CN101750086B - 导航信息修正方法及其导航装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种导航信息修正方法，其是利用检测一行进间载具所具有的一状态信息，并与导航路径中的一特征点所具有的特征信息进行比对，并且根据该比对结果来判断该载具是否通过该特征点，进而修正该载具的定位坐标。在另一实施例中，本发明还提供一导航装置，其主要是利用可以感测载具状态的感测模块、信号处理单元以及储存有地图信息的储存单元。其中，感测模块检测车辆行驶时的状态以产生一状态信息，再经由信号处理单元将该状态信息与导航路径中的特征点的特征信息作比较，以将载具偏移的导航路径修正至正确的位置。

Description

导航信息修正方法及其导航装置

技术领域

本发明涉及一种导航信息判断与修正的技术，尤其涉及一种可以修正载具定位位置的一种导航信息修正方法及其导航装置。

背景技术

随着交通建设的发展，市区中地下道及高架桥等立体道路数量越来越多，目前市售可携式导航产品(portable navigation device，PND)产品常因卫星信号遮蔽而导致定位不佳，让使用者对全球定位***(global positioning system，GPS)相关的导航产品产生不好的观感。以图1A所示的地形为例，其是为平面道路10与立体道路11(例如：高架桥)平行，行驶于平面道路10上时卫星信号将被立体道路11遮蔽。此外，如图1B所示，其是为高楼林立的都会区示意图，当车辆行驶在期间时，卫星信号也会有死角。另外，又如行驶于隧道中，卫星信号也会完全被遮蔽。因此使用GPS时若碰上此类似道路或者是地形，导航软件会因信号遮蔽问题无法对驾驶人提供导航的路径。

一般对GPS遮蔽问题解决方式，也就是上述的情况发生所导致的卫星信号欠佳时，会利用惯性导航***(Inertial Navigation System，INS)继续执行定位功能。然而，惯性导航***却也有误差累积的问题，如图2所示，该图是为现有的惯性导航***误差示意图。在图2中，载具90在道路12上行驶，预计行驶一绕圈动作，其中实线路径13为理论上显示的导航路径。但是，由于惯性导航***具有累计误差的问题，因此当信号持续累计至特定时间之后，所产生的累计误差将会使得载具显示的位置逐渐与预设的导航路径13发生偏差，如果不予已修正，当载具绕行完一圈之后，最后因为累计误差所造成的路径偏差就会形成如路径14的状态。

为了解决惯性导航的误差问题，现有技术中，例如美国专利US.Pat.No.5,774,482所揭露的导航***，该技术内容为是直接将导航器输出的定位坐标与地图数据作一整合判断，若定位坐标已偏离预设导航路径，则将偏离的定位坐标贴回预设导航路径上距离最近之处，最后将正确的导航信息显示在显示单元上。由于此方法是假设在正常的行驶状况下载具不可能偏离公路***，故比较定位坐标与地图数据的侧向偏移距离，将定位坐标强制贴在公路***上，即只能修正横向位置，无法修正径向位置，且只进行贴图修正，并***定位信息。

发明内容

本发明提供一种导航信息修正方法以及导航装置，其是利用根据载具的状态信息(如：方位角、姿态角)与导航路径中的特征点所具有的特征信息进行比较，以适时对载具的位置进行修正以及进行贴图修正。

本发明提供一种导航装置，其是利用感测模块感测载具的状态，并与地图数据特征点信息的辅助判定方法，在导航过程中检测载具的方位角与姿态角与地图数据中特征点的辨识信息做比对，将定位坐标修正至地图上正确的位置，使导航装置可以提供给驾驶人正确的导航路径数据。

在一实施例中，本发明提供一种导航信息修正方法，其包括有下列步骤：提供一导航路径给一载具；于该导航路径上撷取一特征点，该特征点具有一特征信息；于该载具行进的过程中，检测该载具的运动状态以得到一状态信息；将该状态信息与该特征信息进行比较以判断该状态信息是否与该特征信息相符合；如果该状态信息与该特征信息不符合，则继续监控该载具的运动状态；以及如果该状态信息与该特征信息相符合，则修正该载具的定位坐标至该特征点所对应的导航路径上的位置。

