CN1818559A - 基于步幅的路线指引设备和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种能为步行者提供基于步幅的路线的基于步幅的路线指引设备和方法。该方法包括：使用移动终端中嵌入的导航系统，当路线被显示时，在所关注的步行者固有的步距的基础上检测步行者的步幅，并将从当前位置到主位置或目的地的剩余距离转换成步数，以便为步行者提供到主位置或目的地的步数。由于在步行者固有的步数的基础上显示路线，所以步行者可接收她或他更惯用的路线规划，并可容易直观地感知从当前位置到主位置或目的地的路线。

Description

基于步幅的路线指引设备和方法
                        技术领域
本发明涉及一种用于指引路线的设备和方法，更具体地讲，涉及一种能通过个人导航系统为步行者提供基于步幅的路线的基于步幅的路线指引设备和方法。
                        背景技术
通常，导航系统提供关于运动目标的当前位置的信息和从当前位置到目的地的路线信息。如果必要的话，各种运动目标例如船舶、飞机、车辆、步行者等可包括或携带导航系统。虽然这种导航系统主要用作飞机或船舶中的必需设备，但是最近在车辆中导航系统的采用已经被普及。特别是，个人导航系统的使用正在增加。
汽车导航系统为驾驶员提供了电子地图上从当前位置到目的地的路线以及关于从当前位置到主路线位置的剩余距离和诸如主路线位置前面的交叉口的行驶方向的信息，从而他/她可沿着行使路线驾驶汽车，而不会偏离该路线。此外，个人导航系统(PNS)为步行者提供了关于从当前位置到主路线位置的剩余距离和诸如主路线位置前面的交叉口的行驶方向的信息。该导航系统为步行者提供了其它信息，包括从当前位置到目的地的剩余距离和从当前位置到目的地的估计的必需时间。路线信息的提供被称作路线指引。路线指引将基于关于当前位置的定位信息的路线信息提供给驾驶员或步行者。
已开发了测量运动目标(例如，车辆、船舶、步行者等)的当前位置的几种位置测量技术。作为位置测量技术的一个示例，已提出了一种使用所谓的“航位推测(DR)”方法的定位技术。使用航位推测处理的定位技术在先前的位置信息的基础上识别相对的用户位置和行驶方向。具体地讲，使用DR方法的定位技术通常使用用于感测旋转运动的传感器(例如，陀螺仪)和用于感测直线运动的传感器(例如，加速度计)来测量运动目标的行使距离和方向。因此，使用DR方法的测量技术需要这些传感器。例如，用于车辆、船舶或步行者的各种导航系统包括用于测量车辆、船舶或步行者的行驶方向和距离的传感器。这些传感器可被用在导航系统中，而不管车辆、船舶或步行者的类型。
导航系统以诸如米或英里的标准距离为单位提供从当前位置到主位置或目的地的剩余距离。例如，通过屏幕或扬声器输出路线指引消息，诸如，“向前30米右转”或“向前直行20米到交叉口”。
如上所述，在以标准长度为单位通知到主位置或目的地的剩余距离的方法被应用于步行者的情况下，与车辆不同，对具有不同大小步幅的步行者在直观感知剩余距离时是没有帮助的。此外，以标准长度为单位通知到主位置或目的地的剩余距离的方法不是基于步行者的步幅的，因而步行者可能不能获得这种便利。
                        发明内容
因此，设计本发明以解决现有技术中出现的以上和其它问题，并提供一种可为步行者提供基于步幅的路线的基于步幅的路线指引设备和方法。
为了实现以上和其它目的，提供一种基于步幅的路线指引设备，包括：传感器，用于感测和输出步行者的步幅；步幅检测单元，用于通过从传感器的输出模式提取以步行者的步幅重复的特征来检测步幅；步距设置单元，用于使用根据传感器值的变化大小的步幅频率和步幅检测的结果来估计步行者的步距；路线信息提供单元，用于以步数为单位计算到特定位置的行走距离；和控制单元，用于在路线指引期间使用从路线信息提供单元输出的步数来执行路线指引。
