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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fernroutenberechnung und Navigation mit
automatischer Routenermittlung und Überwachung zur Reduktion der
Navigationsdatenübertragung von Navigationszentren und zur Erhöhung der
Navigationsgenauigkeit bei zeitlich schneller Reaktion auf Routenabweichungen zur
Steigerung der Navigationsgenauigkeit.
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Infolge der Zunahme der Freizeit und der Zunahme des Besitzes von Fahrzeugen
wünschen viele Menschen lange Wege zu fernen Erholungsorten zu fahren, um dort
lange Wochenenden oder Urlaub zu verbringen. Komplizierte Straßensysteme
ergeben bei Fahrzeuglenkern, welche die Reiserouten nicht gut kennen, ärgerliche
Probleme. Um Fahrzeuglenkern zu helfen, diese Unannehmlichkeiten zu lindern,
wurden eine Vielzahl Navigationssysteme entwickelt und auf dem Markt eingeführt.
Bei vielen dieser bekannten Navigationssysteme ist es erforderlich, daß die Benutzer
(Menschen oder Fahrzeuge) ein Terminal mitführen, das elektronische Landkarten
und Navigations-Software zur Berechnung von Reiserouten sowie eine Global
Positioning System (GPS)-Vorrichtung zur Bestimmung des Eigenortes beinhalten.
Die Benutzer müssen im voraus das Reiseziel auf der elektronischen Landkarte
bestimmen und mittels der Straßendaten in der elektronischen Landkarte eine
Reiseroute berechnen, die mit der elektronischen Landkarte an der
Anzeigevorrichtung angezeigt wird. Die Benutzer können der Route folgen und zum
Zielort fahren. Diese Navigationsfunktion ermöglicht eine Navigation, wobei jedoch
noch die folgenden Mängel zu beseitigen sind:
- 1. Die Benutzer müssen zum Kauf entsprechender Computer, elektronischer
Landkarten und Betriebssysteme viel Geld ausgeben.
- 2. Die Eingabe der Zielorte ist schwierig und zeitaufwendig. Menschen haben
oftmals Schwierigkeiten, Papier-Landkarten zu lesen. Noch schwieriger ist es,
elektronische Landkarten auf Computern in Fahrzeugen ohne
Eingabeeinrichtungen wie Tastaturen und Computermouse zu lesen.
- 3. Die Aktualisierung, d. h. das Update von Straßenänderungen ist bei
elektronischen Landkarten schwierig. Die meisten elektronischen Landkarten
sind auf optischen Disks gespeichert. Die Benutzer müssen wiederholt neue oder
aktualisierte Versionen kaufen, um die korrekten und aktualisierten
Straßenzustände zu besitzen.
- 4. Routenberechnungen können in unsensiblen oder nicht verwendbaren Ausgaben
resultieren, wobei es den Benutzern im allgemeinen nicht erlaubt oder möglich
ist, die Probleme zu bestimmen.
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Infolge der oben beschriebenen Mängel können die Menschen für elektronische
Navigationssysteme viel Geld ausgeben, ohne die gewünschten Annehmlichkeiten zu
erzielen. Um die oben genannten Mängel zu beseitigen, hat der Anmelder eine
Technik vorgeschlagen, die ein Informationszentrum verwendet, das mit der
verwendeten Navigationsanlage gekoppelt ist, um ein unmittelbar wirkendes
bequemes Navigationssystem zu schaffen, wie es in der deutschen Patentanmeldung
101 23 658.1 beschrieben ist. Ein Großteil der Navigationsbearbeitung wird bei
diesem Navigationssystem im Navigationszentrum durchgeführt. Um während der
Fahrt Routenabweichungen zu verhindern, werden auch die Daten von
Nachbarrouten eingegeben und zur verwendeten Navigationsanlage übertragen,
wenn das Navigationszentrum Navigationsrouten überträgt.
