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(diǎn)的曲率判斷改軌跡點(diǎn)的轉(zhuǎn)彎方向；導(dǎo)航提示單元，用于把軌跡點(diǎn)的地點(diǎn)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(xiàng)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(diǎn)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(diǎn)通常稱為軌跡點(diǎn)。一系列軌跡點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)信息。在從網(wǎng)絡(luò)或者其它途徑得到軌跡點(diǎn)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(diǎn)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(shí)。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(diǎn)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(shí)際意義的導(dǎo)航指示，必須解析出這些點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)，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(jì)算單元”和“轉(zhuǎn)彎類型確定單元”。前者用于計(jì)算GPS路線軌跡集合中的每一軌跡點(diǎn)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(diǎn)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(jì)算出各個軌跡點(diǎn)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(diǎn)是否是轉(zhuǎn)彎點(diǎn)，以及轉(zhuǎn)彎類型如何。

1.1 近似曲率計(jì)算單元

利用GPS的軌跡點(diǎn)信息，根據(jù)近似曲率公式K=α/L，可以推算出各個軌跡點(diǎn)的的近似曲率。如“圖表2-軌跡點(diǎn)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(shí)道路上的轉(zhuǎn)彎情況進(jìn)行模擬，需要調(diào)查對真實(shí)道路上的各種轉(zhuǎn)彎的曲率，根據(jù)真實(shí)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(shí)際道路的轉(zhuǎn)彎情況，出對應(yīng)這個轉(zhuǎn)彎信息的軌跡點(diǎn)。如“圖表3-GPS軌跡”所示。

按照“1.1近似曲率計(jì)算單元”中所述的方法，計(jì)算出上述各個轉(zhuǎn)彎點(diǎn)的近似曲率。按照轉(zhuǎn)彎類型分類，分別統(tǒng)計(jì)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(diǎn)曲率范圍”所示。

轉(zhuǎn)彎判定

按照“1.1近似曲率計(jì)算單元”中所述的方法，計(jì)算出GPS路線軌跡上各個位置點(diǎn)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(diǎn)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(shí)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(diǎn)之間的距離

● 轉(zhuǎn)彎方向，轉(zhuǎn)彎點(diǎn)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(diǎn)，稱為“轉(zhuǎn)彎點(diǎn)”。

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

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

2.1 語音提示

因?yàn)橛脩粼隈{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?yàn)椴蛔⒁猓e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(yàn)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(diǎn)，轉(zhuǎn)向正確的方向。

當(dāng)兩個相鄰的轉(zhuǎn)彎點(diǎn)距離比較遠(yuǎn)（200米以上）的時候，對轉(zhuǎn)彎點(diǎn)分別導(dǎo)航，即，當(dāng)前轉(zhuǎn)彎點(diǎn)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(diǎn)的導(dǎo)航信息。

但是當(dāng)兩個相鄰的轉(zhuǎn)彎點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)的導(dǎo)航信息。

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

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

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

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

2.2 視覺提示

根據(jù)轉(zhuǎn)彎點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)。

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(shí)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(yáng)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(diǎn)。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(diǎn)之間的實(shí)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(diǎn)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(shí)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(yàn)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(fèi)比先驅(qū)者們更少的時間和精力，安全便捷的體驗(yàn)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(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用 2005.20