导航系统的导航方法

专利名称：导航系统的导航方法
技术领域：
本发明涉及一种导航方法，尤其涉及-种导航系统的导航方法。
背景技术：
目前的导航系统普遍利用全球卫星定位系统(GPS)，根据采用的硬件平台不同，可分为 CAR-PC车载导航系统、DVD汽车导航仪、基于掌上电脑的车载导航仪及其它形式的导航仪等。 当前导航市场分为军用和民用两部分。在民用导航产品中，主要包括车载导航产品和个人导 航产品两大类。在日本和欧美市场，装载有导航设备的汽车比例非常高。目前众多国内外的 公司都开始投入导航系统开发市场，国外如sony、 Nokia、 GARMIN、国内如凯立德、卡仕达等 都在不断地进行车载导航系统的研究。在日本，车载导航安装率高达59%，欧美约为25%。在 中国，由于汽车数量的急剧上升，车载导航市场同样潜力巨大。
尽管目前国内外的GIS 二次开发工具各有特点，在电信、金融、公共安全等许多领域都 有了广泛的应用，但利用市场上现有的二次开发工具进行导航系统的地图显示丌发存在着多 种问题。
如图1所示，现有的地图缓存图像的大小为屏幕大小的4倍，即宽度和高度都是屏幕宽 度和高度的2倍。中间的小矩形表示屏幕T ，设其宽度和高度分别为SW (Screen Width) 和SH(Screen Height);外面的大矩形为地图缓存矩形2'，其宽度和高度分别2XSW和2XSH。 屏幕和地图缓存的相对坐标"，yl为屏幕矩形的左上角与地图缓存矩形的左上角距离。初始化 时或者在刚缩小放大地图后，屏幕在地图缓存上的相对坐标为(SW/2, SH/2}，表示屏幕在地 图缓存的中央。移动屏幕实际上是移动屏幕在地图缓存的相对坐标，每次重绘时，只需要把 地图缓存上以屏幕相对坐标k,yl为左上角，分别以SW和SH为宽度和高度的举行区域画到屏 幕上。屏幕在地图缓存上的相对坐标横轴的范围为0 — SW，纵轴的范围为O—SH。当相对坐标 超过这个范围时，就需要重新生成地图，并且调整相对坐标。
当屏幕超出地图缓存时的边界调整情况如错误！未找到引用源。2左部分所示，当相对坐 标k y)的横坐标x小于O时，即屏幕超出了地图缓存的左边界，就需要地图缓存的矩形范 围向左移SW，重新生成地图，同时相对坐标也相应调整为bc + SW, y}。如图2右部分所示， 虚线矩形表示调整之前的地图缓存矩形范围，实线矩形则表示调整之前的地图缓存矩形范围。
同理当相对坐标(x, y)的横坐标x大于SW时，即屏幕超出了地图缓存的右边界，就需要地图缓存的矩形范围向右移SW，重新生成地图，同时相对坐标也相应调整为h - SW, y}。当 相对坐标(x， y)的纵坐标y小于O时，即屏幕超出了地图缓存的上边界，就需要地图缓存的 矩形范围向上移SH，重新生成地图，同时相对坐标也相应调整为(x ， y + SW}。当相对坐标 U, y)的纵坐标y大于SH时，即屏幕超出了地图缓存的下边界，就需要地图缓存的矩形范围 向下移SH，重新生成地图，同时相对坐标也相应调整为k, y-SH)。
大部分时间地图只是在小范围内移动，如果采用了地图缓存，大部分时间内不需要重新 生成地图。但是，当屏幕与地图缓存的相对坐标超出范围时，还是需要重新生成地图。对于 用户来说，前面的地图移动都很流畅，但在边界处突然停顿几秒，然后才能继续移动，这也 是很不友好的。所以，我们必须想办法消除地图缓存在边界处重新生成地图对用户造成的影 响。
此外，现有的导航系统还存在如下不足之处
(1) 应用针对性差。二次开发工具虽然都提供基本的GIS开发功能，但其关注的重点领 域各不相同，如M邻Info长期以来主要的关注方向是通信领域，而FME Suite则主要方向为 空间数据的存储与转换。
(2) 无法与嵌入式导航设备完全兼容，平台适应性差。当这些二次开发工具在应用导具 体的嵌入式设备时，在平台适应性、底层开放性等方面都在不同程度上存在着一定的问题。
(3) 导航功能没有融合移动通讯服务技术。国外的移动通讯服务商如ATX 、 0nStar等 都提供交通有关信息、路况介绍等服务，另外还有紧急联络系统、盗窃跟踪、导航系统、地 理信息应用程序的服务。而国内却没有这样的导航通讯服务提供者。
