第10章 移动导航电子地图,10.1 移动导航电子地图概述,1、基本概念 2、相关技术 3、分类,导航卫星可以告诉我在哪儿吗？,GNSS全球导航定位系统可以定位我们自身在地球空间中的位置，只要我们使用一台导航定位接收机。 但导航定位系统采用大地坐标系，例如GPS系统的WGS84坐标系。大地坐标系是以地球椭球赤道面和大地起始子午面为起算面并依地球椭球面为参考面而建立的地球椭球面坐标系。采用大地经度L、大地纬度B和大地高H为坐标系的3个坐标分量。 GPS接收机告诉我们的只是我们位置所在的 (B,L,H) 坐标点。,用一个理想化的椭球体描述不规则的地球鸭梨型球体,在这个椭球体上采用（B，L，H）3个坐标分量确定球体上的一个位置点。,找到你啦！你在 N 394939 E 1161649,不懂！ 还是不知道我在哪儿？,大众化的位置信息模型,物理位置：大地坐标系下描述的地球上唯一一点的精确数值，通常用四元组表达。 Location = ( 定位目标，（B, L, H)，精度，时间）,地理位置：用文本信息描述地球上某一区域内的位置点，通常用四元组表达。 Location = ( 定位目标，当前位置名称，置信度，时间）,语义位置：用更多的参考性文本信息描述地球上某一区域内的位置点，通常用五元组表达。 Location = ( 定位目标，当前位置名称，相关位置名称，位置属性，时间）,导航卫星可以告诉我在哪儿啦！,把GPS接收机告诉我们的 (B,L,H) 坐标点 物理位置模型，转换成以周边环境为参照物的地理信息描述 语义位置模型。我们就可以理解导航卫星定位的位置了。 导航电子地图就是实现位置模型之间的转换介质。,找到你啦！你在,导航卫星帮助我们走入地图,GNSS导航卫星将其轨道参数等电文发射到地面接收机，接收机锁定卫星并将若干颗星的参数联解，求出当前位置点的坐标（B,L,H）。接收机再把这个坐标值输出到导航仪的主机部分。导航仪据此裁剪和读取存储在本机的（或网络服务器的）导航电子地图相应区域数据。最后，把（B,L,H）投影到屏幕窗口中的地图画面上。,接收机,导航仪,地图卡,接收轨道参数,输出( B,L,H),取地图数据,地图投影,信息化的道路实体和交通实体,什么是导航电子地图,导航电子地图是满足人们驾车出行需要的专题地图 导航电子地图是以卫星导航系统、嵌入式移动电子设备和计算机网络为物质基础的数字地图 导航电子地图的核心内容是道路实体和交通实体信息 导航电子地图的重要内容是与道路相关的POI兴趣点信息 导航电子地图隐藏有大量的非显示的道路交通属性信息 导航电子地图以易于人们操作和便于移动存储的结构进行组织 导航电子地图追求更强的现势性，其使用价值取决于更新速度 导航电子地图还可以扩展成行人导航、LBS位置服务、移动物联网、Telematics汽车信息服务等新领域的应用地图,换个角色学习后面的内容,从现在起，你就是一位司机，要用驾车者的眼睛观察前方路况，思考和判断下一步的行车动作,信息化的道路实体,（1）导航电子地图通常用抽象的矢量表达具象的现实道路,导航电子地图赋予道路足以满足地图显示、规划行车路径、避免违章、安全驾驶等需求的属性信息和路网拓扑结构。,（2）道路属性 从驾驶汽车的视角看，人们需要知道一条道路的以下特征： 道路名称 道路等级（16级公路、高速路、国道、城市干路、巷道） 道路功能（高速路主路、辅路、匝道、高架路、过河桥） 道路的通行条件（双向通行、单向通行、禁行） 收费标识 中央隔离带类型（标线、铁栅、水泥墙） 车道数和出口方向标线 路宽 限速 坡度 通行车辆类型（卡车、小型车）,你能从画面中找到那些道路属性特征？,（3）道路拓扑网 驾驶汽车的过程是一种驶向预期目标的行车过程。这个过程表现为一条从当前位置到目的地位置的行车路线。 