TWI465688B - 車載導航裝置及方法 - Google Patents

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Description

車載導航裝置及方法
本發明涉及一種導航裝置及方法，尤其是涉及一種車載導航裝置及方法。
隨著科技的不斷創新進步，於車上安裝GPS (Global Positioning System, 全球定位系統)導航裝置已經成為一般駕駛人的習慣之一。GPS導航裝置接收太空中GPS定位衛星發射的衛星信號，並根據該衛星信號將車輛的即時位置顯示於該導航裝置的導航軟體中，實現行車路途的導航功能。但是由於GPS導航是通過多個衛星所發射的信號來定位出駕駛人當前所在的地理位置(通常以經度和緯度來表示)，因此若遇到衛星信號接收不佳的狀況時(例如天氣惡劣、山谷中或道路上方有高架道路時)，則將使得GPS導航裝置暫時失效而無法對駕駛人提供準確的導航資訊。
傳統的GPS導航裝置在遇到沒有衛星信號時，例如當駕駛人駕駛於多層的高架道路中的第二層道路時，因為車輛上方尚有其他的高架道路阻擋了GPS導航裝置接收衛星的定位信號，所以GPS導航裝置中的導航畫面顯示出無法規劃接下來的車輛行駛路徑。若是遇到車輛行駛路徑前方分叉點同時存在往上的上層高架道路及往下的下層平面道路，駕駛人只能猜測駕駛至其中一路徑，但往往可能會遇到駕駛至錯誤路徑的窘境。
除此以外，一般GPS導航裝置的導航軟體更提供一種預先告知駕駛人於規劃的路徑中，多少距離內需要改變當前駕駛的路徑的提示功能。然而，駕駛人常會去觀察導航螢幕上的路徑指示方向，這樣會造成有些許時段未去注意即時路況。或是聽真人類比語音提示雖然可以避免視線離開車輛的前方，但是這些功能都是預先告知規劃路徑的方向，而且若駕駛人選擇了錯誤路徑，導航裝置要接收到GPS衛星信號並經過處理後再提醒駕駛人，無法即刻達到提醒駕駛人的功能。甚至遇到該裝置無法接收到GPS衛星信號時，可能會造成駕駛人一直觀看GPS導航裝置的導航畫面，也無法得知導航的規劃路徑，需要等到導航裝置接收到新的GPS位置座標，才會發出當前行駛路徑與預先規劃路徑不符合的警示通知。如此不但造成車輛行駛的危險性並且可能造成駕駛至錯誤路徑，造成更多的油料、時間浪費。
鑒於以上內容，有必要提供一種車載導航裝置，其在無法接收到衛星信號時也能記錄行駛方向及高度變化，從而判斷行駛路徑是否與規劃路徑相同，並在行駛至錯誤路徑時及時發出警告。
鑒於以上內容，還有必要提供一種車載導航方法，其在無法接收到衛星信號時也能記錄行駛方向及高度變化，從而判斷行駛路徑是否與規劃路徑相同，並在行駛至錯誤路徑時及時發出警告。
所述車載導航裝置，包括全球定位系統、喇叭單元、微處理器、方向感測單元及高度感測單元。該微處理器用於當全球定位系統獲取的車輛當前位置與所規劃的行駛路徑前方的最近路徑分叉點的距離小於預先設定的距離時，啟動方向感測單元及高度感測單元；所述方向感測單元，用於在車輛行駛過程中感測車輛的行駛方向變化；所述高度感測單元，用於在車輛行駛過程中感測車輛的行駛高度變化；所述微處理器還用於比對上述感測到的行駛方向變化資訊及高度變化資訊是否與在該最近路徑分叉點應選擇的正確路徑的方向及高度資訊相同；及所述微處理器還用於當感測到的行駛方向變化資訊及高度變化資訊與在該最近路徑分叉點應選擇的正確路徑的方向及高度資訊不相同時，觸發喇叭單元報警。
所述車載導航方法，包括以下步驟：接收步驟：從衛星定位處理器接收車輛當前位置資訊，若無衛星信號則連接網路通訊單元接收車輛當前位置資訊；顯示步驟：顯示根據車輛當前位置、地圖資訊及目的地所生成的規劃路徑，該規劃路徑包括在經過每一路徑分叉點時的應選擇的正確路徑的方向及高度資訊；判斷步驟：判斷該車輛當前位置與規劃路徑前方最近路徑分叉點的距離是否小於預先設定的距離，若該車輛當前位置與規劃路徑前方最近路徑分叉點的距離不小於預先設定的距離，則返回接收步驟，否則進入感測步驟；感測步驟：方向感測單元感測車輛的行駛方向變化，高度感測單元感測車輛的行駛高度變化；及比對步驟：比對上述感測到的行駛方向變化資訊及行駛高度變化資訊是否與在該最近路徑分叉點應選擇的正確路徑的方向及高度資訊相同，若比對後的結果不相同，則發出警告訊息。
