地圖導航

地圖導航

電子導航地圖是一套用於在GPS設備上導航的軟體。主要是用於路徑的規劃和導航功能上的實現。電子導航地圖從組成形式上看,由道路、背景、註記和POI組成,當然還可以有很多的特色內容,比如3D路口實景放大圖、三維建築物等,都可以算做電子導航地圖的特色部分。從功能表現上來看,導航電子導航地圖需要有定位顯示、索引、路徑計算、引導的功能。目前國內有道道通、凱立德、旅行者、酷跑、城際通、高德、四維、靈圖、易圖通等軟體供應商提供。

基本信息

基本定義

地圖導航地圖導航
電子導航地圖(英語:Electronicmap),即數字地圖,是利用計算機技術,以數字方式存儲和查閱的地圖。電子導航地圖儲存資訊的方法;一般使用向量式圖像儲存,地圖比例可放大,縮小或鏇轉而不影響顯示效果;早期使用點陣圖式儲存,地圖比例不能放大或縮小,現代電子導航地圖軟體一般利用地理信息系統來儲存和傳送地圖數據,也有其他的信息系統。

功能介紹

電子導航地圖可以非常方便地對普通地圖的內容進行任意形式的要素組合、拼接,形成新的地圖。可以對電子導航地圖進行任意比例尺、任意範圍的繪圖輸出。非常容易進行修改,縮短成圖時間。可以很方便地與衛星影像、航空照片等其他信息源結合,生成新的圖種。可以利用數字地圖記錄的信息,派生新的數據,如地圖上等高線表示地貌形態,但非專業人員很難看懂,利用電子導航地圖的等高線和高程點可以生成數字高程模型,將地表起伏以數字形式表現出來,可以直觀立體地表現地貌形態。這是普通地形圖不可能達到表現效果。

升級方式

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方法一:找硬體品牌售後升級
硬體是導航產品的最終呈現者,用戶一般都是購買的硬體產品,硬體品牌向用戶承諾售後服務。比如,用戶購買了酷跑品牌的導航機器,裡面內置了酷跑道道通的導航電子地圖,售後服務應該由酷跑向用戶提供。這就如同購買了A品牌電腦,無論是硬體還是系統的問題,售後服務都由A負責。
硬體的售後升級又有很多途徑,以酷跑導航為例,有三種途徑:
上硬體官方網站下載升級程式和地圖。下載後,用新下載的程式覆蓋自己儲存卡中的程式即可。如果升級之後,需要重新激活,可以撥打客服電話重新獲得激活碼。
到代理商處升級,一般酷跑的自有渠道都能夠幫助用戶升級,用戶可以到當初購買硬體的銷售渠道處升級。
方法二:到酷跑道道通代理升級服務網點升級。
為了方便用戶就地升級,酷跑道道通在主要的大城市都設立了代理升級服務網點。用戶可以直接拿著機器到指定的代理升級服務點,升級服務點在驗明是正版導航統之後,會幫助用戶進行升級。在硬體品牌免費升級期內的用戶,由代理升級服務網點幫助用戶升級,需要收取一定的的代理費;
方法三:撥打公司客服電話,寄送光碟升級。
電話諮詢酷跑400客服電話和簡訊平台升級,由公司郵寄升級包產品。客服部門代為升級,需要收取一定的費用。

現狀

從2012年開春起,導航地圖的升級問題似乎成為“風口浪尖”的新聞,中央電視台曾揭露車載導航地圖的“亂象”,新買的地圖卻是舊的,一些車主的地圖甚至是兩三年前的舊版,4S店等地圖升級暗藏“貓膩”,亂收費不受監督,報導一出,引來反響不斷,可見導航地圖市場仍不成熟。
導航地圖所面臨的幾個問題:
1、升級跟不上價格上漲速度
因為現在導航地圖產品太多,如果大品牌價格上漲的話,很多沒有牌子的小品牌價格就會跟著上漲,但是導航地圖升級卻很慢,這樣對於消費者而言,是無法接受的。
2、3D地圖有點虛高
現在的汽車一般情況下都會用3D導航,地圖商現在發起的3D導航對機車產品的銷售幫助影響是好的。對於專車專用價格,如果是在同等品牌的基礎上,專車專用的機車價格上漲幅度大,價格有點虛高。
3、3D地圖更像噱頭
對於地圖商現在發起的3D導航和聲控導航對機車產品的銷售幫助方面,首先3D導航是個趨勢,至於聲控導航,我覺得更多的只是個噱頭,實際上來說意義不是很大。
4、淘汰一部分小工廠
5、售後跟不上

