用于准备地图数据的方法及设备的制作方法

专利名称：用于准备地图数据的方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及导航装置及用于准备供导航装置使用的导航地图的方法。本发明的 说明性实施例涉及便携式导航装置(所谓的PND)，尤其是包括全球定位系统(GPS)信号 接收及处理功能性的PND及供其使用的地图数据。其它实施例更一般来说涉及经配置以 执行导航软件以便使用地图数据来提供路线规划功能性且优选地还提供导航功能性的任 何类型的处理装置。
背景技术：
包括GPS (全球定位系统)信号接收及处理功能性的便携式导航装置(PND)是 众所周知的，且广泛地用作车内或其它交通工具导航系统。一般来说，现代PND包含处理器、存储器(易失性存储器及非易失性存储器中 的至少一者，且通常所述两者)以及存储于所述存储器内的地图数据。处理器与存储器 协作以提供执行环境，在所述执行环境中可建立软件操作系统，且另外，常常提供一个 或一个以上额外软件程序以使得能够控制PND的功能性且提供各种其它功能。通常，这些装置进一步包含一个或一个以上输入接口，其允许用户与所述装 置交互并控制所述装置；以及一个或一个以上输出接口，借助于所述输出接口可将信息 中继给用户。输出接口的说明性实例包括视觉显示器及用于声频输出的扬声器。输入 接口的说明性实例包括一个或一个以上物理按钮，其用以控制所述装置的开/关操作或 其它特征(如果所述装置经内建于交通工具内，则所述按钮没有必要位于所述装置自身 上，而是可位于方向盘上)；以及麦克风，其用于检测用户话语。在特别优选的布置 中，可将输出接口显示器配置为触敏式显示器(借助于触敏式覆盖物或以其它方式)以额 外地提供输入接口，用户可借助于所述输入接口而通过触摸来操作所述装置。这种类型的装置还将通常包括一个或一个以上物理连接器接口，借助于所述 物理连接器接口可将电力及(任选地)数据信号发射到所述装置以及从所述装置接收电力 及(任选地)数据信号；以及(任选地)一个或一个以上无线发射器/接收器，其用以 允许经由蜂窝式电信以及其它信号及数据网络(例如，Wi-Fi、Wi-Max GSM等)进行通这种类型的PND装置还包括GPS天线，借助于所述GPS天线可接收卫星广播信 号(包括位置数据)且随后对其进行处理以确定所述装置的当前位置。PND装置还可包括电子陀螺仪及加速表，其产生的信号可经处理以确定当前角 加速度及线加速度，并且又，且结合从GPS信号导出的位置信息，确定装置及(因此)其 中安装所述装置的交通工具的速度及相对位移。通常，所述特征最常见地提供于交通工 具内导航系统中，但还可提供于PND装置中(如果此举是有利的话)。所述PND的效用主要表现在其确定第一位置(通常，出发或当前位置)与第二 位置(通常，目的地)之间的路线的能力。这些位置可由装置的用户通过各种各样不同方 法中的任一者来输入，例如通过邮政编码、街道名及门牌号、先前存储的“众所周知”目的地(例如著名位置、城市位置(例如体育场或游泳池)或其它关注点)以及喜爱的或 最近去过的目的地。通常，通过用于根据地图数据来计算出发地址位置与目的地地址位置之间的 “最佳”或“最优”路线的软件来启用所述PND。 “最佳”或“最优”路线是基于预
定标准来确定的且没有必要是最快或最短路线。对引导驾驶员所沿着的路线的选择可能 是非常复杂的，且所选择的路线可考虑到现有的、预测的以及动态及/或无线地接收到 的交通及道路信息、关于道路速度的历史信息以及驾驶员对于确定道路选项的因素的自 身偏好(举例来说，驾驶员可指定路线不应包括高速公路或收费道路)。此外，所述装置可持续监视道路及交通条件，且由于改变的条件而提供或选择 改变剩余行程将经由其进行的路线。基于各种技术(例如，移动电话数据交换、固定相 机、GPS车队跟踪)的实时交通监视系统正用来识别交通延迟及将信息馈送到通知系统 中。这种类型的PND通常可安装在交通工具的仪表板或挡风玻璃上，但还可形成为 交通工具无线电的机载计算机的一部分或实际上形成为交通工具本身的控制系统的一部 分。导航装置还可为手持式系统(例如PDA(便携式数字助理)、媒体播放器、移动电话 等)的一部分，且在这些情况下，手持式系统的常规功能性借助于将软件安装于装置上 而得以延伸以便执行路线计算及沿着计算出的路线导航两者。路线规划及导航功能性还可由运行适当软件的桌上型或移动计算资源来提供。 举例来说，皇家汽车俱乐部(RAC)在http://www.rac.co.uk提供在线路线规划及导航设 施，所述设施允许用户键入起点及目的地，于是，服务器(用户的PC连接到所述服务 器)计算路线(其方面可为用户指定的)、产生地图，且产生一组详尽的导航指令用于将 用户从选定起点引导到选定目的地。