GDF导航电子地图标准资料课件

GDF导航电子地图标准张力2019.7GDF导航电子地图标准张力1什么是GDF？GDF数据模型GDF逻辑结构GDF推荐的交换文件格式GDF标准的应用情况什么是GDF？2什么是GDF?

历史1984年欧洲标准化委员会CEN开始制定适于车辆自动导航系统的数据内容、数据表示方式以及数据结构：GeographicDataFiles地理数据文件之后，在十年的推广应用过程中，历经GDF1.0、2.0、2.1、2.2、3.0、4.0等版本的演变，2019年成为ISO14825国际标准。我国于2000年启动导航电子地图的标准化工作。经过5年的努力，在GDF3.0和4.0的基础上，融合我国道路交通的具体情况，在2019年颁布了国家标准GB/T19711-2019《导航地理数据模型和交换格式》。什么是GDF?历史3

学习GDF标准的意义GDF标准是世界上迄今最好的导航电子地图数据模型。它全面的、深刻的反映了汽车驾驶活动对道路交通的导航需求。学习GDF标准，将使我们掌握导航电子地图的基本理论，感受这个理论在欧美地区的生动实践，以及近年来在我国的实践活动。从而，为我们今后在更广阔的领域（人行导航、LBS服务、汽车信息服务、安全辅助驾驶等等）设计创新型的导航电子地图打下扎实的理论基础。另一方面，欧美市场上绝大多数导航地图产品都是GDF标准的产品。在从图商，到车载导航仪制造商，到汽车制造商的产业链中，GDF标准贯穿始终。如果我们的地图产品想进入欧美市场，就必须生产出符合GDF标准的地图。学习GDF标准的意义4

GDF标准的基本思想是针对汽车导航应用的电子地图数据模型突出道路和与之相关的交通数据，淡化背景数据把道路放入交通运输的环境中考察从汽车旅行的需要出发建立道路与其它地理实体的关系把多个国家而不仅是单一国家作为统一的地图产品单位便于数据的阅读和交换GDF标准的基本思想5GDF在导航地理数据体系中的位置和周边标准

地理数据资料：地形图专题图航片卫片社会生活和行业资料导航地理数据交换格式：DRM导航地理数据GDF导航地理数据ITS地理数据库LBS位置服务地图车载导航数据物理存储格式：KIWISDALCarIN西门子AFADAS先进驾驶辅助系统地图TRAVELPILOT其它的国家/行业标准：导航电子地图数据分类与编码卫星导航电子地图元数据车载导航电子地图数据质量规范导航电子地图图形符号GDF在导航地理数据体系中的位置和周边标准地理数据资料：导6GDF标准的层次结构

交换文件物理结构逻辑结构数据模型GDF标准的层次结构交换文件物理结构逻辑结7不但需要详细描述构成道路网本身的各类要素（如行车路线、道路交叉口、立交桥等），还需要以道路网为框架描述与交通行为相关的各类空间要素（如车站、交通信号灯、各类单位及商业服务点等）。不但要描述道路网及相关空间要素的地理位置及形状，还要表达它们的空间关系及其在交通网络中的交通关系。GDF标准的实质

不但需要详细描述构成道路网本身的各类要素（如行车路线、道路交8什么是GDF？GDF数据模型GDF逻辑结构GDF推荐的交换文件格式GDF标准的应用情况什么是GDF？9GDF数据模型

GDF数据模型现实世界的地理对象要素地理对象的特征要素的属性地理对象之间的联系要素之间的关系道路与车渡要素土地利用与覆盖要素服务（POI）要素道路属性：名称、等级、车道等绿地属性：名称等POI属性：名称、类别、服务状态等道路沿线的服务关系关系属性：出入口标识、开放时间等GDF数据模型GDF数据模型现实世界的地理对象要10

要素现实世界中的地理对象被模型化成要素。GDF从汽车导航的需要出发，把现实世界中的一个个独立地理对象归纳为道路与车渡等12个主题要素和一个自定义主题要素。每个主题又被细化为若干种类。构成“主题—

种类”层次结构。主题要素和每个主题下的要素种类代表了现实世界的客体，例如道路、路口、交通设施、POI、行政区划、水系、铁路、土地利用等等。由于GDF是面向汽车导航应用的，所以对地理对象的要素划分与定义着重于道路交通实体和与之密切相关的地点、服务、道路附属设施等实体。要素11GDF要素被分划为13个要素主题要素道路与车渡主题服务主题行政区划主题命名区域主题公共交通主题道路附属设施主题用户自定义主题通用要素主题链参考要素主题土地利用与覆盖主题构造物主题水系主题铁路主题道路与车渡主题服务主题道路附属设施主题GDF要素被分划为13个要素主题要素道路与车渡主题服务主题行12要素主题的划分原则汽车导航有密切的关系，我们可以这样理解13个要素主题：道路与车渡主题 —

