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Gegenstand der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren und das zugehörige
System haben zur Aufgabe, Navigationsrouten (Routenpläne)
zu erstellen, die sich mittels eines neuen Ansatzes grundlegend
von anderen bisher am Markt befindlichen Routenplanern abheben. Das
erfindungsgemäße Verfahren und das zugehörige
System generieren kontextbasierte Routenpläne auf einer
Netzwerkstruktur bestehend aus einem Netz aus Knotenbeispielsweise
Ortschaften) und Kantenbeispielsweise Verbindungen zwischen den Ortschaften),
die mittels verstellbarer Verzerrungsmöglichkeit sowohl
insgesamt als auch ausschnittsweise verändert (skaliert)
und den Benutzerwünschen angepaßt werden können.
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Darstellung des bisherigen
Stands der Technik sowie Hintergrund der Erfindung
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Routenplaner
im World Wide Web, die bei Eingabe eines Adresspaares eine Fahrstrecke
berechnen und anzeigen, haben in den letzten Jahren stark an Bedeutung
gewonnen. Der Suchbegriff „Routenplaner" stellt derzeit
den am häufigsten eingegebenen Suchbegriff auf Google für
Deutschland dar (Stand: Februar 2007, siehe „Google Zeitgeist"). Dennoch
hat sich – trotz zahlreicher Anbieter von Routenplanern – am Stand
der Technik was Darstellungsform und Interaktionsmöglichkeiten
für Routenplaner angeht in den letzten Jahren kaum etwas grundlegendes
verändert. Umso größer ist der Bedarf
für innovative Neuentwicklungen.
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Herkömmliche
Routenplaner (siehe 1.) haben in der Regel das Problem
dass diese schlicht und einfach einen rechteckigen Ausschnitt einer
Gesamtkarte darstellen auf den die zu fahrende Route abgebildet
wird. Die meisten der dargestellten Informationen (wie beispielsweise
Straßen, Städte und Länder die mehrere
hundert Kilometer abseits der zu befahrenen Route liegen) sind hierbei überflüssig, und
belasten den Nutzer lediglich mit unnützer Information.
Solche Routenplaner unterscheiden somit nicht zwischen relevanter
und irrelevanter Information für den Fahrer, sondern stellen
entsprechend dem gewählten Kartenausschnitt durchweg alles
dar was sich auf der vorgegebenen Fläche befindet.
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Ein
weiterer entscheidender Nachteil besteht darin dass (siehe 1.)
auf diese Art und Weise zwar die langen Straßensegmente
(Autobahnen) sichtbar sind, jedoch die kurzen Straße in
der Nähe von Start und Ziel aufgrund des einheitlichen
Größenmaßstabs der Karte nicht mehr zu
erkennen sind da diese zu klein sind. Dies führt in der
Regel dazu dass der Benutzer für das Auskundschaften einer
gewählten Route am Bildschirm mehrfach mit erheblichem
Interaktionsaufwand auf verschiedenen Zoomstufen an Start und Ziel
hinein- und hinauszoomen muss, sowie eine Vielzahl an ausgedruckten
Karten mit verschiedenen Zoomstufen auf eine Fahrt mitführen
muss um seinen Weg an das Ziel zu finden.
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Eine
andere Möglichkeit der Darstellung (siehe 2.)
sich bei der Visualisierung lediglich auf die zu befahrenden Straßen
zu beschränken ist für die Navigation ebenfalls
ungeeignet. Diese Art der Darstellung, die zwar mit nur einer Seite
auskommt, ist mit dem grundlegenden Nachteil behaftet dass relevante
Kontextinformationen für die Navigation komplett fehlen.
So fehlen komplett die Städtenamen mit denen man sich auf
den Autobahnen üblicherweise orientiert, es ist nicht einmal
ersichtlich in welchem Ort man sich bei einem bestimmte Punkt der
Route überhaupt befindet. Auch gibt es den entscheidenden
Nachteil dass wenn man sich aufgrund der mangelnden Kontextinformationen
verfährt und von der Route abkommt, man kaum reelle Chancen
hat von selbst wieder auf die richtige Route zurück zu
kommen. Des weiteren sind auch viele Straßennummer (Beispiel
in 2.: "K6171") zwar in Datenbanken als Nummer vorhanden,
jedoch an den Straßen nicht angebracht, sodass es de facto
unmöglich ist eine solche Abzweigung zu finden und die
Navigation allein anhand von Straßennamen zu gestalten. Überdies
erfordert diese Technik dass der Fahrer über die gesamte
Strecke an fast jeder Ecke nach Straßenschildern Ausschau
halten muß, die oftmals auch fehlen oder recht klein oder
verdeckt sind, sodass der Fahrer vom Verkehrsgeschehen deutlich
abgelenkt wird da er nicht mehr nach vorne schaut und somit sich
und andere Verkehrsteilnehmer erheblich gefährdet. Des
weiteren sind die auf diese Weise generierten Routenpläne
statisch und nicht durch den Benutzer veränderbar, d. h.
eine Zwischenstufe einer Verzerrung zwischen Originalkarte und angezeigter Karte
die es dem Benutzer vereinfachen würde die zugrundeliegende
Topologie und die Distanzen der Karte zu verstehen ist nicht möglich.
