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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht von einem Verfahren und einer Vorrichtung nach der
Gattung der unabhängigen Patentansprüche aus.
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Aktuelle
Navigationssysteme ermöglichen die Bestimmung von Routen,
welche hinsichtlich bestimmter Kriterien ein Optimum darstellen,
wie beispielsweise kürzeste Fahrzeit oder Fahrstrecke.
Zusätzlich können bestimmte Routenabschnitte von
der Routenbestimmung ausgenommen werden, wie beispielsweise Tunnel, Mautstraßen
oder Fähren. Des Weiteren kann durch die Berücksichtigung
von digital codierten und beispielsweise gemäß ISO
14819 über Rundfunk übertragenen Verkehrsmeldungen
eine jeweils aktuelle Verkehrslage, das heißt insbesondere
aktuelle Verkehrsstörungen bei der Routenbestimmung berücksichtigt
werden.
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In
JP 2006 226 786 A ist
ein Navigationssystem beschrieben, welches eine Fahrroute von einem
Start- zu einem Zielpunkt bestimmt und einen Fahrzeugführer
entlang dieser Route zum Ziel führt, wobei die Fahrroute
derart bestimmt wird, dass Rechtsabbiegevorgänge zum Befolgen
der Route möglichst weitgehend vermieden werden. Zugrunde
liegt der in Japan übliche Linksverkehr, so dass Rechtsabbiegevorgänge
insbesondere durch das erforderliche Kreuzen einer Gegenfahrbahn
ein Gefahrenpotenzial in sich bergen und eine erhöhte Aufmerksamkeit
des Fahrzeugführers erfordern. Rechtsabbiegevorgänge
werden dabei durch eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Linksabbiegevorgängen
umgangen, wenn der durch diese Umgehung entstehende Umweg eine bestimmte
Länge nicht überschreitet.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Routenbestimmung für
ein Navigationssystem anzugeben, welche einem Benutzer des Navigationssystems
ein Befolgen der Route erleichtet.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei der Routenbestimmung
die Zahl der in der Route enthaltenen Entscheidungspunkte, wie insbesondere
Verzweigungen, Einmündungen, Kreuzungen, Kreisverkehre und
dergleichen, an denen der Benutzer eine Entscheidung über
eine Weiterfahrt treffen muss, und damit auch die möglichen
Fehlerquellen für den Benutzer beim Befolgen der Route
auf ein Mindestmaß reduziert werden.
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Dazu
werden vorteilhaft in Straßenkartendaten, auf deren Grundlage
die Route von einem Start- zu einem vom Benutzer vorgegebenen Ziel
bestimmt wird, Verkehrsknoten, also insbesondere Verzweigungen, Einmündungen,
Kreuzungen, Kreisverkehre und dergleichen, Gewichte zugeordnet.
Die Route wird auf Basis dieser den Verkehrsknoten zugeordneten
Gewichte im Sinne einer Minimierung der Gesamtkosten der Route als
Summe der Gewichte der darin enthaltenen Verkehrsknoten bestimmt.
Sofern allen Knoten die gleichen Gewichte zugeordnet worden sind,
wird so eine Route bestimmt, die ein Minimum an Verkehrsknoten enthält.
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Vorzugsweise
variieren die den Verkehrsknoten zugeordneten Gewichte in Abhängigkeit
einer Komplexität der Verkehrsknoten. So werden beispielsweise
einfachen Einmündungen oder Verzweigungen geringere Gewichte
als Kreuzungen oder Kreisverkehren oder dergleichen zugeordnet.