在本发明的另一方面中，提供一种基于步幅的路线指引方法，包括：在路线指引期间根据步幅特征或情况来检测步行者的步幅；通过测量步行者的当前位置来计算行走距离；使用步幅检测的结果和计算的行走距离来设置步行者的步距；计算从步行者到特定位置的剩余距离；使用步距设置的结果和计算的距离来计算与到特定位置的距离对应的步数；和使用计算步数的结果和计算的剩余距离来提供基于步数的路线指引消息。
                        附图说明
从下面结合附图的详细描述，本发明的以上和其它目的、特征和优点将更清楚，其中：
图1是根据本发明实施例的执行基于步幅的路线指引功能的移动终端的方框图；
图2是示出根据本发明实施例的路线信息提供单元的方框图；
图3是示出当步行者正在行走时的加速度传感器值的示例的示图；
图4是示出根据本发明实施例的当步行者正在行走时步行者被提供有基于步幅的路线规划的情况的示图；和
图5是示出根据本发明实施例的基于步幅的路线规划的过程的流程图。
                    具体实施方式
以下将参考附图详细描述本发明的优选实施例。在本发明的下面的描述中，即使在不同的附图中，相同的附图标号也用于相同的部件。另外，当包含于此的公知的功能和结构的详细描述可能模糊本发明的主题内容时，将省略这些公知的功能和结构的详细描述。
本发明为步行者提供基于步幅的路线指引功能。因此，本发明包括：使用具有导航系统的移动终端，在所关注的步行者固有的步距的基础上检测该步行者的步幅，并将从当前位置到主位置或目的地的剩余距离转换成步数，以使当路线被显示时为步行者提供到主位置或目的地的步数。由于在步行者固有的步数的基础上来显示路线，所以步行者可接收对她或他更惯用的路线规划，并可容易且直观地感知从当前位置到主位置或目的地的路线。
现在将参考图1的能执行基于步幅的路线指引功能的移动终端的方框图来描述实施以上功能的移动终端的结构和操作。参考图1，所述导航系统嵌入移动终端包括控制单元100、显示单元110、存储器120、无线通信单元130和语音处理单元140。
控制单元100控制导航系统的操作。具体地讲，当导航系统处于步行者模式时，控制单元100从步行者接收关于目的地的信息，并设置到目的地的最佳路线。控制单元100在与所关注的步行者的步距相关的行走距离或从路线信息提供单元150发送的行走方向或由GPS接收单元160从GPS卫星接收的GPS信号的基础上计算当前位置。
然后，控制单元100控制路线信息提供单元150以将将行走的最佳路线的行走距离转换成所关注的步行者的步数。具体地讲，路线信息提供单元150将从当前位置到特定目的地的距离转换成步数以将它输出到控制单元100。控制单元100通过显示单元110或语音处理单元140输出基于步幅的路线指引消息。为了将所述路线上的行走距离转换成步数，应该计算所关注的步行者的步距。由于步距对步行者是特有的，所以如果步距被固定为给定值，则将发生步距误差。因此，最好是在步行者正在行走的同时连续测量步幅。
可以以在线的方式实现初始步距测量，例如，通过接收由连接到基站的路线提供服务器计算的测量的步距值来实现。或者，可以以离线的方式通过将先前的步距测量值存储在移动终端中来实现初始步距测量。
在控制单元100的控制下，当导航系统处于步行者模式时，显示单元110显示根据步行者的运动而变化的地图。行走路线上的主位置或目的地和到目的地的路线指引消息显示在该地图上。
在控制单元100的控制下，当步行者从当前位置沿着所述路线移动时，存储器120存储表示将显示的地图的地图数据。此外，当导航系统处于初始步行者模式时，存储器120使用先前的步距信息存储步行者的平均步距以将所述路线上的行走距离转换成步行者的步数。
根据本发明实施例，无线通信单元130通常用作与基站无线通信，并且可接收通过路线提供服务器计算的测量的步行者的步距值。
GPS接收单元160从GPS卫星接收GPS信号以使得目的地立即知道移动终端的位置。换句话说，移动终端通过GPS接收单元160接收从GPS卫星传送的GPS位置信息。
