CN101576390A - 三维卫星导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用三维卫星导航方法，该方法以三维的场景为基础，导入从GPS终端获取的实时交通路况信息，并使用绘图及标注的方式将交通信息展示在三维平台上，实现交通路况实时查询，给用户提供一种身临其境的展示效果。解决了现有的二维GPS导航***的空间感不强和不够直观、不能进行实时导航的缺点。

Description

三维卫星导航方法

技术领域

本发明涉及三维地理信息***及全球卫星定位导航领域，具体是一种将卫星定位***应用到三维环境中的三维卫星导航方法。

背景技术

现在GPS导航***是基于二维的，这种导航模式在交通十分复杂的城市进行最佳道路导航时会表现出一个致命的缺点：(1)空间感不强。也就是说，当桥下也是路的时候，现有GPS只会显示那个方向有路可以通行，并不能显示是桥上还是桥下。(2)不够直观，不能进行实时导航。在城市里路况是实时变动的，尤其在交通负载大的城市，如何能以相对快的时间、相对短的路径到达目的地是非常重要的。

发明内容

本发明的目的是提供另一种三维卫星导航方法，该方法亦以三维场景为基础，实现最优路径的查询；进一步的，该方法还可以和交通流量信息相结合来实现最优路径的查询。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一步：在GPS导航***中创建三维场景

首先创建三维地形图，然后构建仿真场景；

第二步：将含有三维场景的GPS导航***装入用户使用的导航终端；

第三步：最优行驶路径查询

用户在GPS导航***中输入目的地，还可以输入查询条件比如说费用优先或者距离优先，***根据查询条件，采用路径规划算法Dijkstra算法，生成一条到该目的地的最佳行驶路径，最优行驶路径结果以XML数据返回给GPS导航***，包括道路的ID，名称，方向，坐标等，***读取返回来的坐标串在三维场景中以线状对象突出显示出来。

第四步：使用GPS导航路径

根据分析出来的最优路径，用户按照该路径前进，通过卫星导航信号接收装置，三维地形图上可实时显示用户的当前位置。卫星以每秒1000次的速率发送自己的位置和时间；地面接收机测得接收到卫星每个信号时所用的时间，便可确定本机到卫星的距离；将获自几颗卫星的这类数据加以合成，就能计算出本机所在的纬度、经度和高度，从而实现近乎实时的导航定位。

作为本发明的一个优化方案，最优路径的选择还可以将路径规划算法和交通流量信息相结合，具体做法如下：

交通流量服务器实时获取导航终端周围的路况信息，当需要进行最优路径查询时，导航终端先向路径规划服务器发出请求，服务器分析出符合条件的权值最小的前n条最短路径(如权值最小的前5条结果)，包括道路的ID，名称，方向，坐标等；根据路径规划服务器的返回结果，导航终端向交通流量服务器发出请求，请求信息中包括上述n条路径的ID，交通流量服务器根据实时获取导航终端周围的路况，返回上述n条路径当前的交通拥堵状况，请求结果内容包括道路的ID，速度、拥堵情况；根据最短路径的所有结果和交通拥堵状况(两种数据的道路ID相同)，判断道路拥堵最少的路线返回。

所述的交通流量服务器实时获取导航终端周围的路况信息可以通过如下方法实现：

第一步：导航终端接收GPS卫星信号，并解算出所在位置的定位信息；

第二步：导航终端将解算出的位置信息通过无线信令信道传送至蜂窝基站；

第三步：蜂窝基站接收移动导航终端的信息，并将数据信息传至交通流量服务器；

第四步：交通流量服务器利用传来的数据信息实现对移动目标的定位，获取移动目标的坐标位置信息，从而获取当前路况信息。

作为本发明的另一个优化方案，GPS导航路径时，如果前进过程中偏离预定路径，GPS导航***可以自动提示用户，并可以重新进行导航，具体做法如下：

通过判断偏离导航路线距离的大小，来决定是否需要做出提示。GPS导航***中的导航路径是由多个有坐标的点位组成的线，GPS导航设备反馈给GPS导航***的是用户所在位置的坐标，判断偏移距离，就是用户所在位置到这条线的距离。根据点到线的距离公式，可计算出用户是否偏离出导航路径：

已知导航设备位置点P(x0，y0)，导航路径中一条直线Ax+By+C＝0，则点p到直线的距离为：

$d=\frac{|{\mathrm{Ax}}_0+{\mathrm{By}}_0+C|}{\sqrt{A^2+B^2}}(a\≠0,b\≠0)$

由于GPS导航有误差，所以需要判断偏离距离d是否在合理范围之内，如果不在合理范围内则需要提示用户。

本发明的有益效果如下：

此方法是基于三维平台的，这样道路间的空间分布就一目了然。在着色时就可以很方便的分清桥上还是桥下行驶畅通，同时也为司机提供直观的视觉效果，使司机更明确。并且数据实时更新，能为用户提供当前最佳路径。GPS不再是静态的指路，而是实时的路况信息。可以为用户提供实时的最佳路径选择，这样可以节省用户大量的时间。此方法发生可以确保导航的精确性，不再发生类似桥上桥下的问题。

