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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Straßenneigungsinformation gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
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Navigations-Software wird zunehmend als Sensor im Fahrzeug genutzt, z. B. für Fahrerassistenzsysteme (ADAS = Advanced Driver Assistance Systems). Ein Ziel ist es, Steigungs- oder Neigungsinformationen bzw. Slope-Informationen für Straßen zu nutzen. Hierzu wird auf Slope-Daten aus dem digitalen Kartenmaterial von Kartenprovidern zurückgegriffen. Die Slope-Daten sind aktuell meist nur für die wichtigsten Hauptverkehrsrouten, d. h. nicht flächendeckend verfügbar und werden auch in den nächsten Jahren nicht europa- oder weltweit verfügbar sein. Daher ist diese Technik der Nutzung von Slope-Daten der Kartenprovider nur begrenzt einsetzbar.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren, weiterhin eine Vorrichtung, die dieses 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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Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Ermitteln zumindest einer Straßenneigungsinformation, die einer Neigung zumindest eines Teilabschnitts eines Straßenverlaufs aus einer digitalen Straßenkarte entspricht, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- – Kombinieren von Routennetzwerkdaten aus der digitalen Straßenkarte mit Daten eines digitalen Geländemodells, wobei die Routennetzwerkdaten Koordinaten von Formpunkten für den Straßenverlauf repräsentieren und die Daten des digitalen Geländemodells geodätische Höheninformationen eines Geländes im Bereich des Straßenverlaufs repräsentieren, wobei durch das Kombinieren ein digitales Straßenmodell mit Straßenverlaufspunkten für den Straßenverlauf erhalten wird, bei dem die Straßenverlaufspunkte auf der Basis der Formpunkte und der geodätischen Höheninformationen bestimmt wurden; und
- – Bestimmen einer Neigung zwischen zwei Straßenverlaufspunkten, um die zumindest eine Straßenneigungsinformation zu ermitteln.
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Auch schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Ermitteln zumindest einer Straßenneigungsinformation, die einer Neigung eines Teilabschnitts eines Straßenverlaufs aus einer digitalen Straßenkarte entspricht, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist:
- – Einrichtung zum Kombinieren von Routennetzwerkdaten aus der digitalen Straßenkarte mit Daten eines digitalen Geländemodells, wobei die Routennetzwerkdaten Koordinaten von Formpunkten für den Straßenverlauf repräsentieren und die Daten des digitalen Geländemodells geodätische Höheninformationen eines Geländes im Bereich des Straßenverlaufs repräsentieren, wobei durch das Kombinieren ein digitales Straßenmodell mit Straßenverlaufspunkten für den Straßenverlauf erhalten wird, wobei die Straßenverlaufspunkte auf der Basis der Formpunkte und der geodätischen Höheninformationen bestimmt wurden; und
- – Einrichtung zum Bestimmen einer Neigung zwischen zwei Straßenverlaufspunkten, um die zumindest eine Straßenneigungsinformation zu ermitteln.
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Die vorliegende Erfindung schafft somit eine Vorrichtung oder ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen bzw. umzusetzen. Insbesondere kann die Vorrichtung Einrichtungen aufweisen, die ausgebildet sind, um einen Schritt des Verfahrens auszuführen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- oder Navigationsunterstützungssignale in der Form einer Neigungsinformation ausgibt. Die Vorrichtung 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 der Vorrichtung 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 Steuergerät ausgeführt wird.
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Unter Routennetzwerkdaten werden vorliegend Daten verstanden, die aus einer digitalen Straßenkarte ausgelesen werden können und beispielsweise Stütz- oder Formpunkte von Straßen repräsentieren, die in der digitalen Straßenkarte hinterlegt sind. Diese, in der digitalen Straßenkarte hinterlegte Straße wird dann beispielsweise an Hand von den Stütz- oder Formpunkten nachgebildet, so dass die Speicherung der Straße in der digitalen Straßenkarte möglichst wenig Speicherplatz erfordert. Unter einer Straße kann dabei ganz allgemein ein Weg, der mit einem Fahrzeug befahrbar ist oder auch nur zu Fuß begehbar ist verstanden werden, unabhängig davon, ob es sich bei der Straßen um eine Straße mit einer hohen oder niedrigen Straßenklasse handelt, wie beispielsweise einer Autobahn oder einer einfachen Anliegerstraße. Das digitale Geländemodell kann beispielsweise geographisches oder geodätisches Höhenmodell der Oberfläche der Erde oder eines Teils der Oberfläche der Erde sein, welches/welche z. B. bei einer Raumfahrtmission erstellt wurde und einer breiten Öffentlichkeit frei zur Verfügung gestellt wurde. In diesem digitalen Geländemodell sind Höheninformationen mit bestimmten Koordinaten der Oberfläche der Erde oder des Teils der Oberfläche der Erde verknüpft, die beispielsweise eine bestimmte Höhe über dem Meeresspiegel an der betreffenden Koordinate repräsentieren. Durch das Kombinieren des digitalen Straßenmodells mit dem digitalen Geländemodell wird ein digitales Straßenmodell gebildet, bei dem Straßenverlaufspunkte gebildet werden, um den dreidimensionalen Verlauf der Straße abzubilden. Hierzu werden die Routennetzwerkdaten bzw. die Formpunkte aus der digitalen Straßenkarte mit den Höheninformationen aus dem digitalen Geländemodell verknüpft, um die Straßenverlaufspunkte zu bestimmen. Diese Straßenverlaufspunkte können dann als Stützpunkte des Straßenmodells verwendet werden, zwischen denen der Verlauf der Straße angenommen wird. Diese Straßenverlaufspunkte können dabei entweder direkt die Formpunkte aus den Routennetzwerkdaten bzw. der digitalen Straßenkarte sein, die mit den Höheninformationen aus dem digitalen Geländemodell verknüpft werden. Ferner können auch die Straßenverlaufspunkte weitere Stützpunkte sein, die zwischen den Formpunkten aus der digitalen Straßenkarte entsprechend dem Verlauf der Straße eingefügt werden und die mit den Höheninformationen des digitalen Geländemodells verknüpft werden. Unter einer Verknüpfung eines Punktes mit der Höheninformation kann dabei eine Erweiterung der Dimension der Darstellung dieses Punktes sein, in dem beispielsweise zu den zweidimensionalen Koordinaten als dritte Dimension die Höheninformation hinzugefügt wird.