Die Komplexität und damit die Höhe des Gewichts
kann dabei direkt mit der Zahl der in einen Verkehrsknoten mündenden
Straßenabschnitte korrelieren. Weiterhin kann die Komplexität
mit der Übersichtlichkeit der Verkehrsknoten aus Sicht
eines sich dem Verkehrsknoten nähernden Fahrzeugführers
korrelieren, so dass beispielsweise eine einfache Straßenkreuzung
mit zweispurigen einmündenden Straßenabschnitten
ein geringeres Gewicht erhält als beispielsweise ein Kreisverkehr,
der aufgrund Bebauung oder Bepflanzung in seinem Zentrum oder aufgrund
seiner Ausdehnung nicht oder nur eingeschränkt zu übersehen
ist.
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Weiterhin
können vorteilhaft den Verkehrsknoten auch für
verschiedene Fahrmanöver verschiedene Gewichte zugeordnet
werden. So wird eine Geradeausfahrt über eine Kreuzung
hinweg mit einem geringeren Gewicht belegt als ein Rechtsabbiegevorgang
und dieser wieder mit einem geringeren Gewicht als ein Linksabbiegevorgang,
bei dem der Gegenverkehr gekreuzt werden müsste. Diese
genannten und auch weitere Einflüsse auf die Komplexität
eines Verkehrsknotens überlagern sich vorteilhaft additiv
oder multiplikativ zu einem resultierenden Gesamtgewicht für
einen Verkehrsknoten.
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Vorteilhaft
erfolgt die Routenbestimmung nicht ausschließlich im Sinne
einer Minimierung der Summe der Knotengewichte der beteiligten Verkehrsknoten,
sondern mit einem Kriterienmix, also unter einer Randbedingung,
wie insbesondere einer gleichzeitig möglichst kurzen Gesamtfahrstrecke,
Gesamtenergieverbauch oder Gesamtfahrzeit. Somit wird eine Route
bestimmt, die im Ergebnis eine geringe Zahl von Knotenpunkten und
damit für den Fahrzeugführer Entscheidungspunkte
enthält und gleichzeitig eine kurze Fahrstrecke, einen geringen
Kraftstoffverbrauch oder eine geringe Fahrzeit erfordert. Die Gewichtung
der zu berücksichtigenden Kriterien kann dabei vorteilhaft
durch den Benutzer vorgebbar sein.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend
näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 ein
Blockschaltbild eines Fahrzeugnavigationssystems als Beispiel einer
Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens und
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2 einen
Ausschnitt eines Straßennetzes zur Verdeutlichung der Funktionsweise
der Erfindung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 1 die erfindungsgemäße
Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit der
Erfindung am Beispiel eines Navigationssystems 1 zur dauerhaften
oder zumindest temporären Verwendung in einem Kraftfahrzeug,
also eines Fahrzeugnavigationssystems.
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Das
Navigationsgerät 1 umfasst in an sich bekannter
Weise Mittel 11 zur Eigenortung und damit zur Bestimmung
eines aktuellen Fahrzeugstandorts, beispielsweise einen Empfänger
für GPS-Satellitenortungssignale, bevorzugt zusätzlich
Inertialsensoren und dergleichen mehr, wobei aus einer Verknüpfung
dieser Signale der jeweils aktuelle Standort bestimmt wird. Über
eine Bedieneinrichtung 12, welche vorzugsweise über Bedienelemente
in Form von Tastschaltern, Touch-Screen oder dergleichen verfügt,
kann vom Benutzer ein Fahrziel eingegeben werden. In der Folge berechnet
ein Routenberechnungsmodul 101, welches vorzugsweise ein
Softwaremodul ist, das von einem Rechner einer zentralen Steuerung 10 des
Navigationssystems 1 abgearbeitet wird, eine Route vom
aktuellen Fahrzeugstandort zum eingegebenen Fahrziel über
ein Verkehrswegenetz, welches durch in einem Massenspeicher 14 gespeicherte
Kartendaten 14 repräsentiert wird.
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Die
Kartendaten 14 umfassen Elemente, nämlich insbesondere
Kanten, die Verkehrswege eines Verkehrswegenetzes, im Falle eines
Navigationssystems für Straßenfahrzeuge Straßenabschnitte,
repräsentieren. Diese sind in dem in 2 dargestellten
Ausschnitt einer Straßenkarte mit S1, S2, S3 und S4 bezeichnet.