所述设施还提供计算出的路线的伪三维再现及路线 预览功能性，所述路线预览功能性仿真用户沿着所述路线行进，且借此向用户提供计算 出的路线的预览。在PND的上下文中，一旦已计算出了路线，用户便与导航装置交互以任选地从 所建议路线的列表中选择所需的计算出的路线。任选地，用户可干涉或引导路线选择过 程，例如通过指定对于特定行程应避免或必须遵循某些路线、道路、位置或标准。PND 的路线计算方面形成一个主要功能，且沿着此路线导航为另一主要功能。在沿着计算出的路线导航期间，所述PND通常提供视觉及/或声频指令以沿着 所选择的路线将用户引导到那条路线的终点，即所需的目的地。PND还通常在导航期间 在屏幕上显示地图信息，所述信息在屏幕上经定期更新，使得所显示的地图信息表示装 置的当前位置且因此表示用户或用户交通工具的当前位置(如果装置正用于交通工具内 导航的话)。在屏幕上显示的图标通常指示当前装置位置且居中，其中还显示当前装置位置 附近的当前及周围道路的地图信息以及其它地图特征。另外，可任选地在位于所显示地 图信息上方、下方或一侧的状态栏中显示导航信息，导航信息的实例包括到用户需要采 取的与当前道路的下一偏离的距离，其中所述偏离的性质可能由暗示特定偏离类型(例 如，左转弯或右转弯)的进一步图标来表示。导航功能还确定声频指令的内容、持续时 间及定时，可借助于所述声频指令来沿着路线引导用户。如可了解的，例如“100m后左转”等简单指令需要大量处理及分析。如先前提及的，用户与装置的交互可通过触摸屏 或者另外地或替代地通过操纵杆安装式遥控器、通过语音激活或通过任何其它适合方法 来进行。所述装置所提供的另一重要功能是在以下情况下进行自动路线重新计算用户 在导航期间偏离先前计算出的路线(意外地或故意地)；实时交通条件指示替代路线将更 有利且所述装置适宜地经启用以自动辨识所述条件，或者如果用户出于任何原因而主动 地致使装置执行路线重新计算。还已知允许按用户定义的标准来计算路线；举例来说，用户可能更喜欢由装置 计算风景路线，或者可能希望避开可能发生、预计会发生或当前正发生交通拥挤的任何 道路。装置软件将接着计算各种路线且更青睐于沿着其路线包括最高数目个经标记为 (例如)具有优美风景的关注点(称为POI)的路线，或者通过使用指示特定道路上的正 在发生的交通条件的所存储信息，按照可能拥挤或由于拥挤而引起的延迟的等级来对计 算出的路线进行排序。其它基于POI及基于交通信息的路线计算以及导航标准也是可能 的。虽然路线计算及导航功能对于PND的总体效用来说是基本的，但有可能将装置 纯粹用于信息显示或“自由驾驶”，在“自由驾驶”中仅显示与当前装置位置相关的地 图信息，且在“自由驾驶”中尚未计算出任何路线且装置当前不执行导航。此操作模式 通常适用于当用户已经知道需要沿其行进的路线且不需要导航辅助时。上述类型的装置(例如，由汤姆汤姆国际私人有限公司(TomTomIntemational B.V.)制造并供应的型号720T)提供用于使得用户能够从一个位置导航到另一位置的可靠 方式。由导航装置使用的地图数据通常包括指示道路形状的数十万乃至数百万个点。 举例来说，通过指示道路的路径的多个中间点来表示单一道路。然而，对于存储地图数 据来说所必要的存储器往往较大且昂贵，从而增加了导航装置或者包含新地图数据的数 据存储装置或媒体的成本。本发明的一目标是解决此问题，尤其是在仍保持对例如道路的实际物理实体的 如实表示的同时减小地图数据的大小。

发明内容
为了实现此目标，本发明的目前优选的实施例提供一种使用经适当编程的计算 机使一圆弧拟合于多个点的方法，所述方法包含确定与第一点及围绕至少一个中点的区 域相交的圆的中心所在的区域是否与一与第一点及第二点相交的线的中垂线相交。本发明的另一实施例涉及包含一个或一个以上软件模块的计算机软件，所述软 件模块在执行环境中被执行时可操作以使一处理器确定与第一点及围绕至少一个中点的 区域相交的圆的中心所在的区域是否与一与第一点及第二点相交的线的中垂线相交。本发明的又一实施例涉及一种设备，其包含处理器；及操作性地耦合到所述 处理器的存储器；其特征在于，所述存储器包含多个点；且所述处理器经布置以确定与 第一点及围绕至少一个中点的区域相交的圆的中心所在的区域是否与一与第一点及第二 点相交的线的中垂线相交。
下文阐述这些实施例的优点，且在所附附属权利要求中及在以下详细描述中的 其它地方定义这些实施例中的每一者的另外细节及特征。