在另一实施例中，本发明还提供一种导航装置，其设置于一载具上，该导航装置包括：一感测模块，其是感测该载具的一运动状态而产生一状态信息；一数据储存单元，其储存有一地图信息以及对应于该地图信息中至少一特征点的特征信息；以及一信号处理单元，其分别与该感测模块以及该数据储存单元相偶接，该信号处理单元可根据该地图信息产生一导航路径并将该导航路径上的至少一特征点所具有的特征信息与该状态信息进行比较，以决定是否要修正对应该载具的定位坐标。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A与图1B为载具行驶道路环境示意图；

图2为现有的惯性导航***误差示意图；

图3为本发明的导航信息修正方法实施例流程示意图；

图4为导航路径示意图；

图5为载具方位角说明示意图；

图6A至图6C为载具姿态角度示意图；

图7与图8为本发明的导航装置实施例方块示意图；

图9A与图9B为本发明的惯性感测模块第二与第三种实施例示意图。；

图10为本发明的利用加速度计差分说明示意图；

图11为本发明的惯性感测模块第四种实施例示意图。

其中，附图标记

10-平面道路

11-立体道路

2-导航信息修正方法

 20～25-步骤

3-导航路径

 30-起始点

 31-终点

 32～38-特征点

 32’-载具显示位置

4-导航装置

 40-感测模块

  400-惯性感测模块

    4000、4001-陀螺仪传感器

    4002、4003-差分模块

    4004、4005-加速度传感器

  401-磁力计

  402-电子罗盘传感器

   41-数据储存单元

   42-信号处理单元

   43-显示单元

 90-载具

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参阅图3所示，该图为本发明的导航信息修正方法实施例流程示意图。该导航信息修正方法2包括有下列步骤：首先以步骤20，提供一导航路径给一载具。在本步骤中，产生导航路径的有很多种方式，在现有的全球定位***或者是地图程序中都具有产生导航路径的功能。一般而言，产生的方式主要是根据使用者所输入的起始点或者是起始坐标位置(经纬度)与终点或者是终点坐标位置(经纬度)，然后再依据时间(时间最短)或者是距离(距离最短)的需求产生一路径提供使用者参考。产生导航路径的技术是属于现有技术，在此不作赘述。而载具，是指交通工具，在本实施例中指轮型车辆，例如：汽车或者是机车等，但不以此为限。

接着，进行步骤21于该导航路径上撷取一特征点，该特征点具有一特征信息。请参阅图4所示，该图为导航路径示意图。在图4中，标号3代表导航路径，而点30以及点31分别代表导航路径3的起始点与终点。而点32至37则代表导航路径3上的特征点所在的位置。一般而言特征点的选择方式，通常可为转弯位置或者是上坡或者是下坡的位置。在图4中，每一个特征点32至37分别对应有一特征信息。在本实施例中，该特征信息为方位角与姿态角的组合。首先说明方位角，请参阅图5所示，该图为载具方位角说明示意图。所谓方位角是指载具在特征点上要进行转向时所需要转向的角度。例如在图5中，载具90在特征点38时，其方位角为零度；而在特征点39时，则其方位角为θ度。

另外，所谓姿态角是指载具的仰角或俯角。由于图4中的导航路径3中可能有不同的路况，例如在某些特定位置上可能有上坡、下坡、地下道或者是上高架道路交流道等各种不同组合的路况产生。在前述的路况下，车辆的俯仰角角度就会随着路面状况而有所改变。如图6A至图6C所示，该图为载具姿态角度示意图。在图6A中为当载具处于平坦路面时，其姿态角度为零度或者是在零度上下的范围内。而在图6B中，该载具为在上坡或上交流道的状况，因此其姿态角度大概是在角度θ上下的一个范围内。另外，在图6C中，则显示出载具在下坡或下交流道或下地下道时的情形，在此种状况下，载具的姿态角度在-θ上下的一个范围内。

