今天，一條由導(dǎo)航軟件引發(fā)的交通事故備受關(guān)注。
3月9日晚，一小伙駕車沿著杭州玉古路通過浙江大學(xué)玉泉校區(qū)正門時，由于對道路不太熟悉，于是在導(dǎo)航提示下“繼續(xù)直行”，結(jié)果一腳油門就沖進(jìn)了河道。
其實(shí)，搜索近年來的報道，被導(dǎo)航軟件誤導(dǎo)而發(fā)生的交通事故不勝枚舉。
隨著城市的發(fā)展，作為城市骨骼和血脈的道路是越來越多，它們縱橫交錯的穿插于整座城市之間，難倒了不少路癡朋友。而如今有了導(dǎo)航軟件的幫忙，我們可以很輕松的找到去往目的地的路，并且現(xiàn)在的導(dǎo)航軟件不僅可以幫我們規(guī)劃路線，甚至可以知曉每條道路的交通情況，自動為廣大司機(jī)朋友規(guī)避擁堵，選擇一條暢通無阻的道路。
那么，很多人就很好奇，導(dǎo)航軟件的工作原理是怎樣的？它是如何知道前方道路是否擁堵的？而導(dǎo)航軟件地圖又是怎么繪出來的？
導(dǎo)航軟件是如何工作的
導(dǎo)航軟件的路徑規(guī)劃無論在民用還是軍用領(lǐng)域都應(yīng)用廣泛，它們的底層算法是相通的，只不過汽車路徑規(guī)劃相對簡單只需要在二維平面進(jìn)行，而且對規(guī)劃環(huán)境以及反應(yīng)速度等方面的要求沒有飛行器那么高。本質(zhì)上說，底層算法包括兩大類。
第一種是數(shù)值優(yōu)化算法。它在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間布設(shè)一系列路徑點(diǎn)，使用坐標(biāo)值表述路徑點(diǎn)位置，讓汽車沿著這些點(diǎn)行駛。在選擇路徑點(diǎn)時，就需要定義目標(biāo)函數(shù)，例如路徑長度最短。規(guī)劃過程中還需考慮一些約束條件，比如對咱們?nèi)粘ｑ{駛的汽車來說，必須要求路徑點(diǎn)都位于已有道路上。然后，借鑒一些現(xiàn)代數(shù)值優(yōu)化算法（比如粒子群算法，它是模擬鳥群、魚群捕食過程的全局搜索算法），不斷地對可能布設(shè)路徑點(diǎn)的區(qū)域進(jìn)行探索，最終確定使得目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)（如路徑長度最低）的路徑點(diǎn)。
但總體來說，如果路徑點(diǎn)規(guī)模較大時，使用數(shù)值優(yōu)化算法求解路徑規(guī)劃時，問題的維度將急劇增加，導(dǎo)致規(guī)劃過程所需時間較長，難以滿足導(dǎo)航軟件的時效性要求。
如今非常具有實(shí)用性的是第二種算法——啟發(fā)式算法。以我們導(dǎo)航上常用的“A*算法”“Dijikstra算法”等為代表，它從起始點(diǎn)開始，以一定的步長為單位，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展。選取代價值（如路徑長度）最小的節(jié)點(diǎn)作為擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)展過程中需要考慮一些約束，比如轉(zhuǎn)彎半徑的限制以及對風(fēng)險障礙的規(guī)避等等，這就使擴(kuò)展角度不可能總是全方位的。如此一步步擴(kuò)展，直到當(dāng)某個擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)終點(diǎn)時，再從終點(diǎn)倒過來回溯到起點(diǎn)，這樣，把過程中的各個節(jié)點(diǎn)串起來，就成為了一條規(guī)劃的路徑。
導(dǎo)航軟件如何判斷交通堵塞
