专利名称：具备行为导向与约束能力的车载导航装置及其方法
技术领域：
本发明涉及电子、信息、通信、控制技术领域，是行为控制理论、交通信息技术的应用。
背景技术：
车载导航装置是用来对驾驶员行驶路径进行引导，满足从出发地到达目的地出行需求的电子装置。现有的车载导航装置已经具有准确运动定位、基于动态交通信息的最短路径计算、多方式发布路径诱导信息功能，但是没有一种车载导航装置是服务于交通系统控制的目标，也没有一种车载导航装置针对驾驶员的驾驶行为进行针对性的引导和约束的。具体地说，就是发明一个车载装置以多模式人机交互方式，以提高信息价值服务实现对驾驶员路径选择行为的正确引导。
发明内容
本发明目的在于根据交通系统控制目标实现对驾驶员交通行为的引导，核心是交通信息的应用。具备行为导向与约束能力的车载导航装置，该导航装置包括电源装置、主机和GPS 天线三部分。GPS天线、主机部分和电源装置和主机部分相连；主机部分包括一个中央处理单元CPU ；一个存储器与CPU相连；一个GPS接收机与CPU相连；一个显示屏与CPU相连；一个 USB HOST 与 CPU 相连；
一个GPRS模块与CPU相连；一个录音器与CPU相连；一个GPS车速传感器与CPU相连；一个扬声器，通过语音解码器与CPU相连；其特征在于声音传感器和光线传感器与模拟电路连接，模拟电路包括放大器、滤波器，模拟电路与A/D转换器连接，A/D转换器与单片机连接，单片机经过接口电路连接到显示屏和扬声器；触摸屏通过USB HOST与CPU相连。应用所述的具备行为导向与约束能力的车载导航装置的方法，其特征在于通过录音器录制好语音提示数据库，存储在存储器中。存储器中还存有警示图片数据库。通过声音传感器和光线传感器检测车内物理环境，通过模拟电路的放大器、滤波器处理，处理结果经过A/D转换器，将转换结果输入到单片机。当检测器检测到周围环境声音频率超过 3000HZ时，每次通过扬声器声压级增加；当声音频率超过16000HZ时，切换交互方式为触摸屏交互；当检测到车内光线照度低于50LX或者高于10000LX范围时，启动单片机调整显示屏亮度。GPS车速传感器检测车辆行驶速度、将GPS接收机接收发布的诱导路径与GPS接收机检测到的行驶轨迹进行匹配，输送到中央处理单元CPU，通过中央处理单元CPU调度存储器，分别通过扬声器和显示屏执行，或者借助GPS天线通过GPRS模块接收来自网络的语音提示和警示图片。发明的导航装置与驾驶员人机交互界面采用语音、旋钮和键盘交互模式组合。交互式汉语普通话理解，屏幕显示与按压、拖动、缩扩手指操作，导航装置物理键盘三种模式配合，发挥各模式优势，多冗余互相验证即采取互补模式人机界面的形式。本发明中采取自适应的人机交互界面，用来完成导航装置在车内实现行为控制环境的检测工作。检测车内环境光线、背景噪声改变装置的工作状况去动态适应当前用户和当前任务。另外，通过语音交互提供语音输入的操作方式，提高行车安全性。GPS车速传感器检测车辆行驶速度，当车速超过对应路段限速阈值时，录音器启动，通过扬声器播放录制好的超速语音提示信息、显示屏显示警示图片，提示驾驶员已经超速，导向其安全驾驶约束超速驾驶行为。GPRS模块接受信息中心的交通信息后，将诱导路径显示于显示屏，通过GPS的定位，比对驾驶员的行驶路径与诱导路径，如果两者不匹配，则调用存储器中语音提示数据库中的信息，导向驾驶员回归到诱导路径。
图1声音传感器、光线传感器工作设计框2导航装置交互方式调度流程图
具体实施例方式光线传感器选用的是光敏电阻PGM2005，声音传感器选用的是语音信号处理芯片 RSC4128 ；经过一模拟电路放大器LM709、磁珠滤波器的放大、滤波作用，将声音信号和光线信号转换成电压信号，A/D转换选用实效低廉的ADC0809，节约了成本；单片机选用低功耗的AT89S51。实时采集室外环境光照度和背景噪声，经过A/D转换为数字信号，送入单片机 AT89S51，然后与设定阈值进行比较。该装置根据车内交互环境检测装置，检测环境亮度和背景噪声后自适应调节亮度和发声分贝，经过显示屏和扬声器输出自适应调结后的结果， 利于安全驾驶。当光线亮度调整和发声调整均不能超过阈值时，则启动键盘交互方式，即驾驶员利用触摸屏书写选择。另外，通过USB HOST连接，整个装置通用性提升。当检测到车内光线照度低于50LX高于10000LX范围时，启动光线自适应调节，调整显示屏亮度。当检测器检测到周围环境声音频率超过3000HZ时，每次调整时增加声压级增加IOdb ；当声音频率超过16000HZ时调度屏幕模块，切换交互方式为键盘交互，通过触摸屏实现。