下文将借助于说明性实例并参看附图来描述本发明的教示的各种方面及体现所 述教示的布置，在附图中图1为全球定位系统(GPS)的示意性说明；图2为经布置以提供导航装置的电子组件的示意性说明；图3为导航装置可经由无线通信信道接收信息的方式的示意性说明；图4A及图4B为导航装置的说明性透视图；图5为形成折线的三个点及与第一点及最后一点以及围绕中间点的误差圆盘相 交的圆弧的表示；图6为一点、围绕另一点的误差圆盘及由与误差圆盘的内部相切的一组圆以及 与误差圆盘的外部相切的一组圆形成的轨迹的表示；图7为形成于多个点之间的多个双曲线的交点的表示；图8为形成本发明的实施例的方法；图9为计算与第一点及第二点相交的线与弧之间的距离的值的方法；且图10为对双曲线的近似的表示；图11为形成与展示最大线性偏差的近似拟合的折线的多个点的表示；图12为形成与展示最大角偏差的近似拟合的折线的多个点的表示；且图13为由多个点形成的折线与近似所述折线的圆弧的比较。
具体实施例方式现将特定参考PND来描述本发明的优选实施例。然而，应记住，本发明的教 示不限于PND，而实际上，本发明的教示普遍地适用于经配置以执行导航软件以便提供 路线规划及导航功能性的任何类型的处理装置。因此，由此可见，在本申请案的上下 文中，导航装置既定包括(但不限于)任何类型的路线规划及导航装置，而不管所述装 置是体现为PND、内建于交通工具中的导航装置、或实际上是计算资源(例如桌上式 或便携式个人计算机(PC))、移动电话还是执行路线规划及导航软件的便携式数字助理 (PDA)。根据下文还将显而易见，本发明的教示甚至在用户并不寻求关于如何从一点导 航到另一点的指令而仅希望具备给定位置的视图的情况下仍有效用。在所述情况下，由 用户选择的“目的地”位置不需具有用户希望从其开始导航的对应出发位置，且因此， 本文中对“目的地”位置或实际上对“目的地”视图的参考不应被解释为意味着路线的 产生是必须的，行进到“目的地”必须发生，或者实际上，目的地的存在需要指定对应 出发位置。记住以上附带条件，图1说明可由导航装置使用的全球定位系统(GPS)的实例 性视图。所述系统是已知的且用于多种用途。一般来说，GPS为基于卫星无线电的导 航系统，其能够为无限数目个用户确定连续位置、速度、时间及(在一些例子中)方向信息。先前称为NAVSTAR的GPS并入有在极其精确的轨道中绕地球运转的多个卫星。基 于这些精确轨道，GPS卫星可将其位置中继到任何数目个接收单元。当经专门配备以接收GPS数据的装置开始扫描射频以查找GPS卫星信号时实施 GPS系统。在从GPS卫星接收到无线电信号后，所述装置经由多种不同常规方法中的一 者来确定所述卫星的精确位置。在大多数情况下，所述装置将继续扫描以查找信号，直 到其已获得至少三个不同的卫星信号为止(请注意，通常并不(但可以)使用其它三角测 量技术用仅两个信号来确定位置)。通过实施几何三角测量，接收器利用三个已知位置来 确定其自身相对于卫星的二维位置。这可以已知方式来完成。另外，获得第四卫星信号 将允许接收装置通过相同的几何计算以已知方式来计算其三维位置。位置及速度数据可 由无限数目个用户连续地实时更新。如图1中所示，GPS系统大体上由参考数字100表示。多个卫星120处于围绕 地球124的轨道中。每一卫星120的轨道未必与其它卫星120的轨道同步，且实际上很 可能不同步。GPS接收器140经展示为从各种卫星120接收扩频GPS卫星信号160。从每一卫星120连续地发射的扩频信号160利用通过极其准确的原子钟实现的高 度准确的频率标准。每一卫星120作为其数据信号发射160的一部分而发射指示所述特定 卫星120的数据流。相关领域的技术人员了解到，GPS接收器装置140通常获得来自至 少三个卫星120的扩频GPS卫星信号160以供所述GPS接收器装置140通过三角测量来 计算其二维位置。额外信号的获得(其产生来自总共四个卫星120的信号160)准许GPS 接收器装置140以已知方式来计算其三维位置。图2是以方框组件格式的对根据本发明的优选实施例的导航装置200的电子组件 的说明性表示。应注意，导航装置200的框图并不包括所述导航装置的所有组件，而是 仅表示许多实例性组件。导航装置200位于外壳(未图示)内。所述外壳包括连接到输入装置220及显示 屏幕240的处理器210。输入装置220可包括键盘装置、语音输入装置、触摸面板及/或 用于输入信息的任何其它已知输入装置；且显示屏幕240可包括任何类型的显示屏幕， 例如LCD显示器。在特别优选的布置中，输入装置220及显示屏幕240经集成为集成式 输入及显示装置，所述集成式输入及显示装置包括触摸垫或触摸屏输入，使得用户仅需 触摸显示屏幕240的一部分便可选择多个显示选项中的一者或激活多个虚拟按钮中的一 者。所述导航装置可包括输出装置260，例如声频输出装置(例如，扬声器)。因为 输出装置260可向导航装置200的用户产生声频信息，所以同样应了解，输入装置240可 包括麦克风以及用于接收输入语音命令的软件。在导航装置200中，处理器210经由连接225而操作性地连接到输入装置220且 经设定以经由连接225从输入装置220接收输入信息，且经由输出连接245而操作性地连 接到显示屏幕240及输出装置260中的至少一者以将信息输出到所述至少一者。