專利名稱：地理定位軌跡推算方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系有關(guān)于一種全球定位技術(shù)，特別是有關(guān)于一種地理定位軌跡推算方 法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System, GPS)為一種公用的全球性的地 理定位裝置，其目前也已被廣泛地應(yīng)用于各種車輛，例如為長(zhǎng)途客運(yùn)汽車、貨 車、私用轎車、等等，用以讓使用者可利用一可攜式之電子裝置，例如為掌上 型計(jì)算機(jī)，及透過(guò)一電子地圖來(lái)査看其目前所在的地理位置。由于GPS地理定 位裝置可立即于電子地圖上顯示使用者目前所在的地理位置，因此目前也己被 廣泛地整合至各式的車輛中，用以讓駕車外出的使用者可隨時(shí)透過(guò)電子地圖來(lái) 了解其目前所在之地理位置，并透過(guò)電子地圖的協(xié)助來(lái)尋訪到其所前往的目的 地。
由于GPS地理定位裝置系透過(guò)多個(gè)衛(wèi)星所發(fā)射的無(wú)線信號(hào)來(lái)定位出使用者 目前所在的地理位置(通常以經(jīng)度和緯度來(lái)表示)，因此若遇到衛(wèi)星無(wú)線信號(hào)接 收不佳的狀況時(shí)(例如為天氣惡劣或于山谷中行駛時(shí))，則此狀況將使得GPS地理 定位裝置暫時(shí)失效而無(wú)法對(duì)使用者提供地理位置信息，因此而可能會(huì)導(dǎo)致使用 者迷路。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的便是在于提供一種地理定位軌跡推算 方法及系統(tǒng)，其可于一 GPS地理定位裝置暫時(shí)失效時(shí)，立即取代該失效之GPS 地理定位裝置來(lái)對(duì)使用者提供一替代性的地理定位功能，也即借一軌跡推算方 式(dead reckoning, DR)來(lái)估計(jì)出該車輛于后續(xù)所在的地理位置。
本發(fā)明的地理定位軌跡推算方法及系統(tǒng)系設(shè)計(jì)來(lái)應(yīng)用于搭配至一車輛用的 地理定位裝置，例如為全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System, GPS)、且 該地理定位裝置系裝設(shè)于一車輛，用以對(duì)該車輛提供一全球定位軌跡推算功能， 藉此來(lái)于該地理定位裝置無(wú)法正常接收到定位衛(wèi)星信號(hào)而暫時(shí)失效時(shí)，憑借一 軌跡推算方式(dead reckoning, DR)來(lái)估計(jì)出該車輛于后續(xù)所在的地理位置。
本發(fā)明的地理定位軌跡推算方法及系統(tǒng)的特點(diǎn)在于例如利用一兩軸輸出式 的加速度量測(cè)器來(lái)求得車輛的平面加速度、以及例如利用機(jī)械式的陀螺儀或數(shù)
字式的電子羅盤(pán)來(lái)求得行車方位角度，即可利用此些參數(shù)來(lái)以軌跡推算方式求 得的地理位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)。


圖1為一系統(tǒng)架構(gòu)示意圖，其中顯示本發(fā)明的地理定位軌跡推算系統(tǒng)的應(yīng)用
方式及其模塊化的系統(tǒng)架構(gòu)；
圖2A-2B均為幾何示意圖，用以顯示本發(fā)明的地理定位軌跡推算系統(tǒng)所采用 之軌跡推算運(yùn)算法的基本幾何原理；
圖3為一立體結(jié)構(gòu)示意圖，用以顯示本發(fā)明的地理定位軌跡推算系統(tǒng)中的平 面加速度偵測(cè)模塊所采用之一種兩軸輸出式加速度量測(cè)器的立體結(jié)構(gòu)形態(tài)；以 及
圖4為一幾何示意圖，用以顯示圖3所示的兩軸輸出式加速度量測(cè)器求得平 面加速度的基本幾何原理。
具體實(shí)施例方式
