DE4104351A1 - Im fahrzeug montiertes navigationssystem - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein im Fahrzeug montiertes Navigationssystem.

Im allgemeinen speichern im Fahrzeug montierte Navigationssysteme nach dem Stand der Technik Kartendaten auf einem Speichermedium, wie einem CD-ROM, und zeigen die Kartendaten auf einem im Fahrzeug angebrachten Bildschirm an, so daß während einer Reise mit dem Fahrzeug eine derzeitige Position und ein Fahrziel des Fahrzeuges auf Kartenbildern angezeigt werden können, die auf dem Bildschirm erscheinen.

Diese im Fahrzeug montierten Navigationssysteme machen es notwendig, daß eine Karteninformation in eine Datenbank übersetzt wird. Da die im Fahrzeug montierten Navigationssysteme nach dem Stand der Technik außerdem unabhängig sind und Daten eines im Fahrzeug montierten Entfernungssensors und eines Azimutsensors mit Kartendaten vergleichen, um die aktuelle Position eines Fahrzeugs zu bestimmen, benötigen sie genaue Kartendaten, um eine fehlerfreie, genaue Navigation zu erreichen. Für im Fahrzeug montierte Navigationssysteme nach dem Stand der Technik ist es daher entscheidend, wie viele tatsächliche Straßengeometrien präzise in eine Datenbank übersetzt werden.

Das Geographical Survey Institute des Bauministeriums verfolgt den Grundsatz, eine topographische Karte des ganzen Landes im Maßstab 1 : 25 000 als Grundlage für die Übersetzung in die Datenbank einmal oder öfter alle 5 Jahre zu korrigieren. Verschiedene Grundstücksverschiebungen und Straßenneubauten oder Straßenreparaturen führen allerdings zu kurzfristigen Änderungen der Straßengeometrien, so daß die nationale Karte diesen Änderungen nicht folgen kann, sie also viele Regionen enthält, die sogar 10 Jahre oder länger nicht berichtigt wurden.

Andererseits digitalisiert die Japan Digital Road Map Association etc. alle mindestens 2,50 m breiten Straßen in Japan, um Daten aller mindestens 2,50 m breiten Straßen in die Datenbank zu übersetzen. Es scheint allerdings, daß die Digitalisierung sich stark verzögert, die Pflege der Straßendatenbank sehr hoch sein wird und die vollständige Digitalisierung einen Zeitraum von 6 bis 10 Jahren einnehmen wird. Zusätzlich zu der Situation der Erstellung der Kartendatenbank gibt es ein Problem darin, daß die Kartendatenbank verschiedene Nachteile aufweist, so daß das im Fahrzeug montierte unabhängige Navigationssystem bei nicht-zugreifbaren Straßendaten einer Gegend oder einem Fehlen von Straßendaten ausfällt.

Um die Probleme zu lösen, hat die Anmelderin für die vorliegenden Erfindungen die japanischen Patentanmeldungen HEI. 1-65 648 und HEI. 1-1 49 357 eingereicht, die beide ein im Fahrzeug montiertes Navigationssystem beinhalten, das keine aus einer Datenbank stammenden Kartendaten benötigt. Dieses Navigationssystem entnimmt eine zu fahrende Route eines Fahrzeuges von einer Papierkarte und digitalisiert diese mit einem separaten Digitalisierer in Navigationsdaten, so daß es keine große Menge von Datenbank-Karteninformationen benötigt. Dieses im Fahrzeug montierte Navigationssystem hat die Nachteile des im Fahrzeug montierten, selbständigen Navigationssystems nach dem Stand der Technik vorteilhaft überwunden, andererseits benötigt es den Digitalisierer zum Erzeugen von Daten.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein im Fahrzeug montiertes Navigationssystem zu schaffen, welches nicht nach durch einen Digitalisierer erzeugten Daten verlangt. Um dieses Ziel zu erreichen, zeichnet sich die vorliegende Erfindung dadurch aus, daß das Navigationssystem Kartendaten von Polygonen speichert, die durch Straßen eines vorbestimmten Ranges oder ähnlichem entsprechend der Bedeutung definiert werden. Das System verbindet ein Startpolygon mit einem aus den Kartendaten ausgewählten Startpunkt mit einem Zielpolygon, welches ein aus den Kartendaten ausgewähltes Ziel enthält, über eine Kette aus Polygonen, die sich an die gemeinsamen Seiten jedes Paares von benachbarten Polygonen anschließen und die zwischen den Anfangs-, Ziel- und zweiten Polygonen angeordnet sind, um eine Mehrzahl von Routenalternativen vom Startpunkt zum Zielpolygon zu erzeugen. Jede Route umfaßt eine Kombination von Seiten der aneinandergehängten Polygone, des Startpolygons und des Zielpolygons, so daß ein Fahrzeugführer eine passende Route aus den Routenalternativen auswählen kann.

