JP2011524009A - 地図データを作成する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、特徴を表す地図データを形成する複数の点に円弧をフィッティングするように適切にプログラムされたコンピュータを使用する方法に関する。方法は、第1の点及び少なくとも1つの中点の周囲の領域を通る円の中心が位置する領域が第1の点及び第2の点を通る線の垂直二等分線と交差するかを判定することを含む。方法は、ナビゲーション地図の作成に適しており、ナビゲーションソフトウェアを実行するように構成されたあらゆる処理装置に適用可能である。
Description
本発明は、ナビゲーション装置及びナビゲーション装置用のナビゲーション地図を作成する方法に関する。本発明の例示する実施形態は、ポータブルナビゲーション装置(いわゆるPND)に関し、特に全地球測位システム(GPS)信号の受信及び処理機能、並びにそれと共に使用する地図データを備えるPNDに関する。更に一般的には、他の実施形態は、地図データを使用する経路計画及び好ましくはナビゲーションの機能性を提供するためにナビゲーションソフトウェアを実行するように構成されるあらゆる種類の処理装置に関する。
GPS(全地球測位システム)信号の受信及び処理機能を備えるポータブルナビゲーション装置(PND)はよく知られており、車両搭載型又は他の車両ナビゲーションシステムとして広く採用されている。
一般的に、現在のPNDは、プロセッサ、メモリ(揮発性及び不揮発性のうちの少なくとも一方、並びに一般的にはその双方)及び前記メモリ内に格納された地図データを含む。プロセッサ及びメモリは、ソフトウェアオペレーティングシステムが設置されうる実行環境を提供するように協働し、また、PNDの機能の制御を可能にし、且つ種々の他の機能を提供するために1以上の追加のソフトウェアプログラムが提供されることは一般的なことである。
通常、これらの装置は、ユーザが装置とインタラクションし、且つ装置を制御できるようにする1以上の入力インタフェース、及びユーザに情報を中継する1以上の出力インタフェースとを更に備える。出力インタフェースの例には、表示装置及び可聴出力用スピーカが含まれる。入力インタフェースの例には、オン/オフ動作又は装置の他の特徴を制御する1以上の物理ボタン(ボタンは必ずしも装置自体にある必要はなく、装置が車両に内蔵されている場合はステアリングホイール上にあってもよい)及びユーザ音声を検出するマイクが含まれる。特定の好適な1つの構成において、出力インタフェースディスプレイは、ユーザが触れることで装置を動作させる際に使用する入力インタフェースを更に提供するためにタッチセンシティブディスプレイとして(又はタッチセンシティブオーバレイ等を使用して)構成されてもよい。
多くの場合、この種の装置は、電力及びオプションとしてデータ信号を装置に対して送受信する際に使用する1以上の物理コネクタインタフェースを含み、オプションとして、セルラ電気通信、並びに例えばWi−Fi及びWi−Max GSM等の他の信号及びデータネットワークを介する通信を可能にする1以上の無線送信機/受信機を含む。
この種のPND装置は、場所データを含む衛星放送信号を受信し、且つその後装置の現在地を判定するために処理する際に使用するGPSアンテナを更に含む。
PND装置は、現在の角度及び直線加速度、また、GPS信号から導出された位置情報とともに速さ、並びに装置及び当該装置が搭載される車両の相対的な変位を判定するために処理される信号を生成する電子ジャイロスコープ及び加速度計を更に含んでもよい。通常、そのような機能は車両搭載型のナビゲーションシステムに提供されるのが最も一般的であるが、PND装置に備えることが得策である場合にはPND装置に備えてもよい。
そのようなPNDの有用性は、主に、第1の場所(一般に、出発地又は現在地)と第2の場所(一般に、目的地)との間の経路を判定する機能にある。装置のユーザは、多種多様な種々の方法、例えば郵便番号、道路名及び番地、以前に格納した「既知」の目的地(有名な場所、公共の場所(運動場又は水泳プール等)又は他の地点情報等)、並びにお気に入りの目的地又は最近訪れた目的地のいずれかにより、これらの場所を入力する。
一般にPNDは、地図データから出発地の住所の場所と目的地の住所の場所との間の「最善」又は「最適」な経路を算出することがソフトウェアにより可能になる。「最善」又は「最適」な経路は、所定の基準に基づいて判定され、必ずしも最速又は最短の経路である必要はない。運転者を案内する経路の選択は非常に複雑となり得、選択された経路は、既存の予測された動的に且つ/又は無線で受信された交通及び道路情報、道路速度に関する履歴情報、並びに道路選択を判定する要因に対する運転者自身の好みを考慮してもよい(例えば運転者は、経路が高速道路又は有料道路を含むべきでないことを指定してもよい)。
更に装置は、道路及び交通状況を継続的に監視し、状況変化によりとられる残りの行路に対して経路を変更することを提案又は選択してもよい。種々の技術(例えば、移動電話データ交換、固定カメラ、GPS車両追跡)に基づくリアルタイム交通監視システムは、交通遅滞を識別し、その情報を通知システムに供給するために使用されている。
この種のPNDは、一般に、車両のダッシュボード又はフロントガラスに搭載されてもよいが、車両のラジオの内蔵コンピュータの一部又は実際には車両自体の制御システムの一部として形成されてもよい。ナビゲーション装置は、PDA(ポータブルデジタルアシスタント)、メディアプレーヤ又は移動電話等のハンドヘルドシステムの一部であってもよい。これらの場合、ハンドヘルドシステムの標準的な機能は、経路計算及び計算された経路に沿ったナビゲーションの双方を実行するためにソフトウェアを装置にインストールすることにより拡張される。
経路計画及びナビゲーション機能は、適切なソフトウェアを実行するデスクトップ又は移動計算リソースにより提供されてもよい。例えば、ロイヤル・オートモービルクラブ(RAC:Royal Automobile Club)は、http://www.rac.co.ukにおいてオンライン経路計画及びナビゲーション機能を提供する。この機能により、ユーザは出発地及び目的地を入力でき、その後ユーザのPCが接続されるサーバは、経路(経路の様子はユーザにより指定されてもよい)を計算し、地図を生成し、選択した出発地から選択した目的地までユーザを案内するための包括的なナビゲーション命令の集合を生成する。また当該機能は、計算経路の擬似3次元レンダリングを提供し、ユーザが経路に沿って移動することをシミュレートし、且つそれにより計算された経路のプレビューをユーザに提供する経路プレビュー機能を提供する。