规划最短路径的需求服务主题

行政区划主题 —检索目的地的需求命名区域主题公共交通主题 —公交换乘的需求土地利用与覆盖主题 —显示背景的需求水系主题，铁路主题 道路附属设施主题，构造物主题 —道路引导的需求链参考要素主题通用要素主题 —特殊应用的需求用户自定义主题 —扩展应用的需求要素主题的划分原则汽车导航有密切的关系，我们可以这样理解1313要素主题的划分与欧美人的驾车习惯和社会人文环境有着密切的关系。例如：1）欧美的城市布局采用完善的门址系统，因而大大降低了POI的作用。所以GDF不使用复杂的POI，而是使用简单的服务要素。2）欧美人习惯于利用道路沿途的里程牌估算行程，所以GDF建立了对应的链参考要素模型。3）欧美人注重旅途中的风景区、湿地等信息的了解和观赏，所以GDF建立了门类丰富的背景模型。4）欧美人除了利用门址系统，还广泛的使用行政区、邮编区、消防区、选举区等命名区域对地理位置定址。所以GDF建立了复杂的命名区域主题要素。以上现象与我们东方文化和社会环境有着明显的区别。所以，我们在利用GDF标准建立符合中国国情的导航地图数据模型时，以及我们将来生产制作欧美地区的地图时都要引起注意。避免出现张冠李戴的错误。要素主题的划分与欧美人的驾车习惯和社会人文环境有着密切的关系14高速公路的紧急通道紧急通道的出入口高速公路的SOS站市内道路的自行车专用左转线市内道路的隧道内环岛市内街道的门址指示路牌高速公路的紧急通道紧急通道的出入口高速公路的SOS站市内道路15道路与车渡主题的要素种类该主题细分成12个要素种类。其中适合我们中国道路体系的种类用黄色标出。要素种类要素代码简单／复杂表达层道路元素RoadElement４１１０简单１连接点Junctions４１２０简单１车渡联络线FerryConnection４１３０简单１封闭交通区域EnclosedTrafficArea４１３５简单１地址区域边界元素AddressareaBoundaryElement４１６５简单１地址区域AddressArea４１６０简单１路段RoadSegment４１４０复杂２交叉口Intersection４１４５复杂２车渡口Ferry４１５０复杂２聚合路AggregatedWay４１７０复杂２汇交路口Interchange４１８０复杂２环岛Roundabout４１９０复杂２道路与车渡主题的要素种类该主题细分成12个要素种类。其中适合16道路与车渡主题的数据模型位于…边界上被…界定包含属于1-层属于包含2-层道路元素（ID）连接点（ID）渡口联络线（ID）界定开始于界定结束于包含属于属于包含开始于界定结束于界定包含属于地址区域边界元素（ID）包含属于属于包含界定开始于界定终止于包含属于封闭交通区域（ID）地址区域（ID）界定被界定包含属于路段（ID）渡口（ID）交叉口（ID）开始于界定结束于界定界定开始于界定结束于聚合路（ID）汇交路口（ID）环岛（ID）包含属于道路与车渡主题的数据模型位于…边界上被…界定包含属于1-层属17要素的四种表达方式仅仅把地理实体模型化为简单的要素概念还不够。要素概念仅反映了地理实体的物理特性，如道路、水系等等。并没有反映出地理实体的具体形状、空间位置、相邻实体之间可能存在的拓扑关系等。另外也没有对复杂的地理实体做进一步的概括。只有对要素概念做更细致的建模，才能满足地理实体在计算机环境中的地图显示和道路计算等数据处理的需要。GDF在对地理实体做“主题—

种类”要素建模的基础上，进一步的从以下四个方面细化要素的模型：几何类型图元拓扑类型表达层次要素的四种表达方式18

线要素点要素复杂要素复杂要素每一个具体的地理实体总可以归纳成点、线、面这三种几何类型。我们把所有具象的地理实体模型化为简单要素。简单要素分成点要素、线要素和面要素。但现实世界中有些地理实体是若干具象实体的综合体。例如一个结构复杂的路口被视作若干个道路线的综合体，从远视点看到的若干水塘被综合成一个更大的水塘。我们把这类由几个简单要素合成的综合性要素称为复杂要素。复杂要素没有几何类型的单一性，它的几何类型是由所构成的全体简单要素决定的。要素的几何类型分为：简单要素——点要素、线要素、面要素复杂要素——简单要素和/或其它复杂要素的组合要素的几何类型建模线要素点要素复杂要素复杂要素每一个具体的地理实体总可以归纳19道路实体简单要素复杂要素的渐次模型化过程道路实体简单要素复杂要素道路实体简单要素复杂要素的渐次模型化过程道路实体简单要素20要素几何类型的数据模型图简单要素用于表达道路结构的细节，复杂要素是对道路结构细节部分的概括性表达。例如一个平交十字路口被概括为一个复杂要素，这个复杂要素就包括了4个点要素和4个线要素。并非所有的简单要素都需要有对应的复杂要素。线要素复杂要素点要素简单要素界定结束于界定开始于包含包含包含包含于

要素复杂要素模型简单要素模型要素几何类型的数据模型图线要素复杂要素点要素简单要素界定结束21

要素仅表达地理实体的存在性，不考虑具体的形状和空间位置。为了在计算机环境中实现对地理实体的图形显示，必须对要素的具体形状和空间位置建立图元模型。图元称作基本图形构造块，是简单要素的形状和位置表达。拓扑型简单要素的图元包括：0维节点、1维边、2维面非拓扑型简单要素的图元包括：点、多义线、多边形线要素点要素1维的边0维的节点与河流相交的节点与边界相交的节点要素的图元建模要素仅表达地理实体的存在性，不考虑具体的形状和空间位置。线22要素图元的数据模型图要素的几何类型用于表达道路网的实在性，要素的图元模型用于表达道路网的具体形状和空间位置。表达被表达结点边拓扑线要素非孤立结点表达被表达界定结束于界定开始于拓扑点要素简单要素图元模型简单要素模型要素图元的数据模型图表达被表达结点边拓扑线要素非孤立结点表达23道路网中的各个要素之间存在着表征连通性的拓扑关系。对拓扑关系建模是计算机解算行车最短路径的必要条件。连通拓扑是：“边-节点”的非平面拓扑关系

引用边的起止节点引用线要素的起止点要素引用复杂要素的起止复杂要素图元层简单要素层复杂要素层要素的拓扑建模道路网中的各个要素之间存在着表征连通性的拓扑关系。对拓扑关系24要素连通拓扑类型的数据模型图仅对道路相关的要素建立拓扑模型。其余的要素不建立拓扑模型。表达被表达界定结束于界定开始于结点边拓扑线要素复杂要素非孤立结点表达被表达界定结束于界定开始于拓扑点要素简单要素界定结束于界定开始于包含包含包含包含要素要素连通拓扑类型的数据模型图表达被表达界定结束于界定开始于结25复杂要素点要素线要素面要素节点边面点多义线多边形Level-2Level-1Level-0要素的表达层次模型要素被分配到不同的表达层次，这是在计算机环境中有效组织导航数据的方法。地理实体的图形表达地理实体的功能表达地理实体的综合表达复杂要素点要素线要素面要素节点边面点多义线多边形Level26要素四种表达方式的统一模型图表达层模型-2表达层模型-1表达层模型-0图元模型拓扑模型几何类型模型表达被表达界定结束于界定开始于结点边拓扑线要素复杂要素非孤立结点表达被表达界定结束于界定开始于拓扑点要素简单要素界定结束于界定开始于包含包含包含包含要素要素四种表达方式的统一模型图表达层模型-2表达层模型-27复杂要素简单要素拓扑图元存储在*.map文件中要素表达方式的实际案例：复杂要素简单要素拓扑图元存储在*.map文件中要素表达方式的28

