CN102692232A - 数字地图中的路标 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于管理导航数据库中的路标的方法,包括将路标的文本和/或符号存储在导航数据库中,并且将路标的背景存储在导航数据库中,与文本和/或符号无关。
Description
技术领域
本发明涉及表示城镇和景观的数字地图,可被导航系统用于进行路线导向,并且尤其地,涉及对路标的管理和显示。
背景技术
导航系统的应用,尤其在例如汽车的车辆中对导航系统的应用变得日益盛行。通常车载的导航计算机系统分析由GPS(全球定位系统)、运动传感器(例如ABS车轮传感器)和数字地图提供的组合数据,从而以较高的准确度确定车辆的实际位置和速度。
已知的导航系统典型地使用电子数字地图,表示例如街道、建筑物和河流的地物特征,并且使用诸如高密度磁盘或者数字视频磁盘的介质来存储关于地物特征的数据。在进行地图匹配之后,在该数字地图中指示出使用者的实际位置。通过声学和/或视觉化的信息,使用者被导向到预定目的地。
一些导航系统能够显示详细的数字地图,该详细的数字地图指示到达目的地的路线、在不同位置处(如交叉点,以及像例如加油站或餐厅的不同种类的兴趣点)采用的策略(manoeuvre),和地标。当车辆改变位置时,或者在所显示的图像上的车辆位置标记改变,或者数字地图滚动而车辆位置标记固定在预定位置。
更精致的导航系统提供了例如导向路线上的交叉点(在该交叉点处驾驶员应该转向)的放大视图,以便帮助驾驶员更准确地识别到达预定目的地采用的路线。所显示的图像代表了从驾驶员的角度看到的简化合成视图。然而,2维图像表示可能使驾驶员困惑,尤其是,如果道路在不同高度水平上相交或者在道路彼此很接近的旋转式转弯中相交。本文中,术语“道路”和“街道”以可互换的方式使用。
近来,已开发出各种导航系统,能够提供用于将地理数据库的数据转换成3维透视图的算法,原则上,该3维透视图更容易被多数驾驶员理解。精致的系统允许根据车辆接近的路口的复杂度以相对于道路的不同角度显示该路口。本文中,术语“路口”和“交叉点”以可互换的方式使用。
为了提供导航功能,导航系统使用一个或多个详细的数据库,包括代表地理区域的实体特征的数据。采用的导航数据库可以包括主要图像文件,其包括位图图像,这些位图图像包括例如道路几何路标、地标、地平线等位图。该数据库可以包括主要图像文件,其包括位图图像和/或矢量图形,这些位图图像和/或矢量图形包括例如道路几何路标、地标、地平线等的位图。
在为了导航目的所使用的数字地图中特别重要的是地标,即,给出导向信息的标杆。路标包括显示去往城市的方向和其他信息的相对大的标记、具有对例如工业区、足球场、机场等的设施的图形表示形式的路标图标、指示道路、高速路等的编号的道路编号图标、指示在交叉路口(交叉点)道路支路的道路编号的出口编号图标。在实际环境中,在交叉点,尤其是高速公路的交叉点可找到这些路标。
由于路标向数字地图的使用者提供了许多信息,其会耗费大量的运算资源。在数字地图和电子辅助导航的背景上对路标的存储、管理和显示是一项工作量很大的任务,尤其是,对于在例如交通工具导航系统的运算资源有限的嵌入式系统中实现。但是,为了能够以及时的方式决定将要采取的转弯、将要改变的方向等,在实时导航中对路标的正确显示对于导航系统的使用者来说是很重要的。
因此,目前具有在用于路线导向的数字地图中改进对路标的管理的需求。
发明内容
本发明解决了以上提及的需求,并且提供了用于管理导航数据库中的路标的方法,包括:
将路标的文本和/或符号(的数据)存储在导航数据库中;和
将该路标的背景(的数据)与文本和/或符号(的数据)无关地存储在导航数据库中。