方法1：UGC數(shù)據(jù)采集分析，即通過用戶使用APP時上傳的數(shù)據(jù)分析得到后臺數(shù)據(jù)。
當(dāng)我們在使用導(dǎo)航軟件的時候，我們不僅僅是導(dǎo)航軟件的使用者，還是軟件數(shù)據(jù)的貢獻(xiàn)者。車輛在行駛過程中，我們的GPS位置以及車速等數(shù)據(jù)會被上傳到導(dǎo)航軟件的后臺，后臺通過系統(tǒng)的分析該區(qū)域通行車輛的速度，即可推算當(dāng)前道路的擁堵狀態(tài)，并實(shí)時同步更新地圖數(shù)據(jù)。
如果我們的位置長時間停留在一個位置，那么導(dǎo)航軟件將判斷駕駛員的行走方式，道路更加擁擠，因此它可以去跟其他地方司機(jī)提醒說道路的某一部分相對擁擠，希望每個人在開車時都會避開這個部分。
目前這個方式是最主流且占比最大的數(shù)據(jù)采集方式。
方法2：與公安交通管理部門合作。
通常來講，交管部門會在城市的重點(diǎn)路段通過專業(yè)攝像頭實(shí)施流量監(jiān)控，并無法做到城市全面的流量監(jiān)控，而通過與地圖導(dǎo)航公司的合作，交管部門會獲取更多城市道路流量信息，以便更好的開展城市服務(wù)工作，地圖導(dǎo)航公司也會獲取到交管部門的流量監(jiān)控數(shù)據(jù)，實(shí)時分析并更新道路交通擁堵數(shù)據(jù)。
方法3：與出租車公司、公交公司、物流公司等運(yùn)輸公司合作。
現(xiàn)如今在城市中的營運(yùn)車輛，幾乎全部安裝了GPS車載端，車輛的行車數(shù)據(jù)會實(shí)時上傳到運(yùn)營公司后臺，而地圖導(dǎo)航公司通過與這一類公司合作，既可以讓眾多車輛使用自己的地圖軟件，增加用戶數(shù)量與市場潛力，又能通過合理的道路行駛方案規(guī)劃降低運(yùn)營公司成本，同時地圖導(dǎo)航公司還能獲取這些營運(yùn)車輛的運(yùn)行數(shù)據(jù)，可謂一舉三得。
方法4：用戶自行上傳數(shù)據(jù)。
不論是哪個地圖導(dǎo)航APP，都設(shè)有反饋上報的入口，我們用戶在使用過程中如果遇到突發(fā)的狀況，可以將路況上報至地圖導(dǎo)航公司，一般而言，地圖導(dǎo)航公司會結(jié)合其他數(shù)據(jù)判斷用戶上報情況的準(zhǔn)確性后再決定是否采納，所以這也是為什么有些調(diào)皮的網(wǎng)友在虛報錯報道路信息以后，地圖卻“無動于衷”。
導(dǎo)航軟件地圖是怎么繪出來的
從地圖的采集到最終應(yīng)用在導(dǎo)航軟件，整個過程將涉及到地圖學(xué)、地理學(xué)、遙感技術(shù)以及計算機(jī)科學(xué)等跨學(xué)科知識。我們盡量用淺顯的語言解釋整個制圖過程。不過在此之前，我們必須先了解兩個概念。
GIS：Geographic Information System，即地理信息系統(tǒng)。通俗的說是將實(shí)際的地形、建筑等地理信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字模式，可以將這些數(shù)字化了的信息進(jìn)行存儲、分析、管理、計算等操作。
POI：Point of Interest，即興趣點(diǎn)。一個POI可以是一棟房子、一個商鋪、一個郵筒、一個公交站等。傳統(tǒng)的地理信息采集方法需要地圖測繪人員采用精密的測繪儀器去獲取一個興趣點(diǎn)的經(jīng)緯度，然后再標(biāo)記下來。
GIS和POI是構(gòu)成導(dǎo)航內(nèi)陸圖不可或缺的兩個信息，這些信息在地圖上以不同圖層顯示出來。經(jīng)過對圖層的疊加，顯示進(jìn)行表達(dá)的過程。對地圖應(yīng)用目標(biāo)不同，疊加圖層也不同。比如你想查看衛(wèi)星圖，選擇“衛(wèi)星圖層”就可以直接顯示出來。
