DE102005035431B3

DE102005035431B3 - Navigationsverfahren

Info

Publication number: DE102005035431B3
Application number: DE102005035431A
Authority: DE
Inventors: Mohor Banerjee; Thorsten Dr. Drascher; Stephan Karger; Christoph Dr. Pörschmann; Jürgen Dr. Vollmer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2025-07-29

Abstract

Bei einem Verfahren zur Unterstützung eines Fahrzeugführers bei der Navigation in einem Straßennetz (1) werden zur Ermittlung einer dem Fahrzeugführer vorzuschlagenden Fahrtroute (R) Geber-Daten (GD, GD') bezüglich des Schaltzustandes oder Schaltverhaltens von Signalgebern (S¶1¶, S¶2¶, S¶3¶, ...) mehrerer Straßenknoten (K¶1¶, K¶2¶, K¶3¶, ...) des Straßennetzes (1) verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung eines Fahrzeugführers bei der Navigation in einem Straßennetz, wobei zur Ermittlung einer dem Fahrzeugführer vorzuschlagenden Fahrtroute Geber-Daten bezüglich des Schaltzustandes oder Schaltverhaltens von Signalgebern mehrerer Straßenknoten des Straßennetzes verwendet werden, wobei zur Ermittlung der Fahrtroute und ggf. des Geschwindigkeitsverlaufs lokal im Fahrzeug ermittelte Fahrzeugdaten, insbesondere Positionsdaten aus einem Positionsermittlungssystem zur Ermittlung der aktuellen Position des Fahrzeugs, insbesondere basierend auf einem Satellitensystem, verwendet werden.
Im Bereich des Individualverkehrs sind Navigationssysteme bekannt, die einen Fahrzeugführer hinsichtlich der Orientierung in unbekannten Verkehrsgebieten eines Verkehrswege- oder Straßennetzes unterstützen. Der Fahrer wird von solchen Zielführungssystemen bild- und ggf. tonunterstützt von einem Ausgangsort, in der Regel von der aktuellen Position des Fahrzeugs, längs einer vom System anhand vorgebbarer Stützpunkte ermittelten Fahrtroute zu einem wählbaren Zielort geführt. Hierfür sind ein Positionsermittlungssystem (GPS) und umfangreiche kartographische Datenbestände vorhanden. Die Navigationssysteme führen die Fahrtroutenberechnung entweder im Fahrzeug aufgrund von mitgeführten Kartendaten durch, oder sie beziehen die Navigationsdaten von einem Anbieter über ein Mobilfunknetz.
Aus übergeordneten Gesichtspunkten der Verkehrspolitik und des modernen Verkehrsmanagements besteht ein Bedarf dahingehend, dass alle Verkehrsteilnehmer nach Möglichkeit durch ein bestimmtes Straßennetz, beispielsweise ein Stadtgebiet, möglichst anhaltefrei und mit wenig stop-and-go hindurchfahren können.

Eine Routenselektion unter Berücksichtigung von Ampelschaltzuständen ist aus EP 1 092 949 A2 bekannt. DE 10 324 961 A1 offenbart ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit welche die Navigationsberechnung in einfacher Weise als Dienstleistung verwaltbar ist.