具体实施方式

下面结合具体实施例说明本发明的具体实施方式。

实施例1：

第一步：在GPS导航***中创建三维场景

首先，三维地形创建

使用三维地形制作软件，将影像和高程数据按照其自身的地理坐标进行加载，生成具有真实地理坐标的三维地形数据，这个三维地形数据将现实世界的地理位置一一映射到***中。

然后，仿真场景的构建

使用模型制作软件Creator制作真实场景中的建筑物、道路、立交桥及植被等模型，并将其导入到***场景当中。

第二步：将含有三维场景的GPS导航***装入用户使用的导航终端；

第三步：最优行驶路径查询

用户可确定出发点为国家体育场，终点为亚运村，查询条件为距离优先，则***分析出一条最优路径，并显示在三维场景中，有八个路段，点击其中一个路段，***会定位到该路段进行浏览。

第四步：GPS导航路径

根据分析出来的最优路径，用户按照该路径前进，通过卫星导航信号接收装置，三维地形图上可实时显示用户的当前位置，如果前进过程中偏离的预定路径，***可以自动提示用户，并可以重新进行导航。

实施例2：将路径规划算法和交通流量信息相结合来确定最优路径

交通流量服务器实时获取导航终端周围的路况信息，当需要进行最优路径查询时，导航终端先向路径规划服务器发出请求，服务器分析出符合条件的权值最小的前5条最短路径，包括道路的ID，名称，方向，坐标等；根据路径规划服务器的返回结果，导航终端向交通流量服务器发出请求，请求的内容包括上述5条道路的ID，交通流量服务器根据实时获取导航终端周围的路况，返回所述的5条道路当前的交通拥堵状况，请求结果内容包括道路的ID，速度、拥堵情况，根据最短路径的所有结果和交通拥堵状况，判断道路拥堵最少的路线返回。

Claims (4)

1、一种三维卫星导航方法，步骤如下：

第一步：在GPS导航***中创建三维场景

首先创建三维地形图，然后构建仿真场景；

第二步：将含有三维场景的GPS导航***装于用户使用的导航终端；

第三步：最优行驶路径查询

用户在GPS导航***中输入目的地，还可以输入查询条件比如说费用优先或者距离优先，***根据查询条件，采用路径规划算法Dijkstra算法，生成一条到该目的地的最佳行驶路径，最优行驶路径结果以XML数据返回给GPS导航***，包括道路的ID，名称，方向，坐标等，***读取返回来的坐标串在三维场景中以线状对象突出显示出来。

第四步：使用GPS导航路径

根据分析出来的最优路径，用户按照该路径前进，通过卫星导航信号接收装置，三维地形图上可实时显示用户的当前位置。

2、权利要求1所述的三维卫星导航方法，其特征在于所述的最优行驶路径查询还可以将路径规划算法和交通流量信息相结合，具体做法如下：

交通流量服务器实时获取导航终端周围的路况信息，当需要进行最优路径查询时，导航终端先向路径规划服务器发出请求，服务器分析出符合条件的权值最小的前n条最短路径，包括道路的ID，名称，方向，坐标等；根据路径规划服务器的返回结果，导航终端向交通流量服务器发出请求，请求信息中包括上述n条路径的ID，交通流量服务器根据实时获取导航终端周围的路况，返回上述n条路径当前的交通拥堵状况，请求结果内容包括道路的ID，速度、拥堵情况；根据最短路径的所有结果和交通拥堵状况，判断道路拥堵最少的路线返回。

3、权利要求2所述的三维卫星导航方法，其特征在于：所述的交通流量服务器实时获取导航终端周围的路况信息可以通过如下方法实现：

第一步：导航终端接收GPS卫星信号，并解算出所在位置的定位信息；

第二步：导航终端将解算出的位置信息通过无线信令信道传送至蜂窝基站；

第三步：蜂窝基站接收移动导航终端的信息，并将数据信息传至交通流量服务器；

第四步：交通流量服务器利用传来的数据信息实现对移动目标的定位，获取移动目标的坐标位置信息，从而获取当前路况信息。

4、权利要求1、2、3任一所述的三维卫星导航方法，其特征在于：在所述的使用GPS导航路径一步还可以做到如果前进过程中偏离预定路径，***可以自动提示用户，并可以重新进行导航，具体做法如下：

通过判断偏离导航路线距离的大小，来决定是否需要做出提示，***中的导航路径是由多个有坐标的点位组成的线，GPS导航设备反馈给***的是用户所在位置的坐标，判断偏移距离，就是用户所在位置到这条线的距离，根据点到线的距离公式，可计算出用户是否偏离出导航路径：

已知导航设备位置点P(x0，y0)，导航路径中一条直线Ax+By+C＝0，则点p到直线的距离为：

$d=\frac{|{\mathrm{Ax}}_0+B{y}_0+C|}{\sqrt{A^2+B^2}},(a\≠0,b\≠0)$

判断偏离距离d是否在合理范围之内，如果不在合理范围内则提示用户。