CN102713520A - 导航装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种导航装置，所述导航装置包含：接收器，其用于从位置传感器接收信号；存储器，其中存储有种子位置和包含一区域中可导航路线的地图的地图数据；以及输出装置，例如显示器或扬声器，其用于输出当前定位。所述导航装置进一步包含处理器，其用于根据所述信号确定已行进距离和定向变化以及估计在所述地图数据的所述可导航路线中的一者上的所述当前定位。所述估计步骤包含使用所述已行进距离和所述定向变化根据所述种子位置外推所述导航装置沿着所述可导航路线可能已行进的可能路径，以及将所述导航装置行进每一路径的机率指派给所述路径。对于定向变化，所述处理器扩展每一路径且重新计算所述导航装置行进所述路径的所述机率。所述处理器将所述当前定位指派为在具有最高机率的路径上的当前预测位置。

Description

导航装置和方法
技术领域
本发明涉及导航装置且涉及用于导航装置的方法。本发明的说明性实施例涉及便携式导航装置(所谓的PND)，特定来说，包括全球导航卫星***(GNSS)信号接收和处理功能性的PND。其它实施例更大体来说涉及经配置以执行导航软件以便提供路线规划功能性且优选还提供导航功能性的任何类型的处理装置。
背景技术
包括GNSS信号接收和处理功能性的便携式导航装置(PND)是众所周知的，且广泛地用作车内或其它运输工具导航***。
一般来说，现代PND包含处理器、存储器(易失性和非易失性中的至少一者，且通常两者均有)和存储于所述存储器内的地图数据。处理器与存储器合作以提供执行环境，可在此环境中建立软件操作***，且另外，常常提供一个或一个以上额外软件程序以使PND的功能性能够受控制，且提供各种其它功能。
通常，这些装置进一步包含允许用户与装置交互且控制所述装置的一个或一个以上输入接口，以及一个或一个以上输出接口，通过所述一个或一个以上输出接口可将信息中继到用户。输出接口的说明性实例包括视觉显示器和用于可听输出的扬声器。输入接口的说明性实例包括用来控制所述装置的开/关操作或其它特征的一个或一个以上物理按钮(如果装置经内建于运输工具内，那么所述按钮未必在装置本身上，而是可在方向盘上)，以及用于检测用户话语的麦克风。在一尤其优选的布置中，可将输出接口显示器配置为触敏显示器(借助触敏覆盖或其它方式)以额外提供输入接口，借助所述输入接口，用户可通过触摸来操作所述装置。
此类型的装置还将经常包括：一个或一个以上物理连接器接口，借助所述一个或一个以上物理连接器接口，可将电力信号和视情况数据信号发射到所述装置并从所述装置接收电力信号和视情况数据信号；以及视情况，一个或一个以上无线发射器/接收器，其允许在蜂窝式电信和其它信号及数据网络(例如，Wi-Fi、Wi-Max GSM和类似网络)上通信。
此类型的PND装置还包括GNSS天线，借助所述GNSS天线，可接收包括位置定位数据(location positioning data)的卫星广播信号，且随后处理所述信号以确定所述装置的当前定位。
所述PND装置还可包括产生信号的电子回转仪和加速计，所述信号可经处理以确定当前角和线性加速度，并且又结合从GNSS信号导出的位置信息来确定所述装置和因此安装了所述装置的运输工具的速度及相对位移。通常，此类特征最常提供于运输工具内导航***中，但还可提供于PND装置中(如果此举是有利的话)。
此类PND的效用主要表现在其确定在第一位置(通常，出发或当前定位)与第二位置(通常，目的地)之间的路线的能力上。这些位置可由装置的用户通过广泛各种不同方法中的任一者输入，例如，通过邮政编码、街道名和门牌号、先前存储的“众所周知”的目的地(例如，著名位置、市政位置(例如，体育场或游泳池)或其它兴趣点)以及最爱或近来去过的目的地。
通常，PND具备用于根据地图数据计算在出发地址位置与目的地地址位置之间的“最好”或“最佳”路线的软件的功能。“最好”或“最佳”路线是基于预定准则确定的且不一定为最快或最短路线。指引司机所沿着的路线的选择可为非常复杂的，且选定的路线可考量现有、预测的以及动态和/或无线式地接收到的交通和道路信息、关于道路速度的历史信息和司机对于确定道路备选项的因素的自身偏好(例如，司机可指定路线不应包括高速公路或收费道路)。
此外，所述装置可连续监视道路和交通情况，且由于改变的条件而提供或选择改变将在上面进行剩下的旅途的路线。基于各种技术(例如，移动电话数据交换、固定相机、GPS车队追踪)的实时交通监视***正用来识别交通延迟且将信息馈入到通知***中。
此类型的PND通常可安装于运输工具的仪表板或挡风玻璃上，但也可形成为运输工具收音机的机载计算机的一部分或实际上形成为运输工具自身的控制***的一部分。导航装置也可为手持式***的一部分，例如，PDA(便携式数字助理)、媒体播放器、移动电话等，且在这些情况下，手持式***的常规功能性借助将软件安装于装置上以执行路线计算和沿着计算出的路线的导航两者而得以扩展。
