导航技术的概念内容与发展

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1、导航技术的术概念、内容与发展,1.导航的概念,2.导航电子地图数据,3.导航系统软硬件平台,4.导航引擎,5.发展方向,目录,1.导航的概念,- 1.1 导航的概念 - 1.2 导航系统的组成 - 1.3 导航终端的类型 - 1.4 导航的分类 - 1.5 导航系统的基本功能 - 1.6 导航技术的发展过程 - 1.7 导航系统的应用现状 - 1.8 导航技术中的一些概念,1. 导航的概念,Page 4,1.1 概念 导航是引导某一设备，从指定航线的一点运动 到另一点的方法。,1. 导航的概念,Page 5,1.2导航系统组成 由硬件平台、导航电子地图、 导航引擎三大部分组成,实现地图的显示、

2、路径规划、语音导航和兴趣点检索,以微处理器为核心，包括存储介质、通信部件和显示部件,利用计算机技术，以数字方式存储和查阅的地图，由道路、背景、注记和POI组成,1. 导航的概念,Page 6,1.3 导航终端的类型 包括手机终端、PAD、PND、车载电脑、 车载嵌入式终端（仪表台、后视镜 HUG）,PND,车载电脑,HUD,1. 导航的概念,Page 7,1.3导航终端的类型,手机终端,PAD,后视镜,仪表台,1. 导航的概念,Page 8,1.4导航的分类,按时效性,动态导航（实时导航）：导航地图的更新周期以分钟甚至秒为单位，不仅提供路径等静态信息，还提供道路实时流量、交通事件等及时信息,静

3、态导航:导航地图的更新周期较长，仅提供路径等静态信息，不能反映道路当前的实际通行状况,按计算模式,终端自主式：定位与路径规划功能全部在车载设备中完成，应用了最新的嵌入式计算机技术，具备强大的计算处理能力,中心监控式:终端处没有地图显示，只有在中央控制室有地图，系统通过GSM无线网络将GPS数据传输到远端监控中心，中心结合GIS地图，得出设备位置。即只有中央控制室可看到设备的地理位置。设备只能通过中心的帮助才能间接获取空间地理位置信息的支持,按安装模式,便携式：借助支架等辅助工具安装在前档玻璃或者中控台上,嵌入式:安装在车辆的CD位的，与车浑然一体,1. 导航的概念,Page 9,1.5 导航系

4、统的基本功能,投资理念,1,空间定位,2,信息搜索,1. 导航的概念,Page 10,1.5 导航系统的基本功能,投资理念,3,地图显示,4,路径查询,1. 导航的概念,Page 11,1.5 导航系统的基本功能,投资理念,5,路径诱导,6,无线通信,1. 导航的概念,Page 12,1.6 导航技术的发展过程,20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制空间卫星导航系统GPS。至1994年3月，24颗卫星布设完成，全球覆盖率达98%,20世纪90年代是GPS大显身手、垄断和形成新型国际产业的10年。,1. 导航的概念,Page 13,1.7 导航技术中的一些概念,模糊导航：按规划的路线模拟真实情

5、况进行导航，不需要GPS信号。设置了起点和目的地就可以进行模拟导航,轨迹导航：接收到GPS信号后通过记录行驶的路线，并以此作为参照来指导行驶的导航方式,1. 导航的概念,Page 14,1.7 导航技术中的一些概念,AR增强现实导航：实际场景的实时录像叠加转向信息,三维实景导航：将路面上的建筑物以三维立体形式表现，效果更为真实,1. 导航的概念,Page 15,1.7 导航技术中的一些概念,全息导航：以位置为基础，全面反映位置本身及其与位置相关的各种特征、事件或事物的全信息的数字导航，是适应位置服务应用需求的一种新型到导航产品。,越野导航：将点到点导航，在无图状态下的方向导航。用于没有道路的地

6、方，通过标点、他人航迹、预先规划好的路径等手段来导航。,越野导航,Page 16,2.导航电子地图数据,- 2.1 导航数据模型 - 2.2 导航电子地图数据要素表达 - 2.3 数据分类及数据结构 - 2.4 空间数据的数学基础 - 2.5 数据的获取与更新 - 2.6 导航电子地图的生产 - 2.7 导航电子地图的发布 - 2.8 国家对导航电子地图的保密处理,2. 导航电子地图数据,Page 17,2.1 导航数据模型（？）。,路网数据由三类实体集组成：节点集、边集和交通限制集。,2. 导航电子地图数据,2.1 导航数据模型,Page 18,国际标准：GDF、KIWI、navtech 国

