1建立自主导航数据生产系统的必要性
1.1导航数据生产系统的现状
导航数据生产系统是面向导航数据生产的软件平台，为导航数据生产提供导航数据采集、 输入、转换、质量检查与管理工具，满足高效、规模化地生产符合标准的导航数据的需求。从导航数据生产系统的发展现状看，可以把现有的导航数据生产系统归纳为三大类：
第一类：直接使用GIS类软件：ARC/INFO、MapInfo。
第二类：基于GIS平台进行二次开发的软件：基于MapX、MapObject等组件进行二次开发的软件为主。
第三类：自主研发的专用导航数据生产软件：TeleAtlas公司的TA Mapper、美国NAVTECH公司的GWS和日本Denso的MapCreate等。
第一类和第二类导航数据生产系统是建立在GIS平台软件基础之上，其优点是可以使用GIS平台软件中现有的各种功能，快速搭建出导航数据生产系统。然而由于GIS平台软件的中心目的不是导航数据生产，可以提供的功能比较有限，不能够提供导航数据生产需要的专用工具，这个缺点在二次开发中可以得到一定的弥补，但是其核心仍是GIS平台软件，所以深层次的开发比较困难，而且在这些软件基础上的二次开发，系统执行效率难以使人满意。此外，GIS平台软件部署成本也比较高，每台机器都需要支付License费用。
第三类软件是专用的导航数据生产软件。这类软件是不同的导航数据生产公司开发的，被他们视为其商业利益的核心技术，是他们极力保护的知识产权和商业秘密。
1.2建立自主的导航数据生产系统的优势
基于以上对导航数据生产系统现状的分析，第一类和第二类软件不能够满足导航数据生产的要求，第三类软件又受到了软件研制方的保护，所以必须建立自主的导航数据生产系统，其优势有：
1）能够以国家标准《导航地理数据模型与交换格式》为依据，以形成最优数据生产工艺为原则，完成需求分析和系统设计；
2）能够以市场需求为导向，联合目前国内主要生产导航数据的企业，共同建立符合我国国情的导航数字地图生产系统，为导航数据生产提供稳定、强大的技术支持；
3）为了避免受制于人，长远来看，无论是从国家安全的角度，还是从经济角度，开发具有自主知识产权的导航数据生产系统是十分必要的。
2导航数据生产系统的功能
2.1系统界面主控
系统界面主控提供导航数据生产系统的主框架（包括主框架窗口、菜单、工具条等）。系统界面主控负责统一接收用户输入的功能命令、鼠标事件、键盘事件，通过标准的接口统一分发到各个功能，维护由各个功能所共享的各种控制信息，并对功能处理层中各个功能返回的消息进行统一的处理，从而实现对系统的总体控制以及各个功能之间的协调。
2.2地理信息访问引擎
地理信息访问引擎主要功能是负责访问各种来源和形式的地理信息数据。它是整个系统的底层核心，向上提供标准的地理信息访问接口，各个功能处理模块通过它对地理信息数据进行共享和访问。
2.3数据采集
数据采集模块主要功能是采集道路的各种信息，具体通过使用定位系统采集道路的几何形状，通过多媒体采集完成道路属性信息的收集。
2.4数据输入与输出
数据输入与输出模块能够输入/输出多种类型、多种来源的数字地图，其中主要包括符合国家或商业标准的各比例尺矢量地图数据、各种正射影像数据和像素地图数据、以及多种类型的多媒体数据（如图片、视音频、文档等）。
2.5数据编辑
数据编辑提供地理目标的创建、删除、移动、合并、拆分、整形、平差、弧段延长、相交打断、多级Undo/Redo操作等数据编辑功能，以及属性数据编辑处理功能。
2.6数据拼接与裁剪
数据拼接与裁剪提供地图物理拼接功能，并能够进行自动接边和网络拓扑关系的自动维护；提供指定区域的地图裁剪功能。
2.7影像处理
