一種基于GPS軌跡的導(dǎo)航方法和裝置

摘 要：本文發(fā)明了一種利用GPS軌跡進(jìn)行導(dǎo)航的方法和裝置。該裝置包括：軌跡轉(zhuǎn)彎判斷單元，用于根據(jù)軌跡點的曲率判斷改軌跡點的轉(zhuǎn)彎方向；導(dǎo)航提示單元，用于把軌跡點的地點信息和轉(zhuǎn)彎方向信息提供給用戶。

關(guān) 鍵 詞：汽車導(dǎo)航；GPS軌跡；軌跡導(dǎo)航

背景技術(shù)

本文所述是一項技術(shù)發(fā)明，涉及導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地，涉及一種利用軌跡點進(jìn)行導(dǎo)航的導(dǎo)航裝置。

隨著公共交通設(shè)施的不斷發(fā)展，駕駛者越來越需要導(dǎo)航設(shè)備來進(jìn)行路線導(dǎo)航。在沒有電子地圖的情況下，即使在沒有電子地圖的情況下，導(dǎo)航設(shè)備也可以記錄當(dāng)前位置的GPS 信息，其中包括當(dāng)前位置的經(jīng)緯度信息，來記錄用戶曾經(jīng)走過的路。例如，每隔一段時間或者距離，提取GPS信息當(dāng)中的當(dāng)前位置的經(jīng)緯度信息記錄下來，這種記錄點通常稱為軌跡點。一系列軌跡點的經(jīng)緯度信息稱為路線軌跡，通過記錄路線軌跡，然后再現(xiàn)路線軌跡，可以知道用戶曾經(jīng)走過的路[1]。

通過導(dǎo)航儀，用戶不但可以記錄路線軌跡，還可以利用導(dǎo)航設(shè)備把軌跡保存在軌跡文件中，并記錄文字信息及感興趣的地理位置（Point of Interest ， POI ) 等，然后通過工其向這些軌跡點上添加其它的相關(guān)信息，例如在旅途中拍攝的照片、視頻、音頻等，作為軌跡點信息。在從網(wǎng)絡(luò)或者其它途徑得到軌跡點息之后，使用者可以在自己的導(dǎo)航機(jī)上顯示、查看軌跡點和關(guān)聯(lián)信息[2]。

在GPS和電子地圖技術(shù)逐漸民用化的今天，記錄路線軌跡，并且把這些路線軌跡共享給其他人已經(jīng)能夠成為現(xiàn)實。但是這些記錄了一系列位置信息的軌跡序列只能以離散的點的形式呈現(xiàn)給需要它們的用戶。為了讓這些離散的位置信息變成看得到的、聽得懂的、對用戶有實際意義的導(dǎo)航指示，必須解析出這些點序列所代表的道路上是否有轉(zhuǎn)彎信息，并且把這些轉(zhuǎn)彎信息及時的通過圖像或者（并且）聲音提示給用戶。

本文所記述的發(fā)明就是針對上述專利中記錄的路線軌跡的進(jìn)一步的分析和處理，把離散的點的信息轉(zhuǎn)化成直觀有效的聲音、圖像、文字等導(dǎo)航信息。其能夠利用軌跡點，在沒有電子地圖數(shù)據(jù)的情況下進(jìn)行路線導(dǎo)航，以引導(dǎo)用戶正確的駕駛，不偏離路線軌跡，從而提高了駕駛的安全性，并且使得旅途變得輕松。

概述

參照“圖表1-軌跡轉(zhuǎn)彎導(dǎo)航處理流程”，本文提供了一個解決方案。

解決方案有兩個單元：

單元一：GPS軌跡轉(zhuǎn)彎判定單元

單元一包含兩個子單元，分別是“近似曲率計算單元”和“轉(zhuǎn)彎類型確定單元”。前者用于計算GPS路線軌跡集合中的每一軌跡點所對應(yīng)的曲率；后者用于根據(jù)事先預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)彎類型所對應(yīng)的曲率的范圍閥值，判定對應(yīng)的軌跡點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)彎類型。

