本发明涉及一种借助导航装置发出转向指令的方法、以及一种用于执行这种方法的导航装置。
背景技术：
导航装置能够计算从导航装置当前位置通向目标位置的路径。导航装置的位置通常借助卫星导航系统确定，比如全球定位系统、格罗纳斯系统、北斗系统或者伽利略系统。目标位置通常来自导航装置用户借助导航装置操作单元规定的目标。此外目标位置还可以根据历史数据借助推测确定(比如根据已经行驶过的路径)。
通过采用导航装置计算单元进行路径计算，可以提供一条路径。为了完成路径计算，需要使用地图数据，这些数据一般存储在导航装置的非易失性存储单元(比如cd-rom、硬盘或者闪存)中。地图数据代表地理对象或者与地理对象相对应的信息，比如公路、道路、交叉路口、广场、铁路线、水路、建筑物、桥梁、地形、边界、停车设施、旅馆、居民点、交通规则以及速度限制等等。
此外路径可以在导航装置地图显示单元(比如触摸屏)上的地图中显示，用户可以借此产生关于路径走向的空间想象并预先规划转向动作。
转向动作是指一个运动对象(比如一个人、一辆车、一个机器人)为了实现路径跟踪而执行的有目的运动，比如改变运动方向。
转向动作由导航装置计算单元在考虑路径、当前位置和地图数据的情况下进行计算。
此外导航装置还可以向用户输出基于路径的跟踪过程。“路径跟踪”是指引导用户沿着路径行进的过程。路径跟踪过程中，将借助导航装置输出单元向用户发出转向指令。这种转向指令是指向用户提出的、准备或者执行某个转向动作的要求。通常情况下转向动作并非仅仅对应一个转向指令，而是对应一连串的多个转向指令。每个转向指令分别在与转向位置间隔一定转向距离时发出，其中转向位置是指执行转向动作的位置。转向距离可能因目标的行进速度而有所变化。一连串转向指令中的最后一个转向指令要求立即执行转向动作，而这一串转向指令中先前的转向指令仅仅用于预先告知转向操作和/或为转向做准备。转向指令可以通过视觉信号和/或声音向导航装置用户发出。
运动对象的转向操作可以由(比如)导航装置用户根据转向指令完成。
为了发出可视转向指令，导航装置具有一个转向动作显示单元，转向指令以图形方式(比如作为方向指示箭头)在这个显示单元上显示。在车辆中的典型做法是：转向动作显示单元与将路径显示在地图中的地图显示单元分开布置。
为了通过语音发出转向指令，导航装置具有一个语音输出单元，转向指令可以借助该单元以语音形式发出。语音输出单元配有一个音频放大器以及一个或多个扬声器。语音式转向指令(比如“200米后请左转”)又被称为转向通知。
技术实现要素：
本发明的目的是使导航装置用户在沿着一条路径执行路径跟踪时，能够及时做好转向准备。
以上目的根据本发明的通过借助导航装置发出转向指令的方法实现。该方法包含以下步骤：
-确定运动对象待覆盖的路径；
-确定运动对象在路径上的当前位置；
-确定运动对象的转向位置，该转向位置设置在路径上并且运动对象在该转向位置处执行转向操作以便遵循路径，以及
根据路径方向上运动对象位置和转向位置之间的车道数量、和/或路径上运动对象位置和
转向位置之间的交通密度：
-在路径上确定运动对象位置和转向位置之间的输出位置；
-生成与输出位置相对应的转向指令，
-一旦运动对象到达输出位置，立即向导航装置的用户发出转向指令。
上述方法考虑到：当路径上转向位置范围内存在多条车道、和/或交通密度很大时，转向操作难度可能增加。如果因导航装置的主动式路径跟踪，汽车需要从一条具有多个车道的公路上转弯，则使用以上方法是有利的。在这种场景，运动对象是一辆汽车，需执行的转向操作是转弯，车道是公路的车行道。通常情况下只能通过一个规定车道或者选择规定车道，从一条多车道公路上转弯，比如只能从行驶方向上最靠右的车道转弯。如果转弯之前汽车位于其它车道上，则转弯操作可能变得困难或者无法实现，因为交通密度大和/或汽车当前所在车道和最右侧车道之间的车道数量多，使得汽车难以或者无法及时变换到最右侧车道。换句话说，由于汽车行驶速度太快或者汽车所在公路交通密度大，汽车可能无法从运动对象位置到达转向位置。