Ebenso wenig ist eine benutzerdefinierte Modifikationen (z. B. Vergrößerung)
von partiellen Teilbereichen der Karte die dem Benutzer unklar sind
nicht möglich.
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Darstellung des technischen
Problems
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Nachdem
die Schwächen bisher existierender Routenplaner, die den
derzeitigen Stand der Technik darstellen, soeben beschrieben wurden,
soll nunmehr das technische Problem beschrieben werden das es zu lösen
gilt um verbesserte Routenpläne auf dem Computer zu generieren
die die aufgezeigten Nachteile ausräumen.
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Ein
Problem, welches es zu lösen gilt, ist dass für
hilfreiche Navigationskarten eine sinnvolle Auswahl an anzuzeigenden
Informationen extrahiert werden muss (siehe Problem zu 1.),
und somit eine Unterscheidung zwischen relevanter und irrelevanter
Kontextinformation getroffen werden muss wobei nur die relevante
Information interessant ist. Da eine Linienstruktur (siehe 2.)
bei der Navigation mit erheblichen Nachteilen verbunden ist, muss eine
verbesserte Darstellungsform gefunden werden die den Fahrtweg auf
verständlichere Art und Weise mit größerer
Fehlertoleranz kommuniziert. Des weiteren soll eine Darstellung
generiert werden, die – auch um Druckkosten zu sparen – eine
Visualisierung auf nur einer Seite erzeugt, und auf der sowohl die
größeren Distanzen als auch die kleinen Wegstrecken
visuell erkennbar sein sollen was zwangsläufig unterschiedliche
Größenfaktoren auf den verschiedenen Teilbereichen
der Karte erfordert. Im Gegensatz zu anderen Techniken ohne Interaktionsmöglichkeit
soll hierbei durch eine stufenlose Skalierung zwischen einer unverzerrten
Originalkarte und einer nach solchen Methoden computergenerierten Karte
der Benutzer jede mögliche Verzerrungszwischenstufe individuell
erzeugen können, um den für ihn passenden Level
der Verzerrung einstellen zu können und sich eine verzerrte
Karte auch selbst herleiten zu können. Des weiteren soll
es die Technik dem Benutzer ermöglichen, auch partiell
Teilbereiche der Karte auszuwählen und separat weiter zu
modifizieren (beispielsweise Bereiche der Karte in dem die Verkehrsführung
unklar ist zu vergrößern, oder ihm gut bekannte
Teile der Wegstrecke zu verkleinern um somit mehr Platz für
die ihm unbekannten Bereiche zu schaffen).
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Darstellung der Problemlösung
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Um
ein solches Problem zu lösen, bedarf es einen neuen Konzepts
welches von den bisherigen Verfahren abweicht. Es erfordert zum
einen, dass nicht grundsätzlich alle Informationen angezeigt
werden, sondern nur relevante Informationen. Erheblich vorteilhafter
und intuitiver als bisherige Routenplanerdarstellungen (s. 1.
und 2.) ist eine – vom Benutzer flexibel
gestaltbare und auf relevanten Kontextinformationen aufbauende – Netzwerkdarstellung
(siehe 3.), die gezielt auf nur einer einzigen Seite
die für den Fahrer brauchbaren Informationen vermittelt
die er persönlich benötigt um sich in einem Straßennetzwerk
von Start bis Ziel selbständig zurecht zu finden. Eine
Fahrtroute zeichnet sich im Vergleich zu 2. letztlich
nicht lediglich durch eine sequentielle Abfolge von Straßen
aus, sondern hauptsächlich und vorwiegend als Fahrt innerhalb
eines Netzwerkes, bestehend aus verschiedenen Ortschaften + Autobahnkreuzen
(Knoten) mit den sie verbindenden Straßen (Kanten). Ein
solches System arbeitet primär auf Ortsebene, und nicht
auf Straßenebene.
