像Garmin和TomTom这样的导航系统一直让我着迷。我想实现小型地图/导航应用程序来尝试各种路径算法并扩展我对它们的了解。
这是一个两部分问题：
1.。）地图数据是如何存储的？ - 当您拥有道路网络时，这些数据通常如何存储？保留哪些数据以便以后重现地图？每条道路是否存储为一系列改变方向的点？这些数据存储在哪种文件格式中？是否有公开可用的库来轻松解析这些文件？有没有人具体说明如何存储/表示地图/道路数据，这将非常有用。
2.。导航/路径 - 在此地图上进行基本路径数据（la Garmin）时，我的假设是正确的，它会被转换为有向图吗？每个道路交叉点是一个顶点与边缘权重顶点之间的距离？这就是我正在考虑的事情，所以我可以尝试一些基本的众所周知的路径算法，看看我得到了什么。
我在美国看到了this公开可用的地图数据，但我不确定它是如何表示的，以及它是否足够详细，以便能够构建我的有向图。< / p>
如果有人有任何信息我会很感激。你拥有的知识越多越好。
答案 0 :(得分：8)
之前的回复都涉及GIS系统。这不是PND（便携式导航设备）的工作方式。它们太简单了，无法运行桌面/工作站级GIS软件。
相反，PND存储的信息几乎与Simucal假设的一样。道路分为几个部分。这使模型更加简单。在段内，最大速度等属性不会更改。
出于规划目的，路段充当图表中的边缘。对于每个节点，都存储传入和传出节点。然后使用修改的A *算法完成计划。边缘权重通常不是距离，而是估计的行程时间（或TomTom个案例，实际测量时间）。
道路网络通常是层次结构，而正常的A *是一个缓慢的起点。当从一个城镇到另一个城镇旅行时，A *将花费过多的时间在整个城镇中爬行。然而，我们人类知道在长途旅行时最好使用高速公路。这就是他们为之而建的。 PND同样喜欢高速公路。而且由于高速公路很少见，这可以节省大量内存。
另一个优化是前向和后向搜索;你计划从两边走向某个中间点。这样做的最大好处是，如果你转弯错误，你可以从一个新的起点再次搜索。向后搜索树未更改，因为您的目标未移动。
答案 1 :(得分：6)
我不知道有关导航系统单元的细节，但在标准GIS世界中，地图数据基本上存储为多边形，线和点的集合，每个都由其坐标（以及使用的投影和一些其他参数）描述）。例如，最常见的格式之一shapefile是here,，基于数据库的格式标准是here。
我已成功使用此存储模型进行道路显示和路线计算，使用PostgreSQL，PostGIS和PGRouting。使用通常的图算法进行计算，并且以通用格式存储的数据也作为图形存储以允许其应用。我无法将这种体验推断到嵌入式设备，因为它们的计算能力有限，因此它们的可能性非常不同。他们很可能会预先计算很多东西。
对于有点不同的存储方法，请检查OpenStreetMap
答案 2 :(得分：2)
存储的确切方式取决于格式;有很多不同的GIS格式。 GDAL是一个优秀的免费图书馆，几乎可以阅读所有图书。
通常道路将作为“线图层”存储在文件中，这是一组带有附加元数据的折线。因此，每条道路都会有一系列顶点，并且根据数据的质量，它有望获得信息，例如它们是否单向，速度估计和某种连接ID。
是的，它们通常会转换为有向图来解决。边缘权重可以是距离，或者更有用的是，行进该边缘所花费的时间。
快速解决是预计算和存储空间之间的权衡（嵌入式设备可能需要在PC上进行不同的选择）。这里有一些非常有趣的算法。
答案 3 :(得分：2)
如果您想查看一些代码以了解路由应用程序的工作原理，请尝试查看从openstreetmap.org wiki链接的一些路由应用程序。 Navit和Gosmore都是开源的，特别容易设置。
Gosmore应用程序的开发人员Nic Roets写了一篇interesting post关于他代表你可能感兴趣的道路矢量数据的选择。如果您想了解一下Gosmore的实际运行情况，它是基于openstreetmap数据的yournavigation.org路由网站的后端。
答案 4 :(得分：1)
通常情况是，在GIS数据中，道路存储为带有附加元数据的折线。这对于在屏幕上显示它们很好，但是为了能够导航它们，您需要知道哪些是彼此连接的。因此，在元数据中，通常每个路段都有一个节点ID，因此您可以说“这是路段457，它从节点332到节点667”。因此，当您读入GIS数据时，您会将其表示为由弧连接的一组节点（即图形）。
如果元数据不可用，您可以推断出哪些道路具有相同的开始/结束坐标（这是一些不那么精彩的GIS数据的情况）。 “定向”位只意味着道路有方向 - 其中一些可以沿任一方向行进，但其他方向只是单向。
通过有向图找到路径的典型算法是Dijkstra算法;在实践中使用各种衍生物。基本上，这涉及沿着图的弧线从一个节点移动到另一个节点，因此您需要适当的数据结构来支持它。
希望有帮助...
答案 5 :(得分：-1)
为了以更多存储和有限分辨率为代价提高绘图速度，许多应用程序将使用地理参考栅格格式，例如GeoTiff。
鉴于Zich的评论相当坚定
“所有导航系统中的数据都在向量中，没有例外！”
我以为我会在上面添加一些内容。首先，我将导航系统定义为一个系统，可以根据您当前的位置帮助您到达目的地，通常是通过花费大量可能的替代路线并推荐成本最低的路线。可能的路线可能由运输方式决定，例如汽车停留在道路上，而山地行人则不然。路线的成本核算可能因运输方式和用户要求而异。汽车可能想要根据道路速度采取最快的路线，卡车可能想要最节省燃料的路线，山地步行者可能想要最安全的直接路线，船只或飞机可能想要避开危险天气系统的路线，同时还要最小化燃料成本和花费的时间
在最简单的层面上，地图和指南针是导航系统。用小屏幕，可缩放的栅格地图和GPS替换地图，您仍然拥有导航系统。大多数中低端海上导航系统仍以这种方式工作，图表代表海岸线，海底和GPS，为您提供位置，并回声探测深度。
在更先进的一端，自动机器人导航系统（如Mars Rover navigation system）动态生成DTM模型，作为短程导航的基础，卫星聚集DEM进行更长距离导航。
建议所有导航系统都像消费者Garmin或Tom Tom设备一样工作是一个相当天真的假设。 FWIW，许多现代Garmin设备还包括raster based DEM data，其中低成本GPS高度可能非常不准确。