跨平台导航电子地图显示引擎的研究与构建

论文摘要

导航电子地图的显示模块是导航软件的核心组成部分。实时的地图显示效率和良好的可视化效果是成为一款优秀的导航软件的重要保障,但目前汽车导航产品的开发缺乏相关的标准和通用的平台,特别是导航软件可视化模块与操作系统的依赖性较大,导致导航软件的移植难度较大。本文的主要目的是基于目前的主流嵌入式操作系统建立一个通用的电子地图显示引擎,即跨平台的通用的电子地图显示引擎（General Map Engine,下文简称GME）,使其能够兼容不同的操作系统和图形显示接口,从而使导航应用软件的开发和移植更加高效和方便。导航系统一般采用嵌入式设计方法,与导航系统相关的主要有硬件平台、软件平台和导航数据。在软件平台部分,GME被设计成为兼容WinCE、嵌入式Linux、等嵌入式操作系统平台的图形显示库,而对于导航数据格式来说,GME还根据GDF、NaviTech、KIWI等数据格式组织方式以及电子地图显示所遵循的质量要求对显示数据进行组织。GME按照常见的GIS和图形引擎的基本结构框架进行设计,并使用面向对象的方法进行结构和功能的划分,并且对模块的成员和模块间的接口访问也进行了详细的设计和说明。由于GME更具有通用性,在导航软件使用GME的过程中遇到了与效率相关的一些问题,对此,通过使用创建合理的数据索引、有效的内存管理和多线程并发绘制等关键方法,对这些问题进行了有效的解决。GME使用C++编码实现,采用了分层设计的原则,隔离平台相关的系统调用与系统特性,做到显示引擎层在设计和实现方面的合理抽象。GME在不同平台上展现给导航软件层接口的名称和功能都是一致的。通过一些接口的详细的编码调用范例,展现了GME的使用方法和运行结果,并根据测试程序的实验数据给出了GME的性能分析。最后,对GME进行了总结,特别是根据导航软件显示系统的发展,在应用上和功能上两方面进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 研究方向与现状
• 1.2.1 车载导航系统的构成
• 1.2.2 车载导航地图显示功能的发展
• 1.2.3 通用电子地图显示引擎的社会与市场需求
• 1.3 研究涉及的关键问题
• 1.4 作者的主要工作
• 1.5 论文的内容组织
• 2 相关理论介绍
• 2.1 导航系统软件平台
• 2.1.1 嵌入式操作系统介绍
• 2.1.2 图形化用户接口选择
• 2.2 常用导航电子地图格式
• 2.2.1 GDF 格式
• 2.2.2 NaviTech 的数据格式
• 2.2.3 KIWI 格式
• 2.3 导航电子地图的特点
• 2.3.1 显示数据的分类
• 2.3.2 显示数据的组织
• 2.3.3 质量要求
• 2.4 本章小结
• 3 跨平台电子地图显示引擎体系结构
• 3.1 GME 的设计思路
• 3.2 GME 的设计原则
• 3.3 GME 的工作流程
• 3.4 GME 的体系结构
• 3.4.1 GME 包括的主要流程
• 3.4.2 GME 的主要类型
• 3.5 GME 接口设计
• 3.5.1 简单值类型接口设计
• 3.5.2 地图模块的接口设计
• 3.5.3 内存池模块的接口设计
• 3.5.4 绘制模块的接口设计
• 3.5.5 算法模块的接口设计
• 3.5.6 几何对象模块的接口设计
• 3.5.7 图形显示模块的接口设计
• 3.6 本章小结
• 4 GME 的关键技术
• 4.1 空间数据的查询方法
• 4.1.1 空间数据索引的划分
• 4.1.2 GME 中空间数据查询方法的分析
• 4.1.3 GME 空间查询方法的设计
• 4.2 内存池技术
• 4.2.1 传统组织方式的局限性
• 4.2.2 统计分析
• 4.2.3 内存池机制的设计思路
• 4.2.4 页面置换算法
• 4.2.5 核心方法实现
• 4.2.6 GME 中的实现
• 4.3 双缓冲和多线程技术
• 4.3.1 双缓冲机制
• 4.3.2 多线程机制的绘制方式
• 4.3.3 多线程绘制的平台无关性的实现细节
• 4.4 小结
• 5 GME 实现与性能验证
• 5.1 不同平台上的代码实现
• 5.1.1 GME 的编码原则
• 5.1.2 GME 的编译和链接设置
• 5.2 GME 接口使用与功能展示
• 5.3 GME 的性能分析
• 5.3.1 GME 的绘制效率
• 5.3.2 GME 内存池加载数据效率
• 5.4 小结
• 6 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 下一步工作展望
• 6.2.1 自身功能性增强
• 6.2.2 应用性推广
• 致谢
• 参考文献
• 附录