综合上述，当载具于前述的各种不同的路况(转弯、上坡或下坡)行进时，载具的方位角以及姿态角度会产生变化。另外，需说明的是，导航路径的建立主要是根据事先所记载关于该区域的地图信息而建立的，其属于现有技术，在此不作赘述。但是在本发明中，不同于现有技术的是，当在建立地图信息时，事先对于每一个特征点位置都会建立对应该位置的特征信息。以图4为例，例如在特征点37所对应的实际位置上，可能会有向前行、左转、右转等状况产生，因此当建立地图信息至特征点37所对应的实际位置时，便可以事先记录下在该位置下，载具向左转会产生的方位角与姿态角、向右转时会产生的方位角与姿态角、前行时的方位角以及姿态角甚至回转时的方位角与姿态角。又如特征点34时可能是上坡以及右转的地形，因此当载具在该位置时理论上会具有的方位角以及姿态角的信息也都事先记录。根据前述，在建立地图信息时，地图上其它的特定位置上也都可以事先记录载具在每一个特征点下，所会具有的姿态角以及方位角而形成本发明所谓的特征信息，然后储存在数据库中。

当使用者根据需要输入起始位置与目的位置之后，导航装置就会产生如图4所示的导航路径3。在导航路径形成的过程中，同时也会从数据库中将导航路径中所经过的特定位置(亦即图4中的特征点32～37)对应该路径的特征信息取出先暂存于内存中。例如：以特征点37为例，虽然在建立特征信息时，有向左转、向右转、前行或者是回转的特征信息，但是在导航***规划形成的导航路径3中，在特征点37以车子行进方向而言是向左转，因此特征点37所对应该导航路径3所具有的特征信息仅为向左转时的特征信息，亦即载具向左转时其方位角与姿态角的信息。同理，特征点32至36在该导航路径3的状态下也会具有对应的特征信息。

再回到步骤21来说明，以导航路径3而言，载具第一个会经过的是特征点32，所以，步骤21中的特征点即是指特征点32，其是为一上坡路段其方位角与姿态角的信息为(α，β)。接着进行步骤22，于该载具行进的过程中，检测该载具的一状态信息。本步骤中所谓的状态信息，亦即指载具在实际行进的过程中所撷取到关于载具行进时的状态角与姿态角的信息。接着进行步骤23，将该状态信息与该特征信息进行比较以判断该状态信息是否与该特征信息相符合。由于载具在实际进行中因为导航追踪累计偏差的问题，因此，载具在显示的导航路径中会有逐渐偏离导航路径3。所以本发明利用步骤23将载具在特定时间点时所具有的状态信息与特征信息进行比较，以作为判断该载具是否通过特征点32的依据。

图4中，在起始点30与特征点32之间所显示的载具位置会因为累计误差的关系逐渐偏离导航路径，因此，载具90在到达特征点32之前，因为累计误差逐渐增加致使显示的位置为偏移到位置32’上。为了将载具90修正至特征点32的位置上，本实施例是利用步骤23判断实际所量测到关于载具90的状态信息是否与特征点32所对应的特征信息一致，以作为判断载具是否已经到达特征点32的依据。如果特征点32的特征信息与载具90的状态信息一致的话，则判断该载具90已经到达该特征点32的位置，此时进行步骤24，修正该载具90的定位坐标至该特征点32所对应的导航路径上的位置。本步骤的意义在于当判断出载具90通过特征点32时，则将载具的位置修正至特征点32所对应的位置。此外，还可以显示该导航路径的画面上，亦即，将代表该载具90的虚线图案修正至该特征点32所对应的导航路径上以形成如图4中特征点32上的代表载具90的实线图案。再回到图3所示，反之在步骤23中，如果比对结果不符合的话，则代表载具尚未通过特征点32，亦即在特征点30与32之间的位置行进中。此时，流程会再度回到步骤22，持续检测代表该载具90于行进过程中的姿态角与方位角，然后重复进行步骤23。在进行步骤24之后，由于载具90在导航路径3中，才通过第一个特征点32，陆续还有特征点33至37，因此会再进行步骤25，于该导航路径中选择另一个特征点33(其为一转弯状态的特征点)，然后重复进行步骤22至23，以判断载具90是否已经通过特征点33，其流程是与前述判断是否通过特征点32相同，在此不作赘述。

