-
Die
Erfindung betrifft ein Navigationsverfahren für ein kartengestütztes Navigationssystem
in Fahrzeugen gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Kartengestützte Navigationssysteme
zur Navigation von Kraftfahrzeugen mit einem Navigations-Satellitenempfänger zur
Bestimmung einer Ist-Position, die innerhalb eines Toleranzbereichs
auf einer Karte in einem digitalen Kartenspeicher auf einem Verkehrsweg
abgebildet wird, sind seit längerem
bekannt. Hierzu und zur Navigation ist eine Recheneinheit vorgesehen.
Die satellitengestützte
Ortung erfolgt z.B. mit Hilfe des Global-Positioning-Systems (GPS),
des Global Navigation Satellite Systems (GLONASS) usw. und ist abhängig von
der Empfangsqualität.
Bei einer Störung
der Satelliten-Navigation, z.B. während einer Tunnelfahrt oder
aufgrund von Empfangsproblemen des Satelliten-Navigationssystems,
kann keine korrekte Ortung vorgenommen werden.
-
Aus
diesem Grunde werden neben den Signalen des Satelliten-Navigationssystems
auch noch andere Signale, wie Tachosignale oder Gyro-Drehraten von
der Recheneinheit verarbeitet und mit Kartendaten verknüpft, um
die wahrscheinlichste Position auf der Karte zu ermitteln. Ein derartiges
sogenanntes Map-Matching-Verfahren, wie es beispielsweise aus der
EP 0 166 547 B1 hervorgeht,
wird auch dazu genutzt, die Sensoren zum Empfangen der Satellitensignale
selbst zu kalibrieren.
-
Die
Verwendung von Inertialsensoren, von Gyrometern und dergleichen
ist nachteiligerweise mit höheren
Kosten verbunden. Zudem ist hierdurch ein nachträglicher Einbau eines derartigen
Navigationssystems in einem Kraftfahrzeug relativ aufwendig.
-
Aus
der
DE 101 03 866
A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem auf ein kostenintensives
Gyrometer verzichtet wird. Bei diesem Navigationsverfahren wird
davon ausgegangen, daß der
Fahrer die vorgegebene Route nicht verläßt, so daß die fehlende Richtungsinformation
aus der Karte entnommen werden kann. Hierzu wird die zurückgelegte
Wegstrecke aus dem Tachometersignal des Kraftfahrzeugs zur Weiterverfolgung
des Standorts des Kraftfahrzeugs bestimmt. Dieses Verfahren erlaubt
zwar die Weiterverfolgung des Standorts des Fahrzeugs lediglich
mit Hilfe des in jedem Fahrzeug vorhandenen Tachosignals. Problematisch
ist jedoch, daß während einer solchen
Störung
keine Falschfahrten erkannt werden können.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Navigationsverfahren
der eingangs beschriebenen Art dahingehend weiterzubilden, daß im Falle
von Empfangsproblemen der Signale der Satelliten-Navigation erkannt
werden kann, ob ein Nutzer der vorgegebenen Route gefolgt oder bereits
von dieser abgewichen ist. Nach Erkennen einer Abweichung von der
vorgegebenen Route sollen darauffolgende falsche Fahranweisungen
des Navigationssystems unterdrückt
werden.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Navigationsverfahrens
sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Die
Grundidee des erfindungsgemäßen Navigationsverfahrens
besteht darin, die Komplexität von
Kreuzungstopologien und/oder die Komplexität der von dem Navigationssystem
ausgegebenen Fahranweisungen für
die Entscheidung heranzuziehen, ob ein Fahrer der vorgeschlagenen
Route gefolgt ist oder nicht. Die Erfindung macht sich dabei zunutze,
daß je
häufiger
Kreuzungen auftreten, über die
der Nutzer hinwegfahren muß,
und je komplizierter diese sind, desto wahrscheinlicher es ist,
daß er sich
verfahren hat. Hierzu wird wenigstens einem Teil der Standorte auf
dem Verkehrsweg wenigstens eine Wahrscheinlichkeit für das Verlassen
einer von dem Navigationssystem vorgegebenen Route zugeordnet, und
es erfolgt die weitere Zielführung
abhängig vom
Vergleich dieser Wahrscheinlichkeit mit einem vorgebbaren Schwellenwert.
