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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das Abgleichen erfasster geographischer Positionen mit bereitgestelltem digitalem Kartenmaterial. Insbesondere betrifft die Offenbarung eine Technik zum Abgleichen fortlaufend erfasster geographischer Positionen mit Straßenzügen einer digitalen Karte.
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Hintergrund
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Digitale Karten werden zur Abbildung realer Straßennetze an Endgeräten (z. B. an Navigationsgeräten oder Smartphones) bereitgestellt. Mit Straßennetz kann hierbei eine Gesamtheit aller befahrbaren oder begehbaren Straßen eines ausgewählten geographischen Bereichs (z. B. einer Stadt, eines Stadtteils, eines Ballungsraums, eines Bezirks, einer Region, eines Landes, eines Kontinents) gemeint sein.
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Um die zur Beschreibung eines Straßennetzes benötigte Datenmenge auf eine für Endgeräte mit begrenzten Speicher- und Prozessorressourcen akzeptierbare Größe zu begrenzen, erfährt das Straßennetz bei der Digitalisierung häufig Vereinfachungen in der Darstellung von Straßengeometrien und Kreuzungsgeometrien. Beispielsweise kann ein Kurvenverlauf einer Straße oder eines Straßensegments mit Hilfe weniger Formpunkte (shape points) in guter Näherung beschrieben werden. Jeder Formpunkt repräsentiert hierbei eine geographische Position der Straße in der digitalen Karte. Der Straßenverlauf zwischen benachbarten Formpunkten kann durch lineare Interpolation beschrieben werden.
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In den Endgeräten wird eine digitale Karte gewöhnlich zusammen mit einer mittels eines Positionssensors des Endgeräts aktuell erfassten Position angezeigt. Auf diese Weise kann ein Benutzer eines Endgeräts jederzeit die aktuelle Position sowie mögliche Positionsänderungen auf der Karte einsehen. Der Benutzer kann somit beispielsweise aus der Karte ablesen, auf welchem Straßenabschnitt er sich gerade befindet und welche Straßen in seiner Umgebung liegen.
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Beim Darstellen erfasster Positionen besteht ein Problem darin, dass die mittels eines Positionssensors erfassten geographischen Positionen eines Fahrzeugs oder Benutzers entlang einer Straße häufig nicht mit den Positionen der in der digitalen Karte hinterlegten Straße übereinstimmen. Ein Grund einer derartigen Abweichung kann die vereinfachte Abbildung des Straßennetzes in der digitalen Karte sein. Es kann aber auch vorkommen, dass Straßenabschnitte ungenau oder gar falsch digitalisiert wurden. Abweichungen zwischen erfassten Positionen und den Straßendarstellungen auf der digitalen Karte können sich aber auch durch ungenaue Positionsbestimmungen ergeben (z. B. aufgrund von Abschaffungseffekten bei Positionsbestimmungen mittels GPS-Signalen).
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Um dennoch eine Übereinstimmung zwischen der erfassten Position und der digitalen Karte zu erlangen, werden Abgleichverfahren eingesetzt, bei denen die erfassten Positionen mit den in der digitalen Karte dargestellten Straßen abgeglichen werden. Das Abgleichen von erfassten Positionen mit den Straßen einer digitalen Karte ist auf dem Gebiet der Navigation als „Map Matching” bekannt.
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Häufig wird beim Abgleichen erfasster Positionen jene Straße oder Straßensegment ausgewählt, welches den geringsten Abstand zur erfassten Position aufweist. Der Nachteil eines derartigen Abgleichverfahrens ist, dass die erfasste Position leicht auf eine benachbarte Straße und nicht auf die tatsächlich befahrene Straße in der Karte abgebildet wird. Dies kann insbesondere in der Nähe von Kreuzungen vorkommen, wo mehrere Straßen oft dicht beieinander liegen.
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Stehen neben der Position auch Informationen zur Bewegungsrichtung bereit, so kann beim Abgleichen auch die Bewegungsrichtung herangezogen werden, wobei die erfasste Position einem in der Karte naheliegenden Straßensegment zugeordnet wird, welches aufgrund seiner Kurvenform der Bewegungsrichtung am besten entspricht. Die Verwendung von Richtungsinformationen ist besonders für Karten nachteilig, bei denen die Geometrie des Straßennetzes nur mit grober Auflösung digitalisiert wurde. In einem derartigen Fall kann der in der digitalen Karte dargestellte Kurvenverlauf immer wieder vom tatsächlichen Kurvenverlauf der Straßen abweichen, wodurch erfasste Positionen gerade in den Bereichen der Abweichungen ungleichmäßig und fehlerhaft den digitalen Straßensegmenten zugeordnet werden.
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In modernen Endgeräten mit mehreren Bildaktualisierungen pro Sekunde (bis zu 20 Frames/Sekunde) werden selbst kleinere Abgleichprobleme mit der digitalen Karte als sehr störend wahrgenommen. Auf der digitalen Karte ungleichmäßig abgeglichene Positionen verursachen ruckelnde Bewegungen oder gar Sprünge der Positionsanzeige, selbst wenn sich ein Fahrzeug oder ein Benutzer entlang einer Straße kontinuierlich (also mit konstanter Geschwindigkeit und konstanter Winkelgeschwindigkeit) fortbewegt. Dies ist insbesondere bei Kreisverkehren mit geringem Kreisdurchmesser (und somit mit hoher Kurvigkeit) zu beobachten. Hier kann häufig eine ruckelnde Bewegung der Positionsanzeige auf der digitalen Karte oder gar ein zwischenzeitlicher Stillstand gefolgt von einem Springen der Positionsanzeige von einem Straßenende zu einem anderen Straßenende des Kreisverkehrs beobachtet werden, obwohl sich das Fahrzeug oder der Benutzer fortlaufend weiter bewegt. Für einen Benutzer, welcher zur besseren Orientierung den Bewegungsverlauf auf einem Bildschirm des Endgeräts verfolgen möchte, sind derartige ruckartige Bewegungen oder Sprünge irritierend und störend.
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Kurzer Abriss
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Es ist eine verbesserte Technik zum Abgleichen erfasster Positionen mit digitalem Kartenmaterial bereitzustellen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Computer-implementiertes Verfahren zum Abgleichen von während einer Bewegung fortlaufend erfassten geographischen Positionen mit wenigstens einem Straßenzug einer digitalen Karte vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Erfassen einer gegenwärtigen geographischen Position; Erzeugen einer mathematischen Darstellung, welche einen Kurvenverlauf wenigstens eines Straßenzugs der digitalen Karte in der Nähe der erfassten Position beschreibt; Bestimmen einer der erfassten Position entsprechenden Position auf der mathematischen Darstellung; und Projizieren der auf der mathematischen Darstellung bestimmten Position auf den wenigstens einen Straßenzug, um eine der erfassten Position korrespondierende Position auf der digitalen Karte zu bestimmen.
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Die digitale Karte kann wenigstens ein Straßennetz eines geographischen Bereichs (beispielsweise einer Stadt, eines Ballungsraums, einer Region oder eines Landes) vollständig abbilden. Mit Straßennetz kann die Gesamtheit aller (mit einem Kraftfahrzeug, einem Fahrrad, usw.) befahrbaren und/oder begehbarer Straßen (und Wege) des geographischen Bereichs gemeint sein. Das Straßennetz der digitalen Karte wird beispielsweise mit Hilfe digitaler Knotendaten (oder kurz Knoten) und digitaler Straßenkantendaten (oder kurz Straßenkanten) vollständig beschrieben. Im Folgenden werden die Begriffe „Straßenkantendaten” und „Knotendaten” unter dem Begriff „digitale Kartendaten” zusammengefasst. Die digitalen Kartendaten können in einer Kartendatenbank organisiert und abgespeichert sein.
