JP4447585B2 - 物理的媒体で地理上のデータを使用し、記憶するためのシステムと方法 - Google Patents
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Description
本願は、1996年10月25日提出の係属米国出願第 08/740,298 号 " INTERFACE LAYER FOR NAVIGATION SYSTEM "に関連する。
ナビゲーションシステムのナビゲーション応用プログラム部分は、詳細な地理的データセット及び(使用されている場合には)測位システムを使用するソフトウェアプログラムである。ナビゲーション応用プログラムは、ユーザに、その地域内のユーザの特定位置の図形表示(例えば、「地図」)を提供することができる。更に、ナビゲーション応用プログラムは、ユーザが何処にいようとも、ユーザに、そこから地域内の複数の位置まで特定の指図を与えることもできる。
一つの面によれば、地理的データを、分離したパーセルに分割するパーセル化方法が提供される。パーセル化方法は、指定された最大データ内容よりは少ないが、所望の充填率を有するパーセルを供給する。パーセル化方法は、パーセルのアドレス指定及び識別を容易にする分割配列をも与える。
別の面によれば、物理的記憶媒体上に格納されている地理的データは、空間的ノーダルエンティティを含んでいる。各空間的ノーダルエンティティは、地理的データ内の選択された複数の正規ノードエンティティを表している。選択された複数の正規ノードエンティティは、ロータリー、クローバの葉型インターチェンジ、及び中央分離帯のあるハイウウェイの交差のような、複数の道路セグメントの複雑な交差に関係しているものとして識別されている。地理的データでは、道路セグメントデータエンティティは、空間的ノードエンティティによって表される正規ノードエンティティにではなく、空間的ノーダルエンティティに関連付けられる。従って、ルート計算プログラムでは、正規ノードエンティティの代わりに、空間的ノーダルエンティティが使用される。空間的ノーダルエンティティは、複数の道路セグメント及び正規ノードエンティティの複雑な交差を、より簡単なデータ表現に簡略化し、それによってルート計算を容易にする。
別の面においては、ルート指定のために使用されるデータのような若干の型の地理的データの若干のレイヤ( layer ) 内に集合( aggregated )セグメントデータが含まれている。これらの集合セグメントは、複数の道路セグメントを表すために使用され、集合セグメントの端点の内部の交差に関する充分な情報を含んでおり、ルート計算プログラムがその端点の内部の集合セグメントにアクセスできるようにしている。
図1を参照する。図1は、ナビゲーションシステム10の構成例を示す図である。ナビゲーションシステム10は、ハードウェアとソフトウェアとの組合せである。一実施例では、ナビゲーションシステム10は、プロセッサ12、プロセッサ12に接続されているドライブ14、及びナビゲーション応用ソフトウェアプログラム18を格納するためのROMのようなメモリ記憶デバイス16を含んでいる。ナビゲーション応用ソフトウェアプログラム18は、ナビゲーションシステムを動作させるために、ROM 16からプロセッサ12に組合わされたメモリ20内にロードされる。記憶媒体22は、ドライブ14内に挿入される。現在の一実施例では、記憶媒体22はCD−ROMである。別の代替実施例では、記憶媒体22はPCカード(PCMCIAカード)であることができ、その場合はドライブ14はPCMCIAスロットに置換されることになろう。固定ディスク、ハードディスク、DVD、並びに近い将来開発されるかも知れない記憶媒体を含む他のいろいろな記憶媒体を使用することができる。記憶媒体22は、詳細を後述するような地理的データを含んでいる。
図2では、記憶媒体22は、それに格納されている地理的データ40を有しているように示されている。地理的データ40は、1つまたはそれ以上のコンピュータ可読データファイル、またはデータベースの形状である。地理的データ40は、特定の地域内の、またはその地域に関連する道路及び交差点の位置に関する情報を含むことができ、また一方通行及び回転禁止街路のような道路及び交差点の属性に関する情報、並びに、街路番地、代替ルート、ホテル、レストラン、博物(美術)館、スタジアム、オフィス、自動車ディーラー、自動車修理業等に関する他の情報を含むことができる。地域エリアは、シカゴ及びその近郊、ニューヨーク及びその近郊、ロスアンジェルス及びその近郊のような大都市圏、または代替としてカリフォルニアのような州全体、合衆国のような国土全体、またはこれらの組合わせを含むことができる。1つより多くの領域を記憶媒体上に格納することができる。
前述したように、地理的データ40は、道路、交差点、速度制限、街路名、場所名、回転禁止、街路番地、代替ルート、ホテル、レストラン、美術(博物)館、スタジアム、オフィス、自動車ディーラー、自動車修理業、等々に関する詳細な情報を含んでいる。これらのデータは種々の異なる方法で表すことができる。若干の方法は、所有権を主張できるもの(プロプラエタリ)であることができ、一方他の方法は、産業または業界標準の形状であることができる。
地理的データのために使用される一つのフォーマットはGDF(地理的データファイル)フォーマットである。他のフォーマットも使用可能であり、この実施例に含まれるものと理解されたい。GDF 3.0フォーマットは 1995 年10月12日付でCEN(ヨーロッパ標準化委員会)から発行された文書に記載されており、本明細書はその全文を参照として採り入れている。GDFフォーマットは、ISO(国際標準機構)によってヨーロッパ以外でも採用することを検討中である。GDFフォーマットは、地理的データベースのための交換フォーマットである。GDFフォーマットは、地理的データセットを別のフォーマットから、または別のフォーマットへ転写するのに適している。地理的データセットをナビゲーションシステム内で使用するためには、地理的データセットをGDFフォーマットからより特殊化されたフォーマットへ変換する必要があるかも知れない。この変換プロセスの詳細に関しては後述する。
実施例の説明に使用されている地理的データセットに関する「特色」、「属性」及び「関係」という語は、上述したCEN GDF標準に定義されているものである。詳述すれば、「特色」とは実世界対象をデータベース的に表したものであり、「属性」とは他の特色から独立した特色のプロパティであり、そして「関係」とは他の特色を含む特色のプロパティである。他のデータモデルにおいては異なる用語を使用できるが、同じような概念が同じように適用されよう。
地理的データセットでは、「ノード」及び「セグメント」が特色である。
「ノード」は、2つまたはそれ以上の道路の交差を表す点、ある道路の端、または道路属性が変化するような道路に沿う点である。
あるセグメントには、以下の属性が関連付けられている。
(1)「形状点」は、セグメントが曲がっているような、またはセグメントが互いに異なるグレードにおいて交わるようなセグメントに沿う点である。
(2)「ランドマーク」は、あるセグメントと、川または鉄道のような詳しく解明する目的にとって重要と考えられる地図作成上の特色との交差である。
(3)「ランク」は、そのセグメントが現れる最高のルート指定データレイヤを指定し、またセグメントの機能的クラスに対応させることができる。
(5)「レーンカテゴリ」は、セグメントを、単一方向に走行するために使用可能なレーンの数に基づいて分類する。
(6)「ルート型」は、例えば、ドイツにおけるオイロペアン、アウトバーン、ブンデスシュトラーセン、ランデスシュトラーセン、またはクライスシュトラーセン、または米国におけるフィーデラル、インターステート、ステート、またはカウンティのようなルートの型を指定する。
(7)「アクセス特性」は、セグメント上の走行を許可されているトラフィックの型上の制限を指定する。
POI(関心点)は、ホテル、レストラン、美術(博物)館等のような特色である。「ファシリティ型」はPOIの属性であり、ホテル、レストラン、美術(博物)館等のようなPOIの機能的カテゴリを識別する。
「ポリゴン」は、湖のようなある二次元エリアまたは地図作成上の特色の境界である。
「ポリライン」は、ナビゲート不能な、またはナビゲート可能な線形の地図作成上の特色を表している。
「管理エリア」は、市または郡のような行政エンティティの領域である。
「ゾーン」は、近隣地域または自治体として認可されていない村のような、あるエリアに対する非行政名の領域である。
「場所」は、管理エリアまたはゾーンであることができる。
サード・パーティデータ(TPD)は、付加的な関心点に関する情報である。
これらの付加的な関心点データは、サード・パーティデータ販売者によって提供することができるか、それ以外にも、それらが地理的データの残余と完全に統合されないような手法で、提供することができる。
III.地理的データの編成
再度図2を参照する。地理的データ40は、種々のナビゲーション応用機能28、30、32、及び34の性能を助長する、及び/または強化するように編成され、配列されている。地理的データ40の編成及び配列の若干の面は、使用される特定の物理的媒体に特定であるが、他の面は、特定の記憶媒体から独立し、無関係なナビゲーション機能の性能を助長し、強化する。ナビゲーション機能を助長する地理的データの編成の面は、地理的データのパーセル化、及びパーセル識別と、地理的データ内に正規化された属性、スーパーノード、及びセグメント集合体を含ませることとを含む。これらの各面の詳細に関しては後述する。
図3を参照する。好ましい実施例では、地理的データ40は、地理的データの分離したグループまたはサブセットとして編成されている。各グループは、データの異なる部分または集まりを含んでいる。地理的データの各グループ内に含まれるデータの部分は、データの特定の集まりを使用するナビゲーション応用機能に関係している。一般的に言えば、各機能28、30、32、及び34は地理的データセット全体のそれ自体のサブセットまたは集まりを有している。このようなデータの配列は、地理的データの集まり全体の部分に、ある重複をもたらし得る。しかしながら、もし各ナビゲーション応用機能が地理的データ全体のあるサブセットだけにアクセスすれば、またはもしそのサブセットが地理的データセット全体の中の特定の応用が必要とする部分だけを含んでいれば、一般的にナビゲーション応用機能はより高速に走るようになる。一般的に言えば、1つの機能に使用され、関連付けられたデータの部分は、他の機能に関連付けられ、使用されるデータの部分とは別々にグループ化される。更に、一般的に言えば、機能の各々によって使用されるデータは、一緒に物理的に近接して集められる。同時に、データのサブセットは、総合パーセル化境界及び他の編成的構造を共用することができ、この構造の類似性が応用プログラムの効率及び性能をさらに強化することができる。
パーセルのサイズ(即ち、パーセル内に含まれるデータの最大量)は、幾つかの要因を考慮して予め定められている。パーセルサイズを決定するために使用される1つの要因は、データを格納する記憶媒体のアクセス特性を含む。これらのアクセス特性は、転送速度及び待ち時間を含む。インデックスされたデータの場合、データの指定されたレコードを探索するために必要なインデックスパーセル検索の平均数と、インデックスパーセルの平均サイズとの間にある平衡が存在する。指定されたデータのレコードのための平均探索時間を最小にするために、単一速度CD−ROM特性は4− 16 セクタ(8− 32 Kバイト)の最適パーセルサイズを決定することができ、更にインデックスパーセルは、それがインデックスするパーセルのデータ内容の平均に等しいデータの量を含むべきである。インデックスは、空間データの場合にはkdツリーを、また順序付けられた(例えば、英数字順)データの場合には平衡多方向探索樹(Bツリー)を含むことができる。
パーセルのサイズを決定するために使用される別の要因は、そのデータを使用するナビゲーションシステムのメモリ制約を含む。多くのナビゲーションシステムは制限されたメモリ、またはあるサイズ決めされたデータのブロックと共に使用するように最適化されたメモリを有している。従って、これらの型のハードウェア要求も、可能な範囲内で、データパーセルのサイズを決定するものと考えられる。
各機能毎の地理的データのサブセットは相互参照され(そして、ポインタを含むことができ)、機能間で共同使用することが可能である。図3に示す物理的編成は使用される媒体の型には無関係であり、図3に示す編成の実施はCD−ROMディスク、PCカード等のような種々の異なる型の物理的媒体に関連付けられた特定の特色を考慮していることは明白である。
空間的に編成された地理的データのサブセットは、ルート計算データ48、地図作成データ(地図表示)50、地図作成相互参照データ53、関心点データ54を含む。他のデータは、非空間的に編成され、アクセスされる。非空間的に編成されたデータ60は、ナビゲート可能な特色62(例えば、街路名)、場所63(例えば、管理エリア及びゾーン)、郵便コード64、道路の交差/ジャンクション65、及び地図作成上の特色66を含む。サード・パーティデータ61は、空間的に編成されない。サード・パーティデータ61の各レコードは、関心点(POI)データ54内のレコードに関連付けられる。関心点データ54は空間的に編成されるから、サード・パーティデータ61への空間的アクセスは、それらに関連付けられた関心点データ54を介して達成することができる。
