DE102004006687A1 - Verfahren zur Beschreibung eines Weges in einer digitalisierten Karte - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschreibung eines Weges in einer digitalisierten Karte, wobei die Beschreibung des Weges erfolgt, indem Stützstellen miteinander verbunden werden, wobei der Weg hinsichtlich typischer Krümmungsverläufe in verschiedene Bereiche unterteilt wird, wobei in einem ersten Schritt der Weg bewertet wird hinsichtlich seiner Krümmungen (k) entlang des Weges, wobei dazu der Weg in einzelne Bereiche unterteilt wird, derart, dass Bereiche erkannt werden, in denen die Krümmung (k) zumindest nahezu Null beträgt, dass Bereiche erkannt werden, in denen die Krümmung (k) des Weges zumindest nahezu konstant ist, und dass Bereiche erkannt werden, in denen die Krümmung (k) des Weges streng monoton zunimmt oder streng monoton abnimmt, wobei Anfangs- und Endpunkte (k1, k2, k3, k4) der Bereiche als Stützstellen herangezogen werden, wobei zu diesen Stützstellen (k1, k2, k3, k4) gespeichert wird, welche Krümmungswerte an der jeweiligen Stützstelle (k1, k2, k3, k4) vorliegen, wobei nachfolgend Krümmungswerte zu Wegpunkten zwischen den Stützstellen (k1, k2, k3, k4) ermittelt werden, indem auf Basis der zu den Stützstellen (k1, k2, k3, k4) gespeicherten Daten abhängig von der Lage des Wegpunktes zu den Stützstellen (k1, k2, k3, k4) zwischen den benachbarten Stützstellen (k1, k2, k3, k4) interpoliert wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschreibung eines Weges in einer digitalisierten Karte nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Aus der DE 196 04 364 A1 ist ein Verfahren bekannt, eine Wegstrecke in einer digitalisierten Karte zu beschreiben, indem die Wegstrecke in einzelne Bereich unterteilt wird, entlang derer sich die Wegstrecke durch sogenannte einfache Kurven beschreiben lässt. Als Beispiel für diese einfachen Kurven sind Parabeln, Hyperbeln, Kreis und Geraden genannt. Die Beschreibung der Wegstrecke in den einzelnen Bereichen soll dann durch eine Parametrierung der für diesen Bereich gültigen einfachen Kurve erfolgen.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Speicherbedarf für die entsprechenden Wegstrecken sowie den Berechnungsaufwand für die laufende Berechnung entsprechender Werte der aktuellen Position zu minimieren.
• Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung gelöst, indem in einem ersten Schritt der Weg bewertet wird hinsichtlich seiner Krümmungen entlang des Weges, wobei dazu der Weg in einzelne Bereiche unterteilt wird derart; dass Bereiche erkannt werden, in denen die Krümmung zumindest nahezu Null beträgt, dass Bereiche erkannt werden, in denen die Krümmung des Weges zumindest nahezu konstant ist, und dass Bereiche erkannt werden, in denen die Krümmung des Weges streng monoton zunimmt oder streng monoton abnimmt, wobei Anfangs- und Endpunkte der Bereiche als Stützstellen herangezogen werden, wobei zu diesen Stützstellen gespeichert wird, welche Krümmungswerte an der jeweiligen Stützstelle vorliegen, wobei nachfolgend Krümmungswerte zu Wegpunkten zwischen den Stützstellen ermittelt werden, indem auf Basis der zu den Stützstellen gespeicherten Daten abhängig von der Lage des Wegpunktes zu den Stützstellen zwischen den benachbarten Stützstellen interpoliert wird.
• Bei dem Verfahren nach Anspruch 1 wird also zunächst in einem ersten Schritt eine Beschreibung des Weges vorgenommen, die dann gespeichert wird. Nachfolgend können dann im laufenden Betrieb durch die Interpolation auch zu Zwischenwerten entsprechende Werte gewonnen werden.
