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导航电子地图数据存储物理存储方式应用

摘要：伴随着全球电子信息技术的不断发展，大量的移动电子设备正在干扰着人们的视觉，改变着人们的生活。现代电子导航系统发展的关键是导航电子地图数据的物理存储。如何有效地管理和优化GIS海量数据的可视化是当前行业的瓶颈问题。基本问题在于GIS数据(尤其是地理数据)的访问格式和方式。通过对国内外各种导航卡数据格式的研究与开发，提出了一种简化的空间数据存储方式，其物理存储方式是地理数据存储方式。为此，文章将进一步进行调研，以提高我国电子导航卡的存储水平。
 
关键词：物理存储；导航；电子地图；数据存储
 
1引言
 
地理信息系统数据由于其对地球空间对象的管理复杂，其数据量往往很大，大量的地理数据以不同的二维或多维方式最终呈现在电子屏幕上。巨大的地理空间数据量给地图数据的管理和显示带来了许多问题，其中最突出的是地图数据的加载速度和平滑显示问题。通过大型GIS平台，如ESRI的*.Shp、*.Coverage格式数据、Mapinfo的*.Mif、*.Mid数据以及国内MapGIS、Surpermap、VRmap、GeoStar等国产GIS平台生成的矢量地图数据，对传统地理数据进行建库管理和可视化。在网络环境下，这些地图数据不能直接在网络中流畅显示，也不适合处理效率低的便携式GIS产品进行高效显示和快速检索。然而，在网络和电子技术飞速发展的背景下，人们对各种类型的GIS数字产品数据信息的丰富程度、准确性以及高效率的可视化效果提出了越来越高的要求。当前，解决这个问题的方法是用栅格化和裁切块的地理底图，例如Mapabc、Mapbar、51ditu等网络电子地图，通常是在栅格化和裁切大量矢量数据之后对其进行分级显示；GoogleEarth地图也是一样，它把块划分为卫星图像作为地理底图。此方法虽然可以缓解地图平滑显示问题，但也带来了其他问题，例如，栅格化数据失去了矢量地理数据基于拓扑关系的许多特征，大型栅格图为地图数据的更新增加了难度；而要在不影响数据丰富程度的前提下实现空间数据最有效地可视化效果，则需要对矢量地理数据的结构和组织进行仔细研究。
 
2物理格式存储原理
 
在空间数据访问中，传统的方法是通过搜索操作对象的逻辑地址来获取信号流信息，然后将逻辑地址映射为对应的物理地址，并对物理地址相关的信息进行物理处理。设置包含逻辑地址的搜索过程的格式存储。例如，物理格式化数据存储在光盘中，物理格式化表示了如何在CD上存储数据。这种数据块可以直接包含地址、数据块的物理地址、数据块的大小等等。这一改变并不要求获得记录之间的逻辑关系，而是以一种有效的编码方式存储物理地址中的元素的逻辑关系。对应于物理地址，物理格式的数据直接由二进制来决定，而对于每条记录，数据长度由偏移量决定，以比特率为单位；数据的存储媒体是直接访问物理地址的光盘。它的基本物理存储类型有3种：顺序存储，链接存储和索引存储。
 
3地理数据物理存储的特点
 
从以上对导航物理数据结构的分析中可以看出，地理空间数据作为导航数据的基础，其物理存储方式具有以下特征：（1）为提高数据的移动性和便携性，存储数据的媒体选择嵌入式光盘和SD卡等，数据格式直接规定存储在媒体中的物理地址；（2）以物理包的方式存储地理数据﹔（3）建立数据的综合分类，包括要素和逻辑关系的分类；（4）分组、分级存储，以满足不同规模的要素调用率；（5）记录数据长度的偏移，以减少闲置物理空间；（6）结合属性数据和空间数据以提高属性数据获取率；（7）地理数据采用二进制格式。
 
4导航电子地图数据的物理存储办法
 
4.1嵌入式数据库
 
有2种物理方式来存储现代移动设备上的导航电子地图数据。嵌入数据库主要是用来移动计算机。随着技术的不断开放，嵌入式数据库存储方法已经在Sybaseenter等产品中得到了应用。SQL技术的出现，可以很好地复制数据，存储移动数据，保证数据的安全性。尽管嵌入式数据库存储技术还不够完善，数据引擎分析功能还比较薄弱，但存储技术仍有很大的发展空间。
 
4.2文件系统
 
研究导航电子地图文件系统的存储问题，可支持对海量数据以GB为单位的文件存储。在不更改数据格式的情况下，它可以保存不同类型的文件。此外，该物理存储方法基于文件系统，运算和存取速度快，适合文件定位。为提高数据文件的读入速度，对数据文件内部偏移进行了扩展以便于分析和读取。在导航电子地图中，文件系统的物理存储方式被广泛采用。可将导航数据划分为二进制和文本文件，便于文件记录传输。极大地增加了导航卡的存储空间，提高了导航卡的存储精度。
 
