TWM606825U - 最短路徑規劃的導航系統 - Google Patents

Abstract

本創作係提供一種導航系統包含：一設定資料庫，儲存有複數筆特殊路段禁轉限制之設定條件，及其對應之複數個執行動作；一地理資訊資料庫，儲存有複數筆地圖資料；一GPS接收器，接收一衛星訊號並轉換為一定位座標；一輸入模組，接收使用者所輸入目的地；一中央處理器，根據該定位座標，判斷該設定資料庫有無符合之各該禁轉限制之設定條件，以進行判斷該設定條件是否生效，並在該設定條件生效後，進行對應的執行動作；以及一路徑產生模組，用以根據該定位座標、該目的地、該執行動作及該地圖資料進行一最短行車路徑之規劃。

Description

最短路徑規劃的導航系統

本創作涉及導航系統，且特別是有關於一種最短路徑規劃的導航系統。

目前的車用道路導航設備大都具有道路定位功能與道路導航功能，道路定位功能是利用全球衛星定位系統(以下簡稱為GPS，Global Position System)加上慣性導航裝置，接收人造衛星所傳來之定位訊號，即時計算車輛所在位置座標，並將此位置座標與所儲存的道路資料庫內的道路資料做比對，進而計算出車輛目前所行駛的道路與實際位置。

道路導航功能則是可供駕駛人設定一出發地與一目的地，而後利用最短路徑演算法(例如：Dijkstra演算法)來求出兩地點間最快到達的路徑，泛稱「最短行車路徑」。之後，道路導航設備再依據此最佳行車路徑及道路定位的功能，隨時記錄車輛行進路徑並對駕駛人提示前方路口，或是前方轉彎路口之距離及轉彎方向…等等。此外，道路導航功能亦隨時間視車輛是否沿最佳行車路徑行駛，若車輛偏離原先的最短行車路徑，則依照當時車輛位置及行車方向，再計算一條指向目的地最快到達路徑作為目前修正後的最短行車路徑。

Dijkstra演算法是由荷蘭電腦科學家狄克斯特拉(Dijkstra)於 1959年提出的，因此又叫狄克斯特拉演算法。是從一個頂點到其餘各頂點的最短路徑演算法，解決的是圖中最短路徑問題。其基本原理是：每次新擴展一個距離最短的點，更新與其相鄰的點的距離。當所有邊權都為正時，由於不會存在一個距離更短的沒擴展過的點，所以這個點的距離永遠不會再被改變，因而保證了演算法的正確性。不過根據這個原理，用Dijkstra求最短路的圖不能有負權邊，因為擴展到負權邊的時候會產生更短的距離，有可能就破壞了已經更新的點距離不會改變的性質。

Dijkstra演算法是最常被使用的最短行車路徑搜尋法之一，但在實際的交通應用上，原型演算法並無法滿足所有需求，其中之一就是禁轉的考量。在某些情況下，最短行車路徑需要安排出如圖1的規劃，但Dijkstra演算法無法讓禁轉路口10之單個節點T被經過兩次，因而會造成規劃失敗的狀況(例如虛線箭頭代表失敗)，我們稱之為P路徑(P-routing)。因此，Dijkstra演算法在實際的交通應用上，原型演算法並無法滿足所有需求，遇到禁轉時只能跳過其路徑搜尋(path relax)的程序，因而造成演算法上的不完美，會造成規劃失敗或者是繞遠路的狀況。

有鑑於上述習知之缺憾，創作人有感其未臻於完善，遂竭其心智悉心研究克服，憑其從事該項產業多年之累積經驗，進而研發出一種最短路徑規劃的導航系統，其考慮禁轉限制的最短路徑規劃功能。

根據上述之目的，本創作之一種最短路徑規劃的導航系統，包括一設定資料庫，儲存有複數筆特殊路段禁轉限制之設定條件，及其對應之複數個執行動作；一地理資訊資料庫，儲存有複數筆地圖資料；一GPS 接收器，接收一衛星訊號並轉換為一定位座標；一輸入模組，接收使用者所輸入目的地；一中央處理器，根據該定位座標，判斷該設定資料庫有無符合之各該禁轉限制之設定條件，以進行判斷該設定條件是否生效，並在該設定條件生效後，進行對應的執行動作；以及一路徑產生模組，用以根據該定位座標、該目的地、該執行動作及該地圖資料進行一最短行車路徑之規劃。

該中央處理器之執行動作包含利用動態建置虛擬節點的方式，讓具有節點及虛擬節點之禁轉限制的路口能被Dijkstra演算法運算經過兩次，在不影響到原有的地圖資料為前提，成功解決了P路徑(P-routing)以及與其相關的問題。

