一種基于GPS軌跡的導航方法和裝置

摘 要：本文發明了一種利用GPS軌跡進行導航的方法和裝置。該裝置包括：軌跡轉彎判斷單元，用于根據軌跡點的曲率判斷改軌跡點的轉彎方向；導航提示單元，用于把軌跡點的地點信息和轉彎方向信息提供給用戶。

關 鍵 詞：汽車導航；GPS軌跡；軌跡導航

背景技術

本文所述是一項技術發明，涉及導航技術領域，更為具體地，涉及一種利用軌跡點進行導航的導航裝置。

隨著公共交通設施的不斷發展，駕駛者越來越需要導航設備來進行路線導航。在沒有電子地圖的情況下，即使在沒有電子地圖的情況下，導航設備也可以記錄當前位置的GPS 信息，其中包括當前位置的經緯度信息，來記錄用戶曾經走過的路。例如，每隔一段時間或者距離，提取GPS信息當中的當前位置的經緯度信息記錄下來，這種記錄點通常稱為軌跡點。一系列軌跡點的經緯度信息稱為路線軌跡，通過記錄路線軌跡，然后再現路線軌跡，可以知道用戶曾經走過的路[1]。

通過導航儀，用戶不但可以記錄路線軌跡，還可以利用導航設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上添加其它的相關信息，例如在旅途中拍攝的照片、視頻、音頻等，作為軌跡點信息。在從網絡或者其它途徑得到軌跡點息之后，使用者可以在自己的導航機上顯示、查看軌跡點和關聯信息[2]。

在GPS和電子地圖技術逐漸民用化的今天，記錄路線軌跡，并且把這些路線軌跡共享給其他人已經能夠成為現實。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的形式呈現給需要它們的用戶。為了讓這些離散的位置信息變成看得到的、聽得懂的、對用戶有實際意義的導航指示，必須解析出這些點序列所代表的道路上是否有轉彎信息，并且把這些轉彎信息及時的通過圖像或者（并且）聲音提示給用戶。

本文所記述的發明就是針對上述專利中記錄的路線軌跡的進一步的分析和處理，把離散的點的信息轉化成直觀有效的聲音、圖像、文字等導航信息。其能夠利用軌跡點，在沒有電子地圖數據的情況下進行路線導航，以引導用戶正確的駕駛，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-軌跡轉彎導航處理流程”，本文提供了一個解決方案。

解決方案有兩個單元：

單元一：GPS軌跡轉彎判定單元

單元一包含兩個子單元，分別是“近似曲率計算單元”和“轉彎類型確定單元”。前者用于計算GPS路線軌跡集合中的每一軌跡點所對應的曲率；后者用于根據事先預設的轉彎類型所對應的曲率的范圍閥值，判定對應的軌跡點所對應的轉彎類型。

單元二：導航信息提示單元

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軌跡轉彎判定單元

轉彎判定單元首先根據近似曲率公式K=α/L，計算出各個軌跡點的近似曲率Ki，然后根據預設的一組曲率臨界值，來判斷該軌跡點是否是轉彎點，以及轉彎類型如何。

1.1 近似曲率計算單元

利用GPS的軌跡點信息，根據近似曲率公式K=α/L，可以推算出各個軌跡點的的近似曲率。如“圖表2-軌跡點曲率”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，即左側彎曲；負值表示曲線向順時針方向，即右側彎曲。

1.2 轉彎類型確定單元

預設各種轉彎類型的曲率閥值

為了能夠用曲率對真實道路上的轉彎情況進行模擬，需要調查對真實道路上的各種轉彎的曲率，根據真實道路上的各種轉彎的曲率范圍，設定每種轉彎所對應的閥值。

首先，根據城市已有的街道行駛，記錄下連續的GPS軌跡并且，根據實際道路的轉彎情況，出對應這個轉彎信息的軌跡點。如“圖表3-GPS軌跡”所示。

按照“1.1近似曲率計算單元”中所述的方法，計算出上述各個轉彎點的近似曲率。按照轉彎類型分類，分別統計出右調頭、右轉、直行、左轉、左調頭等各種類型轉彎所對應的曲率范圍。

為了把曲率范圍定義的更準確，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、細小街路）等不同情況，綜合分析后，為每種類型的道路的設定相應的閥值。如“圖表 4-轉彎點曲率范圍”所示。