單元二：導(dǎo)航信息提示單元

單元二的包含兩個子單元，分別是“語音提示”單元和“圖像”提示單元。

1 GPS軌跡轉(zhuǎn)彎判定單元

轉(zhuǎn)彎判定單元首先根據(jù)近似曲率公式K=α/L，計算出各個軌跡點的近似曲率Ki，然后根據(jù)預(yù)設(shè)的一組曲率臨界值，來判斷該軌跡點是否是轉(zhuǎn)彎點，以及轉(zhuǎn)彎類型如何。

1.1 近似曲率計算單元

利用GPS的軌跡點信息，根據(jù)近似曲率公式K=α/L，可以推算出各個軌跡點的的近似曲率。如“圖表2-軌跡點曲率”所示。

如圖所示的角度α，它的值的范圍是-180°<α<=180°，正值表示曲線向逆時針方向，即左側(cè)彎曲；負(fù)值表示曲線向順時針方向，即右側(cè)彎曲。

1.2 轉(zhuǎn)彎類型確定單元

預(yù)設(shè)各種轉(zhuǎn)彎類型的曲率閥值

為了能夠用曲率對真實道路上的轉(zhuǎn)彎情況進(jìn)行模擬，需要調(diào)查對真實道路上的各種轉(zhuǎn)彎的曲率，根據(jù)真實道路上的各種轉(zhuǎn)彎的曲率范圍，設(shè)定每種轉(zhuǎn)彎所對應(yīng)的閥值。

首先，根據(jù)城市已有的街道行駛，記錄下連續(xù)的GPS軌跡并且，根據(jù)實際道路的轉(zhuǎn)彎情況，出對應(yīng)這個轉(zhuǎn)彎信息的軌跡點。如“圖表3-GPS軌跡”所示。

按照“1.1近似曲率計算單元”中所述的方法，計算出上述各個轉(zhuǎn)彎點的近似曲率。按照轉(zhuǎn)彎類型分類，分別統(tǒng)計出右調(diào)頭、右轉(zhuǎn)、直行、左轉(zhuǎn)、左調(diào)頭等各種類型轉(zhuǎn)彎所對應(yīng)的曲率范圍。

為了把曲率范圍定義的更準(zhǔn)確，在挑選已有的街道的時候，要充分考慮到路寬、道路等級（國道、高速道、城市主干道、細(xì)小街路）等不同情況，綜合分析后，為每種類型的道路的設(shè)定相應(yīng)的閥值。如“圖表 4-轉(zhuǎn)彎點曲率范圍”所示。

轉(zhuǎn)彎判定

按照“1.1近似曲率計算單元”中所述的方法，計算出GPS路線軌跡上各個位置點的近似曲率，利用 “轉(zhuǎn)彎類型的曲率閥值”所述的范圍，能夠判斷出該軌跡點的轉(zhuǎn)彎類型。

為了讓轉(zhuǎn)彎類型區(qū)分的更細(xì)膩，也可以根據(jù)實際需要添加右后轉(zhuǎn)彎、右前轉(zhuǎn)彎、左前轉(zhuǎn)彎、左后轉(zhuǎn)彎這樣的類型。方法同上所述。

2 導(dǎo)航提示單元

在開車的過程中，和大段的文字信息相比，簡要的聲音信息、直觀的圖形信息和精煉的文字信息更容易讓用戶理解，從而減少用戶思考的時間，讓用戶有更多精力注意路況，提高駕駛的安全性。所以我們只向用戶提供包含最基本的導(dǎo)航信息的聲音、圖形及文字，以便幫助客戶在安全駕駛的基礎(chǔ)上，能夠快速、準(zhǔn)確的了解應(yīng)該如何轉(zhuǎn)向。