-
Die
Wahrscheinlichkeit für
das Verlassen der vorgegebenen Route hängt dabei von einer oder mehreren
der folgenden Größen ab:
Komplexität
der Kartendaten, Komplexität
der von dem Navigationssystem ausgegebenen Fahranweisungen, Betriebszeit
des Navigationssystems, zurückgelegte
Wegstrecke.
-
Vorzugsweise
variiert die Wahrscheinlichkeit zwischen dem Wert 0 und dem Wert
1, wobei der Wert 1 einer Wahrscheinlichkeit für das Verlassen der vorgegebenen
Route von 0% und der Wert 0 einer Wahrscheinlichkeit für das Verlassen
der vorgegebenen Route von 100% entsprechen.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist vorgesehen, daß bei
einer Störung
oder einem Ausfall oder einem unplausiblen Ergebnis der Satellitennavigation
einer aktuellen Position des Fahrzeugs eine Anfangswahrscheinlichkeit
zugeordnet wird, deren Wert um standortgebundene Verringerungsfaktoren
verringert wird. Vorzugsweise wird der Anfangswahrscheinlichkeit
der Wert 1 zugeordnet. Hierbei wird davon ausgegangen, daß das Fahrzeug
im Falle des Auftretens einer solchen Störung dem vorgegebenen Fahrweg
folgt.
-
Eine
andere vorteilhafte Ausführungsform sieht
bei einer Störung
oder einem Ausfall oder bei einem unplausiblen Ergebnis der Satelliten-Navigation vor,
einer aktuellen Position des Fahrzeugs eine Anfangswahrscheinlichkeit
zuzuordnen, die dem an dieser Position ermittelten Wahrscheinlichkeitswert
eines Map-Matching-Verfahrens, wie es beispielsweise aus der
EP 0 166 547 B1 hervorgeht,
entspricht.
-
Der
Wert der Verringerungsfaktoren wird abhängig von der Komplexität einer
von dem Navigationssystem ausgegebenen Fahranweisung und/oder der
Komplexität
der Kartendaten und/oder der Betriebszeit des Navigationssystems
und/oder zurückgelegte
Wegstrecke gewählt.
So wird beispielsweise der Verringerungsfaktor größer gewählt im Falle
einer komplexen Fahranweisung, z.B. bei einem Kreisverkehr, bei
scharfem Abbiegen oder auf Autobahnschleifen. Er wird kleiner gewählt bei
einfachen Fahranweisungen, z.B. bei einem rechts abbiegen ohne Seitenstraßen oder
bei Autobahnausfahrten. Er wird zudem bei komplexen Kartendaten
größer gewählt als
bei einfachen Kartendaten, da davon auszugehen ist, daß bei komplexen
Kartendaten, beispielsweise bei einer sehr komplizierten Kreuzung,
die viele Falschfahrmöglichkeiten
bieten, eine größere Fehlerwahrscheinlichkeit
anzunehmen ist als bei einfachen Kartendaten, wenn beispielsweise
nur rechts abgebogen werden kann. Darüber hinaus muß der Verringerungsfaktor
groß gewählt werden
bei einem mit dem Navigationssystem unerfahrenen Fahrer. Hierzu wird
die Betriebszeit und/oder die zurückgelegte Wegstrecke des Navigationssystems
bei jeder Benutzung gespeichert. Je größer die Betriebszeit und/oder
die zurückgelegte
Wegstrecke des Navigationssystems ist, desto kleiner wird der Verringerungsfaktor
gewählt,
da in diesem Falle davon ausgegangen werden kann, daß ein Fahrer
mit dem Navigationssystem vertraut ist und sich somit seltener verfährt und
umgekehrt.
-
Bei
einer anderen vorteilhaften Ausführungsform
ist vorgesehen, daß der
Fahrer den Standort bestimmt und an diesem Standort eine Anfangswahrscheinlichkeit
vorgibt.
-
Die
Bestimmung des Standorts kann dabei durch Auswahl eines Straßennamens
aus einer von dem Navigationssystem vorgegebenen Liste von Straßennamen
erfolgen.
-
Zeichnung
-
Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden
Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
In der Zeichnung zeigen:
-
1 schematisch
ein Blockdiagramm eines aus dem Stand der Technik bekannten Satelliten-Navigationssystems;
-
2 eine
Skizze des Navigationsverfahrens anhand eines von einem Fahrzeug
zurückgelegten
Verkehrswegs.
