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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur geographischen Positionsbestimmung
eines Fußgängers relativ
zu einem Straßenelement
auf einer digitalen Straßenkarte,
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft
ferner ein zugehöriges
Computerprogrammprodukt sowie ein digitales Speichermedium und eine
Navigationseinrichtung.
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Gattungsgemäße Verfahren
und Navigationseinrichtungen zur geographischen Positionsbestimmung,
insbesondere zur Positionsbestimmung auf Basis von GPS-gestützten Systemen,
sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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GPS-Positionsmessungen
sind dabei zunächst
einmal inhärent
mit Ungenauigkeiten behaftet. Quellen für die Ungenauigkeit der GPS-Positionsermittlung
liegen unter anderem in der begrenzten Anzahl bzw. Sichtbarkeit
der zur Positionsermittlung verwendeten Satelliten vom jeweiligen
Standort des GPS-Empfängers,
in der Winkelstellung der sicht baren Satelliten relativ zum Standort
des GPS-Empfängers
(Triangulation), in atmosphärischen
Störungen,
welche die Richtung und damit die Laufzeit der Satellitensignale
verfälschen
können,
im Mehrweg-Empfang aufgrund von Reflexionen beispielsweise an Gebäuden, wie
auch in Fehlern bei der Genauigkeit der zu GPS-Messung notwendigen Zeitbestimmung.
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Diese
Fehlerquellen führen
typischerweise zu einer Genauigkeit (Reproduzierbarkeit) bei der
absoluten Positionsermittlung mittels GPS in der Größenordnung
von ca. 15 m. Zusätzlich
ist das GPS-Signal häufig
einer harmonischen Schwebung unterworfen, die eine periodisch schwankende
Ungenauigkeit ebenfalls im Bereich einiger Meter mit sich bringt.
Dies bedeutet jedoch, dass eine typische, reine GPS-Messung für sich genommen
oftmals nicht genau genug ist, um den tatsächlichen Standort des Empfängers auf
einer digitalen Straßenkarte
eindeutig bestimmen zu können.
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Hingegen
liegt die relative Genauigkeit (Kurzzeitauflösung) der Positionsermittlung
mittels GPS deutlich höher
als die absolute Genauigkeit. Dies bedeutet, dass Bewegungen des
GPS-Empfängers
bereits nach wenigen Metern aufgelöst und damit registriert und
in entsprechende GPS-Trajektorien
(Bewegungsbahnen) umgesetzt werden können. Es ist somit zu fast
jedem Zeitpunkt zwar sehr genau eine momentane Bewegung des GPS-Empfängers nach
Richtung und Geschwindigkeit bestimmbar, wobei jedoch die Messung
des absoluten Standorts des Empfängers
einem sehr viel größeren Fehler
unterliegt.
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Die
vergleichsweise hohe Genauigkeit von GPS-Empfängern bei der Bewegungs- bzw.
Richtungserkennung wird im Stand der Technik dazu verwendet, um
den vom GPS-System zumeist fehlerhaft gemessenen absoluten Standort
des Empfängers – anhand
der Straßenkarte
entnommener Zusatzinformationen über
mögliche
bzw. wahrscheinliche Bewegungsrichtungen des Empfängers – permanent
bzw. periodisch zu korri gieren, und damit bei der Positionsbestimmung
nach unter dem Begriff „Map-Matching” bekannten
Verfahren die unscharfe absolute Positionsermittlung erheblich zu
verbessern.
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Hierzu
gleicht der GPS-Empfänger
mittels Zugriff auf die digitale Straßenkarte seine jeweils festgestellte
momentane Bewegungsrichtung bzw. Trajektorie mit den in der unmittelbaren
Umgebung des (per Absolutmessung ungefähr bestimmten) Standorts befindlichen
Straßenvektoren
ab. Wird dabei eine Empfängerbewegung
festgestellt, welche parallel zu einer in der unmittelbaren Umgebung
des aktuellen Standorts befindlichen Straße verläuft (bzw. deren aktuelle Bewegungsbahn
mit dem jeweiligen Straßenvektor
weitgehend übereinstimmt),
so wird angenommen, dass sich der Empfänger auf der zugehörigen Straße befindet
und sich entlang dieser Straße
bewegt, weshalb sodann eine entsprechende Korrektur der dem Nutzer
angezeigten Absolutposition erfolgt.
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Mit
dieser aus der Straßenkarte
entnommenen Zusatzinformation über
mögliche
bzw. wahrscheinliche Bewegungsrichtungen bzw. Trajektorien kann
somit die inhärent
ungenaue GPS-Absolutmessung korrigiert werden, und die momentane
Summe der GPS-Fehlerquellen lässt
sich anhand der aus der Karte entnommenen Zusatzinformationen weitgehend
eliminieren. Indem aufgrund der momentanen Bewegungsrichtung bzw.
Bewegungsbahn des GPS-Empfängers
dieser automatisch auf die nächstliegende
Straße ”eingerastet” wird,
welche mit der festgestellten Bewegungsrichtung bzw. Bewegungsbahn
am besten übereinstimmt,
lässt sich
somit eine Genauigkeit auch bei der absoluten Positionsbestimmung
und Positionsanzeige im Allgemeinen bis herunter auf wenige Meter
gewährleisten.