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Unter Verwendung von derart bestimmten Straßenverlaufspunkten lässt sich nun die Neigung, das heißt eine Steigerung oder ein Gefälle zwischen zwei (günstigerweise benachbarten) Straßenverlaufspunkten bestimmen. Dazu wird beispielsweise eine Differenz zwischen den durch die Höheninformationen repräsentierten Höhen der beiden betrachteten Straßenverlaufspunkte mit einem zweidimensionalen Abstand der beiden betrachteten Straßenverlaufspunkte in Beziehung gesetzt, wobei der zweidimensionale Abstand der beiden betrachteten Straßenverlaufspunkte aus den Koordinatendaten der beiden Straßenverlaufspunkte bestimmt werden kann. Auf diese Weise kann durch die Verknüpfung der Routennetzwerkdaten aus der digitalen Straßenkarte mit den Höheninformationen aus dem digitalen Geländemodell sehr einfach eine Neigung zwischen beliebigen Straßenverlaufspunkten bestimmt werden.
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Die Erfindung basiert somit auf der Erkenntnis, dass anhand eines einfach und kostengünstig zu erhaltenden digitalen Geländemodells (DTM = Digital Terrain Model) Steigungs- oder allgemeiner Neigungsdaten bzw. Slope-Daten generiert und genutzt werden können, die beispielsweise in Fahrerassistenzsystemen oder für eine Routenberechnung für eine verbrauchsgünstige Fahrweise zum Einsatz kommen können. Digitale Geländemodelle sind Stand heute in Auflösungen von etwa 30 m weltweit verfügbar, was im Allgemeinen ausreichend für die Umsetzung des hier vorgeschlagenen Ansatzes ist.
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Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass mit der hier vorgeschlagenen Lösung eine Nutzung des aktuell verfügbaren DTM für die Generierung von Slope-Daten für Gebiete bzw. Straßenklassen realisiert werden, die von Daten- bzw. Kartenprovidern aktuell und auch in den nächsten Jahren nicht flächendeckend europaweit bzw. weltweit angeboten werden. Entsprechen können z. B. oben beschriebene Techniken für energiesparendes Fahren in vollem Umfang zeitnah umgesetzt werden. Da die digitalen Geländemodelldaten heute schon flächendeckend nutzbar sind, ergibt sich aus ihrer Verwendung zur Ermittlung der Neigungs- oder Steigungsdaten ein klarer Vorteil für die Bestimmung einer effizienten Fahrweise auf der Basis von hieraus bestimmten Neigungsinformationen. Entsprechend können ferner auch höhere Lizenzkosten für Slope-Daten vermieden werden, die bisher von den Kartenprovidern nur für einen Aufpreis und nur für bestimmte Straßen zur Verfügung gestellt werden.
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Günstig ist es, wenn in dem Schritt des Kombinierens die Routennetzwerkdaten mit den Daten des digitalen Geländemodells kombiniert werden, indem zwischen zwei benachbarten Formpunkten für den Straßenverlauf ein Straßenverlaufspunkt eingefügt wird, wobei bei dem Einfügen dem Straßenverlaufspunkt eine Information über eine geodätische Höhe des Straßenverlaufspunktes zugeordnet wird, die auf der Basis der Höheninformation des digitalen Geländemodells bestimmt wurde. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass durch das Einfügen eines weiteren Straßenverlaufspunktes zwischen zwei benachbarten Formpunkten eine detailliertere Nachbildung des tatsächlichen Straßenverlaufs in dem zu generierenden Straßenmodell möglich wird. Hierzu können die Informationen aus dem digitalen Geländemodell verwendet werden, die meist als Informationen in einem Raster bereitgestellt werden, das von dem Raster der digitalen Straßenkarte abweicht. Durch die Zusammenführung der Informationen aus der digitalen Straßenkarte mit den Informationen aus dem digitalen Geländemodell kann somit ein zusätzlicher Detaillierungsgrad erhalten werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann in dem Schritt des Kombinierens der Straßenverlaufspunkt an einem Schnittpunkt zwischen einer durch die Formpunkte definierten Linie und einer dem digitalen Geländemodell zugrunde liegenden Gitternetzlinie bestimmt wird. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer technisch und numerisch sehr einfach umsetzbaren Generierung eines zusätzlichen Straßenverlaufspunkts in dem digitalen Straßenmodell.