因此,依据本发明,与现有技术不同的是,路标的背景与该路标的信息内容无关地被存储。从而,可降低在特定存储器位置处关于特定路标的内存要求。路标是实际环境中的标记,例如,被定位在高速公路交叉路口处(尤其是,德国联邦公路(Bundesstrassen)与高速公路(Autobahnnen)的交叉路口),并且指示去往城市、和像工业区、足球场、机场等设施的方向、道路、高速公路的编号,等,和/或在交叉路口(交叉点)处分支道路的道路编号。
附图说明
图1说明了依据本发明可生成和显示的用于数字地图的路标。
具体实施方式
图1说明了依据本发明可生成和显示的用于数字地图的路标。该路标包括文本和符号(图标)以及该路标的背景1。尤其是,依据所示出的示例,路标包括指示城市名称的路标文本2,沿着设置有该路标的高速公路可到达这些城市。该路标还包括箭头标记3,指示了去往路标文本2指明的城市的方向。而且,该路标包括指示工业区的路标图标4、道路编号图标5,和出口编号图标6。道路编号图标5指示了道路的编号,在所示出的示例中,该道路为德国高速公路(German Autobahn)。出口编号图标6指示离开道路的出口的编号,在所示出的示例中,该道路为德国高速公路。所有这些元素可被分别地存储在导航数据库中。尤其是,依据本发明,不含任何文本或图标的背景1,即背景,以所要求的尺寸,例如PNG格式,被存储。
PNG(可移植的网络图象Portable Network Graphic)格式被设计成替代旧的且较简单的GIF格式,并且,在某种程度上,替代更为复杂的TIFF格式。然而,除了PNG以外,GIF和TIFF格式可被用于本发明的实施例中。对于图像编辑,PNG为存储编辑的中间阶段提供了有用的格式。PNG格式中的压缩是完全无损的。PNG支持多达48位真彩色或16位灰度,并且因而不同于例如JPEG格式,PNG的保存、恢复和重新保存图像将不会降低图像的质量。如同GIF和TIFF那样,PNG是点阵(raster)格式,并且将图像表示为彩色点或像素的二维阵列。
PNG支持三种主要的图像类型:真彩色、灰度和基于调色板。PNG支持三种主要类型的完整性检查,以帮助避免关于文件传送等情况的问题。第一种且最简单的类型是在每个PNG图像的开始处进行八字节魔法签名(magic signature)。第二种完整性检查是熟知的32位循环冗余校验。第三种完整性检查仅适用于图像数据块并且在原理上类似于循环冗余校验。
PNG图像文件中包括的图标可以是二维或三维的图标。例如,这些图标可以是矢量图形。基于所记录的建筑物等的图像,可将三维模型合成为矢量图形。优选地,这样合成的模型具有适合交通工具导航系统的有限计算机资源的数据格式和算法。由于矢量图形是基于数学函数的,可以根据相对少量的必须存储的数据点中计算矢量图形。每个矢量图形的数据不得不在矢量数据库中存储一次。然而,即使使用了矢量图形而不是传统的位图,对于运算资源的需求仍然是相当高的。
当要在数字地图中显示路标时,从存储有文本和图标元素以及该路标1的背景的数据库中将它们取出,并且然后,基于取出的文本和/或符号以及取出的路标背景,在数字地图中显示该路标,即,通过对取出的背景和文本和/或符号进行编译,并且将其显示成路标的形式,由所存储的数据生成该路标。
本方法可进一步包括将文本和/或符号与路标的背景之间的参考关系(reference)存储在导航数据库中。该参考关系表示了路标的文本或符号元素与该路标的背景之间的(数据)链接。该参考关系允许构成路标以便显示同一个路标,而不需要通过在线计算为特定的路标确定适当的路标背景。依据该示例,适宜的路标背景预先与文本和/或符号元素关联起来,从而避免了在线计算过程中错误分配的风险。
本方法可进一步包括对链接以下内容的参考关系(参考关系数据)进行存储:
a)背景和/或文本和/或符号,以及
b)在数字地图中的位置,尤其是坐标值。