Diese Aufgabe wird bezogen auf das eingangs genannte Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die Fahrzeugdaten an einen in einer ortsfesten Rechenzentrale ausgebildeten Navigationsrechner übertragen werden, in welchem unter Verwendung der – ggf. dorthin übertragenen – Geber-Daten die Fahrtroute und ggf. der Geschwindigkeitsverlauf berechnet wird, wobei das Ergebnis der Berechnung an das Fahrzeug zur dortigen Ausgabe an den Fahrzeugführer übertragen wird, wobei in der Rechenzentrale die kostenpflichtige Routenplanung individuell für den Nutzer abgerechnet wird, in dem zur Identifikation des Nutzers eine on-board-unit des Fahrzeugs ausgelesen oder eine SIM-Karte eines mobilen Telefons im Fahrzeug verwendet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass eine optimale Fahrtroute unter Einbeziehen aller entlang der Fahrtroute vorkommenden Signalgeber, z.B. Ampelanlagen, optimal vorausberechnet werden kann. Dies ist besonders von Vorteil in großen, verkehrsreichen Städten, an denen es viele Straßenknoten, z.B. Straßenkreuzungen oder Straßenabzweigungen, gibt, an denen der Verkehr durch Ampelanlagen geregelt wird. Bei einer Ausstattung einer großen Anzahl von Verkehrsteilnehmern mit einem auf Geber-Daten basierten Navigationssystem wird außerdem ein übergeordnet optimaler Verkehrsfluss und eine Treibstoffeinsparung gewährleistet, da das Abbremsen an einer roten Ampel für eine Vielzahl von Fahrzeugführern vermindert oder vermieden werden kann. Geber-Daten sind im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise der Ort der Ampeln, deren Umschaltzeitpunkte sowie deren Rot- bzw. Grünphasendauern. Die Geber-Daten können sowohl statischer Natur sein, beispielsweise betreffend die Zeittakte aller Ampeln in einer Stadt die synchronisiert sind sowie deren Ampeltaktdifferenzen, oder dynamischer Natur, beispielsweise falls die Ampeln von einer übergeordneten Verkehrsleitstelle oder Verkehrsmanagementzentrale hinsichtlich ihrer Grünphasen in Abhängigkeit vom tatsächlich gemessenen oder prognostizierten Verkehrsaufkommen gesteuert werden.

Die ortsfeste Rechenzentrale erlaubt in vorteilhafter Weise ein besonders leistungsfähiges Navigationssystem, da eine Beschränkung der Rechenleistung, wie in einem Fahrzeug, entfällt. Sowohl hinsichtlich der Datenvernetzung als auch der Leistungsfähigkeit von Rechnersystemen ist die ortsfeste Rechenzentrale insbesondere zur Einbeziehung von Verkehrsinformationen geeignet.

Die ortsfeste Rechenzentrale kann folgende Elemente aufweisen:

– Empfangsmittel zum Empfangen von aktuellen Fahrzeugdaten der Fahrzeuge,
– einen Datenspeicher mit kartographischen Daten bezüglich des Straßennetzes,
– einen Navigationsrechner zur Ermittlung einer den Fahrzeugführern vorzuschlagenden Fahrtroute unter Verwendung der kartographischen Daten und der jeweiligen Fahrzeugdaten,
– wobei der Navigationsrechner ferner dazu hergerichtet ist zur Ermittlung der Fahrtroute Geber-Daten bezüglich des Schaltzustandes oder Schaltverhaltens von Signalgebern mehrerer Straßenknoten des Straßennetzes zu verwenden, und
– ein Sendemittel zum Senden der Fahrtroute an die Fahrzeuge.

Vorzugsweise werden die Geber-Daten zusätzlich zur Ermittlung eines vorzuschlagenden Geschwindigkeitsverlaufes entlang der Fahrtroute verwendet. Dies ist bedeutsam, da beispielsweise die Ampelschaltungen in einem Stadtgebiet nicht gleichzeitig für alle Fahrtrichtungen mit einer Grünen Welle optimiert werden können und es somit notwendig ist, auf Teilstrecken mit einer geringeren als der gesetzlich erlaubten Geschwin digkeit zu fahren, um an der nächsten Kreuzung während der Grünphase einzutreffen.

Zur Ermittlung der Fahrtroute und ggf. des Geschwindigkeitsverlaufs können ferner kartographische Daten und/oder Verkehrsinformationsdaten verwendet werden.

Bei einer derartigen Kombination von Daten eines Navigationssystems (Ort, Fahrtrichtung, aktuelle Fahrtroute, Ziel, etc.) und von Daten eines Ampelsystems (Schaltzeitpunkt, Ort der Ampeln, etc.) in der Umgebung des Fahrzeugs ist eine Fahrtrouten- und Geschwindigkeitsberechnung mit besonders hohem Optimierungsgrad möglich.