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Dieses
Prinzip des map matching hat sich bewährt und funktioniert gut bei
der Positionsbestimmung von Kraftfahrzeugen, da sich Kraftfahrzeuge tatsächlich praktisch
immer parallel zu dem Straßenvektor
derjenigen Straße
bewegen, auf der sie sich befinden. Bei Fahrzeug-Navigations geräten wird
zusätzlich
zur Bewegungsrichtung teilweise auch die momentane Ausrichtung des
Fahrzeugs als zusätzliche
Informationsquelle herangezogen. Ist ein Fahrzeug somit etwa nicht
parallel, sondern quer zu einem bisher aktuellen Straßenvektor
ausgerichtet, bzw. bewegt sich ein Fahrzeug quer zu diesem Straßenvektor,
so werden diese Informationen vom Navigationssystem mit vergleichsweise
starker Gewichtung als Indiz dafür
gewertet, dass das Fahrzeug die bisher aktuelle Straße verlassen
hat und sich bereits auf einer anderen (nahegelegenen) Straße befindet, welche
mit dem neuen Bewegungsvektor und/oder der neuen Fahrzeugausrichtung
besser übereinstimmt
als die zuvor aktuelle Straße.
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Das
beschriebene Prinzip (map matching) der Überprüfung und ggf. Korrektur der
aktuellen GPS-Absolutmessung anhand der momentanen Ausrichtung,
Bewegungsrichtung bzw. Trajektorie ist bei der Feststellung der
aktuellen Position eines Fußgängers in
einer Straßenkarte
jedoch weniger geeignet. Dies hängt
damit zusammen, dass der Zusammenhang zwischen der Bewegungsrichtung
und der Richtung des aktuellen Straßenvektors im Fall eines Fußgängers sehr
viel weniger scharf ist als bei einem Kraftfahrzeug, da die Bewegung
eines Fußgängers viel
häufiger
auch Bewegungskomponenten quer zur Straße aufweist. Dies gilt insbesondere
für Fußgänger, die
sich beispielsweise in der Innenstadt bewegen, und dort besonders
für Fußgängerzonen
und ähnliche
Bereiche, in denen beim Bummeln sehr häufig z. B. die Straßenseite
gewechselt wird.
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Eine
Querung der Straße
durch einen Fußgänger würde bei
aus dem Stand der Technik bekannten Positionsbestimmungsverfahren,
die wie beschrieben hauptsächlich
für die
genaue Positionsbestimmung von Kraftfahrzeugen ausgelegt sind, jedoch
häufig
bereits als Indiz dafür
gewertet, dass die aktuelle Absolutposition fehlerbehaftet ist,
und dass der GPS-Empfänger
bzw. der Fußgänger sich
tatsächlich
bereits auf einer anderen als der aktuell angenommenen Straße befindet.
Denn bei einem derartigen, beispielsweise durch den Wechsel der
Straßenseite
in einer Fußgängerzone
ausgelösten
Richtungswechsel eines Fußgängers versu chen
die bekannten Verfahren zur Positionsbestimmung sofort, anhand der
beim Wechsel der Straßenseite
eingeschlagenen Richtung eine Straße in der Umgebung zu finden,
deren Straßenvektor
eine hohe Übereinstimmung
mit der festgestellten neuen Bewegungsrichtung hat. Wird eine solche
Straße
im Umkreis von ca. 15 bis 20 m gefunden, so nehmen diese bekannten
Verfahren an, dass der aktuelle Standort fehlerhaft ist. Es findet
dann anhand des Abgleichs mit den Richtungsinformationen aus der
Karte eine Korrektur der Positionsbestimmung und -ausgabe statt
(”map matching”) und der
GPS-Empfänger
wird dementsprechend auf der neuen gefundenen Straße verortet,
deren Richtung bzw. Trajektorie mit der momentan festgestellten
Bewegung des GPS-Empfängers am
besten übereinstimmt.
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Es
ist unmittelbar einsichtig, dass dieses ”Einrasten” des aktuellen Standorts jeweils
auf derjenigen Straße,
deren Richtung bzw. Verlauf mit der aktuellen Bewegung des Nutzers
bzw. GPS-Empfängers
am besten übereinstimmt,
bei der Positionsbestimmung von Fußgängern insbesondere in Innenstädten nicht
zielführend
ist. Gerade beim Bummeln von Fußgängern kann
dies zu einem wiederholten Umherspringen der auf dem Bildschirm
eines Navigationsgeräts
angezeigten aktuellen Position des Fußgängers führen, was den Nutzer verunsichert und
die Verlässlichkeit
der Positionsbestimmung bei der Fußgängernavigation verringert.
