專利名稱：導航系統的制作方法
技術領域：
本發明通常涉及一種導航系統。
背景技術：
如同日本專利文檔JP-A-H10-89990和JP-A-2001-27535所公開的那樣，地圖顯示裝置通常用于顯示包含以三維形式表示的建筑物和道路的地圖。
例如，為了可識別地表示到一個目的地的路徑，在三維地圖中顯示一條制導線(guidance line)用于導航目的。在這種情況下，為了真實的進行表示，用于表示三維地圖的數據包含高度信息，即，道路的高低起伏等。但是，用于表示制導線的數據只包含位置(二維)信息，從而引起道路和制導線的表示之間的差異或者不一致。
發明內容
考慮到上述和其他問題，本發明提供了一種導航系統，其能夠以適合于在三維地圖中表示的地理特征的方式來顯示制導線。
導航系統使用包含以下信息的地圖數據，即，用于二維表示的位置和高度信息、用于三維表示的多邊形信息、以及用于地圖中的制導線表示的矢量信息。導航信息包括高度獲取模塊，位置確定模塊，以及地圖繪制模塊。高度獲取模塊從多邊形信息中獲取地圖中一個位置的高度。位置確定模塊基于高度獲取模塊所確定的高度確定三維地圖中制導線的高度。地圖繪制模塊在由位置確定模塊確定的位置繪制制導線以及三維地圖。通過這種方式，將制導線適當地繪制在三維地圖的地形上。
本發明的導航系統還包括節點確定模塊，用于在制導線上找到和確定節點，如最高點、起點、終點和最低點。地圖繪制模塊在地圖中高度的最高點繪制制導線，從而表示制導線總是高出地面。地圖繪制模塊還利用其它節點以適當地在地圖中的地形上繪制制導線。
本發明的導航系統將地圖數據劃分為小區域的網格，并且每次處理那些區域中的一個區域。即，在小區域中找到的諸如最高點/最低點等的節點用于在地圖中適當地繪制制導線。通過這種方式，減輕了導航系統的處理負擔。
本發明的導航系統確定沿著制導線的地形的斜坡由向上到向下或者由向下到向上轉變處的節點，以適當地繪制制導線。
兩個節點之間的制導線可以劃分為多條線以進一步適應地圖中地形的起伏。
通過下面的參照附圖所作的詳細描述，本發明的其他目的、特性和優點將會變得更加清楚，其中圖1顯示了本發明的實施例中的導航系統的方框圖；圖2顯示了控制電路的方框圖；圖3顯示了路徑制導過程的流程圖；圖4A顯示了從起點到目的點的路徑的橫截面圖；圖4B顯示了路徑的橫截面圖中的路徑的最高點；圖4C顯示了路徑的橫截面圖中的地面之上的制導線；圖4D顯示了路徑的橫截面圖中連接起點、最高點以及目的點的制導線；圖5A顯示了路徑的橫截面圖中路徑中的最高點和最低點；圖5B顯示了路徑的橫截面圖中連接起點、最高點、最低點以及目的點的制導線；圖6A顯示了路徑的橫截面圖中最高點和最低點之間的中途點；圖6B顯示了用垂直距離表示的兩點之間的中途點；圖6C顯示了路徑的橫截面圖中連接最高點、最低點、起點、中途點以及目的點的制導線；圖6D顯示了路徑的橫截面圖中連接更多中途點和其他點的制導線；圖7A顯示了被網格劃分為小區域的地圖上的路徑；圖7B顯示了路徑的橫截面圖中地圖中小區域A的進入點和離開點；圖7C顯示了路徑的橫截面圖中地圖中小區域A中的最高點；圖7D顯示了路徑的橫截面圖中地圖中小區域A中連接進入點、最高點以及離開點的制導線；圖8A顯示了橫截面圖中從起點到目的點的路徑；圖8B顯示了路徑的橫截面圖中地形的坡度由向上改變為向下的點；圖8C顯示了橫截面圖中適當地繪制在地面上的制導線；圖9A顯示了命令位置前方路徑圖的說明；圖9B顯示了命令位置前方路徑圖和制導箭頭的說明；以及圖9C顯示了命令位置前方推斷顯示在地圖上的路徑圖的說明。
具體實施例方式
參照附圖描述了本發明的實施例。本發明的導航系統準備用于諸如汽車等的車輛上。
圖1顯示了本發明的實施例中的導航系統的方框圖。導航系統100包括位置探測器1、地圖數據輸入單元6、操作開關7、外部存儲器9、顯示器10、交通信息接收器11、遠程控制器傳感器12、遠程控制器13，以及連接所有這些部件的控制電路8。控制電路8由公知類型的計算機構成，包括CPU、ROM、RAM、I/O以及連接這些元件的總線。
