全球导航网格码（GNGC）计算模型的进一步研究

全球导航网格码（GNGC）计算模型的进一步研究

李  滨

（北京大学遥感与地理信息系统研究所，北京 100871，[email protected]）

 

著名的数学软件Mathematica的发明人是数学家、物理学家、计算机学家沃尔夫勒姆博士(Stephen Wolfram，1959-)。他在二零零二年出版了一本专著：《A New Kind of Science》。在这本书中他系统的表达了他的理念：自然界的本质是计算，但计算的本质必须用实验探索。无论是简单或复杂的数学问题（如对2开平方），还是普通的逻辑问题（哪些书的名字里有“红”这个词），或是物理、化学、生物方面的问题例如刻画3D空间中的运载火箭的轨迹需要知道哪些参数和模型，乃至于普遍性的知识问题比如北京大学东边的餐馆有哪些、2014年12月发生了哪些大事件等，都可以通过计算模型和计算得到结果（果壳网，2015）。

 

导航同样也是一个计算的过程，是将空间信息通过计算模型和计算方法实现空间认知并将结果以可引导的形式呈现给使用者的过程。全球导航网格码的目标是成为一种全球使用的通用网格，不仅仅可用于日常导航，其编码还可以用于空间信息服务的入口编码用于导航、灾害应急、测绘、城市网格管理、突发事件、气象、消防、环保、物流、军事……等。

 

论文《全球导航网格码导航计算模型研究》^注[1]为全球导航网格编码（Global Navigation Grid Code, GNGC）的导航计算模型做了初步的理论探索和应用研究并展开了相关的实验论证。导航相关技术的研究与人们的日常生产和生活紧密相关。导航系统也日益普及，越来越多的融入到线路导航和其他延伸的应用中。针对在导航应用中涉及的导航区域定位问题、导航的快速计算问题、导航数据的高效组织问题、导航数据的交换应用与标准推广等问题，论文《全球导航网格码导航计算模型研究》分析了现有导航计算面临的挑战，总结国内外在新型导航计算上取得的进展，提出新的解决思路。立足于面向新型导航计算解决思路，文献１根据全球导航网格概念的构建和其编码模型构建了基于全球导航网格码的导航计算模型并建立创新型导航计算思路与实现方法，然后设计了全球网格导航计算模型的相关计算方法。同时结合全球导航网格码的优势，将导航计算在精细导航、一带一路物流编码、监控视频数据导航等方面的典型做了剖析，对全球网格导航计算模型的应用模式和方法进行了探讨。论文还设计了相关实验进行全球网格导航计算模型的效能验证。

 

作为一种新型的导航网格，在其未来的推广应用方面还有很多问题值得进一步去研究和完善。在将来的工作中还可以对以下问题进一步深入探讨主要包括：

 

1.理论研究方面

(1) 基于全球导航网格码的三维导航计算

本论文中涉及的导航计算主要是二维平面计算。但如文中所说，对于一些复杂的应用场景比如三维空间无人机飞行导航，就需要研究将全球导航网格码和计算模型向三维进行拓展，从而实现真三维场景下的三维导航。

 

(2) 基于全球导航网格码的语音导航计算

导航服务一直不断在提升用户体验，其中一个内容就是语音导航，目前很多导航系统已经成为配备了语音导航功能。针对语音导航中语音识别和语义分析，将全球导航网格码与POI之进行语音语义的关联和转化以提升服务。

 

(3) 基于全球导航网格码的空间分析算法完善

全球导航网格码具有空间的尺度，在进行导航计算模型的相关计算时，需要对于网格的尺度、层级与空间分析之间的关系做进一步的定量研究。对于空间距离、空间面积、空间方位等的定量计算要进一步探究完全基于网格的完善的算法。

 

(4) 基于全球导航网格码的路径规划算法优化

在考虑网格具有层级特性，在多层级路径分析上可以进一步探讨以提高路径规划的效率并节省计算开销、减少移动终端的耗电量；对于大规模路网环境下路径规划计算的可行性及与传统方法相比的效率要进行实验验证和分析。

 

(5)大规模真实数据的测试和验证

为了验证全球导航网格码导航计算模型在导航计算上的高效性，在后续的工作中要进一步进行相关的测试和验证工作，通过大规模的真实数据，并通过一定数量的对比实验，对该理论的正确性、有效性、高效性进行实证研究，为全球导航网格码的推广应用打下基础。

 

2.实际应用方面

(1) 各类导航终端和后台导航服务数据库的仿真模拟技术

在真实导航终端和后台服务数据库改造之前，针对不同类型的导航终端特点，模拟实现虚拟化的导航终端平台，在该仿真平台上，增加导航网格码，并通过后台虚拟机仿真影像、矢量、POI等不同类型服务数据库的结构特点，模拟形成导航数据的编码化组织与管理，实现前后台的一体化联动仿真，为各类导航终端和后台数据库的软硬件成功改造提供实验支持。

 

(2) 导航网格码在导航卫星导航芯片的实现技术

根据导航网格码的编码模型、导航网格编码的计算模型和语义模型，设计经纬度与导航网格码之间的快速转换算法、导航网格码的动态精度匹配算法；基于完全自主产权的导航芯片，研究面向低功耗低速嵌入式处理器应用的相关算法软硬件实现方法，并在芯片中实现；最终使导航芯片具有导航网格码直接输出功能，完成导航网格码的芯片化设计。

 

(3) 导航数据接收端和后台服务端数据库改造

导航数据接收端的改造需要在导航卫星接收软硬件架构中增加相应的导航网格码输入输出接口及GNSS导航网格码生成模块，实现导航码的嵌入式服务。

后台导航服务数据的改造采用增加数据库表或者增加索引列的方法对矢量数据、影像数据、业务数据和POI数据等现有各类导航数据后台数据库进行实施，形成相互关联、相互融合的数据结构。

 

(4) 导航服务数据的中间件开发

为导航用户提供经过网格统一编码的结构化多源数据等需要开发多源导航数据编码预处理中间件和导航数据索引大表中间件，分别为终端用户和服务端用户提供软件支持。

 

(5) 导航网格服务的关键技术研究

针对行业与部门应用，还需要研究基于北斗导航网格码的关键技术，具体包括：基于位置的快速关联服务技术（随时随地信息服务、授权接收服务、数据按网格选择性推送服务等）、基于导航网格码的高精度地基位置增强服务（基于导航网格的地基位置增强计算服务、基于导航网格码的位置改正信息服务）和基于导航编码的移动位置数据信息挖掘技术（基于导航编码的用户行为分析、基于导航编码的异常行为发现）等。

 

可以预见的是：全球导航网格码在区位标识与表达、数据计算速度、数据索引效率、数据交换与整合、以及导航定位能力扩展增强等方面具有独特的优势，非常适合作为空间信息和位置服务的大数据入口。当前，我国一些行业和部门为了提高计算和检索效率，已经陆续采用了地理网格编码来组织空间信息。全球网格导航计算模型可快速进行各种专题和行业应用，在灾害、气象、公安、环保、测绘、导航、军事等领域都有着广泛的应用前景。

 

未来全球导航网格码若和北斗卫星导航系统相结合，对于北斗卫星导航系统的推广应用并快速走向世界，对于提升中国的综合国力和大国地位，对于主流意志的输出，对于国民经济信息化建设以及社会发展具有重大意义。

注[1]文献来源：李滨.全球导航网格码导航计算模型研究[D].北京大学，2015.