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Diesen
Kanten sind Kantengewichte, hier beispielsweise Längenwerte,
zugeordnet, die angeben, wie lang ein jeweiliger Verkehrsweg oder
Verkehrswegeabschnitt ist. Diese Kanten S1, ..., S4 sind über
Knoten, die realen Verkehrsknotenpunkten, wie insbesondere Verzweigungen,
Einmündungen, Kreuzungen, Kreisverkehre, Autobahnauf- oder
Ausfahrten und dergleichen im realen Verkehrswegenetz entsprechen,
untereinander verknüpft. In 2 sind dies
die Knoten K1 und K2. Diesen Knoten sind in den Kartendaten 14 ebenfalls Gewichte
zugeordnet.
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In
bevorzugter Ausgestaltung korrespondieren dabei die den Knoten zugeordneten
Gewichte mit einer angenommenen Komplexität der Knoten.
Das bedeutet, dass beispielsweise einfachen Verzweigungen oder Einmündungen
ein kleines Gewicht, demgegenüber komplexeren Knoten, wie
beispielsweise Kreuzungen oder Kreisverkehren ein höheres
Gewicht zugeordnet ist. Die Komplexität korrespondiert
dabei beispielsweise mit der Zahl der in dem Knoten mündenden
Kanten, also Verkehrswegeabschnitte. Weiterhin korrespondiert die
Komplexität der Knoten beispielsweise mit deren Übersichtlichkeit
aus Sicht eines Fahrzeugführers, der sich einem solchen
Verkehrsknoten mit seinem Fahrzeug nähert. Hier kann beispielsweise
ein Kreisverkehr mit Bebauung in dessen Zentrum eine höhere
Komplexität aufweisen als beispielsweise eine vergleichsweise übersichtliche
Kreuzung. Weiterhin kann beispielsweise eine Kreuzung mit vielspurigen
einmündenden Straßen eine höhere Komplexität
aufweisen als eine Kreuzung mit zweispurigen einmündenden
Straßen.
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In
weiter bevorzugter Ausgestaltung variieren die einem Verkehrsknoten
zugeordneten Gewichte vorteihaft auch in Abhängigkeit einer
Durchfahrtrichtung durch den Verkehrsnkoten. Einer Geradeausfahrt über eine
Kreuzung hinweg ist beispielsweise ein geringeres Gewicht zugeordnet
als einem Rechtsabbiegevorgang an dieser Kreuzung und diesem wiederum
ein geringeres Gewicht als einem Linksabbiegevorgang an dieser Kreuzung.
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Auf
Grundlage dieser Kartendaten 14 erfolgt eine Routenberechnung
von einem Start- zu einem vom Benutzer über die Bedieneinrichtung 12 eingegebenen Zielort
im Routenberechnungsmodul 101 nach einem an sich bekannten
Routenberechnungsalgorithmus, wie Ford-Moore oder Dijkstra. In einer
einfachsten Ausgestaltung könnte diese Berechnung ausschließlich
im Sinne einer Minimierung der Gesamtkosten der Routen als Summe
der Gewichte der in der Route enthaltenen Knotengewichte erfolgen.
Das Ergebnis der Routenberechnung wäre somit eine Route
vom Startort zum eingegebenen Zielort, die, soweit allen Knoten
die gleichen Gewichte zugeordnet sind, ein Minimum an Knoten und
somit Verkehrsknoten umfasst. Eine solche Route hätte aus
Sicht des Benutzers bzw. Fahrzeugführers den Vorteil, dass
an Entscheidungspunkten notwendige Entscheidungen über
eine Weiterfahrt über eine von mindestens zwei mögliche
weiterführende Straßen auf ein Minimum reduziert
werden.
