CN1702431A - 汽车自主导航终端及其判断汽车是否在高架道路上行驶的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车自主导航终端及其判断汽车是否在高架道路上行驶的方法，汽车自主导航终端包括设在该汽车自主导航终端内的主机板，设在该汽车自主导航终端正面的显示屏以及控制按钮；主机板的输入端分别连接GPS卫星定位接收模块和地图数据库模块，该主机板还与GPRS通信模块双向连接；其特点是，还包括一由倾斜传感器和信号处理电路组成的汽车上下高架道路判断模块。判断汽车上下高架道路的方法是通过汽车上下高架道路判断模块中的倾斜传感器输出的汽车倾斜角度及从汽车自主导航终端读取的GPS定位数据，经处理后与地图数据库中的数据进行比对，得出当前汽车是否在高架道路上行驶的判断结果。结构简单，使用方便、可靠。

Description

汽车自主导航终端及其判断汽车是否在高架道路上行驶的方法

技术领域

本发明涉及GPS全球卫星导航系统中汽车自主导航终端及其判断汽车是否在高架道路上行驶的方法。

背景技术

近年来，在国内利用GPS全球卫星导航系统高精度定位技术进行汽车自主导航终端的研发工作发展很快。要解决汽车自主导航问题，就必须采用最优化路径选择算法，可以说这是汽车自主导航终端所必须的核心算法之一。目前，正在从事这一研发工作、并已有一定研究深度的专家学者都遇到这样的问题，即：必须解决判断车辆是行驶在高架(立交)道路上、还是在地面道路上的问题(主要是在高架道路与地面道路重叠的路段)。因为即使在最优化选择路径设置以后，在行驶过程中也需要时时判断车辆何时应进入变道的节点，这就必须确定当前车辆是在高架道路上，还是在地面道路上，否则就无法确定变道的节点。举例如下：

如图1所示，这是某一区域高架和地面道路分布图，该区域有地面纵向道路7条，从左到右编号分别为：01～07；横向道路4条，从上到下编号分别为：201～204；并有一条高架道路A，在02到05路段间与地面道路201基本重叠并且在b3、b4节点前没有下匝道，到b5处才有下匝道。当一辆车C从左向右行驶在02～03路段时(目的地P)，就有一个该车究竟是在地面道路201号上，还是在高架道路A上的问题。这就要求自主导航终端能正确判断，否则，将无法确定该车究竟是应该在地面道路201上的b3或b4节点转弯，还是应该在高架道路A上的b5处下匝道下高架。因为该车在地面道路201上的转弯节点和在高架道路A上的转弯节点肯定是不同的。这种情况在大城市的立体交通网中是很多的。

对于这样的问题，目前还没有一种满意的解决办法。若采用软件来解决，例如专利申请号为011382643的中国专利公开了在电子地图中增加所有立交道口信息的方法，以提供汽车将要进入或离开立交道口的信息，这种方法对同一个十字路口既是地面道路的转弯节点，同时又是高架(立交)道路的上(下)匝道口的情况来说，准确性不高。而且，我国地域广大，城市众多，目前电子地图编制还跟不上发展的需要。所以用软件解决的办法对编写软件人员来说难度相当大，目前所能达到的判断准确率只有80％左右，这不符合准确导航的要求。

而采用硬件的方法来解决，已有许多人提出，希望路政部门在高架道路的入口和出口处分别加装信标。例如，在日本是通过在所有高架道路的上下匝道口设置信标，在每辆车上加装接收设备的方法来解决车辆是行驶在高架道路上还是行驶在地面道路上的判定。在欧美的一些发达国家基本上也是采取这种办法的。这是可以做到的，但投资非常大，尤其对于全国的路网来说，按目前我国的发展水平和经济实力，实施起来难度很大。

发明内容

本发明是为了解决现有汽车自主导航终端判断车辆行使的缺陷，而提供的一种能精确判断目前车辆是否在高架道路上行驶，从而使汽车自主导航终端正确指导车辆行使路线的汽车自主导航终端及其判断汽车是否在高架道路上行驶的方法。

本发明采取的技术措施是：

汽车自主导航终端，包括设在该汽车自主导航终端内的主机板，设在该汽车自主导航终端正面的显示屏以及控制按钮；所述的主机板的输入接口分别连接GPS卫星定位接收模块和地图数据库模块，该主机板还与GPRS通信模块双向连接；其特点是，还包括一汽车上下高架道路判断模块，所述的汽车上下高架道路判断模块主要由一倾斜传感器和一信号处理电路构成，所述的倾斜传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路与汽车自主导航终端的主机板双向连接。

