CN101493331A - 一种手机网络导航中矢量地图数据的显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种手机网络导航中矢量地图数据的显示方法，通过对矢量地图中数学要素的交互确认、矢量地图数据的下载及动态缓存处理、矢量地图数据中地理要素的处理、矢量地图数据中整饰要素的处理、矢量地图中车辆位置信息的显示和更新、在导航过程中，用户可在总图导航模式和详图导航模式间进行切换来达到导航界面显示效果友好、导航信息丰富、地图要素分布合理，所需数据量较少的效果。

Description

一种手机网络导航中矢量地图数据的显示方法

技术领域

本发明涉及一种手机网络导航中矢量地图数据的显示方法。

技术背景

目前，有两种常见的手机导航系统，一种是手机自主导航系统，该产品带有GPS接收机，存储有电子地图和导航软件，用户只需输入或选择目的地名称后，设备将运算出最佳路径，显示在电子地图上，供用户参考；另一种是手机网络导航系统，这种产品也带有GPS接收机，当需要导航服务时，手机终端将目的地等相关信息发送到导航中心，由导航中心的服务器运算出最佳路径，并将导航路径和地图实时下载到手机终端。

地图的显示是导航系统的重要组成部分，它构成了人机接口的基础。用户不仅希望导航设备能把他们带到想去的地方，同时他们也希望导航过程中的提示更准确，用户界面交互易懂、清晰和友好。地图显示效果的好坏，直接影响到用户对产品的印象。自主导航系统中的本地地图需要定期进行更新，经常有可能因为道路和交通状况的变化使得导航效果不理想。基于网络的手机导航方式，可以做到地图的实时下载和实时导航，这种方式需要连接到导航中心，用户需支付一定的服务费用。

构成地图的基本内容，叫做地图要素。它包括数学要素、地理要素和整饰要素(亦称辅助要素)，所以又通称地图“三要素”。

(1)数学要素：包括坐标系、比例尺、地图定向等。

(2)地理要素：包括自然地理要素、社会经济要素和其他标志，

其中：

---自然地理要素有水文、地貌、土质和植被；

---社会经济要素有居民地、交通网、行政境界和行政中心；

---其他标志为方位物、经济标志、科学文化标志等。

(3)整饰要素：包括图名、图号、图例和地图资料说明，以及图内各种文字、数字注记等。

基于网络的手机导航方式中，手机终端连接到网络导航中心，下载所需的导航路径和地图矢量数据。在矢量地图数据显示的处理上，若能使得导航界面更友好、信息更丰富，导航效果更准确，同时减少地图下载的数据量，降低网络导航用户的信息流量费用支出，就显得尤为重要。

发明内容

本发明旨在提供一种导航界面显示效果友好、导航信息丰富、地图要素分布合理，所需数据量较少的手机网络导航中矢量地图数据的显示方法。

本发明一种手机网络导航中矢量地图数据的显示方法，包括以下几个步骤：

步骤1、矢量地图中数学要素的交互确认

步骤2、矢量地图数据的下载及动态缓存处理

步骤3、矢量地图数据中地理要素的处理

步骤4、矢量地图数据中整饰要素的处理

步骤5、矢量地图中车辆位置信息的显示和更新

步骤6、在导航过程中，用户可在总图导航模式和详图导航模式间进行切换。

手机终端通过与网络导航中心进行交互来确认显示比例尺、坐标系和地图定向；手机终端将屏幕尺寸大小等相关数据通过无线通信网络的数据传输通道(如GPRS)上传到导航中心，由导航中心确定终端地图的最佳显示比例尺；同时，终端导航地图显示的坐标系和地图方向也由导航中心来确定；导航中心把确定好的数学要素参数下发给手机终端。

在确定好数学要素之后，手机终端开始向中心请求导航地图图幅的矢量数据；导航中心根据之前确定的比例尺，在传送矢量地图数据之前，将图幅显示要素的经纬度坐标转换成终端屏幕像素坐标。

矢量地图数据的显示方法上采取了图幅动态缓存处理技术；每次手机终端进行地图数据请求，会预先从导航中心下载沿导航路径的Nd幅导航地图；图幅数目Nd取决于终端屏幕尺寸和地图显示的比例尺大小，该值在导航请求开始阶段由手机终端与导航中心协商确定；同时，在导航请求开始阶段，将从中心下载一幅全程的总图图幅数据，并在导航过程中一直缓存该图幅数据。

