基于導(dǎo)航電子地圖制作的多源地理空間數(shù)據(jù)融合技術(shù)應(yīng)用研究

劉艷琴

摘要：針對導(dǎo)航電子地圖制作中多種空間數(shù)據(jù)來源，結(jié)合實際生產(chǎn)經(jīng)驗，探討多源地理空間數(shù)據(jù)融合技術(shù)的應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)航電子地圖;多源地理空間數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)融合

中圖分類號：TN96 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）11-0081-02

為適應(yīng)導(dǎo)航電子地圖的現(xiàn)勢性、精準(zhǔn)度、以及精細(xì)化的需求，多種數(shù)據(jù)采集方式應(yīng)運(yùn)而生，對各種來源的空間數(shù)據(jù)融合技術(shù)提出要求，結(jié)合導(dǎo)航電子地圖的生產(chǎn)過程以及具體要素，探討多源地理空間數(shù)據(jù)融合技術(shù)的應(yīng)用方法。

1 導(dǎo)航電子地圖基本知識介紹

導(dǎo)航電子地圖是GPS產(chǎn)業(yè)的核心，是按照特定的數(shù)據(jù)模型將基礎(chǔ)地理信息、道路交通信息、POI興趣點、自動引導(dǎo)等多源信息有機(jī)集成在一起，與空間定位系統(tǒng)結(jié)合，準(zhǔn)確引導(dǎo)人或交通工具從出發(fā)地到達(dá)目的地的電子地圖及數(shù)據(jù)集合。

導(dǎo)航電子地圖主要由道路形狀數(shù)據(jù)、背景數(shù)據(jù)、拓?fù)鋽?shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)構(gòu)成，它們之間緊密銜接，共同為車輛導(dǎo)航應(yīng)用提供服務(wù)。

2 面向?qū)Ш诫娮拥貓D基礎(chǔ)要素的多數(shù)據(jù)源綜合采集方式

隨著技術(shù)進(jìn)步，我國導(dǎo)航電子地圖已發(fā)展成多種數(shù)據(jù)源的綜合采集作業(yè)方式。如高精度外業(yè)采集車、高分辨率影像資料分析技術(shù)、多渠道信息綜合技術(shù)等。這些來源多樣化的外業(yè)數(shù)據(jù)和新技術(shù)應(yīng)用，大大豐富了外業(yè)采集手段，提高了外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。

高精度外業(yè)采集車是現(xiàn)階段各圖商主要采用的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，主要用于記錄道路幾何形狀及交通規(guī)則、電子眼、方向信息、道路名稱、車道數(shù)、行車標(biāo)線等附屬信息;及沿街商鋪的坐標(biāo)、名稱，和少量的地址、電話、營業(yè)范圍、營業(yè)時間信息。

步行采集也是原始地圖數(shù)據(jù)采集的重要來源。由工作人員手持 PDA 和相機(jī)（普通相機(jī)+特定軟件）前往商廈、學(xué)校、商場、銀行等場所拍攝照片，再將基本信息錄入到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。步行采集更多的是對靜態(tài)物體的內(nèi)部信息采集，如商場的商戶分布（樓層、鋪位、電話等）。

多渠道點信息綜合技術(shù)：如企業(yè)用戶數(shù)據(jù)采集，一般指類似物流公司運(yùn)輸車輛上、出租車上的導(dǎo)航儀發(fā)回的數(shù)據(jù)，通常只回傳GPS數(shù)據(jù)，不回傳圖片和影像資料;互聯(lián)網(wǎng)用戶糾錯標(biāo)注，會上傳位置信息、門面或要素的圖片信息。

高分辨率影像分析技術(shù)：部分圖商還通過租借飛機(jī)、無人機(jī)等方式進(jìn)行航拍，主要用于景區(qū)特色產(chǎn)品展示、3D數(shù)據(jù)生產(chǎn)。以及衛(wèi)星影像道路和背景面的自動識別提取技術(shù)。

