專利名稱：用于建立公路地圖和確定車輛位置的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為車輛建立專用電子公路地圖以給出車輛在一個地理區(qū)域內(nèi)的公路 上的位置的指示的方法，該車輛包括連接到顯示器上的計算機和與計算機連接的內(nèi)部存儲 器，這種方法基于借助于來自衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)所提供和建立的電子公路地圖。本發(fā)明還涉及如在權(quán)利要求6的前序部分中所述的用來確定車輛在一個地理區(qū) 域內(nèi)的公路上的位置的方法，其中所述車輛裝有上述的專用電子公路地圖和包括與顯示器 連接的計算機和與計算機連接的內(nèi)部存儲器的定位系統(tǒng)。此外，本發(fā)明還涉及三種變型方法，其中可以使用對來自單一傳感器的信號的差 動處理作為建立公路地圖的方法的一部分，也作為確定車輛的位置的方法的一部分。用這 種解決方案，一個目的是能處理來自任何所述傳感器的測量數(shù)據(jù)，再記錄隨所行駛的距離 的變化。優(yōu)選的是，將為這些參數(shù)中的不只一個參數(shù)記錄數(shù)據(jù)，其中將數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫內(nèi)的公 路地圖進行比較，從而能在屏幕上顯示公路上的位置。本發(fā)明還涉及在車輛內(nèi)確定位置的系統(tǒng)。此外，本發(fā)明還涉及確定車輛在任何類 型的公路上的位置的系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及如在后續(xù)權(quán)利要求的前序部分中所述的在普通車輛內(nèi)使用電子地 圖。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，眾所周知的是，在車輛內(nèi)安裝包括帶有存儲體和顯示屏的計算機的接收機 設(shè)備。系統(tǒng)通過接收機與基于若干地球同步衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)通信。這種系統(tǒng)稱為“全球定 位系統(tǒng)(GPS) ”。GPS系統(tǒng)是基于衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)，具有至少M顆衛(wèi)星，被設(shè)置在一個圍繞 地球的軌道內(nèi)。導(dǎo)航系統(tǒng)可以實時給出長、寬、高三維坐標(biāo)。衛(wèi)星在非常精確的軌道上每M 個小時圍著地球轉(zhuǎn)兩周，并且向地面發(fā)送信號?；蛘撸l(wèi)星可以是對地球同步的。GPS接收 機得到這信息，然后使用三點交叉檢驗來計算用戶的精確位置。這給出位置的經(jīng)緯度兩維 指示。如果接收機與四顆或更多顆衛(wèi)星有聯(lián)系，就能以長、寬、高三維格式來報告位置。典 型的接收機精度在良好的天氣情況下可以是3米。衛(wèi)星含有非常精確的原子鐘，而根據(jù)這 些原子鐘之間的差異，GPS接收機可以將從一個衛(wèi)星發(fā)送一個信號的時間點與接收到這個 信號的時間點進行比較。這個時間差就告訴GPS接收機這個衛(wèi)星離得多遠。利用與多個 衛(wèi)星的距離測量結(jié)果，GPS接收機就可以確定用戶的位置。許多接收機還可以在地圖(源 Wikipedia)上以圖形顯示這個精確位置。然而，使用GPS的當(dāng)前導(dǎo)航系統(tǒng)有一些缺點，因為在有高山或建筑物遮蔽信號時 會有偏差。通常，GPS系統(tǒng)在隧道內(nèi)也不能工作。在計算到離開點和到達點的距離中也可 能有偏差。關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)，參考美國專利US 6，233，523和涉及飛行導(dǎo)航的英國專利GB 2 060 306。這兩個已知的解決方案所共同的是都依賴于衛(wèi)星導(dǎo)航，而按照本發(fā)明應(yīng)完全免于 這樣的依賴。按照本發(fā)明所給出的是，車輛可以包括能取代這樣的衛(wèi)星導(dǎo)航的儀器，但是按照本發(fā)明不必使用這些儀器。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的第一個目的是提供一種導(dǎo)航系統(tǒng)，這種導(dǎo)航系統(tǒng)可以通過在車輛 內(nèi)自身的測量來識別和估計距離，發(fā)現(xiàn)車輛的位置。