在导航过程中，把单位时间T内使用过的地图图幅数目设定为图幅缓存滑动窗口Nw，同时每间隔时间T从导航中心下载同样数目的Nw幅地图进行缓存，Nw根据实际情况进行动态调整。

手机终端将其当前位置的GPS卫星数据上传到导航中心，导航中心根据终端当前的位置信息从中心地图服务器上截取相应的地图图幅，并对提取的地图图幅要素进行抽析，将各个地图要素的经纬度坐标转换为终端屏幕像素坐标。

在处理地图矢量数据时，先处理显示优先级低的，再处理显示优先级高的，地理要素中，各地图要素显示优先级依次为：轨迹线＞道路线＞兴趣点POI标识＞区块，显示的处理顺序从优先级低的到优先级高的，优先级高的可以覆盖优先级低的地图要素。

区块矢量数据的显示处理

在网络导航中心服务器，对地图进行抽析，取定相应不规则多边形“区块”各个顶点的经纬度数据，并将其转换成屏幕像素坐标下发到手机终端。

终端地图的区块显示算法建立在多边形边边界的矢量形式数据之上，多边形以N，X[n]，Y[n]形式给出，其中X[n]，Y[n]中存放着多边形的N个顶点的坐标(Xn，Yn)。

区块显示改进算法实现的基本步骤如下：

a)对多边形的左、右顶点进行特殊处理，并先画出水平边；

b)对左、右顶点处理后多边形的各个顶点坐标按照Y值由大到小进行排序(Ymax～Ymin)；

c)取定Scan(Y)＝Ymax；

d)对对应Scan(Y)值的坐标进行水平扫描；

e)求取扫描线与各边的交点(X1，X2，…，Xn)；

f)将这些交点按照X坐标由小到大进行排序(Xmin，…，Xmax)；

g)将排序后的交点成对取出，作为两个端点，以所填的色彩画水平直线；

h)Scan(Y)值减1，当Scan(Y)值小于Ymin，完成填色，否则跳到d)继续。

在道路线的显示上，我们做了如下特殊处理：

a)将道路线的显示分两层，底层为边线，上层为道路中间线；

b)先显示边线，再处理道路中间线；

c)边线宽度比中间线多2个像素的宽度；

d)以不同颜色来区分边线和中间线；

总图导航和详图导航两种模式：

总图导航显示导航路径全图，包含的地图显示要素有：全程导航轨迹、水域、绿地、车辆当前位置标识和导航附加提示信息，总图在导航请求开始阶段就已经下载到手机终端。

详图导航也称实时导航，用于显示车辆当前图幅所在位置的详细信息。包含的地图显示要素有：导航轨迹、水域、绿地、铁路线、道路线、POI标识、文本信息、车辆当前位置标识和导航附加提示信息。

采用了本发明一种手机网络导航中矢量地图数据的显示方法，可以做到：

1、地图显示要素层次划分灵活，合理分类，各要素独立处理和显示；

2、通过与网络导航中心的交互，确认矢量地图相关的数学要素，同时地图显示比例尺自适应于手机屏幕的大小；

3、地图显示内容由网络导航中心确定，包括各个地图要素的内容和对应的屏幕像素坐标，这样做可以减少地图显示模块对手机终端处理器的时间占用，提高显示和更新速度；

4、通过比特流的处理方式和合理的地图要素抽析，在不影响显示效果和信息量的前提下可以大大减少通信数据量；

5、在导航过程中，由于驾驶情况和GPS信号漂移，经常会出现偏离导航路径的情况，这时需要重新计算导航路径，重新开始导航。如果每次偏离导航路径后都重新下载地图，将会造成通信数据量的浪费，本发明通过在终端实现地图图幅动态缓存技术，解决了此问题；

