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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erstellen einer digitalen Teilstraßenkarte gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zum Aktualisieren einer digitalen Teilstraßenkarte gemäß Anspruch 4, ein Verfahren zum Nutzen einer digitalen Teilstraßenkarte gemäß Anspruch 6, ein Gerät gemäß Anspruch 7 sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 8.
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Das Benutzen von digitalem Kartenmaterial zur verbesserten Positionsermittlung ist weit verbreitet und häufig Grundlage für die Funktion von Geräten. Dieses Kartenmaterial liegt in der Regel länderbezogen vor und benötigt enorme Speichermengen. Um das digitalisierte Straßennetz auf aktuellem Stand zu halten, bedarf es häufigem Transfer hoher Datenmengen.
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Desweiteren gibt es einen Trend, GNSS basierte Systeme (GNSS = Globales Navigationssatellitensystem) auch zur Gebührenerfassung, beispielsweise für Maut oder „Pay as you drive”, und im Telematikbereich einzusetzen (s. beispielsweise
DE 10 2004 023 006 A1 ). Bei „Pay as you drive” handelt es sich um eine Form einer Kraftfahrzeug-Haftpflichtversicherung, bei der die eine zu zahlende Gebühr aus einer Menge und Art der Fahrzeugnutzung ermittelt wird. Für die genannten Funktionen müssen die Systeme neben geringen Hardware- und Betriebskosten auch hohe Zuverlässigkeiten bei den ermittelten Positionen gewährleisten.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit der vorliegenden Erfindung Verfahren zum Erstellen, Aktualisieren und Nutzen einer digitalen Teilstraßenkarte, weiterhin ein Gerät, das diese Verfahren verwendet sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Patentansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Ein wichtiger Aspekt der Erfindung ist das Erstellen und Nutzen einer digitalen Karte, die nur Gebiete mit schlechtem oder fehlendem Empfang von Satellitennavigationsdaten wie z. B. GPS berücksichtigt. Dabei kann ein Gebiet ein Polygon, ein Kreis, ein Liniennetzwerk oder auch nur eine einzelne Linie sein.
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Die hier vorgeschlagene Vorgehensweise oder Karte besitzt vorteilhafterweise nur einen Bruchteil an Daten einer komplett digitalisierten Gegend und kommt somit mit weniger Speicher aus. Der niedrige Speicherbedarf und die Annahme, dass Strecken mit schlechter GPS-Versorgung sich baulich nicht so häufig ändern, verringern außerdem den Aktualisierungsaufwand. Strecken mit schlechter GPS-Versorgung können z. B. Tunnel sein.
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Somit kann entsprechend dem hier vorgestellten Ansatz eine verbesserte Positionsermittlung auf Basis von digitalen Karten auch in GNSS-basierten Systemen nutzbar gemacht werden, die wenig Speicher zur Verfügung haben und einen hohen Aktualisierungsaufwand nicht zulassen.
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Erstellen einer digitalen Teilstraßenkarte für eine Unterstützung einer Positionsbestimmung durch ein satellitengestütztes System, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen einer digitalen Straßenkarte;
Extrahieren von mindestens zwei voneinander beabstandeten Teilbereichen der digitalen Straßenkarte, wobei die Teilbereiche Abschnitte der digitalen Straßenkarte repräsentieren, für die bekannt ist, dass in diesen Teilbereichen kein Empfang von Satellitennavigationssignalen vorliegt oder ein Empfang von Satellitennavigationssignalen unter einem bestimmten Qualitätsniveau liegt; und
Abspeichern der extrahierten Teilbereiche, um die digitale Teilstraßenkarte zu erstellen.
