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武汉理工大学 硕士学位论文 汽车导航引擎技术的研究与实现 姓名:胡飞 申请学位级别:硕士 专业:计算机应用技术 指导教师:潘昊 20080501 摘要 汽车导航引擎,应实现地图显示、路径规划、语音引导和兴趣点检索等功 能,导航引擎的优劣直接决定整个导航产品性能的好坏。国内汽车导航系统多 基于二次平台开发,通常只能利用二次平台提供的接口或功能,极大影响了开 发的自主性和引擎功能的完善性。针对以上局限性,本文采用独立开发模式实 现引擎模块的核心部分,设计出的导航引擎结构及功能更加合理和完善。 针对道路状况和行车规则的复杂性,本文采用交叉口模型描述实际交叉路 口,根据节点一路段关系,建立基于层次网格索引的路网数据模型。在此基础 上,设计出基于新引擎构架的地图文件格式,加快了地图数据的读取速度。 地图显示速度直接影响用户体验,针对嵌入式设备资源有限,地图显示较 慢等问题,论文提出将地图数据分为背景数据、道路数据和兴趣点数据等部分, 并对其分层分块建索引,不同比例尺地图对应不同地图数据格式文件,能快速 定位到所需的数据。同时,对显示要素划分等级,每次只显示当前比例尺下的 对应级别要素,减少了数据冗余,加快了地图显示速度,增强了用户体验。 路径规划是汽车导航的核心问题。实际导航中,交通转向限制和交叉口延 误等,会造成规划结果的不准确。对此,本文采用对偶图思想建立转向限制关 系表来表达转向限制关系,能更好地配合实际路径规划。针对导航仪规划速度 慢等问题,采用结合分层策略的双向启发式融合算法,同时从起点和终点进行 搜索,并对A 算法结构和节点扩展方式加以改进。系统运行结果表明,采用此 算法,大大减少了参与计算的路段数量,节省了存储空间,提高了路径规划的 效率。 论文最后以武汉市区某范围内的路网数据为研究对象,对论文主要工作进 行实证研究和测试。理论分析和实际运行结果表明,本文所做的主要工作有效 地克服了当前导航引擎开发中的不足,极大地提高了地图显示速度,并能在交 通转向限制情况下提供有效的路径规划。 关键字:汽车导航,导航引擎,地图显示,路径规划,兴趣点 A b s t r a c t A u t o m o b i l en a v i g a t i o ne n g i n e ,s h o u l dr e a l i z et h ef u n c t i o n ss u c ha sm a p d i s p l a v r o u t ep l a n ,v o i c eg u i d a n c ea n dr e t r i e v a l so fp o i n t so fi n t e r e s ta n d S Oo n ,t h eq u a l i t yo f n a v i g a t i o ne n g i n ed i r e c t l yd e t e r m i n e st h ew h o l ep e r f o r m a n c eo fn a v i g a t i o np r o d u c t s T h ed e v e l o p m e n to fd o m e s t i ca u t o m o b i l en a v i g a t i o ns y s t e mi s m o s t l yb a s e do nt h e s e c o n dp l a t f o r m ,o n l yt h o s ei n t e r f a c e so rf u n c t i o n sb e l o n gt ot h es e c o n d p l a t f o r mc a n b eu s e d ,t h i sh a sp l a y e dag r e a tr o l eo nt h ea u t o n o m yo ft h e d e v e l o p m e n ta n d i m p r o v e m e n to fe n g i n ef u n c t i o n s I nr e s p o n s et ot h i sl i m i t a t i o n ,t h i sp a p e rs u g g e s t e d r e a l i z et h ec o r ef u n c t i o n so fe n g i n et h r o u g hi n d e p e n d e n td e v e l o p m e n tm o d e T h e s t r u c t u r ea n df u n c t i o n sd e s i g n e db yt h i sw a yt e n dt ob em o r er e a s o n a b l ea n d p e r f e c t C o n s i d e r i n gt h ec o m p l e x i t i e so fr o a dc o n d i t i o n sa n dt r a f f i cr u l e s ,t h i sp a p e ru s e d c r o s sr o a dm o d e lt od e s c r i b et h ea c t u a lc r o s s i n gi n t e r s e c t i o n s ,e s t a b l i s h e dm er o a d n e t w o r kd a t am o d e la c c o r d i n gt on o d e l i n kr e l a t i o nb a s e do nm u l t i l a y e rg r i di n d e x T h ef o r m a to fm a pf i l e sd