路线规划和导航功能性还可由运行适当软件的桌上型或移动计算资源提供。举例来说，皇家汽车俱乐部(RAC)在http://www.rac.co.uk提供线上路线规划和导航设施，所述设施允许用户键入起点和目的地，于是，用户的PC所连接到的服务器计算路线(其各方面可为用户指定的)、产生地图，并产生一组详尽的导航指令用于将用户从选定的起点指引到选定的目的地。所述设施还提供计算出的路线的伪三维再现和路线预览功能性，所述路线预览功能性模拟用户沿着所述路线行进，且借此为用户提供对计算出的路线的预览。
在PND的情况下，一旦计算了路线，用户便与导航装置交互以视情况从所提议路线的列表选择所要的计算出的路线。视情况，用户可干预或指引路线选择过程，例如通过指定对于特定旅途，应避免或必须遵循某些路线、道路、位置或准则。PND的路线计算方面形成一个主要功能，且沿着此路线的导航为另一主要功能。
在沿着计算出的路线的导航期间，此类PND常常提供视觉和/或可听指令，以沿着选定的路线将用户指引到所述路线的终点，即所要的目的地。PND还常常在导航期间在屏幕上显示地图信息，此信息经定期更新于屏幕上，使得所显示的地图信息表示装置的当前定位，且因此表示用户或用户的运输工具(如果装置正用于运输工具内导航)的当前定位。
显示于屏幕上的图标通常表示当前装置位置，且居中，其中还正在显示在当前装置位置附近的当前和周围道路的地图信息以及其它地图特征，所述地图信息和其它地图特征由PND使用GNSS接收器确定。另外，视情况，可在所显示的地图信息上方、下方或一侧的状态栏中显示导航信息，导航信息的实例包括从用户需要选取的当前道路到下一偏离的距离、所述偏离的性质可能由表明偏离的特定类型(例如，左转弯或右转弯)的另一图标表示。导航功能还确定可借以沿着路线指引用户的可听指令的内容、持续时间和定时。如可了解，例如“100m后左转”等简单指令需要大量处理和分析。所先前所提及，用户与装置的交互可通过触控屏幕或(另外或作为替代)通过驾驶杆安装式遥控器、通过语音激活或通过任何其它适宜方法。
在以下状况下，由所述装置提供的另一重要功能为自动路线再计算：用户在导航期间偏离先前计算出的路线(意外或故意地)；实时交通条件指示替代路线将更有利且所述装置能够适当地自动辨识此类条件，或者当用户由于任何原因主动地使装置执行路线再计算时。
还已知允许按用户定义的准则来计算路线；例如，用户可能更喜欢由装置计算出的风景路线，或者可能希望避开交通堵塞可能发生、预计会发生或当前正发生的任何道路。装置软件将接着计算各种路线且更青睐沿着其路线包括最高数目个标注为(例如)有美景的兴趣点(称为POI)的路线，或者使用指示特定道路上的正发生的交通条件的已存储信息，按可能的堵塞或由于堵塞的延迟的程度来对计算出的路线排序。其它基于POI和基于交通信息的路线计算及导航准则也是可能的。
虽然路线计算和导航功能对PND的总体效用很重要，但有可能将装置纯粹用于信息显示或“自由驾驶”，其中仅显示与当前装置位置相关的地图信息，且其中，尚未计算出路线且装置当前不执行导航。此操作模式常可适用于当用户已知所要沿着行进的路线且不需要导航辅助时。
上述类型的装置(例如，由TomTom国际公司(TomTom International B.V.)制造并供应的720T型)提供用于使用户能够从一个位置导航到另一位置的可靠工具。
在导航期间，由导航装置使用以确定当前定位的GPS信号可能变得无法得到。在此情形下，经由GPS获得的位置与所显示地图上的位置的匹配不再可能。
已知使用航位推算(dead reckoning)在GPS覆盖中的间隙期间提供对位置的估计来克服此问题。航位推算的一种已知方法是基于从例如回转仪和加速计等移动传感器导出的角度变化和运输工具已行进的距离(位置信息)估计运输工具从已知位置已行进的路径。接着将此估计的路径与地图数据(例如，道路网的地图)进行匹配。
此技术的问题在于位置传感器所进行的测量的误差可能导致估计出不正确的路径。对于根据运输工具的转速计导出位置数据的内建式导航装置，这些误差倾向于较小，但对于根据在运输工具外部的传感器导出位置数据的PND，这些误差可以相当大，特别是在位置数据是通过将来自测量位置数据的变化率的传感器(差动传感器)的信号进行积分而导出时。举例来说，经由对所测量的加速度的二重积分而从加速计导出距离。由于位置数据是经由对所测量值的积分而导出，所以所测量值的误差的微小线性增加导致从所测量值导出的位置数据的误差的较大非线性增加。这些较大误差可导致对位置的估计的较大误差，且结果导致运输工具的路径/位置在地图上的不正确显示。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种导航装置，所述导航装置包含：接收器，其用于从位置传感器接收信号；存储器，其存储有种子位置和包含一区域中的可导航路线的地图的地图数据；输出装置，其用于输出当前定位；以及处理器，其用于根据所述信号确定已行进距离和定向变化，且估计在所述地图数据的所述可导航路线中的一者上的所述当前定位，所述估计步骤包含：
使用所述已行进距离和所述定向变化根据所述种子位置外推所述导航装置可能已行进的沿着所述可导航路线的可能路径，且将所述导航装置行进每一路径的机率指派给所述路径，
对于定向变化，扩展每一路径且重新计算所述导航装置行进所述路径的所述机率，以及
将所述当前定位指派为在具有最高机率的路径上的当前预测位置。