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Mit
diesem Hintergrund ist es somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zur geographischen Positionsbestimmung
eines Fußgängers zu
schaffen, mit dem bzw. mit der die im Stand der Technik gegebenen
Nachteile überwunden
werden sollen. Insbesondere soll die Erfindung dabei die Fehleranfälligkeit
der bekannten Verfahren bzw. Einrichtungen bei vorübergehenden Bewegungen
quer zur Straßerichtung
verringern, und somit die Genauigkeit der Positionsbestimmung bei
der Fußgängernavigation,
insbesondere, jedoch nicht ausschließlich in Innenstädten, verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die
erfindungsgemäße Lösung der
Aufgabe umfasst ferner ein Computerprogrammprodukt gemäß Patentanspruch
8, ein digitales, computerlesbares Speichermedium nach Patentanspruch
9 sowie eine Navigationseinrichtung gemäß Patentanspruch 10.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das
Verfahren zur geographischen Positionsbestimmung eines Fußgängers gemäß der vorliegenden
Erfindung wird – in
für sich
genommen zunächst
bekannter Weise – mittels
einer Navigationseinrichtung mit einer Positionsermittlungseinrichtung,
ferner mit Prozessor, Arbeitsspeicher, Massenspeicher und mit einer
Anzeige- bzw. Ausgabeeinrichtung durchgeführt. Dabei ist die aktuelle
Position der Navigationseinrichtung bzw. des Fußgängers in ebenfalls bekannter
Weise einer Positionsmarkierung auf der Anzeigeeinrichtung zugeordnet,
und es erfolgt (permanent oder regelmäßig wiederholt) eine Überprüfung und
ggf. Korrektur der gemessenen Position des Fußgängers anhand eines Abgleichs
von gemessenen Trajektorien des Fußgängers mit den Kartendaten,
also mit den Straßenvektoren
in der unmittelbaren Umgebung der aktuellen Position.
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Erfindungsgemäß jedoch
zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass entlang zumindest
des der aktuellen Position zugeordneten Straßenelements ein virtueller
Korridor definiert wird. Dabei werden innerhalb des Korridors beim
map matching (also bei der Überprüfung und
ggf. Korrektur der absoluten GPS-Positionsmessung anhand der aus
mehreren GPS-Messpunkten bestimmten aktuellen Bewegungsrichtung
bzw. Bewegungsbahn, sowie anhand von deren Abgleich mit den umgebenden
Straßenvektoren)
festgestellte Bewegungskomponenten des Fußgängers quer zum Straßenvektor
des aktuellen Straßenelements
und/oder Informationen über
die momentane Ausrichtung des Fußgängers ignoriert.
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Dies
bedeutet mit anderen Worten, dass beim map matching Bewegungskomponenten
des Nutzers nur noch in Längsrichtung,
nicht mehr jedoch in Querrichtung des Korridors bzw. des aktuellen Straßenvektors
berücksichtigt
werden, solange der Fußgänger von
der Navigationseinrichtung noch innerhalb des virtuellen Korridors
um das als aktuell mit den Nutzerposition übereinstimmend angenommene Straßenelement
verortet wird. Ebenso wird für
das map matching eine etwa feststellbare momentane Ausrichtung des
Nutzers ignoriert, solange sich der Nutzer innerhalb des Korridors
befindet.
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Ein
map matching, sprich eine Überprüfung und
ggf. Korrektur der aktuellen GPS-Absolutposition anhand eines Abgleichs
der aktuellen Bewegungsbahn des Nutzers mit den Vektoren der umgebenden Straßen, findet
erfindungsgemäß somit
nicht bzw. erst dann statt, wenn die fortwährenden GPS-Messungen ergeben,
dass die Navigationseinrichtung bzw. der Fußgänger den virtuellen Korridor
um die aktuelle Straße
verlassen hat. Erst dann wird die aktuelle Bewegungsrichtung mit
den Richtungen der Vektoren der umgebenden Straßen abgeglichen, und es findet
ggf. eine Korrektur der Absolutposition bzw. ein Einrasten auf die
neue, am besten mit der aktuellen Bewegungsrichtung übereinstimmende
Straße statt.
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Auf
diese Weise lassen sich dank der Erfindung somit diejenigen Fehlerquellen
weitgehend eliminieren, die durch die typischen häufigen Änderungen
der Körperausrichtung
und/oder der Laufrichtung bei Fußgängern entstehen, falls die
beschriebenen üblichen,
aus dem Stand der Technik bekannten Positionsermittlungsverfahren
angewandt würden,
insbesondere bezüglich
der dortigen Berücksichtigung und
starken Gewichtung von Bewegungen quer zum aktuellen Straßenelement.
Dank der Erfindung wird somit eine besonders genaue Positionsbestimmung und
-ausgabe, mit stark verringerter Fehlerquote, gerade bei der Fußgängernavigation
ermöglicht.
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In
den Massenspeicher der jeweils verwendeten Navigationseinrichtung
kann dabei insbesondere eine digitale Straßenkarte und/oder eine Navi gationssoftware
geladen sein. Die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf
den Einsatz mit Geräten oder
Einrichtungen, welche Straßenkarte
und/oder Navigationssoftware enthalten, sondern lässt sich auch
bei der sog. Offboard-Navigation einsetzen, bei der Kartendaten
und/oder Navigationssoftware auf einem zentralen Server gespeichert
sind bzw. ausgeführt
werden. Die Offboard-Navigation kann mit Vorteil insbesondere bei
einfachen Geräten
mit geringer Rechenleistung vorgesehen werden, um auch bei Geräten, die
nicht über
die Möglichkeit
der Routenberechnung bzw. Speicherung einer Kartendatenbank verfügen, eine
entsprechende Positionsanzeige bzw. entsprechende Navigationsfunktionen
anbieten zu können.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass bei der Überprüfung und ggf. Korrektur der
aktuellen Position innerhalb des Korridors um das aktuelle Straßenelement
zumindest einzelne festgestellte Bewegungen des Fußgängers nicht
nur quer zum aktuellen Straßenelement,
sondern auch – entlang
des aktuellen Straßenvektors – in Gegenrichtung
zur bisher ermittelten Laufrichtung ignoriert werden. Dabei wird
ein Richtungswechsel des Fußgängers von
der Navigationseinrichtung erst dann als erfolgt gewertet und zum
map matching herangezogen bzw. auf der Anzeigeeinrichtung ausgegeben,
wenn von der Navigationseinrichtung hintereinander zumindest zwei
Einzelbewegungen des Fußgängers in
Gegenrichtung zur bisherigen Laufrichtung ermittelt worden sind.