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Die Knoten werden zur Beschreibung von Kreuzungen eingesetzt. Einem jeden Knoten werden eine geographische Positionsinformation (also die Angabe der geographischen Breite, geographischen Länge und, optional, der geographischen Höhe bezüglich einem globalen oder lokalen Koordinatensystems) und Attributdaten zur Angabe der Kreuzungsart, Kreuzungsform, Kreuzungsgeometrie, usw. zugeordnet. Die Straßenkanten werden typischerweise zur Beschreibung von Straßensegmenten zwischen jeweils zwei benachbarten Knoten herangezogen. Einer jeden Straßenkante können Attributdaten zugeordnet sein, welche beispielsweise den Straßentyp, die Zahl der Fahrspuren, die Fahrtrichtung entlang dem Straßensegment und/oder anderweitige Straßeneigenschaften spezifizieren. Einer jeden Straßenkante können ferner mehrere Formpunkte (häufig auch als „Shape points” bezeichnet) zugeordnet sein, welche den Kurvenverlauf der Straßenkanten beschreiben. Konkret wird der Kurvenverlauf (also die Kurvigkeit) eines Straßensegments durch eine Folge von Formpunkten in der digitalen Karte abgebildet, wobei jeder Formpunkt eine Positionsinformation (geographische Breite, Länge und/oder Höhe) umfasst, welche die Lage eines jeden Formpunkts bezüglich eines (globalen oder lokalen) geographischen Koordinatensystems beschreibt. Der Straßenverlauf zwischen benachbarten Formpunkten kann durch lineare Interpolation (vereinfacht) dargestellt werden. Es versteht sich, dass ein Kurvenverlauf einer Straße oder eines Straßensegmentes in der digitalen Karte umso genauer abgebildet werden, je mehr Formpunkte zur Verwendung des Kurvenverlaufs in der Kartendatenbank hinterlegt sind.
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Ein Straßenzug kann aus einem oder mehreren Straßenkanten bestehen. Er kann somit ein Straßensegment oder eine Straße repräsentieren.
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Das Erzeugen einer mathematischen (z. B. analytischen oder funktionalen) Darstellung eines oder mehrerer Straßenzüge kann auf der Grundlage der digitalen Kartendaten erfolgen. Beim Erzeugung der mathematischen Darstellung können beispielsweise die den Kurvenverlauf des wenigstens einen Straßenzugs beschreibenden Formpunkte herangezogen werden. Zusätzlich oder alternativ hierzu können beim Erzeugen der mathematischen Darstellung die für den wenigstens einen Straßenzug bereitgestellten Attributdaten herangezogen werden.
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Die mathematische Darstellung des wenigstens einen Straßenzugs auf der Grundlage der digitalen Kartendaten kann während der Ausführung des Abgleichverfahrens on-the-fly erzeugt werden. Die on-the-fly erzeugte mathematische Darstellung kann zur Abbildung der erfassten Position auf die digitale Karte bereitgestellt werden. Die mathematische Darstellung wird jedoch aufgrund der meist niedrigen Auflösung und geringen Ausgabegeschwindigkeit auf einen Bildschirm in manchen Implementierungen nicht direkt am Bildschirm dargestellt, um die erfasste Position anzuzeigen. Beispielsweise kann die on-the-fly erzeugte mathematische Darstellung von einem Fahrerassistenzsystem (etwa einem Advanced Driver Assist System, ADAS) verwendet werden. Durch die on-the-fly Erzeugung müssen in manchen Implementierungen keine mathematischen Beschreibungen von Straßenzügen oder Straßenkanten in der Straßenkarte hinterlegt werden, wodurch Speicherplatz eingespart wird.
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Der Schritt des Erzeugens einer mathematischen Darstellung des Kurvenverlaufs für den wenigstens einen Straßenzug kann das Erzeugen einer Parametrisierung des Kurvenverlaufs des wenigstens einen Straßenzugs auf der Grundlage der dem wenigstens einen Straßenzug zugeordneten digitalen Kartendaten umfassen. Die Parametrisierung kann auf der Grundlage von in den digitalen Kartendaten hinterlegten und dem wenigsten einen Straßenzug zugeordneten Formpunkten erfolgen. Beispielsweise kann die Parametrisierung so erzeugt werden, dass sie die Abfolge an Formpunkten approximiert oder interpoliert. Die Parametrisierung des Kurvenverlaufs kann mit Hilfe von Splines (z. B. quadratische oder kubische B-Splines), Klothoide, Kreisbahnen, Ellipsenbahnen, Bézier-Kurven oder anderweitigen Kurven erfolgen. Insgesamt wird die Parametrisierung so gewählt, dass sie den Kurvenverlauf des Straßenzugs möglichst glatt (also ohne kantige oder unstetige Übergänge) abbildet.
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Der Schritt des Bestimmens einer der erfassten Position korrespondierenden Position auf der mathematischen Darstellung kann auf der Grundlage der erfassten Position und/oder einer erfassten Bewegungsrichtung (z. B. on-the-fly) erfolgen. Gemäß einer Variante kann der Schritt des Bestimmens einer der erfassten Position entsprechenden Position auf der mathematischen Darstellung wenigstens einen der folgenden Unterschritte umfassen: Erzeugen einer durch die erfasste Position gehenden und senkrecht zur mathematischen Darstellung stehenden ersten Projektionsgeraden; Bestimmen von Schnittpunkten, in denen die erste Projektionsgerade die mathematische Darstellung schneidet.
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Können mehrere Schnittpunkte auf der mathematischen Darstellung bestimmt werden, so wird ein plausibelster Schnittpunkt bestimmt. Als Kriterium für das Bestimmen des plausibelsten Schnittpunktes kann der Abstand der Schnittpunkte von der erfassten Position herangezogen werden. Liegen neben der Position auch Informationen über die Bewegungsrichtung vor, so kann als zusätzliches oder alternatives Kriterium eine Abweichung der Bewegungsrichtung vom Kurvenverlauf der mathematischen Darstellung an den Schnittpunkten herangezogen werden. Als plausibelster Schnittpunkt kann dann jener Schnittpunkt bestimmt werden, bei dem die mathematische Darstellung (Parametrisierung) die geringste Abweichung im Kurvenverlauf (bestimmbar durch jeweilige Differenzierung der mathematischen Parametrisierung an den Schnittpunkten) bezüglich der erfassten Bewegungsrichtung aufweist.
