產生用于導航裝置的數據庫的方法、輸出三維地圖的方法和導航裝置制造方法
【專利摘要】在產生數據庫以便用來輸出三維地圖的方法中，確定二維道路矢量到由數字地形模型數據定義的三維表面上的投影?；诮⒌耐队皝泶_定至少一個三維道路矢量(94，95，98，99)并且將其存儲在所述數據庫中。所述數據庫是在其被部署到導航裝置以便用來輸出三維地圖之前產生。輸出三維地圖的方法和導航裝置可使用如此產生的數據庫。
【專利說明】產生用于導航裝置的數據庫的方法、輸出三維地圖的方法和導航裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明的實施方案涉及與通過導航裝置輸出三維地圖相關聯(lián)的方法和裝置。本發(fā)明的實施方案尤其涉及產生用于導航裝置的數據庫的方法，涉及顯示三維地圖的方法，并且涉及允許輸出三維地圖(即，透視圖)的導航裝置。
【背景技術】
[0002]光學輸出裝置廣泛用于導航裝置中。這類輸出裝置可用于輸出電子地圖。因為電子地圖可以顯示在小型和/或便攜式裝置的屏幕上，所以電子地圖的優(yōu)點在于用途廣泛并且小而緊湊。
[0003]三維(3D)地圖(即，透視表示)，由于其高辨識品質，可能對用戶有特殊價值。與傳統(tǒng)的二維表示相比，當輸出三維地圖時，可以促進環(huán)境區(qū)(如街道交叉口)的辨識。
[0004]可以想到用于配置導航裝置以使得可顯示3D地圖的各種方法。可以預先計算表示道路交叉口區(qū)域的透視圖的圖形圖像并且將其存儲在導航裝置中。當將要顯示3D地圖時，這種方法就計算時間來說將是有效的，但是遭受靈活性的降低。如果存儲圖形圖像的有界集合，用來表示交叉口類型的有限集合，那么這類圖形圖像與地形模型的整合可能有挑戰(zhàn)性。
[0005]在另一種方法中，可以將數字地形模型(DTM)數據存儲在導航裝置中。導航裝置可以在運行時計算傳統(tǒng)數字地圖的二維道路矢量到由DTM數據定義的表面上的投影。這種方法提供較高的靈活性，但是就計算時間和/或計算資源來說可能成本很高。EP1107189A2描述一種地圖顯示系統(tǒng)和方法，其中導航系統(tǒng)存儲2D地圖和地貌數據，所述2D地圖和地貌數據需要由導航系統(tǒng)處理來準備3D地圖數據。

【發(fā)明內容】

[0006]因此，需要在顯示3D地圖中提供靈活性的導航裝置和方法。還需要在運行時允許產生道路段的透視圖同時僅需要適度的計算資源的這類裝置和方法。
[0007]根據實施方案，提供如獨立權利要求中所述的方法和裝置。從屬權利要求定義實施方案。
[0008]根據一方面，提供一種產生用于導航裝置的數據庫的方法。在所述方法中，從2D地圖數據庫檢索多個二維道路矢量，其中所述二維道路矢量中的每一個定義道路網絡的道路段。檢索數字地形模型數據，所述數字地形模型數據定義三維表面。針對所述多個檢索的二維道路矢量中的每一個二維道路矢量，建立所述二維道路矢量沿預定義投影方向到所述三維表面上的投影。針對每一個二維道路矢量，基于所述建立的投影確定至少一個三維道路矢量，所述至少一個三維道路矢量包括位于所述至少一個三維道路矢量上的點的高度信息。將所述至少一個三維道路矢量存儲在所述數據庫中。用于產生所述數據庫的步驟是在所述數據庫被部署到導航裝置之前執(zhí)行。[0009]使用所述方法，包括三維道路矢量(即，包括高度信息的道路矢量)的數據庫是在所述數據庫被部署到導航裝置之前產生。預處理不包括位于道路段上的點的高度信息的傳統(tǒng)2D地圖數據，來產生包括道路段的這種高度信息的數據庫。這允許在產生數據庫的預處理階段中執(zhí)行計算成本高昂的步驟，如將二維道路矢量投影到三維表面上。當導航裝置輸出3D地圖時，則不再需要在運行時執(zhí)行這類投影步驟?？蓽p少強加在用于在導航裝置中產生3D地圖的計算資源和/或計算時間上的需求。2D地圖的二維道路矢量到三維表面上的投影不需要在車輛上計算。
[0010]產生數據庫的方法可以由與車輛分離的電子裝置來執(zhí)行?？梢詫祿觳渴鸬杰囕v的導航裝置，例如通過通過有線或無線數據通信通道將數據庫傳輸到導航裝置的存儲裝置。
[0011]根據慣例，投影方向對應于平行于重力矢量的方向。這個軸將又稱為Z軸。高度信息可為沿投影方向的坐標并且將又稱為Z坐標。
[0012]三維道路矢量可具有不同的數據格式。為了說明，可以確定表示三維道路矢量的起點的(x，y，z)坐標的坐標3元組,和表示三維道路矢量的終點的(x，y，z)坐標的另一個坐標3元組。其它表示是可能的。為了說明，可以確定表示起點或終點中的一個的(x，y，z)坐標三元組的坐標3元組以及定義三維道路矢量的定向和三維道路矢量的長度的一對角度并且將其存儲在數據庫中。
[0013]定義三維道路矢量的數據可以使得所述數據提供關于道路段的起點與終點之間的高度差的信息。
[0014]為了確定至少一個三維道路矢量，針對位于建立的投影上的多個中間點，可以分別確定中間點距通過所述投影的初始點和所述投影的終點的直線的距離。所述距離是以傳統(tǒng)方式分別確定為垂直于所述直線而定向的線的長度，所述線從各個中間點通到所述直線。因此，可以量化沿道路段的地形的不平坦性?？上鄳剡x擇以給定精度描述道路段所需要的三維道路矢量的數目。通過使用中間點距直線的距離來選擇性地產生額外的三維道路矢量，可以使三維道路矢量的數目保持適度并且因此使數據庫所需要的存儲空間保持適度。
[0015]可針對這個距離分別執(zhí)行閾值比較，并且可基于閾值比較來確定至少一個三維道路矢量。因此，可基于閾值比較來調整描述道路段所需要的三維道路矢量的數目。如果針對若干不同的詳細級別執(zhí)行若干次三維道路矢量的確定，那么可基于詳細級別來選擇閾值。