PNDにおいて、経路が計算されると、ユーザはオプションとして提案された経路のリストから所望の計算された経路を選択するためにナビゲーション装置とインタラクションする。オプションとして、ユーザは、例えば特定の経路、道路、場所又は基準が特定の行程に対して回避されること又は必須であることを指定することにより経路選択処理を仲介又は誘導してもよい。PNDの経路計算の側面は1つの主要機能を形成し、そのような経路に沿ったナビゲーションは別の主要機能である。
計算された経路に沿ったナビゲーションがなされている間、このようなPNDは、経路の終点、すなわち所望の目的地まで選択した経路に沿ってユーザを案内するための視覚的命令及び可聴命令の少なくともいずれかを提供するのが一般的である。また、PNDは、ナビゲーション中に画面上に地図情報を表示するのが一般的である。このような情報は、表示された地図情報が装置の現在地及び従って装置が車両搭載型のナビゲーションに使用されている場合はユーザの現在地又はユーザの車両の現在地を表すように画面上で定期的に更新される。
一般に画面上に表示されたアイコンは、装置の現在地を示し、装置の現在地近傍の現在の道路及び周囲の道路の地図情報と共に中央に置かれ、他の地図の特徴も表示される。更にナビゲーション情報は、オプションとして表示された地図情報の上側、下側又は片側のステータスバーに表示されてもよく、ナビゲーション情報の例には、ユーザが走行する必要のある現在の道路から次の進路変更までの距離が含まれ、場合によってはその進路変更の特性は、例えば左折又は右折である特定の種類の進路変更を示す更なるアイコンで表される。またナビゲーション機能は、経路に沿ってユーザを案内する際に使用される可聴命令の内容、継続時間及びタイミングを判定する。理解されるように、「100m先を左折」等の単純な命令は、かなりの処理及び分析を必要とする。上述したように、装置とのユーザインタラクションは、タッチスクリーンによって行われてもよく、更に又はあるいはステアリングコラムリモコン、音声起動又は他の適切なあらゆる方法によって行われてもよい。
装置により提供された更なる重要な機能は、ユーザがナビゲーション中に事前に計算された経路から外れた(偶然又は意図的に)場合、別の経路の方が適切であることをリアルタイム交通状況が指示し、且つ装置がそのような状況を自動的に認識することを適切に可能にされる場合、又はユーザが何らかの理由で能動的に装置に経路を再計算させる場合の自動経路再計算である。
またユーザが規定した基準で経路を計算できることは既知である。例えばユーザは、装置により景色のよい経路が計算されることを好んでもよく、あるいは交通渋滞が起こる可能性が高いか、起こることが予想されるか又は現在起こっているあらゆる道路を回避することを要求してもよい。次に、装置のソフトウェアは種々の経路を計算し、例えば景色が美しい所としてタグ付けされた地点情報(POIとして既知である)を経路に沿って最も多く含む経路をより有利に重み付けするか、あるいは特定の道路上の交通状況を示す格納情報を使用することにより、起こる可能性のある渋滞又はそのために起こる遅滞のレベルに関して計算経路を順序付けする。更に他のPOIに基づく経路計算及びナビゲーション基準、並びに交通情報に基づく経路計算及びナビゲーション基準が可能である。
経路計算及びナビゲーション機能はPNDの全体的な有用性に対して必須であるが、装置を純粋に情報表示に使用できる。すなわち、装置の現在地に関連する地図情報のみが表示され、経路が全く計算されておらず、装置が現在ナビゲーションを全く実行していない「フリードライビング」用に使用できる。多くの場合、このような動作モードは、移動するのに使用するように要求される経路をユーザが既に認識しており、ナビゲーション支援を必要としない場合に適用可能である。
上述のこの種の装置、例えばTomTom International B.V.が製造及び供給する720Tモデルは、ユーザがある位置から別の位置まで運転できるようにする信頼できる手段を提供する。
ナビゲーション装置と共に使用する地図データは、一般に道路形状を示す数十万又は数百万もの点を含む。例えば1つの道路は、道路の進路を示す複数の中間点により表される。しかし、地図データを格納するのに必要なメモリは、サイズが大きく且つ高価である場合が多く、それによりナビゲーション装置又はデータ記憶装置又は新しい地図データを含む媒体のコストは高くなる。
本発明の目的は、この問題に対処することであり、特に道路等の実際の物理的実体の忠実な表現を保持しつつ地図データのサイズを減少することである。
この目的のために、本発明の現在の好適な実施形態は、複数の点に円弧をフィッティングするように適切にプログラムされたコンピュータを使用する方法であって、第1の点と少なくとも1つの中点の周囲の領域とを通る円の中心が位置する領域が、第1の点及び第2の点を通る線の垂直二等分線と交差するかを判定する構成を有する方法を提供する。
本発明の別の実施形態は、実行環境で実行された時に第1の点と少なくとも1つの中間点の周囲の領域とを通る円の中心が位置する領域が、第1の点及び第2の点を通る線の垂直二等分線と交差するか否かをプロセッサに判定させるように動作可能である1以上のソフトウェアモジュールを含むコンピュータソフトウェアに関する。
本発明の更に別の実施形態は、プロセッサと、プロセッサに動作可能に接続されたメモリと、を備え、メモリは複数の点を含み、プロセッサは、第1の点と少なくとも1つの中間点の周囲の領域とを通る円の中心が位置する領域が、第1の点及び第2の点を通る線の垂直二等分線と交差するか否かを判定するように構成されることを特徴とする装置に関する。
これらの実施形態の利点については以下に説明する。これらの実施形態の各々の更なる詳細及び特徴は、添付の従属請求項及び以下の詳細な説明の中で規定される。
本発明の教示の種々の態様及びそれらの教示を採用する構成について、添付の図面を参照して例として以下に説明する。