另外， 处理器210经由连接235而操作性地连接到存储器230，且进一步适于经由连接275从输 入/输出(I/O)端口 270接收信息/将信息发送到输入/输出(I/O)端口 270，其中I/O 端口 270连接到在导航装置200外部的I/O装置280。外部I/O装置280可包括(但不 限于)外部收听装置，例如耳机。到I/O装置280的连接可进一步为到任何其它外部装置(例如汽车立体声单元)的有线或无线连接，用于免持式操作及/或用于(例如)语音 激活式操作、用于到耳机或头戴式耳机的连接及/或用于到(例如)移动电话的连接，其 中移动电话连接可用以在导航装置200与(例如)因特网或任何其它网络之间建立数据连 接且/或用以经由(例如)因特网或某种其它网络建立到服务器的连接。图2进一步说明处理器210与天线/接收器250之间经由连接255的操作性连 接，其中天线/接收器250可为(例如)GPS天线/接收器。将了解到，为了说明而示意 性地组合由参考数字250表示的天线与接收器，但天线及接收器可为分开定位的组件， 且天线可为(例如)GPS片状天线或螺旋天线。另外，所属领域的技术人员将了解，图2中所示的电子组件以常规方式由电源 (未图示)供电。如所属领域的技术人员将了解的，图2中所示的组件的不同配置被视为 属于本申请案的范围内。举例来说，图2中所示的组件可经由有线及/或无线连接等相 互通信。因此，本申请案的导航装置200的范围包括便携式或手持式导航装置200。此外，图2的便携式或手持式导航装置200可以已知方式连接或“对接”到交 通工具，例如自行车、摩托车、汽车或船。此导航装置200接着可针对便携式或手持式 导航用途而从对接位置移除。现参看图3，导航装置200可经由移动装置(未图示)(例如移动电话、PDA及 /或具有移动电话技术的任何装置)建立与服务器302的“移动”或电信网络连接，从而 建立数字连接(例如经由(例如)已知的蓝牙技术的数字连接)。此后，通过其网络服 务提供商，移动装置可建立与服务器302的网络连接(例如，通过因特网)。如此，在 导航装置200 (当其独自及/或在交通工具中行进时，其可为且通常为移动的)与服务器 302之间建立“移动”网络连接以便为信息提供“实时”或至少非常“新式的”网关。使用(例如)因特网(例如万维网)来建立移动装置(经由服务提供商)与例如 服务器302等另一装置之间的网络连接可以已知方式来完成。举例来说，这可包括TCP/ IP分层协议的使用。移动装置可利用任何数目个通信标准，例如CDMA、GSM、WAN等。如此，可利用经由数据连接(例如，经由移动电话或导航装置200内的移动电话 技术)所实现的因特网连接。对于此连接，建立服务器302与导航装置200之间的因特 网连接。这可(例如)通过移动电话或其它移动装置及GPRS (通用包无线电服务)连接 (GPRS连接是由电信运营商提供的用于移动装置的高速数据连接；GPRS是用以连接到 因特网的方法)来完成。导航装置200可进一步经由(例如)现有的蓝牙技术以已知方式来完成与移动装 置的数据连接且最终完成与因特网及服务器302的数据连接，其中数据协议可利用任何 数目个标准，例如GSRM、用于GSM标准的数据协议标准。导航装置200可在导航装置200本身内包括其自身的移动电话技术(例如，包括 天线，或者任选地使用导航装置200的内部天线)。导航装置200内的移动电话技术可包 括如上指定的内部组件，且/或可包括可插入式卡(例如，订户身份模块或SIM卡)，连 同(例如)必要的移动电话技术及/或天线。如此，导航装置200内的移动电话技术可 类似地经由(例如)因特网以与任何移动装置的方式类似的方式来建立导航装置200与服 务器302之间的网络连接。
对于GRPS电话设定，具备蓝牙功能的导航装置可用以配合移动电话模型、制 造商等的不断改变的频谱正确地工作，举例来说，模型/制造商特定设定可存储于导航 装置200上。可更新针对此信息而存储的数据。在图3中，导航装置200被描绘为与服务器302经由一般通信信道318通信，所 述一般通信信道318可由许多不同布置中的任一者来实施。当在服务器302与导航装置 200之间建立经由通信信道318的连接(请注意，此连接可为经由移动装置的数据连接、 经由个人计算机经由因特网的直接连接等)时，服务器302与导航装置200可通信。除了可能未说明的其它组件之外，服务器302还包括处理器304，所述处理器 304操作性地连接到存储器306且经由有线或无线连接314进一步操作性地连接到大容量 数据存储装置312。处理器304进一步操作性地连接到发射器308及接收器310，以经由 通信信道318将信息发射到导航装置200及从导航装置200发送信息。