本人現就職于國內某地圖導航公司，這篇文章是我前段時間在公司組織技術分享的一個PPT，文章內容也主要由這個PPT的內容為主，通過這篇文章可以很好的幫你了解地圖導航這個行業的相關技術。

PPT內容主要包括地圖相關專業知識、百度和高德SDK整體框架、數據來源、行業概覽等組成。其中關于地圖引擎相關的技術知識，我向公司地圖引擎開發同事求證過，這個PPT也給他們看過，也幫忙指出了其中的一些問題。

這篇文章主要用于分享，其中如果有什么問題，還請多多指出，謝謝！

地圖開發專業知識

經緯度

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經緯度

經緯度是一種地理坐標系統，主要用來表示地球的球面坐標系，經緯度可以定位地球的任何一個位置。南北方向的稱為緯度，東西方向稱為經度。

緯度：赤道緯度最長，離赤道越遠緯度周長越短，也就是緯度越小。赤道以南稱為南緯，赤道以北稱為北緯。緯度取值范圍是0-90，赤道緯度為90，兩級最小。

經度：經度也叫子午線，任意兩條經線長度相等，起始點都在南北極。經度以本初子午線為區分，以東稱為東經，以西稱為西經，東經為正數，西經為負數。經度取值范圍在0-180，本初子午線為0。東經180度也就是西經180度就是白令海峽，白令海峽就是國際換日線，日期相差一天。

按照經度，地球被分為24個時區，每個時區又有分，分又包含秒。

投影

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投影

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投影

做地圖，投影的概念很重要。我們的地球是圓形的，地球的坐標是一個球面坐標，球面坐標是三維坐標(x、y、z)，而我們的地圖是是二維的(x、y)，需要將球面的三維坐標轉換為平面的二維坐標。

坐標轉換久用到了投影的概念，常用的投影有：圓柱投影、圓錐投影、方位投影，而在我們地圖導航中使用墨卡托投影。

墨卡托投影

墨卡托投影

百度、高德、Google都使用墨卡托投影，墨卡托投影有一個很大的弊端，就是在高緯度(南緯、北緯)地區產生巨大的變形。變形比較嚴重的地方在于俄羅斯、格林蘭島、非洲、南極洲等高緯度地區。

墨卡托投影

上面五個國家分別是：俄羅斯、澳大利亞、中國、巴西、加拿大
我們將這五個國家放在一個緯度，來比較這五個國家，發現相差并不太大。但是如果放在上面那張圖中，俄羅斯頂好幾個中國大小。

國外開發者開發了一個網站，這個網站可以將不同國家拉到同一個緯度，這時候就能顯示出真正比例的國家面積。

網站地址：??http://thetruesize.com/??

古德投影

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古德投影

古德投影可以避免地圖變形的問題，這種投影將地圖分為幾個部分，然后沿赤道將幾個部分連接在一起。我們發現上面的格林蘭島已經被分為兩部分，這種投影并不適合用于開發，而且看起來效果也不太好看。

金字塔模型

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金字塔模型

把一張世界地圖顯示到手機里是不可能的，所以就引入了金字塔模型的概念(也就是比例尺)，我們可以根據不同的縮放比例，顯示不同的分辨率。

在地圖應用中，我們用手指縮放和放大地圖，地圖顯示大小的變換，都是基于金字塔模型來組織瓦片圖的。

瓦片坐標系

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瓦片坐標系

和金字塔模型配合使用的就是瓦片坐標系，在不同的縮放等級下，同一塊區域瓦片個數也是不一樣的。

瓦片越多就代表這一區域顯示越詳細，縮放比例也就越大。瓦片坐標系在2D和3D的場景下都會被使用，我們在網絡不好的情況下可以看到地圖瓦片的加載過程以及瓦片的大小、位置。

坐標加密

• CoreLocation中的經緯度加密(WGS-84)
• 高德SDK中的經緯度加密(GCJ-02)
• 百度SDK中的經緯度加密(使用GCJ-02再次加密)

