电子地图系统、电子地图生成方法、导航方法及导航设备

技术领域

本发明涉及导航电子地图技术领域，特别是一种电子地图系统、电子地图生成方法、导航方法及导航系统。

背景技术

随着我国社会经济高速发展，汽车保有量的不断攀升，物流业的兴起壮大，各种运载工具应运而生，各类型运输工具层出不穷。一方面为我国经济社会发展繁荣带来便捷，一方面也给运输道路带来了压力。尤其是大吨位、超宽型、超长型运输装备为路桥设计的通行能力带来众多安全隐患。从安全角度出发，各地路桥逐渐增加了限高门架、限宽墩、限重警示和减速带等设施，这些措施无疑为路桥和运输装备运行安全提供了一定保障。但是由于这些限高门架、限宽墩、限重警示和减速带越来越多的增加，也给运输装备和工具带来了诸多不便，尤其是大型超长、超宽车辆，因为现有的导航上不能及时有效的显示前方某路段增设的限高门架、限宽墩、桥梁通行载重量限制或减速带等信息，导致车辆行至接近限制点后因限高、限宽或限重等原因既无法通行，又因车体长度、整备质量、物品重量难以调头转向。大吨位装备运输工具因载重超过桥梁限制无法安全通过需要改道绕行。有的车辆因为配送易碎、震动系数低的物品，突遇减速带时来不及减速或者因为重量带来的惯性刹车距离不够无法提前降速造成震动致使物品受损。

为了在路桥不断增设限高、限宽、限重和减速带设施的限制条件下，确保大型或超大型运载工具通行方便、快捷安全，在现有导航系统中增加限高门架、限宽墩、限重警示和减速带信息，并提供路径规划、信息显示、警示以及推荐正确的通行路径，以规避限高门架、限宽墩、限重警示和减速带等约束因素带来的不便，显得尤为重要。同时，现有导航技术中对于路桥范围内限高门架、限宽墩、限重警示和减速带等设施所处位置信息的显示还有所欠缺，不够清楚完整，使用不便。

发明内容

本发明的主要目的是克服现有技术的缺点，提供一种可在导航电子地图上显示路桥范围内车辆通行限制高度、限制宽度、限制载重量及关键地段设置有减速带的准确位置，并提供路径规划，避免因限高、限宽、限重、减速带等交通限行条件造成安全隐患和效率损失的电子地图系统、电子地图生成方法、导航方法及导航系统。

本发明采用如下技术方案：

一种电子地图系统，包括有：

场景数据采集单元，用于采集路桥中的交通限行信息，交通限行信息包括限高、限宽、限重和减速带信息中的至少一种；

数据库单元，用于存储场景数据采集单元采集的交通限行信息场景数据模型；

场景数据应答单元，包括信息设置单元及路径规划单元，信息设置单元用于预置车辆静态信息及设置车辆动态信息，路径规划单元用于将车辆静态、动态信息和交通限行信息进行比对判断，获得能够规避限高、限宽、限重或减速带路况的导航路径；

导航场景合成单元，用于将路桥交通限行信息场景数据动态合成并融入导航路径实际经纬度位置，得到三维或二维图像数据，在相对比例尺的路桥导航场景中显示；

以及导航场景显示单元，用于根据导航路径数据将相关形态的交通限行信息导航场景显示在导航设备上。

一种电子地图生成方法，包括以下步骤：

1)场景数据采集，采集路桥中交通限行信息数据并存储到数据库单元中，交通限行信息数据包括限高、限宽、限重和减速带信息中的至少一种；

2)预置道路通过模型及路径规划算法，通过将车辆参数信息与交通限行信息数据识别比对，得到与车辆参数对应的能通行的路况数据范围，即道路通过模型；设置用于根据车辆参数信息及道路通过模型生成能够规避交通限行路况的导航路径的路径规划算法；