相較於習知技術，所述的車載導航裝置及方法，具有處理在具有平面道路及高架道路或地下道時的導航功能，甚至在導航的路徑分叉點萬一遇到沒有GPS衛星信號時，更可以提供關鍵與即時性的路徑方向及高度變化判斷，並在駕駛人選擇了錯誤路徑時及時發出警告，避免駕駛人在關鍵性的路徑分叉點駕駛至錯誤的路徑。
如圖1所示，係為本發明車載導航裝置較佳實施例的架構圖。該車載導航裝置1包括全球定位系統2、方向感測單元30、高度感測單元40、微處理器50、地圖庫單元60、顯示單元70、喇叭單元80及網路通訊單元90，並且微處理器50通過匯流排100與上述各元件連接。該全球定位系統2包括衛星定位天線單元10、衛星定位處理器20。
所述衛星定位天線單元10通過與GPS定位衛星通信，接收太空中至少四顆GPS定位衛星發射的衛星信號，並將該信號傳送至衛星定位處理器20。
所述衛星定位處理器20根據從衛星定位天線單元10接收到的衛星信號的傳播速度及其傳播時間計算出車輛與GPS定位衛星的距離D，再根據已知GPS定位衛星位置（，，）通過空間距離計算公式得出車輛當前位置資訊（X，Y，Z），並將該車輛當前位置資訊傳送至微處理器50。
一般狀況下，微處理器50可根據衛星定位處理器20傳送過來的車輛當前位置資訊對車輛進行導航。但遇到例如天氣惡劣、山谷中或道路上方有高架道路等致使衛星信號接收不佳的狀況時，微處理器50無法從衛星定位處理器20接收到準確的車輛當前位置資訊。此時微處理器50通過網路通訊單元90利用移動電話信號基站及Wi-Fi定位技術來做位置定位，從而獲取車輛當前位置資訊。
所述地圖庫單元60包括地圖資料庫，用以提供如道路、景點、加油站等重要目標點的各種地理形式的地圖資訊。其中，該地圖資訊除了提供車輛當前位置附近道路、景點等的經緯度資訊外，更包括其海拔高度資訊。地圖庫單元60連接於微處理器50，可將地圖資料庫內的該地圖資訊傳送至微處理器50。然而，因為目前網路上的電子地圖資料庫也相當容易通過網路取得，加上有隨時增加、變更地理資訊的彈性，也提供給地圖庫單元60另一種地圖資訊的來源。若是所述車載導航裝置1使用網路上的電子地圖資料庫，則需通過網路通訊單元90來連接置放於Ineternet上的電子地圖資料庫，由於目前網路電子地圖資料庫已廣泛運用於移動電話，其詳細組成及運作不另詳述。
所述微處理器50還用於根據接收到的該車輛當前位置資訊與地圖資訊，結合駕駛人欲到達的目的地，生成規劃路徑，並將該規劃路徑資訊傳送至顯示單元70。該規劃路徑還包括在經過每一路徑分叉點時的應選擇的正確路徑的方向及高度資訊。
所述微處理器50還用於計算該車輛當前位置與規劃路徑前方最近分叉點的距離是否小於預先設定的距離。若該距離小於預先設定的距離，則判斷該車輛當前位置接近分叉點。若該距離不小於預先設定的距離，則判斷該車輛當前位置未接近分叉點。
所述微處理器50還用於啟動方向感測單元30及高度感測單元40。
所述方向感測單元30用以感測車輛行駛方向的改變，記錄方向變化資訊。在此實施例中，該方向感測單元30可利用地磁場來即時感測在車輛當前位置上該車輛行進方向相對於北極的方位角度。通過計算出在預設時間間隔的兩個位置上車輛行進方向相對於北極的方位角度，即可推算出車輛是否有變換行駛的方向。即使是在無法接收到GPS衛星信號時，該方向感測單元30也可以正常工作，提供關鍵與即時性的行駛方向變化判斷，避免駕駛人在關鍵性的路徑分叉點駕駛至錯誤的路徑。具體實施上，該方向感測單元30可為機械式的陀螺儀（gyro），或為數位式的電子羅盤。