以下即配合所附的圖式，詳細(xì)揭露說(shuō)明本發(fā)明的地理定位軌跡推算方法及系 統(tǒng)之實(shí)施例。
圖1即顯示本發(fā)明的地理定位軌跡推算系統(tǒng)(如標(biāo)號(hào)100所指的虛線框所包 含的部分)的應(yīng)用方式及其模塊化的系統(tǒng)架構(gòu)。如圖所示，本發(fā)明之地理定位軌 跡推算系統(tǒng)100于實(shí)際應(yīng)用上系搭配至一地理定位裝置20，例如為全球定位系 統(tǒng)(Global Positioning System, GPS),且該GPS地理定位裝置20系裝設(shè)于一 運(yùn)動(dòng)載具，例如為一車輛10 (也即轎車、卡車、公共汽車、出租車、火車、軍 用裝甲車輛、等等)；并可例如透過(guò)一電子地圖單元30來(lái)顯示出該車輛目前所 在的地理位置。
在正常的使用狀況下(也即該GPS地理定位裝置20可正常地接收到定位衛(wèi)星 信號(hào)的情況下)，使用者即可透過(guò)該GPS地理定位裝置20顯示于電子地圖單元 30上的信息來(lái)得知其目前所在的地理位置；而于該GPS地理定位裝置20可正常 地接收到定位衛(wèi)星信號(hào)而暫時(shí)失效的情況下(例如為天氣惡劣或于山谷中行駛 時(shí))，本發(fā)明的地理定位軌跡推算系統(tǒng)100即可被立即啟動(dòng)來(lái)以一軌跡推算方式 (dead reckoning, DR)粗略估計(jì)出該車輛10目前所在的地理位置，以讓使用者 仍可透過(guò)電子地圖單元30來(lái)大致了解其目前所在的地理位置。
以下將首先配合所附圖式中的第2A-2B圖來(lái)簡(jiǎn)述本發(fā)明的地理定位軌跡推 算系統(tǒng)100所采用的軌跡推算方法的基本原理。
如圖2A所示，假設(shè)車輛10于行進(jìn)到地理位置P。點(diǎn)之后(假設(shè)P。點(diǎn)的坐標(biāo)為 (X。， Y。)，其中X。代表經(jīng)度、而Y"則代表緯度)，其GPS地理定位裝置20因無(wú)法 正常接收到定位衛(wèi)星信號(hào)而暫時(shí)失效，則此時(shí)由于坐標(biāo)P。(X。， Y。)的值仍為已知，
因此接著只要能夠得知車輛10的行進(jìn)方位角度(例如為行進(jìn)方向與正北之間的 夾角e)和車輛io于時(shí)距At后的行進(jìn)距離D，則即可利用基本之幾何原理來(lái) 計(jì)算出新的地理位置P'的理論坐標(biāo)值(X,， Y》。而由于行進(jìn)距離D與車輛10的 平面加速度a有關(guān)，因此只要能測(cè)得車輛10的平面加速度a，即可利用平面加 速度a換算為平面速度v (以平面加速度a對(duì)時(shí)間作積分)，并以基本物理學(xué)的運(yùn) 動(dòng)公式來(lái)求得D值，也即
于定速下D=v*At
于力口速下D二 v*At + (l/2)*a*At2
據(jù)此即可求得車輛IO在坐標(biāo)P(,(X。， Y。)之的地點(diǎn)繼續(xù)行進(jìn)時(shí)距At后的新的 位置的坐標(biāo)值PJX" Y,)。接著依此推算程序即可如第2B圖所示，以時(shí)距At 為周期而重復(fù)循環(huán)不斷地推算出后續(xù)之各個(gè)位置的坐標(biāo)值P2(X2， Y2)、P3(X3, Y3)、
P4(l， Y4)、 P5(X5， Y5)........，直至GPS地理定位裝置20重新回復(fù)到可正常
地接收到GPS定位衛(wèi)星信號(hào)為止。
如圖1所示，本發(fā)明的地理定位軌跡推算系統(tǒng)100的模塊化的內(nèi)部系統(tǒng)架構(gòu) 至少包含(a) —衛(wèi)星信號(hào)定位數(shù)據(jù)記錄模塊110; (b) —行進(jìn)方位偵測(cè)模塊120; (c)一平面加速度偵測(cè)模塊130; (d)—位移坐標(biāo)計(jì)算模塊140;以及(e)—地理 位置顯示模塊150。
