CN101907700B - 一种辅助导航的转向判断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关于一种辅助导航的转向判断方法。其是在沿一弯曲路径行进,且无法有效接收一全球卫星定位系统(Global PositioningSystem;GPS)的定位资讯时,撷取道路背景为多个影像,并加以处理运算,以相减比对的手法求出差异处的偏移方向,或捕捉特定物体影像作为定位标的,藉以判断转向以持续提供导航画面。此方法运用一种GPS导航系统终端装置,其包含一影像撷取单元用以撷取影像。
Description
技术领域
本发明涉及一种辅助导航的转向判断技术,特别是涉及一种当导航系统无法有效接收全球卫星定位系统(Global Positioning System;GPS)的定位资讯时,辅助导航系统不至于中断导航的转向判断的辅助导航的转向判断方法。
背景技术
全球卫星定位系统(Global Positioning System;GPS)为一由美国军方运用太空科技研发的技术,原理是利用与地球同步的卫星,取其相对位置,测出使用者在三维空间中的精确位置。此技术具有全天候、范围全球覆盖与快速省时高效率等优点。
GPS系统在技术局部转移到民间后,除了运用在精确定时、工程施工与勘探测绘等各方面,与我们日常生活最为息息相关的莫过于汽车导航的应用。首先,在汽车上安装一GPS导航装置以供接收GPS定位资讯,再配合预先储存的地图资讯,通过导航软件即可提供驾驶人精确即时的定位和移动资讯。如此一来省却了驾驶人按图索骥的不便,大大提升了行车的便利性。
然而,即使拥有多项优点,GPS导航在实用上还是有美中不足的缺憾。除了GPS卫星本身可能发生暂时性的故障之外,由于其定位功能是依赖人造卫星由太空发出的信号,太阳风、大气浓度变化、建筑物外型折射与遮蔽物(如隧道、桥下或停车场)的影响都可能造成导航中断或误判。
因应以上状况,通常可朝以下三个方向来加以解决:其一为强化接收效能,其二为寻求一暂时性替代的辅助导航(Dead Reckoning;DR)技术,其三则为利用参考站的设置来修正GPS的误差。
在强化接收效能方面,如中国台湾专利公告I271535号「全球定位系统(GPS)天线调整系统和方法以及GPS卫星信号强度显示模块和方法」,是揭露一产生卫星信号强弱测定数据供天线调整,藉以提升天线接收效能的方法。
在寻求一暂时性替代的DR技术方面,当信号来源中断,导航系统自动切换至辅助导航模式持续导航。
在利用参考站的设置来修正GPS的误差方面,最典型的是现有习知技术的地面差分定位系统(Differential GPS;以下简称DGPS),其是利用参考站的设置来修正GPS的误差,再广播此即时误差值供信息传输范围内的使用者加入运算,藉以校正误差。在中国台湾专利公告I227332号「校正GPS/DGPS定位偏差并消弭遮蔽障碍的装置及方法」中,更进一步提出一种定点短距通讯的手法,藉以将精准度提高达98%以上。
在这些解决方向之中,相比较于DGPS在设备上的较高需求,虽然目前的DR技术精确度并不高,但是却有较高的应用性,故广为厂商所积极开发研究。然而,就现有的DR技术而言,主要是通过加速度测速器配合软件运算取得座标,但此方法只适用于直线路况(如图3路段A所示)。倘若信号中断的情形产生在弯曲路径上(如图4路段B所示),即产生曲率误判甚至直线误判,若使用者又恰巧处于视线不佳的环境,其危险性不言而喻。
由此可见,上述现有的GPS导航技术在方法与使用上,显然仍存在有不便与缺陷,而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题,相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道,但长久以来一直未见适用的设计被发展完成,而一般方法又没有适切的方法能够解决上述问题,此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的辅助导航的转向判断方法,实属当前重要研发课题之一,亦成为当前业界极需改进的目标。
