DE102010030715A1

DE102010030715A1 - Method for gradual optimization of route for vehicle, involves precalculating route by calculator to obtain precalculated route, updating recalculated route based on recalculation of precalculated route, and outputting recalculated route

Info

Publication number: DE102010030715A1
Application number: DE102010030715A
Authority: DE
Inventors: Jan Kolanko; Christian Münzner
Original assignee: Technisat Digital GmbH
Current assignee: Joynext GmbH
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-01-05
Anticipated expiration: 2030-07-01
Also published as: DE102010030715B4

Abstract

The method involves precalculating a route from a starting point to a target point by a route calculator (6) for obtaining a precalculated route, and positioning orienting points in the precalculated route based on an A asterisk algorithm. The precalculated route is recalculated using the orienting points for obtaining a recalculated route, and the orienting points are positioned on the recalculated route. The recalculated route is updated based on the recalculation of the precalculated route, and the recalculated route is output. An independent claim is also included for a device for gradual optimization of a route, comprising a route calculator.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die effiziente Berechnung und Planung von Routen von einer Startposition zu einem nutzerdefinierten Ziel mithilfe eines Navigationsgerätes mit geringer Speicherkapazität.The present invention relates to the efficient calculation and planning of routes from a starting position to a user-defined destination by means of a navigation device with a low storage capacity.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Zur Routenberechnung werden in Navigationsgeräten verschiedene Verfahren und Rechenalgorithmen verwendet, wie der von Edsger W. Dijkstra entwickelte und nach seinem Erfinder benannte oder der A* Algorithmus von Hart, Nilsson und Raphael. Diese Algorithmen dienen der Berechnung von kürzesten Pfaden zwischen einem Startknoten und einem oder mehreren beliebigen Knoten in einem Graphen mit positivem Kantengewicht.To calculate the route, various methods and computational algorithms are used in navigation devices, such as the one developed by Edsger W. Dijkstra and named after its inventor or the A * algorithm by Hart, Nilsson and Raphael. These algorithms are used to compute shortest paths between a starting node and one or more arbitrary nodes in a positive edge weight graph.

In der Graphentheorie, die unter anderem auch Anwendung bei der Routenberechnung findet, besteht ein Graph aus einer Menge von Knotenpunkten, kurz Knoten genannt, welche durch Kanten verbunden sind. Als Kantengewicht bezeichnet man in der Graphentheorie eine der entsprechenden Kante zugeordnete reelle Zahl. Die reelle Zahl kann eine Entfernung oder eine Zeitspanne ausdrücken. Die Kante wird vollständig durch die Knoten beschrieben, die sie verbindet. Ist eine Entfernung unter Verwendung von Graphen zu berechnen, benötigt man zusätzliche Informationen zu jeder Kante. Diese Information wird bei der Routenberechnung als Attribut bezeichnet.In graph theory, which, among other things, also applies to route calculation, a graph consists of a set of nodes, called nodes for short, which are connected by edges. Edge weight in graph theory is a number assigned to the corresponding edge. The real number can express a distance or a period of time. The edge is completely described by the nodes that connects it. When calculating a distance using graphs, you need additional information about each edge. This information is called an attribute in the route calculation.

In Navigationsgeräten für Fahrzeuge liegt das Straßennetz in Form von digitalen Kartendaten in einer Straßennetz-Datenbank vor. In dieser Datenbank ist das aktuelle Straßennetz in Form von Knoten, die im weitesten Sinn Straßenkreuzungen entsprechen und Segmenten oder Pfaden nachgebildet. Die Segmente stehen für die Verbindungen zwischen den Knoten. Jedes Segment, als Verbindung zwischen zwei Knoten, stellt eine Straße oder einen Straßenabschnitt dar. Zusätzlich beinhaltet die Straßennetz-Datenbank Information zu Fahrtrichtungen und Abbiegeregeln zum nachgebildeten Straßennetz. Das bedeutet, dass zu jedem Straßenabschnitt hinterlegt ist, aus welcher Richtung in diesen Straßenabschnitt eingefahren bzw. in welche Richtung aus dem Abschnitt herausgefahren werden kann.In navigation devices for vehicles, the road network is in the form of digital map data in a road network database. In this database, the current road network is in the form of nodes, which in the broadest sense correspond to intersections and segments or paths. The segments represent the connections between the nodes. Each segment, as a connection between two nodes, represents a road or a road section. In addition, the road network database includes information on driving directions and turning rules for the simulated road network. This means that it is deposited for each road section, from which direction can be retracted in this section of the road or in which direction out of the section can be driven out.

Aus dem veröffentlichten Patent EP1681539 ist ein „Verfahren zum Berechnen der kürzesten Punkt zu Punkt Pfade von einem externen Speicher” zur Verwendung in einem Computer bekannt. Mithilfe dieses Verfahrens sollen die Berechnungszeiten von Routen verkürzt werden. Dazu werden ergänzend zu den Informationen, die in der digitalen Straßenkarte enthalten sind, Geländemarken eingeführt. Diese Geländemarken werden auf der Basis des Straßennetzes festgelegt oder können dynamisch bestimmt werden. Alle Entfernungen zwischen diesen Geländemarken und Knoten der Straßenkarte werden berechnet und als Basis für spätere Routenkalkulationen im externen Festspeicher abgelegt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass für dessen Ausführung ein System mit Speichermitteln großer Speicherkapazität, wie beispielsweise bei einem Computer, zur Verfügung stehen muss. Navigationsgeräte und deren Komponenten, beispielsweise für den Einsatz in einem Fahrzeug sollen kostengünstig sein, um den Anschaffungspreis des Gerätes gering zu halten.From the published patent EP1681539 For example, a "method for calculating the shortest point-to-point paths from an external memory" for use in a computer is known. This procedure is intended to reduce the calculation times of routes. For this purpose, in addition to the information contained in the digital road map, landmarks are introduced. These terrain marks are determined based on the road network or can be determined dynamically. All distances between these terrain landmarks and roadmap nodes are calculated and stored in the external memory as the basis for future route calculations. A disadvantage of this method is that for the execution of a system with memory means of large storage capacity, such as in a computer, must be available. Navigation devices and their components, for example, for use in a vehicle should be inexpensive to keep the purchase price of the device low.

