专利名称：利用导航系统对旅行路线的几何约束的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用导航系统计算和显示旅行路线信息的方法和系统。
背景技术：
导航系统包括利用全球定位数据精确确定用户位置的联网计算机设备。该位置随后通过地理编码图展现给用户。可以显示出从用户位置或另一记录位置开始到具体目的地的逐步转向。包括地形和道路网络信息的地图数据通常被传送到主机，例如车载导航系统、 移动电话、个人数字助手或网络服务器，之后由其处理信息并通过图形显示、基于文本的驾驶方向和/或基于语音的驾驶方向来呈现信息。利用地理数据，主机可为包含在参考数据库里的任何位置提供准确的方向。方向可以根据用户的喜好利用准则进行调整，例如最短驾驶距离、最快旅行路线或最容易/最简单旅行路线。此外，新出现的混合动力车或增程式电动车的设计允许用户选择最经济的路线或“经济路线”，即推荐的旅行路线，该路线可以通过指引用户到特定行驶路线(其相对其他可能路线会延长车辆的电动行驶距离)而使化石燃料的消耗最小化。
发明内容
这里公开的导航系统和方法利用成本函数从几何上约束所推荐的或参考旅行路线。该函数考虑偏离参考几何路径一例如弧线、直线或另一优选几何特征组的成本，以使最终呈现的辅助旅行路线在某种程度上被参考几何路径约束。本方法可被编码成由主机执行的计算机算法，其中在显示屏上以图形方式将几何约束的辅助旅行路线作为地图轨迹和/ 或基于文本的驾驶方向和/或作为逐步驾驶方向的语音广播呈现给用户。在某些情况下，呈现给用户的推荐旅行路线可能从几何角度来讲不是最佳的。例如，传统的导航算法可能推荐具有诸如常见路线交叉或之字路的可能不受欢迎的几何特征的旅行路线，司机此时会被引导以之字形图案多次来回交叉穿过主干道。当用户选择计算和呈现经济路线时，可以呈现这些特征，虽然最快、最短或最简单的路线也可能碰巧包含相似的几何特征。根据与所需几何参考路径的偏差程度，用户可能倾向于忽略这些推荐旅行路线中的至少一些。因而，此处公开了与地理空间数据库结合使用的导航系统，不管是车载的还是其他型式的。所述导航系统包括呈现设备和与地理空间数据库连通的主机。主机利用来自地理空间数据库的地图数据确定线路起点和线路终点之间的参考旅行路线，并且作为偏离参考几何路径的成本的函数来计算几何约束的辅助旅行路线。之后主机利用呈现设备将描述辅助旅行路线的信息予以呈现。参考几何路径可以是直线、弧线、以及一组具有预定几何特征的路段中的一种。偏离成本可包括从参考几何路径偏离的距离和参考旅行路线的相对于参考几何路径的多个交叉或之字路中的至少一种。一种操作如上所述的导航系统的方法，其包括通过主机利用来自地理空间数据库的地图数据和参考几何路径来计算几何约束的辅助旅行路线，其中辅助旅行路线通过使用偏离参考几何路径的成本函数相对于一个或多个参考旅行路线被几何约束。该方法还包括用呈现设备将描述辅助旅行路线的信息予以呈现。所述方法可包括将成本作为下列各项中的至少一项的函数分配给参考旅行路线的不同区段偏离参考几何路径的距离和各种参考旅行路线与参考几何路径的多个交叉或之字路。方案1. 一种与地理空间数据库结合使用的导航系统，所述导航系统包括 呈现设备；和
与所述地理空间数据库连通的主机，所述主机能够执行下述操作 利用来自所述地理空间数据库的地图数据来确定路线起点和路线终点之间的参考旅行路线；
作为偏离参考几何路径的成本的函数来计算几何约束的辅助旅行路线，其中所述几何约束的辅助旅行路线是所述参考旅行路线的几何约束变型；以及用所述呈现设备呈现描述所述辅助旅行路线的信息。方案2.如方案1所述的导航系统，其中所述参考几何路径是直线、弧线、以及一组具有预定几何特征的路段中的一种。方案3.如方案1所述的导航系统，其中所述偏离成本包括偏离所述参考几何路径的距离和所述辅助旅行路线的相对于所述参考几何路径的多个交叉或之字路中的至少一种。方案4.如方案1所述的导航系统，其中所述参考几何路径包括多个参考几何路径，并且其中偏离所述多个参考几何路径中的每个路径的成本被所述主机用来计算所述辅助旅行路线。方案5.如方案1所述的导航系统，其中所述呈现设备包括显示屏和扬声器中的至少一种，并且其中所述主机通过显示屏和扬声器中的至少一种来呈现描述所述辅助路线的信息。方案6.如方案1所述的导航系统，其中所述辅助旅行路线相对于下列各项中的一项被几何约束最短路线、最快路线、最简单路线和最经济高效路线。方案7. —种车用导航系统，所述导航系统包括 位于车内的音频/视频呈现设备；和
