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Die Erfindung betrifft das Bestimmen einer ersten Route auf einer ersten Karte bezüglich einer vorbestimmten zweiten Route auf einer zweiten Karte.
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Ein Fahrzeug umfasst ein Navigationssystem, das dazu eingerichtet ist, einen Fahrer bei der Führung des Fahrzeugs von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt zu unterstützen. Zusätzlich kann ein Interaktionssystem an Bord des Fahrzeugs vorgesehen sein, wobei das Interaktionssystem vom Fahrer dazu verwendet werden kann, einen Zielpunkt für eine Routenführung vorzugeben. Als Startpunkt kann eine aktuelle Position des Fahrzeugs verwendet werden.
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Karten, die jeweils ein verfügbares Wegenetz im Bereich der Route des Fahrzeugs reflektieren, können zwischen dem Navigationssystem und dem Interaktionssystem verschieden sein. Beispielsweise können den Karten unterschiedliche geodätische Systeme zu Grunde gelegt sein, die Karten können unterschiedlich genau sein oder unterschiedlich aktuell. Außerdem können unvermeidliche Abweichungen zur Wirklichkeit für beide Karten unterschiedlich sein.
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Zur Bestimmung einer ersten Route, die bezüglich einer ersten Karte definiert ist, auf der Basis einer zweiten Route, die bezüglich einer zweiten Karte definiert ist, sind dynamische Systeme wie AGORA-C oder OpenLR, sowie statische Systeme wie TMC, VICS oder GIMME bekannt. Dynamische Verfahren sind üblicherweise aufwändig und erfordern allgemein einen Zugriff auf Metainformationen verwendeter Streckenabschnitte. Statische Verfahren verwenden eine Zuordnungstabelle, deren Größe praktisch begrenzt ist, sodass vorzugsweise nur größere und/oder vielbefahrene Straßen unterstützt werden.
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Eine der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, eine möglichst hochwertige und effiziente Bestimmung einer ersten Route auf einer ersten Karte auf der Basis einer zweiten Route auf einer zweiten Karte bereitzustellen. Die Erfindung löst die Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Bestimmen einer ersten Route auf einer ersten Karte auf der Basis einer zweiten Route auf einer zweiten Karte Schritte des Bestimmens von zweiten Punkten auf der zweiten Karte, wobei die zweiten Punkte von der zweiten Route umfasst sind; des Bestimmens von ersten Punkten auf der ersten Karte; wobei die ersten Punkte paarweise zu zweiten Punkten korrespondieren; und des Bestimmens der die ersten Punkte umfassenden ersten Route mittels Trace Matching bezüglich der zweiten Route.
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Es wurde erkannt, dass Trace Matching zum Umsetzen einer Route von der zweiten in die erste Karte verwendet werden kann. Dabei können von der zweiten Karte keine weiteren Informationen über ein umfasstes Wegenetz verwendet werden. So kann das Verfahren bezüglich beliebiger erster Routen auf ersten Karten eingesetzt werden. Die verwendeten Karten umfassen üblicherweise geographische Karten und müssen lediglich jeweils ein Gebiet abbilden, in dem die einander entsprechenden Routen liegen.
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Die Erfindung kann vorteilhaft in Situationen angewendet werden, in denen zwei Systeme oder Subsysteme, insbesondere an Bord eines Fahrzeugs, miteinander kooperieren oder koexistieren sollen, und ähnliche, aber voneinander abweichende geographische Kartendaten verwenden.
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Die zweite Route kann insbesondere in Form einer Polylinie angegeben sein. Die Kartendaten können topologische, geometrische und/oder semantische Informationen umfassen, wobei vorliegend bevorzugt auf geometrischen Informationen gearbeitet wird. Bevorzugt finden sich Stützpunkte der Polylinie an Stellen, an denen die Route mehrdeutig wird, es also unterschiedliche Möglichkeiten gibt, die Route fortzusetzen. Üblicherweise sind Stützstellen im Bereich einer Krümmung, einer Kreuzung, eines Kreisverkehrs oder einer Gabelung einer Straße gebildet. Solche geometrischen Stützpunkte sind auch als Shape Points bekannt.