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Von Vorteil ist es ferner, wenn indem Schritt des Kombinierens eine Information über die geodätische Höhe des Straßenverlaufspunktes durch eine Interpolation unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Höheninformationen aus dem digitalen Geländemodell erhalten wird. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass durch eine schaltungstechnisch und/oder numerisch sehr einfach durchführbare Interpolation eine Auswertung von Höheninformationen aus dem digitalen Geländemodell möglich ist, bei der tatsächliche Koordinaten über die im digitalen Geländemodell hinterlegten Höheninformationen nicht auf direkten Verbindungswegen zwischen zwei Formpunkten aus der digitalen Straßenkarte liegen.
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Um eine sehr vorteilhafte Nutzung der Neigungsdaten zu ermöglichen kann ferner ein Verfahren zum Bestimmen einer Ressourcenverbrauchsinformation für eine Fahrt eines Fahrzeugs auf einer Straße eingesetzt werden, wobei das Verfahren zumindest einen der vorstehend beschriebenen Schritte aufweist und ferner einen Schritt des Ermittelns der Ressourcenverbrauchsinformation unter Verwendung der Straßenneigungsinformation aufweist. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer deutlich präzisere Ermittlung einer Ressourcenverbrauchsinformation als dies im Stand der Technik unter alleiniger Verwendung der Routennetzwerkdaten aus der digitalen Straßenkarte, das heißt ohne die Verwendung der Höheninformationen, möglich wäre. Unter einer Ressourcenverbrauchsinformation kann hierbei beispielsweise einen Kraftstoffverbrauch in Litern Benzin oder Diesel pro Kilometer oder für den Fall eines Elektromobils in Kilowattstunden pro Kilometer verstanden werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Bestimmen einer Fahrtroute vorgesehen sein, wobei das Verfahren zumindest einen der vorstehend beschriebenen Schritte sowie einen Schritt des Ermittelns einer Fahrtroute unter Verwendung der Ressourcenverbrauchsinformation und eines Fahrtroutenoptimierungskriteriums aufweist. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer frühzeitigen Bestimmung einer optimalen Fahrtroute von einem Start- zu einem Zielpunkt, wobei nun durch die Berücksichtigung der Höheninformation aus dem digitalen Geländemodell eine zusätzliche Information berücksichtigt werden kann. Hierdurch lässt sich die zu ermittelnde Fahrtroute in Bezug auf das Optimierungskriterium wie beispielsweise eines besonders geringen Ressourcen- oder Spritverbrauchs präziser bestimmen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ausgeben einer Empfehlung eines Ausrollen-Lassens des Fahrzeugs für einen Fahrer und/oder ein Fahrerassistenzsystems des Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei das Verfahren einen oder mehrere der vorstehend beschriebenen Schritte aufweist, und wobei das Verfahren einen Schritt des Ausgebens der Empfehlung aufweist, wenn aus der Straßenneigungsinformation ein Hinweis auf ein Gefälle des Straßenverlaufs zu entnehmen ist, das einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass für die Optimierung eines Ressourcenverbrauchs auch ein Hinweis auf eine Einsparungsmöglichkeit von Ressourcen gegeben werden kann, wenn das Fahrzeug bei einer ausreichend steilen Neigung, das heißt einen ausreichend steilen Gefälle, auch ohne Antrieb rollen kann. In diesem Fall kann dem Fahrer oder einem Fahrerassistenzsystem ein Hinweis auf die Möglichkeit des Ausrollenlassens gegeben werden, damit möglichst wenige Ressourcen für die Durchfahrt der gewünschten Fahrtstrecke verbraucht werden.