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Daraus resultiert, daß das Volumen der übertragenen Daten sehr groß ist. Außerdem
ist die Servicezeit im Navigationszentrum für die von den Benutzern benötigte
Navigation sehr lang. Der Kommunikationsaufwand geht in die Höhe und wird zu
einer riesigen Belastung. Außerdem sind noch weitere Navigationsinformationen
erforderlich. Diesbezüglich wird auf die genannte deutsche Patentanmeldung 101 23 658.1
und auf die WO 9845823 Bezug genommen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Fernroutenberechnung
und Navigation mit automatischer Routenermittlung und Überwachung zu schaffen,
wobei die Navigationsdatenübertragung reduziert und die Navigationsgenauigkeit
erhöht ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erfordert jede
Navigationsroutenübertragung nur die Übertragung einer gewünschten Route. Eine
weitere Verarbeitung zum Überschreiben von Routenabweichungen wird nur
durchgeführt, wenn Abweichungen von der Route zwischen zwei festen Punkten
größer sind als eine lineare Abweichungsgrenze. Dadurch kann die
Datenübertragung reduziert werden, um die Servicezeit im Navigationszentrum
wirksam zu erniedrigen, wobei die die Navigation verwendenden Benutzer
Kommunikationskosten sparen können.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den
Zeichnungen.
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Es zeigen:
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Fig. 1 eine Blockdiagrammdarstellung einer Ausbildung der Erfindung,
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Fig. 2 ein Systemblockdiagramm der Erfindung,
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Fig. 3A und 3B Prozeßflußdiagramme der Erfindung,
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Fig. 4 ein anderes erfindungsgemäßes Prozeßflußdiagramm,
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Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Route der Erfindung, und
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Fig. 6 eine andere schematische Ansicht einer Route der Erfindung.
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Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, weist das erfindungsgemäße
Fernroutenberechnungs- und Navigationssystem mindestens ein
Informationszentrum A und eine vom Benutzer zur Navigation erforderliche
Navigationsanlage B auf.
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Das Informationszentrum A weist mindestens einen Informationsprozessor auf, der
elektronische Landkarten und Navigationssoftware zur Routenberechnung
beinhaltet. Das Informationszentrum A weist außerdem eine Kommunikationsanlage
zur Übertragung und zum Empfang von Sprach- und Dateninformation auf.
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Die zur Navigation erforderliche Navigationsanlage B besteht aus einer Global
Positioning System (GPS)-Vorrichtung 1 und einer Kommunikationsvorrichtung 2.
Die GPS-Vorrichtung 1 dient zum Empfang von Satellitensignalen. Die
Kommunikationsvorrichtung 2 dient zur Verbindung und zur Kommunikation mit
dem Informationszentrum A mittels einer Duplexdatenübertragung. Die
Kommunikationsvorrichtung 2 enthält ein Mensch-Maschine-Interface 28, eine
Ausgabeeinheit 27, eine Dateneinheit 26, eine Mobiltelefonfreisprecheinheit 29,
einen Sprachsynthesizer 25, eine Längengrad- und Breitengrad-Vergleich- und
Recheneinheit 24, eine Kommunikationsprotokolleinheit 22, eine Speichereinheit 23,
eine Positionskalkulationseinheit 21 und eine Rundfunkkommunikationsanlage 3.
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Das Mensch-Maschine-Interface 28 ist ein Interface, das es Benutzern erlaubt,
Eingabedaten einzugeben. Es weist mindestens einen intelligenten Druckknopf auf.
Wird dieser von einem Benutzer gedrückt, so wird automatisch eine Verbindung mit
dem Informationszentrum A hergestellt, um Informationen zu übertragen und zu
empfangen. Hierbei kann es sich um eine Tastenkonsole, eine handgeschriebene
Eingabe, einen Berührungsbildschirm, ein Mikrofon o. dgl. handeln.
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Die Ausgabeeinheit 27 erlaubt es dem System, Führungsvorschläge und Nachrichten
schnell auszugeben. Hierbei kann es sich um einen Bildschirm oder um einen
Lautsprecher handeln.
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Die Dateneinheit 26 speichert Daten, die Informationen über Telefonnummern der
Zentrale, Datennetzwerkadressen und Informationen über die Zusammenarbeit mit
dem Informationszentrum A beinhaltet.
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Die Freisprecheinheit 29 ist mit einer Rundfunkkommunikationsanlage B verbunden,
so daß es Benutzern möglich ist, mit dem Informationszentrum A ein Gespräch zu
führen, ohne das Mobiltelefon halten zu müssen.