本发明的导航装置可具有如下优点：如果基于从传感器接收的信号的位置数据(距离和定向)的误差导致地图上的当前定位不正确，那么可在之后的日期基于进一步位置数据和此进一步位置数据与地图数据的匹配来校正此误差。举例来说，最初，可能路径可能由于位置数据的固有误差而具有高机率，但由于接收到进一步位置数据，此路径的机率可减小到使另一路径变为已行进的最有可能路径的程度，导航装置将当前定位改变为现在较有可能路径上的位置。此“回归(regression)”在常规装置中是不可能的，一旦已通过决策点(路径的路线的交叉点或联接点)，常规装置就不确定其它可能路径。
每一路径为所述导航装置行进的路径的机率可通过将所述定向变化与所述路径的所述可导航路线的对应角度变化进行比较来确定。举例来说，所述定向变化可为在两条可导航路线的交叉点处进行的转弯或可导航路线本身的弯曲的结果。路径的机率可通过确定特定序列的定向变化对应于沿着形成所述路径的特定可导航路线(例如路段)的移动的机率来确定。举例来说，路径的机率可通过确定构成所述路径的每一可导航路线的单独机率且将这些机率一起相乘或相加而计算。一路线可与一条以上路径相关联，且一路线可具有与之相关联的多个机率(每一路径具有一个机率)。
定向变化可为在检测到高于预定角度阈值的单位时间内的角度变化(例如，高于每秒几度)时开始到每单位时间的角度变化再次稳定到小于所述预定阈值时结束的离散事件。以此方式，扩展和机率的重新计算仅在操纵(manoeuvre)完成后实行，从而与较连续过程相比减少处理量。
估计所述当前定位可进一步包含对于距离变化扩展每一路径且重新计算所述导航装置行进所述路径的机率。与定向变化一样，实行所述路径的扩展和所述机率的重新计算所处的距离变化的点可为高于预定距离阈值(例如，几十或几百米)的距离变化。
所述处理器可经布置以在所述导航装置已行进所述路径的所述机率降到预定机率阈值以下时根据进一步扩展和计算废除路径。
举例来说，废除路径时所处的机率阈值可为当所述路径不是数目N个最有可能路径中的一者时。N的值越大，所述处理器对于每一定向变化/方向变化将必须实行的处理就越多，但稍后可能变成所述导航装置所行进的最有可能路径的路径被废除的可能性越小。在多数情况下，如果不正确路径最初经识别为最有可能路径，那么废除除两个最有可能路径之外的所有路径足够稳健地在稍后找到正确路径。
另外或作为替代，废除路径时所处的机率阈值可为设定数目。举例来说，如果路径的机率低于所述设定数目，那么废除所述路径，或如果所述路径的机率与目前为最有可能路径的路径的机率的比率小于设定比率，那么废除所述路径。
所述处理器可经布置以在并非具有最高机率的路径的每一路径的扩展的数目高于预定扩展阈值时根据进一步扩展和计算废除所述路径。再次，设定适当扩展阈值可用以将所需处理的量保持在可接受程度。所述扩展阈值可仅为几次扩展，例如2、3、4或5次扩展。
在所述路径的扩展期间，将产生种子点，一路径在种子点处分开(从而形成两个或两个以上路径)。初始种子点为产生两个或两个以上路径所在的第一种子点。如果路径被忽视，那么此可能导致初始种子点移动到新位置。所述处理器可经布置以忽视在所述初始种子点之前的路线对所述路径的机率的贡献。以此方式，所述处理器不实行不必要的计算或存储不必要的大量数据。
所述处理器可经布置以在仅存在单一可能路径时(作为其它路径被废除或不存在其它可能路径的结果)将存储器中的种子位置设定为当前定位且/或将所述种子位置设定为种子点。
所述位置传感器可包含用于测量加速度、速度、距离、时间和/或角度变化的传感器。在一个实施例中，所述位置传感器包含加速计和/或回转仪。所述导航装置可包含所述位置传感器，或者，所述导航装置可包含用于连接到所述位置传感器的输入。
所述输出装置可为显示器和/或扬声器。
所述导航装置可包含全球导航卫星***(GNSS)接收器或待连接到GNSS接收器的输入，且所述处理器经布置以在GNSS信号可用时根据由所述GNSS接收器接收的信号估计当前定位，且在GNSS信号不可用时根据上述步骤估计当前定位。以此方式，即使不接收GNSS信号，所述导航装置也可继续追踪位置。
根据本发明的第二方面，提供一种上面存储有指令的数据载体，所述指令在由与存储器连接的处理器实行时致使所述处理器进行以下动作，所述存储器中存储有种子位置和包含一区域中的可导航路线的地图的地图数据所述动作为：
接收关于已行进距离和定向变化的位置数据；
根据所述位置数据估计在地图数据的多个可导航路线中的一者上的当前定位；以及
将所述当前定位输出到输出装置；
其中所述估计步骤包含：
使用所述已行进距离和所述定向变化根据所述种子位置外推所述导航装置可能已行进的沿着所述可导航路线的可能路径，且将所述导航装置行进每一路径的机率指派给所述路径，
对于定向变化，扩展每一路径且重新计算所述导航装置行进所述路径的所述机率，以及
将所述当前定位指派为在具有最高机率的路径上的当前预测位置。
根据本发明的第三方面，提供一种使用位置数据估计在可导航路线的地图上的当前定位的方法，所述方法包含：
根据所述位置数据确定已行进距离和定向变化；
使用所述已行进距离和所述定向变化根据种子位置外推可能已行进的沿着所述可导航路线的可能路径，且将每一路径被行进的机率指派给所述路径，
对于定向变化，扩展每一路径且重新计算所述导航装置行进所述路径的所述机率，以及
将所述当前定位指派为在具有最高机率的路径上的当前预测位置。
附图说明
