CN105606107A - 用数字地图资料来校准所获取的位置的技术 - Google Patents

Abstract

提供一种计算机执行的、用数字地图的至少一个道路部段来校准在运动过程中连续获取的地理位置的方法。该技术的方法方案包括以下步骤：获取当前位置；产生数学表达，该数学表达描述在获取位置附近的数字地图的至少一个道路部段的曲线走向；确定对应于所获取的位置的、在数学表达上的位置；投影在该数学表达上确定的位置到所述至少一个道路部段上以确定对应于所获取的位置的、在该数字地图上的位置。还提供用数字地图来校准在运动过程中连续获取的地理位置的装置和计算机程序产品。

Description

用数字地图资料来校准所获取的位置的技术

技术领域

本公开内容总体涉及用所提供的数字地图资料来校准所获取的地理位置。本公开内容尤其涉及用数字地图的道路部段来校准连续获取的地理位置的技术。

背景技术

在终端机(如导航仪或智能手机)上提供数字地图，以描绘真实的道路网。道路网在此可以是指选定地理区域(如城市、城市区域、人口稠密区域、行政区、地区、乡村、大陆)的所有可供行驶或可供行走的道路总和。

为了将描绘道路网所需的数据量限制到存储器和处理器资源有限的终端机可接受的程度，道路网在数字化时通常在道路形状和交叉路口形状显示方面得以简化。例如道路或路段的曲线走向可借助少量形状点(shapepoints)非常近似地描绘。每个形状点此时代表在数字地图中的道路的地理位置。在相邻形状点之间的道路走向可通过线性内插来描述。

在终端机中，数字地图一般结合借助终端机位置传感器实际获取的位置一起显示。通过这种方式，终端机使用者可随时在地图上看到实际位置和可能的位置变化。因此，使用者例如可以从地图上知晓他恰好处于哪个路段以及其周围有哪些道路。

在描绘所获取的位置时存在以下问题，车辆或使用者的借助位置传感器获取的沿道路的地理位置常常与存储在数字地图上的道路位置不一致。这种偏差的一个原因可能在于数字地图简化描绘道路网。但也可能出现路段被不精确或甚至错误地数字化。但是，在所获取的位置与数字地图上的道路描绘之间的差异也可能由不精确的位置确定造成(如源于借助GPS信号位置确定时的遮蔽效应)。

为了获得所获取的位置与数字地图之间的一致，此时采用下列比对方法：采用在数字地图中描绘的道路来校准所获取的位置。“用数字地图的道路校准所获取的位置”在导航领域中称为“地图匹配”。

通常，在校准所获取的位置时选择“距所获取的位置最近”的道路或路段。这种校准方法的缺点是所获取的位置简单地依据相邻道路、而不是依据实际行驶道路描绘在地图中。这尤其可能出现在交叉路口附近，通常在这里多条道路紧密并排。

如果除了位置还提供关于运动方向的信息，则在校准时也可考虑运动方向，在这里，所获取的位置对应于一个在地图中邻近的路段，该路段基于其曲线形状而最佳对应于该运动方向。方向信息的采用对于“道路网形状只以粗略分辨率数字化”的地图尤其不利。在这种情况下，数字地图所展示的曲线走向总是可能偏离道路的实际曲线走向，由此一来，所获取的位置恰好在偏离范围内不一致且有误地对应于数字化的路段。

在每秒多次图像更新(高达20帧/秒)的现代终端机中，即使是与数字地图的较小匹配问题也会让人很困扰。当车辆或使用者沿道路连续(即以恒速和恒定角速度)前进时，颠簸运动或甚至位置显示突变造成在数字地图上不均匀匹配的位置。这尤其能在圆直径小(因而大曲率)的环岛交通中看到。在这里通常能看到在数字地图上的位置显示的跳动或甚至暂时停顿，接着是位置显示从环岛交通的一个道路尽头跳到另一个道路尽头，虽然车辆或使用者只是持续前行。对于想要密切关注在终端机屏幕上的运动走向以更好定向的使用者来说，这种猛然运动或跳动让人烦躁和困扰。

发明内容

提出一种用于用数字地图资料校准所获取的位置的改善技术。

为了完成该任务，规定一种计算机执行的用于用数字地图的至少一个道路部段来校准在运动中连续获取的地理位置的方法。该方法包括以下步骤：获取当前地理位置；产生数学表达，其表述靠近所获取的位置的数字地图的至少一个道路部段的曲线走向；确定在该数学表达上对应于该获取位置的位置；将在数学表达上确定的位置投影到至少一个道路部段，以确定该数字地图上的对应于该获取位置的位置。