[0016]基于各個中間點距由各自位于三維表面上的兩個點定義的線的距離，在定義三維道路矢量時可放棄投影的中間點。這允許降低存儲空間需求。用于放棄中間點的準則可因此基于點距沿三維表面延伸的線的距離。
[0017]如果針對中間點，所述距離大于閾值，那么可針對二維道路矢量選擇性地確定多于一個三維道路矢量。因此，可在需要時選擇性地增加針對一個二維道路矢量所產生的三維道路矢量的數目，來適應地形的不平坦性。
[0018]由數字地形模型數據定義的三維表面可包括多個面。所述多個面可為不規(guī)則三角網絡(INT)的三角面。多個中間點可包括位于面之間的邊界上的投影點。使用這類中間點來執(zhí)行閾值比較，可有效地考慮到地形的不平坦性。
[0019]可基于數字地形模型數據并且基于確定的至少一個三維道路矢量來產生修改后的數字地形模型數據?？稍跀祿毂徊渴鸬綄Ш窖b置之前將修改后的數字地形模型數據存儲在數據庫中。通過產生修改后的地形模型數據，在由導航裝置輸出3D地圖時可確保道路段與周圍地形之間的無縫過渡。產生修改后的數字地形模型數據可包括基于三維道路矢量和任選地如道路寬度的其它量來執(zhí)行的再三角化。
[0020]可針對多個二維道路矢量分別檢索關于道路寬度的信息。可基于關于道路寬度的信息來確定至少一個三維道路矢量和修改后的數字地形模型數據。通過基于道路寬度來產生至少一個三維道路矢量，可減輕或消除在一個道路段與另一個道路段之間的過渡節(jié)點處可能出現(xiàn)的偽影。
[0021]可通過確定各個道路段的道路類別來分別檢索關于道路寬度的信息。為了說明，道路類別可為功能道路類別。道路分類通常可用于從中檢索二維道路矢量的2D地圖數據庫，并且可用來確定至少一個三維道路矢量和/或用于針對修改后的數字地形模型數據定義新的三角面。
[0022]在確定三維道路矢量和修改后的數字地形模型數據中，以下假設可用作約束:可根據針對各個道路段存儲在2D地圖數據庫中的道路類別來確定道路寬度。在垂直于用于道路段的三維矢量的方向上在道路表面上延伸的線垂直于投影方向；即，這條線水平地延伸。兩個或兩個以上道路段交會的區(qū)域是水平的。即，可以將這類區(qū)域定義為垂直于投影方向而定向的平面多邊形。
[0023]產生修改后的數字地形模型數據可包括針對確定的三維道路矢量中的每一個確定三角面，各個三維道路矢量在所述三角面中延伸，并且所述三角面具有垂直于三維道路矢量和投影方向兩者的邊緣。因此，可強加如下現(xiàn)實約束:橫越道路段的表面而延伸的矢量是水平地定向的，所述矢量垂直于道路段的縱向方向(即，垂直于三維道路矢量)。即，因此可迫使橫越道路段的表面而延伸的這個矢量平行于χ-y平面。
[0024]產生修改后的數字地形模型數據可包括針對確定的三維道路矢量的多個三維道路矢量分別確定三角面，各個三維道路矢量在所述三角面中延伸，并且所述三角面具有垂直于三維道路矢量的水平邊緣。
[0025]產生修改后的數字地形模型數據可包括定義道路網絡的節(jié)點處的水平過渡區(qū)域，第一二維道路矢量和第二二維道路矢量在所述節(jié)點處彼此鄰接?？苫诘谝欢S道路矢量和第二二維道路矢量到三維表面上的投影來定義多邊形，所述多邊形定義水平過渡區(qū)域的邊界。可重新定義DTM數據，以使得所述多邊形的高度坐標不同于所述節(jié)點到如由原始(即，未重新定義的)DTM數據定義的三維表面上的投影的高度坐標。
[0026]為了產生修改后的數字地形模型數據，可識別至少第一二維道路矢量和第二二維道路矢量所分別連接到的道路網絡的節(jié)點。針對識別的節(jié)點中的每一個，可確定垂直于投影方向而定向的平面多邊形，以使得針對第一二維道路矢量確定的第一三維道路矢量和針對第二二維道路矢量確定的第二三維道路矢量布置在所述多邊形內。因此，可在至少兩個道路段交會的節(jié)點處實行平行于χ-y平面的過渡區(qū)域。可減輕或消除否則可出現(xiàn)在這類節(jié)點處的偽影。
[0027]可通過計算針對第一二維道路矢量確定的第一道路邊界與針對第二二維道路矢量確定的第二道路邊界的交叉點的三個空間坐標來確定所述多邊形的角點。這個交叉點可容易地確定為平行于各個三維道路矢量的方向矢量而延伸并且在平行于χ-y平面的方向上從所述三維道路矢量偏移的多條線的交叉點。表示道路邊界的線可參數化為:
[0028]P: (A) =: + 為.天 ± di.?/ x ?"，( I)
[0029]其中i指示用于連接到節(jié)點的三維道路矢量的標記，為三維道路矢量的初
始點的坐標三元組，et為指向三維道路矢量的單位矢量，S為指向投影方向的單位矢量，入i e [0，Ii]為參數，其中Ii為三維道路矢量的長度，并且Cli為與道路矢量相關聯(lián)的道路段的道路寬度的一半。通過使具有由方程式(I)給出的形式的兩條線交叉，可確定所述平面多邊形的高度(z坐標)，所述兩條線對應于不同道路段的道路邊界。
[0030]可分別定向所述多邊形的邊緣的子集，以使得所述子集中的每一邊緣垂直于投影方向和連接到各個節(jié)點的二維道路矢量中的各自一個。因此，可確保從道路段到由所述多邊形定義的過渡區(qū)域或接合區(qū)域的平滑過渡。
[0031]確定垂直于投影方向的平面多邊形所針對的節(jié)點可包括多于兩個二維道路矢量所連接到的道路接合點。通過引入在接合點處的這類水平平面區(qū)域，可減輕或消除可出現(xiàn)在透視圖中的偽影。
[0032]數據庫可為關系型數據庫。三維道路矢量的初始點和/或終點的坐標可作為道路段的屬性存儲在關系型數據庫中。
[0033]所述數據庫可為根據導航數據標準(NDS)的地圖數據庫。