下文将参看附图通过说明性实例来描述本发明的教示的各种方面和体现那些教示的布置，附图中：
图1为与全球导航卫星***(GNSS)通信的导航装置的示意说明；
图2为根据本发明的第一实施例的经布置以提供导航装置的电子组件的示意说明；
图3为导航装置可在无线通信信道上从服务器接收信息的方式的示意说明；
图4A和4B为导航装置的说明性透视图；
图5展示根据本发明的一实施例的由导航装置实行的方法；以及
图6为根据本发明的一实施例的可由导航装置计算的若干可能路径的实例。
具体实施方式
现将特定参考PND来描述本发明的优选实施例。然而，应注意，本发明的教示不限于PND，而是可普遍应用于在地图上定位当前位置的其它类型的导航装置。因而断定，在本申请案的情况下，一导航装置希望包括(但不限于)多个导航装置，无论所述装置是体现为PND、内建于运输工具中的导航装置，还是实际上执行路线规划和导航软件的计算资源(例如，桌上型或便携式个人计算机(PC)、移动电话或便携式数字助理(PDA))。
记住以上附带条件，图1说明可由导航装置140使用的全球导航卫星***(GNSS)100的实例视图。一般来说，GNSS为基于卫星无线电的导航***，其能够确定连续的位置、速度、时间和(在一些情况下)方向信息。GNSS包含处于围绕地球124的轨道中的多个卫星120。每一卫星120的轨道未必与其它卫星120的轨道同步，且实际上很可能不同步。所述GNSS卫星经由信号160将其位置中继到接收单元140。GNSS接收器140接收展频GNSS卫星信号160，且根据由卫星中继的位置信息确定其位置。
本发明的导航装置可使用先前称为NAVSTAR的GPS、伽利略(Galileo)、GLOSNASS或任何其它适宜的GNSS。GNSS并入有在极其精确的轨道中绕地球运转的多个卫星120。
从每一卫星120连续地发射的展频信号160利用通过极其准确的原子钟实现的高度准确的频率标准。每一卫星120作为其数据信号发射160的一部分而发射指示所述特定卫星120的数据流。相关领域的技术人员应了解，GNSS接收器装置140通常从至少三个卫星120获取展频GNSS卫星信号160，以供GNSS接收器装置140通过三角测量来计算其二维位置。额外信号的获取(导致信号160自总共四个卫星120)准许GNSS接收器装置140以已知方式计算其三维位置。
当经专门装备以接收GNSS数据的装置开始扫描用于GNSS卫星信号的射频时，实施GNSS***。在从GNSS卫星接收到无线电信号后，所述装置即刻经由多种不同常规方法中的一者来确定所述卫星的精确位置。在多数情况下，所述装置将继续对信号进行扫描，直到其已获取至少三个不同的卫星信号为止(注意，可使用其它三角测量技术通过仅两个信号来确定位置，虽然此并非常例)。实施几何三角测量后，接收器利用三个已知位置来确定其自身相对于卫星的二维位置。可以已知方式进行此步骤。另外，获取第四卫星信号将允许接收装置以已知方式通过同一几何计算计算其三维位置。位置和速度数据可由无限数目个用户连续地实时更新。
图2为以框组件格式对根据本发明的一优选实施例的导航装置200的电子组件的说明性表示。应注意，导航装置200的框图不包括所述导航装置的所有组件，而仅代表许多实例组件。
导航装置200的所述电子组件位于外壳(例如图5A和5B中所示的外壳)内。所述导航装置包括处理装置210，所述处理装置210连接到输入装置220和包含与处理装置210连接的背光驱动器241的显示屏(在此实施例中为LCD 240)。输入装置220可包括键盘装置、语音输入装置、触控面板和/或用于输入信息的任何其它已知输入装置；且显示屏240可包括任何类型的显示屏，例如LCD显示器。在此布置中，输入装置220和显示屏240经集成到包括触控板或触控屏幕输入的集成式输入与显示装置中，使得用户仅需触摸显示屏240的一部分便可选择多个显示备选项中的一者或激活多个虚拟按钮中的一者。
所述导航装置可包括输出装置260到262，例如扬声器261、音频放大器262和音频编解码器260。音频装置260到262可产生用于根据经确定的可导航路线引导用户的音频命令。
在导航装置200中，处理装置210经由连接225操作性地连接到输入装置220且经设定以从输入装置220接收输入信息，且经由输出连接245和246操作性地连接到显示屏240和输出装置260中的至少一者以向其输出信息(包括当前定位)。另外，处理装置210经由连接235可操作地耦合到存储器资源230。举例来说，存储器资源230包含：易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)；以及非易失性存储器，例如数字存储器，比如快闪存储器。所述存储器资源中存储有包含一区域中的可导航路线的地图(例如，一国家(例如，UK或荷兰)中的可导航路线的地图)的地图数据。在此实施例中，所述地图数据的每一路线经分段，其中每一段具有与之相关联的定义所述段的属性(例如，速度限制、交通概况、其它道路法规等)的数据。
导航装置200进一步包含用于可拆卸地连接到用于从蜂窝式网络的基站接收例如BCCH等广播信号的蜂窝式调制解调器280(例如移动电话)的连接270。连接270可用来建立介于导航装置200与(例如)因特网或任何其它网络之间的数据连接，且/或用来经由(例如)因特网或某一其它网络建立到服务器的连接。在另一实施例中，装置280可为可接收TMS/RDS信息的便携式电视接收器或无线电接收器。
