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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer digitalen Straßenkarte,
die auf einem elektronischen Speichermedium speicherbar ist. Weiter
betrifft die Erfindung ein Navigationsgerät, in dessen Speicher eine
derartige Straßenkarte
gespeichert wird.
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Gattungsgemäße digitale
Straßenkarten werden
beispielsweise, jedoch keineswegs ausschließlich, in mobilen bzw. fest
eingebauten Navigationsgeräten
eingesetzt, um ein geographisches Gebiet durch eine Vielzahl von
Datensätzen
in elektronischer Weise zu beschreiben. Um den Benutzer bei der
graphischen Darstellung der Straßenkarte die Orientierung zu
erleichtern, ist es üblich,
dass Gebiete, die eine Bebauung aufweisen und nachfolgend ganz allgemein
als Stadtgebiete bezeichnet werden sollen, in anderer Weise graphisch
dargestellt werden, als unbebaute Gebiete. Vielfach werden bebaute
Gebiete beispielsweise grau in der Kartendarstellung angezeigt,
wohingegen unbebaute Gebiete grün eingefärbt sind.
Die Stadtgebiete, die bei der graphischen Darstellung entsprechend
dargestellt werden, sind in der Ausgangsdatenbank, die das geographische
Gebiet insgesamt beschreibt, als Ausgangsflächenpolygone identifi zierbar.
Beim Aufbau einer graphischen Darstellung kann dann beispielsweise
so vorgegangen werden, dass zunächst
alle Flächenpolygone
zur Darstellung der Städte
bzw. Landgebiete in einer ersten Schicht eingezeichnet werden, wobei daran
anschließend
dann die Straßen
und Flüsse
in einer zweiten Schicht überlagert
eingeblendet werden.
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Um
die Ausgangsflächenpolygone
zur Darstellung von Stadtgebieten geographisch zu bestimmen, können beispielsweise
verwaltungstechnische Daten, beispielsweise Stadtbezirke, ausgewertet werden.
Alternativ dazu können
auch Luftbild- oder Satellitenaufnahmen ausgewertet werden, um die Daten
der Ausgangsflächenpolygone
zur Darstellung von Stadtgebieten zu erhalten.
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Nachteilig
an dieser Art der Darstellung von Stadtgebieten aufgrund von verwaltungstechnisch gewonnenen
Daten bzw. durch Auswertung von Luftbild- bzw. Satellitenaufnahmen
gewonnener Datum ist es, dass diese darin vielfach stark veraltet
sind und somit nicht mehr den tatsächlichen Gegebenheiten entsprechen.
Insbesondere bei Verwendung von verwaltungstechnisch erfassten Daten
zur Klassifizierung von Gebieten als Stadtgebiete besteht außerdem das
Problem, dass diese Daten vielfach zu grob sind und nicht dem subjektiven
Empfinden des Benutzers beim Durchfahren dieser Gebiete entsprechen.
Dies stellt insbesondere dann ein Problem dar, wenn die administrativ
erfassten Daten auch Stadtentwicklungsgebiete umfassen, die erst
in der Zukunft bebaut werden sollen, die jedoch tatsächlich noch
keine Bebauung aufweisen.
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Bei
der Klassifizierung von Gebieten als Stadtgebiete durch Auswertung
von Luftbild- oder Satellitenaufnahmen kann es zu erheblichen Fehlern in
der Modellbildung kommen. Denn beispielsweise eine Software, die
zur Erkennung von Siedlungsgebieten nach roten Dächern sucht, ist in Deutschland durchaus
geeignet Stadtgebiete zu identifizieren, versagt jedoch in anderen
Regionen, wo die Hausdächer
nicht mit Ziegeln gedeckt werden.