有鉴于此,本发明即针对现有的DR技术加以改良,藉以对转弯路线的方位判断需求提出更佳的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于,克服现有的GPS导航技术中,普遍存在受到GPS卫星本身可能发生暂时性的故障,以及外物遮蔽或干扰等不利因素的影响,而导致导航中断的严重问题,而提供一种新的辅助导航的转向判断方法与其应用装置,所要解决的技术问题是使其在GPS导航系统信号中断时,在持续提供定位资讯的一辅助惯性导航系统中,提供转向判断资讯,非常适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种GPS导航系统终端装置,其在沿一弯曲路径行进,且无法有效接收一全球卫星定位系统(Global Positioning System;GPS)的定位资讯时,持续提供一导航画面以持续导航,该GPS导航系统终端装置包含:一存储单元,预先储存至少一地图资讯;一影像撷取单元,撷取该GPS导航系统终端装置沿该弯曲路径行进时的多个背景影像;以及一处理模块,电性连接于该存储单元与该影像撷取单元,藉以依据该地图资讯与该些背景影像判断出一转向,据以产生一转向判断资讯,并依据该转向判断资讯提供该导航画面。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的GPS导航系统终端装置,其中所述的处理模块包含一影像运算模块,用以根据该些背景影像判断出该转向,并产生该转向判断资讯。
前述的GPS导航系统终端装置,其中所述的影像运算模块包含一影像处理程序。
前述的GPS导航系统终端装置,其中所述的影像运算模块包含一转向判断程序。
前述的GPS导航系统终端装置,其中所述的影像撷取单元包括一电荷耦合装置(Charge Coupled Device;CCD)。
前述的GPS导航系统终端装置,其中所述的GPS的定位资讯是通过一满足国际航运电子协会第0183号(National Marine ElectronicAssociation 0183;NMEA 0183)通信协议的信号加以传递。
前述的GPS导航系统终端装置,更包含一显示单元,藉以接收该转向判断资讯并呈现该导航画面。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种辅助导航的转向判断方法,其是在沿一弯曲路径行进,且无法有效接收一全球卫星定位系统(Global Positioning System;GPS)的定位资讯时,持续提供一导航画面以持续导航,该方法包含下列步骤:(a)预先储存至少一地图资讯;(b)撷取一GPS导航系统终端装置沿该弯曲路径行进时的多个背景影像;(c)依据该地图资讯与该些背景影像判断出一转向,据以产生一转向判断资讯;以及(d)依据该转向判断资讯产生该导航画面。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的一种辅助导航的转向判断方法,其中所述的步骤(c)更包含步骤(c0),其是压缩该些背景影像。
前述的一种辅助导航的转向判断方法,其中所述的步骤(c)更包含步骤(c1),其是将该些背景影像灰阶化。
前述的一种辅助导航的转向判断方法,其中所述的步骤(c)更包含步骤(c2),其是将该些背景影像切割成多个方块影像。
前述的一种辅助导航的转向判断方法,其中所述的步骤(c)更包含步骤(c3),其是在其中二相继撷取的该些背景影像中,将各对应的方块影像的灰阶值相减,据以定义至少一对应点。
前述的一种辅助导航的转向判断方法,其中所述的步骤(c)更包含步骤(c4),其是判断该对应点的一偏移方向,据以产生该转向判断资讯。
前述的一种辅助导航的转向判断方法,其中所述的步骤(c)更包含步骤(c5),其是从其中二相继撷取的该些背景影像中,辨识一背景物件以分别作为一定位点与一参考点。