通过该参考关系,定义出路标的位置。当将要在数字地图中显示该路标时,基于取出的参考关系(数据)来设定该路标的位置。
以上所描述的示例可进一步包括:
从导航数据库中取出文本和/或符号;
从该导航数据库中取出该路标的背景;以及
基于取出的文本和/或符号以及取出的路标的背景,在数字地图中显示该路标。
数字地图的其它数据(街道、道路、地志学、建筑物,等)也被存储在该导航数据库中,并且从其中被取出用于显示。
依据实施例,路标的背景是一种示出透明的、半透明的或不透明的平面,或者透明的、半透明的或不透明的三维物体的图形对象。该平面或者物体可以是彩色的或者非彩色的。因此,可对具有适宜背景的多种不同路标进行编译。
而且,提供了一种用于在具有显示装置的导航系统,尤其是,交通工具导航系统中实现路线导向的方法,其包括:
从导航数据库中取出文本和/或符号;
从该导航数据库中取出该路标的背景;
基于所取出的文本和/或符号以及所取出的该路标的背景,在数字地图中显示该路标;以及
向该导航系统的使用者提供导向信息。
在以上描述的示例中,在其中显示路标的数字地图可以是三维地图。该路标本身可以是二维或三维路标。尤其是,该路标可显示在交叉点,尤其在三维交叉点的示图中。
尤其是,本发明可在配置成显示详细的三维动画的交叉点示图的导航系统中实现。在这种情况下,当其中安装有导航系统的车辆接近交叉点时,对相应的交叉点的表示由交叉点示图数据库提供,该交叉点示图数据库包括例如与存储动画数据的动画数据库的参考关系。该动画数据由数据单位构成,这些数据单位可包括位图和/或矢量图形和/或图元文件(metafile),即,组合的位图和矢量图形。
动画数据包括单个静止图像的临时序列。动画播放的速度取决于车辆的位置和速度。动画数据显示了接近的交叉点(即,多个车道、斜坡、分支和十字路口等)的透视图。另外,动画数据可以包括如桥梁和行政办公楼的地形对象,也可以包括代表城镇、乡村或工业区环境或者山区风景的路标和环境视图。
导航系统的交叉点视图计算单元访问动画数据库,以获取实际相关的动画交叉点视图数据。备选地,该交叉点视图计算单元从动画数据库和/或交叉点视图数据库和/或地图数据库提供的标准图像中生成动画数据。
动画数据可适用于音频视频交错格式(AVI)。在此情况下,AVI数据被提供给导航系统的AVI播放器。动画在交叉点之前和之后的明确定义的位置开始和结束。利用由准确确定车辆实际位置的位置系统提供的数据来同步AVI播放器是非常可取的。因此,运行时间与驾驶距离同步,并且可以保证在导航系统的显示装置上,与车辆的实际位置同步地显示合成动画交叉点视图。本发明中涉及的图标可以表示动画交叉点视图的任何这样的元素。
原则上,本发明可以针对任何种类的数字地图实施。该数字地图可以被用于行人的导航系统或交通工具导航系统,例如安装在飞行器、船舶或汽车中的导航系统。
而且,还提供了一种计算机程序产品,包括一个或更多个具有计算机可执行指令的计算机可读媒介,用于执行依据以上描述的其中一个示例的方法的步骤。
以上提及的需求还通过导航数据库来解决;该导航数据库包括
数字地图数据;
在该导航数据库中的路标的文本和/或符号的数据;以及
在该导航数据库中,并且与文本和/或符号数据无关地存储的该路标的背景数据;以及
a)该路标的文本和/或符号的数据与b)该路标的背景之间的数据参考关系。
然后,本文中提供了导航系统,尤其是交通工具导航系统,包括:
以上提及的导航数据库;以及
显示装置,配置成基于导航数据库的数据显示数字地图,使得该地图包括路标,该路标具有文本和/或符号以及该路标的背景。
依据一个实施例,在导航系统中,数字地图是三维地图,并且/或者,路标是二维或三维的路标。