影像处理提供针对影像数据的一般图像处理与显示功能。影像处理能够接收BMP、TIFF、JPG等格式的影像数据，提供影像数据与矢量地图的配准功能，能以图像数据作为底图进行空间数据更新。
2.8拓扑关系处理
拓扑关系处理提供拓扑关系处理功能，能够生成网络拓扑和面拓扑，可自动打断相交弧段。拓扑关系处理用于生成点、线、面目标之间的包含、邻接与关联的拓扑空间关系，向网络分析、叠置分析与空间查询等功能提供基础关系。
2.9地图显示与控制
地图显示与控制用于完成各种地图数据的显示和控制功能，其中主要包括地图数据显示、属性数据显示，以及地图的打开、图层控制、放缩/漫游、窗口控制、显示风格和样式等显示控制。
2.10地理信息查询
地理信息查询的主要功能是通过多种灵活、方便的地理数据查询手段，对地理信息进行空间条件查询、属性条件查询等查询分析，并按照不同的要求对查询结果进行处理。
2.11网络分析
网络分析基于网络拓扑关系实现对道路网络的空间分析，提供最优路径分析和网络连通性分析功能。
2.12叠置分析
叠置分析提供叠置分析功能，能够对不同图层的地理目标进行点、线和面叠置，产生具有新特征的专题矢量图层。
2.13地图符号与注记
地图符号与注记提供地图符号制作工具；提供地图符号配置方法；提供地图注记配置和编辑功能。
2.14质量检验
导航数据质量检验分为几何图形质量、几何位置精度、属性精度、逻辑一致性、完整性与正确性和图幅接边等方面进行。质量检验自动进行，完成后以警告列表和错误列表的形式提交给用户。
2.15地图投影
地图投影提供高斯投影、墨卡托投影、等角圆锥投影、通用横墨卡托投影等常用投影，并提供北京54、西安80、WGS84等各种坐标系之间的坐标转换功能。
2.16地图整饰与打印
地图整饰与打印的主要功能是对地图增加整饰单元，修饰地图, 可以对基本工作区的全图或局部地图进行整饰，并提供完整地图和指定区域地图的打印，以及打印预览和脱机打印功能。
2.17导航数据管理
导航数据管理完成对导航数据库中各种类型数据的管理，其中既包括对导航数据的管理功能，也包括对元数据的管理功能。此外，数据管理功能还负责提供用户管理、权限管理以及审计信息管理功能。
3导航数据生产系统的总体设计
在数据模型、数据交换格式等标准的规范下，专用的导航数据生产系统是提高生产力、实现规模化生产的必备手段。导航数据生产系统是导航数据生产的核心，它决定了导航数据生产的自动化程度，软件结构优劣、功能是否全面、界面是否友好、容错能力的强弱都会影响到导航数据生产的质量。
3.1导航数据生产系统的体系结构
导航数据生产系统采取层次化、组件化的体系结构，包括三个层次，每个层次由一系列相互协作的组件构成。通过对系统在组件级上的不同裁剪，以及在层次级上的不同配置，既可以保证不同版本的导航数据生产系统在核心的功能与实现上保持一致，又可以根据用户不同规模、不同层次、不同使用方式的应用需求，提供不同的服务。导航数据生产系统的体系结构如图 1所示。
1 层次化体系结构
导航数据生产系统内部采取层次化的体系结构，保证不同版本的导航数据生产系统在核心的功能与实现上保持一致，其中包括界面控制层、功能处理层和地理信息访问层三个层次：