Das Erzeugen von Kartendaten aus Polygonen, die durch Straßen eines vorbestimmten Ranges oder anderem von Bedeutung bestimmt werden, ist einfacher, als Kartendaten nach dem Stand der Technik zu erzeugen. Die vorliegende Erfindung macht sich diesen Vorteil zunutze.

Die vorliegende Erfindung benötigt weder eine größere Menge von Datenbank-Kartendaten noch ist die Eingabe von Kartendaten über einen Digitalisierer notwendig.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Anwendungsbeispiels anhand der Figuren. Von den Figuren zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines im Fahrzeug befestigten Navigationssystems entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer IC-Karte, wie sie im Navigationssystem nach Fig. 1 benutzt wird;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung, die das in Fig. 1 gezeigte Navigationssystem verkörpert;

Fig. 4 eine Darstellung des in der IC-Karte in Fig. 2 gezeigten Inhalts;

Fig. 5 ein allgemeines Flußdiagramm einer Steuereinheit;

Fig. 6-10 Darstellungen einer Routenbestimmung;

Fig. 11 ein Flußdiagramm der Verarbeitung einer Eingabe über Schalter;

Fig. 12 ein Flußdiagramm einer Fahrtroutenbestimmung;

Fig. 13 ein Flußdiagramm einer Verarbeitung der Eingabe alternativer Fahrtrouten;

Fig. 14 ein Flußdiagramm eines Attributvergleichs für die Bestimmung einer gefahrenen Route;

Fig. 15 ein Flußdiagramm der Bestimmung der gefahrenen Route zum Erzeugen von vom Navigationssystem in Fig. 1 benutzbaren Daten;

Fig. 16 ein Flußdiagramm einer Navigationsdaten- Eingabeverarbeitung;

Fig. 17 ein Flußdiagramm eines tatsächlichen Navigierens eines Fahrzeuges;

Fig. 18 ein Flußdiagramm eines Kartenabgleichs;

Fig. 19 ein Flußdiagramm einer Bestimmung einer gefahrenen Route;

Fig. 20 ein Flußdiagramm einer Verarbeitung einer nicht festgelegten Route;

Fig. 21 ein Flußdiagramm eines Ausgabevorgangs auf einen Bildschirm und durch eine Stimme;

Fig. 22 ein Flußdiagramm eines Interrupt; und

Fig. 23-25 Darstellungen eines Kartenabgleichs.

Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden beschrieben.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt ein Navigationssystem eine Steuereinheit 201, die im wesentlichen aus einem Microcomputer besteht. Die Steuereinheit 201 enthält ein Programm nach einem Navigationsalgorithmus und führt dieses aus. Die Steuereinheit 201 empfängt ein Bedienungssignal von einer Bedienungsvorrichtung 203 und erzeugt verschiedene Anzeigesignale auf eine Anzeige 202. Die Steuereinheit 201 empfängt auch für die Navigation notwendige Signale, wie ein Signal der gefahrenen Entfernung und ein Fahrtrichtungssignal. Bei dieser Ausführungsform enthält eine IC-Karte 205 Kartendaten, und ein IC-Kartenleser 204 liest die Kartendaten aus der IC-Karte 205 ein und bereitet diese für die Steuereinheit 201 auf.