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In
bevorzugter Ausgestaltung sind den Knoten des Verkehrswegenetzes
Gewichte zugeordnet, die auch die Art der Knoten berücksichtigen.
Im Falle der 2 kann beipielsweise dem Knoten
K1 ein Gewicht mit dem Wert „3”, dem Knoten K2
ein Gewicht mit dem Wert „8” zugeorndet sein.
Diese Werte können sich beispielsweise folgendermaßen
ergeben. Jeder Knotenpunkt erhält ein Gewicht, dessen Höhe
sich nach der Zahl der einmündenden Straßenabschnitte
richtet. K1 ist eine Einmündung mit drei anschließenden
Straßenabschnitten S1, S2 und S4 und erhält somit
das Gewicht „3”. Der Kreisverkehr K2 umfasst vier
einmündende Straßenabschnitte S2, S3 und zwei
in der 2 nicht bezeichnete Straßenabschnitte,
woraus sich ein Gewicht von „4” ergäbe.
Da ein Kreisverkehr unübersichtlich ist oder sein kann,
wird dieser Wert hier beispielsweise verdoppelt, es ergibt sich
daraus das Knotengewicht „8” für den
Kreisverkehr K2. Es handelt sich bei diesen angenommenen Werten
und der hier vorgeschlagenen Berechnung ausdrücklich um
ein Beispiel zur Verdeutlichung. Anderweitige Berechnungen und sich
daraus ergebende Werte der Kantenknoten können in der Praxis
tauglicher erscheinen und liegen im Bereich der vorliegenden Erfindung.
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Als
mögliche Routenalternativen ergäben sich bei Berechnung über
den in
2 dargestellten Kartenausschnitt die Routen vom
Startpunkt P zum Zielpunkt Z wie folgt.
| 1.
Alternative | P
-> K1 -> Z, | Summe
der Kontengewichte = 3 |
| 2.
Alternative | P
-> K1 -> K2 -> Z, | Summe
der Knotengewichte = 3 + 8 = 11. |
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Die
zurückzulegenden Strecken betrügen für
die beiden Alternativen unter der Annahme von Kantengewichten wie
folgt
S1: 1
S2: 1
S3: 3
S4: 6
| 1.
Alternative | S1
-> S4 | Summe
Kantengewichte = 1 + 6 = 7 |
| 2.
Alternative | S1
-> S2 -> S3 | Summe
Kantengewichte = 1 + 1 + 3 = 5 |
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Somit
weist zwar Alternative 2 über die Einmündung K1
und den Kreisverkehr K2 zwar eine kürzere Fahrstrecke auf,
jedoch eine höhere Gesamtkomplexität infolge zweier
enthaltener Knotenpunkte im Vergleich zu einem Knotenpunkt bei der
ersten Alternative auf. Bei alleiniger Berücksichtigung
der Summe der Knotengewichte würde somit die Alternative
1P -> K1 -> Z der Zielführung
zugrunde gelegt.
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In
bevorzugter Ausgestaltung erfolgt die Minimierung der Gesamtkosten
nicht ausschließlich über die Knoten, sondern
zusätzlich über die Kantengewichte. Im Ergebnis
wird somit eine Route berechnet, die ein Minimum an Knoten bzw.
Entscheidungspunkten unter der Randbedingung einer gleichzeitig
kurzen Routenlänge bzw. Fahrstrecke vom Start- zum Zielort
umfasst. Das Maß der Gewichtung der Kriterien, hier gerine Knotenzahl
bei gleichzeitig kurzer Route, kann dabei durch Multiplikation der
Gewichte sowohl der Kanten- als auch der Knotengewichte mit entsprechenden
Gewichtungsfaktoren von beispielsweise 40% für die Knoten- und
60% für die Kantengewichte vorgegeben werden.