为了计算从一个地点到另一个地点的最优路径，需要建立道路网络的拓扑结构。拓扑结构反映了道路与道路之间，路口与邻接道路之间的通行或禁行关系，以及道路的通行效率。,路段 L200: N501, N502 结点 N502: L200, L432, L255,拓扑结构表,导航电子地图采用“结点 弧段”数据结构，以拓扑表的形式存储在导航电子地图中。,（3）道路拓扑网的分层 最佳路径的求解问题是导航电子地图有别于其它地图的重要特点。为了适应嵌入式电子设备的计算环境，把数据量庞大的道路拓扑网进行分层处理。分层的基本原则是按道路的等级分层。一个例子是将全国道路网络分为 3 层。1 层是最底层，将最详细的道路加入网络中，只要是汽车能通行的道路均加入其中。2 层是将一些细小道路删除，保留城市主干道、高速公路、国道。3 层是最上层，只保留城市间的道路，如高速公路、国道等。,1层,2层,3层,（实例） 在4种规划策略中可以依次选择其中任一种，通过比较最后确认所钟爱的路径，进入导航。,开始导航,比较每种路径的路线,信息化的交通实体,导航电子地图的核心数据之一是交通信息。这些信息满足驾车者对路口限行、前方通达地域、交通提示、实时路况和交通事件等情况的了解，以及按章行驶和安全驾驶的需要。交通实体包括静态数据和动态数据。,（1）路口限行信息 表现一个路口上的交通禁行关系，例如从某个方向上禁止左转弯。有时，限行信息中还包括禁止通行的时间或禁止通行的车种。,（2）引导信息 表现前方道路交叉口上，分出去的不同方向的信息。包括： 通达地域的地点名称 前方道路的名称 汽车经过路口时的行驶路径 路口模式图 3D 实景图 3D 动态实景图 语音提示信息,一个包含了交通限制，交通指示和交通通告等信息的平板，有图案和文字,出口方向路标,路口模式图数据,软件对路口模式图的应用,软件对3D实景图的应用,软件对动态交通信息的应用,（3）交通实体信息的数据组织 以上各种路口限行数据和引导数据都以一定的数据结构存储到导航电子地图中。这些数据有的是记录表格，有的是图片或流媒体，有的是语音文件。 引导数据是导航电子地图独有的地理信息。在其他的地图品种中不存在。,描述路口限行的数据记录表,10.3 移动导航电子地图数据及数据结构,1、数据分类 1)交通网络的要素类 2）区域单元的要素类 3）零散分布的要素类 4）基础背景要素类 2、数据特征 数量、质量、时间、空间、多层次度尺度,数据组织,1、分尺度 2、分区域 3、分层次,数据结构设计,点、线、面、弧 ARC、NOD、IDX,特殊数据的表示方法,10.4 移动导航电子地图的系统功能设计,定位、通信、导航（人机交互）,如影随形的电子技术,离不开的电子技术,导航电子地图的诞生和发展离不开卫星导航技术和嵌入式电子技术的发展。没有这两大技术的存在和发展，也就没有导航电子地图的今天和未来。 卫星导航系统和嵌入式电子设备是导航电子地图生产和应用的物质基础。 所以，我们学习、生产和应用导航电子地图，必须了解这两大电子技术的知识，并且学会如何利用它们的最新技术成果，提升和扩展导航电子地图的技术与应用。,影响和制约导航电子地图发展的两个因素,卫星导航定位系统的定位精度限制了地图的精度 嵌入式计算机芯片在速度、存储容量方面的技术水平也制约了地图数据的显示能力、计算效率和数据存储量,目前，民用GPS信号的定位精度为15米。这限制了导航电子地图的数据精度，也限制了在安全驾驶、精确导航领域的应用。 今后，随着电子技术的发展，导航电子地图的内容、信息量、表现能力，以及应用的广度和深度上都有不可预计的前景。,导航电子地图生产,导航电子地图生产企业,导航电子地图的生产属于是资本密集型和劳动密集型的产业。 