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Bei der digitalen Straßenkarte kann es sich um eine Karte handeln, wie sie in Navigationssystemen in Fahrzeugen zur Routenführung und/oder zum Abgleich mit den Satellitenpositionsdaten verwendet wird. Sie kann auf einem Datenträger wie einer CD oder einem Halbleiterspeicher gespeichert sein und von dort aus in das Navigationssystem geladen werden. Desweiteren können Updates auch über Kabel oder eine Luftschnittstelle gemacht werden. Bei Änderungen sollte eine Aktualisierung der digitalen Straßenkarte vorgenommen werden, um eine akkurate Positionsbestimmung des Fahrzeugs zu ermöglichen. Die extrahierten Teilbereiche der digitalen Straßenkarte, aus denen sich die digitale Teilstraßenkarte zusammensetzt, können verschiedenste geometrische Formen aufweisen, entsprechend den Gebieten, die durch den schlechten oder fehlenden Satellitenpositionsdatenempfang gekennzeichnet sind. Bei diesen Gebieten kann es sich z. B. um Tunnel oder durch einen Geländeüberhang abgeschattete Zonen handeln. Das Abspeichern der extrahierten Teilbereiche kann in dem Navigationssystem selbst oder auf einem externen Datenträger erfolgen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann in dem Schritt des Abspeicherns zu jedem der Teilbereiche eine Höheninformation, insbesondere ein Höhenprofil, gespeichert werden. Das Höhenprofil kann die topographischen Charakteristika jedes der Teilbereiche wiedergeben. Vorteilhafterweise kann damit die Positionsermittlung mittels der digitalen Karte weitergehend plausibilisiert werden.
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Ferner kann in dem Schritt des Abspeicherns zu jedem der Teilbereiche eine Begrenzungsinformation über eine Begrenzung eines befahrbaren Bereichs gespeichert werden. Bei der Begrenzung des befahrbaren Bereichs kann es beispielsweise um die Wände eines Tunnels handeln. Die kann eine vorteilhafte Vereinfachung der Routenführung zur Folge haben, da weniger Daten für eine mögliche Routenführung verarbeitet werden müssen.
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Die beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsformen weisen den Vorteil einer Vereinfachung des Map-Matchings, also des Abgleichs zwischen Kartendaten und Satellitenpositionsdaten auf. Es können zu diesem Zweck auch noch weitere Informationen der digitalen Karte herangezogen werden.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Aktualisieren einer digitalen Teilstraßenkarte, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen einer digitalen Teilstraßenkarte, die voneinander beabstandete Teilbereiche umfasst, die Abschnitte einer digitalen Straßenkarte repräsentieren, für die bekannt ist, dass in diesen Teilbereichen kein Empfang von Satellitennavigationssignalen vorliegt oder ein Empfang von Satellitennavigationssignalen unter einem bestimmten Qualitätsniveau liegt;
Empfangen eines weiteren Teilbereichs, der einen Abschnitt einer digitalen Straßenkarte repräsentiert, für den bekannt ist, dass in diesem Teilbereich kein Empfang von Satellitennavigationssignalen vorliegt oder ein Empfang von Satellitennavigationssignalen unter einem bestimmten Qualitätsniveau liegt, wobei der weitere Teilbereich von den Teilbereichen beabstandet ist; und
Abspeichern des weiteren Teilbereichs in der digitalen Teilstraßenkarte.