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Umfassen die Kartendaten detailliertere Informationen als erforderlich, so können Stützpunkte beispielsweise mittels des Douglas-Peucker Algorithmus reduziert werden. In einer anderen Ausführungsform kann der Verlauf einer Straße in geometrischen Kartendaten auch als Spline oder Polynom wiedergegeben sein.
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Da die vorliegende Erfindung geometrische Ähnlichkeiten untersucht, ist allgemein unerheblich, in welcher Form die geometrischen Informationen einer Karte vorliegen.
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Mittels Trace Matching kann auf der ersten Karte eine erste Route bestimmt werden, deren Form eine hohe Ähnlichkeit mit der Form der zweiten Route auf der zweiten Karte aufweist. Insbesondere können die Routen einander in ihren abschnittweisen Krümmungen oder Längen ähneln. Dabei können Straßen und Wege, die bezüglich der ersten Karte bestimmt sind, passend berücksichtigt werden. Eine Fehlbestimmung der ersten Route auf der Basis von Abweichungen von Straßeninformationen zwischen den Karten kann verbessert vermieden werden.
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Das Trace Matching erfolgt bevorzugt mittels eines Hidden Markov Modells. Die zu Grunde liegende Technik ist wohlbekannt und kann durch einen Fachmann leicht auf das vorliegende Problem appliziert werden.
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Die erste Route wird bevorzugt derart bestimmt, dass eine Wahrscheinlichkeit, mit der eine Abfolge erster Punkte der ersten Route zu einer Abfolge zweiter Punkte der zweiten Route entspricht, maximiert ist. Dazu können eine Zustandswahrscheinlichkeit und/oder eine Übergangswahrscheinlichkeit berücksichtigt werden, die jeweils in Abhängigkeit des vorliegenden Abbildungsproblems bestimmt werden können.
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In einer Ausführungsform wird eine Zustandswahrscheinlichkeit bestimmt, mit der ein erster Punkt zu einem vorbestimmten zweiten Punkt korrespondiert, und die erste Route wird derart bestimmt, dass ein Produkt von Zustandswahrscheinlichkeiten umfasster erster Punkte maximiert ist.
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Dabei kann die Zustandswahrscheinlichkeit eines zweiten Punkts mittels einer vorbestimmten ersten Wahrscheinlichkeitsfunktion bezüglich einer geometrischen Distanz des zweiten Punkts zum ersten Punkt bestimmt werden. Die erste Wahrscheinlichkeitsfunktion kann beispielsweise die Normalverteilung umfassen.
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Vorteilhaft kann die erste Wahrscheinlichkeitsfunktion angepasst werden, um eine systematische Abweichung der ersten von der zweiten Karte zu reflektieren.
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Die Abweichung kann beispielsweise eine vorbestimmte Verschiebung oder eine vorbestimmte Tendenz zwischen den Karten reflektieren. Auch unterschiedliche zu Grunde liegende Vermessungssysteme können durch die Wahrscheinlichkeitsfunktion berücksichtigt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird eine Abweichung zwischen den Karten bestimmt und die erste Wahrscheinlichkeitsfunktion wird auf der Basis der bestimmten Abweichung bestimmt. Die Abweichung kann beispielsweise auf der Basis einer Vielzahl bestimmter erster Routen auf der Basis vorbestimmter zweiter Routen bestimmt werden. Die Abweichung kann auch auf der Basis speziell gewählter Daten bestimmt werden, beispielsweise indem eine zweite Route bestimmt wird, die wichtige Verkehrsknotenpunkte in einem vorbestimmten geographischen Bereich umfasst. Wird nun eine erste Route auf der Basis dieser zweiten Route bestimmt, so kann die Abweichung zwischen den Karten genauer bestimmt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird eine Übergangswahrscheinlichkeit bestimmt, mit der zwei aufeinander folgende erste Punkte der ersten Route zu zwei aufeinander folgenden zweiten Punkten der zweiten Route korrespondieren, wobei die erste Route derart bestimmt wird, dass ein Produkt von Übergangswahrscheinlichkeiten umfasster erster Punkte maximiert ist.