图2进一步说明处理装置210与GNSS天线250和接收器251之间的经由连接255的操作性连接。所述天线可为(例如)GNSS片状天线或螺旋天线。
另外，所属领域的一般技术人员将理解，图2中所示的电子组件以常规方式由电源290(在此情况下为电力管理集成电路290)供电。
还提供有线连接276(在此实施例中为USB连接)，以用于将处理装置210连接到计算机等。此连接可用于软件/固件更新和/或地图更新。
导航装置200包含接收器295，在此实施例中为用于连接到位置传感器(在此实施例中为回转仪296和加速计297)的连接器，使得CPU 210可从回转仪296和加速计297接收信号。
如所属领域的一般技术人员将理解，认为图2中所示的组件的不同配置在本申请案的范围内。举例来说，图2中所示的组件可经由有线和/或无线连接等而相互通信。因此，本申请案的导航装置200的范围包括便携式或手持式导航装置200。
此外，图2的便携式或手持式导航装置200可以已知方式(例如)通过使用图5a和5b中所示的安装装置292/294连接到或“对接到”运输工具，例如脚踏车、机动脚踏车、汽车或船。接着可为了便携式或手持式导航用途而从对接位置移除此导航装置200。
现参看图3，导航装置200可经由蜂窝式调制解调器280建立与服务器302的“移动”或电信网络连接，从而建立数字连接(例如，经由例如已知蓝牙技术的数字连接)。此后，所述蜂窝式装置可经由其网络服务提供者来建立与服务器302的网络连接(例如，经由因特网)。因而，建立介于导航装置200(当其独自地和/或以处于运输工具中的方式行进时，其可为且时常为移动的)与服务器302之间的“移动”网络连接以为信息提供“实时”或至少很“新的”网关。
可使用(例如)因特网(例如环球网)以已知方式进行在移动装置(经由服务提供者)与例如服务器302等另一装置之间的网络连接的建立。举例来说，此可包括TCP/IP分层协议的使用。移动装置可利用任何数目的通信标准，例如DVB-H、DVB-T、CDMA、GSM、Wi-Max、TMC/RDS等。
因而，可利用(例如)经由数据连接、经由移动电话或导航装置200内的移动电话技术所实现的因特网连接。为了此连接，建立介于服务器302与导航装置200之间的因特网连接。举例来说，可经由移动电话或其它移动装置和通用包无线电服务(GPRS)连接(GPRS连接为由电信运营商提供的用于移动装置的高速数据连接；GPRS为用来连接到因特网的方法)来进行此操作。
导航装置200可经由(例如)现有蓝牙技术以已知方式进一步完成与移动装置的数据连接且最终完成与因特网和服务器302的数据连接，其中数据协议可利用(例如)任何数目的标准，例如GSRM、用于GSM标准的数据协议标准。
对于GPRS电话设定，具备蓝牙功能的导航装置可用以与移动电话模型、制造商等的不断变化的频谱一起正确地工作，举例来说，模型/制造商特定设定可存储于导航装置200上。可更新为此信息而存储的数据。
在图3中，将导航装置200描绘为正经由一般通信信道318与服务器302通信，通信信道318可通过若干不同布置中的任一者来实施。当建立介于服务器302与导航装置200之间的经由通信信道318的连接(注意，此连接可为经由移动装置的数据连接、经由个人计算机经由因特网的直接连接等)时，服务器302与导航装置200可通信。
服务器302包括(除了可能未说明的其它组件外)处理装置304，所述处理装置304操作性地连接到存储器306且经由有线或无线连接314进一步操作性地连接到大容量数据存储装置312。处理装置304进一步操作性地连接到发射器308和接收器310，以经由通信信道318将信息发射到导航装置200并从导航装置200接收信息。所发送和接收的信号可包括数据、通信和/或其它传播信号。可根据导航***200的通信设计中所使用的通信要求和通信技术来选择或设计发射器308和接收器310。另外，应注意，发射器308和接收器310的功能可组合成信号收发器。
服务器302进一步连接到(或包括)大容量存储装置312，注意，大容量存储装置312可经由通信链路314耦合到服务器302。大容量存储装置312含有导航数据和地图信息的存储，且可再次为与服务器302分离的装置，或者可并入于服务器302中。
导航装置200适于经由通信信道318与服务器302通信，且包括如先前关于图2和3所描述的处理装置、存储器等，以及用以经由通信信道318发送并接收信号和/或数据的发射器320和接收器322，注意，这些装置可进一步用来与不同于服务器302的装置通信。另外，根据导航装置200的通信设计中所使用的通信要求和通信技术来选择或设计发射器320和接收器322，且可将发射器320和接收器322的功能组合到单一收发器中。
存储于服务器存储器306中的软件为处理装置304提供指令，且允许服务器302向导航装置200提供服务。由服务器302提供的一种服务涉及处理来自导航装置200的请求和将导航数据从大容量数据存储装置312发射到导航装置200。由服务器302提供的另一服务包括对于所要应用使用各种算法来处理导航数据，且将这些计算的结果发送到导航装置200。