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Die Bestimmung einer Neigungsinformation kann jedoch auch gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Optimierung der Darstellung eines Straßenverlaufs auf einer Anzeige verwendet werden. Bisherige Anzeigesysteme verwenden hierzu die Routennetzwerkdaten aus der digitalen Straßenkarte und die Daten aus einem digitalen Geländemodell, um einen Straßenverlauf in perspektivischer Ansicht darzustellen. Dabei ist es jedoch möglich, dass zwei benachbarte Formpunkte aus den Routennetzwerkdaten zu weit auseinander liegen, so dass bei einer direkten Verbindung dieser beiden Formpunkte zur Darstellung des Straßenverlaufs eine perspektivische Ansicht entstünde, bei der die Straße beispielsweise über Senken im Gelände „fliegen” oder in den Berg oder Hügel hineinführen würde. Dies könnte einerseits den Fahrer irritieren, der nur flüchtig auf die Anzeige blickt, und andererseits den Eindruck einer sehr veralteten, kantigen Darstellung auf der Anzeige bewirken, den kein Hersteller eines Navigations- oder Displaygerätes erwecken möchte. Um diese Nachteile zu vermeiden, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein zusätzlicher Straßenverlaufspunkt zwischen die beiden Formpunkte eingefügt werden, so dass sich ein anzuzeigender Straßenverlauf auf der Anzeige unter Verwendung der beiden Formpunkte und des dazwischen zusätzlich eingefügten Straßenverlaufspunkts bestimmen lässt, bei dem der Straßenverlauf wesentlich näher an der Geländeoberfläche dargestellt ist. Für eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweisen:
- – Berechnen einer Höhe eines Hilfsstraßenverlaufspunktes, wobei der Hilfsstraßenverlaufspunkt an einem Schnittpunkt einer Gitternetzlinie mit dem Straßenverlauf zwischen den zwei Straßenverlaufspunkten gesetzt würde, und wobei die Höhe des Hilfsstraßenverlaufspunktes auf der Basis der bestimmten Neigung und einem Abstand der Gitternetzlinie von einem der zwei Straßenverlaufspunkte berechnet wird;
- – Bestimmen einer Höhendifferenz zwischen der Höhe des Hilfsstraßenverlaufspunktes und einer Höheninformation aus dem digitalen Geländemodell an dem Schnittpunkt zwischen der Gitternetzlinie und dem Straßenverlauf; und
- – Setzen eines dritten Straßenverlaufspunktes an dem Schnittpunkt zwischen der Gitternetzlinie und dem Straßenverlauf wobei dem dritten Straßenverlaufspunkt eine Höhe zugeordnet ist, die der Höheninformation aus dem digitalen Geländemodell entspricht und wobei das Setzen des dritten Straßenverlaufspunktes dann erfolgt, wenn die bestimmte Höhendifferenz größer als ein vorbestimmter Höhendifferenzschwellwert ist.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Darstellung eines Straßenverlaufs durch ein Gelände in einer x/z-Darstellung zur Erläuterung der Einfügung von zusätzlichen Straßenverlaufspunkten;
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2 eine Darstellung eines Straßenverlaufs durch ein Gelände in einer x/y-Darstellung zur Erläuterung der Einfügung von zusätzlichen Straßenverlaufspunkten;
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3 eine Darstellung zur Erläuterung der Einfügung eines zusätzlichen Straßenverlaufspunktes in einer x/z-Darstellung;
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4 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
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5 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Vorrichtung.
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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 zweiten 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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Die folgende Beschreibung besteht aus zwei Teilen mit den Zielen:
- A) Die Zeichenprobleme bezüglich auf ein DTM gemappte Straßen offline-seitig zu lösen, und
- B) Die Nutzung der Verschneidung zur anschließenden Slope Berechnung.
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Das zu dem oben genannten Punkt A beschriebene Verfahren der Bestimmung von Neigungsinformationen stellt hierbei eine Grundlage für die Slope-Daten-Generierung dar. Es wird hier aber im Fokus für die Lösung der Zeichenprobleme in der 3D-Kartendarstellung beschrieben. Jedoch kann das beschrieben Verfahren auch zur Bestimmung einer Neigung aus der Verknüpfung der Routennetzwerkdaten der digitalen Straßenkarte und den Höheninformationen aus dem digitalen Geländemodell verwendet werden. Das beschriebene Verfahren aus den oben genannten Punkten A und B ist eine mögliche Umsetzung, um die Slope Daten zu generieren.
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Die prinzipielle Idee, auf der der vorliegende Ansatz aufbaut, lässt sich folgendermaßen beschrieben:
Ein digitales Geländemodell (DTM = Digital Terrain Model), welches beispielsweise kostenfrei öffentlich bezogen werden kann, wird gespeichert und getrennt auf die RNW-Daten (RNW = Routennetzwerk) aus der digitalen Straßenkarte gezogen. Die RNW-Daten sind derzeit nicht mit absoluter Höheninformation verfügbar, somit reine 2D-Daten, d. h. die RNW-Daten beschreiben nur den Verlauf einer Straße (beispielsweise durch die Verwendung von Formpunkten, zwischen denen die Straße interpoliert wird) in zweidimensionaler Lage. Daher sollten die Straßen auf das DTM abgebildet werden, um auf entsprechende Höheninformationen aus dem digitalen Geländemodell (DTM) mit den RNW-Daten zu verknüpfen. Es gibt dafür zwei Ansätze:
- 1. Die Straßen werden als 2D-Daten auf ein (Textur-)Bild gezeichnet und dieses (Textur-)Bild wird nachfolgend über eine graphische Darstellung des digitalen Geländemodells (DTM) gezeichnet.
- 2. Es werden die angemessenen Höhen für die Knickpunkte des aus den RNW-Daten bestimmten Straßenverlaufs durch ein Nachschlagen in den DTM-Daten berechnet und nachfolgend die Straßen anhand der Knickpunkte und der zugehörigen Höhen dreidimensional gezeichnet.
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Die erste Vorgehensweise ist schneller und leichter zu realisieren, liefert jedoch nur suboptimale Ergebnisse für steiles Berggelände und kann eine verminderte Wiedergabequalität zur Folge haben.
