CN101641610A - 用于包含绝对及相对坐标的车辆导航及领航的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种在车辆中使用的导航系统。所述系统包含绝对位置传感器，例如GPS，以及一个或一个以上额外的传感器，例如相机、激光扫描仪或雷达。所述系统进一步包括数字地图或数据库，所述数字地图或数据库包含关于所述车辆的周围对象中的至少某些对象的记录。这些记录可包含相对位置属性及传统的绝对位置。当所述车辆移动时，传感器感测到这些对象中的至少某些对象的存在并测量所述车辆的到所述对象的相对位置。使用此信息连同所述绝对位置信息及所添加的地图信息来确定所述车辆的位置且支持例如增强的驾驶方向、碰撞避免或自动辅助驾驶等特征。根据一实施例，所述系统还允许在无需借助于存储绝对位置信息的情况下使用相对定位给某些对象赋予属性。

Description

用于包含绝对及相对坐标的车辆导航及领航的系统及方法

相关申请案交叉参考

本申请案主张由发明者沃尔特B.Zavoli在2007年2月21日提出申请的名称为“SYSTEM AND METHOD FOR VEHICLE NAVIGATION AND PILOTINGINCLUDING ABSOLUTE AND RELATIVE COORDINATES(用于包含绝对及相对坐标的车辆导航及领航的系统及方法)”申请案号为60/891,019的美国临时专利申请案；及由发明者沃尔特B泽佛利(WalterB.Zavoli)在2008年2月20日提出申请的名称为“SYSTEM AND METHOD FOR VEHICLE NAVIGATION AND PILOTINGINCLUDING ABSOLUTE AND RELATIVE COORDINATES(用于包含绝对及相对坐标的车辆导航及领航的系统及方法)”申请案号为12/034,521的美国专利申请案的权益且以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明大体来说涉及数字地图、地理定位系统及车辆导航，且更特定来说涉及用于使用绝对及相对坐标的车辆导航及领航的系统及方法。

背景技术

在过去的几年内，导航系统、电子地图(本文中也称为数字地图)及地理定位装置已越来越多地用于车辆中以用各种导航功能来帮助驾驶员。此类导航功能的实例包含：确定车辆的总体位置及定向；找出目的地及地址；计算最优路线；及提供实时驾驶引导，其中包含接入公司列表或黄页。导航系统通常将街道网络描绘为包含大致沿每一街道中央延伸的中心线的一系列线段。因此移动中的车辆通常将接近或相对于所述中心线定位所述地图上。

某些早期的车辆导航系统(例如美国专利第4,796,191号中所描述的车辆导航系统)主要依赖于相对位置确定传感器连同“航位推测”特征来估计车辆的当前位置及航向。此技术倾向于累积少量的位置误差，所述位置误差可部分地用“地图匹配”算法来校正。所述地图匹配算法将车辆的计算机所计算的经航位推测位置与街道的数字地图进行比较，以在所述地图的街道网络上找出最适当点，如果此点确实能被找到的话。所述系统接着更新车辆的经航位推测位置以匹配地图上据推测更准确的“经更新位置”。

通过引入价格合理的地理定位系统(GPS)卫星接收器硬件，可将GPS接收器或GPS单元添加到导航系统以接收卫星信号并使用所述信号来直接计算车辆的绝对位置。然而，通常仍使用地图匹配来消除所述GPS接收器内及所述地图内的误差，并向驾驶员更准确地显示其在所述地图上的位置。尽管在全球或大幅度卫星技术上极为准确，但在本地或小幅度上的确仍存在小的位置误差。这主要是因为GPS接收器可经历间断的或不良的信号接收，且还是因为街道的中心线表示及来自GPS接收器的经测量位置两者都仅可精确到数米内。较高性能的系统使用航位推测与GPS的组合来减少位置确定误差，但即便使用此组合，仍可发生数米或更大等级的误差。可添加惯性传感器来提供中等距离上的益处，但在较大距离上，即便是具有惯性传感器的系统也会累积误差。

然而，尽管车辆导航装置已随时间逐步改进，变得更准确、富有特征、更便宜且受欢迎；但其仍无法达到对机动车行业日益增长的要求，特定来说，预期将来的应用将需要较高的位置准确度以及更为详细、准确及富有特征的地图。在此环境下，消费者导航系统的当前产生内约5到10米的准确度是远远不够的，且需要更多倍准确的系统。然而，至今尚未发现任何适合的解决办法。

发明内容

本文中揭示一种供用于车辆中的导航系统。所述导航系统包含绝对位置传感器，例如GPS，以及一个或一个以上额外传感器，例如相机、激光扫描仪或雷达。所述导航系统进一步包括包含车辆周围对象(其中包含车道标记、街道标志及建筑物)中的至少某些对象的记录以及诸如街道中心线、街道名称及地址等传统信息。这些记录包含相对位置属性以及传统绝对位置。当车辆正在移动时，额外的传感器可感测到这些对象中的至少某些对象的存在，且可测量车辆的到所述对象的相对位置。接着使用此传感器信息以及绝对位置信息及所添加地图信息来确定车辆的准确位置，且在必要时支持若干特征，例如增强的驾驶方向或碰撞避免，或甚至是计算机辅助驾驶或领航。根据实施例，所述系统还允许在无需借助于存储绝对位置信息的情况下使用相对定位为某些对象赋予属性。

附图说明

图1显示可使用根据本发明实施例使用绝对及相对坐标的车辆导航的环境的图解。

图2显示根据本发明实施例用于使用绝对及相对坐标的车辆导航的系统的图解。

图3显示根据本发明实施例包含绝对及相对坐标的地图信息的数据库的图解。

图4显示根据本发明实施例用于使用绝对及相对坐标进行导航的方法的流程图。

图5显示根据本发明实施例用于使用绝对及相对坐标的导航的方法的另一流程图。

图6显示根据本发明实施例使用车辆导航系统及方法的环境的更详细图解。

图7显示用于根据本发明实施例使用绝对及相对坐标的导航的方法的另一流程图。

图8显示根据本发明实施例可使用车辆导航来辨别车道定位的环境的图解。

图9显示根据本发明实施例可使用车辆导航来辨别车道定位的环境的图解。

图10显示根据本发明实施例可使用车辆导航来辨别车道定位的环境的图解。

具体实施方式

在过去几年内，导航系统、电子地图(本文中也称为数字地图)及地理定位装置已越来越多地用于车辆中以用各种导航功能辅助驾驶员。此类导航功能的实例包含：确定车辆的总体位置及定向；找出目的地及地址；计算最优路线(可能借助于实时交通信息的辅助)；及提供实时驾驶引导，其中包含接入公司列表或黄页。导航系统通常将街道网络描绘为包含大致沿每一街道中央延伸的中心线的一系列线段。因此移动中的车辆通常将接近或相对于所述中心线共同定位在所述地图上。

某些早期的车辆导航系统主要依赖于相对位置确定传感器连同“航位推测”特征来估计车辆的当前位置及航向。此技术倾向于累积少量的位置误差，所述位置误差可部分地用“地图匹配”算法来校正。所述地图匹配算法将车辆的计算机所计算的经航位推测位置与街道中心线的数字地图进行比较，以在所述地图的街道网络上找出最适当点，如果此点确实能被找到的话。所述系统接着更新车辆的经航位推测位置以匹配地图上据推测更准确的“经更新位置”。

通过引入价格合理的地理定位系统(GPS)卫星接收器硬件，可将GPS接收器或GPS单元添加到导航系统以接收卫星信号并使用所述信号来直接计算车辆的绝对位置。然而，通常仍使用地图匹配来消除所述GPS接收器内及所述地图内的误差，并向驾驶员更准确地显示其在地图上的位置(或相对位置)。尽管在全球或大幅度卫星技术上极为准确，但在本地或小幅度上的确仍存在小的位置误差。这主要是因为GPS接收器可经历间断的或不良的信号接收或信号多路径，且还是因为街道的中心线表示及GPS系统的实际位置两者都仅可精确到数米内。较高性能的系统使用航位推测(DR)/惯性导航系统(INS)与GPS的组合以减少位置确定误差，但即便是使用此组合，仍可发生数米或更大等级的误差。惯性传感器可提供中等距离上的益处，但在较大距离上，即便是具有惯性传感器的系统也会累积误差。

