标签：基于 特殊 GIS 地图 Pathfinding ArcGIS 道路 数据 GPS
文章目录
前言
GIS的概念
地理信息系统（GIS）是可以对地表（包括大气层）有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、可视化的信息系统。
GIS的数据源
GIS中包括2种数据：栅格数据 and 矢量数据：
- 栅格数据。 典型的基于域的数据
- 矢量数据。 基于对象的空间数据模型
数据源包括图形数据、遥感数据、测量数据（GPS等）、数字资料（统计数据、实验数据）、文字数据（调查报告）
ArcGIS概述
本篇的重头是ArcGIS。其提供了ArcGIS Desktop，为用户提供数据制作、空间数据编辑、空间分析与建模等功能。主要由ArcMap、ArcCatalog、ArcToolbox、ArcGlobe、ArcScene、Model Builder等模块构成：
ArcMap：对数据进行编辑，即绘制地图、绘制各种路网及标记点、编辑要素字段。ArcCatalog：相当于资源管理器，用于创建原始数据，诸如要素数据集、要素类（图层）、网络数据集等。可对数据进行增删改。
用ArcGIS构建地图
基本原理
基于ArcGIS创建的地图由边（edge）和 节点（junction）两个基本部分组成。边和节点拓扑相连创建路段，如下：
创建网络有2种基本思路：
- 用向导制定要素类参与到网络中
- 先建一个空网络，再添加要素。
在ArcGIS中，道路可以分为一般道路和特殊道路：
- 一般道路：直道或曲率小的道路，可直接用直线段绘制。由于GPS数据量庞大，采用过多的GPS数据会增加地图绘制工作量。因此在一般道路的绘制过程中，对GPS数据以距离
d等间隔采样，通常令d=5~10m。一般道路的数据存储在ArcCatalog中，ArcGIS可以把采样点用直线段依次首尾顺序相连。同时，对十字路口、斑马线、红绿灯等特殊静态标志在ArcGIS中进行属性设置。一般道路绘制如下图
- 特殊道路：弯曲程度比较大的路段，例如路口转弯或匝道等。ArcGIS不支持曲线绘制，所以需要用到外部创建的一个新的数据库——特殊道路数据库，用于存储特殊道路段的数据。特殊道路的绘制同样需要原始GPS数据，但是会以距离
M等间隔采样，且有M<d。一般道路和特殊道路在地图中以特殊标志点（驶入标志和驶出标志）区分。ArcGIS中特殊道路也用直线段链接，如下图：
ArcGIS中道路数据一般就由ArcCatalog数据库和特殊道路数据库构成。
一般的路段都不是单车道，怎么标注呢？ 假设当前车道信息存储在ID=0的车道中，则其他车道可以该车道为基准命名。如下图，其他车道ID在L轴正方向上依次递增，在L轴负方向上依次递减。同时将道路信息（限速、停止线、信号灯位置等道路属性）分别标注。
梳理一下ArcGIS构建地图的流程：将GPS数据导入ArcGIS，根据道路弯曲程度将所有道路分为一般道路和特殊道路，分别进行路网绘制。创建ArcCatelog数据库和特殊道路数据库分别存储两类道路的几何信息。之后，对其他道路信息进行标注，例如车道ID、交通灯、人行道、关键静态障碍物。
具体实现步骤：
1. 原始GPS导入Excel
GPS信息如下：
我们要从大量的GPS数据中心获取关键信息，并对数据间隔做规划。将GPS数据导入Excel：
其中$GPFPD是差分gps公司提供的一种文本输出格式。$GTIMU是IMU数据
所谓关键信息，主要是提取与$GPFPD后面G栏和H栏的数据，分别是纬度和经度信息。提取完后将数据导出为.xls后缀文件。
2. 将Excel数据导入mxd文件
将上面处理的数据导入ArcGIS，步骤如下：图层->添加数据->选中test.mdb,单击“”添加“-> 选中excel文件，单击“添加”。
3. 显示采集数据点
打开已经建好的test.mxd数据库文件，继续选中图层，右击，选择添加数据，找到已保存好的GPS数据的xls文件，选中后单击添加。其中X轴信息即经度，在xls文件的第8列，所以F8为经度、F7为纬度。