数字地图可以完全描绘一个地理区域(例如城市、密集区、地区或乡村)的至少一个道路网。道路网可以是指该地区的所有(以机动车、自行车等)可供行驶和/或可供行走的道路(路径)的总和。数字地图的道路网例如借助数字节点数据(或简称节点)和数字道路棱边数据(或简称道路棱边)来完全描绘。以下，术语“道路棱边数据”和“节点数据”归属于术语“数字地图数据”。数字地图数据能在地图数据库中被排组和存储。

所述节点可以被用于描绘交叉路口。每个节点对应于一个地理位置信息(即地理宽度、地理长度和可选的地理高度的与全球坐标系或局域坐标系相关的说明)和用于说明路口类型、路口形状、路口几何形状等的属性数据。道路棱边一般被考虑用于描绘在相应两个相邻节点之间的路段。每个道路棱边能对应于以下属性数据，其例如明确说明道路类型、车道数量、沿路段的行进方向和/或其它道路特性。每个道路棱边还可以对应于多个形状点(也常被称为“shapepoints”)，其描绘道路棱边的曲线走向。具体说，路段的曲线走向(即曲率)通过一系列形状点在数字地图中描绘出，其中，每个形状点包括一个位置信息(地理宽度、长度和/或高度)，其说明每个形状点的与(全球或局域)地理坐标系相关的位置。相邻形状点之间的道路走向可以通过线性内插(简化)来表示。显然，越多形状点存储在地图数据库中以便使用曲线走向，那么在数字地图中的道路或路段的曲线走向就被描绘得越精确。

道路部段可以由一个或多个道路棱边构成。因此，它能代表路段或道路。

一个或多个道路部段的数学(例如分析或函数)表达的产生可以依据数字地图数据来进行。当产生数学表达时，例如可以采用描绘至少一个道路的曲线走向的形状点。作为其补充或替代，在产生数学表达时能采用针对该至少一个道路部段所提供的属性数据。

依据数字地图数据的至少一个道路部段的数学表达可以在执行校准方法时动态(on-the-fly)产生。可以提供“动态”产生的数学表达，以便将所获取的位置绘制到数字地图上。但数学表达因为大多分辨率低且输出至屏幕的速度低而在大多数应用场合中无法直接在屏幕上被展示以显示所获取的位置。例如动态产生的数学表达可以由驾驶员辅助系统(如高级驾驶员辅助系统ADAS)来采用。通过动态产生，在某些应用场合不必在道路地图中存储道路部段或道路棱边的数学表述，由此节省了存储器空间。

“产生用于至少一个道路部段的曲线走向的数学表达的步骤”可以包括依据配属于至少一个道路部段的数字地图数据产生至少一个道路部段的曲线走向的参数化。该参数化可以依据存储于数字地图数据中的且配属于至少一个道路部段的形状点来进行。例如可以如此产生该参数化，它近似计算或内插一系列形状点。曲线走向参数化可以借助仿样函数(例如二次幂或立方的B仿样函数)、回旋曲线、环形轨迹、椭圆轨迹、Bézier曲线或其它曲线来进行。总之，如此选择参数化，即它尽量平滑地描绘该道路部段的曲线走向(即无道路棱边或非连续过渡)。

“确定对应于所获取的位置的、在数学表达上的位置的步骤”可以依据所获取的位置和/或所获取的运动方向(例如动态地)来进行。根据一个变型，“确定对应于所获取的位置的、在数学表达上的位置的步骤”可以包括至少一个以下的子步骤：产生经过所获取的位置的且垂直于数学表达的第一投影直线；确定第一投影直线与数学表达相交的交点。

如果可以确定数学表达上的多个交点，则确定一个最可信交点。作为确定最可信交点的准则，可以考虑交点距所获取的位置的距离。如果除了所述位置外还有关于运动方向的信息，则作为附加准则或补充准则，可以考虑在交点处的运动方向与数学表达的曲线走向的偏差。随后可确定以下交点作为最可信交点：该数学表达(参数化)具有与所获取的运动方向相关的、曲线走向的最小偏差(可通过在这些交点处的数学参数化的分别求差来确定)。

“将在数学表达上确定的位置投影到所述至少一个道路的步骤”可以包括至少一个以下子步骤：产生第二投影直线，其在数学表达上所确定的位置上垂直于数学表达；并且确定第二投影直线与数字地图的至少一个道路部段相交的交点。因为如此产生的第二投影直线在数学位置上所确定的位置上与第一投影直线一致，故当所产生的第一投影直线也与至少一个道路部段相交时也可省掉产生第二投影直线的步骤。如果所产生的第一投影直线未能抵达至少一个道路部段(因为参数化和至少一个道路部段之间的距离较大)，那么“产生第二投影直线的步骤”可以包括在道路部段方向上延长第一投影直线。