(4) 目前市场上的二次开发产品只是提供了开发接口，用户无法了解功能具体的实现， 因此也就无法对其性能进行改进。也不能根据自己的需要对功能进行扩充。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以加快导航系统导航地图显示速度的导航方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案
一种导航系统的导航方法，所述导航系统包括一屏幕，所述导航方法包括导航地图快速 显示的步骤，具体实现如下
步骤A1、提供一图像缓存；
步骤A2、在所述图像缓存中生成大于所述屏幕尺寸的地像；步骤A3、根据屏幕与所述地像的相对位置，把地像的一部分显示于屏幕上。
作为本发明的一种优选方案，所述导航地图快速显示步骤还包括步骤A4、当屏幕的位置 超出所述地像的范围，重新生成覆盖屏幕的地像。
作为本发明的一种优选方案，所述屏幕为长方形，在步骤A2中，所述地像为长方形， 其宽与高分别大于等于屏幕宽SW与高SH的2倍。
作为本发明的一种优选方案，所述地像的上下分别紧邻第一预取地像、第二预 取地像，所述第一预取地像、第二预取地像的宽与地像的宽相同，其高为 地像高的一半；地像的左右分别紧邻第三预取地像、第四预取地像，所述 第三预取地像、第四预取地像的高与地像的高相同，其宽为地像宽的一半。
作为本发明的一种优选方案，所述重新生成覆盖屏幕的地像以屏幕所显示的地图信 息为中心。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤A2中，存于所述图像缓存中的地像以屏幕所 显示的地图信息为中心。
作为本发明的一种优选方案，所述图像为位图。
作为本发明的一种优选方案，所述导航方法还包括注记动态标签的步骤，具体实现如下 步骤B1、获取当前电子地图的縮放比例因子r;
步骤B2、根据获取的r值设置地图标签注记区域的初始大小s，将屏幕区域划分为V/s 个大小为s的初始区域，并对当前屏幕上的矢量对象进行注记，同时对已经被占用的注记区 域做标记；
步骤B3、检査已被注记过的区域，若未发现有区域相交则按r的指数倍縮小注记区域的 大小，直到发现有区域有交集，此时将注记区域大小按r的线性增加，直到出现两个区域有 交集；记录下将每次增长求得的注记区域大小s;
步骤B4、若发现有区域相交，则按r的指数倍减小注记区域的大小，直到发现有区域有 交集，此时将注记区域大小按r的线性减少，直到没有两个区域有交集；记录下将每次增长 求得的注记区域大小s'与注记个数k，其中k:V/s';
步骤B5、利用最小二乘法对r和s,s'分别进行拟合。
作为本发明的一种优选方案，所述导航方法还包括多线程语音播报的步骤使用的LRU 置换算法，选择最近最久未使用的语音文件，将其硬盘中淘汰；该算法赋予每个语音文件一 个时间变量，用来记录一个语音文件自上次被访问以来所经历的时间lastTime，当须淘汰一 个文件时，选择现有文件中lastTime值最大的。作为本发明的一种优选方案，所述导航方法包括移动通讯步骤提供一后台服务模块，
用以加快处理数据信息。 本发明的有益效果如下-
(1) 针对在嵌入式设备上开发的导航系统中电子地图的快速显示问题,在Windows CE的 嵌入式平台上进行研究，提供了一种能够适应嵌入式设备软硬件资源不足特点的高效的电子 地图显示算法，从而从根本上提高了实时导航中电子地图的显示速度。
(2) 本发明充分的利用有限的显示空间，使注记充分表达出电子地图中点、线、面等矢 量数据在一定的縮放比例下的属性信息；提供了与相应缩放比例相适应的动态的地图注记方 法，实现了动态縮放标签。
(3) 本发明通过多线程语音播报步骤，解决了嵌入式环境下的语音播报问题，提高了导 航系统播报的流畅性。
(4) 本发明结合交通网格设计了移动通讯服务，为导航系统实现移动通讯服务。


.图1为现有的屏幕及地图缓存图像的示意图。 图2为现有导航系统屏幕超出地图缓存时的调整示意图。 图3为本发明导航系统中屏幕、地图缓存图像、预取地像的示意图。 图4为导航系统移动通讯服务的流程图。
具体实施例方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
本发明在现有导航系统导航方法的基础上增加了四个歩骤导航地图快速显示步骤、注 记动态标签步骤、多线程语音播报步骤、移动通讯步骤；从而达到(1)提高了实时导航中 的电子地图显示速度、(2)实现了动态縮放标签、(3)解决了嵌入式环境下的语音播报问