属性地理实体的各种物理特性被模型化成要素的属性。GDF针对所有要素总共定义了500余种属性。其中有关道路的属性就多达100多种。典型的属性种类包括：与道路相关的属性：街道地址，名称，道路形态，功能等级，交通流方向，车道数，坡度，车速限制，收费费用…与POI服务相关的属性：名称，门牌号码，重要性…与道路附属设施相关的属性：交通标志，目的地信息，出口编号，路线编号…与水系相关的属性：名称，水体类型…属性属于具有要素属性属性属于具有要素29属性的模型比较复杂，GDF从以下4个方面构造属性模型

：属性类型简单属性与复合属性的层次树结构线要素中的分段属性结构限制性子属性

属性类型属性按属性类型来分类。每个属性类型对应于现实世界对的一个特定的性质，如道路名称、门牌号码、出口编号等等。每个属性类型都附加以一个或多个属性值，可视为一个属性类型的特定实例，如：颜色具有“红”、“绿”等值。属性可能的取值称为属性的域。每个属性类型有一个属性类型名称。属性的模型比较复杂，GDF从以下4个方面构造属性模型：属30包含复合属性类型属于简单属性类型包含属于限制性子属性类型属性类型包含属于受限于限制

简单属性和复合属性属性可分为简单属性与复合属性。一个简单属性只有一个组件。而一个复合属性有多个组件，每个组件称为一个子属性。复合属性的子属性可以是简单属性或复合属性。因而一个复合属性可视为只由简单属性构成的层次化属性树。属性类型、简单属性和复合属性的模型包含复合属性类型属于简单属性类型包含属于限制性子属性类型属性31

限制性子属性

一些属性类型不能独立的表示要素的某个特性，它必须与相关的属性结合在一起，形成一个复合属性，共同描述要素的某种特性。这类属性在复合属性中起到限制相关子属性的有效性的作用。因而这类属性称为限制性子属性。限制性子属性包括：有效方向、车道依赖性、街道侧面、车辆类型、有效期。例如：描述道路的外侧车道为公交专用线，则应将“车道依赖性”属性和车道类型属性结合成一个复合属性。该属性定义了公交专用线属性。包含复合属性类型属于简单属性类型包含属于限制性子属性类型属性类型包含属于受限于限制限制性子属性的模型限制性子属性包含复合属性类型属于简单属性类型包含属于限制性32线要素中的分段属性属性只是针对线要素的一部分时，该属性称为分段属性。对于线形要素被分段属性所涉及的部分由开始位置和结束位置值定义这些位置表示沿线形要素几何形状的距离或实测距离（沿现实世界对象所测得的距离），以米为单位。设一段道路的宽度有变化（见图）。一部分为15米宽，另一部分为12米宽。建立分段属性：设置两个道路宽度属性项，同时在每个属性项的开始部分增加开始位置和结束位置值。开始位置：0米 开始位置：220米结束位置：220米 结束位置：400米道路宽度：15米 道路宽度：12米线要素中的分段属性设一段道路的宽度有变化（见图）。一部分为133现实世界的一条道路光明西路10米宽16米宽5:00-22:00禁止卡车通行200米350米1号3号65号66号2号4号……该道路的物理特征假定被考察的光明西路已经模型化为道路元素L10，L10有以下物理特征——

地址信息：光明西路，门牌范围1…66号 道路长度：550米 路面宽度：从路段的左端起到200米处为10米路宽，其余的路面为16米宽 通行限制：每日5:00~22:00禁止卡车双向通行现实世界的一条道路光明34建立物理特征的数据模型地址信息的数据模型—地址信息是一个属性树结构的复合属性，包括以下的简单属性类型： 正式街道名称文本 街道类型后缀 方向后缀 街道侧面（注：限制性子属性，依附于下面3种属性） 门牌结构 第一门牌号 最末门牌号 建立物理特征的数据模型地址信息的数据模型—35地址属性树的数据模型…最末门牌号HL=“65”最末门牌号HL=“66”第一门牌号HF=“2”门牌结构HS=“规则双号”第一门牌号HF=“1”门牌结构HS=“规则单号”地址信息…正式街道名称体名称组件方向后缀DS=“西”街道类型后缀ST=“路”正式街道名称文本OF=“光明西路”正式街道名称门牌号码范围方向前缀DP街道别名街道侧面SS=“左”街道侧面SS=“右”复合属性简单属性限制性子属性属性组的表达式：((((OF“光明西路”),ST“路”,DS“西”,(HS“规则单号”,HF“1”,HL“65”)SS“左”,(HS“规则双号”,HF“2”,HL“66”)SS“右”)))地址属性树的数据模型…最末门牌号HL=“65”最末门牌号HL36道路元素长度LR=“550”道路长度的数据模型—简单属性类型道路宽度的数据模型—分段结构的简单属性类型开始位置：0 开始位置：200结束位置：200 结束位置：550宽度：10 宽度：16宽度WI=“10”宽度WI=“16”属性组的表达式：LR“550”属性组的表达式：WI“10”，WI“16”道路元素长度LR=“550”道路长度的数据模型—简单属性37通行方向的数据模型—