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Die Übergangswahrscheinlichkeit für zwei in der ersten Route aufeinander folgende erste Punkte kann insbesondere mittels einer vorbestimmten zweiten Wahrscheinlichkeitsfunktion bezüglich einer Differenz aus einer geometrischen Distanz zwischen zu den ersten Punkten korrespondierenden zweiten Punkten und einer auf einem vorbestimmten Wegenetz der ersten Karte erreichbaren kürzesten Distanz zwischen den ersten Punkten bestimmt werden. Die zweite Wahrscheinlichkeitsfunktion kann beispielsweise eine Exponentialverteilung umfassen. Auch die zweite Wahrscheinlichkeitsfunktion kann an eine Abweichung zwischen den Karten angepasst werden.
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Die auf dem vorbestimmten Wegenetz der ersten Karte erreichbare kürzeste Distanz zwischen den ersten Punkten wird weiter bevorzugt mittels des Dijkstra-Algorithmus bestimmt. Ein beliebiger anderer Algorithmus zur Bestimmung eines möglichst kurzen Pfads in einem Graphen kann ebenfalls verwendet werden, beispielsweise der A*-Algorithmus, der besonders schnell ist, wenn eine passende Heuristik wie eine Luftliniendistanz zwischen Punkten des Graphen angewendet werden kann. So kann die Übergangswahrscheinlichkeit verbessert rasch und sicher bestimmt werden. Bestimmungsressourcen können sparsam eingesetzt werden.
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Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Bestimmung einer ersten Route auf einer ersten Karte auf der Basis einer zweiten Route auf einer zweiten Karte dazu eingerichtet, ein hierin beschriebenes Verfahren auszuführen. Die Vorrichtung kann insbesondere an Bord eines Fahrzeugs, weiter bevorzugt eines Kraftfahrzeugs, angebracht sein.
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Die Verarbeitungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, ein hierin beschriebenes Verfahren ganz oder teilweise auszuführen. Dazu kann die Verarbeitungseinrichtung einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen und das Verfahren kann in Form eines Computerprogrammprodukts mit Programmcodemitteln vorliegen. Das Computerprogrammprodukt kann auch auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert sein. Merkmale oder Vorteile des Verfahrens können auf die Vorrichtung übertragen werden oder umgekehrt.
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Die zweite Route auf der zweiten Karte kann von einem zweiten System bereitgestellt werden, wobei die erste Route auf der ersten Karte mittels eines ersten Systems verarbeitet wird, das an Bord eines Fahrzeugs angebracht ist. Bevorzugt sind beide Systeme an Bord des Fahrzeugs angebracht. Das erste System kann aber auch von Fahrzeug entfernbar sein und beispielsweise als Mobilgerät ausgebildet sein. Das erste System kann ein erstes Navigationssystem des Fahrzeugs umfassen, das nicht zur direkten Interaktion mit einem Benutzer eingerichtet sein kann, und/oder das zweite System kann ein zweites Navigationssystem umfassen, das zur Interaktion mit dem Benutzer eingerichtet ist und hierin auch Interaktionssystem genannt wird. Eine andere, insbesondere umgekehrte Zuordnung ist ebenfalls möglich.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein System ein Fahrzeug mit einer hierin beschriebenen Vorrichtung. Optional kann das System ein erstes System umfassen, das an Bord eines Fahrzeugs angebracht und dazu eingerichtet ist, die erste Route auf der ersten Karte mittels des ersten Systems zu verarbeiten. Weiter optional kann ein zweites System umfasst sein, das an Bord des Kraftfahrzeugs angebracht und dazu eingerichtet ist, die zweite Route auf der zweiten Karte bereitzustellen.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben, in denen:
- 1 ein Fahrzeug;
- 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens; und
- 3 beispielhafte erste und zweite Routen
illustriert.