價格上漲了,但在售出的導航車機產品情況上,後期關於導航中地圖的問題的抱怨挺多的,主要還是因為廠家的一些售後跟不上。
通過對分析,我們不難發現,對於3D導航系統,多數經銷商還是持觀望的態度。不認可3D導航的經銷商多是因為他們覺得3D導航噱頭大於實質,沒有太大的實際意義,在價格上漲上自然不能接受。認可3D導航的經銷商是覺得3D導航在對於機車導航系統上有一定的改進,能夠更好的為消費者提供導航服務,所以價格價格區間也是可以接受的。然而還是消費者決定這股3D導航風能否熱起來。

導航原理

GPS用戶部分的核心是GPS接收機。其主要由基帶信號處理和導航解算兩部分組成。其中基帶信號處理部分主要包括對GPS衛星信號的二維搜尋、捕獲、跟蹤、偽距計算導航數據解碼等工作。導航解算部分主要包括根據導航數據中的星曆參數實時進行各可視衛星位置計算;根據導航數據中各誤差參數進行星鍾誤差、相對論效應誤差、地球自轉影響、信號傳輸誤差(主要包括電離層實時傳輸誤差及對流層實時傳輸誤差)等各種實時誤差的計算,並將其從偽距中消除;根據上述結果進行接收機PVT(位置、速度、時間)的解算;對各精度因子(DOP)進行實時計算和監測以確定定位解的精度。本文中重點討論GPS接收機的導航解算部分,基帶信號處理部分可參看有關資料。本文討論的假設前提是GPS接收機已經對GPS衛星信號進行了有效捕獲和跟蹤,對偽距進行了計算,並對導航數據進行了解碼工作。
1地球坐標系簡述
要描述一個物體的位置必須要有相關聯的坐標系,地球表面的GPS接收機的位置是相對於地球而言的。因此,要描述GPS接收機的位置,需要採用固聯於地球上隨同地球轉動的坐標系、即地球坐標系作為參照系
地球坐標系有兩種幾何表達形式,即地球直角坐標系和地球大地坐標系。地球直角坐標系的定義是:原點O與地球質心重合,Z軸指向地球北極,X軸指向地球赤道面與格林威治子午圈的交點(即0經度方向),Y軸在赤道平面里與XOZ構成右手坐標系(即指向東經90度方向)。地球大地坐標系的定義是:地球橢球的中心與地球質心重合,橢球的短軸與地球自轉軸重合。地球表面任意一點的大地緯度為過該點之橢球法線與橢球赤道面的夾角φ,經度為該點所在之橢球子午面與格林威治大地子午面之間的夾角λ,該點的高度h為該點沿橢球法線至橢球面的距離。設地球表面任意一點P在地球直角坐標系內表達為P(x,y,z),在地球大地坐標系內表達為P(φ,λ,h)。則兩者互換關係為:大地坐標系變為直角坐標系:(1)式中:n為橢球的卯酉圈曲率半徑,e為橢球的第一偏心率。若橢球的長半徑為a,短半徑為b,則有(2)直角坐標系變為大地坐標系,可由下述方法求得φ由疊代法獲得φc為地心緯度,ep為橢圓率
可設初始值φ=φc進行疊代,直到|φi=1-φi|小於某一門限為止。
這兩種坐標系在定位系統中經常交叉使用,必須熟悉兩種坐標系之間的轉換關係。
2GPS定位中主要誤差及消除算法
GPS定位中的主要誤差有:星鍾誤差,相對論誤差,地球自轉誤差,電離層對流層誤差。(1)星鍾誤差星鍾誤差是由於星上時鐘和GPS標準時之間的誤差形成的,GPS測量以精密測時為依據,星鍾誤差時間上可達1ms,造成的距離偏差可達到300Km,必須加以消除。一般用二項式表示星鍾誤差。(3)GPS星曆中通過傳送二項式的係數來達到修正的目的。經此修正以後,星鍾和GPS標準時之間的誤差可以控制在20ns之內。 (2)相對論誤差由相對論理論,在地面上具有頻率的時鐘安裝在以速度運行的衛星上以後,時鐘頻率將會發生變化,改變數為:即衛星上時鐘比地面上要慢,要修正此誤差,可採用係數改進的方法。GPS星曆中廣播了此係數用以消除相對論誤差,可以將相對論誤差控制在70ns以內。(3)地球自轉誤差GPS定位採用的是與地球固連的協定地球坐標系,隨地球一起繞z軸自轉。衛星相對於協定地球系的位置(坐標值),是相對曆元而言的。