CN103196452B - 真三维导航地图上路桥相对高度的表现方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种真三维导航地图上路桥相对高度的表现方法。本发明可以真实再现路桥的高度，这种相对高度的表达方法是以一个城市的相对高度基准点为原点，以保证在这个城市范围内的所有路桥的坡度和高度状态表达的一致性，这种对相对高度的表达不是在地图应用环节通过导航引擎根据硬件测量值或者属性值计算后描绘，而是在数据制作环节就已经将相对高度融入到三维导航场景数据并存储在独立的数据库中。使用者在驾乘过程中，在导航显示设备上浏览真三维导航电子地图，可以真实地感受到导航城市范围内所有具有相对高度路桥的坡度起伏感和高度层次感。

Description

真三维导航地图上路桥相对高度的表现方法和装置

技术领域

本发明属于导航技术领域，尤其涉及一种真三维导航地图上路桥相对高度的表现方法，以及基于该方法的装置。

背景技术

随着城市汽车保有量的不断攀升，原有的平面立交型道路会造成车辆的拥挤和堵塞，尤其是在城市路网的交通繁忙地段，为了改善车辆通行状况修建了空间立体交叉型陆地桥，这种路桥的特点是空间上具有一定的层次结构，各层级都有高度，支持多方向行驶且各层间的通行互不相扰。

在二维导航电子地图中，由于所有的地理信息数据都被抽象化表达，街面被抽象表达为线条加属性，屋廓图面被抽象表达为点加属性，对于有坡度的道路以及有高度的和层次感的现代化立体陆桥，多采用在垂直方向高处俯视观察到的层次跨压关系，以线条压盖的方式和属性来表达，对于二维数据无法完整表达的地方，用实景图和放大图进行补充表达，由于受到二维电子地图静态而抽象表达方式的制约，二维导航电子地图无法为使用者展现有坡度的道路和立体路桥的形态。再看现有的所谓三维导航电子地图，其多采用正射影像图叠加具有立体视觉效果的三维标志性建筑物模型的方式制作而成，其对于此类有坡度的道路以及有高度和层次感的现代化路桥的表达多采用叠加三维路桥模型的方式，在实际导航过程中，其本质还是通过二维导航数据的基本属性导航。

由于城市路网中的道路路况高低起伏、路形***，为了更好地表现城市路桥的地貌，需要建立城市道路数字高程模型。数字高程模型（Digital Elevation Mode，简称DEM）是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，它是零阶单纯的单项数字地貌模型，其他如高度、坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性可在DEM的基础上派生，因为DEM是离散的数据，所以其二维坐标系中的（X，Y）坐标其实都是一个个的小方格，在每个小方格上标识出其高程后可建立三维数字高程模型。但是由于现有的卫星定位***只能测量二维坐标，高度数据因误差太大所以基本上都被忽略。

在实际驾车行驶中，驾乘者更加关注的是道路路况对驾驶的影响，这些对街景、路况形态和细部的表达比建筑体表达的导航作用更加明显，而建筑体在导航中主要起参照作用。所以真正的三维导航电子地图在数据制作的时候，就需要制作与二维导航数据不同坐标维度的三维导航数据，需要在二维XY坐标系中增加相对高度Z坐标，相对高度尤其可以表达出导航道路真实的上下坡起伏状态，用三个维度的数据来再现大于等于1：1000米大比例尺下的现实道路场景，导航数据的制作标准只允许导航误差在1米之内；真正的三维（真三维）导航电子地图在应用的时候还应该有独立于二维导航电子地图数据库的三维导航电子地图数据库；真正的三维导航电子地图在实景重现的时候应该更加重视对导航起实质作用的路况形态和道路场景进行渲染，注重对导航道路路况关键要素的表达，如路面标线、方向箭头、隔离栏、路面材质、斑马线、分道线、右转专用道、左转专用道、限速信息、路沿、车道数、道路坡度、红绿灯、交通标牌、过街天桥、公交站牌等。