上述汽车自主导航终端，其中，所述的主机板主要由CPU中央处理器、闪存、随机存储器、接口电路构成，其中闪存、随机存储器、接口电路分别与CPU中央处理器双向连接。

上述汽车自主导航终端，其中，所述的倾斜传感器倾斜角度α≥+4°时输出向上倾斜的信号+1到信号处理电路；所述的倾斜传感器倾斜角度α≤-4°时输出向下倾斜的信号-1到信号处理电路；所述的倾斜传感器倾斜角度α在+4°与-4°之间时输出无倾斜信号0到信号处理电路。

上述汽车自主导航终端，其中，所述的信号处理电路主要由单片机构成。

汽车自主导航终端判断汽车是否在高架道路上行驶的方法，其特点是，

包括以下步骤：

a、汽车上下高架道路判断模块中的倾斜传感器不断输出当前汽车在行驶途中上下倾斜和不倾斜的信号，其中：向上倾斜的信号置+1，无倾斜的信号置0，向下倾斜的信号置-1；

b、汽车上下高架道路判断模块中的信号处理电路不断从汽车自主导航终端的GPS定位模块获得数据计算出汽车移动的里程，并不断检测当前汽车在道路上行驶的倾斜度：

如果检测到向上倾斜的信号，信号处理电路中的计数器计数+1，

如果检测到无倾斜信号，信号处理电路中的计数器计数0，

如果检测到向下倾斜的信号，信号处理电路中的计数器计数-1；

c、信号处理电路接收的信号经延时后输出到汽车自主导航终端的中央处理器；

d、汽车自主导航终端的中央处理器读取GPS卫星定位接收模块输出的定位数据及信号处理电路输出的当前汽车在道路上行驶的倾斜信号，并将这些数据与地图数据库模块中预存的数据进行比对，得出当前汽车是否在高架道路行驶的判断结果，并在显示屏上的电子地图中显示出来。

上述汽车自主导航终端判断汽车上下高架道路的方法，其中，步骤a所述的汽车上下高架道路判断模块不断输出当前汽车在行驶途中的倾斜角度是指汽车在行程中至少每秒输出1次是否有倾斜的以及是向上或向下倾斜的信号。

上述汽车自主导航终端判断汽车上下高架道路的方法，其中，步骤a所述的向上倾斜的信号是指：汽车向上倾斜的角度α≥+4°；所述的向下倾斜的信号是指：汽车向下倾斜的角度α≤-4°；所述的无倾斜信号是指：汽车上下倾斜的角度α在+4°与-4°之间。

上述汽车自主导航终端判断汽车上下高架道路的方法，其中，步骤a所述的倾斜传感器输出的倾斜信号+1或-1经汽车连续行驶20m后再输送到信号处理电路中计数。

由于本发明在汽车自主导航终端内加装了一种由倾斜传感器和以信号处理电路为核心的上下高架道路判断器，在上高架道路匝道时，发出“上高架”信息，在下高架道路匝道时发出“下高架”信息，使自主导航终端能既方便又正确的判断车辆是否行驶在高架道路上。

附图说明

本发明的具体性能特征由以下的实施例及其附图进一步说明。

图1是说明某一区域高架和地面道路分布图。

图2是本发明的自主导航终端的结构示意图。

图3是本发明的自主导航终端的工作原理流程图。

具体实施方式

所有高架道路(包括立交桥)都有一个共性，即上高架时必须先经上匝道(一条斜坡，长度在80m～200m左右)，下高架时必须先经下匝道(一条斜坡，长度在80m～200m左右)。因此，只要采用一种能检测出一段连续的上坡或下坡的倾斜传感器，并设计相关的电路做成汽车上下高架道路判断模块，结合GPS定位数据和电子地图数据库的信息，编制配套的算法软件，就能使自主导航终端判断出(或显示)车辆是“在高架道路”或者“在地面道路”行驶的信息，并据此做出准确的自主导航路线。本发明即是采用这样的原理而实现。

请参见图2。本发明汽车自主导航终端，包括设在该汽车自主导航终端内的主机板1，设在该汽车自主导航终端正面的显示屏2以及控制按钮3；主机板的输入接口分别连接GPS卫星定位接收模块4和地图数据库模块7，主机板1还与GPRS通信模块5双向连接。本发明还包括一与主机板双向连接的汽车上下高架道路判断模块6。主机板1由以CPU中央处理器11为主的、还包括闪存(FIASH)12、随机存储器(RAM)13、及多个接口电路14等构成，其中闪存12、随机存储器13、接口电路14分别与CPU中央处理器11双向连接。在本实施例的自主导航终端的主机板上有4个串口(接口)，①号串口接GPS卫星定位接收模块，②号串口接GPRS通信模块，③号串口接汽车上下高架道路判断模块电路模块，④号串口接地图数据库模块(SD卡)，同时还有接显示屏2、电源9等其它多种功能的接口。汽车上下高架道路判断模块6主要由一倾斜传感器61和一信号处理电路62构成。信号处理电路62主要由单片机构成。倾斜传感器在车辆纵倾时触发输出信号，该信号储存在信号处理电路中，以便与之后触发输出的信号进行比较、判读。为了区别于因路面高低不平而使车辆颠簸以及急刹车等情况而产生的短斩触发输出信号，信号处理电路中采用了单片机中的延时功能，使倾斜传感器输出的倾斜信号+1或-1经连续行驶20m后再输送到信号处理电路中计数。