而且,在呈现数字地图的技术领域中,对所显示的作为路标的复杂符号进行适当地定位是个问题。因此,可能期望确定要显示图标的并且不发生与图标重叠的地图元素的一部分,或者,确定在数字地图中不发生与图标重叠的地图元素附近的部分。然后,确定该路标在该数字地图中的位置,使得不发生与该路标重叠的地图元素部分和/或在数字地图中不发生与该路标重叠的地图元素附近的部分没有被路标完全覆盖。
在这种上下文中,地图元素是代表某些实体对象(例如建筑物、道路、山脉、河流、湖泊等)的地图的图形元素。由于依照这个示例,确定将不发生与该路标重叠的地图元素的部分和/或不发生与该路标重叠在数字地图中的地图元素附近的部分,因此能够可靠地避免路标部分重叠并因而遮掩地图元素的一部分的情况。因此,例如,在二维或三维视图中交叉点可以以允许用户完全看见全部相关部分的方式显示。
将不发生与路标重叠的地图元素的部分和/或不发生与该路标重叠的在数字地图中邻近地图元素的部分,可以基于为该数字地图提供的坐标来确定。因此,可以准确确定路标的位置。因此,可以确定该地图元素的点的坐标值,并且可基于已确定的坐标值确定不发生与该路标重叠的地图元素的部分和/或数字地图中不发生与该路标重叠的地图元素附近的部分。这些坐标值可以被存储在导航系统的数据库中。
依据示例,不发生与该路标重叠的地图元素的部分和/或不发生与该路标重叠的数字地图中邻近地图元素的部分,尤其可以依据具有确定的坐标值的坐标附近定义的半径范围来确定。例如,其可以被确定为该地图元素的中心点的坐标周围的半径范围。关于这些坐标的坐标值的信息也被存储在导航系统的数据库中。
事实上,本文进一步提供了一种用于显示导航数据库中的路标的方法,其包括:
将路标的文本和/或符号存储到导航数据库中;以及
将该路标的背景与文本和/或符号无关地存储在导航数据库中;
从导航数据库中取出文本和/或符号;
从导航数据库中取出路标的背景;以及
基于取出的文本和/或符号,以及取出的该路标的背景,在数字地图中显示路标,
该方法进一步包括:
确定不应定位路标的数字地图的地图元素的一部分,和/或,不应定位路标的在数字地图中的地图元素附近的一部分;并且
其中,该路标被显示成,使得不应定位路标的地图元素的部分,和/或,不应定位路标的在数字地图中的地图元素附近的一部分,不会被路标覆盖。
然后,提供了一种用于在具有显示装置的导航系统,尤其是,交通工具导航系统中实施路线导向的方法,其包括依据以上提及的示例的方法的步骤,以及,向该导航系统的使用者额外地提供导向信息。从而,可以保证对包括一些符号和背景的路标进行精确定位,正如以上所描述的。
在本发明中使用的数字地图可包括基本为二维表示的整个街道网络。在这样的地图中,街道的高度信息仅作为特定街道相对于交叉街道矢量的相对高度的信息被给出,以便使得能够就空间深度而论以适当的阶数进行表示。备选地,在本发明中所使用的数字地图可基于地形模型,即三维模型,例如通过激光扫描获得的数字模型生成。
大量的地志学地形模型由官方机构和商业供应者提供。原理上,数字地形模型是包括间隔开规则的或不规则的水平间隔的地面位置的地势海拔高度的数字文件。数字地势产品可在生成显示在选定点之间的地形斜坡、斜坡方向和地形轮廓(profile)的三维数字地图中被使用。
此外,在这种应用中要面对的事实是路标的几何形状是不定的。尤其是,路标的几何形状并不限于传统的矩形形状,而是,这些路标的几何形状可被调整成使得其适合于提供有路标的地图元素,或者适合于所显示的路标附近的地图元素。这种特征可不仅在三维地图视图的背景下特别有用,而且在任何二维数字地图呈现的背景下也具有优势。