位置探測器1包括地磁傳感器2、陀螺儀3、距離傳感器4，以及全球定位系統(Global Positioning System，GPS)接收器5。這些傳感器和裝置包含不同種類的誤差，從而使得可以通過測量數據的互相交換實現誤差補償。通過結合所述傳感器和/或裝置中的一些進行測量來考慮傳感器/裝置的精確度，并且還可以使用其他傳感器，如方向盤旋轉傳感器和/或車輪傳感器。
地圖數據輸入單元6用于輸入地圖數據，如地圖匹配數據、用于繪制制導線的矢量地圖數據，用于繪制各種地圖的地圖數據等。這些地圖數據以各種各樣的媒介提供，如CD-ROM、DVD-ROM，以及存儲卡、硬盤等。
接著，描述包括鏈接數據、節點數據以及繪圖數據的矢量地圖數據。鏈接和節點定義為兩端帶有兩個點的幾何元素，對應于道路的交叉點、分支點等。真實世界中的道路通過鏈接和節點幾何表示。鏈接數據包括鏈接標識(link ID)、鏈接長度、兩個端點的坐標(例如緯度和經度)、道路名稱、道路類型(州際、國家道路、本地道路等)、道路寬度等。
節點數據包括節點標識(node ID)、節點坐標(例如緯度和經度)、指明所有共享該作為端點的節點的鏈接的連接鏈接標識，以及指明節點類型(如十字路口、分支點等)的節點屬性。通過這種方式，矢量地圖數據包括作為位置標識的坐標。
繪圖數據用于繪制地圖。繪圖數據存儲為地圖中小區域網格的集合。繪圖數據包括諸如海、湖、池塘、山等各種地理特征的形狀，以及由位置(坐標，如緯度和經度)和三維多邊形中附帶的地形數據的高度所定義的工廠、道路、交叉點、分支點等。通過這種方式，繪圖數據包括位置坐標以及該位置的高度。此外，三維多邊形用于描述三維地圖中的道路和建筑物。
操作開關7配置為例如顯示器10上的接觸開關或者機械開關，用于輸入各種輸入。顯示器10是彩色顯示器，用于利用制導線顯示地圖上的一個位置處的車輛位置標記，所述位置從位置探測器1得到，所述地圖使用從地圖數據輸入單元6輸入的繪圖數據所繪制。
導航系統100基于Dijkstra方法等算法，顯示從當前位置或由來自操作開關7和遠程控制器13的用戶輸入所指定的起點到目的地的最優路徑。本實施例中的導航系統100通過使用3D多邊形在路徑制導中使用上述三維地圖。
圖2顯示了控制電路8中的功能單元的方框圖。矢量數據檢索單元8a在接收到當前位置或起點以及目的地的輸入之后，從地圖數據輸入單元6沿著所計算的制導線檢索矢量地圖數據。多邊形數據檢索單元8b從地圖數據輸入單元6檢索包含3D多邊形數據的繪圖數據。
路徑計算單元8c使用矢量地圖數據計算從當前位置/起點到目的地的最優路徑，并且將沿著最優路徑的地圖數據輸出到節點定位單元8d。節點定位單元8d確定最優路徑上特征點的位置信息。
高度獲取單元8e基于相應的3D多邊形數據，確定最優路徑上特征點的高度信息。通過這種方式，確定了沿著路徑的特征點的高度。制導線確定單元8f基于高度獲取單元8e所確定的高度信息，確定三維地圖上制導線的繪制位置。地圖繪制單元8g使用3D多邊形繪制三維地圖并在制導線確定單元8f確定的位置處繪制制導線。
接著，參照圖3中的流程圖描述導航系統100的制導過程。
在步驟S10中，確定起點(或當前位置)和目的地。在步驟S20中，計算到目的地的最優路徑。在步驟S30中，利用特征點的位置信息在最優路徑上定位特征點。在圖4A中，顯示了從起點到目的地的最優路徑的橫截面圖。在這種情況下，如圖4B所示，特征點的位置信息包括最優路徑上的最高點(Ph)的位置信息。
在步驟S40中，從3D多邊形數據中檢索步驟S30中確定的特征點的高度。在步驟S50中，基于步驟S40中的信息確定三維地圖中制導線的繪制位置。通過這種方式，如圖4C所示，制導線總是繪制在三維地圖中的道路上(即，地面之上)。
在步驟S60中，繪制了在三維地圖中步驟S50中確定的位置處帶有制導線的制導地圖。當車輛的位置向目的地前進時，地圖和制導線也被“滾動”。