汽车上下高架道路判断模块在汽车行程中每秒输出1次是否有倾斜的以及是向上或向下倾斜的信号，同时通过串口③从自主导航终端的GPS定位模块读取数据计算出汽车移动的里程，并与地图数据库模块7预先储存的地图数据进行比对，从而发送汽车是在高架道路还是在地面道路上行驶的信号。

请参阅图3，这是本发明自主导航终端判断汽车是否在高架道路上行驶的工作原理流程图。

当车辆在地面道路上行驶时，倾斜传感器没有信号输出，此时在信号处理电路中设定为“0”状态。当车辆驶入上匝道进入高架道路时，倾斜传感器触发输出一个“向上”的脉冲信号，此时设定为“+1”状态并储存在信号处理电路中。当车辆已行驶在高架道路的平坦路面后，倾斜传感器没有信号输出，是“0”状态。此时信号处理电路保持“+1”(1+0＝1)状态，自主导航终端判断为：车辆已行驶在高架道路上。当车辆进入下匝道，驶离高架道路时，倾斜传感器触发输出一个“向下”的脉冲信号，并储存在信号处理电路中，此时设定为“-1”状态。当车辆行驶到地面道路后，倾斜传感器没有信号输出，这时在信号处理电路中，“-1”状态加上“+1”状态(-1+1＝0)，又成为“0”状态。据此，自主导航终端判断为：车辆又行驶在地面道路上。

上述的向上倾斜的信号是指：汽车向上倾斜的角度α≥+4°；所述的向下倾斜的信号是指：汽车向下倾斜的角度α≤-4°；所述的无倾斜信号是指：汽车上下倾斜的角度α在+4°与-4°之间。倾斜信号是经连续行驶20m后再输送到信号处理电路中计数。

对于跨江大桥等引桥很长的情况，尽管斜坡道很长，但却是连续的，因此，不管是上桥，还是下桥，虽然距离很长，却只有一个脉冲信号输出，因此不会影响自主导航终端的判断。从实际效果来看，把上桥看成上高架、下桥看成下高架也是合理的。

对于下沉式立交、过江隧道等场合，情况与上述引桥状态正好相反。当车辆从地面道路先驶入下坡道，汽车向下倾斜的角度α超过-4°(即α≤-4°)，例如向下倾斜的角度α达到-6°，倾斜传感器触发输出一个“向下”的脉冲信号，且该倾斜信号经连续行驶20m后，并储存在信号处理电路中，此时设定为“-1”状态；接着经过一段平坦的道路，倾斜传感器没有信号输出，是“0”状态，此时在信号处理电路中保持“-1”状态(-1+0＝-1)(即使没有中间这一段平坦道路，即向下后马上向上，也不会影响自主导航终端的判断)；然后车辆进入上坡道，汽车向上倾斜的角度α超过+4°(即α≥+4°)，倾斜传感器触发输出一个“向上”的脉冲信号，并储存在信号处理电路中，此时设定为“+1”状态；待车辆回到地面道路后，汽车上下倾斜的角度α在+4°与-4°之间(即+4°＞α＞-4°)，倾斜传感器没有信号输出，处于“0”状态。此时，在信号处理电路中，“+1”状态加上“-1”状态[1+(-1)＝0]，结果又是“0”状态，据此，自主导航终端判读为：车辆又行驶在地面道路上。