所以符合本发明特征的方法做了以下设计：输出位置(借助导航装置发出转向指令的位置)，根据路径方向上运动对象位置和转向位置之间的车道数量、和/或路径上运动对象位置和转向位置之间的交通密度进行确定。转向指令可以向导航装置的用户提示即将执行的转向操作、和/或使用户做好转向准备，比如通过及时提示与转向位置所间隔的转向距离，和/或建议转换到某一个车道，以便为转向做好准备。
在本发明的一种实施方案中，如果车道数超过一个数量阈值和/或交通密度超过一个交通密度阈值，则确定输出位置、生成和输出转向指令。本发明的这种实施方案考虑到了以下情况：通常情况下从某一车道数量和/或某一交通密度起，转向操作难度才会显著变大，所以只有当车道数超过一个数量阈值和/或交通密度超过一个交通密度阈值时，在输出位置确定、转向指令生成和输出过程中考虑车道数量和/或交通密度才是有利的。
在与以上所述不同的本发明实施方案中，根据运动对象沿着路径运动的速度确定输出位置、生成和输出转向指令。比如：当车道数超过一个数量阈值并且行进速度低于一个下限速度阈值、或者交通密度超过一个交通密度阈值并且行进速度超过一个上限速度阈值时，确定输出位置、生成和输出转向指令。其中下限速度阈值和/或上限速度阈值可能取决于运动对象位置和转向位置之间路径的交通线路等级，而一个交通线路等级可能是一个公路类别。
本发明的上述实施方案考虑到：车道数量和/或交通密度对转向操作造成的困难，可能主要与运动对象的行进速度相关。运动对象的速度很低可能表示路径上堵车或者存在堵车危险，这种情况会增加转换到某一车道的困难。所以当车道数量大并且运动对象速度很低时需要及时转换到相应车道，以便在转向位置完成转向操作。同样当交通密度大并且运动对象速度快时，运动对象也难以及时转换到转向位置所在的某一车道，所以在这种情况下及时输出转向指令以便做好转向准备，也是有利的。与交通线路(运动对象位置与转向位置之间的路径位于这条交通线路上)等级相关的速度阈值规定，考虑到运动对象的典型行进速度取决于交通线路等级。比如长途公路干线的典型行进速度高于乡村公路的典型行进速度，所以在长途公路干线上应规定高于乡村公路的速度阈值。
在本发明的另一个实施方案中，增加了与转向操作相对应的转向指令数量。通过本发明的这种实施方案，能够在与转向操作相对应的一般转向指令之外，额外生成和输出一个转向指令。借此可以通过有利形式生成和输出专门与车道数量和/或交通密度相关的转向指令。这种附加转向指令可以作为转换到某一个车道的建议，比如“请进入最左侧车道”。
在本发明的另一个实施方案中，输出另一个与转向操作相对应的转向指令之前，输出一个转向指令。通过本发明的这种实施方案，可以在生成和输出与转向操作相对应的一般转向指令之前，以有利形式及时输出相关转向指令。用于提示做好转向准备的转向指令(比如建议转换到某一车道)，最好能在执行转向操作的转向指令、以及提示与转向位置之间的转向距离的转向指令之前发出。
在本发明的另一个实施方案中，输出位置和转向位置之间的转向距离，随着车道数量和/或交通密度的增加而变大。本发明的这种实施方案考虑到：运动对象位置和转向位置之间的路径上车道数量越多和/或交通密度越大，那么在转向位置的转向操作通常就越困难。所以输出位置和转向位置之间的转向距离随着车道数量和/或交通密度的增加而增大，可以确保及时输出转向指令。
在本发明的另一个实施方案中，确定输出位置时考虑了运动对象所在车道。本发明的这种实施方案对上述情况作了进一步分析：只有在某一条车道上或者只有选择规定车道时，才能在转向位置执行转向操作。所以当运动对象位于其它车道上时，必须转换车道。可以根据运动对象位置和转向位置之间的路径上需转换或者需穿越的车道数量，生成和发出提示转换车道的相应转向指令。因而在确定输出位置时考虑运动对象所处车道，对于及时做好转向准备是有利的。