如果又能确定道路部段上的多个交点，则可以类似采用以上关于确定数学表达上的最可信点所描述的可信性测试法。

数字地图的每个环岛交通可以作为圆圈被参数化，其圆心和圆直径依据对应于环岛交通的数字地图数据来确定。数字地图数据可以把环岛交通表示为闭合的多边形。根据一个参数化的变型，圆心和圆直径可以被如此确定，即，所产生的圆圈(环形轨迹)(完全)包围该闭合多边形。或者，也可以如此选择圆直径，即，所获取的环形轨迹内切于该多边形。根据另一个参数化的变型，环岛交通的曲线走向也能以椭圆形来参数化。至于要采用哪种参数化，则可取决于描绘环岛交通的曲线走向的数字地图数据。

在环岛交通中，对应于所获取的位置的、在参数化环形轨迹上的位置可借助“经过该圆心和所获取的位置的投影直线”来确定。所确定的对应位置可以对应于投影直线与该环形轨迹的交点。

“确定对应于该获取位置的、在数学表达上的位置的步骤”可以针对每个新获取的位置来重复进行。同样，“将该数学表达上所确定的位置投影到数字地图的道路部段的步骤”可以针对每个新获取的位置来重复。

该方法还可以包括提供在数字地图上确定的位置以便在屏幕上图形显示。该提供步骤也能针对每个新掌握的且投影在数字地图上的位置来重复。通过这种方式，可以连续掌握在运动过程中的使用者位置并且在数字地图上加以显示。使用者因此可以密切关注其在数字地图上的当前位置。

另外，本文规定了一种具有程序码的计算机程序产品，用于在该计算机程序产品在计算机装置(例如导航仪、智能手机)上运行时执行该方法。该计算机程序产品可以为此存储在计算机可读的记录介质(例如存储卡、CD、DVD或硬盘)上。

另外，本文规定了一种用于凭借数字地图的至少一个道路部段来校准在运动过程中连续获取的地理位置的装置。该装置包括：用于获取当前位置的机构；用于产生数学表达的机构，该数学表达描绘在该获取位置附近的数字地图的至少一个道路部段的走向；用于确定对应于所获取的位置的、在该数学表达上的位置的机构；用于将在数学表达上所确定的位置投影到所述至少一个道路部段以确定对应于所获取的位置的、在数字地图上的位置的机构。

该装置还可包括至少一个以下组成部件：存储数字地图的数据存储器；存储器，用于暂存代表至少一个道路部段的数字地图数据和/或所产生的参数化；显示数字地图(或地图局部)和投影在道路部段上的位置的屏幕机构。

获取当前位置的机构可包括用于获取位置的至少一个位置传感器。

该装置能被集成在导航仪中。该装置也可以是移动电话、智能手机、信息娱乐系统或用于显示数字地图的其它数字装置的一部分。

附图说明

从以下附图中得到其它的细节、方案和优点，其中：

图1示出根据本文的一个实施例的装置；

图2示出根据本文的一个实施例的方法的流程图；

图3a-3d示出借以进一步说明图2所示方法的一个道路部段的例子；

图4a/4b示出借以说明图2所示方法的另一个道路部段例子；以及

图5示出借以说明图2所示方法的另一个道路部段例子。

具体实施方式

借助示意性框图来描述本文。基于这些图示的技术教导，不仅能在硬件中实施，也能以软件或软硬件组合形式来实施。数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)和其它开关或计算组成部件也属于这样的实施。

图1以框图形式示出用数字地图来校准所获取的地理位置的装置100的一个实施例。装置100可以是便携式或安装在机动车中的导航仪的一部分。装置100也可以被集成在信息娱乐系统、移动电话、智能手机、个人数字助理(简称PDA)或其它电子仪器中。

装置100包括核心功能1000，其能以CPU(中央处理器)或微处理器或软件模块(SW模块)形式来实现。另外，该装置100包括位置获取机构1010、数据存储器1020、内存1030、用于产生数学表达的机构1040、用于在数学表达上确定位置的机构1050和用于投影到数字地图的道路部段上的机构1060。另外，装置100包括屏幕机构1070。

这些机构1040、1050和1060可以分别实现为与核心功能1000通信的独立机构，或实现为核心功能1000的一部分(如图1通过核心功能1000的虚线扩展所示)。位置获取机构1010、数据存储器1020、内存1030和屏幕机构1070也与核心功能1000通信连接。

位置获取机构1010包括至少一个传感器，其被构造用于测定装置1010(和进而使用者或车辆)的地理位置并提供核心功能1000。为此，位置获取机构1010可以包括至少一个绝对位置传感器，其测定该装置100的与全球坐标系或局域坐标系相关的地理位置(即地理长度、宽度和/或高度)。作为绝对位置传感器，例如可以采用GPS传感器、用于测定伽利略信号或其它卫星支持型位置确定系统的信号的传感器。作为其补充或替代，位置获取机构1010可以包括相对位置传感器。作为相对位置传感器，可以采用用于测定运动方向变化的传感器(例如陀螺仪)和用于测定经过距离的传感器(例如里程表)。另外，位置获取机构1010可以包括用于测定地理高度的传感器。

