朱 靖，欒學晨

（1. 廣東瑞圖萬方科技股份有限公司, 廣東 佛山 528305）

導航電子地圖數(shù)據(jù)是移動位置服務、智能導航、交通規(guī)劃等領域不可缺少的空間數(shù)據(jù)資源。導航電子地圖數(shù)據(jù)采集的多樣性引發(fā)了空間數(shù)據(jù)的多語義性、多時空性、多尺度性、存儲格式的不同以及數(shù)據(jù)模型與存儲結構的差異等[1]，給最終的導航電子地圖制作帶來一定困難。目前國內(nèi)外在導航數(shù)據(jù)的匹配和融合方面作了較多研究。在數(shù)據(jù)匹配方面，常采用的是基于位置、形態(tài)和拓撲等相結合的匹配方法[2-6]；而在數(shù)據(jù)融合方面，文獻[7]提出一個支持和數(shù)據(jù)集成的技術框架，支持模型和數(shù)據(jù)兩種層次的數(shù)據(jù)集成；文獻[8]針對互聯(lián)網(wǎng)中多源數(shù)據(jù)綜合問題，提出一種數(shù)據(jù)集成方法。上述方法對一般GIS數(shù)據(jù)的融合和更新具有較好的效果,但對于導航電子地圖仍需要進行拓展。本文從面向導航電子地圖制作入手，基于數(shù)據(jù)生產(chǎn)中的導航數(shù)據(jù)要素，提出多源地理空間數(shù)據(jù)融合技術。

1 導航電子地圖數(shù)據(jù)的基本要素

導航電子地圖側重于道路交通網(wǎng)，主要由道路和POI形狀數(shù)據(jù)、背景數(shù)據(jù)、拓撲數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)構成。

1）道路和POI形狀數(shù)據(jù)，主要記錄與道路相關的精確地理位置、路面形狀、道路隔離帶、相關附屬設施等。

2）背景數(shù)據(jù)，包含植被、水系、行政區(qū)劃、面狀公共場所等現(xiàn)實意義上的背景信息。

3）拓撲數(shù)據(jù)，定義了導航電子地圖中各種地物間的相互關系，包括拓撲聯(lián)接、拓撲相鄰、拓撲包含等。拓撲數(shù)據(jù)的定義使電子地圖中的各類數(shù)據(jù)在內(nèi)涵上有了關聯(lián)，在語義和概念上更加完整，為電子地圖數(shù)據(jù)自身完備性檢查、網(wǎng)絡路徑規(guī)劃和實現(xiàn)交通信息處理提供了便利。

4）屬性數(shù)據(jù)，記錄了各類地物除位置信息以外的數(shù)據(jù)。地物不同，屬性數(shù)據(jù)的組織結構也不盡相同。例如，POI屬性包含名稱、地址、電話、網(wǎng)址等，而道路屬性數(shù)據(jù)則包含道路名稱、路面寬度、車道數(shù)據(jù)、通行級別等。導航電子地圖包含導航顯示、檢索、路徑計算和語音提示所用到的各種地物屬性，信息量和精細度遠超一般電子地圖。

導航電子地圖必須具有極高的精確性，包括地理位置數(shù)據(jù)和實際地物信息。同時，各要素之間必須具有正確的拓撲關系和整體聯(lián)通性，使各地物在邏輯上和語義上能夠正確地映射現(xiàn)實世界。還必須提供完備的地物屬性信息，例如交通規(guī)制信息說明哪些路口禁止左轉、禁止直行、時段不禁行或限行等，都與導航應用有著密切關聯(lián)，直接影響數(shù)據(jù)顯示、運算和分析的效果。

2 多源地理空間數(shù)據(jù)融合技術

多源地理空間數(shù)據(jù)融合技術將解決空間基準統(tǒng)一、編碼統(tǒng)一、數(shù)據(jù)模型統(tǒng)一等問題。在充分理解各編碼體系中每一編碼定義的基礎上，動態(tài)制作對應配置表，解決一對一、一對多、多對一等關系。特別在一對多的情況下，需要利用要素的關聯(lián)屬性，實現(xiàn)不同編碼體系的空間數(shù)據(jù)融合。

結合導航電子地圖實際生產(chǎn)流程（圖1），本文提出數(shù)據(jù)融合的具體任務：

1）過濾。首先將通過網(wǎng)站電子地圖標記、手持導航儀GPS記錄（以POI為主）、自增量車輛導航儀等3種方式匯集的變化數(shù)據(jù)進行規(guī)范性過濾；之后進行內(nèi)容過濾，包括數(shù)據(jù)空間范圍過濾、與已列入生產(chǎn)計劃的數(shù)據(jù)比對過濾、與已有數(shù)據(jù)對比過濾等。

2）融合。將過濾后的3類數(shù)據(jù)進行單一數(shù)據(jù)源重復標記數(shù)據(jù)融合，融合過程中應考慮數(shù)據(jù)質量評價方法，選取同要素標記中質量較好的數(shù)據(jù)記錄進行融合，選取的自增量數(shù)據(jù)需能夠自動提取中心線。多源數(shù)據(jù)融合的算法主要考慮線的融合算法（特征點法、緩沖區(qū)法）。GPS獲取的中心線數(shù)據(jù)具有較高精度，具有該類數(shù)據(jù)時，同位置網(wǎng)絡電子地圖標記數(shù)據(jù)可忽略；如沒有該類數(shù)據(jù)，則使用電子地圖標記數(shù)據(jù)。