最基本的導(dǎo)航信息，只包括以下兩個方面：

● 距離，車輛位置和轉(zhuǎn)彎點之間的距離

● 轉(zhuǎn)彎方向，轉(zhuǎn)彎點的轉(zhuǎn)彎類型

關(guān)于轉(zhuǎn)彎方向

通常情況下，直行的路況是不需要特別提示的，但是直行之外的轉(zhuǎn)彎程度大的地方，需要提示用戶轉(zhuǎn)向，這樣的點，稱為“轉(zhuǎn)彎點”。

當(dāng)用戶開車匹配在路線軌跡上[3]、并且距離轉(zhuǎn)彎點一定距離的時候，向用戶提示前方最近的一個轉(zhuǎn)彎點的導(dǎo)航信息。

下面就來講述如何對轉(zhuǎn)彎點的轉(zhuǎn)彎信息進(jìn)行提示。

2.1 語音提示

因為用戶在駕車的時候，可能同時聽音樂、或者聽廣播，或者正在和通行的人聊天，甚至可能在打電話。所以在向用戶提示導(dǎo)航信息的時候，不能只提示一次，或者是一瞬，否則用戶很可能因為不注意，而錯過這條導(dǎo)航信息，致使沒有按照導(dǎo)航信息的提示轉(zhuǎn)彎。

為了避免上述情況的發(fā)生，在利用聲音向用戶提示導(dǎo)航信息的時候，需要提前、多次提醒。

根據(jù)經(jīng)驗值，至少應(yīng)該提示2次以上，第一次提示的提前距離是400米左右，第二次提示的提前距離是200米左右，這樣才能比較好的吸引用戶注意力，用戶才能夠注意到導(dǎo)航儀器發(fā)出的提示，在正確的地點，轉(zhuǎn)向正確的方向。

當(dāng)兩個相鄰的轉(zhuǎn)彎點距離比較遠(yuǎn)（200米以上）的時候，對轉(zhuǎn)彎點分別導(dǎo)航，即，當(dāng)前轉(zhuǎn)彎點的導(dǎo)航聲音中只包含它自己的導(dǎo)航信息，不包含它之后的下一個轉(zhuǎn)彎點的導(dǎo)航信息。

但是當(dāng)兩個相鄰的轉(zhuǎn)彎點距離比較近（200米以下）的時候，需要對他們聯(lián)合起來導(dǎo)航，即當(dāng)前轉(zhuǎn)彎點的導(dǎo)航聲音中，不但包含它本身的導(dǎo)航信息，也包含第二個轉(zhuǎn)彎點的導(dǎo)航信息。

假設(shè)當(dāng)前的轉(zhuǎn)彎點和它相鄰的下一個轉(zhuǎn)彎點之間的距離是L，根據(jù)L的距離范圍不同，如“圖表 5-轉(zhuǎn)彎類型提示”所示，做如下處理：

L>400米，當(dāng)前的轉(zhuǎn)彎點和它相鄰的下一個轉(zhuǎn)彎點之間的距離在400米以上的時候，對當(dāng)前的這個轉(zhuǎn)彎點進(jìn)行單獨的聲音導(dǎo)航，聲音中不包含下一個轉(zhuǎn)彎點的導(dǎo)航信息。過了當(dāng)前的轉(zhuǎn)彎點之后，在距離下一個轉(zhuǎn)彎點400米和200米的時候分別對下一個點進(jìn)行導(dǎo)航。

400米>L>=200m，則在當(dāng)前轉(zhuǎn)彎點的導(dǎo)航聲音中，對當(dāng)前的這個轉(zhuǎn)彎點進(jìn)行單獨的聲音導(dǎo)航，聲音中不包含下一個轉(zhuǎn)彎點的導(dǎo)航信息。在通過當(dāng)前轉(zhuǎn)彎點之后，只對第二個轉(zhuǎn)彎點提示一次（如果第二個轉(zhuǎn)彎點和第三個轉(zhuǎn)彎點之間的距離<200米，則在第二個轉(zhuǎn)彎點的聲音中包含第三個轉(zhuǎn)彎點的導(dǎo)航信息），提示的時機(jī)是在距離第二個轉(zhuǎn)彎點200米的位置。

200米>L>=60m，則在當(dāng)前轉(zhuǎn)彎點的導(dǎo)航聲音中，包含下一個轉(zhuǎn)彎點的導(dǎo)航信息。并且在通過當(dāng)前轉(zhuǎn)彎點之后，只對第二個轉(zhuǎn)彎點提示一次（如果第二個轉(zhuǎn)彎點和第三個轉(zhuǎn)彎點之間的距離<200米，則在第二個轉(zhuǎn)彎點的聲音中包含第三個轉(zhuǎn)彎點的導(dǎo)航信息），提示的時機(jī)是在第一個轉(zhuǎn)彎點通過之后立刻提示。

