-
Technisches Gebiet
-
Diese
Beschreibung betrifft ein Detektieren der Position einer mobilen
Vorrichtung, und noch genauer ein Detektieren einer Bewegung einer
mobilen Vorrichtung über
eine vorbestimmte Grenze.
-
HINTERGRUND
-
Aktionen,
die innerhalb eines Gebietes auftreten, können bestimmten Beschränkungen
unterliegen, und wenn eine Person, ein Fahrzeug oder ein Objekt
das Gebiet verlässt,
können
die Beschränkungen
verändert
oder aufgehoben werden. Aus diesem Grund gibt es Situationen, in
welchen es notwendig ist, zu detektieren, wenn ein Gebiet verlassen
wird und in ein weiteres Gebiet eingetreten wird. Zum Beispiel erfordert
das International Fuel Tax Agreement (IFTA), dass Steuern auf Treibstoff,
der in dem Staat verwendet wird, an jeden Staat zu zahlen sind.
Das IFTA ist ein Abkommen zwischen 48 Staaten in den Vereinigten
Staaten und 10 Provinzen in Kanada, um das Melden von Treibstoffverbrauchssteuern
durch Autobahnbetreiber zu erleichtern. Die IFTA Meldung reduziert
die Dokumentation deutlich und standardisiert das Melden von Treibstoffverbrauchssteuern. Um
am IFTA teilzunehmen, zeichnet ein Fahrer eines Fahrzeugs manuell
den Meilenstand- und Tankanzeige-Ablesungen des Fahrzeugs nach jeder
Grenzüberquerung
auf. Am Ende einer Fahrt meldet der Fahrer die Meilenstand- und
die Tankanzeige-Ablesungen, welche während der Fahrt aufgenommen wurden.
Die Meilenstand- und Tankanzeige-Ablesungen ermöglichen die manuelle Berechnung
der zurückgelegten
Entfernung und des Treibstoffs, welcher in jedem der durch den Fahrer
besuchten Staaten verbraucht wurde, von welchen die Treibstoffsteuern
berechnet werden, die denjenigen Staaten zustehen.
-
Techniken
zum automatischen Detektieren von Grenzüberquerungen können implementiert
werden. Solch ein Verfahren ist zum Beispiel in
US-A-5 270 937 offenbart.
-
Unter
anderem vereinfacht die automatische Detektion der Bewegung über eine
Grenze das Verfahren des Melden von Treibstoffverbrauchssteuern. Ein
automatisches Grenzdetektions- und Fahrzeugdatensammelprogramm kann
verwendet werden, um die zurückgelegte
Entfernung und die verbrauchte Menge von Treibstoff in jedem der
Staaten und Provinzen zu melden, welche an dem IFTA teilnehmen. Die
Steuer, welche den besuchten Staaten zusteht, kann automatisch aus
den Meldungen der zurückgelegten
Entfernung und des verbrauchten Treibstoffs berechnet werden. Die
Techniken sind nicht auf die Verwendung beim Berechnen von Treibstoffsteuern oder
zum Detektieren des Überquerens
von Staatsgrenzen beschränkt,
sondern können
auch verwendet werden, um jeglichen Typ von Grenzüberschreitungen
zu detektieren.
-
In
einem allgemeinen Aspekt können
Daten, welche Rechtecke definieren, die mit einer Grenze assoziiert
sind, abgerufen werden, und eine aktuelle Position einer überwachten
Vorrichtung kann identifiziert werden. Die aktuelle Position kann
mit den Rechtecken verglichen werden, welche die Daten verwenden,
die die Rechtecke definieren, und eine Bestimmung, dass die aktuelle
Position innerhalb eines Rechtecks ist, kann eine Grenzüberquerung
anzeigen.