语音处理单元140在控制单元100的控制下接收由路线信息提供单元150计算的路线信息作为语音数据以通过扬声器输出它，从而步行者可听到它。
在控制单元100的控制下，在步行者模式中路线信息提供单元150测量步行者的步幅，并将从当前位置到主位置或目的地的剩余距离转换成步数。现在将参考根据本发明实施例的图2的方框图来描述路线信息提供单元150的结构。
参考图2，路线信息提供单元150包括：传感器单元210、位置测量单元220、路线管理单元240、步幅检测单元250、步距设置单元260、步数计算单元270和路线信息计算单元280。
根据本发明实施例，传感器单元210检测步行者的步幅，并且具有用于检测直线运动的加速度传感器。根据本发明实施例，传感器单元210可包括用于精确地检测步行者的行走距离和方向的传感器，例如，用于当步行者正在行走时检测旋转运动的陀螺仪传感器。换句话说，传感器单元210使用用于检测步行者的步幅的加速度传感器和用于检测旋转运动的陀螺仪传感器中的任何一个来检测步行者的行走距离和方向。
步幅检测单元250从传感器单元210的输出模式提取以步行者的步幅重复的特征以检测步幅。具体地讲，步幅检测单元250从传感器单元210输出的加速度值检测步幅。图3是示出当步行者正在行走时的加速度传感器值的示例的曲线图。参考图3，如果传感器单元210的输出波形表示出具有根据步行者的步幅的重复周期的模式，则传感器单元210的输出模式可根据步行者的步幅特征而被不同地表示。此时，如果仅通过步幅检测来测量步行者的步距，则由于动态步幅导致根据固定步距可能会累积误差。因此，可以以每一期望的周期或步幅来测量步距以最小化误差。
如图3所示，步幅检测单元250从传感器单元210的输出模式提取以步行者的步幅重复的特征以检测步幅。具体地讲，如图3所示，步幅检测单元250从加速度值的输出模式计算基本的步幅频率以检测步行者的步幅。步幅检测单元250根据周边(circumferences)检测步行者或步幅的步幅特征。检测的步幅，即，沿着步行者的行走距离测量的步行者的实际步数被输入到步距设置单元260。
位置测量单元220使用从传感器单元210输出的加速度传感器值和从GPS卫星接收的GPS位置信息中的任何一个来测量步行者的当前位置。在本发明的实施例中，通过GPS方式测量步行者的位置，但本发明并不限于此。
如果如上所述测量行走的步行者的当前位置，则可知道步行者从出发点走了多远。即，如果步行者的当前位置被测量，则位置测量单元220可计算步行者从出发点的实际行走距离。因此，位置测量单元220计算步行者的实际行走距离，以及测量步行者的当前位置。然后，位置测量单元220将步行者的当前位置或步行者的实际行走距离输出到路线管理单元240和步距设置单元260。
首先，为了测量步距，必须计算基本的步幅频率和平均步距。原因是因为当估计步距时要求一段固定时间。此时，当初始步行者模式被设置时，使用先前存储在存储器120中的步行者的正常步距的估计值、先前存储在路线提供服务器中的估计值和由步行者任意输入的固定步距值中的任何一个来获得平均步距。因此，直到估计步距所要求的固定时间到达为止，存储的步距值被认为是平均步距以执行基于步幅的路线规划。
步距设置单元260使用根据变化大小的步幅频率和传感器单元210的步幅检测结果来估计步行者的步距。在初始步行者模式，步距设置单元260使用存储在存储器120中的步距值来设置平均步距，直到估计步距所要求的固定时间到达。步距设置单元260接收来自位置测量单元220和步幅检测单元250的值直到估计步距所要求的固定时间到达是没有必要的。然后，在估计步距所要求的固定时间过去之后，步距设置单元260使用从步幅检测单元250输出的步行者的实际步数和由位置测量单元220计算的行走距离来估计步行者的平均步距，从而将它设置为步行者的当前步幅。即，步距设置单元260使用根据加速度传感器值的变化大小的步幅频率和步幅检测结果来估计步行者的步距。此时，可利用道路的斜坡。由于加速度传感器值的步幅频率和变化大小是函数关系，并且道路的斜坡具有影响该函数关系的特征，所以可使用神经网络通过学习技术来分析步距和输入参数的函数关系以估计步行者的步距。因而，步距设置单元260将通过该过程而获得的步距估计结果输出到步数计算单元270。