衛(wèi)星信號(hào)定位數(shù)據(jù)記錄模塊110可在該GPS地理定位裝置20正常運(yùn)作時(shí)， 持續(xù)地記錄該GPS地理定位裝置20所接收到的衛(wèi)星信號(hào)所定出的地理定位數(shù)據(jù) (即坐標(biāo)數(shù)據(jù))；并可于該GPS地理定位裝置20無(wú)法正常地接收到定位衛(wèi)星信號(hào) 時(shí)，發(fā)出一軌跡推算致能信息，并同時(shí)記錄下該GPS地理定位裝置20所正常定 出的最后一組坐標(biāo)值(以下以P(X。， Y。)來(lái)表示此坐標(biāo)值，其中X。代表經(jīng)度、而 Y。則代表緯度)。
行進(jìn)方位偵測(cè)模塊120可響應(yīng)上述的衛(wèi)星信號(hào)定位數(shù)據(jù)記錄模塊110所發(fā) 出的軌跡推算致能信息而被啟動(dòng)來(lái)偵測(cè)該車輛IO目前的行進(jìn)方位角度，例如為 該車輛IO目前的行進(jìn)方向相對(duì)于北極的方位角度(以下以e來(lái)表示此行進(jìn)方位
角度)，并將此行進(jìn)方位角度e的值轉(zhuǎn)換成數(shù)字型式后再傳送給位移坐標(biāo)計(jì)算
模塊140。于具體實(shí)施上，此行進(jìn)方位偵測(cè)模塊120例如可為一機(jī)械式的陀螺儀 (gyro)、或?yàn)橐粩?shù)字式的電子羅盤(pán)，其可自動(dòng)判別該車輛IO目前的行進(jìn)方向相 對(duì)于一預(yù)定方向(例如為正北方向)的夾角角度，并將此角度的值轉(zhuǎn)換成數(shù)字型 式后再傳送給位移坐標(biāo)計(jì)算模塊140。
平面加速度偵測(cè)模塊130可響應(yīng)上述的衛(wèi)星信號(hào)定位數(shù)據(jù)記錄模塊110所 發(fā)出的軌跡推算致能信息而被啟動(dòng)來(lái)偵測(cè)該車輛10目前行進(jìn)時(shí)平行于地球表平 面的加速度(以下以s來(lái)表示此平面加速度)，并將此平面加速度s的值轉(zhuǎn)換成 數(shù)字型式后再傳送給位移坐標(biāo)計(jì)算模塊140。于具體實(shí)施上，此平面加速度偵測(cè) 模塊130例如采用一如第3圖所示的一種已知的兩軸輸出式的加速度量測(cè)器
(accelerometer) 131。此加速度量測(cè)器131于實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需令其fo軸和fo 軸與水平面成45°夾角，從而使得
<formula>formula see original document page 7</formula>
其中
fo為加速度量測(cè)器所測(cè)得的X軸方向的加速度； fe為加速度量測(cè)器所測(cè)得的Z軸方向的加速度； g為地表的重力加速度。
因此如第圖4所示，當(dāng)車輛10行駛在一路面時(shí)，可得到以下的等式
<formula>formula see original document page 7</formula>若車輛10為在水平路面上行駛，則
因此
若車輛10為在下坡路面上行駛，則iGxl 〈 |Gz| 因此
<formula>formula see original document page 7</formula>
反之，若車輛10為在上坡路面上行駛，貝UlGxl 〉 |Gz|
因此
<formula>formula see original document page 7</formula>
平面加速度偵測(cè)模塊130即會(huì)將此圖3所示的兩軸輸出式的加速度量測(cè)器所得 的平面加速度s的值轉(zhuǎn)換成數(shù)字型式后再傳送給位移坐標(biāo)計(jì)算模塊140。
位移坐標(biāo)計(jì)算模塊140即可依據(jù)上述的平面加速度偵測(cè)模塊130所偵測(cè)到的 平面加速度a轉(zhuǎn)換為該車輛10目前的行進(jìn)速度v，并通過(guò)行進(jìn)方位偵測(cè)模塊120 所提供的行進(jìn)方位角度參數(shù)^和該車輛10目前的行進(jìn)速度參數(shù)"來(lái)以一軌跡 推算運(yùn)算法計(jì)算出該車輛10于各個(gè)時(shí)距A ^后相對(duì)于AU'， F。)的各個(gè)后續(xù)的
