本人現(xiàn)就職于國(guó)內(nèi)某地圖導(dǎo)航公司，這篇文章是我前段時(shí)間在公司組織技術(shù)分享的一個(gè)PPT，文章內(nèi)容也主要由這個(gè)PPT的內(nèi)容為主，通過這篇文章可以很好的幫你了解地圖導(dǎo)航這個(gè)行業(yè)的相關(guān)技術(shù)。

PPT內(nèi)容主要包括地圖相關(guān)專業(yè)知識(shí)、百度和高德SDK整體框架、數(shù)據(jù)來源、行業(yè)概覽等組成。其中關(guān)于地圖引擎相關(guān)的技術(shù)知識(shí)，我向公司地圖引擎開發(fā)同事求證過，這個(gè)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(qǐng)多多指出，謝謝！

地圖開發(fā)專業(yè)知識(shí)

經(jīng)緯度

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經(jīng)緯度

經(jīng)緯度是一種地理坐標(biāo)系統(tǒng)，主要用來表示地球的球面坐標(biāo)系，經(jīng)緯度可以定位地球的任何一個(gè)位置。南北方向的稱為緯度，東西方向稱為經(jīng)度。

緯度：赤道緯度最長(zhǎng)，離赤道越遠(yuǎn)緯度周長(zhǎng)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(jí)最小。

經(jīng)度：經(jīng)度也叫子午線，任意兩條經(jīng)線長(zhǎng)度相等，起始點(diǎn)都在南北極。經(jīng)度以本初子午線為區(qū)分，以東稱為東經(jīng)，以西稱為西經(jīng)，東經(jīng)為正數(shù)，西經(jīng)為負(fù)數(shù)。經(jīng)度取值范圍在0-180，本初子午線為0。東經(jīng)180度也就是西經(jīng)180度就是白令海峽，白令海峽就是國(guó)際換日線，日期相差一天。

按照經(jīng)度，地球被分為24個(gè)時(shí)區(qū)，每個(gè)時(shí)區(qū)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(biāo)是一個(gè)球面坐標(biāo)，球面坐標(biāo)是三維坐標(biāo)(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(biāo)轉(zhuǎn)換為平面的二維坐標(biāo)。

坐標(biāo)轉(zhuǎn)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(dǎo)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(gè)很大的弊端，就是在高緯度(南緯、北緯)地區(qū)產(chǎn)生巨大的變形。變形比較嚴(yán)重的地方在于俄羅斯、格林蘭島、非洲、南極洲等高緯度地區(qū)。

墨卡托投影

上面五個(gè)國(guó)家分別是：俄羅斯、澳大利亞、中國(guó)、巴西、加拿大
我們將這五個(gè)國(guó)家放在一個(gè)緯度，來比較這五個(gè)國(guó)家，發(fā)現(xiàn)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(gè)中國(guó)大小。

國(guó)外開發(fā)者開發(fā)了一個(gè)網(wǎng)站，這個(gè)網(wǎng)站可以將不同國(guó)家拉到同一個(gè)緯度，這時(shí)候就能顯示出真正比例的國(guó)家面積。

網(wǎng)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(gè)部分，然后沿赤道將幾個(gè)部分連接在一起。我們發(fā)現(xiàn)上面的格林蘭島已經(jīng)被分為兩部分，這種投影并不適合用于開發(fā)，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(jī)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(jù)不同的縮放比例，顯示不同的分辨率。

在地圖應(yīng)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(biāo)系

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瓦片坐標(biāo)系

和金字塔模型配合使用的就是瓦片坐標(biāo)系，在不同的縮放等級(jí)下，同一塊區(qū)域瓦片個(gè)數(shù)也是不一樣的。

瓦片越多就代表這一區(qū)域顯示越詳細(xì)，縮放比例也就越大。瓦片坐標(biāo)系在2D和3D的場(chǎng)景下都會(huì)被使用，我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)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(biāo)加密

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

根據(jù)中國(guó)法律規(guī)定，地圖提供商必須對(duì)地圖經(jīng)緯度進(jìn)行偏移，國(guó)測(cè)局制定了一套加密標(biāo)準(zhǔn)，就是常用的GCJ-02。經(jīng)緯度坐標(biāo)加密主要有兩種格式，GPS坐標(biāo)系 (WGS-84) 和火星坐標(biāo)系 (GCJ-02) ，加密算法是開源的，可以搜索到。