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Der Schritt des Projizierens der auf der mathematischen Darstellung bestimmten Position auf den wenigstens einen Straßenzug kann wenigstens einen der folgenden Unterschritte umfassen: Erzeugen einer zweiten Projektionsgeraden, welche in der auf der mathematischen Darstellung bestimmten Position senkrecht zur mathematischen Darstellung steht; und Bestimmen von Schnittpunkten, in denen die zweite Projektionsgerade den wenigstens einen Straßenzug der digitalen Karte schneidet. Da die so erzeugte zweite Projektionsgerade in der auf der mathematischen Position bestimmten Position mit der ersten Projektionsgeraden übereinstimmt, kann der Schritt des Erzeugens der zweiten Projektionsgeraden auch entfallen, wenn die erzeugte erste Projektionsgerade auch den wenigstens einen Straßenzug schneidet. Kann die erzeugte erste Projektionsgerade den wenigstens einen Straßenzug nicht erreichen (aufgrund größerer Abstände zwischen der Parametrisierung und dem wenigstens einen Straßenzug), kann der Schritt des Erzeugens der zweiten Projektionsgerade ein Verlängern der ersten Projektionsgeraden in Richtung des Straßenzugs umfassen.
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Können wiederum mehrere Schnittpunkte auf dem Straßenzug bestimmt werden, so kann das oben in Zusammenhang mit der Bestimmung des plausibelsten Punktes auf der mathematischen Darstellung dargelegte Plausibilisierungsverfahren analog angewandt werden.
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Ein jeder Kreisverkehr der digitalen Karte kann als Kreis parametrisiert werden, dessen Kreismittelpunkt und Kreisdurchmesser auf der Grundlage der dem Kreisverkehr zugeordneten digitalen Kartendaten bestimmt wird. Die digitalen Kartendaten können den Kreisverkehr als geschlossenen Polygonzug darstellen. Gemäß einer Parametrisierungsvariante können Kreismittelpunkt und Kreisdurchmesser derart bestimmt werden, dass der erzeugte Kreis (Kreisbahn) den geschlossenen Polygonzug (vollständig) umgibt. Alternativ kann der Kreisdurchmesser auch so gewählt werden, dass die erhaltene Kreisbahn in den Polygonzug eingeschrieben ist. Gemäß einer anderen Parametrisierungsvariante kann der Kurvenverlauf eines Kreisverkehrs auch als Ellipse parametrisiert werden. Welche Parametrisierung zum Einsatz kommt, kann von den digitalen Kartendaten abhängen, welche den Kurvenverlauf des Kreisverkehrs beschreiben.
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Bei einem Kreisverkehr kann eine der erfassten Position korrespondierende Position auf der parametrisierten Kreisbahn mit Hilfe einer Projektionsgeraden bestimmt werden, die durch den Kreismittelpunkt und der erfassten Position verläuft. Die ermittelte korrespondierende Position kann dem Schnittpunkt der Projektionsgeraden mit der Kreisbahn entsprechen.
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Der Schritt des Bestimmens einer der erfassten Position entsprechenden Position auf der mathematischen Darstellung kann mit jeder neu erfassten Position wiederholt werden. Ebenso kann der Schritt des Projizierens der auf der mathematischen Darstellung bestimmten Position auf einen Straßenzug der digitalen Karte mit jeder neu erfassten Position wiederholt werden.
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Das Verfahren kann ferner ein Bereitstellen der auf der digitalen Karte bestimmten Position zur graphischen Darstellung an einem Bildschirm umfassen. Der Schritt des Bereitstellens kann ebenso mit jeder neu erfassten und auf der digitalen Karte projizierten Position wiederholt werden. Auf diese Weise kann eine Position eines Benutzers während einer Bewegung fortlaufend erfasst und auf der digitalen Karte angezeigt werden. Der Benutzer kann somit seine aktuelle Position auf der digitalen Karte verfolgen.
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Ferner sieht die vorliegende Offenbarung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen des Verfahrens vor, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Computereinrichtung (z. B. einer Navigationsvorrichtung, einem Smartphone) ausgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt kann hierfür auf einem computerlesbaren Aufzeichnungsmedium (z. B. einer Speicherkarte, einer CD, einer DVD oder einem Festspeicher) abgespeichert sein.
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Weiterhin sieht die vorliegende Offenbarung eine Vorrichtung zum Abgleichen von während einer Bewegung fortlaufend erfassten geographischen Positionen mit wenigstens einem Straßenzug einer digitalen Karte vor. Die Vorrichtung umfasst eine Einrichtung zur Erfassung einer gegenwärtigen Position; eine Einrichtung zur Erzeugung einer mathematischen Darstellung, welche den Verlauf wenigstens eines Straßenzugs der digitalen Karte in der Nähe der erfassten Position beschreibt; eine Einrichtung zur Bestimmung einer der erfassten Position korrespondierenden Position auf der mathematischen Darstellung; und eine Einrichtung zur Projektion der auf der mathematischen Darstellung bestimmten Position auf den wenigstens einen Straßenzug, um eine der erfassten Position korrespondierende Position auf der digitalen Karte zu bestimmen.
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Die Vorrichtung kann ferner wenigstens eine der folgenden Komponenten umfassen: einen Datenspeicher zur Speicherung einer digitalen Karte; einen Speicher zum Zwischenspeichern von den wenigstens einen Straßenzug repräsentierenden digitalen Kartendaten und/oder der erzeugten Parametrisierung; eine Bildschirmeinrichtung zur Darstellung einer digitalen Karte (oder eines Ausschnitts der Karte) und der auf den Straßenzug projizierten Position.
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Die Einrichtung zur Erfassung einer gegenwärtigen Position kann wenigstens einen Positionssensor zur Erfassung einer Position umfassen.
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Die Vorrichtung kann in einer Navigationsvorrichtung integriert sein. Die Vorrichtung kann auch Teil eines Mobiltelefons, eines Smartphones, eines Infotainmentsystems oder einer anderweitigen digitalen Vorrichtung zur Darstellung digitaler Karten sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile ergeben sich aus den nachfolgenden Zeichnungen. Es zeigen:
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1 eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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3a–3d ein Beispiel eines Straßenzugs, anhand dem das in 2 erläuterte Verfahren weiter beschrieben wird;
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4a/4b ein weiteres Beispiel eines Straßenzugs, anhand dem das in 2 erläuterte Verfahren beschrieben wird; und
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5 ein weiteres Beispiel eines Straßenzugs, anhand dem das in 2 erläuterte Verfahren beschrieben wird.
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Detaillierte Beschreibung
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Die vorliegende Offenbarung wird unter Zuhilfenahme schematischer Blockdiagramme erläutert. Die diesen Diagrammen zugrundeliegende technische Lehre kann sowohl in Hardware als auch in Software oder in einer Kombination aus Hardware und Software implementiert werden. Zu solchen Implementierungen zählen auch digitale Signalprozessoren (DSP), anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASIC) und andere Schalt- oder Rechenkomponenten.
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1 zeigt in Form eines Blockdiagramms ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100 zum Abgleichen von erfassten geographischen Positionen mit einer digitalen Karte. Die Vorrichtung 100 kann Teil eines tragbaren oder eines in einem Kraftfahrzeug verbauten Navigationsgeräts sein. Die Vorrichtung 100 kann auch in einem Infotainmentsystems, einem Mobiltelefon, einem Smartphone, einem Personal Digital Assistent (kurz PDA) oder einem anderweitigen elektronischen Gerät integriert sein.
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Die Vorrichtung 100 umfasst eine Kernfunktionalität 1000, die als CPU (”Central Processing Unit”, Zentrale Verarbeitungseinheit) oder Mikroprozessor oder als Software-Modul (SW-Modul) implementiert sein kann. Ferner umfasst die Vorrichtung 100 eine Positionserfassungseinrichtung 1010, einen Datenspeicher 1020, einen Arbeitsspeicher 1030, eine Einrichtung 1040 zur Erzeugung einer mathematischen Darstellung, eine Einrichtung 1050 zur Positionsbestimmung auf der mathematischen Darstellung und eine Einrichtung 1060 zur Projektion auf einen Straßenzug einer digitalen Karte. Ferner umfasst die Vorrichtung 100 eine Bildschirmeinrichtung 1070.
