一种坡度路段真三维导航方法及一种真三维导航设备

摘要

本发明提供了一种坡度路段真三维导航方法，其中包括：步骤1，提供存储有三维矢量化数据(X,Y,Z)的真三维导航数据库；步骤2，确定被导航物体的精确位置；步骤3，判断被导航物体前方下一路段中是否存在坡道标记；步骤4，读取最小单元格网的特殊道路属性数据；步骤5，生成每个最小单元格的道路场景，并组合相连的最小单元格形成坡度道路场景；步骤6，在坡度道路场景中添加诱导线和/或诱导箭头，合成三维诱导场景。所述诱导线和/或诱导箭头在所述三维诱导场景中具有与所述坡度道路场景的起伏变化相同的弯曲变化。本发明还提供了一种实现上述导航方法的真三维导航设备。

说明书

技术领域

本发明属于电子导航技术领域，具体涉及一种真三维导航的方法。特 别的，在导航中能够清晰地反映在真三维导航场景中的坡度道路的诱导。

背景技术

近些年，由于城市道路的快速发展，定向桥、城市快速路以及高速路 的数量大大增加。这些复杂的公路系统常常给不熟悉路况的驾车者造成路 线选择错误的困扰。另一方面，随着小型车辆产业的发展，有越来越多的 人选择自行驾车外出。所以，对于普通的驾驶者，电子导航系统逐渐成为 不可或缺的行车设备。

传统的电子导航系统能够进行转向、进出主路等引导动作，但是无法 反映坡道路面信息，所以，当车辆在坡度道路上行驶时无法得到很好的指 引。尤其的，在车辆驶入上下层分离的多层高架桥或者高快速环路时，由 于上下两层道路的经纬度坐标一致，所以传统导航无法区分出用户是在高 架上层道路还是下层道路，容易出现引导错误，或者需要驾驶者在导航系 统上重新选择自身位置。

为了解决多层高速路的引导问题，一些新的导航系统在多层高架桥或 者快速路一类的小范围坡度道路的出入口处，通过静态的路口放大图来表 现进入或者驶离的状态，或者通过语音播报进行提示，试图更好的为驾驶 者提供坡度道路的正确引导。但是，这种使用放大图片进行引导的方式并 没有真正结合导航路径上的实际情况和坡度道路的细部形态。在实际驾驶 中，导航系统的路口图片往往难以准确的与实际场景对应，例如，驾驶者 可能在实际场景中看到了多个向同一方向不同高度的坡路入口，而导航系 统的图片仅示意性的显示了需要进入的某一个入口，导致驾驶者无法确定 正确的路径。

所以，有必要开发一种新型的导航设备，在驾驶者行车的过程中，该 导航设备能够随着驾驶者当前所在的驾驶位置，直观的、动态连续的进行 实时坡度道路导航，导航设备上应显示与驾驶者能够观测到的实际场景相 对应的画面。

发明内容

本发明为解决上述问题，提出了一种坡度路段真三维导航方法，其中 包括：

步骤1，提供存储有三维矢量化数据的真三维导航数据库，包括真三 维场景数据库和真三维诱导数据库，所述真三维诱导数据库中记录有各个 路段的坡道标记，所述真三维场景数据库在最小单元格网中记录有特殊道 路属性数据，所述特殊道路属性数据以最小单元格为单位；

步骤2，确定被导航物体的精确位置；

步骤3，判断被导航物体前方下一路段中是否存在坡道标记；

步骤4，若存在坡道标记，则读取被导航物体前方下一连续路段所包 含的所有最小单元格网的特殊道路属性数据；

步骤5，根据最小单元格中的所述特殊道路属性数据，生成每个最小 单元格的道路场景，并组合相连的最小单元格形成坡度道路场景；

步骤6，读取特殊道路属性数据和诱导信息数据并结合所述坡度道路 场景，添加诱导线和/或诱导箭头，合成三维诱导场景；

所述诱导线和/或诱导箭头在所述三维诱导场景中具有与所述坡度道 路场景的起伏变化相同的弯曲变化。所述真三维场景数据库还可以包括路 口场景数据。

所述步骤5之后还可以包括步骤A，对相连的坡度道路场景的边界处 进行拼接，使拼接处相邻两侧分割点位置和密度均保持一致。

所述步骤6之后还可以包括步骤7，播放所述三维诱导场景。在步骤7 中，可以以1:500米或1:1000米的比例尺播放所述三维诱导场景。

另一方面，本发明还提供了一种可以实现上述坡度路段真三维导航方 法的真三维导航设备，可以包括以下部分：

真三维导航数据库，用于存储三维矢量化数据(X,Y,Z)，包括真三维 场景数据库和真三维诱导数据库，所述真三维诱导数据库中记录有各个路 段的坡道标记，所述真三维场景数据库在做小单元格网中记录有特殊道路 属性数据，所述特殊道路属性数据以最小单元格为单位；