位于车内的主机，所述主机与地理空间数据库远程连通； 其中所述主机执行下列操作
利用来自所述地理空间数据库的地图数据确定路线起点和路线终点之间的参考旅行路线；
作为偏离参考几何路径的成本的函数来计算几何约束的辅助旅行路线，其中所述几何约束的辅助旅行路线是所述参考旅行路线的几何约束变型；以及利用所述呈现设备呈现描述所述辅助旅行路线的信息。方案8.如方案7所述的导航系统，其中所述主机使用所述函数并参照下列各项中的至少一项将成本分配给所述辅助旅行路线的不同区段偏离所述参考几何路径的距离和所述参考旅行路线的相对于所述参考几何路径的多个交叉或之字路。
方案9.如方案7所述的导航系统，其中所述主机将所述参考几何路径分段，然后向所述参考几何路径的不同区段分配权重以便考虑所述地理空间数据库中包含的地形或地理特征。方案10.如方案7所述的导航系统，其中所述主机以图形方式将描述所述辅助旅行路线的信息显示为地图轨�：突谖谋镜男惺环较蛑械闹辽僖恢�。方案11.如方案7所述的导航系统，其中所述参考旅行路线是下列各种路线中的一种最短路线、最快路线、最简单路线和最经济高效路线。方案12.如方案7所述的导航系统，其中所述参考几何路径是直线、弧线、以及一组具有预定几何特征的路段中的一种。方案13. —种操作导航系统的方法，该导航系统具有显示设备和与地理空间数据库连通的主机，所述方法包括
利用来自所述地理空间数据库的地图数据确定路线起点和路线终点之间的参考旅行路线；
作为偏离参考几何路径的成本的函数来计算几何约束的辅助旅行路线，其中所述几何约束的辅助旅行路线是所述参考旅行路线的几何约束变型；以及利用所述呈现设备呈现描述所述辅助旅行路线的信息。方案14.如方案13所述的方法，其中计算几何约束的辅助旅行路线包括使用成本函数，该成本函数将成本作为下列各项中的至少一项的函数分配给所述辅助旅行路线的不同区段偏离所述参考几何路径的距离和所述参考几何路径的多个交叉或之字路。方案15.如方案13所述的方法，进一步包括在所述函数内将不同的权重分配给所述参考几何路径的不同区段。方案16.如方案13所述的方法，其中所述参考几何路径是直线、弧线、以及一组具有预定几何特征的路段中的一种。本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点通过下面结合附图对执行本发明的最佳模式的详细说明而很容易地被理解。
图1是这里公开的导航系统的示意图2是由图1所示导航系统呈现的一对可能的旅行路线的示意图； 图3是由图1所示导航系统呈现的另一对可能的旅行路线的示意图；以及图4是描绘了可与图1所示导航系统结合使用的算法的流程图。
具体实施例方式参照附图，其中从图1开始的几幅图中，相同或相似的部件用相似的附图标记表示，导航系统10包括使用如下所述的参考几何路径来几何约束旅行路线的算法100。导航系统10包括主机12、呈现设备14、用于向主机发送输入数据15的输入设备18。在一个实施例中，导航系统10适合用在车辆25中，其中主机12、呈现设备14和输入设备18位于车辆内。不管实施例如何，主机12都是与地理空间数据库16连通的远程网络或本地网络。如这里所用的，术语“地理空间数据库”指的是包含多个相邻位置的地理空间数据17的地理信息系统。如图所示，地理空间数据库16可相对于导航系统10远程定位，而地理空间数据17则可利用一对可选的发射机/接收机19、21由主机12存取。当地理空间数据库16是本地数据库时，例如存储在由主机12直接访问的地图软件上时，该数据库被定位在车辆25上，因而可以省略该对发射机/接收机19、21。可选的是，根据导航系统10的配置不同，输入设备18和/或主机12可以是移动单元的若干部分，例如便携式电子设备，如触摸屏，个人数字助手(PDA)，手机，或便携式电脑或平板电脑。尽管在图1中为了简略而示意性地示出为一个单独的机器，但主机12可以配置成多个可移动设备，或者其可以是访问网络服务器的分布式系统。例如，当仅在一个可能的实施例中被配置成车载导航系统时，主机12和输入设备18可以彼此联网并连接到地理空间数据库16。呈现设备14可以是任意的音频/视频设备，其能向用户显示地理约束的辅助旅行路线13。