此外本发明的目的还可通过一种导航装置实现，这种导航装置具有定位单元、计算单元和输出单元。定位单元用于确定运动对象的当前位置。计算单元配置为：确定运动对象待覆盖的路径；确定运动对象在路径上执行转向操作、以便实现路径跟踪的转向位置；根据路径上运动对象的位置以及转向位置(沿着路径)之间车道的数量、和/或运动对象位置和转向位置之间路径上的交通密度，在运动对象位置和转向位置之间的路径上确定输出位置，生成与输出位置相对应的转向指令。输出单元配置为：一旦运动对象到达输出位置，立即向导航装置用户发出转向指令。通过这种导航装置可以实现本发明所述方法。所以这种导航装置的优点源自本发明所述方法的以上优点。
附图说明
下面借助附图进一步阐述本发明的实施方案。其中：
图1示出了根据本发明的实施方案的导航装置的方框图；
图2示出了根据本发明的实施方案的路网区段和多个转向指令；
图3示出了根据本发明实施方案输出转向指令的方法流程图。
具体实施方式
图1显示了汽车(未绘出)中所安装导航装置100的方框图。导航装置100具有以下功能单元(这些功能单元在图1中做了描述)：定位单元102、计算单元104、存储单元106、操作单元108、输出单元110和接收单元112。除了此处所述功能单元之外，导航装置100还可以具有图1中未表述的其它功能单元，比如用于和其它装置进行数据交换的通信单元。
定位单元102用于确定运动对象的当前位置。定位单元102是比如gps接收器，配有gps天线(未显示)形式的卫星接收天线。也可以不采用gps接收器，而是使用伽利略系统接收器、格罗纳斯系统接收器或者类似接收器。定位单元102可以通过卫星信号获取表示运动对象地理位置的位置坐标，并将其传送至计算单元104。为此定位单元102通过单向数据通信系统与计算单元104相连接。
计算单元104是导航装置100的中央控制模块。除了处理器(cpu，中央处理单元)之外，计算单元还具有随机存取存储器(ram)，它用于变量和暂态数据的易失性存储。处理器和随机存取存储器合并在集成电路上。当然处理器和随机存取存储器也可以单独布置，比如各布置在另外的集成电路上。
计算单元104用于确定运动对象从当前位置到目标位置应走过的路径。为此计算单元104能够将由导航装置100用户规定的目的地换算为目标位置。此外计算单元104还用于确定路径上的转向位置，运动对象需要在转向位置完成转向操作，以便跟踪通向目标位置的路径。
另外计算单元104还用于在运动对象位置和转向位置之间的路径上确定输出位置。其中输出位置的确定依据是：路径上运动对象的位置以及转向位置(沿着路径)之间车道的数量、和/或运动对象位置和转向位置之间路径上的交通密度。
除此之外，计算单元104还用于生成与输出位置相对应的转向指令。
存储单元106具有比如设计为eeprom(电可擦可编程只读存储器)的非易失性存储器。存储单元106也可以具有其它形式的存储器，比如flash-eeprom或者硬盘。存储单元106尤其可具有多个上述存储器。
存储单元106通过双向数据通信系统与计算单元104相连接。存储单元106中储存有地图数据库，该数据库包含大量地图数据。地图数据表示位于某个地理区域内的对象，这些对象包括公路、道路、广场、铁路线、河流、建筑物、桥梁、地形、边界、旅馆、交通规则和居民点等等。
除了各种按键之外，操作单元108还具有语音输入单元和触摸屏(英语：touchscreen)。作为上述一个或者多个部件的补充或者作为与其不同的备选方案，操作单元108可以具有旋转-按压调节器和/或触摸板(英语：touchpad)。操作单元108通过单向数据通信系统与计算单元104相连接，从而作为导航装置100的用户界面。用户可以借助导航装置100的操作单元108规定操作指令和/或目的地。
输出单元110的作用是：一旦运动对象到达输出位置，立即向用户发出转向指令。输出单元110通过单向数据通信系统与计算单元104相连接，用于显示包含路径的地图区段。为了实现这一目的，输出单元110具有地图显示单元，其中操作单元108的触摸屏被作为地图显示单元使用。地图区段可以作为类似公路图的俯视图或者作为三维视图予以显示。