引言

尽管车辆导航装置已随时间逐步改进，变得更准确、富有特征、更便宜且受欢迎；但其仍无法达到对机动车行业日益增长的要求，特定来说，预期将来的车辆导航应用需要较高的定位准确度以及更为详细、准确及富有特征的地图。这些应用的实例包含：

●向车辆添加可由改善的映像能力支持的更精确的导航引导特征并为驾驶员提供更好的可用性及便利性。

●添加各种安全应用，例如碰撞避免，所述安全应用又取决于准确地知晓对车辆相对于附近其它移动及固定的对象(其中包含其它车辆)的车辆的位置及航向。

在此环境下，消费者导航系统的当前产生内约5到10米的准确度是远远不够的，且需要更多倍准确的系统。为满足这些将来的需要，机动车行业正寻求改善数字地图的准确度及车上位置确定(例如GPS等)传感器的准确度的方式。

举例来说，机动车行业现在正研发低成本且高性能的对象检测传感器，所述传感器可感测其中安装了所述传感器的移动的机动车附近范围内对象的存在、位置及方位。此类传感器包含相机(摄像机与照相机两者)、雷达及激光扫描仪，以及其它类型的传感器。若干年来，已将这些传感器的实例用于停车辅助(即距离)传感器中。业内同样已表露出对可用于区分车道分隔线或其它车辆的自动实时对象辨识以及在(例如)重要的交叉路口对可与紧邻汽车通信以提高其位置确定能力的额外路边设备的使用的兴趣。

同时，数字映像行业(其中包含例如阿特拉斯(Tele Atlas)等公司)正将更大量的信息投入到数字地图中。此增加的信息正以更高准确度被组合以更好地支持高级未来应用。数字地图中现所包含的特征的实例包含：特定街道或道路内车道数目的准确表示；所述车道及栅栏的位置；例如街道标志及建筑物底面的识别及定位；及包含描绘实际建筑物外观及其它特征的丰富三维(3D)表示内的对象。

至今，对指定较大准确度的强调已基于改善绝对准确度，即改善系统对地球表面上的对象的绝对位置(如适当的坐标参考系统(例如纬度-经度)所表示)的知晓。但是，要同时实现导航系统的绝对准确度测量所要求的改善以及将所有地图对象信息收集到此高水平的绝对准确度所要求的改善将是极为昂贵的。已建议例如从许多汽车收集探查数据且随后进行分析和处理的替代系统但直到现在仍处在R&D阶段中。如此，至今尚未研发出在商业上可行的系统。此外，尽管绝对测量的此传送将足以提供适合用于碰撞避免及其它新型且要求严格的应用中，但这并不是必要的。在正常的驾驶环境下，驾驶员避免碰撞并做出详细的车道调整(即安全地“领航”车辆)，因为其意识到其汽车与另一车辆或附近的另一对象之间的相对距离及定向。关于碰撞避免，驾驶员可确定其是否将过近地驶向另一对象。如此，驾驶员根本不使用绝对位置测量。此将意味着，为提供较安全的驾驶或碰撞避免措施，仅相对测量即可足够。然而，在具有导航系统的车辆中，有可能必须至少最初做出对绝对位置的某一确定以使得系统可以标称准确度将其位置匹配到地图且由此接入必要的信息，例如路线信息等等，其接着可使用所述信息来确定应做出哪些特定的相对测量。

本发明的一个方面是做出支持上述部分或所有高级特征却仅需要标称绝对准确度(其中包含用现今系统可容易地获得的准确度)的系统。因此，关键是在地图数据库对象上添加包含具有相对于其附近的对象的高相对准确度的相对位置坐标的属性数据以及在车辆中添加可检测其附近的对象的传感器系统。

本发明实施例经设计以满足机动车行业正努力满足的高级需要，其中包含车上位置确定设备及数字地图两者的较高的位置准确度，但以可更容易实现的方式来满足所述需要。举例来说，要知晓车辆正在哪一车道内移动需要不超过1到2米的组合误差预算。使用对象避免以(举例来说)防止与在其车道之外迎面驶来的汽车发生碰撞的应用可需要小于1米的组合误差预算。实现此需要车辆位置确定与地图两者中更小的误差容差。本发明的一个方面是并不总是需要绝对准确度。

根据另一实施例，所述系统经设计以使用标称绝对准确度与较高相对准确度的组合以实现总体上更好的准确度且以有效的方式来实现。具有其较高相对准确度的对象的位置仅需要松散地耦合到具有其较低准确度的相同对象的绝对位置。

根据另一实施例，所述系统包括以较高相对准确度提供相互接近的对象的相对位置的数字地图或地图数据库；但随着对象之间的距离越来越大，其间的相对准确度需求减小。以上方式，当车辆驶向特定对象时，且当准确度与所述对象相关变得更为重要时，可以相对于所述对象的增加的准确度程度选择性地检索地图数据库中的信息以改善车辆相对于所述对象的位置准确度。

根据另一实施例，可使用相对准确度来构建所有对象的经优化绝对准确度，所述经优化绝对准确度可接着用于为导航系统提供较高准确度。

根据另一实施例，可使用相对测量与绝对测量的组合以增加车辆绝对位置准确度。

根据另一实施例，由于车上传感器可能不具有足够的范围或敏感度来向有用的范围且以所有角度感测其本地附近的所有对象，因此所述系统允许在(例如)两个靠近的对象(例如两个车辆)之间传送准确的相对位置信息。

根据另一实施例，所述系统以极准确的绝对坐标特征化地图数据库中的所有对象及所有车辆。在这些环境下，车辆可向彼此传送其绝对坐标及航向。所述系统接着使用算法来确定是否需要采取碰撞避免措施或警告。

根据另一实施例，将地图数据库中所有对象的子组用作“位置使能”对象。每一“位置使能”对象均至少带有两组位置坐标。第一组位置坐标是其参考任何适当坐标系统(例如WGS-80坐标)的绝对坐标。第二组是其参考任何适当坐标系统(例如本地平面(例如x，y，z)坐标系统)的相对坐标。所述两组位置坐标仅需借助其联系而连接到数据库中的相同基础对象。在某些情况下，如果对象具有由不同传感器所“看见”的显著不同的明显位置，则可使用一组以上的相对坐标，(举例来说，激光扫描仪可测量一个位置处的混凝土柱，且雷达可测量略微不同位置处的相同混凝土柱，因为每一传感器类型正测量不同反射率性质的柱)。

根据另一实施例，除完整的对象(例如先前段落中的柱)以外或替代所述完整的对象，地图中的对象数据可包括对象的来自一个或一个以上传感器类型的原始传感器样本。

根据另一实施例，除了带有绝对及相对坐标两者之外，所述数据库还可带有其它有用的信息，例如其相关测量的准确度，或最后一次测量所述对象的日期，或指示坐标系统边界的交叉点的旗标或定义所述对象的额外数据，例如特定标志上的用词或特定建筑物的名称等。

根据另一实施例，所述导航系统可使用其针对车辆及周围对象而计算的相对准确度来提供增强的方向性引导。

根据另一实施例，车辆中的导航系统可使用其传感器检测的对象的相对位置与其绝对位置的组合，且在某些情况下，使用对地图数据库内的搜索及适当区(搜索区)的航向估计来找出应含有传感器检测的对象的对象组。导航系统可接着使用其位置估计及所感测对象的额外的所感测特性来与被视为地图中的对象属性的位置及特性进行比较，以识别地图数据库中匹配所感测对象的对象。

根据另一实施例，导航系统可使用其关于车辆位置的增强的知识来提供领航辅助，其中包含碰撞避免及其它必要的计算机辅助的车辆领航。

驾驶环境

图1显示可使用根据本发明实施例使用绝对及相对坐标的车辆导航的环境102的图解。图1图解说明根据实施例的典型街道场景连同汽车、车道、道路标志、对象及建筑物，所述街道信息可与作为记录而存储在地图数据库中的固定对象中的每一者一起存储在数字地图或地图数据库中。提供数字地图的公司通常称为地图提供商。