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Eine
solche Netzwerkstruktur aus Knoten und Kanten ist bei der Visualisierung
von Navigationsrouten von größtem Vorteil. In
der Regel lässt sich der Großteil einer längeren
Strecke ohne die unsichere (s. o.) Verwendung von Straßennamen
zurücklegen, indem beispielsweise auf Autobahnen und Landstraßen
die Strecken primär anhand der Ortsnamen, die üblicherweise
weithin sichtbar auf den Verkehrsschildern ablesbar sind, befahren
wird. Somit stellt es in der Regel auch kein Problem dar, von der eigentlichen
Route versehentlich einmal abzuweichen, da beim nächsten
Schild welches auf einen Ort hinweist der an für sich durchfahren
werden sollte der Fehler korrigiert werden kann, selbst wenn man
dabei einen Umweg zurücklegt (somit gewisse Fehlertoleranz
vorhanden, die bei 2. de facto nicht möglich
ist).
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Ein
solch netzwerkbasiertes, individuell anpassbares und kontextsensitives
Vorhaben ist weder mit den Karten in 1. lösbar,
da diese bereits technisch aufgrund des durchgängig festen
Zoomfaktors außerstande sind die kleinen Straßen
auf einer einzigen Seite zusammenhängend mit anzuzeigen,
noch mit linienbasierten Ansätzen (2.) welches
keine relevanten Netzwerkstrukturen in Form von Ortschaften und
den sie verbindenden Straßen erkennt, wichtige Kontextinformationen
vermissen lässt und keine Interaktionsmöglichkeit
sowie variable Verzerrung von Teilbereichen einer Darstellung sowie
der zugrunde liegenden Netzwerkstruktur aus Orten und Straßen
gestattet.
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Eine
System, welches somit eine Visualisierung generiert, das den kompletten
Fahrweg in Form eines variabel verzerrbaren netzwerkähnlichen
Diagramms bestehend aus den Orten/Autobahnkreuzen als Knoten und
den Straßen als Kanten auf nur einer Seite übersichtlich
beschreiben würde, und welches die Fähigkeit des
Fahrers unterstützt komfortabel anhand der Ortsnamen von
Knoten zu Knoten innerhalb eines einfach zu verstehenden Netzwerks
zu navigieren (siehe 5.), sowie durch unterschiedliche
Verzerrungsstufen (siehe 4) auf verschiedenen Teilen
der Karte alle Informationen visuell erkennbar darzustellen und
gegebenenfalls auch benutzerspezifisch weiter zu modifzieren, bringt
somit erhebliche Vorteile gegenüber allen bisherigen am
Markt präsenten Routenplanern.
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Die
Generierung einer solchen Darstellung wird anhand der nächsten
Absätze nur kurz umschrieben. Sie erfordert zunächst
nach einer Datenbereinigung der Eingangsdaten in einem Filterschritt die
Extraktion der notwendigen Kontextinformationen. Dies umfaßt
insbesondere die Extraktion von Orientierungshilfen (Landmarks)
wie Tankstellen die charakteristisch an der Route liegen, Namen
von Ortschaften durch die man fährt, Breite und Reisegeschwindigkeit
der Straßen die man befährt, Erkennung von Autobahnkreuzen-
und dreiecken, Ermittlung der Großstädte die entlang
der Autobahnen liegen auch wenn diese nicht unmittelbar durchfahren werden,
Hinweise auf Städte wohin Straßen die von der
Fahrtroute abgehen hinführen, usw). Wichtig ist hierbei
insbesondere die Zugehörigkeit jedes Straßensegments
zu einer Stadt (Knoten) oder eines außerstädtischen
Bereichs (Kante zwischen zwei Knoten), die im konkreten Fall für
die Generierung der netzwerkähnlichen Knoten-/Kantenstruktur
notwendig ist (siehe 6). Mit diesen
Informationen lässt sich dann bereits die der Karte zugrunde
liegende Knoten-Kanten-Struktur bestimmen, die aus den Ortschaften/Autobahnknoten
und den dazwischen liegenden Straßen besteht.
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Die
Generierung einer Darstellung, die den oben beschriebenen Prinzipien
genügt sowie in ihrer Form frei verzerrbar zwischen Originalkarte
und maximaler Verzerrung ist, erfolgt in zwei Schritten: Zum einen
die Entwicklung einer maximal verzerrten Karte nach den obigen Gesichtspunkten
(„Optimalkarte") auf der Basis bestimmter Datenstrukturen,
und einem Algorithmus der die kontinuierliche Verzerrung zwischen
diesen beiden bestehenden Karten auf diesen Datenstrukturen ermöglicht
und auch die weitere individuelle Teilbereichsverzerrung durch den
Benutzer.
