移动或便携式设备中用于定向地图显示的方法和装置

1.一种移动设备，其特征在于包括：
地图存储器；
用于输出位置定点的GPS接收机；
用于输出罗盘朝向的罗盘；
控制器，被耦合到所述存储器并用于检索其中的地图，被耦合到所述GPS接 收机并用于根据从中读取的第一和第二GPS位置定点来计算朝向定点，以及被耦合 到所述罗盘并用于从中读取罗盘朝向；
耦合到所述控制器的显示器，且其中
所述控制器计算表示所述朝向定点和所述地图定向间差异的地图偏量值，并 且如果所述朝向定点不可用，则所述控制器计算表示所述罗盘朝向和所述地图定向 间差异的偏量值，并且所述控制器用于感觉所述偏量值把所述地图写入所述显示 器。
2.如权利要求1所述的移动设备，其特征在于，所述控制器重复所述偏量值 的计算并且据此把所述地图重新写入所述显示器。
3.如权利要求2所述的移动设备，其特征在于，所述控制器周期性地重复。
4.如权利要求2所述的移动设备，其特征在于，当所述第二GPS位置定点与 所述第一GPS位置定点相差至少阈值时，所述控制器进行重复。
5.如权利要求2所述的移动设备，其特征在于，当表示罗盘朝向和地图定向 间差异的所述偏量值超出阈值时，所述控制器进行重复。
6.一种在移动设备中定向地图显示的方法，其特征在于包括下列步骤：
读取第一和第二GPS位置定点并且计算表示该移动设备的运动方向的GPS朝 向定点；
计算表示所述GPS朝向定点和地图定向间差异的偏量值；
一当确定GPS朝向定点不可用，读取表示该移动设备的方向的罗盘朝向，并 计算表示罗盘朝向和地图定向间差异的偏量值，以及
根据所述偏量值把所述地图写入显示器。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于还包括下列步骤：
通过重复所述的读取、计算和写入步骤来更新地图定向。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述更新步骤周期性地被重复。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述更新步骤在所述第二GPS位 置定点与所述第一GPS位置定点相差至少阈值时被重复。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述写入步骤在表示罗盘朝向 和地图定向间差异的所述偏量值超出阈值时被执行。

发明领域：
本发明涉及电子测绘技术。更明确地说，本发明涉及使用电子罗盘或GPS方 向定位来定向电子设备的显示器中的地图以便使其相对于地球与设备的取向一致 的系统和方法。
相关技术描述：
最近几年，计算机地图绘制技术的使用得到巨大的发展。精确的电子地图的 广泛可用性以及处理和显示技术的低成本是该趋势背后的驱动力。地图可用于固定 媒体上、存储器中、以及诸如国际互联网这样的网络上。现在摩托车辆上使用了带 有基于GPS位置测定的地图绘制软件系统使得本地化的地图可方便地供用户使用。 这种实现的一个实例是在租用的汽车中，其中详细地图和驾驶方向在安装在租用汽 车中的移动地图绘制设备中被提供给用户。
在GPS实施方式中，根据GPS位置定点在地图上显示当前的位置点，以便用 户不断移动时其位置被显示在地图上。用户运动的方向可以通过计算从位置定点到 位置定点的总移动方向来确定。然而，由于GPS系统的分辨率准确度是有限的，因 此不能可靠地确定少量的运动，并且从而不能准确地计算出方向。
按照惯例，地图的上部表示北方。用户需要把这种方向抽象化到实体世界中。 随着绘制地图技术可被容易地使用并且对用户的特定环境敏感，这种取向的传统变 得受限。例如，在带有指示用户当前位置的指针所显示的图的手提便携式设备中， 用户与地图和实际环境有紧密的交互关系。用户研究地图并接着观察实际环境来定 位并跟踪他们的位置和目的地。当地图总是以上部表示北方时，它并不反映用户对 其周围区域的实际视图。这种情况下最好重新定向地图从而把用户直接正对的物体 显示在上部。由此改进了密切的交互关系并使地图更容易地有利于用户使用。
