b.走進測繪師殿堂培訓視頻-9、導航電子地圖

武漢大學資源與環(huán)境科學學院地圖科學與地理信息工程系何宗宜教授、博導第十一章導航電子地圖

第一節(jié)

導航與導航電子地圖

第二節(jié)導航電子地圖產品設計第三節(jié)產品開發(fā)第四節(jié)保密處理第五節(jié)導航電子地圖編譯測試第六節(jié)出版發(fā)行第十一章導航電子地圖

一、導航系統(tǒng)的構成導航系統(tǒng)一般采用GPS與航位推算法(傳感器+電子陀螺儀)組合方式實現定位，通過觸摸顯示屏或者遙控器進行交互操作，能夠實現實時定位、目的地檢索、路線規(guī)劃、畫面和語音引導等功能，幫助駕駛者準確、快捷地到達目的地。導航系統(tǒng)一般由定位系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和導航電子地圖四部分構成。第一節(jié)導航與導航電子地圖1.定位系統(tǒng)定位系統(tǒng)是以航天技術為基礎，以高速運動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知數據，采用空間距離后方交會的方法，計算待測點位置的系統(tǒng)。通常由空間部分、控制部分和客戶端三部分組成。

美國的全球定位系統(tǒng)GPS，俄羅斯的“格洛納斯”、歐盟“伽利略”及我國的“北斗”。GPS是衛(wèi)星導航產業(yè)的核心。全球覆蓋率高達98％的24顆GPS衛(wèi)星星座。2000年5月美國政府取消民用限制后，大大地促進了其民用普遍化。衛(wèi)星導航產業(yè)成為發(fā)展最快的信息產業(yè)之一。第一節(jié)導航與導航電子地圖2.硬件系統(tǒng)硬件包括車載主機、顯示器、定位系統(tǒng)和其他控制模塊。車載主機是GPS車載導航系統(tǒng)的心臟。由GPS接收機、航位推算DR微處理器、車速傳感器、陀螺傳感器構成的定位模塊。在運行狀態(tài)下，按照GPS接收機的接收頻次，以當前位置、角度和車速計算下一個點的位置，然后將該點與GPS接收機的接收位置進行比較，如果誤差大于一定的數值，則以GPS接收機位置為準進行修正實現定位。民用GPS和DR組合定位設備(GPS慣性設備)可達到1000m無GPS信號的情況下的航向精度和10m的距離精度。第一節(jié)導航與導航電子地圖

3.軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件和導航應用軟件組成。系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)和設備驅動。操作系統(tǒng)采用嵌人式實時操作系統(tǒng)(RTOS)，如國外的WindowsCE和國內的HopenOS等，整個系統(tǒng)占空間不超過10MB。導航應用軟件系統(tǒng)功能包括：定位與顯示、地圖瀏覽與信息查詢、智能路線規(guī)劃、語音引導等?？蓪崿F：地圖連續(xù)無極縮放，跨區(qū)域無縫漫游，保持行進方向的地圖顯示模式；提供多種查詢方式幫助用戶查找目的地或搜索周邊范圍內的停車場、加油站、ATM機等興趣點(POI)；按距離優(yōu)先、時間優(yōu)先等規(guī)劃出不同路線，智能調整路線；界面友好、操作便捷的特點。第一節(jié)導航與導航電子地圖

4.導航電子地圖導航電子地圖是在電子地圖的基礎上增加了很多與車輛、行人相關的信息，如立交橋形狀、交通限制、過街天橋、道路相關屬性及出入口信息等，結合這些信息，通過特定的理論算法，能用于計算出起點與目的地問路徑并提供實時引導的數字化地圖。數據信息豐富、內容準確、現勢性高是高質量電子地圖數據的三個關鍵因素。導航電子地圖是導航的核心組成部分。第一節(jié)導航與導航電子地圖導航電子地圖特點：

(1)能夠查詢目的地信息。導航電子地圖記錄了大量的目的地信息和坐標，為用戶提供目的地檢索及路徑計算依據。

(2)存有大量能夠用于引導的交通信息。數據中必須記錄實地的交通限制，這樣才能計算出與實地相符的路徑用于引導。

(3)需要不斷進行實地信息更新和擴大采集。由于交通信息和興趣點(POI)的信息會隨著發(fā)展不斷變化，數據中記錄的交通信息和POI信息就需要不斷地進行實地的更新和擴大采集。第一節(jié)導航與導航電子地圖二、

