@Reinald:
Deine ersten Überlegungen sind meiner Meinung nach eine gute Ausgangsbasis um sich der Sache zu näher.

Allgemein:
Die kleinen µC’s können da nicht die großen Sprünge machen.
Was ich mir vorstellen könnte ist ein kleines µMapsystem und einen großen Bruder der auf einem PC gehostet wird.

PC:
Auf dem PC würde mir eine Datenbank –Anbindung vorschweben. Damit kann man große Datenmengen in akzeptabler Geschwindigkeit verhütten ohne eigenen Speicher und Verwaltungsprogramme zu schreiben.
Das ist bewährte Technik, die zudem auch Netzwerkfähig ist.
Davor oder dahinter schaltet man Auswertesoftware die mit den bereitgestellten Daten was anfangen kann.
Viewer für das Ganze stehen in den Startlöchern.

µController
Auf den Kleinen fällt mir nicht viel ein. Es ist sehr eng.
Dort kann eigentlich nur ein kleiner aktueller Kartenausschnitt überleben welcher ihn aber durchaus autark macht. Das Format der Koordinaten sollte auch Speichersparsamer sein, anders als auf dem PC.
Hier birgt auch die Vernetzung der Kleinen Vorteile, also so wie Du Eingangs schon gesagt hast.
Ich vermute, dass man nur Koordinaten von existierenden Messungen ablegt, ohne ganze Arrays zu errichten die eine Map repräsentieren.

Netter Gruß