関心点地理的データ54は空間的にパーセル化され、画面上への関心点の表示、及び主として車両またはルートに「近い」関心点を入手するためにユーザによる関心点のポイント・アンド・クリック選択の両方を容易にするために、地図作成データ50と相互配置することができる。
前述したように、全ての文脈において、全ての型の地図データへのアクセスを容易にするために、異なる型の空間的に編成されたパーセル(ルート計算、地図作成、運転、関心点、及び地図作成相互参照)の各々は、同一地理エリアをカバーする他の型のパーセルを指すポインタを含んでいる。例えば、ルート計算パーセルは、同じ広がりの、またはオーバラップするカバレッジエリアに関連するデータを有する地図作成パーセルを指すポインタを含んでいる。更に、重要なキーまたは属性上の複数のインデックス、または相互参照により、種々の経路によって地図データにアクセスすることができる。例えば、関心点は、その「名前」によって、その「ファシリティの型」(関心点の型)によって、またはそのチェーンのID(例えば、「マクドナルド」レストラン)によって、探知することができる。この探知は、ある市内にある、または現位置からある指定された距離以内にあることによって更に限定( qualify ) することができる。目的地は、交差道路、街路番地、または関心点名として指定することができ、多分特定の市または町、または他の地理的な標識内にあるものとして限定される。
A.パーセル化
1.概要
前述したように、記憶媒体22上のデータ40はパーセル化されている。即ち殆どの、または全てのデータは、より小さい部分に編成され、各パーセルは複数のデータレコード及び他の情報を含む。パーセルは、記憶媒体上にデータを格納するための物理的な小分け(サブディビジョン)にも相関している。一般に、ある地理領域全体に関連するデータの完全な集まりは、メモリ内に一時にロードするには大き過ぎる。従って、データはより小さいグループまたはパーセルに編成されるのである。若干の地図データの場合には、パーセルは空間的に編成されている。即ち、各パーセルは物理的エリアの地理的矩形エリア(方形エリアを含む)で取り囲まれた地理的データを表している。
初期パーセル境界はどの位置においても確立することは可能であるが、好ましい実施例においては、パーセル境界の初期配置は以下のようにして選択される。先ず地理的データを調べ、それらの外側地理的境界を決定する。図4Aを参照する。図4Aには、地理的エリア100の地図が示されている。記憶媒体22上に格納される地理的データ40は、地理的エリア100に関係がある。地理的エリア100の地図上には、複数の点101が示されている。前述したように、パーセル化は、例えばルート計算サブセットのような、データのサブセットの1つから先ず遂行される。データのルート計算サブセット内には、ノードを識別する個々のデータレコードが含まれている。ノードレコードは、地理的エリア100内の特定の物理的位置に対応している。各ノードは、特定の緯度、経度、及び相対高度(「Zレベル」)を有している。データのルート計算サブセットは、セグメントを識別するデータレコードも含んでいる。セグメントレコードは、その地理的エリア内の道路の部分のようなある長さを有する物理的特色に対応している。各セグメントレコードは、セグメントの端点に位置するノードを参照し、それらのノードを識別することができる。更に、セグメントは、そのセグメント内の曲がり(または、物理的位置)を識別するために使用される1つまたはそれ以上の形状点を、その端点間に含むことができる。従って全ての空間的に関係を有している地理的データは、地理的エリア100内に独自の緯度及び経度を有するノードによって識別することができる。図4Aに示す点101は、地理的データセット内のノードに対応する。各点101は、地理的エリア100の地図上で、地理的データセットのルート計算サブセット内においてそれが対応しているノードの緯度及び経度に対応する位置に示されている。図4Aは、説明の目的だけのために使用され、好ましい実施例では、説明中のパーセル化手順は、適切なデータのサブセット上で動作するコンピュータプログラムによって遂行される。
好ましい実施例では、緯度及び経度の寸法は、度の 1/100,000に等しいナビゲーション寸法単位で表される。度と同じように、ナビゲーション単位は絶対であることも、または地球の表面上の座標位置を参照することもできる。更に、好ましい実施例では、寸法単位は整数である。従って、測度の最小単位は、度の 1/100,000を表す「1」である。代替実施例では、寸法を表すための単位として度以外の値を選択することができ、測度単位はそれが小数を含むように選択することができる。
このような調整された最小境界画定用矩形によって限定されたデータセットは、最小境界画定用矩形内に取り囲まれる全てのデータ、並びに最小境界画定用矩形の西及び南縁(北及び東縁は除く)と交差するどのデータをも含むものと考えることができる。このような調整された最小境界画定用矩形を使用することの利点は、各最小境界画定用矩形が結果として独特なデータセットを取り囲むようになることである。換言すれば、あるノードは1つの最小境界画定用矩形だけの中に見出される。これは、たとえ任意の最小境界画定用矩形の東縁の緯度(102Eの経度+1に等しい)が、直ぐ東の最小境界画定用矩形の西縁の緯度と同一であっても言えることである。
好ましい実施例では、最小境界画定用矩形106を取り囲む最小囲み分割可能タイル(または、「ダイ・タイル」( di-tile ) )が決定される。分割可能タイル(ダイ・タイル)は、緯度M×2I ナビゲーション単位と(M+1)×2I ナビゲーション単位との間、及び経度N×2J ナビゲーション単位と(N+1)×2J ナビゲーション単位との間の全ての地図データを含む寸法2I ×2J の面積のことである。ここに、M及びNは整数であり、I及びJは正の整数である。
図4Dに、受入れ可能な間隔の例が示されている。図4Dにおいて、「0」はグリニッチまたは赤道の何れかを表している。単位1、2、・・・等は、度の 1/100,000に等しいナビゲーション単位を表すことができる。従ってグリニッチ(経度0)から開始して、受入れ可能な間隔は、図中の線によって表させるものの何れかを含む。例えば、もし最小境界画定用矩形の西座標が5であり、東座標が 12 であれば、受入れ可能な間隔は間隔I(0,16)になろう。北・南座標に関しても同じような受入れ可能な間隔のセットが赤道に対して限定される。
このようにして最小囲みダイ・タイルを形成することの1つの長所は、異なる地図カバレッジエリアのためのダイ・タイルをより容易に併合できることである(何故ならば、異なる地図カバレッジエリアのための境界が、同一のアプローチを使用して確立されているからである。)
負及び正のナビゲーション単位の両方を含む地図カバレッジエリア(即ち、最小境界画定用矩形が、赤道及びグリニッチの何れかを含んでいるカバレッジエリア)においては、付加的な受入れ可能な間隔が要求され、従って217の倍数である座標から始まる長さ218の間隔、218の倍数である座標から始まる長さ219の間隔等々が受入れ可能であり、これらの間隔の若干は経度0°(グリニッチ)及び緯度0°(赤道)にオーバラップする。
最小囲みダイ・タイルを確立してしまうと、データをパーセル化することができる。一代替実施例では、パーセル化プロセスは、以下に説明する「規則的分割手順」を最小囲みダイ・タイル107に適用することによって開始することができる。しかしながら、好ましい実施例では、最小囲みダイ・タイルから形成された矩形の規則的な格子内へのデータの編成に基づき、先ずカバレッジエリア内のデータが調べられる。これは、最小囲みダイ・タイルを二分し、次いでそれらから形成された矩形(方形)を二分することを、矩形の規則的な格子が得られるまで複数回繰り返すことと同意義である。この格子内の各矩形を、「初期タイル」と呼ぶことができる。初期タイルサイズは、地理的データセット内の何等かの型のデータの何等かのレイヤの1つのパーセルによって表すことができる最大地理的エリアであると決定される。一実施例では、国全体の全ての領域のために1つの固定された初期タイルサイズが限定されるので、領域はより容易に併合することができる。一つの好ましい実施例においては、各初期タイルは、217ナビゲーション単位×217ナビゲーション単位の固定された所定のサイズである。
最小境界画定用矩形106(即ち、最小経度(ノード102Eに対応)、最小緯度(ノード102Sに対応)、最大緯度(ノード102Nに対応)、及び最大経度(ノード102Wに対応))を取り囲むために、格子108の境界の配置が決定される。格子境界は、図4Bに示すように格子を領域100上に被せた時に、全ての空間的データが取り囲まれ、初期タイルが上述したようなサイズを有するように限定される。好ましい実施例では、格子境界の配置は、上述した受入れ可能な間隔にも準拠する。
格子境界を決定するための上述した手順を実施する例は以下のようである。
1)最小緯度(MinLat)、最大緯度(MaxLat)、最小経度(MinLong)、及び最大経度(MaxLong)を、最小境界矩形106の最小及び最大緯度及び経度にセットすることによって開始する。これらの値は度の 1/100,000の単位であるから、これらは経度で−18000000乃至 18000000 の範囲であり、緯度で−9000000 乃至 9000000の範囲である。
2)1の増分においてK=25の場合、
(a)MaxLatを2K で除算する。
(b)MaxLatに2K を乗算する。MaxLatは整数であるから、これら2つの演算は、MaxLatのK低位バイナリディジットを切り捨てる効果を有している。実際には、これは、除算及び乗算よりも効率的な、MaxLatを右シフト及び左シフトさせることによって行われる。
(d)MinLatを2K で除算する。
(e)MinLatに2K を乗算する。
(f)もし最小境界画定用矩形の最小緯度がMinLatよりも小さければ、MinLatから2K を減算する。
(g)もしMinLat+2K がMaxLatに等しければ、停止する。そうでなければ、次に高いKの値に関して段階(a)から繰り返す。
3)MinLong及びMaxLongについて段階2の動作を遂行する。
これによって、MinLat、MaxLatMinLong、及びMaxLongが、格子108の境界、即ち最小境界画定用矩形106を囲むダイ・タイルを限定する。
前述したように、データをパーセル化する目的は、所定の最大パーセル量にできる限り近い、しかしそれを超えない量のデータを、各パーセルに含ませることである。例えば、所定の最大量は、16Kバイトである。
図4Bの格子108内の初期タイルの各々は、その中のデータの量が単一のパーセル内にフィットするか否かを見るために「試行パーセル」として調べられる。もし「試行パーセル」内の(インデックス情報及びヘッダのような)何等かのパーセルオーバヘッドを含むデータが(もし使用されていれば、データ圧縮を考慮して)最大パーセル量より小さいか、または等しければ、パーセルはその初期タイルで構成され、その特定データの型について、その初期タイルの分割は遂行されない。一方、所定の最大パーセル量を超えるデータの量を含むどの「試行パーセル」も、その「試行パーセル」内のデータが所望の最大量を超えた量の関数として、以下の2つの手順の一方を使用して分割される。(好ましい実施例では、以下に説明する推定技術を使用して試行パーセルを決定する。推定技術は、あるパーセルを形成するために必要な全ての段階を実際に遂行せずに、パーセルオーバヘッド及び圧縮を考慮する。)
「規則的な分割手順」:もし「試行パーセル」内のデータの量が最大パーセル量を所定の倍数だけ超えれば、その「試行パーセル」を2つの矩形に分割する。好ましい実施例では、「試行パーセル」を2つの矩形に分割するのは、先ずその試行パーセルのための最小囲みダイ・タイルを決定し(初期タイルに関して上述したようにして)、囲みダイ・タイルを二分し、次いでダイ・タイルを二分した線が試行パーセルと交差する場所で「試行パーセル」を分割することによって遂行される。代替として、「試行パーセル」はそれ自体簡単に二等分することができる。(囲みダイ・タイルの二分が常に試行パーセルを二等分するとは限らず、離心した位置において試行パーセルを分割することがあり得ることに注目されたい。本説明では、このような試行パーセルの分割でも「二分」という。)何れの場合も、ダイ・タイルの二分線は、経度または緯度方向の何れかにある。好ましい実施例では、ダイ・タイルを経度分割または緯度分割のどちらで分割しようとも、得られた2つの試行パーセルの矩形の最大縦横比(≧1)は最小になる。これらの得られた各矩形は、上述したように「試行パーセル」として調べられ、もしその中に含まれるデータが最大パーセル量の所定の倍数を超えれば二分される。これらの各副矩形も上述したように「試行パーセル」として調べられ、このプロセスは矩形または副矩形内のデータの量が最大パーセル量の所定の倍数より少なくなるまで続行される。ある実施例では、最大パーセル量は 16 Kバイトのデータであると予め定められており、従って、所定の倍数は 3.2である。(代替実施例では、最大量は 16 Kよりも大きいか、または小さい、例えば8Kまたは 32 Kのような別の量、またはこれらよりも大きいか、または小さい量にでも予め定めることができる。)従って、この手順によれば、「試行パーセル」のデータ内容が 51.2 Kバイトを超えた場合に「試行パーセル」が二分される。所定の倍数は、各パーセル毎の所望の最大充填率に基づいて選択される。この実施例では、所望の最大充填率は 80 %である。何れかの試行パーセル内のデータの量が所定の量りも小さければ、試行パーセルのさらなる小分け(サブディビジョン)は、以下の「カストム分割手順」に従う。