-
Implementierungen
können
eines oder mehrere der folgenden Merkmale enthalten. Zum Beispiel kann
eine Grenze innerhalb eines Koordinatensystems definiert werden,
welche eins oder mehrere Rechtecke verwendet, und ein Winkel kann
zwischen einer ausgewählten
Seite eines bestimmten Rechtecks der Grenze und einer Achse des
Koordinatensystems bestimmt werden. Das spezifische Rechteck kann
um den Winkel rotiert werden, so dass die ausgewählte Seite des rotierten Rechtecks
parallel zu der Achse des Koordinatensystems orientiert ist. Ein Satz
von Koordinaten, der mit einer bestimmten Position einer überwachten
Vorrichtung assoziiert ist, kann identifiziert werden und um den
Winkel rotiert werden. Der rotierte Satz von Koordinaten kann mit dem
rotierten Rechteck verglichen werden, um zu bestimmen, ob die Position
der überwachten
Vorrichtung innerhalb des spezifischen Rechtecks ist.
-
Eine
Grenzüberquerung
kann detektiert werden, wenn die Position der überwachten Vorrichtung innerhalb
des spezifischen Rechtecks angeordnet ist. Eine vorausgewählte Reaktion
kann initiiert werden, wenn eine Grenzüberquerung detektiert wird. Die
vorausgewählte
Reaktion kann ein Bestimmen eines neuen Gerichtsbezirks, welcher
als Ergebnis der Grenzüberquerung
betreten wurde, ein Laden einer Grenze für den neuen Gerichtsbezirk
und ein Detektieren einer Überquerung
der neuen Gerichtsbezirksgrenze enthalten. Die vorausgewählte Reaktion kann
ein Sammeln von Information, die mit der Grenzüberquerung in Zusammenhang
steht, enthalten. Die überwachte
Vorrichtung kann ein Fahrzeug sein und die gesammelte Information
kann eine zurückgelegte
Entfernung und/oder eine Menge von Treibstoff sein, welche durch
das Fahrzeug verbraucht wurde. Die gesammelte Information kann über eine
drahtlose Schnittstelle an einen zentralen Server gesendet werden
und kann auch auf der Vorrichtung, die überwacht wird, gespeichert
werden.
-
Die
Grenze kann durch eine Sammlung von überlappenden Rechtecken definiert
sein und ein unterschiedliches Rechteck der Sammlung von überlappenden
Rechtecken kann ausgewählt
werden, wenn die Position der überwachten
Vorrichtung nicht innerhalb eines aktuellen Rechtecks angeordnet
ist. Das unterschiedliche Rechteck kann um einen Winkel zwischen
einer ausgewählten
Seite des unterschiedlichen Rechtecks und einer Achse des Koordinatensystems
rotiert werden, so dass die ausgewählte Seite des rotierten unterschiedlichen
Rechtecks parallel zu der Achse des Koordinatensystems orientiert
ist. Der identifizierte Satz von Koordinaten kann um den Winkel
zwischen der ausgewählten
Seite des unterschiedlichen Rechtecks und der Achse des Koordinatensystems
rotiert werden, um einen zweiten Satz von rotierten Koordinaten
zu erzeugen. Der zweite Satz von rotierten Koordinaten kann mit
dem rotierten unterschiedlichen Rechteck verglichen werden, um zu
bestimmen, ob die Position der überwachten
Vorrichtung innerhalb des unterschiedlichen Rechtecks ist. Das Rechteck
kann durch Koordinaten von zwei gegenüberliegenden Ecken des Rechtecks definiert
werden. Ein Rotieren der Grenze kann ein Rotieren der Koordinaten
der zwei gegenüberliegenden
Ecken des Rechtecks um den Winkel einbeziehen und ein Vergleichen
des rotierten Satzes von Koordinaten mit dem rotierten Rechteck
kann ein Vergleichen des rotierten Satzes von Koordinaten mit den
rotierten Koordinaten der zwei gegenüberliegenden Ecken des Rechtecks
einbeziehen.
-
Die
Grenze kann eine Grenze zwischen einem ersten Gerichtsbezirk und
einem zweiten angrenzenden Gerichtsbezirk darstellen. Die Grenze kann
als eine Datei durch die überwachte
Vorrichtung gespeichert werden. Die Datei kann zum Beispiel in einem
XML-Format oder in einem binären
Format formatiert sein. Das Rechteck kann einen assoziierten Indikator
eines Gerichtsbezirks enthalten, welcher in Anspruch genommen wird,
wenn die Position der überwachten
Vorrichtung innerhalb des spezifischen Rechtecks ist. Eine Grenze
für den
Gerichtsbezirk, die in Anspruch genommen wird, wenn die Position der überwachten
Vorrichtung innerhalb des spezifischen Rechtecks ist, kann geladen
werden. Ein Definieren der Grenze, Bestimmen des Winkels und Rotieren
des spezifischen Rechtecks kann durch einen zentralen Server durchgeführt werden.