另一個目的是能制作電子公路地圖，其中，在一個地區(qū)內(nèi)的位置數(shù)據(jù)通過利用由 一些與本車輛關(guān)聯(lián)的測量裝置提供的數(shù)據(jù)確定，而地圖上的在這個地區(qū)內(nèi)的精確位置根據(jù) 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)例如標(biāo)為GPS的系統(tǒng)確定。此外，本發(fā)明的一個目的是能給車輛的駕駛員提供有關(guān)沿著一條公路的精確位置 的信息，而不需要使用上述的衛(wèi)星導(dǎo)航。因此，這一個目的是使位置的確定不依賴于指示位 置參數(shù)的外部源，而只需要使用與實際車輛連接安裝的傳感器系統(tǒng)。本發(fā)明的又一個目的是提供一種具有信號處理的系統(tǒng)，其中，取得一個參數(shù)的多 個測量結(jié)果，對照以米計量的沿路所覆蓋的距離考慮這些測量結(jié)果，從而可以確定位置。按照本發(fā)明的第一方面，給出了如在所關(guān)聯(lián)的權(quán)利要求1中所限定的方法。所給 出的方法的特征在于a)車輛裝有一個或多個測量諸如車輛的運動和定向之類的參數(shù)的傳感器，所述參 數(shù)被實時記錄和存儲，并包括下列各項中至少一個它的羅盤方向(Kr)，它的縱傾角(Sv)，它的側(cè)傾角(Kv)，它的海拔高度(hoh)，以及隨著車輛向前行駛而改變的公路表面和周圍地形的雷達圖像；b)使車輛沿著給定路線行駛，對在電子公路地圖庫內(nèi)的來自一個或多個傳感器的 所述信號進行測量、記錄和存儲，將所述參數(shù)存儲和添加到電子公路地圖內(nèi)所述路線的相 應(yīng)位置坐標(biāo)上；以及c)借助于來自諸如根據(jù)通過衛(wèi)星的位置導(dǎo)航的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，諸如以已知 方式記錄的GPS記錄，用這些測量結(jié)果在電子公路地圖內(nèi)建立車輛的精確位置坐標(biāo)。這種方法的優(yōu)選實施例如在所關(guān)聯(lián)的權(quán)利要求2至5中所給出的。按照本發(fā)明的第二方面，給出了一種確定車輛在一個地理區(qū)域內(nèi)的公路上的位置 的方法，其中所述車輛裝有專用電子公路地圖、包括與顯示屏連接的計算機和與計算機連 接的內(nèi)部存儲器的定位系統(tǒng)，其特征如在所關(guān)聯(lián)的權(quán)利要求6中所述。根據(jù)這5個參數(shù)得到的一組測量數(shù)據(jù)足以使計算機系統(tǒng)能確定車輛在公路上的 位置。這些優(yōu)選實施例可參見權(quán)利要求7-9。按照本發(fā)明的第三方面，所提供的是一種建立電子公路地圖以及確定車輛在一個 地理區(qū)域內(nèi)的公路上的位置的方法，其中所述車輛裝有專用電子公路地圖、包括與顯示器 連接的計算機和與計算機連接的內(nèi)部存儲器的定位系統(tǒng)，其特征在于a)對于一個給定傳感器的在時間間隔、至t2上的給定數(shù)目的傳感器測量結(jié)果S1 至Sa，用相應(yīng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)D1至Dm執(zhí)行相關(guān)，其中m和a都為整數(shù)，而m > a，使得式1具有 一個表示最佳相關(guān)的最大值
關(guān)于具有一個所關(guān)聯(lián)的k的值的式1的最大值，其中k為整數(shù)，為在時間t2時Dm的 相應(yīng)位置，表示車輛所在位置，在可以為來自傳感器的一個或多個信號提供式1的結(jié)果時， 可以將它們與含有相應(yīng)真實位置數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫內(nèi)的相應(yīng)傳感器數(shù)據(jù)相比較，如在權(quán)利要求 10中可以看到的那樣。在權(quán)利要求11和12中給出了另外兩個基于分析在所行駛的給定路段上來自傳感 器的測量數(shù)據(jù)的同樣思想的方法。車輛包括存儲有電子公路地圖的數(shù)據(jù)單元，所述公路地圖包括多個確定沿任何類型的公路 的任何位置的參數(shù)，顯示導(dǎo)航的顯示單元；多個測量和記錄確定位置的參數(shù)的傳感器，用來記錄羅盤方向KH40)，縱傾角Sv 01)，側(cè)傾角Kv (42)，海拔高度hoh(43)，以及以及隨著車輛向前行駛而改變的公路表面和周圍地形的雷達圖像04)，以及任選的是，它包括測量下列的傳感器輪胎的氣壓(61)，公路所經(jīng)過的區(qū)域內(nèi)的任何電子噪聲(60)，光學(xué)拍攝隨著車輛向前行駛而改變的周圍環(huán)境的攝像機(63)，記錄所行駛的距離的距離測量裝置陽2)，加速度計(64)，以及重力測量裝置(65)，以及具有因特網(wǎng)連接的數(shù)據(jù)單元，具有備選通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)單元，無線電鏈路；數(shù)據(jù)單元還包括被設(shè)置成執(zhí)行所連續(xù)記錄的位置確定參數(shù)與預(yù)先所安裝的參數(shù) 之間的比較的部件單元；以及所述部件單元被設(shè)置成將車輛的沿路線的精確位置的指示發(fā)送給顯示單元以顯 示該位置。