Deshalb besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Berechnung einer optimalen Route von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt bereitzustellen, das bei Berücksichtigung von Nutzeroptionen die Routenberechnung effizient gestaltet und dem Nutzer des Navigationsgerätes im Ergebnis der Routenberechnung optimale Routen ausgibt. Wobei optimal im Sinne der Erfindung einer kurzen, ökonomischen oder schnellen Route entsprechen oder für eine Route ohne Mautkosten stehen kann.Therefore, the object of the present invention is to provide an apparatus and a method for calculating an optimal route from a starting point to a destination point, which makes the route calculation efficient taking user options into account and outputs optimal routes to the user of the navigation device as a result of the route calculation. Where optimal within the meaning of the invention correspond to a short, economical or fast route or can stand for a route without toll costs.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung von einem Navigationsgerät aus, welches eine Eingabe- und Ausgabeeinheit, Speichermittel, ein Positionsschätzmodul, eine Straßennetz-Datenbank sowie einen Routenkalkulator umfasst. Das Navigationsgerät ist mit einem Empfänger für TMC-Verkehrsmeldungen und einer GPS-Antenne, zur Bestimmung der aktuellen Position, verbunden.To achieve the object of the invention is based on a navigation device, which includes an input and output unit, storage means, a position estimation module, a road network database and a route calculator. The navigation device is connected to a receiver for TMC traffic reports and a GPS antenna for determining the current position.

In der Straßennetz-Datenbank ist das aktuelle Straßennetz in Form von Knoten, die im weitesten Sinn Straßenkreuzungen entsprechen und Segmenten, welche für Verbindungen zwischen Kreuzungen stehen, nachgebildet. Jedes Segment, als Verbindung zwischen zwei Knoten, stellt somit einen Straßenabschnitt dar. Jeder Straßenabschnitt verursacht Kosten, die durch das Passieren des betroffenen Abschnittes entstehen, diese Kosten sind ebenfalls in der Straßennetz-Datenbank hinterlegt. Ferner beinhaltet diese Datenbank Information zu Fahrtrichtungen und Abbiegeregeln zu den nachgebildeten Straßenabschnitten und Kreuzungen. Die Straßennetz-Datenbank kann ein einzelnes Modul des Navigationsgerätes sein, aber auch Bestandteil eines anderen, wie zum Beispiel den Speichermitteln.In the road network database, the current road network is modeled in the form of nodes, which in the broadest sense correspond to intersections and segments which represent intersection connections. Each segment, as a connection between two nodes, thus represents a section of road. Each road section causes costs that arise from passing through the section concerned, these costs are also stored in the road network database. Furthermore, this database contains information on driving directions and turning rules for the simulated road sections and intersections. The road network database may be a single module of the navigation device, but also part of another, such as the storage means.

Die Eingabe- und Ausgabeeinheit dient beispielsweise der benutzerdefinierten Eingabe des Fahrtzieles, von Fahroptionen, Zwischenzielen und einer visuellen Ausgabe der berechneten Fahrtroute, Fahrtrichtungsangaben zur Routenführung entlang der berechneten Route. Fahroptionen werden durch den Nutzer des Navigationsgerätes festgelegt, sie umfassen Eingaben wie zum Beispiel: schnellste Route zum Ziel, kürzeste Route zum Ziel, ökonomische Route zum Ziel, Zwischenziele aber auch Meideoptionen. Zu diesen Meideoptionen zählen: Autobahn oder Maut-Vignettenstraßen, Fähren, Umweltzonen meiden.The input and output unit is used, for example, the user-defined input of the destination, of driving options, intermediate destinations and a visual output of the calculated route, direction information for route guidance along the calculated route. Driving options are determined by the user of the navigation device, they include inputs such as: fastest route to the destination, shortest route to the destination, economic route to the destination, intermediate destinations but also avoidance options. These options include: motorway or toll vignette roads, ferries, avoiding environmental zones.

Mit dem Positionsschätzmodul wird mithilfe der über GPS empfangenen Daten die Position des Navigationsgerätes ermittelt und aktualisiert.With the position estimation module, the position of the navigation device is determined and updated using the data received via GPS.

Der Routenkalkulator dient, ausgehend von der aktuellen Position, der Berechnung einer Fahrtroute zur nuterdefinierten Zielposition. Dabei berücksichtigt der Routenkalkulator, im weiteren als Kalkulator bezeichnet, vom Nutzer die eingegebenen Meideoptionen, Zwischenziele und empfangene Verkehrsmeldungen. Der Routenkalkulator verwendet bei seinen Routenberechnungen nach einem speziellen Verfahren im Sinne der vorliegenden Erfindung den A* Algorithmus derart, dass der Routenkalkulator trotz limitierter Kapazität der Speichermittel als Ergebnis der Berechnungen zu einer optimalen Route für den Nutzer mit einer neuen Qualität kommt. Diese neue Qualität der berechneten Route besteht darin, dass beispielsweise bei der Berechnung einer wirklich kurzen Route mehr Abkürzungsmöglichkeiten berücksichtigt werden, als bei bisher bekannten Navigationssystemen. Zusätzlich geht der Routenkalkulator bei der vorliegenden Erfindung trotzdem weitestgehend ressourcenschonend hinsichtlich Rechenaufwand und daraus resultierendem Speicherbedarf vor.The route calculator is used, starting from the current position, to calculate a route to the user-defined destination position. The route calculator, hereinafter referred to as the calculator, takes into account the user's input of the option options, intermediate destinations and received traffic reports. The route calculator uses in its route calculations for a specific method according to the present invention, the A * algorithm such that the route calculator despite limited capacity of the storage means as a result of the calculations to an optimal route for the user comes with a new quality. This new quality of the calculated route consists in the fact that, for example, when calculating a really short route, more shortcuts are taken into account than with previously known navigation systems. In addition, in the present invention, however, the route calculator nevertheless proceeds as far as possible in terms of resources in terms of computational effort and resulting storage requirements.