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Die Einrichtungen 1040, 1050 und 1060 können jeweils als eigenständige, mit der Kernfunktionalität 1000 in Kommunikation stehende Einrichtungen oder als Teil der Kernfunktionalität 1000 implementiert sein, wie durch die gestrichelte Erweiterung der Kernfunktionalität 1000 in 1 angedeutet ist. Ebenso stehen die Positionserfassungseinrichtung 1010, der Datenspeicher 1020, der Arbeitsspeicher 1030 und die Bildschirmeinrichtung 1070 mit der Kernfunktionalität 1000 in kommunikativer Verbindung.
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Die Positionserfassungseinrichtung 1010 umfasst wenigstens einen Sensor, welcher dazu ausgebildet ist, eine geographischen Position der Vorrichtung 1010 (und somit eines Benutzers oder eines Fahrzeugs) zu erfassen und der Kernfunktionalität 1000 bereit zu stellen. Zu diesem Zweck kann die Positionserfassungseinrichtung 1010 wenigstens einen absoluten Positionssensor umfassen, welcher die geographische Position (also die geographische Länge, Breite und/oder Höhe) der Vorrichtung 100 bezüglich eines globalen oder lokalen Koordinatensystems erfasst. Als absoluter Positionssensor kann beispielsweise ein GPS-Sensor, ein Sensor zur Erfassung von Galileo-Signalen oder von Signalen anderweitiger satellitengestützter Positionsermittlungssysteme zum Einsatz kommen. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann die Positionserfassungseinrichtung 1010 relative Positionssensoren umfassen. Als relative Positionssensoren kann ein Sensor zur Erfassung von Bewegungsrichtungsänderungen (z. B. ein Gyroskop) und ein Sensor zur Erfassung der zurückgelegten Distanzen (z. B. ein Odometer) zum Einsatz kommen. Ferner kann die Positionserfassungseinrichtung 1010 einen Sensor zur Erfassung einer geographischen Höhe umfassen.
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Der Datenspeicher 1020 ist dazu ausgebildet, digitale Kartendaten zur Beschreibung eines Straßennetzes abzuspeichern. Die digitalen Kartendaten (im Folgenden der Einfachheit halber auch als digitale Karte bezeichnet) können hierbei in einer oder mehreren Kartendatenbanken im Datenspeicher 1020 organisiert und abgespeichert sein (z. B. in Form relationaler Tabellen). Die digitalen Kartendaten umfassen Straßenkanten und Knoten. Jede abgespeicherte Straßenkante beschreibt ein Straßensegment des Straßennetzes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kreuzungen. Jeder abgespeicherte Knoten beschreibt eine Kreuzung des Straßennetzes. Mit jedem Knoten wird wenigstens eine geographische Positionsinformation einer Kreuzung in der Kartendatenbank hinterlegt. Mit jeder Straßenkante wird wenigstens ein Kurvenverlauf des Straßensegments in der Kartendatenbank hinterlegt. Zur Beschreibung des Kurvenverlaufs einer Straßenkante ist in der Kartendatenbank eine Folge von Formpunkten (shape points) abgespeichert. Jeder Formpunkt beschreibt eine geographische Position entlang der Kante (also die geographische Breite, Länge und/oder Höhe). Zwischen aufeinanderfolgenden Formpunkten kann der Kurvenverlauf der Straßenkante näherungsweise als lineare Interpolation dargestellt sein. Der Kurvenverlauf einer Straßenkante kann so durch die Folge der Formpunkte (Folge geographischer Positionen) und lineare Interpolation zwischen den Formpunkten in guter Näherung beschrieben werden. Zusätzlich können mit jedem Knoten und/oder jeder Straßenkanten Attributdaten in der Kartendatenbank hinterlegt sein. Die Attributdaten können die Beschaffenheit einer Kreuzung (z. B. Kreuzungsart, Kreuzungsform, Kreuzungsgeometrie) und/oder eines Straßensegments (z. B. Straßentyp, Zahl der Fahrspuren, Fahrtrichtung, usw.) beschreiben.
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Der Arbeitsspeicher 1030 ist dazu ausgebildet, Daten für einen schnellen Zugriff durch die Kernfunktionalität 1000 bereitzuhalten. Beispielsweise können darzustellende (und zu verarbeitende) Kartendaten aus dem Datenspeicher 1020 in den Arbeitsspeicher 1030 geladen werden. Im Arbeitsspeicher 1030 können aber auch Parameterkurven der Einrichtung 1040 sowie Sensordaten der Positionserfassungseinrichtung 1010 zur weiteren Verarbeitung zwischengespeichert werden.
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Die Einrichtung 1040 ist dazu ausgebildet, einen Kurvenverlauf wenigstens eines Straßenzugs (ein Straßenzug repräsentiert einen Straßenabschnitt des Straßennetzes und kann eine oder mehrere Straßenkanten umfassen) in der Nähe einer erfassten Position mathematisch darzustellen. Konkret erzeugt die Einrichtung 1040 eine mathematische Darstellung in Form einer Parameterkurve, welche den Kurvenverlauf des Straßenzugs in der Umgebung der erfassten geographischen Position parametrisiert. Der wenigstens eine zu parametrisierende Straßenzug kann durch die Einrichtung 1040 oder durch die Kernfunktionalität 1000 auf der Grundlage der erfassten Position ausgewählt werden. Die Parametrisierung mit Hilfe der Einrichtung 1040 wird in Zusammenhang mit 2 weiter unten noch näher beschrieben.
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Die Einrichtung 1050 ist dazu ausgebildet, auf der Grundlage der erfassten Position und der bereitgestellten mathematischen Darstellung eine der erfassten Position korrespondierende Position auf der mathematischen Darstellung zu bestimmen. Die Bestimmung der Position auf der Parameterkurve erfolgt mittels eines mit Hilfe der nachfolgenden 2–5 näher beschriebenen Projektionsverfahrens.
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Die Einrichtung 1060 ist dazu ausgebildet, die mit Hilfe der Einrichtung 1050 bestimmte Position auf der mathematischen Darstellung auf eine Position des wenigstens einen Straßenzugs zu projizieren. Ergibt die Projektion (Abbildung) mehrere mögliche Positionen auf dem wenigstens einen Straßenzug, so wird die plausibelste Position ausgewählt. Die so erhaltene Position auf dem Straßenzug repräsentiert nicht die tatsächlich erfasste Position (tatsächlich erfasste geographische Breite und Länge), sondern eine mit der digitalen Karte abgeglichene Position. Die Abbildung auf den wenigstens einen Straßenzug wird in Zusammenhang mit den nachstehenden 2–5 noch ausführlicher beschrieben.
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Die Bildschirmeinrichtung 1070 ist dazu ausgebildet, eine digitale Karte visuell anzuzeigen. Die Bildschirmeinrichtung 1070 ist auch dazu ausgebildet, die projizierte Position zusammen mit dem wenigstens einen Straßenzug einem Benutzer anzuzeigen.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf das in 2 dargestellte Flussdiagramm ein Ausführungsbeispiel eines Computer-implementierten Verfahrens zum Abgleichen von während einer Bewegung fortlaufend erfassten geographischen Positionen mit einem Straßenzug einer digitalen Karte näher beschrieben. Das Verfahren wird anhand der in 1 dargestellten Vorrichtung 100 erläutert.