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Da die einzelnen Teilbereiche getrennt voneinander in der digitalen Teilstraßenkarte enthalten sind, können so vorteilhafterweise ein oder mehrere Teilbereiche ohne großen Aufwand aktualisiert und/oder nachgeladen werden. Entsprechend einer derartigen Ausführungsform der Erfindung erfordert diese Vorgehensweise lediglich eine geringe Speicherkapazität.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt eines Übertragens der digitalen Teilstraßenkarte an mindestens ein Fahrzeug durch eine Einrichtung zur Erhebung einer Straßennutzungsgebühr aufweisen. Bei der Einrichtung zur Erhebung einer Straßennutzungsgebühr kann es sich z. B. um eine Mautzentrale für die Entrichtung einer Pkw- und/oder Lkw-Maut handeln. Somit kann das Verfahren in der Mautzentrale oder beispielsweise an einer Mautbrücke an einer Straße durchgeführt werden. Die digitale Teilstraßenkarte kann dann von dort an Fahrzeuge übermittelt werden, die z. B. ein durch das Mautsystem abgedecktes Gebiet durchfahren und deren Navigationssysteme nicht über eine Kartenunterstützung der in der digitalen Teilstraßenkarte enthaltenen Gebiete verfügen. Vorteilhafterweise kann aufgrund der geringen benötigten Datenmenge die digitale Teilstraßenkarte auch an Navigationssysteme übertragen werden, die lediglich über eine geringe Speicherkapazität verfügen.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Nutzen einer digitalen Teilstraßenkarte, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen einer digitalen Teilstraßenkarte, die voneinander beabstandete Teilbereiche umfasst, die Abschnitte einer digitalen Straßenkarte repräsentieren, für die bekannt ist, dass in diesen Teilbereichen kein Empfang von Satellitennavigationssignalen vorliegt oder ein Empfang von Satellitennavigationssignalen unter einem bestimmten Qualitätsniveau liegt;
Empfangen von Fahrtdaten über eine Fahrt eines Fahrzeugs, wobei das Empfangen unter Verwendung von Satellitennavigationssignalen erfolgt; und
Ausgeben von Navigationsdaten, die auf der Basis der digitalen Teilstraßenkarte und der Fahrtdaten ermittelt wurden, wenn kein Empfang von Satellitennavigationssignalen vorliegt oder ein Empfang von Satellitennavigationssignalen unter einem bestimmten Qualitätsniveau liegt, um durch die ausgegebenen Navigationsdaten die digitale Teilstraßenkarte zu nutzen.
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Bei den Fahrtdaten kann es sich um sogenannte Historiendaten handeln, die im Laufe einer aktuellen und/oder einer oder einer Mehrzahl von vergangenen Fahrten eines Fahrzeugs von dem Navigationssystem gesammelt werden. Die Fahrtdaten können beispielsweise Informationen über eine Geschwindigkeit oder Umgebungsbedingungen des Fahrzeugs aufweisen. Die Navigationsdaten erlauben aufgrund eines Abgleichs der Fahrtdaten mit der digitalen Teilstraßenkarte eine genaue Positionsbestimmung eines Fahrzeugs selbst in dem Fall, dass ein Empfang von Satellitennavigationsdaten vollständig ausbleibt, beispielsweise bei Durchfahrung eines Tunnels. Diese Positionsbestimmung ist insbesondere in Verbindung mit einem Mautsystem von Vorteil, da sie Voraussetzung für die Erhebung einer korrekten Mautgebühr ist.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Gerät, das ausgebildet ist, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Geräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Unter einem Gerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Das Gerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Geräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Gerät ausgeführt wird.
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Die Erfindung einer Erstellung und Nutzung von digitalem Kartenmaterial von schlecht versorgten GNSS-Gebieten für eine verbesserte Positionsqualität in GNSS-basierten Systemen wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erstellen einer digitalen Teilstraßenkarte gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Darstellung einer kompletten digitalen Karte;
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3 eine Darstellung der kompletten digitalen Karte aus 1 mit Kennzeichnung von Gebieten mit fehlendem oder schlechtem Empfang von Satellitennavigationssignalen;
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4 eine Darstellung einer aus dem hier vorgeschlagenen Verfahren resultierende digitalen Teilstraßenkarte, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Gleiche oder ähnliche Elemente können in den Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein, wobei auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet wird. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können. Weiterhin ist die Erfindung in der nachfolgenden Beschreibung eventuell unter Verwendung von unterschiedlichen Maßen und Dimensionen erläutert, wobei die Erfindung nicht auf diese Maße und Dimensionen eingeschränkt zu verstehen ist. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder” Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal/Schritt und einem zweites Merkmal/Schritt, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal/den ersten Schritt als auch das zweite Merkmal/den zweiten Schritt und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal/Schritt oder nur das zweite Merkmal/Schritt aufweist.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zum Erstellen einer digitalen Teilstraßenkarte für eine Unterstützung einer Positionsbestimmung durch ein satellitengestütztes System. In einem ersten Schritt 110 wird eine digitale Straßenkarte bereitgestellt. In einem darauffolgenden Schritt 120 werden mindestens zwei Teilbereiche aus der digitalen Straßenkarte extrahiert. Die Teilbereiche sind günstigerweise von voneinander beabstandet und repräsentieren Abschnitte der digitalen Straßenkarte, für die bekannt ist, dass kein Empfang von Satellitennavigationssignalen vorliegt oder ein Empfang von Satellitennavigationssignalen unter einem bestimmten Qualitätsniveau liegt. Die extrahierten Teilbereiche werden in einem Schritt 130 abgespeichert, um die digitale Teilstraßenkarte zu erstellen.