3)导航场景合成，将路桥交通限行信息场景数据动态合成并融入导航路径实际经纬度位置，得到三维或二维图像数据，在相对比例尺的路桥导航场景中显示；

4)导航场景显示，根据导航路径数据将相关形态的交通限行信息导航场景显示在导航设备上。

进一步地，所述场景数据采集采用卫星或航拍图片比对、GPS或北斗精准定位、采集作业车现场采集、导航使用者利用导航设备上传或收藏标记中的一种或多种方式。

进一步地，所述交通限行信息数据包括路桥中限高门架、限宽墩、限重警示和减速带的启点、结束点、总长度位置场景图片资料及实际高度、宽度、长度、限重值、经纬度位置数据以及路桥的360度真实场景影像中的一种或多种。

进一步地，采集的路桥中交通限行信息数据存储在电子地图系统数据母库中和/或导航设备的电子地图数据库中。

进一步地，所述车辆参数信息包括车辆静态信息和车辆动态信息，车辆静态信息预置于数据库单元中，包括车辆类型、总质量、载重量、轴重、拖挂类型中的一种或多种，车辆动态信息通过导航终端设备输入，包括车辆当前位置、目的地位置。

一种基于电子地图系统的导航方法，包括以下步骤：

a.获取备选导航路径，根据输入的车辆当前位置信息和目的地位置信息，初步生成从车辆当前位置到达目的地位置的若干条备选导航路径；

b.数据比对判断，预置道路通过模型，根据车辆参数信息和预先设置的道路通过模型得到车辆能通过的路况数据范围，将每条备选导航路径的电子地图数据与车辆能通过的路况数据范围进行比较，依次判断是否存在能够通过车辆的导航路径，若有备选导航路径的电子地图数据均在车辆能通过的相应路况数据范围内，则判断为存在能够通过车辆的导航路径，否则，判断为不存在能够通过车辆的导航路径；

c.推荐导航路径：当存在多条能够通过车辆的导航路径时，优先选择一条可绝对规避交通限行路况的路径作为推荐导航路径优先显示，其它导航路径根据设置的优先级依次排列；

d.根据生成的导航路径与路桥实景数据合成，将路桥交通限行信息场景数据动态合成并融入导航路径实际经纬度位置，得到三维或二维图像数据，在相对比例尺的电子地图中显示；

e.根据导航路径的三维或二维图像数据，生成图像显示，将包含相关形态的交通限行信息导航场景的电子地图显示在导航设备上。

进一步地，当判断结果为不存在能够通过车辆的导航路径，则发送警示信号至导航设备，以供导航设备根据警示信号发出警示。

进一步地，可通过导航设备手动选择导航路径以及随时更新设置车辆参数信息。

一种导航设备，内置有上述的电子地图系统，还包括有用于显示及输入设置信息的信息交互模块和用于发出警示的警示模块。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

第一，通过在电子地图系统中增加限高门架、限宽墩、限重警示、减速带等交通限行信息，可以在导航电子地图上准确的、真实的再现路桥范围内车辆通行限制高度、限制宽度、限制载重量及关键地段设置有减速带的准确位置，还提供了路径规划及限行信息显示，导航使用者在驾乘过程中，尤其对于大型、超大型、重型、超重型运输装备或工具，在车载或手持的电子导航设备上查看导航电子地图，可以方便快捷的查询浏览到所涉及的交通行程范围内所有限高门架、限宽墩、限重警示及减速带设施的设置位置，从而可规划出能够避免因限高、限宽、限重、减速带等交通限行条件带来的通行路线限制，避免因此造成安全隐患和效率损失。

第二，结合卫星或航拍图片比对、GPS或北斗精准定位、采集作业车现场采集、导航使用者利用导航设备上传或收藏标记等多种数据采集方式，以GPS定位、北斗导航定位、电子地图信息采集、人工实时采集输入综合比对为基准点，以保证在城市、乡村范围内的所有交通网中涉及到的国家高速、国道、省道、县道、村村通公路中关于限高、限宽、限重和减速带信息状态表达的一致性，信息精确度高。

第三，限高、限宽、限重和减速带等交通限行信息不是在导航地图应用环节通过导航引擎根据硬件测量值或属性值计算后显示描绘，而是在数据制作环节就已经将涉及到的交通限行信息数据融入到导航场景数据单元并存储在独立的数据库中，更便于推广应用。