• Es ergibt sich eine besonders einfache Berechnungsmethode im laufenden Betrieb, wenn es sich um eine lineare Interpolation handelt. Dann ist vorteilhaft der Berechnungsaufwand minimal, weil lediglich die Parameter von Geraden ermittelt werden müssen. Durch die Erfassung der begrenzenden Punkte der Bereiche als Stützstellen in dem ersten Schritt wird dennoch vorteilhaft eine hinreichend gute Beschreibung der Wegstrecke erreicht.
• Bei der linearen Interpolation werden die Stützstellen durch Geraden miteinander verbunden. Den einzelnen Punkten der Geraden werden Krümmungswerte zugewiesen, die durch eine Interpolation zwischen den Krümmungswerten der die Gerade begrenzenden Stützstellen gewonnen werden. Das Ergebnis der Inter polation hängt dabei davon ab, um welchen der in dem ersten Schritt ermittelten Bereiche es sich handelt. Bei einer Geraden und einem Kreis sind die Krümmungen der Punkte auf der Geraden dieselben wie die Krümmungen der die Gerade begrenzenden Stützstellen. Bei einer streng monotonen Zunahme bzw. Abnahme der Krümmungen ergibt sich der Wert durch eine Interpolation zwischen den Krümmungswerten der Stützstellen. Zur Berechnung der Krümmungswerte kann auch dann linear zwischen den Krümmungswerten der Stützstellen interpoliert werden, wenn es sich bei der realen Wegstrecke um eine Gerade oder einen Kreis handelt, weil dann die Interpolation zwischen zwei identischen Werten wieder zu demselben Wert führt.
• Insbesondere bei dieser linearen Interpolation ergibt sich gegenüber dem Stand der Technik mit der Beschreibung komplexerer Kurvenformen durch deren Parameter eine deutliche Vereinfachung hinsichtlich des Berechnungsaufwandes.
• Soweit lediglich zu Anfangs- und Endpunkten der Bereiche als Stützstellen die Krümmungswerte gespeichert werden, ergibt sich ein vergleichsweise geringer Speicherbedarf, wobei dennoch eine gute Formgenauigkeit der Beschreibung im Vergleich zur realen Wegstrecke erreichbar wird.
• Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 2 werden in dem ersten Schritt weitere Stützstellen ermittelt derart, dass als weitere Stützstellen Wegpunkte herangezogen werden, die von direkten Verbindungslinien zwischen bereits vorhandenen Stützstellen um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert abweichen.
• Dadurch lassen sich die Werte hinreichend gut annähern, wenn die Wegstrecke zwischen Anfangs- und Endpunkt entsprechend stark gekrümmt ist. Zu diesen weiteren Stützstellen können vorteilhaft lediglich die Koordinaten gespeichert werden. Die Krümmungswerte an diesen Punkten ergeben sich aus der entsprechenden Einteilung der Bereiche im ersten Schritt.
• Mit der vorliegenden Erfindung lassen sich Wegstrecken für eine Vielzahl von Anwendungen beschreiben. Beispielsweise können die einfach berechneten, aber dennoch zuverlässigen Werte für die Krümmungen verwendet werden, um Kurven zu erkennen, die in Fahrtrichtung voraus liegen. Diese können dann entsprechend dem Fahrzeugführer vorab mitgeteilt werden. Bei einer automatischen Geschwindigkeitssteuerung kann die Sollgeschwindigkeit entsprechend angepasst werden.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigen:
• 1 ein erstes Beispiel einer Beschreibung einer Wegstrecke,
• 2 ein weiteres Beispiel einer Beschreibung einer Wegstrecke,
• 3 eine Darstellung der Beschreibung einer Wegstrecke nach der vorliegenden Erfindung,
• 4 eine Darstellung der näherungsweisen Beschreibung einer Wegstrecke gemäß 3 und
• 5 eine Darstellung der näherungsweisen Beschreibung nach 4 mit weiteren Stützstellen.