次に、本発明の好適な実施形態について、特にPNDを参照して説明する。しかし、本発明の教示はPNDに限定されず、経路計画及びナビゲーション機能を提供するためにナビゲーションソフトウェアを実行するように構成されるいかなる種類の処理装置にも例外なく適用可能である。故に、本出願において、ナビゲーション装置は、PND、車両に内蔵されたナビゲーション装置、あるいは実際には経路計画及びナビゲーションソフトウェアを実行するコンピューティング資源(デスクトップ又はポータブルパーソナルコンピュータ(PC)、移動電話、あるいはポータブルデジタルアシスタント(PDA))として実装されるか否かにかかわらず、いかなる種類の経路計画及びナビゲーション装置も(無制限に)含むことを意図する。
本発明の教示は、ユーザが1つの地点から別の地点までの運転方法に関する指示を要求していないが単に所定の場所のビューを提供してほしい状況においても有用であることが以下から明らかとなるだろう。このような状況において、ユーザが選択した「目的地」の場所は、ユーザが運転を開始したい対応する出発地を有する必要はないため、本明細書で「目的地」の場所又は実際には「目的地」のビューを参照することは、経路の生成が不可欠であること、「目的地」まで移動する必要があること又は実際には目的地の存在が対応する出発地の名称を必要とすることを意味すると解釈されるべきではない。
上記を踏まえ、図1はナビゲーション装置により使用可能な全地球測位システム(GPS)の一例を示す図である。そのようなシステムは周知であり、種々の目的に使用される。一般に、GPSは、連続的な位置、速度、時間及びいくつかの例においては方向情報を無数のユーザに対して判定できる衛星無線ナビゲーションシステムである。
以前はNAVSTARとして周知であったが、GPSは極めて正確な軌道で地球と共に動作する複数の衛星を使用する。これらの正確な軌道に基づいて、GPS衛星は、それらの場所を任意の数の受信装置に中継できる。
GPSデータを受信する能力を特別に備える装置がGPS衛星信号に対する無線周波数の走査を開始する場合、GPSシステムは実現される。GPS衛星から無線信号を受信すると、装置は、複数の異なる従来の方法のうちの1つを用いて、その衛星の正確な場所を判定する。殆どの例において、装置は、少なくとも3つの異なる衛星信号を取得するまで信号の走査を継続する(尚、位置は、通常は2つの信号のみでは判定されないが、他の三角測量技術を使用して2つの信号から判定することもできる)。幾何学的三角測量を実現する場合、受信機は、3つの既知の位置を利用して、衛星に対する自身の2次元位置を判定する。これは、周知の方法で行われる。更に、第4の衛星信号を取得することにより、受信装置は、同一の幾何学計算によって周知の方法でその3次元位置を計算できる。位置及び速度データは、無数のユーザにより連続的にリアルタイムで更新可能である。
図1に示すように、GPSシステム全体を参照番号100で示す。複数の衛星120は、地球124の周囲の軌道上にある。各衛星120の軌道は、他の衛星120の軌道と必ずしも同期せず、実際には非同期であることが多い。GPS受信機140は、種々の衛星120からスペクトル拡散GPS衛星信号160を受信するように示される。
各衛星120から連続的に送信されるスペクトル拡散信号160は、極めて正確な原子時計を用いて達成される非常に正確な周波数標準を利用する。各衛星120は、そのデータ信号送信160の一部として、その特定の衛星120を示すデータストリームを送信する。一般に、GPS受信機140が三角測量によりその2次元位置を計算するために、GPS受信機140は少なくとも3つの衛星120からスペクトル拡散GPS衛星信号160を取得することが当業者には理解される。更なる信号を取得すると、全部で4つの衛星120から信号160を取得する結果となり、これによってGPS受信機140は、その3次元位置を周知の方法で計算できる。
図2は、本発明の好適な実施形態に係るナビゲーション装置200の電子構成要素の実例となる図である。尚、ナビゲーション装置200のブロック図は、ナビゲーション装置の全ての構成要素を含むものではなく、構成要素の多くの例を表すにすぎない。
ナビゲーション装置200は、筐体(不図示)内に位置付けられる。筐体は、入力装置220及び表示画面240に接続されるプロセッサ210を含む。入力装置220は、キーボード装置、音声入力装置、タッチパネル、及び情報を入力するために利用される他の任意の周知の入力装置のうちの少なくとも1つを含むことができ、表示画面240は、例えばLCDディスプレイ等の任意の種類の表示画面を含むことができる。特定の好適な構成において、入力装置220及び表示画面240は、タッチパッド又はタッチスクリーン入力を含む一体型入力表示装置に一体化され、その場合、ユーザは、複数の表示選択肢のうちの1つを選択するか又は複数の仮想ボタンのうちの1つを操作するために、表示画面240の一部分に接触するだけでよい。
ナビゲーション装置は、出力装置260、例えば可聴出力装置(例えばスピーカ)を含みうる。出力装置260がナビゲーション装置200のユーザに対して可聴情報を生成できるため、同様に、入力装置240は入力音声コマンドを受信するマイク及びソフトウェアを更に含むことができると理解されるべきである。
ナビゲーション装置200において、プロセッサ210は、接続225を介して入力装置240に動作可能に接続され且つ入力装置220から入力情報を受信するように設定される。また、プロセッサ210は、情報を出力するために、表示画面240及び出力装置260のうちの少なくとも一方に出力接続245を介して動作可能に接続される。更に、プロセッサ210は、接続235を介してメモリ230に動作可能に接続され、接続275を介して入出力(I/O)ポート270との間で情報を送受信するように更に構成される。この場合、I/Oポート270は、ナビゲーション装置200の外部のI/O装置280に接続可能である。外部I/O装置280は、例えばイヤホン等の外部聴音装置を含んでもよいが、これに限定されない。更に、I/O装置280への接続は、例えばハンズフリー動作と音声起動動作との少なくとも一方のため、イヤホン又はヘッドフォンへの接続のため、並びに/あるいは例えば移動電話への接続のためのカーステレオユニット等の他の任意の外部装置への有線接続又は無線接続であってもよい。この場合、移動電話接続は、ナビゲーション装置200とインターネット又は例えば他の任意のネットワークとの間のデータ接続を確立するためと、インターネット又は例えば他の任意のネットワークを介するサーバへの接続を確立するためとの少なくとも一方のために使用されてもよい。