Wie in Fig. 2 gezeigt, besitzt eine Außenfläche der IC-Karte 205 aufgedruckte geographische Bezeichnungen 230 und eine schematische Karte 231. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind die Bedienungsvorrichtung 203 und der IC-Kartenleser 204 in die Anzeige 202 eingebaut. Der IC-Kartenleser 204 kommuniziert mit der IC-Karte 205 über einen IC-Karten-Einführungsschlitz 210, der in eine Seite der Anzeige 202 eingebaut ist. Die Bedienungsvorrichtung 203 umfaßt einen Hauptschalter 220 und Stellschalter 221 und 222. Die Anzeige 202 umfaßt einen Zielrichtungspfeil 211, einen Fahrtrichtungspfeil 212, der eine Fahrtrichtung an Straßenkreuzungen oder dergleichen anzeigt, eine Entfernungsanzeige, die eine Entfernung von einer aktuellen Position bis zu einer nächsten Kreuzung anzeigt, eine Signalanzeige (announcement indicator) 214 und einen Kreiselkompaß 217. Die Anzeige 202 umfaßt außerdem eine Karteneingabeanzeige (215) und eine Ziffernanzeige 216, die in Betrieb sind, wenn ein Bediener einen Ziel- und einen Startpunkt eingibt. Das Navigationssystem entsprechend der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Papierkarte, die der auf der IC-Karte 205 gespeicherten Karte entspricht, und ein transparentes Koordinatenblatt, das auf die Karte aufgelegt werden kann, so daß das Raster des Koordinatenblatts mit dem der Papierkarte in Deckung gebracht wird. Die Deckung der Papierkarte und des Koordinatenblatts vermittelt Koordinaten des Startpunkts, des Ziels und einer Richtung auf das Ziel. Der Bediener gibt die abgelesenen Koordinaten des Startpunkts und des Ziels in die Steuereinheit 201 mit Hilfe der Bedienungsvorrichtung 203 ein.

Die Steuereinheit 201 enthält ein Standard-Navigationsprogramm und ein Programm für eine Schaltereingabe, eine Ausgabe und eine Routenbestimmung, um die Verarbeitungsschritte eines in einer Fig. 5 gezeigten allgemeinen Flußdiagramms auszuführen.

Die IC-Karte 205 enthält Kartendaten von Polygonen, die durch Straßen eines vorbestimmten Ranges oder weiterem definiert werden. Wie in Fig. 4 gezeigt, besitzen die Kartendaten von Polygonen eine Schichtstruktur von Polygondaten, Verbindungsdaten, Koordinatendaten und Attributdaten.

Die Polygone und eine Routenbestimmung mit Hilfe der Polygone werden nachfolgend beschrieben.

Zuerst werden die in der Karte enthaltenen Straßen in bedeutsame und nicht bedeutsame Straßen eingeteilt. Anzeichen von unbedeutenden Straßen werden von der Karte entfernt. Bei der Klassifizierung werden Straßen mit einer hohen Verkehrsdichte, zum Beispiel Autobahnen, Fernverkehrsstraßen und Hauptstraßen als bedeutend bestimmt, während andererseits Straßen, die 5,50 m oder weniger breit sind, als unbedeutend klassifiziert werden.

Fig. 6 zeigt eine Karte, von der die unbedeutenden Straßen entsprechend der geschilderten Kriterien getrennt wurden. Die bedeutenden Straßen schneiden sich, um Kreuzungen zu bilden. Ein Satz von Kreuzungen erzeugt ein kreuzweise schraffiertes Polygon D, das ein Fünfeck mit fünf spitzwinkligen Kreuzungen d1, d2, d3, d4 und d5 bildet. Die Straßen in der in Fig. 6 gezeigten Karten bilden ein Straßennetz. Mit anderen Worten, die Polygone, inklusive dem Polygon D, liegen nebeneinander und bilden das Straßennetz der in Fig. 6 gezeigten Karte. Ein Paar von benachbarten Polygonen besitzt immer eine gemeinsame Seite.

In Fig. 7 werden die Polygone von Fig. 6 entlang einer Linie angeordnet und numeriert. Durch die Regel, daß der Startpunkt auf eine der aktuellen Position des Fahrzeugs am nächsten gelegenen bedeutenden Straße gelegt wird, wird ein Punkt A als Startpunkt definiert. Das Fahrzeug muß daher diesen Punkt A ohne Hilfe des Navigationssystems der vorliegenden Erfindung erreichen. Der Bediener muß dann Daten des tatsächlichen Standortes des Punkts B genau eingeben, wobei er das Ziel entsprechend der nachfolgend beschriebenen Prozedur eingibt.

Da eine Reise des Fahrzeugs vom Punkt A zum Punkt B bedeutet, daß das Fahrzeug sich von einem Polygon 16 zum Polygon 129 bewegt, muß der Bediener die effizienteste Kette von Polygonen vom Polygon 16 zum Polygon 129 bestimmen, um das Ziel in der schnellsten Zeit zu erreichen. Wenn man den Seiten der Polygonkette vom Polygon 16 zum Polygon 129 folgt, ergibt sich eine Mehrzahl von fahrbaren Routen. Der Bediener kann eine passende aus den möglichen Routen auswählen. Ein Beispiel eines Vorgangs zum Bestimmen der Polygonkette und Auswählen der zu fahrenden Route wird nachfolgend beschrieben.

