国行佳明手表等高线 OSM 地图折腾记

Posted by Yun on Wed, Mar 5, 2025

Update 2025/3/25:感谢测绘专业大佬 @ajaxyz 的指正,已更新全文中不严谨的部分描述。

1. Background

众所周知,佳明的国行手表自带有国行专属的城市导航地图(带有硬件锁,外区手表无法使用),此国行地图是具备资质且审核过的,道路和 POI 信息更新准确,配合国行手表专属的坐标偏移转换程序,非常适合国内路跑、骑行、步行使用。

然而,此国行地图由于“测绘”等相关法律规定,是完全不包含有等高线信息的。这也导致了此国行地图在“徒步”、“登山”场景中的作用非常有限。而随着我国户外运动的发展,等高线地图的需求也日益增长。目前国内最便利访问等高线地图的方法为使用两步路 App 的等高线叠加层,但毕竟徒步时掏出手机相比于查看手表还是非常不便,通过各种“折腾”手段为国行佳明手表安装等高线地图的需求也应运而生。

本文使用设备:国行佳明 FR 965 + 国行账号

2. Conceptions

2.1 GPS 坐标系统

在我国接触到的最常见的 GPS 坐标系统有四种:

  • WGS84:地球坐标系,国际通用
  • GCJ02:火星坐标系(国测局坐标系),由 WGS84 加算法偏移而来,仅国区使用,目前国内大部分接触到的地图底图均为 GCJ02 偏移过后地图数据(即本就是偏移过的地图)
  • BD09:百度坐标系,基于 GCJ02 再次加偏移而来,除了百度地图及 API 产品外,几乎没什么地方在用
  • CGCS2000:2000 国家大地坐标系,是未加偏移的原始坐标系,国内主要是天地图在使用

关于 WGS84 和 CGCS2000 坐标系,两者参考的地球椭球模型有所差异(后者的椭球更贴近中国形状),但实际应用中两者的偏移不会超过一米,对于非军事等高精度地图的需求,可以近似认为两者是相等的。故在本文的地形图户外运动场景下,可以认为两者是等同的

2.2 Open Street Map

Open Street Map,又称 OSM,是一个全球开源的免费地图项目,使用 WGS84 坐标系。由全球贡献者共同参与完成并更新。众多的国内外户外地图的图源大部分都来自于 OSM + ALOS@EORC(包括两步路的等高线信息),可见其应用之广、认可度之高。

值得一提的是,由于在我国测绘必须取得相关的法律资格,所以 OSM + ALOS@EORC(后文简称 OSM)的国区地图理论上是非法的且 Out Of Date 的(但是其依然包含有可靠的等高线和 DEM 等信息资源)。

众多提供户外地图资源下载的门户,均是以 OSM 资源为基础进行打包整合而来,地图的精细程度完全取决于提供资源门户的打包粒度。这些门户中在国内使用中最著名的有两个:

  1. OpenTopoMap
  2. alternativaslibres

2.3 CN China NT & China DEM

这两个是国行佳明手表自带的国区专用地图:

  • CN China NT 为国行有审核资质的国内导航图,使用 GCJ02 坐标系记录地图数据
  • China DEM 则是国区地图专用的数字高程模型,模型精度不错,依然是以 GCJ02 坐标系记录数据,在和其他 WGS84 坐标的地图一起使用时会有图层偏移(边界对不准)的情况

2.4 TopoActive

TopoActive 是佳明官方基于 OSM 进行深度定制的户外地图,使用 WGS84 坐标系,在 Garmin Express 中可以下载到基础的免费版本,也可以在海外官网购买更详细信息的付费版本。

值得注意的是,最新的 Garmin 固件将 TopoActive 作为了一个“地图类型”,这导致了 TopoActive 地图要么全部开启,要么全部关闭,无法单独开关其中某个 TopoActive 地图。

