TWI391629B - 導航資訊修正方法及其導航裝置 - Google Patents

Description

導航資訊修正方法及其導航裝置

本發明係有關一種導航資訊判斷與修正之技術，尤其是指一種可以修正載具定位位置之一種導航資訊修正方法及其導航裝置。

隨著交通建設的發展，市區中地下道及高架橋等立體道路數量越來越多，目前市售可攜式導航產品(portable navigation device，PND)產品常因衛星訊號遮蔽而導致定位不佳，讓使用者對全球定位系統(global positioning system,GPS)相關之導航產品產生不好的觀感。以圖一A所示之地形為例，其係為平面道路10與立體道路11(例如：高架橋)平行，行駛於平面道路10上時衛星訊號將被立體道路11遮蔽。此外，如圖一B所示，其係為高樓林立的都會區示意圖，當車輛行駛在期間時，衛星訊號也會有死角。另外，又如行駛於隧道中，衛星訊號也會完全被遮蔽。因此使用GPS時若碰上此類似道路或者是地形，導航軟體會因訊號遮蔽問題無法對駕駛人提供導航之路徑。

一般對GPS遮蔽問題解決方式，也就是上述之情況發生所導致之衛星訊號欠佳時，會利用慣性導航系統(Inertial Navigation System,INS)繼續執行定位功能。然而，慣性導航系統卻也有誤差累積的問題，如圖二所示，該圖係為習用之慣性導航系統誤差示意圖。在圖二中，載具90在道路12上行駛，預計行駛一繞圈動作，其 中實線路徑13係為理論上顯示之導航路徑。但是，由於慣性導航系統具有累計誤差的問題，因此當訊號持續累計至特定時間之後，所產生之累計誤差將會使得載具顯示之位置逐漸與預設之導航路徑13發生偏差，如果不予以修正，當載具繞行完一圈之後，最後因為累計誤差所造成之路徑偏差就會形成如路徑14之狀態。

為了解決慣性導航之誤差問題，習用技術中，例如美國專利US.Pat.No.5,774,482所揭露之導航系統，該技術內容為是直接將導航器輸出之定位座標與地圖資料作一整合判斷，若定位座標已偏離預設導航路徑，則將偏離之定位座標貼回預設導航路徑上距離最近之處，最後將正確之導航資訊顯示在顯示單元上。由於此方法是假設在正常的行駛狀況下載具不可能偏離公路系統，故比較定位座標與地圖資料的側向偏移距離，將定位座標強制貼在公路系統上，即只能修正橫向位置，無法修正徑向位置，且只進行貼圖修正，並無修正定位資訊。

本發明提供一種導航資訊修正方法以及導航裝置，其係利用根據載具之狀態資訊(如：方位角、姿態角)與導航路徑中之特徵點所具有之特徵資訊進行比較，以適時對載具之位置進行修正以及進行貼圖修正。

本發明提供一種導航裝置，其係利用感測模組感測載具之狀態，並與地圖資料特徵點資訊之輔助判定方法，在導航過程中偵測載具之方位角與姿態角與地圖資料中特徵點之辨識資訊做比對，將定位座標修正至地圖上正確的位置，使導航裝置可以提供給駕駛人正確之導航路徑資。

在一實施例中，本發明提供一種導航資訊修正方法，其係包括有下列步驟：提供一導航路徑給一載具；於該導航路徑上擷取一特徵點，該特徵點具有一特徵資訊；於該載具行進的過程中，偵測該載具之運動狀態以得到一狀態資訊；將該狀態資訊與該特徵資訊進行比較以判斷該狀態資訊是否與該特徵資訊相符合；如果該狀態資訊與該特徵資訊不符合，則繼續監控該載具之運動狀態；以及如果該狀態資訊與該特徵資訊相符合，則修正該載具之定位座標至該特徵點所對應之導航路徑上之位置。

在另一實施例中，本發明更提供一種導航裝置，其係設置於一載具上，該導航裝置包括：一感測模組，其係感測該載具之一運動狀態而產生一狀態資訊；一資料儲存單元，其係儲存有一地圖資訊以及對應於該地圖資訊中至少一特徵點之特徵資訊；以及一訊號處理單元，其係分別與該感測模組以及該資料儲存單元相偶接，該訊號處理單元係可根據該地圖資訊產生一導航路徑並將該導航路徑上之至少一特徵點所具有之特徵資訊與該狀態資訊進行比較，以決定是否要修正對應該載具之定位座標。

