b.走进测绘师殿堂培训视频-9、导航电子地图

武汉大学资源与环境科学学院地图科学与地理信息工程系何宗宜教授、博导第十一章导航电子地图

第一节

导航与导航电子地图

第二节导航电子地图产品设计第三节产品开发第四节保密处理第五节导航电子地图编译测试第六节出版发行第十一章导航电子地图

一、导航系统的构成导航系统一般采用GPS与航位推算法(传感器+电子陀螺仪)组合方式实现定位，通过触摸显示屏或者遥控器进行交互操作，能够实现实时定位、目的地检索、路线规划、画面和语音引导等功能，帮助驾驶者准确、快捷地到达目的地。导航系统一般由定位系统、硬件系统、软件系统和导航电子地图四部分构成。第一节导航与导航电子地图1.定位系统定位系统是以航天技术为基础，以高速运动的卫星瞬间位置作为已知数据，采用空间距离后方交会的方法，计算待测点位置的系统。通常由空间部分、控制部分和客户端三部分组成。

美国的全球定位系统GPS，俄罗斯的“格洛纳斯”、欧盟“伽利略”及我国的“北斗”。GPS是卫星导航产业的核心。全球覆盖率高达98％的24颗GPS卫星星座。2000年5月美国政府取消民用限制后，大大地促进了其民用普遍化。卫星导航产业成为发展最快的信息产业之一。第一节导航与导航电子地图2.硬件系统硬件包括车载主机、显示器、定位系统和其他控制模块。车载主机是GPS车载导航系统的心脏。由GPS接收机、航位推算DR微处理器、车速传感器、陀螺传感器构成的定位模块。在运行状态下，按照GPS接收机的接收频次，以当前位置、角度和车速计算下一个点的位置，然后将该点与GPS接收机的接收位置进行比较，如果误差大于一定的数值，则以GPS接收机位置为准进行修正实现定位。民用GPS和DR组合定位设备(GPS惯性设备)可达到1000m无GPS信号的情况下的航向精度和10m的距离精度。第一节导航与导航电子地图

3.软件系统软件系统由系统软件和导航应用软件组成。系统软件包括操作系统和设备驱动。操作系统采用嵌人式实时操作系统(RTOS)，如国外的WindowsCE和国内的HopenOS等，整个系统占空间不超过10MB。导航应用软件系统功能包括：定位与显示、地图浏览与信息查询、智能路线规划、语音引导等。可实现：地图连续无极缩放，跨区域无缝漫游，保持行进方向的地图显示模式；提供多种查询方式帮助用户查找目的地或搜索周边范围内的停车场、加油站、ATM机等兴趣点(POI)；按距离优先、时间优先等规划出不同路线，智能调整路线；界面友好、操作便捷的特点。第一节导航与导航电子地图

4.导航电子地图导航电子地图是在电子地图的基础上增加了很多与车辆、行人相关的信息，如立交桥形状、交通限制、过街天桥、道路相关属性及出入口信息等，结合这些信息，通过特定的理论算法，能用于计算出起点与目的地问路径并提供实时引导的数字化地图。数据信息丰富、内容准确、现势性高是高质量电子地图数据的三个关键因素。导航电子地图是导航的核心组成部分。第一节导航与导航电子地图导航电子地图特点：

(1)能够查询目的地信息。导航电子地图记录了大量的目的地信息和坐标，为用户提供目的地检索及路径计算依据。

(2)存有大量能够用于引导的交通信息。数据中必须记录实地的交通限制，这样才能计算出与实地相符的路径用于引导。

(3)需要不断进行实地信息更新和扩大采集。由于交通信息和兴趣点(POI)的信息会随着发展不断变化，数据中记录的交通信息和POI信息就需要不断地进行实地的更新和扩大采集。第一节导航与导航电子地图二、

导航电子地图的内容导航电子地图数据，主要是在基础地理数据的基础上经过加工处理生成的面向导航应用的基础地理数据集，主要包括道路数据、POI数据、背景数据、行政境界数据、图形文件、语音文件等。第一节导航与导航电子地图

三、导航电子地图制作过程1．产品设计

(1)需求分析。将来自公司层面的策略、客户需求以及设计和生产环节的改善需求纳入统一的平台，进行需求汇总管理。

(2)需求评审。组织相关的设计、研发、生产、转换、发布等各个部门，依据需求分析的结果展开讨论，根据需求重要程度和涉及资源情况判定其实现可行性、资源配置和实现周期。

(3)产品设计。设计内容包括产品计划、产品范围、产品实现方式、成本预算、资源配置、发布格式、品质要求、风险控制以及产品相关的子产品和产品线设计第一节导航与导航电子地图