界面控制层负责统一接收和调度系统的功能命令、鼠标事件、键盘事件和绘图事件，能够通过标准的接口统一分发给功能处理层，并对返回的消息进行统一的处理。界面控制层为整个系统提供一个统一的入口点，为各项功能提供一个集成框架，实现对系统的总体控制以及各个功能处理模块之间的紧密集成与协调工作；功能处理层主要完成导航数据的各项处理功能，包括数据的采集、输入、输出、编辑、处理、查询、分析、制图、管理等。功能处理层中的各个处理模块接收由界面控制层统一分发的各项系统功能命令、鼠标事件、键盘事件和绘图事件，完成相应的功能处理，并通过下层的地理信息访问引擎实现对地理信息数据的读写访问。功能层涵盖系统对外提供的所有功能，利用组件化技术，使用户可以根据自身的实际需要对系统功能进行裁剪和配置，实现对系统的定制。按照各项处理功能在导航数据生产各个流程中的应用范围，可将处理功能划分为通用功能与专用功能。通用功能是指各个生产流程中均要使用的处理功能，如地图显示、地理信息查询等。专用功能是指只有在某个生产流程才可使用的处理功能，如数据采集只在外业采集中使用。
地理信息访问层维护一套为各个功能处理模块所共享的数据结构，并提供一套标准的地理信息访问接口，用于访问导航数据库中各种类型的地理数据。功能处理层的各个处理模块通过地理信息访问层对导航数据进行访问，完成对导航数据的调度等处理。该层是整个系统的底层核心，向上提供数据访问和基础处理、数据缓存等应用服务。
2 组件化体系结构
导航数据生产系统内部采取组件化体系结构，将系统的各项功能划分为多个功能组件。系统中的各个组件之间既相对独立，能够根据用户的实际需求，通过对组件的裁剪与组合，实现对系统的定制；又能够紧密地集成在统一的框架中，有效地协同工作，共同完成复杂任务。
通过这种可定制的组件化体系结构，系统将具有更好的可扩充性和可维护性。例如，如果要增加一项全新的功能，只要按照固定的标准接口开发一个功能组件（可能是以一个动态链接库的形式），然后就可以将该组件挂接到系统的集成框架中提供给用户使用，而不用对系统的集成框架本身和其它模块进行修改或重新编译。如果要对某个模块进行修改，只要修改并替换指定模块即可，不用替换整个系统。
通过这种可定制的组件化体系结构，系统可以按照导航数据生产不同流程对系统分别组合，形成专用的子系统。子系统是导航数据生产系统的一个子集，生产人员只能使用工作所必须的功能，限制了生产人员对其他功能的使用，这样既简化了对生产人员的培训，也从软件层次上明确了处于各个流程的生产人员的职责。
3.2导航数据生产系统对导航数据生产过程的控制模式
控制模式描述的是导航数据生产系统对导航数据生产从生产计划、数据采集、数据输入编辑、质量检查到数据输出的控制过程。导航数据生产是一项复杂的系统工程，它包含生产计划、数据采集、数据输入编辑、质量检查等多个工序。本系统主要关注导航数据生产的软件环境的改善，即建立一套面向专业导航数据生产的人机交互式作业环境，区分出创造性智能行为与重复性劳动行为，求得人机协同，为作业人员提供一个轻松、高效的数据采集、数据输入编辑、质量检查的软件环境，解决导航数据生产中劳动量大、周期长、质量低等问题。
我们可将整个导航数据生产过程分解为六个阶段，其中与导航数据生产系统最为紧密的是外业采集、内业输入编辑和质量检查三个阶段。导航数据生产过程中在生产线上流动的是导航数据，从用户对导航数据的需求开始，制作导航数据的生产计划，外业采集导航数据，内业输入编辑导航数据，生产过程中伴随着各个环节的导航数据质量检查。
导航数据生产系统必须对导航数据进行准确的控制，同一份导航数据不能同时处在两个生产流程中，否则就会产生重复劳动，降低生产效率。
导航数据生产系统通过导航数据管理功能完成对导航数据生产过程的控制。在导航数据生产系统的设计中，本系统给每一份导航数据分配了一个全局唯一的数据锁，生产过程同时也是数据锁的传接过程，生产过程中只有一个生产流程可以拥有对数据锁的控制。导航数据管理功能主要是对数据锁进行管理，只有拥有数据锁的流程才可以调用地理数据访问引擎，否则地理数据访问引擎将对该流程关闭。
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