电子地图；路网模型

[中图分类号]TP391.72[文献标识码]A[文章编号]1672-9161（2006）03-0018-01

1前言

GPS是由美国国防部建立的实时空间卫星定位系统，

通过24颗卫星，向地球表面的装置提供位置、速度和时间

等信息。目前车载GPS导航系统成为GPS界研究的热点之

一。显然它的发展离不开电子地图的支持，因此建立准确且

更新方便的电子地图数据库是车载导航系统成功应用的关

键。然而，其数据库的制作极其繁琐，加上其维护、更新以及

校正工作将贯穿于电子地图使用的始终，因此，建立合适的

道路网络模型，研究如何快速制作出适合车载导航的路网

数据库有着极大的应用价值。

2车载导航系统对电子地图的信息需求

电子地图的空间数据库的储存有两种方式：一种是栅格空间数据模型，另一种是矢量空间数据模型。车载导航系统中电子地图一般采用矢量数据模型，其建立的方式有两种：一是依靠现有的地理信息系统(GIS)平台将现有电子地图的数据转换成相应的GIS平台下的数据，再将数据拓扑化,进而完成电子地图的各种功能。二是利用现有的电子地图数据进行编程处理。现在各大、中型城市都具有各种比例尺的AutoCAD下的道路图，利用现有的资源数据编程处理，满足电子地图所具有的各种功能，如地图显示、最佳路径搜索、路径导航等。由于是车载导航系统，考虑到小巧、方便、所需硬盘空间少、运行速度等因素，不大可能装上大型的GIS平台，而运用第二种方式建立的数据库便于编程控制和修改，所占的空间少，符合车载要求，所以我们采用第二种。另外，用于车载导航的电子地图还应具备一定的精度和足够信息，并且数据应完整无缝（包括几何完整性和拓扑一致性），车载导航中需满足的功能都离不开道路网络数据库的支撑。

3道路网络模型的建立

目前，常见的电子地图路网模型一般是由基于桌面GIS的路网模型改进得来。这种模型的缺陷在于必须对原有路网模型进行改进，以适应车载导航的要求。

首先来分析一下道路网络的几何元素和基本拓扑关系，如图所示，图中节点表示道路段与道路段的交点或路段终点；形状点是指同一条非直线道路上的转弯点；而路段的穿越则反映了路段之间的邻接关系。节点可以用二维或者三维的坐标表示，节点和节点的联系可以用连接两点的直线(直线道路)或者多义线(曲线道路)表示，而且两条相邻的边若构成一个道路段穿越，则它即可反映现实道路的邻接拓扑关系。

如果把形状点归于路段的属性数据，则整个路网模型可表达为：

R W=(R,N,L R)

N={|L(n1,n2)%(n1,n2&R)}

L R={|L'(m,n)%(m,n&N)}

其中R W代表道路网络。

代表道路的有向路段集。任何一条双向道路路段都对应于两个有向路段，当某个实际路段为单向时，该地理实体仅对应一条有向路段。这种表示方法可以清楚地描述出道路的单双向信息。

N代表道路网络两个路段的拓扑关系集合，有序对表示连接有向路段n1到有向路段n2的道路节点，谓词L(n1,n2)代表有向路段n1可通行到有向路段n2。若有向路段D可通行到有向路段C，则代表从D到C 的节点。

L R代表转弯限制的集合，其元素是有序(下转第33页)

[收稿日期]2006-04-05

{

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的球，而对方的传球必然要传向本方某一接球队员，接球队员也会主动向前迎球或用各种动作保护球，这样断球队员就可能与接球队员发生碰撞。在高空断球往往会失去平衡，落地后又很可能会倒地或出现一系列严重后果。因此一些运动员往往在断球时由于怕与对方进行身体接触，而不敢大胆进行断球或断球动作迟缓，影响断球效果，造成断球失败。所以，要求运动员在平时的训练中就要加强这方面的心理和意志品质训练，使自己成为具有顽强拼搏和坚强意志品质的人。