所述高度感測單元40用以感測車輛行駛高度的改變，記錄高度變化資訊。在此實施例中，該高度感測單元40通過測量由於重力引起的加速度，可以計算出車輛行進方向相對於水平面的傾斜角度。通過計算出在預設時間間隔的兩個位置上車輛行進方向相對於水平面的傾斜角度，即可推算出車輛是否有變換行駛的高度。即使是在無法接收到GPS衛星信號時，該高度感測單元40也可以正常工作，提供關鍵與即時性的行駛高度變化判斷，避免駕駛人在關鍵性的路徑分叉點駕駛至錯誤的路徑。例如遇到車輛行駛路徑前方同時存在往上的上層高架道路及往下的下層平面道路，則可判斷駕駛人選擇的路徑是否正確。具體實施上，該高度感測單元40可為加速度感測器（G-sensor）。
所述微處理器50還用於比對該記錄的方向變化資訊及高度變化資訊與在該最近路徑分叉點應選擇的正確路徑的方向及高度資訊是否相同。若比對後的結果不相同，則發出警告訊息至喇叭單元80進行駕駛路徑錯誤的語音提示。若比對後的結果相同，則不進行提示，繼續進行導航。
所述微處理器50還用於判斷車輛當前位置是否已通過規劃路徑的該最近路徑分叉點。若已通過該最近路徑分叉點則控制方向感測單元30及高度感測單元40停止感測及記錄。若未通過則方向感測單元30及高度感測單元40繼續進行感測及記錄。
如圖2所示，係為本發明車載導航方法較佳實施例的流程圖。
步驟S10，衛星定位天線單元10通過與GPS定位衛星通信，接收太空中至少四顆GPS定位衛星發射的衛星信號，並將該信號傳送至衛星定位處理器20。衛星定位處理器20根據從衛星定位天線單元10接收到的衛星信號的傳播速度及其傳播時間計算出車輛與GPS定位衛星的距離D，再根據已知GPS定位衛星車輛當前位置（，，）通過空間距離計算公式得出車輛當前位置資訊（X，Y，Z），並將該車輛當前位置資訊傳送至微處理器50。若無衛星信號時微處理器50則通過網路通訊單元90，利用移動電話信號基站及Wi-Fi定位技術來做位置定位，從而接收車輛當前位置資訊。
步驟S11，地圖庫單元60讀取車輛當前位置附近的地圖資訊並將該地圖資訊傳送至微處理器50。地圖庫單元60包括地圖資料庫，從該地圖資料庫中讀取地圖資訊。其中，該地圖資訊除了提供車輛當前位置附近道路、景點等的經緯度資訊外，更包括海拔高度資訊。然而，因為目前網路上的電子地圖資料庫也相當容易通過網路取得，加上有隨時增加、變更地理資訊的彈性，也提供給地圖庫單元60另一種地圖資料庫的來源，若是該車載導航裝置1使用網路上的電子地圖資料庫，則需通過網路通訊單元90來連接置放於Ineternet上的電子地圖資料庫。
步驟S12，微處理器50根據接收到的該車輛當前位置資訊與地圖資訊，結合駕駛人欲到達的目的地，生成規劃路徑，並將該規劃路徑顯示在顯示單元70。該規劃路徑還包括在經過每一路徑分叉點時的應選擇的正確路徑的方向及高度資訊。
步驟S13，微處理器50計算該車輛當前位置與規劃路徑前方最近分叉點的距離是否小於預先設定的距離。若該距離小於預先設定的距離，則判斷該車輛當前位置接近分叉點，執行步驟S14，否則判斷車輛當前位置未接近分叉點，返回執行步驟S10。
步驟S14，微處理器50啟動方向感測單元30及高度感測單元40。
步驟S15，方向感測單元30利用地磁場即時感測在車輛當前位置上該車輛行進方向相對於北極的方位角度，並通過計算出在預設時間間隔的兩個位置上車輛行進方向相對於北極的方位角度，推算出車輛是否有變換行駛的方向，記錄方向變化資訊。高度感測單元40通過測量由於重力引起的加速度，計算出車輛行進方向相對於水平面的傾斜角度，並通過計算出在預設時間間隔的兩個位置上車輛行進方向相對於水平面的傾斜角度，推算出車輛是否有變換行駛的高度，記錄高度變化資訊。
步驟S16，微處理器50讀取該方向變化資訊及高度變化資訊，比對該方向變化資訊及高度變化資訊的記錄與在該最近路徑分叉點應選擇的正確路徑的方向及高度資訊是否相同。若比對後的結果不相同，則執行步驟S17，發出警告訊息至喇叭單元80進行駕駛路徑錯誤的語音提示。若比對後的結果相同，執行步驟S18。
