ES2266826T3 - Procedimiento y sistema de almacenamiento y de extraccion rapida de elevaciones de modelo digital de terreno para su utilizacion en sistemas de posicionamiento. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para extraer datos de elevación para la determinación de la posición de un dispositivo móvil, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes: localizar una primera parte comprimida de un modelo de elevación digital (DEM) utilizando un primer índice, comprendiendo el modelo de elevación digital una pluralidad de partes comprimidas que comprenden la primera parte comprimida, señalando el primer índice una ubicación de almacenamiento en la que se encuentra almacenada la primera parte comprimida; descomprimir la primera parte comprimida para extraer los primeros datos de elevación para por lo menos un punto de muestra (X1, X2, X3, X4) en el modelo de elevación Digital; y utilizar los datos de elevación para efectuar ayuda de altitud (1511) en un sistema de posicionamiento asociado con el dispositivo móvil.
Description
Procedimiento y sistema de almacenamiento y de
extracción rápida de elevaciones de modelo digital de terreno para
su utilización en sistemas de posicionamiento.
La presente invención se refiere a sistemas de
posicionamiento híbridos asistidos inalámbricos, y más
particularmente al almacenamiento y extracción de elevaciones de
modelos digitales del terreno.
Para llevar a cabo la determinación de la
posición en redes celulares inalámbricas (por ejemplo una red de
telefonía móvil), algunas soluciones efectúan una triangulación
basándose en la utilización de la información de cronometraje
enviada entre cada una de las diversas estaciones base y un
dispositivo móvil, tal como un teléfono móvil. Una solución
denominada Triangulación avanzada de enlace hacia delante (AFLT) o
Diferencia temporal de llegada mejorada (EOTD), mide en el
dispositivo móvil los tiempos de llegada de las señales transmitidas
desde cada una de las diversas estaciones base. Estos tiempos se
transmiten a una entidad de determinación de la posición (PDE) (por
ejemplo un servidor de localización), que calcula la posición del
dispositivo móvil utilizando estos tiempos de recepción. Los tiempos
de reloj de estas estaciones base están coordinadas para que, en un
momento determinado, los tiempos de reloj asociados con múltiples
estaciones base se encuentren dentro de un límite de error
especificado. Las posiciones exactas de las estaciones base y los
tiempos de recepción se utilizan para determinar la posición del
dispositivo móvil.
La figura 1 muestra un ejemplo de un sistema
AFLT en el cual los tiempos de recepción (TR1, TR2 y TR3) de las
señales procedentes de las estaciones base celulares 101, 103 y 105
se miden el en teléfono celular móvil 111. Estos datos de
cronometraje pueden utilizarse a continuación para calcular la
posición del dispositivo móvil. Esta clase de cálculo puede
realizarse en el propio dispositivo móvil, o en un servidor de
localización si la información de cronometraje así obtenida por el
dispositivo móvil se transmite al servidor de localización a través
de un enlace de comunicaciones. Normalmente, los tiempos de
recepción se comunican al servidor de localización 115 a través de
una de las estaciones bases celulares (por ejemplo la estación base
101, ó 103, ó 105). El servidor de localización 115 está conectado
para recibir datos de las estaciones base a través del centro de
conmutación móvil 113. El centro de conmutación móvil 113 envía
señales (por ejemplo comunicaciones de voz) a y desde las líneas
terrestres del Sistema Público de Telefonía Conmutada (PSTS) para
que las señales puedan transmitirse a y desde el teléfono móvil a
otros teléfonos (por ejemplo teléfonos de línea terrestre del PSTS u
otros teléfonos móviles). En algunos casos, el servidor de
localización también puede comunicar con el centro de conmutación
móvil a través de un enlace celular. El servidor de localización
también puede monitorizar emisiones desde algunas de las estaciones
base en un esfuerzo para determinar el cronometraje relativo de
estas emisiones.
En otra solución, denominada Diferencia en el
tiempo de llegada (TDOA), se miden en diversas estaciones base los
tiempos de recepción de una señal procedente de un dispositivo
móvil. La figura 1 puede aplicarse a este caso si las flechas de
TR1, TR2 y TR3 se invierten. A continuación, estos datos de
cronometraje pueden comunicarse al servidor de localización para
calcular la posición del dispositivo móvil.
Un tercer procedimiento para llevar a cabo la
determinación de la posición implica la utilización en el
dispositivo móvil de un receptor para el sistema de Satélites de
Posicionamiento Global (GPS) de los Estados Unidos u otros Sistemas
de Posicionamiento por Satélite (SPS), tales como el sistema ruso
Glonass y el sistema europeo Galileo propuesto, o una combinación de
satélites y pseudolites. Los pseudolites son transmisores situados
en tierra que difunden un código PN (similar a una señal GPS)
modulado en una seña portadora de banda L, generalmente sincronizada
con el tiempo SPS. Cada transmisor puede tener asignado un código PN
único para permitir su identificación por un receptor remoto. Los
pseudolites son útiles en las situaciones en las cuales las señales
SPS de un satélite en órbita podrían resultar inaccesibles, tales
como túneles, minas, edificios u otras zonas cerradas. El término
"satélite", tal como se utiliza en la presente memoria, se
entiende que comprende los pseudolites o dispositivos equivalentes a
los pseudolites, y el término señales de GPS, tal como se utiliza en
la presente memoria, se entiende que comprende señales afines a las
señales de GPS procedentes de pseudolites o dispositivos
equivalentes a los pseudolites. Un procedimiento de esta clase que
utiliza un receptor de señales SPS puede ser completamente autónomo
o puede utilizar la red celular para proporcionar datos auxiliares o
para participar en el cálculo de la posición. Se describen ejemplos
de procedimientos de esta clase en las patentes US nº 5.841.396; nº
5.945.944; y 5.812.087. Para abreviar, podemos denominar "SPS"
a estos diversos procedimientos. En implementaciones prácticas de
bajo coste, tanto el receptor de comunicaciones celulares móviles
como el receptor SPS se encuentran integrados en el mismo recinto y,
de hecho, pueden compartir la circuitería electrónica común.
Una combinación de AFLT o TDOA con un sistema
SPS se denomina un sistema "híbrido".
En otra variación más de los procedimientos
anteriores, se encuentra el retardo de ciclo completo (RTD) para
señales enviadas desde una estación base al dispositivo móvil y
devueltas posteriormente. En un procedimiento similar pero
alternativo, se encuentra el retardo de ciclo completo para señales
enviadas desde el dispositivo móvil a la estación base y devueltas
posteriormente. Cada uno de estos retardos de ciclo completo se
divide por dos para determinar una estimación del retardo
unidireccional. El conocimiento de la ubicación de la estación base,
más un retardo unidireccional, restringe la ubicación del
dispositivo móvil a un círculo de la tierra. Con dos de estas
mediciones se obtiene la intersección entre dos círculos, lo cual a
su vez restringe la ubicación a dos puntos de la tierra. Una tercera
medición (incluso un ángulo de llegada o sector celular) resuelve la
ambigüedad.
En diversos procedimientos se ha utilizado la
ayuda de altitud para determinar la posición de un dispositivo
móvil. La ayuda de altitud se basa normalmente en una pseudomedición
de la altitud. El conocimiento de la altitud de una ubicación de un
dispositivo móvil restringe las posiciones posibles del dispositivo
móvil a una superficie de una esfera (o una elipsoide) con su centro
situado en el centro de la tierra. Este conocimiento puede
utilizarse para reducir el número de mediciones independientes
requerido para determinar la posición del dispositivo móvil.
Normalmente, el operador del móvil puede suministrar una altitud
estimada, o puede fijarse a una altitud a partir de una solución
tridimensional previa, o ajustarse a un valor predeterminado, o
derivarse de información cartográfica, como por ejemplo una base de
datos topográfica o geodésica, guardada en un servidor de
localización.
La patente US nº 6.061.018 describe un
procedimiento en el cual se determina una altitud estimada a partir
de la información de un objeto celular, que puede ser un sitio
celular que presenta un transmisor de sitio celular en comunicación
con el dispositivo móvil. La patente US nº 6.061.018 también
describe un procedimiento de determinación del estado de las
mediciones de los pseudorrangos de una pluralidad de satélites SPS
comparando una altitud calculada a partir de las mediciones de
pseudorrangos con la altitud estimada.
Algunas veces en la memoria se guarda una tabla
de datos de altitud de menor resolución. Normalmente, se guarda
información cartográfica de alta resolución, como por ejemplo una
base de datos topográfica o geodésica, en uno o más archivos planos
(no indexados) en un servidor de localización. Por ejemplo, puede
obtenerse un modelo de elevación digital (DEM) con un espaciamiento
de cuadrícula horizontal de 30 arcosegundos (aproximadamente 1
kilómetro) a partir de la U.S. Geological Survey en un conjunto de
cinco CD-ROM. Se suministra un archivo de DEM de
U.S. Geological
Survey(http://edcdaacusgs-gov/) en forma de
números enteros con signo de 16 bits en un formato de trama binario
genérico simple. Existen bytes limitados de cabecera y algunas veces
de cola incorporados a los datos de imagen. Los datos están
almacenados por orden creciente de líneas (todos los datos de la
línea 1, seguidos de todos los datos de la línea 2, etc.).
