CN103063219B

CN103063219B - 一种导航电子地图预处理及显示方法

Info

Publication number: CN103063219B
Application number: CN201210562663.3A
Authority: CN
Inventors: 杨殿阁; 连小珉; 李江涛; 张照生; 张涛; 杨扬; 彭应亮; 张德鑫
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: CN103063219A

Abstract

本发明涉及一种导航电子地图预处理及显示方法，包括以下步骤：1）设置一包括有计算机和导航仪的导航电子地图预处理及显示系统；2）根据导航仪所使用的导航软件的比例尺信息，按照比例尺大小顺序，依次生成每一比例尺下所有切分点的位层索引信息；3）判断除去最大比例尺以外的所有剩余比列尺是否已经全部顺序生成位层索引信息；4）将位层索引文件拷贝至导航仪中导航软件可以读取的目录下；5）导航软件在进行地图显示时，根据当前的比例尺和显示中心点从位层索引文件中读取经过优化的显示路网层级，得到密度合理的道路数据并进行显示。本发明可以广泛应用于车辆导航中。

Description

一种导航电子地图预处理及显示方法

技术领域

本发明涉及一种地图显示预处理及显示方法，特别是一种关于导航电子地图预处理及显示方法。

背景技术

导航电子地图是汽车导航地图显示、路径规划、导航引导等各项功能实现的基础。导航地图显示是将车辆当前位置周边一定地理范围内的地理信息以图像等方式显示到屏幕上，为驾驶员提供行驶环境信息。导航电子地图中的地理信息包括道路、地标等，道路的合理显示是地图显示中最为核心的部分。

为适应嵌入式导航设备计算能力较弱的特点，现有导航电子地图大都采用分层、分块的形式组织地图数据，旨在加快地图数据的加载和使用速度。现有用于道路显示的地图数据称为形状路网数据，其分层原则多基于道路级别，例如：高速公路、国道、城市快速路等，不同级别的道路依次构成不同层级的形状路网数据，最底层（0层）最为详细，包含所有道路，最高层M层，(M>0）仅包含最高等级的道路。地图显示时，从某层形状路网中读取屏幕覆盖地理范围的道路数据并予以显示，该层级称为显示路网层级g₀（0≤g₀≤M)。目前，比例尺k一般与形状路网的层级建立固定关系，在某比例尺下恒定采用某层形状路网的数据进行显示，即g₀=f（k)。由于同等级道路的地理分布非常不均匀，就造成同一比例尺在不同地理位置的道路显示密度差异很大，在城市等区域显示的道路数量很多，而在郊区等位置导航仪仅能显示单条道路，甚至全屏没有道路。考虑到上述这种情况下显示道路过少并非该区域没有道路引起，而是由于该区域道路级别相对较低，只是在选定比例尺下未予以显示。通常在此情况下，导航用户只有手动放大显示比例尺才能进一步了解该区域的道路信息，但是放大比例尺会缩小可视的地理范围，对了解某区域的整体道路分布非常不利，另外，在车载导航等使用环境下，行驶中操作导航仪会严重影响驾驶安全性。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可以有效改善导航仪地图显示的道路密度，使得导航仪每屏幕显示的道路信息量更加合理，提高导航仪地图显示效果，增强导航仪可用性的导航电子地图预处理及显示方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种导航电子地图预处理及显示方法，包括以下步骤：1）设置一包括有计算机和导航仪的导航电子地图预处理及显示系统，所述计算机内预置有所述导航仪所使用的导航电子地图；2）根据导航仪所使用的导航软件的比例尺信息，按照比例尺大小顺序，依次生成每一比例尺下所有切分点的位层索引信息，具体过程为：①统计导航软件的比例尺的数量，并按照大小对比例尺进行排序；②除去最大比例尺外，将剩余的所有比例尺按照排序依次执行步骤③～④，使剩余的比例尺顺序生成相应的位层索引信息；③根据导航仪的屏幕大小，对某一比例尺k下的地图范围进行切分，得到一系列切分点；④对比例尺k下的每一切分点进行地图预处理生成相应的位层索引信息；3）判断除去最大比例尺以外的所有剩余比列尺是否已经全部顺序生成位层索引信息，如果还存在比例尺未生成位层索引信息，则返回步骤2）生成此比例尺所对应的位层索引信息；如果所有比例尺均已全部生成位层索引信息，得到位层索引文件，完成地图预处理；4）将位层索引文件拷贝至导航仪中导航软件可以读取的目录下；5）导航软件在进行地图显示时，根据当前的比例尺和显示中心点从位层索引文件中读取经过优化的显示路网层级，从该层级的路网中得到密度合理的道路数据并进行显示。