Die Speichermittel, die flüchtige und nichtflüchtige Bereiche umfassen, verfügen nur über eine begrenzte Speicherkapazität. Die Speichermittel beinhalten Bereiche, in denen, beispielsweise die über TCM empfangenen Verkehrsmeldungen, ermittelte Routendaten und Daten der über GPS ermittelten aktuellen Position abgelegt sind. Im flüchtigen Bereich der Speichermittel werden Berechnungsergebnisse des Routenkalkulator abgelegt, welche somit für eine Rekalkulation zur Verfügung stehen. Ebenso kann die Straßenkarten-Datenbank in einem Bereich der Speichermittel gespeichert sein.The storage means, which include volatile and non-volatile areas, have limited storage capacity. The storage means include areas in which, for example, the traffic messages received via TCM, ascertained route data and data of the current position determined via GPS are stored. In the volatile area of the storage means calculation results of the route calculator are stored, which are thus available for recalculation. Likewise, the road map database may be stored in a region of the storage means.

Wie auch in der EP1681539 wird bei der vorliegenden Erfindung der A*-Algorithmus benutzt, dieser verwendet eine Heuristik, eine Schätzfunktion zur Bestimmung eines kürzesten Pfades zwischen Knoten. Bei der vorliegenden Erfindung wird mit mithilfe des A* Algorithmus verifiziert, welches Segment der Graphen bei der Routenberechnung als Nächstes zu betrachten ist. Dazu werden die Kosten der entsprechenden Segmente betrachtet und geschätzte Kosten bis zum Ziel. Standardmäßig wird zur Schätzung als Teil der Routenberechnung nur das Routenziel benutzt. Um eine schnelle Routenberechnung zu ermöglichen, werden Verkehrswege, wie beispielsweise Straßen des Straßennetzes vom Datenlieferanten in verschiedene Ränge unterteilt. Die Eingruppierung der Verkehrswege erfolgt entsprechend ihrer Verkehrsbedeutung. Zu den Lieferanten von Geodaten zählen die Firmen Navteq und Teleatlas. Die Geodaten werden zur Berechnung und Darstellung von Routen sowie von Straßenkarten verwendet. Die Klassifizierung kann eine unterschiedliche Anzahl von Rängen beinhalten, in die die verschiedenen Verkehrswege eingeteilt werden. Eine Eingruppierung der Verkehrswege kann zum Beispiel wie folgt aussehen:
– Rang 0 – Feldwege, Straßen in Wohngebieten, Parkplätze etc.
– Rang 1: – kleine Straßen, Nebenstraßen
– Rang 2: – normale Straßen, Hauptstraßen
– Rang 3: – Bundesstraßen, Autobahnauffahrten und Abfahrten, sowie andere wichtige große Straßen
– Rang 4: – Autobahnen, Autobahnkreuze.As in the EP1681539 For example, if the A * algorithm is used in the present invention, it uses a heuristic, an estimator to determine a shortest path between nodes. In the present invention, the A * algorithm verifies which segment of the graph is to be considered next in the route calculation. For this purpose, the costs of the respective segments are considered and estimated costs to the target. By default, only the route destination is used for the estimate as part of the route calculation. In order to enable a fast route calculation, traffic routes, such as for example roads of the road network, are subdivided by the data provider into different ranks. The classification of the traffic routes takes place according to their traffic significance. Geodata suppliers include Navteq and Teleatlas. The geodata are used to calculate and display routes and road maps. The classification may include a different number of ranks into which the different traffic routes are divided. For example, a classification of traffic routes may look like this:
- Rank 0 - dirt roads, roads in residential areas, parking lots etc.
- Rank 1: - small streets, side streets
- Rank 2: - normal roads, main roads
- Rank 3: - Federal highways, motorway ramps and exits, as well as other major major roads
- Rank 4: - Highways, motorway junctions.

Zusätzlich zu den Rängen, nachfolgend als Rangordnung von Verkehrswegen bezeichnet, werden bei der Berechnung von Routen sogenannte Berechnungsebenen verwendet. Diese Berechnungsebenen umfassen die Segmente der Verkehrswege der verschiedenen Ränge und sie sind ein Ausdruck für deren Digitalisierungsqualität. So umfasst Berechnungsebene 0 Daten zu allen digitalisierten Verkehrswegen. In einer niedrigeren Berechnungsebene sind mehr Verkehrswege als in einer höheren digitalisiert, somit beinhaltet ein niedrigere Berechnungsebene mehr Abkürzungsmöglichkeiten für eine Route, mit denen der Routenverlauf berechnet werden kann.In addition to the ranks, referred to below as the ranking of traffic routes, so-called calculation levels are used in the calculation of routes. These calculation levels include the segments of the traffic routes of the different ranks and they are an expression of their digitization quality. Thus, calculation level 0 includes data on all digitized traffic routes. In a lower calculation level more traffic routes are digitized than in a higher one, so a lower calculation level includes more shortcuts for a route with which the route can be calculated.

Bei der vorliegenden Erfindung werden fünf Berechnungsebenen betrachtet. Es sind aber auch andere Einteilungen mit mehr oder weniger Berechnungsebenen möglich. Je niedriger eine Berechnungsebene desto besser ist ihre Digitalisierungsqualität. Ein Beispiel für die Einteilung der Berechnungsebenen kann wie folgt aussehen:
– Berechnungsebene 4: enthält nur Rang 4 Segmente
– Berechnungsebene 3: enthält Rang 4 bis Rang 3 Segmente
– Berechnungsebene 2: enthält Rang 4 bis Rang 2 Segmente
– Berechnungsebene 1: enthält Rang 4 bis Rang 1 Segmente
– Berechnungsebene 0: enthält Rang 4 bis Rang 0 SegmenteIn the present invention, five levels of calculation are considered. But there are also other divisions with more or less levels of calculation possible. The lower a calculation level, the better its digitization quality. An example of the division of the calculation levels can be as follows:
- Calculation level 4: contains only rank 4 segments
- Calculation level 3: contains rank 4 to rank 3 segments
- Calculation level 2: contains rank 4 to rank 2 segments
- Calculation level 1: contains rank 4 to rank 1 segments
- Calculation level 0: contains rank 4 to rank 0 segments

Die Berechnungsebene 4 enthält beispielsweise nur Rang 4 Segmente, in dem nur Autobahnen und Autobahnauffahrten digitalisiert vorliegen, aber keine Autobahnabfahrten.For example, the calculation level 4 contains only rank 4 segments, in which only highways and motorway entrances are digitized, but no motorway exits.