通信信道318一般表示连接导航装置200与服务器302的传播媒体或路径。服务器302和导航装置200均包括用于经由所述通信信道发射数据的发射器和用于接收已经由所述通信信道发射的数据的接收器。
通信信道318不限于特定通信技术。另外，通信信道318不限于单一通信技术；即，信道318可包括使用各种技术的若干通信链路。举例来说，通信信道318可适于提供用于电通信、光学通信和/或电磁通信等的路径。因而，通信信道318包括(但不限于)下列各者中的一者或其组合：电路、例如电线和同轴电缆等电导体、光纤电缆、转换器、射频(RF)波、大气、真空(empty space)等。此外，通信信道318可(例如)包括中间装置，例如路由器、转发器、缓冲器、发射器和接收器。
在一个说明性布置中，通信信道318包括电话网络和计算机网络。此外，通信信道318可能够适应例如射频、微波频率、红外线通信等无线通信。另外，通信信道318可适应卫星通信。
经由通信信道318发射的通信信号包括(但不限于)可为给定通信技术所需要或所期望的信号。举例来说，所述信号可适于用于例如时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)、全球移动通信***(GSM)等蜂窝式通信技术中。可经由通信信道318发射数字和模拟信号两者。这些信号可为对于通信技术可能为所期望的经调制、经加密和/或经压缩的信号。
可经由信息下载为导航装置200提供来自服务器302的信息，所述信息下载可自动地或在用户将导航装置200连接到服务器302后定期更新，且/或可在经由(例如)无线移动连接装置和TCP/IP连接而在服务器302与导航装置200之间建立较为持续或频繁的连接后以较动态的方式更新。对于许多动态计算，服务器302中的处理装置304可用来处置大量处理需要；然而，导航装置200的处理装置210还可时常独立于到服务器302的连接来处置更多处理和计算。
图5A和5B为导航装置200的透视图。如图5A中所示，导航装置200可为包括集成式输入与显示装置290(例如触控面板屏幕)以及图2和3的其它组件(包括(但不限于)内部GPS接收器250、处理装置210、电力供应器、存储器***230等)的单元。
导航装置200可位于臂292上，可使用吸盘294将臂292本身紧固到运输工具仪表板/窗/等。此臂292为导航装置200可对接到的对接台的一个实例。
如图5B中所示，导航装置200可通过例如将导航装置200搭扣连接到臂292来对接或以其它方式连接到对接台的臂292。导航装置200可接着可在臂292上旋转，如图5B的箭头所示。为了释放导航装置200与对接台之间的连接，例如可按压导航装置200上的按钮。用于将导航装置耦合到对接台和将导航装置与对接台解耦的其它同等适宜的布置是所属领域的一般技术人员众所周知的。
当此用户接通其PND时，所述装置获取GNSS定点且计算(以已知方式)PND的当前定位。通过使用此当前定位，PND可根据常规算法确定可导航路线且为用户提供引导。
现参看图5，存储器资源230上存储有包含指令的计算机程序，所述指令在由处理器210执行时致使所述处理器实行现在所描述的方法步骤。
在步骤401中，处理器210确定GNSS信号是否正在被GNSS接收器251接收。如果正在接收GNSS信号，那么处理器210在步骤402中根据所述GNSS信号和视情况还根据从回转仪296和加速计297接收的信号来确定在所述地图数据上的当前定位。将来自回转仪296和加速计297的信号与所述GNSS信号结合使用的优点在于可确定较为准确的位置。对于根据所述GNSS信号确定的每一新位置，用此新位置更新种子位置(步骤403)。所述方法接着循环回到步骤401。
在步骤401处，当GNSS接收器251并非正从卫星120接收GNSS信号(例如，因为不存在GNSS网络覆盖)时，所述方法指向作为航位推算技术的第一部分的步骤404。在步骤404中，处理器210检查以基于对根据从回转仪296和加速计297接收的定位数据确定的当前定位的先前估计而确定是否已计算出一个以上可能路径。如果此为从GNSS信号丢失以来第一次通过航位推算技术估计位置，那么所述导航装置已行进的可能路径将仍须确定。因此，在此类情况下，所述处理器进行到步骤405，其中从上一种子位置经确定以后，所述处理器从回转仪296和加速计297接收信号且根据所述信号确定已行进距离和定向变化(位置数据)。
在步骤406中，处理器210从存储器资源230检索所述种子位置且使用已行进距离和任何定向变化根据所述种子位置外推导航装置200所行进的可能路径。在此实施例中，如果已行进距离和/或定向变化高于预定阈值，那么处理器210实行已行进的可能路径的第一计算。每一路径为所述导航装置行进的路径的机率可通过将所述定向变化与所述路径的所述可导航路线的对应角度变化进行比较来确定。举例来说，所述定向变化可为在两条可导航路线的交叉点处进行的转弯或可导航路线本身的弯曲的结果。