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Der Sprachsynthesizer 25 speichert Vorschläge für Fahrtrichtungen und
Straßenzustandsdaten, um diese mit Daten, die vom Informationszentrum A
heruntergeladen werden, zu koppeln. Der Sprachsynthesizer 25 ist außerdem dazu
vorgesehen, durch die Ausgabeeinheit Sprachnachrichten (wie "bitte an der nächsten
Kreuzung nach links fahren") auszugeben.
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Die Längengrad- und Breitengrad-Vergleichs- und Recheneinheit 24 empfängt von
der GPS-Vorrichtung 1 Signale und koppelt diese mit elektronischen Landkarten, die
vom Informationszentrum A heruntergeladen worden sind, um den Eigenort
anzuzeigen.
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Die Kommunikationsprotokolleinheit 22 speichert Protokolle und Codes (entzifferte
Codes), wie sie erfindungsgemäß erforderlich sind. Hierbei handelt es sich
beispielsweise um Kommunikationsprotokolle der
Rundfunkkommunikationsanlage, GPS-Signale kodierende Protokolle,
Datenübertragungsprotokolle usw.
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Die Speichereinheit 23 speichert Anzeigeinformationen, wie sie vom
Informationszentrum heruntergeladen werden, und Eingabedaten usw.
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Die Positionsrecheneinheit 21 empfängt zur endseitigen Benutzung Signale von der
GPS-Vorrichtung 1.
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Die Rundfunkkommunikationsanlage 3 ist eine Kommunikationsvorrichtung, die
zum Verbinden des Informationszentrums A mit einem Mobiltelefon, einer
elektrischen Rundfunkvorrichtung o. dgl. dient.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 3A, 3B und 4 werden die einzelnen Schritte des
Verarbeitungsprozesses beschrieben, nämlich:
- 1. Der Benutzer aktiviert das System mittels des Mensch-Maschine-Interfaces 28 der
Kommunikationsvorrichtung 2.
- 2. Die GPS-Vorrichtung 1 wird benutzt, um Satellitensignale zu empfangen, die
mittels der Positionskalkulationseinheit 21 in nutzbare Daten umgewandelt und
in der Speichereinheit 23 temporär gespeichert werden, und durch die
Längengrad- und Breitengrad-, Vergleichs- und Recheneinheit 24 wird die
Position berechnet und markiert.
- 3. Die Kommunikationsvorrichtung 2 stellt die Verbindung zum
Informationszentrum A her und überträgt Ortsdaten zurück zum
Informationszentrum A.
- 4. Der Benutzer informiert das Informationszentrum A mündlich über den
gewünschten Zielort (z. B. die mündliche Information: "Taipei city zoo" oder
"Kaoshiung Wufu Straße 1, Nr. 300" oder "der nächste McDonald").
- 5. Die elektronische Landkarte des Informationszentrums A zeigt den Ort des
Benutzers, die Richtung und die Koordinaten des Zielortes an.
- 6. Der Prozessor im Informationszentrum A berechnet geeignete Fahrrouten.
7. Es werden Fahrtrouten (einschließlich Abbiegungen, Straßenzustände,
Distanzinformationen) und Abweichungsgrenzen abgehört und in
Kommunikationsprotokollsignale umgewandelt und zum Benutzer übertragen.
- 7. Die Rundfunkkommunikationsanlage 3 in der Kommunikationsvorrichtung 2 des
Benutzers empfängt Informationen, die vom Informationszentrum A übertragen
werden und stellt fest, wenn alle Informationen empfangen worden sind. Ist das
der Fall, so wird die Verbindung zum Informationszentrum A unterbrochen.
- 8. Die empfangenen Kommunikationsprotokollsignale werden durch die
Kommunikationseinheit 22 dekodiert und in der Speichereinheit 23 temporär
gespeichert.
- 9. Die Längengrad- und Breitengrad-Vergleichs- und Recheneinheit 24 in der
Kommunikationsvorrichtung 2 vergleicht die vom Informationszentrum A
heruntergeladenen elektronischen Landkarten und die Koordinaten des
Eigenortes.