线路管理单元240在从位置测量单元220传送的步行者的当前位置的基础上计算从当前位置到主位置或目的地的剩余距离。此外，路线管理单元240接收由位置测量单元220计算的步行者的行走距离结果，并从从出发点到目的地的整个距离减去该行走距离来计算从当前位置到主位置或目的地的剩余距离。然后，路线管理单元240将计算的剩余距离结果传送到步数计算单元270和路线信息计算单元280。
步数计算单元270使用从步距设置单元260输出的步幅估计结果和从路线管理单元240输出的剩余距离结果来计算步行者在剩余距离上必须行走的步数。步数计算单元270将将行走的步数的估计结果输出到路线信息计算单元280。因而，路线信息计算单元280使用剩余步数的估计结果和剩余距离结果来产生路线指引消息，以便为步行者提供基于步幅的路线规划。
现在将参考图4来描述应用本发明的实施例，图4示出根据本发明实施例当步行者正在行走时为步行者提供基于步幅的路线规划的情况。
当步行者正在行走时，步行者可通过具有嵌入的导航系统的移动终端来接收路线指引消息。通过在路线信息提供单元150中测量步行者的步数和步距来计算将从当前位置到主位置或目的地行走的步数。如果当由路线信息提供单元指引路线时在主位置前面的路线上存在交叉口，则所述设备输出路线指引消息以指引在交叉口的路线。此时，如果测量的步距是1米并且剩余距离是30米，则如图4中由标号400所指示的，路线指引消息被输出为“在30步之后在交叉口向左转”。此时，移动终端通过显示单元110输出路线指引消息，或者通过语音处理单元140输出作为语音的路线指引消息。
具体地讲，由于步行者的步距根据步行者的步幅或路线的周边而改变，所以本发明可考虑步行者的各种特征来输出路线指引消息。例如，在步行者正向着目的地行走时，通过检测步幅、设置步距和测量行走距离来测量步行者的行走速度。因此，可使用从当前位置到目的地的整个距离和行走速度来计算从当前位置到主位置或目的地的估计的行走时间。
因此，如果从当前位置到目的地的剩余距离被计算，则除了步行者的行走速度之外，可知道估计的行走时间。步行者的行走速度可被应用于基于步幅的路线规划。例如，为了提供步行者更惯用的路线规划，可输出路线指引消息，诸如如标号420所指示的“在快行20步之后在交叉口向左转”。此时，步行者的正常脚步速度和快速脚步速度是基于先前存储在存储器120中的行走速度的。
根据本发明的另一实施例，基于步幅的路线规划可被应用于标准距离单位的路线规划。例如，可输出组合距离单位和脚步单位的路线指引消息，诸如如标号410所指示的“(在正常步幅的30步之后)向前30米在交叉口向左转”。
指引消息“在50步之后在交叉口向左转”比消息“向前50米在交叉口向左转”更容易理解。根据本发明，当步行者行走在道路上时，接收到主位置或目的地的剩余步数的步行者可直观地感知到主位置或目的地的剩余步数。基于步幅的指引是比基于标准距离的指引对步行者而言更为惯用的用户接口。
现在将参考图5描述通过具有以上功能的移动终端根据步行者的步距来提供路线规划的过程。
当移动终端被用户设置为步行者模式时，控制单元100根据步行者模式启动移动终端(步骤500)。控制单元100读取先前存储在存储器120中的步行者的平均步距值，并将它传送到路线信息提供单元150。路线信息提供单元150的步距设置单元260将步行者的平均步距即步距的初始值设置为存储在存储器120中的步距值。然后，控制单元100测量由用户输入的目的地是否被设置(步骤505)。结果，如果目的地设置完成，则设置最佳路线。因此，控制单元100控制路线信息提供单元将存储在存储器120中的步距值设置为平均步距，直到估计步距所要求的时间到达，从而计算步行者沿着从出发点到目的地的整个距离的步数(步骤510)。换句话说，控制单元100通过用路线上的到主位置或目的地的剩余距离除以步距设置值来计算将行走的步数。