根據中國法律規定，地圖提供商必須對地圖經緯度進行偏移，國測局制定了一套加密標準，就是常用的GCJ-02。經緯度坐標加密主要有兩種格式，GPS坐標系 (WGS-84) 和火星坐標系 (GCJ-02) ，加密算法是開源的，可以搜索到。

國際經緯度坐標標準為WGS-84，國內必須至少使用國測局制定的GCJ-02，對地理位置進行首次加密。由于每家導航SDK提供方加密都不統一，所以百度、高德、谷歌多家地圖數據并不統一，需要再次進行轉換。

地圖定位

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地圖定位

移動端定位方式主要有三種：GPS、Wi-Fi、基站，但是android和iOS還不太一樣，android可以讓用戶選擇和設置那種定位方式，但是iOS是由系統為我們選擇的，我們沒有操作定位方式的權限。iOS不允許有第三方定位，所以現在地圖應用都是對系統定位進行的封裝。如果有GPS信號，iOS系統會優先選擇GPS方式定位，然后是Wi-Fi定位，如果Wi-Fi信號不好就會選擇基站定位。

在定位中精確度最高的是Google，Google利用大數據分析，記錄每一次利用Google地圖的定位。下次再次定位時，直接根據Mac地址等信息進行分析，提高定位精確度。

比較悲催的一個問題就是，有一些比較老的iOS機器，沒有GPS定位模塊，例如一些老版本iPad，這種設備在沒有Wi-Fi的情況下是無法定位的。

地理編碼和逆地理編碼

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示例圖片

地理編碼：即地理解析，由詳細的結構化地址得到對應的經緯度信息，例如北京市海淀區中關村南大街27號的地址，就可以獲取到一個唯一的經緯度信息。

逆地理編碼：即逆地理解析，由一個經緯度信息獲取一個結構化地址信息，例如lng:116.31985,lat:39.959836經緯度，就可以獲取到類似于上面的地理信息。

在iOS系統API、高德SDK、百度SDK中，都為我們提供了地理編碼和逆地理編碼API，但是需要注意經緯度的轉換，不同地圖SDK返回的經緯度加密方式不同，我們在傳入經緯度參數和接收經緯度參數時，都需要做轉換。

地圖數據來源

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高德

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四維圖新

國內比較活躍的數據采集商主要是高德和四維圖新兩家，百度沒有數據采集資質(最近收購了道道通)，所以數據主要依賴于四維圖新。

四維圖新和國家測繪局合作比較密切，數據來源主要是國家測繪局提供，也有部分自己測繪的數據。高德測繪和航拍能力還不錯，主要自己測繪數據，部分數據也依賴國測局提供。數據測繪單位互相之間都有合作，會相互購買自己沒有的數據。

在中國，谷歌地圖或蘋果地圖等地圖開發商，數據來源幾乎都是這兩家公司。

POI數據

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POI

POI數據是一種矢量數據，包括美食、商店、銀行、加油站等都是POI數據，在地圖上一般都以氣泡或大頭針表示。

數據采集可以通過車載GPS攝像機采集，或從服務性互聯網企業抓取或購買，由于百度和高德提供了對外的SDK，通過用戶使用地圖SDK也可以獲取一些數據。

百度的地圖數據主要依賴于四維圖新和道道通，高德地圖主要以自采為主。一般這些數據也會和大眾點評、攜程、口碑等互聯網服務商購買，相互之間也會購買POI數據。

柵格－2D地圖

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珊格圖

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珊格圖

2D場景：輕地圖應用，簡單的位置分享、興趣點標注、線路展示等。2D模型展示效果不太好，在縮放比例較小的情況下，看起來比較模糊(縮放比例大一些看起來清晰度還可以)。

柵格模型對于某一個地方的描述，是通過很多層圖片疊加組成的，每層代表不同信息(例如道路)。柵格模型一般都會先渲染一個底圖，然后是在底圖的基礎上疊加路況、POI等圖層。