定位模块，用于确定被导航物体的精确位置；

坡度道路数据管理模块，用于判断被导航物体前方下一路段中是否存 在坡道标记，若存在坡道标记，则读取被导航物体前方下一路段的最小单 元格网的特殊道路属性数据；

最小单元格坡度道路场景处理模块，用于根据最小单元格中的所述特 殊道路属性数据，生成每个最小单元格的道路场景；

坡度道路诱导场景合成模块，用于将相连的最小单元格中的道路场景 组合形成坡度道路场景，并读取所述特殊道路属性数据和诱导信息数据， 添加诱导线和/或诱导箭头，合成三维诱导场景。所述真三维导航数据库还 包括路口场景数据。

另外，还可以包括接边处理模块，用于对坡度道路场景的边界处进行 拼接，使拼接处相邻两侧分割点的位置和密度保持一致。

诱导场景显示模块，用于在所述三维导航设备中播放所述三维诱导场 景。所述诱导场景显示模块采用1:500米或1:1000米的比例尺播放所述三 维诱导场景。

本发明提供的坡度路段真三维导航方法通过使用三维矢量化数据，能 够生成与真实场景相吻合的导航图像，特别的，能够清晰的反应路面的起 伏、上下坡以及立体交通系统的层次。使用本发明的方法形成的诱导线和 诱导箭头，能够随着路面在高度方向的起伏、弯曲，一同产生向上或向下 的弯曲效果，准确的反映了被引导物体的导航路径在空间中、尤其是高度 方向上的情况。

附图说明

通过结合附图参考本发明的具体实施方式，本发明的特征、目的以及 实现方式将会变得更加明显，且本发明本身也将会变的更易于理解。

图1为根据本发明实施例的坡度道路三维导航方法的步骤流程示意 图；

图2为根据本发明实施例的数据库组成结构和数据间关联关系的示意 图；

图3为根据本发明实施例的真三维导航场景中坡度道路类型示意图， 其中图3(a)为坡度道路类型为上坡的示意图，图3(b)为坡度道路类型为下 坡的示意图，图3(c)为坡度道路类型为平坡的示意图；

图4为根据本发明实施例的坡度道路的界面视图，图4(a)为本发明所 述未拼接时的坡度道路边界的平面视图，图4(b)为本发明所述拼接调整后 的坡度道路的界面视图；

图5为根据本发明实施例在同一个道路模型上，坡度道路的点阵分割 数为1和分割数为10的条件下的效果图，图5(a)为本发明所述两种条件 下二维视图对比示意图，图5(b)为本发明所述两种条件下的三维视图效 果；

图6为根据本发明的具体实施方法在导航设备上显示的三维诱导场景 的效果图,图6(a)为诱导进入立体交通上坡的效果图，图6(b)为诱导进 入立体交通下坡的效果图，图6(c)为诱导路径上方具有其他跨压式桥梁 的效果图；

图7为根据本发明实施例的三维导航设备的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其 中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的组件或具有相同或类似功 能的组件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发 明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明所指的真三维地图和导航不同于现有技术中提到的三维地图和 导航。在现有技术中所谓的三维导航电子地图多采用正射影像图叠加具有 立体视觉效果的三维标志性建筑物模型的方式制作而成，正射影像图由二 维屋廓图和相对于平均道路面的相对高程数据处理后生成。对于道路形态 的表达都是由导航引擎读取二维导航数据的基本属性后生成。这些三维导 航电子地图机制都是在二维导航电子地图上放置了一些三维建筑模型，并 非真正的三维导航电子地图。而本发明所指的真三维导航电子地图基于独 立的三维导航应用数据库，用高精度三个维度的(X，Y，Z)矢量化数据， 以真实建模的方式动态再现了导航道路的三维场景。