输出单元110用于向用户发出可视转向指令(比如以方向箭头的形式)。为此输出单元110具有转向动作显示单元，它与地图显示单元分开布置。转向动作显示单元可以具有液晶显示屏(英语：lcd,liquidcrystaldisplay)、基于电子纸的显示器(英语：e-paper-display)、有机电致发光二极管(英语：organiclightemittingdiode)显示屏或者投影显示器(英语：head-up-display，即平视显示器)。在本发明的另一个实施方案中，地图显示单元和转向动作显示单元合并在一个模块中。两个单元可以具有共同的显示屏或者共同的投影显示器。
此外输出单元110还用于向用户发出语音转向指令。为此输出单元110具有语音输出单元，该单元具有音频放大器和一个或者多个扬声器。音频放大器和/或扬声器还可用于播放由接收单元112接收的广播节目(比如无线电广播节目)。
接收单元112用于接收交通数据。接收单元112可以是无线电广播接收单元，它除了广播节目之外还能以rds-数据(rds＝无线电数据系统)或者tmc-数据(tmc＝交通信息频道)的形式接收交通数据。除此之外，接收单元112还能够借助其他通信联络接收或者发送数据，因而可以实现与其它车辆、交通参与者或者周围基础设施之间的通信。接收单元112通过单向数据通信系统与计算单元104相连接，借助这个单向数据通信系统，接收到的数据被传递至计算单元104，或者需发送数据从计算单元104传递出去。在本发明的另一种实施方案中，接收单元没有集成在导航装置内，而是作为外部装置或者集成在外部装置中。
下面将参照图2和图3进行表述。图2显示了根据本发明的一种实施方案的路网区段200以及转向指令220、224、226。图3显示了方法流程图300(根据本发明的一种实施方案)。这种方法通过使用导航装置100实现，这种导航装置已经参照图1进行了说明。导航装置100安装在作为车辆的运动对象202中。
路网区段200显示在导航装置100输出单元110的地图显示单元上。路网区段200描述了运动对象202行驶的交通线路204(一条多车道公路)在公路驶出口206范围内的一个区段。这条公路具有多条并排的车道208至210，运动对象202可以在这些车道之间变换位置。驶出口206从第一车道208分岔。运动对象202的行驶速度为v，借助指向运动对象202运动方向的箭头表示。此外还通过箭头描述路径212。
在步骤一301，通过使用计算单元104确定从导航装置当前位置通向目标位置的路径212。为此用户借助操作单元108向导航装置100输入目的地。目标位置根据输入的目的地、借助计算单元104并利用存储单元106中的地图数据进行确定。也可以根据已经走过的路径预测目标位置。然后通过计算单元104、利用地图数据确定从当前位置到目标位置的路径212。
在图2所示例子中，路径212延伸经过交通线路204和驶出口206。
在步骤二302，借助定位单元102确定运动对象202在路径212上的当前位置214。
在步骤三303，借助计算单元104确定路径212上的转向位置216，运动对象202需要在转向位置完成转向，以便遵循路径212。在图2所示例子中，转向操作是通过右转在驶出口206离开交通线路204。
在步骤四304，确定运动对象202沿路径212的瞬时行进速度v。行进速度v可以(比如)通过计算单元104并借助定位单元102，根据运动对象202的多个先前位置以及运动对象202处于这些位置的时刻加以确定。作为备选方案或者作为补充，行进速度v还可以通过运动对象202里面或者旁边安装的、检测行进速度v(比如通过运动对象202车轮或者驱动轴的转速进行检测)的一个或者多个传感器确定。
在步骤五305，借助计算单元104检查：行进速度v是否低于可给定的下限速度阈值v1。如果行进速度v低于下限速度阈值v1，则方法从步骤六306继续执行。否则方法从步骤七307继续。
