CN101556165A - 嵌入式移动电子地图数据库的实时更新方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及嵌入式移动电子地图数据库的实时更新方法，首先对电子地图数据库中的地图要素进行编码，确定地图要素的ID；根据地图要素ID将地图要素及地图要素之间关系的数据存储到地图信息存储装置中的相应存储区；从地图数据存储区中提取一项或多项地图要素及地图要素之间关系的数据，获得地图要素ID及其更新状态；从GPS/GPRS模块获取数据，并将数据转化为与地图数据库兼容的地理数据，根据经度坐标值和纬度坐标值判断当前行走路线是否隶属于某个地图元素；由判断结果，提示是否添加或修改地图元素；或通过设定的行走次数阈值，大于阈值后，自动添加；最后将更新的数据及其更新状态存储到地图信息存储区，从而实现移动导航装置电子地图数据的存储与更新。

Description

嵌入式移动电子地图数据库的实时更新方法

技术领域

本发明涉及一种交互式、实时更新的、具有记忆功能的、智能化的嵌入式移动电子地图数据库，尤其适用于移动导航装置的电子地图数据的存储与更新。

背景技术

当前，GPS/GPRS导航已经广泛运用到无线移动通信的各个领域，特别是PND(portable navigator device)和车载导航设备中。而且随着国家汽车工业和道路交通的不断发展，GPS导航将会越来越显示出广阔的应用前景。但也由于导航电子地图的不能及时更新，亦极大地制约了汽车导航、个人移动导航等产业的发展。目前的GPS导航普遍存在导航精度不够，甚至会误导用户，其中的主要问题是导航设备中的电子地图跟不上国家道路交通的发展速度，电子地图数据库升级太慢，与现实的道路交通状况差距太大。

目前的电子地图数据库升级的方法主要有两种：

①基于全部的更新方式：由导航电子地图服务商定期发布新的电子地图数据库，用户可以到销售网点购买光盘或购买存储有新版的电子地图数据库SD卡，该方法属于收费服务，也是目前电子地图数据库更新的常用方法。

②基于Internet的更新方式：由用户利用PC连接到互连网，从电子地图数据库服务商网站下载整个或某个区域新版的电子地图数据；但电子地图容量很大，任务繁琐，会给不熟悉Internet的用户带来很大的麻烦。

显然上述两种更新电子地图数据库的方法，其弊端十分明显。第一种方法：要不断的更换电子地图存储卡，不仅给用户带来硬件上的负担，而且增加了生活的麻烦，而且对于电子地图服务商来说，要开设很多网点，带来很大的投入和运营成本。第二种方法：尽管可以从网上下载更新后的电子地图，对于那些不太熟悉网络下载的用户来说，无疑又是很麻烦的事情。

比较著名的电子地图服务商，如北京四维图新公司和北京图信公司，其新版本的电子地图发布频率也是很小，四维图新在每年的上半年和下半年共发布两版地图数据，重要城市每年更新两次，地县级城市每年更新一次，而北京图信公司更是每年才发布一次。即使如此，电子地图数据库的更新，则需要测绘人员到进行现场测绘，才能够更新。

可见，迫切需要一种能够具有不断学习能力和更新能力的实时电子地图数据库，来解决当前GPS/GPRS导航系统所面临的严峻形式，降低用户和电子地图开发商使用成本和开发成本，扭转车载导航行业所面临的3G移动导航设备(PND)的严峻局面。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种嵌入式移动电子地图数据库的实时更新方法，解决车载导航设备电子地图的升级与道路交通发展相滞后的问题，从而极大的降低使用GPS/GPRS导航成本，减少车载导航设备电子地图数据库的开发成本和后期维护费用。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