第四，通过设置相关信息要素的优先级，可优先显示更优选的导航路径，以及在缩小视角的电子地图上可选择性显示部分重要标注信息，较为整洁有层次，避免显示界面过于繁杂。

第五，车辆驾驶人可以根据通行需要，结合路径中限高门架、限宽墩、限重警示和减速带位置，通过导航设备手动选择导航路径；同时，在导航按照规划路径运行时也可随时更新设置规避限高、限宽、限重和减速带等路线条件，根据车辆当前所在位置进一步规划路线选择，使用更加灵活方便。

附图说明

图1是本发明实施例1的电子地图系统的控制结构框图；

图2是本发明实施例1的基于电子地图的导航方法流程图；

图3是本发明实施例2的基于电子地图的导航方法流程图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

实施例1

参照图1和图2，本发明的一种电子地图系统，包括有场景数据采集单元、数据库单元、场景数据应答单元、导航场景合成单元以及导航场景显示单元。

场景数据采集单元，采用卫星或航拍图片比对、GPS或北斗精准定位、采集作业车现场采集、导航使用者利用导航设备上传或收藏标记多种方式结合，采集路桥中限高门架、限宽墩、限重警示和减速带的启点、结束点、总长度位置场景图片资料及实际高度、宽度、长度、区间距离、限重值、经纬度位置数据以及路桥的360度真实场景影像等交通限行信息数据。

数据库单元，用于存储场景数据采集单元采集的包含路桥中限高门架、限宽墩、限重警示和减速带启点、止点、区间长度绝对限高、限宽、限重和减速带精准位置的三个维度的路桥场景数据。路桥场景限高、限宽、限重、减速带数据的存储格式为(L,W,H)，其中L为长度，W为宽度，H为相对高度，同时还包含有路桥场景中的三维或二维数据。数据库单元可以是电子地图数据母库或导航设备的电子地图数据库，可以是独立的数据库，也可以是在现有数据库中增加相应的电子数据模块。

场景数据应答单元，涉及场景数据应答交汇，包括信息设置单元及路径规划单元，信息设置单元用于预置车辆静态信息及设置车辆动态信息，路径规划单元包括备选路径获取模块、判断模块、推荐模块，用于将车辆静态、动态信息和交通限行信息进行比对判断，获得能够规避限高、限宽、限重或减速带路况的导航路径。

车辆参数信息包括车辆静态信息和车辆动态信息，车辆静态信息预置于数据库单元中，包括车辆类型、总质量、载重量、轴重、拖挂类型等。车辆动态信息通过导航终端设备输入，包括车辆当前位置、目的地位置。

备选路径获取模块，用于获取备选导航路径，根据输入的车辆当前位置信息和目的地位置信息，初步生成从车辆当前位置到达目的地位置的若干条备选导航路径。

判断模块，用于数据比对判断，根据每条备选导航路径的电子地图数据和车辆参数，依次判断是否存在能够通过车辆的导航路径。

推荐模块，用于推荐导航路径，优选能够通过车辆的导航路径作为推荐导航路径提供给导航客户端，以使导航客户端展示相应的推荐导航路径。

导航场景合成单元，用于将路桥限高门架、限宽墩、限重警示和减速带位于路段及减速带的启点、止点、区间长度等交通限行信息场景数据动态合成并融入导航路径实际经纬度位置，得到三维或二维图像数据，在相对比例尺的路桥导航场景中显示。

导航场景显示单元，用于根据导航路径的三维或二维图像数据，生成图像显示，将相关形态的高度限制、宽度限制、重量限制、减速带启点止点、区间长度等交通限行信息导航场景的电子地图显示在导航设备上。

参照图1和图2，本发明的一种电子地图生成方法，包括以下步骤：

1)场景数据采集，采用卫星或航拍图片比对、GPS或北斗精准定位、采集作业车现场采集、导航使用者利用导航设备上传或收藏标记多种方式结合，采集路桥中限高门架、限宽墩、限重警示和减速带的启点、结束点、总长度位置场景图片资料及实际高度、宽度、长度、区间距离、限重值、经纬度位置数据以及路桥的360度真实场景影像等交通限行信息数据并存储到电子地图系统数据母库中。