[0034]根據另一方面，提供一種使用根據任何一個方面或實施方案的產生數據庫的方法所產生的數據庫。
[0035]根據另一方面，提供一種通過導航裝置的光學輸出裝置輸出三維地圖的方法。存取存儲數字地形模型數據和三維道路矢量的`數據庫。所述三維道路矢量表示道路網絡的道路段并且包括高度信息?？蓹z索至少一個三維道路矢量?？刂乒鈱W輸出裝置以便基于所述檢索的至少一個三維道路矢量并且獨立于所述數字地形模型數據來產生由所述至少一個三維道路矢量表示的至少一個道路段的透視圖。
[0036]在這種方法中，在導航裝置中使用將道路矢量存儲為三維矢量的數據庫。這允許直接基于三維道路矢量來產生道路段的透視圖。不需要在運行時計算二維道路矢量到由數字地形模型定義的表面上的投影。
[0037]在這種方法中使用的數據庫可為使用根據任何一個方面或實施方案的產生數據庫的方法所產生的數據庫。在顯示三維地圖的方法中使用的數據庫的數字地形模型數據可對應于如在產生數據庫的方法的情境下所提及的“修改后的數字地形模型數據”。即，可確保數字地形模型數據與三維道路矢量之間的一致性。
[0038]所述方法可包括產生圍繞道路段的地形的透視圖?？苫趶臄祿鞕z索的數字地形模型數據來產生地形的透視圖。
[0039]如果要顯示二維地圖，那么可放棄三維道路矢量的高度信息。即，可通過使用三維道路矢量的初始點和終點的X坐標和I坐標而不使用Z坐標來產生二維地圖。
[0040]根據另一方面，提供一種導航裝置。所述導航裝置包括光學輸出裝置、數據庫和處理裝置。所述數據庫存儲數字地形模型數據和三維道路矢量。所述三維道路矢量分別表示道路網絡的道路段并且包括高度信息。所述處理裝置連接到所述光學輸出裝置并且連接到所述數據庫。所述處理裝置被配置成從所述數據庫檢索至少一個三維道路矢量，并且控制所述光學輸出裝置以便基于所述檢索的至少一個三維道路矢量并且獨立于所述數字地形模型數據來產生由所述至少一個三維道路矢量表示的至少一個道路段的透視圖。
[0041]這個導航裝置具有將道路矢量存儲為三維矢量的數據庫。這允許直接基于三維道路矢量來產生道路段的透視圖。不需要在運行時計算二維道路矢量到由數字地形模型定義的表面上的投影。
[0042]在這種方法中使用的數據庫可為使用根據任何一個方面或實施方案的產生數據庫的方法所產生的數據庫。在顯示三維地圖的方法中使用的數據庫的數字地形模型數據可對應于如在產生數據庫的方法的情境下所提及的“修改后的數字地形模型數據”。即，可確保數字地形模型數據與三維道路矢量之間的一致性。
[0043]所述處理裝置可被配置成基于從數據庫檢索的數字地形模型數據來產生圍繞道路段的地形的透視圖。
[0044]所述導航裝置可為車輛導航裝置。所述車輛導航裝置可以被可拆除地或固定地安裝在車輛中。
[0045]方面和實施方案可用于數據庫，所述數據庫是用于輸出三維地圖，尤其在車輛導航裝置中。
[0046]將理解，以上提及的特征和以下將要解釋的特征不僅可按所指示的各個組合來使用，而且還可按其它組合來使用或分開來使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0047]結合隨附圖式來閱讀時，從對實施方案的以下詳細描述，實施方案的前述特征和其它特征將變得更顯而易見。在圖式中，相似的參考數字是指相似的元件。
[0048]圖1為導航裝置的示意性方塊圖。
[0049]圖2為數據庫的示意表示。
[0050]圖3為產生數據庫的方法的流程圖。
[0051]圖4為輸出屋頂結構的方法的流程圖。
[0052]圖5為在產生數據庫的方法中使用的程序的流程圖。
[0053]圖6為由二維道路矢量和地形模型表示的道路段的平面圖。
[0054]圖7為二維道路矢量和投影方向所跨越的繪圖平面中的側視圖。
[0055]圖8為例示針對二維道路矢量所產生的多個三維道路矢量的側視圖。
[0056]圖9和圖10為由二維道路矢量表示的道路段和地形模型的平面圖。
[0057]圖11為用于解釋水平過渡區(qū)域的引入的示意性平面圖。
[0058]圖12為用于解釋水平過渡區(qū)域的引入的示意性透視圖。
[0059]圖13為用于解釋水平過渡區(qū)域的引入的示意性平面圖。
[0060]圖14至圖16為用于解釋水平接合區(qū)域的引入的示意性平面圖。
【具體實施方式】
[0061]圖1示意性地例示出根據一個實施方案的導航裝置I。導航裝置I包括處理裝置2，所述處理裝置控制導航裝置I的操作。處理裝置2可包括中央處理單元，例如包括一個或多個微處理器、數字信號處理器或專用集成電路。處理裝置2還可包括圖形處理器。導航裝置I進一步包括存儲在存儲裝置3中的數據庫。存儲裝置3可包括各種類型的存儲器(如隨機存取存儲器、閃存或硬盤)中的任何一個或任何組合，而且還包括可移除式存儲器，如光盤(⑶)、DVD、存儲卡等。導航裝置I還包括光學輸出裝置4。導航裝置I還可包括輸入接口 5。
[0062]導航裝置I可包括額外部件，如位置傳感器和/或無線接收器。位置傳感器可適于確定安裝了導航裝置I的車輛的當前位置。位置傳感器可包括GPS(全球定位系統(tǒng))傳感器、伽利略(Galileo)傳感器、基于移動通信網絡的位置傳感器等。無線接收器可被配置成接收用于更新存儲在存儲裝置3中的數據庫的信息。
[0063]存儲裝置3存儲包括地圖數據的數據庫，表示道路段的道路矢量存儲在所述數據庫中。如以下將更詳細地解釋，道路矢量是存儲為三維道路矢量。即，道路矢量是以允許確定位于各個道路矢量上的點的三個空間坐標(x，y，z)的格式來存儲的。三維道路矢量可具有各種數據格式中的任一格式。為了說明，表示三維道路矢量的起點的(x，y，z)坐標的坐標3元組和表示三維道路矢量的終點的U，y, z)坐標的另一個坐標3元組可存儲在數據庫中。其它表示是可能的。為了說明，表示起點或終點中的一個的(X，y, z)坐標的坐標3元組以及定義3D道路矢量的定向和3D道路矢量的長度的一對角度可存儲在數據庫中。另外，數據庫還可包括可用于產生三維地圖的數字地形模型數據，所述三維地圖包括圍繞道路段的地形的透視圖。