此外，針對門址、地名、鄉(xiāng)村道路等采集難度和工作量大的專題數(shù)據(jù)，圖商們也可以通過政府有關(guān)部門采購;或者通過跨界合作共享數(shù)據(jù)，比如快遞或外賣公司的門址、樓號數(shù)據(jù)，餐欽店鋪的營業(yè)時間價格等，這類數(shù)據(jù)大多沒有坐標(biāo)。

多源采集方式的合理補(bǔ)位，能夠最小成本地滿足導(dǎo)航電子地圖對數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性、精準(zhǔn)度、精細(xì)化的各種需求。但同時多源數(shù)據(jù)的差異也增加了數(shù)據(jù)制作的難度。

3 多源地理空間數(shù)據(jù)融合技術(shù)能夠有效解決各種統(tǒng)一性問題

矢量數(shù)據(jù)是導(dǎo)航電子地圖的主要數(shù)據(jù)，對于矢量數(shù)據(jù)，多源數(shù)據(jù)采集記錄必然存在差異，主要包括：（1）不同數(shù)據(jù)模型中多次采集產(chǎn)生的數(shù)據(jù)描述上的差異。（2）不同分類分級方法產(chǎn)生的要素屬性定義差異。（3）不同的應(yīng)用目的導(dǎo)致的要素制圖綜合詳細(xì)程度上的差異。

多源地理空間數(shù)據(jù)融合技術(shù)，旨在針對多源數(shù)據(jù)采集記錄的各種不統(tǒng)一的問題，在全面理解各類數(shù)據(jù)的空間基準(zhǔn)、編碼體系定義的基礎(chǔ)之上，建立各變化要素的關(guān)聯(lián)關(guān)系，基于空間位置匹配技術(shù)、對癥下藥，消除差異、有效融合。

本文結(jié)合實際生產(chǎn)經(jīng)驗，以矢量數(shù)據(jù)變化信息融合為例，給出面向?qū)Ш诫娮拥貓D多源數(shù)據(jù)融合的主要過程（圖1）。

3.1 融合前準(zhǔn)備工作

準(zhǔn)備工作主要包括底圖數(shù)據(jù)準(zhǔn)備（最新的底圖數(shù)據(jù)及更新履歷）、參考資料準(zhǔn)備（如行政區(qū)域面、遙感數(shù)據(jù)、衛(wèi)星影像）、多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)信息整理（通過獲取多源采集記錄的編碼體系，建立各要素的屬性關(guān)聯(lián)信息表）。

3.2 融合數(shù)據(jù)預(yù)處理

對需要融合的數(shù)據(jù)展開預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)規(guī)范性過濾和數(shù)據(jù)內(nèi)容過濾兩部分。首先對各種來源的變化記錄進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)范性過濾，然后參考底圖數(shù)據(jù)的更新履歷及關(guān)聯(lián)信息表，對行政區(qū)域或網(wǎng)格范圍外的數(shù)據(jù)、底圖已更新的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾取舍，輸出各種數(shù)據(jù)來源相較底圖的變化信息。

3.3 導(dǎo)航變化數(shù)據(jù)融合

考慮矢量數(shù)據(jù)的采集可能存在同一位置多次記錄的情況，具體的變化數(shù)據(jù)的融合有兩種方式：一種方式是先對同一數(shù)據(jù)自身重復(fù)信息做融合，然后再消除多源數(shù)據(jù)間的差異;另一種方式是直接將多種來源的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。但由于用戶空間的不同，每個人的認(rèn)知能力也不同，會造成一定的差異，第二種辦法并不適用。

這里的多源矢量數(shù)據(jù)的差異，主要是詳細(xì)程度及位置的差異，因此可以將多源導(dǎo)航數(shù)據(jù)的融合技術(shù)理解為基于幾何位置的融合技術(shù)。其過程比較復(fù)雜，主要基于不同數(shù)據(jù)中同一地物的幾何形狀、拓?fù)潢P(guān)系、屬性信息等相關(guān)性，做同名實體的匹配和合并。