這些優(yōu)選實施例在權(quán)利要求15-18中給出。下面將較為詳細地對在本發(fā)明中使用的有關(guān)預(yù)編程的公路地圖進行說明。作為按 照本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的基礎(chǔ)，使用很好描繪這個區(qū)域的基本電子公路地圖。這樣的地圖 現(xiàn)在由最大的地圖廠商例如BlonuTeleAtlas和Navteq提供。在這里，可以提到的是，例如 Blom已通過從飛機用激光掃描制作了專用地圖，即借助于從上和對角立即實現(xiàn)的攝影(即 根據(jù)從各種不同角度攝影)產(chǎn)生的專用地圖。這是它們提供給GPS單元的諸如Tom Tom和 Garmin那樣的不同供應(yīng)商的地圖。
在本發(fā)明中需使用的地圖就是基于這樣的地圖庫，因為要將一系列新的參數(shù)存入 這個地圖庫。這樣的地圖庫是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，并且以開發(fā)了的形式，在這個上下文中被稱為 “專用電子地圖”。該電子地圖是為處于地平高度的區(qū)域所建立的區(qū)域。這是通過將從所選擇的地圖 廠商得到的公路地圖用作基礎(chǔ)再將測量和記錄車輛執(zhí)行的所有測量放進這個基礎(chǔ)地圖來 實現(xiàn)的?？梢韵胂螅谟嘘P(guān)的傳感器被安裝在一個車輛上時，這個車輛就形成對在專用電 子地圖上的參考點進行所有測量的基地。按照本發(fā)明，提供了一種系統(tǒng)，這種系統(tǒng)包括專用數(shù)據(jù)單元，用來就車輛的與它所 行駛的公路有關(guān)的工作參數(shù)執(zhí)行它自身的計算，因為這個系統(tǒng)還使用在它自身的在車輛的 計算機內(nèi)所存儲和預(yù)編程的導(dǎo)航地圖中的系統(tǒng)。按照本發(fā)明，該系統(tǒng)起作用是因為在數(shù)據(jù)單元內(nèi)對照導(dǎo)航地圖評估車輛執(zhí)行的所 有計算從而發(fā)現(xiàn)位置。此外，這種方法還可以在建立地圖本身期間使用。這樣的評估可以 用許多方式執(zhí)行，例如a)對于一個給定傳感器的在時間間隔、至t2上的給定數(shù)目的傳感器測量結(jié)果S1 至&，執(zhí)行與相應(yīng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)D1至Dm的相關(guān)，其中m和a都為整數(shù)，而m > a，使得式1具 有一個表示最佳相關(guān)的最大值

權(quán)利要求
1.一種為車輛建立專用電子公路地圖以指示車輛在一個地理區(qū)域內(nèi)的公路上的位置 的方法，該車輛包括與顯示器連接的計算機和與計算機連接的內(nèi)部存儲器，所述方法基于 借助于來自衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)所提供和建立的電子公路地圖，其特征在于a)所述車輛裝有測量諸如車輛的運動和定向的參數(shù)的傳感器，所述參數(shù)被實時記錄和 存儲，并包括它的羅盤方向(Kr)，(40) 它的縱傾角(Sv), (41) 它的側(cè)傾角(Kv), (42) 它的海拔高度(hoh), (43)以及隨著車輛向前行駛而改變的公路表面和周圍地形的雷達圖像G4)；b)沿著給定路線駕駛車輛，其中對來自傳感器的在電子公路地圖庫內(nèi)的所述信號進行 測量、記錄和存儲，所述參數(shù)被存儲和添加到電子公路地圖內(nèi)所述路線的相應(yīng)位置坐標(biāo)上； 以及c)借助于來自衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，諸如以已知的方式在本身中記錄的GPS記錄，用 這些測量結(jié)果建立車輛在電子公路地圖內(nèi)的精確位置坐標(biāo)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還測量和記錄下列參數(shù) 輪胎的氣壓(61)，公路所經(jīng)過的區(qū)域內(nèi)存在的電子噪聲(60)；光學(xué)拍攝隨著車輛向前行駛而改變的周圍環(huán)境的攝像機(63)；記錄所行駛的距離的距離測量結(jié)果(62)；加速度計(64)；以及重力測量裝置(65)。