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Die
Entwicklung der „Optimalkarte" erfolgt in einem mehrstufigen
Verfahren (Aufbau s. 14.). Zunächst werden
alle Straßen die es zu befahren gilt ermittelt, und auf
eine Minimallänge gesetzt die erforderlich ist damit diese
gut sichtbar sind. In einem vorherigen Schritt wurden (s. o.) bereits
die wichtigen Kontextinformationen extrahiert. Da die Kontextinformationen
(Querstraßen, Städte die passiert werden, Landmarks
etc) zusätzlichen Platz auf der Karte benötigen
wenn diese in bezug zu einer Straße mit angezeigt werden
sollen, wird die Minimallänge jeder Straße gemessen
an der Menge der darzustellenden Kontextinformationen individuell
berechnet (siehe 8.). Je mehr wichtiger Kontext
angezeigt werden soll, umso mehr Platz beansprucht die jeweilige
Straße in der Darstellung. Sollten später zu viele
Kontextinformationen bei einem gewissen Verzerrungsgrad auftreten
oder der Bildschirmplatz zu begrenzt sein, werden später
wiederum Kontextinformationen weggelassen um die Übersichtlichkeit
zu garantieren.
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Die
beiden ermittelten Datenstrukturen – Knoten(Ortschaften)/Kanten(Verbindungen)
einerseits sowie Straßen/Kreuzungen andererseits – werden
nun in mehreren Verfahren mittels Heurstiken untereinander ausgewertet.
Bei diesen Verfahren geht es darum, „intelligente" Entscheidungen
zu treffen welche Informationen dargestellt werden sollen, welche
Informationen sich zusammenfassen lassen oder ob beispielsweise
eine die Navigation vereinfachende Datenreduktion möglich
ist. Die Heuristiken sind hierbei in der Lage, die Wichtigkeit von
Knoten (Ortschaften) zu bestimmen, und Knoten als „wichtig" oder „unwichtig"
zu klassifizieren. „Unwichtige" Knoten, die beispielsweise
nur durchfahren werden ohne dass innerhalb eines solchens Knotens
eine wichtige Verkehrsentscheidung getroffen werden muss, lassen
sich platzsparend optimieren um für andere Informationen
auf der Karte mehr Platz zu schaffen. Ein Beispiel einer solchen
Datenreduktionsheuristik mit einer Beschreibung befindet sich in 9.
Die beiden auf diese Weise errechneten Datenstrukturen enthalten
die wichtigen relevanten Informationen die nunmehr das Grundmodell
der zu modellierenden Karte darstellen.
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Die
Verzerrungsalgorithmus ist in der Lage, die Karte automatisch oder
interaktiv in gewünschte Zwischenstufen zwischen Ausgangskarte
und „Optimalkarte" zu verzerren. Die Verzerrung erfolgt
dabei linear, d. h. jeweils X- und Y-Achse werden für jeden einzelnen
Teilbereich der Karte auf eine Größe skaliert,
die für diesen Teilbereich prozentual zwischen dem der
Originalkarte und der „Optimalkarte" liegt. Die auf diese
Weise separat skalierten Teilbereiche werden anschließen
wieder zusammengefügt (Startpunkt der nächsten
Straße auf den Endpunkt der vorherigen Straße),
und das daraus entstehende Gesamtkonstrukt ein weiteres Mal skaliert
damit es die volle Bildschirmgröße nutzt (da das
Konstrukt größer oder kleiner als der zur Verfügung
stehende Bildschirmplatz sein kann). Das Höhen-/Breitenverhältnis
der Karte (als weiterer Skalierungsfaktor) zwischen horizontalem
und vertikalem Ausmaß ist nur bei der Originalkarte eingehalten,
währenddessen diese bei der "Optimalkarte" 100% beträgt
und den gesamten Bildschirmplatz ausnutzt sowohl in horizontaler
als auch vertikaler Richtung; durch die variabel einstellbaren Verzerrungsstufen
zwischen 0 und 100% variiert die Darstellung zudem noch zwischen diesen
beiden Randbedingungen.