7、标: GB/T19711-2005 导航地理数据模型与交换格式 企业标准：各导航电子地图制作企业自定标准,导航数据国际国内标准,GDF仅定义了数据的组织和表达，其物理存储只是简单地采用ASCII码的单文件形式，并没有对物理存储模式进行规范；GDF在导航应用体系中起到的作用更基础一些； KIWI在物理层面将地图数据分层分区地组织起来，通过计算偏移量和大量采用以Bit为单位的标志位来加速各种地图要素的引用和查询。KIWI格式数据的导航系统高效性很大程度上自于KIWI提供的物理存储模式； KIWI直接与系统要实现的功能相关，层次更高一些,GDF与KIWI标准的比较,2. 导航电子地图数据,Page

8、19,2.2 导航电子地图数据要素表达,通过等。,导航电子地图含有空间位置地理坐标，能够与空间定位系统结合，准确引导人或交通工具从出发地到达目的地,去掉与导航关系较弱的地图要素（如地形高度、自然要素等），增加了空间坐标、道路拓扑关系、道路交通信息（如车道、禁行道等等）等与导航密切相关的要素。,具有极高的精确性，包括地理位置数据的精确性和实际地物信息的准确性。各要素之间必须具有正确的拓扑关系和整体的联通性，使各地物在逻辑上和语义上能够正确地映射现实世界。,提供完备的地物属性，以方便查询检索和智能交通分析。例如需要有表达交通禁则的信息，以说明哪些路口禁止左转、禁止直行等，哪些路段在特定时间段不许机

9、动车通行或只许单行等，还需要有表达道路特质和运行情况的数据，以表明道路的材质、收费情况、允许哪些车辆类型。,2. 导航电子地图数据,Page 20,2.3 数据分类及数据结构,导航电子地图采用分层方法管理地图数据。根据交通导航应用目标，将地图数据归类为路网层、地物层、背景层三大类。 -背景类层对导航应用来讲，主要目的是对地图的美观直观作用，方便用户定位自己的位置，属于修饰类数据，其数据精度要求较低。 -地物类层是为用户提供导航、寻路以及查询目的地，是导航中必不可少的辅助数据，该类数据要求数量比较丰富，覆盖面广，但对数据的精度要求不高，在地图显示时，该类数据不是完全显示，而是针对用户的需求有针对

10、性地显示部分数据，在地图中，地物类层内的数据间不存在相互之间的逻辑关系，但这些数据之间可以通过路网层数据建立起逻辑关系。 -路网层是整个地图的核心，车辆的定位导航完全依靠路网层来实现，该层数据的精度要求最高，同时该层地图还必须具备完整的数学逻辑模型，该层数学逻辑模型的好坏往往决定了整个导航系统的效率.,2. 导航电子地图数据,Page 21,2.3 数据分类及数据结构,实时导航数据部分数据结构,2. 导航电子地图数据,Page 22,2.4 空间数据的数学基础,2. 导航电子地图数据,Page 23,2.4 空间数据的数学基础 常用坐标系,WGS84：坐标原点为地球质心，Z轴指向BIH （国际

11、时间服务机构）1984.O定义的协议地球极（CTP)方向，X轴指向BIH 1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系,CGCS2000：坐标原点为地球质心，Z轴指向IERS参考极方向，X轴指向IERS参考子午面与通过原点且同z 轴正交的赤道面的交线，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系,2. 导航电子地图数据,Page 24,2.4 空间数据的数学基础 纸质地图比例尺：表示图上距离比实际距离缩放的程度。 电子地图比例尺：电子地图参考纸质地图各比例尺的内容与精度,2. 导航电子地图数据,Page 25,地图投影：利用一定数学法则把地球表面的经、纬线转换到平面上的理