为了解决这些问题，现有技术中采用在导航设备的定位装置上加装气压传感器，通过硬件测量立体道路路面层次间气压的微小差异来估算两层之间的高度差，再将此高度差与地图供应商提供的道路属性值来进行对比，以判断使用者所处的层次位置。现有技术中还有采用比较相交道路相交处的高程值的方法，若相同则绘制道路相交处，使道路交叉处的路边线全部不贯通，若不相同绘制道路相交处，使高程最高的道路的路边线贯通，而其他的高程较低的道路的路边线不贯通，通过在道路交叉处的描绘表达高程效果。如附图1所示，虽然较二维平面地图而言，这些技术会因为在导航过程中导航引擎的描绘让使用者感觉到层次的概念而产生三维导航的错觉，但是这些仅仅是导航片段处的表达，并没有直观地表达出某一范围内所有道路的高度和坡度，以及保证导航道路路网的连通性，而且这些对层次的表达并没有按照路桥真实的立体结构进行路况重现；另一方面这些技术由于需要依靠额外的硬件测量以及硬件运算而增加硬件的配置，增加了导航设备生产商和使用者的成本。

发明内容

现有三维导航技术中没有公开地、完整地真实再现路桥相对高度的方法。为了解决现有三维导航中对路桥相对高度表达方法的不足，本发明提供了真三维导航地图上表现路桥相对高度的方法和使用该方法的装置。

本发明的一个目的是提供真三维导航地图上路桥相对高度的表现方法，所述方法包括：

1.将航片（航空拍摄图片）或者卫片（卫星拍摄图片）制成大比例尺的市街图。

所述大比例尺为大于等于1：1000米级别的比例尺。

2.以城市为单位，将该城市市街图的中心点作为相对高度基准点，并将其高度值设为0米。

3.以相对高度基准点为原点，外业通过实地测绘作业的方式采集该城市中所有具有相对高度路桥结构道路与相对高度基准点间的高度，生成相对高度值序列阵列，该序列阵列中的每个高度值为采集点处的相对高度。

所述具有相对高度路桥结构道路为测绘路段的最高/或最低处的相对高度值大于/或小于基准点高度值的道路。

所述具有相对高度路桥结构道路包括但不仅限于立交桥、高架路、隧道、过河桥、环岛、上坡道路、下坡道路、平坡道路。

所述实地测绘作业的作业区间包括从具有相对高度路桥结构道路的一个/或多个入口开始，至该相同路桥结构道路的一个/或多个出口之间的所有道路；所述实地测绘作业的作业区间还包括该城市内所有可通行道路。

所述实地测绘作业的作业间隔区间长度为100米至1000米，需要根据该城市路桥结构道路的长度和实际路况确定。

4.按照采集作业车实地拍摄的360度的真实场景影像、市街图资料以及相对高度序列值阵列，制作格网中每个最小单元格上具有相对高度的路桥场景。

所述格网中每个最小单元格（L,W）的表现形式是小方格，其中L为长度，W为宽度。所述最小单元格是确定路桥高度和坡度精确程度的一个重要指标，同时也是决定其使用范围的一个主要的影响因素，最小单元格的划分与实地测绘作业间隔区间长度相关，实地测绘作业间隔区间长度越短，最小单元格的长度越短，刻画出的路桥场景越精确，但是数据量呈几何级数增长。

所述路桥场景是真三维导航电子地图数据母库存储的数据包括路桥场景数据。

所述相对高度用于表达出路桥真实的坡度起伏状态、高度以及层级关系。

5.将包含相对高度值的三个维度的路桥场景数据存储在真三维导航电子地图数据母库中。

所述路桥场景数据的存储格式为（L,W,H），其中L为长度，W为宽度，H为相对高度。

所述三个维度的路桥场景数据为矢量化数据。

所述真三维导航电子地图数据母库存储的数据包括路桥场景数据，还包括路边建筑物模型。

6.从真三维导航电子地图数据母库中提取导航设备所需区域的路桥场景数据以及路边建筑物模型，重新切割组合和数据压缩处理后得到的真三维导航电子地图数据，建立真三维导航应用数据库，存储在导航设备上。导航引擎根据导航路径，提取导航场景数据，直接动态合成导航路径任意位置处较大比例尺的有相对高度的真三维路桥场景并在导航设备上播放。