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Bei
gleicher Gewichtung der Kriterien geringe Gesamtkomplexität
der Route, also geringes Gesamtknotengewicht und kurze Gesamtstrecke,
also geringes Gesamtkantengewicht, ergeben sich für die
beiden Alternativen folgende Verhältnisse.
| 1.
Alternative | P
via S1 -> K1 via S4
-> Z |
| 2.
Alternative | P
via S1 -> K1 via S2
-> K2 via S3 -> Z |
und damit Gesamtkosten von
| 1.
Alternative | 1
(S1) + 3 (K1) + 6 (S4) = 10 |
| 2.
Alternative | 1
(S1) + 3 (K1) + 1 (S2) + 8 (K2) + 3 (S3) = 16 |
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Auch
hier weist somit Alternative 2 deutlich höhere Gesamtkosten
auf als Alternative 1, so dass Alternative der nachfolgenden Routenberechnung
zugrunde gelegt wird.
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Die
solchermaßen berechnete Route wird in einem Routenspeicher 18 abgelegt
und einer nachfolgenden Zielführung zugrunde gelegt, wobei
im Zuge der Fortbewegung des Fahrzeugs dessen jeweils aktueller Standort
bestimmt und mit dem Routenverlauf abgeglichen wird und bedarfsweise
Zielführungshinweise zum Befolgen der Route erzeugt und
beispielsweise als synthetisierte Sprache über eine Ausgabeeinrichtung 16 akustisch
ausgegeben werden. Alternativ oder ergänzend kann auch
die Route beispielsweise auf einem Display 19 in einen
Kartendarstellung eingezeichnet dargestellt werden.
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In
die Gewichtung der Verkehrsknoten können auch weitere Überlegungen
mit einfließen, wie
- – die
Art der Kreuzung (Kreisverkehr, Sternkreuzung mit mehreren Situationen
z. B. „halb rechts/ganz rechts”, Ampelkreuzungen
(späte Festlegung in Geradeaus/Rechts- oder Linksabbieung,
womöglichmehrspurig), T-Kreuzung, Y-Kreuzung, etc.), wobei
eine mehrspurige Ampelkreuzung sicherlich eine höhere Komplexitätsgewichtung
erhält als eine einfache „rechts- oder Links”-Kreuzung
(T-Kreuzung).
- – Strassentyp (z. B. Autobahn, Bundesstrasse, Landstrasse,
innerstädtische Vorfahrtsstrasse, innerstädische
Wohnstrassen, ...). Wobei hierbei eine Kreuzung die das Abbiegen
entlang einer Vorfahrtsstrasse erfordert z. B. eine geringere Komplexitätseinstufung
besitzt, als eine innerstädtische Wohnstrasse mit dicht aufeinanderfolgenden
Abbiegungen, wobei dabei Privateinfahrten häufig nur schwer
von „echten” Strassen zu unterscheiden sind.
- – Eine weitere Gewichtungsmöglichkeit für
eine Kreuzung ist die Berücksichtigung der Auswirkung eines Fehlabbiegens.
Eine Kreuzung die bei einem Fehlabbiegen (z. B. Geradeausfahrt anstelle
rechts abbiegen) zu einer einer deutlich längeren Gesamtstrecke,
oder in eine Strassensituation mit komplexen Kreuzungssituationen
führt, oder ein Wenden nur nach langer Fehlfahrt ermöglicht
wird entsprechend hinsichtlich ihrer Komplexität hoch gewichtet.
Diese Berücksichtigung kann z. B. dadurch erfolgen, dass
der Algorithmus bei besonders fehleranfälligen Kreuzungen/Kreisverkehr,
etc. Fehlfabbiegunen annimmt, und dann jeweils eine Routenberechnung
bis zum Ziel bestimmt um daraus den Schwierigkeitsgrad zu ermitteln.
Dieser wird dann geeignet als in den Komplexitätsgrad der
Kreuzung integriert.
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Es
ist vorteilhaft, die Gewichtung der Kreuzungen empirisch zu ermitteln.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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