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Stand der Technik
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Gängige Navigationssysteme nutzen exklusiv Daten eines einzelnen Herausgebers (z.B. Navteq, Google, Falk). Die zugrunde liegenden Datensätze decken meistens einen nationalen oder internationalen Bereich zusammenhängend ab, beinhalten aber üblicherweise keine Informationen über lokale und temporäre Wegenetze. Beispiele dafür sind Rundwege, Wanderwege, Fahrradrouten, Lagepläne von Messen und Großveranstaltungen. Lokale Wege (z.B. bevorzugte Rad- oder Wanderrouten, Loipen, Rundwege) sind in derartigen Kartendaten selten erfasst. Karten mit solchen Informationen werden jedoch häufig auf Schautafeln, in Printmedien oder Bilddateien abgebildet. Im Freizeitbereich (Wandern, Radfahren, Skilanglauf, Inlineskating) ist die Orientierung entlang lokaler Wegenetze unter Zuhilfenahme der gängigen Navigationsanwendungen (z.B. Google Maps) deshalb erschwert; die jeweiligen Applikationen ermitteln zwar sehr genau eine aktuelle Position des Benutzers, können diese aber nur im vom Herausgeber vorgegebenen Kartenmaterial darstellen. Die Position innerhalb eines Veranstaltungsgeländes oder Naturparks kann manchmal nur bestimmt werden, indem Anwender ihren Standort und Merkmale verschiedener Kartendaten abgleichen und sich indirekt orientieren. Ein Beispiel dafür ist eine Wegkreuzung, die in zwei Karten aufgeführt ist und als Ausgangspunkt für die weitere Orientierung dient. Ausgehend von dieser Kreuzung kann der Benutzer einschätzen, in welche Richtung er sich auf der lokalen Karte bewegt. Diese Methode ist für Ungeübte fehleranfällig und kann darin resultieren, dass der gewünschte Weg zum Ziel trotz genauer GPS-Positionsdaten nicht gefunden wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren und ein System zur Navigation vorgeschlagen, das in einfacher Weise erlaubt, von externen Quellen bereitgestellte Umgebungskarten, die beispielsweise in Form von Schautafeln, in Printmedien oder als Bilddateien vorliegen, einzulesen, und Navigationsfunktionen basierend auf der eingelesenen Karte zur Verfügung zu stellen.
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Dazu wird erfindungsgemäß ein Verfahren vorgesehen, das die folgenden Schritte umfasst:
- a) Einlesen einer Umgebungskarte von einer externen Quelle,
- b) Bestimmen eines initialen Standorts eines Benutzers auf der eingelesenen Umgebungskarte,
- c) Normierung des Kartenmaßstabs der eingelesenen lokalen Umgebungskarte,
- d) Bereitstellung von Navigationsfunktionen auf der eingelesenen lokalen Umgebungskarte.
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In Form von Schautafeln, Printmedien oder anderer nicht-digitaler Form vorliegende Umgebungskarten können gemäß einer Ausführung der Erfindung mittels einer Digitalkamera abfotografiert und das digitale Foto eingelesen werden, wodurch auch derartiges Kartenmaterial für die Navigation zur Verfügung steht.
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Mit der vorliegenden Erfindung kann somit in einer separaten Anwendung oder durch Überlagerung („Overlay“) der eingelesenen Daten über weniger detailliertes Kartenmaterial eine bessere lokale Navigation ermöglicht werden.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das erfindungsgemäße Navigationssystem auf einem Mobilgerät, wie einem Smartphone oder einem Tablet-Computer implementiert, wobei das Mobilgerät eine Digitalkamera aufweist. Bevorzugt wird eine, beispielsweise als Schautafel oder als aushängender Messeplan vorliegende lokale Umgebungskarte mittels der Digitalkamera abfotografiert. Optional kann vorgesehen sein, dass das so erzeugte Foto zunächst mittels einer geeigneten Bildverarbeitungsmethode entzerrt wird. Insbesondere kann die Entzerrung durch Erkennung und/oder Definition orthogonaler Bildelemente erfolgen.