所述真三维导航应用数据库独立于二维导航电子地图数据库。

所述真三维导航应用数据库中存储的数据包括路桥场景数据和路边建筑物模型。所述路桥场景数据包括但不仅限于立交桥、高架路、隧道、过河桥、环岛、上坡道路、下坡道路、平坡道路。所述路边建筑物模型包括但不仅限于楼体形状、楼面装饰、标牌文字、广告牌、路边橱窗。

所述路桥场景数据的存储格式为（L,W,H），其中L为长度，W为宽度，H为相对高度。所述路桥场景数据为矢量化数据。

所述较大比例尺包括（但不仅限于）1：500米至1：1000米的比例尺。

所述导航设备为所有可视化导航设备，包括但不仅限于车载导航仪、PND、手机、平板电脑、笔记本电脑。

本发明的另一个目的是提供一种可以在真三维导航电子地图中表现路桥相对高度的装置，包括以下模块：

路桥场景数据制作模块，制作路桥场景数据并存储在真三维导航电子地图数据母库中。

场景数据提取模块，该模块可以根据导航路径的实际道路特征和景观特征，从真三维导航应用数据库中提取所需的真三维导航场景数据。

所述真三维导航场景数据包括路桥场景数据和路边建筑物模型。所述路桥场景数据包括但不仅限于立交桥、高架路、隧道、过河桥、环岛、上坡道路、下坡道路、平坡道路。所述路边建筑物模型包括但不仅限于楼体形状、楼面装饰、标牌文字、广告牌、路边橱窗。

所述真三维导航应用数据库，是独立的数据库。

所述真三维导航应用数据库中存储的数据格式为（L,W,H），其中L为长度，W为宽度，H为相对高度。所述真三维导航应用数据库中的数据为矢量化数据。

导航场景合成模块，该模块可以动态合成导航路径任意位置处较大比例尺的真三维路桥导航场景。

所述较大比例尺包括（但不仅限于）1：500米至1：1000米的比例尺。

所述真三维路桥导航场景包括但不仅限于可以表现出路桥的相对高度，所述相对高度包括路桥的坡度和高度。

导航场景显示模块，该模块可以在导航设备上显示真三维导航场景。

所述导航设备为所有可视化导航设备，包括但不仅限于车载导航仪、PND、手机、平板电脑、笔记本电脑。

本发明所述方法可以真实再现路桥的高度，这种相对高度的表达方法是以一个城市的相对高度基准点为原点，以保证在这个城市范围内的所有路桥的坡度和高度状态表达的一致性，这种对相对高度的表达不是在地图应用环节通过导航引擎根据硬件测量值或者属性值计算后描绘，而是在数据制作环节就已经将相对高度融入到三维导航场景数据并存储在独立的数据库中，在地图应用的时候直接由导航引擎根据导航路径动态合成真三维导航场景。

使用者在驾乘过程中，在导航显示设备上浏览真三维导航电子地图，可以真实地感受到导航城市范围内所有具有相对高度路桥的坡度起伏感和高度层次感，这种情景再现式的表达突破了以往三维导航电子地图所使用的模型化和图片化的仿真模拟导航模式，以等比再现的表达方式直观立体地描绘出导航城市范围内路桥高低起伏、错落有致的导航场景。此外由于这种方法不需要增加导航设备额外的硬件配置，节省了导航设备生产商和使用者的成本开销。