Bei der Routenberechnung wird bei den bekannten Routenberechnungsverfahren im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung ausgehend von der aktuellen Position nur ein Eintrittspunkt, ein Knoten gesucht, um in das höherrangige Straßennetz zu gelangen. Zur Berechnung der eigentlichen Route zum Zielpunkt liegen dann nur noch die, des höherrangigen Straßennetzes zugrunde, um den Rechenaufwand gering zu halten. Daraus folgt, dass mögliche Abkürzungen bei der Routenkalkulation nicht betrachtet werden. Dies kann auch zu nachstehend beschriebenem Problem führen.In the route calculation is in the known route calculation method in Contrary to the present invention, starting from the current position only one entry point, a node searched to get into the higher ranking road network. To calculate the actual route to the destination then only the, the higher-ranking road network are based in order to keep the computational effort low. It follows that possible abbreviations are not considered in the route calculation. This can also lead to the problem described below.

Hat der Nutzer des Navigationsgerätes Meideoptionen für die Routenberechnung definiert, können diese nicht immer auf dem höherrangigen Straßennetz umgesetzt werden. Zu diesen Meideoptionen gehören zum Beispiel das Meiden von:

– Autobahnen
– Mautstraßen
– Vignettenstraßen
– Beachtung von TMC-Nachrichten
– Umfahren von Umweltzonen
– sowie die Berechnung einer wirklich kurzen Route.

If the user of the navigation device has defined avoidance options for the route calculation, these can not always be implemented on the higher-ranking road network. For example, these avoidance options include avoiding:

- highways
- toll roads
- Vignette roads
- Attention to TMC messages
- Avoiding environmental zones
- as well as the calculation of a really short route.

In diesen Fällen wäre es wäre es wünschenswert direkt auf einem niederrangigen Straßennetz zu rechnen, was jedoch einen höheren Speicherbedarf und Berechnungsaufwand zur Folge hätte und deshalb nicht realisierbar ist. Somit ist das Ergebnis einer herkömmlichen Routenberechnung nur bedingt optimal.In these cases, it would be desirable to calculate directly on a low-level road network, which, however, would result in a higher storage requirement and calculation effort and would therefore not be feasible. Thus, the result of a conventional route calculation is only partially optimal.

Aus diesen Gründen führt der besondere Routenkalkulator bei der vorliegenden Erfindung ein spezielles Berechnungsverfahren durch, das aus einer Schätzung der Route zum Ziel, einer groben Vorberechnung der Route vom Startpunkt zum Zielpunkt und mindestens einer Nachberechnung besteht. Vorberechnungen finden bei der vorliegenden Erfindung auf einer höheren Berechnungsebenen statt als Nachberechnungen. Die Ergebnisse und die Orientierungspunkte werden in den Speichermitteln zwischengespeichert, damit sie auch zu einer automatischen Nachberechnung zur Verfügung stehen, sollte der Nutzer des Navigationsgerätes die berechnete Route verlassen haben. Mit diesem Verfahren wird eine optimale Route berechnet, wenn auch nur Speichermittel mit geringer Speicherkapazität zur Verfügung stehen. Eine Prüfeinrichtung überwacht, ob noch eine Berechnungsebene für die Nachberechnung zur Verfügung steht, die der Routenkalkulator bisher noch nicht berücksichtigt hat. In einer Ausführungsform der Erfindung bildet die Vorberechnung der Route, die beispielsweise auf der Basis der aktuellen Position oder einer vom Nutzer definierten Startposition zum Zielpunkt erfolgt und deren Ergebnis zur Routenführung des Nutzers zum Ziel verwendet wird, die Grundlage für mindestens eine Nachberechnung. Bei der vorliegenden Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform die Nachberechnung nur zweimal wiederholt, um den Rechenaufwand sinnvoll einzuschränken und das Verfahren mit einer geringen Speicherkapazität ausführen zu können. Mit den Nachberechnungen werden die Ergebnisse der vorberechneten Route detailliert. Dadurch kann dem Nutzer eine optimalere Route zum Ziel zur Verfügung gestellt werden. Bei der Vorberechnung und den Nachberechnungen werden unterschiedliche Ränge der Verkehrswege benutzt und als Ergebnis dieser Berechnungen können sich die berechneten Routen der Vorberechnung und Nachberechnung unterscheiden, sie können sogar gänzlich verschieden sein.For these reasons, in the present invention, the particular route calculator performs a special calculation process consisting of estimating the route to the destination, rough pre-calculation of the route from the starting point to the destination point, and at least one recalculation. Pre-calculations take place in the present invention at a higher level of calculation than recalculations. The results and the landmarks are buffered in the storage means, so that they are also available for an automatic recalculation, should the user of the navigation device have left the calculated route. With this method, an optimal route is calculated, even if only storage means with low storage capacity are available. A test facility monitors whether there is still a calculation level available for the recalculation that the route calculator has not yet considered. In one embodiment of the invention, the precalculation of the route, which is based, for example, on the current position or a user-defined start position to the destination and whose result is used to route the user to the destination, forms the basis for at least one recalculation. In the present invention, the recalculation is repeated only twice in a preferred embodiment, in order to limit the computational effort meaningful and to be able to carry out the process with a small storage capacity. The recalculations detail the results of the precalculated route. As a result, the user can be provided with a more optimal route to the destination. In the pre-calculation and the recalculations, different ranks of the traffic routes are used and as a result of these calculations, the calculated routes of precalculation and recalculation may differ, they may even be completely different.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Erfindung wird anhand von Figuren, einem Ausführungsbeispiel und den Ansprüchen beschrieben.The invention will be described with reference to figures, an embodiment and the claims.