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In einem ersten Schritt S10 wird zunächst mit Hilfe der Positionserfassungseinrichtung 1010 eine gegenwärtige geographische Position der Vorrichtung 100 (und somit eines Benutzers) erfasst. Der Schritt des Erfassens einer Benutzerposition kann kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitintervallen wiederholt werden. Somit kann die aktuelle Position des Benutzers während seiner Bewegung entlang eines Straßenzugs fortlaufend erfasst werden. Zusätzlich kann die Positionserfassungseinrichtung 1010 zu jeder erfassten Position eine Richtungsinformation bereitstellen, welche die Bewegungsrichtung beschreibt. Die erfasste Position (und Bewegungsrichtung) wird der Kernfunktionalität 1000 oder der Einrichtung 1040 übergeben. Diese wählt auf Basis der erfassten Position wenigsten einen Straßenzug aus der digitalen Karte aus, welcher in der Nähe der erfassten Position liegt.
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In einem darauffolgenden zweiten Schritt S20 wird dann für den wenigstens einen Straßenzug mit Hilfe der Einrichtung 1040 eine mathematische Darstellung erzeugt, welche den Kurvenverlauf des wenigstens einen Straßenzug mathematisch beschreibt. Die mathematischen Beschreibung des Kurvenverlaufs erfolgt hierbei auf der Grundlage der dem wenigstens einen Straßenzug zugeordneten und in der Kartendatenbank hinterlegten digitalen Kartendaten (Formpunkte und/oder Attributdaten). Gemäß einer Implementierung erfolgt die mathematische Beschreibung in Form einer Parametrisierung des Kurvenverlaufs des wenigstens einen Straßenzugs. Die Parametrisierung kann hierbei auf der Grundlage der dem wenigstens einen Straßenzug zugeordneten Formpunkte erfolgen. Die Parametrisierung kann so erzeugt werden, dass sie die Formpunkte des wenigstens einen Straßenzugs approximiert oder interpoliert. Die Parametrisierung kann mit Hilfe von Splines (z. B. quadratische oder kubische B-Splines), Klothoide, Bézier-Kurven, Kreisbahnen, Ellipsenbahnen oder anderweitigen Kurven erfolgen. Die erzeugte Parametrisierung wird dann der Einrichtung 1050 übergeben.
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In einem darauffolgenden dritten Schritt S30 wird dann mit Hilfe der Einrichtung 1050 eine der erfassten Position korrespondierende Position auf der mathematischen Darstellung (Parameterkurve) bestimmt. Gemäß einer Variante wird hierbei die erfasste Position auf die Parameterkurve abgebildet, indem eine erste Projektionsgerade erzeugt wird, welche senkrecht zur Parameterkurve steht und durch die erfasste Position verläuft. Mit anderen Worten wird für die erfasste Position ein Lot auf die Parameterkurve gefällt. Der Punkt an dem die erste Projektionsgerade die Parameterkurve schneidet, wird als die der erfassten Position korrespondierende Position auf der Parameterkurve bestimmt. Alternativ hierzu kann auch eine erste Projektionsgerade erzeugt werden, die durch die erfasste Position verläuft und senkrecht zur Bewegungsrichtung in der erfassten Position steht, sofern eine Bewegungsrichtungsinformation durch die Positionserfassungseinrichtung 1010 bereitgestellt wird. Der Schnittpunkt der ersten Projektionsgeraden mit der Parameterkurve wird wiederum als der der erfassten Position korrespondierende Position bestimmt.
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In beiden Bestimmungsvarianten kann die erzeugte erste Projektionsgerade die Parameterkurve in mehr als nur einem Punkt schneiden. Treten zwei oder mehrere Schnittpunkte auf, so wird der plausibelste Schnittpunkt bestimmt. Zwei Schnittpunkte können beispielsweise bei der Parametrisierung eines Kreisverkehrs (Kreis als Parameterkurve) oder bei der Parametrisierung einer Kehre (Schleife als Parameterkurve) auftreten. Zur Bestimmung des plausibelsten Schnittpunkts wird der Abstand der Schnittpunkte von der erfassten Position herangezogen. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann eine Abweichung einer erfassten Bewegungsrichtung vom Kurvenverlauf der mathematischen Darstellung am Schnittpunkt herangezogen werden. Als plausibelster Schnittpunkt wird jener Schnittpunkt auf der Parameterkurve bestimmt, welcher den geringsten Abstand zur erfassten Position und/oder die geringste Abweichung des Kurvenverlaufs am Schnittpunkt zur erfassten Bewegungsrichtung aufweist.
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In einem darauffolgenden vierten Schritt S40 wird mittels der Einrichtung 1060 die auf der mathematischen Darstellung bestimmte Position auf den Straßenzug der digitalen Karte projiziert. Der Schritt des Projizierens der auf der mathematischen Darstellung erfassten Position kann die folgenden Unterschritte umfassen: Erzeugen einer zweiten Projektionsgeraden, welche in der auf der mathematischen Darstellung bestimmten Position senkrecht zur mathematischen Darstellung steht; und Bestimmen von Schnittpunkten, in denen die zweite Projektionsgerade den wenigstens einen Straßenzug der digitalen Karte schneidet.
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Die zweite Projektionsgerade kann mit der ersten Projektionsgeraden im Schnittpunkt der Parameterkurve zusammenfallen, wenn die erste Projektionsgerade das Lot auf die Parameterkurve ist. In diesem Fall kann der Schritt des Erzeugens der zweiten Projektionsgeraden auch entfallen, wenn die erzeugte erste Projektionsgerade auch den wenigstens einen Straßenzug schneidet. Kann die erste Projektionsgerade den Straßenzug nicht erreichen (aufgrund größerer Abstände zwischen der Parametrisierung und dem Straßenzug), umfasst der Schritt des Erzeugens der zweiten Projektionsgerade ein Verlängern der ersten Projektionsgeraden in Richtung des Straßenzugs.
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Können wiederum mehrere Schnittpunkte auf dem Straßenzug bestimmt werden, so kann das oben in Zusammenhang mit der Bestimmung des plausibelsten Punktes auf der mathematischen Darstellung dargelegte Plausibilisierungsverfahren analog durchgeführt werden.
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Die auf dem wenigstens einen Straßenzug projizierte Position wird in einem fünften Schritt S50 der Bildschirmeinrichtung 1070 bereitgestellt, um die projizierte Position zusammen mit dem wenigstens einen Straßenzug auf einem Bildschirm darzustellen. Am Bildschirm wird somit nicht die mittels der Positionserfassungseinrichtung 1010 erfasste tatsächliche geographische Position, sondern die auf dem digitalen Straßenzug der digitalen Karte projizierte (oder die mit den geographischen Koordinaten der digitalen Karte abgeglichene) Position angezeigt. Der Benutzer kann so seine aktuelle Position auf dem wenigstens einen Straßenzug am Bildschirm 1070 wahrnehmen.