如果通过以上过程计算剩余距离上将行走的步数，则控制单元100使用该步数来指引路线(步骤520)。如图4所示，基于步数的路线指引消息可以以各种方式被表示。显示器或扬声器可被用作输出路线指引消息的装置。
同时，使用平均步距的基于步幅的路线规划被连续执行，直到估计步距所要求的时间到达。在估计步距所要求的固定时间之后，测量步行者的当前步距。
步行者的实际步数被测量，并且测量的步数被乘以平均步距，从而获得步行者将行走的距离。因此，控制单元100通过步幅检测来测量步行者的期望位置(步骤525)。然后，控制单元100使用诸如GPS的位置测量设备来测量步行者的当前位置(步骤530)。控制单元100将当前位置与通过步幅检测而测量的步行者的期望位置进行比较(步骤535)。虽然作为示例描述了步行者的当前位置被与期望位置进行比较的情况，但是步行者的实际行走距离可与期望的行走距离进行比较。
如果在步骤535中它与所述位置不相同，则控制单元100校正步距(步骤540)。通过用根据步行者的实际位置测量而计算的行走距离除以测量的步数来执行校正步距的步距计算。如果在步骤535中它与所述位置相同，则控制单元100保持当前步距(步骤545)。
然后，控制单元100确定步行者是否到达目的地(步骤550)。如果在步骤550中确定步行者没有到达目的地，则它返回到步骤510并且控制单元100将校正的步距重设为平均步距以执行路线规划。如果在步骤550中确定步行者到达目的地，则控制单元100将校正的步距或当前步距存储在存储器120中(步骤555)。通过以上方式存储的步距值可被用作在下一步行者模式的平均步距值。
通过以上描述，本发明根据步行者的步距来执行路线规划。在在步行者的路线上存在天桥或地下楼道的情况下，本发明可预先计算用于它们的步数，从而用于天桥或地下楼道的路线被提供为步数。根据本发明，此外，当执行基于步幅的路线规划时，可根据上坡、下坡或斜坡给出楼道的权重。
通过以上描述，根据本发明，由于在步距的基础上测量步数，所以可提供步行者更惯用的路线规划并考虑个人特征。此外，由于脚步单位的路线规划被提供，所以步行者可直观地感知剩余距离。另外，由于步行者可以通过他或她独自感知剩余距离来行走，所以步行者没有必要在视觉上看见导航系统。因而，所以所述路线规划非常适合于视觉损伤者。此外，在路线上存在楼道的情况下，楼道被转换成步数，从而它可以以基于步幅的策略机制被使用。
尽管已参考本发明的某些优选实施例显示并描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可对其进行形式和细节的各种改变。例如，使用加速度传感器值或GPS位置信息来测量步行者的位置，而也可通过各种位置测量设备来测量步行者的位置。应该注意，本发明的范围由权利要求及其等同物所限定。

Claims (22)

1、一种基于步幅的路线指引设备，包括：
路线信息提供单元，用于以步数为单位计算到特定位置的行走距离；和
控制单元，用于在路线指引期间使用从路线信息提供单元输出的步数来执行路线指引，
其中，路线信息提供单元包括：
传感器，用于感测步行者的步幅；
步幅检测单元，用于通过从传感器的输出模式提取以步行者的步幅重复的特征来检测步幅；
步距设置单元，用于使用根据传感器值的变化大小的步幅频率和步幅检测的结果来估计步行者的步距。
2、如权利要求1所述的基于步幅的路线指引设备，还包括用于存储步行者的平均步距值的存储器。
3、如权利要求2所述的基于步幅的路线指引设备，其中，在路线指引期间，控制单元使用平均步距值来执行路线指引，直到固定时间到达，并且在该固定时间之后使用从路线信息提供单元输出的步数来执行路线指引。
4、如权利要求1所述的基于步幅的路线指引设备，其中，控制单元操作以在显示单元上显示在由路线信息提供单元计算的步数的基础上通知到特定位置的剩余距离的路线指引消息。