導航電子地圖的內容導航電子地圖數據，主要是在基礎地理數據的基礎上經過加工處理生成的面向導航應用的基礎地理數據集，主要包括道路數據、POI數據、背景數據、行政境界數據、圖形文件、語音文件等。第一節(jié)導航與導航電子地圖

三、導航電子地圖制作過程1．產品設計

(1)需求分析。將來自公司層面的策略、客戶需求以及設計和生產環(huán)節(jié)的改善需求納入統(tǒng)一的平臺，進行需求匯總管理。

(2)需求評審。組織相關的設計、研發(fā)、生產、轉換、發(fā)布等各個部門，依據需求分析的結果展開討論，根據需求重要程度和涉及資源情況判定其實現可行性、資源配置和實現周期。

(3)產品設計。設計內容包括產品計劃、產品范圍、產品實現方式、成本預算、資源配置、發(fā)布格式、品質要求、風險控制以及產品相關的子產品和產品線設計第一節(jié)導航與導航電子地圖

(4)規(guī)格設計。根據設計的結果進行數據采集、錄人、存儲、轉換的規(guī)格設計以及工藝流程設計。(5)工具開發(fā)。根據產品設計和規(guī)格設計的要求和產品開發(fā)計劃組織研發(fā)部門進行數據采集、錄入、存儲、轉換、驗證等工具開發(fā)。(6)工具測試。根據產品設計要求、工具設計需求，以及產品開發(fā)計劃，安排工具測試。(7)樣品制作。按照設計制作能夠反映數據特性的一定區(qū)域的樣品數據以供數據分析及測試。(8)產品開發(fā)任務編制。編制產品設計書，規(guī)定新產品的開發(fā)計劃、開發(fā)范圍、數量目標和質量目標等內容。第一節(jié)導航與導航電子地圖

2．產品生產

(1)生產計劃編制。編制產品新功能的開發(fā)范圍、開發(fā)計劃、驗證計劃及產品更新的現場采集、數據庫制作的日程計劃

(2)公共情報信息收集。從國家權威部門，從市場收集。作為導航電子地圖數據庫開發(fā)、更新過程中的參考信息

(3)情報信息初步處理。經過對收集的公共情報信息進行整理，形成導航電子地圖實地采集確認的參考信息。

(4)實地采集信息。外業(yè)人員對導航的相關信息如：新增道路、興趣點等進行采集。(5)數據庫制作。根據現場采集產品圖稿和電子信息庫等，進行的加工處理，制作成導航電子地圖數據庫。第一節(jié)導航與導航電子地圖

(6)邏輯檢查。分區(qū)域、分要素的邏輯和拓撲一致性檢查。(7)產品檢測。經過編譯轉換，進行室內檢測和實地檢測。(8)保密處理。進行空間位置技術處理和敏感信息處理(9)數據審查。將檢測后的數據庫提交到國家指定的地圖審查機構進行審查，取得審圖號。(10)數據轉換和編譯。根據不同客戶的需求，進行數據格式轉換或物理格式的編譯，形成最終的導航電子地圖格式。(11)產品發(fā)布。審查后的導航地圖，報送國家指定的出版部門，經過相關的審查，取得出版號后，就可作為上市銷售。第一節(jié)導航與導航電子地圖四、導航電子地圖的應用導航電子地圖應用領域非常廣泛，所有汽車及消費電子設備都可以成為導航地圖應用的載體。汽車成為導航地圖應用的載體；在消費電子領域，從專業(yè)的PND設備到GPS手機、數碼相機、PSP等都可以運用導航電子地圖進行導航應用，通過消費電子導航設備能夠為乘用車擁有者提供便捷的導航服務；通過基于移動通信技術的LBS服務，導航電子地圖能夠為手機用戶提供在線導航及位置服務。全球互聯網市場也為導航地圖在互聯網上的應用提供了廣闊的發(fā)展空間。第一節(jié)導航與導航電子地圖一、導航電子地圖產品設計書編寫1.產品設計書編寫步驟