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Weiterhin
besonders nachteilig an der Klassifizierung von Stadtgebieten durch
die üblichen
Auswertemethoden ist es, das Updates der Flächenpolygone zur Darstellung
von Stadtgebieten nur schwer und aufwendig durchgeführt werden
können.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es deshalb Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein neues Verfahren zur Erzeugung einer digitalen Straßenkarte
mit Flächenpolygonen
zur Beschreibung von Stadtgebieten vorzuschlagen, welches die Nachteile
des vorbekannten Stands der Technik vermeidet.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren nach der Lehre des Anspruchs 1
gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Eine besonders bevorzugte
Ausführungsform
eines Navigationsgeräts
ist Gegenstand des Sachanspruchs.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
beruht auf der Grundüberlegung,
dass die in einem Stadtgebiet vorhandenen Straßen ein sehr gutes Indiz für die Bebauung
von Flächen
sind und somit eine Auswertung des Straßenverlaufs in einem Stadtgebiet
eine für
die Bebauung in diesem Bereich signifikante Ergebnischarakteristik
ergibt. Ausgangspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Ausgangsdatenbank,
in der ein Ausgangsflächenpolygon
gespeichert ist. Dieses Ausgangsflächenpolygon stellt dabei die
Beschreibung des Stadtgebiets bei der geographischen Darstellung
der Karte des geographischen Gebiets dar. Zumindest ein Ausgangsflächenpolygon
wird aus der Ausgangsdatenbank in eine elektronische Analyseeinrichtung
geladen und anschließend
alle Straßensegmente,
die nachfolgend als Stadtstraßensegmente
bezeichnet werden sollen, selektiert, die zumindest teilweise im
Ausgangsflächenpolygon
liegen.
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Anschließend wird
das Ausgangsflächenpolygon
in eine Vielzahl von Teilflächenpolygonen
vollständig
zerlegt. Die Teilflächenpolygone überschneiden
sich dabei nicht, lassen keine Lücken
und decken das Ausgangsflächenpolygon
vollständig
ab.
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Durch
Anwendung geeigneter Berechnungsalgorithmen werden dann alle Teilflächenpolygone selektiert,
die von einem Stadtstraßensegment
geschnitten werden. Diese Teilflächenpolygone,
die von den Stadtstraßensegmenten
geschnitten werden, sollen nachfolgend als Anzeigepolygone erster
Ordnung bezeichnet werden. Die von den Anzeigepolygonen erster Ordnung
gemeinsam gebildete Gesamtfläche
stellt dann eine Annäherung
an eine neue Stadtfläche
dar, die als Ergebnisflächenpolygon
erster Ordnung in einer Ergebnisdatenbank gespeichert wird. Abhängig von
dem jeweiligen Darstellungsmodus kann das darzustellende Stadtgebiet
dann durch das Ergebnisflächenpolygon
erster Ordnung angezeigt werden.
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Durch
die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird also erreicht, dass aus dem Ausgangsflächenpolygon alle Teilflächenpolygone
ausgefiltert werden, die nicht unmittelbar von den Stadtstraßen geschnitten
werden. Auf diese Weise wird die darzustellende Stadtfläche erheblich
differenzierter, wobei sich die Darstellung des Stadtgebiets am Verlauf
der Stadtstraßen
orientiert.
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In
der Grundform des Verfahrens werden in Verfahrensschritt d) nur
die Teilflächenpolygone
selektiert, die von den Stadtstraßensegmenten geschnitten werden.
Gemäß einer
bevorzugten Verfahrensvariante werden zusätzlich auch noch die Teilflächenpolygone
selektiert, die in zumindest einem Punkt mit den Stadtstraßensegmenten
in Berührung stehen.
Auf diese Weise kann die Bildung von Lücken im darzustellenden Stadtgebiet
entlang der Stadtstraßensegmente
weitgehend vermieden werden.
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Welcher
Art von Zerlegung des Ausgangsflächenpolygons
in Teilflächenpolygone
gewählt
wird, ist grundsätzlich
beliebig. Dabei sind durchaus Verfahrensvarianten denkbar, bei denen
die Teilflächenpolygone
eine unregelmäßige und
sich nicht wiederholende Gestalt aufweisen. Besonders vorteilhaft
ist es, wenn die Teilflächenpolygone
jeweils eine identische Gestalt aufweisen und somit eine jeweils
identische Fläche überdecken.
Dem Fachmann ist eine lückenlose Überdeckung
eines Gebietes mit Flächen identischer
Größe und Gestalt
unter dem Begriff Parkettierung geläufig.
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Als
besonders vorteilhaft hat sich die Zerlegung des Ausgangsflächenpolygons
in regelmäßige Dreiecke,
Vierecke oder Sechsecke erwiesen.
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Zur
Berechnung des Anzeigepolygons erster Ordnung, das als Stadtfläche angezeigt
werden kann, werden die Teilflächenpolygone
selektiert, die von den Stadtstraßen geschnitten und/oder berührt werden.