在步骤六306，借助计算单元104确定运动对象位置214和转向位置216之间在路径212方向上设置的交通线路204车道208至210的数量n。车道数量n可以利用存储单元106中的地图数据确定。作为备选方案或者作为补充，车道数量n还可以通过运动对象202里面或者旁边安装的一个或者多个传感器确定，这些传感器提供传感器数据，车道数量n可以根据这些数据确定。这种传感器可以是摄像头，它摄取运动对象202周围的图像，车道数量n根据这些图像、借助计算单元104通过分析评估图像数据进行确定。
在紧接步骤六306的步骤八308中，将借助计算单元104检查：车道数量n是否超过可给定的数量阈值ns。如果车道数量n超过数量阈值ns,则方法从步骤十一311继续执行。否则则方法从步骤十四314继续。
在步骤七307，将借助计算单元104检查：行进速度v是否超过可给定的上限速度阈值v2。如果行进速度v超过上限速度阈值v2，则方法从步骤九309继续执行。否则方法从步骤十四314继续。
在步骤九309，借助计算单元104确定运动对象位置214和转向位置216之间路径212上的交通密度d。交通密度d借助由接收单元112接收并传递至计算单元104的交通数据确定。作为备选方案或者作为补充，车道数量n可以通过运动对象202里面或者旁边安装的一个或者多个传感器确定，这些传感器提供传感器数据，交通密度d可以根据这些数据确定。这种传感器可以是摄像头，它摄取运动对象202周围的图像，交通密度d根据这些图像、借助计算单元104通过分析评估图像数据进行确定。
在紧接步骤九309的步骤十310中，将借助计算单元104检查：交通密度d是否超过可给定的交通密度阈值ds。如果交通密度d超过交通密度阈值ds，方法从步骤十一311继续执行。否则方法从步骤十四314继续。
在步骤十一311，借助计算单元104确定输出第一转向指令220所需的第一输出位置218，这个转向指令用于建议用户转换到第一车道208以便做好转向准备。
在紧接步骤十一311的步骤十二312，借助计算单元104生成第一转向指令220。
在紧接步骤十二312的步骤十三313中，一旦运动对象202到达第一输出位置218，立即借助输出单元110向用户发出第一转向指令220。
第一转向指令220包含以可视形式和/或语音形式发出的、转换到第一车道208的建议。以可视形式发出的建议在输出单元110的转向动作显示单元上显示，可以包含表示车道转换的箭头符号。通过输出单元110语音输出单元以语音形式发出的建议是转向通知，比如包含以下内容“请转换到右侧车道，做好右转准备”。
如果步骤六306得以执行，借助第一转向指令220的输出能以有利方式考虑以下场景：运动对象202行进速度v很低可能意味着交通线路204上存在交通阻塞(比如堵车或者有堵车危险)。交通阻塞可能使转换到第一车道208的操作难度加大，所以当车道数量n较大时需要及时转换到第一车道208，以便在转向位置216完成转向操作。如果执行了步骤九309，借助第一转向指令220的输出能以有利方式考虑以下场景：交通线路204上的交通密度d很大，可能使转换到第一车道208的操作难度加大。因此当运动对象202的行进速度v较高时，需要及时转换到第一车道208，以便在转向位置216完成转向操作。
所以在步骤十一311中，第一输出位置218根据运动对象202行进速度v、和/或车道数量n(当步骤六306得以执行时)或交通密度d(当步骤九309得以执行时)确定。当步骤六306得以执行时，运动对象202行进速度v越低和/或车道数量n越大，第一输出位置218距离转向位置216越远。当步骤九309得以执行时，运动对象202行进速度v越高和/或交通密度d越大，第一输出位置218距离转向位置216越远。通过以上设计，可以在交通线路204上存在交通阻塞时、或者在交通线路204上交通密度d较大时，以有利方式及时建议用户转换到第一车道208，以便为转向位置216处的转向操作做好准备。
步骤十三313完成之后，将执行步骤十四314。
