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1. Kurzbeschreibung der Erfindung
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Das Konzept für einen Routenmagneten soll es ermöglichen Routen in Richtung eines Magneten zu ziehen oder von diesem abzustoßen. Das hier vorgestellte Konzept bringt einen zusätzlichen Parameter in die Routenberechnung ein, der die ursprüngliche Route durch Stärke und Entfernung des Routenmagneten von der normalen Route beeinflusst. Dadurch wird es beispielsweise möglich, eine Route zu POIs hinzuziehen, oder bei einem umgepolten Magneten von beispielsweise Dauerbaustellen, Staus, Unfallschwerpunkten, Slums etc. abzulenken.
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2. Stand der Technik
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2.1 Verwandte Methoden, Produkte und Themen
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2.1.1 Verwandte Ansätze
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Bisher werden Routen primär auf Basis von Straßenattributen berechnet und der Entfernung der Straßenabschnitte zum Ziel. Will man eine Route in die Nähe eines Punktes, der nicht auf der Route liegt, führen, müssen meist Zwischenziele gesetzt werden. Um diverse Gebiete zu vermeiden, werden entsprechende Straßen in dem Gebiet meist mit einem zusätzlichen Attribut versehen um die Straßen zu markieren und diese so sperren und umfahren zu können.
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Weitere Ansätze beinhalten Verfahren (wie [1]), bei denen der Zwischenpunkt mit einer Via-Area versehen wird. Danach sind alle Straßenabschnitte in dieser Via-Area potentielle Zwischenziele. Das Zwischenziel besteht also nicht nur aus einem Punkt oder Straßenabschnitt, sondern eine Schar von Straßenabschnitten.
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2.1.2 Gegenstand der Verbesserung bzgl. verwandter Ansätze
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Gegenüber den bekannten Ansätzen ist vorliegende Erfindung insbesondere vorteilhaft in Bezug auf Folgende Nachteile:
Die Nachteile der bisherigen Ansätze, eine Route in eine bestimmte Richtung zu drücken sind, dass man immer entweder zusätzliche Zwischenziele benötigt, was einer Aufspaltung in mehrere Routen gleichkommt oder aber zusätzliche Attribute im Kartenmaterial benötigt, welche wenn sie überhaupt zur Verfügung stehen, die Karten für viele Straßen aufblähen.
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Das Verfahren nach [1] hat das Problem der Skalierung, es ist schwierig festzustellen, wie groß eine Viaareas sein darf, wenn z. B. eine Großstadt wie Nürnberg als Viapunkt angegeben wird oder ein kleiner Ort. Ist die Viaarea sehr groß, ist es aufwändig festzustellen, ob die Viaarea erreicht wurde, da eine Vielzahl von Straßenabschnitten innerhalb der Viaarea prinzipiell für jeden Routenschritt überprüft werden müssen, ob sie erreicht wurden.
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2.1.3 Referenz zu verwandten Ansätzen
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- [1] EP 1 105 696 (Robert Bosch): Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Route von einem Ausgangsort zu einem Zielort. Priorität: 22.6.99
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3. Die Erfindung
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3.1 Problem, welches durch die Erfindung gelöst werden soll
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Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Route in Richtung eines Routenmagneten oder von diesem weg zu beeinflussen. Ein konkreter Anwendungsfall für eine Beeinflussung zu dem Routenmagneten ist es, wenn für eine Route zwei Hauptwege in Frage kommen, die in etwas gleich weit sind, aber der Nutzer weiß, dass auf einer Strecke das Staurisiko höher ist oder Baustellen vorhanden sind, die das Navigationssystem nicht kennt. In diesem Fall möchte der Nutzer eingreifen können und z. B. bei einer Routenberechnung von Würzburg nach München durch Auswahl eines Routenmagneten in Ulm die Variante A7/A8 präferieren, anstelle über die A3/A9 via Nürnberg zu fahren. Dies entspricht auch der menschlichen Wahrnehmung, nach der diese Varianten als „über Nürnberg” oder „über Ulm” bezeichnet würden. Bisher gibt es nur die Möglichkeit eine Route durch setzen eines Zwischenzieles in eine gewisse Richtung zu lenken. Gibt man Nürnberg oder Ulm als Zwischenziel ein, so würde die Route aber über die Innenstädte verlaufen, was nicht im Sinne des Nutzers ist.
