CN103234547B - 真三维导航中道路场景的显示方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种真三维导航中道路场景的显示方法和装置，所述方法通过制作真三维道路导航场景模型，建立真三维导航电子地图数据母库，并根据导航设备的导航需要建立真三维导航应用数据库并存储在导航设备上，经导航引擎动态合成真三维导航场景以及在导航设备上播放真三维导航场景。本发明的有益效果是驾乘者在驾驶过程中，在导航设备上浏览真三维导航电子地图，可以看到对导航起实质作用的路况形态和道路场景的真实再现，加上可以显示路径引导和方向的箭头，使导航效果更精准、更完美。

Description

真三维导航中道路场景的显示方法和装置

技术领域

本发明涉及导航技术领域，尤其涉及真三维导航中道路场景的显示方法，以及基于该方法的装置。

背景技术

现代地理信息***的二元素结构包括图形文件和对应的属性数据库。在二维导航电子地图上，所有地理信息数据都被抽象化，街面被抽象为线条加属性进行表达，屋廓图面被抽象为点加属性来表达，对于二维数据无法完整表达的地方，用实景图和模式图进行补充表达。

但是二维电子地图静态而抽象的表达方法无法为使用者提供与当前道路相同的更真实的导航服务，为了更形象的表达日益复杂的城市道路形态，三维导航电子地图诞生了。三维导航电子地图以其真实的导航视觉效果，吸引着越来越多的使用者，成为导航服务尤其是车载导航服务的热点。

从已面世的导航电子地图来看，如图1所示，现有的所谓三维导航电子地图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，其所使用的正射影像图多由二维屋廓图和相对于平均道路面的相对高程数据处理后生成。再看地图的细部导航场景，如图2所示，地图上标注的具有立体感的三维建筑物模型是现有三维导航电子地图视觉表达的重点，对于道路形态的表达都是由导航引擎读取二维导航数据的基本属性后生成，显示比例都是小于等于1：5000米的小比例尺，导航误差一般在5米至10米之间，这些都是二维数据本身制作标准所允许的，但是导航引擎只能简单地图形化表现出道路的宽度、隔离以及分道状态，而对于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、公交站牌等道路及道路附属设施和地表要素的表达不全甚至没有。在实际的导航过程中，仅靠三维建筑模型来支持和改善导航的作用并不显著，有时甚至还会因为三维建筑模型遮挡导航设备的界面，适得其反地破坏导航功能，妨碍驾驶安全。这些只是在二维导航电子地图上放置了一些三维建筑模型的地图只能提供仿真导航，严格意义上说只能称作二维导航电子地图的变种（我们可以称之为假三维导航电子地图），它们并没有从本质上区分出二维导航和三维导航。

真三维导航电子地图基于独立的三维导航应用数据库，用高精度三个维度的（X,Y,Z）矢量化数据，以真实建模的方式动态再现了导航道路的三维场景。

表1以表格形式列举真三维导航电子地图与已面世的所谓三维导航电子地图以及二维导航电子地图的差异。

表 1

	真三维导航电子地图	假三维导航电子地图	二维导航电子地图
				道路的三维表达方式	可真实表现出立交桥、隧道与平交道路的层次关系	不可表达，表达方式同二维	用属性表达
比例尺	1：500米～1：1000米	1：5000米～1：10000米	1：5000米～1：10000米
				数据组织形式	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，矢量化数据	二维导航电子地图数据库和三维建筑模型	二维导航电子地图数据库
坐标系	三维坐标系（x,y,z），z为相对高度	二维坐标系(x,y)	二维坐标系(x,y)
				导航误差	1米以内	5米-10米之间	5米-10米之间
表达要素	是真实导航道路路况和场景的再现，其所表达的导航道路路况关键要素主要有路面标线、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	在二维地图的背景上叠加三维建筑物模型	图形化简单的表现出道路的宽度、隔离以及分道状态

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。

现有技术中既没有公开地、完整地以大比例尺对三维导航地图中起导航作用的导航道路场景进行显示的方法，又没有使用该方法显示真三维导航中道路场景的装置。

发明内容

为了解决现有二维导航电子地图中对导航道路场景显示不足的缺点，本发明提供了真三维导航电子地图中道路场景的显示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中道路场景的显示方法，方法包括：