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Die
Konsistenzerhaltung der Route damit durch eine solche Verzerrung
keine Fehler entstehen (z. B. dass durch eine Verzerrung eine Überschneidung
von Straßen stattfindet die vorher nicht vorhanden war)
wird durch zahlreiche Prüfmechanismen festgestellt. Da
eine solche Prüfung bei mehreren tausend Straßensegmente
die untereinander verglichen werden müssen bei (n – 1)·n/2
Komplexität äußerst rechenintensiv ist,
bedient sich die Prüfung sogenannter Minimum Bounding Rectangles
(siehe 6.) die – wenn sie
sich nicht überlappen – bereits eine ungewollt
entstandenen Überschneidung ausschließen, was
die Prüfung auf ein Minimum reduziert. Weitere Prüfungen
gewährleisten, daß beabsichtigte Überschneidungen
(Beispiel: eine Straße, die bereits befahren wurde, wird
mittels einer Brücke nochmal überquert) erhalten
bleiben (siehe 6b). Dadurch, dass je Teilbereich
lediglich die horizontale und/oder vertikale Skalierung verändert
werden, ist auch gesichert dass eine Straße die beispielsweise
in nord-östlicher Richtung (1. Quadrant eines Koordinatensystems)
nie in einen anderen Quadranten abdriften kann. Ferner ist dadurch
auch sichergestellt, dass die Himmelsrichtung der
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Linie
auch immer in etwa stimmt da sie den zugehörigen Quadranten
nicht verlassen kann.
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Der
Verzerrungsalgorithmus lässt die Karte jedoch nicht nur
in seiner Gesamtheit verformen, sondern auch Teilbereiche die der
Benutzer selektiert partiell vergrößern oder verkleinern,
beispielsweise um Teilbereiche die zu klein oder nicht verständlich genug
dargestellt wurden zu vergrößern, oder Teilbereiche
der zu fahrenden Strecke die der Benutzer bereits gut kennt (in
der Regel in der näheren Umgebung wo er wohnt) zu verkleinern
um auf diese Weise mehr Platz für alle anderen Bereiche
zu schaffen. Hierfür ist für jedes Straßensegment
ein weiter Skalierungsfaktor Scale(Indiv) vorgesehen, der mit obigen
Skalierungsfaktoren einfach jeweils multipliziert wird. In der Ausgangssituation
ist dieser Wert für alle Straßensegmente 1, sodass
sich bei Multiplikation mit 1 keine Änderungen ergibt.
Setzt man den Wert für Scale(Indiv) auf 0.5 so wird ein
Straßensegment benutzerdefiniert auf die Hälfte
des ursprünglichen Werts reduziert (auf die Hälfte
seiner ursprünglichen Größe verkleinert),
ein Wert von beispielsweise 1.7 würde den ausgewählten
Bereich hingegen um 70% vergrößern und die dort
befindlichen Informationen besser erkennbar darstellen. Dieser Wert
wird lediglich auf die maximal verzerrte Karte angewandt und nicht
auf die unverzerrte Originalkarte, sodass durch die Betätigung
der möglichen beliebigen Verzerrungszwischenstufen (s.
o., Slider zwischen 0 und 100% Verzerrung) nach wie vor noch bis
zu der völlig unveränderten Originalkarte variiert
werden kann. Insofern für einen Teilbereich mehr Platz
vorhanden ist, können auch mehr Orientierungshilfen (Landmarks) angezeigt
oder nachgeladen werden. Die Skalierung verkleinert oder vergrößert
somit nicht lediglich einen Bildschirmausschnitt, sondern je nach
verfügbarer Größe wird der Bildschirmausschnitt
komplett neu aufgebaut und erlaubt die Anzeige von weniger oder mehr
Informationen, je nach Bedarf und Platz.
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Die
optische Ausgabe wird hierbei nebenbei durch einige kosmetische
Attribute (Auswahl der Farben, Liniendicke, etc), kontextuelle Erweiterungen (Hinweise
an den Autobahnkreuzen zu welchen Städten die jeweiligen
Autobahnen führen, sowie die üblichen Landmarks)
sowie kontextvariierende Parameter angereichert (Länge
der Querstraßen variierbar, Großstädte
im relativer Nähe von „x" Kilometern zur befahrenen
Route mit anzeigen, Routenvereinfachung durch Begradigung der Kurven,
etc.), die entsprechend den Wünschen des Benutzers das
Erscheinungsbild der Karte anpassen.
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Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
und Darstellung der durch die Erfindung erzielten Vorteile
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Die
Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren
näher erläutert, und wurde größtenteils
zuvor bereits erläutert. Als Ausführungsbeispiel
eines web-basierten Routenplanungssystems zeigen:
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4.:
Die variablen Verzerrungsfaktoren, die zum Beispiel anhand eines
Schiebereglers individuell angepasst werden können und
die Zwischenstufen zwischen einer unverzerrten und der computergenerierten
Karte verdeutlichen zwischen denen der Benutzer sich bewegen kann.