Ein Identifizieren des Satzes von Koordinaten, welche mit einer bestimmten
Position assoziiert sind, ein Rotieren des Satzes der identifizieren
Koordinaten und Vergleichen des rotierten Satzes von Koordinaten
mit dem rotierten Rechteck kann durch die überwachte Vorrichtung durchgeführt werden,
wie auch ein Abfragen von Daten, welche Rechtecke, die mit der Grenze
assoziiert sind, definieren, ein Identifizieren der aktuellen Position
der überwachten
Vorrichtung- und
ein Vergleichen der aktuellen Position der Rechtecke.
-
Eine
zurückgelegte
Entfernung und/oder eine Menge von Treibstoff, welcher innerhalb
eines Gerichtsbezirks verbraucht wurde, der durch die Grenze definiert
wird, kann bestimmt werden. Statistiken, die den Gerichtsbezirk
betreffen, der durch die Grenze definiert wird, können bestimmt
werden. Angrenzende Gerichtsbezirksgrenzdaten können abgerufen werden, wenn
eine Grenzüberquerung
angezeigt wird; Grenzdaten des angrenzenden Gerichtsbezirks können Rechtecke
definieren, welche mit einer Grenze eines angrenzenden Gerichtsbezirks
assoziiert sind, welcher nach einer Grenzüberquerung in Anspruch genommen
wird. Die Rechtecke können einem
aktuellen Gerichtsbezirk entsprechen und die Rechtecke, welche die
Grenzen der angrenzenden Gerichtsbezirke definieren, dürfen die
Rechtecke, welche den Grenzen des aktuellen Gerichtsbezirks entsprechen,
nicht überlappen.
-
Die
Daten, welche Rechtecke definieren, können für jedes Rechteck einen Rotationswinkel
für das
Rechteck und rotierte Koordinaten von zwei gegenüberliegenden Ecken des Rechtecks
enthalten und die rotierten Koordinaten können den Koordinaten des Rechtecks
entsprechen, welche um den Rotationswinkel rotiert worden sind.
Ein Vergleichen der aktuellen Position mit den Rechtecken aus den
Daten, welche Rechtecke definieren, ein Rotieren des Satzes von
Koordinaten, welche die aktuelle Position definieren, um einen Rotationswinkel,
welcher mit dem ausgewählten
Rechteck assoziiert ist, und ein Vergleichen der rotierten Koordinaten
einbeziehen, welche die aktuelle Position der rotierten Koordinaten von
zwei gegenüberliegenden
Ecken des ausgewählten
Rechtecks definieren.
-
In
einem weiteren allgemeinen Aspekt kann ein Lokalisierer verwendet
werden, um eine Position einer überwachten
Vorrichtung zu identifizieren, und ein Speicher kann arbeiten, um
Winkel der Rotation und rotierte Koordinaten, welche mit einer vorbestimmten
Grenze assoziiert sind, zu speichern. Die rotierten Koordinaten
können
den Originalkoordinaten entsprechen, welche die vorbestimmte Grenze
in einem Koordinatensystem definieren. Jede der Originalkoordinaten
kann um einen entsprechenden Rotationswinkel gedreht werden, um
die entsprechenden rotierten Koordinaten vor einem Speichern jeder
der rotierten Kodrdinaten in dem Speicher zu erzeugen. Die rotierten
Koordinaten können
zumindest ein Rechteck einer rotierten Grenze definieren. Ein Prozessor
kann arbeiten, um Koordinaten zu rotieren, welche die identifizierte
Position durch einen oder mehrere der gespeicherten Rotationswinkel
repräsentieren,
um rotierte Positionskoordinaten zu berechnen, und um die rotierten
Positionskoordinaten mit entsprechenden rotierten Koordinaten zu
vergleichen, um eine relative Position zwischen der überwachten
Vorrichtung und der vorbestimmten Grenze zu bestimmen.