本发明的坡度路段真三维导航方法，能够清晰的反映被导航物体在具 有不同高度层次的道路上行驶时的具体位置和需要进入的道路。为了便于 说明本方法的工作原理，以下将结合实际装置和步骤图1对所述坡度路段 真三维导航方法的进行描述。

步骤1，提供存储有三维矢量化数据的真三维导航数据库，其中包括 真三维场景数据库和真三维诱导数据库，所述真三维场景数据库包括路段 场景数据和路口场景数据，所述路段场景数据可以以单元格网形式存储。 所述单元格网中至少包括标准单元格网以及将标准单元格细分的最小单元 格网。所述路段场景数据可以分为标准道路属性数据和特殊道路属性数据， 所述标准道路属性数据以标准单元格网为范围，所述特殊道路属性数据以 最小单元格网为范围，其中，标准单元格可以等分成N个最小单元格(N 大于等于1)。在最小单元格网的最小单元格中记录有特殊道路属性数据。 特别的，所述特殊道路属性数据可以至少包括两种类型，一种是用于记录 上坡、下坡以及平坡路段的普通坡道属性数据，这类数据记录了路面出现 的普通上升或下降等情况。另一种是用于记录多层高架桥、隧道等立体交 通道路的相对跨压道路属性数据，这类数据记录了在立交系统路段中出现 的穿插、起伏、横跨等信息。本领域技术人员可以根据实际情况对所述特 殊道路属性数据进行分类处理，本发明对此不作限制。所述路口场景数据 用于生成在路口处的场景图像。

所述真三维诱导数据库中可以包括记录路段中的诱导信息的路段诱导 数据以及记录路口中的诱导信息的路口诱导数据。在具体的实施例中，所 述路段诱导数据中可以包括坡道标记。如图2所示，如果在所述路段诱导 数据中存在坡道标记，则通过与其关联的特殊道路属性数据，就可获取道 路坡度的具体坡度值。另外，所述真三维诱导数据库中还存储有与生成诱 导线、诱导箭头相关的诱导信息数据。

所述真三维导航数据库中存储的数据是经过对即时道路进行测绘后得 到的具有三维坐标的数据，用于反映道路、诱导线可能出现的高度上的变 化。以路段场景数据为例，若采用笛卡尔坐标系，所述路段场景数据应以 城市范围内所选定的相对高度基准点作为原点，所述原点的相对高度z的 坐标值为0，其它点具有相对于原点的x和y坐标，用以表达各点相对于 原点在平面中的位置。除此之外，路段场景数据的各点还具有z坐标，以 表达各点相对于原点在高度方向上的相对高度差。所述诱导信息数据也具 有z坐标，当需要在相对于原点具有高度差的路段场景上形成诱导线等诱 导图标时，也需要使用与路段场景数据相对应的z坐标。

特别的，所述最小单元格是确定坡度路段精准程度的一个重要指标，最 小单元格的面积与真三维导航数据库的数据总容量成反比，最小单元格的面积 越小，诱导场景与现实场景越接近，但是其所需的数据存储量越大。本领域 技术人员可以根据实际情况，规划所述多尺度分层格网中最小单元格网层 的细分程度和单元格面积。

步骤2，确定被导航物体在当前时间的精确位置。本发明所述的导航 方法首先需要对被导航物体的位置进行定位，确定其在城市道路中的实际 位置。

步骤3，判断被导航物体前方下一路段的路段诱导数据中是否存在坡 道标记。

在本发明所述的真三维导航方法中，通常情况下，导航设备可以只在 路段场景数据的标准道路属性中读取标准道路的路段场景数据，生成仅显 示高度未发生变化的平坡道路场景，并根据真三维诱导数据库的数据添加 标准平坡道路的诱导线形成诱导场景。在具体实施例中，根据步骤2中确 定的被导航物体的位置，导航设备提取被导航物体前方下一个连续路段的 真三维诱导数据，并判断该是否存在坡道标记。

步骤4，如果不存在坡道标记，则直接生成高度未发生变化的平坡道 路诱导场景即可。这种通常情况下在标准格网中读取数据的工作形式，能 够降低电子设备需要运算的数据量，加快运算速度。只有在特定的情况下， 才获取更多必要的数据。

若存在坡道标记，则从路段场景数据中读取被导航物体前方下一路段 所包括的所有最小单元格网中的特殊道路属性数据。当监测到被导航物体 前方下一连续路段中存在坡道标记时，代表被导航物体将要进入在高度上 出现高度差的路段，导航设备应从路段场景数据的最小单元格网层中读取 特殊道路属性数据。

