第二節(jié) 車(chē)輛導(dǎo)航地圖多尺度空間數(shù)據(jù)模型國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

國(guó)內(nèi)外學(xué)者在這一領(lǐng)域開(kāi)展了大量的研究，較有代表性的成果有：C. B. Jones（1996）提出了多尺度空間數(shù)據(jù)庫(kù)的概念模型GEOSYSSEY，并在該模型基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)關(guān)系與自動(dòng)綜合的多尺度策略；Timpf Sa-bine（2001）提出了地圖立方多尺度數(shù)據(jù)模型；A. Bouju等（2002）提出了基于增量的多分辨空間數(shù)據(jù)模型；T. Ai等（2001）提出了基于代數(shù)映射變換的地圖綜合模型；龔健雅等（2000）在GeoStar的研究開(kāi)發(fā)中提出了面向?qū)ο蠹苫臄?shù)據(jù)模型；艾廷華（2000）提出了城市地圖數(shù)據(jù)庫(kù)綜合的支撐數(shù)據(jù)模型與方法；張錦（2000）提出了基于超圖對(duì)象模型的多分辨率空間數(shù)據(jù)模型；吳凡等（2001, 2002）提出了基于小波分析的地貌多尺度表達(dá)與自動(dòng)綜合方法；胡紹永（2004）提出了基于LOD技術(shù)的多尺度空間數(shù)據(jù)表達(dá)模型；閻浩文等（2013, 2014）研究了多尺度地圖空間中的空間數(shù)據(jù)相似關(guān)系及其在自動(dòng)地圖綜合中的應(yīng)用等。但無(wú)論是從理論方面還是從技術(shù)方面看，對(duì)多尺度空間數(shù)據(jù)模型理論的研究還是非常初步的，如GeoStar平臺(tái)中對(duì)多尺度數(shù)據(jù)的支持僅是設(shè)定其可見(jiàn)的尺度范圍；C. B. Jones僅僅提出了多尺度空間數(shù)據(jù)庫(kù)的概念模型。因此有必要對(duì)多尺度空間數(shù)據(jù)模型理論進(jìn)行更深入的研究。

同時(shí)隨著應(yīng)用的深化，與多尺度空間數(shù)據(jù)模型密切相關(guān)的空間目標(biāo)自動(dòng)綜合也引起中外學(xué)者的廣泛關(guān)注，這一領(lǐng)域較有代表性的成果有：Douglas D. H．等（1973）提出的Douglas-Peuker線綜合算法；Guttman, A.（1984）提出的R-tree; Ballard, D. H.（1981）提出的Strip -tree;Gunther, O.（1988）提出的Arc-tree; Jones, C. B．和Abraham, I. M.（1987）提出的Multi-Scale line tree; Oosterom P. Van（1991, 1995）提出的The Binary Line Generalization Tree、Reactive - tree和GAP - tree;Wanning Peng（1997）應(yīng)用Delaunay三角形進(jìn)行了空間對(duì)象的選取，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的簡(jiǎn)化和沖突檢測(cè)算法。法國(guó)IGN研究所Anne Ruas博士領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究小組，推出了基于對(duì)象模型的名為Multi-Agent的自動(dòng)綜合系統(tǒng)，取得了一定的突破。其中Reactive-tree引入重要性因子，用于區(qū)域多邊形的綜合，而GAP-tree是在J. Corbett單元結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ)上，利用單元結(jié)構(gòu)建立的點(diǎn)線面的空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和引入的重要性因子，可進(jìn)行空間的簡(jiǎn)化、選擇等操作；Oosterom P Van在Postgres和GEO系統(tǒng)中進(jìn)行了實(shí)際的模擬計(jì)算。荷蘭ITC的Wanning Peng博士系統(tǒng)地研究了相對(duì)于傳統(tǒng)的制圖綜合，GIS環(huán)境中綜合方法的特點(diǎn)和算法體系；Tinghua Ai博士則應(yīng)用類(lèi)Voronoi圖研究了城市居民地自動(dòng)綜合時(shí)的選取方法和合并、消除算法。中國(guó)學(xué)者毋河海等（1995）對(duì)地貌和水系的綜合理論進(jìn)了深入的研究，提出將地理信息或制圖信息的綜合看成一種信息交換，據(jù)此建立了結(jié)構(gòu)化地貌綜合理論；王橋等（1998）提出了基于分形分析的自動(dòng)綜合方法；王家耀等（1997, 1998, 1999）利用Delaunay三角網(wǎng)、Voronoi圖方法、分形理論和方法、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)等方法進(jìn)行協(xié)同式地圖自動(dòng)綜合研究，并提出了數(shù)字地圖自動(dòng)綜合的人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)方法；許俊奎、武芳等（2013, 2014）從空間關(guān)系相似性角度研究了多比例尺地圖中居民地要素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并提出了增量綜合的多種居民地匹配算法；田鵬、鄭扣根等（2001）提出了基于C-Tree的無(wú)級(jí)比例尺GIS多邊形綜合技術(shù)；楊敏、艾廷華等（2013）提出了基于地理特征及道路目標(biāo)特征的路網(wǎng)和海岸線自動(dòng)綜合方法；鄧敏等（2013）提出了基于層次信息量的線要素化簡(jiǎn)算法。