所发送及所接收 的信号可包括数据、通信及/或其它传播信号。可根据对于导航装置200的通信设计中 所使用的通信要求及通信技术来选择或设计发射器308及接收器310。另外，应注意，可 将发射器308及接收器310的功能组合为信号收发器。服务器302进一步连接到(或包括)大容量存储装置312，请注意，大容量存储 装置312可经由通信链路314耦合到服务器302。大容量存储装置312含有大量导航数据 及地图信息，且可同样为与服务器302分离的装置，或者可并入到服务器302中。导航装置200适于通过通信信道318而与服务器302通信，且包括如先前关于 图2所描述的处理器、存储器等以及发射器320及接收器322以通过通信信道318发送及 接收信号及/或数据，请注意，这些装置可进一步用于与除服务器302以外的装置进行 通信。另外，根据对于导航装置200的通信设计中所使用的通信要求及通信技术来选择 或设计发射器320及接收器322，且可将发射器320及接收器322的功能组合为单一收发
ο存储于服务器存储器306中的软件为处理器304提供指令且允许服务器302向导 航装置200提供服务。由服务器302提供的一个服务涉及处理来自导航装置200的请求 及将导航数据从大容量数据存储装置312发射到导航装置200。由服务器302提供的另一 服务包括对于所需应用使用各种算法来处理导航数据及将这些计算的结果发送到导航装 置 200。通信信道318大体上表示连接导航装置200与服务器302的传播媒体或路径。服 务器302及导航装置200两者均包括用于通过所述通信信道发射数据的发射器及用于接收 已通过所述通信信道发射的数据的接收器。通信信道318不限于特定通信技术。另外，通信信道318不限于单一通信技术； 也就是说，信道318可包括使用多种技术的若干通信链路。举例来说，通信信道318可适 于提供用于电通信、光通信及/或电磁通信等的路径。如此，通信信道318包括(但不 限于)下列各项中的一者或其组合电路、例如电线及同轴电缆等电导体、光纤电缆、 转换器、射频(RF)波、大气、真空等。此外，通信信道318可包括中间装置，例如路由 器、转发器、缓冲器、发射器及接收器。在一个说明性布置中，通信信道318包括电话及计算机网络。此外，通信信道 318可能能够适应例如射频、微波频率、红外通信等无线通信。另外，通信信道318可适应卫星通信。通过通信信道318所发射的通信信号包括(但不限于)如对于给定通信技术可 能要求或需要的信号。举例来说，所述信号可适于在例如时分多址(TDMA)、频分多址 (FDMA)、码分多址(CDMA)、全球移动通信系统(GSM)等蜂窝式通信技术中使用。可 通过通信信道318发射数字及模拟信号两者。这些信号可为如所述通信技术可能需要的 经调制、经加密及/或经压缩的信号。服务器302包括可由导航装置200经由无线信道接入的远程服务器。服务器302 可包括位于局域网(LAN)、广域网(WAN)、虚拟专用网络(VPN)等上的网络服务器。服务器302可包括例如桌上型或膝上型计算机等个人计算机，且通信信道318可 为连接在个人计算机与导航装置200之间的电缆。或者，可将个人计算机连接在导航装 置200与服务器302之间以在服务器302与导航装置200之间建立因特网连接。或者，移 动电话或其它手持式装置可建立到因特网的无线连接，以用于经由因特网将导航装置200 连接到服务器302。可经由信息下载为导航装置200提供来自服务器302的信息，所述信息下载可自 动地或在用户将导航装置200连接到服务器302后周期性地更新且/或可在经由(例如) 无线移动连接装置及TCP/IP连接在服务器302与导航装置200之间进行较恒定或频繁的 连接后更为动态。对于许多动态计算，服务器302中的处理器304可用于处置大量的处 理需要，然而，导航装置200的处理器210还可时常独立于到服务器302的连接而处置许 多处理及计算。如以上图2中所指示，导航装置200包括处理器210、输入装置220及显示屏幕 240。输入装置220及显示屏幕240经集成为集成式输入及显示装置以实现信息输入(经 由直接输入、菜单选择等)及信息显示(例如通过触摸面板屏幕)两者。如所属领域的 技术人员众所周知的，此屏幕可为(例如)触摸输入LCD屏幕。另外，导航装置200还 可包括任何额外输入装置220及/或任何额外输出装置241，例如音频输入/输出装置。图4A及图4B为导航装置200的透视图。如图4A中所示，导航装置200可为 包括集成式输入及显示装置290 (例如，触摸面板屏幕)及图2的其它组件(包括但不限 于内部GPS接收器250、微处理器210、电源、存储器系统230等)的单元。导航装置200可搁置于臂292上，所述臂292本身可使用吸盘294而紧固到交通 工具仪表板/窗/等。此臂292为导航装置200可对接到的对接台的一个实例。如图4B中所示，导航装置200可对接或通过(例如)将导航装置292搭扣连接 到对接台的臂292来以其它方式连接到对接台的臂292。导航装置200可接着可在臂292 上旋转，如图4B的箭头所示。为了释放导航装置200与对接台之间的连接，(例如)可 按压导航装置200上的按钮。用于将导航装置耦合到对接台及将导航装置从对接台去耦 的其它同样合适的布置是所属领域的技术人员众所周知的。如上文所论述，地图数据包含形成折线(polygonal lines or polylines)以表示例如