60米>L，則在當(dāng)前轉(zhuǎn)彎點的導(dǎo)航聲音中，包含下一個轉(zhuǎn)彎點的導(dǎo)航信息。并且在通過當(dāng)前轉(zhuǎn)彎點之后，不對下一個轉(zhuǎn)彎點進(jìn)行聲音提示（即使第二個轉(zhuǎn)彎點和第三個轉(zhuǎn)彎點之間的距離<200米，也不提示）。

2.2 視覺提示

根據(jù)轉(zhuǎn)彎點的轉(zhuǎn)彎類型，制作相對應(yīng)的轉(zhuǎn)彎相關(guān)的視覺信息，在“2.1語音提示”的同時（和每個轉(zhuǎn)彎點第一次導(dǎo)航聲音提示的時機(jī)相同），提供直觀的視覺信息，以一邊聽、一邊看的形式，幫助用戶更容易的識別需要轉(zhuǎn)彎的地點。

這里所指視覺信息主要包含兩方面的含義，一是指轉(zhuǎn)彎方向，是箭頭樣的圖形信息；一種是指距離，是文字信息。

轉(zhuǎn)彎方向的圖形信息

如“圖表 6-轉(zhuǎn)彎方向提示”所示，根據(jù)轉(zhuǎn)彎類型，表示不同的轉(zhuǎn)彎箭頭。

如前文所述，為了讓轉(zhuǎn)彎類型區(qū)分的更細(xì)膩，也可以根據(jù)實際需要添加右后轉(zhuǎn)彎、右前轉(zhuǎn)彎、左前轉(zhuǎn)彎、左后轉(zhuǎn)彎這樣的類型。那樣的話，也要相應(yīng)的增加轉(zhuǎn)彎箭頭的種類。方法同上所述。

轉(zhuǎn)彎距離的文字信息

為了減少用戶識別文字信息需要的時間，我們只提供最重要的距離信息，例如：400m、200m等。

以上所述的聲音、圖形、文字等導(dǎo)航信息將直觀的為用戶提供駕駛指引。我們可以利用車載揚聲器提示語音信息；利用儀表盤上的小屏幕提供轉(zhuǎn)彎方向箭頭信息和距離信息。如“圖表 7-車內(nèi)裝置”所示。

需要注意的是，視覺提示的內(nèi)容會一直呈現(xiàn)給用戶，直到通過當(dāng)前轉(zhuǎn)彎點。這樣的話，其中表示距離的文字信息，需要根據(jù)車輛和轉(zhuǎn)彎點之間的實際距離更新，更新頻率可以根據(jù)系統(tǒng)的性能和使用要求自行定義。但是要讓用戶能夠看到隨著車輛的前進(jìn)，轉(zhuǎn)彎點的距離從400米到300米到250米……一直到0米，這種逐漸變化、越來越接近的趨勢。

實施效果

盡管電子地圖在大中城市的路網(wǎng)覆蓋方面已經(jīng)日趨豐富、詳盡，但是在自駕游盛行，個性體驗謂為風(fēng)尚的當(dāng)前，總是有很多人希望走別人沒有走過的路，探索別人沒有發(fā)現(xiàn)的風(fēng)景。當(dāng)然這樣的地方很多并未收錄在電子地圖中，先驅(qū)者們只能通過軌跡記錄行進(jìn)路線，然后再共享給同好者。先驅(qū)者通過GPS記錄下的軌跡如何成為追隨者手中的坦途，是我們的主要研究方向。利用本文所述的方法，能夠讓追隨者們花費比先驅(qū)者們更少的時間和精力，安全便捷的體驗同樣美妙的風(fēng)景。

參考文獻(xiàn)

[1] 專利名稱：一種導(dǎo)航軌跡的記錄方法、裝置、設(shè)備以及導(dǎo)航方法；專利權(quán)人：凱立德欣技術(shù)(深圳)有限公司，專利號：CN200610157916.3

[2] 專利名稱：路書制作方法和裝置、路書制作與共享系統(tǒng)；專利權(quán)人：北京靈圖軟件技術(shù)有限公司；專利號CN200910236038.8

[3] 孫棣華 張星霞 張志良，地圖匹配技術(shù)及其在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].計算機(jī)工程與應(yīng)用 2005.20