[0064]處理裝置2被配置成基于存儲在存儲裝置3中的三維道路矢量來產生道路段的透視圖。道路段的透視圖的產生可直接基于存儲在數據庫中的三維道路矢量，而不必計算三維道路矢量到由數字地形模型定義的表面上的投影。處理裝置2可檢索數字地形模型數據來產生圍繞道路段的地形的透視圖。
[0065]存儲在導航裝置I的數據庫中的三維道路矢量可在所述數據庫被存儲在導航裝置I中之前產生。以下將參考圖3和圖5至圖16更詳細地解釋產生數據庫的方法。
[0066]可以各種方式并且在各種時間將具有三維道路矢量的數據庫部署到導航裝置。為了說明，可在組裝導航裝置I之后并且在使用導航裝置I之前將數據庫或數據庫的部分存儲在導航裝置I中?；蛘?，或另外，可在更新程序中將數據庫或數據庫的部分存儲在導航裝置I中。這個更新程序可包括將三維道路矢量有線或無線傳輸到導航裝置，以便在導航裝置數據庫的更新中適應道路網絡的改變。
[0067]存儲在存儲器3中的數據庫可包括不同的邏輯層，如將參考圖2更詳細地解釋。另夕卜，數據庫可分為不同的塊，所述不同的塊與瓦片式顯示的不同的更新區(qū)或瓦片相關聯(lián)。這樣的結構便于執(zhí)行更新。這對執(zhí)行數據庫的更新以便使數據庫適應于局部改變(例如，適應于新道路或重建的道路)來說尤其可取。于是可通過僅更新受道路網絡的改變影響的更新區(qū)或瓦片來執(zhí)行這類更新。這允許更易于以更具時效性的方式或作為空中更新來執(zhí)行更新。
[0068]圖2為地圖數據庫10的示意表示。具有以下所解釋的結構的地圖數據庫10可存儲在導航裝置I的存儲裝置3中。
[0069]地圖數據庫10包括多個層11-15。所述層可包括:路線選擇層11，其存儲執(zhí)行路線搜索所需要的信息；以及指引層12，其存儲路線指引所需要的數據。地圖數據庫10可包括額外層13-15。名稱層13可包括對道路名稱、門牌號或類似物的參考。興趣點(POI)層14可包括關于興趣點的信息。先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)層15可包括用于先進駕駛輔助的數據?？商峁╊~外或替代層，如包括用于卡車或貨車的特定信息的卡車層、用于語音表示的層或用于基本地圖顯示的層。
[0070]地圖數據庫10可被配置為關系型數據庫。數據庫的層中的至少一個層(如路線選擇層11或指引層12)可包括三維道路矢量。數字地圖數據可存儲在指引層12、P0I層14或另一個適合的層中，或存儲在多個這類層中。
[0071]圖3為產生包括三維道路矢量的數據庫的方法20的流程圖。方法20可由與導航裝置分離的電子計算裝置來執(zhí)行。由電子計算裝置產生的其中包括有三維道路矢量的數據庫可被部署到多個導航裝置，以便用來產生三維光學輸出。多個導航裝置可安裝在多個不同的車輛中。方法20可由與車輛分離的電子計算裝置來執(zhí)行，使得包括三維道路矢量的數據庫可被傳輸到車輛，以便用來輸出3D地圖。
[0072]一般來說，使用數字地形模型(DTM)數據來處理傳統(tǒng)地圖數據產生三維道路矢量，在所述傳統(tǒng)地圖數據中，道路段是由表示道路段的二維道路矢量來表示的。三維道路矢量包括關于各個道路矢量上的初始點和終點以及因此所有中間點的高度坐標的信息。與可由初始點坐標的2元組(xA, yA)和終點坐標的2元組(xB, yB)定義的原始二維道路矢量形成對比，三維道路矢量包括關于z坐標的信息。z方向指向重力矢量，以使得三維道路矢量可用初始點坐標的3元組(xA，yA, zA)和終點坐標的3元組(xB，yB, zB)來分別定義。為此，將二維道路矢量投影到由DTM數據定義的三維表面上。然后可基于投影來確定高度值(即，z坐標)。
[0073]重力矢量的方向可發(fā)生局部變化，且因此用來將二維道路矢量轉換為三維道路矢量的投影方向可發(fā)生局部變化。雖然這類改變可能對某些道路網絡來說可以忽略，但是通過允許X軸、y軸和z軸具有局部變化的方向，可易于考慮到這類改變。這類局部改變對如在導航裝置中使用的道路段的特性尺寸來說可以忽略，并且以下將不詳細論述。然而，對X軸、y軸和z軸或者對投影方向的任何參考可考慮到各個坐標軸和方向的局部變化。
[0074]在21處，從傳統(tǒng)地圖數據庫檢索二維道路矢量，在所述傳統(tǒng)地圖數據庫中，道路矢量是存儲為二維矢量，所述二維矢量不包括關于各個矢量的初始點與終點之間的高度差的信息?？蓮牡貓D數據庫檢索額外信息，如關于由檢索的二維道路矢量表示的道路段的道路類別或車道數目的信息。關于道路類別或車道數目的信息可用來估計道路段的寬度。道路段的寬度可用來確定在道路網絡的節(jié)點附近的三維道路矢量。
[0075]在22處，針對道路矢量的至少一個環(huán)境來檢索DTM數據。DTM數據可以定義不規(guī)則三角網絡(ITN)。DTM數據也可以具有任何其它適合的格式，所述格式提供隨坐標2元組而變的高度信息，所述坐標2元組定義在與重力矢量正交的平面中的位置。DTM數據定義三維表面。
[0076]在23處，將二維道路矢量投影到由DTM數據定義的三維表面上。一般來說，所得投影將為不直的線。針對呈ITN形式的地形模型，投影可包括一系列線段，相鄰線段的定向在ITN的三角面之間的邊界處改變。
[0077]在24處，基于投影來確定至少一個三維道路矢量。確定至少一個三維道路矢量可包括各種處理操作，如將參考圖5至圖16更詳細地解釋。