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Mit
anderen Worten lässt
sich auf diese Weise die Fehlerquote bei der Positionsanzeige noch weiter
verringern, indem bezüglich
der Richtungsänderung
in die Gegenrichtung eine Hysterese vorgesehen wird. Dank der mit
dieser Ausführungsform eingeführten Hysterese
werden demzufolge kurzzeitige Richtungsänderungen des Fußgängers nicht
nur in seitlicher Richtung, sondern auch in die Gegenrichtung der
bisherigen Laufrichtung – wie
sie bei einem Fußgänger, insbesondere
beim Bummeln, häufig vorkommen
können – in Bezug
auf das map matching zunächst noch
ignoriert. Eine tatsächliche Richtungsänderung
in die Gegenrichtung wird vom System erst dann beim map matching
berücksichtigt bzw.
in eine entsprechende Veränderung
der Positionsmarkierung auf der Anzeige umgesetzt, wenn in mehreren,
zumindest jedoch in zwei, sukzessiven Messungen hintereinander ermittelt
wird, dass sich der Fußgänger entlang
des aktuellen Straßenvektors in
die Gegenrichtung bewegt hat.
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Gemäß einer
weiteren, bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass beim map matching, also der Überprüfung und
ggf. Korrektur der aktuellen Position, an Wegekreuzungen diejenige
Abzweigung, deren Richtung in der Karte den größten Übereinstimmungsgrad mit dem
bisherigen Wegevektor hat, bevorzugt bzw. stärker gewichtet wird als andere
Abzweigungen der Wegekreuzung mit jeweils geringerer Richtungsübereinstimmung.
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Mit
dieser Ausführungsform
wird eine statistische Erkenntnis berücksichtigt, die besagt, dass
an der Mehrzahl der passierten Wegekreuzungen üblicherweise geradeaus weitergegangen
und nicht abgezweigt wird. Durch die hierdurch mögliche Berücksichtigung dieses statistischen
Zusammenhangs wird die Fehlerquote bei der Positionsbestimmung und
-ausgabe weiter verringert, insbesondere indem ein Wechsel auf eine
querende Straße
als weniger wahrscheinlich betrachtet wird als das Weitergehen entlang
der bisherigen Richtung. Dementsprechend wird von der Navigationseinrichtung
der Wechsel der Positionsbestimmung auf eine querende Straße zunächst auch
dann zumindest tendenziell länger
unterdrückt,
wenn gerade im Kreuzungsbereich etwaige Querbewegungen des Nutzers
registriert werden sollten.
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Die
Erfindung wird ferner unabhängig
davon verwirklicht, ob die Bestimmung der aktuellen Position im
Rahmen der Navigation entlang einer Route erfolgt, oder ob lediglich
eine Bestimmung und Anzeige der aktuellen Position des Fußgängers erfolgt.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird der Erfindungsgedanke jedoch insbesondere auch
auf die Positionsbestimmung im Rahmen der Navigation entlang einer
Route angewandt. Dabei wird der virtuelle Korridor entlang zumindest eines
Straßenelements
der Navigationsroute definiert, und es werden – im Rahmen des map matching – etwa festgestellte
Bewegungskomponenten quer zum Straßenvektor des Straßenelements
der Navigationsroute und/oder Informationen über die momentane Ausrichtung
des Fußgängers ignoriert.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird der erfindungsgemäße Korridor
somit nicht nur bei der allgemeinen Positionsbestimmung entlang
von Straßen, sondern
insbesondere bei der Positionsbestimmung im Fall des Abschreitens
einer Navigationsroute angewandt. Hierbei wird der virtuelle Korridor
entlang der Route definiert, und es werden beim map matching, also
bei der Überprüfung und
ggf. Korrektur der momentanen Position anhand der Kartendaten, somit
nur Bewegungskomponenten des Fußgängers parallel
zum momentanen Routenvektor berücksichtigt,
solange der Korridor nicht verlassen wird. Dabei kann der um eine
Navigationsroute gelegte Korridor insbesondere auch breiter gewählt werden
als der (bei der reinen Positionsbestimmung ohne Navigation) um
eine aktuell begangene Straße
gelegte Korridor, da wiederum die Wahrscheinlichkeit, dass von einer
geplanten Navigationsroute abgewichen wird, kleiner ist als die
Wahrscheinlichkeit, dass ohne Navigation von der aktuellen Straße abgezweigt
wird.
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Auch
hierdurch wird wieder die Bestimmung der aktuellen Position und
damit die Genauigkeit der Positionsanzeige weiter verbessert, ebenso
wie sich die Fehlerquote bezüglich
falsch erkannter Abzweigungen (aufgrund von Querbewegungen) von
der Route weiter verringern lässt.
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Mit
diesem Hintergrund wird gemäß einer weiteren
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung bei der Überprüfung und
ggf. Korrektur der aktuellen Position auch an Wegekreuzungen diejenige Abzweigung,
deren Richtung den höchsten Übereinstimmungsgrad
mit einer aktuellen Navi gationsroute hat, bevorzugt bzw. stärker gewichtet
als Abzweigungen, die einen geringeren Grad an Übereinstimmung mit der aktuellen
Navigationsroute haben.