3）比對。融合后的數(shù)據(jù)可利用近期衛(wèi)星圖像進行疊加判別。如果融合后的導航變化要素精度滿足要求，則直接提交給數(shù)據(jù)生產(chǎn)部門，否則應制定外業(yè)數(shù)據(jù)采集計劃。某些情況下，有可能變化要素的幾何精度滿足需求，但仍需要該導航要素的其他信息，如交通規(guī)制等，這時同樣需要編制外業(yè)數(shù)據(jù)采集計劃，但采集的數(shù)據(jù)不一定需要進行加密處理。

4）使用。根據(jù)不同的判別結果指導生產(chǎn)，如位置準確的數(shù)據(jù)直接提交至數(shù)據(jù)生產(chǎn)部門使用。

2.1 導航變化數(shù)據(jù)的融合

本文對于導航變化數(shù)據(jù)的融合主要考慮矢量形式的多源數(shù)據(jù)。矢量數(shù)據(jù)融合是為了消除以下差異：①空間物體在不同的空間數(shù)據(jù)模型中多次采集所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)描述上的差異；②相同或不同數(shù)據(jù)模型采用不同的分類分級方法所產(chǎn)生的要素屬性差異；③空間數(shù)據(jù)應用目的不同導致在要素制圖綜合詳細程度上的差異以及多次數(shù)字化所產(chǎn)生的幾何位置差異。

由于任何一種導航數(shù)據(jù)本身都存在同一位置的導航數(shù)據(jù)被多次記錄的情況，因此有兩種融合流程可以考慮：①在多源導航變化數(shù)據(jù)融合前，先對同一數(shù)據(jù)來源的導航變化信息進行融合，然后再進行多個來源數(shù)據(jù)的融合。②將全部的導航變化數(shù)據(jù)放在一起進行數(shù)據(jù)融合。

由于不同用戶空間認知能力的不同，對同一導航要素進行了不同的標記，而不同的標記存在詳細程度上的差異以及位置差異。因此，本文在導航數(shù)據(jù)甄別中需要對這樣的差異進行處理，即導航要素幾何位置的融合技術。幾何位置融合是一個比較復雜的過程，需要用到模式識別、統(tǒng)計學、圖論以及人工智能等學科的思想和方法。幾何位置融合應包括兩個過程：一是實體匹配，找出同名實體；二是將匹配的同名實體合并。

實體匹配是指將兩個數(shù)據(jù)集中的同一地物識別出來。匹配的依據(jù)包括距離度量、幾何形狀、拓撲關系、圖形結構、屬性等。對同名實體的幾何位置進行合并，首先要對數(shù)據(jù)源的幾何精度進行評估，根據(jù)幾何精度，合并應分兩種情況進行討論。在常規(guī)多源矢量數(shù)據(jù)融合中，如果一種數(shù)據(jù)源的幾何精度明顯高于另一種，則應該取精度高的數(shù)據(jù)，舍棄精度低的數(shù)據(jù)。但在導航數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)的幾種數(shù)據(jù)源中，可能會存在無法確定數(shù)據(jù)源精度的問題。手持式GPS導航儀和自增量導航方式發(fā)現(xiàn)的變化數(shù)據(jù)是由GPS定位自動記錄位置點或車輛行駛軌跡，可作為精度較高的數(shù)據(jù)。如果只有電子地圖網(wǎng)站的數(shù)據(jù)，則需進一步對數(shù)據(jù)源進行評價。對于幾何精度近似的數(shù)據(jù)源，應該分點、線來探討合并的方法。點狀物體的合并較為簡單，線狀物體的合并可采用特征點融合法和緩沖區(qū)算法。

2.2 融合后的數(shù)據(jù)與衛(wèi)星圖像的疊加判別

融合后的數(shù)據(jù)與衛(wèi)星圖像的疊加判別采用半自動方式進行。首先，采用模式識別的方法提取衛(wèi)星影像中的線狀道路要素；然后，將提取的影像道路要素同融合后的導航電子地圖數(shù)據(jù)庫進行疊加，并根據(jù)距離、夾角以及長度相似性計算道路的重疊性；最后，由人工完成變化檢測的判別。

2.3 判別后數(shù)據(jù)的生產(chǎn)規(guī)劃

根據(jù)不同的判別結果指導生產(chǎn)。如位置準確，則可直接提交至數(shù)據(jù)生產(chǎn)部門使用；如需要修改道路上的附件信息，如交通規(guī)制信息等，則制定外業(yè)采集計劃；如位置不準確，也需要制定外業(yè)采集計劃。

3 導航電子地圖增量更新技術的實現(xiàn)

以前述的多源地理空間數(shù)據(jù)融合技術為基礎，應用于導航電子地圖制作平臺系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。首先分析了系統(tǒng)需求及其對數(shù)據(jù)模型的要求，然后基于業(yè)務需求進行系統(tǒng)總體結構的設計，接下來進行制作平臺的設計與發(fā)布，并根據(jù)導航數(shù)據(jù)的生產(chǎn)要求實現(xiàn)了3種導航要素的制作、融合、判別、生產(chǎn)流程。該系統(tǒng)的實現(xiàn)進一步驗證了理論的實用性。目前，面向導航電子地圖制作的多源地理空間數(shù)據(jù)融合技術已在生產(chǎn)實踐中應用，效果良好。

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