Algunas veces, un modelo de elevación digital
(DEM) también se denomina modelo digital del terreno (DTM).
La patente US nº 5.902.347 describe un
dispositivo portátil de navegación, cartografía y posicionamiento
que contiene un receptor GPS y una base de datos capaz de almacenar
gráficos cartografiados en forma de mapa de bits o de vectores. La
patente US nº 6.023.278 describe un sistema de cartografía digital
para visualizar datos de terreno tridimensionales utilizando datos
de terreno en forma de polígonos.
La presente invención se refiere a
procedimientos y aparatos para generar y acceder a elevaciones
comprimidas e indexadas de modelos de elevación digitales como se
expone en las reivindicaciones adjuntas.
En un aspecto de la invención, un procedimiento
para almacenar datos de elevación comprende: compresión de datos de
elevación de una primera parte de un modelo de elevación digital
(DEM) para generar primeros datos de elevación comprimidos;
almacenamiento de los primeros datos de elevación comprimidos en una
ubicación de memoria marcada por un primer índice; y almacenamiento
del primer índice. En un ejemplo según este aspecto, los datos de
elevación de la primera parte se comprimen mediante: sustracción de
una elevación de referencia de los datos de elevación de la primera
parte del modelo de elevación digital (DEM) para generar datos de
elevación normalizados; escalado de los datos de elevación
normalizados para generar datos de elevación escalados; y
codificación por longitud de ejecución de los datos de elevación
escalados para generar los primeros datos de elevación comprimidos.
En un ejemplo, los parámetros requeridos para determinar si una
ubicación se encuentra o no en la primera parte del modelo de
elevación digital, así como los datos de transformación que
especifican un sistema de coordenadas utilizado para representar
los datos de elevación de la primera parte del modelo de elevación
digital, también se almacenan. En un ejemplo, se divide un modelo de
elevación digital en una pluralidad de zonas; una zona del modelo de
elevación digital se divide en una pluralidad de baldosas; y los
perfiles de cada una de la pluralidad de baldosas de una zona del
modelo de elevación digital se comprimen individualmente. Los
parámetros requeridos para determinar si una ubicación se encuentra
o no en una de una pluralidad de baldosas, así como los parámetros
requeridos para determinar si una ubicación se encuentra o no en una
zona de la pluralidad de zonas también se
almacenan.
almacenan.
En otro aspecto de la invención, un
procedimiento para extraer datos de elevación comprende:
localización de una primera parte comprimida de un modelo de
elevación digital (DEM) utilizando un primer índice; y descompresión
de la primera parte comprimida para extraer los primeros datos de
elevación para por lo menos un punto de muestra del modelo de
elevación digital. El modelo de elevación digital presenta una
pluralidad de partes comprimidas que comprende la primera parte
comprimida; y los primeros puntos de índice para una ubicación de
almacenamiento en la cual se almacena la primera parte
comprimida.
En un ejemplo según este aspecto, la primera
parte comprimida se descomprime: descodificación por longitud de
ejecución de la primera parte comprimida para generar datos de
elevación escalados; escalado inverso de los datos de elevación
escalados para generar datos de elevación normalizados; y adición de
una elevación de referencia a los datos de elevación normalizados
para generar los primeros datos de elevación. En un ejemplo según
este aspecto, la pluralidad de partes comprimidas se almacena en una
de las ubicaciones siguientes: a) un archivo mapeado en memoria
(MMF); b) memoria de acceso aleatorio (RAM); y c) un archivo en un
sistema de archivos de un sistema de tratamiento digital; y la
pluralidad de partes comprimidas son partes de perfiles comprimidos
en una baldosa del modelo de elevación digital.
En un ejemplo, para calcular una elevación de
una ubicación, se identifica una zona de una pluralidad de zonas de
un modelo de elevación digital; una baldosa que contiene la
ubicación se identifica entre una pluralidad de baldosas de la zona;
se identifica un perfil que se encuentra en la vecindad de la
ubicación; y por lo menos una parte del perfil se descomprime para
extraer los datos de elevación de por lo menos un punto de muestra.
Se identifica una pluralidad de puntos de muestra en la vecindad de
la ubicación. Después de extraer las elevaciones de la pluralidad de
puntos de muestra del modelo de elevación digital, se calcula la
elevación de la ubicación a partir de una interpolación efectuada
utilizando las elevaciones de la pluralidad de puntos de muestra. Se
realiza una transformación de coordenadas para expresar una posición
horizontal de la ubicación en un sistema de coordenadas utilizado
por el modelo de elevación digital. Al calcular la elevación de la
ubicación, se efectúa una transformación de coordenadas para que la
elevación de la ubicación se exprese en un sistema de coordenadas
utilizado por una entidad de determinación de la posición. La
elevación de la ubicación se suministra a la entidad de
determinación de la posición para realizar una ayuda de la altitud
en un sistema de posicionamiento. La elevación se suministra en
tiempo real como respuesta a una solicitud de la entidad de
determinación de la posición en un escenario; y la elevación se
suministra para insertar información para los datos de almanaque de
la estación base, que son utilizados posteriormente por la entidad
de determinación de la posición para la ayuda de altitud en otro
escenario.
La presente invención comprende aparatos que
llevan a cabo estos procedimientos, incluyendo sistemas de
tratamiento de datos que efectúan estos procedimientos y soporte
legible informáticamente que cuando se ejecutan en sistemas de
tratamiento de datos hacen que el sistema efectúe estos
procedimientos.
Otras características de la presente invención
se pondrán de manifiesto a partir de los dibujos adjuntos y de la
descripción detallada siguiente.
La presente invención se ilustra a título de
ejemplo no limitativo en las figuras de los dibujos adjuntos, en los
que referencias semejantes representan elementos similares.
La figura 1 muestra un ejemplo de una red
celular de la técnica anterior que determina la posición en un
dispositivo celular móvil.
La figura 2 muestra un ejemplo de un servidor de
localización que puede utilizarse con la presente invención.
La figura 3 muestra un procedimiento para
utilizar una base de datos de la elevación del terreno (TEDB) para
suministrar información de la altitud del terreno en tiempo real
durante el proceso de navegación en una entidad de determinación de
la posición (PDE) para la ayuda de altitud, según una forma de
realización de la presente invención.
La figura 4 muestra un procedimiento para
insertar información de la altitud para datos de almanaque de la
estación base, la cual información puede utilizarse durante el
proceso de navegación en una entidad de determinación de la posición
(PDE) para la ayuda de altitud, según una forma de realización de la
presente invención.
La figura 5 muestra un procedimiento para
organizar modelos de elevación digital según una forma de
realización de la presente invención.
La figura 6 muestra un ejemplo de un esquema de
numeración de baldosas en una zona.
La figura 7 muestra un ejemplo de un perfil de
datos de elevación del terreno.
La figura 8 muestra un procedimiento para
determinar la elevación del terreno para una localización a partir
del modelo de elevación digital (DEM) según una forma de realización
de la presente invención.
La figura 9 muestra un subsistema de servidor de
ayuda de altitud según una forma de realización de la presente
invención.
La figura 10 muestra una representación de datos
de una baldosa de un modelo de elevación digital (DEM) según una
forma de realización de la presente invención.
La figura 11 muestra una representación de datos
de cabecera para almacenar una parte de un modelo de elevación
digital (DEM) según una forma de realización de la presente
invención.
La figura 12 muestra un esquema de codificación
por longitud de ejecución que puede utilizarse con la presente
invención.
La figura 13 ilustra un ejemplo de codificación
de una parte de un modelo de elevación digital (DEM) para
almacenamiento según una forma de realización de la presente
invención.
La figura 14 muestra un procedimiento para
codificar una parte de un modelo de elevación digital (DEM) para
almacenamiento según una forma de realización de la presente
invención.
La figura 15 muestra un procedimiento para
calcular la elevación de una ubicación según una forma de
realización de la presente invención.
La figura 16 muestra un procedimiento para
extraer y descodificar una parte de un modelo de elevación digital
(DEM) para calcular la elevación de una ubicación según una forma de
realización de la presente invención.
La siguiente descripción y dibujos son
ilustrativos de la invención y no deben considerarse limitativos de
la misma. Se describen numerosos detalles específicos para
proporcionar una mejor comprensión de la presente invención. No
obstante, en algunos casos, no se describen detalles bien conocidos
o convencionales para evitar delimitar la comprensión de la
descripción de la presente invención.
Por lo menos una forma de realización de la
presente invención intenta almacenar de forma eficiente datos de
elevación de terreno en una base de datos para utilizar eficazmente
los datos de elevación de terreno de la base de datos para obtener
la altitud estimada de una ubicación.
La figura 2 muestra un ejemplo de un sistema de
tratamiento de datos que puede utilizarse como servidor en diversas
formas de realización de la presente invención. Por ejemplo, como se
describe en la patente US nº 5.841.396, el servidor puede
proporcionar datos de asistencia tales como Doppler u otros datos de
asistencia de satélites al receptor GPS de una estación móvil.