用二个限制性子属性有效期VP和车辆类型VT

依次限制一个简单属性交通流方向DF，表达为：每日的5:00~22:00禁止卡车在双向上通行车辆类型VT=“运输卡车”有效期VP=“[(h5){h17}]”属性组的表达式：（（DF“双向禁行”，VT“运输卡车”)VP“[(h5){h17}]”）交通流方向DF=“双向禁行”通行方向的数据模型—车辆类型VT=“运输卡车”有效期VP38许多导航信息仅靠单一的要素是无法表达出来的，需由彼此联系的要素共同表达的信息称为关系要素的关系针对导航应用中的三个主要导航信息：表达路口上的交通规则、确定目的地在道路上的终止位置、合理表述从一条路驶向另一条路的转向行为主要有三大类的关系：路口的通行关系、道路与其它要素的空间位置关系（包括邻接与包含）、道路上的引导关系用关系名称定义关系的性质，构成关系的诸要素是关系的成员，成员的排列顺序反映了关系的内容关系本身具有属性

关系若干地理对象共同表达的信息被模型化成要素的关系许多导航信息仅靠单一的要素是无法表达出来的，需由彼此联系的要39现实世界的一些道路禁左人民医院医院邻近道路主道路次道路L10L11L12L13L14L15L16L17L18L19L20L21L100F50L1000L1001L500沿主路方向直达路线的关系路段沿线的服务的关系禁止策略的关系现实世界的一些道路禁左人民医院医院邻近道路主道路次道路L140禁止策略的数据模型表述：在交叉口位置，从路段L21驶入到路段L10驶出的方向上禁止通行（禁左）禁止策略关系的表达式：L10L11L12L13L14L15L16L17L18L19L20L21N100关系代码驶入的道路元素驶入的结点内部的道路元素内部的道路元素驶出的道路元素2103L21N100L20L11L10沿着起始道路元素属于禁止策略关系为…的开始开始于连接点道路元素序列属于通过界定起止于禁止策略的数据模型表述：L10L11L12L13L41道路元素沿线服务的数据模型L100F50表述：在道路元素L100的附近有一个服务F50道路元素沿线服务的关系的表达式：关系代码道路元素服务1023L100F50沿着道路元素属于道路元素沿线服务关系为…的开始开始于服务要素道路元素沿线服务的数据模型L100F50表述：关系代码道42直达路线的数据模型L1000L1001L500沿主路方向表述：道路元素L100,L1001是主路的自然延伸；道路元素L500是从主路分叉的一条次要道路元素。要求按照沿主路惯性不变的原则指导道路的引导过程直达路线关系的表达式：关系代码道路元素道路元素2105L1000L1001包含起始道路元素属于直达路线关系为…的开始开始于道路元素序列起始道路元素属于包含直达路线的数据模型L1000L1001L500沿主路方43汇交路口的出口的数据模型表述：作为汇交路口的“光明立交桥”有A,B,C,D等4个出口；在该路口上确定目的地时应在这4个出口位置中选择汇交路口的出口的关系的表达式：关系代码汇交路口连接点连接点连接点连接点2129N200N20N21N22N23光明立交桥CDABN23N22N21N20N200汇交路口的出口的数据模型表述：关系代码汇交路口连接点连接点连44属于要素的要素中心点的数据模型表述：“人民公园”作为一个抽象的要素中心点与其3个游人出入口构成属于要素的要素中心点关系属于要素的要素中心点关系的表达式：关系代码要素中心点服务服务服务1029F100F20F21F22人民公园东门南门北门F22F20F21F100属于要素的要素中心点的数据模型表述：关系代码要素中心点服务服45有语义关系要素属性属于作为1#成员参与涉及1#成员作为N#成员参与涉及N#成员关系的属性数据模型有语义关系要素属性属于作为1#成员参与涉及1#成员46什么是GDF？GDF数据模型GDF逻辑结构GDF推荐的交换文件格式GDF标准的应用情况什么是GDF？47GDF逻辑结构

什么是逻辑结构？GDF利用NIAM（尼森分析方法）建立了“要素—属性—关系”数据模型。这个模型很好的描述了导航地理信息，将现实世界转化为车载导航电子地图世界。但NIAM只能用模型图表达地图数据，显然计算机并不能识别或存储这些图形。必须设计一种数据结构，它可以将NIAM模型图映射到计算机文件的记录结构，以便于计算机对GDF数据模型的识别和存储。逻辑结构是一种相对于具体的物理记录格式更高层面上的数据结构，其特点是与具体的计算机语言环境无关。它具有抽象性，因而可以移植到不同的计算机系统。GDF逻辑结构什么是逻辑结构？GDF利用NIAM（尼森分析48GDF的逻辑数据结构独立于物理记录格式，它用ESN数据描述语言定义其逻辑记录格式。这种语言的特点是先定义一个基本数据类型的集合，再以此为基础构造出基础数据类型。再用基础数据类型构造出更复杂的组合数据类型集合。ESN具有从简单数据类型构造出复杂数据结构的能力。通过三层结构产生的组合数据类型就是GDF交换数据文件的逻辑数据结构。以后可以利用这个逻辑数据结构进一步设计适应不同计算机系统的各种物理文件记录格式。

逻辑数据结构的数据描述语言ESN不可再分的基础数据类型共享的基础数据类型GDF的组合数据类型GDF的逻辑数据结构独立于物理记录格式，它用ESN数据描述语49册[全局册信息 ：全局册信息 11.2.2地方字符集定义 ：地方字符集定义列表 11.2.3数据集 ：数据集列表 11.3.1]全局册信息[册标识符 ：无符号长整型 11.1.4.85数据供应商名称 ：自由文本 11.1.5.8建立日期 ：日期 11.1.5.6版权日期 ：日期 11.1.5.6版权所有者 ：自由文本 11.1.5.8]自由文本