1．制作真三维道路导航场景模型，建立真三维导航电子地图数据母库。

所述真三维道路导航场景模型的建立步骤包括：

．将航片（航空拍摄图片）或者卫片（卫星拍摄图片）制成大于等于1：1000米大比例尺级别的市街图；

．外业通过采集作业车实地拍摄360度的道路真实场景；

．按照所述步骤的影像采集数据和所述步骤的市街图资料，分别制作道路场景和路边建筑物模型；

所述道路场景包括但不仅限于道路、道路附属设施、地表。所述道路的表达要素包括但不仅限于路面标线、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；所述道路附属设施的表达要素包括但不仅限于红绿灯、交通标牌、过街天桥、公交站牌；所述地表的表达要素包括但不仅限于绿地、树木、水系、铁路。

所述道路场景中的道路和道路附属设施采用在二维XY坐标系中增加相对高度Z坐标的三维坐标系中，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数据。所述相对高度尤其可以表达出导航道路真实的坡度起伏状态。所述三个维度的导航场景数据为矢量化数据。

所述道路场景的道路形态包括但不仅限于双线化道路、非双线化道路、辅路、环岛、道路连接路、调头专用道、左转专用道、右转专用道、出口和/或入口道路、商业步行街、内连接路口。

所述道路交通流方向可以是双向通行、与矢量化方向相同可通行、与矢量化方向相反可通行、双向禁行。

所述道路的车道数量包括但不仅限于一车道、二车道、三车道、四车道、五车道、六车道及以上。

所述道路坡度包括但不仅限于平坡、上坡、下坡。

所述道路的道路隔离状态包括但不仅限于无隔离设施、有物理隔离设施、有法定隔离设施。

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。

．合并道路场景数据和路边建筑物模型生成真三维导航场景模型，并进行质量检查。

．将组成质检合格真三维导航场景模型的真三维导航场景数据存储在数据库中，建立独立的真三维导航电子地图数据母库。

所述真三维导航场景数据包括道路场景数据和路边建筑物模型。

所述真三维导航电子地图数据母库中数据的存储格式为（L,W,H），其中L为长度，W为宽度，H为相对高度。

所述真三维导航电子地图数据母库中的数据按照路段和路口两个基本单元进行管理，在路段的两端分别连接不同的路口和/或路段。所述路口通常包括一个和/或多个十字路口和/或丁字路口。

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数据，经过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。

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。

3．导航引擎根据导航路径从真三维导航应用数据库中读取真三维导航场景数据，动态合成导航路径任意位置处较大比例尺的真三维道路场景。

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。

4. 在导航设备上播放真三维导航场景。

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道路场景的装置，包括以下模块：

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要素数据。

真三维导航应用数据库，是独立的数据库，用于存储真三维导航场景数据。

所述真三维导航应用数据库中的导航场景数据为矢量化数据。

所述真三维导航场景数据真实再现了实际的场景，包括路口场景数据和路段场景数据。

所述路段场景数据包括但不仅限于道路、道路附属设施、建筑物、地表；所述道路场景要素包含（但不仅限于）路面标线、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；所述道路附属设施要素包含（但不仅限于）红绿灯、交通标牌、过街天桥、公交站牌；所述建筑物要包含（但不仅限于）楼体形状、楼面装饰、标牌文字、广告牌、路边橱窗；所述地表要素包含（但不仅限于）绿地、树木、水系、铁路。

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。

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。

驾乘者在驾驶过程中，在导航显示设备上浏览真三维导航电子地图，可以看到街景、路况形态和道路场景的细部表达，通过在真三维导航电子地图中对这些起导航作用的道路场景的显示，加上可以显示路径引导和方向的箭头，使导航效果更精准、更完美。

附图说明

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。

图1为现有技术所生成三维导航电子地图的示意图；

图2为现有技术所生成三维导航电子地图细部表达的示意图；

图3为本发明所述方法的流程示意图；

图4为本发明所述真三维导航电子地图数据母库中数据的组成结构示意图；

图5为本发明所述装置的结构框图；

图6为本发明所述二维导航电子地图中导航道路的示意图；

图7为本发明所述真三维导航电子地图中导航场景的示意图；

图8为本发明所述真三维导航电子地图导航场景要素中道路场景的示意图；

图9为本发明所述真三维导航电子地图导航场景要素中道路附属设施场景的示意图；

图10为本发明所述真三维导航电子地图导航场景要素中建筑物场景的示意图；

图11为本发明所述真三维导航电子地图导航场景要素中地表场景的示意图。

具体实施方式

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S1，建立真三维导航电子地图数据母库步骤：制作真三维道路导航场景模型，建立真三维导航电子地图数据母库。