國(guó)際經(jīng)緯度坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為WGS-84，國(guó)內(nèi)必須至少使用國(guó)測(cè)局制定的GCJ-02，對(duì)地理位置進(jìn)行首次加密。由于每家導(dǎo)航SDK提供方加密都不統(tǒng)一，所以百度、高德、谷歌多家地圖數(shù)據(jù)并不統(tǒng)一，需要再次進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

地圖定位

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地圖定位

移動(dòng)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(shè)置那種定位方式，但是iOS是由系統(tǒng)為我們選擇的，我們沒有操作定位方式的權(quán)限。iOS不允許有第三方定位，所以現(xiàn)在地圖應(yīng)用都是對(duì)系統(tǒng)定位進(jìn)行的封裝。如果有GPS信號(hào)，iOS系統(tǒng)會(huì)優(yōu)先選擇GPS方式定位，然后是Wi-Fi定位，如果Wi-Fi信號(hào)不好就會(huì)選擇基站定位。

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

比較悲催的一個(gè)問題就是，有一些比較老的iOS機(jī)器，沒有GPS定位模塊，例如一些老版本iPad，這種設(shè)備在沒有Wi-Fi的情況下是無(wú)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(xì)的結(jié)構(gòu)化地址得到對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度信息，例如北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街27號(hào)的地址，就可以獲取到一個(gè)唯一的經(jīng)緯度信息。

逆地理編碼：即逆地理解析，由一個(gè)經(jīng)緯度信息獲取一個(gè)結(jié)構(gòu)化地址信息，例如lng:116.31985,lat:39.959836經(jīng)緯度，就可以獲取到類似于上面的地理信息。

在iOS系統(tǒng)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(jīng)緯度的轉(zhuǎn)換，不同地圖SDK返回的經(jīng)緯度加密方式不同，我們?cè)趥魅虢?jīng)緯度參數(shù)和接收經(jīng)緯度參數(shù)時(shí)，都需要做轉(zhuǎn)換。

地圖數(shù)據(jù)來源

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高德

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四維圖新

國(guó)內(nèi)比較活躍的數(shù)據(jù)采集商主要是高德和四維圖新兩家，百度沒有數(shù)據(jù)采集資質(zhì)(最近收購(gòu)了道道通)，所以數(shù)據(jù)主要依賴于四維圖新。

四維圖新和國(guó)家測(cè)繪局合作比較密切，數(shù)據(jù)來源主要是國(guó)家測(cè)繪局提供，也有部分自己測(cè)繪的數(shù)據(jù)。高德測(cè)繪和航拍能力還不錯(cuò)，主要自己測(cè)繪數(shù)據(jù)，部分?jǐn)?shù)據(jù)也依賴國(guó)測(cè)局提供。數(shù)據(jù)測(cè)繪單位互相之間都有合作，會(huì)相互購(gòu)買自己沒有的數(shù)據(jù)。

在中國(guó)，谷歌地圖或蘋果地圖等地圖開發(fā)商，數(shù)據(jù)來源幾乎都是這兩家公司。

POI數(shù)據(jù)

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POI

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

數(shù)據(jù)采集可以通過車載GPS攝像機(jī)采集，或從服務(wù)性互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)抓取或購(gòu)買，由于百度和高德提供了對(duì)外的SDK，通過用戶使用地圖SDK也可以獲取一些數(shù)據(jù)。

百度的地圖數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)也會(huì)和大眾點(diǎn)評(píng)、攜程、口碑等互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商購(gòu)買，相互之間也會(huì)購(gòu)買POI數(shù)據(jù)。

柵格－2D地圖

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珊格圖

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珊格圖

2D場(chǎng)景：輕地圖應(yīng)用，簡(jiǎn)單的位置分享、興趣點(diǎn)標(biāo)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(duì)于某一個(gè)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(huì)先渲染一個(gè)底圖，然后是在底圖的基礎(chǔ)上疊加路況、POI等圖層。