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2 zeigt eine Darstellung eines kompletten Kartenmaterials 200, wie es beispielsweise in einem Navigationssystem zur Routenführung eingesetzt wird. Die Straßenkarte 200 zeigt das Gebiet Deutschlands mit dem vorhandenen Straßennetz. Die Straßenkarte 200 kann digitalisiert werden oder liegt bereits in digitalisierter Form vor.
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3 zeigt wiederum die digitale Straßenkarte 200 aus 2. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die digitale Straßenkarte 200 im Bereich des gesamten Straßennetzes mit einer Mehrzahl von dunklen Markierungen versehen. Die Markierungen kennzeichnen relevante Gebiete 310 mit schlechtem oder nicht vorhandenem Empfang von Signalen eines Satellitennavigationssystems (GPS-Empfang). Der Übersichtlichkeit halber ist in der Figur lediglich einer der Teilbereiche 310 mit einem Bezugszeichen versehen. Die Teilbereiche 310 weisen unterschiedliche Geometrien auf und können z. B. Tunnel im Verlauf des Straßennetzes repräsentieren.
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4 schließlich zeigt eine Darstellung eines aus dem erfindungsgemäßen Verfahren resultierenden Kartenmaterials, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Darstellung zeigt eine digitale Teilstraßenkarte 400, die von den aus der digitalen Straßenkarte gemäß dem hier vorgeschlagenen Verfahren extrahierten Teilbereichen 310 gebildet wird. In der 4 ist deutlich zu erkennen, dass die Teilbereiche 310 einzelne Segmente bilden, die voneinander beabstandete Bereiche der Straßenkarte repräsentieren. Ein aus den einzelnen Teilbereichen 310 zusammengesetztes und abzuspeicherndes Gesamtgebiet der Teilstraßenkarte 400 ist wesentlich kleiner als das der digitalen Straßenkarte 200 gemäß den vorstehend beschriebenen Figuren.
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5 zeigt ein Verfahren 500 zum Aktualisieren einer digitalen Teilstraßenkarte. In einem Schritt 510 kann eine digitale Teilstraßenkarte bereitgestellt werden. Die digitale Teilstraßenkarte kann voneinander beabstandete Teilbereiche umfassen, die Abschnitte einer digitalen Straßenkarte repräsentieren, für die bekannt ist, dass kein Empfang von Satellitennavigationssignalen vorliegt oder ein Empfang von Satellitennavigationssignalen unter einem bestimmten Qualitätsniveau liegt. In einem Schritt 530 kann ein weiterer Teilbereich empfangen werden. Der weitere Teilbereich, der einen anderen Abschnitte einer digitalen Straßenkarte repräsentiert, als die bereits in der Teilstraßenkarte gespeicherten Teilbereiche, kann von den bereits bestehenden und abgespeicherten Teilbereichen der digitalen Teilstraßenkarte beabstandet sein. Schließlich kann in einem Schritt 530 der weitere Teilbereich in der digitalen Teilstraßenkarte abgespeichert werden, um so die digitale Teilstraßenkarte um den weiteren Teilbereich zu erweitern.
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6 zeigt ein Verfahren 600 zum Nutzen einer digitalen Teilstraßenkarte. In einem Schritt 610 kann ein Bereitstellen einer digitalen Teilstraßenkarte mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften erfolgen. Fahrtdaten über eine Fahrt eines Fahrzeugs können in einem weiteren Schritt 620 empfangen werden. Der Schritt des Empfangens 620 kann unter Verwendung von Satellitennavigationssignalen erfolgen. Basierend auf der digitalen Teilstraßenkarte und den Fahrtdaten können Navigationsdaten ermittelt werden. Für den Fall, dass kein Empfang von Satellitennavigationssignalen vorliegt oder ein Empfang von Satellitennavigationssignalen unter einem bestimmten Qualitätsniveau liegt, werden die Navigationsdaten in einem Schritt 630 ausgegeben.