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In einer alternativen Ausführung der Erfindung kann die lokale Umgebungskarte insbesondere in Form von digitalen Bilddaten und/oder Vektordaten, von einer externen Datenquelle wie beispielsweise einem Internetserver bereitgestellt werden, so dass die lokale Umgebungskarte von der externen Datenquelle abgefragt und eingelesen werden kann. Beispielsweise kann ein Messeveranstalter den Besuchern auf diese Weise Messepläne zum Download bereitstellen.
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In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt b) der initiale Standort des Benutzers mittels einer Lokalisierungsmethode wie z.B. GPS bestimmt. Durch Benutzereingabe wird dieser initiale Standort des Benutzers auf der eingelesenen lokalen Umgebungskarte markiert und damit festgelegt. Mit anderen Worten wird ein Standpunktabgleich zwischen den lokal erfassten Kartendaten und dem Navigationssystem (GPS) ermöglicht. Alternativ oder zusätzlich kann in Schritt b) der initiale Standort des Benutzers aus einem in die lokale Umgebungskarte eingebetteten digitalen Bildcode oder einer Markierung auf der lokalen Umgebungskarte ermittelt werden. Dies setzt voraus, dass derartige Metainformationen auf der lokalen Umgebungskarte zur Verfügung gestellt werden, beispielsweise in Form von Markierungen des aktuellen Standorts bei Lageplänen oder Schautafeln vor Ort.
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In einer weiter bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt c) der Kartenmaßstab normiert, indem eine auf der eingelesenen Umgebungskarte vorhandene Maßstabsinformation und/oder Entfernungsangabe eingelesen oder erkannt oder vom Benutzer vorgegeben wird und daraus der Kartenmaßstab bestimmt wird. Dazu kann beispielsweise direkt auf der eingelesenen Umgebungskarte eine Metainformation, beispielsweise in Form eines oder mehrerer QR-Codes, bereitgestellt werden, die es erlaubt, den Kartenmaßstab direkt zu erfassen und mit den Informationen auf der eingelesenen Umgebungskarte in Bezug zu setzen. Der Benutzer muss lediglich eingeben, an einem definierten Ausgangspunkt zu sein. Alternativ wird diese Standorteingabe ebenfalls durch eine entsprechende Codierung automatisiert. Eine manuelle Maßstabsnormierung kann auch auf eine bestimmte Wegstrecke erfolgen, deren Länge bekannt ist.
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Bevorzugt kann die eingelesene lokale Umgebungskarte mit bereits vorhandenen globalen Karteninformationen (z.B. Google Maps) überlagert werden („Overlay“) und Navigationsfunktionen auf Basis der überlagerten Daten zur Verfügung gestellt werden. Damit können vorteilhaft globale und lokale Information verwendet werden, um verbesserte Navigationsfunktionen zur Verfügung zu stellen.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Navigationssystem eingerichtet zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Das erfindungsgemäße Navigationssystem umfasst eine Datenschnittstelle zum Einlesen einer lokalen Umgebungskarte von einer externen Quelle, Mittel zur Bestimmung der aktuellen Position eines Benutzers, Mittel zum Markieren des initialen Standorts des Benutzers auf einer eingelesenen Umgebungskarte, Mittel zur Normierung eines Kartenmaßstabs, Mittel zur Bereitstellung von Navigationsfunktionen auf einer eingelesenen Umgebungskarte basierend auf der aktuellen Position des Benutzers und des Kartenmaßstabs.