虽然上述地图显示的重定向可以用基于GPS的系统实现，然而GPS系统的定 位准确度限制会引起问题。当绘图设备被开启时，由于GPS方法为了确定朝向定点 需要两个连续的位置定点，因此不存在直接的定向。另外，肯定有足够的移动量来 克服GPS系统固有的测量不准确度。还有，当设备运动减慢到连续定点间的移动量 小于GPS的分辨率的点时，则发生关于当前方向或朝向的不确定性程度。
因此本领域中需要一种用于在移动或便携式设备内定向地图显示的方法和装 置。
发明摘要
本发明的装置和方法针对了本领域中的需要。发明的装置是带有地图存储器 和用于输出罗盘朝向的罗盘的移动设备。控制器被耦合到存储器并用于检索其中的 地图。该控制器也被耦合到罗盘并用于从中读取罗盘的朝向。显示器也被耦合到控 制器。控制器计算表示罗盘朝向和地图定向之间差异的偏量并且按照该偏量值把地 图写入显示器。
在进一步的精确表达中，控制器重复偏量值的计算并且按照它把地图重新写 入显示器。控制器周期性地重复这个过程。在进一步的精确表达中，控制器在表示 罗盘朝向和地图定向间的差异超出阈值时进行重复。
在本发明的另一实施例中，移动设备包括地图存储器、用于输出位置定点的 GPS接收机、以及用于输出罗盘朝向的罗盘。控制器被耦合到存储器并用于检索其 中的地图，且控制器被耦合到GPS接收机并用于根据从中读取的第一和第二位置定 点来计算朝向定点。控制器也被耦合到罗盘并用于读取其中的罗盘朝向。显示器也 被耦合到控制器。控制器计算表示朝向定点和地图定向间的差异的地图偏量值。然 而，如果朝向定点不可用，则控制器计算表示罗盘朝向和地图定向间的差异的偏量 值。最后，控制器不管是否确定而按照该偏量值把地图写入显示器。
在上述实施例的精确表达中，控制器重复偏量值的计算并且据此把地图重新 写入显示器。而且，控制器周期性地重复这个过程。在进一步的精确表达中，控制 器在第二GPS位置定点与所述第一GPS位置定点至少相差阈值时进行重复。在另一 个精确表达中，控制器在表示罗盘朝向和地图定向间差异的偏量值超出阈值时进行 重复。
本发明也说明了若干操作方法。这些方法包括在移动设备中定向地图显示的 方法，它包括读取表示移动设备方向的罗盘朝向以及计算表示罗盘朝向和地图定向 间差异的偏量值的步骤。然后根据该偏量值把地图写入显示器。
该方法的精确表达包括通过重复读取、计算和写入步骤来更新地图定向的附 加步骤。在进一步的明确表达中，周期性地重复该更新步骤。在进一步的精确表达 中，当表示罗盘朝向和地图定向间差异的偏量值超出阈值时执行写入步骤。
在移动设备显示器中定向地图的另一种方法包括读取第一和第二GPS位置定 点以及计算表示移动设备的运动方向的GPS朝向定点的步骤。在确定了GPS朝向定 点由于精度或其它原因引起的不可用或不确定后，本发明包括读取表示移动设备的 定向的罗盘朝向的步骤。然后，本发明的方法计算表示GPS朝向定点和地图定向间 差异的偏量值。如果这由于精度或其它原因而不可用或不确定，则本发明的方法另 外计算表示罗盘朝向和地图定向间差异的偏量值。最后，该方法按照该偏量值把地 图写入显示器。
该方法的精确表达是通过重复读取、计算和写入步骤来更新地图定向。在进 一步的精确表达中周期性地重复更新步骤。在更进一步的精确表达中，当第二GPS 位置定点与第一GPS位置定点至少相差阈值时重复更新步骤。在另一种精确表达 中，当表示罗盘朝向和地图定向间差异的偏量值超出阈值时执行写入步骤。
附图的简要描述
图1是本发明的便携式设备实现方式的说明性实施例的图。