[0078]在一些實行方案中，可選擇需要被確定來表示投影的三維道路矢量的數目，以便確保位于三維道路矢量上的點與三維表面之間的距離小于閾值。
[0079]在一些實行方案中，可在若干二維道路網絡彼此連接的節(jié)點處引入垂直于投影方向而定向的三維道路矢量。
[0080]在一些實行方案中，針對給定的二維道路矢量產生至少一個三維道路矢量可進一步取決于另一個二維道路矢量來執(zhí)行，所述另一個二維道路矢量在節(jié)點處連接到在21處檢索的二維道路矢量。在24處產生至少一個三維道路矢量可包括確定由檢索的二維道路矢量表示的道路段的寬度和由另一個二維道路矢量表示的另一個道路段的寬度，所述另一個二維道路矢量在道路網絡的節(jié)點處連接到在21處檢索的二維道路矢量。
[0081]在25處，確定是否要處理另一個二維道路矢量以便產生至少一個三維道路矢量。如果存在另一個二維道路矢量，那么方法可回到21。然后可對下一個二維道路矢量重復步驟21至步驟25。
[0082]如果已對需要針對其確定至少一個三維道路矢量的所有二維道路矢量執(zhí)行了步驟21至步驟24，那么在26處，將針對不同二維道路矢量所確定的三維道路矢量存儲在數據庫中。
[0083]如果要在不同的詳細級別上(B卩，以不同的粗糙度)輸出三維地圖，那么可對這些級別中的每一個執(zhí)行針對方法20所描述的處理。包括二維道路矢量的地圖數據和DTM兩者可因詳細級別不同而不同。
[0084]雖然在圖3中例示出順序處理方案，但是也可以針對若干二維道路矢量并行地執(zhí)行確定至少一個三維道路矢量。方法還可包括產生修改后的DTM數據，以便確保確定的三維道路矢量與周圍地形之間的一致性。修改后的DTM數據可以也存儲在數據庫中。
[0085]使用方法20產生的數據庫可隨后被部署到導航裝置。一般來說，包括三維道路矢量的同一數據庫將被用于許多導航裝置中。在方法20中確定了道路段的高度信息的情況下，當將要在使用數據庫來操作的導航裝置中產生透視圖時，不再需要將二維道路矢量投影到三維表面上。
[0086]圖4為通過光學輸出裝置輸出三維地圖的方法30的流程圖。方法30可由導航裝置I的處理裝置2執(zhí)行，以便通過光學輸出裝置4輸出三維地圖，即，透視圖。方法30使用存儲三維道路矢量的數據庫。數據庫還可包括DTM數據。數據庫可以是存儲三維道路矢量的非易失性數據庫。數據庫可永久地存儲針對覆蓋一個區(qū)的區(qū)域的三維道路矢量，所述區(qū)大于顯示器上所顯示的區(qū)。數據庫可永久地存儲針對覆蓋例如一個或若干國家的區(qū)域的三維道路矢量，無論道路矢量是否包括在顯示器上正在顯示的區(qū)域中。因此，當在顯示器上輸出三維地圖時，可使用預先計算的三維道路矢量，而不需要在車輛上計算二維道路矢量到表面上的投影。
[0087]在31處，存取數據庫，所述數據庫中存儲有三維道路矢量。三維道路矢量中的每一個都包括高度信息，所述高度信息指定由三維道路矢量表示的道路段在高度方向上(即，在平行于重力矢量的方向上)的方向。
[0088]在32處，從數據庫檢索一個或若干三維道路矢量?？蓹z索額外信息，如關于由三維道路矢量表示的各個道路段的道路類別或車道數目的信息。這種信息可用來確定道路寬度。
[0089]在33處，基于三維道路矢量來產生道路段的透視圖。道路段的透視圖是獨立于存儲在數據庫中的DTM數據而產生的。在產生道路段的透視圖時，可使用其它數據，如關于道路類別或車道數目的信息。在通過三維道路矢量來定義道路段在空間中的定向且尤其是高度坐標沿道路段的改變的情況下，不需要在33處計算二維道路矢量大三維表面上的投影。
[0090]還可以產生圍繞道路段的地形的透視圖?？苫贒TM數據來產生這個透視圖。因為DTM數據定義表面輪廓，所以同樣不需要計算多條線到由DTM數據定義的三維表面上的任何投影來產生圍繞道路段的地形的透視圖。
[0091]參考圖5至圖16，將更詳細地解釋用于確定三維道路矢量和產生修改后的DTM數據的程序。圖5為程序40的流程圖。圖6至圖16為說明性視圖，參考所述說明性視圖，將參考示例性二維道路矢量和DTM數據來解釋程序40的步驟。程序40可用來實行圖3的方法20的步驟24。所述程序是由電子計算裝置基于具有二維道路矢量和DTM數據的數字地圖自動地執(zhí)行。
[0092]一般來說，參考圖5至圖16所描述的用于確定三維道路矢量的程序基于若干假設來操作。即，假設垂直于道路段(其對應于三維道路矢量)的縱軸延伸并且在道路段的平面內延伸的矢量是水平的，并且因此垂直于投影方向。進一步假設兩個或兩個以上二維道路矢量彼此連接的區(qū)域是水平的，即，垂直于投影方向。雖然這些假設對大多數道路網絡來說是合理假設，但是在其它實施方案中可使用其它約束。
[0093]雖然將在產生三維道路矢量的情境下描述某些技術，但是在由三維道路矢量產生道路段的透視圖時可類似地使用相同技術。
[0094]在41處，在已建立二維道路矢量到由DTM數據定義的三維表面上的投影之后，確定位于投影上的中間點。中間點與投影的初始點和終點間隔開。對于定義ITN的DTM數據來說，中間點可以是或可至少包括投影橫貫ITN的各三角面之間的邊界時所在的點。
[0095]在42處，可選擇性地放棄中間點，以便產生至少一個三維道路矢量。當DTM數據定義ITN時，三維表面上的投影由一系列線段組成，以使得所述投影可同等地由三維道路矢量的集合來表示，所述三維道路矢量的數目等于所述投影所在的ITN的不同三角面的數目。有可能通過容許三維道路矢量與三維表面之間小于或等于預定閾值的偏差來減少三維道路矢量的數目。一個三維道路矢量可足以描述在ITN的不同三角面上延伸的線段，前提條件是三角面的定向不會因面不同而展現(xiàn)出過于明顯的改變。在面的平面顯著改變的情況下，需要定義另一個三維道路矢量。