轉彎判定

按照“1.1近似曲率計算單元”中所述的方法，計算出GPS路線軌跡上各個位置點的近似曲率，利用 “轉彎類型的曲率閥值”所述的范圍，能夠判斷出該軌跡點的轉彎類型。

為了讓轉彎類型區分的更細膩，也可以根據實際需要添加右后轉彎、右前轉彎、左前轉彎、左后轉彎這樣的類型。方法同上所述。

2 導航提示單元

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上，能夠快速、準確的了解應該如何轉向。

最基本的導航信息，只包括以下兩個方面：

● 距離，車輛位置和轉彎點之間的距離

● 轉彎方向，轉彎點的轉彎類型

關于轉彎方向

通常情況下，直行的路況是不需要特別提示的，但是直行之外的轉彎程度大的地方，需要提示用戶轉向，這樣的點，稱為“轉彎點”。

當用戶開車匹配在路線軌跡上[3]、并且距離轉彎點一定距離的時候，向用戶提示前方最近的一個轉彎點的導航信息。

下面就來講述如何對轉彎點的轉彎信息進行提示。

2.1 語音提示

因為用戶在駕車的時候，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，否則用戶很可能因為不注意，而錯過這條導航信息，致使沒有按照導航信息的提示轉彎。

為了避免上述情況的發生，在利用聲音向用戶提示導航信息的時候，需要提前、多次提醒。

根據經驗值，至少應該提示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航儀器發出的提示，在正確的地點，轉向正確的方向。

當兩個相鄰的轉彎點距離比較遠（200米以上）的時候，對轉彎點分別導航，即，當前轉彎點的導航聲音中只包含它自己的導航信息，不包含它之后的下一個轉彎點的導航信息。

但是當兩個相鄰的轉彎點距離比較近（200米以下）的時候，需要對他們聯合起來導航，即當前轉彎點的導航聲音中，不但包含它本身的導航信息，也包含第二個轉彎點的導航信息。

假設當前的轉彎點和它相鄰的下一個轉彎點之間的距離是L，根據L的距離范圍不同，如“圖表 5-轉彎類型提示”所示，做如下處理：

L>400米，當前的轉彎點和它相鄰的下一個轉彎點之間的距離在400米以上的時候，對當前的這個轉彎點進行單獨的聲音導航，聲音中不包含下一個轉彎點的導航信息。過了當前的轉彎點之后，在距離下一個轉彎點400米和200米的時候分別對下一個點進行導航。

400米>L>=200m，則在當前轉彎點的導航聲音中，對當前的這個轉彎點進行單獨的聲音導航，聲音中不包含下一個轉彎點的導航信息。在通過當前轉彎點之后，只對第二個轉彎點提示一次（如果第二個轉彎點和第三個轉彎點之間的距離<200米，則在第二個轉彎點的聲音中包含第三個轉彎點的導航信息），提示的時機是在距離第二個轉彎點200米的位置。

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

60米>L，則在當前轉彎點的導航聲音中，包含下一個轉彎點的導航信息。并且在通過當前轉彎點之后，不對下一個轉彎點進行聲音提示（即使第二個轉彎點和第三個轉彎點之間的距離<200米，也不提示）。

2.2 視覺提示

根據轉彎點的轉彎類型，制作相對應的轉彎相關的視覺信息，在“2.1語音提示”的同時（和每個轉彎點第一次導航聲音提示的時機相同），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彎的地點。

這里所指視覺信息主要包含兩方面的含義，一是指轉彎方向，是箭頭樣的圖形信息；一種是指距離，是文字信息。

轉彎方向的圖形信息

如“圖表 6-轉彎方向提示”所示，根據轉彎類型，表示不同的轉彎箭頭。

如前文所述，為了讓轉彎類型區分的更細膩，也可以根據實際需要添加右后轉彎、右前轉彎、左前轉彎、左后轉彎這樣的類型。那樣的話，也要相應的增加轉彎箭頭的種類。方法同上所述。

轉彎距離的文字信息

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聲器提示語音信息；利用儀表盤上的小屏幕提供轉彎方向箭頭信息和距離信息。如“圖表 7-車內裝置”所示。

需要注意的是，視覺提示的內容會一直呈現給用戶，直到通過當前轉彎點。這樣的話，其中表示距離的文字信息，需要根據車輛和轉彎點之間的實際距離更新，更新頻率可以根據系統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，轉彎點的距離從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。

實施效果

盡管電子地圖在大中城市的路網覆蓋方面已經日趨豐富、詳盡，但是在自駕游盛行，個性體驗謂為風尚的當前，總是有很多人希望走別人沒有走過的路，探索別人沒有發現的風景。當然這樣的地方很多并未收錄在電子地圖中，先驅者們只能通過軌跡記錄行進路線，然后再共享給同好者。先驅者通過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比先驅者們更少的時間和精力，安全便捷的體驗同樣美妙的風景。

參考文獻

[1] 專利名稱：一種導航軌跡的記錄方法、裝置、設備以及導航方法；專利權人：凱立德欣技術(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；專利權人：北京靈圖軟件技術有限公司；專利號CN200910236038.8

[3] 孫棣華 張星霞 張志良，地圖匹配技術及其在智能交通系統中的應用[J].計算機工程與應用 2005.20