Adicionalmente, o alternativamente, el servidor de localización
puede efectuar el cálculo de la posición final en lugar de hacerlo
la estación móvil (después de la recepción de pseudorrangos u otros
datos a partir de los cuales pueden determinarse pseudorrangos de la
estación móvil) y a continuación puede enviar esta determinación de
la posición a la estación base o a algún otro sistema. El sistema
de tratamiento de datos, como servidor de localización, normalmente
comprende dispositivos de comunicación 212, tales como módems o
interfaces de red. El servidor de localización puede estar conectado
a diversas redes diferentes a través de dispositivos de comunicación
212 (por ejemplo módems o interfaces de red). Tales redes comprenden
el centro de conmutación celular o múltiples centros de conmutación
celular 225, los conmutadores del sistema telefónico de base
terrestre 223, estaciones base celulares, otras fuentes de señales
GPS 277 u otros procesadores de otros servidores de localización
221.
Normalmente se disponen múltiples estaciones
base celulares para cubrir un área geográfica con cobertura de
radio, y estas diferentes estaciones base están conectadas a por lo
menos un centro de conmutación móvil, como es bien conocido por la
técnica anterior (por ejemplo, ver figura 1). Por lo tanto,
múltiples estaciones base estarían geográficamente distribuidas,
pero conectadas entre sí por un centro de conmutación móvil. La red
220 puede estar conectada a una red de receptores GPS de referencia
que proporciona información diferencial de GPS y también puede
proporcionar datos efímeros para utilizar en el cálculo de la
posición de sistemas móviles. La red está conectada a través de
módem o interfaz de comunicaciones al procesador 203. La red 220
puede conectarse a otros ordenadores o componentes de red. También
la red 220 puede conectarse a sistemas informáticos accionados por
operadores de emergencia, como por ejemplo las Oficinas Públicas de
Respuesta de Seguridad que responden a las llamadas al teléfono 911.
Se han descrito diversos ejemplos de procedimientos para la
utilización de un servidor de localización en numerosas patentes US,
incluyendo las patentes US nº 5.841.396; nº 5.874.914; nº 5.812.087
y nº 6.215.442.
El servidor de localización 201, que es una
forma de sistema de tratamiento de datos, comprende un bus 202 que
está conectado a un microprocesador 203 y a una ROM 207 y a una RAM
volátil 205 y a una memoria no volátil 206. El procesador 203 está
conectado a la memoria caché 204 como muestra el ejemplo de la
figura 2. El bus 202 interconecta estos diversos componentes entre
sí. Aunque la figura 2 muestra que la memoria no volátil es un
dispositivo local conectado directamente al resto de los componentes
del sistema de tratamiento de datos, se apreciará que la presente
invención puede utilizar una memoria no volátil en posición remota
respecto al sistema, como por ejemplo un dispositivo de
almacenamiento de red que está conectado al sistema de tratamiento
de datos a través de una interfaz de red tal como un módem o una
interfaz Ethernet. El bus 202 puede comprender uno o más buses
conectados entre sí a través de diversos puentes, controladores y/o
adaptadores, como es bien conocido en la técnica. En diversas
situaciones, el servidor de localización puede efectuar operaciones
automáticamente, sin asistencia humana. En algunos diseños en los
cuales es necesaria la interacción humana, el controlador I/O 209
puede comunicar con pantallas, teclados y otros dispositivos
I/O.
Debe tenerse en cuenta, que aunque la figura 2
ilustra diversos componentes de un sistema de tratamiento de datos,
no se pretende representar ninguna arquitectura particular o modo de
interconexión de los componentes, al no estar tales detalles
vinculados con la presente invención. También se apreciará que los
ordenadores de red y otros sistemas de tratamiento de datos que
presentan menos componentes o quizás más componentes también pueden
ser utilizados con la presente invención y pueden actuar como
servidor de localización o como PDE.
Mediante esta descripción se pondrá de
manifiesto que aspectos de la presente invención pueden presentar,
por lo menos en parte, la forma de software. Es decir, las técnicas
pueden llevarse a cabo en un sistema de ordenadores u otro sistema
de tratamiento de datos como respuesta a la ejecución por su
procesador de las secuencias de instrucciones contenidas en la
memoria, por ejemplo la memoria ROM 207, la memoria volátil RAM 205,
la memoria no volátil 206, la memoria caché 204 o un dispositivo de
almacenamiento remoto. En diversas formas de realización, puede
utilizarse circuitería cableada en combinación con instrucciones de
software, para poner en práctica la presente invención. Así pues,
las técnicas no están limitadas a ninguna combinación específica de
circuitería de hardware y software ni a ninguna fuente particular
para las instrucciones ejecutadas por el sistema de tratamiento de
datos. Además, a través de toda esta descripción, se describen
diversas funciones y operaciones como siendo realizadas o causadas
mediante código de software para simplificar la descripción. No
obstante, los expertos en la materia reconocerán que el significado
de estas expresiones es que las funciones son el resultado de la
ejecución del código por el procesador, por ejemplo el procesador
203.
En algunas formas de realización, los
procedimientos de la presente invención pueden efectuarse en
sistemas informáticos que se utilizan simultáneamente para otras
funciones, como por ejemplo conmutación celular, servicios de
mensajería, etc. En estos casos, alguna parte de todo el hardware de
la figura 2 podría compartirse para realizar diversas funciones.
Aunque el almacenamiento o la extracción de
datos de elevación del terreno en una base de datos puede realizarse
en un servidor de localización, estas operaciones también pueden
efectuarse en otros sistemas de tratamiento digitales similares al
que ilustra la figura 2.
La figura 3 muestra un procedimiento que puede
utilizarse en una base de datos de elevación del terreno (TEDB) para
obtener información sobre la altura del terreno en tiempo real
durante el proceso de navegación en una entidad de determinación de
la posición (PDE) según una forma de realización de la presente
invención. La base de datos de elevación del terreno (TEDB) 301
almacenada según la presente invención (por ejemplo en la memoria de
acceso aleatorio (RAM) o un disco duro) proporciona acceso en tiempo
real en línea 311 a un servidor de localización 305 para ayuda de
altitud. El servidor de localización 305 puede extraer eficazmente
una altitud para cualquier ubicación determinada en el proceso de
determinación de la ubicación de una estación móvil.
En un ejemplo, los datos de almanaque 303 de una
estación base suministran al servidor de localización una posición
horizontal estimada del sitio celular, que puede utilizarse para
obtener una estimación inicial de la altitud de la estación
móvil.
Las señales SPS 309 emitidas desde estaciones
base o satélites GPS (u otros tipos de satélites SPS) se reciben en
la estación móvil. La señal SPS 307 recibida en la estación móvil se
utiliza para determinar los tiempos de llegada de las señales SPS
emitidas desde las estaciones base o los satélites SPS. El servidor
de localización 305 utiliza los tiempos de llegada para determinar
la posición de la estación móvil.
En el proceso de determinación iterativa de la
posición de la estación móvil, pueden extraerse mejores estimaciones
de la altitud de la estación móvil a partir de la TEDB 301, cuando
el servidor de localización 305 determina coordenadas horizontales
más exactas de la estación móvil a partir de los tiempos de llegada
(o pseudorrangos).
En otro ejemplo, la posición horizontal
determinada a partir de los tiempos de llegada puede utilizarse para
extraer una altitud estimada de la estación móvil a partir de la
TEDB para determinar el estado de las mediciones de tiempo de
llegada (o pseudorrangos) utilizando los procedimientos descritos en
la patente US nº 6.061.018.
Aunque la figura 3 ilustra un ejemplo en el cual
los tiempos de llegada se miden en la estación móvil, como por
ejemplo en un sistema AFLT, un sistema SPS p un sistema AFLT
híbrido, se apreciará que este acceso en tiempo real a la TEDB
también puede utilizarse en otros sistemas de posicionamiento, en
los cuales los tiempos de llegada se miden en estaciones base, como
por ejemplo en un sistema TDOA en el cual los tiempos de llegada de
una señal desde una estación móvil se determinan en una pluralidad
de estaciones base.
La figura 4 muestra un procedimiento para
insertar una información de altura para datos de almanaque de la
estación base, información que puede utilizarse durante el proceso
de navegación en una entidad de determinación de la posición (PDE)
para ayuda de altitud, según una forma de realización de la presente
invención. La base de datos de elevación del terreno (TEDB) 401
almacenada según la presente invención (por ejemplo en la memoria de
acceso aleatorio (RAM) o en el disco duro) proporciona acceso en
línea 411 para insertar información de altitud en los datos de
almanaque conservados en una estación base. En un ejemplo, un módulo
de software denominado Editor/Calculador de Almanaques de Estaciones
Base (413), se utiliza para calcular la altura estimada del terreno
para cada sitio celular listado en los datos de almanaque
conservados en la estación base. La altura del terreno estimada para
cada sitio celular se conserva en la estación base para suministrar
ayuda de altitud al servidor de localización 405. No obstante,
cuando se utiliza la solución de acceso fuera de línea, el servidor
de localización no puede obtener mejores estimaciones de la altitud
de la estación móvil una vez que se han determinado estimaciones más
exactas de la posición horizontal de la estación móvil a partir de
los tiempos de llegada de las señales SPS recibidas en la estación
móvil.
La figura 5 muestra un procedimiento para
organizar modelos de elevación digitales según una forma de
realización de la presente invención. La zona 501 de un modelo de
elevación digital está cubierta por una pluralidad de baldosas
rectangulares (por ejemplo, las baldosas 511, 512, 513 y 514). Por
ejemplo, la zona 501 puede ser los Estados Unidos, o Corea, o Japón.