前述的一种辅助导航的转向判断方法,其中所述的步骤(c)更包含一步骤(c6),其是判断该定位点与该参考点的一偏移方向,据以产生该转向判断资讯。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知,为达到上述目的,本发明提供了一种GPS导航系统终端装置,包含一存储单元、一影像撷取单元与一影像运算模块。在GPS导航系统终端装置无法有效接收一GPS定位资讯时,可自动撷取多个背景影像,并可藉由一影像运算模块中一影像处理程序和一转向判断程序加以处理运算。
较佳的,在本发明所提供的较佳实施例中,可从二相继撷取的背景影像中,辨识一背景物件以分别作为一定位点与一参考点,并计算出该定位点与该参考点的一位置偏移量,据以产生一转向判断资讯来持续提供导航画面。
借由上述技术方案,本发明一种辅助导航的转向判断方法至少具有下列优点及有益效果:
1、相比较于现有习知的GPS导航系统,由于本发明包含一影像撷取单元和一影像运算模块,故可藉由道路实景的撷取加以判断出驾驶人的转向资讯,有效解决受遮蔽物等外物影响而导致GPS导航中断的问题。即使驾驶人处于气候不佳、上空有遮蔽物或GPS导航故障等问题时,经由辅助导航模式的切换,将本发明求得的转向判断结果结合GPS导航系统终端装置中预先储存的地图资讯,驾驶人仍可以持续取得自身定位与移动方向,藉以提升导航精确率并确保行车安全。
2、此外,相比较于DGPS技术,本发明的技术成本大幅偏低,适于广泛应用。
综上所述,本发明是有关于一种辅助导航的转向判断方法,是在沿一弯曲路径行进,且无法有效接收一全球卫星定位系统(Global PositioningSystem;GPS)定位资讯时,撷取道路背景为多个影像,并加以处理运算,以相减比对的手法求出差异处的偏移方向,或捕捉特定物体影像作为定位标的,藉以判断转向以持续提供导航画面。此方法运用一种GPS导航系统终端装置,其包含一影像撷取单元用以撷取影像。本发明在技术上有显著的进步,具有明显的积极效果,诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1是在本发明较佳实施中,一全球卫星定位系统(GlobalPositioning System;GPS)导航系统结合一载具实现导航技术的示意图。
图2是本发明较佳实施例的功能方框图。
图3是在本发明较佳实施中,当载具进入遮蔽区并行驶于一直线路段的示意图。
图4是在本发明较佳实施中,当载具进入遮蔽区并行驶于一弯曲路段的示意图。
图5是经过影像处理程序处理的二相继撷取的背景影像的示意图。
图5A是图5中二背景影像相叠并将灰阶值相减的示意图。
图6是一六等分角度图。
图6A是图5A中二背景影像相叠并套用六等分角度图的示意图。
图7是影像撷取单元在撷取影像时,影像有效撷取范围的鸟瞰示意图。
图7A是影像撷取单元在第一时间点撷取背景物件并产生背景影像的示意图。
图8是影像撷取单元在第二时间点撷取背景物件并产生背景影像的示意图。
图8A是二张相继撷取的背景影像相叠的示意图。
图9是本发明第一较佳实施例的简易流程图。
图10是本发明第二较佳实施例的简易流程图。
A:路段 B:路段
I1:直线路径 I2:弯曲路径
F:六等分角度图 P1:对应点
θ:影像有效撷取张角 R:影像撷取范围
D:偏移方向 P:定位点
P’:参考点 100:GPS导航系统
200:载具 300:遮蔽物
1:GPS导航系统终端装置 11:处理模块
12:存储单元 121:地图资讯
122:GPS定位资讯 13:影像撷取单元
14:显示单元 141:导航画面
15:影像运算模块 151:影像处理程序
152:转向判断程序 16:信号接收单元
2:GPS 卫星 2a:GPS卫星
2b:GPS卫星 S1:GPS定位信号