例えば、最大パーセルサイズまたは量の 3.6倍に等しいデータを含む試行パーセルが与えられた場合、これらのデータは4つのパーセル内にフィットさせることができる。しかしながら試行パーセルの二分は、それぞれ最大パーセルサイズの 1.2倍と、最大パーセルサイズの 2.4倍の2つの矩形にそれを分割する(もし、各矩形を分割するために二等分を使用すれば、最低5つのパーセルが発生することになる)。従って、この段階における矩形の小分けは、作成されるパーセルの数を最小にするという目的でなされるが、分割線は任意に選択されるのではないという制約を伴っている。より詳しく述べれば、「試行パーセル」が最大パーセルサイズよりは大きいが、その所定の倍数を超えないデータ内容を有している場合には、その「試行パーセル」はその一方の寸法に沿って2-Xの仕切りで分割される。好ましい実施例では、X={1、2、3、4、5}である。即ち、試行パーセルは、その幅の1/2 、または 1/4、または 1/3、または 1/16 、または 1/32 の仕切りにおいて分割される。例えば、試行パーセルは、その試行パーセルの幅の 5/8及び 3/8にそれぞれ等しい幅を有する2つの矩形に分割することができる。このカストム分割は、試行パーセルの寸法に直接適用することも、または好ましい実施例では、試行パーセルの最小囲みダイ・タイルの寸法に適用することもできる。後者の場合、試行パーセルは、ダイ・タイル交差の分割線がその試行パーセルと交差する場所において分割される。何れの場合も、分割線は経度方向または緯度方向の何れかである。
以下に、パーセル化中に、試行パーセルの二分を停止させる時点、及び試行パーセルの経度及び緯度の両方向の幅に沿って 1/32 、1/16、3/32、1/8 、5/32、3/16、7/32、1/4 、9/32、5/16、11/32 、3/8 、13/32 、7/16、15/32 、17/32 、9/16、19/32 、5/8 、21/32 、11/16 、23/32 、3/4 、25/32 、13/16 、27/32 、7/8 、29/32 、15/16 、及び 31/32の候補分割を評価するカストム手順を開始させる時点をどのようにして決定するのかを説明する。
目標パーセル充填率Fが選択される。例示の目的で、Fを 0.8( 80 %)としよう。上述したように、最大パーセルサイズPも決定される。Pはバイトで表され、パーセル内に配置することができる最大データ量である。従って、最適には、サイズがF×PバイトとPバイトの範囲内のパーセルを作成することが望ましい。
このプロセスは、以下の受入れ不能なデータサイズのリストを与えるように延長することができる。
受入れ不能データサイズD:
0<D< 0.8×P
P<D< 1.6×P
2×P<D< 2.4×P
3×P<D< 3.2×P
次のエントリは、
4×P<D<4×P
になるから、この点においてリストは停止する。
0.8 ×P≦D≦P
1.6 ×P≦D≦2×P
2.4 ×P≦D≦3×P
3.2 ×P≦D
上記リストは、0.8 に等しい充填率Fに対応する。他の充填率は、受入れ可能及び受入れ不能なデータサイズの異なるリストを生成する。一般的に言えば、受入れ不能なデータサイズのリストは以下のような形状である。
受入れ不能データサイズD:
0<D<F×P
P<D<2×F×P
・・・
n×P<D(n+1)×F×P
・・・
空き範囲に到達するまで続く。
上述したようにして候補分割線が調べられ、比較される。そして分割のために選択された分割線は以下の基準に合致する場所である。試行パーセルの2つの各副矩形内に入るデータの量は、それが理論的にはそれ自体を矩形に副分割でき、それらが指定された最小パーセルデータ充填率を平均的に達成するようなサイズである。上述した基準を満たすことができない場合が発生し得る。
上述した手順は、格子108内の全ての初期タイル110(そして、必要な場合、全ての結果的な矩形)に対して遂行される。
5.その後のパーセル化
前述したように、地理的データの各サブセットまたは型は、他の型のサブセットから分離して維持される。例えば、ルート計算データは地図作成データから分離して配置されている。更に、データの単一のサブセット内では、データは更にレイヤに分離することができる。
その後のパーセル化中、分割プロセスを従来のパーセル化におけるよりも更に進める必要があるかも知れない。これは、もし初期タイル、またはそれらから形成された矩形の何れかの中に位置するその後のデータ型のデータが、先行パーセル化中に使用されたデータ型よりも稠密であれば発生する。この場合、各タイルが最大パーセル量よりも少ないその後のデータ型を含むように、始めのパーセル化が初期タイルを充分に小さい副矩形に分割しなかったのかも知れない。この場合、分割線は、それが初期パーセル化手順である場合のように決定される。この要求は、異なるレイヤまたは型のパーセルA及びBに関して、パーセルAによってカバーされる地理的エリアが、パーセルBによってカバーされる地理的エリア内に含まれているか、又はパーセルBによってカバーされる地理的エリアが、パーセルAによってカバーされる地理的エリア内に含まれているかの何れかの場合には常にそのようであることを意味する。
1)初期矩形へのデータの小分けが、正確に同一タイルのセットから開始される。
2)特定の矩形内のデータが最大パーセルサイズを超えると、従って小分けしなければならない場合には、2つの手順の一方が使用される。即ち、(1)もしその矩形が初期パーセル化において、または何れかの先行パーセル化において小分けされていれば、先行パーセル化において使用されたものと正確に同一の分割線が使用される。(2)もしその矩形が先に分割されていなければ、初期パーセル化に関して説明したようにしてその分割線が決定される。
上述したパーセル化方法及び編成は、最適に充填されていないパーセルが作成されることを最小にし、それによって記憶媒体の格納効率を最大にすることを含む幾つかの長所を有している。これにより、1つまたは幾つかの固定されたサイズのバッファが与えられた場合、一時に、より多くのデータをメモリバッファ内に保持することができる。更に、本パーセル化方法及び編成によって同一型及びレイヤの隣接するパーセル間をナビゲートするのを容易にしながら、各パーセル内のこれらの隣接パーセル境界画定用矩形を含ませる必要も、または分離した空間的インデックスを読み出す必要もなくしている。パーセル境界を限定する方法が規則正しいので、近隣パーセルの最小にサイズ決めされた空間インデックスを各パーセル内に担持させることができる。更に、異なるレイヤ及び異なるパーセル型が並列にパーセル化されるので、この方法は、同一の、またはオーバラップしている地理的エリアをカバーする異なる型の、または異なるレイヤにおけるパーセル間をナビゲートするのを容易にする。更に、パネルを分割するためにダイ・タイルを使用することによって、境を接してはいるが分離して格納されている地理的データベース領域間をナビゲートするのが容易になる。
全てのデータ型のための全てのパーセルが確立されてしまうと、パーセルは、パーセルのディスクへの最終的な書き込みを容易にするために配置される。CD−ROMディスクのような記憶デバイスからデバイスを読み出す際のシーク時間を最小にするために、パーセルの各空間セットは、グローバルkdツリーインデックスの場合には、深さ優先順に(即ち、各分割線毎に、分割の座標よりも小さい座標を有する副矩形内に含まれる全てのパーセルが、分割の座標よりも大きい座標を有する副矩形内に含まれる全てのパーセルに先行するように)編成されるので、地理的に隣接するパーセルはディスク上で互いに密接する見込みがより大きくなる。特定の型のディスクにアクセスするために使用される見込みが最も大きいリニアまたは空間インデックスは、そのデータの次に、及びそれに先行して配置される。「グローバルkdツリー」は全ての空間パーセル型をインデックスするから、それは媒体上の種々の位置に(即ち、空間パーセルの各データセットの近くに、そしてそれに先行して)冗長的に複製され得る。
種々のインデックスツリーが、物理的記憶フォーマットに使用される。これらは、各ループ計算、地図作成、及び関心点パーセル内に格納されている2d「隣接パーセルkdツリー」を含む。ルート計算及び地図作成ディスクパーセルは、2d「内部kdツリー」も含んでいる。
種々のグローバルインデックスツリー(データベース領域毎に)も使用される。一般的に言えば、これらの各ツリーは、単一のインデックスパーセル内にフィットすることはできない。インデックスパーセルは、完全な、または部分的なツリー(グローバルツリー、またはサブツリー)を含むことができるか、または1つより多くの完全ツリー(グローバルツリーのサブツリー)を格納することができる。理論的に考察すると、探索時間を最小にするためには、インデックスパーセルのサイズは、それらがインデックスするレコードパーセルの(平均)サイズに等しくすべきであることを暗示している。
インデックスパーセルは以下の構造を有している。パーセル内の第1のデータは、IdxPclHdr t ヘッダ(バイトパックされた)である。ヘッダに続くのは、ツリーIDによってインデックスされるパーセル内の根に対するオフセットアレイである。
オフセットアレイに続くのはツリーである。
8.グローバル空間的パーセル化ツリー
各領域毎に、2D kd・グローバル空間的パーセル化ツリーが存在する。このツリーの構造は、全ての空間的にパーセル化されたデータ型(他のデータ型のための先行パーセル化と並列にパーセル化が進行されるので、限定されている)のための全てのパーセル化をリファインメントしたパーセル化に対応している。このツリーは、少なくとも2つの異なる種類の探索のために使用される。第1にこのツリーは、どのパーセルが、緯度及び経度座標が与えられた点を含んでいるのかを決定するために使用される。別の型の探索は、矩形の境界座標が与えられた矩形と交差する1つまたはそれ以上のパーセルを決定するために使用される。これらの両方の型の探索は、質問、地図表示、ルート計算、等々を含む種々の機能に使用することができる。このkdツリーの中のノードは、もしそのノードの右(左)の子に対応する矩形がそのデータパーセルのための境界画定用矩形であれば、その右(左)記述子識別子対リストを介して、データパーセルを参照する。それは、ある型(例えば、ルート計算のレイヤ1)のデータパーセルを参照することができ、また別の型(例えば、地理作成のレイヤ0)のデータパーセルを参照する子孫ノードを有することもできる。
データレコード内の情報は、圧縮された形状で担持することができる。圧縮解除した後もまだデータは、パックされた形状にあって、パディングバイトも、そして一般的には未使用フィールドも存在しない。従って、各圧縮解除されたデータレコードは、可変長文字配列の形状にある。この圧縮解除されてはいるが、パックされているデータが、インタフェースレイヤ41(図2の)によってナビゲーション応用プログラムソフトウェアに渡される論理レコードを作成する源である。
殆どのレコード(特に、底レイヤより上のノード及びセグメントを除外した)について、2K レコードの各ブロックの始まりを探知するために、オフセットのテーブルが使用される。これは、調べなければならない可変長レコードの数を減少させる(所望のレコードを順次に探索する場合に比して)。
底レイヤのパーセル内では、ノードレコードは緯度及び経度に基づいてペアノキー順に格納され、セグメントレコードはセグメントの「左」の緯度及び経度に基づいてペアノキー順に格納される。このペアノ順序付けは、所定サイズの格子のレベルまで続き、格子内では緯度・経度順序付けが続く。次いで、底レイヤパーセル内のエンティティIDが連続的にパーセル内で割当てられる。高めのレイヤにおいては、セグメント及びノードレコードは、単にエンティティ識別子順にパーセル内に格納される。
10.地図作成、関心点、及び運転パーセル内部構造
以下に注記するものを除いて、地図作成、関心点、及び運転パーセルは、ルート指定パーセルと同一の、または類似の内部構造を有している。地図作成及び関心点データは、各レイヤ内に交互配置される。これは、地図作成データ及び関連関心点データが、一緒にアクセスされることが多いという例外に基づいている。交互配置は、高いCD−ROMの回転速度においてより有用になる。それは、高速においては所望のデータに到達するまでの回転遅延が、非交互配置の場合に読み出しヘッドをデータに到達させるように移動させるのに要する時間に比して比例的に短いのからである。交互配置されていないデータに到達するためにヘッドが移動しなければならない距離(及び、それに要する時間)はデータボリュームのある関数として増加するので、これは特に、データのボリュームが増加すると然りである。