Cuando se encuentran disponibles modelos de elevación digitales de
resoluciones diferentes para una región determinada, se utiliza una
jerarquía de baldosas. Una baldosa en un nivel inferior presenta una
resolución superior; y una baldosa en un nivel superior presenta una
resolución inferior. Una baldosa de un nivel superior muestra un
indicador que indica si existen o no baldosas de niveles inferiores
que modelan la misma región de la zona. Por ejemplo, la baldosa 511
y las subbaldosas 521, 522, 523, 524 modelan la misma región de la
zona 501. La baldosa 511 es una baldosa de nivel superior; las
baldosas 521, 522, 523 y 524 son baldosas de nivel inferior. Si la
elevación de una ubicación no puede determinarse a partir de la
baldosa de nivel inferior, puede utilizarse la baldosa de nivel
superior que contienen la baldosa de nivel inferior para determinar
la elevación de la ubicación con menor precisión.
Un esquema jerárquico en cuadrícula de esta
clase permite la búsqueda rápida de datos. La zona que contiene la
ubicación se identifica como primera. A continuación se identifica
la baldosa de nivel superior que contiene la ubicación. Si se trata
de una baldosa de nivel inferior, se accede a la baldosa de nivel
inferior que contiene la ubicación. Las baldosas están cortadas por
coordenadas a lo largo de las direcciones latitudinal y longitudinal
para que la baldosa que contiene una ubicación determinada pueda ser
fácilmente identificada a partir de las coordenadas horizontales de
la ubicación.
La figura 6 muestra un ejemplo de esquema de
numeración de baldosas. Un esquema de esta clase puede utilizarse
para mantener la pista de baldosas de nivel inferior dentro de una
baldosa de nivel superior o las baldosas dentro de una zona.
Formando una cuadrícula rectangular, las baldosas se cuentan por
columnas o por filas para indexar las baldosas, de modo que el
índice de una baldosa pueda determinarse fácilmente a partir de los
índices de su fila y su columna. Los índices de su fila y su columna
también pueden determinarse fácilmente a partir del índice de la
baldosa. En el ejemplo de la figura 6, las baldosas se cuentan a
partir de la esquina superior izquierda (noroeste) de la región por
filas, Suponiendo que el índice de columna de una baldosa es 1, el
índice de fila de la baldosa es J, y el número de columnas de la
cuadrícula es N, el índice de la baldosa es J*N+1. Suponiendo que el
índice de la baldosa es M. el índice de columna es 1 = mod(M,
N); y el índice de fila es
J = (M-I)/N. Al poder calcularse el índice de columna y el índice de fila de la baldosa que contiene una ubicación determinada a partir de las coordenadas horizontales de la ubicación y la posición de la cuadrícula, la baldosa que contiene la ubicación puede identificarse fácilmente.
J = (M-I)/N. Al poder calcularse el índice de columna y el índice de fila de la baldosa que contiene una ubicación determinada a partir de las coordenadas horizontales de la ubicación y la posición de la cuadrícula, la baldosa que contiene la ubicación puede identificarse fácilmente.
La figura 7 muestra un ejemplo de un perfil de
elevación del terreno. A lo largo de una línea de exploración
latitudinal (o longitudinal) en una baldosa del modelo de elevación
digital, las elevaciones de una pluralidad de puntos de muestra
forman un perfil. Una interpolación de las elevaciones en los puntos
de muestra suministra la elevación para cualquier punto determinado
de la línea. Por ejemplo, la altura 703 representa la elevación en
el punto H_{n}: y la curva 701 representa un modelo de elevación
para el segmento entre los puntos H_{0} y H_{n}. Pueden
utilizarse diversos esquemas de interpolación 1D para generar la
curva 701.
La figura 8 muestra un procedimiento para
determinar la elevación del terreno para una ubicación a partir de
un modelo de elevación digital (DEM) según una forma de realización
de la presente invención. Una baldosa de DEM contiene una pluralidad
de perfiles. Por ejemplo, los perfiles P_{1}, P_{2}, P_{3} y
P_{4} de la figura 8 se encuentran dentro de una sola baldosa de
DEM. La elevación de una ubicación puede determinarse a partir de
las elevaciones de los puntos de muestra cercanos a la ubicación.
Por ejemplo, la elevación del punto X de la figura 8 puede
determinarse a partir de una interpolación utilizando las
elevaciones en los puntos de muestra X_{1}, X_{2}, X_{3} y
X_{4}. En el ejemplo de la figura 8 se utiliza una interpolación
bilineal para calcular la elevación de un punto entre dos perfiles y
entre dos líneas de puntos de muestra (que se encuentran en una
dirección que no es paralela a las líneas de perfiles). En una forma
de realización de la presente invención, se utiliza un esquema de
interpolación bicuadrático para determinar la elevación de una
ubicación utilizando las elevaciones de los puntos de muestra
cercanos a la ubicación en una baldosa del modelo de elevación
digital.
Los datos de perfil de una baldosa se almacenan
normalmente en un sistema de coordenadas específico de la zona. Por
ejemplo, las coordenadas horizontales pueden representarse en un
sistema WGS84, o en un sistema NAD83, o en un sistema específico
para Japón o Corea; y un sistema de coordenadas verticales puede ser
un sistema de nivel medio del mar (MSL) (por ejemplo, NAD88 o
NAD27), o un sistema de altura sobre el elipsoide (HAE). Obsérvese
que diferentes sistemas HAE (por ejemplo un sistema WGS4, un sistema
WGS72, un sistema Clarke 1866. o un sistema Bessel 1841) pueden
utilizar modelos de elipsoide distintos (por ejemplo ejes
semimayores y coeficientes de aplanamiento). Las tablas de puntos de
referencia pueden utilizarse para definir transformaciones de
diversos sistemas de coordenadas diferentes en un sistema de
coordenadas (por ejemplo, la coordenada utilizada por una PDE, como
por ejemplo un sistema WGS84).
La figura 9 muestra un subsistema servidor de
ayuda de elevación según una forma de realización de la presente
invención. El subsistema servidor de ayuda de elevación 901 contiene
un interpolador 910, un ordenador geodésico 920, un gestor de
modelos de elevación digitales 930 y un gestor de acceso a datos de
modelos de elevación digitales 940.
El interpolador 910 contiene un interpolador 1D
911 y un interpolador 2D 913 para obtener interpolación en 1D y en
2D. En una forma de realización de la presente invención, el
interpolador 2D puede efectuar una interpolación bilineal, que es
utilizada por la NGS (National Geodetic Survey) y la NIMA (National
Imaging and Mapping Agency) para la interpolación de diversas
cuadrículas de datos. En otra forma de realización de la presente
invención, el interpolador 2D también puede efectuar interpolación
bicuadrática para calcular la elevación de una ubicación a partir de
las elevaciones de los puntos de muestra cercanos a la
ubicación.
El ordenador geodésico 920 contiene un gestor de
transformación de puntos de referencia 921 y un proyector de mapas
923. El ordenador geodésico 920 se utiliza para realizar la
transformación de las coordenadas de una ubicación entre un sistema
de coordenadas (por ejemplo un sistema utilizado por un servidor de
localización) y otro sistema de coordenadas (por ejemplo un sistema
utilizado por una baldosa de DEM). Puede utilizarse el procedimiento
de transformación analítico común de Molodensky para la
transformación de puntos de referencia para Japón; puede utilizarse
un procedimiento basado en la interpolación NADCOM para transformar
datos USA NAD27 DEM. Cuando el sistema de coordenadas horizontales
para la baldosa DEM es un sistema WGS72, puede utilizarse el
procedimiento Molodensky o un procedimiento de transformación S de 7
parámetros para efectuar la transformación. El ordenador geodésico
920 también puede utilizar otras transformaciones, como por ejemplo
una transformación similar 3D (transformación
Bursa-Wolf).
El gestor de DEM 930 contiene la zona de baldosa
931, que a su vez comprende las baldosas del DEM (933). Las baldosas
de DEM contienen datos de elevación, almacenados en la RAM o en
archivos mapeados en memoria (MMF), o archivos en una unidad de
disco (por ejemplo un CD-ROM, un
DVD-ROM, etc.). El gestor de DEM se utiliza para
guardar y gestionar la lista jerárquica de archivos.
El gestor de acceso a los datos de DEM 940
contiene un descodificador 941 y un codificador 943 para
proporcionar acceso a las baldosas para diversos mecanismos de
almacenamiento (por ejemplo disco duro o memoria). El codificador
943 puede transformar un modelo DEM desde un archivo plano a una
TEDB comprimida e indexada utilizando un procedimiento descrito a
continuación. El descodificador 941 puede descodificar un modelo DEM
codificado en una TEDB comprimida e indexada para acceder a datos de
elevación de la base de datos.