=[字符]*11.1.4.5字符

=地方字符集中的一个可印刷字符组合数据类型基础数据类型基本数据类型册全局册信息自由文本 字符组合数据类型基础数据类型基本数据50道路元素连接点路段交叉点

从要素模型图到要素逻辑记录表的转换交叉点路段属于包含界定结束于界定开始于连接点道路元素属于包含界定结束于界定开始于属于包含对应于图元线要素逻辑记录[线要素标识符：无符号长整数原始资料描述标识符：元素（原始资料列表）道路网络标识符：元素（道路网络规格列表）要素种类码：元素（要素定义列表）分割指示 ：布尔值首点要素标识符：元素（点要素定义列表）末点要素标识符：元素（点要素定义列表）边引用：边引用列表末节点高度：集合–9~9属性组标识符：范围（属性ID组列表）折线坐标：坐标列表]对应于拓扑关系对应于几何类型模型逻辑结构道路元素模型的逻辑结构道路元素连接点路段交叉点从要素模型图到要素逻辑记录表的转换51

从属性模型图到属性逻辑记录表的转换简单属性类型限制性子属性类型要素种类被描述描述属于包含属性类型复合属性类型属于包含属于包含限制受限于关系类型被描述描述被描述描述复合属性逻辑记录[子属性 ：属性列表]简单属性逻辑记录[左圆括号数：集合0-9属性类型码：元素（属性定义列表）原始资料描述标识符：元素（原始资料列表）属性：元素（属性值列表）

|元素（文本列表）

|元素（时间域列表）

|短字符串右圆括号数：集合0-9]模型逻辑结构从属性模型图到属性逻辑记录表的转换被描述描述属于包含复合属52什么是GDF？GDF数据模型GDF逻辑结构GDF推荐的交换文件格式GDF标准的应用情况什么是GDF？53GDF推荐的交换文件格式

物理化的逻辑数据结构逻辑化的数据结构解释了GDF数据模型，将概念化和图形化的数据模型转换到层次化（结构化）和文本/数字化的逻辑记录表。但是，这种逻辑记录格式仍不能存储于具体的计算机系统中，也不能直接作为物理文件的数据记录单位。GDF的介质记录格式是GDF逻辑记录格式的物理化表达。逻辑结构被转换为GDF的介质记录格式后，就成为可被计算机系统识别的物理文件了。逻辑结构与介质记录格式之间存在着一致的结构关系。如果说逻辑结构是面向人的理解能力的，则介质记录格式就是面向物理设备的存储能力的。GDF标准推荐了一种介质记录格式和交换文件格式。GDF推荐的交换文件格式物理化的逻辑数据结构逻辑化的数据结54

介质记录的基本结构GDF交换文件是由一条条的记录组成的。我们把表达一条完整数据的记录称作逻辑记录（不要混淆于逻辑结构）。把文件中由81/82个字符组成的行宽称作介质记录。通常，介质记录能够存储一个逻辑记录中的全部数据。但若逻辑记录的实际数据长度超过79个字符时，就需要用多条介质记录（多个行宽）存储。例如，一条数据量是100个字符的记录就需要2条介质记录存储。GDF规定介质记录的长度一律是81或82个字符宽度。所以，GDF交换文件格式是一个80字符行宽的文本文件。可以直接阅读。介质记录的基本结构GDF交换文件是由一条条的记录组成的。55其中，左端起的第1~4字符固定分配给记录类型和子类型码。若某些记录不存在子类型码，则仅占用第1~2位。第80字符位固定分配给延长标志。延长标志指出逻辑记录是否结束于本条介质记录，若未结束则接续下一行介质记录继续存储。对于接续行的介质记录，其第1~2位用“00”字符标识，以区别于其他类型的记录，称作后续记录。第81或第81~82字符固定分配给<CR>，或<CR><LF>字符。表示一个介质记录的结束。显然，这种构造的介质记录本质上是一种文本，因为记录全部是由字符书写的。并且字符行用<CR><LF>折返到下一行显示。1~1011~2021~3031~4041~5051~6061~7071~80类型子类型

记录的数据内容延长<CR><LF>1~23~4 5~79 8081~82其中，左端起的第1~4字符固定分配给记录类型和子类型码。若某56逻辑结构介质记录

逻辑记录到介质记录的转换点要素逻辑记录[点要素标识符：无符号长整数原始资料描述标识符：元素（原始资料列表）道路网络标识符：元素（道路网络规格列表）要素种类码：元素（要素定义列表）属性组标识符：范围（属性ID组列表节点标识符：元素（节点列表）