(1)對導航電子地圖產品的需求進行匯總、整理；

(2)產品開發(fā)范圍、路線、關鍵節(jié)點的設計；

(3)產品規(guī)格設計；(4)工藝路線設計；

(5)產品實現過程中的采集、編輯、轉換、檢查工具設計；

(6)產品測試、驗證的相關設計；(7)生產中品質過程設計

(8)風險控制過程設計；(9)產品發(fā)布過程設計。對以上設計過程的結果進行匯總、整理，組織相關人員進行評審、判定，最終形成導航電子地圖產品的產品設計書。第二節(jié)導航電子地圖產品設計2.設計目標(1)滿足導航電子地圖應用的客戶需求和市場應用需求；(2)滿足導航地圖應用的硬件、軟件、行業(yè)應用及環(huán)境需求；(3)通過設計對數據采集、加工編輯和轉換發(fā)布過程進行說明定義；(4)使導航電子地圖產品滿足國家相關政策法律要求；(5)使導航電子地圖產品滿足行業(yè)相關標準（如：車載導航電子地圖需滿足汽車的工業(yè)標準）第二節(jié)導航電子地圖產品設計3.設計內容(1)導航電子地圖產品的需求及需求對應方案；(2)產品的開發(fā)范圍定義；(3)產品規(guī)模定義；(4)產品開發(fā)路線；(5)產品開發(fā)的工藝要求和流程；(6)產品應用的環(huán)境要求；(7)產品的數據采集、加工編輯和轉換方案；(8)產品開發(fā)關鍵節(jié)點；(9)產品的地圖表達要求。第二節(jié)導航電子地圖產品設計

1．導航電子地圖制作標準包括數據采集標準和數據制作標準

2．導航電子地圖制作標準的特點(1)準確性。標準的描述語言需力求準確，能針對不同情況的制作規(guī)格進行明確的區(qū)分。(2)適用性。不同數據版本可能會對應不同的制作標準，標準會根據現場變化或需求變化不斷更新。(3)權威性。一旦評審通過并發(fā)布，則具有權威性。二、

產品標準定義

3．導航電子地圖標準說明

1)數據庫規(guī)格設計內容

(1)要素定義：準確地描述設計對象性質和內涵，與現實建立對應關系

(2)功能設計：明確要素在導航系統(tǒng)中所起的作用和用途；

(3)模型設計：構建要素的存儲結構，設置與其他要素之間邏輯關系

(4)采集制作標準：合理、科學的表達要素類和要素與要素之間的拓撲關系是導航功能實現的關鍵，采集制作標準就是要科學合理地表達要素類別和拓撲模型。二、

產品標準定義

舉例：車道信息。定義：車道信息是指交叉路口處或專用調頭口前，用于指示駕駛者行駛的地面或空中懸掛標牌上的箭頭信息。車道信息由車道數、各車道行駛方向的引導箭頭構成，按類型分主車道信息和附加車道信息

模型：車道信息在數據庫中記錄為一組關系信息，按“線——點——線”的模型記錄和存儲。“線——點——線”模型是將車道信息記錄在路口主點上，通過記錄“進人Link”和“退出Link”表示具體的車道信息。二、

產品標準定義

2)POI設計內容

POI興趣點(pointofinterest)，是一種用于客戶進行目的地設施檢索，并可通過檢索結果配合道路數據進行引導的索引數據

(1)模型

(2)功能設計。①通過名稱、拼音、分類菜單等方式檢索具體POI對象；②根據POI的不同分類顯示不同的類別檢簽圖。

(3)相關屬性。①行政區(qū)劃數據中的行政區(qū)劃代碼，任何POI都屬于某一個行政主體；②關聯的道路Link，任何POI都屬于某一條道路；③類別檢簽圖圖形，任何POI都有一個分類，屬于某一個分類，給定一個顯示類別的特征圖片。二、

產品標準定義

1．工藝設計概述工藝設計應說明制作項目的主要生產過程和這些過程之間的輸入、輸出的接口關系

2．工藝設計的類型（1）針對對象來分，①新產品小范圍樣品試做工藝；②老產品改進工藝；③量產生產工藝。

(2)工藝涵蓋范圍來分，①整體工藝設計；②詳細工藝設計。

3．工藝設計的要求

(1)制作過程清晰明了，有輸入輸出過程；

(2)工藝流程圖標中能顯示各數據制作環(huán)節(jié)的責任團體；

(3)在生產工藝設計中需要體現品質控制節(jié)點；

(4)需制作對應各個制作環(huán)節(jié)的工程表。三、產品制作工藝設計

工具軟件有兩種，即通用軟件和專用軟件。

通用軟件一般是不同行業(yè)的用戶均需要的，大眾化、產品化的軟件產品。如Maplnfo、AutoCAD等，這些都已經被大眾接受，成為通用軟件產品。

專用軟件是指專門為某項特定的工作或某單位內部開發(fā)的軟件產品，具有很強的準對性，一般不對外提供，往往是為了達到數據保密或實現競爭優(yōu)勢的目的而開發(fā)。目前主流的導航電子地圖廠商都采用專用軟件開發(fā)產品四、制作工具開發(fā)