因此,可将路标分配给地图元素,例如,车道、街道或交叉点的部分,并且,基于存储的坐标值可在数字地图中显示该地图元素以及路标,使得该路标被调整成适合该地图元素的几何形式。稍稍更加详细地,考虑通过样条(spline)来表示地图元素(例如车道、街道或交叉点的部分)的情况,这种表示所使用的顶点也可被用于对路标进行定位。通常,该地图元素可通过点(坐标)或矢量的列表定义,该点(坐标)或矢量可用于定位路标,使得路标可以这样一种方式被显示,即,使得其形状(几何形式)适应所显示的地图元素的形状(几何形式)。
当例如使用m-1个顶点(结点(knot))ti,i=0,...,m,来表示地图元素时,这些顶点与数字地图中的坐标(xi,yi)(或者三维数字地图的情况下的(xi,yi,zi))相关联。用于对路标进行定位的坐标可由为样条使用的顶点坐标推导出。据此,与为地图元素的样条表示使用的顶点中的一些相对应(推导出)的坐标可被用于表示该路标。例如,可选出一些顶点,且相对于这些顶点坐标稍微移位的坐标(xi+dx,yi+dy),dx和dy为常数,可被存储以用于生成路标,例如,生成一个或多个样条,通过该样条可生成路标。从而,由背景和字符和/或符号和/或图标构成的,基本上全部沿着该地图元素的几何外形(曲线)或外轮廓线分布的路标可被显示在数字地图中,以便以意义明确的方式引导使用者,而不会遮盖对于路线导向有用的地图元素部分,并且依靠这些路标可清楚地指示出该路线。
地图元素可被表示成具有相同次数和光滑度的B样条(基本样条)的线性组合。例如,可采用(三次)Catmull-Rom样条。依据另一个实施例,可通过熟知的(Cox)de Boor算法来计算B-样条的值。对于已给定的m-1个顶点(结点)ti,i=0,...,m,的非递减序列,n次的B-样条是一条参数曲线(parametric curve),其包括
其中,Pi是控制点,并且bi,n是通过以下递归式定义的基函数(basisfunction)
该曲线被完全地包含在其控制点的凸包(convex hull)中,假设这些基函数全部具有相同的符号(其通常被选为正的)。当这些结点是等距的时,B样条被称为均匀B样条。这些基函数bi,n确定了控制点Pi对该曲线的影响有多强。形成所提供的数字地形模型的点阵点子集的存储点阵点,可例如直接作为控制点Pi使用。备选地,这些点阵点到三维B样条表面(补丁(patch))的对应点的距离可被最小化。
附带地,当结点个数等于B样条的次数时,后者代表贝塞尔(Bezier)曲线。可在本发明的方法中使用的B样条的示例包括常数B样条(最简单的样条),其将bi,n选择为bi,0,并且该线性B样条具有
然而,常数的且线性的B样条更为简单,通过均匀的二次和均匀的三次B样条,可获得更加令人满意的插值(interpolation)。对于曲线C的第i+1段,可以通过下式以矩阵形式计算均匀的二次样条:
以及通过下式计算均匀三次样条:
利用顶点(结点)生成这些样条,并且,存储了坐标值,与这些顶点坐标的坐标值相对应。这意味着,依据示例,所存储的并非顶点本身的坐标值,而是基于这些坐标值确定出的不同的坐标值,用于适当的定位以及生成/显示路标。例如,如果坐标为(x1,y1)、(x2,y2),和(x3,y3)的三个顶点被用于绘制将配备有路标的地图元素,则坐标(x1+dx,y1+dy)、(x2+dx,y2+dy),和(x3+dx,y3+dy)可用于对该坐标进行定位,其中dx和dy是常数,这些顶点的坐标值被移位了这两个常数的距离。因此尤其地,所显示的路标可适应地图元素的几何形状。但是,坐标(x1,y1)、(x2,y2),和(x3,y3)本身也可被存储起来,并且之后被取出用于对路标进行定位的处理。
因此,依据本发明的示例,具有存储在导航数据库中的路标的文本和/或符号并具有与该文本和/或符号无关地存储的该路标的背景的路标,可被显示成使得其不会不利地覆盖数字地图的地图元素的预定部分或者整个地图元素,并且,额外地或备选地,使得该路标呈现的几何形状适合于地图元素的几何形状。
Claims (14)