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Die zweite Option bietet mehr Flexibilität bei der Art und Weise, wie die Straße gezeichnet werden kann (z. B. Brücken, Tunnel ...), stellt jedoch eine größere Herausforderung bei der Umsetzung dar. Zudem sollten RNW und DTM auf irgendeine Weise abgeglichen werden. Die zweite Option kann auch dazu genutzt werden, Steigungsinformationen für Straßen zu erzeugen, die nicht für Wiedergabezwecke, sondern für Fahrerassistenz-Anwendungsfälle eingesetzt werden können, um z. B. einen Ausrollassistenten zu ermöglichen oder Routen zu berechnen, die viele Steigungen vermeiden, um so den Fahrzeugverbrauch zu reduzieren.
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Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der Kombination der Daten aus den digitalen Straßenkarten mit den Höheninformationen aus dem digitalen Geländemodell zu sehen. Dies bedeutet, dass eine zusätzliche Komponente zu den Daten aus der digitalen Straßenkarte hinzugefügt wird, die im Weiteren als z-Komponente bezeichnet werden soll, in Anlehnung an die Darstellung der Höhe einer Position in einem Koordinatensystem, die üblicherweise durch die z-Koordinate gebildet ist. Somit soll also eine z-Komponente für einen Straßenverlaufspunkt berechnet werden, wobei die Daten des DTM verwendet werden.
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Das Abbilden der RNW-Daten auf das DTM (oder umgekehrt) wird über die Eckpunkte, d. h. jedes Straßenformpunkts (im Weiteren auch einfach als Formpunkt bezeichnet) durchgeführt. Diese Vorgehensweise funktioniert gut bei Straßen, bei denen der Formpunktabstand geringer als der Rasterabstand des DTM ist. Jedoch sind einige Straßen relativ lang (allgemein betrachtet), so dass der Knickpunktabstand größer als der Rasterabstand des DTM ist. Die 1 zeigt eine Ansicht eines Straßenverlaufs 100 (durchgezogene dicke Linie) in einer x/z-Darstellung unter Verwendung der Formpunkte 110 (gefüllte dicke Punkte). Die Darstellung aus 1 entspricht dabei einer zweidimensionalen Darstellung, bei der eine Dimension (x-Dimension, dargestellt auf der Abszisse) einer durch die Routennetzwerkdaten aus der digitalen Straßenkarte wiedergegebenen Dimension entspricht, und in einer anderen Dimension (z-Dimension, dargestellt auf der Ordinate) die Information wiedergegeben ist, die aus dem digitalen Geländemodell zu entnehmen ist. Es ist aus der 1 ersichtlich, dass der Abstand 120 von zwei Formpunkten 110 größer ist, als der Abstand 120 von Gitternetzlinien 130 des Gitternetzes für das digitale Geländemodell (DTM-Modell). Um nun die Informationen aus den digitalen Geländemodell, d. h. die Höheninformationen mit den Routennetzwerkdaten aus der digitalen Straßenkarte kombinieren zu können, werden nun Straßenverlaufspunkte gebildet, durch die der Straßenverlauf der Straße interpoliert werden kann. Diese Straßenverlaufspunkte bilden somit Stützpunkte, die zur Nachbildung des Straßenverlaufs zwischen den einzelnen Straßenverlaufspunkten verwendet werden können. Diese zusätzlichen Straßenverlaufspunkte 140 (in der 1 als Kreise dargestellt) werden an Schnittpunkten des Straßenverlaufs 100, der aus den Routennetzwerkdaten entnommen werden kann, mit den Gitternetzlinien 130 des Gitternetzes des digitalen Geländemodells bestimmt. Zusätzlich können auch die Formpunkte als Straßenverlaufspunkte verwendet werden, da diese ebenfalls den Verlauf der Straße kennzeichnen können und somit als Stützpunkte für den Verlauf der Straße verwendbar sind.
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Die Einfügung der zusätzlichen Straßenverlaufspunkte dient dabei dem Ziel, eine präzisere topographische Information über den Verlauf der Straße im Gelände zu erhalten. Verläuft beispielswiese die Straße 100 in einem Gebiet, in dem die Erdoberfläche 150 entsprechend der in 1 dünn dargestellten Linie, so würde bei der Ausgabe eines Straßenverlaufes 100 gemäß der dicken Linie (d. h. gemäß den Informationen allein unter Verwendung der Routennetzwerkdaten die Straße durch einen Hügel oder Berg 160 verlaufen, anstatt über den Berg 160. Werden nun die zusätzlichen Straßenverlaufspunkte 140 zur Beschreibung des Straßenverlaufs mit aufgenommen, lässt sich folglich der tatsächliche Verlauf der Straße wesentlich genauer beschreiben, als lediglich auf der Basis der Routennetzwerkdaten aus der digitalen Straßenkarte. Dies bietet nun die Möglichkeit, einerseits eine Verbesserung bei der Fahrtroutenbestimmung zu erreichen, da nun erkannt werden kann, dass die Straße 100, wie sie nach der Berücksichtigung der zusätzlichen Straßenverlaufspunkte 140 modelliert ist, über einen Hügel oder Berg 160 führt und somit eine Steigung zu überwinden ist, die einen entsprechend höheren Spritverbauch (bzw. bei Elektrofahrzeugen einen erhöhten Leistungsverbauch aus der Batterie oder dem Akkumulator) erfordert, als wenn die Straße 100 als steigungslos bzw. weitgehend neigungslos angenommen wird, wie dies ohne die Verwendung der Höheninformationen aus dem digitalen Geländemodell erfolgen würde. Weiterhin ist auch bei einer Darstellung des Straßenverlaufs unter Verwendung der zusätzlichen Straßenverlaufspunkte 140 eine deutliche Optimierung der Darstellungsform für die Straße möglich, da nun die Straße näher an der tatsächlichen Erdoberfläche dargestellt wird, als wenn die Straße durch die Interpolation zwischen zwei weit auseinander liegenden Formpunkten sehr abstrakt und gerade dargestellt würde. Die Straße kann also wesentlich realitätsnäher dargestellt werden, was einer deutlich moderneren Darstellungsform entspricht. Auch können auf diese Weise „fliegende Straßen” über Geländesenken oder Straßenverläufe, die scheinbar in einen Berg oder Hügel führen verhindert werden, so dass weiterhin eine Irritationsgefahr für einen Fahrer vermindert wird, wenn dieser auf die Anzeige blickt.