-
Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
-
Ein
aus dem Stand der Technik bekanntes Ausführungsbeispiel eines kartengestützten Navigationssystems 1,
dargestellt in 1, weist einen Navigations-Satellitenempfänger 2,
einen digitalen Kartenspeicher 3 und einen Anschluß für ein Tachometersignal 4,
der praktisch in allen Kraftfahrzeugen verfügbar ist, auf. Kern des Navigationssystems 1 ist eine
Navigationsplattform 5 mit einer Recheneinheit 6 und
einer nicht dargestellten Eingabeeinheit. Weiterhin ist in bekannter
Weise ein Display 7 als Ausgabeeinheit zur Darstellung
eines Kartenausschnittes, der aktuellen Fahrzeugposition und einer
empfohlenen Fahrtroute vorgesehen. Zusätzlich kann das Navigationssystem 1 auch
noch mit einem Lautsprecher 8 zur akustischen Ausgabe von
Fahrempfehlungen ausgerüstet
sein. Dem Navigationssystem 1 kann optional noch ein in
einem Kraftfahrzeug verfügbares Rückfahrlichtsignal
zugeführt
werden.
-
Die
Navigationsplattform 5 und die Recheneinheit 6 sind
so ausgebildet, daß die
Ist-Position des Kraftfahrzeuges
grundsätzlich
durch Satelliten-Navigation mit dem Navigations-Satellitenempfänger 2 bestimmt
wird. Der Navigations-Satellitenempfänger 2 kann z.B. ein
GPS-Empfänger
(Global-Positioning-System) ein GLONASS-Empfänger oder ähnliches sein. Sofern die Empfangsqualität ausreichend ist,
ermöglichen
derartige Systeme die Bestimmung einer Ist-Position innerhalb eines
bestimmten Toleranzbereiches. Die Navigationsplattform 5 ist
daher so ausgebildet, daß sie
einen möglichen
Standort des Kraftfahrzeuges durch Projektion der Ist-Position und
des Toleranzbereiches auf in der digitalen Karte verzeichnete Verkehrswege
bestimmt. Der tatsächliche
Verkehrsweg des Kraftfahrzeuges kann durch Plausibilitätsprüfung bestimmt
werden, wobei der Fahrweg des Kraftfahrzeugs durch zeitlich aufeinanderfolgende
Ermittlung der Ist-Position festgestellt wird.
-
Wenn
nun die Satelliten-Navigation gestört ist, z.B. weil das Fahrzeug
in einen Tunnel einfährt,
in dem kein Satellitenempfang möglich
ist, wird der Standort des Fahrzeugs durch Messung der zurückgelegten
Strecke anhand des Tachosignals 4 weiterverfolgt. Hierzu
wird die Position des Kraftfahrzeugs ausgehend von dem zuletzt ermittelten
Standort auf der vom Navigationssystem 1 empfohlenen Fahrtroute
mit Hilfe der digitalen Karte verfolgt, indem die zurückgelegte
Wegstrecke aufgetragen wird. Als Kartenspeicher 3 für die digitale
Karte kann z.B. eine Compact-Disc (CD) oder eine Digital-Versatile-Disc (DVD)
in bekannter Weise verwendet werden. Die digitale Karte kann aber
auch von einem Provider über eine
mobile Datenverbindung (z.B. GSM, GPRS, UMTS) übertragen werden. Die Navigationsplattform 5 ist
zudem so ausgebildet und programmiert, daß eine optionale Kartendarstellung
und eine optische Fahrtroutenempfehlung sowie gegebenenfalls weitere
Zusatzinformationen auf dem Display 7 angezeigt werden.
Die Navigationsplattform 5 kann zudem eine Sprachausgabeeinheit 10 zur
Ausgabe von akustischen Fahrtroutenempfehlungen über den Lautsprecher 8 aufweisen.
Als Zusatzinformation zur Weiterverfolgung der möglichen Fahrzeugposition auf
der digitalen Karte kann neben der zurückgelegten Wegstrecke die Fahrtrichtung
aus dem verfügbaren
Rückfahrlichtsignal 9 des
Kraftfahrzeugs verwendet werden.