所述步骤S1还包括步骤S101，将航片（航空拍摄图片）或者卫片（卫星拍摄图片）制成大于等于1：1000米大比例尺级别的市街图；

所述步骤S1还包括步骤S102，外业通过采集作业车实地拍摄360度的道路真实场景；

所述步骤S1还包括步骤S103，按照所述步骤S102的影像采集数据和步骤S101市街图资料，分别制作道路场景和路边建筑物模型；

如图4所示，所述真三维导航电子地图数据母库中存储的数据包括路边建筑物模型2021和道路场景数据2022。所述道路场景数据2022包括但不仅限于道路20221、道路附属设施20222、地表20223；所述道路场景20221要素包含（但不仅限于）路面标线、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。所述道路附属设施要素20222包含（但不仅限于）红绿灯、交通标牌、过街天桥、公交站牌。所述地表要素20223包含（但不仅限于）绿地、树木、水系、铁路。所述建筑物模型2021要素包含（但不仅限于）楼体形状、楼面装饰、标牌文字、广告牌、路边橱窗。

所述步骤S103道路场景中的道路和道路附属设施采用在二维XY坐标系中增加相对高度Z坐标的三维坐标系中，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数据。所述相对高度尤其可以表达出导航道路真实的坡度起伏状态。所述三个维度的导航场景数据为矢量化数据。

所述步骤S103中道路场景的道路形态包括但不仅限于双线化道路、非双线化道路、辅路、环岛、道路连接路、调头专用道、左转专用道、右转专用道、出口和/或入口道路、商业步行街、内连接路口。

所述步骤S103中道路的交通流方向可以是双向通行、与矢量化方向相同可通行、与矢量化方向相反可通行、双向禁行。

所述步骤S103中道路的车道数量包括但不仅限于一车道、二车道、三车道、四车道、五车道、六车道及以上。

所述步骤S103中道路坡度包括但不仅限于平坡、上坡、下坡。

所述步骤S103中道路的道路隔离状态包括但不仅限于无隔离设施、有物理隔离设施、有法定隔离设施。

所述步骤S103中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。

所述步骤S1还包括步骤S104，合并道路场景数据和路边建筑物模型生成真三维导航场景模型，并进行质量检查。

所述步骤S104中的质量检查是对导航场景模型进行质量检查，质检项分为重要检查项和一般检查项，其检查内容与检查标准如表2所示：

表 2

所述步骤S1还包括步骤S105，将组成质检合格真三维导航场景模型的真三维导航场景数据存储在数据库中，建立独立的真三维导航电子地图数据母库。

所述步骤S105中的真三维导航场景数据包括道路场景数据和路边建筑物模型。

所述步骤S105中真三维导航电子地图数据母库中数据的存储格式为（L,W,H），其中L为长度，W为宽度，H为相对高度。

所述步骤S105中真三维导航电子地图数据母库中的数据按照路段和路口两个基本单元进行管理，在路段的两端分别连接不同的路口和/或路段。所述路口通常包括一个和/或多个十字路口和/或丁字路口。

步骤S2，建立真三维导航应用数据库步骤：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数据，经过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。

所述步骤S2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S2中真三维导航应用数据库存储的真三维导航场景数据，与二维导航数据有着本质的区别。二维导航数据表达出的道路形态是由导航引擎读取二维导航数据的基本属性后，以简单地图形表现出来，其仅能表达道路宽度、隔离状态、分道状态；所述真三维导航场景数据包括道路场景数据和路边建筑物模型，其表达的重点是导航道路的路况，尤其重视对有坡度的道路路况、有高度的复杂道路以及道路附属设施的表达，导航表达要素包括但不仅限于路面标线、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、车道数、道路坡度、红绿灯、交通标牌等，而路边的建筑体仅提供参照作用，辅以三维导航诱导线，提供完美的三维导航服务。

所述步骤S2中真三维导航应用数据库存储的真三维导航场景数据与所述步骤S1中真三维导航电子地图数据母库中的数据格式和数据管理方式相同。

所述步骤S2中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。

步骤S3，动态合成真三维导航场景步骤：导航引擎根据导航路径从真三维导航应用数据库中读取真三维导航场景数据，动态合成导航路径任意位置处较大比例尺的真三维道路场景。

所述步骤S3中较大比例尺包括（但不仅限于）1：500米至1：1000米的比例尺。

步骤S4，真三维导航场景播放步骤：在导航设备上播放真三维导航道路场景。

所述步骤S4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4-5，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道路场景的装置，包括以下模块：

场景数据提取模块201，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202中提取所需的真三维导航场景要素数据。