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Wenn man bestimmte Gebiete vermeiden möchte ist man meist auf zusätzliche Attribute im Kartenmaterial angewiesen wie beispielsweise ein Slum-Tag welches Straßen markiert, welche Straßen gemieden werden sollte. Mit dem Routenmagneten kann man Gebiete komplett vermeiden, wenn man einen starken umgepolten Magneten in ein solches Gebiet setzt, der dann die Route aus diesem Gebiet fernhält (sofern natürlich weiter entfernt Straßen existieren, andernfalls würde die Route trotzdem durch das Gebiet führen, da sonst keine andere Möglichkeit besteht)
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3.2 Vorteile der Erfindung
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Der Vorteil dieser Erfindung ist, dass man eine Route, die normalerweise die schnellste oder kürzeste Strecke zwischen Start und Zielpunkt darstellt, in Richtung des Routenmagneten oder von ihm weg beeinflussen kann. Hierzu werden keine Zwischenziele oder neue zusätzliche Attribute im Kartenmaterial benötigt, da der Routenmagnet unabhängig vom Kartenmaterial ist und lediglich als zusätzliches Gewicht in der Berechnung der Route dient. Des Weiteren kann man jeden Magneten entsprechend seiner Wichtigkeit eine Stärke mitgeben. Das heißt, man kann wichtige Magneten besonders stark konstruieren, so dass sie einen starken Einfluss auf die Routengestaltung nehmen. Macht man sie hingegen schwach, wird auch ihr Einfluss auf die Route nur sehr schwach sein.
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3.3
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3.4 Detaillierte Beschreibung
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Vorgeschlagen wird eine Verfahren zum Betrieb eines Navigationssystems, welches ausgestattet ist mindestens mit einer Kartenspeichereinrichtung, Ein- und Ausgabemitteln und einer Routenberechnungseinheit, die von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt eine Route berechnet, die bestimmte vorgebbaren Kriterien erfüllt. Weiterhin kann der Nutzer über die Eingabemittel mindestens einen Routenmagneten bestimmen. Der Routenmagnet ist vorzugsweise eine Position oder ein Gebiet welches insbesondere durch Eingabe einer Adresse oder Auswahl auf einer Kartendarstellung vom Nutzer bestimmt werden kann.
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Der Routenmagnet dient dazu, eine Route in Richtung des Magneten zu ziehen, oder alternativ diese Route vom Magneten abzustoßen und damit den Verlauf der Route entsprechend dem Nutzerwunsch zu beeinflussen. Auch besteht die Möglichkeit solche Magneten bereits vorzudefinieren, so dass aufgrund bestimmter Routenprofile – z. B. Vermeidung gefährlicher Gebiete – diese Routenmagneten entsprechend Berücksichtigung finden.
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Das Verfahren läuft so ab, dass zunächst Start- und Zielpunkt bestimmt werden. Das kann im Falle des Startpunktes vorzugsweise die aktuelle Position, die durch eine Positionierungseinheit wie GPS, Koppelortung etc. ermittelt worden ist, sein. Zumindest der Zielpunkt kann bestimmt werden durch Eingabe einer Adresse, Auswahl eines interessanten Ziels (auch bekannt als Point of interest = POI), Auswahl eines angelegten Favoriten etc. sein.
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Weiterhin wird der mindestens eine Routenmagnet bestimmt, wie oben bereits ausgeführt ebenfalls durch Adresseingabe, Auswahl auf der Karte etc.
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Nun kann die Routenberechnung vom Start- zum Zielpunkt unter Berücksichtigung des Routenmagneten nach dem erfinderischen Verfahren durchgeführt werden.
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Dazu wird zu Beginn für einen als Routenkandidat behandelten Straßenabschnitt erst einmal sein normales Routengewicht x über einen normalen Routingalgorithmus berechnet. Dieses setzt sich je nach Algorithmus normalerweise aus den diversen Kartenattributen, der bisherigen Strecke und der Entfernung zum Ziel zusammen. Die Straßenabschnitte mit dem pro Entscheidungspunkt geringsten Gewicht bilden dann die Route.