对于已在一条高架道路上，又将进入另一条高架道路的情况(多层立交)来说，此时将出现“+1”+“+1”(1+1＝2)的状态。正常情况下，该车辆也会经过两次下坡(匝道)后回到地面道路。第一次下坡(匝道)后，状态从“2”变为“1”(2-1＝1)，第二次下坡(匝道)后，状态从“1”变为“0”(1-1＝0)，又回到“0”状态，说明该车已进入地面道路。当然，本发明也考虑到即使遇到特殊情况，例如，先遇到连续两个“向上”的信号，接着只有一个“向下”的信号就回到原先的状态，类似为车辆从地面道路经高架道路再经过越江大桥再回到地面道路的情况。该例中，车辆从地面道路进入高架道路后状态为“+1”，再上越江大桥后又是一个“+1”状态，这样，在信号处理电路中，“+1”+“+1”(1+1＝2)成为“+2”的状态。当车辆过江后直接下到地面道路时，却只有一个“-1”状态。单纯从信号处理电路中的判读来讲，还处在(2-1＝1)“+1”的状态，按设计思想来讲应理解为车辆还在高架道路上，但实际上车辆已在地面道路上，似乎将出现错误判断。但是，汽车上下高架道路判断模块是装在自主导航终端里的，是作为自主导航终端的组成部分，并同自主导航终端中的电子地图数据库和GPS卫星定位信息结合在一起工作、使用的。自主导航终端的主机板将利用当时卫星定位的位置信息，结合电子地图数据库中预先储存的大量信息来实时比对、判读、综合处理这类特殊路况，然后发送汽车是在高架道路还是在地面道路上行驶的信号A，从而使自主导航终端避免出现依据单一信息而做出错误判断。

本发明只要在自主导航终端中加装一块电路板即可实现汽车是否在高架道路上行驶的判断，判断可靠、及时，且不需增加其它市政道路建设和其它设备的投资，简单实用。

Claims (8)

1、汽车自主导航终端，包括设在该汽车自主导航终端内的主机板，设在该汽车自主导航终端正面的显示屏以及控制按钮；所述的主机板的输入接口分别连接GPS卫星定位接收模块和地图数据库模块，该主机板还与GPRS通信模块双向连接；其特征在于，还包括一汽车上下高架道路判断模块，所述的汽车上下高架道路判断模块主要由一倾斜传感器和一信号处理电路构成，所述的倾斜传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路与汽车自主导航终端的主机板双向连接。

2、根据权利要求1所述的汽车自主导航终端，其特征在于，所述的主机板主要由CPU中央处理器、闪存、随机存储器、接口电路构成，其中闪存、随机存储器、接口电路分别与CPU中央处理器双向连接。

3、根据权利要求1所述的汽车自主导航终端，其特征在于，所述的倾斜传感器倾斜角度α≥+4°时输出向上倾斜的信号+1到信号处理电路；所述的倾斜传感器倾斜角度α≤-4°时输出向下倾斜的信号-1到信号处理电路；所述的倾斜传感器倾斜角度α在+4°与-4°之间时输出无倾斜信号0到信号处理电路。

4、根据权利要求1或3所述的汽车自主导航终端，其特征在于，所述的信号处理电路主要由单片机构成。

5、汽车自主导航终端判断汽车是否在高架道路上行驶的方法，其特征在于，

包括以下步骤：

a、汽车上下高架道路判断模块中的倾斜传感器不断输出当前汽车在行驶途中上下倾斜和不倾斜的信号，其中：向上倾斜的信号置+1，无倾斜的信号置0，向下倾斜的信号置-1；

b、汽车上下高架道路判断模块中的信号处理电路不断从汽车自主导航终端的GPS定位模块获得数据计算出汽车移动的里程，并不断检测当前汽车在道路上行驶的倾斜度：

如果检测到向上倾斜的信号，信号处理电路中的计数器计数+1，

如果检测到无倾斜信号，信号处理电路中的计数器计数0，

如果检测到向下倾斜的信号，信号处理电路中的计数器计数-1；

c、信号处理电路接收的信号经延时后输出到汽车自主导航终端的中央处理器；

d、汽车自主导航终端的中央处理器读取GPS卫星定位接收模块输出的定位数据及信号处理电路输出的当前汽车在道路上行驶的倾斜信号，并将这些数据与地图数据库模块中预存的数据进行比对，得出当前汽车是否在高架道路行驶的判断结果，并在显示屏上的电子地图中显示出来。

6、根据权利要求5所述的汽车自主导航终端判断汽车上下高架道路的方法，其特征在于，步骤a所述的汽车上下高架道路判断模块不断输出当前汽车在行驶途中的倾斜角度是指汽车在行程中至少每秒输出1次是否有倾斜的以及是向上或向下倾斜的信号。

7、根据权利要求5所述的汽车自主导航终端判断汽车上下高架道路的方法，其特征在于，步骤a所述的向上倾斜的信号是指：汽车向上倾斜的角度α≥+4°；所述的向下倾斜的信号是指：汽车向下倾斜的角度α≤-4°；所述的无倾斜信号是指：汽车上下倾斜的角度α在+4°与-4°之间。

8、根据权利要求5所述的汽车自主导航终端判断汽车上下高架道路的方法，其特征在于，步骤a所述的倾斜传感器输出的倾斜信号+1或-1经汽车连续行驶20m后再输送到信号处理电路中计数。

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