一种基于GPS轨迹的导航方法和装置

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摘 要：本文发明了一种利用gps轨迹进行导航的方法和装置。该装置包括：轨迹转弯判断单元，用于根据轨迹点的曲率判断改轨迹点的转弯方向；导航提示单元，用于把轨迹点的地点信息和转弯方向信息提供给用户。

关 键 词：汽车导航；GPS轨迹；轨迹导航

背景技术

本文所述是一项技术发明，涉及导航技术领域，更为具体地，涉及一种利用轨迹点进行导航的导航装置。

随着公共交通设施的不断发展，驾驶者越来越需要导航设备来进行路线导航。在没有电子地图的情况下，即使在没有电子地图的情况下，导航设备也可以记录当前位置的GPS 信息，其中包括当前位置的经纬度信息，来记录用户曾经走过的路。例如，每隔一段时间或者距离，提取GPS信息当中的当前位置的经纬度信息记录下来，这种记录点通常称为轨迹点。一系列轨迹点的经纬度信息称为路线轨迹，通过记录路线轨迹，然后再现路线轨迹，可以知道用户曾经走过的路[1]。

通过导航仪，用户不但可以记录路线轨迹，还可以利用导航设备把轨迹保存在轨迹文件中，并记录文字信息及感兴趣的地理位置（Point of Interest , POI ) 等，然后通过工其向这些轨迹点上添加其它的相关信息，例如在旅途中拍摄的照片、视频、音频等，作为轨迹点信息。在从网络或者其它途径得到轨迹点息之后，使用者可以在自己的导航机上显示、查看轨迹点和关联信息[2]。

在GPS和电子地图技术逐渐民用化的今天，记录路线轨迹，并且把这些路线轨迹共享给其他人已经能够成为现实。但是这些记录了一系列位置信息的轨迹序列只能以离散的点的形式呈现给需要它们的用户。为了让这些离散的位置信息变成看得到的、听得懂的、对用户有实际意义的导航指示，必须解析出这些点序列所代表的道路上是否有转弯信息，并且把这些转弯信息及时的通过图像或者（并且）声音提示给用户。

本文所记述的发明就是针对上述专利中记录的路线轨迹的进一步的分析和处理，把离散的点的信息转化成直观有效的声音、图像、文字等导航信息。其能够利用轨迹点，在没有电子地图数据的情况下进行路线导航，以引导用户正确的驾驶，不偏离路线轨迹，从而提高了驾驶的安全性，并且使得旅途变得轻松。

概述

参照“图表1-轨迹转弯导航处理流程”，本文提供了一个解决方案。

解决方案有两个单元：

单元一：GPS轨迹转弯判定单元

单元一包含两个子单元，分别是“近似曲率计算单元”和“转弯类型确定单元”。前者用于计算GPS路线轨迹集合中的每一轨迹点所对应的曲率；后者用于根据事先预设的转弯类型所对应的曲率的范围阀值，判定对应的轨迹点所对应的转弯类型。

单元二：导航信息提示单元

单元二的包含两个子单元，分别是“语音提示”单元和“图像”提示单元。

1 GPS轨迹转弯判定单元

转弯判定单元首先根据近似曲率公式K=α/L，计算出各个轨迹点的近似曲率Ki，然后根据预设的一组曲率临界值，来判断该轨迹点是否是转弯点，以及转弯类型如何。

1.1 近似曲率计算单元

利用GPS的轨迹点信息，根据近似曲率公式K=α/L，可以推算出各个轨迹点的的近似曲率。如“图表2-轨迹点曲率”所示。

如图所示的角度α，它的值的范围是-180°

1.2 转弯类型确定单元

预设各种转弯类型的曲率阀值

为了能够用曲率对真实道路上的转弯情况进行模拟，需要调查对真实道路上的各种转弯的曲率，根据真实道路上的各种转弯的曲率范围，设定每种转弯所对应的阀值。

首先，根据城市已有的街道行驶，记录下连续的GPS轨迹并且，根据实际道路的转弯情况，出对应这个转弯信息的轨迹点。如“图表3-GPS轨迹”所示。

按照“1.1近似曲率计算单元”中所述的方法，计算出上述各个转弯点的近似曲率。按照转弯类型分类，分别统计出右调头、右转、直行、左转、左调头等各种类型转弯所对应的曲率范围。

为了把曲率范围定义的更准确，在挑选已有的街道的时候，要充分考虑到路宽、道路等级（国道、高速道、城市主干道、细小街路）等不同情况，综合分析后，为每种类型的道路的设定相应的阀值。如“图表 4-转弯点曲率范围”所示。

转弯判定

按照“1.1近似曲率计算单元”中所述的方法，计算出GPS路线轨迹上各个位置点的近似曲率，利用 “转弯类型的曲率阀值”所述的范围，能够判断出该轨迹点的转弯类型。

为了让转弯类型区分的更细腻，也可以根据实际需要添加右后转弯、右前转弯、左前转弯、左后转弯这样的类型。方法同上所述。

2 导航提示单元

在开车的过程中，和大段的文字信息相比，简要的声音信息、直观的图形信息和精炼的文字信息更容易让用户理解，从而减少用户思考的时间，让用户有更多精力注意路况，提高驾驶的安全性。所以我们只向用户提供包含最基本的导航信息的声音、图形及文字，以便帮助客户在安全驾驶的基础上，能够快速、准确的了解应该如何转向。