図2は、接続255を介するプロセッサ210とアンテナ/受信機250との間の動作可能な接続を更に示す。この場合、アンテナ/受信機250は、例えばGPSアンテナ/受信機であってもよい。参照番号250で示されるアンテナ及び受信機は、図示のために概略的に組み合わされるが、アンテナ及び受信機は、別個に位置する構成要素であってもよく、アンテナは、例えばGPSパッチアンテナ又はヘリカルアンテナであってもよいことが理解されるだろう。
更に、図2に示す電子構成要素が従来の方法で電源(不図示)により電力を供給されることが当業者には理解されるだろう。当業者により理解されるように、図2に示す構成要素の異なる構成が本願の範囲内で考えられる。例えば、図2に示す構成要素は、有線接続と無線接続との少なくとも一方等を介して互いに通信状態にあってもよい。従って、本願のナビゲーション装置200の範囲は、ポータブル又はハンドヘルドナビゲーション装置200を含む。
更に、図2のポータブル又はハンドヘルドナビゲーション装置200は、例えば自転車、オートバイ、自動車又は船舶等の乗物に周知の方法で接続されるか又は「ドッキング」される。その場合、そのようなナビゲーション装置200は、ポータブル又はハンドヘルドナビゲーションとして使用するために、ドッキング場所から取り外し可能である。
図3を参照すると、ナビゲーション装置200は、デジタル接続(例えば、周知のBluetooth技術を介するデジタル接続)を確立する移動装置(図示せず)(移動電話、PDA、及び移動電話技術を用いる任意の装置のうちの少なくとも1つ等)を介して、サーバ302との「モバイル」あるいは電気通信ネットワーク接続を確立してもよい。そうして、そのネットワークサービスプロバイダを介して、移動装置は、サーバ302とのネットワーク接続を(例えば、インターネットを介して)確立できる。そのため、「モバイル」ネットワーク接続は、情報に対する「リアルタイム」又は少なくとも非常に「最新」のゲートウェイを提供するために、ナビゲーション装置200(単体時、及び車載走行時の少なくとも一方において移動可能であり且つ多くの場合移動している)とサーバ302との間に確立される。
例えばインターネット(ワールドワイドウェブ等)を使用して、移動装置(サービスプロバイダを介する)とサーバ302等の別の装置との間にネットワーク接続を確立することは、周知の方法で行われうる。これは、例えばTCP/IP層プロトコルの使用を含む。移動装置は、CDMA、GSM、WAN等の任意の数の通信規格を利用できる。
そのため、例えば移動電話又はナビゲーション装置200内の移動電話技術を介するデータ接続を介して達成されるインターネット接続が利用されてもよい。この接続の場合、サーバ302とナビゲーション装置200との間のインターネット接続が確立される。これは、例えば、移動電話又は他の移動装置及びGPRS(汎用パケット無線サービス)接続(GPRS接続は、通信会社により提供される移動装置用高速データ接続であり、GPRSはインターネットへの接続方法である)を介して行われうる。
更に、ナビゲーション装置200は、移動装置とのデータ接続を完成し、例えば既存のBluetooth技術を介して周知の方法でインターネット及びサーバ302とのデータ接続を最終的に完成する。この場合、例えばデータプロトコルは、GSM規格に対するデータプロトコル規格であるGSRM1等の任意の数の規格を利用できる。
ナビゲーション装置200は、ナビゲーション装置200自身の中に、自身の移動電話技術を含んでもよい(例えばアンテナを含む、あるいはオプションとしてナビゲーション装置200の内部アンテナを用いる)。ナビゲーション装置200内の移動電話技術は、上述のような内部構成要素を含むことができ、且つ/又は例えば必要な移動電話技術とアンテナとの少なくとも一方を備える挿入可能なカード(例えば加入者識別モジュールあるいはSIMカード)を含むことができる。そのため、ナビゲーション装置200内の移動電話技術は、任意の移動装置の方法と同様の方法で、例えばインターネットを介して、ナビゲーション装置200とサーバ302との間にネットワーク接続を同様に確立できる。
GRPS電話設定の場合、移動電話の機種、製造業者等の多様な範囲に関して正しく動作するために、Bluetooth対応のナビゲーション装置が使用されてもよく、機種/製造業者専用設定は、例えばナビゲーション装置200に格納されてもよい。この情報のために格納されたデータは更新されうる。
図3において、ナビゲーション装置200は、多くの異なる、いずれの装置により実装されうる汎用通信チャネル318を介して、サーバ302と通信するものとして示されている。通信チャネル318を介する接続がサーバ302とナビゲーション装置200との間に確立される場合、本願のサーバ302及びナビゲーション装置200は通信可能である(尚、そのような接続は、移動装置を介するデータ接続、インターネットを介するパーソナルコンピュータを介する直接接続等である)。
サーバ302は、図示しない他の構成要素に加えて、メモリ306に動作可能に接続され且つ有線又は無線接続314を介して大容量データ記憶装置312に動作可能に更に接続されるプロセッサ304を含む。更に、プロセッサ304は、通信チャネル318を介してナビゲーション装置200と情報の送受信を行うために、送信機308及び受信機310に動作可能に接続される。送受信される信号は、データ信号、通信信号及び又は他の伝搬信号を含んでもよい。送信機308及び受信機310は、ナビゲーション装置200の通信設計において使用される通信条件及び通信技術に従って選択又は設計されてもよい。尚、送信機308及び受信機310の機能は、信号送受信機に組み合わされてもよい。
サーバ302は、大容量記憶装置312に更に接続される(又は、大容量記憶装置312を含む)。尚、大容量記憶装置312は、通信リンク314を介してサーバ302に結合されてもよい。大容量記憶装置312は、ナビゲーションデータ及び地図情報のストアを含む。また、大容量記憶装置312は、サーバ302とは別個の装置であってもよく、サーバ302に組み込まれてもよい。