地圖數(shù)據(jù)分為這幾大類：
一是底圖數(shù)據(jù)。底圖就是地圖中最基本的圖形數(shù)據(jù)和一些相關(guān)附加信息。
底圖數(shù)據(jù)來源有三個：
官方地圖：地圖廠商從政府測繪局購買其發(fā)布的權(quán)威地圖。這種地圖比我們?nèi)粘＝稚腺I的地圖更加精確豐富。
實(shí)地外采：實(shí)地外采就是測繪人員利用專業(yè)儀器，在實(shí)地環(huán)境中測繪得到數(shù)據(jù)。這種實(shí)地外采精度高，置信度高，但是缺點(diǎn)是成本高，周期長。
航片衛(wèi)片：通過自己拍攝或者購買高精度航空照片或者衛(wèi)星照片，作為底圖數(shù)據(jù)。這種地圖數(shù)據(jù)被絕大多數(shù)地圖廠商采用。目前航拍或者衛(wèi)星地圖精度已經(jīng)可以達(dá)到0.05米甚至更精確，這個精度已經(jīng)足夠所有地圖生產(chǎn)商使用。
二是POI數(shù)據(jù)。
通過數(shù)據(jù)采集車采集：采集后數(shù)據(jù)通過手工標(biāo)注。這種方式適合大規(guī)模采集標(biāo)注，效率高成本低，尤其適合沿街的店面和場所的采集和標(biāo)注，是目前數(shù)據(jù)采集供應(yīng)商的主要采集手段之一。
通過專職或者兼職人員利用手機(jī)等智能設(shè)備進(jìn)行采集：它是對上一種采集方式的補(bǔ)充，比較適合變動頻繁的商戶位置。
地址反向編譯：這種方式通過門牌地址號碼，運(yùn)用算法進(jìn)行定位標(biāo)注。這種方法的好處是成本非常低，但是精度和準(zhǔn)確度都不高。
從互聯(lián)網(wǎng)或者企業(yè)獲取：這些POI直接從專業(yè)網(wǎng)站抓取或者購買（比如大眾點(diǎn)評，攜程）。一些企業(yè)也可以利用這些地圖開放的API服務(wù)為自己互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品服務(wù)。
POI數(shù)據(jù)不需要很多資質(zhì)限制，所以提供POI數(shù)據(jù)的服務(wù)生比底層數(shù)據(jù)供應(yīng)商多很多。比如圖吧就是主要的POI數(shù)據(jù)供應(yīng)商，很多時候大家互相購買，補(bǔ)充自己的地圖。
另外就是其他數(shù)據(jù)。其他常見數(shù)據(jù)圖層包括交通狀況圖層、衛(wèi)星圖層、三維圖層、街景圖。交通狀況圖主要依賴于安裝在出租車上的GPS采集實(shí)時數(shù)據(jù)，或者通過激光測速儀、攝像頭、雷達(dá)測速等專業(yè)設(shè)備采集交通路況信息。三維圖層主要依靠激光掃描和手工建模。街景則依賴實(shí)地拍攝。
對地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行加工后，整個地圖制作就基本成型了。地圖廠商需要將做好的地圖進(jìn)行實(shí)地測試，保證地圖的完整性和可靠性。最后這些原始地圖數(shù)據(jù)在相關(guān)部門做保密技術(shù)處理和審查。通過審查后，電子地圖就可以公開的在網(wǎng)上發(fā)布或者銷售。至此，整個地圖制作過程基本結(jié)束。一般來說，地圖廠家還會進(jìn)行地圖數(shù)據(jù)的更新，更新的頻率每家各不相同。只有地圖數(shù)據(jù)更新，才能保證用戶在使用地圖時候不會出錯。（來源：科技日報 韓楊/文、快科技 鯤鵬/文、青島新聞網(wǎng)）
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