嵌入式移动电子地图数据库的实时更新方法，通过GPS/GPRS模块所得到的数据，生成车行的路径；路径与电子地图数据库中的地图元素进行匹配(匹配算法)；如果没有，通过嵌入式地图编辑软件编辑，加载到地图数据库中，如果有，则不对电子地图数据库处理，具体流程是：

a)对电子地图数据库中的地图要素进行编码，确定地图要素的ID；

b)根据地图要素ID将地图要素及地图要素之间关系的数据存储到地图信息存储装置中的相应存储区；

c)从地图数据存储区中提取一项或多项地图要素及地图要素之间关系的数据，并且获得相关的地图要素ID及其更新状态；

d)从GPS/GPRS模块不断的获取数据，并将数据转化为与地图数据库兼容的地理数据，经度坐标值和纬度坐标值；

e)根据经度坐标值和纬度坐标值判断，当前行走路线是否隶属于某个地图元素，比如说某条道路；

f)根据判断结果，来提示用户是否添加或修改地图元素；或通过设定的行走次数阈值，大于阈值后，自动添加；

)将更新的地图要素和地图要素之间关系的数据及其更新状态存储到地图信息存储区，实现增量式更新，避免大规模数据刷新。

进一步地，上述的嵌入式移动电子地图数据库的实时更新方法，其中，实现人机交互式更新，把人的因素充分考虑到系统中，用户既是使用者也是参与者，从而为不同用户拥有自己特色的电子地图数据库创造条件；设定两种更新模式：手动式更新和自动式更新，手动式更新通过提醒用户，来增加地图元素；自动式更新可以实现“走的次数多了就是路的理念”；实现增量式更新，只增加原来地图数据库中没有的地图元素，而不考虑原来就有的地图元素，从而降低系统的开销；实现增量式存储，只存储所增加的地图元素，而对原来有的不予考虑，从而不会对资源本就不宽余的系统缩减存储空间。

更进一步地，上述的嵌入式移动电子地图数据库的实时更新方法，其中，将所述的地图元素数据存储在所述地图嵌入式设备中，构成一个结构数组或矩阵；获取每个地图元素在所述的结构数组或者矩阵中的下标号，以下标号为基础生成该地图元素的ID。

更进一步地，上述的嵌入式移动电子地图数据库的实时更新方法，其中，电子地图数据库具有自动记忆的功能，通过与用户的交互可以把地图中原来没有的地图元素添加进去，从而不断完善地图数据。用户可以参与到电子地图数据库的创建中来，既是地图数据库的使用者，也是参与者；能够创建自己独特的适合自己应用的地图数据库，并可以通过无线传输，上传到地图数据库中心，供其他用户共享。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

①实现人机交互式更新，把人的因素充分考虑到系统中，用户既是使用者也是参与者，从而为不同用户拥有自己特色的电子地图数据库创造条件；

②设定两种更新模式：手动式更新和自动式更新，手动式更新通过提醒用户，来增加地图元素；自动式更新可以实现“走的次数多了就是路的理念”；

③实现增量式更新，只增加原来地图数据库中没有的地图元素，而不考虑原来就有的地图元素，从而降低系统的开销；

④实现增量式存储，只存储所增加的地图元素，而对原来有的不予考虑，从而不会对资源本就不宽余的系统缩减存储空间；

⑤实现真正的实时性地图数据库更新，广泛适用于移动导航装置的电子地图数据的存储与更新。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明的系统架构示意图；

图2：本发明的系统处理流程示意图。

具体实施方式

车载导航设备发展的最重大障碍是导航电子地图升级速度严重滞后于现实道路变化的速度，而且电子地图的升级周期长、成本高、精度低，无线网络升级通信量大、数据传输误差率高，有线网络升级麻烦，给用户带来很大的不方便。本发明在传统电子地图数据库更新方法的基础上，提供一种嵌入式移动电子地图数据库的实时更新方法，系统可以根据行车路径不断地和地图数据库地图元素进行匹配，根据匹配结果来询问用户是否愿意增加新的地图元素，从而使得用户按照需求实时更新电子地图数据库，从而解决车载导航设备电子地图的升级与道路交通发展相滞后的问题，极大的降低使用GPS/GPRS导航成本，减少车载导航设备电子地图数据库的开发成本和后期维护费用。

利用GPS/GPRS导航数据，实时更新电子地图数据库，使得用户的电子地图随着车行路径的不断增加，而使电子地图数据库不断丰富和完善，让电子地图具有自动学习的能力。

如图1说明，嵌入式地图数据库位于架构的中间层，下层是嵌入式操作系统，操作系统主要用来合理地调度资源，保障软件和硬件的协调工作；上层是嵌入式应用软件，也就是导航软件，通过导航软件，用户可以和系统进行交互，用户可以对系统进行设置，系统也可以给用户提示、警告等；与嵌入式应用软件通信的还有GPS/GPRS模块，该模块不断地将行车所在的位置信号发送给嵌入式应用软件，嵌入式应用软件进行接收、存储、处理，转化为用户能够识别的自然语言信号。