本實施例中的導航系統100使用3D多邊形數據來確定三維地圖中制導線的高度，從而在地圖上由三維多邊形表示的地(即，道路)面之上以非沉沒(non-submerging)的方式繪制出制導線。
(變形1)圖4C顯示了路徑的橫截面圖中繪制在路徑的地面的最高點(Ph)處的制導線。但是，制導線也可以如圖4D所示通過連接起點(當前位置)、最高點(Ph)以及目的地來進行繪制。通過這種方式，三維地圖中在丘陵地面上的制導線“離開”地(即，道路)的表面的距離就更小了。
(變形2)如圖5A和5B所示，在定位了起點(當前位置)、路徑中地面的最高點(Ph)、路徑中地面的最低點(P1)以及目的地之后，制導線可以繪制為連接這些點的線。通過這種方式，三維地圖中的制導線離開或者沉沒(sub-merging)于地(即，道路)表面的距離就更小了。
(變形3)制導線可以繪制為連接路徑中的最高/最低點和起點/終點之間的其他點的線。即，如圖6A和6B所示，其他的點可以定位為路徑中最高點和最低點(Ph，P1)之間的中途點。中途點的位置通過使用兩點的坐標(緯度和經度)計算出來。基于中途點的位置坐標計算和確定中途點處制導線的繪制位置的高度。通過這種方式，如圖6C所示，三維地圖中的制導線更加適當地繪制在了地(即，道路)的表面上。
如圖6D所示，最高點/最低點和其他點之間的劃分可以在數量上進一步增加以更加適當地在地上繪制制導線。制導線也可以繪制為弧形或樣條曲線。
(變形4)如圖7A所示，三維地圖的區域可以劃分為更小的區域以減輕導航系統100的地圖繪制單元8g的處理負擔。
在每個小區域中，通過利用區域的進入點和離開點以及區域中的最高點和最低點(Ph，P1)來定義路徑。通過利用那些點的位置處的高度信息作為高度獲取單元8e和制導線確定單元8f確定的位置信息來繪制區域中的制導線。
地圖繪制單元8g基于計算出的小區域中路徑中的位置繪制制導線。通過這種方式，減輕了導航系統100的處理負擔。
圖7A所示的例子顯示了在多個小區域中從起點(S)到目的地(D)的路徑。在這種情況下，如圖7B、7C和7D所示，通過利用區域A中的進入點(1)、離開點(2)以及最高點(Ph)的高度/位置信息繪制了區域A中的制導線。
(變形5)
地圖的每個小區域中的制導線可以進一步劃分為小的部分以更加適合三維地圖中的地(即，道路)的表面。制導線也可以繪制為弧形或者樣條曲線。
(變形6)可以通過定位由坡度角改變所定義的特征點來繪制制導線。例如，如圖8A和8B所示，特征點X可以定義為地的坡度由向上到向下改變的點。如圖8C所示，特征點Y可以定義為地的坡度由向下到向上改變的點。通過這種方式，如圖8D所示，路徑中的特征點可以用于在三維地圖的地上適當地繪制制導線。
(變形7)可以在三維地圖上顯示車輛前方沿著丘陵地上升的道路，只要道路是在山的這一側。即，不能在三維地圖中看到丘陵地的頂點前方的道路。由于頂點前方的道路的不可預測性，這種情況引起了車輛等的駕駛員的不便。如圖9A所示，當車輛接近斜坡的頂點時，頂點前方的道路可以在導航系統100中用虛線顯示。通過這種方式，駕駛員可以識別斜坡頂點前方的道路的方向。
進一步地，如圖9B所示，道路的方向可以在地圖中用箭頭標記來表示。此外，如圖9C所示，斜坡頂點前方的道路在地圖中可以繪制為虛擬圖像。通過這種方式，斜坡頂點前方的道路可以被車輛駕駛員提前識別。此外，當車輛接近斜坡頂點時，三維地圖的視點可以提高。
盡管本發明已經結合其優選實施例參照附圖進行了充分的描述，但是注意，上述的各種改變和變形對本領域技術人員來說是顯而易見的。
可以理解，這種改變和變形在所附權利要求所定義的本發明的范圍內。
權利要求
1.一種具有三維地圖數據的地圖顯示系統(100)，用于顯示三維地圖和矢量地圖數據的表示，該地圖顯示系統包括高度獲取模塊(8e)，用于獲取所述三維地圖中的起點到終點之間的路徑的高度；位置確定模塊(8f)，用于基于所述路徑的高度，在所述三維地圖中確定制導線的位置；以及地圖繪制模塊(8g)，用于通過利用所述制導線的位置繪制具有所述制導線的所述三維地圖，其特征在于所述制導線通過利用所述矢量地圖數據來表示所述三維地圖中的所述路徑。