步驟S18，微處理器50判斷車輛當前位置是否已通過規劃路徑的該最近路徑分叉點，若已通過該最近路徑分叉點則執行步驟S19，若未通過則返回執行步驟S15。
步驟S19，方向感測單元30及高度感測單元40停止感測及記錄。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅爲本發明之較佳實施例，本發明之範圍並不以上述實施例爲限，舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
1‧‧‧車載導航裝置
2‧‧‧全球定位系統
10‧‧‧衛星定位天線單元
20‧‧‧衛星定位處理器
30‧‧‧方向感測單元
40‧‧‧高度感測單元
50‧‧‧微處理器
60‧‧‧地圖庫單元
70‧‧‧顯示單元
80‧‧‧喇叭單元
90‧‧‧網路通訊單元
100‧‧‧匯流排
S10‧‧‧從衛星定位處理器接收車輛當前位置資訊，若無衛星信號則連結網路通訊單元接收當前位置資訊
S11‧‧‧地圖庫單元讀取地圖資訊
S12‧‧‧根據車輛當前位置，地圖資訊及目的地生成規劃路徑
S13‧‧‧判斷車輛當前位置與規劃路徑前方最近路徑分叉點的距離是否小於一預先設定的距離
S14‧‧‧啟動方向感測單元及高度感測單元
S15‧‧‧方向感測單元感測並記錄車輛行駛方向變化，高度感測單元感測並記錄車輛行駛高度變化
S16‧‧‧比對該方向變化資訊及高度變化資訊與在該最近路徑分叉點應選擇的正確路徑的方向及高度資訊是否相同
S17‧‧‧發出警告訊息
S18‧‧‧判斷車輛當前位置是否已通過規劃路徑的該最近路徑分叉點
S19‧‧‧方向感測單元及高度感測單元停止感測及記錄
圖1係為本發明車載導航裝置較佳實施例之架構圖。
圖2係為本發明車載導航方法較佳實施例之流程圖。
S10‧‧‧從衛星定位處理器接收車輛當前位置資訊，若無衛星信號則連結網路通訊單元接收當前位置資訊
S11‧‧‧地圖庫單元讀取地圖資訊
S12‧‧‧根據車輛當前位置，地圖資訊及目的地生成規劃路徑
S13‧‧‧判斷車輛當前位置與規劃路徑前方最近路徑分叉點的距離是否小於一預先設定的距離
S14‧‧‧啟動方向感測單元及高度感測單元
S15‧‧‧方向感測單元感測並記錄車輛行駛方向變化，高度感測單元感測並記錄車輛行駛高度變化
S16‧‧‧比對該方向變化資訊及高度變化資訊與在該最近路徑分叉點應選擇的正確路徑的方向及高度資訊是否相同
S17‧‧‧發出警告訊息
S18‧‧‧判斷車輛當前位置是否已通過規劃路徑的該最近路徑分叉點
S19‧‧‧方向感測單元及高度感測單元停止感測及記錄

Claims (10)

  1. 一種車載導航裝置，包括微處理器，及與該微處理器相連接的全球定位系統、喇叭單元，所述車載導航裝置還包括方向感測單元及高度感測單元，其中，
    所述微處理器用於當全球定位系統獲取的車輛當前位置與所規劃的行駛路徑前方的最近路徑分叉點的距離小於預先設定的距離時，啟動方向感測單元及高度感測單元；
    所述方向感測單元，用於在車輛行駛過程中感測車輛的行駛方向變化；
    所述高度感測單元，用於在車輛行駛過程中感測車輛的行駛高度變化；
    所述微處理器還用於比對上述感測到的行駛方向變化資訊及高度變化資訊是否與在該最近路徑分叉點應選擇的正確路徑的方向及高度資訊相同；及
    所述微處理器還用於當感測到的行駛方向變化資訊及高度變化資訊與在該最近路徑分叉點應選擇的正確路徑的方向及高度資訊不相同時，觸發喇叭單元報警。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之車載導航裝置，其中，所述之方向感測單元利用地磁場即時感測車輛行進方向相對於北極的方位角度，並通過計算出車輛在預設時間間隔的兩個位置上的行進方向相對於北極的方位角度，推算出車輛是否有變換行駛方向；