如图1中所示，标签I、J、K及L识别街道上可能存在的个别喷漆线及其它对象。标签为P的实线表示道路的单个中心线表示。线J与K彼此极为接近，且表示路中央可能会存在的典型双黄标记或线。线I及L表示车道分隔线，而线H及M则表示街道路缘。标签E、F、G、N及O表示建筑物；且标签A、B、C及D表示街道标志或通知，例如速度标志、停车标志及街道名称标志。

如图1中同样所示，标签104表示在街道上北行的第一车辆(即汽车)，而标签106则表示南行的第二车辆(即另一汽车)。因此，图1图解说明在每一方向上具有两条交通车道以及沿所述车道行驶的若干辆汽车的典型地面街道的实例。

根据实施例，每一车辆可包含导航装置，所述导航装置又包含绝对位置确定装置，例如用以确定车辆的(初始)绝对位置的GPS接收器。所述导航装置可包含将结合GPS装置而使用的惯性或航位推测传感器以改善此所估计位置并继续提供良好的位置估计，即使是在GPS单元暂时丢失卫星接收时。每一车辆中的导航装置还可包含地图数据库及地图匹配算法。

现今的导航系统中通常使用的地图数据库不包含图1中所示所有特征的参考。而是，多数临时地图数据库存储单条线对象以参考在图1中识别为描绘中心线的线P的道路。应注意，这是非物理特征，且可存在或可不存在标记此中心的实际喷漆条带。现今的导航系统具有足够的准确度及地图细节来允许车上位置确定将车辆的位置匹配到适当的街道中心线，且由此将车辆显示在关于中心线地图的适当位置上。由此，系统可用定向、路线及引导功能来帮助驾驶员。

然而，此精确度水平在细节及准确度两者上都足以告知驾驶员其可能正处于什么驾驶车道中(且由此给出更详细的驾驶引导)或警示驾驶员其可能正处于碰撞的危险中。事实上，在现今的映像系统中，大多数非高速公路道路都以供车辆沿两个方向行驶的单个中心线描绘在地图上。通过使用临时地图匹配技术，车辆看似正沿相同线行驶，且因此如果相对于彼此来观察，则将总是看似处于碰撞的危险中。或者，对于其中道路由每一方向上的中央线表示于地图上的所述数字地图，沿每一方向行驶的汽车将匹配到所述道路段对的适当定向的元素，且如果相对于彼此来观察所述汽车，则其将决不会看似处于碰撞的位置中，即使在现实中情况很不同。

根据实施例，所述数字地图或地图数据库经配置以含有关于车辆周围环境中的对象的更多信息。类似地，所述车辆含有辅助确定更准确位置的传感器。导航系统接着组合来自数字地图的信息与车辆传感器以为道路上的车辆确定更准确的位置。这些特征的组合使得诸如导航及碰撞警示等特征更为可用。

当将这些特征应用于图1中所示的实例性环境时，则根据实施例，每一车辆包含导航系统。除任何绝对位置确定设备(例如GPS)之外，每一车辆还包含一个或一个以上额外传感器，例如相机、激光扫描仪或雷达。车辆中的导航系统进一步包括包含至少某些周围对象(例如标签为字母A到O的对象)的数字地图或数字地图数据库。根据实施例，额外的传感器可感测到这些对象中的至少某些对象的存在，且可测量其相对于所述对象的相对位置(距离及方位)。接着使用此传感器信息连同绝对信息来确定车辆的准确位置，且如果必要则支持例如辅助驾驶或碰撞避免等特征。

自动(辅助)驾驶及碰撞避免

为图解说明导航系统在自动/辅助驾驶或碰撞避免中的使用，下面提供三个实例。显而易见，尽管本发明实施例主要针对碰撞避免来描述，但这只是可应用导航的用途的一个实例，且存在许多其它应用，其中包含准确的路线引导、改善的位置确定及对更有用或本地化的地图信息的接入。还将显而易见的是，当用于碰撞避免、路线寻找及其它应用时，尽管在许多应用中向车辆或驾驶员的反馈可能是警示(例如碰撞将要发生)，但在其它实例中所述反馈可能是令车辆采取例如转向或刹车等程序以遵循所选路线或避免碰撞的指令。

实例1：处于彼此的直接传感器范围内的车辆

在此实例中，每一车辆内的传感器可识别其它车辆，且可估计其距离及方位。导航或碰撞避免系统可判断其是否正以存在碰撞可能性的此方式关闭。在此实例中，虽然数字地图可用于为所述情形给出某一背景(举例来说，道路的弯曲可能会帮助解释为什么两个车辆处于明显碰撞路径上，但应预期所述车辆将很快彼此避开)，但数字地图并不是确实需要的。在此直接传感器情况下，车辆传感器自身使用相对测量来做出这些观察。此情况还适用于固定对象的感测。同样，不需要数字地图来感测固定对象，但可有用地地图匹配到地图中的对象以既识别与道路几何形状相关的对象且还获得关于所述对象的额外信息。

根据传感器的准确度，可容易地识别(举例来说)道路标志并将其相对位置估计到相对于车辆的位置仅数厘米的准确度(其可具有数米的所估计绝对位置准确度)。以现今的映像准确度，可在数据库中给相同标志赋予具有同样约为数米的绝对准确度的位置。因此，地图匹配问题变成了在(举例来说)车辆附近10米的搜索半径内用适当的特性来明确地识别数据库中的对象的问题。

实例2：相同对象的传感器范围内的车辆

在此实例中，每一车辆上的传感器均可能不具有足够的范围或敏感度来直接检测另一车辆。可能存在阻挡直接传感器检测的障碍，例如山丘。然而，车辆中的每一传感器均可检测共同的对象，例如图1中的标志A。如上文描述的实例中所示，每一车辆可通过使用现今的在车辆上及地图内的绝对位置确定的标称准确度来使用“基于对象的地图匹配”来匹配到标志A。与上文所提及作为现今的导航系统的一部分的将车辆的所估计位置与地图中含有的道路中心线相匹配的典型“地图匹配”特征不同，根据本发明实施例，基于对象的地图匹配将所估计的位置及由车辆感测到的物理对象的特性与表示于地图中的一个或一个以上物理对象及其特性进行比较以明确地匹配到相同对象。通过与其航向估计耦合，每一车辆可接着计算相对于标志A的更准确相对位置(数厘米内)。接着使用此信息(可能连同其它信息，例如其速度)来以足以估计可能的碰撞的准确度计算轨道。在具有车辆之间的通信构件的系统中，共用地图对象识别及从此共用地图对象参考的相对位置及航向的通信提供允许具有足够小的假警示的对可能的碰撞的可靠检测所必要的准确度。唯一需要的是共用地图对象识别方案及共用本地相对坐标系统。

应注意，在上述实例中，通过使用现今的位置确定技术(即绝对定位)连同基于对象的地图匹配的当前发明思想来识别及匹配用以确定位置的共用对象，但仅使用相对位置参考在传感器测量的辅助下计算实际碰撞警示。

还应注意，可通过如已广泛建议在对象上安装射频识别(RFID)标签或类似标签来进一步保证共用对象识别。每一车辆可接着感测对象上的RFID标签，且可将此识别符用作使识别共用对象时所包含的误差最小化的进一步手段。

实例3：超过相同对象的传感器范围的车辆

在最通常的情况下，两个车辆上的传感器可能无法检测其它车辆或共用对象，但仍可能够检测其紧邻的对象。举例来说，可能不存在如图1中的标志A一样恰好在两个车辆之间且对两个车辆均可见的适合对象。而是，车辆104可能仅能够检测标志B及C；且车辆106可能仅能够检测标志D。即便是这样，车辆104也可基于其相对传感器测量从对象B及C获得极为准确的相对位置及航向。类似地，车辆106可从其对对象D的测量及其航向估计获得极为准确的相对位置及航向。由于B及C及D均具有如地图数据库中所存储的相对于彼此的准确的相对位置，因此可接着由车辆使用这些准确的相对位置来改善驾驶、路线引导及碰撞避免。只要所述车辆使用相同标准的相对坐标系统，其即可再次向彼此传送准确的位置、航向及速度信息以计算轨道及可能的碰撞。