為使　貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的認知與瞭解，下文特將本發明之裝置的相關細部結構以及設計的理念原由進行說明，以使得　審查委員可以了解本發明之特點，詳細說明陳述如下：請參閱圖三所示，該圖係為本發明之導航資訊修正方法實施例流程示意圖。該導航資訊修正方法2係包括有下列步驟：首先以步驟20，提供一導航路徑給一載具。在本步驟中，產生導航路徑的有很多種方式，在習用的全球定位系統或者是地圖程式中都具有產生導航路徑的功能。一般而言，產生的方式主要是根據使用者所輸入之起始點或者是起始座標位置(經緯度)與終點或者是終點座標位置(經緯度)，然後再依據時間(時間最短)或者是距離(距離最短)的需求產生一路徑提供使用者參考。產生導航路徑之技術係屬於係用之技藝，在此不作贅述。而載具，係指交通工具，在本實施例中係指輪型車輛，例如：汽車或者是機車等，但不以此為限。

接著，進行步驟21於該導航路徑上擷取一特徵點，該特徵點具有一特徵資訊。請參閱圖四所示，該圖係為導航路徑示意圖。在圖四中，標號3代表導航路徑，而點30以及點31分別代表導航路徑3之起始點與終點。而點32至37則代表導航路徑3上之特徵點所在之位置。一般而言特徵點之選擇方式，通常可為轉彎位置或者是上坡或者是下坡的位置。在圖四中，每一個特徵點32至37分別對應有一特徵資訊。在本實施例中，該特徵資訊係為方位角與姿態角的組合。首先說明方位角，請參閱圖五所示，該圖係為載具方位角說明示意圖。所謂方位角係指載具在特徵點上要進行轉向時所需要轉向的角度。例如在圖五中，載具90在特徵點38時，其方位角為零度；而在特徵點39時，則其方位角為φ度。

另外，所謂姿態角係指載具之仰角或俯角。由於圖四中之導航路徑3中可能有不同的路況，例如在某些特定位置上可能有上坡、下坡、地下道或者是上高架道路交流道等各種不同組合的路況產生。在前述之路況下，車輛的俯仰角角度就會隨著路面狀況而有所改變。如圖六A至六C所示，該圖係為載具姿態角度示意圖。在圖六A中係為當載具處於平坦路面時，其姿態角度為零度或者是在零度上下的範圍內。而在圖六B中，該載具係為在上坡或上交流道的狀況，因此其姿態角度大概是在角度θ上下的一個範圍內。另外，在圖六C中，則顯示出載具在下坡或下交流道或下地下道時的情形，在此種狀況下，載具之姿態角度在-θ上下的一個範圍內。

綜合上述，當載具於前述的各種不同的路況(轉彎、上坡或下坡)行進時，載具的方位角以及姿態角度會產生變化。另外，需說明的是，導航路徑之建立主要是根據事先所記載關於該區域之地圖資訊而建立的，其係屬於習用技術，在此不作贅述。但是在本發明中，不同於習用技術的是，當在建立地圖資訊時，事先對於每一個特徵點位置都會建立對應該位置之特徵資訊。以圖四為例，例如在特徵點37所對應之實際位置上，可能會有向前行、左轉、右轉等狀況產生，因此當建立地圖資訊至特徵點37所對應之實際位置時，便可以事先記錄下在該位置下，載具向左轉會產生之方位角與姿態角、向右轉時會產生之方位角與姿態角、前行時之方位角以及姿態角甚至迴轉時之方位角與姿態角。又如特徵點34時可能是上坡以及右轉的地形，因此當載具在該位置時理論上會具有之方位角以及姿態角的資訊也都事先記錄。根據前述，在建立地圖資訊時，地圖上其他之特定位置上也都可以事先記錄載具在每一個特徵點下，所會具有之姿態角以及方位角而形成本發明所謂之特徵資訊，然後儲存在資料庫中。