数据存储器1020被构造用于存储用于描述道路网的数字地图数据。数字地图数据(以下为简明起见也称为数字地图)此时能在数据存储器1020内的一个或多个地图数据库中被排组和存储(例如以关联表形式)。数字地图数据包含道路棱边和节点。每个存储的道路棱边表示在相继两个交叉路口之间的道路网路段。每个存储的节点表示道路网的一个交叉路口。伴随每个节点，一个交叉路口的至少一个地理位置信息被存储在地图数据库中。伴随每个道路棱边，该路段的至少一个曲线走向被存储在地图数据库中。为描绘道路棱边曲线走向，在地图数据库中存储一系列的形状点(shapepoints)。每个形状点表示沿棱边的一个地理位置(即地理宽度、长度和/或高度)。在前后相继的形状点之间，道路棱边的曲线走向可以近似作为线性内插来表示。因此，一个道路棱边的曲线走向可以通过所述一系列形状点(连串地理位置)和在形状点之间的线性内插来很近似地表述。另外，可以伴随每个节点和/或每个道路棱边在地图数据库内存储属性数据。属性数据能表示交叉路口(例如路口类型、路口形状、路口几何形状)和/或路段(例如道路类型、车道数量、行进方向等)的特性。

内存1030被构造用于提供用于供核心功能1000快速访问的数据。例如，待显示(和待处理)的地图数据可以从数据存储器1020被加载入内存1030中。但也可以在内存1030内暂存机构1040的参数曲线以及位置获取机构1010的传感器数据以便进一步处理。

机构1040被构造用于：以数学方式描述在所获取的位置附近的至少一个道路部段的曲线走向(道路部段代表道路网的一部分道路并且能包含一个或多个道路棱边)。具体说，机构1040产生呈参数曲线形式的数学表达，其将在所获取的地理位置周围的道路的曲线走向参数化。所述至少一个待参数化的道路部段可以通过机构1040或核心功能1000依据所获取的位置来选择。以下还将参照图2来详述：“借助该机构1040的参数化”。

机构1050被构造用于依据所获取的位置和所提供的数学表达来确定：“对应于所获取的位置的、在数学表达上的位置”。该参数曲线上的位置的确定是借助结合后面的图2-图5所详述的投影方法来进行的。

机构1060被构造用于：将利用机构1050所确定的在数学表达上的位置投影到至少一个道路部段的位置。如果在该至少一个道路部段上产生多个可能位置的投影(图像)，则选择最可信的位置。在该道路部段上如此获取的位置不代表实际获取的位置(实际获取的地理宽度和长度)，而是代表用数字地图校准的位置。与以下图2-图5相关，还将详细描述投影到至少一个道路上。

屏幕机构1070被构造用于可视显示数字地图。屏幕机构1070也被构造用于给使用者显示投影位置，并连同所述至少一个道路部段。

以下，参照图2所示的流程图来详述用数字地图的道路部段来校准在运动过程中连续获取的地理位置的计算机执行的方法的一个实施例。该方法结合图1所示的装置100来描述。

在第一步骤S10中，首先借助位置获取机构1010来获取该装置100(进而使用者)的当前地理位置。获取使用者位置的步骤可以连续地或按照预定时间间隔来重复进行。因此，可以在其沿道路部段的运动过程中连续获取使用者当前位置。另外，位置获取机构1010可以针对每个所获取的位置提供一个方向信息，该方向信息描述该运动方向。所获取的位置(和运动方向)被移交给核心功能1000或者机构1040。它依据所获取的位置，从数字地图中选择靠近所获取的位置的至少一个道路部段。

接着在随后的第二步骤S20中，针对所述至少一个道路部段利用机构1040产生数学表达，该数学表达在数学上描绘该至少一个道路部段的曲线走向。曲线走向的数学描绘在此依据对应于该至少一个道路的且存储地图数据库中的数字地图数据(形状点和/或属性数据)来进行。根据一个实施方式，该数学描绘以所述至少一个道路部段的曲线走向的参数化形式进行。该参数化在此可以依据对应于该至少一个道路部段的形状点来进行。该参数化能如此产生，即它近似计算或内插所述至少一个道路的形状点。该参数化可借助仿样函数(例如二次幂的或立方的B仿样函数)、回旋曲线、Bézier曲线、环形轨迹、椭圆轨迹或者其它曲线来进行。所产生的参数化随后被移交给机构1050。