2)预置道路通过模型及路径规划算法，通过将车辆参数信息与交通限行信息数据识别比对，得到与车辆参数对应的能通行的路况数据范围，即道路通过模型；设置用于根据车辆参数信息及道路通过模型生成能够规避交通限行路况的导航路径的路径规划算法。车辆参数信息包括车辆静态信息和车辆动态信息，车辆静态信息预置于数据库单元中，包括车辆类型、总质量、载重量、轴重、拖挂类型等，车辆动态信息通过导航终端设备输入，包括车辆当前位置、目的地位置。

3)导航场景合成，将路桥交通限行信息场景数据动态合成并融入导航路径实际经纬度位置，得到三维或二维图像数据，在相对比例尺的路桥导航场景中显示；

4)导航场景显示，根据导航路径数据将相关形态的交通限行信息导航场景显示在导航设备上。

参照图1和图2，本发明的一种基于电子地图系统的导航方法，包括以下步骤：

a.获取备选导航路径，根据输入的车辆当前位置信息和目的地位置信息，初步生成从车辆当前位置到达目的地位置的若干条备选导航路径；根据车辆当前位置信息和目的地位置信息生成若干条备选导航路径的方法为现有技术。

b.数据比对判断，预置道路通过模型，根据车辆参数信息和预先设置的道路通过模型得到车辆能通过的路况数据范围，将每条备选导航路径的电子地图数据与车辆能通过的路况数据范围进行比较，依次判断是否存在能够通过车辆的导航路径，若有备选导航路径的电子地图数据均在车辆能通过的相应路况数据范围内，则判断为存在能够通过车辆的导航路径，否则，判断为不存在能够通过车辆的导航路径；车辆参数包括车辆的总质量标准下最低高度、车辆长度、车辆宽度、车辆最大承载吨位量参数中基数。

c.推荐导航路径：当存在多条能够通过车辆的导航路径时，优先选择一条可绝对规避交通限行路况的路径作为推荐导航路径优先显示，其它导航路径根据设置的优先级依次排列；且在上述限制条件下，无论所选、备选、推荐、避免路线，其限制因素均以各自微观标示出现在实际路线绝对经纬度标点上展示。

d.根据生成的导航路径与路桥实景数据合成，将路桥交通限行信息场景数据动态合成并融入导航路径实际经纬度位置，得到三维或二维图像数据，在相对比例尺的电子地图中显示；

e.根据导航路径的三维或二维图像数据，生成图像显示，将包含相关形态的交通限行信息导航场景的电子地图显示在导航设备上。

当判断结果为不存在能够通过车辆的导航路径，则发送警示信号至导航设备，以供导航设备根据警示信号发出警示。当车辆运行过程中在接近限高门架、限宽墩、限重警示和减速带等设施所处位置点最后一个路口前500米时，将出现提示语音警示前方路况。在未遵循导航提示“强制”进入限高、限宽、限重和减速带等路线制约条件后，导航设备显示屏“限高、限宽、限重和减速带等交通限行信息”精准位置标志点交替跳动显示，并出现提示性警告语音。

可通过导航设备手动选择导航路径以及随时更新设置车辆参数信息。在导航规划运行路径运行后可以随机预置规避限高、限宽、限重和减速带等路线条件，根据车辆当前存在的位置进一步规划路线选择。