(4)规格设计。根据设计的结果进行数据采集、录人、存储、转换的规格设计以及工艺流程设计。(5)工具开发。根据产品设计和规格设计的要求和产品开发计划组织研发部门进行数据采集、录入、存储、转换、验证等工具开发。(6)工具测试。根据产品设计要求、工具设计需求，以及产品开发计划，安排工具测试。(7)样品制作。按照设计制作能够反映数据特性的一定区域的样品数据以供数据分析及测试。(8)产品开发任务编制。编制产品设计书，规定新产品的开发计划、开发范围、数量目标和质量目标等内容。第一节导航与导航电子地图

2．产品生产

(1)生产计划编制。编制产品新功能的开发范围、开发计划、验证计划及产品更新的现场采集、数据库制作的日程计划

(2)公共情报信息收集。从国家权威部门，从市场收集。作为导航电子地图数据库开发、更新过程中的参考信息

(3)情报信息初步处理。经过对收集的公共情报信息进行整理，形成导航电子地图实地采集确认的参考信息。

(4)实地采集信息。外业人员对导航的相关信息如：新增道路、兴趣点等进行采集。(5)数据库制作。根据现场采集产品图稿和电子信息库等，进行的加工处理，制作成导航电子地图数据库。第一节导航与导航电子地图

(6)逻辑检查。分区域、分要素的逻辑和拓扑一致性检查。(7)产品检测。经过编译转换，进行室内检测和实地检测。(8)保密处理。进行空间位置技术处理和敏感信息处理(9)数据审查。将检测后的数据库提交到国家指定的地图审查机构进行审查，取得审图号。(10)数据转换和编译。根据不同客户的需求，进行数据格式转换或物理格式的编译，形成最终的导航电子地图格式。(11)产品发布。审查后的导航地图，报送国家指定的出版部门，经过相关的审查，取得出版号后，就可作为上市销售。第一节导航与导航电子地图四、导航电子地图的应用导航电子地图应用领域非常广泛，所有汽车及消费电子设备都可以成为导航地图应用的载体。汽车成为导航地图应用的载体；在消费电子领域，从专业的PND设备到GPS手机、数码相机、PSP等都可以运用导航电子地图进行导航应用，通过消费电子导航设备能够为乘用车拥有者提供便捷的导航服务；通过基于移动通信技术的LBS服务，导航电子地图能够为手机用户提供在线导航及位置服务。全球互联网市场也为导航地图在互联网上的应用提供了广阔的发展空间。第一节导航与导航电子地图一、导航电子地图产品设计书编写1.产品设计书编写步骤

(1)对导航电子地图产品的需求进行汇总、整理；

(2)产品开发范围、路线、关键节点的设计；

(3)产品规格设计；(4)工艺路线设计；

(5)产品实现过程中的采集、编辑、转换、检查工具设计；

(6)产品测试、验证的相关设计；(7)生产中品质过程设计

(8)风险控制过程设计；(9)产品发布过程设计。对以上设计过程的结果进行汇总、整理，组织相关人员进行评审、判定，最终形成导航电子地图产品的产品设计书。第二节导航电子地图产品设计2.设计目标(1)满足导航电子地图应用的客户需求和市场应用需求；(2)满足导航地图应用的硬件、软件、行业应用及环境需求；(3)通过设计对数据采集、加工编辑和转换发布过程进行说明定义；(4)使导航电子地图产品满足国家相关政策法律要求；(5)使导航电子地图产品满足行业相关标准（如：车载导航电子地图需满足汽车的工业标准）第二节导航电子地图产品设计3.设计内容(1)导航电子地图产品的需求及需求对应方案；(2)产品的开发范围定义；(3)产品规模定义；(4)产品开发路线；(5)产品开发的工艺要求和流程；(6)产品应用的环境要求；(7)产品的数据采集、加工编辑和转换方案；(8)产品开发关键节点；(9)产品的地图表达要求。第二节导航电子地图产品设计

1．导航电子地图制作标准包括数据采集标准和数据制作标准

2．导航电子地图制作标准的特点(1)准确性。标准的描述语言需力求准确，能针对不同情况的制作规格进行明确的区分。(2)适用性。不同数据版本可能会对应不同的制作标准，标准会根据现场变化或需求变化不断更新。(3)权威性。一旦评审通过并发布，则具有权威性。二、

产品标准定义

3．导航电子地图标准说明

1)数据库规格设计内容

(1)要素定义：准确地描述设计对象性质和内涵，与现实建立对应关系

(2)功能设计：明确要素在导航系统中所起的作用和用途；

(3)模型设计：构建要素的存储结构，设置与其他要素之间逻辑关系

(4)采集制作标准：合理、科学的表达要素类和要素与要素之间的拓扑关系是导航功能实现的关键，采集制作标准就是要科学合理地表达要素类别和拓扑模型。二、

产品标准定义

举例：车道信息。定义：车道信息是指交叉路口处或专用调头口前，用于指示驾驶者行驶的地面或空中悬挂标牌上的箭头信息。车道信息由车道数、各车道行驶方向的引导箭头构成，按类型分主车道信息和附加车道信息