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Mit
dieser Ausführungsform
wird die Erkenntnis berücksichtigt,
dass im Falle einer aktuell stattfindenden Routennavigation auch
an Abzweigungen mit statistisch höherer Wahrscheinlichkeit demjenigen
Weg oder derjenigen Straße
gefolgt wird, welcher bzw. welche mit dem Verlauf der Navigationsroute übereinstimmt,
während
nicht mit der Route übereinstimmende
Abzweigungen mit jeweils statistisch geringerer Wahrscheinlichkeit
gewählt
werden.
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Hierdurch
wird die Fehlerquote bei der Positionsbestimmung und -ausgabe noch
weiter verringert, indem auch an einer Abzweigung ein Wechsel auf
eine andere als die von der Navigation vorgeschlagene Richtung als
weniger wahrscheinlich betrachtet wird als das Weitergehen entlang
der Navigationsroute. Dementsprechend unterbleibt auch hier wieder
das map matching bzw. der Wechsel der Positionsbestimmung und -ausgabe
auf eine andere als die von der Navigation vorgeschlagene Straßenrichtung
zunächst
auch dann noch für
eine gewisse Zeit, wenn im Kreuzungsbereich Bewegungen des Nutzers
in eine andere als die mit der Route übereinstimmende Richtung registriert
werden sollten. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass der Fußgänger bei
aktivem Routing auch bei etwaigen Querbewegungen länger auf
der Route eingerastet bleibt, als wenn kein Routing aktiv wäre.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, dass der virtuelle Korridor im unmittelbaren
Bereich von Wegekreuzungen um einen bestimmten Faktor verschmälert wird.
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Dieser
Ausführungsform
liegt die Tatsache zugrunde, dass bei der Positionsbestimmung im
Bereich von Wege- bzw. Straßenkreuzungen
sich auch die virtuellen Korridore überschneiden, die um die sich
kreuzenden Wege bzw. Straßen
zur Verbesserung der Positionsbestimmung erfin dungsgemäß jeweils
gelegt werden. Dabei können
im Überschneidungsbereich
der Korridore wieder Fehler bei der Positionsbestimmung entstehen,
da im Überschneidungsbereich
der virtuellen Korridore mangels einer eindeutigen Korridorrichtung
nicht mehr zwischen Längsbewegungen
und (zu ignorierenden) Querbewegungen des Fußgängers unterschieden werden kann.
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Um
die damit im Überschneidungsbereich potenziell
höhere
Fehlerquote zu minimieren, werden gemäß dieser Ausführungsform
die virtuellen Korridore im Kreuzungsbereich jeweils um einen bestimmten
Faktor verschmälert,
so dass der Fußgänger entsprechend
schneller den mehrdeutigen, nun aber kleineren Überschneidungsbereich wieder
verlässt
und wieder in den überschneidungsfreien
und damit eindeutigen Korridorbereich einer der Abzweigungen der
Kreuzung eintritt. Vorzugsweise wird der Korridor maximal soweit
verschmälert,
dass dabei die Breite der Straße
nicht unterschritten wird, um Fehlpositionierungen durch Bewegungen
innerhalb der Straßenbreite
zu unterbinden.
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Ferner
ist gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen, dass die Breite des virtuellen Korridors
in Abhängigkeit
von der Straßenkategorie
gewählt
wird. Diese Ausführungsform der
Erfindung hat einerseits den Hintergrund, dass die Breite des Korridors
mit den unterschiedlichen tatsächlichen
Breiten verschiedener Straßen
bzw. Wege korrespondieren sollte. Andererseits wird beispielsweise
für eine
Fußgängerzone
auch aus dem Grund im Allgemeinen ein breiterer Korridor zu wählen sein
als für
eine normale Straße
mit Straßenverkehr,
da in der Fußgängerzone
im Vergleich zur normalen Straße
mit besonders vielen bzw. besonders weitläufigen Bewegungen des Fußgängers quer
zum Straßenvektor,
bis hin zu kurzen Abstechern bzw. Bewegungen des Fußgängers in
kleine Quergassen, Passagen und dergleichen zu rechnen ist.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein dem erfindungsgemäßen Verfahren zugeordnetes
Computerprogrammprodukt, ein zugehöriges digitales Speichermedium
sowie eine ebenfalls erfindungsgemäße Navigationseinrich tung.
Dabei umfasst das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt
auf einem maschinenlesbaren Träger
gespeicherte Programmschritte zur Durchführung des oben beschriebenen
erfindungsgemäßen Verfahrens,
wenn diese von einer programmierbaren Prozessoreinrichtung ausgeführt werden.
Das digitale Speichermedium gemäß der Erfindung
enthält
elektronisch auslesbare Steuersignale, die nach dem Auslesen durch
eine programmierbare Prozessoreinrichtung dergestalt mit der Prozessoreinrichtung
interagieren können, dass
durch die Prozessoreinrichtung das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren
ausgeführt
wird.