接着在随后的第三步骤S30中，借助机构1050来确定对应于所获取的位置的、在该数学表达(参数曲线)上的位置。根据一个变型，此时所获取的位置被投影到该参数曲线上，做法是：产生第一投影直线，第一投影直线垂直于参数曲线且延伸经过所获取的位置。换言之，针对所获取的位置投下垂直于参数曲线的铅垂线。第一投影直线与参数曲线相交的点被确定为对应于所获取的位置的、在参数曲线上的位置。作为其替代方式，也可产生以下的第一投影直线，其延伸经过所获取的位置且垂直于所获取的位置上的运动方向，只要通过位置获取机构1010提供运动方向信息。第一投影直线与参数曲线的交点又作为对应于所获取的位置的位置而被确定。

在两个确定变型方案中，所产生的第一投影直线能在多于仅一个的点处与参数曲线相交。如果出现两个或更多个交点，则确定最可信的交点。两个交点例如可以出现在环岛交通(作为参数曲线的圆圈)的参数化中或者在S弯(作为参数曲线的8字弯)的参数化中。为了确定最可信的交点，考虑该交点距所获取的位置的距离。作为其补充或替代，可以考虑在交点处的所获取的运动方向与数学表达的曲线走向的偏差。作为最可信的交点，确定参数曲线上的以下交点，其至所获取的位置的距离最短和/或具有在该交点处的曲线走向相对于所获取的运动方向的最小偏差。

在随后的第四步骤S40中，借助机构1060将在数学表达上所确定的位置投影到数据地图的道路部段上。数学表达上所获取的位置的投影步骤可包括以下子步骤：产生第二投影直线，其在数学表达上确定的位置处垂直于数学表达；并且，确定第二投影直线与数字地图的至少一个道路部段相交的交点。

当第一投影直线是参数曲线的铅垂线时，第二投影直线可以在参数曲线的交点处与第一投影直线重合。在此情况下，当所产生的第一投影直线也与至少一个道路部段相交时，也可以省掉产生第二投影直线的步骤。如果第一投影直线不能到达该道路部段(因为参数化和道路部段之间的距离较大)，则产生第二投影直线的步骤包括在道路部段方向上延长第一投影直线。

如果又能确定该道路部段上的多个交点，则可以相似地执行以上关于确定该数学表达上的最可信点所描述的可信性测试方法。

投影在至少一个道路部段上的位置在第五步骤S50中被提供给屏幕机构1070，以便在屏幕上显示投影位置，且连同所述至少一个道路部段。因此，在屏幕上没有显示借助位置获取机构1010所获取的实际地理位置，而是显示投影到数字地图的数字道路上(或者用数字地图的地理坐标校准)的位置。使用者因此能在屏幕1070上感受到其在该至少一个道路部段上的实际位置。

上述步骤S10-S50可以针对每个新获取的位置来重复。通过这种方式，使用者可以在运动过程中连续检查其在至少一个道路部段上的当前位置。

现在，结合借助图3a-3d、图4a/4b和图5的多个例子来进一步描述在此所述的利用数学曲线参数化的校准方法相对于常规校准方法的优点。

首先参见图3a。图3a在左侧示出环岛交通的真实几何形状的视图。该环岛交通具有近似圆形的设计并且包括汇合至环岛交通的五条道路。在右侧图像中能看到同一环岛交通的数字地图视图。通过对照两个视图马上就能看到地图上的数字表示与真实形状的区别。环岛交通的几何形状在该数字地图中近似呈由五个道路棱边11、12、13、14、15构成的闭合多边形(非呈圆形)，其构成五角形道路。环岛交通的弧形进出口以五条直线道路棱边16、17、18、19、20的形式来绘制，它们汇合至五角形道路。

以下将细看进口16a，其在数字地图中通过道路棱边16来表示。为了更好地示出真实几何形状与数字表示的区别，环岛交通进口16a再次在图3b中被放大示出。图3b中的左侧视图示出进口16a的实际曲线走向，而右侧视图示出数字地图的进口16的曲线走向。虽然在左侧视图中该进口16a具有平滑弧形曲线走向，该进口在数字地图视图中被绘制成尖形(棱角)过渡部。真实几何形状与数字地图中的简化显示之间的偏差可能源自要将地图数据的数据量限制到合理程度的需要，即如此选择地图数据的数据量，它们能存储在常见的存储介质上和/或能用终端机的常规处理器来快速处理。

因为在真实道路网和数字地图中成像的道路网之间的几何形状偏差，所获取的位置可能在沿道路部段运动时显著不同于在数字地图中的道路部段位置。显然，位置确定中的测量误差可能还使该偏差加剧。为了向使用者准确显示关于在数字地图上所示的道路部段的其当前所获取的位置，必须校准关于在数字地图上所示的道路部段所获取的位置。