4断球的位置与时机

在激烈的篮球比赛中，运动员要想成功地断球，必须处于一个良好的位置上，良好的断球位置是断球成功的先决条件。没有一个好的断球位置，即使场上出现断球机会也不会使断球成功。良好的断球位置，一般是选择对手与球之间的内侧（即靠近有球队员的一侧），并与对手保持适当的距离和角度，既放纵对手可以去接球，又要控制对手的移动路线和接球位置。每个队员都要根据场上的实际情况科学地选择适合自己的位置，如果对手是接球队员，并已成死球时，防守队员选择位置时要离对手近一些，这样不仅可以断对手的接球，还可以防对手的突破或投篮。如果防无球对手时，可以离他稍远些，这样不仅可以断传给他的球，还可以扩大自己的防区。根据战术需要，也可以到其他邻近的位置补防，这样就大大增强了本队的协防能力，同时又为本队创造更多的断球时机，由此可见，断球的位置选择对断球起着直接的重要作用。

5结论与建议

5.1断球技术是篮球运动的一项重要技术，是积极防守战术的重要体现，是守攻转换的先机，是鼓舞士气的动力，是出奇制胜的法宝和根基。

5.2断球获得成功，需要运动员具备良好的身体与心理和技、战术等各方面的综合素质，以及队员之间的协调配合。

5.3断球技术不是一项孤立的运动，它与运动员的心理意识、判断能力、观察思维、拼搏精神、顽强意志品质等密切相关。

5.4加强平时断球的技、战术训练和心理训练，发展运动员所需要的各种素质，提高篮球比赛中断球的实际能力。5.5培养运动员的团队精神，使运动员养成某一断球技术动作的结束，又是下一个精彩片断的开始；是由守转攻，为最后胜利打下良好基础。培养意志品质，形成胜不骄、败不馁的良好作风，为篮球事业做出更大贡献。

（上接第18页）对，其中谓词L'(m,n)表示从有向路段m到有向路段n不存在有向通路，即转弯限制。若L R存在,则表示禁止从有向路段B直接行驶到有向路段A。

根据上述路网模型，路网有三个实体集组成：有向路段集、节点集和转弯限制集。

分析转弯限制集的组成。它的每个元素是具有公共节点的两条有向路段的有序对。这个公共结点是存在于节点集中的，两条有向路段是存在于路段集中的。也就是说，不需要为路段关系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。

为了表示道路的车辆通行能力，给路段的属性中增加一个加权系数属性，即路段拥堵系数，并将路段长度与此系数的乘积称为路段的加权长度。路段拥堵系数越大，说明路段的车辆通行能力差，对应的加权长度也越长，即车辆通过此路段所需时间就越长。

上述路网模型充分考虑了车载导航中的转弯限制和单双向形式信息，在数据结构方面做了适当的简化，具有以下特点：

（1）采用有序路段对描述节点，能够有效地反映路段与路段之间的连接关系，从而形成完整的路网拓扑结构，结合路段的有向属性，就可以清楚地描述道路的单双向信息。

（2）采用有序路段对的方式描述转弯限制，能够真实地反映实际路网的状况，结合节点的表示方法，能更方便地查找出转弯限制信息。

4拓扑化路网数据库的建立

建立道路网络模型之后，还应考虑一个问题：路网模型应该以什么样的形式存储？显然，在路网模型中各地图数据间不只是简单的平面位置关系，所以需要建立它们之间的拓扑关系。为此，须建立一完备的拓扑化的电子地图道路网络数据库以满足需求。

鉴于车载的特点，本文借助已有的AutoCAD下的道路图进行分析。首先需要得到道路中心线数据，如果道路图有中心线，则将中心线数据单独储存下来以待下一步处理。如果道路图没有中心线，则通过数字化或编程处理得到电子地图的道路中心线。再根据道路交通网络的基本元素“关键边”，构成拓扑化的交通网络、地图空间数据格式，其中每幅图都有两个文件构成，一个是道路中心线坐标数据及其点的编号（=.cor），另一个是拓扑数据文件（=.rel）。

5结束语

(1)本文提出的电子地图道路网络模型可以较好地表示现实世界道路网络，有效地描述道路网络中的交通限制信息，适合应用于车载导航系统。

(2)作为车载导航系统的关键部分，本文所述的路网数据库能够实现电子地图的基本功能，另外，由于该数据库的建立是基于现有的地图资源，比利用成熟的GIS软件作为平台开发数据库节约了时间和资金，且更符合车载系统的硬件要求，因此有较好的实用价值。

李联堂：对篮球比赛中断球意识能力的探讨

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