- 10. Die resultierenden Daten der Längengrad- und Breitengrad-Vergleichs- und
Recheneinheit 24 werden in den Sprachsynthesizer 25 eingegeben und durch die
Ausgabeeinheit 27 ausgegeben, um Nachrichten anzuzeigen (beispielsweise durch
einen Lautsprecher "Fahrt geradeaus, Fahrt zurück, nach links oder nach rechts
abbiegen nach einer bestimmten Wegstrecke", wobei diese Audionachrichten mit
einer optischen Anzeige mittels eines Bildschirms kombiniert sein können).
- 11. Wenn der Benutzer vorwärts fährt, empfängt die Längengrad- und Breitengrad-
Vergleichs- und Recheneinheit 24 in der Kommunikationsvorrichtung 2 konstant
Satellitensignale und vergleicht die Genauigkeit der Fahrtrichtung und bestimmt,
wenn die Abweichungsgrenzen überschritten werden. Wenn die Abweichung die
Abweichungsgrenzen nicht übersteigt, geht das Verfahren zurück zum
Verfahrensschritt 11, um den Benutzer weiterhin zum Zielort zu führen. Im
anderen Fall, d. h. wenn die Abweichung die Abweichungsgrenzen übersteigt,
geht das Verfahren zum Verfahrensschritt 14.
- 12. Die Sprachausgabe gibt an, daß der Zielort erreicht ist.
- 13. Die Kommunikationsvorrichtung 2 verbindet erneut mit dem
Informationszentrum A und überträgt Ortsdaten zurück zum
Informationszentrum A.
- 14. Das Informationszentrum A kennzeichnet erneut den Ort des Benutzers, die
Richtung und den Zielort auf der elektronischen Landkarte.
- 15. Der Prozessor im Informationszentrum A führt erneut Berechnungen durch, um
geeignete Fahrtrouten zu bestimmen.
- 16. Es erfolgt noch einmal eine Auflistung von Fahrtrouten (einschließlich
Abbiegungen, Straßenzustände, Abstandsinformationen) sowie
Abweichungsgrenzen und eine Abwandlung derselben in
Kommunikationsprotokollsignale, die zum Benutzer zurückübertragen werden.
- 17. Die Rundfunk- d. h. Radiokommunikationsanlage 3 in der
Kommunikationsvorrichtung 2 des Benutzers empfängt die erneut erzeugten
Kalkulationsdaten, wie sie vom Informationszentrum A übertragen werden und
stellt fest, wenn alle Informationen empfangen worden sind. Wenn das der Fall
ist, wird die Verbindung zum Informationszentrum A unterbrochen.
- 18. Die empfangenen Kommunikationsprotokollsignale werden durch die
Kommunikationsprotokolleinheit 22 dekodiert und in der Speichereinheit 23
temporär gespeichert.
- 19. Die Längengrad- und Breitengrad-Vergleichs- und Recheneinheit 24 in der
Kommunikationsvorrichtung 2 vergleicht die vom Informationszentrum A
heruntergeladenen elektronischen Landkarten und die Koordinaten des
Eigenortes.
- 20. Die resultierenden Daten von der Längengrad- und Breitengrad-Vergleichs- und
Recheneinheit 24 werden in den Sprachsynthesizer 25 eingegeben und durch die
Ausgabeeinheit 27 in Form entsprechender Nachrichten ausgegeben (dabei kann
es sich um Sprachinformationen wie "Fahrt vorwärts, rückwärts, Abbiegen nach
links oder nach rechts nach einer bestimmten Fahrtstrecke" oder um eine optische
Anzeige mittels eines Bildschirms handeln).
- 21. Wenn der Benutzer vorwärts fährt, empfängt die Längengrad- und Breitengrad-
Vergleichs- und Recheneinheit 24 in der Kommunikationsvorrichtung 2 konstant
Satellitensignale und vergleicht die Genauigkeit der Fahrtrichtung und bestimmt,
wenn Abweichungsgrenzen überschritten werden. Wenn die Abweichung die
Abweichungsgrenze nicht übersteigt, geht das Verfahren zurück zum
Verfahrensschritt 21, um den Benutzer kontinuierlich zum Zielort zu leiten. Im
umgekehrten Falle, d. h. wenn die Abweichung die Abweichungsgrenze
übersteigt, geht das Verfahren zurück zum Verfahrensschritt 14.