附图说明

图1为现有技术所生成的有相对高度的路桥示意图；

图2为本发明所述方法的流程示意图；

图3为本发明所述方法中格网中最小单元格的示意图；

图4是基于本发明的方法的装置示意图；

图5是基于本发明的方法生成的有坡度的上坡路桥场景；

图6是基于本发明的方法生成的有层次和高度的路桥场景；

图7是基于本发明的方法在导航设备上显示出的真三维导航路桥场景画面截图，其中图a、图b、图c分别是在同一导航道路上对同一路桥由远及近的显示。

具体实施方式

通过结合附图参考本发明的具体实施方式，本发明的特征、目的以及实现方式将会变得更加明显，且本发明本身也将会变的更易于理解。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图3，对本发明方法的具体实施进行进一步详细说明，本发明包括以下步骤：

步骤S101，制作市街图步骤：将航片（航空拍摄图片）或者卫片（卫星拍摄图片）制成大比例尺的市街图。

所述步骤S101中的大比例尺为大于等于1：1000米级别的比例尺。

步骤S102，设置相对高度基准点步骤：.以城市为单位，将该城市市街图的中心点作为相对高度基准点，并将其高度值设为0米。

步骤S103，生成相对高度值序列阵列步骤：以相对高度基准点为原点，外业通过实地测绘作业的方式采集该城市中所有具有相对高度路桥结构道路与相对高度基准点间的高度，生成相对高度值序列阵列，该序列阵列中的每个高度值为采集点处的相对高度。

所述步骤S103中的具有相对高度路桥结构道路为测绘路段的最高/或最低处的相对高度值大于/或小于基准点高度值的道路。

所述步骤S103中的具有相对高度路桥结构道路包括但不仅限于立交桥、高架路、隧道、过河桥、环岛、上坡道路、下坡道路、平坡道路。

所述步骤S103中的实地测绘作业的作业区间包括从具有相对高度路桥结构道路的一个/或多个入口开始，至该相同路桥结构道路的一个/或多个出口之间的所有道路；所述步骤S103中的实地测绘作业的作业区间还包括该城市内所有可通行道路。

所述步骤S103中的实地测绘作业的作业间隔区间长度为100米至1000米，需要根据该城市道路的长度和实际路况确定。

步骤S104，制作路桥场景步骤：按照采集作业车实地拍摄的360度的真实场景影像、市街图资料以及相对高度序列值阵列，制作格网中每个最小单元格上具有相对高度的路桥场景。

所述步骤S104中的格网中每个最小单元格（L,W）的表现形式是小方格，其中L为长度，W为宽度，如图3所示，格网编号003078中的最小单元格。所述最小单元格是确定路桥高度坡度精确程度的一个重要指标，同时也是决定其使用范围的一个主要的影响因素，最小单元格的划分与实地测绘作业间隔区间长度相关，实地测绘作业间隔区间长度越短，最小单元格的长度越短，刻画出的路桥场景越精确，但是数据量呈几何级数增长。

所述步骤S104中的路桥场景是在格网中每个最小单元格上添加对应位置处的相对高度，按照只允许导航误差在1米之内的制作标准，制作包含三个维度的场景数据。

所述步骤S104中的相对高度用于表达路桥真实的坡度起伏状态、高度及层级关系。

步骤S105，存储相对高度值步骤：将包含相对高度值的三个维度的路桥场景数据存储在真三维导航电子地图数据母库中。

所述步骤S105中路桥场景数据的存储格式为（L,W,H），其中L为长度，W为宽度，H为相对高度。

所述步骤S105中三个维度的路桥场景数据为矢量化数据。

所述步骤S105中真三维导航电子地图数据母库存储的数据包括路桥场景数据，还包括路边建筑物模型。

步骤S106，三维场景播放步骤：从真三维导航电子地图数据母库中提取导航设备所需区域的导航场景数据，将重新切割组合和数据压缩处理后得到的真三维导航电子地图数据，建立真三维导航应用数据库，存储在导航设备上。导航引擎根据导航路径，提取导航场景数据，直接动态合成导航路径任意位置处较大比例尺的有相对高度的真三维路桥场景并在导航设备上播放。