请参阅图7与图8所示，该图为本发明的导航装置实施例方块示意图。在本实施例中，该导航装置4设置于一载具90上，该载90具可为轮型交通工具，例如：汽车或者是机车，但不以此为限。该导航装置4具有一感测模块40、一信号处理单元41、一数据储存单元42以及一显示单元43。该感测模块40，其是感测该载具90的一运动状态而产生一状态信息给该信号处理单元41。如图8所示，该运动状态是指该载具90的方位角以及姿态角，在图8中，方位角亦即指ωz的角度变化，而姿态角是指ωx的角度变化。而姿态角的变化是会反应在载具90上坡或者是下坡时，当然在平地上行驶时其姿态角为零度。另外，方位角则是反应在载具90进行转向时。再回到图7所示，在本实施例中，用来感测该状态信息的实施例方式为利用一惯性感测模块400，其由两个陀螺仪传感器4000与4001来感测ωx以及ωz的角度变化。

此外，如图9A与图9B所示，该图为本发明的惯性感测模块另外两种实施例示意图。在图9A的实施例中，惯性感测模块400是由两个差分模块4002与4003所组成。请参阅图10所示，差分模块4002或4003主要是由两个相距一距离h的加速度传感器4004与4005所构成。以感测ωz的角度变化为例，当加速度传感器4004以及加速度传感器4005所感测的X轴加速度差值积分便可得到位移(S1，S2)，然后推算S1，S2的差值，由于加速度传感器4004以及加速度传感器4005相差一距离h，所以可由计算得到Z轴的角度θ变化。同理，感测ωx的角度变化亦属于同样的原理，在此不作赘述。因此利用图9A的方式亦可以感测到载具的方位角以及姿态角。另外，如图9B所示，在本实施例中，主要是将陀螺仪传感器4000与差分模块4002进行组合以达到感测载具的方位角与姿态角度。

除了利用惯性感测的方式的外，在现有技术中亦可以利用图11的组合来感测方位角与姿态角。在图11中，感测模块40主要是由一磁力计401以及一电子罗盘传感器402所构成，其中磁力计401可用来感测姿态角，而该电子罗盘传感器402则是用来感测方位角。再回到图7所示，该数据储存单元42，其储存有一地图信息以及对应于该地图信息中至少一特征点的特征信息。该数据储存单元42，一般是指利用储存媒体(内存或者是硬盘)所建立的数据库以供该信号处理单元41存取。在本实施例中，该数据储存单元42储存的地图信息是指要进行规划导航路径所需要的地图信息，其属于现有的技术，在此不做赘述。另外，本发明的特色在于该数据储存单元42内还储存有地图信息中特定位置的特征信息。所谓特定位置亦即转弯或者是上、下坡的位置。因外在该特定位置上转弯或者是上、下坡时，会影响到载具的方位角或者是姿态角，因此本发明事先将在每一个特定位置上进行转向或者是上、下坡时载具所会具有的方位角以及姿态角予以量测记录，以供后续判断之用。

该信号处理单元41，其分别与该感测模块40以及该数据储存单元42相偶接，该信号处理单元41可根据使用者利用一输入界面430所输入的规划路径需求(例如：起始点以及终点)而于该数据储存单元42内所储存的地图信息中产生一导航路径显示于该显示单元43上。在本实施例中，该输入界面430可设置于该显示单元43上，以利使用者操作。当产生出导航路径之后，该信号处理单元41同时利用本发明前述的图3所示的导航信息修正方法流程，于载具90行驶的过程中，将该导航路径上的特征点所具有的特征信息与该实时检测到的关于载具在行进时的状态信息进行比较，以决定是否要修正对应该载具的定位坐标，并且在显示单元内所显示的载具图像修正至正确的位置上。其判断以及修正的方法如前所述，在此不作赘述。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (19)