导航系统

根据实施例，本发明的重要方面是数字地图中的对象(举例来说，标志B、C及D具有相对于彼此的准确相对测量)。此可通过将所述对象准确地置于共用相对坐标系统上(即通过给予其来自共用系统的相对坐标)且接着将关于所述坐标的信息存储在数字地图中而得以促进以供随后由具有此地图及系统的车辆来检索，在此实例中，当所述系统正在移动时，车辆104可接着准确地确定其在此相对坐标系统上位置及航向，同时车辆106也可这样做。当通信构件包含在导航系统中时，所述车辆可交换数据且可准确地确定是否存在碰撞的可能性。或者，可将所述数据馈送到居中的或分布的车外处理器以供计算，且接着将结果向下发送到车辆或使用所述结果来调整基础设施，例如车辆速度限度或警示灯或停止灯。

图2显示根据本发明实施例用于使用绝对及相对坐标的车辆导航的系统的图解。如图2中所示，所述系统包括可放置在例如汽车、卡车、公共汽车或任何其它移动车辆的车辆中的导航系统130。可类似地设计替代实施例以用于船运、航空、手持式导航装置及其它活动及使用中。所述导航系统包括数字地图或地图数据库134，所述数字地图或地图数据库又包含多个对象信息136。根据实施例，某些或所有对象记录包含关于对象的绝对及相对位置的信息(或来自对象的原始传感器样本)。下文更详细地描述数字地图特征及对象的相对定位的使用。

所述导航系统进一步包括根据实施例的定位传感器子系统140，所述定位传感器子系统包含一个或一个以上绝对定位逻辑142与相对定位逻辑144的混合。所述绝对定位逻辑从绝对定位传感器146(举例来说包含GPS或伽利略(Galileo)接收器)获得数据。此数据可用于获得对车辆的绝对位置的初始估计。相对定位逻辑从相对定位传感器148获得数据，所述相对定位传感器包含(举例来说)雷达、激光、光学(可见)、RFID或无线电传感器150。此数据可用于获得对车辆与对象相比的相对位置或方位的估计。所述对象对系统可以是已知的(在这种情况下，数字地图将包含所述对象的记录)或未知的(在这种情况下，数字地图将不包含记录)。

所述导航进一步包括导航逻辑160。根据实施例，所述导航逻辑包含若干额外组件，例如图2中所显示的组件。很明显，某些组件是任选的，且其它组件可视需要添加。可包含对象选择器182以选择或匹配将从数字地图或地图数据库检索哪些对象且用于计算所述车辆的相对位置。可包含聚焦产生器184以确定约以初始绝对位置为中心的车辆周围的搜索区或区域。在使用期间，执行基于对象的地图匹配以识别所述搜索区内的(一个或多个)适当对象，且可从所述数字地图中检索关于所述对象的信息。如上所述，可包含通信逻辑166以将信息直接地或经由某一形式的支持基础设施从一个车辆中的导航系统传送到另一车辆的导航系统。可包含基于对象的地图匹配逻辑188以将传感器检测的对象及其属性匹配到已知的地图特征(及其属性)，例如街道标志及其它已知的参考点。相反，对象可以是与地图中所存储的相应原始样本直接匹配的一组原始样本。

导航逻辑中心处是车辆位置确定逻辑170。根据实施例，所述车辆位置确定逻辑接收来自传感器中的每一者及其它组件的输入以为车辆计算相对于数字地图、其它车辆及其它对象的准确的位置(且如果需要计算方位)。

车辆反馈接口174接收关于车辆的位置的信息。此信息可由驾驶员使用，或由车辆自动地使用。根据实施例，所述信息可用于驾驶员反馈180(在此情况下，其还可被馈送到驾驶员的导航显示器178)。此信息可包含位置反馈、详细路线引导及碰撞警示。根据实施例，此信息还可用于自动车辆反馈182。此信息可包含自动车辆驾驶或领航的某些功能，例如刹车控制及自动车辆碰撞避免。

图3显示根据本发明实施例包含绝对及相对坐标的数字地图134或地图信息的数据库的图解。图3图解说明可被使用的数字地图格式类型的一个实例。出于解释的目的，已简化了图3中所图解说明的数字地图。显而易见，可在本发明精神及范围内做出对地图及地图格式的额外修改，其中包含额外场。还可将数字地图的新颖特征并入到现有的数字地图及地图数据库或与其组合，例如由阿特拉斯(Tele Atlas)提供的数字地图及地图数据库，其实例描述于在2006年8月21日提出申请的名称为“SYSTEMAND METHOD FOR ASSOCIATING TEXT AND GRAPHICAL VIEWS OF MAPINFORMATION(用于将地图信息的文本与图形视图相关联的系统及方法)”申请案号为11/466,034的及在2005年11月10日提出申请的名称为“A METHOD ANDSYSTEM FOR CREATING UNIVERSAL LOCATION REFERENCING OBJECTS(用于形成通用位置参考对象的方法及系统)”申请案号为11/271,436的共同待决的美国专利申请案，这两个申请案均以引用方式并入本文中。如图3中所示，数字地图或数据库包括对应于现实世界中可表示在地图上的多个对象的多个对象信息。某些对象(例如如上所述的道路的未喷漆中心线)在其作为物理对象的意义上可能不是真实的，然而，其仍可表示为数字地图中的对象。图3表示三个对象，其中包含对象A、B到N，连同与其相关联的信息。显而易见，典型的数字地图可含有数以百万计的此类对象，每一对象均具有其自己的唯一对象识别符。可被使用的对象识别符的实例包含在上文参考的名称为“A METHOD AND SYSTEM FOR CREATING UNIVERSALLOCATION REFERENCING OBJECTS(用于形成通用位置参考对象的方法及系统)”的专利申请案中所描述的ULRO特征。

根据实施例，多个对象200中的某些(或全部)对象包含绝对坐标202及/或相对坐标204中的一者，在任何数字地图中，某些地图对象可不具有实际的物理位置，且仅借助与另一(物理)对象相关联而存储在数字地图中。此外，所述地图可包含许多非导航属性。对本文更重要的是的确具有已知的物理位置且可用于相对位置功能的所述地图对象。根据实施例，这些对象(例如对象A)具有绝对坐标及相对坐标两者。

所述绝对坐标可包括任何绝对坐标系统，例如简单的纬度-经度(纬-经)，且提供所述对象的绝对位置。所述绝对坐标可具有与其相关联的额外信息，其中包含(举例来说)对象的属性或其它性质。

所述相对坐标可包括任何相对坐标系统，例如笛卡尔(Cartesian)(x，y，z)或极坐标，且提供对象的相对位置。所述相对坐标还可具有与其相关联的额外信息，其中包含(举例来说)与对象记录相关联的准确度或记录最后一次被更新的日期。根据实施例，所述相对坐标还包含对象相对于另一对象或相对于任意原点的准确相对位置。可方便地表达关于任意原点的相对坐标，因为所有相对位置均可由此通过得出一个坐标组与另一坐标组的差而测量出，且在所述过程中，所述任意原点消失。根据实施例，特定对象的相对坐标可指示多个相对位置信息以表示可如何使用多种不同类型的传感器或使用不同的相对坐标系统来看见对象。

数字地图中的每一额外对象N 210均可具有与其一起存储的相同类型的数据。某些对象(举例来说，建筑物、小标志)可能不具有关于相对定位的相同益处，且可能仅包含绝对定位坐标，而相对位置使能的更重要对象(例如街角、大标志)则应包含绝对定位及相对定位坐标两者。某些较大对象可具有描述所述对象的特定方面(例如建筑物的西北边缘)的更多信息，所述信息继而提供适当的精确度及准确度。

与绝对测量的同步

如上所述，所述系统的实施例借助共用对象识别符(ID)(例如ULRO)提供绝对位置或对象在绝对坐标系统中的坐标与相对位置或同一对象在相对坐标系统中的坐标之间的联系。以此方式，两个坐标系统之间不需要紧密的数学联系。的确，此联系将减少系统的益处，因为相对坐标相对于附近的对象将是极为准确的，但当相对于更远的对象而被测量时将累积随机错误。此将具有如下效果：如果任意地使一点处的相对位置等于其绝对位置，则在大的对象间距离下(例如大于10千米远)，相对位置将消失以具有与其绝对坐标相比大的误差。