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Das Navigationssystem kann beispielsweise auf einem Mobilgerät, wie einem Smartphone oder einem Tablet-Computer implementiert sein. Als Datenschnittstelle dient beispielsweise eine Verbindung zu einer Digitalkamera, wobei die Digitalkamera die entweder direkt in demselben Mobilgerät vorhanden ist, welches das erfindungsgemäße Navigationssystem implementiert, oder als separates Gerät vorgesehen ist, das digitale Bilder mittels bekannter kabelgebundener oder drahtloser Datenübertragungsmethoden an die Datenschnittstelle des Navigationssystems überträgt. Als Mittel zur Bestimmung der aktuellen Position eines Benutzers kann vorzugsweise ein GPS-Empfänger vorgesehen sein. Die Mittel zur Normierung eines Kartenmaßstabs sind beispielsweise als digitale Bildverarbeitungsmethoden implementiert, die insbesondere Entzerrungsalgorithmen umfassen, sowie Algorithmen zum Bestimmen des Kartenmaßstabs aus Bildmerkmalen der eingelesenen Umgebungskarte, beispielsweise durch Texterkennung. Zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass der Benutzer einen Kartenmaßstab vorgibt. Dazu umfasst das erfindungsgemäße Navigationssystem Eingabemittel, wie z.B. eine Tastatur, einen Touchscreen auf dem z.B. eine Bildschirmtastatur oder andere bekannte Eingabemöglichkeiten bereitgestellt werden können. Mittels eines derartigen Eingabemittels kann auch die aktuelle Position vom Benutzer auf der eingelesenen Umgebungskarte markiert werden, z.B. indem der Benutzer auf der auf einem Touchscreen dargestellten eingelesenen Umgebungskarte seine eigene Position mit dem Finger markiert. Diese markierte Position wird mit den zuvor bestimmten (GPS-)Koordinaten des Benutzers in Bezug gesetzt. Alternativ oder zusätzlich sind, inbesondere auf Methoden der digitalen Bildverarbeitung basierende Mittel implementiert, den initialen Standort des Benutzers aus einem in die lokale Umgebungskarte eingebetteten digitalen Bildcode oder einer Markierung auf der lokalen Umgebungskarte zu bestimmen, im Fall dass derartige Metainformationen auf der lokalen Umgebungskarte zur Verfügung gestellt werden, beispielsweise in Form von Markierungen des aktuellen Standorts bei Lageplänen oder Schautafeln vor Ort. Zusammen mit dem bestimmten oder vorgegebenen Kartenmaßstab stehen dem Navigationssystem nun alle Informationen zur Verfügung, um Navigationsfunktionen auf der eingelesenen lokalen Umgebungskarte zur Verfügung zu stellen.
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Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Computerprogramm vorgeschlagen, gemäß dem eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Bei dem Computerprogramm kann es sich beispielsweise um ein Modul zur Implementierung eines Navigationssystems in einem Fahrzeug handeln oder um eine Applikation für Navigationsfunktionen, welche auf einem tragbaren Gerät, wie etwa einem Smartphone oder einem Tablet-Computer ausführbar ist. Das Computerprogramm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert werden, etwa auf einem permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium oder in Zuordnung zu einer Computereinrichtung oder auf einer tragbaren Einheit, beispielsweise auf einer entfernbaren CD-ROM, DVD, einer Speicherkarte oder einem USB-Stick. Zusätzlich oder alternativ kann das Computerprogramm auf einer Computereinrichtung wie etwa auf einem Server zum Herunterladen bereitgestellt werden, z.B. über ein Datennetzwerk wie das Internet oder eine Kommunikationsverbindung wie etwa eine Telefonleitung oder eine drahtlose Verbindung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Wanderkarte, wie sie üblicherweise in Printmedien zur Verfügung steht.
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2 stellt das Erfassen einer lokalen Umgebungskarte auf einer Schautafel mittels der Digitalkamera eines Mobilgeräts dar.
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3 zeigt schematisch die Effekte einer Bildentzerrung.
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4a) und b) stellen zwei unterschiedliche Möglichkeiten der erfindungsgemäßen Normierung des Kartenmaßstabs dar.
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5a) und b) zeigen zwei Beispiele der Bereitstellung von Navigationsfunktionen auf verschiedenen eingelesenen lokalen Umgebungskarten.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 stellt eine lokale Umgebungskarte 10, die von einer externen Quelle 100, in diesem Fall einem Printmedium (Wanderführer, Touristeninformation, oder ähnliches) zur Verfügung gestellt wird. Die Umgebungskarte 10 zeigt in diesem Beispiel Wanderwege durch einen Naturpark. Außerdem zeigt die lokale Umgebungskarte einen Maßstab 50. Derartige Wanderwege sind in Kartenwerken der Navigationssysteme nach dem Stand der Technik üblicherweise nicht vorhanden, so dass ein Benutzer ein herkömmliches Navigationssystem, z.B. bei einer Wanderung durch den Naturpark, nicht oder nur eingeschränkt verwenden kann. Die Erfindung ermöglicht, die lokale Umgebungskarte einzulesen und somit den bekannten Navigationsfunktionen zugänglich zu machen.