Ausgehend von diesem Anzeigepolygon erster Ordnung können dann
Anzeigepolygone weiterer Ordnung abgeleitet werden. Das Ergebnisflächenpolygon
zweiter Ordnung wird dabei dadurch bestimmt, dass zusätzlich zu
den Teilflächenpolygonen
der ersten Ordnung alle Teilflächenpolygone
selektiert werden, die mit den Teilflächenpolygonen erster Ordnung
zumindest einen gemeinsamen Rand aufweisen und außerdem zumindest
teilweise innerhalb des Ausgangsflächenpolygons liegen. Dies bedeutet
mit anderen Worten, dass zur Berechnung des Anzeigepolygons zweiter
Ordnung um das Anzeigepolygon erster Ordnung eine Hülle von
Teilflächenpolygonen
gelegt wird, wobei die Teilflächenpolygone dieser
Hülle jeweils
an zumindest einer Stelle einen gemeinsamen Rand mit den Teilflächenpolygonen des
Anzeigepolygons erster Ordnung aufweisen.
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Ausgehend
von dem Anzeigepolygon zweiter Ordnung können dann wiederum Anzeigepolygone
n-ter Ordnung durch jeweils erneute Ergänzung der Anzeigepolygone (n – 1)-ter
Ordnung errechnet werden. Jeweils werden die Anzeigepolygone der
(n – 1)-ten
Ordnung durch Teilflächenpolygone
ergänzt. Grundbedingung
bleibt dabei jeweils, dass die selektierten Teilflächenpolygone
des Anzeigepolygons n-ter Ordnung zumindest teilweise innerhalb
des Ausgangsflächenpolygons
liegen.
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In
welcher Weise das Ausgangsflächenpolygon,
das Ausgangspunkt der Berechnungen ist, bestimmt wird, ist grundsätzlich beliebig.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das Ausgangsflächenpolygon
durch eine konvexe Hülle
definiert wird, die entlang der Endpunkte der Straßensegmente
aufgespannt ist.
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Die
verschiedenen Anzeigepolygone n-ter Ordnung stellen das Stadtgebiet
jeweils in unterschiedlicher Differenzierung dar und sind aus dem Verlauf
der Stadtstraßen
abgeleitet. Je geringer die Ordnung des Anzeigepolygons ist, desto
weniger Teilflächenpolygone
sind darin enthalten. In der Ergebnisdatenbank können für ein Stadtgebiet dabei vorteilhafter
Weise mehrere Ergebnisflächenpolygone
unterschiedlicher Ordnung beginnend beim Ergebnisflächenpolygon
erster Ordnung bis zum Ergebnisflächenpolygon n-ter Ordnung gespeichert werden.
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Die
Ergebnisflächenpolygone
erster bis n-ter Ordnung können
dann abhängig
von der jeweils zu wählenden
graphischen Darstellung des geographischen Gebiets als Stadtgebiet
in unterschiedlicher Auflösungsstufe
angezeigt werden. Wird beispielsweise stark in die Landkarte hineingezoomt,
werden eher Ergebnisflächenpolygone
niedriger Ordnung anzuzeigen sein, da diese das Stadtgebiet stark
ausdifferenziert darstellen. Bei der Darstellung der Straßenkarte
mit einem geringen Zoomfaktor sind dagegen Ergebnisflächenpolygone
mit höherer
Ordnung vorteilhaft, da diese eine größere Fläche bedecken und somit auch
bei entsprechendem Zoomfaktor noch ein einfaches Erkennen der Stadtgebiete
ermöglichen.
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Eine
Variante eines Verfahrens zur Bestimmung von Anzeigepolygonen unterschiedlicher
Ordnung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird
nachfolgend beispielhaft erläutert.
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Es
zeigen:
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1 das
Ausgangsflächenpolygon
mit mehreren Stadtstraßen;
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2 das
aus dem Ausgangsflächenpolygon
gemäß 1 abgeleitete
Ergebnisflächenpolygon
erster Ordnung;
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3 das
Ergebnisflächenpolygon
erster Ordnung gemäß 2 während der
Selektion der Teilflächenpolygone
zweiter Ordnung;
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4 das
aus dem Ausgangsflächenpolygon
gemäß 1 abgeleitete
Ergebnisflächenpolygon
zweiter Ordnung;
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5 das
Ergebnisflächenpolygon
zweiter Ordnung gemäß 4 bei
der Selektion der Teilflächenpolygone
dritter Ordnung;
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6 das
Ergebnisflächenpolygon
dritter Ordnung;
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7 das
Ergebnisflächenpolygon
dritter Ordnung gemäß 6 bei
der Selektion der Teilflächenpolygone
vierter Ordnung;
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8 das
Ergebnisflächenpolygon
vierter Ordnung;
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9 das
Ergebnisflächenpolygon
vierter Ordnung gemäß 8 bei
der Selektion der Teilflächenpolygone
fünfter
Ordnung;
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10 das
Ergebnisflächenpolygon
fünfter Ordnung;
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11 das
Ergebnisflächenpolygon
fünfter Ordnung
gemäß 10 bei
der Selektion der Teilflächenpolygone
sechster Ordnung;
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12 das
Ergebnisflächenpolygon
sechster Ordnung.