下面结合图1对A～E项予以说明。

A.要想动态的交互式地修改和完善地图，先说明电子地图数据库的结构，现有的电子地图是按照《国家基本比例尺地形图分幅和编号》分幅，数学基础采用国际椭球体(WGS84坐标系)。按照地理要素的特征进行分层，具体有：行政区(面状)、境界线、地貌、道路及设施、铁路及设施、等高线、线状水系、面状水系、居民地、植被、地名属性库、DEM数据等。上述这些地理要素的属性编码由主码和子码共同组成，主码表示地图要素的类别，子码是地图要素的标识和描述，各地理要素中有名称目标的地名指针与地名属性库中相对应地名必须一一对应。

B.一般的电子地图数据库的空间数据组织结构采取按图层组织的方法，即把同一种或几种地图要素的信息放到同一个图层，每个图层存储为一个独立的数据库，每个数据库都包含了丰富的地理信息和属性信息，电子地图的显示则是多个图层叠加后的结果。电子地图的最上方是动态跟踪层，动态跟踪层对象显示实时数据，实时数据包括汽车当前的位置、最短路径和搜索的目标等。

C.电子地图数据库是分层显示的，不同图层代表不同的空间实体，每个空间实体都有一个唯一的ID，通过其ID可获得其他相关信息，根据电子地图数据库的特点和实际的需要，设计了数据库格式，分为道路信息，节点信息、建筑物信息、水系信息以及行车路径信息等。下面为道路信息的数据结构：

long struct roadinfo{

long roadid；//道路的唯一身份标识，其功能用来检索使用，不能为空；

varchar road_name；//道路名称

float road_length；//道路长度

int road_direction；//道路方向，是单向行使，还是双向行使

int road_class；//道路级别，可以参考国家道路等级划分

int road_wide；//道路宽度

int traveltimes；//行车经过该条道路的次数，可以为是否动态更新提供依据；

char road_descri；//道路的描述信息

}

D.根据GPS/GPRS模块不断发送的定位数据信号(可以达到1帧/100ms)，与现有电子地图数据库中的图形元素匹配，看是否存在当前的图形元素；如果没有，软件系统提示用户，是否准备增加该图形要素。匹配算法采用简单的SQL查询语句实现，由于GPS/GPRS精度的问题，可能会存在电子地图数据库中，没有和当前定位数据完全匹配的问题，则不妨采用模糊匹配，只要在一定范围内满足条件，就可认为是有相关地图元素，超出这个范围的可以认为是当前电子地图数据库中没有现有的GPS/GPRS定位信息。

E.通过Mapinfo工具或其他自主开发的简易电子地图编辑工具实现对电子地图数据库的实时更新，考虑到嵌入式系统的资源局限性，在系统中应用电子地图数据库编辑工具，解决硬件资源紧张的问题。

下面F～H项是结合图2系统处理流程予以说明，其中F中的小项可以从图2中找到对应。

F.在电子地图数据库中图形元素的数据结构进行修改，增加traveltimes项和traveltimeslimit，分别用来记载该移动用户经过某条新开道路的次数和系统设置路径新开道路的次数，当行车多次途径某条道路的时候，也就是超过了traveltimeslimit时，系统自动提示用户是否更新电子地图，添加某条道路，以及是否标识该条道路；也就是在原有电子地图的基础上，只对变化的部分进行交互式的补测，获得新的数据，并进行相关处理。如图2系统数据处理的流程：步骤a)对电子地图数据库中的地图要素进行编码，确定地图要素的ID；步骤b)根据地图要素ID将地图要素及地图要素之间关系的数据存储到地图信息存储装置中的相应存储区；步骤c)从地图数据存储区中提取一项或多项地图要素及地图要素之间关系的数据，并且获得相关的地图要素ID及其更新状态；步骤d)从GPS/GPRS模块不断的获取数据，并将数据转化为与地图数据库兼容的地理数据：经度坐标值和纬度坐标值；步骤e)根据经度坐标值和纬度坐标值来判断，当前行走路线是否隶属于某个地图元素，比如说某条道路；步骤f)根据判断结果，来提示用户是否添加或修改地图元素；或通过设定的行走次数阈值，大于阈值后，自动添加；步骤g)将更新的地图要素和地图要素之间关系的数据及其更新状态存储到地图信息存储区，实现增量式更新，避免大规模数据刷新。