珊格圖都是在服務(wù)器預(yù)處理的圖片，從服務(wù)器下載處理好的圖片到本地進(jìn)行拼接即可，由于下載到本地是圖片，本地不能再對(duì)圖層進(jìn)行更改。對(duì)于性能上來說，服務(wù)器進(jìn)行圖片合成性能消耗較大，但是客戶端性能消耗比較小，內(nèi)存占用也比較小，用起來會(huì)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(chǎng)景：重地圖應(yīng)用，以LBS為核心功能，需要離線地圖、更好的渲染效果、app內(nèi)導(dǎo)航的。比如打車應(yīng)用、出行導(dǎo)航類應(yīng)用，3D模型渲染后的效果比較好，一般使用導(dǎo)航功能都必須用這個(gè)3D模型。

矢量數(shù)據(jù)是從服務(wù)器將地圖數(shù)據(jù)下載下來，然后在客戶端進(jìn)行合成繪制的，所以我們可以對(duì)地圖的顯示進(jìn)行控制，可定制性更強(qiáng)。矢量圖看起來更佳清晰，渲染效果比較好。但是矢量圖對(duì)手機(jī)性能消耗很厲害，手機(jī)內(nèi)存占用比較高，CPU、GPU消耗都很大。對(duì)于服務(wù)器性能消耗就比2D場(chǎng)景性能小一些，因?yàn)榉?wù)器只是加載原始數(shù)據(jù)和向客戶端進(jìn)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(shù)據(jù)為基礎(chǔ)開發(fā)的，三維地圖看起來更佳立體化，地圖上可以呈現(xiàn)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(huì)隨之發(fā)生變化。

在三維地圖過渡過程中，也出現(xiàn)過假三維地圖。這種地圖只能進(jìn)行平面平移，不能進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作，是數(shù)據(jù)平面地圖和三維地圖過渡的產(chǎn)物。

國(guó)外地圖

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國(guó)外地圖

百度地圖目前已經(jīng)可以支持部分國(guó)家的國(guó)外地圖服務(wù)，例如新加坡、韓國(guó)、日本、泰國(guó)等國(guó)家?？梢栽谧钚碌陌俣鹊貓Dapp上直接查看、搜索這些國(guó)家的一些POI，以及使用導(dǎo)航等功能。

目前為止只有百度一家支持國(guó)外地圖服務(wù)，高德暫時(shí)不支持這項(xiàng)服務(wù)。在百度和高德不支持的地方，由于服務(wù)器沒有數(shù)據(jù)，所以不會(huì)做渲染，看起來白白的一片。

實(shí)景地圖

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實(shí)景地圖

實(shí)景地圖最開始是Google研發(fā)的，這項(xiàng)技術(shù)需要軟件和硬件相互的配合，以及大量的數(shù)據(jù)處理才能完成。

采集實(shí)景需要各式實(shí)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(yīng)對(duì)各種采集地點(diǎn)。采集時(shí)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)綁定GPS位置，這樣就清楚是在哪個(gè)位置采集的。

數(shù)據(jù)采集后需要工程師將數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜處理，才能形成我們看到的實(shí)景數(shù)據(jù)。實(shí)景數(shù)據(jù)一般都是靜態(tài)的，而且不是實(shí)時(shí)更新的。實(shí)景數(shù)據(jù)為了保護(hù)被采集人的用戶隱私，需要對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行模糊處理，例如臉、車牌照等。

室內(nèi)地圖

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室內(nèi)地圖

室內(nèi)定位是一種結(jié)合3D定位的定位模式，這種定位可以在室內(nèi)進(jìn)行定位。室內(nèi)定位直接定位某個(gè)商鋪在幾樓的某個(gè)位置，而且可以選擇樓層。

在傳統(tǒng)的定位中，樓內(nèi)由于是多層，會(huì)導(dǎo)致定位重疊的問題，而且樓內(nèi)GPS信號(hào)也不太好甚至沒有。所以出現(xiàn)了一些新技術(shù)來實(shí)現(xiàn)樓內(nèi)定位：AGPS(輔助全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))、Wi-Fi指紋定位、zigbee芯片定位、RFID智能標(biāo)簽技術(shù)、以及蘋果推出的ibeacon，其中高德使用的是Wi-Fi指紋定位技術(shù)。

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(yù)示著大數(shù)據(jù)時(shí)代越來越近。熱力圖是根據(jù)百度地圖移動(dòng)客戶端和SDK在這些地區(qū)的使用情況推斷出來的，這些推斷數(shù)據(jù)可以是網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求、打開次數(shù)等，通過這些數(shù)據(jù)推斷出人員分布。通過之前百度在CCTV的報(bào)道來看，通過這些數(shù)據(jù)甚至可以預(yù)測(cè)景區(qū)擁堵，防止大型踩踏等群體性事件。