最基本的导航信息，只包括以下两个方面：

距离，车辆位置和转弯点之间的距离

转弯方向，转弯点的转弯类型

关于转弯方向

通常情况下，直行的路况是不需要特别提示的，但是直行之外的转弯程度大的地方，需要提示用户转向，这样的点，称为“转弯点”。

当用户开车匹配在路线轨迹上[3]、并且距离转弯点一定距离的时候，向用户提示前方最近的一个转弯点的导航信息。

下面就来讲述如何对转弯点的转弯信息进行提示。

2.1 语音提示

因为用户在驾车的时候，可能同时听音乐、或者听广播，或者正在和通行的人聊天，甚至可能在打电话。所以在向用户提示导航信息的时候，不能只提示一次，或者是一瞬，否则用户很可能因为不注意，而错过这条导航信息，致使没有按照导航信息的提示转弯。

为了避免上述情况的发生，在利用声音向用户提示导航信息的时候，需要提前、多次提醒。

根据经验值，至少应该提示2次以上，第一次提示的提前距离是400米左右，第二次提示的提前距离是200米左右，这样才能比较好的吸引用户注意力，用户才能够注意到导航仪器发出的提示，在正确的地点，转向正确的方向。

当两个相邻的转弯点距离比较远（200米以上）的时候，对转弯点分别导航，即，当前转弯点的导航声音中只包含它自己的导航信息，不包含它之后的下一个转弯点的导航信息。

但是当两个相邻的转弯点距离比较近（200米以下）的时候，需要对他们联合起来导航，即当前转弯点的导航声音中，不但包含它本身的导航信息，也包含第二个转弯点的导航信息。

假设当前的转弯点和它相邻的下一个转弯点之间的距离是L，根据L的距离范围不同，如“图表 5-转弯类型提示”所示，做如下处理：

L>400米,当前的转弯点和它相邻的下一个转弯点之间的距离在400米以上的时候，对当前的这个转弯点进行单独的声音导航，声音中不包含下一个转弯点的导航信息。过了当前的转弯点之后，在距离下一个转弯点400米和200米的时候分别对下一个点进行导航。

400米>L>=200m，则在当前转弯点的导航声音中，对当前的这个转弯点进行单独的声音导航，声音中不包含下一个转弯点的导航信息。在通过当前转弯点之后，只对第二个转弯点提示一次（如果第二个转弯点和第三个转弯点之间的距离

200米>L>=60m，则在当前转弯点的导航声音中，包含下一个转弯点的导航信息。并且在通过当前转弯点之后，只对第二个转弯点提示一次（如果第二个转弯点和第三个转弯点之间的距离

60米>L，则在当前转弯点的导航声音中，包含下一个转弯点的导航信息。并且在通过当前转弯点之后，不对下一个转弯点进行声音提示（即使第二个转弯点和第三个转弯点之间的距离

2.2 视觉提示

根据转弯点的转弯类型，制作相对应的转弯相关的视觉信息，在“2.1语音提示”的同时（和每个转弯点第一次导航声音提示的时机相同），提供直观的视觉信息，以一边听、一边看的形式，帮助用户更容易的识别需要转弯的地点。

这里所指视觉信息主要包含两方面的含义，一是指转弯方向，是箭头样的图形信息；一种是指距离，是文字信息。

转弯方向的图形信息

如“图表 6-转弯方向提示”所示，根据转弯类型，表示不同的转弯箭头。

如前文所述，为了让转弯类型区分的更细腻，也可以根据实际需要添加右后转弯、右前转弯、左前转弯、左后转弯这样的类型。那样的话，也要相应的增加转弯箭头的种类。方法同上所述。

转弯距离的文字信息

为了减少用户识别文字信息需要的时间，我们只提供最重要的距离信息，例如：400m、200m等。

以上所述的声音、图形、文字等导航信息将直观的为用户提供驾驶指引。我们可以利用车载扬声器提示语音信息；利用仪表盘上的小屏幕提供转弯方向箭头信息和距离信息。如“图表 7-车内装置”所示。

需要注意的是，视觉提示的内容会一直呈现给用户，直到通过当前转弯点。这样的话，其中表示距离的文字信息，需要根据车辆和转弯点之间的实际距离更新，更新频率可以根据系统的性能和使用要求自行定义。但是要让用户能够看到随着车辆的前进，转弯点的距离从400米到300米到250米……一直到0米，这种逐渐变化、越来越接近的趋势。

实施效果

尽管电子地图在大中城市的路网覆盖方面已经日趋丰富、详尽，但是在自驾游盛行,个性体验谓为风尚的当前，总是有很多人希望走别人没有走过的路，探索别人没有发现的风景。当然这样的地方很多并未收录在电子地图中，先驱者们只能通过轨迹记录行进路线，然后再共享给同好者。先驱者通过GPS记录下的轨迹如何成为追随者手中的坦途，是我们的主要研究方向。利用本文所述的方法，能够让追随者们花费比先驱者们更少的时间和精力，安全便捷的体验同样美妙的风景。

参考文献

[1] 专利名称：一种导航轨迹的记录方法、装置、设备以及导航方法；专利权人：凯立德欣技术(深圳)有限公司，专利号：CN200610157916.3

[2] 专利名称：路书制作方法和装置、路书制作与共享系统；专利权人：北京灵图软件技术有限公司；专利号CN200910236038.8

[3] 孙棣华 张星霞 张志良，地图匹配技术及其在智能交通系统中的应用[J].计算机工程与应用 2005.20