1.需求設計（1）需求分析導航功能描述、數據表達內容、數據規(guī)格和操作界面說明（2）可行性分析綜合考慮多方面因素，包括時間和資源上的限制、數據源調查與評估、技術可行性評估、系統(tǒng)的支持狀況等（3）需求規(guī)格說明書描述了工具的需求。需求規(guī)格說明書通過評審，將成為有約束力的指導性文件，成為用戶與技術人員之間的技術合同，亦成為系統(tǒng)設計的依據。四、制作工具開發(fā)

2.工具開發(fā)軟件工具按照設計要求開發(fā)滿足使用的制作工具和轉換工具工具開發(fā)分四個階段，軟件概要設計、詳細設計、Alpha測試和Beta測試。概要設計包括系統(tǒng)的基本處理流程、系統(tǒng)的組織結構、模塊劃分、功能分配、結構設計、運行設計、數據結構設計和出錯處理設計等。詳細設計，描述實現具體模塊所涉及的主要算法、數據結構、類的層次結構及調用關系。

四、制作工具開發(fā)

3.工具測試（1）工具測試的目的避免錯誤的發(fā)生，發(fā)現錯誤。（2）工具測試

1)Alpha測試

由研發(fā)測試人員在開發(fā)環(huán)境下模擬實際操作進行的測試。

2)Beta測試

Beta測試是一種驗收測試。

4.樣品制作重點項目樣品制作用于測試每個項目的具體功能。常規(guī)樣品制作用于測試軟件整體性能。四、制作工具開發(fā)

一、編制作業(yè)任務書任務書包括生產的目標、任務、時間、品質等說明。

二、

現場采集

1.出工前的準備資源和技術準備、安全保密教育、特殊采集區(qū)域了解

2.實地生產作業(yè)

1）道路要素生產作業(yè)

(1)通過GPS測繪作業(yè)區(qū)域內的可通行車輛的道路形狀。

(2)采集道路的其他附屬屬性。如：道路等級、道路幅寬、道路的通行方向、道路名稱、道路上的車信交限等。

(3)現場情況較復雜的道路路口進行全方位的拍照第三節(jié)

產品開發(fā)

2）POI要素生產作業(yè)

(1)通過GPS參照道路的形狀采集所有POI的位置坐標。

(2)采集POI要素的其他屬性。如：名稱、地址、電話等。

(3)星級賓館、4A、5A級的景點等的POI，要采集完整。

(4)主要商業(yè)區(qū)、CBD等區(qū)域內部的POI要采集完整。

3）特殊情況現場遇到作業(yè)任務書中的技術方案未能明確的情況時，需將現場情況反饋給負責標準規(guī)格的設計部門，由設計部門組織解決

二、

現場采集4）作業(yè)結果檢查

①通過GPS軌跡確認作業(yè)區(qū)域內的所有道路數據是否都已經進行了調查采集。②檢查所有新采集的道路及道路形狀修改處與其周邊的POI的邏輯關系是否正確。③對于多個作業(yè)區(qū)域的相鄰接邊處，檢查確認道路數據的形狀、屬性接邊是否正確，POI數據是否存在采集重復的情況。④確認生產任務書中要求拍照的復雜路口的照片是否拍攝完整，照片是否清晰可用。