Wie in Fig. 7 gezeigt, verbindet eine gerade Linie E den Punkt A mit dem Punkt B. Das Navigationssystem hat Daten der Zentren der Polygone gespeichert und ordnet diese den Polygonnummern zu. Zuerst wird jedes der Polygone 2, 15, 14′, 22 und 17, die alle an das Polygon 16 angrenzen, durch die Senkrechte zur geraden Linie E vom Zentrum des Polygons normalisiert, so daß die Polygone 2 und 17 eliminiert werden, da der Fuß ihrer Normalen außerhalb der geraden Linie E liegt. Die Polygone 15, 14′ und 22 andererseits werden festgehalten, da deren Füße auf der anderen Linie E liegen. Dann wird eines der festgehaltenen Polygone 15, 14′ und 22, das die kürzeste Normale zur geraden Linie E aufweist, ausgewählt und abschließend festgehalten. Damit ist das Polygon 22 festgehalten. Anschließend wird jedes der Polygone 23, 40 und 21, die alle an das Polygon 22 anschließen, im wesentlichen nach der beschriebenen Methode normalisiert. Folglich wird das Polygon 40, welches die kürzeste Normale zur geraden Linie E aufweist, festgehalten. Polygone 51, 52, 65, 75, 77, 79, 87, 86, 100, 106 und 120 werden im wesentlichen nach der beschriebenen Weise festgehalten. Bei der Auswahl des Polygons 100 schließt das System das Polygon 99 aus, das die kürzeste Normale der an das Polygon 87 angrenzenden Polygone 80, 99 und 100 aufweist, da das System das Polygon 99 bei der Auswahl des Polygons 87 benutzt hatte.

Nachdem die Auswahl der Polygonkette abgeschlossen ist, wählt das System zu befahrende Seiten (nachfolgend als Verbindungen bezeichnet) der aneinandergehängten Polygone aus. Das System analysiert Daten der Polygonverbindungen, die, wie in Fig. 4 gezeigt, auf der IC-Karte 205 gespeichert sind. Zu dieser Untersuchung gehört es zu bestimmen, ob ein Übergang von Verbindungen der aneinandergehängten Polygone passierbar ist oder nicht, die gesamte Länge der Verbindungen zu berechnen, bevorzugte Straßen zu verbinden und die Gesamtlänge der verbundenen Straßen zu berechnen, wobei dies auf der Basis von Prioritäten von Autobahnen, Mautstraßen, überregionalen Straßen, Hauptstraßen und normalen Straßen geschieht und die Passierbarkeit durch Einbahnstraßen und nicht zu befahrende Straßen bewertet wird. Genauer gesagt, erzeugt das System zuerst Fahrtroutenalternativen, wobei jede Alternative eine Aufeinanderfolge von Verbindungen der ausgewählten Polygone, die zwischen Start- und Zielpunkt angeordnet sind, umfaßt, so daß eine nicht befahrbare Verbindung vermieden wird. Anschließend wird die Gesamtlänge jeder alternativen Fahrtroute berechnet. In Fig. 8 wird die Bereitstellung der Alternativen im Detail illustriert. Fahrtroutenalternativen vom Punkt A zu den gegenüberliegenden Punkten F und G einer gemeinsamen Verbindung FG eines Paares der benachbarten Polygone 22 und 40 umfassen zwei Routenelemente AF und AG. Routenalternativen von den gegenüberliegenden Punkten F und G zu den gegenüberliegenden Punkten I und J einer gemeinsamen Verbindung IJ eines nächsten Paares der anschließenden Polygone umfassen vier Routenelemente FHJ, FGI, GFHJ und GI. Routenalternativen von den gegenüberliegenden Punkten I und J zu den gegenüberliegenden Punkten I und L einer gemeinsamen Verbindung IL eines nächsten Paares der benachbarten Polygone 51 und 52 umfassen vier Routenelemente JKL, JI, IL und II. Aus praktischen Gründen erfaßt das System bei diesem Vorgang das Routenelement II mit Länge Null als eine Route. Das System erfaßt daher alle möglichen Routenelemente und berechnet dann die Gesamtlänge jeder Routenalternative, um die kürzeste Fahrtroutenalternative bereitzustellen.