模型：车道信息在数据库中记录为一组关系信息，按“线——点——线”的模型记录和存储。“线——点——线”模型是将车道信息记录在路口主点上，通过记录“进人Link”和“退出Link”表示具体的车道信息。二、

产品标准定义

2)POI设计内容

POI兴趣点(pointofinterest)，是一种用于客户进行目的地设施检索，并可通过检索结果配合道路数据进行引导的索引数据

(1)模型

(2)功能设计。①通过名称、拼音、分类菜单等方式检索具体POI对象；②根据POI的不同分类显示不同的类别检签图。

(3)相关属性。①行政区划数据中的行政区划代码，任何POI都属于某一个行政主体；②关联的道路Link，任何POI都属于某一条道路；③类别检签图图形，任何POI都有一个分类，属于某一个分类，给定一个显示类别的特征图片。二、

产品标准定义

1．工艺设计概述工艺设计应说明制作项目的主要生产过程和这些过程之间的输入、输出的接口关系

2．工艺设计的类型（1）针对对象来分，①新产品小范围样品试做工艺；②老产品改进工艺；③量产生产工艺。

(2)工艺涵盖范围来分，①整体工艺设计；②详细工艺设计。

3．工艺设计的要求

(1)制作过程清晰明了，有输入输出过程；

(2)工艺流程图标中能显示各数据制作环节的责任团体；

(3)在生产工艺设计中需要体现品质控制节点；

(4)需制作对应各个制作环节的工程表。三、产品制作工艺设计

工具软件有两种，即通用软件和专用软件。

通用软件一般是不同行业的用户均需要的，大众化、产品化的软件产品。如Maplnfo、AutoCAD等，这些都已经被大众接受，成为通用软件产品。

专用软件是指专门为某项特定的工作或某单位内部开发的软件产品，具有很强的准对性，一般不对外提供，往往是为了达到数据保密或实现竞争优势的目的而开发。目前主流的导航电子地图厂商都采用专用软件开发产品四、制作工具开发

1.需求设计（1）需求分析导航功能描述、数据表达内容、数据规格和操作界面说明（2）可行性分析综合考虑多方面因素，包括时间和资源上的限制、数据源调查与评估、技术可行性评估、系统的支持状况等（3）需求规格说明书描述了工具的需求。需求规格说明书通过评审，将成为有约束力的指导性文件，成为用户与技术人员之间的技术合同，亦成为系统设计的依据。四、制作工具开发

2.工具开发软件工具按照设计要求开发满足使用的制作工具和转换工具工具开发分四个阶段，软件概要设计、详细设计、Alpha测试和Beta测试。概要设计包括系统的基本处理流程、系统的组织结构、模块划分、功能分配、结构设计、运行设计、数据结构设计和出错处理设计等。详细设计，描述实现具体模块所涉及的主要算法、数据结构、类的层次结构及调用关系。

四、制作工具开发

3.工具测试（1）工具测试的目的避免错误的发生，发现错误。（2）工具测试

1)Alpha测试

由研发测试人员在开发环境下模拟实际操作进行的测试。

2)Beta测试

Beta测试是一种验收测试。

4.样品制作重点项目样品制作用于测试每个项目的具体功能。常规样品制作用于测试软件整体性能。四、制作工具开发

一、编制作业任务书任务书包括生产的目标、任务、时间、品质等说明。

二、

现场采集

1.出工前的准备资源和技术准备、安全保密教育、特殊采集区域了解

2.实地生产作业

1）道路要素生产作业

(1)通过GPS测绘作业区域内的可通行车辆的道路形状。

(2)采集道路的其他附属属性。如：道路等级、道路幅宽、道路的通行方向、道路名称、道路上的车信交限等。

(3)现场情况较复杂的道路路口进行全方位的拍照第三节

产品开发

2）POI要素生产作业

(1)通过GPS参照道路的形状采集所有POI的位置坐标。

(2)采集POI要素的其他属性。如：名称、地址、电话等。

(3)星级宾馆、4A、5A级的景点等的POI，要采集完整。

(4)主要商业区、CBD等区域内部的POI要采集完整。

3）特殊情况现场遇到作业任务书中的技术方案未能明确的情况时，需将现场情况反馈给负责标准规格的设计部门，由设计部门组织解决

二、

现场采集4）作业结果检查

①通过GPS轨迹确认作业区域内的所有道路数据是否都已经进行了调查采集。②检查所有新采集的道路及道路形状修改处与其周边的POI的逻辑关系是否正确。③对于多个作业区域的相邻接边处，检查确认道路数据的形状、属性接边是否正确，POI数据是否存在采集重复的情况。④确认生产任务书中要求拍照的复杂路口的照片是否拍摄完整，照片是否清晰可用。