1: schematische Darstellung eines Navigationsgerätes mit einem Routenkalkulator 1 : schematic representation of a navigation device with a route calculator

2A–D: beispielhafter Ablauf der Routenberechnung 2A D: exemplary procedure of the route calculation

3: Ermittlung der Heuristik in Punkt P 3 : Determination of heuristics in point P

4: Fleißschema zum Ablauf einer Routenberechnung 4 : Fleissschema for the course of a route calculation

Die 1 zeigt den schematischen Aufbau des Navigationsgerätes 1 mit einem besonderen Routenkalkulator 6 der das erfindungsgemäße Verfahren ausführt. In der 1 sind zur Wahrung der Übersichtlichkeit nur die für die zur Erläuterung der Erfindung notwendigen Bestandteile enthalten, wobei ein Navigationsgerät 1 mit einem Routenkalkulator 6 entsprechend der Erfindung noch weitere Bestandteile umfassen kann. Die Speichermittel 2, die Straßennetz-Datenbank 3, die Ein- und Ausgabeeinheit 4 und das Positionsschätzmodul 5 sind in das Navigationsgerätes 1 integriert, das den erfindungsgemäßen Routenkalkulator 6 umfasst. Es ist auch möglich, dass einzelne Komponenten nicht Bestandteil vom Navigationsgerät 1 sind, sondern mit diesem verbunden. Die Straßennetz-Datenbank 3 kann auch ein Element der Speichermittel 2 sein. Die 2A bis D veranschaulicht in einzelnen Schritten, wie die Route während der Berechnung vom Routenkalkulator aufgebaut wird. Die einzelnen Schritte der Routenberechnung berücksichtigen Segmente von Verkehrswegen, wie Straßen, die auf unterschiedlichen Berechnungsebenen liegen. In 2 sind Straßen und Knoten auf Berechnungsebene 0, sowie Straßen und Knoten auf Berechnungsebene 1 dargestellt. Das in 2A bis 2D vom Routenkalkulator 6 ausgeführte Beispiel der Routenberechnung beinhaltet eine Vorberechnung, ein Positionieren von Orientierungspunkten sowie eine Nachberechnung einer Route vom Startpunkt S zum Zielpunkt Z, in 2D. Die digitalisierten Daten der Berechnungsebene 0 umfassen mehr Verzweigungen als die Daten der Berechnungsebene 1. Die Orientierungspunkte, die in 2B auf der vorberechneten Route vom Routenkalkulator 6 platziert werden, sind in allen Teilen der 2 und 3 durch Fähnchen gekennzeichnet. Die Orientierungspunkte entsprechend 2B liegen an Knoten der vorberechneten Route, die einen Übergang zu einer höheren Berechnungsebene der Verkehrswege, mit weniger Verzweigungen darstellen. Das ist aber nur eine Möglichkeit der Platzierung von Orientierungspunkten auf einer vorberechneten Route, andere sind ebenfalls denkbar. Zum Beispiel können die Orientierungspunkte vom Routenkalkulator 6 auf den Berechnungsebenen in unterschiedlichen Entfernungen gesetzt werden. Sinnvoll ist es für die Platzierung der Orientierungspunkte in einer höheren Berechnungsebene einen größeren Abstand zu wählen. Beispielsweise beträgt in einer Ausführungsform der Erfindung auf Berechnungsebene 4 die Entfernung zwischen Orientierungspunkten 50 km und auf Berechnungsebene 1 nur ca. 1 km.The 1 shows the schematic structure of the navigation device 1 with a special route calculator 6 carrying out the method according to the invention. In the 1 are for the sake of clarity, only those necessary for explaining the invention components, wherein a navigation device 1 with a route calculator 6 may comprise further constituents according to the invention. The storage means 2 , the road network database 3 , the input and output unit 4 and the position estimation module 5 are in the navigation device 1 integrated, the route calculator according to the invention 6 includes. It is also possible that individual components are not part of the navigation device 1 are, but connected with this. The road network database 3 can also be an element of storage means 2 be. The 2A to D illustrates in steps how the route is constructed by the route calculator during the calculation. The individual steps of the route calculation take into account segments of traffic routes, such as roads, which lie on different calculation levels. In 2 Roads and nodes are shown at calculation level 0, and roads and nodes at calculation level 1. This in 2A to 2D Example of the route calculation executed by the route calculator 6 includes a pre-calculation, a positioning of landmarks and a recalculation of a Route from the starting point S to the destination Z, in 2D , The digitized data of the calculation level 0 includes more branches than the data of the calculation level 1. The landmarks that are included in 2 B on the precalculated route from the route calculator 6 are placed in all parts of the 2 and 3 marked by flags. The landmarks accordingly 2 B lie at nodes of the precalculated route, which represent a transition to a higher level of calculation of the traffic routes, with fewer branches. But this is just a way of placing landmarks on a precalculated route, others are also conceivable. For example, the landmarks may be from the route calculator 6 be set on the calculation levels at different distances. It makes sense to choose a larger distance for the placement of the landmarks in a higher calculation level. For example, in one embodiment of the invention at calculation level 4, the distance between landmarks is 50 km and at calculation level 1 is only about 1 km.

Bei der Vorberechnung ist es das Ziel des Routenkalkulators 6 so schnell wie möglich auf die höchstmögliche Berechnungsebene zu kommen, dazu sucht der Routenkalkulator 6 einen Knoten einer Straße oder eines Straßensegmentes, der einen Eintrittspunkt, eine Verbindung zu einer höheren Berechnungsebene besitzt.In the precalculation, it is the destination of the route calculator 6 The route calculator searches for this as quickly as possible to get to the highest possible calculation level 6 a node of a road or a road segment having an entry point, a connection to a higher calculation plane.

In den Daten der Orientierungspunkte sind die Kosten zum Ziel und die Abstände zwischen den Punkten hinterlegt.In the data of the landmarks the costs to the goal and the distances between the points are deposited.