-
Implementierungen
können
eines oder mehrere der folgenden Merkmale enthalten. Zum Beispiel kann
die überwachte
Vorrichtung den Lokalisierer, den Speicher und den Prozessor enthalten.
Ein mobiler Sender kann arbeiten, um selektiv eine Nachricht, basierend
auf der Position der überwachten Vorrichtung
relativ zu der vorbestimmten Grenze zu senden. Der Speicher kann
Daten entsprechend zu Segmenten der rotierten Grenze speichern,
und jedes Segment kann durch zwei oder mehrere Sätze von rotierten Koordinaten
identifiziert werden und einen assoziierten Rotationswinkel aufweisen.
Die Grenze repräsentiert
eine Grenze um ein geografisches Gebiet und jedes Segment der Grenze
kann ein Rechteck sein. Ein zweiter Prozessor kann arbeiten, um
die Rotationswinkel zu berechnen, und um die Originalkoordinaten,
welche die vorbestimmte Grenze definieren, um den entsprechenden
Rotationswinkel zu rotieren, um die rotierten Koordinaten vor einem
Speichern der Rotationswinkel und der rotierten Koordinaten in dem
Speicher zu erzeugen. Jedes Segment kann eine oder mehrere Kanten
aufweisen, die parallel zu einer Achse des Koordinatensystems orientiert
sind, und jeder Rotationswinkel kann durch einen Winkel zwischen
einer Achse des Koordinatensystems und einer Seite des Segments
definiert werden, welches mit den Originalkoordinaten, die zu rotieren
sind, assoziiert ist. Der Lokalisierer kann ein globaler Positionierungs-Satellitenempfänger sein.
-
Die
Details von einer oder mehrerer Implementierungen werden in den
begleitenden Zeichnungen und der folgenden Beschreibung dargelegt
werden. Andere Merkmale werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen
und aus den Ansprüchen ersichtlich
werden. Der Umfang dieser Erfindung wird durch die angehängten Ansprüche definiert.
-
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
ein erläuterndes
Beispiel einer vordefinierten Grenze.
-
2a ist
ein erläuterndes
Beispiel einer falsch definierten Grenze.
-
2b ist
ein erläuterndes
Beispiel einer Korrektur der falsch definierten Grenze der 2a.
-
3 und 9 sind
Flussdiagramme von Verfahren zum Detektieren von Bewegungen über eine
vordefinierte Grenze.
-
4a bis 4h sind
Diagramme, welche die Bestimmung des Rotationswinkels für die Rechtecke
in der Grenze darstellen.
-
5a und 5b sind
Diagramme, welche ein Verfahren zum Anordnen der Koordinaten darstellen,
die jedes Rechteck in der Grenze definieren.
-
6a ist
ein Diagramm, welches die Rotationstransformation eines Rechtecks
in der Grenze darstellt.
-
6b ist
ein Diagramm, welches die Rotationstransformation eines Satzes von
Positionskoordinaten darstellt.
-
7 ist
ein Diagramm eines repräsentativen
Systems zum Detektieren einer Bewegung einer mobilen Vorrichtung über eine
Grenze.
-
8 ist
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Definieren und Speichern
von Grenzen.
-
Gleiche
Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen kennzeichnen gleiche
Elemente.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
Ein
Grenzdetektionsprogramm kann verwendet werden, um automatisch eine
vorbestimmte Reaktion zu initiieren, wenn eine mobile Vorrichtung eine
vordefinierte virtuelle Grenze überquert.
Eine Implementierung ist das Gebiet des Melden von Treibstoffverbrauchstatistiken,
wenn Grenzen zwischen Staaten überquert
werden. Jedoch sei verstanden, dass das Programm bei anderen Typen
von Anwendungen verwendet werden kann, wo es wünschenswert ist, zu überwachen,
ob eine mobile Vorrichtung eine oder mehrere virtuelle Grenzen überquert
hat.