ナビゲーション装置200は、通信チャネル318を介してサーバ302と通信するように構成され、図2に関して上述したように、プロセッサ、メモリ等を含み、更に、通信チャネル318を介して信号及び/又はデータを送出する送信機320及び受信する受信機322を含む。尚、これらの装置は、サーバ302以外の装置と通信するためにも使用される。更に、送信機320及び受信機322は、ナビゲーション装置200の通信設計において使用される通信条件及び通信技術に従って選択又は設計され、送信機320及び受信機322の機能は、単一の送受信機に組み合わされてもよい。
サーバメモリ306に格納されるソフトウェアは、プロセッサ304に命令を提供し、サーバ302がナビゲーション装置200にサービスを提供できるようにする。サーバ302により提供される1つのサービスは、ナビゲーション装置200からの要求の処理及び大容量データ記憶装置312からナビゲーション装置200へのナビゲーションデータの送信を含む。サーバ302により提供される別のサービスは、所望のアプリケーションに対する種々のアルゴリズムを使用したナビゲーションデータの処理及びナビゲーション装置200へのこれらの計算の結果の送出を含む。
一般に、通信チャネル318は、ナビゲーション装置200とサーバ302とを接続する伝搬媒体又はパスを表す。サーバ302及びナビゲーション装置200の双方は、通信チャネルを介してデータを送信する送信機及び通信チャネルを介して送信されたデータを受信する受信機を含む。
通信チャネル318は、特定の通信技術に限定されない。更に、通信チャネル318は、単一の通信技術に限定されない。すなわち、チャネル318は、種々の技術を使用する複数の通信リンクを含んでもよい。例えば、通信チャネル318は、電気通信、光通信、及び電磁通信のうちの少なくとも1つ等のためのパスを提供するように構成されることができる。そのため、通信チャネル318は、電気回路、ワイヤ及び同軸ケーブル等の電気導体、光ファイバケーブル、コンバータ、無線周波数(RF)波、大気、空間等のうちの1つ又はそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない。更に、通信チャネル318は例えば、ルータ、リピータ、バッファ、送信機及び受信機等の中間装置を含むことができる。
1つの例示的な装置において、通信チャネル318は、電話及びコンピュータネットワークを含む。更に、通信チャネル318は、無線周波数、マイクロ波周波数、赤外線通信等の無線通信に適応できてもよい。更に、通信チャネル318は衛星通信に適応できる。
通信チャネル318を介して送信される通信信号は、所定の通信技術に必要とされるか又は望まれる信号を含むが、それらに限定されない。例えば、信号は、時分割多元接続(TDMA)、周波数分割多元接続(FDMA)、符号分割多元接続(CDMA)、グローバル・システム・フォー・モバイル・コミュニケーションズ(Global System for Mobile Communications)(GSM)等のセルラ通信技術において使用されるように構成されてもよい。デジタル信号及びアナログ信号の双方が通信チャネル318を介して送信できる。これらの信号は、通信技術にとって望ましい変調信号、暗号化信号、及び圧縮信号のうちの少なくとも1つであってもよい。
サーバ302は、無線チャネルを介してナビゲーション装置200によりアクセス可能なリモートサーバを含む。サーバ302は、ローカルエリアネットワーク(LAN)、ワイドエリアネットワーク(WAN)、仮想プライベートネットワーク(VPN)等に位置するネットワークサーバを含んでもよい。
サーバ302は、デスクトップ又はラップトップコンピュータ等のパーソナルコンピュータを含んでもよく、通信チャネル318は、パーソナルコンピュータとナビゲーション装置200との間に接続されるケーブルであってもよい。あるいは、パーソナルコンピュータは、ナビゲーション装置200とサーバ302との間に接続されて、サーバ302とナビゲーション装置200との間にインターネット接続を確立してもよい。あるいは、インターネットを介してナビゲーション装置200をサーバ302に接続するために、移動電話又は他のハンドヘルド装置がインターネットへの無線接続を確立してもよい。
ナビゲーション装置200は、情報ダウンロードを介してサーバ302から情報を与えられてもよい。情報は、自動的あるいはユーザがナビゲーション装置200をサーバ302に接続する場合に周期的に更新されてもよく、且つ/又は例えば無線移動接続装置及びTCP/IP接続を介してサーバ302とナビゲーション装置200との間に接続がより継続して又は頻繁に確立される場合に更に動的に更新されてもよい。多くの動的計算のために、サーバ302内のプロセッサ304が大量の処理要求を処理するために使用されてもよい。しかし、ナビゲーション装置200のプロセッサ210も同様に、多くの場合においてはサーバ302への接続に関係なく、多くの処理及び計算を処理できる。
図2に示す様に、ナビゲーション装置200はプロセッサ210、入力装置220、表示画面240を含む。入力装置220及び表示画面240は、例えばタッチパネルスクリーンを介して情報(直接入力、メニュー選択など)を入力すること及び情報を表示することとの両方を可能にするために、一体型入力表示装置に統合される。このようなスクリーンは、当業者には周知のものであるように、例えばタッチ入力LCDスクリーンであってもよい。更に、ナビゲーション装置200は、例えばオーディオ入力/出力装置などの、更なる任意の入力装置220と更なる任意の出力装置241との少なくとも一方を有しても良い。
図4A及び図4Bは、ナビゲーション装置200の斜視図を示している。図4Aに示すように、ナビゲーション装置200は、一体型入力表示装置290(例えばタッチパネル画面)と図2の他の構成要素(内蔵GPS受信機250、マイクロプロセッサ210、電源、メモリシステム230などを含むがこれに限定されない)を含むユニットであっても良い。
ナビゲーション装置200は、アーム292上に備え付けられても良い。このアーム292は、吸着カップ294を用いて、車両のダッシュボード/窓/等に固定されても良い。このアーム292は、ナビゲーション装置200がドッキング可能なドッキングステーションの一例である。
図4Bに示すように、ナビゲーション装置200は、例えば、アーム292に対してナビゲーション装置292をスナップ接続することで、ドッキングステーションのアーム292にドッキング若しくは接続することができる。図4Bにおける矢印で示すように、ナビゲーション装置200は、アーム292上で回転可能である。ナビゲーション装置200とドッキングステーションとの間の接続を解除するためには、例えば、ナビゲーション装置200上のボタンを押下すればよい。ドッキングステーションに対してナビゲーション装置を結合及び分離する他の同等の適切な構成は当業者には既知である。