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5.:
Beispiel einer verzerrten Karte, in dem die Originalkarte aus einem
unverzerrten Originalzustand (siehe 3. ganz
links bei 0%) auf einen Wert von etwa 75% verzerrt wurde. Deutlich
zu erkennen heben sich die Städte und Ortschaften visuell als
eigenständige Einheiten (Netzwerkknoten) voneinander ab,
die nunmehr von Ort zu Ort befahren werden können und in
dieser Form im Vergleich zu den bisherigen Routenplaner nicht abstrahiert
wurden. Durch die unterschiedlichen Vergrößerungsfaktoren
auf verschiedenen Teilbereichen der Karte sind alle Straßen
in einer Größe dargestellt dass diese gut erkennbar
sind, und auf nur einer Seite platzsparend untergebracht. Der variable
Verzerrungsfaktor erlaubt es dem Benutzer, die Verzerrung und die
Ausgangstopologie der Karte zu verstehen indem er die Ausgangskarte
interaktiv in den verzerrten Zustand überführt.
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Videodemonstration
des Verzerrungsverfahrens:
http://www.hzmail.de/hidden/transformation.mpg
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Dieses
System ist prädestiniert für web-basierte Routenplaner
die interaktiv durch den Benutzer modifiziert werden sollen, jedoch
andererseits nicht auf eine Anwendung über das WWW beschränkt.
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Weitere
Anwendungsmöglichkeiten dieser Art sind denkbar und können
hier nicht allumfassend aufgelistet werden.
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Die
beigefügten Darstellungen stellen eine Route von einem
süddeutschen Dorf namens Wallhausen nach Hannover dar (Distanz:
ca 650 km).
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1 zeigt
ein typisches Beispiel eines herkömmlichen Routenplaners
im Web. Diese Karten bestehen größtenteils aus
Informationen die für das Befahren der eigentlichen Route
völlig irrelevant sind, wie beispielsweise Straßen,
Städte und Länder die im vorliegenden Falle 500
Kilometer abseits der geplanten Route liegen, und somit für
das Befahren der Route keinerlei Relevanz aufweisen. Auf diese Weise
wird wertvoller Platz für überflüssige
Informationen vergeudet, und der Benutzer mit für ihn unnützer
Information überfrachtet.
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2.
zeigt dieselbe Strecke wie in 1., dargestellt
mit LineDrive-Technik aus dem Jahre 2002. Die mit LineDrive generierten
Bilder sind komplett statisch und können in keiner Weise
vom Benutzer verändert werden. Sie erlauben somit keinerlei Möglichkeit
von Benutzerinteraktion. Das rein linienbasierte System zeigt nicht
einmal an, in welcher Stadt man sich gerade befindet, und konzentriert
sich lediglich auf das Abfahren einer Route anhand einer Folge von
Straßennamen. Sie ist somit vom Typ her bereits grundverschieden
mit einem System basierend auf einer netzwerkähnlichen
Knoten-/Kantenstruktur, welches die Städte als Knoten identifiziert und
sich auf die Navigation von Knoten zu Knoten (Stadt zu Stadt) konzentriert,
um die Navigation für den Fahrer anhand der Verkehrsschildinformationen mit
den darauf befindlichen Städtenamen zu erleichtern. Diese
Technik lässt ferner keinerlei variable Verzerrung zu um
Zwischenstufen zwischen Originalkarte in 1. und verzerrter
Karte zu erhalten, und gestattet es dem Benutzer ebenso wenig, Teilbereiche der
Karte individuell weiter zu verzerren oder zu verschieben, beispielsweise
um Kartenausschnitte die für den Benutzer auf der Karte
unklar sind partiell zu vergrößern.
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3 zeigt
ein Beispiel einer handgezeichneten Karte die die Fahrt in einer
ländlichen Region von Dorf zu Dorf symbolisiert (aus der
Region, die am südlichen Ende von 1./2.
dargestellt wird). Die Visualisierung und Darstellung einer solch
handgezeichneten Karte lässt erkennen, dass sich das zu erreichende
Ziel auf einfachste Weise erreichen lässt indem man die
Ortschaften als Knoten eines Netzwerks betrachtet, und die sie verbindenden
Straßen als Kanten. Die von den Knoten abgehenden Straßen die
nicht zur Route gehören werden ebenfalls noch eingezeichnet
und ebenso wohin diese führen, sodaß man sich
zudem daran welche Knoten(Orte) sich rechts und links der zu befahrenden
Route im Netzwerk befinden zusätzlich orientieren kann
ob man noch auf dem richtigen Weg ist. Die benachbarten Orte sind
in der Regel auf den Verkehrsschildern angegeben und geben dem Fahrer
damit wertvolles Feedback ob er sich zwischen diesen noch auf dem richtigen
Weg befindet.