-
Das
erfindungsgemäße Navigationsverfahren
soll nachfolgend in Verbindung mit der in 2 dargestellten
Skizze näher
erläutert
werden. Die Skizze zeigt eine Fahrtroute eines Fahrzeugs. Die Erfindung
geht davon aus, daß ein
Falschfahren an schwierigen, unübersichtlichen
Kreuzungen, z.B. in einem Kreisverkehr, bei einem scharfen Abbiegen oder
bei Autobahnschleifen wahrscheinlicher ist als an einfachen übersichtlichen
Kreuzungen, z.B. beim rechts abbiegen ohne Seitenstraßen oder
einfachen Autobahnausfahrten. Das erfindungsgemäße Verfahren setzt in dem Moment
ein, in dem keine ausreichende Sensor-, d.h. Positionsinformation
vom Navigations-Satellitenempfänger 2 des
Navigationssystems mehr geliefert werden kann, z.B. bei Beginn einer
GPS-Lücke
oder bei Unterschreiten einer Qualitätsgrenze. Dabei wird einer
Position eine Wahrscheinlichkeit für das Verlassen der vorgeschriebenen
Fahrtroute pE zugeordnet, die eine Aussage
darüber
zuläßt, ob sich
der Fahrer noch auf der Route befindet oder nicht. Die Wahrscheinlichkeit
pE kann dabei z.B. Werte zwischen 0 und
1 annehmen, wobei der Wert 1 für
eine 0%-ige Wahrscheinlichkeit für
das Verlassen der Route steht, wohingegen der Wert 0 eine 100%-ige
Wahrscheinlichkeit für
das Verlassen der Route bedeuten.
-
Es
wird nun eine Grenze pL vorgegeben, die einer
Wahrscheinlichkeit von 100% für
das Verlassen der Route entspricht. Immer wenn die positionsbezogene
Wahrscheinlichkeit pE kleiner ist als dieser Schwellenwert
oder diese Grenze pL wird angenommen, daß der Fahrer
die Route verlassen hat.
-
Die
Wahrscheinlichkeit p
E wird zum Zeitpunkt des
Ausfalles der von dem Navigations-Satellitenempfänger
2 empfangenen
Positionsinformation (in
2 als t = 0 bezeichnet) auf
den Wert 1 gesetzt, sofern sich das Fahrzeug zu diesem Zeitpunkt
auf der Route befand, wovon für
das folgende Beispiel ausgegangen wird. Als Alternative kann auch
vorgesehen sein, daß der
Anfangswahrscheinlichkeit im Falle einer solchen Störung oder bei
einem Ausfall des Navigationssystems oder das Ergebnis der Satelliten-Navigation
unplausibel ist der tatsächliche Wahrscheinlichkeitswert
eines Map-Matching-Verfahrens, wie es beispielsweise aus der
EP 0 166 547 B1 ,
auf die vorliegend Bezug genommen wird, hervorgeht, zugeordnet wird.
-
Die
Position wird nun allein mittels des Tachosignals entlang der Route
weitergeführt,
wie in der
DE 101
03 866 A1 , auf die vorliegend Bezug genommen wird, beschrieben.
Jedesmal, wenn das Fahrzeug nun eine Kreuzung passiert, wird der
Wert der positionsbezogenen Wahrscheinlichkeit p
E verringert.
Die Verringerung des Wertes hängt
dabei von der Komplexität
der Kreuzung ab. Im einfachsten Fall kann die Verringerung auch
ein fixer Wert sein, was gewissermaßen einem Kreuzungszähler gleichkommt.
-
Sobald
der Wert der Wahrscheinlichkeit pE den Schwellenwert
pL unterschritten hat, wird angenommen,
daß das
Fahrzeug die vorgegebene Route verlassen hat. Ab diesem Zeitpunkt
erfolgen keine Fahranweisungen mehr, die jetzt als falsch angenommen
werden müssen.
-
Für die Verringerung
der Wahrscheinlichkeit werden Verringerungsfaktoren fi angenommen,
für die
mindestens eines der folgenden Kriterien berücksichtigt werden:
- – Komplexität einer
Fahranweisung: Je komplexer eine Fahranweisung ist, z.B. im Kreisverkehr,
bei scharfem Abbiegen oder bei Autobahnschleifen oder dergleichen,
desto größer wird
der Verringerungsfaktor gewählt.
Bei einfachen Fahranweisungen wird dagegen ein kleiner Verringerungsfaktor
gewählt.