声音传感器、光线传感器工作设计框图如图1。当驾驶员启动导航装置后，系统加载地图信息到存储器，同时加载交互方式信息。 之后首先启动光线传感器，检测车内物理环境光线亮度，自适应功能将光线调整在50LX到 10000LX的范围内。提醒用户是否选择语音导航交互操作，当确定选择后启动语音交互，否则启动键盘交互，方便驾驶员的行为习惯，培养驾驶员对导航装置的交互友好感。调整导航装置语音交互、屏幕显示与触摸屏操作、导航装置物理按钮人机交互界面模态，可多方法冗余互相验证，提升各种信息的效用价值。本发明中，GPRS模块MC37i接受信息中心的交通信息后，通过GPS的定位，比对驾驶员的行驶路径与诱导路径，如果两者不匹配，则调用存储器中语音提示数据库中的信息， 导向驾驶员回归到诱导路径。对超速行为进行提示，通过GPS车速传感器检测到车速，根据存储器中存储的地图信息，匹配显示的诱导路径，对高速公路、快速路、主干路、次干路和支路车速设定限速阈值，当GPS车速传感器检测到在主干路或者高速公路上，驾驶员行驶速度超过阈值后，通过扬声器播报超速语音提示。超速语音提示是通过录音器提前录制成功， 在存储器中以数据库形式存在，录音内容形式可以根据驾驶员个人喜好进行调整，变换录音者不同的音色、语调、语气，以利于对驾驶员有最大劝服力和威慑力。同时，可以利用存储在存储器中的警示图片数据库，也可以通过GPRS模块MC37i接收网络警示图片，利用这些警示图片提示驾驶员超速驾驶行为及其危害。行驶过程中，匹配诱导路径中路段的性质，区别出高速公路、快速路、主干路、次干路和支路，对应阈值最高时速分别为120km、80km、60km、50km和40km。GPS车速传感器检测到车速，当车速超过对应路段限速阈值时，存储器调用提示语音数据库，通过扬声器播放导向提示语音，提示驾驶员已经超速，诱导其安全驾驶。
权利要求
1.具备行为导向与约束能力的车载导航装置，该导航装置包括电源装置、主机和GPS 天线三部分；GPS天线、电源装置均和主机相连；主机包括一个中央处理单元CPU ；一个存储器与CPU相连；一个GPS接收机与CPU相连；一个显示屏与CPU相连；一个USB HOST与CPU相连；一个GPRS模块与CPU相连；一个录音器与CPU相连；一个GPS车速传感器与CPU相连；一个扬声器，通过语音解码器与CPU相连；其特征在于声音传感器和光线传感器与模拟电路连接，模拟电路包括放大器、滤波器，模拟电路与A/D转换器连接，A/D转换器与单片机连接，单片机经过接口电路连接到显示屏和扬声器；触摸屏通过USB HOST与CPU相连。
2.应用权利要求1所述的具备行为导向与约束能力的车载导航装置的方法，其特征在于通过录音器录制好语音提示数据库，存储在存储器中；存储器中还存有警示图片数据库；通过声音传感器和光线传感器检测车内物理环境，通过模拟电路的放大器、滤波器处理，处理结果经过A/D转换器，将转换结果输入到单片机；当检测器检测到周围环境声音频率超过3000HZ时，每次通过扬声器声压级增加；当声音频率超过16000HZ时，切换交互方式为触摸屏交互；当检测到车内光线照度低于50LX或者高于10000LX范围时，启动单片机调整显示屏亮度；GPS车速传感器检测车辆行驶速度、将GPS接收机接收发布的诱导路径与GPS接收机检测到的行驶轨迹进行匹配，输送到中央处理单元CPU，通过中央处理单元CPU调度存储器， 分别通过扬声器和显示屏执行，或者借助GPS天线通过GPRS模块接收来自网络的语音提示和警示图片。
全文摘要
具备行为导向与约束能力的车载导航装置及其方法，通过车载导航装置自适应配置信息互证多模式人机交互界面，调度多种媒体形式信息，将现有导航装置在超速提示上单一的语言方式，改为通过录音定制个性化超速语音提示和警示图片相配合的方式。通过声音传感器和光线传感器检测驾驶环境内的物理噪声和光线亮度，调整为人体适合的交互物理条件；结合GPS车速传感器检测车辆行驶速度与所在道路限速信息比对，多方式提示超速驾驶行为，建立超速驾驶行为约束环境。通过感受导航装置操作上的友好性，培养驾驶员在心理上对导航装置的信任，进而将驾驶员选择的行驶路径导向交通诱导系统下达的诱导路径，通过行为控制来实现缓解局部交通拥堵的系统控制目标。
文档编号G01C21/36GK102201172SQ20111012747
公开日2011年9月28日 申请日期2011年5月17日 优先权日2011年5月17日
发明者石建军, 秦梦阳, 陈静 申请人:北京工业大学