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Wie
in 4 gezeigt, lassen sich durch den variablen Verzerrungsfaktor
(der beispielsweise automatisch oder durch den Benutzer manuell
variiert werden kann) beliebige Zwischenstufen zwischen Originalkarte
und verzerrter Ansicht auswählen und darstellen. Dem Benutzer
wird es auf diese Weise deutlich erleichtert, die Verzerrung nachzuvollziehen und
zu verstehen.
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5 zeigt
dieselbe Route aus 1 und 2., und
zwar dargestellt als kontextorientiertes Netzwerk aus Knoten (Ortschaften)
und Kanten (Straßen), und einem beliebigen Verzerrungsgrad gegenüber
der Originalkarte (in konkreten Fall 75%). Die Visualisierung beschränkt
sich auf die relevanten Informationen, stellt alle Informationen übersichtlich auf
nur einer Seite dar, und erlaubt die Navigation unter Zuhilfenahme
der Kontextinformationen (Städte- und Dorfnamen die Ziele
der Fahrroute darstellen, Namen der Orte wohin die abgehenden Autobahnen führen
und die man nicht nehmen sollte, Großstädte in
der Nähe von (im konkreten Fall) 30 km entlang des Weges,
etc). Die Karte ist beliebig durch den Benutzer interaktiv verzerrbar,
und auch Teilbereich der Karte können individuell größert
oder verkleinert werden. Die Darstellung eines Knotens wird hierbei durch
konvexe Hüllen approximiert.
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Die
Methoden zur Erkennung von Konsistenzfehlern (6A)
nutzen unter anderem Minimum Bounding Rectangles (minimal umschließende Rechtecke),
um mögliche Überschneidungen der Route die durch
die Verzerrung passieren können und nicht gewollt sind
zu lokalisieren. Insofern sich zwei Rechtecke nicht überlappen,
kann es auch keine Überschneidung der darin enthaltenen
Straßen geben.
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Die Überprüfung
(6B) ob durch eine Verzerrung eine Überschneidung
(z. B. die bereits befahrene Route wird über eine Brücke oder
einen Tunnel nochmal passiert, oder Einbahnstraßen erfordern dieses
Manöver) versehentlich gelöscht wurde, kann durch
Umformung der darunter liegenden Datenstruktur gelost werden die
solche Fehler automatisch verhindert. 6B-(b) und
-(c) zeigen Lösungen, wo jedes Rechteck beliebig verzerrt
werden kann ohne dass die Kreuzung je verschwinden würde.
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Mit
Bezug auf 7 (Node = Knoten, Edge = Kante),
können nach Auslesen der Routendaten anhand der Zugehörigkeit
von Straßensegmente die einzelnen Knoten und Kanten für
die Ortschaften und die Verbindungsstraßen ermittelt werden.
Jeder Knoten bzw. jede Kante kann ihrerseits aus mehreren Straßen
bestehen, bzw. es ist auch umgekehrt möglich daß eine
Straße sich über mehrere Knoten und Kanten erstreckt.
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Die
Länge die die verzerrten Straßen letzten Endes
bekommen sollen wird in Abhängigkeit von der Anzahl Kontextinformationen
ermittelt (8). Straßen, bei denen
gleichzeitig mehrere Querstraßen oder Ortschaften angezeigt
werden sollen, benötigen auf dem Bildschirm mehr Platz
als eine Straße ohne jegliche Zusatzinformation. Auf diese
Weise wird gewährleistet daß ausreichend Platz
vorhanden ist um eine Straße inklusive ihrer Kontextinformation darzustellen.
Das Programm berücksichtigt hierbei auch Toleranzen, Querstraßen
die sowohl nach links als auch nach rechts von der Strecke abgehen
und weniger als 20 Meter voneinander entfernt sind werden hierbei
als gemeinsame Kreuzungen eingestuft, und dergleichen.
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Mit
Bezug auf 9 (Street = Straße.
Town = Stadt, unimportant = unwichtig), werden manche Ortschaften
auf einer Route einfach durchfahren. In solchen Fallen bietet es
sich an, die Anzahl der zu fahrenden Straßen zu reduzieren.
Im Beispiel in 9. könnte man daher „Street
A" und „Street B" zu einer einzigen Straße „Street
C" zusammenfassen, und "Town 2" einfach nur als zu durchfahrenden
Knoten auf „Street C" darstellen. Auf diese Weise lässt sich
die Anzahl der Straßen die es anzuzeigen gilt reduzieren,
was somit zu zusätzlichem zur Verfügung stehenden
Bildschirmplatz führt. Ein auf diese Weise einfach zu durchfahrener
Knoten wird als "unimportant" klassifiziert.