所述步骤④对比例尺k下的每一切分点进行地图预处理生成相应的位层索引信息，包括以下步骤：A）统计所有切分点数量；B）采用道路显示框模拟导航仪屏幕大小，将道路显示框的显示中心点置于某一切分点p_m处，此时显示中心点为p_m；C）寻找显示中心点p_m所对应的初始路网层级；D）获取用于显示的道路数据；E）模拟地图显示；F）道路像素统计判断；G）显示层级调整；H）保存当前层级；I）对比例尺k每一切分点执行B）～H），使比例尺k下的所有切分点顺序生成相应的位层索引信息。

所述步骤5）中导航软件在进行地图显示时，根据当前的比例尺和显示中心点从位层索引文件中读取经过优化的显示路网层级，得到密度合理的道路数据并进行显示，包括以下步骤：1）利用位层索引的地图显示方法对显示中心点进行索引定位；2）读取位层索引文件中定位层级值处的路网层级，完成地图绘制，在导航仪屏幕上显示道路数据。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明在计算机上根据导航软件的导航电子地图和比例尺信息，按照比例尺大小顺序依次生成每一比例尺下所有切分点的位层索引信息，即通过道路所占像素比例对模拟导航仪屏幕的显示中心点位于切分点时的显示路网层级进行调整优化，在各比例尺下各切分点处都能够生成提供道路合理显示所需的路网层级信息，进而保存为位层索引文件，利用该位层索引文件，导航仪在实际地图显示时就可以快速获知较优的显示路网层级，因此本发明在不改变导航电子地图自身数据结构和几乎不影响地图显示速度的情况下，使得导航仪屏幕显示的道路信息量更加合理，与现有技术相比，不会出现在某一比例尺下导航仪屏幕显示道路过稀或者过密的情况，为车辆行驶提供了更加合理的导航信息。2、本发明通过将位层索引文件拷贝至导航仪中导航软件可以读取的目录下，导航软件在进行地图显示时根据当前的比例尺和显示中心点从位层索引文件中读取经过优化的显示路网层级，在实际导航中能够快速使用该层级信息辅助道路合理显示，显著改善导航地图的道路显示效果，使得导航仪更加适用于车辆等动态使用环境。3、与传统道路显示方法相比，本发明建立了显示路网层级g与比例尺k和切分点p_m的函数关系，即g=f（k，p_m），从而解决了传统方法显示路网层级由比例尺唯一确定，不考虑显示位置而导致的显示道路密度不均匀的问题。4、本发明在导航软件的各比例尺下都能够显示密度较为合理的道路信息，与现有技术导航用户只有通过手动放大显示比例尺才能进一步了解该区域的道路信息相比，不仅导航仪的自动性能提高，实用性增加，而且在车载导航等使用环境下，不需要在行使过程中操作导航仪，有效保证了驾驶安全性。本发明可以广泛应用在车辆导航中。

附图说明

图1是本发明的整体流程示意图；

图2是本发明的地图预处理过程中位层索引的生成流程示意图；

图3是本发明地图切分及显示范围移动示意图；

图4是本发明模拟绘图及像素点统计示意图；

图5是本发明实际导航中利用位层索引的地图显示流程示意图；

图6是本发明位层索引读取示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明的导航电子地图预处理及显示方法，包括以下步骤：