La figura 10 muestra una representación de datos
de una baldosa de un modelo de elevación digital (DEM) según una
forma de realización de la presente invención. Según una forma de
realización de la presente invención, los datos de diversos perfiles
de una baldosa se comprimen utilizando un esquema descrito a
continuación. Para guardar los perfiles de una baldosa en un espacio
de almacenamiento mostrado en la figura 10, se utiliza una cabecera
de baldosa 1001 para especificar los datos comunes (metadatos) para
la baldosa, lo cual resulta necesario para interpretar el DEM en la
baldosa. Los índices 1011 a 1019 están almacenados después de la
cabecera 1001 para indicar las ubicaciones de los puntos de inicio
de los datos para diversos perfiles. Por ejemplo, el índice 1012
señala la cabecera 1022 para el perfil 1, que contienen metadatos
específicos para interpretar datos de elevación comprimidos 1032
para el perfil 1. Similarmente, el índice 1019 señala la cabecera
1029 para el perfil n. En general, los datos de elevación
comprimidos para diversos perfiles requieren espacios de
almacenamiento de tamaños diferentes. A partir de las coordenadas
horizontales de una ubicación determinada, los perfiles que
contienen puntos de muestra cercanos a la ubicación pueden
determinarse a partir de la cabecera de la baldosa. Puede accederse
a los índices de estos perfiles para determinar la ubicación de las
cabeceras de los perfiles y los datos de elevación comprimidos para
estos perfiles. Los índices de los puntos de muestra cercanos a la
ubicación en los perfiles pueden determinarse a partir de la
cabecera de la baldosa (y, en algunas formas de realización, las
cabeceras de los perfiles).
La figura 11 muestra una representación de datos
de una cabecera para almacenar una parte del modelo de elevación
digital (DEM) según una forma de realización de la presente
invención. Los datos 1101 contienen el tipo de registro y la
longitud de la cabecera. El tipo de registro indica si la cabecera
es una cabecera de perfil o una cabecera de baldosa. El ítem 1103
contiene indicadores que muestran el tipo de datos contenidos en
esta baldosa, que pueden ser DEM, geoidales, traslaciones de datos
longitudinales o latitudinales. El sistema de coordenadas
horizontales 1105 especifica el sistema de coordenadas utilizado
para representar las posiciones horizontales de los puntos de
muestra, que pueden ser un sistema geográfico, un sistema UTM, etc.
El sistema de coordenadas verticales 1107 especifica el sistema de
coordenadas utilizado para representar las elevaciones de los puntos
de muestra, que pueden ser Local SL, MSL o HAE, etc. Las unidades
1190 especifican las unidades utilizadas en la medición de las
coordenadas horizontales y las elevaciones. La ordenación de
perfiles 1111 especifica la dirección de las líneas de perfil (por
ejemplo a lo largo de la dirección longitudinal o a lo largo de la
dirección latitudinal), y números de puntos de muestra a lo largo de
ambas direcciones de una baldosa. Los puntos angulares 1113
especifican las posiciones de los puntos angulares de la baldosa. El
punto de referencia 1115 especifica el valor de referencia de las
elevaciones, y la latitud y la longitud de los puntos iniciales de
los perfiles. El tamaño de la baldosa 1117 específica el tamaño de
la baldosa en dirección latitudinal y en dirección longitudinal. La
especificación subbaldosa 1119 indica el tamaño de las subbaldosas
inferiores a la baldosa, si existen. Los parámetros de compresión
1121 comprenden el factor de escalado utilizado para codificar los
datos de elevación y un indicador que muestra si los datos de
elevación están codificados o no por la longitud de ejecución. Los
detalles sobre el factor de escalado y codificación por longitud de
ejecución se describen más adelante.
A partir de la descripción anterior, resulta
evidente para los expertos en la materia que pueden utilizarse
diversas representaciones de datos de cabeceras para cabeceras de
baldosas o cabeceras de perfiles. Las cabeceras de baldosas y las
cabeceras de perfiles pueden presentar formatos diferentes; una
cabecera de baldosa puede presentar más o menos ítems de datos de
los que muestra la figura 11; y una cabecera de perfil puede
presentar más o menos ítems de datos de los que muestra la figura
11. Por ejemplo, una cabecera de baldosa puede comprender, además,
una serie que muestra la fuente del DEM (por ejemplo a partir de un
modelo USGS o a partir de un modelo NGS) o información de ordenación
de bytes; en cambio, una cabecera de perfil puede no presentar ítems
1105 y 1107 para especificar el sistema de coordenadas, ya que todos
los perfiles del interior de una baldosa utilizan el mismo sistema
de coordenadas.
La figura 12 muestra un esquema de Codificación
por longitud de ejecución que puede utilizarse con la presente
invención. Una serie de símbolos (por ejemplo números que
representan elevaciones) pueden segmentarse como longitudes de
ejecución y secuencias. La longitud de ejecución es una serie
repetitiva continua de un símbolo particular. Una secuencia es una
serie no repetitiva de símbolos. Por ejemplo, la serie de símbolos
entre los símbolos 1201 y 1202 es una longitud de ejecución; y la
serie de símbolos entre los símbolos 1203 y 1204 es una secuencia.
Una longitud de ejecución puede codificarse como un número que
indica el número de repeticiones del símbolo y el propio símbolo.
Por ejemplo, la longitud de ejecución entre los símbolos 1201 y 1202
se codifica como número 1211, que es igual al número de repeticiones
restado de uno, y el sí mbolo 1212. Similarmente, una secuencia
puede codificarse como un número que indica la longitud de la serie
de símbolos no repetitivos y la serie de símbolos no repetitivos.
Por ejemplo, la secuencia entre los símbolos 1203 y 1204 está
representada por el número 1213, que es igual a uno restado del
número de símbolos entre los símbolos 1203 y 1204, y una copia de
los símbolos (símbolos entre 1217 y 1214). Similarmente, la longitud
de ejecución entre los símbolos 1205 y 1206 está codificado como
número 1215 y 1216. En el ejemplo de la figura 12, una longitud de
ejecución está representado por un número negativo que precede a un
símbolo; y una secuencia está representada por un número no negativo
que precede a una serie de símbolos. Por lo tanto, los datos
codificados entre 1211 y 1216 pueden descodificarse para extraer la
serie original de símbolos (entre 1201 y 1206) en un proceso de
descodificación.
La figura 13 ilustra un ejemplo de codificación
de una parte de un modelo de elevación digital (DEM) para
almacenamiento según una forma de realización de la presente
invención. La columna 1303 representa los datos de elevación
originales de un perfil de DEM. El punto de muestra de la fila 1351
contiene el mínimo de elevaciones para este perfil. La columna 1305
representa las elevaciones normalizadas, que se obtienen restando el
valor mínimo de los datos originales de la columna 1303. La columna
1307 representa las elevaciones escaladas, que se obtienen
dividiendo las elevaciones normalizadas de la columna 1305 por un
factor de escalado (cuatro). En una forma de realización de la
presente invención, los factores de escalados son tales que la
división de enteros puede efectuarse mediante operaciones de
desplazamiento de bits durante el proceso de codificación y la
multiplicación de enteros puede efectuarse mediante operaciones de
desplazamiento de bits durante el proceso de descodificación. En una
forma de realización de la presente invención, cuando se miden las
elevaciones en la unidad metros, el factor de escalado máximo es 4
(es decir, el bit menos significativo (LSB) de una elevación
escalada representa 4 metros); cuando las elevaciones se miden en la
unidad pies, el factor máximo de escalado es 16 (es decir, LSB = 16
pies). Después del proceso de normalización y escalado, el intervalo
de las elevaciones escaladas puede reducirse para que las
elevaciones escaladas puedan ser representadas por enteros que
ocupan menos espacio de almacenamiento. En una forma de realización
de la presente invención, los datos originales están representados
por enteros de 2 bytes. Después del proceso de normalización y
escalado, algunos perfiles pueden representarse mediante elevaciones
escaladas y normalizadas como enteros de 1 byte. Las elevaciones
escaladas y normalizadas de la columna 1307 pueden comprimirse más
utilizando un esquema de codificación por longitud de ejecución.
Por ejemplo, las elevaciones escaladas entre las columnas 1351 y
1352 pueden codificarse como una secuencia (1311, 1312 y 1313); y
las elevaciones escaladas entre las filas 1353 y 1359 pueden
codificarse como una longitud de ejecución (1321 y 1322).
La figura 14 muestra un procedimiento para
codificar una parte de un modelo de elevación digital (DEM) para
almacenamiento según una forma de realización de la presente
invención. La operación 1401 carga elevaciones para un perfil de una
baldosa de DEM. Normalmente, los datos de elevación se leen en un
archivo plano (no indexado) que contienen un modelo de elevación
digital de una zona (por ejemplo los Estados Unidos, o el mundo).
Esta clase de archivos planos son de gran tamaño. Para almacenar de
forma eficiente y acceder al modelo de elevación digital, se
utilizan las operaciones 1403 a 1411 para comprimir los datos en uno
o más archivos indexados. La operación 1403 genera elevaciones
normalizadas para el perfil. Las elevaciones del perfil se
normalizan respecto a un valor de referencia. En una forma de
realización de la presente invención, las elevaciones normalizadas
se generan restando la elevación mínima para la baldosa de DEM de
las elevaciones. En otra forma de realización, las elevaciones se
normalizan respecto a la elevación mínima del perfil (o elevación
media del perfil). La operación 1405 escala las elevaciones
normalizadas para generar elevaciones escaladas. En una forma de
realización de la presente invención, las elevaciones escaladas
requieren menos espacio de almacenamiento que las elevaciones
cargadas desde un archivo plano, ya que el intervalo de datos se
reduce después de las operaciones de normalización y escalado. Por
ejemplo, los datos de elevación originales para un perfil que está
representado por enteros de 2 bytes pueden representarse por
elevaciones escaladas de 1 byte. La operación 1407 codifica por
longitud de ejecución las elevaciones escaladas para generar datos
de elevación comprimidos para el perfil. La operación 1409 genera un
índice para acceder a los datos de elevación comprimidos en un
archivo indexado. El índice y los datos de elevación comprimidos se
almacenan en el archivo indexado en la operación
1411.