所述步骤S106中的真三维导航应用数据库独立于二维导航电子地图数据库。

所述步骤S106中的真三维导航应用数据库中存储的导航场景数据包括路桥场景数据和路边建筑物模型。

所述路桥场景数据包括但不仅限于立交桥、高架路、隧道、过河桥、环岛、上坡道路、下坡道路、平坡道路。所述路边建筑物模型包括但不仅限于楼体形状、楼面装饰、标牌文字、广告牌、路边橱窗。

所述路桥场景数据的存储格式为(L，W，H)，其中L为长度，W为宽度，H为相对高度。所述导航场景数据为矢量化数据。

所述步骤S106中的较大比例尺包括(但不仅限于)1：500米至1：1000米的比例尺。

所述步骤S106中的导航设备为所有可视化导航设备，包括但不仅限于车载导航仪、PND、手机、平板电脑、笔记本电脑。

参见附图4，本发明的另一个目的是提供一种显示真三维导航电子地图中表现路桥相对高度的装置，包括以下模块：

路桥场景数据制作模块201，制作路桥场景数据并存储在真三维导航电子地图数据母库中。

场景数据提取模块202，该模块可以根据导航路径的实际道路特征和景观特征，从真三维导航应用数据库203中提取所需的真三维导航场景数据。

所述真三维导航场景数据包括路桥场景数据和路边建筑物模型。所述路桥场景数据包括但不仅限于立交桥、高架路、隧道、过河桥、环岛、上坡道路、下坡道路、平坡道路。所述路边建筑物模型包括但不仅限于楼体形状、楼面装饰、标牌文字、广告牌、路边橱窗。

所述真三维导航应用数据库203，是独立的数据库。

所述真三维导航应用数据库203中存储的数据格式为(L,W,H)，其中L为长度，W为宽度，H为相对高度。所述真三维导航应用数据库中的数据为矢量化数据。

导航场景合成模块204，该模块可以动态合成导航路径任意位置处较大比例尺的真三维导航场景。

所述真三维路桥导航场景包括但不仅限于可以表现出路桥的相对高度，所述相对高度包括路桥的坡度和高度。

所述较大比例尺包括（但不仅限于）1：500米至1：1000米的比例尺。

导航场景显示模块205，该模块可以在显示设备上显示真三维导航场景。

所述显示设备为所有可视化导航设备，包括但不仅限于车载导航仪、PND、手机、平板电脑、笔记本电脑。以下结合附图5到附图7的来介绍本发明的应用实例。

附图5是基于本发明的方法生成的有坡度的上坡路桥场景。

附图6是基于本发明的方法生成的有层次和高度的路桥场景。

附图7是基于本发明的方法在导航设备上显示出的真三维导航路桥场景画面截图，其中图a、图b、图c分别是在同一导航道路上对同一路桥由远及近的显示。

本发明所述方法可以真实再现路桥的高度，这种相对高度的表达方法是以一个城市的相对高度基准点为原点，以保证在这个城市范围内的所有路桥的坡度和高度状态表达的一致性，这种对相对高度的表达不是在地图应用环节通过导航引擎根据硬件测量值或者属性值计算后描绘，而是在数据制作环节就已经将相对高度融入到三维导航场景数据并存储在独立的数据库中，在地图应用的时候直接由导航引擎根据导航路径动态合成真三维导航场景。

使用者在驾乘过程中，在导航显示设备上浏览真三维导航电子地图，可以真实地感受到导航城市范围内所有具有相对高度路桥的坡度起伏感和高度层次感，这种情景再现式的表达突破了以往三维导航电子地图所使用的模型化和图片化的仿真模拟导航模式，以等比再现的表达方式直观立体地描绘出导航城市范围内路桥高低起伏、错落有致的导航场景。此外由于这种方法不需要增加导航设备额外的硬件配置，节省了导航设备生产商和使用者的成本开销。

Claims (6)