1、设置一包括有计算机和导航仪的导航电子地图预处理及显示系统，计算机内预置有导航仪所使用的导航电子地图，采用计算机对导航电子地图进行预处理，并通过导航仪根据导航电子地图预处理结果进行显示。

2、根据导航仪所使用的导航软件的比例尺信息，按照比例尺的大小顺序，依次生成每一比例尺下所有切分点的位层索引信息（如图2所示），具体过程为：

1）统计导航软件的比例尺的数量，并按照大小对比例尺进行排序；

2）除去最大比例尺外，将剩余的所有比例尺按照排序依次执行步骤3）～4），使剩余的比例尺顺序生成相应的位层索引信息；

3）根据导航仪的屏幕大小，对某一比例尺k下的地图范围进行切分，并得到一系列切分点；

如图3所示，根据当前比例尺k计算导航仪屏幕可以显示的地理范围（L_k，W_k），其中，L_k和W_k分别为该地理范围的长度和宽度，可以根据实际需要对该地理范围进行适度缩放确定切分单元（l_k，W_k），并以切分单元（l_k，W_k）为基准对地图范围从坐标原点（通常地图左下角为坐标原点）依次进行切分，得到一系列切分点。本发明的实施例中，取（l_k，W_k）=（L_k/4，W_k/4）为切分单元，以（l_k，W_k）切分单元为基准对整个地图范围进行切分，可以得到比例尺为k时对应的i行j列个切分点（如图3所示的空心圆圈）。

4）对比例尺k下的每一切分点进行地图预处理生成位层索引信息，包括以下步骤：

①统计比例尺k下所有切分点的数量；

②采用道路显示框模拟导航仪屏幕大小，将道路显示框的显示中心点置于某一切分点p_m处，此时显示中心点为p_m；

如图3所示，显示中心点是指模拟地图显示时所显示地图范围的中心点，显示中心点的移动是按照行列顺序将显示中心点移动至某一切分点处，本发明的实施例中，显示中心点从第1行第1列所对应的切分点开始移动，先向右侧移动至第1行第j列，之后进入第2行，依次移动，直至移动到第i行第j列的切分点（最后一个切分点）为止。

③确定显示中心点p_m所对应的初始显示路网层级g₀；

在比例尺k下，采用现有的层级确定方法得到显示中心点p_m的初始显示路网层级g₀。

④获取用于显示的道路数据；

由于每一层的路网数据中均包含全国的道路数据，数据量很大，而进行地图显示时，仅需要获取显示范围内要用于显示的道路数据即可，本步骤从指定层级g的路网中，读取显示中心点为p_m、显示范围为（L_k，W_k）范围内的道路数据，为道路显示准备数据，令指定层级g的初始值为g₀，g根据循环的需要可以重新进行赋值。

⑤模拟地图显示；

如图4所示，当导航仪地图显示时，屏幕像素点的不同颜色值代表不同的地理信息，因此通过统计道路颜色值对应的像素数量就可以得知道路显示的密度。本发明通过计算机模拟导航仪地图显示过程：利用某块连续内存区域模拟导航仪屏幕，计算机内存区域的单位内存单元对应导航仪屏幕的各个像素点，假设内存区域共包含N个内存单元（对应屏幕共有N个像素点），内存单元的值对应屏幕像素点的颜色值，假设与道路颜色对应的内存单元值为R。

⑥道路像素统计判断；

统计所有内存单元中值为R的单位内存单元的个数，设共有n个，如图4所示，将道路显示框（模拟导航仪屏幕）视为4个子区域，对应连续内存区域分为4段，分别统计每段中内存单元值为R的单位内存单元个数，设分别为n₁，n₂，n₃，n₄，取其中最大值称为n_m，若满足N₁<n/N＜N_h且4n_m/N＜P_h，则认为显示中心点p_m处道路显示密度合理，对应的路网层级g为合理的显示路网层级；其中，N₁、N_h、P_h为道路像素所占比例的合理性判断阈值，N_h和N₁分别为判定全屏幕道路像素比例是否合理的上、下限，当整个显示屏幕的道路像素比例位于该区间时，可以认为整体上该屏幕显示的道路密度较为合理；P_h为局部过密判断阈值，当4个子区域中道路最为密集的区域对应的道路像素比例高于该阈值时，认为当前显示的道路存在局部过密，道路过密对于地图显示极为不利，应当避免，上述三个阈值可以通过统计法得到，即抽取一定数量的用户样本，在不同的地图显示情况下，统计用户评价为合理的道路显示密度值，进而得到相关的阈值，在本实施例中，这三个阈值分别为N_h=0.133、N₁=0.2和P_h=0.25。