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例,对依据本发明提出的一种辅助导航的转向判断方法其具体实施方式、方法、步骤、特征及其功效,详细说明如后。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效,在以下配合参阅图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明,当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效获得一更加深入且具体的了解,然而所附图式仅是提供参考与说明之用,并非用来对本发明加以限制。
请参阅图1至图4所示,图1是在本发明较佳实施中,一全球卫星定位系统(Global Positioning System;GPS)导航系统结合一载具实现导航技术的示意图;图2是本发明较佳实施例的功能方框图;图3是在本发明较佳实施中,当载具进入遮蔽区并行驶于一直线路段的示意图;图4是在本发明较佳实施中,当载具进入遮蔽区并行驶于一弯曲路段的示意图。
一全球卫星定位系统(Global Positioning System;GPS)导航系统100包含一GPS导航系统终端装置1和三个GPS卫星2、2a与2b。其中,GPS导航系统终端装置1是装设在一载具200上,且GPS卫星2是持续对地球发送一GPS定位信号S1。
GPS系统终端装置1,包含一处理模块11、一存储单元12、一影像撷取单元13、一显示单元14、一影像运算模块15与一信号接收单元16,其中,影像运算模块15包含于处理模块11中。存储单元12、影像撷取单元13、显示单元14与信号接收单元16分别电性连接于处理模块11,且影像撷取单元13可为一电荷耦合装置(Charge Coupled Device;CCD)。其中,存储单元12中预存至少一地图资讯121。
如图3所示,在一般的常态导航状态下,信号接收单元16可以接收GPS定位信号S1,藉以接收该GPS定位信号S1所载送一GPS定位资讯122。其中,GPS定位信号S1通常可为一满足国际航运电子协会第0183号(NationalMarine Electronic Association 0183;NMEA 0183)通信协议的信号。
当一驾驶人(未标示)驾驶载具200进入一遮蔽物300的遮蔽范围后,信号接收单元16就会无法有效接收到GPS定位信号S1,致使上述的常态导航状态被迫中断。此时,会进入一辅助导航状态,影像撷取单元13开启并将道路实景撷取为多张背景影像17,再传送至影像运算模块15。在影像运算模块15中,背景影像17由影像处理程序151处理,再由转向判断程序152运算判断。若驾驶人驾驶于路段A,转向判断程序152判断驾驶路径I1为一直线路径;此时辅助导航系统会搭配加速度测速器计算出载具200的座标,此是现有习知技术,故在此不多赘述。
如图4所示,在辅助导航状态下,若驾驶人驾驶于路段B,由于撷取的连续背景影像17产生偏移差异,转向判断程序152可据以判断驾驶路径I 2为一弯曲路径;此时影像运算模块15会藉由背景影像17判断一转向,并产生一转向判断资讯。转向判断资讯搭配地图资讯121综合运算产生一导航画面141,并呈现在显示单元14。
为了进一步理解以上流程,请参阅图5至图8A所示,其是显示在本发明第一较佳实施例与第二较佳实施例中,影像运算模块通过背景影像判断转向的示意图。其中,图5是经过影像处理程序处理的二相继撷取的背景影像的示意图;图5A是图5中二背景影像相叠并将灰阶值相减的示意图;图6是一六等分角度图;图6A是图5A中二背景影像相叠并套用六等分角度图的示意图;图7是影像撷取单元在撷取影像时,影像有效撷取范围的鸟瞰示意图;图7A是影像撷取单元在第一时间点撷取背景物件并产生背景影像的示意图;图8是影像撷取单元在第二时间点撷取背景物件并产生背景影像的示意图;图8A是二张相继撷取的背景影像相叠的示意图。