1.一种用于管理导航数据库中的路标的方法,包括:
将路标的文本和符号存储在所述导航数据库中;以及
将所述路标的背景存储在所述导航数据库中,与所述文本和所述符号无关;并且其中
所述路标的所述背景为三维体。
2.如权利要求1所述的方法,其中,所述文本包括城市的名称,和/或所述符号包括道路编号图标、路标图标和出口编号图标中的一个。
3.如前述权利要求中的任一项所述的方法,进一步包括将所述文本和/或所述符号与所述路标的所述背景之间的参考关系存储在所述导航数据库中。
4.如前述权利要求中的任一项所述的方法,进一步包括存储参考关系,用于关联:
a)所述背景和/或所述文本和/或所述符号,以及
b)在数字地图中的位置,特别是坐标值。
5.如前述权利要求中的任一项所述的方法,进一步包括
从所述导航数据库中取出所述文本和/或所述符号;
从所述导航数据库中取出所述路标的所述背景;以及
基于所取出的文本和/或符号以及所取出的所述路标的背景,将所述路标显示在数字地图上。
6.一种用于在具有显示装置的导航系统,特别是交通工具导航系统中实现的路线导向的方法,包括如权利要求5所述的方法的步骤,和向所述导航系统的使用者提供导向信息。
7.如权利要求4、5或6中的任一项所述的方法,其中,所述数字地图是三维地图。
8.一种计算机程序产品,包括一个或多个计算机可读介质,所述计算机可读介质具有计算机可执行指令,用于执行如前述权利要求中的任一项所述的方法的步骤。
9.一种导航数据库,包括
数字地图数据;
在所述导航数据库中的三维路标的文本和符号的数据;以及
在所述导航数据库中的所述路标的背景的数据,其被存储,与所述文本和所述符号的所述数据无关;以及
a)所述路标的所述文本和所述符号的所述数据与b)该路标的所述背景之间参考关系的数据。
10.一种导航系统,尤其是交通工具导航系统,包括
如权利要求9所述的导航数据库;以及
显示装置,配置成基于所述导航数据库的数据显示数字地图,使得所述地图包括具有文本和/或符号的路标以及该路标的背景。
11.如权利要求10所述的导航系统,其中,所述数字地图是三维地图。
12.用于显示导航数据库中的路标的方法,包括
将路标的文本和/或符号存储在所述导航数据库中;以及
将所述路标的背景存储在所述导航数据库中,与所述文本和/或所述符号无关;
从所述导航数据库中取出所述文本和/或所述符号;
从所述导航数据库中取出所述路标的所述背景;以及
基于所取出的文本和/或符号以及所取出的所述路标的背景,将所述路标显示在数字地图中,
进一步包括
确定不应定位路标的所述数字地图的地图元素的一部分,和/或,不应定位路标的在所述数字地图中的所述地图元素附近的一部分;并且
其中,所述路标被显示成,使得该路标不覆盖不应定位路标的该地图元素的部分,和/或,不应定位图标的在数字地图中所述地图元素附近的所述部分。
13.一种用于在具有显示装置的导航系统,尤其是交通工具导航系统中实现路线导向的方法,包括如权利要求12所述的方法的步骤,和向所述导航系统的使用者提供导向信息。
14.一种包括导航数据库的导航系统,包括:
数字地图的数据;
路标的文本和/或符号的数据;以及
所述路标的背景的数据,其与所述文本和/或所述符号的所述数据无关地被存储;以及
a)所述路标的所述文本和/或所述符号的所述数据与b)所述路标的所述背景之间参考关系的数据;
显示装置,配置成,基于所述导航数据库的数据显示数字地图,使得所述地图包括具有文本和/或符号的路标以及该路标的背景;以及
处理装置,配置成,显示所述路标,使得所述数字地图的地图元素的预定部分不被遮盖,并且/或者,使得所述路标的几何形状适合于所述地图元素的几何形状。
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