Mit besonderem Vorteil wird die Fahrtroutenermittlung und ggf. die Geschwindigkeitsverlaufsermittlung mit dem Ziel einer möglichst schnellen, einer möglichst haltfreien und/oder einer möglichst treibstoffsparenden Fahrt durchgeführt, wobei insbesondere der Fahrzeugführer unter den genannten Zielen eine Auswahl trifft.

Wegen der an eine zentrale Navigationseinrichtung gemeldeten Fahrzeug- und ggf. Zieldaten, können diese auch zum aktiven Verkehrsmanagement verwendet werden. Beispielsweise ist eine Anpassung von Ampelphasen bei zähflüssigem Verkehr denkbar. Es können sowohl Positions- und Zieldaten als auch die individuell vorgeschlagene Fahrtroute zum Verkehrsmanagement herangezogen werden. Die Zentrale kann ggf. entscheiden, ob die Ausgabe individueller Fahrtroutenempfehlungen adäquat oder optimal für den gesamten Verkehrsfluss ist, oder ob – stattdessen oder zusätzlich – in Anbetracht lokal hohen Verkehrsaufkommens und/oder hoher Nachfrage nach einem Zielbereich in die Steuerung der Signalgeber eingegriffen wird.

Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Geber-Daten aktuelle Daten, die von einem die Signalgeber steuernden Steuerungssystem, vorzugsweise kontinuierlich, über tragen werden. Das Steuerungssystem kann Teil einer zentralen Verkehrsleitstelle oder Verkehrsmanagementzentrale sein.

Von besonderem Vorteil ist es, dass als Geber-Daten nur diejenigen Geber-Daten verwendet und ggf. übertragen werden, welche die Straßenknoten in einer Umgebung des Fahrzeugs betreffen. Dadurch ist die zu übertragende Datenmenge in vorteilhafter Weise minimierbar.

Dieser Vorteil ist noch dadurch verstärkbar, falls – wie bevorzugt – als Geber-Daten nur die Daten bezüglich der Straßenknoten in einem Zielkorridor zwischen der aktuellen Position des Fahrzeuges und einem vom Fahrzeugführer gewünschten Ziel verwendet und ggf. übertragen werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung werden die Ergebnisdaten drahtlos, insbesondere per Mobilfunk oder per Broad-Cast-System (Rundfunk) oder per Nahbereichsübertragung von einer straßenseitigen Kommunikationseinrichtung, an das Fahrzeug übertragen.

Im Hinblick auf eine kostengünstige Datenübertragung unter Vermeidung hoher Mobilfunkkosten ist es besonders vorteilhaft, falls die straßenseitigen Kommunikationseinrichtungen baulich und/oder funktionell in lokale Steuereinrichtungen für die an den Straßenknoten vorhandenen Signalgeber integriert sind. Dabei ist es besonders vorteilhaft, falls die straßenseitige Kommunikationseinrichtung die Ergebnisdaten über eine Datenverbindung von einer Zentrale, beispielsweise einer Verkehrsmanagementzentrale, erhält.