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Die oben erläuterten Schritte S10 bis S50 können für jede neu erfasste Position wiederholt werden. Auf diese Weise kann der Benutzer seine aktuelle Position auf dem wenigsten einen Straßenzug während einer Bewegung fortlaufend überprüfen.
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Die Vorteile des hier beschriebenen Abgleichverfahrens unter Verwendung einer mathematischen Kurvenparametrisierung gegenüber herkömmlichen Abgleichverfahren werden nun anhand mehrerer Beispiele mit Hilfe der 3a–3d, 4a/4b und 5 weiter beschrieben.
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Zunächst zu 3a. 3a zeigt links eine Darstellung einer realen Geometrie eines Kreisverkehrs. Der Kreisverkehr weist eine annähernd kreisförmige Gestalt auf und umfasst fünf in den Kreisverkehr einmündende Straßen. In der rechten Abbildung ist die digitale Kartendarstellung desselben Kreisverkehrs zu sehen. Die Unterschiede zwischen der digitalen Darstellung auf der Karte und der realen Geometrie werden durch Vergleich der beiden Darstellungen sofort ersichtlich. Die Geometrie des Kreisverkehrs wird in der digitalen Karte als aus fünf Straßenkanten 11, 12, 13, 14, 15 bestehender geschlossener Polygonzug (und nicht als Kreis) approximiert, welcher einen fünfeckigen Straßenzug bildet. Die bogenförmigen Einfahrten und Ausfahrten des Kreisverkehrs werden in Form von fünf geradlinigen Straßenkanten 16, 17, 18, 19, 20 beschrieben, die in den fünfeckigen Straßenzug münden.
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Im Folgenden wird nun die Einfahrt 16a näher betrachtet, die in der digitalen Karte durch die Straßenkante 16 beschrieben wird. Zur besseren Darstellungen der Abweichungen der realen Geometrie von der digitalen Darstellung wird die Kreisverkehreinfahrt 16a nochmals in 3b vergrößert dargestellt. Die linke Darstellung in 3b zeigt den tatsächlichen Kurvenverlauf der Einfahrt 16a, während die rechte Darstellung den Kurvenverlauf der Einfahrt 16a der digitalen Karte wiedergibt. Während in der linken Darstellung die Einfahrt 16a einen glatten bogenförmigen Kurvenverlauf aufweist, wird die Einfahrt in der digitalen Kartendarstellung als spitzer („kantiger”) Übergang abgebildet. Diese Abweichung zwischen der realen Geometrie und der vereinfachten Darstellung in der digitalen Karte kann aus der Notwendigkeit resultieren, die Datenmenge der Kartendaten auf ein vernünftiges Maß zu begrenzen, d. h. die Datengröße der Kartendaten so zu wählen, dass sie auf herkömmlichen Speichermedien abspeicherbar und/oder mit herkömmlichen Prozessoren von Endgeräten schnell verarbeitbar sind.
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Aufgrund dieser Abweichungen in der Geometrie zwischen dem realen Straßennetz und dem in der digitalen Karte abgebildeten Straßennetz kann eine erfasste Position bei Bewegung entlang eines Straßenzugs erheblich von der Position des Straßenzugs in der digitalen Karte abweichen. Es versteht sich, dass Messfehler in der Positionserfassung diese Abweichungen noch verstärken können. Damit dem Benutzer seine gegenwärtig erfasste Position bezüglich des auf der digitalen Karte dargestellten Straßenzugs richtig angezeigt wird, muss die erfasste Position bezüglich des in der digitalen Karte dargestellten Straßenzugs abgeglichen werden.
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Anhand von 3c werden zunächst zwei herkömmliche Abgleichverfahren am Beispiel der in 3b gezeigten Kreisverkehreinfahrt 16a kurz erläutert. Die beiden Darstellungen in 3c zeigen jeweils zumindest einen Teil der Straßenkanten 12, 13 und 16, welche die Einfahrt 16 und einen Teil des Kreisverkehrs beschreiben. Ferner verdeutlicht die dargestellte Pfeilfolge eine Bewegungskurve, welche den Bewegungsverlauf des Benutzers beim Einfahren in den Kreisverkehr wiedergibt, so wie sie von der Positionserfassungseinrichtung 1010 erfasst wurde. Die Pfeile geben hierbei sowohl die erfasste Bewegungsrichtungen (Orientierung des Pfeils) als auch die erfassten absoluten Positionen 21–27 (Pfeilanfang) an. Es ist klar zu erkennen, dass die erfasste Bewegungskurve einen Offset bezüglich der digitalen Kartendarstellung aufweist. Ferner weicht die Bewegungskurve erheblich von der Kurvenform des Straßenzugs der digitalen Karte ab. Würden die erfassten Daten nicht mit der digitalen Kartendarstellung abgeglichen werden, könnte der Benutzer nicht erkennen, dass er sich auch tatsächlich auf der Einfahrt 16a befindet.
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Bei dem in 3c links gezeigten Abgleichverfahren werden die erfassten Positionen 21–27 der Bewegungskurve mit den Straßenkanten 12, 13, 16 abgeglichen, indem für jede erfasste Position 21–27 der kürzeste Abstand zur nächstliegenden Straßenkante 12, 13, 16 bestimmt wird. Mit anderen Worten wird für jede erfasste Position 21–27 eine Projektionsgerade (gestrichelte Linien in 3c) bestimmt, welche senkrecht zur nächstliegenden Straßenkante steht und durch die erfasste Position 21–27 verläuft (Lot auf die nächstliegende Straßenkante). Schnittpunkte der Projektionsgeraden mit den Straßenkanten 12, 13, 16 werden als die den erfassten Positionen 21–27 korrespondierenden Position auf der digitalen Karte bestimmt und angezeigt. Bei diesem Abgleichverfahren können bereits geringe Offsets der Bewegungskurve bezüglich dem digitalen Straßenzug zu einer falschen Straßenkantenzuordnung führen. Beispielsweise wird die erfasste Position 25 fälschlicherweise der Straßenkante 12 (siehe Schnittpunkt 25'' welcher mit der erfassten Position 25 übereinstimmt) und nicht der Straßenkante 13 zugeordnet. Bei der graphischen Darstellung springt die Positionsanzeige somit von Straßenkante 16 auf Straßenkante 12 und dann zurück auf Straßenkante 13, obwohl der Benutzer sich lediglich entlang der Straßenkanten 12, 16 bewegt.
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Bei dem in 3c rechts gezeigten Abgleichverfahren wird die Bewegungsrichtung zusätzlich zur erfassten Position 21–27 herangezogen. Für jede erfasste Position 21–27 wird eine Projektionsgerade erzeugt (vgl. gestrichelte Linien), die in der erfassten Position 21–27 senkrecht zur erfassten Bewegungsrichtung steht (Lot auf die Bewegungsrichtung). Die Schnittpunkte der so bestimmten Projektionsgeraden mit den nächstliegenden Straßenkanten 12, 13, 16 werden wiederum als die den erfassten Positionen korrespondierende Positionen 21–27 auf dem digitalen Straßenzug angesehen. Wie aus der Darstellung zu erkennen ist, hängt dieses Abgleichverfahren stark von den erfassten Bewegungsrichtungen ab. Weichen die erfassten Bewegungsrichtungen vom Kurvenverlauf der digitalen Straßenkanten 12, 13, 16 ab, so werden die erfassten Positionen 21–27 sehr ungleichmäßig auf die Straßenkanten 12, 13, 16 abgebildet. Auf den Straßenkanten gibt es dann Bereiche, in denen die abgeglichenen Positionen dicht beieinander liegen (siehe Positionen 23, 24) gefolgt von Bereichen, in denen die abgeglichenen Positionen weit auseinander liegen. Diese ungleichmäßige Abbildung auf den Straßenzug führt zu einer ruckelnden Bewegungsabbildung auf der digitalen Karte. Im Extremfall kann die Projektion sogar zu einem zeitweißen, scheinbaren Stillstand auf dem digitalen Straßenzug führen, obwohl sich der Benutzer kontinuierlich fortbewegt. Ferner kann auch dieses Abgleichverfahren leicht zu Fehlpositionierungen führen. Beispielsweise wird die erfasste Position 25, die auf der Straßenkante 12 liegt direkt auf die Straßenkante 12 abgebildet (Position 25'', welche identisch zur Position 25 ist) und nicht auf die Straßenkante 13.