选中sheet1，右击，选择显示XY数据，这样地图信息就会显示出来。
4.绘制道路
选择“路要素”，右击，选择“编辑要素”->“开始编辑”
选中操作界面右边道路后，开始从起点到终点画路径。每次只能画一条线，线段之间必须首尾相连。特殊路段尽量用线段近似拟合曲线。绘制过程中可以把GPS点隐藏。
5.字段表编辑
选中元素类，右击选择打开属性表，出现以下界面
在表中可以编辑各个属性，这些属性为决策规划层提供道路信息。图中的“111”代表主干道，“10”代表是辅道。
6.特殊路段特殊化处理
在从一般道路进入特殊道路时，需要在地图中做一个标记。例如下图，用标志点对特殊路段的起始位置进行标记。
标记完以后，需要在属性列表中对标记属性进行编辑，定义标志位以指示属于哪个特殊路段。例如，可以设定尾号11作为转弯入口，尾号12位出口，14是终点信号。
点标记完后，需要截取特殊路段的入口和出口之间的GPS点，人工筛选后导出特殊道路数据。
7.重新构建网络数据表格
打开ArcCatalog，打开前面编辑的数据要素集，选中网络数据集，右击构建，就可以完成地图创建。
整个地图创建流程如下
基于GIS的Pathfinding
坐标变换
ArcGIS支持两种网络分析：有向网络分析和无向网络分析。自动驾驶领域一般是采用有向网络。ArcGIS可以根据创建好的全局地图，以车辆当前位置为起点，目的地为终点，通过ArcGIS网络分析，在路网中获得最优的全局路径，包括边、节点经纬度坐标、车道编号等一系列道路属性，这些信息均来自先前创建的2个数据库。
ArcGIS网络分析输出的全局最优路径坐标点是在WGS84坐标系下。
WGS84坐标系：国际通用坐标系，坐标原点为地球质心，Z轴指向地球极方向，X轴指向零子午面和赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系。
要将坐标点用于自动驾驶，需要将WGS84坐标转换到地理坐标系，然后转到全局坐标系
地理坐标系：本初子午线与赤道交点为原点，东方向为X轴，北方向为Y轴，天为Z轴。
WGS84坐标 —> 地理坐标系 ：
地理坐标系 —> 以地理坐标系中某一点为原点的“全局坐标系”:
全局路径插值
由ArcGIS网络分析得到的最优路径是由地图的节点构成，间隔比较大，精度无法满足局部路径规划需求。所以实际还需要用三次样条曲线对全局路径点进行插值。
地图创建与全局规划仿真案例
首先，将高精电子地图（中国株洲市某道路地图）导入ArcGIS，建立路网结构。
路网结构包括了坡道、若干车道。对他们分别建立相应地理属性，如道路类型、单向道路、道路长度等：
- 在构建好的全局地图中，设置一个起点和目的地，基于ArcGIS网络分析，可快速找到一条全局最短路径（见下图a）的粗线）。
- b）c）d）是几段局部放大图，可以看到规划的细节。从规划结果可以看出，基于ArcGIS的全局路径规划考虑了创建地图的属性信息，如道路规定的行驶方向和路口。
参考文献：
[1] 余伶俐等.《智能驾驶技术：路径规划与导航控制》
标签：基于,特殊,GIS,地图,Pathfinding,ArcGIS,道路,数据,GPS 来源： https://blog.csdn.net/weixin_46275484/article/details/118701709
本站声明： 1. iCode9 技术分享网（下文简称本站）提供的所有内容，仅供技术学习、探讨和分享； 2. 关于本站的所有留言、评论、转载及引用，纯属内容发起人的个人观点，与本站观点和立场无关； 3. 关于本站的所有言论和文字，纯属内容发起人的个人观点，与本站观点和立场无关； 4. 本站文章均是网友提供，不完全保证技术分享内容的完整性、准确性、时效性、风险性和版权归属；如您发现该文章侵犯了您的权益，可联系我们第一时间进行删除； 5. 本站为非盈利性的个人网站，所有内容不会用来进行牟利，也不会利用任何形式的广告来间接获益，纯粹是为了广大技术爱好者提供技术内容和技术思想的分享性交流网站。