结合图3c，首先以图3b所示的环岛交通进口16a为例来简述两种常见的校准方法。图3c中两个视图分别示出道路棱边12、13和16的至少一部分，其描绘处环岛交通的进口16和一部分。另外，所示的连串箭头表明运动曲线，其表示就像由位置获取机构1010所掌握的在进入环岛交通时的使用者运动过程。这些箭头此时不仅说明获取的运动方向(箭头取向)，也说明获取的绝对位置21-27(箭头起点)。能清楚认识到，获取的运动曲线相对于数字地图视图有错位。另外，该运动曲线明显偏离了数字地图的道路部段的曲线形状。如果所获数据未用数字地图视图校准，则使用者无法发现他实际也处于进口16a处。

在图3c的左侧示出的校准方法中，该运动曲线的所获取的位置21-27利用道路棱边12、13、16被校准，做法是：针对所获取的每个位置21-27来确定至最近道路棱边12、13、16的最短距离。换言之，针对所获取的每个位置21-27确定一条投影直线(图3c中的虚线)，该投影直线垂直于最近的道路棱边且延伸经过所获取的位置21-27(最近道路棱边的铅垂线)。该投影直线与道路棱边12、13、16的交点作为对应于所获取的位置21-27的、在该数字地图上的位置被确定和显示。在此校准方法中，运动曲线的关于数字道路的小错位就可能导致错误的道路棱边对应关系。例如，所获取的位置25错误地对应于道路棱边12(见交点25”，其与所获取的位置25重合)，而没有对应于道路棱边13。因此在图像显示中，该位置显示从道路棱边16跳到道路棱边12并随后跳回至道路棱边13，尽管使用者只是沿道路棱边12、16运动。

在图3c的右侧示出的校准方法中，除了所获取的位置21-27外，还考虑运动方向。针对所获取的每个位置21-27，产生一条投影直线(参见虚线)，该投影直线在所获取的位置21-27上垂直于所获取的运动方向(该运动方向的铅垂线)。如此确定的投影直线与最近道路棱边12、13、16的交点又被视为对应于所获取的位置的、在该数字道路上的位置21-27。如图所示，该校准方法很大程度上取决于所获取的运动方向。如果所获取的运动方向偏离数字道路棱边12、13、16的曲线走向，则所获取的位置21-27很不均匀地被投影到道路棱边12、13、16上。于是在道路棱边上出现以下区域，在该区域中多个校准后的位置紧密并列(见位置23、24)，后跟有校准位置离得更远的区域。这种不均匀投影至道路上导致了在数字地图上的“抖动的”运动图像。极端情况下，该投影甚至可能导致在数字道路上临时虚假停顿，虽然使用者持续前行。另外，该校准方法也可能容易导致错误定位。例如位于道路棱边12上的所获取的位置25直接被投影到道路棱边12上(位置25”，其与位置25相同)，而不是被投影到道路棱边13上。

现在参见图3d，其示出校准方法的一个实施例。图3d在左上侧再次示出图3a所示的环岛交通的数字地图显示。在右上侧示出就像借助机构1040依据数字地图数据所产生的环岛交通的数学表达。在数字地图中以闭合多边形11-15形式示出的环岛交通在数学表达中作为原环形轨迹来参数化。进出口能以抛物线形式来参数化。进口16a通过参数曲线16c来描绘。不同于地图视图，该数学表达示出平滑曲线走向，其明显更好地描绘出真实的环岛交通几何形状。

在图3d的下侧，结合环岛交通进口16a示出校准方法。又示出道路棱边12、13和16以及就像在沿道路棱边16、13前行时由位置获取机构1010所获取的运动曲线(参见以上与图3c相关的说明)。还示出了数学表达的参数曲线16c，其描绘出进口16a并且依据针对道路棱边13和16所存储的数字地图数据来求出。

在此提出的校准方法中，首先所获取的每个位置21-27被投影到曲线参数化16c上。在此情况下，针对所获取的每个位置21-27形成一个投影直线(虚线)，该投影直线垂直于参数曲线16c且延伸经过所获取的位置21-27。换言之，投下垂直于参数曲线16c的铅垂线。每个投影直线与参数曲线16c的交点21'-27'作为该参数曲线16c上的对应于所获取的位置21-27的位置来确定。接着，在参数曲线16c上确定的位置21'-27'进一步被投影到数字道路棱边12、13、16上，做法是：对于每个位置21'-27'附加确定该投影直线与道路棱边12、13、16的交点。在此情况下，或许必须将所产生的投影直线延伸至该道路棱边12、13、16(例如见位置21-23和26-27)，以确定与道路棱边12、13、16的交点。通过在此所述的借助参数曲线16c的校准方法，所获取的这些位置均匀许多地被投影到道路棱边13、16上。尤其是也避免在位置25处的错误定位。校准的位置25”位于道路棱边13上而不是在道路棱边12，如在图3所述的校准方法中那样。因此，沿着道路棱边13、16的运动被连续且无跳跃地投影在屏幕上。还有利的是，在在此所示的校准方法中不需要运动方向，因此不必掌握或分析运用。