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In 2 ist der Prozess des Einlesens der lokalen Umgebungskarte 10 deutlich gemacht. Der Benutzer 60 fotografiert die lokale Umgebungskarte 10 mit seinem Mobilgerät 200, in diesem Beispiel ein Smartphone mit einer eingebauten Digitalkamera. Die lokale Umgebungskarte 10 steht nun als digitale Fotographie 20 im Speicher des Mobilgeräts 200 zur Verfügung.
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Da es möglicherweise bei der Bildaufnahme der digitalen Fotographie 20 zu Bildverzerrungen kommt, ist bevorzugt vorgesehen, dass die digitale Fotographie 20 bevor sie weiterverarbeitet wird, durch geeignete Bildbearbeitungsmethoden entzerrt wird. In 3 ist dies beispielhaft für ein Testbild mit einem Schachbrettmuster dargestellt. Die digitale Fotographie 20 wurde unter einem Winkel aufgenommen, so dass die Darstellung verzerrt erscheint. Bildelemente, wie in diesem Beispiel die Kanten 14, 16 der hellen oder dunklen Felder des Schachbrettmusters, die orthogonal zueinander ausgerichtet sein sollten, scheinen in einem von 90° abweichenden Winkel zueinander zu stehen. Die Entzerrung der digitalen Fotographie 20 kann nun beispielsweise erfolgen, indem diese zueinander orthogonalen Bildelemente 14, 16 erkannt werden und das Bild derart korrigiert wird, dass zueinander orthogonalen Bildelemente auch orthogonal dargestellt werden. Das Ergebnis ist die entzerrte Darstellung 20‘ mit orthogonalen Bildelementen 14‘, 16‘.
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Bei einer abfotografierten Umgebungskarte können die orthogonalen Bildelemente zum Beispiel durch Rahmenelemente oder ähnliches gegeben sein. Dem Fachmann sind weitere Methoden der digitalen Bildverarbeitung zur hinreichend bekannt, die zur Entzerrung der digitalen Fotographie 20 eingesetzt werden können. Beispielsweise kann derselbe Kartenausschnitt aus mehreren Perspektiven aufgenommen werden und die Entzerrung über den Abgleich dieser Daten erfolgen. Weitere Methoden zur Bildentzerrung (engl. Projection Geometry, Planar Homography) werden an anderer Stelle in vielfältiger Weise beschrieben, sie beruhen letztlich auf der Verrechnung der Bildpunkte mit einer Transformationsmatrix.
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Wenn das entzerrte Bild 20‘ der lokalen Umgebungskarte 10 vorliegt, kann dies im nächsten Schritt von einem Navigationssystem, das in diesem Beispiel auf dem Mobilgerät 200 des Benutzers 60 implementiert ist, eingelesen werden und steht nun als eingelesene lokale Umgebungskarte 12 zur Verfügung. Im nächsten Schritt muss der initiale Standort 25 des Benutzers 60 auf der eingelesenen lokalen Umgebungskarte 10 festgelegt werden. Das Mobilgerät 200 umfasst dazu einen GPS-Empfänger, durch den die globalen Koordinaten des Benutzers 60 erfasst werden. Alternativ können auch andere bekannte Verfahren zur Lokalisierung verwendet werden, wie z.B. Lokalisierung über Mobilfunknetze, Lokalisierung über WLAN-Netze, oder GPS-Alternativen wie Galileo, GLONASS oder Beidou. Nun muss der Benutzer noch durch eine entsprechende Eingabe den initialen Standort 25 auf der eingelesenen lokalen Umgebungskarte 12 markieren und somit festlegen. Dies kann beispielsweise durch Markieren der entsprechenden Stelle auf einem Touchscreen des Mobilgeräts 200 erfolgen, oder durch Ziehen eines der eingelesenen lokalen Umgebungskarte 12 überlagerten Zielkreuzes.