[0096]為了以系統(tǒng)方式選擇三維道路矢量的數目和定向，可確定在41處確定的中間點與通過投影的初始點和投影的終點的直線的距離。可對所述距離與閾值進行比較。如果所述距離小于或等于閾值，那么不需要定義在中間點處終止的單獨矢量。
[0097]為了說明，如果投影橫貫各面之間的邊界時所在的所有中間點都具有距通過投影的初始點和投影的終點的直線的距離，并且所述距離分別小于閾值，那么通過一個矢量來近似所述投影通?？赡芫蛪蛄?。如以下將更詳細地解釋，可在如此確定的三維道路矢量的初始點和終點處定義具有水平定向的額外的短三維道路矢量，以確保平滑過渡。
[0098]參考圖6至圖9，將更詳細地說明步驟41和步驟42。
[0099]圖6展示二維道路矢量66的平面圖。在平面圖中也展示了呈ITN形式的三維表面。ITN包括三角面61-65。二維道路矢量到由DTM數據定義的三維表面上的投影具有初始點A和終點B。雖然在圖6中以平面圖來展示，但是當二維道路矢量被投影到三維表面上時，點A和點B的所有二個坐標是已知的。中間點P1、P2、P3和P4是投影橫貫各二角面之間的邊界時所在的點?？纱_定所述中間點中的每一個的所有三個坐標。
[0100]對于ITN來說，針對位于各面之間的邊界上的中間點執(zhí)行以下描述的閾值比較就夠了。對于DTM數據的其它格式來說，可根據其它準則來選擇中間點。為了說明，可考慮具有給定的固定間隔的中間點。
[0101]圖7展示二維道路矢量66和指向投影方向的矢量71所跨越的繪圖平面中的側視圖。垂直于指向投影方向的矢量71的平面在本文中又稱為χ-y平面，而矢量71指向的方向又稱為z方向，所述z方向平行于重力矢量。
[0102]二維道路矢量到ITN的三角面上的投影包括線性段72、73。針對位于面邊界上的中間點，存在多個線性段，所述線性段在投影的初始點A與中間點中的一個(P1)之間、在連續(xù)的中間點之間以及在最后一個中間點與投影的終點B之間延伸。
[0103]可實行步驟42處的選擇，以使得針對中間點確定各個中間點距介于投影的初始點A與投影的終點B之間的直線74的距離。因此，識別出并非位于由線76和線77定義的走廊內的中間點，所述線76和線77平行于直線74而延伸。線76和線77在垂直于直線74的方向上從直線74偏移了閾值距離75。閾值距離75定義所述走廊的寬度，并且因此定義直線74與三維表面之間被視為可接受的偏差?？苫诜謩e確定三維道路矢量所針對的地圖的詳細級別來選擇閾值距離75。
[0104]在圖7中，中間點Pi示例性地展示為位于走廊外。即，Pi距直線74的距離大于閾值距離75。所有其它中間點都位于具有由閾值距離75給定的寬度的走廊內。因此，除中間點Pi之外，不需要定義在各個中間點處終止的專用三維道路矢量。
[0105]圖8例示出導致這種情況的兩個三維道路矢量78和79的所得集合。針對二維道路矢量66確定的一個三維道路矢量78以投影的初始點A作為初始點，并且以與直線74的距離大于閾值的中間點Pi作為終點。針對二維道路矢量66確定的另一個三維道路矢量79以中間點Pi作為初始點，并且以投影的終點B作為終點。
[0106]可使用用于以系統(tǒng)方式確定三維道路矢量的數目和定向的其它技術。為了說明，可確定中間點Pp以使得所有中間點P1,…，Pp1都定位成距通過投影的初始點A和P」的直線的距離小于閾值，但是P」距通過初始點A和下一個中間點Pp1的直線的距離大于閾值。然后，可定義從初始點A到如此識別的中間點匕的第一三維道路矢量。隨后，可通過識別中間點Pk(其中k>j)來重復這個程序，以使得所有中間點Pj+1，…，Plri都定位成距通過Pj和Pk的直線的距離小于閾值，但是Pk距通過P」和下一個中間點Pk+1的直線的距離大于閾值。然后將下一個三維道路矢量定義為以Pk作為初始點并且以Pj作為終點的矢量。可重復所述程序，直到到達投影的終點B。
[0107]使用這種閾值比較來確定哪些中間點需要被保留來如實地再現(xiàn)三維表面(具有由閾值給定的容限)，可以使三維道路矢量的數目保持適度?？梢虼藴p少存儲空間需求。
[0108]圖9展示具有若干二維道路矢量的道路網絡的平面圖。一個二維道路矢量的投影在A處終止。另一個二維道路矢量的投影在A處開始并且在B處終止。又一個二維道路矢量的投影在B處開始。使用參考圖6至圖8所描述的處理，確定位于ITN的各面之間的邊界上的中間點。位于參考圖7所解釋的走廊內的中間點由開圓指示，并且在定義三維道路矢量時可不予考慮。位于所述走廊外的中間點(如中間點Pi)由全圓指示。在定義三維道路矢量時考慮這類中間點。
[0109]在圖9中，一個三維道路矢量在A處終止。另一個三維道路矢量78以A作為起點并且以Pi作為終點。另一個三維道路矢量79以PJt為起點并且以B作為終點。另一個三維道路矢量82以B作為起點并且以Pk作為終點。另一個三維道路矢量83以Pk作為起點。
[0110]兩個三維道路矢量78和79都是針對同一二維道路矢量所確定的。類似地，兩個三維道路矢量82和83都是針對同一二維道路矢量所確定的。
[0111]可在點A和點B附近定義額外的三維道路矢量，所述點A和點B對應于兩個或兩個以上二維道路矢量所連接到的節(jié)點。這些額外的三維道路矢量可被定義成具有垂直于投影方向71的定向。即，這些三維道路矢量可水平延伸。這類水平道路矢量的高度值(即，z坐標)和長度可基于連接到節(jié)點的二維道路矢量、DTM數據和另外關于由二維道路矢量表示的道路段的道路寬度的信息來確定。