6、本发明合理定义地理要素显示对象和整饰要素文本对象的数据结构，并对各要素的显示处理方法进行优化，显示效果友好，导航信息丰富；

7、支持总图导航和详图导航两种模式，在方便不同用户导航习惯的同时，可以做到不间断的实时网络中心导航。

具体实施方式

本发明一种手机网络导航中矢量地图数据的显示方法，包括以下几个步骤：

步骤1、矢量地图中数学要素的交互确认

导航地图的显示以比例尺、坐标系和地图定向等地图数学要素为基础。手机终端通过与网络导航中心进行交互来确认这些要素。手机终端将屏幕尺寸大小等相关数据通过无线通信网络的数据传输通道(如GPRS)上传到导航中心，由导航中心确定终端地图的最佳显示比例尺。同时，终端导航地图显示的坐标系和地图方向也由导航中心来确定。导航中心会把确定好的数学要素参数下发给手机终端。

步骤2、矢量地图数据的下载及动态缓存处理

在确定好数学要素之后，手机终端开始向中心请求导航地图图幅的矢量数据。本发明中，导航中心根据之前确定的比例尺，在传送矢量地图数据之前，将图幅显示要素的经纬度坐标转换成终端屏幕像素坐标。本发明中矢量地图显示要素坐标系采用终端屏幕像素坐标的好处在于：

(1)用屏幕像素坐标来表示地图要素信息的数据量大约是用经纬度坐标来表示所需数据量的30％，可以大大减少通信的数据量；

(2)同时，经纬度坐标到屏幕像素坐标的转换由导航中心来处理，可以减少因为坐标转换导致地图显示模块对手机终端处理器的时间占用，提高终端地图显示更新的速度。

本发明中矢量地图数据的显示方法上采取了图幅动态缓存处理技术。每次手机终端进行地图数据请求，会预先从导航中心下载沿导航路径的Nd幅导航地图。图幅数目Nd取决于终端屏幕尺寸和地图显示的比例尺大小，该值在导航请求开始阶段由手机终端与导航中心协商确定。同时，在导航请求开始阶段，将从中心下载一幅全程的总图图幅数据，并在导航过程中一直缓存该图幅数据。

在导航过程中，把单位时间T内使用过的地图图幅数目设定为图幅缓存滑动窗口Nw，同时每间隔时间T从导航中心下载同样数目的Nw幅地图进行缓存，Nw根据实际情况进行动态调整。相比较于下载一幅使用一幅的方式，本发明图幅动态缓存处理技术的优点在于：

(1)当无线通信网络出现异常或者用户处于盲区时，在短时间内无法下载可用的地图图幅数据，这时就可先使用预先下载的地图图幅数据。

(2)在某种情况下用完缓存的地图图幅，且没有新的图幅可用，那么手机终端将自动切换到总图导航模式，使用缓存的总图图幅数据，待网络通信恢复正常，将下载新的实时导航地图图幅。

(3)由于实际交通状况限制或GPS信号漂移等原因，实际导航的时候，经

常会出现偏离导航路径的情况。这时手机终端需要重新向导航中心请求计算导航路径，重新开始导航。如果每次偏离导航路径后都重新下载地图，将会造成数据量的浪费，通过在终端实现动态缓存技术可以部分解决此问题。导航中心将会比较前后两次的导航路径，如果沿导航路径的地图图幅数据一样，则不重新下载图幅数据。

步骤3、矢量地图数据中地理要素的处理

地理要素是矢量地图数据的主要组成。本发明中从网络导航中心下载的矢量地图图幅包括如下的地理要素显示对象类型：

---区块：表示水域、绿地和特殊区域(如禁区等)；

---道路线：表示在屏幕地图图幅范围内的各等级道路；

---轨迹线：表示导航驾驶过程中到达目的地的行驶线路；

---兴趣点(POI)：用于显示导航路径周边的自然、社会经济、科学文化等标志。

地图要素的数据结构既是网络数据传输协议的基础，也是矢量地图数据进行显示处理时的基础和依据。本发明中，地图图幅的数据结构定义如表1所示。

表1

各个地图要素(显示对象类型)在手机终端上的屏幕像素坐标由导航中心来计算和确定，以尽可能避免地理要素间的重叠显示。具体流程是：手机终端将其当前位置的GPS卫星数据上传到导航中心；导航中心根据终端当前的位置信息从中心地图服务器上截取相应的地图图幅；并对提取的地图图幅要素进行抽析，将各个地图要素的经纬度坐标转换为终端屏幕像素坐标。