總的來(lái)看，目前多尺度空間目標(biāo)綜合理論研究大致可分為兩種技術(shù)路線，一種路線是從制圖綜合理論入手，通過(guò)對(duì)地圖制圖本質(zhì)理論的分析研究，提取地貌和地物的形態(tài)結(jié)構(gòu)并模型化，據(jù)此給出初始狀態(tài)下空間目標(biāo)變換為新的狀態(tài)（新的尺度）空間目標(biāo)的結(jié)構(gòu)化變化理論，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行移位、符號(hào)化和夸大處理。其主要目標(biāo)是建立中小比例尺地圖分類(lèi)綜合的理論體系，從地圖制圖學(xué)的本質(zhì)上認(rèn)識(shí)制圖綜合的實(shí)質(zhì)，據(jù)此給出一些算法和方法，一般對(duì)這些算法和方法的驗(yàn)證是專(zhuān)題型的，獨(dú)立于流行的GIS系統(tǒng)；另一種路線是在現(xiàn)有GIS空間數(shù)據(jù)模型和系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論和地圖制圖綜合理論，通過(guò)對(duì)空間目標(biāo)的分割、標(biāo)識(shí)，建立尺度變化時(shí)空間目標(biāo)的綜合模型和算法。其主要目標(biāo)是基于流行的GIS系統(tǒng)，運(yùn)用制圖綜合理論，研究中、大比例尺空間目標(biāo)尺度變化時(shí)的綜合算法，并在GIS系統(tǒng)中進(jìn)行驗(yàn)證。

多尺度性也是導(dǎo)航道路數(shù)據(jù)的特點(diǎn)之一。導(dǎo)航數(shù)據(jù)的多尺度分析處理允許系統(tǒng)在速度和精度之間尋求平衡，從而可以在硬件資源和通信條件受限制的情況下，快速獲取近似的導(dǎo)航方案，這也是導(dǎo)航數(shù)據(jù)建設(shè)與應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。在導(dǎo)航數(shù)據(jù)中由于定位精度和路徑引導(dǎo)的要求，“比例尺”的概念與一般的多尺度空間數(shù)據(jù)有很大不同，不同尺度的導(dǎo)航數(shù)據(jù)之間一般不存在精度與概括程度的差異，只是所表示的道路的重要程度不同，其多尺度性有著獨(dú)特的表現(xiàn)形式。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在這一領(lǐng)域開(kāi)展了初步的研究，較有代表性的成果有：Timpf Sabine等（1992）提出了道路多級(jí)抽象概念模型；王艷慧、陳軍等（2003）分析了路網(wǎng)多尺度建模中不同尺度下的實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系；蔣捷、韓剛（2003）提出了按抽象程度和覆蓋區(qū)域劃分?jǐn)?shù)據(jù)集的多尺度導(dǎo)航數(shù)據(jù)組織方法；陳玉敏、龔健雅、史文中（2006）提出了針對(duì)大區(qū)域道路網(wǎng)的最優(yōu)路徑問(wèn)題的金字塔式的多級(jí)道路網(wǎng)數(shù)據(jù)模型；張錦（2004）提出了應(yīng)用Delaunay三角網(wǎng)進(jìn)行城市居民地和路網(wǎng)自動(dòng)綜合的理論和方法；賈奮勵(lì)、宋國(guó)民（2002）提出了點(diǎn)要素LOD模型等。

但無(wú)論是從理論方面還是從技術(shù)方面，對(duì)導(dǎo)航數(shù)據(jù)多尺度數(shù)據(jù)模型的研究都是非常初步的，以上研究共同的問(wèn)題在于：這些模型都是從已有的道路網(wǎng)絡(luò)直接綜合得到其他尺度的地圖，未對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的空間關(guān)系做深入分析，地圖綜合時(shí)元素的增減將對(duì)網(wǎng)絡(luò)中其他的元素造成不可預(yù)料的影響。而且多尺度地圖是一次生成的，固定保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，不能專(zhuān)門(mén)針對(duì)某次行車(chē)生成詳略得當(dāng)?shù)膶?dǎo)航地圖。在這樣的地圖上進(jìn)行路徑分析，由于路網(wǎng)并未針對(duì)具體任務(wù)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，分析時(shí)仍然需要處理較多的冗余元素，而一些對(duì)于任務(wù)目標(biāo)重要的潛在空間關(guān)系信息又有可能丟失，難以滿足導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理的要求。

綜上所述，多尺度空間數(shù)據(jù)模型及與其密切相關(guān)的空間目標(biāo)自動(dòng)綜合方法是一個(gè)極其重要和復(fù)雜的前沿性問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量的研究，但仍有許多問(wèn)題尚待解決。其中車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)的多尺度空間數(shù)據(jù)模型因其應(yīng)用領(lǐng)域有著與一般多尺度空間數(shù)據(jù)模型不同的特點(diǎn)，一些學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了探索，初步取得了一些成果，但總的來(lái)看，這些模型和方法還是比較初步的，現(xiàn)有的研究成果無(wú)法滿足物流車(chē)輛調(diào)度中車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、導(dǎo)航和實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度的要求，車(chē)輛導(dǎo)航多尺度空間數(shù)據(jù)模型的研究仍是該領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵性難題之一，為此本書(shū)嘗試建立新的多尺度空間數(shù)據(jù)模型以適應(yīng)車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)。