B.冗長データ−隣接パーセル情報
各パーセル内には、そのパーセルの地理的に隣接するパーセル(同一の型で、同一のレイヤのパーセル)か、または同一の地理的エリアにオーバラップするパーセル(異なる型の、または異なるレイヤのパーセル)の何れかの、若干の他の関心パーセルに関する情報が格納されている。特定の型のパーセル内では、若干の、しかし全てではない他の型のパーセルが関心事である。例えば、ルート計算パーセル内ではオーバラップしている運転パーセルが参照されるが、オーバラップしている関心点パーセルは参照されない。全ての関心パーセルは、一緒に単一kdツリー構造内に格納される。この構造は、各パーセル毎の暗示境界画定用矩形情報を含む。上述したパーセル化計画は、数ビット(5ビット/分割)でエンコードすることができるパーセル境界を作成するので、暗示なのである。各エントリ(即ち、各内部ノード、またはkdツリー内の葉)も、そのエントリにおける分割線によって限定された副矩形に対応するパーセルのパーセル識別子をも含んでいる。
図5B及び5Cは、kdツリー内のあるエントリの構造を示しており、あるパーセルを取り巻く地理的エリアを記述している。一般的に言えば、ある矩形内の各分割は、2バイト、またはそれ以上のバイト(2バイトの制御情報、及び左及び右の子へのオフセットを表す0−4バイト(8または 16 ビット/オフセット))のkdツリーエントリを用いて記述される。切断は、矩形の最小囲いタイルの何れかの 1/32 分割において行うことができ、従って制御情報の5ビットが、親矩形を左及び右副矩形に切断した線の位置に専用される。kdツリー(内部、または葉)ノードがあるパーセルに対応する場合には、パーセルの型及びレイヤ、及び他の情報を含むパーセル記述子(1バイト)がkdツリー内に存在する。パーセル記述子に続くのは、識別子テーブル内への1バイト、または3バイトの何れかのインデックスであり、殆どの場合は1バイトで充分であるが、テーブル内に 254パーセルIDより多くが存在する場合にはインデックスが拡張されることが予測される。パーセル識別子テーブルは、4バイトエントリを含み、1バイト領域指定子は含まれていない。領域指定子が、パーセル識別子テーブルを含むパーセルのそれとは異なる場合には、テーブル内の4バイトパーセル識別子の最上位ビットは1にセットされ、全パーセル識別子が外部パーセル識別子の分離したテーブル内でルックアップされることを指示する。
図5D及び5Eには、kdツリーテーブルの構造及びパーセル識別子テーブルの例が示してある。簡略化のために、この例は単一のパーセル型及び単一のレイヤを含んでいるに過ぎない。もし複数のパーセル型及びレイヤがこのkdツリー内に含まれていれば、kdツリー内のどの(内部、または葉)ノードも、複数のパーセル識別子に対応させることができる。これは、所与のkdツリーエントリには単一より多くの左パーセル記述子及び右パーセル記述子が後続することを意味している。この例では、kdツリー及びパーセルIDテーブルは共に、全てのオフセット及びインデックスを1バイト内に含むことができるように充分に小さい。
再度図1及び2を参照する。一実施例では、パーセルは、それらがディスク22から読み出された後のメモリ20内では圧縮された形状に維持され、パーセル内のエンティティは、それらがナビゲーション応用機能28、30、32、及び34によって要求された時には圧縮解除される。一実施例では、パーセルは、図2に関連して説明したインタフェースレイヤ41内ではそれらの圧縮された形状で維持される。これにより、メモリの使用が減少する。もし完全に圧縮解除されたパーセルをメモリキャッシュ内に保持すれば、特に圧縮解除されたパーセルレコードの長さが変化するから、より多くのキャッシュメモリを必要としよう。例えば、ルート計算機能28は、パーセルがディスクから読み出される度に、パーセル内のレコードの極く一部だけにアクセスすることが多い。従って、このアプローチを使用すると、圧縮解除のための処理時間が短縮される。圧縮されたレコードは、通常は長さが可変であるから、たとえ圧縮解除されたレコードが固定長であるとしても、圧縮されたディスク内の任意のレコードを探知するために、以下のアプローチを使用することができる。
圧縮されたデータレコード、並びに圧縮解除された直後のデータレコードが存在する中間(パックされた)形状は、文字配列である(即ち、バイナリバイトアレイであり、ASCII文字配列ではない)。従って、位置合わせの考察は行わない。パーセルを記述するために、及びその中をナビゲートするために使用される各パーセルのヘッダ部分内のデータは、最も便宜的にC言語倍長整数、短整数、構造またはユニオンの形状で格納されることが多い。これらのデータ型のための倍長及び位置合わせは、プラットフォームが異なれば変化し得る。地理的データ40は種々のプラットフォーム上で使用するように設計されているから、位置合わせ及び長さのための協約を定義することが適切である。これらの協約を地図データ(例えば、CD−ROMディスク)を含む媒体上のデータに適用し、論理レコードフォーマットは、インタフェースレイヤソフトウェア41が実行するハードウェアプラットフォームのための位置合わせ及び長さ規則を省略する。上述した中間(パックされた)形状は、それがナビゲーション応用の全体的な独立成分にアクセス可能であるので、全ての物理的記憶フォーマット内で同一であるべきである。
データ型 位置合わせ 長さ
短整数 2バイト境界 2バイト
倍長整数 4バイト境界 4バイト
構造/ユニオン 4バイト境界 4バイト倍数
地図データ内のバイトは「ビッグ・エンディアン」形状(最上位ビット優先)であり、地図データ内の短整数及び倍長整数は共に「ビッグ・エンディアン」形状(最上位ビット優先)である。
D.エンティティ識別子を介してのパーセル内レコードアクセス
パーセル内で特定の型の各レコードが、独特なエンティティ識別子を有している場合、以下に説明するこのようなレコードを探知する2つの方法の一方を使用することができる。第1の方法は、所与の型のレコードに、エンティティ識別子がパーセル内で連続的に割当てられている時に、レコードを探知するために使用される。例えば、パーセル内の第1のレコードはエンティティ識別子0を有し、第2のレコードはエンティティ識別子1を有する等であり、間隙は設けられていない。第2の方法は、間隙は存在するが、それでもレコードはエンティティ識別子による順番に格納されているような、レコードを探知するために使用される。この第2の方法は、セグメントレコード及び底レイヤより上のルート計算パーセル内のノードレコードにアクセスするために使用され、一方第1の方法は全てのパーセル内の他の殆どのレコード型にアクセスするために使用される。
レコードにアクセスするこの方法は、エンティティ識別子がパーセル内で連続的に割当てられているレコードを探知するために使用される。
(1)パーセルヘッダは、パーセル内のエンティティ型に関する以下の情報を含んでいる。
「オフセット」: パーセルの始まりからデータまでのオフセット。
「カウント」: レコードカウント。
「ブロック数」( Numblks ) : 圧縮されたレコードのブロックの数。
「ブロックカウント」( Blkcnt ): ブロック当たりの圧縮されたレコードの数(指数の形状で担持される、ここにkは2k レコードを暗示している)。
(2)「ブロック数」のテーブル+1のテーブルのエントリ(各々 16 ビット)を指すオフセット。ここにテーブルエントリNは「ブロックカウント」レコードを指し、その最初は(N−1)×「ブロックカウント」に等しいエンティティIDを有するレコードである。
(3)各レコードブロックの第1バイトが、そのブロック内の第1データレコードまでのオフセットである「タイプ1可変長符号なし値」の始まりである。このフィールドに続くのは、「タイプ1可変長符号なし値」より2k 多いフィールドであり、それらの各々はブロック内の圧縮されたレコードの長さである。これらの長さフィールドを使用することにより、以下の例のように、あるブロック内のレコードを通して迅速にナビゲートすることが可能になる。
ブロックは各々 32 レコードからなり、ブロック内の各レコードの長さは1バイトによって表されるように充分に小さい。ブロックの第1バイトは、ブロックの始まりからそのブロック内の最初の圧縮されたデータレコードまでのオフセットである値 33 を含む1バイトのフィールドを含む。ブロック内の第2バイトは、ブロック内の第1の圧縮されたレコードを含む。第3バイトは、ブロック内の第2の圧縮されたレコードを含む、等々である。ブロック内の第 33 バイトは、ブロック内の第 32 の圧縮されたレコードの長さを含んでいる。ブロック内の第7のレコードの始まりを見出すために、ブロックの始まりのアドレス、ブロックの始まりからブロック内の第1の圧縮されたレコードまでのオフセット、及び最初の6レコードの長さが一緒に追加される。この例では、ブロックの最初の7バイトがブロックのアドレスに追加される。
レコードへアクセスするこの方法は、独特なエンティティ識別子によって順番に格納されているが、エンティティ識別子が一般に0から始まっていない、そしてパーセル内で連続的に(間隙なしに)割当てられていないレコードを探知するために使用される。
(1)パーセルヘッダは、パーセル内のエンティティ型に関する以下の情報を含む。
「オフセット」: パーセルの始まりからデータまでのオフォセット。
「カウント」: レコードカウント。
(2)「オフセット」は「カウント」のテーブル+1のテーブルのエントリ(各々 16 ビット+ 24 ビット)を指す。各エントリの 24 ビットはレコードのエンティティ識別子であり、エントリの残りの 16 ビットはパーセルの始まりから、テーブルエントリのエンティティ識別子に対応する「圧縮された」レコードまでのオフセットである。最後のテーブルエントリはレコードを指さず、最後のレコードに続く最初のバイトを指す。
(3)圧縮されたレコードの長さはそのテーブルエントリ内のオフセットと、次に続くテーブルエントリ内のオフセット(そのオフセットの高位ビットは1に等しく「ない」)との間の差に等しい。その高位ビットが1に等しいオフセットを有するテーブルエントリは、あるレコードを指さない特別なエントリである。
レコードの論理フォーマット(インタフェースレイヤ41から応用ソフトウェアプログラム28、30、32、及び34へ戻されるフォーマット)は上述した圧縮解除され、パックされたレコードから作成される。
一実施例では、地理的データのルート計算サブセット48(図3の)と共に、以下の手順を使用する。
地理的データのルート計算サブセットは、ノード、条件、及びセグメントのための特色エンティティを含む。ノード特色は、ノードエンティティの形状である。若干のノードエンティティは、セグメントの端点に関する位置情報(即ち、緯度及び経度)を格納するために使用される。(セグメントの端点以外の位置情報に関係を有するノードエンティティも存在し得る。)各ノードに関係を有する位置情報は、経度、緯度、及び相対高度の表現で格納される。このノードエンティティは、ノードに関する付加的な情報を提供する属性を含むこともできる。
好ましい実施例では、たとえルート計算データセットの所与のレベルにスーパーノードを使用したとしても、そのレベルのデータセットはスーパーノードによって表される複数の正規ノードも含んでいる。これにより、もし必要ならば、これらの正規ノードに関連を有するどの情報へも、ナビゲーション応用プログラムがアクセスできるようにされたままである。例えば、計算されたルートの地図を表示するためには、全ての道路セグメントを示すことができるようにスーパーノードによって表される正規ノードを入手する必要がある。これは、各スーパーノードがその構成ノードへ戻る参照を供給するので決定することができる。
正確な位置は不要であるから、スーパーノードには、それが表すノードのグループのほぼ中心に地理的位置が与えられる。スーパーノード及びそれが表すノードは、スーパーノードによって表される正規ノードが同一パーセル内に一緒に配置されるように、パーセル化される時にユニットとして処理される。
データのルート計算サブセットまたはデータの地図作成サブセットのように、データがレイヤに編成される時、スーパーノードを形成する底レイヤのどの正規ノードも底レイヤより上のレイヤにおいては省かれる(即ち、スーパーノードは、少なくとも底レイヤの直上のレイヤ内には含まれるが、それらに従属する正規ノードは含まれない)ことに注目されたい。またスーパーノードは、どのレイヤにおいても限定することができる。
機能呼出しを使用して、スーパーノードの相対走行費用(または、「インピーダンス」)を求めることができる。スーパーノードの(または、正規ノードの)相対費用は、そのノードを横切って走行するのにどれ程多くの時間がかかるかを表している。スーパーノードの相対走行費用は、スーパーノードエントリの属性として含むことができ、または、好ましくは、スーパーノードの走行費用は、そのスーパーノードに接続されている1つのセグメントから別のセグメントに到達するために走行すべきスーパーノードの内側のセグメントの走行の長さ及び/または速度に基づくこともできる。図6A及び14の例では、セグメント611からセグメント615に到達するための相対走行費用は、セグメント612及び614の長さ、並びにセグメント611からセグメント615まで走行するのに必要な2つの右転回に基づいている。一実施例では、上述した機能呼出しは、図2のインタフェースレイヤ41内に、またはナビゲーション応用のルート計算機能28内に含ませることができる。