⑦显示层级调整；

若n/N＜N₁且4n_m/N＜P_h，则说明从g层路网中读取道路数据进行显示会导致显示道路过稀，需要下调读取道路数据的路网层级，即从g-1层路网中读取道路，增加显示道路的数量，将g-1赋值给g，进入步骤④，直到道路显示密度合理，进入步骤⑧；若n/N＞N_h或4n_m/N＞P_h，则说明当前显示道路过多，需要上调读取道路的路网层级，即从g+1层路网中读取道路数据，减少道路显示数量，将g+1赋值给g，进入步骤④，直到道路显示密度合理，进入步骤⑧。但是，当升降层过程中出现显示像素条件矛盾时，即降一层会导致显示道路过密，而升一层会导致显示道路过稀时，需优先保证显示道路不至于过密，即选择相对更高的层级，将相对更高的层级赋值给g，进入步骤⑧。

⑧保存当前层级；

合理调整显示路网层级后，得到比例尺为k显示中心点为p_m时道路显示效果最优的显示路网层级g_s，该层级即为比例尺k显示中心点p_m所对应的位层索引信息，将g_s保存至位层索引文件中。

⑨对比例尺k每一切分点执行②～⑧，使比例尺k下的所有切分点顺序生成相应的位层索引信息。为简化位层索引信息的后续使用过程，将得到的最优显示路网层级以固定的字节数按显示中心点的移动顺序整齐排列保存至位层索引文件中。

2、判断除去最大比例尺以外的所有剩余比列尺是否已经全部顺序生成位层索引信息，需要生成位层索引的比例尺数量与所用导航仪显示的比例尺数量对应，如果还存在比例尺未生成位层索引信息，则返回步骤1）生成此比例尺所对应的位层索引信息；如果所有比例尺均已全部生成位层索引信息，则得到最终的位层索引文件，完成地图预处理；

所有位层索引信息按照顺序排列完成即可以得到位层索引文件，在实际地图显示过程中，当显示比例尺与显示位置确定后，可以从位层索引文件中快速得到较优的显示路网层级，从而得到较优的道路显示效果。

3、将位层索引文件拷贝至导航仪中导航软件可以读取的目录下。

4、导航软件在进行地图显示时利用位层索引的地图显示方法，根据当前的比例尺和显示中心点从位层索引文件中读取经过优化的显示路网层级，得到密度较为合理的道路数据并进行显示（如图5所示），包括以下步骤：

1）利用位层索引的地图显示方法对显示中心点进行索引定位

根据导航仪当前使用的比例尺和显示中心点的位置确定要读取的层级值在位层索引文件中的位置。由于生成位层索引文件时，所用的切分点都是离散的，因此当前屏幕的显示中心点恰好与切分点重合的概率很低，本发明采用最近距离原则选择距离当前显示中心点最近的切分点作为索引参考点。

如图6所示，假设索引参考点所在的行号和列号分别为i_p和j_p，若地图原点为（X_r，Y_r），当前显示中心点坐标为（x_c，y_c），则i_p=[(y_c-Y_r)/ω_k+0.5]，j_p=[(x_c-X_r)/l_k+0.5]，公式中的中括号表示数学中的取整符号。假设当前屏幕比例尺为k_r，则该索引参考点在该比例尺所对应的位层索引文件中位于h＝j(i_p-1)+j_p位置处，假设所有比例尺的位层索引信息是按照比例尺从大到小依次存放在位层索引文件中，则最终确定层级值在位层索引文件中的绝对位置为k_r比例尺之前所有比例尺索引数据与h的总和处。