上述したように、地図データは、道路等の実際の特徴を表すために折れ線又は線形群を形成する複数の点を含む。しかし、地図データを簡略化して地図データを圧縮することにより地図データに必要な記憶容量を減少することが望ましい。更に、道路等の実際の特徴の表現を改善することにより地図データを更に視覚的に魅力的にすることが望ましい。
本発明の実施形態は、円弧を使用して地図データを簡略化しようとする。特に本発明の実施形態は、複数の点と交差する進路を近似する円弧によりそれらの点を置換することにより地図データを簡略化する。
以下の式を使用して線形群及び弧を形成する各点からの平方距離Rの合計を最小にしようとする最小二乗フィッティングを使用して円弧を点の集合にフィッティングできる。
式中、
は点p0とpnとの間の円弧を示す。
式中、
は点p0とpnとの間の円弧を示す。
しかし、最小二乗フィッティングの主な欠点は、線形群に対して可能な全てのショートカットを見つけることは計算的に非効率的であることである。例えば点pi,...,pjの集合に対して、弧がpiとpkとの間で可能であるかを設定することは、弧がpiとpk+1との間で可能であるかを設定しないため、最小二乗フィッティングアルゴリズムは、線形群の可能な各小区分を計算的に評価することを必要とし、計算コストは高くなり且つ遅い。しかし、本発明の実施形態は、始点、終点、及び全ての中間点のそれぞれを囲む誤差円を通る弧の形成が可能であるかを事前に判定でき、それにより計算リソースの浪費を回避する。
本発明の一実施形態について説明する。本発明の実施形態は、以下に説明するように、可能な場合には、第1の点から開始して第2の点で終了し、且つ第1の点及び第2の点の間に存在する1以上の点の誤差円を通過する円弧で線形群を置換することを目的とする。
図5を参照すると、元の地図データでは線分400、401により連結される3つの点p0、p1及びp2が示される。本発明の実施形態により生成された改訂版地図データにおいて、点p0及びp2は点p1の誤差円D1と交差する曲線の弧410により連結される。誤差円は半径εの円であり、点の周囲の所定の最大誤差範囲を表す。点を回避する全ての有効なショートカットは、その誤差円を通過する必要がある。
次に、図5のように第1の点、第2の点の誤差円、及び第3の点を通る弧の中心の設定方法を説明する。
紀元前3世紀の哲学者であるペルゲのアポロニウスの研究によると、2つの点及び円を通過可能な円は2つ存在する。従って、2つに分岐した軌跡が存在し、一方の分岐は円の内側に接する円の集合に対するものであり、他方の分岐は外側に接する円の集合に対するものである。これを図6に示す。図6(a)は、2つに分岐した軌跡を示す。図6(b)は円の内側に接する円を示す。図6(c)は、円の外側に接する円を示す。
軌跡の2つの分岐により記述された領域内に中心を有する全ての円は、その点及び円を通過する。2つに分岐した軌跡は双曲線として表され、p0及びD1を通過する双曲線の2つの分岐の間の領域は本明細書において
で示される。
で示される。
ここで、3つの点p0、p1及びp2の状況を考慮した場合、本発明者によると、p0及びD1を通る全ての円が
内に中心を有する一方で、p0及びD2を通る全ての円は
内に中心を有する。従って、p0、D1及びD2を通る全ての円は
及び
内に中心を有する。これは、
で書くことができる。故に、複数の点pi,...,pjから成る線形群を仮定すると、p1及び他の全ての点の誤差円Di+1,...,Djを通る円の中心は領域A内である必要がある。
内に中心を有する一方で、p0及びD2を通る全ての円は
内に中心を有する。従って、p0、D1及びD2を通る全ての円は
及び
内に中心を有する。これは、
で書くことができる。故に、複数の点pi,...,pjから成る線形群を仮定すると、p1及び他の全ての点の誤差円Di+1,...,Djを通る円の中心は領域A内である必要がある。
円が点pi,...,pjの既存の集合及び別の点pj+1を通ることが可能である場合、Aと
との共通集合のみを計算する必要があり、全ての可能性を評価する不要な計算時間を節約できる。以下の場合に円が可能である。
との共通集合のみを計算する必要があり、全ての可能性を評価する不要な計算時間を節約できる。以下の場合に円が可能である。
しかし、弧
は、点の誤差円Dj+1を通るのではなく終点pj+1で正確に終了する場合にのみ可能であることが認識されるだろう。これを設定するためにpi及びpj+1の垂直二等分線
とAとの交差が考慮される。pi、pj+1、及び全ての中間点の誤差円を通る弧の中心は、
とAとの交差により規定された線分上にある必要がある。
は、点の誤差円Dj+1を通るのではなく終点pj+1で正確に終了する場合にのみ可能であることが認識されるだろう。これを設定するためにpi及びpj+1の垂直二等分線
とAとの交差が考慮される。pi、pj+1、及び全ての中間点の誤差円を通る弧の中心は、
とAとの交差により規定された線分上にある必要がある。
図7(a)は、双曲線
の交差を示す。図7(b)は、
上に中心を有する点p1〜p5の誤差円と交差するp0からp6への可能な最小及び最大の弧を示す。
の交差を示す。図7(b)は、
上に中心を有する点p1〜p5の誤差円と交差するp0からp6への可能な最小及び最大の弧を示す。
p0及びp6等の2つの点が与えられると、数dはベクトル
とp0、p6及び点p1〜p5の誤差円を通る弧との間の距離を表す。しかし、一方は正、他方は負である2つの値のdが存在する。これらは点及び誤差円を通り、最短経路を見つけるためにそれらを区別する必要がある。
とp0、p6及び点p1〜p5の誤差円を通る弧との間の距離を表す。しかし、一方は正、他方は負である2つの値のdが存在する。これらは点及び誤差円を通り、最短経路を見つけるためにそれらを区別する必要がある。
図8は、本発明の一実施形態に係る方法を示す。方法は、円弧により複数の点pi,...,pjを近似できるかを判定し、近似できる場合はその弧に対する値dを計算する。