现将关于图6描述可借以实现此目的的方式的实例。虚线501展示如由来自回转仪296和加速计297的信号所指示的路径。然而，归因于测量上的误差，此路径不与所述地图数据的可导航路线502到509一致。因此，处理器210基于定向变化和已行进距离的测量接近所述地图数据的可导航路线503到509的定向变化和距离的程度而指派每一可导航路线503到509已行进的机率。在给定的实例中，第一确定是在定向变化随着所述导航装置第一次稍微向左移动而发生时实行。由于向左的移动较紧密地符合沿着从B到C的路线503而非沿着从B到D的路线504行进，所以用于此第一定向变化的沿着路线503的路径被给予比沿着路线504的路径高的机率。
所述指派给每一路径的机率是构成所述路径的所述路线的个别机率的加权和(即，构成所述路径的所述路线的机率的总和除以构成所有可能路径的所有路线的机率的总数)。因此，首先，将机率指派给构成所述路径的路线503、504，且接着，根据关于所述路线所确定的所述机率确定所述路径的机率。在图6中所示的实例中，指派给从B到D的路径的机率为大约0.486，且指派给从B到C的路径的机率为0.514。这些机率在步骤407中指派给所述路径并存储于存储器资源230中。将理解，在特定情况下，一路线可属于一个以上路径且具有与其相关联的一个以上机率，路线所属的每一路径具有一个机率。
在步骤408中，处理器210比较指派给所述路径的机率，且如果所述机率低于预定阈值，那么废除所述路径。
举例来说，废除路径所处的阈值可为当所述路径不为数目N个最有可能路径中的一者时。N的值越大，所述处理器关于每一定向变化/方向变化将必须实行的处理就越多，但稍后可能变成所述导航装置所行进的最有可能路径的路径被废除的可能性越小。在多数情况下，如果不正确路径最初经识别为最有可能路径，那么废除除两个最有可能路径之外的所有路径足够稳健地在稍后找到正确路径。将理解，作为此要求的替代或除此要求之外，可使用其它要求，例如，处理器210可经布置以在并非具有最高机率的路径的每一路径的扩展的数目高于预定扩展阈值时根据进一步扩展和计算来废除所述路径，且/或在所述导航装置行进一路径的机率低于预定阈值时，可废除所述路径。
因此，在图6中所示的实例中，处理器210根据初始定向变化确定的沿着路线502和503的两条初始路径未被废除，因为所述路径为两条最有可能路径且具有高机率。在步骤409中，处理器210将导航装置200的当前定位指派为具有最高机率的路径上的位置。对于计算出的两条初始路径，此将为路线503上的预测位置，因为此路径具有较高机率0.514到0.486。接着由导航装置输出此当前定位，例如作为显示器240上的图形而输出。
在步骤416中，处理器210将不再相关的路线从所述路径移除。所述被废除的路线包含在所述路径分开所在的初始点(初始种子点)之前出现的路线。在图6中所示的实例中，点B为初始种子点，因此将路线502所贡献的对所述路径的机率的任何贡献移除。
在步骤410中，处理器210检查以确定是否剩余一个以上路径，且如果存在一个以上路径，那么所述处理器返回到步骤401。随后，处理器210再次检查以查看是否可接收GNSS信号。如果仍不存在GNSS覆盖，那么在步骤404中，处理器210检查以确定是否剩余一个以上路径。在图6中所示的实例中，在初始定向变化之后，已保留两条可能路径。因此，处理器210转到步骤412。在步骤412中，所述处理器根据从回转仪296和加速计297接收的信号确定已行进距离和定向变化，且在步骤413中，处理器210对已被确定的路径进行扩展以确定可能路径的新集合。返回参看图6，可实行此确定，因为在已行进的设定距离处出现预期交叉点(例如，路线503在点C向左转向进入路径505中，且路线504在点D分成路线506和507)，且/或因为另一定向变化(在图6中，向右的移动)。
与先前循环一样，在步骤407处，针对路径的所述新集合的每一可能路径计算机率。行进路线505的可能性极低(0.1)，且从B到E的路径为所述导航装置已行进的路径的机率是通过实行路线503和路线505已被共同行进的机率的加权和来计算。此操作给出此路径大约0.26的机率。其它可能路径为从B到G和从B到F(分别包含路线504和506以及路线504和507)，且针对这些路径同样地计算机率，分别给出0.45和0.29。在步骤408中，废除包含路线503和505的路径，因为处理器210仅保留两条具有最高机率的路径。在步骤409中，由导航装置200输出的当前定位变为包含路线504和506的路径上的预测位置。由于剩余一个以上可能路径，所以所述处理器转到步骤411且循环回到步骤401。
由于从B到E的路径已废除，所以点B不再为种子点(路径分开的点)。新的初始种子点为点D。在步骤416中，移除在现为新的初始种子点(点D)的点之前出现的路线的贡献，使得两条路径D到F和D到G的机率分别为大约0.308和大约0.69。
接着针对其它定向变化和距离变化重复此过程，其中外推所述路径，形成新路径且针对这些新路径计算机率。在图6中所示的实例中，外推剩余的路径以给出新路径D到H和D到I，路径D到I包含路线506和509，且路径D到H包含路线507和508(所述路径的机率为0.84和0.16)。在步骤408中，处理器210可废除包含路线507和508的路径D到H，因为此路径的机率低于预定阈值0.2。因此将当前定位指派给从D到I的路径上的位置。由于仅剩余一条路径，所以处理器210转到步骤414且用所述唯一剩余路径上的当前预测位置更新所述种子位置且接着循环回到步骤401，其中除非现在可接收GNSS信号，否则再次开始所述过程。