熱力圖隨著同一區(qū)域的密集程度變化，顏色隨之變深。但是由于統(tǒng)計(jì)方式的特點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)并不太準(zhǔn)確，例如白天和夜間就有很大區(qū)別，只是當(dāng)作參考。

地圖SDK架構(gòu)

高德SDK結(jié)構(gòu)

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高德SDK結(jié)構(gòu)

Annotation：?jiǎn)吸c(diǎn)標(biāo)注，繼承自UIView，可以使用UIView的一些基礎(chǔ)屬性，引入了重用機(jī)制(百度也是同樣的實(shí)現(xiàn)，包括一些打車軟件的小車，都是使用Annotation實(shí)現(xiàn))。

Overlay：多點(diǎn)標(biāo)注，引擎直接渲染，可以通過SDK的API自定義UI，多點(diǎn)標(biāo)注用于標(biāo)識(shí)路線或某一個(gè)區(qū)域。

Other：云搜索，地理編碼和逆地理編碼，導(dǎo)航路徑規(guī)劃，定位，POI搜索等。

MapKit和高德SDK區(qū)別

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對(duì)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(tǒng)的MapKit.framework

左邊圖片的高德logo是藍(lán)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(shù)據(jù)，但是API是蘋果自己開發(fā)的。

百度地圖SDK框架

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百度地圖SDK框架

跨平臺(tái)引擎：

• 百度地圖的地圖引擎使用openGLES繪制
• 能夠運(yùn)行于支持C++的手機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)
• 不同平臺(tái)對(duì)應(yīng)用層保持一致的API接口
• 提供能夠滿足應(yīng)用層的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
• 盡量少的依賴系統(tǒng)接口，提高可移植性
• 靈活性和可擴(kuò)展性

百度地圖對(duì)于高德地圖來說，增加了一些實(shí)用性的功能，例如熱力圖、騎行、個(gè)性化地圖等。這些功能都是高德所沒有的，當(dāng)然高德也有一些很不錯(cuò)的功能，兩者各有優(yōu)點(diǎn)。

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(chǔ)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(guī)劃等)
• 定位(提供獨(dú)立定位模塊，經(jīng)緯度根據(jù)國(guó)測(cè)局二次加密)
• 工具(調(diào)用百度客戶端，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等)
• 周邊雷達(dá)(檢索用戶信息，查找附近的人，主要用于社交)
• LBS云(區(qū)域檢索，百度服務(wù)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，可以自己操作，屬于開發(fā)者自有數(shù)據(jù))

百度SDK分為六個(gè)大的模塊，可以按照需求下載對(duì)應(yīng)的模塊，這樣使下載下來的SDK體積變小。

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

圖層渲染

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圖層渲染

百度地圖渲染分為多個(gè)圖層渲染，每個(gè)圖層渲染的目標(biāo)也不一樣，地圖上自定義標(biāo)注和覆蓋物統(tǒng)稱為地圖覆蓋物，多個(gè)圖層疊加起來形成矢量圖。百度地圖SDK地圖等級(jí)目前為19級(jí)，可以根據(jù)縮放等級(jí)的不同渲染建筑物、道路、河流、學(xué)校、公園等內(nèi)容。

百度地圖支持多點(diǎn)觸摸、雙擊放大、多點(diǎn)縮小、旋轉(zhuǎn)等手勢(shì)操作。并且支持畫點(diǎn)、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(gè)性化地圖

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百度個(gè)性化地圖

百度地圖在16年1月份推出了個(gè)性化地圖，SDK提供了個(gè)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(fā)者平臺(tái)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(diào)用SDK提供的方法讀取該模版即可。

地圖產(chǎn)業(yè)鏈

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地圖產(chǎn)業(yè)鏈

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活躍統(tǒng)計(jì)

第一張圖是一份14年的統(tǒng)計(jì)報(bào)告，這份統(tǒng)計(jì)報(bào)告統(tǒng)計(jì)不太全面，部分導(dǎo)航應(yīng)用沒有被包含在內(nèi)。

在這份統(tǒng)計(jì)報(bào)告中，我們發(fā)現(xiàn)高德是唯一一個(gè)覆蓋整條產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)，在產(chǎn)業(yè)鏈的每個(gè)環(huán)節(jié)都存在高德的身影。

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