一実施例では、幾つかの正規ノードの代表としてスーパーノードを含ませる時点の決定は、上述したようにコンパイル時に行われる。一実施例では、スーパーノードは、所定の規則のセットに基づいてコンパイラ内で自動的に生成される。例えば、候補スーパーノードが確立され、それが所定の条件のセットに適合するか否かが調べられる。例えば、中央分離帯付きハイウェイのスーパーノードを形成する場合、ルート指定データが調べられて2つの多様にディジタル化された道路が交差する全ての場合を見出す。(多様にディジタル化された道路とは、各方向における交通を表すために分離したセグメントが使用されるような道路のことである。)これらの多様にディジタル化された道路の交差点を調べて、その交差点に正確に4つの内部ノードが存在するか否か、その交差点の内部に正確に4つのセグメントが存在するか否か、及び各内部セグメントが内部ノードによって2つの、そして2つだけの他の内部セグメントに接続されているか否かを決定する。もしこれらの条件の全てに合致すれば、スーパーノードエンティティが形成され、ルート指定データのレイヤ内に格納される。
F.正規化属性
記憶媒体上に格納されている地理的データを使用する若干のナビゲーション応用の動作をスピードアップする一方法は、記憶媒体上に格納されているデータの量を減少させ、それによって情報により早くアクセスできるようにすることである。ナビゲーション応用の動作をスピードアップする別の方法は、頻繁に使用されるデータをメモリ内に格納しておくことである。アクセスをスピードアップさせるこれらの両方法は、若干の地理的データを正規化された属性アレイ(後述)と共に記憶媒体上に格納することによって、及び若干の、または全ての正規化された属性アレイをメモリ内に読み込むことによって、使用することができる。
この実施例では、各セグメント毎のデータレコード内のこれらの各属性フィールド毎に分離したエントリを含む代わりに、若干の属性に関して、セグメントレコードはレコードのテーブルを参照する単一のインデックスを含んでいる。このレコードのテーブルは、グローバル正規化された属性アレイとして参照される。これにより、全ての関連属性値の代わりに、単一のインデックスをセグメントレコード内に担持することが可能になる。この正規化された属性アレイを使用することは、属性の特定のグループのための属性値が、互いに完全に独立していないことを認識することに基づいている。例えば、もしセグメントのルート型属性が、そのセグメントが大都市間ハイウェイであることを指示していれば、通常はそのセグメントのための速度カテゴリ属性は、そのセグメントが高速カテゴリであることを指示しよう。実際の分離した個々の属性エントリの代わりに、これらの組合わせを1つのテーブル内に格納し(「正規化された属性アレイ」と呼ぶ)、インデックスをセグメントエンティティレコード内のテーブル内に格納することによってディスク記憶空間が節約され、地理的データセット内に見出されるこれらの属性の若干のグループの実際の異なる組合わせの数が充分に小さくなることが分かった。
図7Aは、記憶媒体上に格納された、図3に示した異なるデータの型、またはサブセットを含む地理的データ40の表現である。これらのデータの型、またはサブセットは、ルート計算データ48、地図作成データ50、運転データ52、及び関心点データ54を含む。地理的データ40のこれらの異なる各サブセットはパーセルに編成され、これらの各サブセットは所定の構造を有するレコードを含んでいる。
1.概要
前述したように、ナビゲート可能なセグメントは、そのセグメントが現れる最高ルート指定データレイヤを指定するランク属性を含む。ルート計算データ48の最低レイヤは、全てのナビゲート可能なセグメント(即ち、全てのランクのセグメント)を含む。次々に高い各レイヤにおいて、最低にランク付けされた残余のセグメントのクラスが落とされて行く。一般的には、これによって複数の二価のノード、即ち正確に2つのセグメントの間の交差点が作成される。もしナビゲーションに関連するこれら2つのセグメントのための全ての属性が等しければ、二価のノードを落として行くことが可能であり、また有益である。これによりデータのサイズが減少し、ルート計算中に探査する必要があるセグメントの数が減少し、そして最終的な計算されたルートを形成するセグメントの数が減少する。このようにして形成されたセグメントを集約セグメントと呼ぶ。好ましい実施例では、集約セグメントは最低レイヤより上のレイヤ内に含まれる。
2.集約セグメントの物理的記憶
集約が行われると、集約セグメント内部のセグメントレコード及びノードレコードは所与のレイヤ内に縮約された( abbreviated ) 形状で維持される。各縮約されたセグメントは、セグメント識別子、長さ、通行時間、及び方位を含む。各縮約されたノードは、ノード識別子及び位置を含む。これらの縮約されたレコードには、縮約されたセグメントに共通の属性を含む集約セグメントレコードを通してアクセス可能である。集約セグメントレコードは、このセグメントにルート計算処理中に何れの端からも進入できるので、「左セグメント識別子」及び「右セグメント識別子」の両方を含んでいる。
3.集約基準
一実施例では、隣接するセグメントの各連続対が以下の基準を満たしていれば、どのような数の連続セグメントの集約も許容される。
(1)当該レイヤ内において、交差の点(ノード)において正確に2つのセグメントが交わっていること。
(2)2つのセグメントが以下の条件の何れの一部分でもないこと。
(i)交差ノードを横切って伸びる運転制限
(ii)車両制限
(iii)走行方向の制限
(iv)ゲート
(v)特大車両制限
(vi)二股道路
(vii)料金ブース
(viii)信号
(3)2つのセグメントが正確に同一セットのナビゲート可能な特色名を共有していること(地図作成特色名を除く)。
(i)ランク
(ii)速度カテゴリ
(iii)レーンカテゴリ
(iv)アクセス特性、及び
(v)以下のセグメント属性
(a)中央分離帯付きセグメント
(b)走行方向−左
(c)走行方向−右
私道
ランプ
有料道路
制御されたアクセス
鉄道フェリー
ボートフェリー
集約される2つの隣接するセグメントの間で、残りの属性が異なっていても許容されることに注目されたい。一般的に言えば、これらの属性は、集約セグメントのための集約された属性のセットを生成するプロセスにおいて、組合わされるか、もしくは落とされる。上述した基準は、単なる例示に過ぎない。これらは現在では好ましいものであるが、他の基準または上述した基準のサブセットも使用可能である。
集約セグメントを形成する第1段階は、集約セグメントのための考え得る端ノードを識別することである。これらは「集約セグメント有意」ノードとして知られている。各レイヤの地理的データベース内の全てのノードは、それが「集約セグメント有意」であるか否かを決定するために評価される。ノードは、最高レイヤから開始され、以下下方へ一時に1つずつ評価されて行く。あるノードに1つのセグメントだけが接続されているか、または2つより多いセグメントが接続されている場合、そのノードは所与のレイヤにおける「集約セグメント有意」である。しかしながら、もし正確に2つのセグメントがあるノードに接続されていれば、そのノードは集約セグメント有意ではない。もし任意のレイヤのあるノードが集約セグメント有意であると決定されれば、それはそれより低い全てのレイヤにおいても集約セグメント有意である。一方の端に集約セグメント有意ノードを有し、他方の端に非有意を有しているレイヤ内の各セグメントは、集約セグメントのための潜在的な開始端である。
集約されたセグメントレコードは、集約されたセグメントの「正当方向」における長さ、平均速度、及び走行時間を含む集約セグメントに関する付加的な情報(集約セグメントを走行する際の(ノード費用を含む)全ての走行費用、またはインピーダンスを考慮している)も格納している。「正当方向」とは、任意の集約セグメントに関して、1方向だけへの走行が正当であることができることを意味する。走行の正当方向は、最初に、例えば左から右へのような1方向において評価される。もし受入れることができれば、通過時間が計算され、もし逆方向の走行も正当であればその方向に関しても同一であるものと見做される。もし集約のための条件が賦課されていなければ、これは必ずしも真である必要はない。もし左から右へが受入れることができない走行方向であれば、通過時間は右から左について決定される。
上述したアプローチは、集約セグメント有意ノードの間に伸びる、または代替として、集約セグメント有意ノードの間の最も左及び最も右のセグメントの非有意ノードの間だけに伸びる(図8Cに示すように)集約セグメントに使用することができる。前者の場合の利点は、ルート探索プログラムがルートを決定するのに僅かなステップ(集約セグメント有意ノード間のセグメントを横切るのに3ステップの代わりに1ステップ)で済むことである。後者の場合の利点は、集約するセグメントを審査するための条件が、若干の制約(例えば、左転回禁止)を有しているセグメントを、それ以外の全ての点では不適格にしないものとすれば、ルート探索プログラムはその集約セグメントが計算されたルートの一部を形成できるか否かをより迅速に(即ち、僅かなステップで)決定できることである。何れの場合も、上述した集約セグメントを使用することにより、ルート探索プログラムは、どのノードにおいても(たとえ集約セグメントの一部を形成しているノードにおいても)レイヤをジャンプすることができる利点が得られる。
V.物理的記憶フォーマットファイルを形成するためのコンパイルプロセス
A.コンパイラ−概要
以上に、ナビゲーションシステム内のナビゲーション応用プログラムによる地理的データベースの使用及びアクセスを容易にするために、物理的媒体上に地理的データベースを設ける種々の面を説明した。前述したように、エンドユーザのナビゲーションシステムにおいて使用され、アクセスされる記憶媒体上に格納するのに適するフォーマットに編成する前に、地理的データベースは別の異なるフォーマットで供給され、編成されることがあり得る。例えば、地理的データは、始めにGDFフォーマットまたはたのフォーマットのような交換フォーマットに編成することができる。交換フォーマットは、データの交換を容易にすることも、またはデータの取得及び更新を行うこともできる。記憶媒体上にデータの使用を容易にするような技法で地理的データを格納するために、データはこの元の、即ち交換フォーマットから変換される。この変換プロセスは、以下に説明するように、地理的データセットコンパイラによって達成することができる。一実施例では、コンパイラはCプログラミング言語で書かれているが、代替実施例ではどのような適当なプログラミング言語を使用することもできる。
地理的データセットコンパイラ900は、データベース901を、GDFフォーマット(主としてASCII交換フォーマットである)からデータベース905内の最適化され、圧縮されたバイナリフォーマットに累進的に変形するプロセスのシーケンスを含んでいる。この変形を達成するために、地理的データセットコンパイラ900は、このプロセスのためのルーチンのフレームワークを供給する。
B.コンパイラサービスレイヤ
コンパイラサービスレイヤ912は、地理的データセットコンパイラ900内の処理のために使用可能な、そして使用されるルーチンのライブラリを含んでいる。ルーチンのライブラリは、地理的データの処理のために特別に開発された特殊化された機能を含むデータセットコンパイラ内で一般的に使用される機能のための基本命令のセットを含んでいる。例えば、サービスレイヤは、I/Oの処理、ファイル及びテーブル管理、誤り処理、メモリ管理及びバッファリング、デバッギング、及びデータ操作のための機能を含む。サービスレイヤ912は、他の機能のためのルーチンも含むことができる。
1.概要
図9Bを参照する。地理的データセットコンパイラ900のデータ変形レイヤ910は、地理的地図カバレッジデータ901を一般化された交換フォーマットから中間出力に変形する。データ変形レイヤ910は、2つの主要ステップまたは段を含む。交換フォーマットのデータから開始される第1段923において、データ変形レイヤ910はデータ901を転送ファイルフォーマットのファイル925に変換する。普通のシナリオでは、データ901は、GDFのような一般化された交換フォーマットでコンパイラに供給される。GDFのような交換フォーマットは、それからデータを、ナビゲーションシーケンス内の記憶媒体上で使用する物理的記憶フォーマットに直接変換することが困難なように、データを編成する。例えば、GDFを物理的記憶フォーマットに直接変換することが困難である一つの理由は、物理的記憶フォーマット出力ファイルを発生するためには、GDFファイルの全ての必要部分を格納するための極めて大量のメモリをコンパイラ内に必要とするからである。従って、好ましい実施例では、地理的データを先ず転送ファイルフォーマットに変換し、それからのデータのさらなる処理を容易にしている。