2）读取位层索引文件中定位层级值处的路网层级，完成地图绘制，在导航仪屏幕上显示得到的密度较为合理的道路数据。

根据索引参考点在位层索引文件中的位置，从位层索引文件中读取索引参考点的层级值，以该层级值作为显示所需的路网层级，并按照常规的地图显示过程，从相应的层级路网中读取屏幕范围的道路数据，完成地图绘制，在导航仪屏幕上显示得到的密度较为合理的道路数据。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中方法的实施步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1.一种导航电子地图预处理及显示方法，包括以下步骤：

1)设置一包括有计算机和导航仪的导航电子地图预处理及显示系统，所述计算机内预置有所述导航仪所使用的导航电子地图；

2)根据导航仪所使用的导航软件的比例尺信息，按照比例尺大小顺序，依次生成每一比例尺下所有切分点的位层索引信息，具体过程为：

①统计导航软件的比例尺的数量，并按照大小对比例尺进行排序；

②除去最大比例尺外，将剩余的所有比例尺按照排序依次执行步骤③～④，使剩余的比例尺顺序生成相应的位层索引信息；

③根据导航仪的屏幕大小，对某一比例尺k下的地图范围进行切分，得到一系列切分点；

④对比例尺k下的每一切分点进行地图预处理生成相应的位层索引信息；

3)判断除去最大比例尺以外的所有剩余比列尺是否已经全部顺序生成位层索引信息，如果还存在比例尺未生成位层索引信息，则返回步骤2)生成此比例尺所对应的位层索引信息；如果所有比例尺均已全部生成位层索引信息，得到位层索引文件，完成地图预处理；

4)将位层索引文件拷贝至导航仪中导航软件可以读取的目录下；

5)导航软件在进行地图显示时，根据当前的比例尺和显示中心点从位层索引文件中读取经过优化的显示路网层级，从该层级的路网中得到密度合理的道路数据并进行显示。

2.如权利要求1所述的一种导航电子地图预处理及显示方法，其特征在于：所述步骤④对比例尺k下的每一切分点进行地图预处理生成相应的位层索引信息，包括以下步骤：

A)统计所有切分点数量；

B)采用道路显示框模拟导航仪屏幕大小，将道路显示框的显示中心点置于某一切分点p_m处，此时显示中心点为p_m；

C)寻找显示中心点p_m所对应的初始路网层级；

D)获取用于显示的道路数据；

E)模拟地图显示；

F)道路像素统计判断；

若满足设定阈值条件，则认为g层路网中道路显示密度合理，对应的路网层级为合理的显示路网层级；进入步骤H)；若不满足设定阈值条件，则说明道路显示密度不合理，进入步骤G)；

G)显示层级调整；

如果判断得知利用g层路网道路数据进行显示会导致显示道路过稀，下调读取道路数据的路网层级，即从g-1层路网中读取道路数据，增加显示道路的数量，将g-1赋值给g，进入步骤D)，直到道路显示密度合理，进入步骤H)；

如果判断得知利用g层路网道路数据进行显示会导致显示道路过多，上调读取道路数据的路网层级，即从g+1层路网中读取道路数据，减少道路显示数量，将g+1赋值给g，进入步骤D)，直到道路显示密度合理，进入步骤H)；

H)保存当前层级；

I)对比例尺k每一切分点执行B)～H)，使比例尺k下的所有切分点顺序生成相应的位层索引信息。

3.如权利要求1或2所述的一种导航电子地图预处理及显示方法，其特征在于：所述步骤5)导航软件在进行地图显示时，根据当前的比例尺和显示中心点从位层索引文件中读取经过优化的显示路网层级，从该层级的路网中得到密度合理的道路数据并进行显示，包括以下步骤：

1)利用位层索引的地图显示方法对显示中心点进行索引定位；

2)读取位层索引文件中定位层级值处的路网层级，完成地图绘制，在导航仪屏幕上显示道路数据。