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Für die Berücksichtigung des Routenmagneten wird nun zusätzlich eine charakteristische Position des zu berechnenden Straßenabschnittes bestimmt. Diese kann durch einen beliebigen Punkt (im Folgenden mit Punkt C benannt) auf dem Straßenabschnitt festgelegt sein (üblicherweise wird hier entweder der Beginn, das Ende oder die Mitte des Straßenabschnittes gewählt).
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Zunächst muss bestimmt werden, auf welchem Abschnitt der Route sich der Straßenabschnitt befindet. Befindet sich der Straßenabschnitt zwischen Startpunkt und Routenmagnet so seien Startpunkt im Folgenden Punkt A und der Routenmagnet Punkt B (vgl. 1).
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Ist der zu berechnende Straßenabschnitt zwischen Routenmagnet und Zielpunkt, so seien im Folgenden der Routenmagnet Punkt A und der Zielpunkt Punkt B.
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Zur Bestimmung der jeweiligen Variante können verschiedene Methoden zum Einsatz kommen. Die geometrisch einfachste ist es, Start- und Zielpunkt mit einer Gerade zu verbinden und diese zu halbieren. Alle Straßenabschnitte die zwischen Startpunkt und der Linie, die den Magneten und den Halbierungspunkt der besagten Gerade verbindet, liegen, werden mit dem Dreieck Startpunkt, Magnetpunkt, und Punkt C berechnet, alle anderen mit dem Dreieck Magnetpunkt, Zielpunkt und Punkt C.
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Alternativ kann auf die Strecke zwischen Start- und Zielpunkt vom Routenmagneten das Lot zu fällen. Alle Straßenabschnitte, deren charakteristischer Punkt C auf der dem Startpunkt zugewandten Seite des Lots befindlich sind, wird das Dreieck zwischen Startpunkt, Magnetpunkt und Punkt C ermittelt, für alle anderen wird das Dreieck zwischen Magnetpunkt, Zielpunkt und Punkt C. Trifft das Lot dagegen nur die Gerade, die durch Start- und Zielpunkt verläuft außerhalb des Bereichs der Strecke zwischen Start- und Zielpunkt, so ist eine der anderen vorgeschlagenen Entscheidungsalternativen zu wählen.
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Alternativ kann bei einem Routenalgorithmus, der die Berechnung eines Vorwärtsbaum vom Startpunkt und eines Rückwärtsbaum vom Zielpunkt aus beinhaltet, für jeden der Bäume vorgesehen werden, dass die Straßenabschnitte sich pro Baum entweder vor oder hinter dem Routenmagneten befinden.
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Auch könnte die Distanz zwischen Straßenabschnitt und Start- und Zielpunkt verglichen werden, entweder direkt oder mit der Distanz zum Magneten.
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Jetzt wo die Eckpunkte definiert sind, wird die eine Fläche, vorzugsweise eine Dreiecksfläche ΔH zwischen den drei Punkten A, B und C berechnet. Zusätzlich kann die ermittelte Fläche mit einem Faktor y zwischen 0 und ∞ multipliziert werden, wodurch die Stärke des Routenmagneten ausgedrückt wird. D. h. große Faktoren führen zu einem sehr großen Einfluss, kleine Faktoren nur zu einem sehr kleinen Einfluss des Routenmagneten auf die Route. Welcher Faktor gewählt wird, kann einerseits vorgebbar sein, oder vom Nutzer durch bestimmte Eingaben, vorzugsweise eine Charakterisierung des Routenmagneten als Profilwert, definiert werden.
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Prinzipiell ist es auch möglich eine andere Fläche, wie ein Rechteck, welches geeignet durch die Eckpunkte begrenzt ist, zu ermitteln. In der Regel werden hier Vielfache des Dreiecks bestehen und damit durch geeignete Faktoren letztlich sehr vergleichbare Ergebnisse herauskommen. Auch diese Varianten sind Teil der Erfindung, auch wenn im Weiteren von Dreiecksflächen die Rede ist.
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Der Vorteil der Dreiecksflächen ist, dass weiter entfernte Punkte C von der Luftlinie zwischen A und B zu einer größeren Dreiecksfläche und somit zu einem größeren absoluten Gewicht führen. Straßenabschnitte, die nur gering von der Luftlinie zwischen den Punkten A und B abweichen haben nur eine sehr kleine Fläche und somit auch nur ein sehr geringes zusätzliches Gewicht (siehe Beispiele unter 3.6).