1.一种真三维导航地图上路桥相对高度的表现方法，其特征在于，所述方法包括在真三维导航电子地图数据母库中存储路桥场景数据，所述路桥场景数据是三维数据；

所述方法包括以下步骤：

1)制作路桥场景数据并存储在真三维导航电子地图数据母库中；

2)从真三维导航电子地图数据母库中提取导航设备所需区域的路桥场景数据以及路边建筑物模型，经重新切割组合和数据压缩处理后得到的真三维导航电子地图数据，建立真三维导航应用数据库，存储在导航设备上；

3)导航引擎根据导航路径，提取导航场景数据，直接动态合成导航路径任意位置处较大比例尺的有相对高度的真三维路桥场景并在导航设备上播放；

所述真三维导航应用数据库是独立于二维导航电子地图数据库的；

所述步骤1)具体是：

11)将航片或者卫片制成大比例尺的市街图；

12)以城市为单位，将该城市市街图的中心点作为相对高度基准点，并将其高度值设为0米；

13)以相对高度基准点为原点，外业通过实地测绘作业的方式采集该城市中所有具有相对高度路桥结构道路与相对高度基准点间的高度，生成相对高度值序列阵列，该序列阵列中的每个高度值为采集点处的相对高度；

14)按照采集作业车实地拍摄的360度的真实场景影像、市街图资料以及相对高度序列值阵列，制作格网中每个最小单元格上具有相对高度的路桥场景；

15)将包含相对高度值的三个维度的路桥场景数据存储在真三维导航电子地图数据母库中；

所述实地测绘作业的作业间隔区间长度为100米至1000米；

所述步骤14)中每个最小单元格(L,W)的表现形式是小方格，其中L为长度，W为宽度，所述最小单元格是确定路桥高度和坡度精确程度的一个重要指标，同时也是决定其使用范围的一个主要的影响因素，最小单元格的划分与实地测绘作业间隔区间长度相关，实地测绘作业间隔区间长度越短，最小单元格的长度越短，刻画出的路桥场景越精确，但是数据量呈几何级数增长。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述路桥场景数据的存储格式(L,W,H)，其中L为长度，W为宽度，H为相对高度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中的较大比例尺包括1：500米至1：1000米的比例尺。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导航设备为所有可视化导航设备，包括车载导航仪、PND、手机、平板电脑、笔记本电脑。

5.一种真三维导航电子地图中表现路桥相对高度的装置，其特征在于，所述装置包括以下模块：

路桥场景数据制作模块：制作路桥场景数据并存储在真三维导航电子地图数据母库中；

路桥场景数据提取模块：该模块可以根据导航路径的实际道路特征和景观特征，从真三维导航应用数据库中提取所需的真三维导航场景数据；

真三维导航应用数据库：该数据库是独立的数据库，用于存储包含相对高度值的三个维度的路桥场景数据和路边建筑物模型；

导航场景合成模块，该模块可以动态合成导航路径任意位置处较大比例尺的真三维路桥导航场景；

导航场景显示模块，该模块可以在导航设备上显示真三维导航场景；

所述制作路桥场景数据并存储在真三维导航电子地图数据母库中具体为11)将航片或者卫片制成大比例尺的市街图；

12)以城市为单位，将该城市市街图的中心点作为相对高度基准点，并将其高度值设为0米；

13)以相对高度基准点为原点，外业通过实地测绘作业的方式采集该城市中所有具有相对高度路桥结构道路与相对高度基准点间的高度，生成相对高度值序列阵列，该序列阵列中的每个高度值为采集点处的相对高度；

14)按照采集作业车实地拍摄的360度的真实场景影像、市街图资料以及相对高度序列值阵列，制作格网中每个最小单元格上具有相对高度的路桥场景；

15)将包含相对高度值的三个维度的路桥场景数据存储在真三维导航电子地图数据母库中。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述真三维导航场景数据包括路桥场景数据和路边建筑物模型，所述路桥场景数据包括立交桥、高架路、隧道、过河桥、环岛、上坡道路、下坡道路、平坡道路。