题、(4)结合交通网格设计了移动通讯服务等有益效果。以下分别予以介绍。
一导航地图快速显示
一种导航系统的导航方法，所述导航系统包括一屏幕，所述导航方法包括导航地图快速
显示步骤，具体实现如下
步骤A1、提供一图像缓存；步骤A2、在所述图像缓存中生成大于所述屏幕尺寸的地图缓存图像； 步骤A3、根据屏幕与所述地图缓存图像的相对位置，把地图缓存图像的一部分显示于屏 幕上；
步骤A4、在所述地图缓存图像的周边生成至少一预取地像；
步骤A5、当屏幕中地像变化时，重新生成覆盖屏幕的地图缓存图像及预取地像。 本发明结合了嵌入式平台特性的地图缓存的办法来减少地图生成的次数。地图缓存实际 上是一个比屏幕尺寸更大的一张位图，每次生成地图时，不直接画到屏幕上，而是画到这张 位图上。每次重绘时，只要根据屏幕与这张位图地相对位置把位图的一部分画到屏幕上，而 不需要重新生成地图。只有在屏幕的位置超出了这张位图的范围时，才需要重新生成地图。 上述方法中增加了地图预取步骤，可以更好的提高电子地图显示速度。 地图预取是指，在地图缓存(亦称"预取地像")的基础上再增加若干个预取缓存 (预取缓存和地图缓存一样，实际上也是一张位图)，本实施例中增加了4个预取缓存。如图 3所示，上下两个预取缓存31、 32宽度和高度分别为2XSW和SH，生成紧邻地图缓存矩形范 围且在其上方和下方的部分地图，左右33、 34两个预取缓存宽度和高度分别为SW和2XSH， 生成紧邻地图缓存矩形范围且在其左方和右方的部分地图。
四个地图预取缓存分别由四个独立线程在生成，线程优先级低于主线程，所以不影响地 图本身的操作，只在系统空闲时，预先生成部分地图。当屏幕在地图缓存上的相对坐标超出 范围时，如果它所需要的部分地图己经预取，就不必再生成地图，而是直接把这个预取缓存 画到地图缓存的合适位置，并调整相对坐标的值。这样，在屏幕的相对位置超出范围时，也 不会出现突然的停顿，使地图移动过程比较流畅。
当相对坐标(x, yi的横坐标x小于0时，即屏幕超出了地图缓存的左边界，如果左边的 预取缓存预取已经完成，那么先把地图缓存的右半部分画到右边的预取缓存上，然后把地图 缓存的左半部分画到地图缓存的右半部分上，最后把左边的预取缓存画到地图缓存的左半部 分上，这样地图缓存的重绘就完成了，同时使右边的预取缓存仍然有效，不需要再重新预取， 而其它三个预取缓存则因为重绘地图缓存而无效，需要重新启动预取。相对坐标的调整与没 有地图预取功能是相同的。当左边的预取缓存预取还没有完成时，就需要先提高左边的预取 缓存预取线程优先级，使它能够尽快完成，等待它预取完成后才能进行上面的操作。虽然， 这也可能会使移动操作不流畅，但-般来说，从一次地图缓存重绘到下一次重绘，中间会间 隔一段时间，在这段时间里，预取操作一般都会完成。即使因为预取还没有完成而等待，在 此之间它己经完成了一部分地图的生成，所需要等待的时间也比重新生成地图要短得多。从概率上讲，如果屏幕超出了地图缓存的左边界而重绘地图缓存后，那么下一次重绘最有可能 用到预取缓存仍然是左边的那个，因为用户很有可能时是一直按住左移键，连续发生屏幕超 出了地图缓存的左边界而重绘，所以把左边的预取缓存的预取线程的优先级设得比其它两个 无效预取缓存的预取线程高，但仍然低于主线程的优先级，因为预取只是一个提高效率的辅 助手段，不能影响正常的操作。同理，其它三种屏幕超出了地图缓存的边界的情况也类似地， 利用预取缓存重绘地图缓存，并是其中三个预取缓存无效而重新预取，最后屏幕在地图缓存 上相对坐标的调整与没有地图预取功能是相同。
初始化时或者地图放大縮小吋，先只在地图缓存上生成地图，四个预取缓存都无效，然 后启动它们的预取线程，开始预取，线程优先级相同，但都低于主线程由优先级。
注记动态标签步骤
.Forma皿和Wagner证明了求满足如上条件的最优解问题为NP-hard。本实施例利用最小 二乘法来拟合地图缩放比例与注记区域大小间的关系的算法，从而实现了标签的动态放置。 算法步骤如下
(1) 求得当前电子地图的縮放比例因子r 。
(2) 根据求得的r值设置地图标签注记区域的初始大小s，将屏幕区域划分为V/s个大 小为s的初始区域，并对当前屏幕上的矢量对象进行注记。同时对已经被占用的注记区域做标 记。