我国现有4家规模化生产导航电子地图的企业，其主要特征是： 生产线员工在千人以上； 资金投入在亿元以上； 拥有自主知识产权的地图生产和管理平台； 拥有完善的外业采集、内业编辑、质量控制和客户定制流程； 已经完成了全国导航地图数据资源的整合和储备； 进入了以数据更新为主要业务的阶段和开发导航新技术的阶段。,导航电子地图产业链,基础地理信息提供方,导航地图参考框架数据提供方,POI信息提供方,导航数据 生产商,导航数据 交换文件,导航数据 编译系统,车载导航 物理存储 文件,车载导航设备 制造商,便携导航 物理存储 文件,便携导航设备 制造商,互联网 服务器 文件,互联网运营商,从数据源到导航商品的产业全流程,导航电子地图生产的行业监管过程,导航电子地图生产流程,不同的地图企业因为制图工艺，生产能力，技术水平和质检控制力不一样，制作的同一地区（青海湖109国道）的地图数据量和准确度大不相同。,同一个立交桥（北京市金家村立交的辅路），四家企业分别制作成四种数据模式。,技术标准和国家保密制度,相关技术标准,实现地图在导航信息表达、数据交换和物理存储格式上的统一 为导航产业内部的合理分工提供一致的地图数据接口 实现地图产品在不同导航设备上的互换性 凝聚先进的导航地理数据库技术 获得最佳经济效益的市场秩序 保护国家安全利益 在国际市场一体化的环境下保护自主知识产权和提高国家竞争力,导航电子地图标准族的成员,涉及导航地理数据的基本架构和数据模型的标准： 导航地理数据模型与交换格式 GB/T19711-2005 导航电子地图元数据 GB/T XXXXXXXXX 导航电子地图数据分类与编码规范 GB/T XXXXXXXXX 涉及导航地理数据生产过程的标准： 车载导航地理数据采集处理技术规程GB/T 202682006 车载导航电子地图产品规范GB/T 202672006 导航电子地图安全处理技术基本要求GB 202632006 车载导航电子地图数据质量要求 GB/T XXXXXXXXX 个人位置导航电子地图数据质量要求 GB/T XXXXXXXXX 导航电子地图检测规程 CH/T 10192010,涉及导航电子地图产品的标准： 导航电子地图图形符号 GB/T XXXXXXXXX 车载导航电子地图应用存储格式 GB/T XXXXXXXXX 个人位置导航电子地图应用存储格式 GB/T XXXXXXXXX 导航电子海图应用存储格式 GB/T XXXXXXXXX 涉及导航电子地图网络传输的标准： 基于网络的车载导航电子地图数据传输规范 GB/T XXXXXXXXX,国际上著名的导航电子地图标准有： GDF - Geographic Data Files Version 4.0 ISO 14825 KIWI V1.22 日本KIWI-W协会 SDAL V1.7 美国NAVTEQ公司 Car IN 格式 德国SIEMENS公司 NDS (Navigation Data Standard) 国际PSI组织,可以看出，导航电子地图标准体系内的各个标准项目按照业务范围分成了若干类别，类别之间构成层次化的结构关系。整个体系层次分明、分布合理，各标准项目彼此衔接配套，构成了一个完整、全面的体系结构。这个标准体系为实现导航电子地图产业与其他应用行业之间实现信息资源共享奠定了基础。,国家安全永远是第一位的,地图是事关国家利益和安全的数据资源。国家制定了一系列的法律、法规和行业管理规定。 导航电子地图行业的从业人员必须知晓国家有关测绘和制图的法律法规。导航电子地图的数据采集和产品使用必须遵守国家的有关规定。 导航电子地图的生产是受到国家监管的行为。因为地图不是一般的民用品，它同时也适用于军事目的。 国家有关部门对导航电子地图的生产资质，地图中不可收集和公布的敏感信息，以及数据成果的加密处理均作了相关的规定。 比较重要的文件有导航电子地图安全处理技术基本要求GB 202632006。,