2.根據權利要求1所述的地圖顯示系統(100)，還包括節點定位模塊(8d)，該節點定位模塊(8d)用于基于所述地圖數據中的二維空間中的預定規則確定所述路徑中節點的位置。
3.根據權利要求2所述的地圖顯示系統(100)，其中，所述節點定位模塊(8d)在所述路徑中的最高點(Ph)處定位節點，以及所述地圖繪制模塊(8g)繪制具有位于所述路徑最高點(Ph)處的節點的高度的完整的制導線的三維地圖。
4.根據權利要求2所述的地圖顯示系統(100)，其中，所述節點定位模塊(8d)在所述路徑中的起點和終點中的每一個定位一個節點，當所述起點和所述終點既不是所述路徑中的最高點(Ph)也不是所述路徑中的最低點(P1)時，所述節點定位模塊(8d)在所述起點和所述終點之間的路徑中的最高點(Ph)和最低點(P1)中的至少一個定位一個節點，以及所述地圖繪制模塊(8g)繪制具有鏈接由所述節點定位模塊(8d)所定位的所述節點的制導線的所述三維地圖。
5.根據權利要求2所述的地圖顯示系統(100)，其中，所述地圖數據表示所述三維地圖的一部分，所述節點定位模塊(8d)在所述三維地圖的所述部分中的路徑的進入點和離開點以及路徑中的起點和終點中的每一個定位一個節點，當所述進入點和所述離開點既不是路徑中的最高點(Ph)也不是路徑中的最低點(P1)時，節點定位模塊(8d)在所述三維地圖的所述部分中的所述路徑的進入點和離開點之間的最高點(Ph)和最低點(P1)中的至少一個定位一個節點，以及所述地圖繪制模塊(8g)繪制具有鏈接由所述節點定位模塊(8d)所定位的所述節點的制導線的所述三維地圖。
6.如權利要求2所述的地圖顯示系統(100)，其中，所述節點定位模塊(8d)在所述路徑中的起點和終點中的每一個定位一個節點，所述節點定位模塊(8d)在所述起點和所述終點之間的彎點(bendpoint)處定位一個節點，在該彎點處，所述彎點和所述起點之間的傾度與所述彎點和所述終點之間的傾度相反，以及所述地圖繪制模塊(8g)繪制具有鏈接由所述節點定位模塊(8d)所定位的所述節點的制導線的所述三維地圖。
7.根據權利要求4所述的地圖顯示系統(100)，其中，所述節點定位模塊(8d)在所述起點和所述終點之間的彎點處定位一個節點，在該彎點處，所述彎點和所述起點之間的傾度與所述彎點和所述終點之間的傾度相反，所述節點定位模塊(8d)還在所述起點、彎點和終點之間定位多個節點，以及所述地圖繪制模塊(8g)繪制具有鏈接由所述節點定位模塊(8d)所定位的所述節點的制導線的所述三維地圖。
8.根據權利要求5所述的地圖顯示系統(100)，其中，所述節點定位模塊(8d)還在所述進入點和離開點之間的由所述彎點所劃分的所述路徑的多個部分中的每一個部分中定位至少一個節點，以及所述地圖繪制模塊(8g)繪制具有鏈接由所述節點定位模塊(8d)所定位的所述節點的制導線的所述三維地圖。
9.根據權利要求1至8中的任一項所述的地圖顯示系統(100)，其中，所述起點包括路徑制導的當前位置，并且所述終點包括路徑制導的目的地。
全文摘要
一種具有三維地圖數據的地圖顯示系統(100)，用于顯示三維地圖和矢量地圖數據的表示，該地圖顯示系統包括高度獲取模塊(8e)，用于獲取所述三維地圖中的起點到終點之間的路徑的高度；位置確定模塊(8f)，用于基于所述路徑的高度，在所述三維地圖中確定制導線的位置；以及地圖繪制模塊(8g)，用于通過利用所述制導線的位置繪制具有所述制導線的所述三維地圖。通過利用所述矢量地圖數據來表示沿著所述三維地圖的路徑。
文檔編號G01C21/34GK1793784SQ200510022989
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月22日 優先權日2004年12月22日
發明者渡邊慶范, 福本基宏 申請人:株式會社電裝