终端导航系统在标注时可以设置标注信息的优先级，该优先级用于表示该标注信息的显示优先级，显示优先级高的标注信息可以在电子地图上优先显示。其中，该显示优先级与运输装备类型、地标实体的重要程度正相关，或者，该显示优先级与用户的使用习惯相关。通过设置显示优先级，使得在显示地标实体的标注信息时，较为整洁有层次，避免显示的无关内容过多。限高门架、限宽墩、限重警示和减速带等标注信息，由于限高门架、限宽墩、限重警示和减速带等信息在“重型运输装备预设条件下”的重要程度大于其他地点标注信息，因此，“限高门架、限宽墩、限重警示和减速带等信息”的显示优先级大于“公司、学校等单位或地点”。当用户将电子地图的显示比例调大时，电子地图显示的地标实体过多，根据该显示优先级优先显示“限高门架、限宽墩、限重警示和减速带等信息”。同时，根据限高、限宽、限重、减速带的通行要求，相对于通行条件设置，减速带只是要求车辆低速行驶，不存在超标、超限禁止通行要素，为此其避开或者绕开通行的权重要比限高、限宽、限重低，所以减速带的警示提示仅作为导航路径中的一种提示作用，目的是提醒驾乘人员提前做好减速，减速带并不设置为在路径规划过程中必然避开的交通设施。

本发明的一种导航设备，内置有上述的电子地图系统，还包括有用于显示及输入设置信息的信息交互模块和用于发出警示的警示模块。导航设备为可视化导航设备，可采用车载导航仪、PND、手机、平板电脑或笔记本电脑。

具体地，基于本发明实施例1的电子地图系统进行导航的方法，从数据采集过程至终端导航运行，依次包括以下步骤：

步骤111，根据多种方式获取限高门架、限宽墩、限重警示和减速带数据信息。

获取的方式、途径为：

⑴通过卫星图片、航拍图片制成大比例尺限突出限高门架、限宽墩、限重警示和减速带位置的数据；

⑵通过GPS和北斗卫星图片精准标定限高门架、限宽墩、限重警示和减速带位置的数据；

⑶以国家高速、国道级、省道级、县道级、乡镇级、村村通公路的标准为基准点，按照采集作业车实地拍摄的360度的真实场景影像、路桥涉及的限高门架、限宽墩、限重警示和减速带启点、结束点、总长度位置场景图片资料以及实际高度、宽度、长度、限重值阵列，制作具有绝对高度、宽度、长度、限重值路桥场景的数据；

⑷通过导航终端设备上传收藏、标注限高门架、限宽墩、限重警示和减速带等设施的所处景观特征、经纬度位置数据。

步骤112，将上述数据信息存储服务器数据库或者终端数据库。

将包含实际高度、宽度、长度、限重值的三个维度的限高门架、限宽墩、限重警示和减速带等场景数据存储在导航电子地图数据母库中。或者，将包含实际高度、宽度、长度、限重值的三个维度的限高门架、限宽墩、限重警示和减速带等场景数据存储在导航终端电子地图数据库中。

路桥场景中的限高、限宽、限重、减速带数据的存储格式(L,W,H)，其中L为长度，W为宽度，H为相对高度，同时还包含有路桥场景中的三维或二维数据；其中主要用于存储包含路桥限高门架、限宽墩、限重警示和减速带启点、止点、区间长度绝对限高、限宽、限重和减速带精准位置路桥场景数据。

步骤113，将车辆信息和实时信息与上述数据库信息进行比对判断，获得能够避免或者绕过限高、限宽、限重及减速带的通行路径。

根据车辆预置参数和预先设置的道路通过模型得到车辆能通过的路况数据范围，将每条备选导航路径的电子地图数据与车辆能通过的路况数据范围进行比较，若有备选导航路径的电子地图数据均在车辆能通过的相应路况数据范围内，则确认为存在能够通过车辆的导航路径，否则，确认为不存在能够通过车辆的导航路径，其中，车辆参数包括车辆的总质量标准下最低高度、车辆长度、车辆宽度、车辆最大承载吨位量参数中基数。在上述限制条件下，无论所选、备选、推荐、避免路线，其限制因素均以各自标示形态出现在实际路线绝对经纬度标点上展示，以供选择参考。