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1 zeigt
ein Ausgangsflächenpolygon 01, wie
es in einer Datenbank eines Navigationsgeräts gespeichert sein kann, um
ein bestimmtes Gebiet bei der graphischen Darstellung einer Straßenkarte
als Stadtgebiet anzeigen zu können.
Die Gestalt des Ausgangsflächenpolygons 01 dient
also zur Darstellung eines Stadtgebiets. Im Ausgangsflächenpolygon 01 verläuft eine
Vielzahl von Straßensegmenten 02, die
als Stadtstraßen
bezeichnet werden. Der äußere Rand
des Ausgangsflächenpolygons 01 wird
durch eine Hüllkurve 03 dadurch
definiert, dass die Hüllkurve
als konvexe Hüllkurve
die Enden der Stadtstraßen 02 umfasst.
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Um
die Ergebnisflächenpolygone
erster bis n-ter Ordnung zu berechnen, wird über das Ausgangsflächenpolygon 01 ein
Netz von Teilflächenpolygonen 04 gelegt,
bei denen es sich im dargestellten Beispiel um regelmäßige Sechsecken
handelt und die Grundfläche
wabenförmig
aufteilen. Dabei ist es selbstverständlich ausreichend, dass anders
als in der Figur darstellten Beispiel, die Teilflächenpolygone 04 lediglich
das Ausgangsflächenpolygon 01 vollständig abdecken.
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In 2 ist
nun das dunkel eingefärbte
Ergebnisflächenpolygon 05 dargestellt,
das sich aus der Gesamtheit aller Teilflächenpolygone 04 ergibt, die
von den Stadtstraßensegmenten 02 geschnitten werden.
Man erkennt, dass sich das Ergebnisflächenpolygon erster Ordnung
charakteristisch am Verlauf der Stadtstraßen 02 orientiert
und lediglich eine sehr geringe Fläche abdeckt. Das Ergebnisflächenpolygon
erster Ordnung ist deshalb zur Anzeige des Stadtgebiets bei sehr
hoher Auflösung
geeignet.
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In 3 ist
der Schritt zur Berechnung des Ergebnisflächenpolygons zweiter Ordnung
dargestellt. Ausgehend von den dunkel eingefärbten Teilflächenpolygonen
der ersten Ordnung werden alle etwas heller eingefärbten Teilflächenpolygone 04 selektiert,
die mit den Teilflächenpolygonen
erster Ordnung in Berührung
stehen und zugleich innerhalb der Hüllkurve 03 liegen.
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In 4 ist
dann das Ergebnisflächenpolygon
zweiter Ordnung dargestellt.
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In 5, 7, 9 und 11 sind
jeweils die Selektionsschritte zur Selektion der Teilflächenpolygone
des Ergebnisflächenpolygons
der jeweils nächst
höheren
Ordnung dargestellt. 6, 8, 10 und 12 stellen
dann jeweils die daraus resultierenden Ergebnisflächenpolygone 07 der
dritten Ordnung (6), 08 der vierten
Ordnung (8), 09 der fünften Ordnung
(10) und 10 der sechsten Ordnung (12)
dar.
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- 01
- Ausgangsflächenpolygon
- 02
- Stadtstraßensegmente
- 03
- Hüllkurve
- 04
- Sechseckiges
Teilflächenpolygon
- 05
- Ergebnisflächenpolygon
erster Ordnung
- 06
- Ergebnisflächenpolygon
zweiter Ordnung
- 07
- Ergebnisflächenpolygon
dritter Ordnung
- 08
- Ergebnisflächenpolygon
vierter Ordnung
- 09
- Ergebnisflächenpolygon
fünfter
Ordnung
- 10
- Ergebnisflächenpolygon
sechster Ordnung