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1 zeigt ein Fahrzeug 100 mit einem System 105. Das Fahrzeug 100 ist beispielhaft als Personenkraftwagen dargestellt, kann aber auch ein beliebiges anderes angetriebenes oder nicht angetriebenes Fahrzeug umfassen. Das System 105 kann ein erstes Subsystem 110 und ein zweites Subsystem 115 umfassen. Jedes der Subsysteme 110, 115 umfasst zugeordnete Kartendaten, wie unten noch genauer erläutert wird. Im vorliegenden Beispiel umfassen beide Subsysteme 110, 115 je ein Navigationssystem, wobei das erste Subsystem 110 ein fahrzeuginternes System umfassen kann, das beispielsweise für eine Reichweitenberechnung in einem Elektrofahrzeug, eine Vorausschau für ein Tempolimit („Speed Limit Information“, SLI) oder für eine Getriebevorsteuerung, die vor Erreichen eines Kreisverkehrs herunterschaltet, eingerichtet ist. Das zweite Subsystem 115 kann zur direkten Interaktion mit einem Benutzer eingerichtet sein, der so beispielsweise einen gewünschten Zielort angeben kann, zu dem er dann geführt wird.
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Das erste Subsystem 110 ist weiter beispielhaft zur Zielführung des Fahrzeugs 100 bezüglich einer aktuellen Position und eines Straßennetzes eingerichtet. Dazu kann das erste Subsystem 110 eine Einrichtung zur Bestimmung einer geographischen Position umfassen, beispielsweise in Form eines Empfängers für Signale eines satellitengestützten Navigationssystems. Die Zielführung kann insbesondere eine Bereitstellung von Navigationshinweisen für einen Fahrer des Fahrzeugs 100 umfassen. Vorliegend ist die Verarbeitungseinrichtung 130 optional zur Interaktion mit einem Benutzer eingerichtet. Bevorzugt ist wenigstens eines der Subsysteme 110, 115 fest am Fahrzeug 100 angebracht.
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Das zweite Subsystem 115 ist beispielhaft zur Interaktion mit einer Person, insbesondere an Bord des Fahrzeugs 100, weiter bevorzugt eines Fahrers des Fahrzeugs 100, eingerichtet. Das zweite Subsystem 115 kann insbesondere als Smartphone, als Tablet Computer oder als Laptop Computer ausgebildet und dazu eingerichtet sein, vom Fahrzeug 100 entfernt zu werden. In einer anderen Ausführungsform ist das zweite Subsystem 115 an Bord des Fahrzeugs 100 fest verbaut. Trotzdem kann das zweite Subsystem 115 mit einem für mobile Geräte entwickelten Betriebssystem oder Applikationsprogramm ausgestattet sein. Eine Kommunikation zwischen den Subsystemen 110, 115 kann mittels eines Busses 120 erfolgen. In einer weiteren Ausführungsform können die Subsysteme 110, 115 auch drahtlos miteinander kommunizieren. Das System 105 kann eine Vorrichtung 125 umfassen, die bevorzugt kommunikativ mit den beiden Subsystemen 110, 115 verbunden ist.
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Das erste Subsystem 110 umfasst eine erste Verarbeitungseinrichtung 130 sowie bevorzugt einen ersten Datenspeicher 135, der eine erste Karte 140 umfasst, bezüglich der eine erste Route 145 bestimmt ist. Das zweite Subsystem 115 umfasst eine zweite Verarbeitungseinrichtung 150 sowie bevorzugt einen zweiten Datenspeicher 155, der eine zweite Karte 160 umfasst, bezüglich der eine zweite Route 165 bestimmt ist. Die Karten 140, 160 unterscheiden sich üblicherweise leicht. Beispielsweise können die Karten 140, 160 von verschiedenen Herstellern bereitgestellt sein und unterschiedliche Informationen umfassen. So können beispielsweise Straßen einer niedrigen Straßenkategorie, Streckenverbote oder Verkehrsinformationen in nur einer der Karten 140, 160 vorgesehen sein. Absolute Lagen oder Ausprägungen von Landmarken oder Verkehrsknotenpunkten können voneinander abweichen.