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In Anschluss wird dieses berechnete Gewicht je nach Polung des Routenmagneten auf das separat bestimmte Gewicht des Straßenabschnittes aufaddiert oder subtrahiert. Das heißt, ist der Routenmagnet so gepolt, dass er Routen anziehen soll, wird das Gewicht auf das normale Gewicht des Straßenabschnittes aufaddiert und weiter entfernte Straßenabschnitte somit teurer gemacht, wodurch die Route in Richtung Routenmagnet gelenkt wird. Soll der Routenmagnet hingegen die Route abstoßen, wird das neue Gewicht vom bisherigen Gewicht des Straßenabschnittes subtrahiert, was dazu führt, dass vom Magneten weiter entfernte Straßen mehr Gewicht abgezogen bekommen. Dies hat den Grund, dass die Dreiecksfläche hier größer ist, wodurch der entsprechende Straßenabschnitt billiger wird. Je nach Stärke des Routenmagneten führt das zu einer Abstoßung der Route vom Routenmagneten und somit zu einer Vermeidung des Gebietes mit dem Routenmagneten.
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Für das neue Gewicht xnew des Straßenabschnitts gilt dann: Xnew = x ± (ΔH·y)
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Um den Einfluss eines Routenmagneten zu beschränken, kann in einer vorteilhaften Ausprägung der Routenmagnet mit einem vorgebbaren Radius begrenzt werden. Das heißt, der Routenmagnet wird nur aktiv, wenn sich der Straßenabschnitt in einer bestimmten Entfernung zum Magneten befindet. Dazu wird vorzugsweise die Distanz vom charakteristischen Punkt C zum Routenmagneten berechnet, wobei hier auch eine grobe annäherungsweise Berechnung ausreichend ist, und nur bei Unterschreiten des vorgebbaren Radius die Gewichtskorrektur durch den Routenmagneten durchgeführt.
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Alternativ bzw. zusätzlich lässt sich in einer weiteren vorteilhaften Ausprägung auch der Faktor zur Berechnung des Gewichtes entfernungsabhängig einstellen, so dass der Faktor je nach Distanz von Magneten zu- oder abnimmt. Dieser Effekt kann ebenfalls bis zu einem vorgebbaren Maximalradius beschränkt werden. Bei Vorliegen einer gekachelten Kartenstruktur kann die Berechnung weiter vereinfacht werden, indem Straßenabschnitte in Kacheln, die vom Routenmagneten weiter entfernt sind, als der maximale Radius, für die Gewichtskorrektur aufgrund des Routenmagneten außer Acht gelassen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausprägung kann bei vorliegender Kachelstruktur das Dreieck so berechnet werden, dass ein die Kachel repräsentierender Punkt – wie die Kachelmitte, oder die charakteristische Position eines untersuchten Straßenabschnittes aus der Kachel – als eine Ecke des Dreiecks berechnet wird, und das ermittelte Gewicht für alle in der Kachel liegende Straßenabschnitte berücksichtigt wird. Dieses Verfahren ist bei zu großen Kacheln auch für Teilkacheln anwendbar, insb. hierarchischen Kachelstrukturen wie bei Verwendung eines Quadtrees lediglich auf Viertel, Sechzehntel usw. der Hauptkacheln. Diese Modifikation beschleunigt das Verfahren erheblich, weil die Flächenberechnung nicht für jeden Straßenabschnitt durchgeführt werden muss. Je nach Kachel- oder Teilkachelgröße wird das Verfahren dagegen auch unschärfer. Diese Vereinfachung könnte daher in einer vorteilhaften Ausprägung auch nur für Routen berücksichtigt werden, die eine bestimmte Länge erreichen, die sich insbesondere aus der Luftliniendistanz zwischen Start- und Zielpunkt ableiten lässt. Die Berücksichtigung der vorliegenden Kachelstruktur kann auch bei der Bestimmung, ob der zu untersuchende Straßenabschnitt zwischen Startpunkt und Routenmagnet oder zwischen Routenmagnet und Zielpunkt liegt, berücksichtigt werden. So kann für einen die Kachel repräsentierenden Punkt ermittelt werden, ob dieser zwischen Startpunkt und Routenmagnet oder Routenmagnet und Zielpunkt liegt. Welches Punkt gewählt wird, ist dabei beliebig. Analog zu oben gesagtem kann hier insbesondere der Kachelmittelpunkt oder eine charakteristische Position eines Straßenabschnittes aus der Kachel (insbesondere der erste zu untersuchenden Straßenabschnitt aus der Kachel) verwendet werden.