图4a和4b示出用于在驶过环岛交通时用数字地图校准所获取的位置的另一例子。环岛交通在该数字地图中又通过由道路棱边31-35构成的多边形来成像。在图4a和4b中，使用者经道路棱边50进入环岛交通，按照环岛交通经过道路棱边31并且经道路棱边52离开环岛交通。通过位置获取机构1010获取的运动曲线70又通过箭头来表示。对于以下讨论，为了简明起见而只详细关注环岛交通和按照环岛交通的运动。未进一步关注进出口以及在进出口处的运动。

根据在此提出的方法(如图4a所示)，借助机构1040将数字地图的多边形31-35以具有圆心62的环形轨迹60形式参数化。所获取的每个运动位置接着借助“连接所获取的位置与圆心的投影直线(虚线)”被投影到环形轨迹60和多边形31-35上。如果如此选择环形轨迹60，即它包围多边形31-35，则只需确定该投影直线与道路棱边31-35的交点。如果根据替代的参数化，如此选择该环形轨迹，即它在多边形31-35内，则或许必须延长该投影直线。如图4a清楚所示，环岛交通内的运动位置被均匀地投影到道路棱边31上。尤其是该投影与圆直径的选择无关，因为所有的投影直线经过该圆心62。

在图4b中再次示出所获取的位置依据多边形31-35的直接校准以便对比(即无数学曲线参数化)。所获取的每个位置的校准借助投影直线(见虚线)进行，该投影直线延伸经过所获取的位置并且在所获取的位置上垂直于所获取的运动方向。能首先清楚看到在进入环岛交通(图4b中的校准位置71)时的所获得的投影到道路棱边35而不是道路棱边31的错误图像。另外，后面校准的位置不均匀地分散在道路棱边31上。出现了距离较大的区域，后面跟着前后相继的位置之间距离较小的区域。因此，例如很紧密并排的位置72、73让使用者获得很缓慢的前进运动或甚至环岛交通中的停顿，虽然使用者在环岛交通中始终在继续运动(见运动曲线70)。因此，在环岛交通中的运动以及进入环岛交通是不均匀的(有突变)和/或在数字地图上没有相应显示真实运动。显然，在此所述的错误定位和/或在圆直径小的环岛交通中或者在数字地图中的环岛交通几何形状的较低显示精度情况下的不均匀投影可能还是突显的。

在此所示的校准方法不仅造成环岛交通时的明显改善。它改善利用数字地图的获取位置校准，即便道路是弯曲走向的，此时在数字地图上的曲线走向的显示精度不同于真实道路走向，如在图5中结合例子所示出的那样。

图5示出数字地图的道路80，其复制了具有凹凸曲线走向(图5未示出)的道路。该曲线走向在数字道路80中通过形状点92、94、96、98(图5中的开口矩形)和在各自相邻形状点92、94、96、98之间的线性内插来成像。因此，数字道路80具有三个线性部分82、84、86，在这里，在形状点94处的从第一部分82至第二部分84的过渡区以及在形状点96处的从第二部分84至第三部分86的过渡区分别是非稳定不变的(过渡区有拐点)。

在图5中还画出(箭头曲线)数字道路80的曲线走向的依据形状点92、94、96、98算出的参数化80'以及运动曲线80”，运动曲线80”可从在经过弯道时连续获取的传感器数据(绝对位置和运动方向)中导出。参数曲线80'基本仿制数字道路部段80的曲线走向，但在形状点94、96的过渡部上不同于道路部段80。它们在参数曲线80'中作为平滑曲线走向来成像。运动曲线80”示出与道路部段80相关的错位并且尤其在形状点94、96处的曲线走向方面不同于道路部段80。

当用数字道路部段80校准所获取的运动位置时，类似于图3d和4a的环岛交通例子，借助参数曲线80'将所获取的每个位置投影至道路部段80上。这通过投影直线的产生和(和可选的延长)来做到，每个所述投影直线经过所获取的运动位置且垂直于参数曲线80'。如图5明确所示，参数曲线80'的连续曲线走向造成所获取的位置尤其是在形状点94、96处被均匀投影至道路部段80上(参见由闭合圆形所示的校准位置，其相互间有序间隔)。而在借助垂直于道路部段的投影直线的直接投影时看到了在形状点94、96周围的所获取的位置的不均匀投影(参见由开口圆形所示的校准位置)。该不均匀投影由此表明前后相继的运动位置朝向形状点94以越来越短的间距被投影到部分82上(开口圆形跟在闭合圆形后面)，接着突然朝向形状点94以较大距离被投影到第二部分84(在形状点94后的第一开口圆形赶在闭合圆形的前面)。类似的考虑适用于形状点96的周围。