例如，呈现设备14可包括显示屏50，其利用图形路线/地图轨�：�/或基于文本的驾驶方向和/或扬声器60来图形或视觉地显示旅行路线，扬声器60用于语音广播逐步驾驶方向。输入数据15可以包括路线起点，路线终点，和用户选择的准则，如最快路线(时间)，最短路线(距离)，最简单路线(如最小数量的转弯或高速行驶)，以及经济高效/经济路线(如，最节油的路线)。在一个可能的实施例中，呈现设备14和输入设备18可以是共用设备，例如能够通过用户的手或尖笔进行触摸来检测和记录输入数据15的触摸屏。主机12选择性地执行算法100以便利用输入数据15 —如路线起点、路线终点和上述路线准则以及利用来自地理空间数据库16的地理空间数据17来确定参考旅行路线。 之后算法100作为预定几何路径11的函数来计算几何约束的辅助旅行路线13，在一个实施例中其可以由用户通过输入设备18来选择，并且利用呈现设备14给用户呈显说明辅助旅行路线的信息。参照图2和图3，图1所示的呈现设备14的显示屏50在图2和图3上分别显示参考旅行路线20和30，以及辅助旅行路线22和32，参考旅行路线和辅助路线在所示实施例中共用路线起点24、34和路线终点沈、36。在图2所示的实例中，参考旅行路线20由主机 12计算但不显示，如下所述除非并且直到确定具有最低的计算路线成本，参考旅行路线20 有可能具有不期望的几何特征，该特征为极端绕路的形式。即，用户会被引导得远离路线起点M和路线终点沈之间的最小距离路线。如果显示出来，则用户可能倾向于忽视参考旅行路线20，即使它是最快、最经济或最简单的路线。相似地，图3所示的参考旅行路线30有可能具有不期望的几何特征，其表现为连续交叉或之字路线的形式，其中参考旅行路线反复以之字图案来回交叉。在图2和图3中， 计算出的辅助旅行路线22、32分别提供的旅行路线在某种程度上被参考几何路径11几何约束，例如直线、弧线或一组具有所需几何特征或特征组的路段，后者示出在图3中，而图2 示出了弧线/直线的实施例，这些都是相对于它们相应的参考旅行路线20和30。参照图4，并结合图1所示和上面描述的导航系统10的各个部件，算法100在开始时(*)，例如当用户打开导航系统时，前进到步骤102。在步骤102，输入数据15可以下列形式被记录可通过全球定位系统(GPS)(未示出)确定的路线起点，由用户输入的路线终点， 以及诸如最快、最短、最简单或环保路线的路线准则。算法100在该信息被记录之后前进到步骤104。
在步骤104，主机12查阅地理空间数据库16以检索所需的地理空间数据17，然后使用地理空间数据以及根据需要使用来自步骤102的输入数据15来计算一个或多个参考旅行路线一例如图2和图3的路线20和30。例如，如果在步骤102用户选择最快路线作为路线准则的一部分，主机12能够计算一个或多个相对其他可能路线从起点到终点需要旅行时间最少的参考旅行路线。这些参考旅行路线还没有被几何约束，而且在一个可能的实施例中还没有显示给用户，从而简化信息的呈显。但是，在其他实施例中，这些参考旅行路线也可被显示出来，例如以不同的阴影或亮度显示，以便向用户呈显可选的路线。然后算法 100进行到步骤106。在步骤106，主机12接下来利用参考几何路径11的成本函数计算图1所示的几何约束辅助旅行路线13，然后利用呈现设备14呈显描述该辅助旅行路线的信息。步骤106可以为参考几何路径11和/或待约束的各种参考旅行路线的不同分支或路段分配成本，例如作为参考旅行路线和参考几何路线的不同路段之间的距离和/或相对于参考几何路径11 的参考旅行路线的交叉或之字路的函数。例如，对每段参考旅行路线可以应用成本公式以确定参考成本如下 cref(start,snd)=ki.d(stat,enit) +k2.f(_start,end)+ki .协賦紐句 +
. (JlttJn (ref, start, end) ■ X( *ef, start, end)