Die 2A stellt die Vorberechnung der Route dar. Der Routenkalkulator 6 berechnet gleichzeitig von Startpunkt S und Zielpunkt Z aus, anhand von Kosten die Route. Der Startpunkt S der Berechnung muss nicht dem Startpunkt der Route entsprechen.The 2A represents the precalculation of the route. The route calculator 6 simultaneously calculates the route from start point S and destination point Z, based on costs. The starting point S of the calculation does not have to correspond to the starting point of the route.

Diese beinhaltet beispielhaft Straßen und Knoten auf Berechnungsebene 0 und auf Berechnungsebene 1. Die 2C zeigt eine Nachberechnung des Routenkalkulators 6, die an der Startposition und Zielposition beginnen. Die Orientierungspunkte dienen der Berechnung einer Heuristik. Der Routenkalkulator 6 sucht Straßensegmente einer niedrigeren Berechnungsebene und bestimmt deren Kosten. Der Routenkalkulator 6 entwickelt an dem Knoten die Route weiter, dessen Kosten im Vergleich zu den Kosten anderer betrachteter Knoten geringer ausfallen, zum Vergleich dazu nutzt er eine spezielle Heuristik.This includes, for example, roads and nodes at calculation level 0 and at calculation level 1. The 2C shows a recalculation of the route calculator 6 starting at the starting position and the target position. The landmarks are used to calculate a heuristic. The route calculator 6 searches for road segments of a lower calculation level and determines their costs. The route calculator 6 develops at the node the route whose costs are lower compared to the costs of other considered nodes, for comparison he uses a special heuristic.

Die 2D zeigt den Verlauf der nachberechneten Route, deren Verlauf sich von der vorberechneten Route in 2A unterscheidet.The 2D shows the course of the recalculated route, the course of which from the precalculated route in 2A different.

3 stellt schematisch die Ermittlung einer Heuristik in einem Punkt P als Schritt der Routennachberechnung dar. Bei der Berechnung werden Teilstrecken aufgebaut, der Punkt P ist der Endpunkt einer solchen Teilstrecke. Die Kosten dieser Teilstrecke bis Punkt P sind bekannt, Kosten c1 bis c4. 3 schematically illustrates the determination of a heuristic in a point P as a step of route re-calculation. In the calculation, partial routes are built, the point P is the end point of such a leg. The cost of this leg up to point P is known, cost c1 to c4.

Es gibt Segmente, deren Kosten bei der Routennachberechnung bekannt sind, beispielsweise die Kosten c1 bis c4, K2 und K1, weil sie vom Routenkalkulator 6 bereits berechnet, aus den Speichermitteln oder der Straßenkarten-Datenbank entnommen wurden. An den verschiedenen Knoten, hier am Punkt P, nimmt der Routenkalkulator 6 eine Kostenabschätzung, die Heuristik, mithilfe einer Luftlinie bis zu den Orientierungspunkten OP2 und OP3 vor. Die Entfernung. zwischen dem Punkt P und den Orientierungspunkten OP2 und OP3 ermittelt der Routenkalkulator 6 mithilfe der, in der Straßenkarten-Datenbank, hinterlegten Geodaten. Weitere Punkte P im Straßennetz, nicht dargestellt, werden vom Routenkalkulator 6 zum Vergleich betrachtet, um zu entscheiden, an welchem Punkt die Route weiter entwickelt werden soll.There are segments whose costs are known in the route computation, for example the costs c1 to c4, K2 and K1, because they are from the route calculator 6 already calculated, taken from the storage means or the road map database. At the various nodes, here at point P, takes the route calculator 6 a cost estimate, the heuristic, using a straight line up to the landmarks OP2 and OP3. The distance. between the point P and the landmarks OP2 and OP3, the route calculator determines 6 using the geodata stored in the road map database. Other points P in the road network, not shown, are from the route calculator 6 for comparison, to decide at which point the route should be developed further.

Die Kosten H3 und H2 ergeben sich aus einer geschätzten Zeit zur Überwindung der Entfernung zwischen dem Punkt P und den Orientierungspunkten OP2 und OP3. Mit einem anschließenden Vergleich der Gesamtkosten der Route von Startpunkt S über Punkt P zu Orientierungspunkt OP3, der in diesem Fall der, vom Nutzer definierten Zielposition entspricht, entscheidet der Routenkalkulator, welches der Segmente im Routenverlauf zum Zielpunkt zu verwenden ist. Die Idee der speziellen vom Routenkalkulator 6 verwendeten Heuristik besteht darin, dass entlang der vorberechneten Route auf höherrangigem Straßennetz Orientierungspunkte festgelegt werden. Dabei wird für jeden Orientierungspunkt die Lage gespeichert, wie hoch die Kosten vom Orientierungspunkt bis zum Ziel sind und wie weit der Orientierungspunkt vom vorhergehenden Orientierungspunkt auf der Route entfernt ist.The costs H3 and H2 result from an estimated time to overcome the distance between the point P and the landmarks OP2 and OP3. With a subsequent comparison of the total costs of the route from starting point S via point P to orientation point OP3, which in this case corresponds to the user-defined target position, the route calculator decides which of the segments is to be used in the course of the route to the destination point. The idea of the special of the route calculator 6 heuristics used is that landmarks are set along the precalculated route on higher-level road network. It stores for each landmark the location, how high the cost from the landmark to the destination and how far the landmark from the previous landmark on the route is.

Für die beim A*-Algorithmus notwendige Entscheidung, welcher Punkt als Nächstes zu entwickeln ist, wird bei der vorliegenden Erfindung für jeden bzw. eine Auswahl dieser Punkte folgende Heuristik verwendet:
Gesamtkosten = Kosten vom Start + Wichtung·(gespeicherte Kosten zum Ziel) + g (Distanz der zu entwickelnden Straße vom gespeicherten Punkt)·(geschätzte Kosten pro Wegstrecke).For the decision necessary for the A * algorithm, which point is to be developed next, in the present invention, the following heuristic is used for each or a selection of these points:
Total cost = cost from start + weighting · (stored cost to destination) + g (distance of the road to be developed from the stored point) · (estimated cost per distance).