Das System überprüft die Beziehungen zwischen den berechneten Gesamtlängen der Fahrtroutenalternativen und Verbindungen der bevorzugten Straßen an der Verbindung. Im besonderen sollte das System die Routenelemente IJ, JK und KL nicht auswählen, sondern stattdessen das Routenelement IL, denn, wie in Fig. 8 gezeigt, weist die Straße a im Fall, daß das Fahrzeug den Routenelementen GI und IL und einer Verlängerung der Straße a folgt, eine deutlich kürzere Länge auf, als der Fall, in welchem das Fahrzeug nacheinander den Routenelementen GI der Straße a und den abseits liegenden Routenelementen IJ, JK und KL und dann der Verlängerung der Straße a folgt. Das System ersetzt daher die kürzeste Routenalternative mit einer abseits der Route liegenden Straße einer höheren Priorität zwischen benachbarten Polygonen mit einer Routenalternative, die durchgehende Verbindungen zwischen benachbarten Polygonen aufweist.

Wenn andererseits die Verbindungen FH und HJ in Fig. 8 Autobahnen sind, der Bediener das Routenelement GFJ nicht benutzen kann und das System das Routenelement FGI für die Festlegung der Fahrtroute nicht bestimmen kann, da am Punkt F ein Abbiegen nach rechts nicht möglich ist, kehrt das System zum Polygon 22 zurück, berechnet die Normalen zur geraden Linie E für die Polygone 21 und 23, wählt das Polygon 30 aus und läßt das Polygon 40 außer Betracht. Anschließend wiederholt das System den Auswählvorgang einer Kette von aufeinanderfolgenden Polygonen einschließlich dem Polygon 30 auf im wesentlichen dieselbe Art wie oben beschrieben. Dann führt das System Berechnungen der Befahrbarkeiten der Verbindungen der aufeinanderfolgenden Polygone durch, wobei der Konflikt zwischen bevorzugten Straßen und der Gesamtlänge der Routenalternativen im wesentlichen in der beschriebenen Weise behandelt wird.

Wie in Fig. 9 gezeigt, bestimmt das System schließlich die aneinandergehängten Polygone und die zu befahrende Fahrtroute.

Da jede der Verbindungsstrecken eines Polygons zwei Straßenkreuzungen mit einer geraden Linie verbindet, weist die festgelegte Fahrtroute R keine formgebenden Punkte auf, wie sie in den japanischen Patentanmeldungen HEI. 1-65 648 und HEI. 1-1 49 357 offenbart sind. Sollte also die zu fahrende Fahrtroute R formgebende Punkte benötigen, müssen diese, wie in Fig. 10 gezeigt, vorgesehen werden.

Die Steuereinheit 201 enthält ein Programm zum Ausführen der beschriebenen Festlegung der Fahrtroute. In dieser Ausführungsform wird ein Verarbeitungsverfahren für einen Fall beschrieben, in welchem sich das Fahrzeug von einer ursprünglich bestimmten Fahrtroute entfernt. Die japanischen Patentanmeldungen enthalten eine Erfindung, mit der eine Richtung zur ursprünglich bestimmten Fahrtroute angezeigt wird, wenn sich das Fahrzeug von der ursprünglich bestimmten Fahrtroute entfernt. Andererseits führt das Navigationssystem nach der vorliegenden Erfindung den beschriebenen Vorgang der Fahrtroutenbestimmung an einem Punkt abseits der Fahrtroute erneut durch und bestimmt eine neue zu fahrende Route. Wenn das Fahrzeug daher eine Straße abseits der ursprünglich festgelegten Fahrtroute befährt, weil ein Verkehrsstau vorliegt, eine Straße der ursprünglich bestimmten Route sich im Bau befindet oder der Wunsch besteht, sich von der ursprünglich bestimmten Route zu entfernen, weist die Anzeige 202 zuerst auf Möglichkeiten hin, zum ursprünglich festgelegten Kurs zurückzukehren, während die Steuereinheit 201 das Programm zum Bestimmen der Fahrtroute durchführt, um die neue Fahrtroute von der aktuellen Position des Fahrzeuges zum Zielpunkt zur Verfügung zu stellen, solange die IC-Karte 205 Daten der aktuellen Position und dessen Umgebung speichert. Das beschriebene Programm ermöglicht es dem System, die Kette von Polygonen ausgehend vom Startpunkt zum Ziel und die zu befahrende Route durch die Auswahl von Verbindungen zu bestimmen, mit Hilfe von in der IC-Karte 205 gespeicherten Polygondaten, Verbindungsdaten, Koordinaten und Attributen eine Berechnung zum Kartenabgleich auf der Basis der errechneten Fahrtroute vorzunehmen, angemessene Fahrtroutenalternativen durchzurechnen und in Echtzeit die neue Fahrtroute zu ermitteln, wenn sich das Fahrzeug von der ursprünglich bestimmten Fahrtroute entfernt.