Ausführungsbeispiele des Verfahrens nach der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figur näher erläutert.
Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Straßennetz 1 dargestellt, das eine Vielzahl von Kreuzungen oder Straßenknoten K₁, K₂, K₃, ... aufweist. An vielen der Straßenknoten K₁, K₂, K₃, ... wird der Straßenverkehr durch eine Signalgebereinrichtung beeinflusst, die an jedem der Straßenknoten K₁, K₂, K₃, ... durch jeweils einen einzelnen Signalgeber S₁, S₂, S₃, ... schematisch veranschaulicht ist. Tatsächlich können sich an einer Kreuzung natürlich mehrere Ampeln befinden.
Die Signalgeber S₁, S₂, S₃, ... stehen mit einer zentralen Verkehrsleitstelle 3 in Verbindung, die hierzu eine zentrale Kommunikationseinrichtung 5 aufweist. In der Verkehrsleitstelle 3 ist ein zentrales Steuerungssystem 4 mit einem Zentralrechner ausgebildet, der die Ampelphasen an den Straßenknoten K₁, K₂, K₃, ... vermittels dort ggf. vorhandener Kreuzungsrechner nach übergeordneten Verkehrsleitgesichtspunkten steuert. Das Steuerungssystem 4 verwendet hierzu in einem Informationsspeicher 9 zwischengespeicherte Verkehrsinformationen über den aktuellen Verkehrsfluss und die aktuelle Verkehrssituation in der Stadt, welche beispielsweise mit Sensoren 10, wovon nur einer exemplarisch dargestellt ist, gemessen wird.
Die Verkehrsleitstelle 3 weist außerdem eine Sendeeinheit 7 auf, mit Hilfe derer Geber-Daten GD betreffend den aktuellen Schaltzustand oder das aktuelle Schaltverhalten der Signalgeber S₁, S₂, S₃, ... an eine Rechenzentrale 21 eines Service-Providers übertragen werden.
In einer der Straßen des innerstädtischen Straßennetzes 1 befindet sich an einer momentanen Position x, y ein Fahrzeug 11. Der Fahrzeugführer des Fahrzeugs 11 möchte möglichst schnell, effizient und stressfrei ein Ziel Z erreichen.
Die Rechenzentrale 21 des Service-Providers weist ein Empfangsmittel 25 zum Empfangen von Fahrzeugdaten FD, ein Sendemittel 27 zum Senden einer berechneten Fahrtroute R an das Fahrzeug 11, einen Datenspeicher 29 mit kartographischen Daten des Straßennetzes 1 sowie eine Empfangseinheit 31 zum Empfang der Geber-Daten GD von der Verkehrsleitstelle 3 des Betreibers des Ampelsystems.
Die Fahrzeugdaten FD, welche vom Fahrzeug 11 an die Rechenzentrale 21 übertragen werden, sind Daten, welche den aktuellen Zustand des individuellen Fahrzeugs 11 beschreiben. Dies sind insbesondere Ort x, y, Fahrtrichtung, aktuelle Fahrtroute und Ziel Z. Zur Ermittlung der Fahrzeugdaten FD kommuniziert das Fahrzeug 11 mit einem Satellitensystem 13.
Nach dem Senden sowohl der Fahrzeugdaten FD als auch der Geber-Daten GD an die Rechenzentrale 21 berechnet der dortige Navigationsrechner 23 die optimale Geschwindigkeit und Route für das Fahrzeug 11 und sendet diese Route R und den entsprechenden Geschwindigkeitsverlauf an das Fahrzeug 11 zurück, wo beides dem Fahrer angezeigt wird.
Alternativ zu dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Navigationsrechner 23 mit seinem Zubehör auch Teil der Verkehrsleitstelle 3 sein, so dass eine Datenübertragung von der Verkehrsleitstelle 3 zur Rechenzentrale 21 ggf. entfallen kann. Durch den Pfeil von dem Informationsspeicher 9 zur Empfangseinheit 31 ist noch angedeutet, dass der Navigationsrechner 23 in der Rechenzentrale 21 zur optimalen Routenberechnung auch auf aktuelle Verkehrsinformationen zurückgreift.
In der Rechenzentrale 21 bzw. in der Verkehrsleitstelle 3 findet auch eine Abrechnung des kostenpflichtigen Dienstes „optimale Routenplanung" statt. Zur Identifikation des Nutzers und zur Abrechnung kann beispielsweise eine On-Board-Unit des Fahrzeugs ausgelesen oder eine SIM-Karte eines mobilen Telefons im Fahrzeug verwendet werden. Eine gesonderte Infrastruktur ist somit für die Abrechnung nicht zwingend nötig.
Das von dem Navigationsrechner 23 bestimmte Geschwindigkeitsprofil kann direkt zur Ansteuerung einer ggf. vorhandenen Geschwindigkeitsregelanlage („Tempomat") verwendet werden.
Der Vorteil der Erfindung liegt u.a. in einer Zeitersparnis, in Kraftstoffeinsparungen, in geringerem Fahrzeugverschleiss und – bei massenhafter Verwendung – noch in einer zusätzlichen Zeitersparnis durch einen verbesserten Verkehrsfluss.

