Los sistemas de gestión de bases de datos de mapas son programas de software diseñados para almacenar y recuperar información espacial destinada a aplicaciones de navegación. Estos sistemas constituyen una forma especializada de Sistema de Información Geográfica (GIS) y son fundamentales en la localización y navegación, especialmente en el sector automotriz.
En la actualidad, estas bases de datos desempeñan un papel crucial en el desarrollo de servicios basados en la ubicación, funciones de seguridad activa y sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS), ya que todos estos requieren una base de datos de mapas a bordo que describa detalladamente la red vial.
Contenido de una Base de Datos de Mapas
Cuando están bien diseñadas, estas bases de datos permiten la indexación y búsqueda rápida de grandes volúmenes de datos geográficos. Los mapas se almacenan generalmente como grafos o matrices bidimensionales de objetos con atributos de ubicación y categoría (como parques, carreteras, ciudades, etc.).
Elementos Básicos y Atributos
Una base de datos de mapas representa una red vial y sus características asociadas. Los proveedores de mapas utilizan diversos modelos para formular estas bases de datos, basándose generalmente en tres elementos básicos:
- Nodos: Representan puntos específicos en la superficie terrestre mediante coordenadas de longitud y latitud. Sirven como puntos de conexión entre los enlaces.
- Enlaces (Links): Representan tramos de carretera entre dos nodos. Pueden ser segmentos rectos o curvas definidas por puntos intermedios (puntos de forma) o mediante un centroide, radio y coordenadas polares.
- Áreas: Formas bidimensionales que representan parques, ciudades o manzanas, definidas por polígonos cerrados donde el primer vértice coincide con el último.
Además de estos elementos, se incluyen atributos como coordenadas de ubicación, forma, direcciones, clase de carretera y rangos de velocidad, así como puntos de interés (POI) y límites políticos.
Validación de Datos: Punto en Polígono
Para validar los datos, se utiliza la técnica de punto en polígono. Esta ayuda a determinar si un punto específico (coordenadas lon-lat) se encuentra dentro o fuera de un área definida. Si el punto intersecta el polígono un número impar de veces, se considera que está dentro y es un punto válido.
Formatos de Intercambio
Los proveedores de mapas recopilan y suministran datos en formatos de archivo documentados para el intercambio de información. Ejemplos comunes incluyen el Standard Interchange Format (SIF) y los Geographic Data Files (GDF). Estos archivos suelen ser de texto plano (ASCII), lo que facilita su análisis y modificación mediante editores de texto simples.
En estos formatos, los datos se organizan en registros. Por ejemplo, un registro de enlace puede incluir un identificador único, nodos de conexión y campos de separación vertical (z1 y z2) para representar pasos a desnivel, asegurando que un enlace superior no se conecte errásticamente con uno inferior.
Formato de Tiempo de Ejecución (Run-time)
Debido a que los formatos de intercambio no están optimizados para la búsqueda rápida durante la navegación, el contenido se reorganiza en un formato binario propietario. Esto evita a menudo la interoperabilidad entre diferentes sistemas de navegación.
El Estándar NDS (Navigation Data Standard)
Para solucionar la falta de interoperabilidad, surgió el Navigation Data Standard (NDS), una iniciativa industrial compuesta por fabricantes de automóviles y proveedores de datos de mapas (como TomTom, BMW, Volkswagen y Bosch) con el objetivo de estandarizar el formato de datos utilizado en los sistemas de navegación vehicular.
Proceso de Compilación
El proveedor de navegación reorganiza la base de datos mediante un proceso de compilación que incluye:
- Verificación de consistencia de red: Asegurar que los nodos que deben estar conectados tengan un enlace y viceversa.
- Asignación de identificadores (IDs): Asignar IDs a todas las entidades de manera sistemática.
- Aplicación de índices: Implementar múltiples conjuntos de índices para facilitar la búsqueda rápida de entidades durante la operación del sistema.