本发明中，在处理地图矢量数据时，先处理显示优先级低的，再处理显示优先级高的，这样整个地图要素的显示就会层次清晰，主次分明。地理要素中，各地图要素显示优先级依次为：轨迹线＞道路线＞兴趣点POI标识＞区块，显示的处理顺序从优先级低的到优先级高的，优先级高的可以覆盖优先级低的地图要素。

(1)区块矢量数据的显示处理

在网络导航中心服务器，对地图进行抽析，取定相应不规则多边形“区块”各个顶点的经纬度数据，并将其转换成屏幕像素坐标下发到手机终端。

描述一个区块，需要知道区块类型、节点个数及各个节点的屏幕像素坐标。区块的数据结构定义为：

表2

区块的填充，就是对不规则多边形的颜色填充。因为光栅化后的屏幕坐标是离散的，因此需要小心处理水平边等特殊情况。本发明采取的是“改进的扫描线填色算法”(Improved Scan-Line FillingAlgorithm)。该算法利用多边形边边界的矢量形式数据，用于对指定区域范围内的屏幕像素进行填色的操作，算法能够准确的显示中心抽析后的相应区域的图形，可做到无误差重现。

算法建立在多边形边边界的矢量形式数据之上，多边形以N，X[n]，Y[n]形式给出，其中X[n]，Y[n]中存放着多边形的N个顶点的坐标(Xn，Yn)。

改进算法实现的基本步骤如下：

a)对多边形的左、右顶点进行特殊处理，并先画出水平边；

b)对左、右顶点处理后多边形的各个顶点坐标按照Y值由大到小进行排序(Ymax～Ymin)；

c)取定Scan(Y)＝Ymax；

d)对对应Scan(Y)值的坐标进行水平扫描；

e)求取扫描线与各边的交点(X1，X2，…，Xn)；

f)将这些交点按照X坐标由小到大进行排序(Xmin，…，Xmax)；

g)将排序后的交点成对取出，作为两个端点，以所填的色彩画水平直线；

h)Scan(Y)值减1，当Scan(Y)值小于Ymin，完成填色，否则跳到d)继续。

对于算法，我们对步骤a)和步骤e)进行了改进，同时增加了步骤f)。

进行步骤a)的原因是：当扫描线与多边形的每个顶点相交时，会同时产生2个交点，这是因为一个顶点同属于多边形之两条边的端点；这时，如果所交的顶点是左顶点或右顶点，填色就会因奇偶计数出错而出现错误；因此，对多边形的所有左、右顶点，需将左、右顶点的入边(以该顶点为终点的那条边)的终点删去。同时，因为屏幕坐标像素化，使得左、右顶点的处理与水平边的处理产生了相关性。本发明中，考虑了这种相关性，并做到了水平边前后的左、右顶点的合理剔除，使得区块的显示无误差。

同时在步骤e)，改进算法采用活性边表将多边形的边分成两个子集：与当前扫描线相交的边的集合，以及与当前的扫描线不相交的边的集合。后者不必予以求交，这样就提高了算法的效率，并在每次求交后对Y值重新确认排序。

步骤f)的增加减少了步骤g)对X坐标值逐个比较的工作，提高了算法的效率。发明同时考虑了像素坐标需要处理的一些边界异常，使得算法更加健壮。

(2)道路线矢量数据的显示处理

对于道路线，中心用不规则的折线近似代替，提取相应拐点的坐标数据。一条道路线，包括道路等级、道路线节点个数及各个节点的屏幕像素坐标。道路线数据结构定义为：

表3

在处理上，我们将道路分为主干道、次干道和道路支线三个等级，分别用不同的颜色和宽度来表示，道路等级越高，显示的优先级也越高。

对于一张导航地图，道路线是最重要的要素，道路线显示效果的好坏直接影响到用户对导航服务的评价。因此，在道路线的显示上，我们做了如下特殊处理：

a)将道路线的显示分两层，底层为边线，上层为道路中间线；

b)先显示边线，再处理道路中间线；

c)边线宽度比中间线多2个像素的宽度；

d)以不同颜色来区分边线和中间线；

经过以上处理后，道路线显示效果和实际的道路线接近，比一般用单色线来描绘的效果要好很多。

(3)导航轨迹线的显示处理

在导航过程中，除了语音提示外，对用户直接起到导航作用的就是地图上的导航轨迹线。导航轨迹线的显示优先级最高，本发明采用区别于道路线的特殊颜色来突出导航轨迹线。对轨迹线的处理和道路线一样，只需知道轨迹线各个节点的屏幕像素坐标的数据就可以进行显示的操作。轨迹线数据结构定义如表4所示。