图2A是本发明的说明性实施例的功能的说明。
图2B是本发明的说明性实施例的功能的说明。
图2C是本发明的说明性实施例的功能的说明。
图2D是本发明的说明性实施例的功能的说明。
图3是本发明的说明性系统的功能性框图。
图4是本发明的说明性实施例的功能性框图。
图5是本发明的说明性实施例的功能性框图。
发明的描述
现在将参考附图来描述说明性的实施例和示例性的应用来揭示本发明的有利 原理。虽然这里参考特定应用的说明性实施例描述了本发明，然而可以理解本发明 并不限于此。本领域的普通技术人员和接触了这里提供的原理的人员将认识到其范 围内的其它修改、应用和实施例以及本发明可在其中起到重要作用的其它领域。
本发明的说明性实施例一般在手提便携式或提供地图显示导航信息的移 动车辆设备内实现。然而，它可应用于位置不固定的任何设备。这样的设备可 以用存储器中的地图数据来预编程，或者地图数据可在设备工作时被放入存储 器中。例如，可以为用户提供便携式存储卡，它被插入该设备以便能改变地图 数据使设备适合将在其中工作的特定地理位置。或者，可以通过来自诸如国际 互联网等网络的通信链路来提供地图数据。在蜂窝或PCS电话包括本发明的一 种实现方式中，地图信息可以通过蜂窝或PCS通信协议以数据分组的形式从国 际互联网被接收到并接着被存储到设备的存储器中。
参考图1，它是以其中带有地图显示功能的无线电话2为形式的本发明的 便携式设备实施方式的说明性实施例的图。无线电话2带有用于常规无线电话 操作模式中的麦克风10和耳机8。无线电话2也包括允许用户以通常方式操作 无线电话6的键盘6。如本领域的普通技术人员可理解的那样，键盘也允许用 户控制诸如选择要被显示的地图区域、缩放地图以显示用户所期望的比例等绘 图功能。无线电话2也包括用于显示地图信息的显示器4。从而，当用户通过 访问无线电话2的键盘6来启用绘图功能时，地图被显示在显示器4上。
地图绘制领域中的惯例是把北方显示在地图或地图显示的上部。因此，以 北为上的配置是大多数地图的默认定向。当抽象地按照用户考虑场所、道路和 其它地理目标间的地理关系来构画地图时，这种惯例是非常有用的。然而，随 着便携式绘图技术的出现，构画地图时的抽象程度被更直接地归结到实体世 界。本发明以其中用户转动地图来对准车辆驾驶的实际方向的类似于驾驶汽车 时使用纸张地图的方式，便于包含地图绘制功能的移动设备的显示器内纸张地 图的实际转动。
参考图2A到2D，它们是本发明的说明性实施例的功能的一系列说明。值 得注意的是，在所有图2A到2D中，如由向北的箭头12所示，向北的方向被 表现在图页的上部。图2A中，用户14带有包括本发明的地图定向装置和方法 的说明性实施例无线电话16(下文中成为“移动设备”)。移动设备16的详 细视图示出取向与用户正面向的方向如北方一致的地图，并且该北方被定向在 地图18的上部。
图2B中，用户20带有移动设备22并且面对向东的方向。由于本发明已 经响应了方向的变化(如下详细所述)，因此地图24的取向已由偏量值改变。 移动设备22已确定该单元的方向已经顺时针方向转过90°，并从而确定了从 默认地图定向(北)到当前定向的偏离为逆时针的90°。因此计算了逆时针90 °的偏离值且地图24已经通过按照该偏量来转动地图图象元素或像素而被重 新定向。如图2B所示，地图取向已被顺时针转动90°以便地图24的上部表示 用户20直接正对的方向(向东)，而非默认的北方。
关于图2C，可以看到用户26拥有移动设备28并且面对南一东南方向。适 当的偏移角被计算并且地图被相应地转动以产生移动设备28的详细视图中所 示的地图取向30。移动设备28已确定该单元所有的方向已被顺时针转过160°， 并从而确定从默认地图定向(北)到当前所有定向的偏量为逆时针的160°。同 样，在图2D中，用户32拿着移动设备34朝着西南方向站立。在移动设备的 详细视图中，所示的地图36的取向已被逆时针地转过225°。地图36的取向 应被逆时针转过90°。因此可以看到，本发明根据作为默认地图定向和移动设 备的被测方向间的差异、或作为前面计算的偏量值以及最新测量并计算的偏移 值而被测量的偏移角来定向和重新定向地图显示。