- – Komplexität der Kartendaten:
Je komplexer die Kartentopographie ist, d.h. je mehr Falschfahrmöglichkeiten
eine Kreuzung bietet, desto größer wird
der Verringerungsfaktor gewählt
und umgekehrt.
- – Betriebszeit
des Navigationssystems: Je länger das
Navigationssystem betrieben wurde, d.h. je größer die (Gesamt-)Betriebszeit
ist, desto kleiner wird der Verringerungsfaktor gewählt, da
davon ausgegangen wird, daß ein
Fahrer dann geübter ist
im Umgang mit dem Navigationssystem.
- – Zurückgelegte
Strecke: Je weiter das Fahrzeug gefahren ist, desto größer wird
der Verringerungsfaktor gewählt.
-
Alternativ
kann auch vorgesehen sein, daß der
Fahrer dem Navigationssystem einen Standort mitteilt, für den die
Wahrscheinlichkeit pE dann auf 1 gesetzt
wird. Dabei werden beispielsweise die Straßennamen angeboten, die durch
das Verfolgen aller möglichen
Pfade während
dieser Phase aufgespannt worden sind. Dem Fahrer wird also eine
geringe Auswahl an möglichen
Standorten präsentiert.
-
Die
genannten Verringerungsfaktoren können einzeln oder kombiniert
miteinander verwendet werden. Für
eine automatisierte Berechnung wird die folgende Formel vorgeschlagen,
wobei fges eine Funktion aller Einzel-Verringerungsfaktoren
fi ist: pE(t
= n) = pE(t = n-1)·(1 – fges).
-
Ein
Ausführungsbeispiel
wird anhand der 2 nachfolgend detailliert erläutert. Es
wird davon ausgegangen, daß in
dem Moment t = 0 der GPS-Empfang aussetzt, so daß die Route nun anhand des
Wegsensors, d.h. des Tachosignals und des aus diesem bestimmten
zurückgelegten
Wegs bestimmt wird. Unter Ausnutzung der Straßenrichtung und der zurückgelegten
Wegstrecken wird kontinuierlich eine neue Position auf der aktuellen
Route bestimmt. Zum Zeitpunkt t = 0 wird dieser Position eine Fehlerwahrscheinlichkeit
pE = 1,0 zugeordnet. Der Grenze pL wird beispielsweise der Wert 0,1 zugeordnet.
Es wird beispielsweise angenommen, daß der Knoten 3 in 3 ein Kreisverkehr ist, der Knoten 7 entspricht
einem Abbiegen mit Seitenstraßen. Dem
Kreisel wird nun beispielsweise der Verringerungsfaktor fges,3 = 0,2 und dem Knoten 7 der
Verringerungsfaktor fges,7 = 0,15 zugewiesen.
-
Zum
Zeitpunkt t = 1 ist der Fahrer an dem Kreisel 3 vorbeigefahren.
Die Wahrscheinlichkeit, daß er
den Kreisel nicht richtig durchfahren hat, wurde mit 0,2 angenommen.
Die Wahrscheinlichkeit, daß der
Fahrer noch auf der richtigen Route fährt, beträgt demnach pE, t = 1 = pE, t = 0·fges,3 = 1,0·(1 – 0,2) = 0,8.
-
Zum
Zeitpunkt t = 2 ist der Fahrer an einer weiteren Kreuzung vorbeigefahren,
der Wert pE liegt unverändert bei 0,8.
-
Zum
Zeitpunkt t = 3 ist der Fahrer am Knoten 7 vorbeigefahren,
eine Rechtsabbiegestelle mit Seitenstraßen. Die Wahrscheinlichkeit,
daß er
das Rechtsabbiegen nicht richtig befolgt hat, wurde mit 0.15 angenommen.
Die Wahrscheinlichkeit, daß der Fahrer
noch auf der richtigen Route fährt,
beträgt demnach
pE,t=2 = pE,t=1·fges,7 = 0,8·(1 – 0,15) = 0,68.
-
Zum
Zeitpunkt t = 3 ist der Wert pE also größer als
pL, so daß angenommen wird, daß das Fahrzeug
noch auf der Route fährt.
Somit wird die Bestimmung der Fahrtroute anhand des Tachosignals
und der zurückgelegten
Wegstrecke weiter fortgeführt, bis
entweder pE kleiner als 0,1 ist, d.h. den
Wert pL angenommen hat, oder die GPS-Lücke nicht
mehr vorhanden ist.