2.5 Garmin Express & Garmin Basecamp

Garmin Express 是专门用于管理手表和安装官方地图的软件。值得注意的是,国行手表默认无法下载任何 TopoActive 地图,而通过全局上网模式,可以解锁下载 TopoActive 地图(但是国行 Express 中没有 TopoActive China ML 的下载选项)。

左:TopoActive 禁用; 右:TopoActive 可用(全局上网)
左:TopoActive 禁用; 右:TopoActive 可用(全局上网)

Garmin Basecamp 则是专门的地图管理和路线制定软件,安装第三方 OSM 地图大部分均需要通过 Basecamp 软件进行。

注意:由于有众多案例反馈,Express 和 Basecamp 在 MAC 系统上存在严重的稳定性问题,故在此只推荐使用 Windows 版的 Express 和 Basecamp 软件。本文采用的是 Windows 11 系统环境。

3. Install

使用佳明带登高线地图的方法大致有两种,第一种是使用官方的 TopoActive 地图,另一种是使用第三方 OSM 地图。

3.1 TopoActive

TopoActive 地图的优势在于下载方便,只需 Express 应用和全局上网即可,单独删除时也可以在手表端独立操作。但劣势是只能更改地图类型使其全部加载或全部关闭,并且其性能相比 OSM 地图更差,以及国行手表无法下载 TopoActive China ML 地图。

至于 TopoActive China ML 地图,它是具有硬件锁的,国内流传的解锁版本往往更新日期较早,且可能具有 BUG 使用可靠性不会很高。不过在此仍附上 TopoActive China ML 的一些可能的下载途径:

值得一提的是,通过 Express 下载的 TopoActive 地图使用 Basecamp 查看可以发现,它是附带有一张“极为平坦” DEM 对应地图的。但由于其“极为平坦”,真是有些侮辱了 DEM 这个词。

综上,对于 TopoActive 地图的使用建议为:

  • 若有对应地区更优质的 OSM 地图,则建议优先使用 OSM 地图
  • TopoActive 地图建议和 OSM 地图互补使用(若地区重叠,TopoActive 地图会覆盖在最上层)
  • 不推荐使用 TopoActive China ML 地图

3.2 OSM

第三方 OSM 常用的两个下载门户为 OpenTopoMapalternativaslibres

  • 前者对于 Asia 区域的地图打包详细程度远逊色于其他洲的地图,但优势在于易于安装,仅需下载地图镜像后通过 USB 模式拷贝到手表目标文件夹即可
  • 后者的地图打包详细程度非常优秀,但是只能使用 BaseCamp 进行安装,并且有些国家的地图没有,部分地图需要付费,地形图(一般下载这个就行)和高程图未合成为同一个文件导致大部分时间只能二选一

详细的两者安装教程可参考:3分钟说清楚佳明手表第三方地图安装问题

值得注意的是,使用 BaseCamp 时,直接一路 Next 即可,无需手动自定义选取区域,BaseCamp 会自动对地图文件拆包使单个文件小于 4G,非常省心(这一点和上面教程视频里有所不同)。

OSM 地图安装的目录均为手表 USB 模式下的 /Garmin/ 文件夹,若要删除,在 PC 中管理删除即可。

4. Experiments

对于国行手表而言,CN China NT 和 China DEM 这两个独占的地图是以 GCJ02 坐标来记录的(即均为偏移过的地图),而其他的所有地图(OSM、TopoActive)均为 WGS84 坐标记录的地图数据。以 CN China NT、China DEM、OSM China 为例,将两种坐标系记录的地图混合使用时,会出现地图边界偏移无法对齐的情况。

左:CN China NT + China DEM 无 DEM 偏移; 右:OSM China + China DEM 有 DEM 偏移
左:CN China NT + China DEM 无 DEM 偏移; 右:OSM China + China DEM 有 DEM 偏移

左:CN China NT + TopoActive HK 地图无法对齐; 中:OSM China + TopoActive HK 地图可以对齐; 右:CN China NT + China DEM + OSM China 地图DEM对齐但等高线无法对齐
左:CN China NT + TopoActive HK 地图无法对齐; 中:OSM China + TopoActive HK 地图可以对齐; 右:CN China NT + China DEM + OSM China 地图DEM对齐但等高线无法对齐