轨迹节点个数
	坐标点1
......
	坐标点N

表4

(4)兴趣点(POI)标识的显示处理

对于兴趣点(POI)，需要按照兴趣点POI对应场所的性质、分类和服务对象进行分类。进行显示处理时，需要知道的信息有POI类型、文本描述信息和屏幕像素坐标，而POI文本描述信息应归到“文本”对象中去。地理要素定义的兴趣点数据结构如图5所示。

POI类型
	POI中心点屏幕坐标

表5

步骤4、矢量地图数据中整饰要素的处理

整饰要素用于对地图进行必要的标注，导航地图中主要为文本提示信息。包括道路名称、POI名称和导航附加提示信息。

跟地理要素一样，整饰要素也是一种显示要素类型，所有的信息都从矢量地图图幅数据中提取。整饰要素信息同时携带了文本名称的屏幕像素坐标，整饰要素的显示优先级比地理要素高。整饰要素的数据结构如表6所示。

文本名称属性
	文本名称
文本显示时对应的左上角屏幕坐标

表6

对于道路名称的显示处理，沿道路方向均匀分布，对于需要换行的文本，采取内容独立，坐标关联的做法进行显示。文本显示时，先分别朝上下左右方向移一个像素，显示白色的文本底，再在中心位置显示文本，这样所显示的文本均有一个附加的边框，使得文本与周围要素的区分度提高，整体的显示效果也会更好。

兴趣点POI名称显示于POI图标的左、右和下面；

在实时导航过程中，还有一些实时的描述性文字信息，例如：车辆当前所处的道路名称、下一路口的转向提示、距离下一路口的距离和剩余的总里程等。这些导航附加提示信息也是手机网络导航矢量地图数据的重要组成部分。它们使得用户能随时掌握导航的状态，同时也丰富了矢量地图数据的显示内容。导航附加提示信息与下面提到的车辆当前位置信息同步更新。

步骤5、矢量地图中车辆位置信息的显示和更新

在实时导航过程中，矢量地图数据作为用户(车辆或个人)当前位置的参考背景而存在，从某种意义上来说，对用户真正起到提示作用的是车辆当前位置。本发明中，只要车辆当前位置标识在屏幕地图的区域范围内，就仅更新车辆当前位置标识，不改变当前的矢量地图背景。这样做会使得地图得到有效的利用，减少终端屏幕的刷新，降低功耗。

步骤6、导航模式的切换

在导航过程中，本发明采取了总图导航和详图导航两种模式。

总图导航显示导航路径全图，包含的地图显示要素有：全程导航轨迹、水域、绿地、车辆当前位置标识和导航附加提示信息。

详图导航也称实时导航，用于显示车辆当前图幅所在位置的详细信息。包含的地图显示要素有：导航轨迹、水域、绿地、铁路线、道路线、POI标识、文本信息、车辆当前位置标识和导航附加提示信息。

总图在导航请求开始阶段就已经下载到手机终端，在导航过程中，用户可在总图模式和详图模式间进行切换。遇到网络信号不好或者通信故障暂时无法下载详图进行导航时，手机终端会自动切换到总图导航模式，防止导航过程的异常中断。

Claims (7)

1、一种手机网络导航中矢量地图数据的显示方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

步骤1、矢量地图中数学要素的交互确认；

步骤2、矢量地图数据的下载及动态缓存处理；

步骤3、矢量地图数据中地理要素的处理；

步骤4、矢量地图数据中整饰要素的处理；

步骤5、矢量地图中车辆位置信息的显示和更新；

步骤6、在导航过程中，用户可在总图导航模式和详图导航模式间进行切换。

2、如权利要求1所示的一种手机网络导航中矢量地图数据的显示方法，其特征在于：所述的矢量地图中数学要素的交互确认为手机终端通过与网络导航中心进行交互来确认显示比例尺、坐标系和地图定向；手机终端将屏幕尺寸大小等相关数据通过无线通信网络的数据传输通道上传到导航中心，由导航中心确定终端地图的最佳显示比例尺；同时，终端导航地图显示的坐标系和地图方向也由导航中心来确定；导航中心把确定好的数学要素参数下发给手机终端。