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Alternativ kann auch die eingelesene Umgebungskarte 12 bereits eine Information über den initialen Standort 25 des Benutzers 60 enthalten. Besonders wenn die lokale Umgebungskarte 10 als Schautafel oder Lageplan vor Ort vorliegt, ist der Standort der lokalen Umgebungskarte 10 und damit auch der initiale Standort 25 des Benutzers oft in Form eines Punktes oder einer sonstigen Markierung („roter Punkt“) auf der lokalen Umgebungskarte 10 gekennzeichnet. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine derartige Markierung automatisch erkannt wird und dem initialen Standort 25 des Benutzers 60 zugeordnet wird. Es ist auch denkbar, dass die Information über den initialen Standort 25 des Benutzers 60 in Form eines digitalen Bildcodes, wie eines QR-Codes, bereitgestellt ist.
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Wenn der initiale Standort 25 des Benutzers 60 auf der eingelesenen Umgebungskarte 12 bekannt ist, muss als nächstes der Kartenmaßstab bestimmt werden. Zwei unterschiedliche Möglichkeiten dazu sind in den 4a) und 4b) gezeigt.
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Gemäß 4a) wird eine zweite Position 27 auf der eingelesenen Umgebungskarte 12 vom Benutzer 60 markiert, wobei der Abstand 29 in Luftlinie zwischen dem initialen Standort 25 und der Position 27 bekannt sein muss. Diesen Abstand kann der Benutzer 60 nun beispielsweise direkt in das Navigationssystem eingeben. Eine Abwandlung dieses Prinzips besteht z.B. darin, dass der Benutzer zwei Punkte auf der eingelesenen lokalen Umgebungskarte 12 markiert deren Abstand bekannt ist. Beispielsweise bei einem auf der eingelesenen lokalen Umgebungskarte 12 abgebildeten Maßstab 50 (vergleiche 1).
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Gemäß 4b) werden mit der lokalen Umgebungskarte 10 zusätzliche Maßstabsinformationen 30 eingelesen, die ebenfalls von der externen Quelle 100 bereitgestellt werden. In dem in 4b) gezeigten Beispiel liegen die Maßstabsinformationen 30 in Form eines digitalen Bildcodes (z.B. QR-Code) vor. Dieser Code wird von dem erfindungsgemäßen Navigationssystem erkannt und in einen Kartenmaßstab umgesetzt. Zusätzlich kann der Code 30 auch Informationen über den initialen Standort 25 des Benutzers 60 auf der eingelesenen Umgebungskarte 12 beinhalten.
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Ist der Kartenmaßstab und der initiale Standort 25 des Benutzers bekannt, besitzt das Navigationssystem genügend Informationen um die relative Position 28 des Benutzers 60 auf der eingelesenen lokalen Umgebungskarte 12 zu bestimmen. Damit können dem Benutzer 60 unterschiedliche Navigationsfunktionen zur Verfügung gestellt werden. In den 5a) und 5b) sind zwei Anwendungsbeispiele gezeigt. 5a) zeigt als eingelesene lokale Umgebungskarte 12 eine Wanderkarte. Der Benutzer sieht jederzeit seine aktuelle Position 28 auf der eingelesenen lokalen Umgebungskarte 12 und kann beispielsweise überprüfen, ob er sich noch einem gewünschten Wanderweg befindet oder wie weit er sich noch von einem gewünschten Ziel entfernt befindet. Um die Unsicherheit der Positionsbestimmung, die sich aus der bekannten Unsicherheit der Lokalisierung mittels GPS, GSM oder WLAN ergibt, darzustellen können entsprechenden Markierungen 24 um die aktuelle Position 28 dargestellt werden.
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5b) zeigt als eingelesene lokale Umgebungskarte 12 einen Messeplan. Dieser kann wie oben beschrieben abfotografiert sein, oder aber z.B. als Download von einer in Form eines Internetservers des Messeveranstalters vorliegenden externen Quelle 100 direkt in digitaler Form eingelesen werden.