2.転送ファイルフォーマット
コンパイラ900は、数多くの異なるファイルで地理的データを受けることができる。一実施例では、コンパイラ900は交換フォーマットで、特定的にはGDF 3.0で地理的データを受ける。前述したように、もしデータが始めにGDFのようなフォーマットで供給されれば、そのデータを更に処理する前に、そのデータを先ず交換フォーマットから転送ファイルフォーマットに変換することが好ましい。GDFフォーマットは物理的記憶フォーマットを発生するデータの部分の処理を容易にするような技法でデータを編成しないので、この変換が遂行されるのである。転送ファイルフォーマットへのこの変換プロセスは、地図カバレッジデータ並びにサード・パーティデータ(もしあれば)にも適用できる。
管理エリア転送ファイルは、地図カバレッジ領域(例えば、州、郡、市)内の行政区分の階層を表すテーブルの形状で作成される。管理エリア転送ファイルは、GDF関係、名前、属性、エリア、及び複雑な特色レコードを使用して作成される。これらの同一GDFレコードを使用して、地図カバレッジエリア内の郵便コードを含む郵便コード転送ファイルも作成される。更に、これらの同一GDFレコードから、ゾーン転送ファイルを作成することもできる。ゾーン転送ファイルは、地図カバレッジエリア内の近隣を識別するデータを含む。
ポリゴン転送ファイルは、GDFファイル内のエリア、面、縁、名前、属性、XYZ、及びノットレコードから作成される。ポリゴンエンティティは、公園、湖等のような地図カバレッジ領域内のエリアを表す。このファイルは、テーブルの形状である。
ノード転送ファイルは、GDFファイル内の点特色、ノットレコード、XYZレコード、及び属性レコードから作成される。
ポリライン転送ファイルは、GDF線レコード、特色レコード、縁レコード、XYZレコード、ノットレコード、属性レコード、及び名前レコードから作成される。ポリラインエンティティは、道路、クリーク、及び鉄道のようなナビゲート可能な、及びナビゲート不能な両線形特色を含む。全てのポリラインレコードを作成した後に、ポリゴン及びポリラインレコードは地図作成転送ファイル内に併合される。
更に、POIチェーン転送ファイルのような他の転送ファイルを作成することができる。この転送ファイルは、マクドナルドレストラン、マリオットホテル等々のような関心点チェーンの名前を含むことができる。
各転送ファイルを作成する際に、作成されるエンティティの属性に関する完全な情報を得るために、GDF属性定義及び属性値レコードが参照される。更に、各転送ファイルを作成する際に、転送ファイルエンティティのための識別番号を得るために、GDF外部更新レコードが参照される。
もし、地図カバレッジデータに加えて、サード・パーティデータを物理的記憶フォーマット内に含ませることを意図するのであれば、この時点でサード・パーティデータを1つまたはそれ以上の転送ファイルに変換することができる。サード・パーティデータは、特別な関心物に関係付けられて特別に生成されたデータを含むことも、または一般的に付加的なデータが別のパーティによって生成されるか否かの付加的情報に関係付けることもできる。これらのサード・パーティデータは、付加的に、販売者に特定のデータフォーマットで供給することができる。地図カバレッジデータファイルは、上述した正規の関心点データに加える付加的な関心点型データとして、このサード・パーティデータを指すポインタを有することができる。主データファイル902とサード・パーティデータ904との間のこれらのポインタは、発生される転送ファイル内に維持され続ける。
地理的データ及び何等かのサード・パーティデータ904を転送ファイル925に変換した後に、今は転送ファイルフォーマットになったデータを使用して、最終的に種々のナビゲーション応用プログラムによって使用されるデータを含む種々の特殊化された中間データファイル927が作成される。異なる型のナビゲーション機能のためのこれらの中間データファイルは、1つの型の中間データファイルを作成するのに先に作成された別の型の中間データファイルを必要とする場合を除いて、一般的にはどのような順番ででも作成することができる。
これらの中間ファイルは、どのような適当な、便利な手法で命名することもできる。例えば、シカゴ圏を含むカバレッジエリアのためのレベル0ルート指定データを chicago.rt0と呼ぶことができ、レイヤ1の場合には chicago.rt1と呼ぶことができる。これらの中間ファイルが作成されるにつれて、それらはパーセルにも編成される。補助ファイル949(例えば、ファイル951、953、955)は、各中間データファイル毎に1つの補助ファイルとして作成される。補助ファイルは、それが関連している中間データファイル内の各パーセルの開始位置を識別するオフセットを含む。これらの補助ファイルには、ルート指定レイヤ0データファイル chicago.rt0の補助ファイルには chicago.rf0等々のような、どのように適当に命名しても差し支えない。補助ファイル内の情報は、後述するように分離レイヤプロセスにおいて使用される。
データ変形レイヤプロセスは、複数の中間ルート指定データファイル931を作成する。これらの各ルート指定中間データファイルは、最終的にルート指定ナビゲーション応用によって使用されるように空間的に編成される。このプロセスの一部として、ルート指定データの分離したレイヤが作成される。この段階において、各分離したレイヤが作成され、分離した中間データファイルとして格納される。また、このプロセスの一部として、前述したようにスーパーノード及び集約セグメントが作成される。更に、ルート指定データの各分離したレイヤに対応する各分離した中間ルート指定データファイル内では、データは前述したようにパーセルに編成される。ルート指定データの任意のレイヤにおいては、パーセルは、セグメント、ノード、及び状態、アクセス特性、日付・時間変更子(“DTM”)等のような関連するナビゲート可能な属性を含む。
生成された形状点
データ変形レイヤプロセスの一部として、特別な形状点(「生成」または「人工」形状点と呼ぶ)が作成され、若干のセグメントエンティティの属性として中間ルート指定データファイル内に含まれる。従って、これらの生成形状点が、ルート指定データファイルを作成するプロセスの一部として作成され、若干のセグメントエンティティの属性として含まれるのである。
好ましい実施例では、たとえあるセグメントが直線であっても、従ってそれに沿って位置するどのような形状点も必要としないとしても、もしそのセグメントの何れかの部分が所定の長さしきい値を超えれば、生成形状点が作成され、形状点属性としてセグメントエンティティに関連付けられる。従って、ルート指定レイヤ中間データファイルを作成するコンパイラプロセスの一部として、各セグメントエンティティが調べられ、それが形状点を有せずに所定の長さしきい値を超える部分を含むか否かが決定される。もしそうであれば、形状点を有せずに所定のしきい値を超えるセグメント内の長さが存在する場合には、生成形状点が作成され、そのセグメントに関連付けられる。一実施例では、所定のしきい値は、東・西または北・南方向において 512ナビゲーション単位(1度の 512/100,000)である。他の形状点と同様に、これらの生成形状点は、そのセグメントに沿う真の位置(緯度、経度)を表している。生成形状点が含まれているのが直線であるために、これらの生成形状点の位置は比較的容易に導出することができる。生成形状点を含ませたことにより、形状点を有することなく 512ナビゲーション単位よりも大きいセグメントの部分は存在しなくなる。関連する生成形状点GSP1、GSP2を含むセグメントS20を図10Bに示す。
セグメントエンティティのための方位属性が、セグメントエンティティの形状点から計算される。各セグメント毎に2つの、即ちセグメントの各端毎の1つずつの方位が計算される。方位属性は、セグメントが「通じている」方向を表している。方位は、真北に対する変位の角度として計算される。セグメントの各端毎の方位を計算するために、セグメント内の1つまたはそれ以上の形状点が使用される。これらの形状点は、そのセグメントの端点における各ノードに近接する、または約 100ナビゲーション単位(または約 300フィート)以内のものを含む。端点におけるノード及びそれに近接する形状点を使用して、仮想線が生成される。この仮想線の方向が真北に対して比較され、方位の値が計算される。好ましい実施例では、計算された方位は、格納を容易にするために0乃至 225の値に正規化される。方位は各セグメントエンティティ毎の属性として格納される。
各レイヤ内のデータは、最低レイヤ(最も稠密)から開始して、前述したようにしてパーセル化される。好ましい実施例では、パーセルを形成する際に、パーセルの最終サイズの推定が行われる。
上述したパーセル化プロセスにおいては、データの量を評価する多くの場合が存在する。例えば、前述した「規則的な分割手順」中に、より小さい矩形領域を表す部分にデータを分割し続けるかどうかを決定する目的で、データの量が評価される。前述した「カストム分割手順」では、パーセルを形成するために所望の分割線を決定する目的で、データの量が評価される。これらの場合、これらの評価は、ある量の地理的データから形成されるパーセルの最終サイズが幾つかの要因によって影響され得ることを考慮に入れる。例えば、地理的データに加えて、全てではないにしても殆どのパーセルは、パーセルヘッダのようなオーバヘッドと、kdツリーのようなインデックス情報とを含んでいる。パーセル内に含まれているこれらの付加的な種類の情報の若干はサイズが固定され、他はデータの量または内容と共に変化し得る。これらの型のオーバヘッドがパーセル内の空間を占めるので、所与の量のデータをパーセルに形成できるか否かを評価する上で、これらの情報の付加的なアイテムを考慮に入れる必要がある。一方、若干の型のデータのサイズは、圧縮技術を使用して減少させることができる。また、所与の量が所望の充填率を有するパーセルに形成できるか否かを評価する際にも、これらの圧縮技術を考慮する必要がある。
推定技術は、ある型の地理的データ内に存在する変数を識別する。これらの変数は、ある型の地理的データ内の異なる型の各エンティティの量として識別される。例えば、ルート指定データでは、変数は所与の量の地理的データ内に存在するノード、セグメント、状態、及び形状エンティティの各々の量として識別される。スーパーノード及び集約セグメントの量も別々に識別される。推定技術は、これらの各変数に定数を適用し、所与の量のデータから形成されるパーセルのおおよそのサイズを推定する。これらの各変数に適用される定数は、これらの各変数を比較的広い範囲で(及び、他の各変数に対して)変化させ、結果的なパーセルサイズが計算される。
推定プロセスにより、結果的に得られるパーセルを約2%以内で推定することができる。この推定技術は、推定技術が殆ど常に許容サイズ以内で推定できるようにする目標パーセルサイズ(例えば、 95 %)と共に使用される。
ルート指定中間データファイル(続き)
二次元kdツリーが、各レイヤ毎に、そのレイヤのための集約セグメント有意ノード(前述)を使用して作成される。勿論、レイヤ0はどのような集約セグメント有意ノードも含んでおらず、従って、正規ノードを使用してレイヤ0のためのkdツリーが作成される。
各ルート指定パーセルがレイヤ0のための中間ルート指定データファイル内に限定されるにつれて、パーセルはパーセルデータのサブセットを含むセルに更に分割される。これらのセルは、512 ナビゲーション単位(1度の 512/100,000)のような所定のサイズを有するように限定される。セルは、ペアノキー順に編成される。各セル内の位置データは、昇順に緯度及び経度によって編成される。これらのセルは、後刻パーセル内のデータの空間的探索を容易にするように使用することができる。
パーセル化されたルート指定データ内の全てのエンティティには、転送ファイル内で使用されたものに対して新しい識別番号が割当てられることに注目されたい。また、エンティティが転送ファイルから最初に生成される時点に、それらにこれらの新しい識別番号が割当てられることにも注目されたい。これらの場合、古い識別番号と新しい識別番号との間の相互参照テーブルが作成される。従って、既に新しい識別番号を割当てられているエンティティにその後のステップが参照を行う時には、これらの相互参照テーブルを使用してエンティティを転送ファイルから(それらは未だ古い識別番号を有している)入手することができる。
ルート指定中間データファイルを生成した後に、地図作成中間データファイルが生成される。地図作成中間データファイルは、ポリライン及びポリゴンを含んでいる。ポリラインは、線形特色を表す地理的データベースの地図作成部分内のデータエンティティである。ポリゴンは、エリア特色を表す地理的データベースの地図作成部分内のデータエンティティである。ポリライン及びポリゴンは、ナビゲーションシステム内の視覚ディスプレイ上に像を発生させるために、ナビゲーションシステムの地図表示機能によって使用される。