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Im Nachfolgenden soll noch detaillierter dargestellt werden, wie die Kombination der RNW-Daten mit den Daten aus dem digitalen Geländemodell (DTM) durchgeführt werden kann. Als digitales Geländemodell kann hierfür beispielsweise ein elektronisches Modell der Erdoberfläche verwendet werden, wie es von der NASA bei einer Raumfahrtmission durch eine Abtastung der Erdoberfläche und der Aufzeichnung der entsprechenden geodätischen Höheninformationen der einzelnen Regionen (beispielsweise über der Meeresoberfläche) erhalten wurde und welches kostenfrei der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt wurde. Ein solches digitales DTM-Geländemodell an sich ist in der Online-Karten-Anwendung als ein dreidimensionales Dreieckraster dargestellt. Die 2 zeigt die zweidimensionale Darstellung eines Geländeabschnitts in den Richtungen x und y, wobei ein Koordinatensystem verwendet wird, wie es auch der Darstellung aus 1 zu Grunde gelegt wurde. In der 2 werden hierbei jedoch Informationen wiedergegeben, die in den Daten der Straßenverlaufspunkte in einer in 1 nicht dargestellten Richtung enthalten sind. Um nun die zusätzlichen Straßenverlaufspunkte 140 ermitteln zu können, werden die fehlenden Eckpunkte (d. h. die zusätzlichen Straßenverlaufspunkte 140) basierend auf den durch die Dreiecksränder gegebenen DTM-Rastergrenzen zu erzeugen. Hierfür wird eine Schnittlinie zwischen dem aus den RNW-Daten modellierten Straßenverlauf 100 und den Gitternetzlinien 130 gebildet. Für den Offline-Algorithmus sollte derselbe Triangulationsansatz verwendet werden, um eine korrekte Position neu hinzugefügter Eckpunkte zu gewährleisten. Für die Bestimmung der konkreten geodätischen Höhen, die den zusätzlichen Straßenverlaufspunkten 140 zugeordnet werden, wird auf Daten des digitalen Geländemodells zurückgegriffen, die bestimmten (Mess-)Punkten auf den Gitternetzlinien 130 dieses Modells zugeordnet sind und die die gemessenen Höhen dieser Punkte bezeichnen. Das Geländemodell kann dann beispielsweise durch eine Interpolation von benachbarten (Mess-)Punkten erhalten werden, wodurch sich ein kontinuierliches Modell erstellen lässt. Die Höheninformationen der zusätzlichen Straßenverlaufspunkte kann dann derart bestimmt werden, dass eine Interpolation der Höhenangaben durchgeführt wird, die zu dem bestimmten Schnittpunkt der Gitternetzlinien des Geländemodells mit dem modellierten Straßenverlauf 100 benachbart sind.
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Eine Online-Software stellt lediglich Algorithmen für die Triangulation und die Höhenabtastung bereit. Der neue in der Offline-SW zu entwickelnde Algorithmus repräsentiert den Schnittpunkt zwischen Linienteilen und Dreiecksrändern. Wird ein Rand mit einem Schnittpunkt (des modellierten Straßenverlaufs 100) identifiziert, sollte die Höhe für diesen Schnittpunkt bestimmt werden, was beispielswiese durch eine Interpolation zwischen den zwei Randeckpunktehöhen möglich ist.