3.作业成果提交将作业成果按类型、区域进行汇总，并统计出详细的成果履历。二、

现场采集需要录入的数据：道路数据、POI数据、注记、背景数据、行政境界、图形数据、语音数据。

1.道路数据（1）参照GPS结果人工描绘道路形状。（2）录入道路数据的其他相关属性。

（3）对于大区域范围的路网连通性进行调整，保证高等级道路之间道路的连通性。（4）在复杂道路路口处记录路口实景图的编号。三、数据录入制作2.POI数据（1）接收到录入作业完成以后的道路数据，参照道路数据调整POI的相对位置。（2）调整相邻POI之间的相对位置关系。（3）对POI的名称、地址、电话、类别等信息进行标准化处理。（4）通过人工翻译等方式制作POI的英文名称。。三、数据录入制作3.注记（1）参照国家1∶5万地名库数据选取作业区域内主要地名、自然地物名等对象制作为注记要素。（2）参照录入作业完成以后的POI数据，选取区域内有代表性的POI制作为注记要素。（3）参照录入作业完成以后的道路数据，选取高速、国道的道路名按一定的密度要求均匀分布的制作为注记要素。（4）按功能性质为制作的注记要素赋类别代码。如学校类、地物类、大厦类等。（5）按注记的重要程度为制作的注记要素赋显示等级，以控制该注记要素的可表达的比例尺。（6）确保注记名称的表达符合国家规定。三、数据录入制作4.背景数据（1）参考卫星影像、城市旅游图等基础数据，描绘出湖泊、河流的形状。（2）参照公园、景区的规划示意图，描绘出公园、景区的形状。（3）参照城市旅游图及其他相关基础数据为背景数据赋中、英文名称。（4）按照湖泊、河流的等级及湖泊的面积，为背景要素赋显示等级，用以控制不同湖泊、河流的可表达的比例尺。（5）确保重要岛屿及界河中岛屿的表达符合国家规定。三、数据录入制作

5.行政境界（1）参考1∶400万的基础数据制作行政境界的形状。（2）制作行政境界的名称及行政区划代码。（3）确保国界、岛屿范围界等重要境界线的表达符合规定。

6.图形数据（1）按现场拍摄的复杂路口照片制作路口实景图，并编号。（2）制作POI、注记要素不同类别所对应的类别检签图标。（3）制作不同城市的标志性建筑物的三维模型。

7.语音数据录制重要的道路名称、POI名称的普通话语音

三、数据录入制作

1.

逻辑检查通过逻辑性的判断分析，来检查数据的正确性。一个城市的路网与其他周围的城市不连通，道路形状叠加在河流上

2.实地验证对于录入检查完成的数据进行现场验证。道路的形状、属性与现场比较是否正确

3．国家审图

①中国境界的表达是否完整、正确；②注记名称表达是否正确；③我国的重要岛屿及界河中岛屿的表达是否完整、正确；④保密问题，是指在地图中是否表示了涉密内容，比如，军事单位。四、检查验收

一、坐标脱密处理必须进行空间位置技术处理，经过地图坐标脱密处理。二、敏感信息处理1.不得采集的内容导航电子地图编制过程中，不得采用各种测量手段获取以下地理空间信息：①重力数据、测量控制点；②高程点、等高线及数字高程模型；③高压电线、通信线及管道；④植被和土地覆盖信息；⑤国界和国内各级行政区划界线；⑥国家法律法规、部门规章禁止采集的其他信息。第四节保密处理

2.不得表达的内容（1）直接服务于军事目的的各种军事设施。（2）军事禁区、军事管理区及其内部的所有单位与设施。（3）与公共安全相关的单位及设施。（4）涉及国家经济命脉，对人民生产、生活有重大影响的民用设施：大型水利设施、电力设施、通信设施、石油与燃气（天然气、煤气）设施。（5）专用铁路及站内火车线路、铁路编组站；专用公路。（6）桥梁的限高、限宽、净空、载重量和坡度属性；隧道的高度和宽度属性；公路的路面铺设材料属性。二、敏感信息处理

（7）江河的通航能力、水深、流速、底质和岸质属性；水库的库容属性，拦水坝的高度属性；水源的性质属性；沼泽的水深和泥深属性及其边界轮廓范围。（8）公开机场的内部结构及其运输能力属性。（9）高压电线、通信线及管道。（10）参考椭球体及其参数