默认地图定向和被测移动设备间的关系被称为偏移角。按照惯例，地图的 默认定向为北方。然而这只是常规的，本领域的技术人员可以计划并使用任何 适当的基准。同样，地图显示的上部被视作地图默认定向的基准点；然而可以 使用任何适当的基准点。
具有可用于显示的地图后，为了计算在地图被写入显示器时的转动所需的 偏移角，则需要确定移动设备的方向。本发明中有两种拥有确定移动设备方向 的技术，每一种都有其自身的优点。一种方法是使用能时而输出移动设备的位 置定点的GPS(全球定位系统)接收机。GPS接收机内的位置定点包括接收机 的三维坐标和时间基准。一般地，这是纬度、精度、高度和GPS时间。商用GPS 接收机中这些测量值的准确度在基于平方根方差计算的100米之内。GPS操作 和精度的概念对于本领域普通技术人员是众所周知的。
GPS位置定点不提供其内部和其自身的设备定向信息。然而，如果移动设 备在一段时间上移动并且至少采用了两个位置定点，则可通过计算来确定运动 趋势，从而表示移动设备的移动方向。因而，朝向可被推断为移动方向。因为 运动趋势不反映离开运动路径的次要偏移，譬如围绕障碍物地行进，因此这是 一种有效的取向确定方法，尤其在移动环境中。显示方向对准运动趋势并且不 用次要的路线偏移对自身进行重新定向。换句话说，地图的上部保持与运动的 一般趋势对准而非与指向移动设备的瞬时方向对准。
在用两个连续GPS位置定点完成的取向确定中存在一些限制。一个限制是 移动设备最初被激活且尚未发生任何运动的情况。在这种情况下，两次连续的 读取将不显示任何运动，从而不能进行取向确定。另一个限制是总位移小于GPS 位置定点的测量精度，即小于100米的情况。虽然可以作出取向计算，然而不 能确定是否能准确地表现设备的运动趋势。第三个限制是运动太慢以致于连续 的读取不能有足够的间隔来产生准确的运动趋势线的情况。如下将详细所述， 本发明用新颖的方法解决了这些问题。
方向测量的另一替代是使用电子罗盘来测量关于地球磁性北极的移动设 备的瞬时方向。电子罗盘在本领域中众所周知并且一般输出表示它们所结合到 的设备的罗盘朝向的信号。这种方法的优点在于，单次读取能确定设备的取向。 然而，其缺点在于，读取在设备的运动过程中对所有偏移都敏感。本发明的特 征包括了有利地组合这两种方向确定方法从而在需要时减轻了这个问题。
参考图3，它是本发明的移动设备的说明性实施例的功能性框图。如前所 述，该移动设备包括拥有输出GPS位置定点的GPS接收机44。该GPS接收机被 耦合到控制器38，该控制器是一般用于便携式、低功率设备中的各种微处理器 或微控制器。这种控制器对本领域的技术人员来说是众所周知的。电子罗盘46 可以是包括Hall效应传感器、电阻设备、或电流回路传感器型电子罗盘的任 何种类，但不限于此。罗盘也可以使用读取磁性指示器的位置的机电结构，譬 如在常规磁性罗盘中。同样，磁盘方向可以得自惯性设备，譬如陀螺仪或其等 价物。在任何情况下，罗盘输出表示移动设备的磁性朝向的信号。控制器拥有 读取并处理GPS位置定点和罗盘朝向。另外，控制器拥有执行把两个或多个GPS 位置定点转换成一个朝向定点所需的计算。这样的计算对于本领域的普通技术 人员来说是众所周知的。