Anschließend wird die Bedienung des Navigationssystems nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Zu Beginn überlagert der Bediener das transparente Koordinatenblatt mit der Papierkarte und ermittelt die X- und Y-Koordinaten des Anfangspunkts und des Ziels. Dann führt der Bediener die IC-Karte 205 in den IC-Karteneinführungsschlitz 210 ein, schaltet den Hauptschalter 220 ein, um das Navigationssystem zu aktivieren, und gibt die X- und Y-Koordinaten des Startpunkts und des Ziels durch Betätigen der Stellschalter 221 und 222 ein.

Da hierdurch die Karteneingabeanzeige 215 blinkend eine Seitenzahl der Karte anzeigt, gibt der Bediener mit den Stellschaltern 221 und 222 die Seitenzahl der Karte ein. Die Ziffernanzeige 216 zeigt die Eingabe der Kartenseite. Wenn zum Beispiel eine gewünschte Seitenzahl 25 ist, führt ein zweifaches Betätigen des Stellschalters 221 dazu, daß eine 2 auf einer 10er-Stelle einer Dezimalanzeige erscheint, und anschließend setzt fünfmaliges Betätigen des Stellschalters 222 die 1er-Stelle der Dezimalanzeige auf 5. Anschließend wechselt die Anzeige der Karteneingabeanzeige, um blinkend den Startpunkt und eine X-Koordinate anzuzeigen. Der Bediener gibt eine X-Koordinate des Startpunktes mit den Stellschaltern 221 und 222 sowie dem Netzschalter 220 ein. Wenn die X-Koordinate des Startpunktes 18,8 beträgt, gibt der Bediener die 10er-Stelle mit dem Wert 1 über den Stellschalter 221, die 1er-Stelle mit dem Wert 8 über den Stellschalter 222 und eine erste Dezimalstelle mit dem Wert 8 über den Hauptschalter 220 ein. Diese Schalter 221, 222 und 220 sind so programmiert, daß sie funktionieren, nachdem der Bediener Daten des Startpunktes nach dem Einschaltschritt eingibt, dem Anfangsschritt des Navigationsprogramms, indem die Stellschalter 221 und 222 und der Netzschalter 220 bedient werden. In grundsätzlich derselben Art wie die Eingabe der Startpunktdaten gibt der Bediener nacheinander eine Y- Koordinate des Startpunktes, X- und Y-Koordinaten einer nächsten Richtung und X- und Y-Koordinaten des Ziels ein. Anschließend führt die Steuereinheit 201 die Bestimmung der zu fahrenden Route auf der Basis der in der IC-Karte 205 gespeicherten Daten durch.

Wie in Fig. 4 gezeigt, enthält die IC-Karte 205 Datenlagen der Polygone, Verbindungen, Koordinaten und Attribute. Die Daten jedes Polygons umfassen vier Byte und bestehen aus den aufeinanderfolgenden Schichten Polygonnummer, Verbindungs-Anfangsnummer, Verbindungs-Endnummer und Mittelpunktkoordinate des Polygons.

Die Daten jeder Verbindung (Polygonstrecke) betragen vier Byte und enthalten die aufeinanderfolgenden Schichten Verbindungsnummer, Anfangskoordinatennummer, Endkoordinatennummer, Verbindungslänge und ein Attribut. Die Koordinatendaten der Verbindungen umfassen Straßenkoordinaten, die entlang der Verbindung angeordnet sind. Die Attributdaten sind als Biteinheiten gebildet und umfassen verbotene Durchfahrten, Straßenkategorien und weiteres, was durch 0 oder 1 gekennzeichnet wird. Die Adreßnummern der IC-Karte dienen direkt als Verbindungsstartnummer, Verbindungsendnummer, Startkoordinatennummern und Endkoordinatennummern, wodurch Speicherkapazität der IC-Karte gespart wird. IC-Karten mit verschiedenen Datenspeicherkapazitäten werden verkauft. Im folgenden wird beschrieben, wie viele Kartenbereiche eine einzelne IC-Karte mit 125 K Byte Datenspeicherkapazität speichern kann.

