地图导航技术（地图导航基础及关键知识分享）

地图匹配（Map Matching，简称MM，注意地图匹配的假设前提是车辆行驶在道路上）。原始信号的位置与角度一般不会跟道路数据吻合，所以需要选择一条与信号最为符合的道路段或路径段将车标展示在上面，此过程称为地图匹配。

地图匹配的输入源有两个：信号与道路数据。地图匹配的输出结果为位置信息，包括经纬度、角度、速度等。

地图匹配示意图如下：

注意：导航与巡航并不是对立或互斥关系，有离线数据时，导航状态下巡航也在工作，只是此时透出的是导航位置相关信息。在触发偏航算路时，就会用到巡航相关信息了。

1. 导航（路线匹配）

导航，是指规划出一条路径，开始引导后的一种有目标地点的动态路径匹配模式。导航的数据输入是一条有起始点的非闭环路线。

偏航，是指实车驶离当前规划路径的一种行为，对定位来说是信号逐渐远离当前路径，并达到一定的预设条件（防止信号漂移导致的误偏航）才确认是偏航。

重算，一般是指达到偏航条件后定位引擎会通知TBT模块进行重新规划路线，起点是当前车辆位置。

2. 巡航（道路匹配）

巡航是地图主界面状态下的一种无目标性的路网匹配模式。巡航的数据输入是路网，也就是数据中的所有道路对于巡航来说都是可见的。

主要分为GNSS和DR两种。其中，GNSS又分为纯GNSS和GNSS 车速脉冲两种，DR又分为前端融合和后端融合两种。具体释义请参考下方详细描述。

释义：GNSS，Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统；DR，dead reckoning，意为航位推算，是我们常说的惯导。

1. GNSS

① 纯GNSS。即只有GPS或其他卫星定位信号下的地图匹配模式，工作流示意图如下所示。

② GNSS 车速脉冲。是指相对于纯GNSS模式而言，增加了车速脉冲信息的输入，注意目前定位引擎对于车速脉冲的使用仅限于隧道推算场景。这种模式可以优化纯GNSS模式中隧道推算不准确的问题，也是目前成本最低效果最好的一种解决隧道定位失效的方式。

2. DR

在车载导航中，航位推算是根据最近一次记录的位置信息，通过测量移动的距离和方位，实时计算出最新的位置。

航位推算易受误差累积的影响，即随着时间的推移，推算出的位置误差会越来越大，此时就需要使用GNSS的位置来进行数据修正。

① 前端融合模式

一般来说，定位项目中所指的前端融合模式是指信号融合的工作是由系统方或硬件方负责的，定位引擎只负责地图匹配工作。定位引擎收到是类似于GPS信息的融合信号，所以整体的工作流程也是类似于纯GPS模式的。

前端融合模式也包含前端融合 MMF模式，MMF是指地图匹配反馈信息，由于GPS和陀螺仪等信号都不能保证车辆定位信息的完全准确，前端融合的推算也可能产生偏航，尤其在隧道场景，所以需要MMF在适当时机纠正融合信号。

融合信号是将GPS信号、陀螺仪、加速度计和脉冲等信息综合处理后得到的定位和轨迹信号。

前端融合工作流示意图如下所示：

② 后端融合模式

后端融合模式是指融合信号的计算输出是在定位引擎内部实现的。对于定位引擎来说，后端融合模式的输入信息有GPS、陀螺仪、脉冲、加速度计等原始信号。

所谓“后端融合”是指惯导系统推算出的融合信号，是与地图数据和导航引擎通过通信协议紧密配合的，导航系统仅在汽车启动时使用GPS信号进行定位，车辆行驶过程中始终以惯导系统推算出的融合经纬度信息为主进行导航，只有当导航出现偏差时，才选用GPS信号精准时的数值进行实时校正。因此，当GPS信号出现折射、反射、衍射、漂移、甚至失去GPS信号时仍能精准导航。

后端融合工作流示意图如下所示：

③ 前端融合与后端融合差异说明

比较明显的区别在于 DR 融合的动作由谁来完成。比如：前端融合就是系统或硬件方配合DR模块完成，后端融合由导航定位引擎配合DR模块完成。

一般来说，使用后端融合方案由于可以深度结合导航的地图数据信息，因此可获得比前端融合更好的定位效果。

地图匹配反馈（Map-Matching Feedback）是指将地图匹配的结果通知给 DR 模块。

1. MMF 的作用

• DR 模块的主要数据源有两类， GNSS 和传感器（陀螺仪、车速脉冲、加速度计等）。 GNSS 提供的是绝对位置，传感器提供的是相对（推算）位置。

• 由于传感器受精度、零漂、温漂、刻度系数误差、安装误差等影响，在持续推算时存在误差累积的问题，所以推算一段时间后需要使用 GNSS （绝对位置）进行修正，从而持续输出可靠的融合位置。

• 但 GNSS 容易受周边环境（遮挡、信号干扰、多路径反射等）影响，出现信号漂移、丢失的情况（高架下、地下停车场、隧道等场景），光靠 GNSS 无法做到全场景修正。

• MMF 对于 DR 模块来说，就是一个比较可靠的绝对位置数据源。借助 MMF ， DR 模块理论上可以进一步提高融合位置信息的准确度。

1. WGS84

World Geodetic System 1984，一种国际上采用的地心坐标系，坐标原点为地球质心。GPS芯片或者北斗芯片获取的经纬度一般为WGS84坐标系。

2. GCJ02

GCJ02是由中国国家测绘局（G表示Guojia国家，C表示Cehui测绘，J表示Ju局）制订的地理信息系统的坐标系统。它是一种对经纬度数据的加密算法，即加入随机的偏差。国内出版的各种地图系统（包括电子形式），必须至少采用GCJ-02对地理位置进行首次加密。 可以将GCJ02理解成是由WGS84坐标系经某些规则加密后的坐标系。

车联网领域的产品经理们，肯定多少了解关于导航的一些知识，对于导航来说，除了地图、检索、算路、引导以外，其实最重要的也是最核心的模块就是导航定位模块了。如果有在导航团队工作过的小伙伴，一定知道，对于导航产品来说，定位模块的源代码相当于是公司内部的绝密资料，一般人是无法轻易接触到的。不论是代码的编写、修改或者升级等操作，都需要层层审批和授权，并且全程也几乎是在“安全”环境下进行相关操作的。

好了，以上就是关于导航定位的一些最基本，但也算是最重要的一些基本概念的说明和分享。如果以上内容对你有一些帮助，欢迎多多分享或点赞，也可以关注我，作为车联网领域里摸爬滚打的一名产品人员，后续也会持续给大家带来更多的相关分享，也会分享一些跟车厂打交道的趣事。

#图文创作打卡挑战活动#