G.通过快速查询行车路径和原有电子地图数据库中的点、线、面等图形元素进行匹配，所使用的地图匹配算法实现点到点、点到线、点到面、以及线到线和线到面的匹配(包括从简单的搜索算法到卡尔曼滤波等复杂的数学手段)，增加如道路、河流、地貌等图形元素，实时更新电子地图数据库。

H.电子地图数据库在经过更新后的存储问题，该设计对电子地图数据库采用了分层存储的模式，在垂直方向上类似于LOD(level of detail)存储数据，在水平方向上以矩形分块存储。每次更新只是某个图层或某个区域的更新，或某个图形元素的更新，避免了因为局部改动而重新对整个电子地图全部更新存储的问题，极大的节省了嵌入式处理器的资源，大幅度地降低了数据更新的任务量。

综上所述，针对现有嵌入式移动电子地图数据库存在的缺点，提出了能实时更新的交互式地图数据库，能够很好地改善由于电子地图更新滞后于道路发展的严峻局面，可以极大的降低用户的使用成本和电子地图数据库开发商的开发成本和维护费用，而且可以给以后GPS/GPRS在导航方面的深入研究和广泛应用带来里程碑式的参考，再者，该发明将智能学习算法运用到实际当中，使得系统具有很好的智能效果，并就嵌入式系统的特点提出了如何快速的存储更新数据的方式。

本发明操作简单，使用户成为地图数据库的参与者和使用者，通过实时匹配数据库中的地图元素，找到原有地图中没有的道路、桥梁等地图元素，用户进行编辑添加，从而使地图数据库升级变的简单易行，能够解决由于地图数据库升级滞后于道路发展的难题。交互式的对地图数据库进行操作，直观快捷地存储更新数据，从而达到更新数据库的目的，该发明可广泛应用于个人导航、陆地车载导航和海上导航以及所有运用电子地图数据库的场合。

需要理解到的是：上述说明并非是对本发明的限制，在本发明构思范围内，所进行的添加、变换、替换等，也应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.嵌入式移动电子地图数据库的实时更新方法，其特征在于：通过GPS/GPRS模块所得到的数据生成车行的路径，路径与电子地图数据库中的地图元素进行匹配；如果没有，通过嵌入式地图编辑软件编辑，加载到电子地图数据库中；如果有，则不对电子地图数据库进行处理；具体包括以下处理流程——

a)对电子地图数据库中的地图要素进行编码，确定地图要素的ID；

b)根据地图要素ID将地图要素及地图要素之间关系的数据存储到地图信息存储装置中的相应存储区；

c)从地图数据存储区中提取一项或多项地图要素及地图要素之间关系的数据，并且获得地图要素ID及其更新状态；

d)从GPS/GPRS模块不断的获取数据，并将数据转化为与电子地图数据库兼容的地理数据，经度坐标值和纬度坐标值；

e)根据经度坐标值和纬度坐标值判断，当前行走路线是否隶属于某个地图元素；

f)根据判断结果，提示用户是否添加或修改地图元素；或通过设定的行走次数阈值，大于阈值后，自动添加；

g)将更新的地图要素和地图要素之间关系的数据及其更新状态存储到地图信息存储区，从而实现电子地图数据库的增量式更新。

2.根据权利要求1所述的嵌入式移动电子地图数据库的实时更新方法，其特征在于：步骤a)将所述电子地图数据库中的地图元素存储在地图嵌入式设备中，构成一个结构数组或矩阵；获取每个地图元素在所述结构数组或者矩阵中的下标号，以下标号为基础生成地图元素的ID。

3.根据权利要求1所述的嵌入式移动电子地图数据库的实时更新方法，其特征在于：更新后的电子地图数据库通过无线传输上传到地图数据库中心，供其他用户共享。

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