3.按照權(quán)利要求1和2之一所述的方法，其特征在于所述參數(shù)被連續(xù)記錄為所行駛的 距離V的函數(shù)，即連續(xù)記錄和存儲公路的羅盤方向、縱傾角、側(cè)傾角和海拔高度的改變以及 在權(quán)利要求2中所給出的所有其他參數(shù)的改變。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于縱傾和側(cè)傾的角測量借助于一個或多個設(shè) 置在車輛的前輪(16，18)之間諸如在桿00)上的傳感器(17)進行，桿00)固定在前輪 (16，18)的中間，以具有穩(wěn)定的定位和避免來自底盤的運動影響測量。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于提供除了整個路段的原始位置坐標(biāo)之外還 包括所存儲的所有在權(quán)利要求3中所給出的有關(guān)參數(shù)的電子地圖，因此在顯示器上所顯示 的行駛位置不依賴于外部衛(wèi)星導(dǎo)航。
6.一種確定車輛在一個地理區(qū)域內(nèi)的公路上的位置的方法，其中所述車輛裝有專用電 子公路地圖、包括與顯示器連接的計算機和與計算機連接的內(nèi)部存儲器的定位系統(tǒng)，其特征在于a)沿任何類型的公路駕駛車輛，實時測量和記錄來自測量下列參數(shù)的傳感器的信號 它的羅盤方向(Kr)， 它的縱傾角(Sv)， 它的側(cè)傾角(Kv)，它的海拔高度(hoh)，以及隨著車輛向前行駛而改變的由公路表面和周圍地形形成的雷達圖像；b)將所接收的信號傳送和處理并與先前取得的相應(yīng)實時坐標(biāo)參數(shù)相比較，在所測得的 值之間一致時給出車輛在公路上的位置的指示；以及c)在顯示器上通過專用電子公路地圖顯示車輛的位置的有關(guān)信息。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于還測量和記錄下列參數(shù)輪胎的氣壓(61)；公路所經(jīng)過的區(qū)域內(nèi)存在的電子噪聲(60)；光學(xué)拍攝隨著車輛向前行駛而改變的周圍環(huán)境的攝像機(63)；記錄所行駛的距離的距離測量結(jié)果(62)；加速度計(64)；以及重力測量裝置(65)。
8.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述參數(shù)被連續(xù)記錄為所行駛的距離V的 函數(shù)，即連續(xù)記錄和存儲公路的羅盤方向、縱傾角、側(cè)傾角和海拔高度的改變以及所給出的 所有其他參數(shù)的改變。
9.按照權(quán)利要求6至8之一所述的方法，其特征在于縱傾和側(cè)傾的角測量借助于一個 或多個設(shè)置在車輛的前輪(16，18)之間諸如在桿00)上的傳感器(17)進行，桿00)固定 在前輪(16，18)的中間，以具有穩(wěn)定的定位和避免來自底盤的運動影響測量，還考慮到由 于公路表面上的物體、凸起或坑洼引起的突然運動不應(yīng)該影響與讀取角度有關(guān)的計算，計 算機程序被設(shè)置成忽略這樣的突然運動改變。
10.一種建立電子公路地圖以及確定車輛在一個地理區(qū)域內(nèi)的公路上的位置的方法， 其中所述車輛裝有專用電子公路地圖、包括與顯示器連接的計算機和與計算機連接的內(nèi)部 存儲器的定位系統(tǒng)，其特征在于a)對于一個給定傳感器的在時間間隔、至t2上的給定數(shù)目的傳感器測量結(jié)果S1至 Sa,執(zhí)行與相應(yīng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)D1至Dm的相關(guān)，其中m和a都為整數(shù)，而m > a，使得式1具有一 個表示最佳相關(guān)的最大值
11.一種建立電子公路地圖以及確定車輛在一個地理區(qū)域內(nèi)的公路上的位置的方法， 其中所述車輛裝有專用電子公路地圖、包括與顯示器連接的計算機和與計算機連接的內(nèi)部 存儲器的定位系統(tǒng)，其特征在于b)對于傳感器1至傳感器h的在時間間隔、至t2上的給定數(shù)目的傳感器測量結(jié)果S1, i至&,h，其中a和h都為整數(shù)，按照式2產(chǎn)生復(fù)合信號U1至Ua :