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Wie ermittelt wird, ob der repräsentierte Punkt zwischen Startpunkt und Routenmagnet oder Routenmagnet und Zielpunkt liegt, ist hierbei ebenfalls beliebig. Auch hier kommen die oben beschriebenen Varianten, wie das Lot auf die verbindende Gerade, in Frage.
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Für die Kachel, in der der Routenmagnet liegt, könnte diese Vereinfachung wiederum entfallen, und stattdessen die detaillierte Bestimmung durchgeführt werden. Dadurch werden überraschende Effekte in der Nähe des Routenmagneten vermieden.
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3.5 Neue und modifizierte Teile der Erfindung
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3.6 Detailliertes Beispiel
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In den 1 bis 10 werden beispielhafte Umsetzungen des erfinderischen Verfahrens beschrieben.
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1 zeigt die Basiskalkulation. Dabei ist Punkt A vorzugsweise der Startpunkt, Punkt B der Routenmagnet, das kann eine in einem gattungsgemäßen Navigationssystem einfach bestimmbare Position wie das Stadtzentrum einer Stadt sein, Für mindestens einen bei der Routenberechnung begutachteten Straßenabschnitt C wird nun die Dreiecksfläche ΔH bestimmt und für die Berechnung des Gesamtgewichts in der Routenplanung berücksichtigt.
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In den folgenden Figuren werden die Varianten anziehender und abstoßender Routenmagnet behandelt.
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Anziehender Routenmagnet
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2 zeigt vereinfacht, was mit einer Route (4a) geschieht wenn ein Routenmagnet 3a auf die Routenberechnung auf einem Straßennetz 5 einwirkt. Mit Hilfe des Routenmagneten 3a würden sehr große Gewichte auf die Straßenabschnitte (7a) der direkten Verbindung aufaddiert werden. Das hat zur Folge, dass diese so teuer werden, dass der Router eine Route wählt die nahe zum Magneten hinläuft. 3 und 4 zeigen bei gleichen Startpunt 1 und Zielpunkt 2 und Magnet 3a da Dreiecksflächen 8a, 8b zu Straßenabschnitt (7a, 7b), wobei sichtbar ist, dass die Dreiecksfläche 8b kleiner und somit auch die zusätzlichen Gewichte auf Straßenabschnitt 7b kleiner sind.
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5 zeigt die Situation, die entstehen würde, wenn kein Routenmagnet vorhanden ist, oder dieser nur sehr schwach ist (Faktor y sehr klein ist). Die Route würde einfach direkt vom Start (1)- zum Zielpunkt (2) verlaufen und man hätte bei bisherigen Verfahren nur eine Chance die Route in Richtung Routenmagnet (3a) zu verändern, indem man die direkten Straßen sperrt, ihnen spezielle Attribute mitgibt oder ein Zwischenziel bei (3a) einfügt. Da 3a nicht direkt auf dem Segment 7b liegt, würde damit nicht unbedingt das gewünschte Ziel erreicht werden.
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Inverser Routenmagnet
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In 6 wird das Problem skizziert, dass eine Route 4c vom Startpunkt 1 zum Startpunkt 2 in einem Straßennetz 5 durch ein Gebiet 6 führt, welches man unbedingt vermeiden möchte. 7 zeigt die gewünschte Situation mit inversem also abstoßendem Routenmagnet. Ein in das Gebiet 6 gesetzter inverser Routenmagnet (3b), der die Route (4d) abstößt, löst dieses Problem.
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8 und 9 zeigen die ermittelten Dreiecke 8c, 8d für verschiedene Segmente 7c, 7d bei vorliegendem inversen Routenmagnet. Durch das subtrahieren der zusätzlichen ermittelten Gewichte von den Straßenabschnittgewichten, werden weiter entfernte Straßen (z. B. 7c) für einen Router günstiger, da bei näheren Straßen die Dreiecksfläche kleiner ist und somit weniger Gewicht abgezogen wird als bei den entfernten. Das führt dazu, dass die Route vom inversen Routenmagneten abgestoßen und das unerwünschte Gebiet (6) umfahren wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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