當使用者根據需要輸入起始位置與目的位置之後，導航裝置就會產生如圖四所示之導航路徑3。在導航路徑形成的過程中，同時也會從資料庫中將導航路徑中所經過之特定位置(亦即圖四中之特徵點32~37)對應該路徑之特徵資訊取出先暫存於記憶體中。例如：以特徵點37為例，雖然在建立特徵資訊時，有向左轉、向右轉、前行或者是迴轉的特徵資訊，但是在導航系統規劃形成之導航路徑3中，在特徵點37以車子行進方向而言是向左轉，因此特徵點37所對應該導航路徑3所具有之特徵資訊僅為向左轉時之特徵資訊，亦即載具向左轉時其方位角與姿態角之資訊。同理，特徵點32至36在該導航路徑3之狀態下也會具有對應之特徵資訊。

再回到步驟21來說明，以導航路徑3而言，載具第一個會經過的是特徵點32，所以，步驟21中之特徵點即是指特徵點32，其係為一上坡路段其方位角與姿態角的資訊為(α,β)。接著進行步驟22，於該載具行進的過程中，偵測該載具之一狀態資訊。本步驟中所謂之狀態資訊，亦即指載具在實際行進的過程中所擷取到關於載具行進時的方位角與姿態角之資訊。接著進行步驟23，將該狀態資訊與該特徵資訊進行比較以判斷該狀態資訊是否與該特徵資訊相符合。由於載具在實際進行中因為導航追蹤累計偏差的問題，因此，載具在顯示的導航路徑中會有逐漸偏離導航路徑3。所以本發明利用步驟23將載具在特定時間點時所具有的狀態資訊與特徵資訊進行比較，以作為判斷該載具是否通過特徵點32之依據。

圖四中，在起始點30與特徵點32之間所顯示的載具位置會因為累計誤差的關係逐漸偏離導航路徑，因此，載具90在到達特徵點32之前，因為累計誤差逐漸增加致使顯示之位置為偏移到位置32’上。為了將載具90修正至特徵點32之位置上，本實施例係利用步驟23判斷實際所量測到關於載具90之狀態資訊是否與特徵點32所對應之特徵資訊一致，以作為判斷載具是否已經到達特徵點32之依據。如果特徵點32之特徵資訊係與載具90之狀態資訊一致的話，則判斷該載具90已經到達該特徵點32之位置，此時進行步驟24，修正該載具90之定位座標至該特徵點32所對應之導航路徑上之位置。本步驟之意義在於當判斷出載具90通過特徵點32時，則將載具之位置修正至特徵點32所對應之位置。此外，更可以顯示該導航路徑於如圖七所示之顯示單元43之畫面上，亦即，將代表該載具90之虛線圖案修正至該特徵點32所對應之導航路徑上以形成如圖四中特徵點32上之代表載具90之實線圖案。再回到圖三所示，反之在步驟23中，如果比對結果不符合的 話，則代表載具尚未通過特徵點32，亦即在特徵點30與32之間的位置行進中。此時，流程會再度回到步驟22，持續偵測代表該載具90於行進過程中之姿態角與方位角，然後重複進行步驟23。在進行步驟24之後，由於載具90在導航路徑3中，才通過第一個特徵點32，陸續還有特徵點33至37，因此會再進行步驟25，於該導航路徑中選擇另一個特徵點33(其係為一轉彎狀態的特徵點)，然後重複進行步驟22至23，以判斷載具90是否已經通過特徵點33，其流程係與前述判斷是否通過特徵點32相同，在此不作贅述。

請參閱圖七與圖八所示，該圖係為本發明之導航裝置實施例方塊示意圖。在本實施例中，該導航裝置4係設置於一載具90上，該載90具係可為輪型交通工具，例如：汽車或者是機車，但不以此為限。該導航裝置4具有一感測模組40、一訊號處理單元41、一資料儲存單元42以及一顯示單元43。該感測模組40，其係感測該載具90之一運動狀態而產生一狀態資訊給該訊號處理單元41。如圖八所示，該運動狀態係指該載具90之方位角以及姿態角，在圖八中，方位角亦即指ω z之角度變化，而姿態角係指ω x之角度變化。而姿態角之變化係會反應在載具90上坡或者是下坡時，當然在平地上行駛時其姿態角為零度。另外，方位角則是反應在載具90進行轉向時。再回到圖七所示，在本實施例中，用來感測該狀態資訊的實施例方式係為利用一慣性感測模組400，其係由兩個陀螺儀感測器4000與4001來感測ω x以及ω z之角度變化。