在实际使用时，可小心地随时间同步绝对与相对测量以实现不断增长的准确度，但这对于实践本发明来说是不必要的且的确添加了相当多的开销。类似地，可在相对紧密间隔的格栅内以高准确度(即公尺级准确度)进行绝对测量并将所述绝对测量与所有附近对象的相对位置进行比较。接着可使用误差最小化技术来所有点以橡胶板方式(rubber sheet)到绝对栅格。尽管此消除了对数据库中将带有的第二组(相对)坐标的需要，但其需要收集勘测点、处理所述勘测点的额外成本以及解决不计其数的其中区内点的群组充分不一致以使得以橡胶板方式不会将所有点带入到相对准确度规格中的情形的时间及开销。

相对坐标系统

如上所述，可以若干不同方式(举例来说，其中包含笛卡尔(Cartesian)或极坐标)将对象的相对位置存储在数据库中。由于提供了相对坐标以解决固有聚焦问题，因此可使得几乎任何坐标系统在所述区域中工作。根据实施例，状态平面坐标是极为适合的。数可以某一大数为模来表示，因为绝对数无关紧要，且选择特定原点并不重要。这同样是因为做出相对测量的行为包括使坐标有差别，且原点消失。然而，可重要的是系统指示坐标系统的改变的能力。举例来说，如果在加拿大(Canada)使用与在美国(the United States)不同的系统(例如，加拿大使用十进制公尺距离，而美国则使用十进制英尺，各自具有其自己的原点(x，y))，则针对每一对象(尤其是在美国/加拿大边界区域中)所存储的数据必须包含关于正发生转变且应使用哪一相对坐标系统的信息。这是因为如下事实：如果从两个不同的坐标系统进行差异测量，则原点将不消失，且进位法的差异也将会引入误差。

根据实施例，可将其它旗标或指示并入到数据中以指示可能的相对误差。举例来说，可从横穿道路的移动映像货车中收集数据，且其边行驶边收集数据。每一货车在特定一天可收集特定的领地。另一货车可在不同的一天及时间收集相邻的领地。映像供货商应注意重叠这两个区域以便可获得所述地图中的对象的单组相对坐标。然而，如果存在间隙，或如果其它原因意味着不可维持相对准确度，则数据库记录可含有超过某一点的对象相对于在所述点之前的对象不准确且导航装置应在其一找到再次标记为相对准确的对象时即重置其相对坐标系统的旗标或指示。

应注意，此类间隙可能在本质上是双向的或甚至是道路特定的。举例来说，可针对高速公路研发单个相关系统，而可针对所述调整公路周围的表面街道研发不同的系统。

相关导航方法

图4显示根据本发明实施例用于使用绝对及相对坐标进行导航的方法的流程图。如图4中所示，在第一步骤230中，车辆导航系统使用GPS、伽利略(Galileo)或类似的绝对定位接收器或系统确定车辆的(初始)绝对位置。此初始步骤还可任选地包含组合或使用来自INS或DR传感器的信息。在以下步骤232中，系统使用车上传感器来找出周围对象的位置及其方位。在步骤234中，系统接着基于对车辆及地图的绝对准确度的估计来使用其对车辆的当前绝对位置的知晓来接入数字地图(或地图数据库)中位于适当搜索区内的对象。根据某些实施例，所述搜索区可以车辆的所估计当前位置为中心。根据其它实施例，所述搜索区可以所述对象中的一者的实际或所估计位置为中心。其它实施例可使用使搜索区居中的替代手段，其中包含(举例来说)使所述搜索区基于从传感器读取的所估计的未来位置。通过使用所感测对象的相对位置(连同任选地其所测量特性中的一个或一个以上特性，例如大小、高度、色彩、形状、种类等)，所述系统在步骤236及238中使用将所感测的信息与搜索区中的对象进行匹配(“对象匹配”)的基于对象的地图来唯一地识别所感测的对象并提取相关对象信息。在步骤240中，所述相关对象信息及所述对象的相对位置(连同任选的航向信息)允许车辆导航系统计算车辆在相对坐标空间或相对坐标系统中的准确相对位置。在步骤242中，接着由系统使用此准确位置将车辆放置在相对于附近对象更为准确的位置中，且替代地将关于所述位置的必要反馈提供给驾驶员或提供给车辆本身，必要时包含提供辅助领航、碰撞避免警示或其它辅助。

根据某些实施例，所述绝对位置信息与所述相对位置信息也可经组合以计算车辆的准确绝对位置。可由系统再次使用此准确位置将车辆置于相对坐标系统内更准确的位置中，将关于所述位置的反馈提供给驾驶员或提供给车辆自身，所述反馈包含碰撞避免警示、领航或其它辅助。还可使用更准确的绝对位置来减小搜索区大小以用于随后基于对象的地图匹配。

图5显示根据本发明实施例用于使用绝对及相对坐标进行导航的替代方法的流程图。如图5中所示，在第一步骤260中，车辆导航系统再次使用GPS、伽利略(Galileo)或类似的绝对定位接收器或系统确定车辆的(初始)绝对位置。在步骤262中，系统接着使用聚焦产生器来确定此初始位置周围的搜索区。对于以上实例，视特定实施方案而定，所述搜索区可以车辆的所估计的当前位置或所述对象中的一者的实际或所估计位置为中心，或使用某一替代手段。在下面的步骤264中，所述系统使用数字地图(或地图数据库)来提取搜索区中的所述对象的对象信息。在步骤266中，所述系统接着使用其车上传感器来找出所述对象的位置及其方位。通过使用所感测对象的相对位置(连同任选地其所测量特性中的一者或一者以上，例如大小、高度、色彩、形状、类别等)，在步骤268中，所述系统使用基于对象的地图匹配来将所感测的信息与搜索区中的对象匹配。在步骤270中，所述相关对象信息及所述对象的相对位置允许车辆导航系统计算相对坐标空间或相对坐标系统内的车辆的准确相对位置。对于先前的技术，接着在步骤272中由系统使用此准确位置将车辆放置在相对坐标系统内更准确的位置中，且替代地将关于所述位置的必要反馈提供给驾驶员或提供给车辆本身，其中包含在必要时提供碰撞避免辅助。

根据实施例，所述系统允许在无需借助于存储绝对位置信息的情况下使用相对定位为某些对象赋予属性。通过使用此方法，第一对象可缺少任何所存储的绝对位置信息，而第二对象则可具有绝对位置信息。系统计算第一对象相对于第二对象(或使用通过第三、第四等对象的一系列相关跳跃)所测量的位置。必须使第一对象明确地指向第二对象，或替代地必须将第二对象视为围绕第一对象的对象网络的一部分。接着可使用相对位置信息来提供对第一对象的绝对位置的估计。

举例来说，可用绝对坐标来为道路的中心线赋予属性。可接着用对所述中心线的相对偏移坐标来为道路的每一车道赋予属性。由于在许多情况下可比绝对位置更准确地测量相对位置，因此此技术可提供对对象的绝对位置的合理地准确的估计，只要从被测量的对象到具有绝对测量的对象的距离(或相对跳跃的数目)不是太远以致于其消除了总体准确度。此技术的优点是，其需要少得多的数据存储同时仍能够提供准确的绝对对象位置信息。

具有相对定位的驾驶环境

图6显示根据本发明实施例使用车辆导航系统及方法的环境的更详细图解。图6图解说明图1中先前显示的街道场景连同汽车、车道、道路标志、物体及建筑物。同样，标签I、J、K及L识别个别喷漆线及街道上可能存在的其它对象。标签为P的实线表示道路的单个中心线表示。线J及K表示可在道路中央找到的双黄标记或线。线I及L表示车道分隔线，而线H及M则表示街道路缘。标签E、F、G、N及O表示建筑物；且标签A、B、C及D表示街道标志或通知，例如速度标志、停车标志及街道名称标志。