1411.
Las operaciones 1401 a 1411 pueden repetirse
para codificar (comprimir) una pluralidad de perfiles de una baldosa
de DEM y para almacenar los datos de elevación comprimidos para los
perfiles de la baldosa en un archivo indexado. En una forma de
realización, los datos de elevación comprimidos para diferentes
baldosas de un modelo de elevación digital se almacenan en archivos
diferentes. Cada una de las baldosas utiliza un archivo indexado.
Alternativamente, pueden almacenarse múltiples baldosas de datos de
elevación comprimidos en un archivo indexado, en el cual se guardan
índices para acceder a cada una de las baldosas para obtener un
rápido acceso a las baldosas individuales. Múltiples baldosas de un
DEM que modela una zona geográfica específica pueden organizarse
como una zona de un DEM. Un DEM puede presentar una pluralidad de
zonas. Normalmente, los datos de elevación para las baldosas del DEM
se representan en sistemas de coordenadas específicos de zonas.
Cuando se encuentran disponibles múltiples DEM
de resoluciones diferentes, las baldosas de los diferentes DEM se
organizan en una jerarquía, como se ha descrito anteriormente (ver
figura 5). Los archivos indexados guardan los indicadores que
enlazan las baldosas de niveles diferentes en la jerarquía.
Los datos de elevaciones comprimidos e indexados
de uno o más modelos de elevación digitales forman una Base de datos
de elevación del terreno (TEDB).
La figura 15 muestra un procedimiento para
calcular la elevación de una ubicación según una forma de
realización de la presente invención. Después de la operación 1501
de recepción de las primeras coordenadas horizontales de una
ubicación medida en un primer sistema de coordinadas horizontales
(por ejemplo un sistema de coordenadas utilizado por una entidad de
determinación de la posición), la operación 1503 convierte las
primeras coordenadas horizontales de la ubicación en segundas
coordenadas horizontales de la ubicación medida en un segundo
sistema de coordenadas horizontales utilizado por una base de datos
de elevación del terreno (TEDB). Una entidad normal de determinación
de la posición utiliza un sistema WGS84 para especificar una
posición horizontal; y una TEDB normalmente almacena perfiles
utilizando sistemas de coordenadas específicos de zonas para
diversas zonas, como por ejemplo un sistema universal transversal
Mercator (UTM), un sistema geográfico (latitud, longitud), un
sistema de coordenadas locales para una región (por ejemplo un
sistema basado en planos de los estados US), etc. Por lo tanto, en
la operación 1503 se utiliza una conversión para generar coordenadas
que pueden utilizarse para buscar datos de elevación en la TEDB
cerca de la ubicación especificada por las primeras coordenadas
horizontales. La operación 1505 extrae elevaciones de una pluralidad
de puntos cercanos a la ubicación a partir de la base de datos de
elevación del terreno. Después de la interpolación, en la operación
1507, de las elevaciones de la pluralidad de puntos cercanos a la
ubicación para calcular una primera elevación de la ubicación medida
en un primer sistema de coordenadas verticales utilizado por la base
de datos de elevación del terreno, en la operación 1509 se convierte
la primera elevación de la ubicación en una segunda elevación de la
ubicación medida en un segundo sistema de coordenadas verticales
(por ejemplo, un sistema de coordenadas utilizado por una entidad de
determinación de la posición). Una entidad normal de determinación
de la posición utiliza un sistema de altura sobre el elipsoide (HAE)
para especificar una elevación (altitud); y un TEDB normalmente
almacena perfiles utilizando sistemas de coordenadas específicos de
zonas para diversas zonas, como por ejemplo un sistema de nivel
medio del mar (MSL), un sistema de nivel local del mar (local SL) o
un sistema de altura sobre elipsoide. En una forma de realización
de la presente invención, la exactitud estimada (error estándar) de
la elevación del terreno interpolada también se calcula en la
operación 1507. La operación 1511 realiza ayuda de altitud
utilizando la segunda elevación de la ubicación. Alternativamente,
la segunda elevación de la ubicación puede suministrarse a una
entidad de determinación de la posición para efectuar la ayuda de
altitud. El cálculo de la segunda elevación para la ayuda de altitud
puede presentarse en forma de acceso en tiempo real como ilustra la
figura 3, o en forma de fuera de línea, como ilustra la figura 4.
Con la presente invención pueden utilizarse diversos procedimientos
de ayuda de altitud, como por ejemplo los descritos en la patente
US nº 6.061.018.
En una forma de realización de la invención, la
zona de DEM que contiene la ubicación se identifica y extrae con el
fin de extraer elevaciones para una pluralidad de puntos cercanos a
la ubicación de la base de datos de elevación del terreno. A
continuación, es identificada y extraída la baldosa de DEM que
contiene la ubicación. A partir de la cabecera de la baldosa se
identifican y se accede a los perfiles que contienen puntos cercanos
a la ubicación. A partir de las cabeceras de los perfiles y la
cabecera de la baldosa se identifican los puntos cercanos a la
ubicación. Después de descodificar por lo menos partes de los
perfiles comprimidos en la base de datos de elevación del terreno,
pueden extraerse las elevaciones de la pluralidad de puntos cercanos
a la ubicación.
La figura 16 muestra un procedimiento para
descodificar una parte de un modelo de elevación digital (DEM) para
calcular la elevación de una ubicación según una forma de
realización de la presente invención. La operación 1601 obtiene un
índice para acceder a datos de elevación comprimidos para un perfil
en una baldosa de DEM. La baldosa de DEM puede almacenarse en un
archivo mapeado en memoria (MMF) o en una RAM, o en un archivo de un
sistema de archivo de un sistema de tratamiento digital (por ejemplo
en un disco duro, un CD-ROM, o un archivo de red),
etc. Por ejemplo, en la figura 10, después de identificar qué perfil
n contiene puntos cercanos a la ubicación, se obtiene el índice 1019
para el perfil n para acceder a los datos comprimidos 1039 para el
perfil n.
La operación 1602 identifica los puntos cercanos
a la ubicación en el perfil. En una forma de realización de la
presente invención, se utiliza el índice para extraer la cabecera
del perfil, a partir de la cual se calculan los índices de los
puntos de muestra del perfil, que se encuentran cerca de la
ubicación. En otra forma de realización, se calculan los índices de
los puntos de muestra cercanos a la ubicación utilizando la
información de la cabecera. Alternativamente, el cálculo de los
índices de los puntos de muestra cercanos a la ubicación pude
implicar tanto la cabecera de la baldosa como las cabeceras de los
perfiles.
Después de la extracción, en la operación 1603,
de los datos de elevación comprimidos para el perfil, en la
operación 1605 se descodifican por longitud de ejecución los datos
de elevación comprimidos para generar elevaciones escaladas para los
puntos cercanos a la ubicación. En general, es necesario
descodificar por longitud de ejecución una parte de un perfil
comprimido para obtener las elevaciones escaladas para los puntos
cercanos a la ubicación. La operación 1607 efectúa el escalado
inverso de las elevaciones para generar elevaciones normalizadas. La
operación 1609 desnormaliza las elevaciones normalizadas para
extraer las elevaciones para los puntos cercanos a la ubicación. La
elevación de referencia que se resta de los datos de elevación
originales en el proceso de descodificación vuelve a sumarse a las
elevaciones normalizadas para reproducir las elevaciones de los
puntos cercanos a la ubicación. La operación 1610 calcula la
elevación de la ubicación a partir de una interpolación utilizando
las elevaciones de los puntos cercanos a la ubicación. En forma de
realización de la presente invención, las operaciones 1601 a 1609 se
repiten para una pluralidad de perfiles cercanos a la ubicación para
obtener elevaciones de una pluralidad de punto en la pluralidad de
perfiles antes de realizar la operación 1610 para calcular la
elevación de la ubicación; y se utiliza una interpolación
bicuadrática para calcular la elevación de la ubicación.
Al almacenar la base de datos de la elevación
del terreno según diversas formas de realización de la presente
invención los datos de elevación en un formato comprimido e
indexado, se requiere menos espacio de almacenamiento. Por lo tanto,
los datos de elevación comprimidos de un modelo de elevación digital
(DEM) de alta resolución pueden almacenarse en soporte de
almacenamiento con velocidades de acceso mayores (por ejemplo RAM o
archivo mapeado en memoria) para ayuda de altitud en tiempo real en
el proceso de determinación de la posición en un sistema de
posicionamiento híbrido asistido inalámbrico.
Aunque la presente invención se ilustra con un
ejemplo en el cual cada uno de los perfiles contiene datos de
elevación para puntos de muestra de una línea de exploración única,
la presente invención puede asimismo aplicarse cuando cada uno de
los perfiles contiene datos de elevación para puntos de muestra en
una pluralidad de líneas de exploración.