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Zusammenfassend ist somit anzumerken, dass für GNSS-basierte Systeme, bei denen nur die reinen Koordinaten eine Rolle spielen, also Straßenklassen, namen, etc. unerheblich sind, spezielles Kartenmaterial 400 erstellt werden kann, bei dem nur Gebiete 310 digitalisiert oder aus einer digitalisierten Karte 200 extrahiert werden, in denen schlechte bis keine GNSS-Versorgung vorherrscht. Häufig können diese Gebiete 310 beispielsweise Tunnel sein. Durch eine hohe Wahrscheinlichkeit der GNSS-Signalverfügbarkeit in guten Versorgungsgebieten kann auf eine Digitalisierung dieser Versorgungsgebiete verzichtet werden. Dadurch reduziert sich der Speicherbedarf um ein Vielfaches. Um das Map-Matching zu vereinfachen kann das spezielle Kartenmaterial 400 weitere Informationen enthalten. Mit einer zusätzlichen Höheninformation kann die Positionsermittlung mit der Karte 400 weiter plausibilisiert werden. Weiterhin können zu einzelnen Gebieten 310 auch Informationen hinterlegt werden, ob diese nur mit einer bestimmten Art von Fahrzeugen befahrbar sind und/oder Grenzen beinhalten, die mit Fahrzeugen einer gewissen Art nicht zu überwinden sind. Diese können z. B. Tunnelwände, Seeufer, usw. sein. Gebiete 310 mit schlechter GNSS-Versorgung wie z. B. Tunnel unterliegen in der Regel eher kleinen Updatezyklen, da bauliche Änderungen nur begrenzt möglich sind. Da diese Gebiete 310 eher lokal begrenzt und nicht zusammenhängend sind, ist ein Nachladen einzelner Gebiete 310 problemlos möglich. Somit kann das Datenmaterial auf den Geräten mit geringem Aufwand aktuell gehalten werden.
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Die Zentrale eines Mautsystems kann diejenigen Gebiete 310, an welchen eine ausschließliche GNSS-Ortung oftmals erschwert ist, selbst detektieren und die Kartenunterstützung dieser Gebiete 310 initiieren. Desweiteren kann die Zentrale ein Nachladen von individuellem Kartenmaterial 310 auf einzelne Geräte veranlassen. Mit diesem Mechanismus haben Geräte in Fahrzeugen, die wiederholt eine gleiche Strecke fahren, eine ständige Ortungsunterstützung bei fehlendem GNSS-Empfang, wie er durch Abschattungen oder durch die Startup- und Synchronisationszeit des GNSS Empfängers hervorgerufen sein kann. Bei den wiederholt gefahrenen gleichen Strecken kann es z. B. um Pendelverkehr oder Fahrten zur Arbeit handeln.
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Durch einen Test in einem Gebiet mit schlechter GNSS-Versorgung und der Kenntnis der Art der verwendeten Zusatzsensorik sowie der verwendeten Speichergröße kann auf die Verwendung der Erfindung geschlossen werden. Ein Gegentest kann in Gebieten mit sehr guter GNSS-Versorgung erfolgen. Wenn man dort den GNSS-Empfang künstlich verschlechtert und das Gerät in diesem Gebiet keine Karte besitzt, kann keine Position berechnet werden.
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Die Erfindung kann in allen GNSS-basierten Systemen eingesetzt werden, die die Möglichkeit haben, die Positionsqualität anhand von digitalem Kartenmaterial mittels Map-Matching zu verbessern. Insbesondere in Systemen zur Gebührenerfassung wie Mautsystemen oder „Pay as you drive, im Telematikbereich oder in Systemen mit geringer Speichermenge ist ein Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens sinnvoll.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004023006 A1 [0003]