如图6中所示，表示第一车辆(即汽车)的标签104并入根据本发明实施例的车辆导航系统。在车辆移动时，导航系统使用(举例来说)GPS来确定车辆的绝对位置294。车辆上的传感器300、302确定一个或一个以上对象(例如街道标志B及C)的距离及方位。检索搜索区中由地图的所估计准确度及当前绝对位置确定而界定的所有对象的信息。举例来说，如果搜索区包含所有对象A-O，则基于对象的地图匹配将不可能借助这些对象的所感测特性且借助这两个对象之间的相对距离及方位从所有对象中唯一地识别B与C。仅对象B与C可以高可能性展现此匹配，因此从数字地图中检索这些对象中的每一者的详细信息。接着由车辆的导航系统使用组合的信息来确定车辆相对于道路、街道设施(路缘、标志等)及任选地其它车辆(当所述车辆中的导航系统包含通信构件时)的准确位置。所述准确位置信息接着可用于改善的车辆导航、引导及碰撞警示与避免。

图7显示根据本发明实施例用于使用绝对及相对坐标进行导航的方法的另一流程图。图7还图解说明绝对位置信息与相对位置信息可如何组合以计算车辆的准确绝对位置。此准确位置可再次由系统使用以将车辆置于相对坐标系统内更准确的位置中。还可使用更准确的绝对位置来减小搜索区大小以用于随后基于对象的地图匹配。如图7中所示，在第一步骤308中，系统使用其定位传感器做出位置确定(通常以绝对坐标)。在步骤310中，车辆接着使用其对象检测传感器来检测、特征化及测量其“看到”的对象的相对位置。在下一步骤312中，系统使用地图-对象-匹配算法来探测以所计算的对象位置的所估计绝对坐标为中心(或如果其已在某一相对附近位置处与地图数据库的相对坐标同步则以相对坐标为中心)的搜索区或区域中的地图数据库中的对象。根据实施例，所述搜索区域大小与地图对象的绝对坐标与车辆的位置确定的组合误差估计(或地图对象的相对坐标与车辆相对位置确定的组合误差估计)大致成比例。通过使用此技术，更靠近对象的相对准确度更为准确，且更远离对象则不太准确。举例来说，如果车辆最后一次与对象同步是50英里之前，则使用相对位置来确定车辆位置可能将不是令人满意的。然而，在正常的驾驶环境下，驾驶员将在相对富有对象的环境下驾驶且其车辆将几乎持续地或每隔几米地“看见”对象。在此环境中且在这些条件下，可使得相对位置极为准确，甚至比绝对准确度更为准确。

在步骤314中，通过使用其匹配算法(其中包含来自传感器及地图数据库的其它特征化信息)，系统可接着唯一地识别所“看见”的(一个或多个)对象。在步骤316中，通过使用所述(一个或多个)对象的来自地图数据库的相对测量且如果需要使用导航系统自身的OR或INS航向估计，车辆可确定其准确的相对坐标。举例来说，如果仅匹配一个对象，且如果车辆具有到对象的距离及相对方位的测量，则导航系统可仅界定其沿形成圆形的点的轨迹界定其位置，其中对象位于所述圆形中央且半径等于所测量的距离。在理论上，车辆可沿所述半径行进同时保持相对于所述对象的相同方位；因此仅借助于距离及方位并不能唯一地确定沿准确定位所述车辆的轨迹的准确点。在这些情况下，可将车辆的所估计航向与相对测量组合地使用。由于所述点的轨迹上仅存在一个其中车辆具有所述航向的点，因此可确定唯一的点。一般来说，航向估计并不是最准确的，因此此技术可在相对位置中添加特定量的不准确度。为解决此问题，可同时地或在顺序上极为接近地(即在车辆航向相对航向尚未积累较多误差的距离内)感测两个或两个以上对象。可从具有适当半径的两个对象及用以确定哪两个点物理上是正确点的两个对象的方位绘出圆形(点的轨迹)。因此可为所述车辆计算更准确的相对位置。

显而易见，以上计算只是用可与本发明各种实施例一起使用的单个或多个对象的相对计算的类型的一个实例，且可在本发明精神及范围内使用其它计算及数据组合以帮助从传感器测量确定车辆的位置。

根据实施例，在步骤322中，车辆可使用其相对坐标来与所述区中的其它车辆通信或计算更准确的引导方向或利用对象信息。可在必要时重复先前步骤的结果(由步骤320所指示)以改善位置估计并在随后的传感器检测的对象上持续地反复，从而基于此过程减小与经改善准确度成比例的搜索区域。在传感器检测的对象之间的间隔处，车辆可在步骤324中使用其内部位置更新过程来更新车辆的位置及航向并相应地更新位置准确度的估计。如果车辆在没有此类更新的情况下行驶过远，则其相对准确度将变差，且其将再次需要依赖于其绝对定位以重新开始所述序列。

在另一实施例中，可遍及一区做出额外的高准确度绝对位置测量。可如所描述收集对象的相对位置。接着可进行一过程以根据所属领域的技术人员众所周知的误差最小化方案来“以橡胶板方式”所有点，且可检视不在准确度规格内的所述点且视需要再次反复所述过程。此可消除带有两组坐标(一个是绝对的且另一个是相对的)的需要但其添加额外的工作及额外的成本。

基于对象的地图匹配

应注意，针对本发明实施例描述的地图匹配的类型本质上与传统的地图匹配技术不同或比其更准确。在传统地图匹配(例如与航位推测一起使用)的情况下，在车辆上的传感器仅估计车辆位置及航向，且不具有对任何对象(例如道路或沿道路侧的物理对象)的存在或位置的直接传感器测量。同样，对于传统地图匹配，所述地图是道路的简化表示，仅含有道路的“中央”的理论概念，因此以参考为基础执行地图匹配，即所述算法暗示汽车可能在道路上且可近似为在道路的中心线上。相反，在与本发明一起使用的基于对象的地图匹配中，传感器检测一个或一个以上对象及可能地额外识别特性(例如标志的色彩或大小或形状或高度，或接收关于与对象相关联的RFID的某些信息)的存在，且还测量其位置并使用此信息来匹配到类似特性的对象以及在地图数据库中的位置。另外，与将车辆匹配到二维道路且因此仅具有足够改善一个自由度的准确度的信息的传统地图匹配不同，本发明的地图匹配还可与点对象一起使用，且因此具有改善两个自由度的准确度的能力。因此，本发明的传感器检测的对象匹配与先前形式的地图匹配相比可更为准确且更为稳健。

尽管本发明实施例利用地图匹配技术来帮助使误差最小化，但对于任何地图匹配技术，误差的风险仍然存在，也就是匹配到数据库中的错误对象的可能性。如果传感器在许多道路标志的区中感测到一个或一个以上道路标志，则存在以下可能性：基于对象的地图匹配算法将匹配到错误的标志且因此向车辆的所估计相关位置引入误差。然而，本发明实施例可包含用以进一步减小所述风险的额外特征及技术。

首先，所述误差风险很大程度上因上文给出的事实而减小，也就是说，传感器正感测真实的对象且因此基于对象的匹配不仅仅需要暗示对象的存在。其次，如上文所述，所述对象具有有区别的特性。再次，地图供货商可收集具有不同特性的通常高密集度的对象以便可使用多对象地图匹配或快速顺序基于对象的地图匹配来弄清情形(举例来说，检测被观察为标志且被准确地测量为隔开3.43米从而可使得所述匹配过程比仅仅试图匹配单个对象更稳健的两个标志，还建议将基于许多经检测及经匹配的对象且在导航技术领域中众所周知的过滤构件来限定任何单个误差的潜在影响。本发明的第五且极为有用的方面是，一旦已使用导航装置的绝对位置信息执行了初始对象匹配，所述装置即可计算相对位置估计并使用所述相对位置估计来改善搜索区的中央且进一步限定所述搜索区的大小。从此点来看，可基于相对准确度做出地图匹配且可急剧地减小搜索区，从而使得错误匹配的可能性逐渐地减小。同样，应注意，只要基于对象的匹配继续消除在使用系统INS或DR传感器时将自然地发生的误差的积累，此顺序过程即保持良好。