在本发明第一较佳实施例中,影像撷取单元13连续撷取道路背景为背景影像17。影像处理程序151将二相继撷取的背景影像17压缩并灰阶化,根据灰阶值差异分别产生一背景灰阶区域BGL(BGL’)以及一物件灰阶区域OGL(OGL’)。同时,如图5所示,影像处理程序151将背景影像17切割成多个方块影像。其中,压缩并灰阶化的程序是为了降低数据量以加快后续运算效率。接下来,如图5A所示,将二相继撷取的背景影像17相叠,并将其二背景影像17单位方块影像的灰阶值相减,藉此求出一灰阶变化区域VR。根据灰阶变化区域VR可定义一对应点P1。最后,转向判断程序152将一六等分角度图F套用在背景影像17。将对应点P1比对六等分角度图F的等分角度线,可判断出大略的转向。
在本发明第二较佳实施例中,影像撷取单元13有一影像撷取有效张角θ,有效张角θ可切割为多个等份以利于后续判断。影像撷取单元13撷取背景影像17时,在影像撷取有效张角θ的限制下产生一影像撷取范围R。其中,影像撷取范围R延续影像撷取有效张角θ的等分线,并包含背景物件18。接着,可将二相继撷取的背景影像17相叠,根据背景物件18在第一时间点的位置定义一定位点P,根据背景物件18在第二时间点的位置定义一参考点P’,其中,定位点P和参考点P’的位移向量即可定义为一偏移方向D。将偏移方向D比对影像撷取有效张角θ的等分线,可判断出大略的转向。
接着,为了进一步推广本发明所揭露的技术,以下将进一步将本发明较佳的第一实施例与第二实施例所揭露的技术汇整为一简易流程图,以便在所属技术领域中具有通常知识的普通技术人员更容易记忆。
请参阅图9所示,是本发明第一较佳实施例的简易流程图,并请同时参阅图2。在实现本发明的技术时,必须先开启GPS导航系统终端装置1,以进入GPS导航系统100(步骤110)。接着,信号接收单元16接收遵守NMEA0183通信协议的GPS定位信号S1,藉以取得其载送的GPS定位资讯122(步骤120)。此时,GPS导航系统终端装置1会判断信号接收单元16是否能有效接收GPS定位信号S1(步骤130)?若否,则GPS导航系统终端装置1会自动开启影像撷取单元13(步骤140),然后将沿弯曲路径行进时的道路背景撷取为多个背景影像17(步骤150)。
接下来,该些背景影像17传送至处理模块11中的影像运算模块15。其中,影像运算模块15的影像处理程序151将该些背景影像压缩为较小的档案(步骤160),并将其灰阶化,以缩减其数据量(步骤170)。然后将连续二背景影像切割成多个方块影像,将对应方块影像叠合相减藉以定义至少一对应点(步骤180);转向判断程序152将移动方向切成六等份,产生一角度图套用在背景影像上加以比对(步骤190),通过比对该对应点的偏移方向D产生转向判断资讯(步骤210),最后将判断结果显示于导航画面141上(步骤220)。
接着,请参阅图10所示,是本发明第二较佳实施例的简易流程图,并请同时参阅图2。在本发明第二较佳实施例中,必须先开启GPS导航系统终端装置1,以进入GPS导航系统100(步骤310)。接着,信号接收单元16接收遵守NMEA0183通信协议的GPS定位信号S1,藉以取得其载送的GPS定位资讯122(步骤320)。此时,GPS导航系统终端装置1会判断信号接收单元16是否能有效接收GPS定位信号S1(步骤330)?若否,则GPS导航系统终端装置1会自动开启影像撷取单元13(步骤340)。
然后,可利用影像撷取单元13撷取背景影像17(步骤350),此时,转向判断程序152会运用图样匹配(pattern matching)与交错关联性(crosscorrelation)的原理,在背景影像17中辨识一背景物件18作为一定位点P(步骤360)。在定义出定位点P后,可锁定其背景物件18,在撷取于其背景影像17之后的下一张背景影像17,辨识出同一背景物件18作为一参考点P’(步骤370)。
较佳的,转向判断程序152可将影像有效撷取张角θ切成六等份并据此分割背景影像17(步骤380),通过比对定位点P和参考点P’的偏移方向D和背景影像17的分割线(未标示)产生转向判断资讯(步骤390),最后,可将判断结果显示于导航画面141上(步骤400)。