[0112]回到圖5的程序40，在42處，檢索關于道路寬度的信息。關于道路寬度的信息可用于定義至少兩個二維道路矢量所連接到的道路網絡節(jié)點處的過渡區(qū)域或接合區(qū)域。關于道路寬度的信息可為道路類別。道路分類的各種實施例(如功能道路類別(FRC))是已知的，并且被用于傳統(tǒng)地圖數據庫中。基于道路類別，可估計道路寬度，這是由于對長距離行駛來說更重要的道路通常比地方道路更寬這一事實。關于道路寬度的信息可還包括道路的車道數目。使用這種信息，也可以估計道路寬度。
[0113]在44處，識別二維道路矢量所連接到的道路網絡的節(jié)點。如果存在多個這類節(jié)點，那么可針對所述節(jié)點中的每一個執(zhí)行步驟44至步驟49。如果由二維矢量表示的道路段不是無出口的道路，那么道路段將通常在其末端中的任一個末端處連接到節(jié)點。
[0114]在步驟45至步驟49中，可定義額外的三維道路矢量以便減輕三維道路矢量之間的過渡處的偽影，所述三維道路矢量在投影到χ-y平面中時在平面圖中具有不同定向。一般來說，確定水平的閉合平`面多邊形。通過計算兩個道路段的外邊界之間的交叉點來確定多邊形的高度值(即，z坐標值)。定義位于平面多邊形內的三維道路矢量，在x-y平面中的定向對應于相關聯(lián)的二維道路矢量的定向。閉合多邊形的至少一些邊緣可由具有針對閉合多邊形所確定的z值并且垂直于三維道路矢量而延伸的線來確定。
[0115]僅出于清晰性的原因，將分開描述兩個二維道路矢量連接到節(jié)點的情況和多于兩個二維道路矢量連接到節(jié)點的情況。
[0116]在45處，確定是否多于兩個二維道路矢量連接到節(jié)點。若僅有兩個二維道路矢量連接到節(jié)點，則方法進行46。否則，方法進行48。
[0117]在46處，在節(jié)點的區(qū)域內確定水平過渡區(qū)域。水平過渡區(qū)域的邊界是閉合多邊形。水平過渡區(qū)域垂直于投影方向而定向。可通過計算連接到節(jié)點的兩個道路段的外道路邊界之間的交叉點來確定水平過渡區(qū)域的z坐標值。
[0118]如果使用索引標記“I”來指第一道路段，那么在節(jié)點附近的第一道路段的外邊界可參數化為:
[0119](Λ ) ~ Ραλ + A.高土.巨I χ 各P，(2)
[0120]其中％對應于第一道路段的三維道路矢量的初始點的坐標三元組，？,為指向用于第一道路段的三維道路矢量的單位矢量，I為指向投影方向的單位矢量，λ i e [0，I1]為參數，其中I1為用于第一道路段的三維道路矢量的長度，并且Cl1為與道路矢量相關聯(lián)的道路段的道路寬度的一半。對于道路的至少一側，所述參數化不需要被限于區(qū)間[O, I1]。
[0121] 類似地，如果使用索引標記“2”來指第二道路段，那么在節(jié)點附近的第二道路段的外邊界可參數化為:
[01 22]
【權利要求】
1.一種產生用于導航裝置(I)的數據庫(10)的方法，所述方法包括在所述數據庫(10)被部署到所述導航裝置(I)以便用來產生透視圖之前執(zhí)行的以下步驟: 從地圖數據庫檢索多個二維道路矢量(66 ;88，89)，所述二維道路矢量(66 ;88，89)中的每一個定義道路網絡的道路段； 檢索數字地形模型數據，所述數字地形模型數據定義三維表面(80)； 針對所述檢索的多個二維道路矢量出6 ;88，89)中的每一個二維道路矢量(66 ;88，89): 建立所述二維道路矢量(66 ;88，89)沿預定義投影方向(71)到所述三維表面(80)上的投影(72，73)； 基于所述建立的投影(72，73)來確定至少一個三維道路矢量(78，79 ;81_83 ;94，95，98，99 ; 115-118，135-138)，所述至少一個三維道路矢量(78，79 ;81_83 ;94，95，98，99 ；115-118,135-138)包括位于所述至少一個三維道路矢量(78,79 ;81_83 ;94，95，98，99 ；115-118,135-138)上的點的高度信息；以及 將所述至少一個三維道路矢量(78,79 ；81-83 ;94，95，98，99 ;115_118，135-138)存儲在所述數據庫(10)中。
2.如權利要求1所述的方法， 其中所述確定所述至少一個三維道路矢量(78,79 ；81-83 ;94，95，98，99 ;115_118，135-138)包括: 針對位于所述投影(72，73)上的多個中間點(P1-P4)，分別確定所述中間點(P1-P4)距通過所述投影(72，73)的初始點(A)和所述投影(72，73)的另一個點(B)的直線(74)的距離，所述投影(72，73)的所述初始點(A)和所述另一個點(B)分別具有位于所述三維表面(80)上的坐標3元組。
3.如權利要求2所述的方法， 其中針對所述距離分別執(zhí)行閾值比較，并且基于所述閾值比較來確定所述至少一個三維道路矢量(78,79 ；81-83 ;94，95，98，99 ;115_118，135-138)。
4.如權利要求3所述的方法， 其中如果針對中間點(P1-P4),所述距離大于所述閾值，那么針對二維道路矢量(66;88，89)選擇性地確定多于一個三維道路矢量(78，79 ;81_83 ;94，95，98，99 ;115-118，135-138)。
5.如權利要求2至4中任一項所述的方法， 其中由所述數字地形模型數據定義的所述三維表面(80)包括多個面(61-65)，并且 其中所述多個中間點(P1-P4)包括位于面(61-65)之間的邊界上的所述投影(72，73)的點(P1-P4)。
