GPS车载导航电子地图的创建与实现

王长浩，杨云，陈东颖

0 引言

近年来，随着GPS、无线通讯、计算机等技术日益成熟，促使了GPS导航服务业的产生。车载导航系统是结合GPS定位、电子地图于一体的复杂嵌入式系统。以 GPS提供快速准确的定位信息，然后综合电子导航地图给用户提供丰富、全面的地理信息、交通路况、公共服务设施等。而电子导航地图设计的优劣，直接影响着车辆定位的精确度和导航路径的有效性。在深入探讨了GPS导航地图相关概念的基础上，以超图公司supermap deskpro软件为例，详细介绍了车载导航系统中电子导航地图的创建与实现方法。

1 导航地图的构成元素

1.1 电子地图

通常我们所接触到的地图，主要是以纸张、布或其他可见真实大小的物体为载体的，地图内容是绘制或印制在这些载体上的。而电子地图是存储在计机的硬盘、软盘、光盘或磁带等介质上的，其地图内容是通过数字来表示的，需要用专门的计算机软件对这些数字进行显示、读取、检索、分析的地图[1]。

电子地图上可以表示的信息量远远大于普通地图，如公路在普通地图上用线来表示位置，线的形状、宽度、颜色等不同符号表示公路的等级及其他信息。也可以非常方便地对普通地图的内容、要素，进行任意形式的组合、拼接，形成新的地图；电子地图可以按任意比例、任意范围绘制、输出；还可以很方便地基于任意点对地图进行放大、缩小，计算路程，测量面积，立体直观地表达地理形态，模拟地形地貌；

1.2 图层

在现实世界中，电子导航地图所需要的交通地理信息有：道路、建筑、水系、山脉和植被、行政区域等。那么，如何把地理信息归类，并赋予相应的属性，以便准确的表达地理数据。

我们可以采用分层的思想，以图层的方法来规划空间数据。把添加到地图中的具有特征相同或者相近的地理数据集，归为一类，并赋予某种显示属性、显示风格，使每个具有相同属性的图形对象显示于一个层中，就形成了图层。

1.3 数据集

一般由同种类型的数据组成的数据集合称为数据集，数据集有矢量和栅格两种数据集之分，矢量数据集存储矢量数据，栅格数据集存储栅格数据。矢量数据集有4种常规数据集：点数据集、线数据集、多边形数据集和文本数据集，矢量数据按类型存放在不同类型的数据集中，可以方便管理，提高存取效率[2]。

一个地图由一个或者多个图层组成，每个图层对应一个数据集。在一个城市的交通电子地图中，所有的建筑物可以构成一个点图层，所有的道路构成一个线图层，所有的绿地构成一个面图层，通过这些图层的叠加，就形成了导航电子地图，如图1所示。

图1 图层的叠加

2 电子导航地图的设计思想

一个完整的电子导航地图设计时应该注意以下几个方面：

首先：利用地图的分层思想，对所要创建的地图进行分层和分级操作。先确立地图的几个大类图层：如：点图层、线图层、面图层。“点”图层中，可以包含医院、学校、车站等建筑物，可以包含各个级别的公路、以及单线河流等，“面”图层中可以包含如居民区，公园、绿化带以及海洋、湖泊等。

其次：电子导航地图设计必须有严格的坐标系统和极高的准确性，并且电子地图各要素之间有明确的拓扑关系和整体的连通性，能使地图中的各个地物要素相互关联。不仅地理位置数据要准确，图上的实际地物信息也要准确详细。使各地物在逻辑和语义上能够正确地映射现实世界。

再次，电子导航地图提供的地物属性信息要完备。这既便于查询检索，又可以满足与导航相关功能的需要。比如在智能交通导航系统中，显示有关的路况信息和通行车辆信息等。

3 电子导航地图的创建与实现

电子导航地图的制作过程即是原始地图信息的整合过程，将采集的数据构成不同的属性集，按照适当的数据管理方式逐级分层，最终显示在相应的导航设备上。其具体的制作步骤如下：

（1）首先要获取的高质量的纸质地图或者从一些地理测绘官网上，下载一些比较精确的电子版地图。对于所获取的纸质地图，要经过数字化扫描形成电子地图文件。对于下载的一些城市内的局部性地图，部分区域或者地理信息不详时，为确保地图的精确性，可进行实地勘测，以获取精准信息。

（2）按照地物的类别可进行分级、分层。如图2所示：可先定义一些地理信息分别为点图层、线图层、面图层。

对于像公路、河流这样一些线图层、面图层，又可以依次分为一级公路、二级公路；双线河、单线河等。对于像火车站这样的点信息，放大后可显示为面信息的图层，可根据当前整体绘制比例来设置其相应的缩放级别、显示次序、显示比例。

图2 图层的设置

（3）逐层逐级细化，对图层进行分类，并增添相应的线型库和符号库，如图3所示。

图3 线型与符号集

按照行业、类别、区域等逐级划分图层，将具有同样属性的对象信息放在同一层上[3]。如图4所示：可设置诸如公园广场、公司企业、医疗机构等均为点图层。那么，在“医疗机构”这一点图层上，可把全市所有医院、诊所均表现出来。这样多个图层相互叠加，就可以初步表达出地理效果。

图4 实际地图图层的叠加效果

（4）对各层的地理信息数据加以数据化，定义对应的数据集信息与数据集字段信息；对同一图层的不同地理信息设置对应的属性信息，并按照一定的数据存储格式存储，形成数据文件，如图5所示。

图5 属性信息与数据集信息

（5）在数字化地图文件上取一些校验点，与背景地图文件的坐标、投影进行配准、校对，使地图坐标点和地图拼接准确[4]，如图6所示。

图6 地图的配准

（6）将文件保存为系统识别的格式，并将其导入到导航电子图系统中，电子地图即可显示在计算机屏幕上，这样，一张电子导航地图就完成了。

由于实际中我们用到的地图比例基本为：1:10万、1：25万和1:50万3种。导航系统中的每一张地图的缩放比例，不一定都能满足用户的要求。那么，就一个区域，所需绘制的地图数量必须足够多。当用户基于一点缩放时，每张地图和每张地图之间还需要进行无缝切换，才能实现导航系统对导航地图的要求。

4 结束语

本文介绍了车载导航电子地图的相关理论依据，详细阐述了电子导航地图的设计思路与实现方法，为读者提供了有力的技术支持。目前，随着国民经济的快速增长和汽车拥有量迅速增加，基于 GPS的车载导航技术在我国发展日趋成熟，电子导航地图的应用也将拥有广阔的前景。

[1]王三军.GPS导航电子地图的应用研究[D].同济大学,2007.

[2]吴向华,香志安,罗耀玺.车载 GPS导航系统中电子地图的建立[J].濮阳职业技术学院学报,2006 19(3):18,33.

[3]华亮春,段佳,熊学新. GPS车载导航电子地图制作系统的设计与实现[J].测绘与空间地理信息,2007 12(6):126-128.

[4]孙兵,武穆清,阎啸天.GPS导航系统中的电子地图处理及匹配算法研究[J].数字通信世界,2009(5):48-51.

[5]黄帅.嵌入式车载导航的设计和实现[J].微计算机信息,2008,24:284-285.