12.一種建立電子公路地圖以及確定車輛在一個地理區(qū)域內(nèi)的公路上的位置的方法， 其中所述車輛裝有專用電子公路地圖、包括與顯示器連接的計算機和與計算機連接的內(nèi)部 存儲器的定位系統(tǒng)，其特征在于用對于式1至3的a)和b)的組合來發(fā)現(xiàn)在對計算機計算 能力的要求與所指示的車輛位置正確的確實性之間的最佳解決方案，可能的是用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 來執(zhí)行數(shù)據(jù)處理和根據(jù)來自傳感器的測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)車輛的位置。
13.按照權(quán)利要求10、11和12之一所述的方法，其特征在于所述方法處理從如在權(quán)利 要求6和7中所給出的位置確定參數(shù)中所選出的測量數(shù)據(jù)。
14.一種用于確定車輛在任何類型的公路上的位置的系統(tǒng)，其特征在于所述車輛包括存儲有包括用于確定沿路線的任何位置的多個參數(shù)的電子公路地圖的數(shù)據(jù)單元，顯示 導(dǎo)航的顯示單元，多個測量和記錄位置確定參數(shù)的傳感器，用來記錄 羅盤方向KH40)， 縱傾角Sv 01)， 側(cè)傾角Kv 02)， 海拔高度hoh(43)，以及隨著車輛向前行駛而改變的公路表面和周圍地形的雷達圖像G4)， 以及任選的是，所述車輛包括測量下列的傳感器 輪胎的氣壓(61)，公路所經(jīng)過的區(qū)域內(nèi)的任何電子噪聲(60)，光學(xué)拍攝隨著車輛向前行駛而改變的周圍環(huán)境的攝像機(63)，記錄所行駛的距離的距離測量單元(62)，加速度計(64)，以及重力測量裝置(65)，以及具有因特網(wǎng)連接的數(shù)據(jù)單元， 具有備選通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)單元， 無線電鏈路；該數(shù)據(jù)單元還包括被設(shè)置成執(zhí)行所連續(xù)記錄的位置確定參數(shù)與預(yù)先安裝的參數(shù)之間 的比較的部件單元；以及所述部件單元被設(shè)置成將車輛的沿路線的精確位置的指示發(fā)送給顯示單元以顯示該 位置。
15.按照權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于所述顯示單元是顯示地圖上的公路和位置的屏幕。
16.按照權(quán)利要求14和15之一所述的系統(tǒng)，其特征在于記錄位置確定參數(shù)的測量體 包括布置在車輛的前輪(16，18)之間、設(shè)置在桿00)上的傳感器，所述桿00)固定在前輪 (16，18)的中間，以具有穩(wěn)定的定位和避免底盤的運動影響測量。
17.按照權(quán)利要求14至16之一所述的系統(tǒng)，其特征在于記錄位置確定參數(shù)的測量體包 括與各輪胎連接的氣壓傳感器02二4)，用來測量這些輪胎內(nèi)的氣壓。
18.按照權(quán)利要求14至17之一所述的系統(tǒng)，其特征在于記錄位置確定參數(shù)的測量體包 括設(shè)置在車輛的最高點的雷達(26)，它是一個適合車輛外形的密封的扁平單元。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種建立用于車輛的專用電子公路地圖以指示車輛在一個地理區(qū)域內(nèi)的公路上的位置的方法，該車輛包括與顯示器連接的計算機和與計算機連接的內(nèi)部存儲器，所述方法基于借助于來自衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)所提供和建立的電子公路地圖，其特征在于a)所述車輛裝有測量諸如車輛的運動和定向的參數(shù)的傳感器，所述參數(shù)被實時記錄和存儲，并包括它的羅盤方向Kr(40)，它的縱傾角Sv(41)，它的側(cè)傾角Kv(42)，它的海拔高度hoh(43)，以及隨著車輛向前行駛而改變的公路表面和周圍地形的雷達圖像(44)；b)沿著給定路線駕駛車輛，并且對在電子公路地圖庫內(nèi)來自傳感器的信號進行測量、記錄和存儲，所述參數(shù)被存儲和添加到電子公路地圖內(nèi)所述路線的相應(yīng)位置坐標(biāo)上；以及c)用這些測量結(jié)果，借助于來自衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，諸如以已知的方式在本身中記錄的GPS記錄，確定車輛在電子公路地圖內(nèi)的精確位置坐標(biāo)。本發(fā)明還揭示了用于確定車輛沿公路的位置而不必使用來自衛(wèi)星導(dǎo)航的數(shù)據(jù)的方法和系統(tǒng)。
文檔編號G01C21/30GK102089624SQ200980127055
公開日2011年6月8日 申請日期2009年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月22日
發(fā)明者P·麥格努森 申請人:模具產(chǎn)品股份公司