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Eine
solche Zusammenfassung ist nur unter bestimmten Bedingungen möglich:
würde innerhalb von "Town2" eine wichtige Abzweigung vorhanden sein
die es zu befahren gilt, dürfte man eine solche Vereinfachung
nicht vornehmen da ansonsten wichtige Informationen für
die Navigation fehlen würden.
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Das
entwickelte Routensystem arbeitet hierbei mit einer Reihe von Heuristiken,
um festzustellen ob eine solche Vereinfachung möglich ist.
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Beispielheuristik:
Falls die Gesamtstrecke innerhalb "Town2" kürzer ist als
4000 Meter ist, dabei maximal 3 verschiedene Straßen befahren
werden, und der maximale Winkel von Straße zu Straße
hierbei maximal 30 Grad beträgt (d. h. keine markante Abbiegung
vorhanden ist), so wird der Knoten als „unimportant" klassifiziert
und eine Vereinfachung ist möglich. In diesem Falle werden
dann „Street A" und „Street B" zu einer Gesamtstraße
zusammengefasst, und „Town 2" einfach nur als Umriß inklusive
Ortnamen auf diese Verbindung eingezeichnet (siehe auch Platzberechnung
in 8.). Auf diese Weise können in der Regel
etwa 30% an Platz gespart werden und die Navigation wird weiter
vereinfacht.
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Mit
Bezug auf 10 (Node = Knoten, Edge = Kante,
important = wichtig, unimportant = unwichtig, Street = Straße,
Rendering Engine = Darstellungsprozedur) sind neben der Ermittlung
einer graphenähnlichen Knoten/Kanten-Struktur ferner die
zu befahreren Straßen zu ermitteln.
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Nachdem
(siehe 9) bestimmt wurde ob ein Knoten „important"
oder „unimportant" ist, lässt sich dann anschließend
bestimmen welche Straßen von der Rendering Engine angezeigt
werden sollen.
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Bei
Knoten die „important" sind ist es erforderlich, die Straßen
innerhalb des Knotens einzeln anzuzeigen, bei „unimportant"
Knoten kann optimiert werden und die Straßen innerhalb
der Ortschaft brauchen nicht angezeigt werden.
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Straßensegmente
können jedoch an ein und derselben Stelle mehrere Namen
und Nummern haben. Das Verfahren welche Straßennamen letztlich dargestellt
werden wird durch Heuristiken berechnet, die auch davon abhängen
welche Stufe von Straße man hat (Autobahn, Landstraße,
Hauptstraße, Nebenstraße, Weg) und über
welche Anzahl von Segmenten sich eine Straße hinzieht,
kürzere Straßen die Bestandteil einer längeren
Straße sind werden in der Regel durch die längere
Straße ersetzt insofern beispielsweise kein „important"-Knoten
sich dazwischen befindet.
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Durch
dieses Verfahren ergeben sich am Ende zwei Datenstrukturen, zum
einen die Knoten-/Kantenstruktur (blau, oberste Zeile) sowie die darauf
anzuzeigenden Straßen (s. unterste Zeile in 10).
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Das
System bietet (11) die Möglichkeit festzulegen,
in welchem Abstand zur Fahrtroute auch die größeren
Städte in der Umgebung dargestellt werden sollen.
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Die
kann sowohl automatisch, als auch individuell durch den Benutzer
festgelegt werden, wie beispielsweise über einen Schieberegler.
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Das
System bietet ferner die Möglichkeit (12),
die Vereinfachung des Straßenverlaufs variabel zu steuern.
Der Verlauf ist in einem Falle exakt so kurvig wie die Straße
in der Datenbank gespeichert ist, und lässt sich variabel über
einen Schieberegler vereinfachen bis sie eine gerade Linie darstellt.
Da der Kurvenverlauf auf der Karte während der Fahrt zusätzliche
wertvolle Information an den Fahrer übermittelt, ist er
in der Standardeinstellung des System aktiviert.
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Die
horizontale und vertikale Verzerrung hat den entscheidenden Vorteil
(13), dass eine Route dadurch niemals den zugewiesenen
Quadranten des Koordinatensystems verlassen kann. Eine Route, die
Richtung nord-ost geht, wird unabhängig von der Verzerrung
in horizontaler und vertikaler Richtung immer insgesamt zwischen
nord und ost liegen.
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14 zeigt
eine schematisierte Darstellung des Programmablaufs der Erfindung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - http://www.hzmail.de/hidden/transformation.mpg [0024]