在所属技术领域中具有通常知识的普通技术人员皆能够轻易理解,相比较于现有习知的GPS导航系统,由于在本发明中,GPS导航系统终端装置1包含一影像撷取单元13和一影像运算模块15,故可藉由道路实景的撷取加以判断出驾驶人的转向资讯,藉以有效解决受遮蔽物300等外物影响而导致GPS导航中断的问题。即使驾驶人处于气候不佳、上空有遮蔽物或GPS导航故障等问题时,经由辅助导航模式的切换,将本发明求得的转向判断结果结合GPS导航系统终端装置1中预先储存的地图资讯,驾驶人仍可持续取得自身定位与移动方向,藉以提升导航精确率并确保行车安全。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (11)
1.一种GPS导航系统终端装置,其特征在于其是在沿一弯曲路径行进,且无法有效接收一全球卫星定位系统的定位资讯时,持续提供一导航画面以持续导航,该GPS导航系统终端装置包含:
一存储单元,预先储存至少一地图资讯;
一影像撷取单元,撷取该GPS导航系统终端装置沿该弯曲路径行进时的多个背景影像;以及
一处理模块,电性连接于该存储单元与该影像撷取单元,藉以依据该地图资讯与该些背景影像判断出一转向,据以产生一转向判断资讯,并依据该转向判断资讯提供该导航画面;
其中,该处理模块包含一影像运算模块,该影像运算模块包含一影像处理程序;该影像撷取单元是连续撷取道路背景为该些背景影像,该影像处理程序将二相继撷取的该背景影像压缩并灰阶化,根据灰阶值差异分别产生一背景灰阶区域以及一物件灰阶区域;同时,该影像处理程序将该背景影像切割成多个方块影像。
2.根据权利要求1所述的GPS导航系统终端装置,其特征在于其中所述的影像运算模块用以根据该些背景影像判断出该转向,并产生该转向判断资讯。
3.根据权利要求2所述的GPS导航系统终端装置,其特征在于其中所述的影像运算模块包含一转向判断程序。
4.根据权利要求1所述的GPS导航系统终端装置,其特征在于其中所述的影像撷取单元包括一电荷耦合装置。
5.根据权利要求1所述的GPS导航系统终端装置,其特征在于其中所述的全球卫星定位系统的定位资讯是通过一满足国际航运电子协会第0183号通信协议的信号加以传递。
6.根据权利要求1所述的GPS导航系统终端装置,其特征在于更包含一显示单元,藉以接收该转向判断资讯并呈现该导航画面。
7.一种辅助导航的转向判断方法,其特征在于其是在沿一弯曲路径行进,且无法有效接收一全球卫星定位系统的定位资讯时,持续提供一导航画面以持续导航,该方法包含下列步骤:
(a)预先储存至少一地图资讯;
(b)撷取一GPS导航系统终端装置沿该弯曲路径行进时的多个背景影像;
(c)依据该地图资讯与该些背景影像判断出一转向,据以产生一转向判断资讯;以及
(d)依据该转向判断资讯产生该导航画面;
其中该步骤(c)更包含以下步骤:
(c0)压缩该些背景影像;
(c1)将该些背景影像灰阶化;及
(c2)将该些背景影像切割成多个方块影像;
其中,该些背景影像是连续撷取的道路背景,步骤(c0)及(c1)是将二相继撷取的该背景影像压缩并灰阶化,以根据灰阶值差异分别产生一背景灰阶区域以及一物件灰阶区域。
8.根据权利要求7所述的一种辅助导航的转向判断方法,其特征在于其中所述的步骤(c)更包含步骤(c3),其是在其中二相继撷取的该些背景影像中,将各对应的方块影像的灰阶值相减,据以定义至少一对应点。
9.根据权利要求8所述的一种辅助导航的转向判断方法,其特征在于其中所述的步骤(c)更包含步骤(c4),其是判断该对应点的一偏移方向,据以产生该转向判断资讯。
10.根据权利要求7所述的一种辅助导航的转向判断方法,其特征在于其中所述的步骤(c)更包含步骤(c5),其是从其中二相继撷取的该些背景影像中辨识一背景物件,以分别根据该背景物件在第一时间点的位置定义一定位点,及根据该背景物件在第二时间点的位置定义一参考点。
11.根据权利要求10所述的一种辅助导航的转向判断方法,其特征在于其中所述的步骤(c)更包含一步骤(c6),其是判断该定位点与该参考点的一偏移方向,据以产生该转向判断资讯。
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