在步骤十四314，借助计算单元104确定输出第二转向指令224所需的第二输出位置222，以便向用户发出即将转向的提示。第二输出位置222根据运动对象202行进速度v、和/或车道数量n(当步骤六306得以执行时)或交通密度d(当步骤九309得以执行时)确定。当步骤六306得以执行时，运动对象202行进速度v越低和/或车道数量n越大，第二输出位置222距离转向位置216越远。当步骤九309得以执行时，运动对象202行进速度v越高和/或交通密度d越大，第二输出位置222距离转向位置216越远。通过以上设计，可以在交通线路204上存在交通阻塞时、或者在交通线路204上交通密度d较大时，以有利方式及时向用户发出即将转向的提示，从而使用户能够在到达转向位置216之前转换到第一车道208(如果用户尚未执行这一操作)。
在紧接步骤十四314的步骤十五315，将借助计算单元104生成第二转向指令224。
在紧接步骤十五315的步骤十六316，一旦运动对象202到达第二输出位置222，立即借助输出单元110向用户发出第二转向指令224。
第二转向指令224以可视形式和/或语音形式发出转向提示，告知转向操作方式和到转向位置216剩余的转向距离。以可视形式发出的提示包含表示即将右转的箭头符号，在输出单元110的转向动作显示单元上显示。通过输出单元110的语音输出单元以语音形式发出的提示是转向通知，比如包含以下内容“200米后请右转”。
在步骤十七317将生成第三转向指令226，以便要求用户在转向位置216执行转向操作。
在紧接步骤十七317的步骤十八318，一旦运动对象202到达转向位置216，立即向用户发出第三转向指令226。
第三转向指令226以可视形式和/或语音形式，要求用户在转向位置216执行转向操作。以可视形式发出的提示包含表示右转的箭头符号，在输出单元110的转向动作显示单元上显示。通过输出单元110的语音输出单元以语音形式发出的提示是转向通知，比如包含以下内容“现在请右转”。
下面介绍本发明的其它可选实施方案，它们是上文中借助图3所述方法的不同变型。
在方法的第一可选实施方案中，取消了步骤307、309和310。更确切地说在第一可选方案中如果行进速度v不低于下限速度阈值v1，则在步骤305完成后执行步骤314。
在方法的第二可选实施方案中，取消了步骤305、306和308。更确切地说在第二可选方案中，步骤304完成后执行步骤307。
在方法的第三可选实施方案中，取消了步骤304、305和307。此外步骤306和309以及步骤308和310相互结合。因此如果车道数量n超过数量阈值ns、或者交通密度d超过交通密度阈值ds，则执行步骤311，其他情况下执行步骤314。
在方法的第四可选实施方案中，取消了步骤304至308。更确切地说在第四可选方案中，步骤303完成后执行步骤309。
在方法的第五可选实施方案中，取消了步骤304、305、307、309和310。更确切地说在第五可选方案中，步骤303完成后执行步骤306。
根据上述实施方案，可以得出方法的其它可选实施方案。
在步骤311中确定第一输出位置218、和/或在步骤314中确定第二输出位置222时，可以检测并考虑运动对象202所处车道208至210。尤其可以做出以下设计：第一输出位置218和/或第二输出位置222与转向位置216之间的转向距离，随着第一车道208和运动对象202所处车道208至210之间的车道208至210数量增加而增大。如果检测到运动对象202已经位于第一车道208上，可以完全取消第一转向指令220的生成和输出，从而不再执行步骤312和313。也可以发出保持在第一车道208上的建议作为第一转向指令220。
此外作为补充或者作为备选方案，步骤305中的下限速度阈值v1和/或步骤307中的上限速度阈值v2，可以根据交通线路204的等级确定。因此与作为市区道路的交通线路204相比，作为长途运输干线的交通线路204可以有不同的下限速度阈值v1和/或不同的上限速度阈值v2。交通线路204等级可以借助计算单元104并利用存储单元106中存储的地图数据确定。此外交通线路等级还可以通过分析评估图像数据、比如根据运动对象周围区域路牌的图像进行确定。