位置點(diǎn)的坐標(biāo)值月U， K)、尸2U， r2)、AU， r3)、^U，幻、/^U，幻、.......，
并將此些坐標(biāo)值傳送給地理位置顯示模塊150。 地理位置顯示模塊150可將上述之位移坐標(biāo)計(jì)算模塊140以時(shí)距A t為周期 而依序計(jì)算出之坐標(biāo)推算值閂U， K)、 AU， r》、AU，冗)、AU， K)、 /UA， k)........，轉(zhuǎn)換成一連串的電子地圖顯示信息，并將此些電子地圖顯示信息
顯示于該電子地圖單元30上，從而讓使用者在GPS地理定位裝置20暫時(shí)失效 的情況下，仍可透過(guò)電子地圖單元30來(lái)地得知該車輛10目前所在的地理位置。 以下即以實(shí)例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的地理定位軌跡推算系統(tǒng)100于實(shí)際應(yīng)用時(shí)的 運(yùn)作方式。
如圖1所示，當(dāng)使用者駕駛車輛10外出時(shí)，其即可利用GPS地理定位裝置 20來(lái)接收GPS衛(wèi)星信號(hào)而透過(guò)電子地圖單元30來(lái)得知該車輛10目前所在的地 理位置。在此同時(shí)，衛(wèi)星信號(hào)定位數(shù)據(jù)記錄模塊110將持續(xù)記錄該GPS地理定 位裝置20所定出的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
當(dāng)GPS地理定位裝置20無(wú)法正常接收到GPS衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，例如為天氣惡劣 或于山谷中行駛時(shí)，衛(wèi)星信號(hào)定位數(shù)據(jù)記錄模塊110即可響應(yīng)此突發(fā)狀況而發(fā) 出一軌跡推算致能信息，并同時(shí)記錄下該GPS地理定位裝置20所定出的最后一 組坐標(biāo)值(以下例如以a (x， k)來(lái)表示此坐標(biāo)值)。
此軌跡推算致能信息即可同時(shí)地致使行進(jìn)方位偵測(cè)模塊120開(kāi)始持續(xù)偵測(cè) 該車輛10目前的行進(jìn)方位角度S以及致使該平面加速度偵測(cè)模塊130開(kāi)始持 續(xù)偵測(cè)該車輛IO目前的平面加速度a，并將此些資料(^ s)每隔一預(yù)定時(shí)距A t 即傳送給位移坐標(biāo)計(jì)算模塊140，令位移坐標(biāo)計(jì)算模塊140依據(jù)一組預(yù)定的軌跡
推算運(yùn)算公式來(lái)計(jì)算出該車輛io后續(xù)的所在的地理位置坐標(biāo)相對(duì)于^ u;，幻
的推算值au， k)、月a， r2)、 au， k)、厶u， r4)、 aU， k)、.......，
并令地理位置顯示模塊i50將此些推算坐標(biāo)值閂u， k)、/iU， r》、AU， W、
月U;， r4)、尸5(1幻........依序顯示于電子地圖單元30上。此推算程序
將以時(shí)距a t為周期而重復(fù)不斷進(jìn)行，從此而不斷依據(jù)新的參數(shù)值(p, r, s)
來(lái)推算出后續(xù)的推算坐標(biāo)值，直至GPS地理定位裝置20重新回復(fù)到可正常地接 收到GPS衛(wèi)星信號(hào)為止。
總而言之，本發(fā)明提供了一種新穎的地理定位軌跡推算方法及系統(tǒng)，其可搭
配至一車輛用的地理定位裝置，例如為GPS的地理定位裝置、且該地理定位裝
置為裝設(shè)于一車輛，于是來(lái)在該地理定位裝置無(wú)法正常接收到定位衛(wèi)星信號(hào)而
暫時(shí)失效時(shí)，提供一軌跡推算式的地理位置定位功能；且其特點(diǎn)在于例如利用