6.如前述權利要求中任一項所述的方法， 其中基于所述數字地形模型數據，并且基于所述確定的至少一個三維道路矢量(78，79 ；81-83 ;94，95，98，99 ;115_118，135-138)，來產生修改后的數字地形模型數據，并且 其中在所述數據庫 (10)被部署到所述導航裝置(I)之前將所述修改后的數字地形模型數據存儲在所述數據庫(10)中。
7.如權利要求6所述的方法，其中針對所述多個二維道路矢量(66 ;88，89)分別檢索關于道路寬度⑶的信息，并且 其中基于所述關于道路寬度(D)的信息來確定所述至少一個三維道路矢量(78，79 ；81-83 ;94，95，98，99 ;115_118，135-138)和所述修改后的數字地形模型數據。
8.如權利要求6或7所述的方法， 其中產生所述修改后的數字地形模型數據包括: 針對多個所述確定的三維道路矢量(78，79 ；81-83 ;94，95，98，99 ;115_118，135-138)確定三角面(104-108)，所述各個三維道路矢量(78,79 ;81_83 ;94，95，98，99 ;115_118，135-138)在所述三角面(104-108)中延伸，并且所述三角面(104-108)具有垂直于所述三維道路矢量(78,79 ；81-83 ;94，95，98，99 ;115_118，135-138)和所述投影方向(71)兩者的邊緣(101，102)。
9.如權利要求6至8中任一項所述的方法， 其中產生所述修改后的數字地形模型數據包括: 識別所述多個二維道路矢量(66 ;88，89)中的至少第一二維道路矢量(88)和第二二維道路矢量(89)分別所連接到的所述道路網絡的節(jié)點(T)，以及 針對所述識別的節(jié)點中的每一個，識別垂直于所述投影方向(71)而定向的平面多邊形，以使得針對所述第一二維道路矢量確定的第一三維道路矢量(98 ；135)和針對所述第二二維道路矢量確定的第二三維道路矢量(99 ；136)布置在所述多邊形內。
10.如權利要求9所述的方法， 其中通過計算基于所述第一二維道路矢量(66 ;88，89)確定的第一道路邊界(96 ；121)與基于所述第二二維道路矢量確定的第二道路邊界(97;122)的交叉點的三個空間坐標，來確定所述多邊形的角點(C;Sa)。
11.如權利要求9或10所述的方法， 其中所述多邊形的邊緣(101，102 ;123-126)的子集分別被定向以使得所述子集中的每一個邊緣(101，102;123-126)垂直于所述投影方向(71)并且分別垂直于位于由所述多邊形定義或與所述多邊形交叉的區(qū)域內的三維道路矢量(94，95，98，99 ;115_118 ；135-138)中的一個。
12.如權利要求9至11中任一項所述的方法， 其中確定垂直于所述投影方向(71)的所述平面多邊形所針對的所述節(jié)點包括多于兩個二維道路矢量所連接到的道路接合點。
13.如前述權利要求中任一項所述的方法， 其中所述數據庫為關系型數據庫(10)。
14.如前述權利要求中任一項所述的方法， 其中所述數據庫(10)是由與所述導航裝置分離的電子裝置產生，并且被部署到安裝在多個不同車輛中的多個導航裝置。
15.一種通過導航裝置(I)的光學輸出裝置(3)輸出三維地圖的方法，所述方法包括: 存取存儲數字地形模型數據和三維道路矢量(78，79 ；81-83 ;94，95，98，99 ;115_118，135-138)的數據庫(10)，所述三維道路矢量(78,79 ;81_83 ;94，95，98，99 ;115_118，135-138)表示道路網絡并且包括位于所述三維道路矢量(78，79 ;81_83 ;94，95，98，99 ；115-118，135-138)上的點的高度信息，檢索至少一個三維道路矢量(78,79 ；81-83 ;94，95，98，99 ;115_118，135-138)，以及 控制所述光學輸出裝置(3)以便基于所述檢索的至少一個三維道路矢量(78，79;81-83 ;94，95，98，99 ;115_118，135-138)并且獨立于所述數字地形模型數據來產生所述道路網絡的至少一個道路段的透視圖。
16.如權利要求15所述的方法， 其中所述數據庫(10)是使用如權利要求1至14中任一項所述的產生數據庫的方法產生的。
17.一種導航裝置(1)，其包括: 光學輸出裝置(3)， 數據庫(10)，其存儲數字地形模型數據和三維道路矢量(78，79 ；81-83 ;94，95，98，99 ；115-118，135-138)，所述三維道路矢量(78,79 ;81_83 ;94，95，98，99 ;115_118，135-138)表示道路網絡并且包括位于所述三維道路矢量(78，79 ；81-83 ;94，95，98，99 ;115_118，135-138)上的點的高度信息，以及 處理裝置，其連接到所述光學輸出裝置(3)并且連接到所述數據庫(10)，所述處理裝置被配置成從所述數據庫(10)檢索至少一個三維道路矢量(78，79 ；81-83 ;94，95，98，99 ；115-118，135-138)，并且控制所述光學輸出裝置(3)以便基于所述檢索的至少一個三維道路矢量(78,79 ；81-83 ;94，95，98，99 ;115_118，135-138)并且獨立于所述數字地形模型數據來產生所述道路網絡的至少一`個道路段的透視圖。
【文檔編號】G06T17/05GK103562681SQ201280026885
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年5月31日 優(yōu)先權日:2011年6月1日
【發(fā)明者】M.斯特拉森伯格-克萊恰克 申請人:哈曼貝克自動系統(tǒng)股份有限公司