    所述之高度感測單元通過測量由於重力引起的加速度，計算車輛行進方向相對於水平面的傾斜角度，並通過計算出車輛在預設時間間隔的兩個位置上的行進方向相對於水平面的傾斜角度，推算出車輛是否有變換行駛高度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之車載導航裝置，其中，所述之方向感測單元為機械式的陀螺儀或為數位式的電子羅盤，所述之高度感測單元為加速度感測器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之車載導航裝置，其中，所述之車載導航裝置還包括網路通訊單元，該車載導航裝置通過自帶的地圖庫單元或該網路通訊單元連接網路電子地圖資料庫讀取地圖資訊，在無衛星信號時通過該網路通訊單元接收車輛當前位置資訊。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之車載導航裝置，其中，所述之微處理器還用於當感測到的變換行駛方向資訊及變換行駛高度資訊與在該最近路徑分叉點應選擇的正確路徑的方向及高度資訊相同時，繼續判斷車輛當前位置是否已經通過該最近路徑分叉點；及
    若車輛當前位置已經通過該最近路徑分叉點，該微處理器控制所述方向感測單元及高度感測單元停止感測。
  6. 一種車載導航方法，該方法包括步驟：
    接收步驟：從衛星定位處理器接收車輛當前位置資訊，若無衛星信號則連接網路通訊單元接收車輛當前位置資訊；
    顯示步驟：顯示根據車輛當前位置、地圖資訊及目的地所生成的規劃路徑，該規劃路徑包括在經過每一個路徑分叉點時應選擇的正確路徑的方向及高度資訊；
    判斷步驟：判斷該車輛當前位置與規劃路徑前方最近路徑分叉點的距離是否小於預先設定的距離，若該車輛當前位置與規劃路徑前方最近路徑分叉點的距離小於預先設定的距離，進入感測步驟，否則返回接收步驟；
    感測步驟：方向感測單元感測車輛的行駛方向變化，高度感測單元感測車輛的行駛高度變化；及
    比對步驟：比對上述感測到的行駛方向變化資訊及行駛高度變化資訊是否與在該最近路徑分叉點應選擇的正確路徑的方向及高度資訊相同，若比對後的結果不相同，則發出警告訊息。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之車載導航方法，該方法還包括步驟：
    當比對步驟的比對結果相同時，判斷車輛當前位置是否已經通過該最近路徑分叉點；
    若已經通過該最近路徑分叉點，控制所述方向感測單元及高度感測單元停止感測及記錄；
    若還沒有通過該最近路徑分叉點，則返回感測步驟。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之車載導航方法，其中，所述之方向感測單元利用地磁場即時感測車輛行進方向相對於北極的方位角度，並通過計算出在預設時間間隔的兩個位置上車輛行進方向相對於北極的方位角度，推算出車輛是否有變換行駛的方向。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之車載導航方法，其中，所述之高度感測單元通過測量由於重力引起的加速度，計算車輛行進方向相對於水平面的傾斜角度，並通過計算出在預設時間間隔的兩個位置上車輛行進方向相對於水平面的傾斜角度，推算出車輛是否有變換行駛的高度。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之車載導航方法，其中，所述之方向感測單元為機械式的陀螺儀或為數位式的電子羅盤，所述之高度感測單元為加速度感測器。
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