传感器收集及准确度

本发明实施例实施起来是可行的，因为以既定的准确度测量对象的相对位置比以相同准确度测量绝对位置更便宜，且车辆仅需要以在这些高相对准确度应用中将需要的较低准确度来测量绝对位置是更便宜的。向车辆添加额外的传感器仅添加了最小成本；机动车行业已建议了此类传感器以给予驾驶员关于导航及对象的额外有用信息，且此外，此类传感器仍比将需用以可靠地改善绝对车辆测量的准确度的额外硬件便宜。如上所述，惯性导航单元可以20厘米准确度在100米内可用。移动映像平台可在车辆沿街道行驶时收集相机、激光扫描仪及雷达数据。所述数据是与从车上GPS/INS系统收集位置及航向数据同时进行的，其实例描述于在2006年11月11日提出申请的名称为“ARRANGEMENT FOR AND METHOD OF TWO DIMENSIONAL AND THREEDIMENSIONAL PRECISION LOCATION AND ORIENTATION DETERMINATION(用于二维及三维精确度位置及定向确定的布置与方法)”申请案号为PCT2006/000552的、在2008年11月3日提出申请的名称为“METHOD ANDAPPARATUS FOR DETECTION AND POSITION DETERMINATION OF PLANAROBJECTS IN IMAGES(用于图像中的平面对象的检测及位置确定的方法及设备)”申请案号为PCT/NL2006/050264的及在2006年10月30日提出申请的名称为“METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING OBJECTS FROM TERRESTRIALBASED MOBILE MAPPING DATA(用于检测来自基于领地的移动映像数据的对象的方法及设备)”申请案号为PCT/NL2006/050269的共同待决的PCT申请案中，每一申请案均以引用方式并入本文中。在许多情况下，两个对象可位于同一图像中且其相对位置可被精确地确定，在其它情况下，下一对象可仅在道路上几米远处，且INS系统将跨越所述距离累积仅数微米的误差。同样，现代对象检测/提取算法可有效地检测及测量由例如相机等传感器所感测的对象。还可使用天线及卫星摄影术来测量对象的相对位置而不需要以相同水平的准确度形成绝对测量。

具有准确车道定位的驾驶环境

图8-10显示根据本发明实施例可使用车辆导航来辨别车道定位的环境的图解。

如图8中所示，汽车330正向北行驶并靠近交叉路口332。如图8中所示，车辆正靠近交叉路口，且车辆的导航系统具有表明在交叉路口处左转弯的去往其目的地的经计算路径(未显示)。

在传统的导航系统或不利用绝对及相对位置感测以进行准确位置确定的导航系统中，地图将有可能针对连接在交叉路口中央处的段中的每一者仅显示单个中心线。因此，如图9中所示，为车辆提供的引导将是在两个街道之间的交叉路口点处具有90度转弯的简单突出显示路径340。

根据图10中所图解说明的本发明实施例，系统(且因此数字地图)更详细地“知晓”车道信息。在图10中所图解说明的实例中，所述汽车配备有传感器，举例来说，雷达传感器。雷达传感器可检测342、344并测量到其附近的各种对象中的某些对象(举例来说，标签为A、B、C、D、E、F及G的交通灯柱及交通标志及路标)的距离及航向。因此，导航/引导及安全系统中的地图含有关于这些对象的信息。所述数字地图可包含对象的绝对位置及相对位置，连同例如对象的RFID标签信息(如果其存在)、准确度限度及类型和类别等其它信息。所述汽车可接着使用其绝对位置估计336及到所述对象的相对距离及航向(且可能地关于从对对象的先前观察而计算出的其相对位置的先前信息)以将基于对象的地图匹配到其可看见的对象群组。以此匹配及相对测量为基础，导航系统可准确地计算其相对于地图上所含有的这些对象的位置。

一旦车内导航系统已计算出其在地图所界定的相对坐标空间中的位置，系统即可接着计算雷达传感器检测不到的其相对于地图中所含有的其它对象的位置。因此，举例来说，导航系统可计算所述汽车正处于什么车道，并准确地计算其何时到达道路上左转车道开始的点。系统可接着告知驾驶员其可进入左转车道(可能首先通过雷达测量来确认左转车道未被占用)。在更广泛的环境下，系统可告知驾驶员其是否正移出其当前车道。在车辆移动时，导航系统计算经更新的绝对位置及经更新的相对位置350两者。根据实施例，其可通过重新计算其位置(通过更新其雷达测量)或通过使用航位推测或对其绝对传感器的更新或以上方式中的某些或全部的组合以最好地改进其相对测量352、354、356来进行此操作。当其靠近斑马线X时，其可接着基于对地图及其经更新相对位置的相对测量来准确地确定其与斑马线有多近。如果汽车正在减速，则导航系统可感测到(举例来说)所述汽车需要停车，且可辅助驾驶员刚好在斑马线之前实现准确停车。此系统可用于甚至更远的距离以辅助驾驶员在红灯等时实现省油且舒适的停车，尤其是借助来自道路基础设施关于交通灯定时的所添加信息。所述系统可接着继续通知驾驶员如何导航汽车通过交叉路口并进入适当的西行车道。

尽管存在作为因素计入自动驾驶控制的许多其它安全考虑，但相关系统的准确度(例如本发明的系统)可帮助解决位置准确度的问题及其在辅助驾驶中的使用。

额外应用-机动支持

应注意，已在碰撞警示及避免的背景下主要地描述了本发明。然而，这只是此组合的绝对与相对导航系统的许多应用中的一种。举例来说，道路交叉路口的位置可被准确地确定为距离最后识别的标志的距离以便可给出更准确的转弯指示。作为另一实例，确定车辆的横向准确位置(相对于车道)以给出关于可能由于将要驶来的机动车辆或因为交通或道路施工而应进入哪一车道的引导。显而易见，本文中描述的导航系统可用于各种各样的机动车及辅助驾驶、车辆领航、碰撞避免及其它警示系统及驾驶辅助装置。

额外应用-延伸到二维及三维

应注意，已主要使用例如标志等点对象呈现了以上实例。存在其它重要的对象且可被容易地检测到。最终可使这些对象成为更多高级地图数据库的一部分。举例来说，可由某些传感器(例如相机及激光扫描仪)来检测车道条带。因此，可以与车道保持相关联的极重要维度来计算相对于此车道对象的准确位置。此信息在本质上是局部的；举例来说，知晓所述车道条带距左保险杆10厘米可准确地确定一个坐标，但对于第二(沿道路)坐标则无法得知。必须小心地避免关于检测哪一车道的不明确性。将从二维(2D)对象获得的此信息与从更偶然的一维(1D)对象与其自己的导航系统组合的算法将能够维持其准确的相对定位。属于此二维对象的相对坐标信息不是相对x，y位置，而是界定其在相对x，y坐标空间中的线性特性的方程式。类似考虑对例如建筑物等三维(3D)对象同样成立。在此情况下，还应注意识别更特定的对象或特性，例如建筑物的边缘。

额外应用-连续处理

尽管可以许多方式来实施本发明，但在某些实施方案中希望以连续的方式使用所述系统。根据此实施例，导航系统可检测第一对象并基于所述对象的相对位置属性及车辆的对象传感器/相对测量装置及其所估计航向来计算相对位置。导航系统可接着以相同方式在其车上装备及地图及对象的密集度的准许下尽量快地测量第二对象。还可反馈连续相对测量以改善车辆的绝对位置及航向的当前估计。

可使用根据本发明教示编程的常规的通用或专用数字计算机或微处理器来方便地实施本发明，如计算机技术领域中的技术人员将明了。可由熟练的编程人员基于本发明教示来容易地编写适当的软件编码，如软件技术领域的技术人员将明了。用于与导航系统一起使用的合适传感器的选择及编程还可由所属领域的技术人员来编写。本发明还可通过制造专用集成电路、传感器及电子装置或通过互连适当的常规组件电路网络来实施，如所属领域的技术人员将明了。

