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今天，一条由导航软件引发的交通事故备受关注。 3月9日晚，一小伙驾车沿着杭州玉古路通过浙江大学玉泉校区正门时，由于对道路不太熟悉，于是在导航提示下“继续直行”，结果一脚油门就冲进了河道。 其实，搜索近年来的报道，被导航软件误导而发生的交通事故不胜枚举。 随着城市的发展，作为城市骨骼和血脉的道路是越来越多，它们纵横交错的穿插于整座城市之间，难倒了不少路痴朋友。而如今有了导航软件的帮忙，我们可以很轻松的找到去往目的地的路，并且现在的导航软件不仅可以帮我们规划路线，甚至可以知晓每条道路的交通情况，自动为广大司机朋友规避拥堵，选择一条畅通无阻的道路。 那么，很多人就很好奇，导航软件的工作原理是怎样的？它是如何知道前方道路是否拥堵的？而导航软件地图又是怎么绘出来的？ 导航软件是如何工作的 导航软件的路径规划无论在民用还是军用领域都应用广泛，它们的底层算法是相通的，只不过汽车路径规划相对简单只需要在二维平面进行，而且对规划环境以及反应速度等方面的要求没有飞行器那么高。本质上说，底层算法包括两大类。 第一种是数值优化算法。它在起点和终点之间布设一系列路径点，使用坐标值表述路径点位置，让汽车沿着这些点行驶。在选择路径点时，就需要定义目标函数，例如路径长度最短。规划过程中还需考虑一些约束条件，比如对咱们日常驾驶的汽车来说，必须要求路径点都位于已有道路上。然后，借鉴一些现代数值优化算法（比如粒子群算法，它是模拟鸟群、鱼群捕食过程的全局搜索算法），不断地对可能布设路径点的区域进行探索，最终确定使得目标函数最优（如路径长度最低）的路径点。 但总体来说，如果路径点规模较大时，使用数值优化算法求解路径规划时，问题的维度将急剧增加，导致规划过程所需时间较长，难以满足导航软件的时效性要求。 如今非常具有实用性的是第二种算法——启发式算法。以我们导航上常用的“A*算法”“Dijikstra算法”等为代表，它从起始点开始，以一定的步长为单位，进行节点扩展。选取代价值（如路径长度）最小的节点作为扩展节点，扩展过程中需要考虑一些约束，比如转弯半径的限制以及对风险障碍的规避等等，这就使扩展角度不可能总是全方位的。如此一步步扩展，直到当某个扩展节点到达目标终点时，再从终点倒过来回溯到起点，这样，把过程中的各个节点串起来，就成为了一条规划的路径。 导航软件如何判断交通堵塞 方法1：UGC数据采集分析，即通过用户使用APP时上传的数据分析得到后台数据。 当我们在使用导航软件的时候，我们不仅仅是导航软件的使用者，还是软件数据的贡献者。车辆在行驶过程中，我们的GPS位置以及车速等数据会被上传到导航软件的后台，后台通过系统的分析该区域通行车辆的速度，即可推算当前道路的拥堵状态，并实时同步更新地图数据。 如果我们的位置长时间停留在一个位置，那么导航软件将判断驾驶员的行走方式，道路更加拥挤，因此它可以去跟其他地方司机提醒说道路的某一部分相对拥挤，希望每个人在开车时都会避开这个部分。 目前这个方式是最主流且占比最大的数据采集方式。 方法2：与公安交通管理部门合作。 通常来讲，交管部门会在城市的重点路段通过专业摄像头实施流量监控，并无法做到城市全面的流量监控，而通过与地图导航公司的合作，交管部门会获取更多城市道路流量信息，以便更好的开展城市服务工作，地图导航公司也会获取到交管部门的流量监控数据，实时分析并更新道路交通拥堵数据。 方法3：与出租车公司、公交公司、物流公司等运输公司合作。 现如今在城市中的营运车辆，几乎全部安装了GPS车载端，车辆的行车数据会实时上传到运营公司后台，而地图导航公司通过与这一类公司合作，既可以让众多车辆使用自己的地图软件，增加用户数量与市场潜力，又能通过合理的道路行驶方案规划降低运营公司成本，同时地图导航公司还能获取这些营运车辆的运行数据，可谓一举三得。 