3.作業(yè)成果提交將作業(yè)成果按類型、區(qū)域進行匯總，并統(tǒng)計出詳細的成果履歷。二、

現場采集需要錄入的數據：道路數據、POI數據、注記、背景數據、行政境界、圖形數據、語音數據。

1.道路數據（1）參照GPS結果人工描繪道路形狀。（2）錄入道路數據的其他相關屬性。

（3）對于大區(qū)域范圍的路網連通性進行調整，保證高等級道路之間道路的連通性。（4）在復雜道路路口處記錄路口實景圖的編號。三、數據錄入制作2.POI數據（1）接收到錄入作業(yè)完成以后的道路數據，參照道路數據調整POI的相對位置。（2）調整相鄰POI之間的相對位置關系。（3）對POI的名稱、地址、電話、類別等信息進行標準化處理。（4）通過人工翻譯等方式制作POI的英文名稱。。三、數據錄入制作3.注記（1）參照國家1∶5萬地名庫數據選取作業(yè)區(qū)域內主要地名、自然地物名等對象制作為注記要素。（2）參照錄入作業(yè)完成以后的POI數據，選取區(qū)域內有代表性的POI制作為注記要素。（3）參照錄入作業(yè)完成以后的道路數據，選取高速、國道的道路名按一定的密度要求均勻分布的制作為注記要素。（4）按功能性質為制作的注記要素賦類別代碼。如學校類、地物類、大廈類等。（5）按注記的重要程度為制作的注記要素賦顯示等級，以控制該注記要素的可表達的比例尺。（6）確保注記名稱的表達符合國家規(guī)定。三、數據錄入制作4.背景數據（1）參考衛(wèi)星影像、城市旅游圖等基礎數據，描繪出湖泊、河流的形狀。（2）參照公園、景區(qū)的規(guī)劃示意圖，描繪出公園、景區(qū)的形狀。（3）參照城市旅游圖及其他相關基礎數據為背景數據賦中、英文名稱。（4）按照湖泊、河流的等級及湖泊的面積，為背景要素賦顯示等級，用以控制不同湖泊、河流的可表達的比例尺。（5）確保重要島嶼及界河中島嶼的表達符合國家規(guī)定。三、數據錄入制作

5.行政境界（1）參考1∶400萬的基礎數據制作行政境界的形狀。（2）制作行政境界的名稱及行政區(qū)劃代碼。（3）確保國界、島嶼范圍界等重要境界線的表達符合規(guī)定。

6.圖形數據（1）按現場拍攝的復雜路口照片制作路口實景圖，并編號。（2）制作POI、注記要素不同類別所對應的類別檢簽圖標。（3）制作不同城市的標志性建筑物的三維模型。

7.語音數據錄制重要的道路名稱、POI名稱的普通話語音

三、數據錄入制作

1.

邏輯檢查通過邏輯性的判斷分析，來檢查數據的正確性。一個城市的路網與其他周圍的城市不連通，道路形狀疊加在河流上

2.實地驗證對于錄入檢查完成的數據進行現場驗證。道路的形狀、屬性與現場比較是否正確

3．國家審圖

①中國境界的表達是否完整、正確；②注記名稱表達是否正確；③我國的重要島嶼及界河中島嶼的表達是否完整、正確；④保密問題，是指在地圖中是否表示了涉密內容，比如，軍事單位。四、檢查驗收

一、坐標脫密處理必須進行空間位置技術處理，經過地圖坐標脫密處理。二、敏感信息處理1.不得采集的內容導航電子地圖編制過程中，不得采用各種測量手段獲取以下地理空間信息：①重力數據、測量控制點；②高程點、等高線及數字高程模型；③高壓電線、通信線及管道；④植被和土地覆蓋信息；⑤國界和國內各級行政區(qū)劃界線；⑥國家法律法規(guī)、部門規(guī)章禁止采集的其他信息。第四節(jié)保密處理

2.不得表達的內容（1）直接服務于軍事目的的各種軍事設施。（2）軍事禁區(qū)、軍事管理區(qū)及其內部的所有單位與設施。（3）與公共安全相關的單位及設施。（4）涉及國家經濟命脈，對人民生產、生活有重大影響的民用設施：大型水利設施、電力設施、通信設施、石油與燃氣（天然氣、煤氣）設施。（5）專用鐵路及站內火車線路、鐵路編組站；專用公路。（6）橋梁的限高、限寬、凈空、載重量和坡度屬性；隧道的高度和寬度屬性；公路的路面鋪設材料屬性。二、敏感信息處理

（7）江河的通航能力、水深、流速、底質和岸質屬性；水庫的庫容屬性，攔水壩的高度屬性；水源的性質屬性；沼澤的水深和泥深屬性及其邊界輪廓范圍。（8）公開機場的內部結構及其運輸能力屬性。（9）高壓電線、通信線及管道。（10）參考橢球體及其參數