方法は、ステップ800で開始する。ステップ810において、領域値Aは、第1の点piと第2の点の誤差円Di+1との間の双曲線の2つの分岐間の領域に設定される。ステップ820において、値kは第2の点への指標の値i+1に設定される。830において、領域Aが0でない値を有しており、かつkがjより小さい、即ち複数の点の最後の点に到達したか否かを判定する。双方の条件が満たされる場合、ステップ850に進む。しかし、一方又は双方の条件が満たされない場合、方法はステップ840で終了する。ステップ850において、kの値はインクリメントされる。ステップ860において、計算された領域Aと垂直二等分線
との交差が計算される。ステップ870において、lが0でないこと、すなわち垂直二等分線
が領域Aを通過することが判定される。この場合、ステップ880においてdの値が計算される。値dは、垂直二等分線
と円弧との間の距離である。ステップ870においてl=0である場合、あるいはdがステップ880で計算された場合、ステップ890において、Aの新しい値はpiと誤差円Di+1との間の新しい双曲線とAの既存の値との共通集合により計算される。
との交差が計算される。ステップ870において、lが0でないこと、すなわち垂直二等分線
が領域Aを通過することが判定される。この場合、ステップ880においてdの値が計算される。値dは、垂直二等分線
と円弧との間の距離である。ステップ870においてl=0である場合、あるいはdがステップ880で計算された場合、ステップ890において、Aの新しい値はpiと誤差円Di+1との間の新しい双曲線とAの既存の値との共通集合により計算される。
方法は、更なる点を順次導入することにより再帰的に実行されることが図8から分かる。更なる点を導入した後、全ての中間点の誤差円を通る始点と終点との間の円弧をフィッティングできるかが判定される。フィッティングできない場合、l=0であり、円弧は最後の繰り返しで考慮された複数の点を表すために使用される。
ステップ880でdを計算する方法について、図9を参照して説明する。
値dを判定するために、円弧上の3つの点、すなわち第1の点pi、終点pk及び好適な実施形態においては中点pm=p(i+k)/2である第3の点が使用される。この中点は、図8のステップ880で実行される図9に示す方法のステップ901で判定される。
円弧は円の小区分であり、ステップ902において、その円の中心pcが計算される。pi又はpkとpcとの間の距離は円の半径であり、その一方でdはpi及びpkを二等分する線
と円弧との間の距離である。従って、線
のどちら側に中心pcが位置するかを計算する必要がある。これは、ステップ903で実行される。
と円弧との間の距離である。従って、線
のどちら側に中心pcが位置するかを計算する必要がある。これは、ステップ903で実行される。
pcが線
の下側にあるとステップ903で判定された場合、以下の式が得られる。
換言すると、dは、円の半径から円の中心とpi及びpkと交差する線との距離を減算した値である。しかし、pcが線の上側にある場合、以下の式が得られる。
すなわち、dは、円の半径に円の中心とpi及びpkと交差する線との距離を加算した値である。
の下側にあるとステップ903で判定された場合、以下の式が得られる。
換言すると、dは、円の半径から円の中心とpi及びpkと交差する線との距離を減算した値である。しかし、pcが線の上側にある場合、以下の式が得られる。
すなわち、dは、円の半径に円の中心とpi及びpkと交差する線との距離を加算した値である。
pxが線
のどちら側にあると判定されるかによって1又は−1を返す関数
が使用される場合、上記計算は以下のように書ける。
のどちら側にあると判定されるかによって1又は−1を返す関数
が使用される場合、上記計算は以下のように書ける。
上記式において、SideOfLineはpcが線
の上側にあるか又は下側にあるかに依存して関連した距離の加算又は減算を行うために使用される。このように、dの値はステップ904で計算される。
の上側にあるか又は下側にあるかに依存して関連した距離の加算又は減算を行うために使用される。このように、dの値はステップ904で計算される。
上述した方法において、点と点の誤差円との間の双曲線を判定する必要がある。円錐多角形の交差を使用して双曲線の計算を行うことも可能であるが、本発明の好適な一実施形態は双曲線hの多角形近似h’を使用する。
図10(a)は一対の双曲線を示す。図10(b)は、(a)に示した一対の双曲線に対する漸近線及び接線を示す。図10(c)は、一対の双曲線に対する近似h’を示す。
双曲線の重要な特性に対して図10(a)に示した一対の双曲線を近似することが利用される。全ての双曲線は、(0, 0)を通る2つの漸近線、y軸に平行でありx切片を有する2つの接線を有する。座標は双曲線に関係し、(0, 0)は焦点F1とF2との間の点である。漸近線及び接線は以下のように計算される。
漸近線:
接線:
漸近線:
接線:
漸近線及び接線は図10(b)に示され、図10(c)に示す近似が計算されることを可能にする。
このような近似は、実際の双曲線より僅かに小さい領域を呈するため、いくつかのショートカットは理論的には拒否される可能性があるが、誤判定がなされることはない。近似の誤差は、3つ以上の接線を使用することにより低減されてもよい。図9(c)に示すように、多角形近似は無限サイズを有する。変数λは近似の長さを制限するために導入されてもよい。長さは1つの漸近線に沿って測定されてもよく、その長さは漸近線が互いに交差する点から開始する。
更に多角形交差を計算する必要があり、この目的のために掃引線アルゴリズム(sweep line algorithm)等のいかなる多角形交差アルゴリズムが使用されてもよい。
弧が複数の点に対する適切な近似であることを保証するために、本発明の実施形態は、距離の閾値及び角度の閾値の一方又は双方を使用する。
距離の閾値は、弧が連続した点の間の線分から離れてもよい最大距離である。即ち、それらの点の間の直線線分
と円弧
との間の最大許容距離である最大偏差値εが導入される。距離は、
が
と同一の傾きを有する時の
と
との間の距離である。弧及び線分が始点及び終点の双方を共有しない場合、距離dkは、円弧
及び線分
により近似された点p0,p1...p8から成る線形群に対して図11に示すように、線分
とその線分を回避する弧との間の最大距離である。
と円弧
との間の最大許容距離である最大偏差値εが導入される。距離は、
が
と同一の傾きを有する時の
と