En la presente memoria, la invención se ha
descrito haciendo referencia a ejemplos de formas de realización
específicas de la misma. Resulta evidente que pueden introducirse
diversas modificaciones en la misma sin apartarse por ello del
alcance de la invención tal como se expone en las reivindicaciones
siguientes. Por consiguiente, la memoria y los dibujos deben
considerarse a título ilustrativo no limitativo.
Claims (54)
1. Procedimiento para extraer datos de
elevación para la determinación de la posición de un dispositivo
móvil, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes:
localizar una primera parte comprimida de un
modelo de elevación digital (DEM) utilizando un primer índice,
comprendiendo el modelo de elevación digital una pluralidad de
partes comprimidas que comprenden la primera parte comprimida,
señalando el primer índice una ubicación de almacenamiento en la que
se encuentra almacenada la primera parte comprimida;
descomprimir la primera parte comprimida para
extraer los primeros datos de elevación para por lo menos un punto
de muestra (X_{1}, X_{2}, X_{3}, X_{4}) en el modelo de
elevación Digital; y
utilizar los datos de elevación para efectuar
ayuda de altitud (1511) en un sistema de posicionamiento asociado
con el dispositivo móvil.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
en el que la pluralidad de partes comprimidas se almacenan en uno de
los siguientes:
- a)
- un archivo mapeado en memoria (MMF);
- b)
- memoria de acceso aleatorio (RAM); y
- c)
- un archivo en un sistema de archivo en un sistema de tratamiento digital.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
en el que la pluralidad de partes comprimidas son partes de perfiles
comprimidos (P_{1}, P_{2}, P_{3}, P_{4}) en una primera
baldosa (511) del modelo de elevación digital.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
que comprende además las etapas siguientes:
identificar la primera baldosa (511) conteniendo
la primera baldosa una primera ubicación, siendo una de una
pluralidad de baldosas en una zona del modelo de elevación digital;
y
identificar un primer perfil (P_{1}) que se
encuentra en la vecindad de la primera ubicación, siendo la primera
parte comprimida una parte del primer perfil.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
que comprende además la etapa siguiente:
identificar la zona (501), conteniendo la zona
la primera ubicación, y siendo una de una pluralidad de zonas del
modelo de elevación digital.
6. Procedimiento según la reivindicación 1,
en el que dicha descompresión de la primera parte comprimida
comprende las etapas siguientes:
descodificar por longitud de ejecución (1605) la
primera parte comprimida para generar datos de elevación
escalados;
codificación inversa (1607) de los datos de
elevación escalados para generar datos de elevación normalizados;
y
añadir una elevación de referencia a los datos
de elevación normalizados (1609) para generar los primeros datos de
elevación.
7. Procedimiento según la reivindicación 1,
que comprende además las etapas siguientes:
identificar (1602) una pluralidad de puntos de
muestra en la vecindad de una primera ubicación;
extraer elevaciones (1603) de la pluralidad de
puntos de muestra del modelo de elevación digital; y
calcular una elevación (1610) de la primera
ubicación a partir de una interpolación utilizando las elevaciones
de la pluralidad de puntos de muestra.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
que comprende además la etapa siguiente:
realizar una transformación de coordenadas
(1503) para expresar una posición horizontal de la primera ubicación
en un sistema de coordenadas utilizado por el modelo de elevación
digital.
9. Procedimiento según la reivindicación 7,
que comprende además las etapas siguientes:
suministrar la elevación de la primera ubicación
a una entidad de determinación de la posición (1511) para efectuar
ayuda de altitud en un sistema de posicionamiento.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, en
el que dicho cálculo de la elevación de la primera ubicación
comprende la etapa siguiente:
realizar una transformación de coordenadas
(1509) para que la elevación de la primera ubicación se exprese en
un sistema de coordenadas utilizado por la entidad de determinación
de la posición.
11. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la primera parte comprimida
se almacena según un procedimiento que comprende las etapas
siguientes:
comprimir los datos de elevación de una primera
parte del modelo de elevación digital (DEM) para generar primeros
datos de elevación comprimidos;
almacenar (1411) los primeros datos de elevación
comprimidos en una ubicación de almacenamiento señalada por un
primer índice; y
almacenar (1411) el primer índice.
12. Procedimiento según la reivindicación 11,
que comprende además la etapa siguiente:
almacenar los parámetros requeridos para
determinar si una ubicación se encuentra o no en la primera parte
del modelo de elevación digital.
13. Procedimiento según la reivindicación 11,
que comprende además la etapa siguiente:
almacenar datos que especifican un sistema de
coordenadas utilizado para representar los datos de elevación de la
primera parte del modelo de elevación digital.
14. Procedimiento según la reivindicación 11,
en el que dicha compresión de los datos de elevación de la primera
parte comprende las etapas siguientes:
sustraer una elevación de referencia de los
datos de elevación (1403) de la primera parte del modelo de
elevación digital (DEM) para generar datos de elevación
normalizados; y
escalar (1405) los datos de elevación
normalizados para generar datos de elevación escalados.
15. Procedimiento según la reivindicación 14,
en el que dicha compresión de los datos de elevación de la primera
parte comprende además la etapa siguiente:
codificar por longitud de ejecución (1407) los
datos de elevación escalados para generar los primeros datos de
elevación comprimidos.
16. Procedimiento según la reivindicación 11,
en el que la primera parte es un perfil del modelo de elevación
digital.
17. Procedimiento según la reivindicación 11,
que comprende además las etapas siguientes:
dividir una zona (501) del modelo de elevación
digital en una pluralidad de baldosas (511, 521, 522, 523, 524);
y
almacenar los parámetros requeridos para
determinar si una ubicación es o no una de la pluralidad de
baldosas;
en el que la primera parte es uno de una
pluralidad de perfiles en uno de una pluralidad de perfiles.
18. Procedimiento según la reivindicación 17,
que comprende además las etapas siguientes:
dividir el modelo de elevación digital en una
pluralidad de zonas; y
almacenar los parámetros requeridos para
determinar si una ubicación se encuentra o no en una de una
pluralidad de zonas.
19. Soporte legible por máquina que contiene
instrucciones de programa informático ejecutable que cuando son
ejecutadas por un sistema de tratamiento digital configuran dicho
sistema para extraer datos de elevación para determinar la posición
de un dispositivo móvil según un procedimiento que comprende las
etapas siguientes:
localizar una primera parte comprimida de un
modelo de elevación digital (DEM) utilizando un primer índice,
comprendiendo el modelo de elevación digital una pluralidad de
partes comprimidas que incluyen la primera parte comprimida,
señalando el primer índice una ubicación de almacenamiento en la que
se encuentra almacenada la primera parte comprimida;
descomprimir la primera parte comprimida para
extraer los primeros datos de elevación para por lo menos un punto
de muestra (X_{1}, X_{2}, X_{3}, X_{4}) en el modelo de
elevación Digital; y
utilizar los datos de elevación para efectuar
ayuda de altitud (1511) en un sistema de posicionamiento asociado
con el dispositivo móvil.
20. Soporte según la reivindicación 19, en el
que la pluralidad de partes comprimidas se almacena en uno de los
siguientes:
- a)
- un archivo mapeado en memoria (MMF);
- b)
- memoria de acceso aleatorio (RAM); y
- c)
- un archivo en un sistema de archivo en un sistema de tratamiento digital.
21. Soporte según la reivindicación 20, en el
que la pluralidad de partes comprimidas son partes de perfiles
comprimidos en una primera baldosa del modelo de elevación
digital.
22. Soporte según la reivindicación 21, en el
que el procedimiento comprende además las etapas siguientes:
identificar la primera baldosa (511),
conteniendo la primera baldosa una primera ubicación, siendo una de
una pluralidad de baldosas en una zona del modelo de elevación
digital; y
identificar un primer perfil (P_{1}) que se
encuentra en la vecindad de la primera ubicación, siendo la primera
parte comprimida una parte del primer perfil.
23. Soporte según la reivindicación 22, en el
que el procedimiento comprende además la etapa siguiente:
identificar la zona (501), conteniendo la zona
la primera ubicación, y siendo una de una pluralidad de zonas del
modelo de elevación digital.
24. Soporte según la reivindicación 19, en el
que dicha descompresión de la primera parte comprimida comprende las
etapas siguientes:
descodificar por longitud de ejecución (1605) la
primera parte comprimida para generar datos de elevación
escalados;
codificación inversa (1607) de los datos de
elevación escalados para generar datos de elevación normalizados;
y
añadir una elevación de referencia a los datos
de elevación normalizados (1609) para generar los primeros datos de
elevación.
25. Soporte según la reivindicación 19, en el
que el procedimiento comprende además las etapas siguientes:
identificar (1602) una pluralidad de puntos de
muestra en la vecindad de una primera ubicación;
extraer elevaciones (1603) de la pluralidad de
puntos de muestra del modelo de elevación digital; y
calcular una elevación (1610) de la primera
ubicación a partir de una interpolación utilizando las elevaciones
de la pluralidad de puntos de muestra.
26. Soporte según la reivindicación 25, en el
que el procedimiento comprende además la etapa siguiente:
realizar una transformación de coordenadas
(1503) para expresar una posición horizontal de la primera ubicación
en un sistema de coordenadas utilizado por el modelo de elevación
digital.
27. Soporte según la reivindicación 25, en el
que el procedimiento comprende además la etapa siguiente:
proporcionar la elevación (1511) de la primera
ubicación a una entidad de determinación de la posición para
efectuar ayuda de altitud en un sistema de posicionamiento.