图3中的移动设备也包括用于存储一幅或多幅地图的数字表示的存储器 42。可以使用数字方式定义地图的任何适当系统，包括但不限于位图图象、jpeg 图象、HTML图形等等。所有所需的是一些用于标识地图的基准方向以便稍后计 算方向偏量的装置。定向可以基于常规北方的标识、或偶尔被设计的任何其它 方向的定向。该说明性的实施例也包括地图输入/输出电路40。在某些应用中， 地图可以在制造或初始编程时被编程到存储器42中。或者，可以使用地图输 入-输出电路40以便用户可以时时改变并更新存储器42中的地图。可以使用 任何适当的输入或输出。通过但不限于实例的方式，无论这些输入输出是否采 用电线、光纤或无线电接口，它们都可包括任一存储卡、软盘、小型硬盘驱动 器、CD-ROM驱动器、或与外部设备或网络的串行或并行接口。外部网络可包括 国际互联网或其它私有或公共网络。
图3中说明的移动设备也包括允许访问设备的各种功能的适当的用户界面 48以及图形显示器50。显示器50可以是LCD显示器或适用于显示诸如地图等 图形图像的其它技术。显示器被用来在控制器计算出偏量值并把图像转动到适 当位置之后显示被重新定向的地图52。这种显示器的设计和使用连同控制器对 本领域的技术人员来说是众所周知的。
参考图4，它是本发明的说明性实施例的流程图的功能性框图。该过程从 步骤54处开始并且继续进行到其中处理器访问地图的步骤56。在步骤58处， 处理器检查以确定GPS位置定点是否可用。如前所述，除仅存在GPS接收机之 外，处理器确定连续的位置定点间是否存在足够的移动以允许GPS朝向的准确 确定。GPS位置定点周期性地被采用并被GPS朝向的计算所遵循。如果可以计 算GPS朝向，则它在步骤60处被读取并且流程图继续进行到步骤64，这在下 面会详细描述。反之，在步骤58处，如果不能确定任何GPS朝向，则在步骤 62处读取磁性罗盘的方向。由于过程的这方面解决了上述与GPS朝向确定相关 的问题，因此它是重要的进步。实际上，在未受到不连续运动的严重影响的设 备中，完全替换GPS朝向确定是适当的。流程图进行到步骤64。在步骤64处， 无论朝向是由GPS定点还是由罗盘朝向所确定，地图的偏量值都被计算。偏量 值是默认朝向和被测朝向间的差异，并且可以用任何适当的单位来表示。在说 明性的实施例中，使用默认地理北方的磁性罗盘朝向，且单位为度数。
确定了偏量值之后，地图在步骤66处被定向到该偏移角并在步骤68处被 写入显示器。用于把图形图像重新定向到显示器的方法可被本领域的技术人员 所理解。本发明中可使用任何适当的方法。该过程在步骤70处完成。
参考图5，它是本发明的说明性实施例的功能性框图。图5中的过程不同 于图4中的过程，因为地图定向从前面定向的地图显示中被更新，并且在方向 的变化未达到最小阈值时添加阈值的测量以避免重新定向。该过程有利于时时 跟踪移动设备方向的运动和变化。该过程从步骤72处开始并进行到步骤74， 其中检索当前的地图朝向或当前的偏量值。如前面参考图4所描述的，在步骤 76作出确定适当的GPS方向是否可用的测试。如果可以计算GPS朝向，则它在 步骤78处被读取且流程进行到步骤82。如果GPS朝向不可用，则在步骤80处 读取磁性罗盘朝向。在两种情况下，在步骤82处计算朝向偏量值以确定用于 显示的当前朝向方向。值得注意的是，朝向中很小的改变可能并不重要且按照 它对显示的更新可能造成不期望的显示抖动或显示干扰。因此，在步骤84处， 作出测试以确定现有地图定向偏量值和新的偏量值之间的差异是否超出阈值。 阈值的大小是任意的并且应该基于特定移动设备和操作环境以及用户的考虑 而被选定。如果该差异小于该阈值，则不必要作出任何变化且过程在步骤92 处结束。反之，如果新的偏量朝向超出该阈值，则在步骤86处计算新的地图 朝向偏量值且地图根据它在步骤88处被重新定向。然后地图在步骤90处被写 入显示器且过程在步骤92处结束。
由此，这里参考特定应用的特定实施例对本发明进行了描述。因此，所附 权利要求意图覆盖本发明范围内的任何和所有这样的应用、修改和实施例。
发明背景