3、如权利要求1所示的一种手机网络导航中矢量地图数据的显示方法，其特征在于：所述的矢量地图数据的下载及动态缓存处理为在确定好数学要素之后，手机终端开始向中心请求导航地图图幅的矢量数据；导航中心根据之前确定的比例尺，在传送矢量地图数据之前，将图幅显示要素的经纬度坐标转换成终端屏幕像素坐标；

矢量地图数据的显示方法上采取了图幅动态缓存处理技术；每次手机终端进行地图数据请求，会预先从导航中心下载沿导航路径的Nd幅导航地图；图幅数目Nd取决于终端屏幕尺寸和地图显示的比例尺大小，该值在导航请求开始阶段由手机终端与导航中心协商确定；同时，在导航请求开始阶段，将从中心下载一幅全程的总图图幅数据，并在导航过程中一直缓存该图幅数据；

在导航过程中，把单位时间T内使用过的地图图幅数目设定为图幅缓存滑动窗口Nw，同时每间隔时间T从导航中心下载同样数目的Nw幅地图进行缓存，Nw根据实际情况进行动态调整。

4、如权利要求1所示的一种手机网络导航中矢量地图数据的显示方法，其特征在于：所述的矢量地图数据中地理要素的处理是手机终端将其当前位置的GPS卫星数据上传到导航中心，导航中心根据终端当前的位置信息从中心地图服务器上截取相应的地图图幅，并对提取的地图图幅要素进行抽析，将各个地图要素相应不规则多边形“区块”各个顶点的经纬度坐标转换为手机终端屏幕像素坐标下发到手机终端；

在处理地图矢量数据时，先处理显示优先级低的，再处理显示优先级高的，地理要素中，各地图要素显示优先级依次为：轨迹线＞道路线＞兴趣点POI标识＞区块，显示的处理顺序从优先级低的到优先级高的，优先级高的可以覆盖优先级低的地图要素。

5、如权利要求4所示的一种手机网络导航中矢量地图数据的显示方法，其特征在于：对所述区块的算法建立在多边形边边界的矢量形式数据之上，多边形以N，X[n]，Y[n]形式给出，其中X[n]，Y[n]中存放着多边形的N个顶点的坐标(Xn，Yn)。

算法实现的基本步骤如下：

a)对多边形的左、右顶点进行特殊处理，并先画出水平边；

b)对左、右顶点处理后多边形的各个顶点坐标按照Y值由大到小进行排序(Ymax～Ymin)；

c)取定Scan(Y)＝Ymax；

d)对对应Scan(Y)值的坐标进行水平扫描；

e)求取扫描线与各边的交点(X1，X2，…，Xn)；

f)将这些交点按照X坐标由小到大进行排序(Xmin，…，Xmax)；

g)将排序后的交点成对取出，作为两个端点，以所填的色彩画水平直线；

h)Scan(Y)值减1，当Scan(Y)值小于Ymin，完成填色，否则跳到d)继续。

6、如权利要求1所示的一种手机网络导航中矢量地图数据的显示方法，其特征在于：所述的矢量地图数据中地理要素的处理中在道路线的显示上，采用下述方式：

a)将道路线的显示分两层，底层为边线，上层为道路中间线；

b)先显示边线，再处理道路中间线；

c)边线宽度比中间线多2个像素的宽度；

d)以不同颜色来区分边线和中间线。

7、如权利要求4所示的一种手机网络导航中矢量地图数据的显示方法，其特征在于：总图导航显示导航路径全图，包含的地图显示要素有：全程导航轨迹、水域、绿地、车辆当前位置标识和导航附加提示信息，总图在导航请求开始阶段就已经下载到手机终端。

详图导航也称实时导航，用于显示车辆当前图幅所在位置的详细信息。包含的地图显示要素有：导航轨迹、水域、绿地、铁路线、道路线、POI标识、文本信息、车辆当前位置标识和导航附加提示信息。