28. Soporte según la reivindicación 27, en el
que dicho cálculo de la elevación de la primera ubicación comprende
la etapa siguiente:
realizar una transformación de coordenadas
(1509) para que la elevación de la primera ubicación se exprese en
un sistema de coordenadas utilizado por la entidad de determinación
de la posición.
29. Soporte legible por máquina según
cualquiera de las reivindicaciones 19 a 28, que comprende además
instrucciones de programa informático ejecutable que cuando son
ejecutadas por un sistema de tratamiento digital configuran dicho
sistema para almacenar la primera parte comprimida según un
procedimiento que comprende las etapas siguientes:
comprimir los datos de elevación de una primera
parte del modelo de elevación digital (DEM) para generar los
primeros datos de elevación comprimidos;
almacenar (1411) los primeros datos de elevación
comprimidos en una ubicación de almacenamiento señalada por un
primer índice; y
almacenar (1411) el primer índice.
30. Soporte según la reivindicación 29, en el
que el procedimiento comprende además la etapa siguiente:
almacenar los parámetros requeridos para
determinar si una ubicación se encuentra o no en la primera parte
del modelo de elevación digital.
31. Soporte según la reivindicación 29, en el
que el procedimiento comprende además la etapa siguiente:
almacenar datos que especifican un sistema de
coordenadas utilizado para representar los datos de elevación de la
primera parte del modelo de elevación digital.
32. Soporte según la reivindicación 29, en el
que dicha compresión de los datos de elevación de la primera parte
comprende las etapas siguientes:
sustraer (1403) una elevación de referencia de
los datos de elevación de la primera parte del modelo de elevación
digital (DEM) para generar datos de elevación normalizados; y
escalar (1405) los datos de elevación
normalizados para generar datos de elevación escalados.
33. Soporte según la reivindicación 32, en el
que dicha compresión de los datos de elevación de la primera parte
comprende además la etapa siguiente:
codificar por longitud de ejecución (1407) los
datos de elevación escalados para generar los primeros datos de
elevación comprimidos.
34. Soporte según la reivindicación 29, en el
que la primera parte es un perfil del modelo de elevación
digital.
35. Soporte según la reivindicación 29, en el
que el procedimiento comprende además las etapas siguientes:
dividir una zona (501) del modelo de elevación
digital en una pluralidad de baldosas (511, 521, 522, 523, 524);
y
almacenar los parámetros requeridos para
determinar si una ubicación es o no una de la pluralidad de
baldosas;
en el que la primera parte es uno de una
pluralidad de perfiles en uno de una pluralidad de perfiles.
36. Soporte según la reivindicación 35, en el
que el procedimiento comprende además las etapas siguientes:
dividir el modelo de elevación digital en una
pluralidad de zonas; y
almacenar los parámetros requeridos para
determinar si una ubicación se encuentra o no en una de la
pluralidad de zonas.
37. Sistema de tratamiento digital configurado
para extraer datos de elevación para determinar la posición de un
dispositivo móvil, comprendiendo el sistema de tratamiento
digital:
medios para la localización de una primera parte
comprimida de un modelo de elevación digital (DEM) utilizando un
primer índice, comprendiendo el modelo de elevación digital una
pluralidad de partes comprimidas que comprenden la primera parte
comprimida, señalando el primer índice una ubicación de
almacenamiento en la que se encuentra almacenada la primera parte
comprimida;
medios para la descompresión de la primera parte
comprimida para extraer los primeros datos de elevación para por lo
menos un punto de muestra (X_{1}, X_{2}, X_{3}, X_{4}) en el
modelo de elevación Digital; y
medios para la utilización de los datos de
elevación para efectuar ayuda de altitud en un sistema de
posicionamiento asociado con el dispositivo móvil.
38. Sistema de tratamiento digital según la
reivindicación 37, en el que la pluralidad de partes comprimidas se
almacenan en uno de siguientes:
- a)
- un archivo mapeado en memoria (MMF);
- b)
- memoria de acceso aleatorio (RAM); y
- c)
- un archivo en un sistema de archivo en un sistema de tratamiento digital.
39. Sistema de tratamiento digital según la
reivindicación 38, en el que la pluralidad de partes comprimidas son
partes de perfiles comprimidos en una primera baldosa del modelo de
elevación digital.
40. Sistema de tratamiento digital según la
reivindicación 39, que comprende además:
medios para la identificación de la primera
baldosa (511), conteniendo la primera baldosa una primera ubicación
y, siendo una de una pluralidad de baldosas en una zona del modelo
de elevación digital; y
medios para la identificación de un primer
perfil (P_{1}) que se encuentra en la vecindad de la primera
ubicación, siendo la primera parte comprimida una parte del primer
perfil.
41. Sistema de tratamiento digital según la
reivindicación 40, que comprende además:
medios para la identificación de la zona (501),
conteniendo la zona la primera ubicación, y siendo una de una
pluralidad de zonas del modelo de elevación digital.
42. Sistema de tratamiento digital según la
reivindicación 37, en el que dichos medios para la descompresión de
la primera parte comprimida comprenden:
medios para la descodificación por longitud de
ejecución (1605) de la primera parte comprimida para generar datos
de elevación escalados;
medios para la codificación inversa (1607) de
los datos de elevación escalados para generar datos de elevación
normalizados; y
medios para la adición (1609) de una elevación
de referencia a los datos de elevación normalizados para generar los
primeros datos de elevación.
43. Sistema de tratamiento digital según la
reivindicación 37, que comprende además:
medios para la identificación (1602) de una
pluralidad de puntos de muestra en la vecindad de una primera
ubicación;
medios para la extracción de elevaciones (1603)
de la pluralidad de puntos de muestra del modelo de elevación
digital; y
medios para el cálculo de una elevación (1610)
de la primera ubicación a partir de una interpolación utilizando las
elevaciones de la pluralidad de puntos de muestra.
44. Sistema de tratamiento digital según la
reivindicación 43, que comprende además:
medios para la realización de una transformación
de coordenadas (1503) para expresar una posición horizontal de la
primera ubicación en un sistema de coordenadas utilizado por el
modelo de elevación digital.
45. Sistema de tratamiento digital según la
reivindicación 43, que comprende además:
medios para proporcionar la elevación de la
primera ubicación (1511) a una entidad de determinación de la
posición para efectuar ayuda de altitud en un sistema de
posicionamiento.
46. Sistema de tratamiento digital según la
reivindicación 45, en el que dichos medios para calcular la
elevación de la primera ubicación comprenden:
medios para la realización de una transformación
de coordenadas (1509) de manera que la elevación de la primera
ubicación se exprese en un sistema de coordenadas utilizado por la
entidad de determinación de la posición.
47. Sistema de tratamiento digital según
cualquiera de las reivindicaciones 37 a 46, que comprende además
medios para almacenar la primera parte comprimida, comprendiendo los
medios de almacenamiento:
medios para la compresión de los datos de
elevación de una primera parte del modelo de elevación digital (DEM)
para generar los primeros datos de elevación comprimidos;
medios para el almacenamiento (1411) de los
primeros datos de elevación comprimidos en una ubicación de
almacenamiento señalada por un primer índice; y
medios para el almacenamiento (1411) del primer
índice.
48. Sistema de tratamiento digital según la
reivindicación 47, que comprende además:
medios para el almacenamiento de los parámetros
requeridos para determinar si una ubicación se encuentra o no en la
primera parte del modelo de elevación digital.
49. Sistema de tratamiento digital según la
reivindicación 47, que comprende además:
medios para el almacenamiento de datos que
especifican un sistema de coordenadas utilizado para representar los
datos de elevación de la primera parte del modelo de elevación
digital.
50. Sistema de tratamiento digital según la
reivindicación 47, en el que dichos medios para la compresión de los
datos de elevación de la primera parte comprenden:
medios para la sustracción (1403) de una
elevación de referencia de los datos de elevación de la primera
parte del modelo de elevación digital (DEM) para generar datos de
elevación normalizados; y
medios para el escalado (1405) de los datos de
elevación normalizados para generar datos de elevación
escalados.
51. Sistema de tratamiento digital según la
reivindicación 50, en el que dichos medios para la compresión de los
datos de elevación de la primera parte comprenden además:
medios para la codificación por longitud de
ejecución (1407) de los datos de elevación escalados para generar
los primeros datos de elevación comprimidos.
52. Sistema de tratamiento digital según la
reivindicación 47, en el que la primera parte es un perfil del
modelo de elevación digital.
53. Sistema de tratamiento digital según la
reivindicación 47, que comprende además las etapas siguientes:
medios para la división de una zona (501) del
modelo de elevación digital en una pluralidad de baldosas (511, 521,
522, 523, 524); y
medios para el almacenamiento de los parámetros
requeridos para determinar si una ubicación es o no una de la
pluralidad de baldosas;
en el que la primera parte es uno de una
pluralidad de perfiles en uno de una pluralidad de perfiles.
54. Sistema de tratamiento digital según la
reivindicación 53, que comprende además:
medios para la división del modelo de elevación
digital en una pluralidad de zonas; y
medios para el almacenamiento de los parámetros
requeridos para determinar si una ubicación se encuentra o no en una
de la pluralidad de zonas.
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