还包含警示单元，警示单元用于若判断结果为不存在能够通过车辆的导航路径，则发送警示信号给导航客户端，以供导航客户端根据警示信号发出警示。

步骤S114，根据生成的通行路径与路桥实景数据合成，得到三维或者二维图像数据。

把路桥限高门架、限宽墩、限重警示和减速带位于路段及减速带的启点、止点、区间长度等场景数据动态合成并融入导航路径实际经纬度位置，在相对比例尺的路桥导航场景中显示。

步骤115，根据三维或者二维图像数据，生成图像显示。

根据通行路径数据，在导航设备上根据需要显示出相关形态的高度限制、宽度限制、重量限制、减速带启点止点、区间长度等导航场景。

实施例2

参照图3，本实施例与实施例1的区别在于：

本实施例中，基于电子地图系统进行导航的方法，从数据采集过程至终端导航运行，依次包括以下步骤：

步骤S101，限高门架、限宽墩、限重警示和减速带数据采集单元，主要是通过卫星图片、GPS或者北斗导航、采集作业车采集路桥中存在的限高、限宽、限重和减速带经纬度位置、高度、宽度、起止点等信息。

采集方式还包含使用者在终端导航设备上的录入、采集上传。

步骤S102，限高门架、限宽墩、限重警示和减速带数据库单元，主要是将步骤S101中采集的数据存储在服务器中，用于数据调出、比对、交换、获取等，其终端导航数据库还能够用于使用者自行采集、录入、收藏的功能。

步骤S103，车辆静态信息设置，包括车辆类型、总质量、额定载重量、车辆的长宽高、轴重等信息。车辆类型，如挂车、半挂车、平板车、罐车等。这些信息用于参与限高门架、限宽墩、限重警示和减速带数据库信息比对，从而准确生成避开限高门架、限宽墩、限重警示和减速带设置从而实现绕行的重要基础信息。

步骤S104，车辆动态信息设置，是根据车辆当前停止或者行驶处于的位置、目的地位置的预设预置。实质就是设置车辆当前位置作为启点，目的地位置作为终点，从启点至终点之间生成动态的、多条通行路径，并将这一动态信息生成的预经过的道路信息与S102、S103中的交通限行信息数据交叉比对，是形成避开限高门架、限宽墩、限重警示和减速带设置进而精准实现绕行的另一个重要基础信息。

步骤S105，数据比对判断，备选获取路径，推荐默认路径。

将S102、S103、S104之间信息进行交换比对，初步生成一条或者多条通行路径，这些路径按照通行预设、预置通行条件从最优化的路径到一般的通行路径逐一排列形成数据。在接收到比对结果后，按照“最优、备选、一般”标准权重条件，把能够绝对避开限高门架、限宽墩、限重警示和减速带设置进而精准实现绕行的路径最优化的排列出来。然后按照最优化的通行路径的默认推荐出来。

根据限高、限宽、限重、减速带的通行要求，相对于通行条件设置，减速带只是要求车辆低速行驶，不存在超标、超限禁止通行要素，为此其避开或者绕开通行的权重要比限高、限宽、限重低，所以减速带的警示提示仅作为导航路径中的一种提示作用，目的是提醒驾乘人员提前做好减速，实施例中并不把禁止通行的要求添加到S102中。

需要说明的是在默认推荐的情况下，车辆驾驶人也可以根据通行需要，结合路径中限高门架、限宽墩、限重警示和减速带位置手动选择避免、绕行的路径。

步骤S106,导航场景合成单元。

把S102数据库固定信息和S105信息数据进行三维或者二维实景合成，形成显示数据。

步骤S107,警示单元。

根据车辆行驶信息，提供在车辆偏离导航路径后，感知不符合通行规划后，激活语音警示、提示音，以提醒驾驶人驾驶车辆回归到实现避开限高门架、限宽墩、限重警示和减速带设置的通行路径中来。

步骤S108，导航场景显示单元。

把S107合成的图像数据显示在大屏上。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：导航设备中查看电子地图具有虚拟地点全景展示功能。在电子地图中通过全景模式、卫星图模式、2D平面图模式或直升机模式展示电子地图，鸟瞰模式为以空中俯瞰的视角显示电子地图。以及响应于用户的操作以自动模式和手动模式设置电子地图的视角，自动模式包括自动360度旋转展示电子地图，手动模式包括手动控制电子地图的缩放和旋转。

上述仅为本发明的三个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。