(3) 检査已被注记过的区域，若未发现有区域相交则按r的指数倍縮小注记区域的大 小，直到发现有区域有交集，此时将注记区域大小按r的线性增加。直到出现两个区域有交 集。记录下将每次增长求得的注记区域大小s。
(4) 若发现有区域相交，则按r的指数倍减小注记区域的大小，直到发现有区域有交集， 此时将注记区域大小按r的线性减少。直到没有两个区域有交集。记录下将每次增长求得的 注记区域大小s'与注记个数k=V/s'。
(5) 利用最小二乘法对「和s,s'分别进行拟合。 本算法用来求出在一定的缩放比例的动态标签放置的基准模型，使用的算法是最小二乘
法。根据每次探测得到的，按照最小二乘法，为每条路段找到一条拟合多项式曲线，此曲线 和GPS数据所反映的路况的差值的平方和最小。
多线程语音播报步骤在实时导航中进行语音播报最大的问题是如何才能快速读取语音文件，作为路名的语音 文件一般会有几百兆，由于Windows Mobile嵌入式设备没有足够大的硬盘及内存空间来存储 超过200M的语音文件，因此必须借助可利用USB 口的设备来存储数据，例如优盘或使用读 卡器的SD卡，但即使2.0的USB 口同样在读取数据时会产生较大的延迟，表现为在语音播 报与路名不匹配。例如当读到路名宜山路，并在信息板上显示出来时，语音文件宜山路.wav 并未读出，从而不能做到同步播报。为此，需要从软件上来加快播报速度。
在此采用操作系统中使用的LRU (Least Recently Used)置换算法，根据语音文件调入内 存后的使用情况进行决策，利用"最近的过去"作为"最近的将来"的近似，选择最近最久 未使用的语音文件，将其硬盘中淘汰。该算法赋予每个语音文件一个时间变量，用来记录一 个语音文件自上次被访问以来所经历的时间lastTime，当须淘汰一个文件时，选择现有文件中 lastTime值最大的。
(1) 由于系统每播报一条新路名，就需要从语音库中取出与之匹配的路名语音文件，如 果采用单线程模式，在读取语音文件时会出现导航界面的停顿。为此，开启了一个线程从USB 口存储器中读取语音文件，并将其拷贝到硬盘上。下次当读取到同样的路名时就直接从硬盘 中取得，这样可以明显加快存取速度。但这样可能会同时开启多个线程，而多个线程的运行 可能会互相干扰，因此必须用同步机制来调整播报顺序。
(2) 由于嵌入式设备上要尽可能的追求效率同时也不需要跨线程来操作语音文件，因此 放弃耗费大量系统时间的Mutex而采用更加方便的CriticalSection，每个线程用来播报一条路 名，并同过CriticalSection很好的控制了路名显示与语音播报间的同步。图6显示了语音播报 中各个线程的时序关系。
.移动通讯步骤
网格作为高性能计算和互联网技术高速发展的产物，被认为具有许多交通方面的特征， 如地理分布性，资源异构性，区域自治性，内部协作性等。上海市交通信息网格正是把握 了网格的这一特点，选择网格作为智能交通系统的支撑平台，从而解决传统的智能交通系统 无法解决或不同很有效的解决的问题。
移动通讯服务的访问模式如图4所示。后台网格为前台终端需要的最短时间和实时路况 的服务提供了一般性的Web Services的接口 。但Web Services在HTTP进行数据通信存在速度 较慢，尤其是第一次联结，对实时路况这种实时性要求很高的服务不利，同时由于在VS2005 中调用Web Services不像Java中那样方便，因此针对导航系统系统利用TCP/IP协议通讯良好的特性和实时路况快速显示的要求，对WebServices接口进行了转换，在Web Services接口上 又增加了 socket。
后台通信要求能够快速的得到当前的实时路况和计算出最短时间路线，并且不影响导航 系统的运行。而在通常情况下非阻塞socket可以用消息来控制，更具有灵活性，因此最先考 虑使用非阻塞socket。但在测试后发现于非阻塞socket在EVC下的支持并不理想，因此改用 阻塞socket。本文设计了异步和同步服务请求两个服务访问模式。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。不脱离本发明精神和范围的任何修 改或局部替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1. 一种导航系统的导航方法，所述导航系统包括一屏幕，其特征在于，所述导航方法包括导航地图快速显示步骤，包括步骤A1、提供一图像缓存；步骤A2、在所述图像缓存中生成大于所述屏幕尺寸的地图缓存图像；步骤A3、根据屏幕与所述地图缓存图像的相对位置，把地图缓存图像的一部分显示于屏幕上；步骤A4、在所述地图缓存图像的周边生成至少一预取地像。