e s i g n e do nt h eb a s i so fn e w e n g i n ef r a m e w o r km e n t i o n e d a b o v e ,h a sg r e a t l yi m p r o v e dt h es p e e do fm a pd a t ar e a d i n g T h es p e e do fm a pd i s p l a yi n f l u e n c e st h eu s e re x p e r i e n c ed i r e c t l y , i nv i e w0 f p r o b l e m s ,l i k el i m i t e dr e s o u r c e so fe m b e d d e dd e v i c e sa n ds l o ws p e e do fm a p d i s p l a y t h i sp a p e rs u g g e s t e dd i v i d et h ew h o l e m a pd a t ai n t ob a c k g r o u n dd a t a ,r o a dd a t aa n d d a t ao fp o i n t so fi n t e r e s t ,a n dc o n s t r u c ti n d e x e sa c c o r d i n gt oi t sh i e r a r c h i c a lb l o c k , m a p so fd i f f e r e n ts c a l e sm a t c ha l o n gw i t hd i f f e r e n tm a pd a t af i l e s ,b yt h i sw ec a n q u i c k l yl o c a t et h ed a t an e e d e d A tt h es a m et i m e ,d i v i d e dt h eg e o g r a p h i c a le l e m e n t s i n t od i f f e r e n tl e v e l s ,o n l yd i s p l a y e dt h ec o r r e s p o n d i n gc l a s se l e m e n t si n l i g h to ft h e c u r r e n ts c a l e ,t h i sr e d u c e dd a t ar e d u n d a n c y , s p e e d e du pt h es p e e do ft h em a p d i s p l a y , e n h a n c e du s e re x p e r i e n c e R o u t ep l a ni st h ec o r ei s s u eo fa n t o m o b i l en a v i g a t i o n I na c t u a l n a v i g a t i o n t r a f f i cr e s t r i c t i o n so ft u r n sa n dt h ed e l a y sa tt h ei n t e r s e c t i o n sw i l lm a k et h er e s u I to f r o u t ep l a ni n a c c u r a t eo re v e nw r o n g T h i sp a p e re x p r e s s e dt h et r a f f i cr e d i r e c t i o n r e s t r i c t i o n sb ye s t a b l i s h i n gt h et a b l eo fr e d i r e c t i o nr e s t r i c t i o n sw i t ht h ed u a l g r a p h , c o u l dm a t c ht h ea c t u a lr o u t ep l a nb e t t e r I nv i e wo ft h es l o ws p e e do fn a v i g a t i o n l l i n s t r u m e n t s ,a d o p t e db i - d i r e c t i o n a lh e u r i s t i cs e a r c ha l g o r i t h mw i t ht h ec o m b i n a t i o no f l a y e r e ds t r a t e g y , s e a r c hf r o mt h es t a r ta n dt h ee n da tt h es a m et i m er e s p e c t i v e l y , a n d i m p r o v e dt h es t r u c t u r eo fAa l g o r i t h ma n dt h em e t h o dt Oe x p a n dn o d e T h er e s u l t so f a c t u a lr u n ss h o w e dt h a tu s i n gt h i s a l g o r i t h m ,c o u l dg r e a t l yr e d u c et h en u m b e ro f s e c t i o n si n v o l v e di nt h ep a t hc a l c u l a t i o n ,s a
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