-
In
dem Fall des Meldens von Treibstoffverbrauchsstatistiken muss ein
Fahrer eines Fahrzeugs nicht seine Meilenstand- und Treibstoffanzeige-Ablesungen
manuell melden, wann auch immer eine Grenze zwischen zwei Staaten
oder Provinzen überquert
wird. Jedes Mal, wenn die Grenze überquert wird, kann die mobile
Vorrichtung, welche die Position des Fahrzeugs überwacht, die Meilenstand-
und Treibstoffanzeige-Ablesungen abrufen und sie an ein zentrales
System senden, das die Information kompiliert und die Treibstoffsteuer
berechnet, die den Staaten zusteht, welche der Fahrer besucht hat.
Zusätzlich
kann die Grenze um den Staat herum, in welchen das Fahrzeug eintritt,
als Ergebnis der Grenzüberquerung
geladen werden, und die mobile Vorrichtung kann arbeiten, um eine
Bewegung des Fahrzeugs über
die Grenze des neuen Staates zu detektieren. Beim Implementieren
des Grenzdetektionsalgorithmus bei mobilen Vorrichtungen, insbesondere
bei eingebetteten Vorrichtungen, welche eine beschränkte Verarbeitungsleistung
haben, hilft ein Reduzieren der Anzahl von Berechnungen, welche
erforderlich sind, um eine nützliche
Arbeit durchzuführen,
eine Überbelastung
des lokalen Prozessors der mobilen Vorrichtung zu vermeiden. Ein
Bestimmen, ob eine mobile Vorrichtung eine vordefinierte Grenze überquert
hat, kann eine relativ CPU-intensive Berechnung einbeziehen.
-
Die
beschriebenen Techniken sehen einen effizienten Weg des Definieren
einer Grenze und des Bestimmens vor, ob Koordinaten, die mit einer
bestimmten Position assoziiert sind, anzeigen, dass die Grenze überquert
worden ist. Insbesondere erlauben die Techniken der Mehrheit der
Berechnungen, welche zur Implementierung des Grenzdetektionsprogramms
notwendig sind, auf einem Desktop-Computer oder einer anderen leistungsfähigen Verarbeitungsvorrichtung
durchgeführt
zu werden und' erfordern
sehr wenig Verarbeitung oder Kommunikationen durch die überwachte
mobile Vorrichtung.
-
Zuerst
werden eine oder mehrere Grenzen definiert. Zum Beispiel zeigt 1 eine
Karte 100, welche einen Gerichtsbezirk 105 darstellt,
welcher in diesem Fall der Staat Kalifornien ist. Ein Gerichtsbezirk
ist ein Gebiet des Landes, wie beispielsweise ein Staat oder eine
Provinz oder jegliches andere staatliche oder nichtstaatliche geografische
Gebiet. Die Karte 100 ist durch eine Reihe von überlappenden Rechtecken 110 erweitert
worden. Die Rechtecke 110 definieren die ungefähre Grenze
zwischen dem kalifornischen Gerichtsbezirk 105 und anderen
Gerichtsbezirken, welche an den kalifornischen Gerichtsbezirk 105 angrenzend
sind. Die aktuelle Position einer mobilen Vorrichtung, deren Bewegung über Grenzen überwacht
wird, wird mit den Positionen der Grenzrechtecke 110 verglichen.
Wenn die aktuelle Position des Fahrzeugs oder anderer mobiler Vorrichtungen
innerhalb eines der Grenzrechtecke 110 ist, ist eine Bewegung über die
Grenze des kalifornischen Gerichtsbezirks 105 in einen
angrenzenden Gerichtsbezirk aufgetreten.
-
Jedes
Grenzrechteck 110 enthält
auch einen Identifizierer des nächsten
Gerichtsbezirks, in welchen als Ergebnis des Eintreten in das Grenzrechteck 110 eingetreten
wird. Wenn in ein Grenzrechteck 110 eingetreten wird, ist
die Grenze eines ersten Gerichtsbezirks überquert worden und die aktuelle
Position befindet sich innerhalb eines zweiten Gerichtsbezirks.