4.3数据物理存储的逻辑结构
 
对于导航电子地图的数据存储分析，根据应用功能的不同，可以将地图数据分为几何数据和拓扑数据。因为导航资料的尺度不同，地面层的结构当然也有差异，使资料在地质垂直方向上呈层状递进，但在水平方向上呈现一定的规律，从而收集到数据。地理学层面的数据可分为许多小的组织结构。
 
4.4多文件分块存储
 
当数据的物理存储结构被逻辑分析后，Kiw格式的文件可以把所有的中国地图数据存储在一个文件中。通过多文件块存储，发现每个城市都有一个Kiw文件，但是问题是，我国各行政区并没有严格共享Kiw格式文件，这就使各个城市的文件内部结构具有逻辑性。现有的导航电子地图系统无法同时为不同的城市地图存储不同的文件。SDAL数据存储技术在欧洲许多发达国家得到了广泛应用。这一技术可用于欧洲许多国家。为此，在我国实际物理数据存储设计中引入了导航卡中区域管理单元的概念，减小了各文件的容量值。从而更好地实现导航地图数据的高效存储与应用。对存储数据进行逻辑集成处理；对应于各行政辖区的地图设计。相应的二进制存储器文件提供了导航卡的版本信号、生产时间等信息，保存在这个二进制文件中。
 
4.5数据管理框架
 
以数据端口管理框架为代表的物理存储逻辑结构主要是指在电子导航图中的数据检索和数据定位操作。举例来说，使用者可以选择在某一地图区域内操作道路和建筑物数据，再进行操作，以便管理和存储导航电子地图数据，分析地图区域划分中的数据信息，加速SQL数据的完成。使用者也可以在智能手机客户端上显示查询资料。移动客户端上的电子导航卡不需要存储SQL指令。还有专门的导航数据系统来获取和处理信息。将此数据管理框架应用于物理存储时，可将电子地图导航数据存储在单一数据模块中。最真实的地理数据存储地址可以在数据管理中实现。数据框架由两个部分组成：几何数据和拓扑数据。在数据框中有许多小数据框，从大数据框定位到大数据框，再用小数据框缩小数据索引范围，快速定位卡片数据。
 
5物理存储的文件格式
 
如采用电子导航卡进行数据存储，还需科学划分不同区域的行政区域，明确电子导航卡数据采集和拓扑数据以及数据文件的特征，分析电子地图数据的物理存储数据库，以确定一般文件格式的几何结构数据和不同施工点的造型点的数量。若要确定另一截面结构的偏移水平，就必须应用于前一截面的动态纵向计算结果，用这个规则来表示卡片数据序列。存储结构的2B长度是网络数据存储在X方向上的初始阶段。并沿着X方向的进行网格数据存储。
 
6试验
 
通过导航测试，选取浙江省杭州市电子地图数据、MIF数据，对Mapbase数据进行剪裁和分层，以文本格式交换数据。使用visualc+6.0软件检查并填充导航电子地图数据的物理存储格式，最终通过Open软件ultriedit打开，数据组织良好。该函数有6.25MB大小。根据试验数据，采用windowscenet5.0开发了车载导航电子系统。rm9-atlas-200mhz处理器正在使用。内存64MB，尺寸12.7cm，液晶TFT触摸屏分辨率为320*240像素，充分体现了现代电子导航系统的重要功能，实现了电子地图的缩放和导航规划。
 
7启示
 
导航数据存储的物理格式的成功经验表明，导航数据的基本数据等详细空间数据也可以存储。以此方式存储的数据是一个矢量，维护了所有地理元素的拓扑，便于各种空间分析和查询。而且，数据量大大减少，读写速度也大大提高。该存储模式从根本上解决了长期以来地图数据中海量数据的访问和显示问题。通用的物理存储格式改变了存储数据的基本方式，减少了访问数据的时间，简化了数据量，同时也解决了大量地理数据带来的问题。物理存储格式是将来存储和管理海量地理数据的好方法。通过对导航数据物理格式生成过程的分析，指出地理物理数据格式确定的关键是对物理格式和通用格式进行转换，并建立一套完整的分类编码系统。
 
8结论
 
综上，电子导航卡中数据的物理存储对于保证导航系统的正常运行至关重要。文章分析了导航数据的逻辑结构，探讨了物理存储文件格式，并在对现有城市电子地图数据进行行政区域划分的基础上，对现代电子地图导航系统进行了深入研究，对当代的电子地图导航系统又有了更深层次的认识和了解。
 
参考文献：
 
[1]狄琳.我国导航电子地图现状分析[A].中国卫星导航定位协会.卫星导航定位与北斗系统应用2014——壮大北斗产业创新位置服务[C].:中国卫星导航定位协会,2014:3.
 

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