权重、k「k》可以分配给不同的约束，如距离W)、时间(i)和能源消费(万)。此外，几何约束可以被权衡以生成混合所需几何和/或地形或地理特征与可接受效率的路线。在上述公式中，当给定的参考旅行路线与参考几何路径交叉时一由(X)表示的事件，成本惩�？杀还兰疲⑶�/或者当一个路线距离参考几何路径11较远时一由D表示，成比例的较高成本可以被估计。或者在成本函数或者在参考几何路径11的终点中，可对障碍物给予容差。 例如，直线可能会通过水体或其他地形或地理特征，从而需要仍旧接近参考几何路径11的弧线或更迂回的轨迹。利用上面公开的导航系统10和算法100，可以提供几何约束的辅助路线13，该路线能满足所需的路线准则，而不会生成被用户认为几何上不期望的旅行路线。虽然为了简单起见，在图2和图3中各示出了一个参考旅行路线20、30，但也能生成多个不同的可能参考旅行路线的集合，并参照基础成本模型将不同的成本分配给有竞争关系的项目，其中最低成本的路线最终被选定并呈显为几何约束的辅助旅行路线13。结果是使得生成几何上令人不满意并呈显给用户的旅行路线的情形最少化。尽管已经详细描述了实施本发明的最佳模式，但是熟悉本发明所涉及领域的技术人员将会认识到所附权利要求范围内的用于实施本发明的各种可选设计和实施例。
权利要求
1.一种与地理空间数据库结合使用的导航系统，所述导航系统包括呈现设备；和与所述地理空间数据库连通的主机，所述主机能够执行下述操作利用来自所述地理空间数据库的地图数据来确定路线起点和路线终点之间的参考旅行路线；作为偏离参考几何路径的成本的函数来计算几何约束的辅助旅行路线，其中所述几何约束的辅助旅行路线是所述参考旅行路线的几何约束变型；以及用所述呈现设备呈现描述所述辅助旅行路线的信息。
2.如权利要求1所述的导航系统，其中所述参考几何路径是直线、弧线、以及一组具有预定几何特征的路段中的一种。
3.如权利要求1所述的导航系统，其中所述偏离成本包括偏离所述参考几何路径的距离和所述辅助旅行路线的相对于所述参考几何路径的多个交叉或之字路中的至少一种。
4.如权利要求1所述的导航系统，其中所述参考几何路径包括多个参考几何路径，并且其中偏离所述多个参考几何路径中的每个路径的成本被所述主机用来计算所述辅助旅行路线。
5.如权利要求1所述的导航系统，其中所述呈现设备包括显示屏和扬声器中的至少一种，并且其中所述主机通过显示屏和扬声器中的至少一种来呈现描述所述辅助路线的信息。
6.如权利要求1所述的导航系统，其中所述辅助旅行路线相对于下列各项中的一项被几何约束最短路线、最快路线、最简单路线和最经济高效路线。
7.一种车用导航系统，所述导航系统包括位于车内的音频/视频呈现设备；和位于车内的主机，所述主机与地理空间数据库远程连通；其中所述主机执行下列操作利用来自所述地理空间数据库的地图数据确定路线起点和路线终点之间的参考旅行路线；作为偏离参考几何路径的成本的函数来计算几何约束的辅助旅行路线，其中所述几何约束的辅助旅行路线是所述参考旅行路线的几何约束变型；以及利用所述呈现设备呈现描述所述辅助旅行路线的信息。
8.如权利要求7所述的导航系统，其中所述主机使用所述函数并参照下列各项中的至少一项将成本分配给所述辅助旅行路线的不同区段偏离所述参考几何路径的距离和所述参考旅行路线的相对于所述参考几何路径的多个交叉或之字路。
9.如权利要求7所述的导航系统，其中所述主机将所述参考几何路径分段，然后向所述参考几何路径的不同区段分配权重以便考虑所述地理空间数据库中包含的地形或地理特征。
10.一种操作导航系统的方法，该导航系统具有显示设备和与地理空间数据库连通的主机，所述方法包括利用来自所述地理空间数据库的地图数据确定路线起点和路线终点之间的参考旅行路线；作为偏离参考几何路径的成本的函数来计算几何约束的辅助旅行路线，其中所述几何约束的辅助旅行路线是所述参考旅行路线的几何约束变型；以及利用所述呈现设备呈现描述所述辅助旅行路线的信息。
全文摘要
本发明涉及利用导航系统对旅行路线的几何约束，具体而言，与地理空间数据库结合使用的导航系统包括呈现设备和与数据库连通的主机。主机执行算法以利用来自地理空间数据库的地图数据和参考几何路径计算路线起点和路线终点之间的几何约束的辅助旅行路线，其中辅助旅行路线通过最小化偏离参考几何路径的成本被几何约束。然后主机利用呈现设备呈现描述该辅助旅行路线的信息。几何路径可以是直线、弧线、以及具有预定几何特征的一组路段中的一种。偏离成本包括偏离参考几何路径的距离和辅助旅行路线的相对于参考几何路径的多个交叉或之字路中的至少一种。
文档编号G01C21/34GK102331264SQ20111014894
公开日2012年1月25日 申请日期2011年6月3日 优先权日2010年6月4日
发明者D. 小塔特 E. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