Die Identität
des zweiten Gerichtsbezirks wird durch den nächsten Gerichtsbezirksidentifizierer des
Grenzrechtecks 110 angezeigt, in welches durch das Fahrzeug
eingetreten wird. Rechtecke, welche die Grenze des zweiten Gerichtsbezirks
repräsentieren,
werden geladen, um eine Detektion der Bewegung über die Grenze des zweiten
neu in Anspruch genommenen Gerichtsbezirks zu erleichtern. Falls keine
Gerichtsbezirksgrenzdaten für
den Gerichtsbezirk verfügbar
sind, welcher nach einer Grenzüberquerung
von dem ersten Gerichtsbezirk in Anspruch genommen wird, bleibt
der nächste
Gerichtsbezirksidentifizierer für
das Rechteck 110 undefiniert. Wenn in ein Rechteck 110 mit
einem undefinierten nächsten Gerichtsbezirksidentifizierer
eingetreten wird, wird eine weitere Gerichtsbezirksgrenze nicht
geladen.
-
Jedes
Grenzrechteck 110 kann durch die globalen Positionierungs-Satellitenempfänger (GPS)-Koordinaten
von zwei gegenüberliegenden Ecken
des Rechtecks 110 definiert werden. In einer Implementierung
können
die Grenzrechtecke 110 geringfügig außerhalb der tatsächlichen
geopolitischen Grenze eines Gerichtsbezirks liegen. Ein Spalt von wenigen
Metern zwischen der tatsächlichen
Gerichtsbezirksgrenze und den Grenzrechtecken 110 berücksichtigt
potenzielle Ungenauigkeiten im Detektieren der präzisen Position
eines überwachten
Fahrzeugs oder Vorrichtung und stellt sicher, dass die tatsächliche
Gerichtsbezirksgrenze tatsächlich überquert
worden ist, wenn in ein Grenzrechteck 110 eingetreten wird,
weil auf die tatsächliche
Gerichtsbezirksgrenze angetroffen wird, bevor in das Grenzrechteck 110 eingetreten
wird (im Gegensatz zum reinen Durchqueren nahe der Grenze).
-
Der
Spalt ermöglicht
auch, dass Gerichtsbezirksgrenzen für angrenzende Gerichtsbezirke
ohne Überlappung
definiert werden können.
Wenn der Spalt enthalten ist, ist kein Teil der Gerichtsbezirksgrenze
innerhalb des Gerichtsbezirks. Stattdessen ist die Grenze vollständig innerhalb
der angrenzenden Gerichtsbezirke. Zum Beispiel, wenn zwei Gerichtsbezirke
aneinander angrenzend sind, wird die Grenze um den ersten Gerichtsbezirk
herum innerhalb des zweiten Gerichtsbezirks angeordnet sein und
die Grenze um den zweiten Gerichtsbezirk herum wird innerhalb des
ernten Gerichtsbezirks angeordnet sein. Daher existiert keine Überlappung
zwischen den zwei Gerichtsbezirksgrenzen.
-
Wenn
es eine Überlappung
in den Grenzen um zwei angrenzende Gerichtsbezirke herum gibt, dann
kann eine Grenzüberquerung
falsch detektiert werden. Die Überlappung
ermöglicht,
dass die überwachte
mobile Vorrichtung gleichzeitig innerhalb eines Grenzrechtecks von
mehreren Gerichtsbezirksgrenzen angeordnet ist. Während die
mobile Vorrichtung das Gebiet in Anspruch nimmt, dass beiden Gerichtsbezirksgrenzen
gemein ist, wird jede Überprüfung der
Position der überwachten
mobilen Vorrichtung bis die mobile Vorrichtung das gemeinsame Gebiet
verlassen hat, zu der falschen Bestimmung führen, dass eine Grenzüberquerung
aufgetreten ist. Die Grenzen, welche als Ergebnis der offensichtlichen Grenzüberquerung
geladen werden, enthalten alle das gemeinsame Gebiet, welches gegenwärtig in
Anspruch genommen wird, was zu der wiederholten Detektion einer
Grenzüberquerung
führt wenn
nur eine Grenzüberquerung
aufgetreten ist. Daher werden bei der oben genannten Implementierung
die Grenzrechtecke 110 wenige Meter (oder Meilen) außerhalb der
tatsächlichen
Gerichtsbezirksgrenze angeordnet, so dass kein Überlappungsgebiet zwischen
mehreren Grenzen existiert. Jedoch können andere Techniken zum Überwinden
des Problems der überlappenden
Grenzen um zwei angrenzende Gerichtsbezirke herum, was zu einer
falschen Detektion von Grenzüberschreitungen
führt,
verwendet werden, und die Grenzrechtecke 110 können die
tatsächlichen
Gerichtsbezirke in anderen Implementierungen überlappen.