|NULL

点坐标 ：三元坐标

|NULL]字段名称长度类型无数据最小值最大值说明REC_DESCR2NObl5151记录类型码POINT_ID10NObl12^32-1点要素IDDESC_ID5N<S>12^16-1原始资料描述IDNW_ID5N<S>12^16-1道路网络规格IDFEAT_CODE4NObl10009999要素分类玛NODE_CODE10N<S>12^32-1节点IDNUM_AT5NObl02^16-1字段计数器|ATT_ID10NObl12^32-1属性ID点要素介质记录格式0-12-1112-1617-2122-2526-3536-4041-50…795110NULL9412010011000NULLNULL本记录是点要素类型（51）；记录ID=10；对应的连接点分类码=4120；图元节点的记录指针是100；1个属性项，记录指针=1000。文件中的记录数据：指向坐标点记录指向属性记录逻辑结构介质记录逻辑记录到介质记录的转换点要素逻辑记录字57线要素逻辑记录[线要素标识符：无符号长整数原始资料描述标识符：元素（原始资料列表）道路网络标识符：元素（道路网络规格列表）要素种类码：元素（要素定义列表）分割指示 ：布尔值首点要素标识符：元素（点要素定义列表）末点要素标识符：元素（点要素定义列表）边引用：边引用列表末节点高度：集合–9~9属性组标识符：范围（属性ID组列表）折线坐标：坐标列表]对应于拓扑类型逻辑结构介质记录字段名称长度类型无数据最小值最大值说明REC_DESCR2NObl5252记录类型码LINE_ID10NObl12^32-1线要素IDDESC_ID5N<S>12^16-1原始资料描述IDNW_ID5N<S>12^16-1道路网络规格IDFEAT_CODE4NObl10009999要素分类玛SPLIT_IND1NObl01分割指示:0=完整1=分割FROM_ID10N<S>12^32-1首点要素IDTO_ID10N<S>12^32-1末点要素IDNUM_EDGE5NObl02^16-1字段计数器|EDGELEVS2I<S>-99首节点高度|EDGELEVI2I<S>-99中间点高度|EGDE_CODE10NObl12^32-1边ID|POS_NEG2NObl01线要素方向:0=与边相同EDGELEVS2I<S>-99末节点高度NUM_AT5NObl02^16-1字段计数器|ATT_ID10NObl12^32-1属性ID指向坐标点记录指向属性记录线要素介质记录线要素逻辑记录对应于拓扑类型逻辑结构介质记录字段名称长度类58复杂要素逻辑记录[复杂要素标识符：无符号长整数原始资料描述标识符：元素（原始资料列表）道路网络标识符：元素（道路网络规格列表）要素种类码：元素（要素定义列表）复杂分割指示：布尔值复合要素：复杂要素列表属性组标识符：范围（属性ID组列表）首复杂要素标识符：元素（复杂要素定义列表）末复杂要素标识符：元素（复杂要素定义列表）]逻辑结构介质记录字段名称长度类型无数据最小值最大值说明REC_DESCR2NObl5454记录类型码COMPLEX_ID10NObl12^32-1复杂要素IDDESC_ID5N<S>12^16-1原始资料描述IDNW_ID5N<S>12^16-1道路网络规格IDFEAT_CODE4NObl10009999要素分类玛CMPSPLTIND1NObl02分割指示:0=完整1=分割2=在另个分区重复出现NUM_PARTS5NObl02^16-1字段计数器|FEAT_CAT2Nobl14要素类型:1=点2=线3=面4=复杂|FEAT_ID10Nobl12^32-1要素IDNUM_AT5NObl02^16-1字段计数器|ATT_ID10NObl12^32-1属性IDFROM_ID10N<S>12^32-1首复杂要素ID：拓扑结构的端点TO_ID10N<S>12^32-1末复杂要素ID：拓扑结构的端点复杂要素介质记录对应于拓扑类型指向属性记录复杂要素逻辑记录逻辑结构介质记录字段名称长度类型无数据最小5911020304050607054184140022124100105219411001321010020024112221005555566666557000666660假设文件名=Sample.gdf……………………复杂要素=路段：1#记录包含2个道路元素记录，有末端点处的交叉口要素简单要素=道路元素：1#记录包含2个边图元，有末端点处的连接点要素图元=边：1#记录有首末端点处的节点图元GDF交换文件中的实际数据记录体（其中的要素数据部分）1102030405060705460属性组逻辑记录[属性组标识符：无符号长整数开始曲线位置：无符号长整数结束曲线位置：无符号长整数曲线位置类型：布尔值路段方向：布尔值属性：属性列表]曲线位置类型=相对位置、绝对位置路段方向=曲线与路段方向一致、不一致字段名称长度类型无数据最小值最大值说明REC_DESCR2NObl4444记录类型码ATT_ID10NObl12^32-1属性IDFROM7N<S>开始曲线位置TO7N<S>结束曲线位置ABS_REL1N<S>01曲线位置类型:0=绝对1=相对SEG_DIR1G<S>路段方向:+=与线要素相同-=相反NUM_ATT5IObl02^16-1字段计数器|COUNT_LF_(1NObl09左圆括号数|ATT_TYPE2GObl属性类型码|DESC_ID5N<S>12^16-1原始资料描述ID|ATT_VAL11G<S>属性值当属性类型码是文本型或时间域型的情况下，该字段为记录ID|COUNT_RT_)1NObl09右圆括号数

使用圆括号定义复合属性的范围，复合属性是嵌套结构的，所以圆括号也是嵌套的。但记录里不出现圆括号本身，而是给出圆括号的数量。属性介质记录逻辑结构介质记录或指向存储实际属性值的记录属性组逻辑记录字段名称长度类型无数据最小值最大值说明REC_61假设文件名=Sample.gdf1102030405060701084110……311023044102019+10WI1000411CHI光明西路0……………………道路元素L10的10#记录3条属性记录文本记录和时间域记录4422003501+10WI1600443155OF110ST路00DS西01HS200HF100HL1006510SS11HS300HF200HL6610SS230LR55002DF400VT110VP10012000451[(h5){h17}]0GDF交换文件中的实际数据记录体（其中的属性数据部分）假设文件名=Sample.gdf11020304050662假设文件名=Sample.gdf1102030405060705011029311001001201100211100220…………属于要素的要素中心点关系的记录指向相应的成员要素IDGDF交换文件中的实际数据记录体（其中的关系数据部分）假设文件名=Sample.gdf11020304050663GDF文件采用册-数据集-图层-分区的层次化组织

全部数据存储在一个册中一个册的数据可以由单一的文件卷构成，也可以由几个文件卷共同构成。卷的数量取决于物理存储介质的容量册被划分为多个数据集，每个数据集覆盖了全册地理区域中的一个子区域数据集依要素内容划分成多个图层，一个图层应包含一个或多个要素种类的全部要素实例，要求拓扑和非拓扑要素必须划分到不同的图层图层可以划分成多个分区，分区可以是规则网格的或是行政区划形状的自然区域GDF交换文件的数据组织和文件结构GDF文件采用册-数据集-图层-分区的层次化组织全部数据存64层次化组织的数据模型表示数据集属于册图层有分区册头包含属于包含属于包含属于属于有数据集头属于有数据集描述属于有图层头属于有分区头属于有转换列表关系列表属于有要素集合图元集合层次化组织的数据模型表示数据集属于册图层有分区册头包含属于包65文件结构的一般描述文件对应于册的一个卷；册的首文件的开始部分安置一个含在册头记录中的“卷开始”子记录，并在每个文件的尾部安置一个“卷结束”记录。文件中的数据全部用文本方式描述，因此文件内容是可阅读的。文件的行宽为80个可见字符，并以一或二个回车换行符结束本行，最末的可见字符是记录的续行标志。文件由多个记录组成；有关册等层次化的管理信息、元数据信息、要素等地理对象数据一律遵循前面的数据模型和逻辑结构设计要求，构造成记录形式的物理结构；一个记录的长度超过79个字符时折返到下一行，第80个字符用来标志一个记录的结束。记录内部划分为多个字段，每个字段有固定的占位长度，不论字段的实际内容是否充满这个长度，左右的相邻字段一律不能侵入这个字段的区域；由此可以判读每个字段在记录内的准确位置。文件结构的一般描述文件对应于册的一个卷；册的首文件的开始部分66文件结构的图示110203040506070册头记录（册的首文件中含有卷开始的子记录）数据集头记录本数据集的元数据记录组图层头记录分区头记录本分区的全部地理对象的记录组分区头记录（下个分区的）