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Um eine Route 145, 165 zwischen den Subsystemen 110, 115 zu übertragen wird vorgeschlagen, die Vorrichtung 120 dazu einzurichten, eine Umwandlung mittels eines Trace Matchers durchzuführen, insbesondere auf der Basis eines Hidden Markov Modells. Soll beispielsweise die erste Route 145 bezüglich einer vorbestimmten zweiten Route 165 bestimmt werden, so können Punkte der zweiten Route 165 beobachtete Zustände und Punkte der ersten Route 145 verborgene Zustände für das Markov Modell darstellen.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Bestimmen einer ersten Route 145 auf einer ersten Karte 140 auf der Basis einer zweiten Route 165 auf einer zweiten Karte 160. Die zweite Route 165 kann beispielsweise durch einen Benutzer vorgegeben oder mittels eines Applikationsprogramms bezüglich der zweiten Karte 160 bestimmt worden sein. In einem Schritt 205 wird die zweite Route 165 bestimmt. In einem Schritt 210 können Punkte bestimmt werden, die von der zweiten Route 165 umfasst sind. Dazu können bevorzugt Punkte gewählt werden, an denen die zweite Route 165 bezüglich der zweiten Karte 160 mehrdeutig ist, wo es also mehrere verschiedene Möglichkeiten gibt, die zweite Route 165 fortzuführen. Beispielsweise kann ein Punkt im Bereich einer Abbiegung, einer Kreuzung oder eines Kreisverkehrs bestimmt werden.
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In einem Schritt 215 können zu jedem der bestimmten Punkte der zweiten Route 165 einer oder mehrere Punktkandidaten für korrespondierende Punkte auf der ersten Karte 140 bestimmt werden. Die Punktkandidaten können innerhalb einer vorbestimmten Distanz von den Punkten der zweiten Route 165 gesucht werden und beispielsweise ebenfalls Orte bezeichnen, an denen eine Auswahlmöglichkeit für ein Fortführen einer Route besteht.
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In einem Schritt 220 kann für jeden bestimmten Punktkandidaten eine Wahrscheinlichkeit bestimmt werden, mit welcher der Punktkandidat zum Punkt der zweiten Route 165 korrespondiert. Dazu kann eine Zustandswahrscheinlichkeit bestimmt werden, die mittels einer ersten vorbestimmten Wahrscheinlichkeitsfunktion bezüglich einer geometrischen Distanz des Punktkandidaten zum Punkt der zweiten Route 165 bestimmt werden kann. Die erste Wahrscheinlichkeitsfunktion kann beispielsweise eine Normalverteilung umfassen. In einer Ausführungsform ist die erste Wahrscheinlichkeitsfunktion auf der Basis einer bestimmten Abweichung der ersten Karte 140 von der zweiten Karte 160 angepasst sein.
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Außerdem kann eine Übergangswahrscheinlichkeit bestimmt werden, mit der zwei aufeinander folgende Punktkandidaten auf der ersten Karte 140 zu zwei aufeinander folgenden Punkten auf der zweiten Karte 160 korrespondieren. Die Übergangswahrscheinlichkeit kann mittels einer zweiten vorbestimmten Wahrscheinlichkeitsfunktion, die eine Exponentialverteilung umfassen kann, bestimmt werden. Die Übergangswahrscheinlichkeit kann mittels der zweiten Wahrscheinlichkeitsfunktion bezüglich einer Differenz aus einer geometrischen Distanz zwischen zwei Punktkandidaten und einer auf einem vorbestimmten Wegenetz der ersten Karte 140 erreichbaren kürzesten Distanz zwischen den zweiten Punkten bestimmt werden.