方法4：用户自行上传数据。 不论是哪个地图导航APP，都设有反馈上报的入口，我们用户在使用过程中如果遇到突发的状况，可以将路况上报至地图导航公司，一般而言，地图导航公司会结合其他数据判断用户上报情况的准确性后再决定是否采纳，所以这也是为什么有些调皮的网友在虚报错报道路信息以后，地图却“无动于衷”。 导航软件地图是怎么绘出来的 从地图的采集到最终应用在导航软件，整个过程将涉及到地图学、地理学、遥感技术以及计算机科学等跨学科知识。我们尽量用浅显的语言解释整个制图过程。不过在此之前，我们必须先了解两个概念。 GIS：Geographic Information System，即地理信息系统。通俗的说是将实际的地形、建筑等地理信息转换成数字模式，可以将这些数字化了的信息进行存储、分析、管理、计算等操作。 POI：Point of Interest，即兴趣点。一个POI可以是一栋房子、一个商铺、一个邮筒、一个公交站等。传统的地理信息采集方法需要地图测绘人员采用精密的测绘仪器去获取一个兴趣点的经纬度，然后再标记下来。 GIS和POI是构成导航内陆图不可或缺的两个信息，这些信息在地图上以不同图层显示出来。经过对图层的叠加，显示进行表达的过程。对地图应用目标不同，叠加图层也不同。比如你想查看卫星图，选择“卫星图层”就可以直接显示出来。 地图数据分为这几大类： 一是底图数据。底图就是地图中最基本的图形数据和一些相关附加信息。 底图数据来源有三个： 官方地图：地图厂商从政府测绘局购买其发布的权威地图。这种地图比我们日常街上买的地图更加精确丰富。 实地外采：实地外采就是测绘人员利用专业仪器，在实地环境中测绘得到数据。这种实地外采精度高，置信度高，但是缺点是成本高，周期长。 航片卫片：通过自己拍摄或者购买高精度航空照片或者卫星照片，作为底图数据。这种地图数据被绝大多数地图厂商采用。目前航拍或者卫星地图精度已经可以达到0.05米甚至更精确，这个精度已经足够所有地图生产商使用。 二是POI数据。 通过数据采集车采集：采集后数据通过手工标注。这种方式适合大规模采集标注，效率高成本低，尤其适合沿街的店面和场所的采集和标注，是目前数据采集供应商的主要采集手段之一。 通过专职或者兼职人员利用手机等智能设备进行采集：它是对上一种采集方式的补充，比较适合变动频繁的商户位置。 地址反向编译：这种方式通过门牌地址号码，运用算法进行定位标注。这种方法的好处是成本非常低，但是精度和准确度都不高。 从互联网或者企业获取：这些POI直接从专业网站抓取或者购买（比如大众点评，携程）。一些企业也可以利用这些地图开放的API服务为自己互联网产品服务。 POI数据不需要很多资质限制，所以提供POI数据的服务生比底层数据供应商多很多。比如图吧就是主要的POI数据供应商，很多时候大家互相购买，补充自己的地图。 另外就是其他数据。其他常见数据图层包括交通状况图层、卫星图层、三维图层、街景图。交通状况图主要依赖于安装在出租车上的GPS采集实时数据，或者通过激光测速仪、摄像头、雷达测速等专业设备采集交通路况信息。三维图层主要依靠激光扫描和手工建模。街景则依赖实地拍摄。 对地图数据进行加工后，整个地图制作就基本成型了。地图厂商需要将做好的地图进行实地测试，保证地图的完整性和可靠性。最后这些原始地图数据在相关部门做保密技术处理和审查。通过审查后，电子地图就可以公开的在网上发布或者销售。至此，整个地图制作过程基本结束。一般来说，地图厂家还会进行地图数据的更新，更新的频率每家各不相同。只有地图数据更新，才能保证用户在使用地图时候不会出错。（来源：科技日报 韩杨/文、快科技 鲲鹏/文、青岛新闻网） 《读者报》封面欣赏 |
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