全球導航網格碼（GNGC）計算模型的進一步研究

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全球導航網格碼（GNGC）計算模型的進一步研究

李  濱

（北京大學遙感與地理資訊系統研究所，北京 100871，[email protected]）

 

著名的數學軟體Mathematica的發明人是數學家、物理學家、電腦學家沃爾夫勒姆博士(Stephen Wolfram，1959-)。他在二零零二年出版了一本專著：《A New Kind of Science》。在這本書中他系統的表達了他的理念：自然界的本質是計算，但計算的本質必須用實驗探索。無論是簡單或複雜的數學問題（如對2開平方），還是普通的邏輯問題（哪些書的名字裡有“紅”這個詞），或是物理、化學、生物方面的問題例如刻畫3D空間中的運載火箭的軌跡需要知道哪些參數和模型，乃至於普遍性的知識問題比如北京大學東邊的餐館有哪些、2014年12月發生了哪些大事件等，都可以通過計算模型和計算得到結果（果殼網，2015）。

 

導航同樣也是一個計算的過程，是將空間資訊通過計算模型和計算方法實現空間認知並將結果以可引導的形式呈現給使用者的過程。全球導航網格碼的目標是成為一種全球使用的通用網格，不僅僅可用於日常導航，其編碼還可以用於空間資訊服務的入口編碼用於導航、災害應急、測繪、城市網格管理、突發事件、氣象、消防、環保、物流、軍事……等。

 

論文《全球導航網格碼導航計算模型研究》注[1]為全球導航網格編碼（Global Navigation Grid Code, GNGC）的導航計算模型做了初步的理論探索和應用研究並展開了相關的實驗論證。導航相關技術的研究與人們的日常生產和生活緊密相關。導航系統也日益普及，越來越多的融入到線路導航和其他延伸的應用中。針對在導航應用中涉及的導航地區定位問題、導航的快速計算問題、導航資料的高效組織問題、導航資料的交換應用與標準推廣等問題，論文《全球導航網格碼導航計算模型研究》分析了現有導航計算面臨的挑戰，總結國內外在新型導航計算上取得的進展，提出新的解決思路。立足於面向新型導航計算解決思路，文獻１根據全球導航網格概念的構建和其編碼模型構建了基於全球導航網格碼的導航計算模型並建立創新型導航計算思路與實現方法，然後設計了全球網格導航計算模型的相關計算方法。同時結合全球導航網格碼的優勢，將導航計算在精細導航、一帶一路物流編碼、監控視頻資料導航等方面的典型做了剖析，對全球網格導航計算模型的應用模式和方法進行了探討。論文還設計了相關實驗進行全球網格導航計算模型的效能驗證。

 

作為一種新型的導航網格，在其未來的推廣應用方面還有很多問題值得進一步去研究和完善。在將來的工作中還可以對以下問題進一步深入探討主要包括：

 

1.理論研究方面

(1) 基於全球導航網格碼的三維導航計算

本論文中涉及的導航計算主要是二維平面計算。但如文中所說，對於一些複雜的應用情境比如三維空間無人機飛行導航，就需要研究將全球導航網格碼和計算模型向三維進行拓展，從而實現真三維情境下的三維導航。

 

(2) 基於全球導航網格碼的語音導航計算

導航服務一直不斷在提升使用者體驗，其中一個內容就是語音導航，目前很多導航系統已經成為配備了語音導航功能。針對語音導航中語音辨識和語義分析，將全球導航網格碼與POI之進行語音語義的關聯和轉化以提升服務。

 

(3) 基於全球導航網格碼的空間分析演算法完善

全球導航網格碼具有空間的尺度，在進行導航計算模型的相關計算時，需要對於網格的尺度、層級與空間分析之間的關係做進一步的定量研究。對於空間距離、空間面積、空間方位等的定量計算要進一步探究完全基於網格的完善的演算法。

 