5、如权利要求1所述的基于步幅的路线指引设备，其中，控制单元通过语音处理单元作为语音输出在由路线信息提供单元计算的步数的基础上通知到特定位置的剩余距离的路线指引消息。
6、如权利要求2所述的基于步幅的路线指引设备，其中，当初始步行者模式被设置时，存储器使用先前根据先前的步距信息而存储的步行者的正常步距的估计值、先前存储在路线提供服务器中的估计值和由步行者任意输入的固定步距中的任何一个来存储平均步距。
7、如权利要求2所述的基于步幅的路线指引设备，其中，存储器在控制单元的控制下存储用于指示当步行者从当前位置沿着所述路线移动时出现的地图的地图数据。
8、如权利要求1所述的基于步幅的路线指引设备，其中，传感器使用用于检测步行者的步幅的加速度传感器和用于检测步行者的旋转运动的陀螺仪传感器中的任何一个来输出根据步行者的行走的传感器值。
9、如权利要求1所述的基于步幅的路线指引设备，其中，路线信息提供单元还包括：
位置测量单元，用于测量步行者的当前位置；和
路线管理单元，用于根据由位置测量单元测量的结果位置值来计算到特定位置的剩余距离。
10、如权利要求9所述的基于步幅的路线指引设备，其中，步距设置单元使用从步幅检测单元和位置测量单元输出的结果值来设置步行者的步距。
11、如权利要求10所述的基于步幅的路线指引设备，其中，路线信息提供单元还包括：
步数计算单元，用于使用步距设置结果和为特定位置而计算的剩余距离来计算到所述特定位置将行走的步数；和
路线信息计算单元，用于使用剩余步数的计算结果和剩余距离结果来产生基于步数的路线指引消息。
12、如权利要求9所述的基于步幅的路线指引设备，其中，位置测量单元使用由各种位置测量单元获得的输出值根据步行者的当前位置来计算行走距离。
13、如权利要求9所述的基于步幅的路线指引设备，其中，位置测量单元使用从传感器输出的传感器值和GPS位置信息中的任何一个来测量步行者的当前位置，并根据步行者的当前位置来计算测量的行走距离。
14、一种基于步幅的路线指引方法，包括步骤：
在路线指引期间根据步行者的步幅特征和情况之一来检测步行者的步幅；
通过测量步行者的当前位置来计算行走距离；
使用步幅检测的结果和计算的行走距离来设置步行者的步距；
计算从步行者到特定位置的剩余距离；
使用步距设置的结果和计算的距离来计算与到特定位置的距离对应的步数；和
使用计算步数的结果和计算的剩余距离来提供基于步数的路线指引消息。
15、如权利要求14所述的基于步幅的路线指引方法，还包括步骤：当指引路线时，使用先前存储的步距值执行路线指引，直到估计步距所要求的固定时间到达。
16、如权利要求15所述的基于步幅的路线指引方法，还包括步骤：在过去所述时间之后使用根据步行者的步距而计算的步数来执行路线指引。
17、如权利要求15所述的基于步幅的路线指引方法，其中，当初始步行者模式被设置时，先前存储的步距值是使用先前根据先前的步距信息而存储的步行者的正常步距的估计值、先前存储在路线提供服务器中的估计值和由步行者任意输入的固定步距值中的任何一个的平均步距。
18、如权利要求14所述的基于步幅的路线指引方法，还包括步骤：
使用位置测量装置测量步行者的当前位置；
比较测量的当前位置和期望位置；和
如果测量的当前位置与期望位置相同，则保持设置的步距值。
19、如权利要求18所述的基于步幅的路线指引方法，还包括步骤：如果测量的当前位置与期望位置不相同，则校正设置的步距值。
20、如权利要求19所述的基于步幅的路线指引方法，其中，通过用根据步行者的当前位置的测量而计算的行走距离除以计算的步数来执行步距校正。
21、如权利要求14所述的基于步幅的路线指引方法，还包括步骤：如果在步行者的路线上存在天桥和地下楼道之一，则使用先前计算和存储的步数来执行基于步幅的路线规划。
22、如权利要求14所述的基于步幅的路线指引方法，还包括步骤：通过根据上坡、下坡或斜坡给出楼道的权重来执行基于步幅的路线规划。
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