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1、使用GIS数据库和激光扫描技术为汽车导航系统获取道路标记关键字：汽车导航，道路标记，GIS，激光浏览。摘 要现在的汽车导航系统以地图，图形，以及声音的形式提供给用户行驶中的信息，然而他们还远远不能支持基于道路标记的导航，而这也是对我们来说更简单的导航理念,并且这也在不久要实现的个人导航系统中占据重要的位置。为了提供这样的一种导航，第一步就要识别恰当的道路标记乍一看似乎很简单，但是如果考虑到要把覆盖了欧洲、北美、日本大部分地区的信息传输给数据库的挑战，我们就有理由自命不凡了。在这里，我们将讲解从已存在的GIS数据库中获取道路标记的方法。因为这些数据库大多数没有包含建筑物的高度和视图信息，我们将展
2、示这些信息怎样从激光扫描数据中分离出来。1 简介1995年在上层阶级的汽车里汽车导航系统就已经出现了，而且现在几乎可以在任何样式的汽车中找到导航系统。他们是相对复杂和成熟的系统可以以数字地图，行驶方向图形，以及行驶中的声音信息提供路线导航。回溯1980年汽车导航系统开始兴起的时候，一些大的问题都得到了解决：例如绝对位置，适合导航的大量地图的提供，快速算路以及可靠的路线导航。然而，传送这些信息的原始概念并没有得到较大的改善。声音的导航仍然用相对小的提示：（例如 现在向右转），这只涉及到了道路分布的属性。这不是最理想的，因为1）路线分布的特征在较大距离的时候是不可见的，这是因为司机受局限的位置以及
3、视角，2）人们最习惯的导航方式是通过道路标记，也就是沿路中一系列的可识别可记忆的的图像的提供。很明显，作为道路标记的建筑物的提示与声音提示结合起来，将是导航发展中更人性化的一个方向，就像我们下边讨论的那样，这将很好的集成到今天的汽车导航系统中去因为不意味着对系统和数据结构的大的改动。所以，主要的问题在于识别合适的道路标记以及估计他们对于导航提示的可用性。这里，我们将解释已存的数据库怎样开发以解决第一个问题，而激光浏览数据库将解决后一个。2 使用道路标记的导航系统有两种不同的路线指示来传达导航信息给用户：以描述的方式（口头上的）或是通过描写（路线地图）。根据结构和语义的内容这两部分是等同的，他们
4、由道路标记、方向、动作构成。使用道路标记是重要的，因为他们在寻找道路的时候提供多种目的：他们可以把空间有机的组织起来，因为道路标记是在环境中有用的信息点，他们可以通过识别要选择的点支持导航，因为导航必须从这些点中决定要选择的。因此，道路标记的概念代表了环境中显著的建筑，他们辅助用户通过和理解这些地方。一般来讲，道路标记的提示符应该具有特定的可视化的特征，独特的目的或意义，或者是中心的，或者是显著的区域。更进一步说，道路标记可以分成三个种类：视觉上的，感觉的（声音等），以及结构化的道路标记。应用于特定物体上的这些种类越多，道路标记就越显示出它的优越性。（Sorrows and Hirtle, 1
5、999）。这种概念为从形式上指定建筑物的道路标记的显著性提供了方法：道路标记的优势或者吸引人之处在于它的各个组成部分：可视的魅力（例如 包括正面区域，颜色，形状，可视性），语义的魅力（文化和历史的重要性，直观的标记例如商店的标识），以及结构化的魅力（节点（重要的交叉口），边界（例如铁路轨迹和河流的分界），区域（建筑群）。这些有特性的价值结合起来对道路标记的优越性作了一个数量估计 。说明中用到了一项道路标记的种类和位置的探索的研究（Lovelace et al., 1999），它可以从以下四组中区分：选择点道路标记（在决定的地点），潜在的选择点道路标记（在穿越交叉口的时候），路线中的道路标记（沿
6、着特定的路径走但还没做选择），脱离路线的道路标记（很远但是可以在路线中看到）。这项研究中的最主要的成果表明当到不熟悉的环境中路线导航中使用做多的是选择点和路线中的道路标记。适当的道路标记的选择取决于导航的环境和应用的模式：徒步的或者开车的用户。因而，在说明中针对这两种用户群有不同的研究，解决道路标记在什么时候，为什么，以及怎样被使用。由于不同的条件（行驶的速度，视野，任意的运行或者受道路分布的限制），针对于步行者(Michon and Denis, 2001, Lovelace et al.,1999, Winter, 2002)和驾车者 (Burnett, 1998, Burnettet a