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Um eine möglichst realitätsnahe Darstellung des Straßenverlaufs und damit ein möglichst enges Anschmiegen einer darzustellenden Straße an eine abzubildende Geländeoberfläche zu ermöglichen, kann die interpolierte Höhe dann mit der Höhe abgeglichen werden, die an dieser Position durch die Steigung, zwischen den Eckpunkten 300 und 310 gegeben ist, wie dies mit Bezug auf die 3 näher erläutert wird. Hierbei ist der Eckpunkt 300 ein Formpunkt 110 (oder ein anderer Straßenverlaufspunkt), der den Verlauf 100 der Straße nachbildet, wobei der Eckpunkt 310 ein zusätzlicher Straßenverlaufspunkt 140 darstellt, der in 3 einen maximalen Punkt einer Straße über einen Berg oder den Hügel des Straßenverlaufs markiert. Die Darstellung aus 3 entspricht im Wesentlichen wieder der Darstellung aus 1. Ist der Höhenunterschied, der bei einer alleinigen Berücksichtigung der bei einem Schnittpunkt 320 zwischen einer Gitternetzlinie 130 und dem interpolierten Straßenverlauf 330 zwischen dem Eckpunkt 300 und dem Eckpunkt 310 erhalten würde, einer Höhe, die größer als ein Wert Hd ist, der sich alleine aus dem digitalen Geländemodell für diesen Schnittpunkt zwischen dem Straßenverlauf 100 aus dem RNW-Daten und der Gitternetzlinie des digitalen Geländemodells erhalten würde, sollte an der Stelle dieses Schnittpunktes ein neuer Eckpunkt 340 hinzugefügt werden. Dieser neue Eckpunkt 340 würde dann eine Höheninformation erhalten, die der geodätischen Höhe entspricht, die aus dem digitalen Geländemodell an dem Schnittpunkt mit dem modellierten Straßenverlauf aus den RNW-Daten erhalten wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass zur beschleunigten Bestimmung des Straßenverlaufs beispielsweise nur jeder x-te (beispielsweise jeder zweite oder jeder dritte) Straßenverlaufspunkt für die Erzeugung der Darstellungsdaten verwendet wird, wobei jedoch durch den vorstehend beschriebenen Ansatz auch sichergestellt ist, das ein weiterer Straßenverlaufspunkt als Stützpunkt für die Modellierung des Straßenverlaufs eingefügt wird, wenn der bestimmte anzuzeigende Straßenverlaufs von dem tatsächlichen Straßenverlauf zu stark abweichen würde, so dass es zu Irritationen des Fahrers kommen könnte, wenn der Fahrer kurz auf die Anzeige blickt. Zur Korrektur des anzuzeigenden Straßenverlaufs wird dabei ebenfalls die bestimmte Neigung des Straßenverlaufs zwischen den beiden betrachteten Straßenverlaufspunkten, hier als den Eckpunkten 300 und 310, berücksichtigt, so dass diese Optimierung des anzuzeigenden Straßenverlaufs auf einem Display eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung darstellt.
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Unter Umständen stellt das DTM mehr Auflösungsstufen (z. B. 15) pro Höheneinheit (beispielsweise pro Höhenmeter) bereit als das für die RNW-Daten verwendete Raster (bei dem beispielsweise die Routennetzwerkdaten lediglich mit Höheninformationen in 4 Abstufungen (pro Höheneinheit). Somit werden die gleichen Straßen auf unterschiedliche DTM-Stufen abgebildet. Deswegen sollte der Algorithmus für jede verfügbare RNW-Auflösungsstufe ablaufen. Zudem sollten die Eckpunkte basierend auf der höchstaufgelösten für das ausgewählte Straßendetailniveau verwendeten DTM-Stufe hinzugefügt werden.
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Der hier vorgestellte Algorithmus kann optimiert werden, um die Anzahl von Eckpunkten zu verringern, so dass die Steigungsänderung größer als ein Wert x sein sollte, damit ein neuer Eckpunkte hinzugefügt wird. Dies ist möglich, weil die Straßeneckpunkte verglichen mit den DTM einen größeren z-Wert haben, um zu gewährleisten, dass es zu keinen Konflikten bei der Bestimmung von z auf Seiten der Grafischen Bibliothek (OpenGL) gibt. Derzeit wird für sämtliche Kartenelemente (einschließlich der Straßen) ein Höhenversatz von +20 m (im Vergleich zur DTM-Höhe) verwendet, um Auswirkungen von z-Konflikten zu minimieren. Dieser Wert (konfigurierbar) kann in der Offline-SW berücksichtigt werden (Hd-Unterschied), um die Anzahl neu geschaffener Formpunkte (Straßenverlaufspunkte) zu verringern.
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Die folgenden Optimierungsmöglichkeiten sind möglich:
- 1. Der Kartenhöhenversatz wird berücksichtigt; in diesem Fall erfolgt eine Reduzierung von neuen Eckpunkten (d. h. Straßenverlaufspunkten, da Hd ungleich 0 sein kann.
- 2. Es erfolgt eine Berücksichtigung der Tatsache, das positive Hd-Werte (Straße führt in Berg hinein) kritischer sind als negative Hd-Werte (Effekt der „fliegenden Straße”), in diesem Fall führen negative Hd-Werte zu größeren Unterschieden bezüglich neuer Eckpunkte.
- 3. Es werden Flag-Eckpunkte gekennzeichnet, falls diese durch das DTM-Abbilden hinzugefügt wurden; eine derartige Lösung bietet den Vorteil, dass eine Zeichnung nicht nur zweidimensional dargestellt werden braucht (d. h. über Bit pro Eckpunkt oder neue Eckpunkte als Anmerkungen).
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Als ein weiteres Anwendungsszenario für den Einsatz der Neigungsbestimmung kann die vorstehend beschriebene Fahrtroutenoptimierung oder die Ressourcenverbrauchsoptimierung betrachtet werden.