……

图层头记录（下个图层的）

……

数据集头记录（下个数据集的）

……卷尾记录（注：册的最末个文件不需要它）新的数据集部分新的图层部分新的分区部分要素、属性、关系等记录集合文件结构的图示110203040506070册头记录（册的首67什么是GDF？GDF数据模型GDF逻辑结构GDF推荐的交换文件格式GDF标准的应用情况什么是GDF？68GDF标准的应用情况

国际市场GDF标准在欧美地区广为流行。现在，欧洲、北美、中东、澳洲等世界大多数地区的导航地理数据均采用了这个标准。欧美地区的导航数据物理存储格式标准也以此标准为上游标准。国际上采用GDF标准生产和使用导航电子地图产品的厂家有荷兰TA公司美国Navtaq公司德国大众汽车公司…所以在欧美市场上的导航产品几乎都是用了GDF标准的地图。GDF标准的应用情况国际市场GDF标准在欧美地区广为流行。69

国内情况由于国内几家主流数据生产单位采用的是日本技术体系，或者是自定义的交换格式，因此该标准还未在国内流行。目前，有一些欧美厂商在采购国内数据时指定了GDF数据格式。这对国内应用该标准起到了一定的推动作用。相信国内导航产业的发展将会促进该标准在国内的流行。国内正在起草的有关导航数据物理存储格式标准已经吸收了GDF的一些思想。国内情况由于国内几家主流数据生产单位采用的是日本技术体系，70GDF标准是导航地图行业的上游技术，用于图商与设备商之间的数据买卖。若图商都按照GDF标准发布数据就非常有利于设备商的选择能力，提高设备的性价比。GDF标准即建立了一套先进的导航数据模型，又设计了一种方便传阅和解析的文件交换格式。只要采纳这个模型，任何一种物理存储格式的文件都能做到对GDF标准文件的兼容与互换。GDF标准的下一步发展是X-GDF标准。将适应车道量级的车导，LBS步行者导航，3D城市，实时更新等更先进的应用领域。GDF标准的发展GDF标准是导航地图行业的上游技术，用于图商与设备商之间的数71作业１.填空数据模型：要素、属性、关系介质记录：记录表、文件组织人的认识层面计算机实现的层面结构化描述的层面2.建立下图的2-层复杂要素（画出图形）作业１.填空数据模型：介质记录：人的认识层面计算机实现的层72表述：在交叉口位置，禁止从路段L13驶入到路段L19（禁止自西向北转）禁止策略关系的表达式：L10L11L12L13L14L15L16L17L18L19L20L21N200关系代码驶入的道路元素驶入的结点内部的道路元素内部的道路元素驶出的道路元素2103L13N2003.填写禁止策略关系表中的空白项表述：L10L11L12L13L14L15L173谢谢谢谢74谢谢！供娄浪颓蓝辣袄驹靴锯澜互慌仲写绎衰斡染圾明将呆则孰盆瘸砒腥悉漠堑脊髓灰质炎(讲课2019)脊髓灰质炎(讲课2019)谢谢！供娄浪颓蓝辣袄驹靴锯澜互慌仲写绎衰斡染圾明将呆则孰盆瘸75GDF导航电子地图标准张力2019.7GDF导航电子地图标准张力76什么是GDF？GDF数据模型GDF逻辑结构GDF推荐的交换文件格式GDF标准的应用情况什么是GDF？77什么是GDF?

历史1984年欧洲标准化委员会CEN开始制定适于车辆自动导航系统的数据内容、数据表示方式以及数据结构：GeographicDataFiles地理数据文件之后，在十年的推广应用过程中，历经GDF1.0、2.0、2.1、2.2、3.0、4.0等版本的演变，2019年成为ISO14825国际标准。我国于2000年启动导航电子地图的标准化工作。经过5年的努力，在GDF3.0和4.0的基础上，融合我国道路交通的具体情况，在2019年颁布了国家标准GB/T19711-2019《导航地理数据模型和交换格式》。什么是GDF?历史78

学习GDF标准的意义GDF标准是世界上迄今最好的导航电子地图数据模型。它全面的、深刻的反映了汽车驾驶活动对道路交通的导航需求。学习GDF标准，将使我们掌握导航电子地图的基本理论，感受这个理论在欧美地区的生动实践，以及近年来在我国的实践活动。从而，为我们今后在更广阔的领域（人行导航、LBS服务、汽车信息服务、安全辅助驾驶等等）设计创新型的导航电子地图打下扎实的理论基础。另一方面，欧美市场上绝大多数导航地图产品都是GDF标准的产品。在从图商，到车载导航仪制造商，到汽车制造商的产业链中，GDF标准贯穿始终。如果我们的地图产品想进入欧美市场，就必须生产出符合GDF标准的地图。学习GDF标准的意义79