在融合時，必須考慮導(dǎo)航數(shù)據(jù)質(zhì)量評價指標(biāo)，即時效性、完整性、精準(zhǔn)度。因此，在對多個數(shù)據(jù)源中的相同實體進(jìn)行識別匹配時，應(yīng)優(yōu)先選取時效性最新、幾何精度最高、要素信息最完整的實體。當(dāng)沒有明確的精度評估依據(jù)時，選取優(yōu)先級應(yīng)按照基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)-->車輛或步行采集成果-->遙感解譯數(shù)據(jù)-->用戶標(biāo)注數(shù)據(jù)。

實體合并時，應(yīng)結(jié)合具體的要素類型采取不同的合并策略。特別是線狀數(shù)據(jù)如道路的合并，通常采用特征點判斷或建緩沖區(qū)提取的方法，以確定幾何精度及拓?fù)潢P(guān)系一致的數(shù)據(jù)，并且所選取的數(shù)據(jù)必須能夠自動提取中心線。

3.4 融合數(shù)據(jù)的比對判別

將融合后的數(shù)據(jù)，連同底圖數(shù)據(jù)疊加遙感影像做進(jìn)一步的幾何精度分析。該過程一般采用半自動化人工輔助方式，先通過自動識別技術(shù)提取遙感影像中的道路數(shù)據(jù)，然后結(jié)合距離、長度、寬度等信息加以判斷，并加入人工配合完成檢測判別。區(qū)分拓?fù)潢P(guān)系、屬性要素、數(shù)據(jù)規(guī)范都滿足要求的數(shù)據(jù)。

3.5 將判別后的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的生產(chǎn)規(guī)劃

基于不同的檢測判別結(jié)果指導(dǎo)生產(chǎn)規(guī)劃。位置準(zhǔn)確、屬性完整的數(shù)據(jù)，可直接提交內(nèi)業(yè)生產(chǎn);道路屬性不完整的，應(yīng)當(dāng)視情況區(qū)別對待，如果缺失的是交通規(guī)制信息則整條道路應(yīng)先提供外業(yè)實地核實，而如果缺失的是紅綠燈控制方向，則可將道路形狀提交內(nèi)業(yè)生產(chǎn)、紅綠燈提交外業(yè)核實。

4 在導(dǎo)航電子地圖制作平臺的設(shè)計與實現(xiàn)的應(yīng)用

在作者的實際工作中，面向多源地理空間數(shù)據(jù)的融合技術(shù)，在實踐應(yīng)用的過程中已經(jīng)取得了良好的效果。主要體現(xiàn)在地圖數(shù)據(jù)制作平臺的設(shè)計與實現(xiàn)過程。基于生產(chǎn)系統(tǒng)需求收集與分析，結(jié)合多源數(shù)據(jù)融合的方案及技術(shù)展開進(jìn)一步的平臺設(shè)計與發(fā)布，根據(jù)數(shù)據(jù)生產(chǎn)的要求實現(xiàn)了多種數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)過濾、匹配、融合、對比，以及生產(chǎn)規(guī)劃指導(dǎo)，得到了很好的實用性。

5 結(jié)語

導(dǎo)航電子地圖在我們?nèi)粘Ｉ钪幸呀?jīng)被廣泛的應(yīng)用，對于導(dǎo)航電子地圖的周密性以及精準(zhǔn)性，還是應(yīng)當(dāng)更進(jìn)一步的完善，保證人們出行以及交通運(yùn)輸?shù)陌踩裕⒊掷m(xù)對于導(dǎo)航電子地圖制作的多源地理空間數(shù)據(jù)融合技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行深入研究，推動我國電子信息技術(shù)時代的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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Application Research of Multi-source Geospatial Data Fusion Technology Based on Navigation Electronic Map Making

LIU Yan-qin

（Foshan Branch， Beijing Changdi Wanfang Science and Technology Co.， Ltd.， Foshan Guangdong 528300）

Abstract：Aiming at various spatial data sources in navigation electronic map making， combining with practical production experience， this paper discusses the application method of multi-source geospatial data fusion technology.

Key words：navigation electronic map; multi-source geospatial data; data fusion