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Derzeit sammeln Datenbereitstellungsdienste Informationen über Straßensteigungen. Die Verfügbarkeit dieser Daten ist relativ gering (lediglich wichtige Straßen, Mitteleuropa). Die DTM-Daten sind in einer hohen Auflösung von 30 m pro Pixel für Gesamteuropa verfügbar. Der im Vorhergehenden beschriebene Algorithmus zur Neigungsbestimmung unter Verwendung der zusätzlich eingefügten Straßenverlaufspunkte kann auch verwendet werden, um basierend auf dem DTM-Steigungsinformationen für RNW-Daten Straßenverlaufsdaten zu erzeugen, die eine präzise Höheninformation aufweisen und die für sehr viele Straßen aus der digitalen Straßenkarte zur Verfügung stehend. Zwar ist die Genauigkeit unter Umständen geringer als die von speziellen Steigungsdaten für ausgewählte Straßen, jedoch wären diese Daten sofort und flächendeckend verfügbar.
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Die Tatsache, dass das DTM keine Tunnels und Brücken umfasst, kann ausgeglichen werden, indem anstelle einer alleinigen Verwendung von DTM-Höhen RNW-Anmerkungen (wie beispielsweise ein Hinweis, dass die Straße in einem Bestimmten Segment durch einen Tunnel oder über eine Brücken führt) kombiniert werden, um die Steigungen zu korrigieren, die ansonsten anhand der DTM-Daten fehlerhaft bestimmt würden.
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Es wird auch vorgeschlagen, dass die Steigungsinformationen mit einem Flag versehen werden, ob es sich dabei um „Hochpräzisions”-Daten handelt oder nicht. Für manche Anwendungsfälle ist eine hohe Genauigkeit nicht zwingend erforderlich, so dass bereits heute volle Verfügbarkeit erreicht werden kann.
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Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren 400 zum Ermitteln zumindest einer Straßenneigungsinformation, wie es als Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in der 4 dargestellt ist. Bei dem Verfahren kann die Straßenneigungsinformation einer Neigung zumindest eines Teilabschnitts eines Straßenverlaufs aus einer digitalen Straßenkarte entsprechen. Das Verfahren 400 umfasst einen Schritt des Kombinierens 410 von Routennetzwerkdaten aus der digitalen Straßenkarte mit Daten eines digitalen Geländemodells, wobei die Routennetzwerkdaten Koordinaten von Formpunkten für den Straßenverlauf repräsentieren und die Daten des digitalen Geländemodells geodätische Höheninformationen eines Geländes im Bereich des Straßenverlaufs repräsentieren, wobei durch das Kombinieren ein digitales Straßenmodell mit Straßenverlaufspunkten für den Straßenverlauf erhalten wird, bei dem die Straßenverlaufspunkte auf der Basis der Formpunkte und der geodätischen Höheninformationen bestimmt wurden. Ferner umfasst das Verfahren 400 einen Schritt des Bestimmens 420 einer Neigung zwischen zwei Straßenverlaufspunkten, um die zumindest eine Straßenneigungsinformation zu ermitteln.
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Um die vorliegend beschrieben Erfindung beispielsweise in einem Fahrzeug einzusetzen, kann diese in einem Fahrzeug implementiert sein. Hierfür kann ein Fahrzeug 500, wie es in der 5 schematisch als Blockschaltbild dargestellt ist, eine Vorrichtung 510 zur Bestimmung der Neigungseinformation aufweisen, diese Vorrichtung 510 kann beispielsweise mit einem Kartendaten-Speicher 520 verbunden sein, in dem die RNW-Daten für ein zu befahrendes Gebiet abgespeichert sind. Ferner kann die Vorrichtung 510 mit einem Geländedaten-Speicher 530 verbunden sein, in dem das digitale Geländemodell mit den zugehörigen Höheninformationen abgelegt ist. In der Vorrichtung 510 zur Bestimmung der Neigungsinformationen wird dann die Kombination der RNW-Daten aus dem Kartendaten-Speicher 520 mit den Höheninformationen aus dem Geländedaten-Speicher 530 durchgeführt, beispielsweise in der Einheit 510a zum Kombinieren, um das digitale Straßenmodell zu erhalten, das neben den RNW-Daten auch Informationen über die geodätische Höhe der Straßenverlaufspunkte enthält. Dieses digitale Straßenmodell wird dann in der Einheit 510b zur Bestimmung der Neigungsinformation herangezogen, um die Neigung zwischen den zwei Straßenverlaufspunkten, d. h. eine Neigung auf einem Teilabschnitt der Straße, zu bestimmen, um die gesuchte Neigungsinformationen zu erhalten. Diese Neigungsinformation für einen Teilabschnitt eines Straßenverlaufes kann dann einer Anzeigeeinheit 540 und/oder einer Fahrtroutenberechnungseinheit 550 und/oder einem Ausroll-Assistenten 560 zur Verfügung gestellt werden, der oder die die vorstehend beschriebene Funktionalität hat bzw. haben, nämlich der perspektivischen Darstellung des Straßenverlaufs im Gelände, der Bestimmung einer Ressourcen-schonenden Fahrtroute oder der Ausgabe einer Information über eine Möglichkeit, dass der Fahrer das Fahrzeug Sprit-sparend ausrollen lassen kann, wenn ein gewisses Mindestgefälle vorliegt.