珊格圖都是在服務器預處理的圖片，從服務器下載處理好的圖片到本地進行拼接即可，由于下載到本地是圖片，本地不能再對圖層進行更改。對于性能上來說，服務器進行圖片合成性能消耗較大，但是客戶端性能消耗比較小，內存占用也比較小，用起來會比較流暢。

矢量－3D地圖

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矢量地圖

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矢量地圖

3D場景：重地圖應用，以LBS為核心功能，需要離線地圖、更好的渲染效果、app內導航的。比如打車應用、出行導航類應用，3D模型渲染后的效果比較好，一般使用導航功能都必須用這個3D模型。

矢量數據是從服務器將地圖數據下載下來，然后在客戶端進行合成繪制的，所以我們可以對地圖的顯示進行控制，可定制性更強。矢量圖看起來更佳清晰，渲染效果比較好。但是矢量圖對手機性能消耗很厲害，手機內存占用比較高，CPU、GPU消耗都很大。對于服務器性能消耗就比2D場景性能小一些，因為服務器只是加載原始數據和向客戶端進行傳輸，將合成繪制等這些圖層渲染的繪制處理交給客戶端來做。提高了客戶端靈活性和更好的效果，犧牲了客戶端的性能，有利有弊。

三維地圖

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三維地圖

三維地圖是以三維地圖數據為基礎開發的，三維地圖看起來更佳立體化，地圖上可以呈現出立體建筑及陰影的效果，而且地圖隨著用戶的操作，樓宇的角度、陰影等效果也會隨之發生變化。

在三維地圖過渡過程中，也出現過假三維地圖。這種地圖只能進行平面平移，不能進行旋轉操作，是數據平面地圖和三維地圖過渡的產物。

國外地圖

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國外地圖

百度地圖目前已經可以支持部分國家的國外地圖服務，例如新加坡、韓國、日本、泰國等國家。可以在最新的百度地圖app上直接查看、搜索這些國家的一些POI，以及使用導航等功能。

目前為止只有百度一家支持國外地圖服務，高德暫時不支持這項服務。在百度和高德不支持的地方，由于服務器沒有數據，所以不會做渲染，看起來白白的一片。

實景地圖

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實景地圖

實景地圖最開始是Google研發的，這項技術需要軟件和硬件相互的配合，以及大量的數據處理才能完成。

采集實景需要各式實景采集工具，包括汽車采集、自行車采集、人力采集等，這主要是由于需要應對各種采集地點。采集時將數據實時綁定GPS位置，這樣就清楚是在哪個位置采集的。

數據采集后需要工程師將數據進行復雜處理，才能形成我們看到的實景數據。實景數據一般都是靜態的，而且不是實時更新的。實景數據為了保護被采集人的用戶隱私，需要對關鍵部位進行模糊處理，例如臉、車牌照等。

室內地圖

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室內地圖

室內定位是一種結合3D定位的定位模式，這種定位可以在室內進行定位。室內定位直接定位某個商鋪在幾樓的某個位置，而且可以選擇樓層。

在傳統的定位中，樓內由于是多層，會導致定位重疊的問題，而且樓內GPS信號也不太好甚至沒有。所以出現了一些新技術來實現樓內定位：AGPS(輔助全球衛星定位系統)、Wi-Fi指紋定位、zigbee芯片定位、RFID智能標簽技術、以及蘋果推出的ibeacon，其中高德使用的是Wi-Fi指紋定位技術。

百度熱力圖

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百度熱力圖

首先是由百度率先支持熱力圖功能，熱力圖功能預示著大數據時代越來越近。熱力圖是根據百度地圖移動客戶端和SDK在這些地區的使用情況推斷出來的，這些推斷數據可以是網絡請求、打開次數等，通過這些數據推斷出人員分布。通過之前百度在CCTV的報道來看，通過這些數據甚至可以預測景區擁堵，防止大型踩踏等群體性事件。