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wegstrecke durch einen Polygonzug dazustellen, wobei die Punkte auf dem Polygonzug um nicht mehr als einen vorgegebenen Schwellwert von der Wegstrecke abweichen sollen. Weiterhin sollen den Punkten auf dem Polygonzug ein Wert der Krümmung zugeordnet sein, der der Krümmung der Wegstrecke in dem entsprechenden Punkt entspricht. Dabei soll der Berechnungsaufwand insbesondere im laufenden Betrieb möglichst gering sein und weiterhin sollen so wenig Punkte wie möglich gespeichert werden, um Speicherplatz zu sparen.
• Derzeit werden derartige Polygonzüge ermittelt, indem verschiedene Datenquellen wie beispielsweise Satellitenbilder, Luftbilder, Papierkarten, GPS-Positionsketten von Messfahrzeugen manuell digitalisiert werden. Dabei wird insbesondere die Lagegenauigkeit des Polygonzuges beachtet. Diese betrifft die Abweichung des Polygons von der aus den Datenquellen ersichtlichen oder berechneten Mittellinie der Straße. Damit lässt sich eine Fahrzeugpositionierung gut darstellen.
• Für andere Anwendungsfälle ist auch die Formgenauigkeit der Beschreibung der Wegstrecke wichtig. Die Formgenauigkeit beschreibt, wie gut die gespeicherten Daten den Krümmungsverlauf der realen Wegstrecke wieder geben.
• Es ist also möglich, dass eine gut Lagegenauigkeit mit einer schlechten Formgenauigkeit verbunden ist und umgekehrt.
• 1 zeigt die Verhältnisse bei einer guten Lagegenauigkeit und einer schlechten Formgenauigkeit, 2 zeigt die Verhältnisse bei einer guten Formgenauigkeit und einer schlechten Lagegenauigkeit.
• Mit der Bezugsziffer 1 ist dabei die reale Wegstrecke bezeichnet. Mit der Bezugsziffer 2 ist jeweils die entsprechende Darstellung entsprechend den gespeicherten Daten bezeichnet.
• 3 zeigt eine Darstellung der Beschreibung einer Wegstrecke, bei der die Krümmung k auf der Ordinate aufgetragen wird, wobei die Abszisse die Wegstrecke darstellt.
• Aus verschiedenen Datenquellen wie beispielsweise Bauplänen der Straße oder Messdaten eines Fahrzeugs (Position, Geschwindigkeit, Gierrate, Querbeschleunigung) kann ein derartiges Krümmungsbild gewonnen werden. In dem Krümmungsbild werden dann Trassierungselemente mit einem über der Wegstrecke linearen Krümmungsverlauf bestimmt. Dies ist die Gerade (Krümmung k=0), der Kreisbogen (konstante Krümmung) und die Klothoide bzw. Eilinie (lineare Zu- oder Abnahme der Krümmung mit der Wegstrecke).
• Entsprechend der Darstellung der 4 werden die entsprechend 3 gewonnenen Eckpunkte der Trassierungselemente herangezogen, um durch einen Polygonzug zu einer näherungsweisen Beschreibung der Wegstrecke zu gelangen. Für jeden dieser Polygonpunkte wird zusätzlich der entsprechende Krümmungswert als Attribut gespeichert. Dabei muss für jeden der Polygonpunkte unterschieden werden, ob dieser bei der momentanen Betrachtung Anfangspunkt oder Endpunkt einer Geraden ist. Abhängig davon muss der entsprechende Krümmungswert gespeichert werden. Wird beispielsweise ein Polygonpunkt einerseits als Endpunkt einer Geraden auf der realen Wegstrecke angesehen, muss diesem Polygonpunkt der Krümmungswert "0" zugewiesen werden. Schließt sich an diese Gerade eine kreisförmige Kurve an, muss demselben Polygonpunkt als Anfangspunkt der folgenden Bereiches ein Krümmungswert zugewiesen werden, der dem reziproken Wert des Kreisradius entspricht. Es muss also berücksichtigt werden, dass der Verlauf der Krümmungen in den Polygonpunkten nicht unbedingt stetig ist. Durch eine lineare Interpolation zwischen den Krümmungen aufeinander folgender Polygonpunkte kann somit der Krümmungsverlauf bzw. die Form der Straße vollständig beschrieben werden.