步骤5，根据最小单元格中的所述特殊道路属性数据，生成每个最小 单元格的道路场景，并将相连的最小单元格组合建模形成坡度道路场景。

所述特殊道路属性数据存储在最小单元格网的每个最小单元格中，根 据所述特殊道路属性数据可以生成每个最小单元格的道路场景。将各个相 连的最小单元格中的道路场景组合起来，就得到了坡度道路场景。

步骤6，读取特殊道路属性数据和诱导信息数据并结合所述坡度道路 场景，添加诱导线和/或诱导箭头，合成三维诱导场景。

得到所述坡度道路场景后，导航设备再从所述真三维场景数据库和真 三维诱导数据库分别读取所述坡度道路场景的所有特殊道路属性数据和相 应的诱导信息数据，用于在所述坡度道路场景上添加诱导线和/或诱导箭 头，最终合成完成的、可供播放的三维诱导场景。所述三维诱导场景能够 随被导航物体的移动而移动，实时的向驾驶者提供道路信息。而且由于真 三维导航数据库中的数据是经过实际测绘得到的三维矢量化数据，所以能 够准确示出与被导航物体前方实际场景一致的画面。所述诱导线和诱导箭 头在三维诱导场景中引导被导航物体应沿何种路径行驶。

特别的，在本发明提供的三维诱导场景中，能够以动态画面形成与坡度 道路具有相同上下起伏、弯曲效果的诱导线和/或诱导箭头。所述诱导线在上 坡道路上能够随着上坡道路的曲率向上曲面诱导，在平坡道路上能够随着平坡 道路的曲率水平曲面诱导，在下坡道路上能够随着下坡道路的曲率向下曲面诱 导。所述诱导箭头指示行进方向。

如图3(a)、3(b)、3(c)所示，所指的坡度包括上坡、下坡和平 坡。上坡是指，例如从路面开始升高的地方水平延伸200米，高度升高2 米以上时的坡度道路。下坡是指，例如从路面开始下降的地方水平延伸200 米，高度下降2米以上时的坡度道路。平坡是指，从路面开始上升或下降 的地方水平延伸200米，高度变化小于2米时的坡度道路。

在上述步骤6之后，还可以包括步骤7，将步骤6生成的三维诱导场 景播放到导航设备的显示屏等装置上，以便于驾驶者观察、与实际环境对 比。

以上是本发明所提供的坡度路面三维导航方法，通过真三维导航数据 库中存储的三维矢量化数据，导航设备上能够显示与被导航物体前方实际 场景相吻合的画面和坡道路面。在上述方法中，还包括可选的更优实施方 式。

优选的，在上述步骤5之后，还可以包括步骤A，对相连的道路场景 的边界处进行拼接，使拼接处的分割点位置一致。如图4(a)、(b)所示， 由于所述特殊道路属性数据的误差、路面曲率等因素的影响，组合每个最 小单元格的坡度道路场景时，往往在图像点阵的边界处出现道路场景无法 准确对接的现象。如果直接使用边界处没有准确对接的坡度道路场景合成 三维诱导场景的话，其中的坡度道路会呈现锯齿、波浪形起伏等特征，如 图4(a)所示。所以，可以对坡度道路场景中图像点阵的边界处进行拼接， 根据路面的曲率调整分割参数，使道路场景上下两侧拼接处的分割点的位 置一致。当最小单元格中采用三角形图像点阵组成道路场景时，可以根据 路面的曲率，通过调整坡度道路场景上下边界处三角形的密度实现拼接， 使得相邻边界处三角形的数量、分布、密度一致，如图4(b)中圈出的位 置所示，以保证渲染后的坡度道路在拼接处的平滑和无缝。所述调整三角 形密度的方法在按照三角形分割参数分割后形成三角形的数量较多时效果 更加明显。

此外，在最初完成测绘后对数据进行处理、建模时，数据点阵的分割 参数也影响了最终三维诱导场景，如图5(a)、5(b)所示，在一个最小 单元格内，数据点阵的分割数为10时形成的三维诱导场景比分隔数为1时 形成的三维诱导场景更细致、贴近实际情况。所以，本领域技术人员可以 根据实际使用的需要，选择数据点阵的分割参数。