道路的实际特征的多个点。然而，希望简化地图数据且因此通过压缩地图数据而降低地 图数据的存储要求。另外，希望通过改进例如道路的实际特征的表示而使地图数据在视 觉上更吸引人。本发明的实施例寻求通过使用圆弧来简化地图数据。确切地说，本发明的实施
10例通过用近似与多个点相交的路径的圆弧来代替所述点而简化地图数据。可使用最小平方拟合(least squares fitting)来将圆弧拟合于一组点，最小平方拟 合试图使用以下等式来最小化距形成折线及弧的每一点的距离平方总和R
η
= ^距离叙,JWJ
! = O其中表示点pQ与ρη之间的圆弧。然而，最小平方拟合的主要缺点在于，找到对于一折线可能的所有捷径在计算 上效率较低。举例来说，对于一组点Pl，...Pj,确定弧是否可能在P1与Pk之间并未确定 弧是否可能在之间，且因此，最小平方拟合算法需要在计算上评估折线的每一可 能的分段，此在计算上代价高且缓慢。然而，本发明的实施例能够提前确定与起点、终 点、围绕所有插入点的误差圆盘相交的弧是否可能，从而避免浪费计算资源。现将描述本发明的一实施例。本发明的实施例旨在如将解释在可能时用开始于 第一点、结束于第二点且穿过插入于第一点与第二点的一个或一个以上点的误差圆盘的 圆弧来代替折线。参看图5，展示三个点pQ、Pi&P2，其在原始地图数据中通过直线段400、401 相连。在由本发明的实施例产生的经修订的地图数据中，点Ptl与p2通过与点？1的误差 圆盘D1相交的弯弧410相连。误差圆盘是半径为ε的圆盘，ε表示围绕一点的预定最 大误差距离。绕过一点的所有有效捷径必须穿过所述点的误差圆盘。现将解释如何可确立如在图5中与第一点、第二点的误差圆盘及第三点相交的 弧的中心。根据公元前三世纪的哲学家阿波罗尼奥斯(ApolloniusofPerga)的著作，存在与 两个点及一圆相交的两个可能的圆。因此，存在两分支轨迹，一个分支是针对与圆的内 部相切的一组圆，且一个分支是针对与圆的外部相切的一组圆。此展示于图6中。图 6(a)展示两分支轨迹，图6(b)展示与圆的内部相切的圆，而图6 (c)展示与圆的外部相切 的圆。中心在轨迹的两个分支所描述的区内的每个圆可与点及圆相交。两分支轨迹可 表示为双曲线，且与Ptl及D1相交的双曲线的两个分支之间的区在本文中将称为 ^°。如果现在考虑三个点pQ、？1及仍的情形，则本发明的发明人已注意到，通过ρ。 及D1的每个圆的中心将在HG中，而通过仇及込的每个圆的中心将在^^丨中。因此，通 过pQ、D1及D2的每个圆的中心将在化；1及机丨两者中。可将此写为/^nHg。因此，在给 定由多个点Pl，…，P^且成的折线的情况下，通过P1及所有其它点的误差圆盘Dw，…， Dj的圆的中心必须在区A内部A= fl Hpd[不论圆是否仍可能穿过一组现有点Pl，…，巧及另一点R+1，仅有必要计算A与 H^1的交点，因而节省了评估所有可能性的不必要的计算时间。圆在以下情况下是可能 的j-i+l焱门//寂+1=门//&关0
k=i+\然而，应认识到，弧仅在其恰好结束于最后一点Pm而不穿过所述点的误 差圆盘IV1的情况下为可能的。为了确定此，考虑A与P1及的中垂线丄plR+1的交 点。与访及1^+1以及所有中间点的误差圆盘相交的弧的中心必须位于丄与A的交点 所界定的线段上。图7(a)展示双曲线付《°，…，Hg的交点。图7(b)展示与Ap1-P5的误差圆盘相交 的可能的从P。到P6的最小弧与最大弧，其中心在A η丄pQp6上。在给定例如Ptl及p6的两个点的情况下，数字d表示向量PqP6与弧之间的距