一兩軸輸出式的加速度量測(cè)器來(lái)求得車輛的平面加速度、以及例如利用機(jī)械式 的陀螺儀或數(shù)字式的電子羅盤(pán)來(lái)求得行車方位角度，即可利用此些參數(shù)來(lái)以軌 跡推算方式求得大略的地理位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)。本發(fā)明因此具有極佳的進(jìn)步性及實(shí) 用性。
權(quán)利要求
1.一種地理定位軌跡推算方法，其可應(yīng)用于一地理定位裝置、且該地理定位裝置是裝設(shè)于一運(yùn)動(dòng)載具，并且其可對(duì)該運(yùn)動(dòng)載具提供一地理定位軌跡推算功能；其特征在于此地理定位軌跡推算方法至少包含下列步驟在該地理定位裝置正常運(yùn)作時(shí)，記錄該地理定位裝置依據(jù)所接收到的定位衛(wèi)星信號(hào)所定出的地理坐標(biāo)資料；在該地理定位裝置無(wú)法正常接收到定位衛(wèi)星信號(hào)而暫時(shí)失效時(shí)，因應(yīng)該地理定位裝置所紀(jì)錄的最后一組地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)出一軌跡推算致能信息；因應(yīng)該軌跡推算致能信息而偵測(cè)出該運(yùn)動(dòng)載具目前的一行進(jìn)方位角度；因應(yīng)該軌跡推算致能信息而偵測(cè)出該運(yùn)動(dòng)載具目前行進(jìn)時(shí)平行于地球表平面的一平面加速度，并且該平面加速度轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)載具目前的一行進(jìn)速度；執(zhí)行一軌跡推算運(yùn)算程序，其中為依據(jù)該目前行進(jìn)方位角度以及該目前行進(jìn)速度及基于一軌跡推算運(yùn)算法來(lái)計(jì)算出該運(yùn)動(dòng)載具后續(xù)的各個(gè)所在位置的推算坐標(biāo)值；以及依據(jù)所計(jì)算出之的推算坐標(biāo)值而于一電子地圖單元上顯示出該運(yùn)動(dòng)載具目前的地理位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地理定位軌跡推算方法，其特征在于地理定位 裝置為一 GPS (Global Positioning System, GPS)式的地理定位裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地理定位軌跡推算方法，其特征在于運(yùn)動(dòng)載具 的種類包括:轎車、卡車、公共汽車、出租車、火車、以及軍用裝甲車輛。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地理定位軌跡推算方法，其特征在于軌跡推算 運(yùn)算程序循環(huán)地以一預(yù)定的時(shí)距為周期來(lái)計(jì)算出該運(yùn)動(dòng)載具后續(xù)的各個(gè)所在位 置的推算坐標(biāo)值。
5. —種地理定位軌跡推算系統(tǒng)，其可搭配至一地理定位裝置、且該地理定 位裝置是裝設(shè)于一運(yùn)動(dòng)載具，并且其可對(duì)該運(yùn)動(dòng)載具提供一地理定位軌跡推算 功能；其特征在于此地理定位軌跡推算系統(tǒng)至少包含一衛(wèi)星信號(hào)定位數(shù)據(jù)記錄模塊，其可記錄該地理定位裝置依據(jù)所接收到的 定位衛(wèi)星信號(hào)所定出的地理坐標(biāo)資料；并可于該地理定位裝置無(wú)法正常接收到 定位衛(wèi)星信號(hào)而暫時(shí)失效時(shí)，記錄下該地理定位裝置所定出的最后一組地理坐 標(biāo)數(shù)據(jù)，并同時(shí)發(fā)出一軌跡推算致能信息；一行進(jìn)方位偵測(cè)模塊，其可響應(yīng)該衛(wèi)星信號(hào)定位數(shù)據(jù)記錄模塊所發(fā)出的軌 