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Nun zu 3d, welche ein Ausführungsbeispiel eines Abgleichverfahrens veranschaulicht. 3d zeigt oben links nochmals die digitale Kartendarstellung des in 3a dargestellten Kreisverkehrs. Oben rechts ist eine mathematische Darstellung des Kreisverkehrs gezeigt, so wie sie mit Hilfe der Einrichtung 1040 auf der Grundlage der digitalen Kartendaten erzeugt wird. Der in der digitalen Karte als geschlossener Polygonzug 11–15 dargestellte Kreisverkehr wird in der mathematischen Darstellung als Kreisbahn parametrisiert. Die Ein- und Ausfahrten werden als Parabeln parametrisiert. Die Einfahrt 16a wird durch eine Parameterkurve 16c beschrieben. Im Gegensatz zur Kartendarstellung zeigt die mathematische Darstellung glatte Kurvenverläufe, welche die reale Kreisverkehrgeometrie wesentlich besser beschreiben.
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In 3d unten wird das Abgleichverfahren anhand der Kreisverkehreinfahrt 16a gezeigt. Dargestellt sind wiederum die Straßenkanten 12, 13 und 16 sowie die Bewegungskurve, wie sie bei der Fahrt entlang der Kanten 16 und 13 von der Positionserfassungseinrichtung 1010 erfasst wurde (siehe Beschreibung in Zusammenhang mit der 3c oben). Zusätzlich dargestellt ist die Parameterkurve 16c der mathematischen Darstellung, welche die Einfahrt 16a beschreibt und auf der Grundlage der für die Straßenkanten 13, 16 hinterlegten digitalen Kartendaten ermittelt wurde.
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Beim hier vorgestellten Abgleichverfahren wird zunächst jede erfasste Position 21–27 auf die Kurvenparametrisierung 16c projiziert. Hierbei wird für jede erfasste Position 21–27 eine Projektionsgerade (gestrichelte Linie) gebildet, die senkrecht zur Parameterkurve 16c steht und durch die erfasste Position 21–27 verläuft. Mit anderen Worten wird das Lot auf die Parameterkurve 16c gefällt. Der Schnittpunkt 21'–27' einer jeden Projektionsgerade mit der Parameterkurve 16c wird als die der erfassten Position 21–27 korrespondierende Position auf der Parameterkurve 16c bestimmt. Danach werden die auf der Parameterkurve 16c bestimmten Positionen 21'–27' weiter auf die digitalen Straßenkanten 12, 13, 16 abgebildet, indem für jede Position 21'–27' zusätzlich der Schnittpunkt der Projektionsgeraden mit den Straßenkanten 12, 13, 16 bestimmt wird. Hierbei muss gegebenenfalls die erzeugte Projektionsgerade zu den Straßenkanten 12, 13, 16 hin verlängert werden (siehe beispielsweise in den Positionen 21–23 und 26–27), um einen Schnittpunkt mit den Straßenkanten 12, 13, 16 zu bestimmen. Durch das hier beschriebene Abgleichverfahren mit Hilfe der Parameterkurve 16c werden die erfassten Positionen wesentlich gleichmäßiger auf die Straßenkanten 13, 16 abgebildet. Insbesondere wird auch eine Fehlpositionierung an der Position 25 vermieden. Die abgeglichene Position 25'' befindet sich auf der Straßenkante 13 und nicht auf der Kante 12, wie bei dem in 3c besprochenen Abgleichverfahren. Somit kann die Bewegung entlang der Kanten 13, 16 kontinuierlich und ruckfrei auf dem Bildschirm abgebildet werden. Vorteilhaft ist auch, dass bei dem hier gezeigten Abgleichverfahren die Bewegungsrichtung nicht benötigt wird und somit nicht zwingend erfasst oder ausgewertet werden braucht.
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Die 4a und 4b zeigen weitere Beispiele zum Abgleichen erfasster Positionen mit digitalen Karten bei Befahren eines Kreisverkehrs. Der Kreisverkehr wird in der digitalen Karte wiederum durch einen Polygonzug aus Straßenkanten 31–35 abgebildet. In den 4a und 4b fährt der Benutzer über die Straßenkante 50 in den Kreisverkehr ein, passiert im Kreisverkehr die Straßenkante 31 und verlässt den Kreisverkehr über die Straßenkante 52. Die durch die Positionserfassungseinrichtung 1010 erfasste Bewegungskurve 70 ist wiederum durch Pfeile angedeutet. Für die folgende Diskussion wird der Einfachheit halber nur der Kreisverkehr sowie die Bewegung im Kreisverkehr näher betrachtet. Die Ein- und Ausfahrten sowie die Bewegung an den Ein- und Ausfahrten wird nicht weiter betrachtet.
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Gemäß dem hier vorgestellten Verfahren (dargestellt in 4a) wird mit Hilfe der Einrichtung 1040 der Polygonzug 31–35 der digitalen Karte als Kreisbahn 60 mit Kreismittelpunkt 62 parametrisiert. Jede erfasste Bewegungsposition wird dann mit Hilfe einer Projektionsgeraden (gestrichelte Linie), welche die erfasste Position mit dem Kreismittelpunkt verbindet, auf die Kreisbahn 60 und auf den Polygonzug 31–35 abgebildet. Wird die Kreisbahn 60 derart gewählt, dass sie den Polygonzug 31–35 umgibt, so muss lediglich der Schnittpunkt der Projektionsgeraden mit den Straßenkanten 31–35 bestimmt werden. Wird gemäß einer alternativen Parametrisierung die Kreisbahn so gewählt, dass sie innerhalb des Polygonzugs 31–35 liegt, so muss gegebenenfalls die Projektionsgerade verlängert werden. Wie aus 4a klar hervorgeht, werden die Bewegungspositionen im Kreisverkehr gleichmäßig auf die Straßenkante 31 abgebildet. Insbesondere ist die Abbildung unabhängig von der Wahl des Kreisdurchmessers, da alle Projektionsgeraden durch den Kreismittelpunkt 62 verlaufen.