Die Hauptstraßen kreuzen einander in Abständen von 1 km auf einer Karte in der IC-Karte. Die IC-Karte speichert Klickpunkte und formgebende Punkte mit durchschnittlichen Abständen von 80 m. Jede Verbindung besitzt 12,5 Koordinaten. Die Datenmenge für jede Verbindung beträgt daher
62 Byte [=16 Byte + 4×(12,5-1) Byte].
102 200 Byte [=125 000 Byte - 800 (=Polygonnummer) × 16 Byte - 10 000 Byte (für Adressen usw.)]
geteilt durch 62 Byte/Verbindung erlaubt 1600 Verbindungen.

Da die 125 K Byte IC-Karte eine Datenmenge für 800 Polygone speichern kann, d. h. 1600 Verbindungen, kann sie eine 30 km (Länge) × 25 km (Breite) rechteckige Fläche aufzeichnen, wenn die Seitenlängen jedes Polygons 1 km betragen. Da im Hinblick auf Produktionskosten für die IC-Karte jede 125 K Byte IC-Karte Daten für 2-4 Städte einer gewerblich vertriebenen Stadtkarte speichert, muß eine benötigte IC- Karte lediglich Daten für eine 20 km (Länge) × 18 km (Breite) rechteckige Fläche speichern.

Wenn dann das Fahrzeug vom Startpunkt losfährt, nachdem die Bestimmung der Fahrtroute beendet ist, führt die Steuereinheit 201 das Navigationsprogramm aus, berechnet aktuelle Positionen des Fahrzeugs als Reaktion auf ein Entfernungssignal und ein Winkelsignal des Sensors 206, vergleicht die aktuellen Positionen mit gespeicherten Straßendaten und aufeinanderfolgenden aktuellen Positionen auf der Karte und bewirkt die Anzeige einer Fahrtrichtung und dergleichen auf der Anzeige 202.

Fig. 5 zeigt ein allgemeines Flußdiagramm einer Steuereinheit 201. Fig. 11 zeigt ein Flußdiagramm der Verarbeitung einer Eingabe durch die Stellschalter. Fig. 12 zeigt ein Flußdiagramm einer Routenfestlegung. Fig. 13 zeigt ein Flußdiagramm einer Verarbeitung von Fahrtrichtungsalternativen oder Eingaben von bevorzugten Routen. Das Flußdiagramm in Fig. 14 zeigt einen Attributvergleich für die Bestimmung einer Fahrtroute. Das Flußdiagramm in Fig. 15 zeigt die Bestimmung der Fahrtroute zum Erzeugen von im Navigationssystem nach Fig. 1 verwertbaren Daten. Fig. 16 zeigt ein Flußdiagramm einer Eingabeverarbeitung von Navigationsdaten. Das Flußdiagramm in Fig. 17 zeigt die tatsächliche Navigation eines Fahrzeugs. Das Flußdiagramm in Fig. 18 zeigt einen Kartenabgleich. Fig. 19 zeigt ein Flußdiagramm mit einer Fahrtroutenbestimmung. Das Flußdiagramm in Fig. 20 zeigt einen Verarbeitungsvorgang für eine Position außerhalb der festgelegten Route. Das Flußdiagramm in Fig. 21 zeigt die Ausgabe über eine Anzeige und ein akustisches Signal. Das Flußdiagramm in Fig. 22 zeigt einen Interrupt, der durch einen Timer oder RS232C bewirkt wird.