跡推算致能信息而偵測(cè)出該運(yùn)動(dòng)載具目前的行進(jìn)方位角度； 一平面加速度偵測(cè)模塊，其可響應(yīng)該衛(wèi)星信號(hào)定位數(shù)據(jù)記錄模塊所發(fā)出的 軌跡推算致能信息而偵測(cè)該運(yùn)動(dòng)載具目前行進(jìn)時(shí)平行于地球表平面的平面加速 度，并將所得的平面加速度轉(zhuǎn)換為該運(yùn)動(dòng)載具目前的行進(jìn)速度；一位移坐標(biāo)計(jì)算模塊，其可依據(jù)該平面加速度偵測(cè)模塊所偵測(cè)到的行進(jìn)方 位角度及經(jīng)由該平面加速度所取得的行車速度，來(lái)以一軌跡推算運(yùn)算法計(jì)算出 該運(yùn)動(dòng)載具后續(xù)之的各個(gè)所在位置的推算坐標(biāo)值；以及一地理位置顯示模塊，其可依據(jù)位移坐標(biāo)計(jì)算模塊所計(jì)算出的推算坐標(biāo)值 來(lái)于一電子地圖單元上顯示出運(yùn)動(dòng)載具目前的地理位置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的地理定位軌跡推算系統(tǒng)，其特征在于地理定位 裝置為一 GPS (Global Positioning System, GPS)式的地理定位裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的地理定位軌跡推算系統(tǒng)，其特征在于運(yùn)動(dòng)載具 的種類包括:轎車、卡車、公共汽車、出租車、火車、以及軍用裝甲車輛。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的地理定位軌跡推算系統(tǒng)，其特征在于行進(jìn)方位 偵測(cè)模塊包括一機(jī)械式的陀螺儀。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的地理定位軌跡推算系統(tǒng)，其特征在于行進(jìn)方位 偵測(cè)模塊包括一數(shù)字式電子羅盤(pán)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的地理定位軌跡推算系統(tǒng)，其特征在于平面加速度偵測(cè)模塊包括一兩軸輸出式的加速度量測(cè)器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的地理定位軌跡推算系統(tǒng)，其特征在于位移坐標(biāo)計(jì)算模塊循環(huán)地以一預(yù)定的時(shí)距為周期來(lái)計(jì)算出該運(yùn)動(dòng)載具后續(xù)的各個(gè)所在位 置的推算坐標(biāo)值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種地理定位軌跡推算方法及系統(tǒng)，其可搭配至一地理定位裝置，例如為GPS的地理定位裝置、且該地理定位裝置是裝設(shè)于一運(yùn)動(dòng)載具，例如為車輛，通過(guò)來(lái)于地理定位裝置無(wú)法正常接收到定位衛(wèi)星信號(hào)而暫時(shí)失效時(shí)，對(duì)該車輛提供一替代性的軌跡推算式的地理位置定位功能；且其特點(diǎn)在于例如利用一兩軸輸出式的加速度量測(cè)器來(lái)求得車輛的平面加速度、以及例如利用機(jī)械式的陀螺儀或數(shù)字式電子羅盤(pán)來(lái)求得行車方位角度，即可利用此些參數(shù)來(lái)以軌跡推算方式求得的地理位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01S19/50GK101097136SQ20061003620
公開(kāi)日2008年1月2日 申請(qǐng)日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者張哲甫 申請(qǐng)人:佛山市順德區(qū)順達(dá)電腦廠有限公司;神達(dá)電腦股份有限公司