应理解，仅当定向和/或距离的变化高于预定阈值时，才可能实现所述可能路径的每一外推/扩展。举例来说，当单位时间内的角度变化高于预定角度阈值(例如，高于每秒几度)，或距离变化高于预定距离阈值(例如，几十或几百米)时。
此外，将理解，本发明的航位推算技术可由另一处理装置实行(例如，离开所述导航装置，由服务器302的处理器304实行)，通过此处理确定的当前定位在通信链路318上发送回到所述导航装置。

Claims (16)

1.一种导航装置，所述导航装置包含：接收器，其用于从位置传感器接收信号；存储器，其中存储有种子位置和包含一区域中可导航路线的地图的地图数据；输出装置，其用于输出当前定位；以及处理器，其用于根据所述信号确定已行进距离和定向变化以及估计在所述地图数据的所述可导航路线中的一者上的所述当前定位，所述估计步骤包含：
使用所述已行进距离和所述定向变化根据所述种子位置外推所述导航装置可能沿着所述可导航路线已行进的可能路径且将所述导航装置行进每一路径的机率指派给所述路径，
对于定向变化，扩展每一路径且重新计算所述导航装置行进所述路径的所述机率，以及
将所述当前定位指派为在具有最高机率的路径上的当前预测位置。
2.根据权利要求1所述的导航装置，其中每一路径为所述导航装置行进的所述路径的所述机率是通过将所述定向变化与所述路径的所述可导航路线的对应角度变化进行比较来确定。
3.根据权利要求2所述的导航装置，其中定向变化是从检测到高于预定角度阈值的每单位时间的角度变化时开始到每单位时间的角度变化再次稳定到小于所述预定阈值时结束的离散事件。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的导航装置，其中估计所述当前定位进一步包含针对距离变化扩展每一路径且重新计算所述导航装置行进所述路径的所述机率。
5.根据权利要求4所述的导航装置，其中所述路径的所述扩展和所述机率的重新计算是在所述距离变化高于预定距离阈值时进行。
6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的导航装置，其中路径的机率是通过以下操作来确定：确定特定定向变化和/或距离变化对应于沿着形成所述路径的特定可导航路线的移动的机率，且将此机率与针对对应于沿着形成所述路径的其它可导航路线的移动的其它定向变化和/或距离变化计算出的机率相乘。
7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的导航装置，所述处理器经布置以在所述导航装置已行进所述路径的所述机率降到预定机率阈值以下时根据进一步扩展和计算废除路径。
8.根据权利要求7所述的导航装置，其中借以废除路径的所述机率阈值是当所述路径不为数目N个最有可能路径中的一者时。
9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的导航装置，其中所述处理器经布置以在并非具有最高机率的路径的每一路径的扩展的数目高于预定扩展阈值时根据进一步扩展和计算废除所述路径。
10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的导航装置，其中所述处理器经布置以在仅存在单一可能路径时将存储器中的所述种子位置设定为所述当前定位。
11.根据前述权利要求中任一权利要求所述的导航装置，其中所述处理器经布置以忽视在所述路径分开处的初始种子点之前的路线对所述路径的机率的贡献。
12.根据前述权利要求中任一权利要求所述的导航装置，其中所述位置传感器包含用于测量至少一个加速度、速度、距离、时间和/或角度变化的传感器。
13.根据权利要求12所述的导航装置，其中所述位置传感器包含加速计和/或回转仪。
14.根据前述权利要求中任一权利要求所述的导航装置，其中所述输出装置为显示器和/或扬声器。
15.一种上面存储有指令的数据载体，所述指令由与存储器连接的处理器实行，所述存储器中存储有种子位置和包含一区域中可导航路线的地图的地图数据，所述指令在被实行时时致使所述处理器：
接收关于已行进距离和定向变化的位置数据；
根据所述位置数据估计在地图数据的多个可导航路线中的一者上的当前定位；以及
将所述当前定位输出到输出装置；
其中所述估计步骤包含：
使用所述已行进距离和定向变化根据所述种子位置外推所述导航装置可能沿着所述可导航路线已行进的可能路径，且将所述导航装置行进每一路径的机率指派给所述路径，
对于定向变化，扩展每一路径且重新计算所述导航装置行进所述路径的所述机率，以及
将所述当前定位指派为在具有最高机率的路径上的当前预测位置。
16.一种使用位置数据估计在可导航路线的地图上的当前定位的方法，所述方法包含：
根据所述位置数据确定已行进距离和定向变化；
使用所述已行进距离和所述定向变化根据种子位置外推可能沿着所述可导航路线已行进的可能路径且将每一路径被行进的机率指派给所述路径，
对于定向变化，扩展每一路径且重新计算所述导航装置行进所述路径的所述机率，以及
将所述当前定位指派为在具有最高机率的路径上的当前预测位置。
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