12、论和方法。,2.4 空间数据的数学基础,由于地球是一个赤道略宽两极略扁的不规则的梨形球体，故其表面是一个不可展平的曲面，所以运用任何数学方法进行这种转换都会产生误差和变形，为按照不同的需求缩小误差，就产生了各种投影方法。,2. 导航电子地图数据,Page 26,2.5 数据的获取与更新,利用出行者反馈的信息来采集实时路况信息,利用遥感影像数据对导航电子地图数据进行更新,利用互联网地图、微博等信息对导航地图数据进行更新,利用浮动车采集实时路况信息,车辆标识,车辆位置,速度方向,2. 导航电子地图数据,Page 27,2.6 导航电子地图的生产,收集图源,内业加工,外业采集,测试验收,刻盘生产,2

13、. 导航电子地图数据,Page 28,2.7 导航电子地图的发布 按不同格式向不同终端、互联网、用户进行发布，根据不同终端及应用场景对数据内容及格式进行定义与裁剪,2. 导航电子地图数据,Page 29,2.8 国家对导航电子地图的保密处理,Page 30,3.导航系统软硬件平台,- 3.1 硬件平台 - 3.2 软件平台 - 3.3 定位方式,3. 导航系统软硬件平台,3.1 导航系统硬件平台 硬件平台包括处理器、GPS定位模块、显示模块、音频模块、网络接口等扩展功能模块及电源管理,Page 31,3. 导航系统软硬件平台,Page 32,常用操作系统 windowsCE linux and

14、roid ios QNX,3.2 软件平台,常见导航引擎 惯性导航 GOOGLE地图 高德地图AMAP 百度Baidu地图 凯立德导航 城际通导航 图吧导航 道道通导航 灵通导航等,3. 导航系统软硬件平台,3.3 定位方式,Page 33,卫星定位 GPS GLONASS 北斗 GPS/Beidou双模组合定位,基站定位 移动基站-gsm/cdma WIFI 无线集群,位置推算 惯性导航 电子陀螺 罗盘,Page 34,4.导航引擎,- 4.1 空间数据组织 - 4.2 空间数据管理 - 4.3 导航数据生成 - 4.4 空间定位 - 4.5 电子地图 - 4.6 数据检索 - 4.7 路径

15、规划 - 4.8 路径导航,4. 导航引擎,4.1 空间数据组织（？）。,Page 35,导航系统的空间数据组织分为几何描述层、简单要素层 抽象层3个层次。 几何描述层，是地理各要素的定位和二维图形以及拓扑结构描和 从制图角度来说该层采用几何节点、弧段和多边形描述，同时使用全 拓扑描述来出来其关系 目标层或简单要素层是实际导航的数据层，该层有导航所需的各种 主题的点线面要素，并附加相应的属性信息（如要素代码，名称，单方向通行，道路级别等） 抽象层或复合目标层，是从更宏观的角度表达交通网和地理要素，主要用于较大范围的导航和粗定位,4. 导航引擎,导航系统设计中的关键问题是电子地图的显示，矢量地图

16、的数据量巨大，而导航设备的处理器速度、存储设备容量和数据访问速度有限!因此，保证地图快速显示的关键是采用高效的索引结构和地图数据组织方式 为实现对空间数据的高效组织和管理，使用分块技术对数据进行网格化 空间索引：依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种结构，其中包含空间对象的概要信息,Page 36,一种数据分块组织方法。即把一幅地图按照行列分成行列个规则矩形网格(Grid)。为了便于数据的读取，给格网的每个网格进行编码。如图1所示把几条线路分割成45个网格。地图分割成一定数量的规则网格后，为便于读取格网数据，需要对不同的网格编码组织。,数据分级：导航系统在使

17、用过程中，用户的兴趣点不同，会放大电子地图查看某个区域更详细的信息。把电子地图数据分级适合地图缩放功能的实现。假如电子地图最初显示的地图为x级，放大一次就是显示x+1级地图，缩小一次就显示x-1级，不同级别的地图数据显示的内容不同。在缩放最小一级地图时，只显示地图的区界和背景。假如把地图放大到某一级别，此时电子地图显示地区名称、高速公路以及名称、铁路等地图信息；再次把该电子地图放大一级则显示当前城市的主要地区名称和主要路段。放缩的级别划分根据不同的地理情况处理。可以认为，高级别的地图是对低级别地图的补充。 电子地图数据包括地物点、线、区域等。地图的属性分为地区名称、学校名称、公司名称等，线又分层划分为一级道路、二级道路、三级道路、水系等。基于上述电子地图数据的特点，根据中国行政单位的划分，把电子地图数据分层。电子地图数据分层可以加快数据的读取，也方便电子地图数据的存储。地图。,