(4) 基於全球導航網格碼的路徑規划算法最佳化

在考慮網格具有層級特性，在多層級路徑分析上可以進一步探討以提高路徑規劃的效率並節省計算開銷、減少移動終端的耗電量；對於大規模路網環境下路徑規劃計算的可行性及與傳統方法相比的效率要進行實驗驗證和分析。

 

(5)大規模真實資料的測試和驗證

為了驗證全球導航網格碼導航計算模型在導航計算上的高效性，在後續的工作中要進一步進行相關的測試和驗證工作，通過大規模的真實資料，並通過一定數量的對比實驗，對該理論的正確性、有效性、高效性進行實證研究，為全球導航網格碼的推廣應用打下基礎。

 

2.實際應用方面

(1) 各類導航終端和後台導航服務資料庫的模擬類比技術

在真實導航終端和後台服務資料庫改造之前，針對不同類型的導航終端特點，類比實現虛擬化的導航終端平台，在該模擬平台上，增加導航網格碼，並通過後台虛擬機器模擬影像、向量、POI等不同類型服務資料庫的結構特點，類比形成導航資料的編碼化組織與管理，實現前背景一體化聯動模擬，為各類導航終端和後台資料庫的軟硬體成功改造提供實驗支援。

 

(2) 導航網格碼在導航衛星導航晶片的實現技術

根據導航網格碼的編碼模型、導航網格編碼的計算模型和語義模型，設計經緯度與導航網格碼之間的快速轉換演算法、導航網格碼的動態精度匹配演算法；基於完全自主產權的導航晶片，研究面向低功耗低速嵌入式處理器應用的相關演算法軟硬體實現方法，並在晶片中實現；最終使導航晶片具有導航網格碼直接輸出功能，完成導航網格碼的晶片化設計。

 

(3) 導航資料接收端和後台服務端資料庫改造

導航資料接收端的改造需要在導航衛星接收軟硬體架構中增加相應的導航網格碼輸入輸出介面及GNSS導航網格碼產生模組，實現導航碼的嵌入式服務。

後台導航服務資料的改造採用增加資料庫表或者增加索引列的方法對向量資料、影像資料、業務資料和POI資料等現有各類導航資料後台資料庫進行實施，形成相互關聯、相互融合的資料結構。

 

(4) 導航服務資料的中介軟體開發

為導航使用者提供經過網格統一編碼的結構化多來源資料等需要開發多源導航資料編碼預先處理中介軟體和導航資料索引大表中介軟體，分別為終端使用者和服務端使用者提供軟體支援。

 

(5) 導航網格服務的關鍵技術研究

針對行業與部門應用，還需要研究基於北鬥導航網格碼的關鍵技術，具體包括：基於位置的快速關聯服務技術（隨時隨地資訊服務、授權接收服務、資料按網格選擇性推送服務等）、基於導航網格碼的高精度地基礎位置增強服務（基於導航網格的地基礎位置增強計算服務、基於導航網格碼的位置改正資訊服務）和基於導航編碼的移動位置資料資訊挖掘技術（基於導航編碼的使用者行為分析、基於導航編碼的異常行為發現）等。

 

可以預見的是：全球導航網格碼在區位標識與表達、資料計算速度、資料索引效率、資料交換與整合、以及導航定位能力擴充增強等方面具有獨特的優勢，非常適合作為空白間資訊和位置服務的大資料入口。當前，我國一些行業和部門為了提高計算和檢索效率，已經陸續採用了地理網格編碼來組織空間資訊。全球網格導航計算模型可快速進行各種專題和行業應用，在災害、氣象、公安、環保、測繪、導航、軍事等領域都有著廣泛的應用前景。

 

未來全球導航網格碼若和北鬥衛星導航系統相結合，對於北鬥衛星導航系統的推廣應用並快速走向世界，對於提升中國的綜合國力和大國地位，對於主流意志的輸出，對於國民經濟資訊化建設以及社會發展具有重大意義。

注[1]文獻來源：李濱.全球導航網格碼導航計算模型研究[D].北京大學，2015.

 

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