Die Fig. 23-24 verdeutlichen einen Kartenabgleich. Eine Fahrtroute wird mit O gekennzeichnet. Stellen, an welchen ein Kreiselkompaß Drehpunkte durch seine Messung der Drehgeschwindigkeit festgestellt hat, werden durch 304′, 305′, 306′, 307′, 308′ und 309′ gekennzeichnet. Wenn das Fahrzeug von den Punkten 303 und 303′ losfährt, bildet das System Normalen 303Q und 303′W zu den Fahrtrouten O und P mit gleicher Länge von den Fahrtrouten O und P zu den Punkten Q und W. Dann teilt das System die Fahrtrouten O und P jede 100 m in einen 303-310 Abschnitt, einen 303′-310′ Abschnitt, einen 310-311 Abschnitt, einen 310′-311′ Abschnitt, einen 311-312 Abschnitt, einen 311′-312′ Abschnitt, einen 312-313 Abschnitt, einen 312′-313′ Abschnitt einen 313-314 Abschnitt und einen 313′-314′ Abschnitt. Das System bildet dann Normalen 312S, 312T′, 314U und 314V′ zu den Fahrtrouten O und P ausgehend von den Fahrtrouten O und P zu den Punkten S, T′, U und V′, in Abständen von 200 m auf jeder der Fahrtrouten O und P. Die 200 m können alternativ durch Abschnitte von 400 m oder 500 m ersetzt werden. Das System vergleicht die Vektoren der Punkte Q, S und U mit den Vektoren der Punkte W, T und V, um entsprechende mögliche Unterschiede hervorzubringen. Wenn diese Unterschiede innerhalb eines vorbestimmten zulässigen Bereichs liegen, bestimmt das System die Übereinstimmung der Fahrtrouten O und P und setzt die Fahrtroute P mit der Fahrtroute O gleich. Wenn, wie in Fig. 25 gezeigt, das Fahrzeug die Route P′ mit den Vektoren 315, 316, 317 und 318 zum Punkt T′ nimmt, bewegt sich das Fahrzeug offensichtlich außerhalb der Fahrtroute O. Das Hinzufügen eines Mustererkennungsabgleichs mit Hilfe von Vektoren zu dem in den japanischen Patentanmeldungen beschriebenen Stand der Technik vereinfacht daher die Verarbeitung abseits der festgelegten Route nach Fig. 20. Wenn im besonderen das System erkennt, daß die Punkte 307 und 307′ übereinstimmen, bildet der Punkt 307 einen Klickpunkt als Reaktion auf eine fehlende Übereinstimmung des Vektors 307 zum Punkt S und des Vektors 307′ zum Punkt T′. Das System bestimmt daher, daß der Punkt 315 offensichtlich außerhalb der vorbestimmten Fahrtroute O liegt. Da ein Klickpunkt Bestandteil eines Polygons ist, bestimmt das System, daß das Fahrzeug einen Kurs aus der gewählten Fahrtroute heraus eingeschlagen hat. Wenn das System feststellt, daß eine Fahrtrichtung des Fahrzeuges offensichtlich sich von der des festgelegten Kurses nach dem Klickpunkt entfernt, leitet das System unverzüglich einen Suchvorgang (UNDER SEARCH processing) ein und zeigt ein Zurücksetzen einer Fahrtroute an, womit eine neue Bestimmung einer Fahrtroute begonnen werden kann.

Claims (6)

1. Navigationssystem, dadurch gekennzeichnet, daß
das System gespeicherte Kartendaten aus durch Straßen eines vorbestimmten Ranges oder Wichtigkeit definierten Polygonen benutzt,
ein einen Startpunkt beinhaltendes Startpolygon mit einem ein Ziel erhaltendes Zielpolygon über eine aufeinanderfolgende Polygonkette verbindet, deren jeweils benachbarte Polygone eine gemeinsame Seite aufweisen und zwischen Start- und Zielpolygon angeordnet sind,
zum Berechnen einer passenden Fahrtroute vom Startpunkt zum Zielpolygon,
und daß jede Route eine Kombination von Seiten der Kettenpolygone, des Startpolygons und des Zielpolygons darstellt.

2. Navigationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Navigationssystem im Fahrzeug montiert ist und/oder
das System eine Normale auf die gerade Linie zwischen Startpunkt und Ziel ausgehend vom Mittelpunkt jedes der benachbarten Polygone, die eine gemeinsame Seite mit dem letzten festgelegten Polygon aufweisen, fällt und eines der benachbarten Polygone als ein nächstes Polygon auswählt.

3. Navigationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das System ein Polygon, das bereits beim Auswählen eines vorhergehenden Polygons als Alternative in Betracht gezogen wurde, von der Auswahl zur Bestimmung des nächsten Polygons ausschließt.

4. Navigationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall, daß eine zwischen Startpunkt und Ziel berechnete Fahrtroute einen Abschnitt umfaßt, an dem eine Straße wichtigeren Ranges fehlt und an dem sich eine Straße weniger wichtigen Ranges durchgehend zwischen den gegenüberliegenden Enden des Abschnittes erstreckt, das System den Bereich durch eine Straße wichtigeren Ranges ersetzt.

5. Navigationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall, daß ein mit dem Navigationssystem versehenes Fahrzeug eine Straße außerhalb der berechneten Route befährt und die Straße abseits der berechneten Route eine Seite eines Polygons bildet, das System die Berechnung einer Fahrtroute zum Ziel ausgehend von der aktuellen Position des Fahrzeuges als neuem Startpunkt erneut durchführt.

6. Navigationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall, daß ein mit dem Navigationssystem versehenes Fahrzeug eine Straße außerhalb der berechneten Route befährt und die Straße abseits der berechneten Route keine Seite eines Polygons bildet, das System eine Fahrtrichtung zur Rückkehr auf die berechnete Fahrtroute anzeigt.