Entsprechend 3 sind die Kosten vom Start die Kosten c1 bis c4, die gespeicherten Kosten zum Ziel K1 und K2. Der Routenkalkulator 6 bestimmt mittels Straßenkarten-Datenbank die Distanz der zu entwickelnden Straße oder einem ihrer Segmente vom gespeicherten Punkt P und er schätzt die Kosten für die Überwindung dieser Wegstrecke. Die Funktion g ist abhängig von der Distanz der betrachteten Orientierungspunkte zueinander. Ist der Abstand von P zum betrachteten Orientierungspunkt OP zu groß, wird der Abstand von Punkt P zum betrachteten Orientierungspunkt OP höher gewichtet. Dadurch tritt algorithmisch eine gewisse Orientierung an der alten, vorberechneten Route ein, ohne harte Grenzen zu ziehen. Die Wichtung ist abhängig von den gewählten Meideoptionen.Corresponding 3 the costs from the start are the costs c1 to c4, the costs saved to the destination K1 and K2. The route calculator 6 determined by road map database, the distance of the road to be developed or one of its segments from the stored point P and he estimates the cost for overcoming this route. The function g depends on the distance of the observed landmarks from each other. If the distance from P to the considered orientation point OP is too large, the distance from point P to the considered orientation point OP is weighted higher. As a result, there is some algorithmic orientation on the old, precalculated route, without having to push hard limits. The weighting depends on the chosen options.

Für die geschätzten Kosten pro Wegstrecke werden die Kosten auf Basis der vorberechneten Route verwendet.For the estimated cost per route, the cost is used based on the pre-calculated route.

Diese Heuristik wird nun stufenweise in den verschiedenen Berechnungsebenen eingesetzt. Zusätzlich wird sie für ein schnelle automatische Neuberechnung, zum Beispiel zurück zur alten Route angewendet, wenn der Nutzer des Navigationsgerätes 1 von der berechneten Route abweicht, aber keinen neuen Zielpunkt eingegeben hat.This heuristic is now used step by step in the different calculation levels. In addition, it is used for a quick automatic recalculation, for example back to the old route when the user of the navigation device 1 deviated from the calculated route but did not enter a new destination.

Der Ablauf kann zyklisch wiederholt werden. Eine beispielhafte Berechnung durch den Routenkalkulator 6 kann zu Beginn z. B. Berechnungsebene 0 verwenden mit den Segmenten von Rang 4 bis 0. Mit fortschreitender Entfernung von Startpunkt der Berechnung und Zielpunkt werden nur noch Segmente von Rang 4 bis 1 von Berechnungsebene 1 verwendet, anschließend Berechnungsebenen mit Segmenten von Rang 4 bis Rang 2, Rang 4 bis Rang 3, Rang 4 bis Rang 4.The process can be repeated cyclically. An example calculation by the route calculator 6 can at the beginning of z. For example, use calculation level 0 with the segments from rank 4 to 0. As you move away from the starting point of the calculation and the target point, only segments from rank 4 to 1 of calculation level 1 will be used, then calculation levels with segments from rank 4 to rank 2, rank 4 to rank 3, rank 4 to rank 4.

Bei der Routenberechnung kann vom Routenkalkulator 6 zum Zweck der Optimierung der Route eine Beschränkung der maximal zu verwendenden Berechnungsebene vorgenommen werden. Mit der Beschränkung der Berechnungsebene der Vorberechnung erfolgt auch eine Beschränkung der Berechnungsebene der Nachberechnung, da die Nachberechnung immer auf einer niedrigeren Ebene erfolgt als die Vorberechnung. Das heißt, es stehen bei der Berechnung mehr Segmente zu Verfügung. Zum Beispiel stehen bei Verwendung von maximaler Berechnungsebene 3 gegenüber Berechnungsebene 4, neben den Autobahnsegmenten beispielsweise auch Bundesstraßen zur Verfügung.In the route calculation can from the route calculator 6 For the purpose of optimizing the route, a limitation of the maximum calculation level to be used is made. The limitation of the calculation level of the precalculation also restricts the calculation level of the recalculation since the recalculation always takes place at a lower level than the precalculation. This means that more segments are available for the calculation. For example, when using maximum calculation level 3 over calculation level 4, for example, federal highways are available in addition to the motorway segments.

Eine Beschränkung der Berechnungsebene wird beispielsweise vom Routenkalkulator 6 vorgenommen, wenn der Nutzer Autobahnen oder Mautstraßen meiden will oder wenn die Zielposition zu nah ist.A limitation of the calculation level is, for example, the route calculator 6 if the user wants to avoid highways or toll roads or if the target position is too close.

Bei der vorliegenden Erfindung wird vom Routenkalkulator 6 nie auf Berechnungsebene 0 nachgerechnet, da vermieden werden soll, dass der Nutzer des Navigationsgerätes 1 beispielsweise über Feldwege geführt wird.In the present invention, the route calculator 6 never recalculated at calculation level 0, since it should be avoided that the user of the navigation device 1 For example, is guided over dirt roads.