1.一种导航信息修正方法，其特征在于，包括有下列步骤：

提供一导航路径给一载具；

于该导航路径上撷取一特征点，该特征点具有一特征信息，该特征点为导航路径上所具有的上坡或者下坡的位置；

于该载具行进的过程中，检测该载具的运动状态以得到一状态信息，该状态信息为载具行进时因路面状况产生的状态信息；

将该状态信息与该特征信息进行比较以判断该状态信息是否与该特征信息相符合；

如果该状态信息与该特征信息不符合，则继续监控该载具的运动状态；以及

如果该状态信息与该特征信息相符合，则修正该载具的定位坐标至该特征点所对应的导航路径上的位置。

2.根据权利要求1所述的导航信息修正方法，其特征在于，该状态信息为该载具的方位角、姿态角或者是前述的组合。

3.根据权利要求1所述的导航信息修正方法，其特征在于，该特征信息为该载具的方位角、姿态角或者是前述的组合，其中该姿态角为由载具行进时因路面状况而有所改变而产生的俯仰角角度变化。

4.根据权利要求1所述的导航信息修正方法，其特征在于，修正该载具的定位坐标至该特征点所对应的导航路径上的位置之后还包括有下列步骤：

于该导航路径上撷取另一特征点，再继续检测该载具的运动状态与该另一特征点的特征信息进行比较。

5.根据权利要求1所述的导航信息修正方法，其特征在于，修正该载具的定位坐标至该特征点所对应的导航路径上的位置的后还包括有下列步骤：于显示该导航路径的画面上，将代表该载具的图案修正至该特征点所对应的导航路径上。

6.一种导航装置，其设置于一载具上，其特征在于，该导航装置包括：

一感测模块，其感测该载具的一运动状态而产生一状态信息，该状态信息为载具行进时因路面状况产生的状态信息；

一数据储存单元，其储存有一地图信息以及对应于该地图信息中至少一特征点的特征信息，该特征点为导航路径上所具有的上坡或者下坡的位置；以及

一信号处理单元，其分别与该感测模块以及该数据储存单元相偶接，该信号处理单元根据该地图信息产生一导航路径并将该导航路径上的至少一特征点所具有的特征信息与该状态信息进行比较，以决定是否要修正对应该载具的定位坐标，如果该状态信息与该特征信息不符合，则继续监控该载具的运动状态以及如果该状态信息与该特征信息相符合，则修正该载具的定位坐标至该特征点所对应的导航路径上的位置。

7.根据权利要求6所述的导航装置，其特征在于，该感测模块为一惯性感测模块。

8.根据权利要求7所述的导航装置，其特征在于，该惯性感测模块具有两个陀螺仪传感器。

9.根据权利要求7所述的导航装置，其特征在于，该惯性感测模块具有一组加速度传感器以及一陀螺仪传感器。

10.根据权利要求7所述的导航装置，其特征在于，该惯性感测模块具有两组加速度传感器。

11.根据权利要求6所述的导航装置，其特征在于，该感测模块具有一磁力计以及一电子罗盘传感器。

12.根据权利要求6所述的导航装置，其特征在于，还具有一显示单元，该显示单元与该信号处理单元电讯连接以显示该导航路径。

13.根据权利要求12所述的导航装置，其特征在于，该信号处理单元还可以于该显示单元所显示的导航路径上，将代表该载具的图案修正至该特征点所对应的导航路径上。

14.根据权利要求12所述的导航装置，其特征在于，该显示单元上还具有一输入界面。

15.根据权利要求6所述的导航装置，其特征在于，该状态信息为该载具的方位角、姿态角或者是前述的组合。

16.根据权利要求6所述的导航装置，其特征在于，该特征信息为该载具的方位角、姿态角或者是前述的组合，其中该姿态角为由载具行进时因路面状况而有所改变而产生的俯仰角角度变化。

17.根据权利要求6所述的导航装置，其特征在于，该感测模块感测该载具的运动状态以产生状态信号给该信号处理单元。

18.根据权利要求6所述的导航装置，其特征在于，该载具为交通工具。

19.根据权利要求6所述的导航装置，其特征在于，该数据储存单元为内存或硬盘。

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