熱力圖隨著同一區域的密集程度變化，顏色隨之變深。但是由于統計方式的特點，統計的數據并不太準確，例如白天和夜間就有很大區別，只是當作參考。

地圖SDK架構

高德SDK結構

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高德SDK結構

Annotation：單點標注，繼承自UIView，可以使用UIView的一些基礎屬性，引入了重用機制(百度也是同樣的實現，包括一些打車軟件的小車，都是使用Annotation實現)。

Overlay：多點標注，引擎直接渲染，可以通過SDK的API自定義UI，多點標注用于標識路線或某一個區域。

Other：云搜索，地理編碼和逆地理編碼，導航路徑規劃，定位，POI搜索等。

MapKit和高德SDK區別

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對比

右邊圖片的高德logo是黑色，并且顯示在右下角，這是iOS系統的MapKit.framework

左邊圖片的高德logo是藍色，并且顯示在左下角，這是高德自己的SDK。

蘋果的MapKit只是使用了高德的數據，但是API是蘋果自己開發的。

百度地圖SDK框架

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百度地圖SDK框架

跨平臺引擎：

• 百度地圖的地圖引擎使用openGLES繪制
• 能夠運行于支持C++的手機系統平臺
• 不同平臺對應用層保持一致的API接口
• 提供能夠滿足應用層的基礎數據結構
• 盡量少的依賴系統接口，提高可移植性
• 靈活性和可擴展性

百度地圖對于高德地圖來說，增加了一些實用性的功能，例如熱力圖、騎行、個性化地圖等。這些功能都是高德所沒有的，當然高德也有一些很不錯的功能，兩者各有優點。

百度地圖和高德地圖都有2D和3D功能，2D純平面展示，沒有樓宇拔高效果。

百度地圖SDK框架

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百度地圖SDK框架

百度SDK主要模塊劃分：

• 地圖(基礎功能，地圖顯示以及操作和各種覆蓋物圖層)
• 檢索(POI，地理編碼、路徑規劃等)
• 定位(提供獨立定位模塊，經緯度根據國測局二次加密)
• 工具(調用百度客戶端，坐標轉換等)
• 周邊雷達(檢索用戶信息，查找附近的人，主要用于社交)
• LBS云(區域檢索，百度服務器存儲數據，可以自己操作，屬于開發者自有數據)

百度SDK分為六個大的模塊，可以按照需求下載對應的模塊，這樣使下載下來的SDK體積變小。

百度鑒權認證策略：用戶可以通過兩種方式與百度開放云進行交互，包括認證方式和匿名方式。在SDK中很多地方都用到了鑒權認證，例如加載地圖時認證不通過不會顯示地圖，百度比較看重SDK的鑒權。

圖層渲染

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圖層渲染

百度地圖渲染分為多個圖層渲染，每個圖層渲染的目標也不一樣，地圖上自定義標注和覆蓋物統稱為地圖覆蓋物，多個圖層疊加起來形成矢量圖。百度地圖SDK地圖等級目前為19級，可以根據縮放等級的不同渲染建筑物、道路、河流、學校、公園等內容。

百度地圖支持多點觸摸、雙擊放大、多點縮小、旋轉等手勢操作。并且支持畫點、折線、圓、多邊形等操作，并且可以自定義熱力圖、瓦片圖等。

百度個性化地圖

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百度個性化地圖

百度地圖在16年1月份推出了個性化地圖，SDK提供了個性化地圖模版，通過地圖模版更改底圖顏色和樣式。從百度開發者平臺下載到模版，通過地圖模版可以修改地面、水系、草地、道路、鐵路、地鐵、POI等顏色和樣式，然后調用SDK提供的方法讀取該模版即可。

地圖產業鏈

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地圖產業鏈

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活躍統計

第一張圖是一份14年的統計報告，這份統計報告統計不太全面，部分導航應用沒有被包含在內。

在這份統計報告中，我們發現高德是唯一一個覆蓋整條產業鏈的企業，在產業鏈的每個環節都存在高德的身影。

2014年4月，阿里對高德完成了15億美元的收購，高德成為阿里旗下全資子公司。