- 22. Die Sprachausgabe zeigt an, daß der Zielort erreicht ist.
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Mit Hilfe des Systemprozeßflusses, wie er oben beschrieben ist, braucht der Benutzer
nur einen Druckknopf zu drücken und den Zielort anzusagen, wonach die
Navigation vollkommen ausgeführt wird. Außerdem kann das Informationszentrum,
da die Fahrtrouten durch das Informationszentrum geliefert werden, konstant die
Fahrtrouten abändern bzw. verbessern, um verschiedene alternative Fahrtrouten
anzugeben, die auf sich ändernden Straßenzuständen (wie Verkehrsstau,
Straßenblockierung, Fahrzeugunfall o. dgl.) basieren: Die Fahrtrouten des jeweiligen
Benutzers können auch Abweichungen, wie sie durch Unfälle oder durch falsche
Beurteilung möglich sind, berücksichtigen. Die Erfindung liefert die passenden
Näherungen zur Bestimmung einer solchen Situation und macht zeitlich passende
Neueinstellungen.
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Fig. 5 verdeutlicht eine Straßenskizze, wobei die Fahrtroute zwei feste Punkte
aufweist, die durch eine gerade Linie des Abstandes a miteinander verbunden sind.
Die geplante Fahrtroute weist einen äußersten Punkt auf, der eine zweite geradlinige
Distanz d von der ersten geraden Linie besitzt. d bildet die lineare
Abweichungsgrenze L. Für den Fall, daß die Fahrtroute eine Abweichung d besitzt,
die größer ist als die lineare Abweichungsgrenze L, ist die Fahrtroute abgewichen.
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Die zweite Näherung benutzt die geradlinige Distanz a zwischen zwei festen Punkten
als Basis zur Berechnung eines Dreiecks a b c in Annäherung an die geplante
Fahrtroute, wobei das Ergebnis des Verhältnisses (b + c)/a den vorgegebenen Wert
L bildet, der als die lineare Abweichungsgrenze verwendet wird. Wenn der
tatsächlich berechnete Wert L' größer ist als L, bedeutet das, daß die Fahrtroute
abgewichen ist. Wenn die Anzahl der kartierten und berechneten Dreiecke zunimmt,
so ähneln die Seiten b c der Dreiecke immer enger der geplanten Fahrtroute, so daß
die Abweichungsberechnungen immer genauer werden.
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Wird entweder die erste oder die zweite Näherungsrechnung durchgeführt, so sendet
die zur Navigation erforderliche Anlage automatisch Signale und überträgt diese zum
Navigationszentrum zurück, wenn die Fahrzeugposition von der eingestellten
Navigationsroute abweicht. Basierend auf der laufenden Fahrzeugposition führt das
Navigationszentrum erneut Routenfeststellprozesse durch. Die
Rückübertragungssignale können einen Routenidentifikationscode enthalten, um
dem Navigationszentrum einen Vergleich mit Originaldaten zu ermöglichen. Die
Rückübertragungssignale können auch Koordinaten des Zielortes und den laufenden
Fahrzeugort für das Navigationszentrum enthalten, um erneut eine Berechnung der
eingestellten neuen Route durchzuführen.
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Fig. 6 verdeutlicht, daß ein zusätzlicher Festpunkt S an einem ausgewählten Ort auf
der Fahrtroute gesetzt werden kann, um die original einteilige Fahrtroute in zwei
Routenabschnitte zu unterteilen, wenn die Navigationsabweichungsgrenze zu groß
ist, und dann die neue lineare Abweichungsgrenze festzulegen.
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Gemäß der oben beschriebenen Ausbildung kann die Erfindung erneut eine
Routenabweichungsverarbeitung durchführen, wenn die Fahrtroute des die
Navigation verwendenden Benutzers Abweichungen aufweist, wobei das
Datenübertragungsvolumen reduziert und die Servicezeit im Navigationszentrum
erniedrigt ist. Die Kommunikationskosten für den die Navigation verwendenden
Benutzer können ebenfalls reduziert sein.