Segmente mit Berechnungsebene 4 besitzen in den digitalen Daten besser aufgelöste Segmente auf der Ebene von Berechnungsebene 3 Segmenten. In einem weiteren Nachberechnungsschritt könnte nun eine weitere Beschränkung auf maximal Berechnungsebene 2 durchgeführt werden. 4 gibt den vereinfachten Ablauf einer Routenberechnung wieder. Nachdem der Systemstart des Navigationsgerätes 1 durch den Nutzer und der Eingabe der Zielposition an der Ein- und Ausgabeeinheit 4 erfolgt ist, ermittelt das Positionsschätzmodul 5 mithilfe der über GPS empfangenen Daten und anhand des in der Straßenkarten-Datenbank 3 hinterlegten Straßennetzes die aktuelle Position des Navigationsgerätes 1. Über den TMC-Empfänger werden Verkehrsmeldungen empfangen, die bei der Routenberechnung durch den Routenkalkulator 6 berücksichtigt werden können. Vom Routenkalkulator 6 wird eine erste Route bestimmt und dem Nutzer an der Ein- und Ausgabeeinheit 4 zur Navigation vom Startpunkt zum Zielpunkt zur Verfügung gestellt. Diese Vorberechnung muss nicht zwangsläufig mit dem Startpunkt der Routenführung, entsprechend der ermittelten aktuellen Position ansetzen. Der Routenkalkulator 6 führt diese aber im Wesentlichen auf einer höheren Berechnungsebene als die Nachberechnung aus.Calculation Level 4 segments have better resolved segments in the digital data at the level of 3 level calculation plane. In a further recalculation step, a further restriction to maximum calculation level 2 could now be carried out. 4 indicates the simplified procedure of a route calculation. After the system startup of the navigation device 1 by the user and the input of the target position on the input and output unit 4 is done, determines the position estimation module 5 using the data received via GPS and in the road map database 3 deposited road network, the current position of the navigation device 1 , The TMC receiver receives traffic messages that are generated during the route calculation by the route calculator 6 can be considered. From the route calculator 6 a first route is determined and the user at the input and output unit 4 provided for navigation from the starting point to the destination point. This precalculation does not necessarily have to begin with the starting point of the route guidance, corresponding to the determined current position. The route calculator 6 However, it essentially executes this at a higher calculation level than the recalculation.

Zur Routenberechnung werden vom Routenkalkulator 6 die Kosten der einzelnen Segmente der Route, die durch Knoten begrenzt werden bestimmt. Die Bestimmung erfolgt entweder mithilfe der Daten, die in der Straßenkarten-Datenbank hinterlegt sind oder auch durch Schätzung der Kosten. Auf der vorberechneten Route werden vom Routenkalkulator Orientierungspunkte positioniert. Die Daten der Orientierungspunkte umfassen ihre Position auf der Route und die Abstände zu den anderen Orientierungspunkten. An diesen Orientierungspunkten entwickelt der Routenkalkulator 6 die Route weiter, indem er einen Kostenvergleich mithilfe der Heuristik entsprechend 3 vorgenommen hat.The route calculation is done by the route calculator 6 the cost of each segment of the route, which is bounded by nodes determined. The determination is made either using the data stored in the roadmap database or by estimating the costs. On the precalculated route, the route calculator positions landmarks. The data of the landmarks includes their position on the route and the distances to the other landmarks. The route calculator develops at these landmarks 6 Continue the route by doing a cost comparison using the heuristics accordingly 3 has made.

Der Routenkalkulator 6 absolviert, bei der vorliegenden Erfindung, mindestens eine Nachberechnung auf einer niedrigen Berechnungsebene, als bei der Vorberechnung. Der Routenkalkulator 6 führt in einer besonderen Ausführung der Erfindung wie in 4 dargestellt zwei Routennachberechnungen durch, somit wird der Rechenaufwand sinnvoll beschränkt und somit die vorhandene Kapazität der Speichermittel 2 nicht überschrittenen. Wenn mehr als zwei Routennachberechnungen durchgeführt werden, steigt der Rechenaufwand und die Speicherkapazität wird stärker belastet.The route calculator 6 completed, in the present invention, at least one recalculation at a low level of calculation, as in the pre-calculation. The route calculator 6 leads in a particular embodiment of the invention as in 4 illustrated by two route calculations, thus the computational effort is meaningfully limited and thus the existing capacity of the storage means 2 not exceeded. If more than two route recalculations are performed, the computational effort increases and storage capacity becomes more heavily loaded.

Die Ausgabe der nachberechneten Route kann sich von vorberechneter Route unterscheiden, wenn bessere Alternativen vorhanden sind.The output of the recalculated route may differ from the precalculated route if better alternatives exist.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1681539 [0005, 0013]

Claims

A method of progressively optimizing a route by cost using an A * algorithm, comprising the steps of: a) a pre-calculation of the route from the starting point to the destination point to obtain a pre-calculated route b) positioning of landmarks on the pre-calculated route c) at least one recalculation of the precalculated route using the landmarks of step b) to obtain a recalculated route d) the positioning of landmarks on the route recalculated in step c) e) updating the precalculated route according to a) on the basis of the recalculation in step c) f) an output of the route recalculated after step e).

Method according to Claim 1, in which the precalculation and recalculation of the route with regard to the ranking of traffic routes are carried out stepwise at different calculation levels.

Method according to Claim 2, in which the precalculation takes place at a higher level of calculation than the recalculation.

Method according to Claim 1, in which a check is made between the precalculation and the recalculation as to whether further calculation levels are available for further recalculation.

The method of claim 1, wherein the result of updating the precalculated route by the recalculation is a route optimized in the course.

The method of claim 1, which takes into account information received in the route calculation to traffic obstructions.

A method according to claim 1, which positions the landmarks for routes having different highest-ranking computational planes at different distances from each other.

The method of claim 1, which caches the landmark data to be available for automatic recalculation when a user leaves the calculated route.

Device with a route calculator, which undertakes, based on costs for the gradual optimization of a route using an A * algorithm and taking into account a limited storage capacity for the route calculator, wherein the route calculator performs: a) a precalculation of the route from a starting point to a destination point, to obtain a precalculated route b) a first positioning of landmarks on the pre-calculated route c) at least one recalculation of the route using the landmarks of step b) to obtain a recalculated route d) a second positioning of landmarks, on the recalculated in step c) route e) updating the route precalculated in step a) on the basis of the recalculation f) Output of the recalculated route.

Apparatus according to claim 9 with a test device which monitors whether there is still a calculation level available for the recalculation which the route calculator has not yet considered.

Apparatus according to claim 9, wherein the route calculator makes the precalculation and the recalculation of the route stepwise at different levels of calculation.

The apparatus of claim 11, wherein the route calculator performs the pre-calculation at a higher calculation level than the recalculation.

An apparatus according to claim 9, wherein the route calculator positions the landmarks for routes having different highest-ranking calculation planes at different distances from each other.

Apparatus according to claim 9, comprising storage means for buffering the landmarks to be available for automatic recalculation when a user leaves the calculated route.