データ変形レイヤプロセスは、ナビゲート可能な、及びナビゲート不能な両方の特色のためのポリラインを作成する。地図作成データの各レイヤ毎に分離したポリラインが作成される。一般的に言えば、後述するように、ポリラインは、パーセルの境界、またはパーセルの小分けのような若干の制限と矛盾しない各特色の考え得る最長の「ストランド」によって表されるべきである。
セグメント、ノード、及び付属物転送ファイルからのノード、形状点、及びセグメントは、ナビゲート可能なポリラインエンティティ(即ち、道路)を作成するために使用される。ナビゲート可能なポリラインエンティティは、幾つかのセグメントを組合わせてセグメントのより長いスタンドを形成させることによって作成する。ナビゲート可能なポリラインエンティティの場合、若干の属性がポリラインに沿って変化しないままであることを条件として、セグメントはできる限り長いポリラインを構成するように組合わされる。例えば、セグメントが車両のアクセス、平均速度、レーンの数、走行の方向、ランク、または道路の型(例えば、舗装済み、ランプ、有料道路)のような同一属性の何れか1つ、またはそれ以上を有していることを条件に、セグメントはポリラインを形成するように組合わせることができる。ポリラインを構成した後に、ナビゲート可能なポリラインエンティティの長さ及び最小境界画定用矩形が計算される。ナビゲート不能なポリラインの場合と同様に、この長さ値は、ポリラインを所与の地図作成の一般化レイヤ内に含ませるべきか否かを決定するために使用することができる。ナビゲート可能なポリラインの最小境界画定用矩形は、以下に詳述するように、ポリラインがパーセルの細分の境界と交差するか否かを決定するために使用することができる。
順序付けられたポリゴン及びナビゲート不能なポリライン、並びにナビゲート可能なポリラインは、複数のレイヤ内に編成される。各レイヤ毎に1つのポリゴンファイル及び1つのポリラインファイルが作成される。地図作成データのレイヤの数は、ルート指定データのレイヤの数に対応するように選択することができる。例えば、もしルート指定データが5レイヤであれば、地図作成データのレイヤも5レイヤに形成することができる。地図作成データの最低(最稠密)レイヤが最初に形成される。(地図作成データのレイヤの数は、異なるランクのセグメントの数にも対応させることができる。)
ルート指定データと同様に、地図作成データの選択された属性の普通に発生する組合わせを含む正規化された属性テーブルを構成することができる。もし正規化された属性テーブルを使用するのであれば、地図作成正規化された属性テーブルを指すポインタを、選択された地図作成データエンティティ内に含ませることができる。
もしルート指定データ(または、他の空間的に編成されたデータ)が未だにパーセル化されていなければ、地図作成データの各レイヤは前述したようにしてパーセル化することができる。もしルート指定または他の空間的データのパーセル化に基づいてグローバルkdツリーが既に生成されていれば、先に生成された同一境界を使用して地図作成データをパーセル化する。地図カバレッジエリアのための地図作成データは、どのパーセル内のデータの量も最大パーセル量を超えないという要求を満足する最大エリアをカバーするパーセル内に含まれるべきである。従って地図作成データパーセルは、先に生成されたルート指定データパーセルと同一の地理的境界を必ずしも有している必要はない。例えば、もし地理作成データの密度が低ければ、地図作成データをルート指定データ程多く分割してはならないかも知れない。しかしながら、地図作成データを分割してパーセルを形成する際に、ルート指定データをパーセル化する際に生成されたものと同一の分割線が使用されよう。これは、複数のルート指定データパーセルを、1つの地図作成パーセルとして同一地理的エリアに対応させることができる(そして、地図作成データがルート指定データよりも稠密であるような領域では、その逆も真である)ことを暗示している。もし所与のレイヤ内の地図作成データがルート指定データよりも稠密であれば、ルート指定データのパーセル化で限定済みの分割を超えて、地図作成データのさらなる分割を行う必要があり得る。このような地図作成データのさらなる分割は、上述したようにして行うことが可能である。
地図作成データの場合、所与のレイヤにおいて各パーセルが限定されるにつれて、パーセルはパーセル内のデータのサブセットを含むセルに更に分割される。これらのセルは、パーセル上にオーバレイされた規則的な格子パターンによって限定することができる。パーセル内にそのパーセルセル構造を識別するヘッダが作成される。
セルは、そのパーセルのカバレッジエリア内の比較的大きい非オーバラップ地理的矩形を表す。これにより、パーセルのカバレッジエリアにオーバラップする探索矩形に対応するデータが抽出し易くなる。セルは、パーセル内の地図作成データによって表される地理的エリアのズーミング及びパンニングを管理するために、地図表示ナビゲーション応用機能によって付加的に使用される。ナビゲーションシステムの好ましい実施例は、媒体からのパーセル内のデータだけを読み出すことはできるが、これらのデータは圧縮されている。従って、地図位置を所与のズームレベルで表示するためには、セル構造を使用することによって、パーセル内のデータのサブセットだけ、即ちセル内容だけを拡張し、ナビゲーション応用へ戻す必要がある。このような小分けを行わない場合には、探索矩形内のデータを探知するためには、パーセル全体を拡張して調べる必要があろう。地図をズームアウトするか、または左右上下にパンする場合には、データのセルの隣接サブセットを使用することができる。
図11Bは、地図作成パーセルの内部kdツリーエントリを示している。前述したように、矩形の最小囲い2I ×2J タイルの何れかの 1/32 分割において、kdツリーのためのカットが限定される。kdツリーの各葉ノードはセルを表し、地図作成エントリレコードの1組の間隔に対応している。
ルート指定及び地図作成データをパーセル化した後に、相互参照ファイルを作成し、地図作成データの各レイヤ内の各パーセル内のエンティティと、ルート指定データのパーセル内のルート指定エンティティとを相関させることができる。一実施例では、地図作成エンティティは、ルート指定データのレイヤ0内のルート指定データエンティティだけに相関付けられる。これらの相互参照ファイルは、例えば、ルート計算応用によって計算されたルートを形成するルート指定データ内のセグメントエンティティに対応するルートを表示し、強調表示(ハイライト)させるべく、ナビゲーション応用プログラムが適切な地図作成データを見出すために使用することができる。
場所データとは、例えば市、郡、近隣等のような管理エリア及びゾーンのことをいう。データ変形レイヤプロセスは、管理エリア、セグメントノード、及び付属物転送ファイルを使用して場所中間データファイル及びインデックスを作成する。これらの転送ファイルはメモリ内にロードされ、場所は、例えば、国、州、郡、市等のような階層順に編成される。一般的に言えば、階層の各レコードにおいて、同一の管理階層親場所を有する場所は、一緒に配列され、アルファベット順に順序付けられる。しかしながら、もしある場所の直の階層管理親が「住所有意」ではないと決定されれば、その場所は、住所有意であると決定されている階層内の次に高いレベル親に基づいて、同一の階層管理親場所を有する他の場所と一緒に配列され、アルファベット順に順序付けられる。ある場所は、それが通常は住所を限定するために使用されない場合に、「住所有意」ではないと決定される。例えば、米国内の住所情報は、典型的には自治体(例えば、市、町、村)を含み、自治体の直の管理階層親は郡である。しかしながら、郡は通常は住所に使用されないから、米国では郡は住所有意ではない。従って次に高い階層管理親、即ち州が使用される(何故ならば、州は住所に使用され、従って住所有意である)。この場合、市及び郡は共に、それらが位置している州によって編成されることになろう。
場所名のために、Bツリー(平衡多方向探索樹)インデックスファイルを作成することができる。これらのインデックスは、これらの場所のための識別番号順にこれらの場所名を含む。インデックスファイル内の各エントリは、関連パーセル内の場所のレコードを指すポインタを有している。場所データは、ハフマンエンコーディングまたは他の公知の圧縮方法を使用して圧縮することができる。
8.郵便コード中間データファイル及び郵便コードインデックス
データ変形レイヤプロセスは、郵便コード及びセグメント転送ファイルからの郵便コードデータを使用して、郵便コード中間データファイル及びインデックスを生成する。これらのファイルはメモリ内にロードされ、郵便コードは英数字順に編成される。各郵便コード毎に、郵便コードを有するセグメントに基づいて最小境界画定用矩形が計算される。郵便コードのための最小境界画定用矩形は、郵便コードをベースとする空間的探索を容易にするために、ナビゲーション応用プログラムによって使用することができる。
郵便コードデータは、郵便コード中間データファイル内に格納される。場所中間データファイルと同様に、郵便コード中間データファイルは、データの量に基づいてパーセル化される。
9.ナビゲート可能な特色名中間データファイル及びインデックス
データ変形レイヤプロセスは、名前転送ファイル及び付属物転送ファイルからのナビゲート可能な特色名データを使用してナビゲーション特色名中間データ及びインデックスを生成する。これらのファイルはメモリ内にロードされ、名前はアルファベット順に編成される。ナビゲート可能な特色名のために、Bツリーインデックスファイルを作成することができる。これらのインデックスファイルは名前レコードを含み、各レコードは名前に関連したパーセルを指すポインタを含んでいる。ナビゲート可能な特色名データは、ハフマンエンコーディングまたは他の公知の圧縮方法を使用して圧縮することができる。
10.ナビゲート可能な特色(場所によって順序付けされている)中間データファイル
ナビゲート可能な特色の識別番号も、場所階層の最低レコードにおける各場所毎に編成される。各ナビゲート可能な特色が関連付けられている1つまたは複数の場所は、ナビゲート可能な特色を構成しているセグメントから決定される。より詳しく述べると、このような各セグメント毎に、そのセグメントが位置している管理エリアはセグメント転送ファイルから決定することができ、そのセグメントのための道路名は付属物転送ファイルから決定することができる。従って、管理エリアを、ナビゲート可能な特色のための道路名に相関させることができる。場所は、それらの識別番号によって編成される。各場所毎のナビゲート可能な特色の識別番号は、これらの場所内に昇順で編成される。更に、各ナビゲート可能な特色の識別番号レコードは運転パーセルの1つまたは複数の識別番号をも含んでおり、関連する場所内にナビゲート可能な特色を見出すことができるようになっている。
場所によって順序付けられたナビゲート可能な特色のために、少なくとも2つのBツリーインデックスファイルを作成することができる。1つのインデックスファイルは場所情報を一次キーとして使用し、ナビゲート可能な特色ベース名を二次キーとして使用する。このインデックスファイルは、ある場所内のベース名と一致するナビゲート可能な特色を探知するために使用される。他のインデックスファイルは、ナビゲート可能な特色のIDを一次キーとして使用する。このインデックスファイルは、ナビゲート可能な特色のIDが既に知られており、その場所のようなナビゲート可能な特色に関する付加的な情報を入手したい場合に使用される(例えば、先行探索から)。
運転データは、セグメント及びそれらのアドレス範囲、ナビゲート可能な特色の識別番号、道路標識情報、及び例えばセグメントとナビゲート可能な特色との間の、及びその逆のエンティティ間の相互参照を含んでいる。
データ変形レイヤプロセスは、セグメント、ノード、及び付属物転送ファイルを使用して運転中間データファイル及びインデックスを生成する。種々のエンティティ間に関係を確立するためにポインタが作成される。例えば、ポインタが、ルート指定データ内のセグメントと、場所データ内の場所名との間の関係を確立する。別の例では、あるセグメントは、そのセグメントエンティティの端点のノードのレコードを指すポインタを有している。
ペアノキーアレイを作成するために、ノード、形状点、及び人工形状点(今はメモリ内にある)のための位置データが使用される。代替として、ルート指定中間データファイルのために生成されたペアノキーアレイを使用することができる。
運転データパーセル(ナビゲート可能な特色名及び場所のような)を生成するために転送ファイルから入手したデータの若干は、他の型のデータのための中間ファイルを先に生成した時に既に新しい識別番号が割当てられていることがあり得る。従って、これらのエンティティのための古い識別番号は、各中間ファイルを作成する時に生成される相互参照テーブルを使用して、新しい識別番号に変換される。
運転データの場合、各パーセルが限定されるにつれて、セグメントをそのパーセル内部のセルインデックスに関連付けることができる。セルインデックスは、緯度及び経度の組合わせであることができる。パーセルは、セルに分割されたものとして表され、各セルは1度の 256/100,000のような規則的なサイズの地理的エリアとして限定される。パーセル内の各セグメント毎に最小境界画定用矩形が計算され、セグメントの最小境界画定用矩形の最も北及び最も南の隅に位置しているセルが識別される。次いでこれらのセルがセグメントに関連付けられる。(最小境界画定用矩形の最も北及び最も南の両方の隅が同一セル内に位置することがあり得るが、もしそうであれば、この情報は相応にセグメントに関連付けられる。)セグメントデータのこの配列によって、セグメントがまたがっているセルを迅速に調べることができるために、パーセル内のデータの空間的探索が容易になる。