7、l., 2001) 的研究已经有人承担了。这项研究揭示了好的标记点的一些根本的因素在设计路线引导系统的时候应该被考虑到。这些重要的因素包括道路标记的永久性，唯一性和可视性。3 汽车导航系统3.1 汽车导航系统的组成汽车的位置是通过结合一些信号的方式决定的，这些信号是来自接收器，角速度传感器和车轮速信号。由于通过给出的汽车绝对位置很可能是错误的，尤其是在浓密的建筑物聚集地带，所以为了适合数字地图就需要对此进行校正，这些数据地图现今经常是从一个随身携带的很大的存储库中取得的，例如，或。这个过程被称作是地图的匹配，并且这是根据在地图中同时地追踪几个可能位置的多路径匹配方式来实现的。总而言之，尽管工作
8、很长时间后会产生储运损耗，这个配置还是十分精确和可靠的。一个很重要的模块是路径引导模块，它将提供一个已经安排好的列表，这个列表记录的是引导的行使路线两侧的信息和与地图匹配的当前位置周边的信息。从那里，将决定什么时候发给用户相关的引导信息。针对自然的语言提示，可分成“提前提示”（例如：继续右行或准备右转）和“立即提示”（例如：现在右转）。当在有路标的汽车导航中，就不得不考虑要提供这些关于路标的功能。路标仅仅是针对驾驶提示有用的，它们是在能看得见的距离当前位置充分远的时候出现的，并且当用户在接近这个路标这段时间内是不会消失的。3.2数据地图汽车导航系统使用的地图不仅包含几何学和道路网络的连接性而且
9、包含了大量的关于物体，属性和关系的附加信息。一个好的观点能够从欧洲的标准获得，举例来说，（年月的地理数据文件），其中包括了博物馆，戏院，文化中心和市政厅等的信息。地图数据是被诸如电子地图的地图数据库厂商获得并通过交换的方式提供给汽车导航系统生产商的（例如）。在那里，它被转换到最后在地图激光唱碟或数字化视频光上被发现的专有格式。数据必须从一种描述形式转换成被汽车导航系统支援的另一种被特殊化的形式，这转变是高度非凡的。时常，结构和价值被这个转换过程预先计算了，目的是为了要减轻航行系统的在线资源 , 例如带宽和时间。这个模块的其中一部分也是为每个十字路口产生一个点阵式，目的是描述所有的可能转向的组合
10、。在汽车导航系统中使用了众所周知的箭头符号来标识，这就需要所有道路的十字路口的交汇情况将被存储。在转向过程中，对于带有路标的汽车导航系统的附加信息会被完整化。在本文中，概括说明了是怎样通过与地图数据和激光扫描数据结合来确定道路几何图形的适合的路标，重要的一点是那些附加的数据信息仅仅在这个转换过程中被使用。在那之后，仅仅是基于路标的行使指示还存在，这些是行使指示可能在一种非常紧凑的形式下被编码，并且要与每一个十字路口各自的已被存储在专有地图格式的数据信息相协调。因此，路标技术的整合没有在现在的汽车导航系统中造成障碍，这些主要问题是来自那些用自动或半自动方法的指令中的。4 激光扫描和城市模型在二十
11、世纪九十年代，靠空气传播的激光扫描作为获得表面的模型的新方法变得可用。随后，扫描系统提高了并且指引全球范围也因为足够的精度变得可行。今天，靠空气传播的激光扫描是一项成熟的技术为大多数公司提供系统和服务。扫描很大的区域是可能的，例如整个荷兰已经被扫描过了，德国的Baden-Wurttemberg州也正在进行扫描，他们中每一个的面积都超过了30平方千米。天线激光扫描机直接地生产地球的表面密集的点云 (Baltsavias et al。,1999). 他们对获得密集的都市区域的数传表面模型 (DSMs) 是特别地适当的, 如同他们保存跳跃边缘一样相当好。 大多数的系统能够测量不只有高度, 也有反射系
12、数, 和首先,最后的或多样的回行脉冲,他们允许分开树形天篷和地面。 (Kraus 和 Rieger,1999)主要的问题是怎样从激光扫描数据组中获取关于人造结构的符号信息，可能和天空的或陆地的图像联合。尤其, 自动机械世代的城市模型是而且仍然是一个强烈的研究领域, 这个讨论是超过本文的范围的。 在这一问题上，读者可以咨询“Ascona 工作室”的优秀的成果。 (Grun et al., 1995, Grun et al., 1997,Baltsavias et al., 2001).然而，实质性研究努力还是很必要的直到高度自动化的物体获取系统可以可靠地工作。另一方面，三维空间存在的物体信息在今天存在的GIS数据库中还远远不是普遍的。所以，在本文中我们将考虑把GIS数据库和激光扫描DSMs联合起来在一个图标层上，不明确地重建物体的三维空间的形状而当做分开实体。图2展示了一个数据资源被用过的例子，来自正在激光扫描的DSM，使有规则到1米的格子，街道的几何形状用从一个GDF数据组合的中心线表示，而建筑物的轮廓用从地籍图上获得的中心线表示。