との間の距離である。弧及び線分が始点及び終点の双方を共有しない場合、距離dkは、円弧
及び線分
により近似された点p0,p1...p8から成る線形群に対して図11に示すように、線分
とその線分を回避する弧との間の最大距離である。
角度の閾値は、入力弧及び線分のなす角度が非常に大きく異ならないように使用されてもよい。角度αkは、
と線分を回避する弧とのなす角度であると考えられる。図12は、図11と同一の点の集合を示し、考慮された角度の閾値により近似される。角度αkは最大近似角度未満であることが判定される。
と線分を回避する弧とのなす角度であると考えられる。図12は、図11と同一の点の集合を示し、考慮された角度の閾値により近似される。角度αkは最大近似角度未満であることが判定される。
図13は、円弧近似が計算された種々のテストデータを示し、多くの場合、点の間の円弧近似を使用すると、元のポリデータの集合が非常に少ない点で表せることを実証している。
本発明の教示は、地図データを形成する点の数を減少する方法を提供することが上記より明らかとなる。本発明の実施形態の結果、ある領域に対する地図データは減少した記憶容量で保持され、ナビゲーション装置のコストを低減する。
本発明の種々の態様及び実施形態を説明したが、本発明の範囲は本明細書で説明した特定の構成に限定されず、添付の請求の範囲の範囲内の全ての構成、並びにそれらに対する変形例及び変更例を含むことが理解されるだろう。
例えば上記の詳細な説明で説明した実施形態はGPSを参照するが、ナビゲーション装置はGPSの代わりに(又は実際にはGPSに加えて)どんな種類の位置検出技術を利用してもよい。例えばナビゲーション装置は、欧州のGalileoシステム等の他のグローバルナビゲーション衛星システムを用いることにより有用であってもよい。同様に、ナビゲーション装置は、衛星を用いたものに限定されないが、地上ビーコン又は装置が地理的な場所を判定することを可能にする他の何らかの種類のシステムを使用して容易に機能できる。
好適な実施形態はソフトウェアにより特定の機能性を実現するが、機能性はハードウェアのみで(例えば、1つ以上のASIC(特定用途向け集積回路)を使用して)又は実際にはハードウェア及びソフトウェアの組合せにより同等に実現可能であることが当業者にはよく理解されるだろう。従って、本発明の範囲は、ソフトウェアでのみ実現されることに限定されると解釈されるべきではない。
最後に、添付の請求の範囲は本明細書で説明した特徴の特定の組合せを説明するが、本発明の範囲は以下に請求される特定の組合せに限定されず、特定の組合せが添付の請求の範囲において特に列挙されているかいないかに関わらず本明細書で開示された特徴又は実施形態のいかなる組合せも含む。
Claims (15)
- 複数の点に円弧をフィッティングさせるように適切にプログラムされたコンピュータを用いる方法であって、
第1の点と少なくとも1つの中間点の周囲の領域とを通る円の中心が位置する領域が、前記第1の点及び第2の点を通る線の垂直二等分線と交差するか否かを判定する工程を備えることを特徴とする方法。 - 前記第1及び第2の点の座標、及び前記第1及び第2の点を通る線と前記円弧との距離dを用いて前記複数の点を表す工程をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記判定する工程は再帰的に実行され、それぞれの再帰において前記第2の点はさらなる中間点となり、新たな第2の点が設定されることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
- 前記距離dは、前記円の半径、及び前記円の中心と前記第1及び第2の点を通る線との距離を計算することにより判定されることを特徴とする請求項2または3に記載の方法。
- 前記領域は、複数の双曲線の交点により形成される領域を判定することにより判定されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の方法。
- それぞれの双曲線は、一対の線状を呈す軌跡により形成され、当該線状を呈す軌跡上には前記第1の点及び更なる点の周囲の領域を通り、前記更なる点の周囲の円領域の内側及び外側のそれぞれに接する円の中心が位置することを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 前記複数の双曲線のそれぞれの近似を判定する工程をさらに備えることを特徴とする請求項5または6に記載の方法。
- 前記近似は、一対の漸近線と接線との交点を含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記近似を、前記漸近線のうちの1つに沿って、所定の長さに制限する工程をさらに備えることを特徴とする請求項7または8に記載の方法。
- 前記円弧と前記複数の点間で形成された線分群との最大偏差が、所定の距離より短いか否かを判定する工程をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記円弧と、前記第1の点及び終点の間の前記複数の点間のそれぞれにおいて形成された線分群との最大角が、所定の角度より小さいか否かを判定する工程をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記複数の点は、地物を示す地図情報を形成することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の方法。
- プロセッサにより実行された場合に、当該プロセッサに請求項1乃至12のいずれか1項に記載の方法を実行させるためのコンピュータ実行可能命令が格納されたデータ記憶媒体。
- プロセッサと、
前記プロセッサに動作可能に接続されたメモリと、を備え、
前記メモリは、複数の点の座標を有し、
前記プロセッサは、第1の点と少なくとも1つの中間点の周囲の領域とを通る円の中心が位置する領域が、前記第1の点及び第2の点を通る線の垂直二等分線と交差するか否かを判定する
ことを特徴とする装置。 - 前記プロセッサは、前記第1及び第2の点の座標により形成された前記複数の点の表示、及び前記第1及び第2の点を通る線と円弧との距離dを、前記メモリに格納することを特徴とする請求項14に記載の装置。
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