离，所述弧与Po、P6及点P1到P5的误差圆盘相交。然而，存在与所述点及误差圆盘相 交的两个d值，一个为正且一个为负，且有必要在其之间加以区分以便找到最短路线。图8展示根据本发明的实施例的方法。所述方法确定是否有可能用一圆弧来近 似多个点Pl，…，Pj,且如果是这样，则针对所述弧计算值d。所述方法开始于步骤800。在步骤810中，将区值A设定为在第一点Pl与第二 点的误差圆盘Dw之间的双曲线的两个分支之间的区。接着在步骤820中将值k设定为 第二点的下标的值i+Ι。在830中，确定区A是否具有不等于0的值且确定k是否小于 j，S卩，是否已到达多个点中的最终点。如果满足所述两个条件，则方法在步骤850中继 续。然而，如果未满足一个或两个条件，则方法结束于步骤840中。在步骤850中，使 k的值递增。在步骤860中，计算所计算的区A与中垂线丄PlPk的交点。接着在步骤870 中确定1不等于0，S卩，中垂线丄PlPk确实穿过区A。在中垂线确实穿过区A的情况下， 在步骤880中计算d的值。值d为中垂线丄PlPk与圆弧之间的距离。如果在步骤870中 1 = 0，或者一旦已在步骤880中计算了 d，则在步骤890中通过A的现有值与在Pl与误 差圆盘Dw之间的新双曲线的交点而计算A的新值。从图8可看出，通过其它点的逐渐引入而以递归方式执行所述方法。在引入 另一点之后，确定是否仍有可能在起点与终点之间穿过所有中间点的误差圆盘拟合一圆 弧。如果不可能，则1 = 0且可使用一圆弧来表示在最后一次迭代中所考虑的多个点。现将参看图9来解释在步骤880中计算d的方法。为了确定值d，使用圆弧上的三个点第一点Pl、最后一点pk及第三点，第三点 在优选实施例中为中Apm = p(1+k)/2。在图9中所示的方法的步骤901中确定此中点，其 在图8的步骤880中被执行。在步骤902中，计算圆的中心pe，圆弧为所述圆的子部分。&或？1^与队之间的 距离为圆的半径，同时，应记住，d为将对分的线—与圆弧之间的距离。因此， 有必要计算中心pe位于线 的哪一侧。在步骤903中执行此计算。如果在步骤903中确定pe在线丄PlPk的下方，贝丨J:
d =距离(pi，pc)-距离 fc^，pc)
换句话说，d等于圆的半径减去从圆的中心到与相交的线的距离。然而， 如果P。在线的上方，贝U:
d 二距离㈣，卩旬+距离^，卩。)S卩，d等于圆的半径加上从圆的中心到与P1及pk相交的线的距离。如果使用函数线侧^；，ρχ)(所述函数视px被确定为在线—的哪一侧而传回1
或-1)，则可将以上计算写为
“=[距离 te，Pm)x 线侧&，Pm 1
+ [距离fc,pc)X线侧fc，P』在以上等式中，使用“线侧”来依据ρ。是在线 上方还是下方而使得加上或 减去相关距离。因此，在步骤904中计算d的值。在上述方法中，有必要确定在点与点的误差圆盘之间的双曲线。虽然通过使用 圆锥多边形的交点来计算双曲线为可能的，但本发明的优选实施例使用对双曲线h的多 边形近似h'。图10(a)展示一对双曲线，图10(b)展示(a)中所示的所述对双曲线的渐近线及 切线，且图10(c)展示对所述对双曲线的近似h'。为了近似图10(a)中所示的所述对双曲线，将利用双曲线的重要性质每个双 曲线具有均穿过(0，0)的两个渐近线及平行于y轴且与χ轴相交的两条切线。坐标与双 曲线有关；(0，0)为焦点F1与F2之间的点。可将渐近线及切线计算为渐近线
ΓΠ丄b；y = ±_x
a切线χ = F1F2 士 a渐近线及切线展示于图10(b)中，且允许计算图10(c)中所示的近似。所述近似具有比真实双曲线略小的区，因此可能在理论上排除一些捷径，但将 永不产生错误肯定。可通过使用两个以上的切线来减低近似的误差。如图9(c)中所示， 多边形近似具有无限大小。可引入变量λ以限制近似的长度。所述长度是沿一渐近线 从渐近线所交叉的点开始测量的。另外有必要计算多边形交点，且出于此目的，可使用例如扫描线算法(sweep linealgorithm)的任何多边形交点算法。为了确保弧为对多个点的良好近似，本发明的实施例使用距离阈值与角阈值中 的一者或两者。距离阈值为弧可从连续的点之间的线段偏离的最大距离。S卩，引入最大偏离值 ε，所述值为所述点之间的直线段；^与圆弧河之间的最大容许距离。所述距离为在河具 有与;^相同的斜率的点处;^与坷之间的距离。在弧与线段不共享起点与终点两者的情况 下，距离dk为线段与绕过所述线段的弧之间的最大距离，如图11中对于由点ρ0、 pl...p8组成的用圆弧河应及线段 予以近似的折线所示。
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也可使用角阈值来防止入弧与线段的角相差的程度太大。考虑在绕过所 述线段的弧之间的角α k。图12展示与图11中相同的一组点及用所考虑的角阈值所进行 的近似。确定角α k在最大近似角以下。图13展示对于所计算的圆弧近似的各种测试数据，其证明在许多情况下，可在 使用点之间的圆弧近似时以显著较少的点来表示一组原始的聚数据(polydata)。通过前述内容将显而易见，本发明的教示提供了减少形成地图数据的点的数目 的方法。本发明的实施例的结果为，可在减小的存储器容量上保持关于一区域的地图数 据，因而降低导航装置的成本。