若發射信號的某一瞬間,衛星處於協定坐標系中的某個位置,當地面接收機接收到衛星信號時,由於地球的自轉,衛星已不在發射瞬時的位置〔坐標值)處了。也就是說,為求解接收機接收衛星信號時刻在協定坐標系中的位置,必須以該時刻的坐標系作為求解的參考坐標系。而求解衛星位置時所使用的時刻為衛星發射信號的時刻。這樣,必須把該時刻求解的衛星位置轉化到參考坐標系中的位置。設地球自轉角速度為we,發射信號瞬時到接收信號瞬時的信號傳播延時為△t,則在此時間過程中升交點經度調整為則三維坐標調整為(4)地球自轉引起的定位誤差在米級,精密定位時必須考慮加以消除。(4)電離層和對流層誤差電離層是指地球上空距地面高度在50-1000km之間的大氣層。電離層中的氣體分子由於受到太陽等天體各種射線輻射,產生強烈的電離,形成大量的自由電子和正離子。電離層誤差主要有電離層折射誤差和電離層延遲誤差組成。其引起的誤差垂直方向可以達到50米左右,水平方向可以達到150米左右。目前,還無法用一個嚴格的數學模型來描述電子密度的大小和變化規律,因此,消除電離層誤差採用電離層改正模型或雙頻觀測加以修正。對流層是指從地面向上約40km範圍內的大氣底層,占整個大氣質量的99%。其大氣密度比電離層更大,大氣狀態也更複雜。對流層與地面接觸,從地面得到輻射熱能,溫度隨高度的上升而降低。對流層折射包括兩部分:一是由於電磁波的傳播速度或光速在大氣中變慢造成路徑延遲,這占主要部分;二是由於GPS衛星信號通過對流層時,也使傳播的路徑發生彎曲,從而使測量距離產生偏差。在垂直方向可達到2.5米,水平方向可達到20米。對流層誤差同樣通過經驗模型來進行修正。GPS星曆中通過給定電離層對流層模型以及模型參數來消除電離層和對流層誤差。實驗資料表明,利用模型對電離層誤差改進有效性達到75%,對流層誤差改進有效性為95%。
3GPS星曆結構及解算過程
要得到接收機的位置,在接收機時鐘和GPS標準時嚴格同步的情況下,則待求解位置是3個未知變數,需要3個獨立方程來求解。但是實際情況中,很難做到接收機時鐘和GPS標準時嚴格同步,這樣,我們把接收機時間和GPS標準時間偏差也作為一個未知變數,這樣,求解就需要4個獨立方程,也就是需要有4顆觀測衛星。圖1GPS定位示意圖(未考慮時間偏差)假設接收機位置為(xu,yu,zu),接收機時間偏差為tu,則由於時間偏差引起的距離偏差為為得到的偽距觀測值。我們可以得到聯立方程(5)將上式線性化,即在真實位置(xu,yu,zu)進行泰勒級數展開,忽略高次項,得到(6)其中,式(6)即為實際計算的疊代公式,疊代終止條件是真實位置(xu,yu,zu)的變化量小於某一個閾值,最終得到可以作為調整接收機時間偏差的依據,計算一般採用矩陣方式求解。要求解該方程,我們還需要預先知道4顆衛星的位置(xj,yj,zj),而衛星位置可以從該衛星的星曆中獲得。GPS衛星星曆給出了本星的星曆,根據星曆可以算出衛星的實時位置,並且星曆中給出了消除衛星星鍾誤差、相對論誤差、地球自轉誤差、電離層和對流層誤差的參數,根據這些參數計算出的衛星位置,可以基本上消除上述誤差。求解衛星位置的基本步驟為:計算衛星運行平均角速度①計算歸化時間;②計算觀測時刻的平近點角;③計算偏近點角;④計算衛星矢徑;⑤計算衛星真近點角;⑥計算升交點角距;⑦計算攝動改正項;⑧計算經過攝動改正的升交距角、衛星矢徑、軌道傾角;⑨計算觀測時刻的升交點經度;⑩計算衛星在地心坐標系中的位置。特別值得指出的是,在計算衛星真近點角Vk時,應採用公式(7)其中,e為偏心率,Ek為衛星偏近點角。有部分參考書籍計算衛星真近點角的公式有誤,會導致衛星真近點角的象限模糊問題,從而無法得到衛星正確位置。進行上述計算後,再根據星曆中廣播的各誤差參數進一步消除各項誤差。這樣,我們就得到一個完整的利用GPS星曆進行導航定位解算的過程。

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