此外，如圖九A與九B所示，該圖係為本發明之慣性感測模組另外兩種實施例示意圖。在圖九A之實施例中，慣性感測模組400係由兩個差分模組4002與4003所組成。請參閱圖十所示，差分模組4002或4003主要是由兩個相距一距離h之加速度感測器4004與4005所構成。以感測ω z之角度變化為例，當加速度計4004以及加速度計4005所感測之X軸加速度差值積分便可得到位移(S₁ ，S₂ )，然後推算S₁ ，S₂ 之差值，由於加速度計4004以及加速度計4005相差一距離h，所以可藉由計算得到Z軸之角度φ變化。同理，感測ω x之角度變化亦屬於同樣的原理，在此不作贅述。因此利用圖九A之方式亦可以感測到載具之方位角以及姿態角。另外，如圖九B所示，在本實施例中，主要是將陀螺儀感測器4000與差分模組4002進行組合以達到感測載具之方位角與姿態角度。

除了利用慣性感測的方式之外，在習用技術中亦可以利用圖十一之組合來感測方位角與姿態角。在圖十一中，感測模組40主要是由一磁力計401以及一電子羅盤感測器402所構成，其中磁力計401係可用來感測姿態角，而該電子羅盤感測器402則是用來感測方位角。再回到圖七所示，該資料儲存單元42，其係儲存有一地圖資訊以及對應於該地圖資訊中至少一特徵點之特徵資訊。該資料儲存單元42，一般係指利用儲存媒體(記憶體或者是硬碟)所建立之資料庫以供該訊號處理單元41存取。在本實施例中，該資料儲存單元42儲存之地圖資訊係指要進行規劃導航路徑所需要之地圖資訊，其係屬於習用之技術，在此不做贅述。另外，本發明之特色在於該資料儲存單元42內更儲存有地圖資訊中特定位置之特徵資訊。所謂特定位置亦即轉彎或者是上、下坡之位置。因外在該特定位置上轉彎或者是上、下坡時，會影響到載具之方位角或者是姿態角，因此本發明係事先將在每一個特定位置上進行轉向或者是上、下坡時載具所會具有的方位角以及姿態角予以量測記錄，以供後續判斷之用。

該訊號處理單元41，其係分別與該感測模組40以及該資料儲存單元42相偶接，該訊號處理單元41係可根據使用者利用一輸入介面430所輸入之規劃路徑需求(例如：起始點以及終點)而於該資料儲存單元42內所儲存之地圖資訊中產生一導航路徑顯示於該顯示單元43上。在本實施例中，該輸入介面430係可設置於該顯示單元43上，以利使用者操作。當產生出導航路徑之後，該訊號處理單元41同時利用本發明前述之圖三所示之導航資訊修正方法流程，於載具90行駛的過程中，將該導航路徑上之特徵點所具有之特徵資訊與該即時偵測到之關於載具在行進時之狀態資訊進行比較，以決定是否要修正對應該載具之定位座標，並且在顯示單元內所顯示之載具圖像修正至正確的位置上。其判斷以及修正之方法係如前所述，在此不作贅述。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例，當不能以之限制本發明範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。

綜合上述，本發明提供之導航資訊修正方法及其導航裝置，可以適時修正載具之位置並且修正導航裝置所顯示之載具位置資訊。因此已經可以提高該產業之競爭力以及帶動週遭產業之發展，誠已符合發明專利法所規定申請發明所需具備之要件，故爰依法呈提發明專利之申請，謹請貴審查委員允撥時間惠予審視，並賜准專利為禱。

10．．．平面道路

11．．．立體道路

2．．．導航資訊修正方法

20~25．．．步驟

3．．．導航路徑

30．．．起始點

31．．．終點

32~38．．．特徵點

32’．．．載具顯示位置

4．．．導航裝置

40．．．感測模組

400．．．慣性感測模組

4000、4001．．．陀螺儀感測器

4002、4003．．．差分模組

4004、4005．．．加速度感測器

401．．．磁力計

402．．．電子羅盤感測器

41．．．資料儲存單元

42．．．訊號處理單元

43．．．顯示單元

90．．．載具

圖一A與圖一B係為載具行駛道路環境示意圖。

圖二係為習用之慣性導航系統誤差示意圖。

圖三係為本發明之導航資訊修正方法實施例流程示意圖。

圖四係為導航路徑示意圖。

圖五係為載具方位角說明示意圖。

圖六A至六C係為載具姿態角度示意圖。

圖七與圖八係為本發明之導航裝置實施例方塊示意圖。

圖九A與九B係為本發明之慣性感測模組第二與第三種實施例示意圖。

圖十係為本發明之利用加速度計差分說明示意圖。

圖十一係為本發明之慣性感測模組第四種實施例示意圖。

2．．．導航資訊修正方法

20~25．．．步驟

Claims (17)