Claims

Verfahren zur Unterstützung eines Fahrzeugführers bei der Navigation in einem Straßennetz (1), wobei zur Ermittlung einer dem Fahrzeugführer vorzuschlagenden Fahrtroute (R) Geber-Daten (GD, GD') bezüglich des Schaltzustandes oder Schaltverhaltens von Signalgebern (S₁, S₂, S₃, ...) mehrerer Straßenknoten (K₁, K₂, K₃, ...) des Straßennetzes (1) verwendet werden, wobei zur Ermittlung der Fahrtroute (R) lokal im Fahrzeug (11) ermittelte Fahrzeugdaten (FD), insbesondere Positions-Daten aus einem Positionsermittlungssystem (41) zur Ermittlung der aktuellen Position (x, y) des Fahrzeugs (11), insbesondere basierend auf einem Satellitensystem (13), verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugdaten (FD) an einen in einer ortsfesten Rechenzentrale (21) ausgebildeten Navigationsrechner (23) übertragen werden, in welchem unter Verwendung der – ggf. dorthin übertragenen – Geber-Daten (GD) die Fahrtroute (R) und ggf. der Geschwindigkeitsverlauf berechnet wird, und dass das Ergebnis der Berechnung an das Fahrzeug (11) zur dortigen Ausgabe an den Fahrzeugführer übertragen wird, wobei in der Rechenzentrale (21) die kostenpflichtige Routenplanung individuell für den Nutzer abgerechnet wird, in dem zur Identifikation des Nutzers eine On-board-unit des Fahrzeugs ausgelesen oder eine SIM-Karte eines mobilen Telefons im Fahrzeug verwendet wird.
Navigationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geber-Daten (GD, GD') zusätzlich zur Ermittlung eines vorzuschlagenden Geschwindigkeitsverlaufes entlang der Fahrtroute (R) verwendet werden.
Navigationsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Fahrtroute (R) und ggf. des Geschwindigkeitsverlaufs kartografische Daten und/oder Verkehrsinformationsdaten verwendet werden.
Navigationsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrtroutenermittlung und ggf. die Geschwindigkeitsverlaufsermittlung mit dem Ziel einer möglichst schnellen, einer möglichst haltfreien und/ oder einer möglichst treibstoffsparenden Fahrt durchgeführt werden, wobei insbesondere der Fahrzeugführer unter den genannten Zielen eine Auswahl trifft.
Navigationsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Geber-Daten (GD) aktuelle Daten sind, die von einem die Signalgeber (S₁, S₂, S₃, ...) steuernden Steuerungssystem (4), vorzugsweise kontinuierlich, übertragen werden.
Navigationsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Geber-Daten (GD) nur die Geber-Daten (GD) bezüglich der Straßenknoten (K₁, K₂, K₃, ...) in einer Umgebung des Fahrzeugs (11) verwendet und ggf. übertragen werden.
Navigationsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Geber-Daten (GD) nur die Geber-Daten (GD) bezüglich der Straßenknoten (K₁, K₂, K₃, ...) in einem Zielkorridor zwischen der aktuellen Position (x, y) des Fahrzeugs (11) und einem vom Fahrzeugführer gewünschten Ziel (Z) verwendet und ggf. übertragen werden.
Navigationsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergebnisdaten drahtlos, insbesondere per Mobilfunk oder per Broadcastsystem oder per Nahbereichsübertragung von einer straßenseitigen Kommunikationseinrichtung (E₀, E₁, E₂, ...), an das Fahrzeug (11) übertragen werden.
Navigationsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die straßenseitige Kommunikationseinrichtung (E₀, E₁, E₂, E₃, ...) die Ergebnisdaten über eine Datenverbindung von einer Zentrale (3) erhält.