在某些实施例中，本发明包含一种计算机程序产品，所述计算机程序产品是其上/其中存储有指令的存储媒体，所述指令可用于对计算机编程以执行本发明的过程中的任一者。所述存储媒体可包含但不限于任何类型的磁盘(其中包含软磁盘、光学磁盘、DVD、CD ROM、微驱动器及磁光盘)、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、快闪存储器装置、磁卡或光卡、纳米系统(其中包含分子存储器IC)或适用于存储指令及/或数据的任何类型的媒体或装置。本发明包含存储在所述计算机可读媒体中的任一者上的软件以既用于控制通用/专用计算机或微处理器的硬件又用于使得计算机或微处理器能够与人类用户或利用本发明结果的其它机构交互作用。此类软件可包含但不限于装置驱动程序、操作系统及用户应用程序。最终，此类计算机可读媒体进一步包含用于如上所述执行本发明的软件。

上文已出于图解说明及描述的目的提供了对本发明的说明。其并不希望穷尽或将本发明限定为所揭示的确切形式。对于所属领域的技术人员，许多修改及变化将显而易见。特定来说，尽管已在碰撞警示/避免的背景下主要描述了本发明，但这只是此组合的绝对与相对导航系统的许多应用中的一个。举例来说，道路交叉路口及其斑马线的位置可被准确地确定为距所识别标志的距离，因此可给出更准确的转弯指示或给出斑马线警示；或可准确地确定横穿道路(相对于车道)的车辆的位置以给出关于可能由于将要驶来的机动车辆或因为交通而将进入哪一车道的引导。不同实施例可使用不同形式的绝对定位感测，举例来说，通过允许车辆的操作者手动地界定初始绝对车辆位置；或通过使用所感测RFID标签的位置，有可能与其它测量组合以自动地确定对应于所述RFID标签的初始绝对车辆位置。其它实施例可利用本文中描述的技术或将其与例如在开篇处所描述的技术的地图匹配技术组合以提供总体的更准确系统来用于位置确定。选择并描述各实施例以最好地描述本发明原理及其实际应用，从而使所属领域的技术人员能够了解本发明、其各种实施例及适于预期的特定应用的各种修改。希望本发明的范围由以上权利要求书及其等效内容来界定。

Claims (30)

1、一种用于使用绝对及相对坐标的车辆导航的系统，其包括：

地图数据库，其含有关于多个对象的信息，包含所述对象的绝对地理位置及相对空间位置；

绝对位置传感器，其由所述系统使用来确定所述车辆的初始绝对地理位置；

一个或一个以上传感器可确定所述车辆附近的物理对象的存在及相对方位，所述物理对象还被作为所述地图数据库中的对应对象加以参考；及

导航逻辑，其使用所述车辆的绝对地理位置来确定应选择所述地图数据库中的所述多个对象中的哪一者，且接着使用所述选定对象的空间坐标连同所述物理对象相对于所述车辆的所述相对方位来确定准确的车辆位置以供在车辆导航中使用。

2、根据权利要求1所述的系统，其中所述系统进一步包括对象匹配算法，所述对象匹配算法借助其的确定的位置及相对于所述对象的范围及方位来确定所感测对象的位置且接着使用所述确定的位置连同所述对象的所感测特性来搜索所述地图数据库并将所述所感测对象匹配到所述地图数据库中的适当对象。

3、根据权利要求2所述的系统，其中所述系统可提取关于所述数据库中的所述所匹配对象的信息以供所述车辆使用。

4、根据权利要求1所述的系统，其中所述系统提取其车上传感器不能检测到的关于所述地图数据库中的对象的信息并将关于所述对象的信息提供给所述车辆。

5、根据权利要求1所述的系统，其中所述系统基于相对于所述对象的已知范围及方位及所述车辆的所估计航向来提取所述对象的一组坐标以计算所述车辆的准确相对位置及航向。

6、根据权利要求1所述的系统，其中所述系统使用所述准确位置作为对碰撞警示/避免及路线引导应用的输入。

7、根据权利要求6所述的系统，其中所述系统可与其它车辆通信以从其它车辆获得所述相对位置及航向估计以计算可能的碰撞。

8、根据权利要求7所述的系统，其中所述通信及计算可由某一中央服务器或由某一系列的车外分布式服务器在车外完成。

9、根据权利要求1所述的系统，其中所述物理对象包含RFID或其它识别符。

10、根据权利要求9所述的系统，其中所述物理对象包含街道标志及道路标记中的任一者。

11、一种用于使用绝对及相对坐标的车辆导航的方法，其包括以下步骤：

接入含有关于多个对象的信息的地图数据库，所述信息包含所述对象的绝对地理位置及相对空间位置；

使用绝对位置传感器来确定所述车辆的初始绝对地理位置；

使用一个或一个以上传感器来确定所述车辆附近的物理对象的存在及相对方位，所述物理对象还被作为所述地图数据库中的对应对象加以参考；及

使用所述车辆的所述绝对地理位置来确定应选择所述地图数据库中的所述多个对象中的哪一者，且接着使用所述选定对象的空间坐标连同所述物理对象相对于所述车辆的所述相对方位来确定准确的车辆位置以供在车辆导航中使用。

12、根据权利要求11所述的方法，其中所述系统进一步包括对象匹配算法，所述对象匹配算法借助其的确定的位置及相对于所述对象的范围及方位来确定所感测对象的位置且接着使用所述确定的位置连同所述对象的所感测特性来搜索所述地图数据库并将所述所感测对象匹配到所述地图数据库中的适当对象。

13、根据权利要求12所述的方法，其中所述系统可提取关于所述数据库中的所述所匹配对象的信息以供所述车辆使用。

14、根据权利要求11所述的方法，其中所述系统提取其车上传感器不能检测到的关于所述地图数据库中的对象的信息并将关于所述对象信息提供给所述车辆。

15、根据权利要求11所述的方法，其中所述系统基于相对于所述对象的已知范围及方位及所述车辆的所估计航向来提取所述对象的一组坐标以计算所述车辆的准确相对位置及航向。

16、根据权利要求11所述的方法，其中所述系统使用所述准确位置作为对碰撞警示/避免及路线引导应用的输入。

17、根据权利要求16所述的方法，其中所述系统可与其它车辆通信以从其它车辆获得所述相对位置及航向估计以计算可能的碰撞。

18、根据权利要求17所述的系统，其中所述通信及计算可由某一中央服务器或由某一系列的车外分布式服务器在车外完成。

19、根据权利要求11所述的方法，其中所述物理对象包含RFID或其它识别符。

20、根据权利要求19所述的方法，其中所述物理对象包含街道标志及道路标记中的任一者。

21、一种供在使用绝对及相对坐标的车辆导航中使用的地图数据库，其包括：

多个对象记录，其对应于其中包含街道及对象的真实世界环境，以供与车辆中使用的陆地导航及/或碰撞避免装置一起使用，且其中所述多个对象记录中的每一者进一步包括

第一组或若干第一组坐标，其在地球表面上界定所述对象在任何适当的坐标参考系统中的绝对位置，及

第二组或若干第二组坐标，其在地球表面上界定所述数据库中的所述对象中的至少一者在任何适当的坐标参考系统中的相对位置，且所述第二组或若干第二组坐标可与来自所述车辆上的传感器的相同对象的传感器读数进行比较；且

由此所述第一坐标与所述第二坐标因归属于同一地图对象而被链接，且可被一起使用来确定所述车辆的准确位置。

22、根据权利要求21所述的地图数据库，其中所述地图对象具有将其识别为相对于所指定的其它对象在位置上相对准确的属性。

23、根据权利要求21所述的地图数据库，其中所述地图对象具有识别准确度水平的属性。

24、根据权利要求21所述的地图数据库，其中所述地图对象具有识别其处于不同组的关系准确数据之间的转变处或接近所述转变处或处于关系准确数据与无关系准确数据之间的边界处的属性。

25、根据权利要求21所述的地图数据库，其中所述地图对象被赋予由传感器数据帮助对其进行识别的特性。

26、根据权利要求25所述的地图数据库，其中所述地图对象特性对于不同的传感器可为不同的。

27、根据权利要求25所述的地图数据库，其中视正感测所述对象的传感器的类型而定，所述第二组坐标可为一组以上坐标。

28、根据权利要求21所述的地图数据库，其中所述第二组坐标是能够表达相对坐标的任何坐标。

29、根据权利要求28所述的地图数据库，其中所述相对坐标可为状态平面坐标。

30、根据权利要求28所述的地图数据库，其中所述相对坐标可为简单平面坐标。

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