GDF标准的基本思想是针对汽车导航应用的电子地图数据模型突出道路和与之相关的交通数据，淡化背景数据把道路放入交通运输的环境中考察从汽车旅行的需要出发建立道路与其它地理实体的关系把多个国家而不仅是单一国家作为统一的地图产品单位便于数据的阅读和交换GDF标准的基本思想80GDF在导航地理数据体系中的位置和周边标准

地理数据资料：地形图专题图航片卫片社会生活和行业资料导航地理数据交换格式：DRM导航地理数据GDF导航地理数据ITS地理数据库LBS位置服务地图车载导航数据物理存储格式：KIWISDALCarIN西门子AFADAS先进驾驶辅助系统地图TRAVELPILOT其它的国家/行业标准：导航电子地图数据分类与编码卫星导航电子地图元数据车载导航电子地图数据质量规范导航电子地图图形符号GDF在导航地理数据体系中的位置和周边标准地理数据资料：导81GDF标准的层次结构

交换文件物理结构逻辑结构数据模型GDF标准的层次结构交换文件物理结构逻辑结82不但需要详细描述构成道路网本身的各类要素（如行车路线、道路交叉口、立交桥等），还需要以道路网为框架描述与交通行为相关的各类空间要素（如车站、交通信号灯、各类单位及商业服务点等）。不但要描述道路网及相关空间要素的地理位置及形状，还要表达它们的空间关系及其在交通网络中的交通关系。GDF标准的实质

不但需要详细描述构成道路网本身的各类要素（如行车路线、道路交83什么是GDF？GDF数据模型GDF逻辑结构GDF推荐的交换文件格式GDF标准的应用情况什么是GDF？84GDF数据模型

GDF数据模型现实世界的地理对象要素地理对象的特征要素的属性地理对象之间的联系要素之间的关系道路与车渡要素土地利用与覆盖要素服务（POI）要素道路属性：名称、等级、车道等绿地属性：名称等POI属性：名称、类别、服务状态等道路沿线的服务关系关系属性：出入口标识、开放时间等GDF数据模型GDF数据模型现实世界的地理对象要85

要素现实世界中的地理对象被模型化成要素。GDF从汽车导航的需要出发，把现实世界中的一个个独立地理对象归纳为道路与车渡等12个主题要素和一个自定义主题要素。每个主题又被细化为若干种类。构成“主题—

种类”层次结构。主题要素和每个主题下的要素种类代表了现实世界的客体，例如道路、路口、交通设施、POI、行政区划、水系、铁路、土地利用等等。由于GDF是面向汽车导航应用的，所以对地理对象的要素划分与定义着重于道路交通实体和与之密切相关的地点、服务、道路附属设施等实体。要素86GDF要素被分划为13个要素主题要素道路与车渡主题服务主题行政区划主题命名区域主题公共交通主题道路附属设施主题用户自定义主题通用要素主题链参考要素主题土地利用与覆盖主题构造物主题水系主题铁路主题道路与车渡主题服务主题道路附属设施主题GDF要素被分划为13个要素主题要素道路与车渡主题服务主题行87要素主题的划分原则汽车导航有密切的关系，我们可以这样理解13个要素主题：道路与车渡主题 —

规划最短路径的需求服务主题

行政区划主题 —检索目的地的需求命名区域主题公共交通主题 —公交换乘的需求土地利用与覆盖主题 —显示背景的需求水系主题，铁路主题 道路附属设施主题，构造物主题 —道路引导的需求链参考要素主题通用要素主题 —特殊应用的需求用户自定义主题 —扩展应用的需求要素主题的划分原则汽车导航有密切的关系，我们可以这样理解1388要素主题的划分与欧美人的驾车习惯和社会人文环境有着密切的关系。例如：1）欧美的城市布局采用完善的门址系统，因而大大降低了POI的作用。所以GDF不使用复杂的POI，而是使用简单的服务要素。2）欧美人习惯于利用道路沿途的里程牌估算行程，所以GDF建立了对应的链参考要素模型。3）欧美人注重旅途中的风景区、湿地等信息的了解和观赏，所以GDF建立了门类丰富的背景模型。4）欧美人除了利用门址系统，还广泛的使用行政区、邮编区、消防区、选举区等命名区域对地理位置定址。所以GDF建立了复杂的命名区域主题要素。以上现象与我们东方文化和社会环境有着明显的区别。所以，我们在利用GDF标准建立符合中国国情的导航地图数据模型时，以及我们将来生产制作欧美地区的地图时都要引起注意。避免出现张冠李戴的错误。要素主题的划分与欧美人的驾车习惯和社会人文环境有着密切的关系89高速公路的紧急通道紧急通道的出入口高速公路的SOS站市内道路的自行车专用左转线市内道路的隧道内环岛市内街道的门址指示路牌高速公路的紧急通道紧急通道的出入口高速公路的SOS站市内道路90道路与车渡主题的要素种类该主题细分成12个要素种类。其中适合我们中国道路体系的种类用黄色标出。要素种类要素代码简单／复杂表达层道路元素RoadElement４１１０简单１连接点Junctions４１２０简单１车渡联络线FerryConnection４１３０简单１封闭交通区域EnclosedTrafficArea４１３５简单１地址区域边界元素AddressareaBoundaryElement４１６５简单１地址区域AddressArea４１６０简单１路段RoadSegment４１４０复杂２交叉口Intersection４１４５复杂２车渡口Ferry４１５０复杂２聚合路AggregatedWay４１７０复杂２汇交路口Interchange４１８０复杂２环岛Roundabout４１９０复杂２道路与车渡主题的要素种类该主题细分成12个要素种类。其中适合91道路与车渡主题的数据模型位于…边界上被…界定包含属于1-层属于包含2-层道路元素（ID）连接点（ID）渡口联络线（ID）界定开始于界定结束于包含属于属于包含开始于界定结束于界定包含属于地址区域边界元素（ID）包含属于属于包含界定开始于界定终止于包含属于封闭交通区域（ID）地址区域（ID）界定被界定包含属于路段（ID）渡口（ID）交叉口（ID）开始于界定结束于界定界定开始于界定结束于聚合路（I