1. 一種導航資訊修正方法，其係包括有下列步驟：提供一導航路徑給一載具；根據該導航路徑決定至少一特徵點，每一特徵點具有儲存於一資料庫內之一位置資訊以及一特徵資訊；擷取於該導航路徑上之該至少一特徵點具有之該特徵資訊，其中該特徵資訊係為該載具之方位角、姿態角或者是前述之組合；於該載具行進的過程中，偵測該載具之運動狀態以得到一狀態資訊，其中該狀態資訊係為該載具之方位角、姿態角或者是前述之組合；將該狀態資訊與該特徵資訊進行比較以判斷該狀態資訊是否與該特徵資訊相符合；如果該狀態資訊與該特徵資訊不符合，則繼續監控該載具之運動狀態；以及如果該狀態資訊與該特徵資訊相符合，則修正該載具之定位座標至該特徵點所對應之導航路徑上之位置資訊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之導航資訊修正方法，其中該特徵點係為導航路徑上所具有之轉彎、上坡或者是下坡之位置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之導航資訊修正方法，其中修正該載具之定位座標至該特徵點所對應之導航路徑上之位置資訊之後更包括有下列步驟：於該導航路徑上擷取另一特徵點，再繼續偵測該載具 之運動狀態與該另一特徵點之特徵資訊進行比較。
4. 如申請專利範圍第1項所述之導航資訊修正方法，其中修正該載具之定位座標至該特徵點所對應之導航路徑上之位置資訊之後更包括有下列步驟：於顯示該導航路徑之畫面上，將代表該載具之圖案修正至該特徵點所對應之導航路徑上。
5. 一種導航裝置，其係設置於一載具上，該導航裝置包括：一感測模組，其係感測該載具之一運動狀態而產生一狀態資訊，其中該狀態資訊係為該載具之方位角、姿態角或者是前述之組合；一資料儲存單元，其係儲存有一地圖資訊以及對應於該地圖資訊中至少一特徵點之特徵資訊，其中該特徵資訊係為該載具之方位角、姿態角或者是前述之組合；以及一訊號處理單元，其係分別與該感測模組以及該資料儲存單元相偶接，該訊號處理單元係可根據該地圖資訊產生一導航路徑，根據該導航路徑決定該至少一特徵點，並將該導航路徑上之該至少一特徵點所具有之特徵資訊與該狀態資訊進行比較，以決定是否要修正對應該載具之座標位置。
6. 如申請專利範圍第5項所述之導航裝置，其中該感測模組係為一慣性感測模組。
7. 如申請專利範圍第6項所述之導航裝置，其中該慣性感測模組具有兩個陀螺儀感測器。
8. 如申請專利範圍第6項所述之導航裝置，其中該慣性感測模組具有一組加速度感測器以及一陀螺儀感測器。
9. 如申請專利範圍第6項所述之導航裝置，其中該慣性感測模組具有兩組加速度感測器。
10. 如申請專利範圍第6項所述之導航裝置，其中該感測模組具有一磁力計以及一電子羅盤感測器。
11. 如申請專利範圍第5項所述之導航裝置，其係更具有一顯示單元，該顯示單元係與該訊號處理單元電訊連接以顯示該導航路徑。
12. 如申請專利範圍第11項所述之導航裝置，其中該訊號處理單元更可以於該顯示單元所顯示之導航路徑上，將代表該載具之圖案修正至該特徵點所對應之導航路徑上。
13. 如申請專利範圍第11項所述之導航裝置，其中該顯示單元上更具有一輸入介面。
14. 如申請專利範圍第5項所述之導航裝置，其中該特徵點係為導航路徑上所具有之轉彎、上坡或者是下坡之位置。
15. 如申請專利範圍第5項所述之導航裝置，其中該感測模組係感測該載具之運動狀態以產生狀態訊號給該訊號處理單元。
16. 如申請專利範圍第5項所述之導航裝置，其中該載具為交通工具。
17. 如申請專利範圍第5項所述之導航裝置，其中該資料儲存單元係為記憶體或硬碟。