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Die
erfindungsgemäße Navigationseinrichtung
schließlich
dient zur Bestimmung einer aktuellen Position eines Fußgängers relativ
zu einem Straßenelement,
und umfasst eine Positionsermittlungseinrichtung, eine programmierbare
Prozessoreinrichtung mit Massenspeicher sowie eine Anzeigeeinrichtung
zur Ausgabe der aktuellen Position. Die Prozessoreinrichtung ist
dabei zum Ausführen
des oben beschriebenen Computerprogrammprodukts, zum Auslesen des
genannten digitalen Speichermediums, oder zur Durchführung des
oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens
eingerichtet.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele
darstellender Zeichnungen näher
erläutert.
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Dabei
zeigt
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1 in
schematisierter Darstellung einen auf der Anzeigeeinrichtung einer
Navigationseinrichtung dargestellten Kartenausschnitt mit Straßensegmenten,
GPS-Messpunkten und virtuellen Korridoren;
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2 in
einer 1 entsprechenden Darstellung und Ansicht den Kartenausschnitt
gemäß 1 mit
zusätzlicher
Navigationsroute;
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3 in
einer 1 und 2 entsprechenden Darstellung
und Ansicht den Kartenausschnitt gemäß 1 und 2,
mit abzweigender Navigationsroute; und
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4 in
einer 1 bis 3 entsprechenden Darstellung
und Ansicht den Kartenausschnitt gemäß 1 mit verschmälerten virtuellen
Korridoren im Kreuzungsbereich.
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1 zeigt
in schematisierter Darstellung zunächst einmal einen Ausschnitt 1 aus
einer Straßenkarte,
wie er auf der Anzeigeeinrichtung 2 beispielsweise eines
tragbaren Navigationsgeräts
dargestellt werden kann. Man erkennt zwei sich kreuzende Straßen 3, 4 sowie
punktiert symbolisierte GPS-Messpunkte 5 der Bewegung eines
Fußgängers entlang
der Straße 4.
Ferner erkennbar werden die erfindungsgemäß um die Straßen 3, 4 gelegten virtuellen
Korridore 6, 7.
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Wie
in 1 erkennbar, bewegt sich der Fußgänger – entsprechend
dem eingangs beschriebenen, für
Fußgänger charakteristischen
Bewegungsmusters – keineswegs
parallel entlang der jeweils begangenen Straße 3, sondern wechselt
häufig die
Straßenseite
(beispielsweise bei 8, 9, 10). Bei 9 besitzt
die Bewegung des Fußgängers (beim Überqueren
der Straße
von zeichnungsbezogen links nach rechts) sogar kurzzeitig eine Komponente
entgegen der zeichnungsbezogen nach oben weisenden, hauptsächlichen
Bewegungsrichtung.
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Die
in 1 eingezeichneten GPS-Messpunkte 5 entsprechen
dabei jedoch nicht zwangsläufig
exakt den tatsächlichen
Standorten des Fußgängers. Vielmehr
sind die GPS-Messpunkte 5 zunächst, wie eingangs beschrieben,
mit den dem GPS-System immanenten Ungenauigkeiten behaftet, insbesondere
was die Ungenauigkeit der Absolutmessung im Bereich von ca. 10 bis
15 m angeht.
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Dies
betrifft jedoch vorwiegend Ungenauigkeiten bei der absoluten Positionsbestimmung
des Fußgängers, während mit
kurzen Zeitabständen
hin tereinander durchgeführte
GPS-Messungen relativ zueinander durchaus eine sehr viel höhere Genauigkeit
als die genannten 10 bis 15 m erreichen. Dies bedeutet mit anderen
Worten, dass der Weg bzw. die Trajektorie des Fußgängers zwar mit einer Genauigkeit
von wenigen Metern nachverfolgt bzw. aufgezeichnet werden kann (siehe
Messpunkte 5 in 1), dass jedoch nicht ohne Weiteres
feststeht, ob der so festgestellte Weg tatsächlich mit einem Straßenvektor übereinstimmt,
oder aber etwa parallel zu diesem Straßenvektor (beispielsweise auf
einer anderen nahe gelegenen Straße) verläuft.
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Aus
diesem Grund muss ein GPS-System – wie eingangs beschrieben – stets
bestrebt sein, nicht nur absolute Messungen durchzuführen, sondern auch
die aktuelle Bewegungsrichtung bzw. Bewegungsbahn des Messpunkts
(hier also des Fußgängers) zu
ermitteln. Insbesondere anhand eines Abgleichs der ermittelten Bewegung
mit den Straßenvektoren
der Umgebung ist durch das System sodann in regelmäßigen Abständen ein
map matching, sprich eine Überprüfung und
ggf. Korrektur der fehlerbehafteten absoluten Positionsbestimmung, durchzuführen, dergestalt,
dass der Messpunkt (hier also der auf der Anzeige 2 jeweils
angezeigte Standort des Fußgängers) auf
denjenigen Straßenvektor der
Umgebung hin korrigiert bzw. auf diesem Straßenvektor eingerastet wird,
welcher den besten Kompromiss zwischen der (fehlerbehafteten) Absolutmessung
und der (mit hoher Genauigkeit feststellbaren) Bewegungsbahn darstellt.
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Da
jedoch aufgrund der häufigen,
typischen Querbewegungen 8, 9, 10 eines
Fußgängers insbesondere
die aktuelle Bewegungsrichtung nur selten mit der Richtung des aktuellen
Straßenvektors 3 übereinstimmt,
versagt das bei üblichen
Navigationssystemen eingesetzte – zumeist für die Kfz-Navigation optimierte – map matching-Verfahren
bei der genauen Positionsbestimmung von Fußgängern.