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In einem Schritt 225 kann die erste Route 145 auf der Basis der bewerteten Punktkandidaten bestimmt werden. Zur Bestimmung einer Wahrscheinlichkeit, mit der eine erste Route 145 aus Punktkandidaten zur vorbestimmten zweiten Route 165 korrespondiert, können Wahrscheinlichkeiten, die den Punktkandidaten oder Übergängen zwischen ihnen zugeordnet wurden, miteinander multipliziert werden. Eine Route, deren solchermaßen bestimmte Wahrscheinlichkeit maximal ist, kann als erste Route 145 bestimmt werden.
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3 zeigt im oberen Bereich eine beispielhafte erste Route 145, die auf der Basis einer im unteren Bereich dargestellten beispielhaften zweiten Route 165 bestimmt werden soll. Die zweite Route 165 umfasst einen beispielhaften zweiten Punkt 305, der auf der zweiten Route 165 zwischen zwei weiteren Punkten liegt.
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Für einen zum zweiten Punkt 305 korrespondierenden ersten Punkt 310 kommen hier beispielhaft drei Punktkandidaten 310.1, 310.2 und 310.3 in Frage.
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Eine Zustandswahrscheinlichkeit eines Punktkandidaten 310.1, 310.2, 310.3 kann bestimmt werden, indem eine geometrische Distanz des Punktkandidaten 310.1, 310.2, 310.3 jeweils zum ersten Punkt 305 in eine vorbestimmte erste Wahrscheinlichkeitsfunktion eingesetzt wird.
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Außerdem kann für einen Punktkandidaten 310.1, 310.2, 310.3 eine Übergangswahrscheinlichkeit zu einem Punkt bestimmt werden, der ihm in der ersten Route 145 nachfolgt.
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Beispielhaft soll eine Übergangswahrscheinlichkeit zwischen dem Punktkandidaten 310.3 und einem ihm möglicherweise folgenden Punktkandidaten 310.4 bestimmt werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Punktkandidat 310.3 zu einem Punkt 305 und der Punktkandidat 310.4 zu einem Punkt 305 auf der zweiten Route 165 korrespondiert.
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Zunächst kann eine erste geometrische Distanz bestimmt werden, die eine erreichbare kürzeste Distanz zwischen den Punkten 305 und 305.2 auf der ersten Karte 140 bezeichnet. Die erste geometrische Distanz wird bezüglich eines Straßennetzes bestimmt, das bezüglich der ersten Karte 140 definiert ist.
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Ferner kann eine zweite geometrische Distanz bestimmt werden, die zwischen den beiden in der ersten Route 145 aufeinander folgenden Punktkandidaten 310.3 und 310.4 liegt.
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Eine Differenz zwischen der ersten und der zweiten Distanz kann dann mittels einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeitsfunktion, beispielsweise einer Exponentialverteilung, in eine Übergangswahrscheinlichkeit umgerechnet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fahrzeug
- 105
- System
- 110
- erstes Subsystem (Interaktionssystem)
- 115
- zweites Subsystem (Navigationssystem)
- 120
- Bus
- 125
- Vorrichtung
- 130
- erste Verarbeitungseinrichtung
- 135
- erster Datenspeicher
- 140
- erste Karte
- 145
- erste Route
- 150
- zweite Verarbeitungseinrichtung
- 155
- zweiter Datenspeicher
- 160
- zweite Karte
- 165
- zweite Route
- 200
- Verfahren
- 205
- zweite Route bestimmen
- 210
- zweite Punkte bestimmen
- 215
- Kandidaten für erste Punkte bestimmen
- 220
- Wahrscheinlichkeiten für Kandidaten bestimmen
- 225
- erste Route mit höchster Wahrscheinlichkeit bestimmen
- 305
- zweiter Punkt
- 310
- erster Punkt
- 310.1
- Punktkandidat für den ersten Punkt
- 310.2
- Punktkandidat für den ersten Punkt
- 310.3
- Punktkandidat für den ersten Punkt
- 310.4
- Punktkandidat für den ersten Punkt
