用于自主车的数字地图现场创建和编译技术应用研究(2)
1.2 研究意义
本论文的地图编译系统生成的地图具有道线级与增量式两个主要性质，主要应用于自主车的规划。
道线级地图对于自主车来说有着重要的意义。失去了道线的概念，自主车在自主行驶过程中将会出现随意换道的状况。而在道线级地图的辅助下，原本完全依赖环境感知的自主车能够进行更快速地规划（分析地图的速度大大快于即时感知环境），同时可以使规划提前（如，在前方有十字路口时更早地判断应该换道）。这就好比一个在陌生道路上战战兢兢开车的司机在熟知该道路后开车更加得心应手。
出于地图对于自主车规划的重要性，地图的可靠性必须得到保证。而地图的增量式性质提供了更高的可靠性。在道路信息采集过程中，由于定位误差、图像识别错误等因素的影响，采集的数据可能会出现偶然性错误。为了排除或减少这种错误的影响，一种方法是设计识别数据错误的方法，从而剔除错误数据；另外一种方法是借鉴统计学的思想，对多次观测取平均值从而减少随机误差的影响。本文采用第二种方法。因此，此处增量式的概念也可以理解为当前版本的地图是历史上所有观测数据的综合。
1.3 研究背景及现有技术
地图逻辑表示。现有的二文电子地图中，一般将空间实体抽象为点、线、面三种数学模型。其中点表示交叉路口，线表示道路，面表示区域。根据数据格式划分，现有的地图可分为栅格地图与矢量地图。栅格地图将地表划分为大小相等间隔均匀的离散网格，每个网格作为数据显示的最小单位。栅格地图中点由一个栅格单元表示，线由沿线走向的一组相邻网格集合表示，面由标记有区域属性的相邻网格单元集合表示。矢量地图假定数据空间为连续空间。二文矢量地图中点用坐标（x，y）表示；线用两个点或者一系列点表示；面由区域的边界线表示。相比之下，栅格地图的数据结构简单，便于进行空间分析与地表模拟，但是数据量大，图像质量差且拓扑关系不明显；矢量地图数据结构紧凑，便于网络分析和检索，但是信息复合度高，对硬件技术要求高。
地图存储结构。为了方便地图的存储、更新、索引，通常数字地图的数据库结构用树来表示，包括B树、承载形树块、k-d树、八叉树、四叉树、R树。B树将数据划分成层次索引，每个节点占一个存储快，通常用于文本索引。承载形树块把数据划成载形块，每一块是最小的拓扑闲集，勇于空间索引，是易泰克（Etak，研制了Etakmap）使用的结构。k-d树将数据划分成二叉查找树，在GIS（Geographic Information System,地理信息系统）中流行，但是更新困难。四叉数将数据划成四分形，在二文数据的GIS中十分流行。八叉树与四叉树类似，用于三文数据。R树将数据递归地划分成嵌套的矩形区域，比四叉树和k-d树更灵活。
地图编译及编译器结构。与传统计算机语言编译器一样，数字地图编译器在顶层可分为前端与后端两部分。前端获取厂商提供的交换格式文件，分析后将结果输出至中间文件。分析过程包括提取道路的形状信息与拓扑结构，确定道路网的连通性，建立地图的逻辑模型。后端将中间结果编码为所要求的地图存储格式。编码过程包括为街区名和城市名建立B树索引，为包含相应空间对象建立数据块以及建立存取这些对象的索引（四叉树等）。
地图分层。由于电子地图包含了海量的信息，为了解决车辆定位和导航的复杂问题，同时增加地图处理的速度，通常对地图进行分层，每一层集中处理不同的细节，最后根据系统及用户的需要，显示相应的图层。如摩托罗拉开发的层次地图数据库中地图分为4层，分别为包含道路网所有信息的第0层；包含道路、干道、公路的第1层；包括干道和公路的第2层；仅包括公路的第3层。当显示及处理跨越大片区域的地图，使用高层地图可以使得问题的关键更容易被抓住（如，查看整个市的地图时，仅需要显示高层信息，而不用对小路等进行显示）。
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