関心点転送ファイル930を使用して、別のデータ変形レイヤプロセスはこれらのデータを読み出し、関心点中間データファイルを生成する。この中間ファイルを作成する際に、このプロセスは関心点を、地図作成中間データファイル内の地図作成データのパーセルと同一の境界を有するパーセルに空間的に編成する。この段において、もしサード・パーティデータが転送ファイルフォーマット内に含まれていれば、これらのデータも中間ファイル及び関連インデックスに編成される。サード・パーティ中間データファイルを生成する際に、データは、前述したように地図作成及び関心点パーセルと同一の境界を有するパーセルに編成される。
全ての空間的データ(ルート指定、地図作成、及び地図作成相互参照データ)をパーセル化した後に、変形レイヤプロセスは、各型の空間的データのための各パーセル内に近隣kdツリーを格納する。あるパーセル内の近隣kdツリーは、そのパーセル、そのパーセルの1つまたは複数の親(もしあれば)、そのパーセルの子(もしあれば)、及びそのパーセルの隣接パーセル(もしあれば)を識別する。これらの近隣kdツリーは、空間的な探索のために、及び1つのパーセルに別のパーセルからアクセスするために、ナビゲーション応用プログラムによって使用することができる。
14.グローバルkdツリー中間データファイル
空間的に編成された各パーセル毎に近隣kdツリーが限定され、格納された後に、グローバルkdツリーは圧縮された形状に変換され、中間ファイル内に格納される。
前述したように、地理的データセットコンパイラ900は出力905を供給する。この出力905を発生するコンパイラ900の成分は、物理的記憶フォーマット分離レイヤ914である。物理的記憶フォーマット分離レイヤ914は、データ変形レイヤ910によって生成された中間データファイル927から出力905を発生させる。分離レイヤ914は、前述した配置計画に従って、中間データファイル927から媒体に特定のフォーマットを形成する。
物理的記憶フォーマット分離レイヤ914によって得られる利点の1つは、それが、データ変形レイヤプロセスのような残りの地理的データセットコンパイラプロセスを、特定の異なる型の媒体のディテール及び特性から分離することである。異なる型の媒体は、種々のデータ成分について異なる配置及び冗長戦略から利益を得ることができる。例えば、CD−ROM上では、最も屡々アクセスされることが予測されるか、または最高に早いアクセス時間が要求されるデータは、内側トラックの近くに配置される。
分離レイヤ914において、1つより多い地図データカバレッジエリア(DCA)を、単一の記憶媒体地理的データファイル1001に組合わせることができる。各地図データカバレッジエリアは、図4Aの領域100のような特定の地理的領域に関係付けられる。もし単一の地理的データファイル1001内に複数の地図データカバレッジエリアが含まれていれば、各地図データカバレッジエリアはそれ自体の地図データファイルヘッダを含む。(地図データヘッダファイルは、後述するように、その特定データカバレッジエリアに適用可能なグローバルデータを含んでいる。)例えば、ファイル1001は2つの地図データカバレッジエリアと、相応して2つのヘッダ1004及び1005とを含んでいる。地図データファイルヘッダは、それが関係を有しているデータのパーセルの直前の記憶媒体地理的データファイル内に配置される。
ファイル1001内のデータの配置は、種々の中間データファイルを単一のファイルに連結し、各中間データファイル毎にオフセット(「パーセルID」と呼ぶ)を作成することによって与えられる。パーセルIDは、パーセルサイズ、冗長度、及びファイル1001の開始からのオフセットの組合わせである。従ってパーセルIDは、本質的に媒体特性に依存する。パーセルIDは、媒体上の特定のパーセルを迅速に探知可能にするだけではなく、パーセルのサイズを識別する情報を担持しているために、ナビゲーション応用プログラムが、パーセルをロードするのに充分なメモリを適切に割当てることを可能にする。CD−ROMの場合、パーセルIDはセクタ番号を反映することが好ましい。PCMCIAカードの場合には、パーセルIDは、例えば 256バイトの単位でバイトオフセットを反映する。パーセルIDの1ビットはパーセルの余分の(冗長)コピーを指示するために使用される。これらのコピー(もしあれば)の位置は、ナビゲーション応用によってメモリ常駐テーブルから決定することができる。CD−ROMのような媒体の場合、媒体上に格納されている種々のコピーの中から選択する能力によってCDヘッドに最も近い冗長コピーを選択することができるために、データ検索時間が短縮される。一代替実施例では、データの冗長コピーを、「グローバルkdツリー」のようなインデックス情報のために使用することができる。
別の代替アプローチは、パーセル参照番号の位置まで下がってナビゲートする機能をも含む中間データファイルを発生するデータ変形レイヤ内に、物理的記憶フォーマット分離レイヤ914がパーセル参照番号をパーセルIDに置換できるようにするプロセスを設けることである。以下に概要を説明する方法は、この後者のアプローチに基づくものである。
どのような異なる型の記憶媒体の場合でも、地理的データ出力ファイル1001を含む出力ファイルが先ずハードディスク上に作成される。出力ファイルをCD−ROMのような実際の記憶デバイス22へ転写するのは、当分野においては公知のマスタリングプロセス917の機能である。
2.物理的記憶フォーマット分離レイヤの成分
分離レイヤ914は、入力として、データ変形レイヤ910によって生成された中間データファイル927、及びデータ変形レイヤ910によって各中間データファイル毎に生成された補助ファイル949を使用する。分離レイヤプロセスは、データカバレッジエリア名、使用中の媒体の型、及び記憶媒体上の開始ユニット(または、位置ユニット)の1つまたはそれ以上を識別する入力を受入れるように構成可能であることができる(手動入力プロンプト、または構成ファイルからの何れかによって)。分離レイヤは、好ましいデータ配置順及び冗長性情報を含むルックアップファイル1020(「データ マップファイル」と呼ぶ)も使用する。冗長性は、異なるデータファイルユニットが繰り返し出現することによって暗示される。
3.物理的記憶フォーマット分離レイヤの動作
分離レイヤ914においては、シーケンスに書き直される前に各パーセルを調べ、データを書き込む記憶媒体に関連する境界単位のサイズにパーセルを均等に順応させるには、パーセルのサイズをどの程度多く増加させるべきかを決定する。記憶媒体が異なれば、境界単位のサイズも異なり得る。例えば、CD−ROMの場合には境界単位は 2048 バイトであり、PCMCIAカードの場合には境界単位は 256バイトである。パーセルが媒体の境界単位の倍数に正確に対応するサイズを有していない限り、パーセルのサイズはある量のパディング(「丸め調整」ともいう)を追加することによって、パーセルを境界単位の次に最大の倍数に対応するサイズに「切上げ」られる。中間データファイル内の各パーセルは異なる量のデータを有し得るので、パディングの量は各中間ファイル内の各パーセル毎に別個に計算される。
境界単位が2×K(K=1024バイト)であるCD−ROMの場合には、丸め調整は次の2K単位に丸められた(パーセル サイズ%2×K)に等しい(ここに「パーセル サイズ」は、パーセルが中間データファイル内に存在する時のパーセルのサイズに等しい)。
境界単位が 256バイトであるPCMCIAカードの場合には、丸め調整は次の 256単位に丸められた(パーセル サイズ% 256)に等しい(ここに「パーセル サイズ」は、パーセルが中間データファイル内に存在する時のパーセルのサイズに等しい)。
分離レイヤ914は、媒体の型、地図カバレッジエリア等を識別する適切なパラメータを用いて初期化される。また、順序及び冗長性を指示するルックアップファイル1020(即ち、「データ マップ」ファイル)がロードされる。ルックアップファイル1020を通る第1のパスがメモリ内で遂行され、中間データファイル及び冗長性の合計数が決定される。もし特定のファイルがそのデータカバレッジエリア内に存在しなければ、分離レイヤプロセスは、失われたファイルが最小セットの一部ではない限り、次のファイルへ移動する。最小セットは、例えばグローバルデータ、少なくとも1組のインデックス、及び中間データファイルを含むことができる。
この物理的記憶フォーマットデータファイル1001は、ファイル1001を記憶媒体上に書き込むマスタリングプロセス917において使用される。出力ファイルが媒体上に書き込まれると、それは図9Cに示す編成を保持する。マスタリングプロセスは普通のものであってよい。出力ファイル1001がCD−ROMのような物理的媒体上に格納されると、パーセルIDは媒体上の位置に直接的に対応するデータ内を参照するから、パーセルID情報は媒体上のデータの位置を迅速に探知することができる。即ち、上述した実施例では、パーセルIDは、媒体上に格納されている単一の地図データファイルの開始からのオフセット(+パーセルサイズ)を表す。この情報を使用して、データが格納されている媒体上の位置を直接探知することができる。これは、記憶媒体上の地理的データを使用するナビゲーション応用機能の速度及び動作を強化する可能性を与える。
さらなる代替実施例では、ナビゲーションシステムは、無線通信を組み込むんで、それが使用する若干のまたは全てのデータを遠隔位置または中央位置から入手することができる。これらの代替実施例では、地理的データは遠隔または中央位置から供給することも、または代替として、若干のまたは全ての情報を無線通信を介して入手することもできる。例えば、無線通信を介して更新または実時間交通情報を供給し、車載ナビゲーションシステムに設置された地理的データベースを補足することができる。
以上の詳細な説明は単なる例示に過ぎず、本発明を限定するものではなく、特許請求の範囲が本発明の範囲を限定するものであることを理解されたい。
12 プロセッサ
14 ドライブ
16 メモリ記憶デバイス
18 ナビゲーション応用ソフトウェアプログラム
20 メモリ
22 記憶媒体
24 測位システム
27 ディスプレイ
28 ルート計算機能
29 スピーカ
30 地図表示機能
32 運転生成機能
34 他の機能(サブプログラム)
40 地理的データ
41 インタフェースレイヤ
48 ルート計算パーセル
50 地図作成パーセル
52 運転パーセル
53 参照パーセル
54 関心点パーセル
60 非空間的に編成されたデータ
61 サード・パーティデータ
62 ナビゲート可能特色
63 場所
64 郵便コード
65 交差道路/ジャンクション
66 地図作成上の特色
100 地理的エリア
101 ノード
102 最大・最小緯(経)度のノード
106 最小境界画定用矩形
107 最小囲みダイ・タイル
108 格子
110 初期タイル
900 地理的データセットコンパイラ
Claims (4)
- ナビゲーションシステムと共に使用する地理的領域のための、コンピュータ上のコンパイラによって実行される地理的データベースの作成方法において、
上記方法が、
上記地理的領域内の物理的特色を表す複数のデータエンティティを受け取り、
グローバル正規化された属性アレイを生成する段階を備え、
上記グローバル正規化された属性アレイは複数のエントリを有し、上記各エントリは参照と、ある物理的特色を記述する複数の属性の特定の組合わせとを有し、
複数のローカル正規化された属性アレイを生成する段階をさらに備え、
上記ローカル正規化された属性アレイは複数のエントリを有し、上記各エントリは参照と、ある物理的特色を記述する複数の属性の特定の組合わせとを有し、
上記各データエンティティにインデックス参照を配置する段階をさらに備え、
それによって、インデックス参照を有するデータエンティティによって表される特色を記述する属性が、上記グローバル正規化された属性アレイまたは上記複数のローカル正規化された属性アレイの一方内の上記インデックス参照に対応するエントリに対する参照によって決定され、
上記複数のデータエントリ、上記グローバル正規化された属性アレイ、および上記複数のローカル正規化された属性アレイが物理的記憶媒体に格納されている
ことを特徴とする方法。 - 上記地理的データベースは上記記憶媒体上でパーセル化されており、更に、上記ローカル正規化された各属性アレイはあるパーセルに関連付けられ、上記ローカル正規化された各属性アレイは、それに関連付けられた上記パーセル内に格納されているデータベースエントリによって表される物理的特色を記述する複数の属性の特定の組合わせを含んでいる請求項1に記載の方法。
- 上記記憶媒体は、CD−ROMである請求項1に記載の方法。
- 上記記憶媒体は、PCMCIAカードである請求項1に記載の方法。
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