综上可得结论(同坐标系记录的地图资源一起使用,不要跨坐标系使用):

  • CN China NT 和 China DEM 建议配合使用,且不要和其他资源一起使用
  • OSM 地图可以和 TopoActive 地图配合使用
  • 地图由上至下的覆盖顺序为:
    • TopoActive(自带有等高线)
    • (来自 OSM 地图的)等高线
    • CN China NT
    • 其他 OSM 地图的底图

4.1 Garmin 内部地图处理逻辑猜测:

运行逻辑前提:

  • 原生采集数据均为 WGS84 坐标(如当前定位、轨迹存储等)
  • 地图文件存储时只记录坐标数据,不记录坐标类型,地图加载时不受偏移程序的影响
  • Garmin 内部以 WGS84 为基准加载地图数据
    • 以 GCJ02 格式记录的地图,加载时会整个地图产生偏移(即存储了偏移的地图
    • 以 WGS84 格式记录的地图,加载时不会产生偏移(即存储了不偏移的地图

运行逻辑推断:

  • 佳明手表运行时以 WGS84 为运行基准
  • 若当前地图中启用了 CN China NT
    • 则启用算法偏移转换程序
    • 定位、轨迹等数据加偏后转换为 GCJ02 坐标,匹配(本就是偏移的)CN China NT 地图
    • 地图文件加载时:
      • 以 GCJ02 存储的地图可以与 CN China NT 边界对齐(例:China DEM)
      • 以 WGS84 存储的地图无法与 CN China NT 边界对齐(例:TopoActive,OSM)
  • 若当前地图中未启用 CN China NT
    • 定位,轨迹等数据可以直接以 WGS84 匹配
    • 地图文件加载时:
      • 以 GCJ02 存储的地图无法边界对齐 WGS84 地图(例:China DEM)
      • 以 WGS84 存储的地图可以互相边界对齐(例:TopoActive,OSM)

证据:在 Garmin Connect(iOS)运动记录的轨迹详情页面,右下角的纠偏按钮默认是开启的。

4.2 多说一下 Garmin 手表地图类型的操作:

  • 地图类型分为:TopoActive、城市导航图、底图
  • Default 选中为 TopoActive
  • 可能为 BUG(或故意如此设计)
    • 选中 TopoActive 时,TopoActive 地图全部开启(无法单独关闭其中某个),同时其他各个地图文件可单独开关
    • 选中其他两个选项时:
      • 只开启 CN China NT + China DEM 时,必须选择“底图”;若选择“城市导航图”,退出菜单再进入,选项会被重置为“底图”且先前设置的各个地图文件开关会混乱
      • 只开启 OSM 地图时,必须选择“城市导航图”;若选择“底图”,退出菜单再进入,选项会被重置为“城市导航图”且先前设置的各个地图文件开关会混乱

5. Config & Practice

综上,个人选取的最终配置如下:

  • 适用于跑步、步行、骑行:
    • 地图类型:“底图”
    • 地图:
      • CN China NT
      • China DEM 高程信息
  • 适用于越野跑、徒步、登山:
    • 地图类型:“TopoActive”
    • 地图:
      • alternativaslibres 门户的地形图(无高程 DEM 信息):
        • OSM CN(含 HK + MA)
        • OSM JP
      • TopoActive TW + KR

5.1 两步路导入轨迹

综合 4.1 和 4.2 内容,经过实测,使用 iOS 系统时,从两步路分享 GPX 轨迹文件(GPX 轨迹文件的标准规定采用 WGS84 坐标)到 Garmin Connect 同步轨迹至手表,在 5. 中配置的两种地图模式下均不会发生轨迹偏移情况。

但在此并不保证安卓系统进行同样的操作不会导致轨迹偏移,若存在偏移情况,可参考令人抓狂的佳明手表等高线轨迹偏移怎么破?进行修复。


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