进一步的，在播放具有坡度道路场景的三维诱导场景时，本领域技术 人员可以根据最小单元格的面积以及数据点阵的分割参数选择播放的比例 尺。优选的，可以选用1:500、1:1000的比例尺进行播放。

本发明所提供的坡度路段真三维导航方法基于独立的三维导航应用数 据库，用高精度三个维度的(X,Y,Z)矢量化数据，以真实建模的方式动态 再现了导航道路的三维场景。正是由于使用了这种实际测绘得到的三个维 度的矢量数据，所以能够以真实建模的方式动态连续播放与实际道路的场 景相吻合的三维导航场景，如图6所示。图6(a)显示的是引导被导航物 体进入立体交通上坡的三维诱导场景，图中能够清晰反映路面的起伏，诱 导线和诱导箭头能够随着路面的起伏产生弯曲效果，道路的场景以及道路 周围的建筑物均与实际环境向吻合，便于驾驶者判断行车路径。图6(b) 显示的是引导被导航物体进入立体交通下坡的三维诱导场景。图6(c)则 显示的是在跨压式立体交通系统中的三维诱导场景，其能够清楚的反应被 导航物体正处在哪一层道路中。本发明的方法不仅限于处理如图6(c)所 示的道路是相互交叉的情况，在多层高架桥的道路方向相同的情况下，本 发明生成的三维诱导场景仍然可以准确的反映真实的场景，从而提示驾驶 者现处于哪层路面。所述三维导航场景中可以实现对坡度道路全程进行实 时连贯的诱导导航。

另一方面，本发明还提供了一种三维导航设备，以实现上述坡度路段 真三维导航方法。如图7所示，所述三维导航设备至少包括真三维导航数 据库201、定位模块202、坡度道路数据管理模块203、最小单元格坡度道 路场景处理模块204以及坡度道路诱导场景合成模块206。

所述真三维导航数据库201用于存储高精度的三维矢量化数据 (X,Y,Z)，其中包括真三维场景数据库和真三维诱导数据库。所述真三维 诱导数据库中记录有各个路段的坡道标记，所述真三维场景数据库在做小 单元格网中记录有特殊道路属性数据，所述特殊道路属性数据以最小单元 格为单位。

所述定位模块202用于确定被导航物体在当前时间的精确位置，并将 所述精确位置反映到所述真三维导航数据库201中。

所述坡度道路数据管理模块203读取所述真三维诱导数据库中的数 据，用于判断被导航物体前方下一路段中是否存在坡道标记，若存在坡道 标记，则从所述真三维场景数据库中读取被导航物体前方下一路段的最小 单元格网中的特殊道路属性数据。

所述最小单元格坡度道路场景处理模块204，用于根据最小单元格中 的所述特殊道路属性数据，生成每个最小单元格的道路场景。

所述坡度道路诱导场景合成模块206，读取所述最小单元格坡度道路 场景处理模块204的结果，用于将相连的最小单元格中的道路场景组合形 成坡度道路场景，并读取所述特殊道路属性数据和诱导信息数据，添加诱 导线和/或诱导箭头，合成三维诱导场景。

另外，所述三维导航设备还可以包括接边处理模块205，用于对组合 形成的坡度道路场景的边界处进行拼接，使拼接处的分割点位置一致，以 形成平滑、无缝的坡度道路场景。由于坡度道路存在高度方向的弯曲曲率， 所以需要经过调整，使最小单元格中的相邻两侧的分割点的位置、密度等 保持一致，以形成平滑的坡面。

所述三维导航设备还应包括诱导场景显示模块207，用于将生成的三 维诱导场景播放，便于驾驶者查看。本发明并不限制所述诱导场景显示模 块207的种类，亦不限制所述三维导航设备的载体。本领域技术人员可以 采用车载导航仪、手机、平板电脑等可视化电子设备实现诱导场景的合成 和播放。特别的，在播放所述诱导场景时，所述诱导场景显示模块207可 以采用1:500或1:1000的比例尺。具体采用何种比例尺，可以根据最小单 元格的面积大小和实际情况进行选择。

以上是本发明提供的三维导航设备，本发明的应用范围不局限于以上 描述的具体实施例，本领域技术人员可以根据实际应用对最小单元格的面 积、使用的电子设备等特征进行调整。对于本领域的普通技术人员而言， 可以在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行多种变化、 修改、替换和变型，本发明所附权利要求旨在将这些变型、替换等结构包 含在其保护范围内。