真三维导航应用数据库202，是独立的数据库，用于存储真三维导航场景数据。

所述真三维导航应用数据库202中的导航场景数据为矢量化数据。

所述真三维导航应用数据库中存储的数据包括路边建筑物模型和道路场景数据。所述道路场景数据包括但不仅限于道路、道路附属设施、地表。所述道路场景要素包含（但不仅限于）路面标线、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。所述道路附属设施要素包含（但不仅限于）红绿灯、交通标牌、过街天桥、公交站牌。所述地表要素包含（但不仅限于）绿地、树木、水系、铁路。所述建筑物模型要素包含（但不仅限于）楼体形状、楼面装饰、标牌文字、广告牌、路边橱窗。

所述真三维导航电子应用数据库中数据的存储格式为（L,W,H），其中L为长度，W为宽度，H为相对高度。

所述真三维导航电子地图数据库中的数据按照路段和路口两个基本单元进行管理，在路段的两端分别连接不同的路口和/或路段。所述路口通常包括一个和/或多个十字路口和/或丁字路口。

导航场景合成模块203，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204，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。

以东二环北路进入机场高速口的导航场景为例，结合附图6到附图11的来介绍本发明的应用实例。

附图6是东二环北路入机场高速口的二维平面导航电子地图截图，基于此二维平面导航电子地图进行导航，使用者从图上仅可见屋廓以及道路基本形态，二维抽象的表达形式无法完整直观地展示道路的真实场景。

附图7是基于本发明的方法和装置在导航设备上显示的东二环北路入机场高速口（与附图7处于相同路网）的真三维道路场景画面截图，从画面中使用者可以很直观的看到三维形态的真实场景，通过这些导航场景，使用者可以清晰地了解到实际的道路形态、道路附属设施、路边建筑物以及地表情况，以便预知方向信息、提前处理变道和减速避让红路灯，安全准确地到达目的地。

附图8是基于本发明的方法和装置在导航设备上显示的包含道路要素的北二环东路入机场高速的真三维导航道路场景画面截图。

附图9是基于本发明的方法和装置在导航设备上显示的包含道路附属设施要素的东二环北路入机场高速的真三维导航道路场景画面截图。

附图10是基于本发明的方法和装置在导航设备上显示的包含道路周边建筑物要素的北二环中路主路西向东雍和宫处的真三维导航道路场景画面截图。

附图11是基于本发明的方法和装置在导航设备上显示的包含道路周边地表要素的东二环环北路入机场高速口的真三维导航道路场景画面截图。

应当理解的是对本领域技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种真三维导航中道路场景的显示方法，其特征在于，所方法包括以下步骤：

1)建立真三维导航电子地图数据母库：制作真三维道路导航景模型，建立真三维导航电子地图数据母库；

2)建立真三维导航应用数据库：从真三维导航电子地图数据库中提取导航设备所需区域的数据，经过重新切割组合和数据压缩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；

步骤2)中的真三维导航应用数据库独立于二维导航电子地图据库，用高精度三个维度的(X,Y,Z)矢量化数据，以真实建模的式动态再现了导航道路的三维场景；

3)动态合成真三维导航场景：导航引擎根据导航路径从真三导航应用数据库中读取真三维导航场景数据，动态合成导航路径任位置处较大比例尺的真三维道路场景；

在导航设备上播放真三维导航场景；所述真三维导航电子地图数据母库中数据的存储格式为(L，W，H)，其中L为长度，W为度，H为相对高度；

所述步骤1)具体包括：

步骤101：将航片(航空拍摄图片)或者卫片(卫星拍摄图片制成大于等于1：1000米大比例尺级别的市街图；

步骤102：外业通过采集作业车实地拍摄360度的道路真实场景；

步骤103：按照步骤102)采集的道路数据和步骤101)制成的市街图，分别制作道路场景和路边建筑物模型；

步骤104：合并道路场景数据和路边建筑物数据生成真三维导航场景模型，并进行质量检查；

步骤105，将组成质检合格真三维导航场景模型的真三维导航场景数据存储在数据库中，建立独立的真三维导航电子地图数据母库。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤103中道路场景包括(但不仅限于)道路、道路附属设施、地表。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤103道路场景中道路和道路附属设施采用在二维XY坐标系中增加相对高度Z坐标的三维坐标系中，按照只允许导航误差在1米之内的制作标准，制作的包含三个维度的导航场景数据。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述真三维导航场景数据包括道路场景和路边建筑物模型。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述三个维度的导航场景数据为矢量化数据。

6.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，包括但不仅限于车载导航仪、PND、手机、平板电脑、笔记本电脑。

7.根据权利要求1-6之一所述的方法，所述方法基于使用一种显示真三维导航电子地图中道路场景的装置，其特征在于，所述装置包括以下模块：

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要素数据；

真三维导航应用数据库；

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。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，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，用于存储真三维导航场景数据，所述导航场景数据为矢量化数据。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，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。