导航系统，如Garmin和TomTom，一直让我很着迷。我想实现小型地图/导航应用程序，以尝试各种路径算法并扩展我的知识。
这是一个两部分的问题：
1.) 地图数据是如何存储的？- 当你有一条道路网络时，这些数据通常如何存储？保留哪些数据以便之后能够生成地图？每个道路是否被存储为一系列改变方向的点？这些数据使用什么样的文件格式进行存储？是否有公共可用的库可以轻松解析这些文件？如果有关于地图/道路数据如何存储/表示的具体信息，将非常有帮助。
2.) 导航/路径规划- 在对这些地图数据进行基本的路径规划时（类似于Garmin），我的假设是否正确，即它被转换为一个有向图？是否每个路口都是一个顶点，边权重是顶点之间的距离？这就是我正在考虑的，以便我可以尝试一些基本的已知路径规划算法并查看结果。
我看到过关于美国的此公开可用的地图数据，但我不确定它是如何表示的，是否足够详细，可以让我构建我的有向图。
如果有人有任何信息，我将不胜感激。您对此问题了解的知识越详细，越好。
之前的回答都是关于GIS系统的。这不是PNDs（便携式导航设备）的工作方式。它们太简单了，无法运行桌面/工作站级别的GIS软件。
相反，PNDs将信息存储为Simucal所预测的那样。道路被分成段。这使得模型更加简单。在一个段落内，最大速度等属性不会改变。
对于规划目的，道路段作为图中的边缘。对于每个节点，都存储了入站和出站节点。然后使用修改过的A*算法进行规划。边权通常不是距离，而是估计的旅行时间（或在TomTom的情况下，实际测量时间）。
道路网络通常是分层的，普通的A*算法启动缓慢。当从一个城镇到另一个城镇旅行时，A*将花费过多的时间在起始城镇爬行。然而，我们人类知道在旅行较长的距离时最好使用高速公路。这就是它们建造的目的。PNDs也喜欢高速公路。由于高速公路要少得多，因此这可以节省大量内存。
另一个优化是前向和后向搜索; 你从两个方向向某个中间点规划。这样做的巨大优势在于，如果你走错了路，可以从新的起点重新搜索。由于目的地没有移动，所以后向搜索树不会改变。如果您想尝试一种与众不同的存储方式，请查看OpenStreetMap。
为了提高绘图速度，但代价是更多的存储和有限的分辨率，许多应用程序将使用地理参考栅格格式，例如GeoTiff。
鉴于下面Zich的坚持评论：
"所有导航系统中的数据都是矢量数据，没有例外！"
我想我可以对上述内容进行补充。首先，我会将导航系统定义为一种基于您当前位置协助您到达目的地的系统，通常通过计算多个可能的替代路线并推荐最低成本的路线来实现。可能的路线可能由交通方式决定，例如汽车只能在道路上行驶，而山地步行者则不行。路线的成本可能因交通方式以及用户要求而异。汽车可能希望根据道路速度选择最快的路线，卡车可能希望选择最省油的路线，山地步行者可能希望选择最安全的直接路线，船只或飞机可能希望避开危险的天气系统，并同时最大程度地减少燃料成本和时间。
在最简单的层面上，地图和指南针是一种导航系统。用小屏幕、可缩放光栅地图和GPS替换地图，你仍然有一个导航系统。大多数低端到中端的海上导航系统仍然是这样工作的，使用图表表示海岸线和海床，GPS提供位置，回声探测器提供深度。