还将了解，虽然至此已描述了本发明的各种方面及实施例，但本发明的范围不 限于本文中所阐述的特定布置，而是扩展为涵盖属于所附权利要求书的范围内的所有布 置以及对其的修改及更改。举例来说，虽然在前述详细描述中描述的实施例参考GPS，但应注意，导航装 置可利用任何种类的位置感测技术作为对GPS的替代方案(或实际上，除了 GPS以外)。 举例来说，导航装置可利用使用其它全球导航卫星系统，例如欧洲伽利略(Galileo)系 统。同样，其不限于基于卫星，而是可易于使用基于地面的信标或使得装置能够确定其 地理位置的任何其它种类的系统来起作用。所属领域的技术人员还将很好了解到，虽然优选实施例借助于软件来实施某些 功能性，但所述功能性可同样仅以硬件(例如，借助于一个或一个以上ASIC(专用集成 电路))来实施或实际上由硬件与软件的混合物来实施。如此，不应将本发明的范围解释 为仅限于以软件来实施。最后，还应注意，虽然所附权利要求书阐述了本文中所描述的特征的特定组 合，但本发明的范围不限于上文所主张的特定组合，而是本发明的范围扩展为涵盖本文 中所揭示的特征或实施例的任何组合，而不管此时是否已在所附权利要求书中具体列举 了所述特定组合。
权利要求
1.一种使用经适当编程的计算机将圆弧拟合于多个点的方法，其包含确定与第一点及围绕至少一个中点的区域相交的圆的中心所在的区域是否与同所述 第一点及第二点相交的线的中垂线相交。
2.根据权利要求1所述的方法，其包含将所述多个点表示为所述第一点及第二点的坐 标，及与所述第一点及第二点相交的所述线与所述圆弧之间的距离d。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中以递归方式执行所述确定步骤，且对于每一 递归，所述第二点变为另一中点且引入新的第二点。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中通过计算所述圆的半径及所述圆的所述中心 与同所述第一点及第二点相交的所述线之间的距离而确定值d。
5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中通过确定由多个双曲线的交点形成的区 而确定所述区域。
6.根据权利要求5所述的方法，其中每一双曲线由一对轨迹形成，所述轨迹表示与所 述第一点及围绕另一点的圆形区域相交的圆的中心所沿的线，所述线分别与围绕所述另 一点的所述圆形区域的内部及外部相切。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其包含对于所述多个双曲线中的每一者确定近似。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述近似包含一对渐近线与一切线之间的交点。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其包含将所述近似限于沿所述渐近线中的一者的预定长度。
10.根据任一前述权利要求所述的方法，其包含确定所述圆弧与形成于所述多个点之 间的折线之间的最大偏差是否小于预定距离。
11.根据任一前述权利要求所述的方法，其包含确定在所述第一点及终点处所述弧与 形成于所述多个点之间的折线之间的最大角是否分别小于预定角。
12.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述多个点形成地图数据从而表示特征。
13.—种数据存储媒体，其包含计算机可执行指令，所述指令在由处理器执行时使所 述处理器执行根据权利要求1到12中任一权利要求所述的方法。
14.一种设备，其包含 处理器；以及存储器，其操作性地耦合到所述处理器； 其特征在于所述存储器包含多个点的坐标；且所述处理器经布置以确定与第一点及围绕至少一个中点的区域相交的圆的中心所在 的区域是否与同所述第一点及第二点相交的线的中垂线相交。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述处理器经布置以在所述存储器中存储所述 多个点的表示，所述表示是由所述第一点及第二点的坐标及在与所述第一点及第二点相 交的所述线与圆弧之间的距离d形成。
全文摘要
本发明涉及一种使用经适当编程的计算机使圆弧拟合于形成地图数据从而表示特征的多个点的方法，其包含确定与第一点及围绕至少一个中点的区域相交的圆的中心所在的区域是否与同第一点及第二点相交的线的中垂线相交。所述方法适合于准备导航地图，且适用于经配置以执行导航软件的任何处理装置。
文档编号G01C21/32GK102027323SQ200880129239
公开日2011年4月20日 申请日期2008年6月4日 优先权日2008年6月4日
发明者戴维·马滕斯, 贝尔特·杰斯珀·斯帕恩 申请人:通腾科技股份有限公司