10:路口

100:導航系統

120:路徑產生模組

130:地理資訊資料庫

140:GPS接收器

150:中央處理器

160:顯示模組

180:設定資料庫

190:輸入模組

P:虛擬節點

T:節點

圖1是先前技術之禁轉路口之最短行車路徑的示意圖。

圖2是本創作一實施例之導航系統之系統架構圖。

圖3是本創作一實施例之禁轉路口之最短行車路徑的示意圖。

為充分瞭解本創作之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本創作做一詳細說明，說明如後：請參閱圖2，其顯示一種最短路徑規劃的導航系統100之系統架構圖。該導航系統100包含一GPS接收器140，包含了接收天線(GPS antenna)，用以接收人造衛星所傳來之衛星定位訊號，從而得知當前之日期、時間、經緯度、行進之角度、時速及海平面高度，並將衛星定位訊號轉換 為國際標準NMEA0183格式之座標資料。

該導航系統100包含一設定資料庫180，則是一般係指導航系統100中的內建記憶體，通常都為非揮發性記憶體(NVRAM，Non-Volatile RAM)，由於資料儲存於非揮發性記憶體中，並不會在手機使用至沒電、關機或是因為更換電池，導致沒有電力維持資料保存的情形，而此非揮發性記憶體包含了下列幾種：EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)、可抹除式唯讀記憶體(EPROM，Erasable Programmable Read-Only Memory)，或是快閃記憶體(flash memory)如：反及閘快閃記憶體(NAND Type Flash Memory)、反或閘快閃記憶體(NorFlash，NOR Type Flash Memory)；用以儲存複數筆特殊路段禁轉限制之設定條件，及其對應之複數個執行動作。

該導航系統100包含一輸入模組190，在此係指一實體之裝置，例如：鍵盤、搖桿、按鍵、遙控器、或是觸控螢幕等可供使用者作輸入之裝置，用以接收使用者所作設定之輸入訊號，例如：於地圖中設定一目的地位置，包含選擇設定特殊路段之起始點座標以及終止點座標。另外，透過使用者自行設定特殊路段作用之禁轉限制，以達到因環境而可添加因時因地制宜之設定。

該導航系統100包含一地理資訊資料庫(亦即GIS資料庫)130其內部儲存有各種地圖資料，此地圖資料包含有一地區之道路名稱、路形、道路交會點、對應之經緯度座標、單行道方向…等屬性參數，或其他相關的交通，特別是本系統還需具備禁轉特性之特殊路段設定參數欄位，用以記錄各個道路特殊路段之禁轉限制。

該導航系統100包含一中央處理器150，用以在導航系統100啟動時，控制各該模組之運作，包含負責在GPS接收器140將所收到之衛星定位訊號轉換為國際標準NMEA0183格式之計算。根據該定位座標，判斷該設定資料庫有無符合之各該禁轉限制之設定條件，以進行判斷該設定條件是否生效，並在該設定條件生效後，進行對應的執行動作。

舉例，請參閱圖3，中央處理器150之執行動作包含利用動態建置虛擬節點P的方式，讓具有節點T及虛擬節點P之禁轉限制的路口10能被Dijkstra演算法運算經過兩次，在不影響到原有的地圖資料為前提，成功解決了P路徑(P-routing)以及與其相關的問題。

該導航系統100包含一路徑產生模組120，用以根據GPS接收器140所傳來目前之座標資料，使用者自輸入模組190所輸入之目的地座標，以及該禁轉限制之設定條件所對應的執行動作及該地圖資料，依最短路徑之Dijkstra演算法計算方式，推論出最佳之行進道路路線、行進之里程數…等資料，並由顯示模組160將最佳行車路徑結果顯示於導航系統100之螢幕上。

由以上所述可以清楚地明瞭，本創作係提供一種最短路徑規劃的導航系統，其考慮禁轉限制的最短路徑搜尋功能。因此，本創作在專利的角度上具備了新穎性與進步性，市場上更具備了產業上的利用性，足適 貴審查委員給予專利。

以上已將本新型專利申請案做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本新型專利申請案之較佳實施例而已，當不能限定本新型專利申請案實施之範圍。即凡依本新型專利申請案申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本新型專利申請案之專利涵蓋範圍內。

10:路口

P:虛擬節點

T:節點

Claims (4)

1. 一種最短路徑規劃的導航系統，包含：一設定資料庫，用以儲存複數筆特殊路段禁轉限制之設定條件，及其對應之複數個執行動作；一地理資訊資料庫，用以儲存複數筆地圖資料；一GPS接收器，用以接收一衛星訊號並轉換為一定位座標；一輸入模組，用以接收一使用者所輸入一目的地；一中央處理器，用以根據該定位座標，判斷該設定資料庫有無符合之各該禁轉限制之設定條件，以進行判斷該設定條件是否生效，並在該設定條件生效後，進行對應的執行動作；以及一路徑產生模組，用以根據該定位座標、該目的地、該執行動作及該地圖資料進行一最短行車路徑之規劃。
2. 如申請專利範圍第1項所述之最短路徑規劃的導航系統，其中該執行動作包含利用動態建置虛擬節點的方式，讓具有節點及虛擬節點之禁轉限制的路口能被Dijkstra演算法運算經過兩次。
3. 如申請專利範圍第1項所述之最短路徑規劃的導航系統，其中該輸入模組，用以接收複數筆特殊路段禁轉限制之設定條件。
4. 如申請專利範圍第1項所述之最短路徑規劃的導航系統，其中另包含一顯示模組，用以顯示該最佳行車路徑。

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