• Daran anschließend wird entsprechend der Darstellung der 5 die Lagegenauigkeit des Polygons überprüft. Ergibt sich dabei, dass die Lagegenauigkeit unzureichend ist, werden weiterhin zusätzliche Polygonpunkte eingefügt, bis auch das Lagekriterium erfüllt ist.
• Dies kann beispielsweise erfolgen, indem diejenigen Bereich der realen Wegstrecke ermittelt werden, bei denen der Polygonzug um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert von der realen Wegstrecke abweicht. In diesen Bereichen kann dann der jeweils in der Mitte liegende Punkt der realen Wegstrecke als weitere Stützstelle herangezogen werden. Es wird dann geprüft, ob der so geänderte Polygonzug dann "dicht genug" an der realen Wegstrecke liegt. Ist dies der Fall, ist die Beschreibung hinreichend. Andernfalls können wiederum die Bereiche der Wegstrecke ausgemacht werden, zu denen der neue Polygonzug wieder um mehr als den Schwellwert abweicht. Für diese Bereich kann dann wiederum eine weitere Stützstelle herangezogen werden. Dies kann fortgesetzt werden, bis die Beschreibung der Wegstrecke ausreichend ist.
• Es ergibt sich, dass für die entsprechend der Darstellung der 5 gewonnenen neuen Stützstellen keine Krümmungsattribute gespeichert werden müssen. Es genügt vielmehr, hier lediglich die Koordinaten zu speichern zur Berücksichtigung der Lagegenauigkeit.
• Es zeigt sich, dass mit der vorliegenden Erfindung die Zahl der benötigten Punkte sowie auch der Speicherbedarf insgesamt begrenzt werden kann.

Claims (2)

1. Verfahren zur Beschreibung eines Weges in einer digitalisierten Karte, wobei die Beschreibung des Weges erfolgt, indem Stützstellen miteinander verbunden werden, wobei der Weg hinsichtlich typischer Krümmungsverläufe in verschiedene Bereich unterteilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt der Weg bewertet wird hinsichtlich seiner Krümmungen (k) entlang des Weges, wobei dazu der Weg in einzelne Bereiche unterteilt wird derart, dass Bereiche erkannt werden, in denen die Krümmung (k) zumindest nahezu Null beträgt, dass Bereiche erkannt werden, in denen die Krümmung (k) des Weges zumindest nahezu konstant ist, und dass Bereiche erkannt werden, in denen die Krümmung (k) des Weges streng monoton zunimmt oder streng monoton abnimmt, wobei Anfangs- und Endpunkte (k1, k2, k3, k4) der Bereiche als Stützstellen herangezogen werden, wobei zu diesen Stützstellen (k1, k2 , k3, k4) gespeichert wird, welche Krümmungswerte an der jeweiligen Stützstelle (k1, k2, k3, k4) vorliegen, wobei nachfolgend Krümmungswerte zu Wegpunkten zwischen den Stützstellen (k1, k2, k3, k4) ermittelt werden, indem auf Basis der zu den Stützstellen (k1, k2, k3, k4) gespeicherten Daten abhängig von der Lage des Wegpunktes zu den Stützstellen (k1, k2, k3, k4) zwischen den benachbarten Stützstellen (k1, k2, k3, k4) interpoliert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Schritt weitere Stützstellen ermittelt werden derart, dass als weitere Stützstellen Wegpunkte herangezogen werden, die von direkten Verbindungslinien zwischen bereits vorhandenen Stützstellen um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert abweichen.