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Aus
diesem Grund werden erfindungsgemäß die virtuellen (dem Nutzer
auf dem Bildschirm 2 nicht tatsächlich angezeigten) Korridore 6, 7 um
die aktuell infrage kommenden Straßenvektoren 3, 4 gelegt, und
es wer den für
das map matching Bewegungen des Fußgängers quer zum jeweiligen Straßenvektor 3, 4 ignoriert,
solange sich die entsprechenden Messpunkte 5 noch innerhalb
des jeweiligen Korridors 6 befinden.
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Dies
bedeutet, dass für
die Positionsbestimmung – dabei
insbesondere für
die zur Korrektur der aktuellen Position, sprich für das map
matching, entscheidende, genaue Ermittlung der Bewegungsrichtung – lediglich
Bewegungskomponenten entlang des aktuellen Straßenvektors 3 berücksichtigt
werden, solange der Fußgänger vom
System noch innerhalb des aktuellen Korridors 6 verortet
wird. Hierdurch werden somit die Bewegungskomponenten quer zum aktuellen
Straßenvektor 3 bis
zu einem gewissen Grad ausgeblendet, wodurch vermieden wird, dass
das System bei jeder ermittelten Querbewegung des Fußgängers sofort
beginnt, in der Umgebung nach einem anderen Straßenvektor zu suchen, der mit
der aktuellen Querbewegung möglicherweise besser übereinstimmt,
und – falls
ein solcher gefunden wird – den
Fußgänger mit
hoher Wahrscheinlichkeit irrtümlich
auf diesem anderen Straßenvektor
verortet bzw. einrastet.
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So
würde eine
festgestellte Bewegung eines Fußgängers quer
zu einer Straße
insbesondere in einem Kreuzungsbereich, wie sie beispielsweise durch den
Pfeil 11 in 1 symbolisiert ist, ebenso wie
die Querbewegung bei 9, bei einem Navigationssystem gemäß dem Stand
der Technik mit großer
Wahrscheinlichkeit dazu führen,
dass der Fußgänger sofort
auf der mit der jeweiligen Bewegungsrichtung besser übereinstimmenden
Querstraße 4 verortet werden
würde,
obwohl sich der Fußgänger tatsächlich bereits
etliche Meter hinter dem Kreuzungsbereich auf der geradeaus weiterführenden
Straße 3 befindet.
Die Positionsanzeige auf dem Bildschirm des betreffenden Navigationssystems
würde somit (insbesondere
in Kreuzungsbereichen oder bei sonstigen Abzweigungen) häufig zwischen
verschiedenen Straßen
hin und her springen und nur beim geradlinigen Begehen einer Straße den Fußgänger stabil
auf der jeweiligen Straße
verorten. Dies ist für
den Benutzer eines entsprechenden Naviga tionssystems jedoch verwirrend
und beeinträchtigt
die Ortungsgenauigkeit derartiger Navigationssysteme bei der Benutzung
insbesondere zur Fußgängernavigation
in Innenstädten.
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2 entspricht
im Wesentlichen der Darstellung von 1 mit dem
Unterschied, dass der Positionsanzeige auf dem Bildschirm 2 der
Navigationseinrichtung hier zusätzlich
die Navigation entlang einer Route zugrundeliegt, während bei
der Darstellung gemäß 1 lediglich
eine reine Positionsbestimmung erfolgte. Die Route ist in 2 dabei
in Form des strichlierten Pfeils 12 entlang der Straße 3 symbolisiert.
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Liegt
nun der Positionsbestimmung (wie in 2) zusätzlich die
Navigation entlang einer Route 12 zugrunde, so können festgestellte
Querbewegungen 8, 9, 10 des Fußgängers insbesondere
in Kreuzungsbereichen (beispielsweise bei 11) vom System noch
stärker
unterdrückt
bzw. beim map matching noch geringer gewichtet werden. Dies hängt damit zusammen,
dass bei aktivierter Navigation entlang einer Route 12 statistisch
eine höhere
Wahrscheinlichkeit besteht, dass der Nutzer an Kreuzungen die Route
weiterverfolgt und nicht auf andere Straßen abzweigt, welche mit der
Route nicht übereinstimmen.
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Auf
diese Weise wird eine noch höhere
Genauigkeit und Sicherheit bei der Positionsbestimmung erreicht,
insbesondere in den kritischen Kreuzungsbereichen, in welchen sich
die Korridore 6, 7 der sich kreuzenden Straßen 3, 4 überschneiden. Denn
in den Kreuzungsbereichen kann zunächst nicht entschieden werden,
welche Bewegungen des Fußgängers längs und
welche quer zur Straße
erfolgen, da im Kreuzungsbereich sowohl in Längsrichtung 3 als
auch in Querrichtung 4 Straßenvektoren vorhanden sind.
Somit bestünde
im Kreuzungsbereich, beispielsweise bei einer Bewegung des Fußgängers wie
in 2 mit dem Pfeil 11 angedeutet, zunächst keine
Möglichkeit,
festzustellen, ob der Fußgänger sich
noch hauptsächlich
in Längsrichtung der
bisherigen Straße 3 oder
bereits in Längsrichtung der
querenden Straße 4 bewegt.