总之，在此所述的校准方法允许更好地将所获取的位置投影到数字的道路棱边上。数字道路棱边的数学参数化的产生在大多数情况下造成该道路棱边的曲线走向均匀而柔和地被描绘(即无拐点)，由此允许更均匀而切合实际地将获取位置投影到道路棱边上。因此，可以没有跳跃地在数字地图上显示连续运动。

相反，通过在此所述的解决方案，提供分辨率(细节如实)尽量高的数字地图通常是多余的，这是因为通过该方法在道路曲线走向的偏差较大时产生在数字地图上的、均匀且重现真实运动走向的投影。使用分辨率较低(即细节精度低)的地图是有利的，因为它们需要较少的存储空间，能更快速地在屏幕上显示并且总体上需要性能不太高的硬件。

在此所述的解决方案也适合用在驾驶员辅助系统(ADAS)中以提高这种系统的精确度。可采用在此所述的解决方案的驾驶员辅助系统是众所周知的并且例如被用于距离控制、保持车道、大灯调整、自动转向或辅助转向等。

Claims (17)

1.一种计算机执行的、用数字地图的至少一个道路部段来校准在运动过程中连续获取的地理位置的方法，其包括以下步骤：

获取(S10)当前位置；

产生(S20)数学表达，该数学表达描述了在所获取的位置附近的数字地图的至少一个道路部段的曲线走向；

确定(S30)对应于所获取的位置的、在该数学表达上的位置；和

投影(S40)在该数学表达上确定的位置到所述至少一个道路部段上，以确定对应于所获取的位置的、在该数字地图上的位置。

2.根据权利要求1的方法，其中，所述至少一个道路部段的数学表达是在该方法中动态产生的。

3.根据前述权利要求之一的方法，其中，所产生的数学表达包括：依据配属于所述至少一个道路部段的数字地图数据的、所述至少一个道路部段的参数化。

4.根据权利要求3的方法，其中，所述参数化是至少依据存储在该地图数据内的形状点来完成的。

5.根据前述权利要求之一的方法，其中，确定对应于所获取的位置的、在数学表达上的位置的步骤是依据所获取的位置和/或所获取的运动方向来进行的。

6.根据前述权利要求之一的方法，其中，确定对应于所获取的当前位置的、该数学表达上的位置的步骤包括至少一个以下子步骤：

产生经过所获取的位置的、且垂直于该数学表达的第一投影直线；和

确定第一投影直线与数学表达相交的交点。

7.根据前述权利要求之一的方法，其中，投影在数学表达上确定的位置的步骤包括以下子步骤：

产生第二投影直线，该第二投影直线在该数学表达上确定的位置处垂直于该数学表达；和

确定所述第二投影直线与所述数字地图的所述至少一个道路部段相交的交点。

8.根据权利要求6或7的方法，其中，当存在多个交点时，确定最可信的交点。

9.根据前述权利要求之一的方法，其中，环岛交通最好以圆来数学表达，其中心和圆直径是依据对应于环岛交通的数字地图数据来确定的。

10.根据权利要求9的方法，其中，对应于所获取的位置的、在该圆上的位置是借助经过圆中心和所获取的位置的投影直线来确定的。

11.根据前述权利要求之一的方法，其中，至少确定步骤和投影步骤是针对每次新获取的位置而重复的。

12.根据前述权利要求之一的方法，还包括提供在数字地图上确定的位置，以便在屏幕上图形显示。

13.一种计算机程序产品，其具有当该计算机程序产品在计算机装置中运行时执行根据前述权利要求中的至少一个的方法的程序码。

14.根据权利要求13的计算机程序产品，其存储在可计算机读取的记录介质上。

15.一种用数字地图的至少一个道路部段来校准在运动过程中连续获取的地理位置的装置(100)，其中，该装置(100)包括：

用于获取当前位置的机构(1010)；

用于产生数学表达的机构(1040)，该数学表达描述了在所获取的位置附近的、该数字地图的至少一个道路部段的走向；

用于确定对应于所获取的位置的、在该数学表达上的位置的机构(1050)；和

用于投影在该数学表达上确定的位置到所述至少一个道路部段以确定对应于所获取的位置的、在该数字地图上的位置的机构(1060)。

16.根据权利要求15的装置(100)，还包括以下部件中的至少一个：

用于存储数字地图数据的数据存储器(1020)；

用于暂存代表至少一个道路部段的数字地图数据和/或所产生的参数化的存储器(1030)；

用于显示该数字地图和投影到该至少一个道路部段上的位置的屏幕机构(1070)。

17.一种导航装置，其包括根据权利要求15或16的装置(100)。