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In 4b wird zum Vergleich nochmals ein direktes Abgleichen erfasster Positionen auf den Polygonzug 31–35 gezeigt (also ohne mathematische Kurvenparametrisierung). Der Abgleich einer jeden erfassten Position erfolgt mit Hilfe einer Projektionsgeraden (siehe gestrichelte Linien), die durch die erfasste Position verläuft und senkrecht zur erfassten Bewegungsrichtung in der erfassten Position liegt. Deutlich zu erkennen ist zunächst die erhaltene Fehlabbildung auf die Straßenkante 35 anstatt auf die Straßenkante 31 bei der Einfahrt in den Kreisverkehr (abgeglichene Position 71 in 4b). Ferner sind die nachfolgenden abgeglichenen Positionen ungleichmäßig auf der Straßenkante 31 verteilt. Es gibt Bereiche großer Abstände, gefolgt von Bereichen mit geringen Abständen zwischen aufeinanderfolgenden Positionen. So vermitteln beispielsweise die sehr eng beieinander liegenden Positionen 72, 73 dem Benutzer eine sehr langsame Fortbewegung oder gar einen Stillstand im Kreisverkehr, obwohl dieser sich im Kreisverkehr kontinuierlich weiterbewegt (siehe Bewegungskurve 70). Die Bewegung im Kreisverkehr sowie die Einfahrt in den Kreisverkehr wird somit ungleichmäßig (sprunghaft) und/oder nicht der realen Bewegung entsprechend auf der digitalen Karte dargestellt. Es versteht sich, dass die hier beschriebene Fehlpositionierung und/oder ungleichmäßige Abbildung bei Kreisverkehren mit kleinen Kreisdurchmessern oder bei geringer Darstellungsgenauigkeit der Kreisverkehrgeometrie in der digitalen Karte noch erheblich ausgeprägter sein kann.
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Das hier vorgestellte Abgleichverfahren bringt nicht nur deutliche Verbesserungen bei Kreisverkehren. Es verbessert den Abgleich erfasster Positionen mit digitalen Karten auch bei kurvigen Straßenverläufen, bei denen die Darstellungsgenauigkeit des Kurvenverlaufs auf der digitalen Karte vom realen Straßenverlauf abweicht, wie in 5 anhand eines Beispiels exemplarisch gezeigt wird.
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5 zeigt einen Straßenzug 80 einer digitalen Karte, der eine Straße mit einem konkav-konvexen Kurvenverlauf (nicht dargestellt in 5) abbildet. Der Kurvenverlauf wird im digitalen Straßenzug 80 durch die Formpunkte 92, 94, 96, 98 (offene Rechtecke in 5) und einer linearen Interpolation zwischen jeweils benachbarten Formpunkten 92, 94, 96, 98 abgebildet. Der digitale Straßenzug 80 weist somit drei lineare Abschnitte 82, 84, 86 auf, wobei der Übergang vom ersten Abschnitt 82 in den zweiten Abschnitt 84 am Formpunkt 94 sowie der Übergang vom zweiten Abschnitt 84 in den dritten Abschnitt 86 am Formpunkt 96 jeweils unstetig ist (Übergänge weisen einen Knick auf).
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In 5 ist ferner die auf der Grundlage der Formpunkte 92, 94, 96, 98 berechnete Parametrisierung 80' des Kurvenverlaufs des digitalen Straßenzugs 80 sowie die Bewegungskurve 80'' eingezeichnet (Pfeilkurve), welche aus den kontinuierlich erfassten Sensordaten (absolute Position und Bewegungsrichtung) beim Durchfahren der Kurve abgeleitet werden kann. Die Parameterkurve 80' bildet im Wesentlichen den Kurvenverlauf des digitalen Straßenzugs 80 nach, unterscheidet sich jedoch vom Straßenzug 80 an den Übergängen in den Formpunkten 94, 96. Diese werden in der Parameterkurve 80' als glatte Kurvenverläufe abgebildet. Die Bewegungskurve 80'' zeigt einen Offset bezüglich des Straßenzugs 80 und unterscheidet sich vom Straßenzug 80 vor allem im Kurvenverlauf an den Formpunkten 94, 96.
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Beim Abgleichen der erfassten Bewegungspositionen mit dem digitalen Straßenzug 80 wird analog zu den Kreisverkehrbeispielen in den 3d und 4a jede erfasste Position mit Hilfe der Parameterkurve 80' auf den Straßenzug 80 abgebildet. Dies geschieht durch Erzeugen (und optionales Verlängern) von Projektionsgeraden, die jeweils durch die erfasste Bewegungsposition gehen und senkrecht zur Parameterkurve 80' stehen. Wie in 5 deutlich zu erkennen ist, bewirkt der stetige Kurvenverlauf der Parameterkurve 80', dass die erfassten Positionen insbesondere an den Formpunkten 94, 96 gleichmäßig auf den Straßenzug 80 abgebildet werden (vgl. die durch die geschlossenen Kreise dargestellten abgeglichenen Positionen, welche in regelmäßigen Abständen zueinander stehen). Hingegen beobachtet man bei einer direkten Abbildung mit Hilfe von Projektionsgeraden, die senkrecht zum Straßenzug stehen eine ungleichmäßige Abbildung der erfassten Positionen in der Umgebung der Formpunkte 94, 96 (vgl. die durch die offenen Kreise dargestellten abgeglichenen Positionen). Diese ungleichmäßige Abbildung zeigt sich dadurch, dass aufeinanderfolgende Bewegungspositionen zum Formpunkt 94 hin in immer kürzen Abständen auf dem Abschnitt 82 abgebildet werden (die offenen Kreise laufen den geschlossenen Kreisen hinterher), und dann plötzlich in einer größeren Entfernung zum Formpunkt 94 hin auf den zweiten Abschnitt 84 abgebildet werden (der erste offene Kreis nach dem Formpunkt 94 eilt dem geschlossenen Kreis voraus). Eine ähnliche Betrachtung gilt für die Umgebung am Formpunkt 96.
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Insgesamt ermöglicht das hier beschriebene Abgleichverfahren eine verbesserte Abbildung erfasster Positionen auf digitale Straßenkanten. Die Erzeugung mathematischer Parametrisierungen der digitalen Straßenkanten bewirkt in manchen Fällen, dass der Kurvenverlauf der Straßenkanten gleichmäßiger und „weicher” dargestellt wird (also ohne Knicke), wodurch eine gleichmäßigere und realistischere Abbildung erfasster Positionen auf die Straßenkanten ermöglicht wird. Somit kann eine fortlaufende Bewegung ohne ruckartige Sprünge auf der digitalen Karte dargestellt werden.
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Umgekehrt wird durch die hier beschriebene Lösung die Bereitstellung möglichst hochaufgelöster (detailgetreuer) digitaler Karten oftmals überflüssig, da durch das Verfahren selbst bei größeren Abweichungen im Kurvenverlauf der Straßen eine gleichmäßige, den realen Bewegungsverlauf widerspiegelnde Abbildung auf der digitalen Karte erzeugt wird. Der Einsatz von Karten mit geringerer Auflösung (also geringerer Detailgenauigkeit) ist vorteilhaft, da diese weniger Speicherplatz benötigen, schneller am Bildschirm dargestellt werden können und insgesamt eine weniger performante Hardware erfordern.
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Die hier beschriebene Lösung eignet sich auch zum Einsatz in Fahrerassistenzsystemen (ADAS), um die Genauigkeit derartiger Systeme zu erhöhen. Fahrerassistenzsysteme, in welchen die hier beschriebene Lösung zum Einsatz gelangen kann, sind allgemein bekannt und werden beispielsweise zur Abstandsregelung, zum Spurhalten, zur Scheinwerfereinstellung, zur automatisierten oder assistierten Lenkung, usw. eingesetzt.