2、 根据权利要求1所述的导航方法，其特征在于所述导航地图快速显示步骤还包括步 骤A5、当屏幕中地像变化时，重新生成覆盖屏幕的地图缓存图像及预取地像。
3、 根据权利要求2所述的导航方法，其特征在于所述重新生成覆盖屏幕的地像以 屏幕所显示的地图信息为中心。
4、 根据权利要求1所述的导航方法，其特征在于所述生成各个预取地像的步骤由 各个独立线程进行，该线程优先级低于主线程。
5、 根据权利要求1所述的导航方法，其特征在于所述屏幕为长方形，在步骤A2中， 所述地像为长方形，其宽与高分别大于等于屏幕宽SW与高SH的2倍。
6、 根据权利要求5所述的导航方法，其特征在于所述地像的上下分别紧邻第一预 取地像、第二预取地像，所述第一预取地像、第二预取地像的宽与地 像的宽相同，其高为地像高的一半；地像的左右分别紧邻第三预取地像、第四预取地像，所述第三预取地 像、第四预取地像的高与地像的高相同，其宽为地像宽的一半。
7、 根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的导航方法，其特征在于所述歩骤A2 中，存于所述图像缓存中的地像以屏幕所显示的地图信息为中心。
8、 根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的导航方法，其特征在于所述图像为位图。
9、 根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的导航方法，其特征在于所述导航方法 还包括注记动态标签步骤，包括歩骤B1、获取当前电子地图的縮放比例因子r;步骤B2、根据获取的r值设置地图标签注记区域的初始大小s，将屏幕区域划分为V/s 个大小为s的初始区域，并对当前屏幕上的矢量对象进行注记，同时对已经被占用的注记区 域做标记；步骤B3、检查已被注记过的区域，若未发现有区域相交则按r的指数倍縮小注记区域的 大小，直到发现有区域有交集，此时将注记区域大小按r的线性增加，直到出现两个区域有 交集；记录下将每次增长求得的注记区域大小s;步骤B4、若发现有区域相交，则按r的指数倍减小注记区域的大小，直到发现有区域有 交集，此时将注记区域大小按r的线性减少，直到没有两个区域有交集；记录下将每次增长 求得的注记区域大小s'与注记个数k，其中k-V/s';步骤B5、利用最小二乘法对r和s，s'分别进行拟合。
10、 根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的导航方法，其特征在于所述导航方 法还包括多线程语音播报步骤使用的LRU置换算法，选择最近最久未使用的语音文件，将 其硬盘中淘汰；该算法赋予每个语音文件一个时间变量，用来记录一个语音文件自上次被访 问以来所经历的时间lastTime，当须淘汰一个文件时，选择现有文件中lastTime值最大的。
11、 根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的导航方法，其特征在于所述导航方 法包括移动通讯步骤提供一后台服务模块，用以加快处理数据信息。
全文摘要
本发明揭示了一种导航系统的导航方法，所述导航系统包括一屏幕，所述导航方法包括导航地图快速显示的步骤，具体实现如下步骤A1、提供一图像缓存；步骤A2、在所述图像缓存中生成大于所述屏幕尺寸的地像；步骤A3、根据屏幕与所述地像的相对位置，把地像的一部分显示于屏幕上。本发明提供了一种能够适应嵌入式设备软硬件资源不足特点的高效的电子地图显示算法，从而从根本上提高了实时导航中电子地图的显示速度。
文档编号G01C21/26GK101285688SQ20081003836
公开日2008年10月15日 申请日期2008年5月30日 优先权日2008年5月30日
发明者栋 宋, 钰 方, 曾国荪, 苗夺谦, 蒋昌俊, 闫春钢, 陈闳中 申请人:同济大学