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Wird
jedoch zusätzlich
die Navigationsroute 12 herangezogen, so können bei
der Richtungs- bzw. Positionsbestimmung durch das Navigationssystem auch
im Kreuzungsbereich wieder diejenigen Querbewegungen ignoriert (oder
geringer gewichtet) werden, welche quer zur Navigationsroute 12 verlaufen, da
mit höherer
Wahrscheinlichkeit davon auszugehen ist, dass der Fußgänger der
Navigationsroute folgen und nicht in eine hiervon abweichende Querstraße 4 abbiegen
wird. Demnach würde
ein erfindungsgemäß arbeitendes
Navigationssystem – bei
geradeaus verlaufender Route wie in 2 dargestellt – die mit
dem Pfeil 11 angedeutete Bewegung des Fußgängers auch
im Kreuzungsbereich weiterhin als Bewegung entlang der geradeaus
führenden
Straße 3 deuten
und somit die Querbewegung bei 11 für das map matching zumindest
so lange ignorieren, wie durch die Querbewegung die Breite des Korridors 6 nicht überschritten
wird.
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Die
Darstellung in 3 entspricht der Darstellung
in 2 mit dem Unterschied, dass in 3 die
Navigationsroute wie auch der aufgezeichnete Weg 5 des
Fußgängers im
Kreuzungsbereich einen nach links in die Querstraße 4 abzweigenden
Verlauf nimmt. In diesem Fall würde
das Navigationssystem die mit dem Pfeil 11 angedeutete
(gegenüber 2 identische)
Bewegung des Fußgängers bereits
im Kreuzungsbereich allerdings als Richtungswechsel von der geradeaus
führenden
Straße 3 auf
die Querstraße 4 interpretieren,
indem beim map matching im Kreuzungsbereich vorwiegend oder ausschließlich die
Bewegung quer zur bisherigen Route entlang der geradeaus führenden
Straße 3 berücksichtigt
würde, Längsbewegungen
entlang der bisherigen Route 3 somit ab dem Kreuzungsbereich
ignoriert würden.
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Die
im Kreuzungsbereich bei den unterschiedlichen Situationen gemäß 2 und 3 absolut
identische Bewegung 11 wird somit – je nach Verlauf der Navigationsroute 12 – unterschiedlich
bewertet und beim map matching in eine jeweils entsprechende, unterschiedliche
Richtungsbestimmung bzw. Positionszuordnung auf der Straße 3 (2) bzw.
auf der Straße 4 (3)
umgesetzt. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass im Kreuzungsbereich
eine zuverlässige
Positionszuordnung zur korrekten, jeweils beschrittenen Straße erfolgen
kann, auch dann, wenn vom GPS-System
Bewegungen des Fußgängers quer
zur Straße
oder schräg über die
Kreuzung ermittelt werden sollten.
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4 schließlich zeigt
eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
bei welcher die um die Straßensegmente 3, 4 gelegten
virtuellen Korridore 6 und 7 im Kreuzungsbereich
bewusst verschmälert
werden. Dies führt
dazu, dass der annähernd
quadratische Überlappungsbereich
der beiden Korridore 6, 7 – gegenüber dessen Größe bei Korridoren
mit durchgehend konstanter Breite (vgl. 1 bis 3) – eine erheblich
geringere Fläche einnimmt.
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Da
im Überlappungsbereich
der Korridore 6, 7 nicht zwischen Bewegungen entlang
einer Straße und
Bewegungen quer zu einer Straße
unterschieden werden kann, ist die Positionsermittlung im Überlappungsbereich
zunächst
wieder unvermeidlich mit den eingangs beschriebenen Ungenauigkeiten
der GPS-Messung behaftet. In den bei der Ausführungsform gemäß 4 jedoch
erheblich verkleinerten Überlappungsbereich
fallen nun jedoch sehr viel weniger GPS-Einzelmessungen. Im Überlappungsbereich
der Korridore 6 und 7 gemäß 4 betrifft
dies lediglich noch eine einzige Einzelmessung 13, welche
im Überlappungsbereich
liegt und daher mit den genannten Ungenauigkeiten behaftet ist,
während
im Falle der virtuellen Korridore 6, 7 mit durchgehend konstanter
Breite noch fünf
Einzelmessungen in den Überlappungsbereich
fallen und somit mit der erhöhten
Ungenauigkeit einhergehen, vgl. 1. Die Ausführungsform
mit verschmälerten
Korridoren gemäß 4 ermöglicht somit
auch und gerade im Kreuzungsbereich weitere Verbesserungen bei der
Zuverlässigkeit
der Positionsbestimmung.
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Im
Ergebnis wird somit deutlich, dass dank der Erfindung ein Verfahren
bzw. eine Vorrichtung zur geographischen Positionsbestimmung eines Fußgängers auf
einer Straßenkarte
geschaffen wird, mit dem sich die Genauigkeit des map matching bzw.
der Positionsbestimmung mittels GPS gerade im Fall der Fußgängernavigation
erheblich verbessern lässt. Insbesondere
die Fehleranfälligkeit
bekannter Navigationsverfahren bzw. Navigationsgeräte bei Bewegungen
eines Fußgängers quer
zur Straßenrichtung wird
dabei erheblich verringert.
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Die
Erfindung liefert demzufolge einen grundlegenden Beitrag zur Verbesserung
der Zuverlässigkeit
der Positionsbestimmung bei der Fußgängernavigation, insbesondere
bei der Anwendung im Bereich kompakter, portabler Navigationsgeräte.