-
Wenn
die Grenzrechtecke für
einen Gerichtsbezirk definiert werden, kann es wünschenswert sein, sicherzustellen,
dass es nur einen möglichen
Gerichtsbezirk gibt, in welchen eingetreten werden kann, wenn in
ein bestimmtes Grenzrechteck eingetreten wird. Ein potenzielles
Problem tritt auf, wenn ein Staat angrenzend an zwei andere Staaten entlang
einer einzigen geraden Grenze ist. Zum Beispiel zeigt 2a eine
Darstellung eines geografischen Gebietes, in welchem eine Grenze
zwischen einem spezifischen Gerichtsbezirk 105a, der Staat Wyoming,
und zwei angrenzenden Gerichtsbezirken 105b und 105c,
die Staaten Utah bzw. Colorado, definiert ist. Die südliche Grenze
des Wyoming-Gerichtsbezirks 105a ist gerade, so dass ein
einziges Grenzrechteck 110 verwendet werden kann, um die gesamte
südliche
Grenze zu definieren. Jedoch führt ein Überqueren
der westlichen Seite der südlichen Grenze
zu dem Utah-Gerichtsbezirk 105b und ein Überqueren
der östlichen
Seite der südlichen
Grenze führt
zu dem Colorado-Gerichtsbezirk 105c. Der nächste Gerichtsbezirksidentifizierer
des Grenzrechtecks 110 kann nur einen Gerichtsbezirk anzeigen,
in welchen eingetreten wird, wenn die südliche Grenze überquert
wird, sogar obwohl es zwei Möglichkeiten
gibt. Daher ist es nicht möglich,
zu bestimmen, ob eine überwachte
Vorrichtung in den Utah-Gerichtsbezirk 105b oder den Colorado-Gerichtsbezirk 105c eintritt,
wenn in das Rechteck 110 durch Überqueren der südlichen
Grenze eingetreten wird.
-
Um
diese potenzielle Mehrdeutigkeit zu vermeiden, und wie in 2b gezeigt
ist, kann die südliche
Grenze des Wyoming-Gerichtsbezirks 105a mit zwei Rechtecken 110a und 110b definiert
werden, die dem Utah-Abschnitt der Grenze bzw. dem Colorado-Abschnitt
der Grenze entsprechen. Das Utah-Rechteck 110a hat seinen
nächsten
Gerichtsbezirksidentifizierer für
den Utah-Gerichtsbezirk 105b festgelegt, während das
Colorado-Rechteck 110b seinen nächsten Gerichtsbezirksidentifizierer für den Colorado-Gerichtsbezirk 105c festgelegt
hat. Daher, wenn in das Utah-Rechteck 110a eingetreten wird,
ist in den Utah-Gerichtsbezirk 105b eingetreten worden,
und die Grenzrechtecke um den Utah-Gerichtsbezirk 105b herum
werden geladen. Ähnlich, wenn
in das Colorado-Rechteck 110b eingetreten wird, ist in
den Colorado-Gerichtsbezirk 105c eingetreten
worden, und die Grenzrechtecke um den Colorado-Gerichtsbezirk 105c herum werden
geladen. Obwohl die südliche
Grenze des Wyoming-Gerichtsbezirks 105a definiert werden
könnte
unter Verwendung eines einzigen Rechtecks 110, sieht ein
Definieren der südlichen
Grenze mit zwei Rechtecken 110a und 110b einen
günstigen
Weg vor, zu bestimmen, welche Gerichtsbezirksgrenze geladen werden
sollte, nachdem eine überwachte
Vorrichtung den Wyoming-Gerichtsbezirk 105a verlässt.
-
Nachdem
eine Gerichtsbezirksgrenze definiert wurde, können die Rechtecke, welche
die Gerichtsbezirksgrenze aufbauen, verwendet werden, um eine Bewegung über die
Gerichtsbezirksgrenze zu detektieren. 3 stellt
ein Verfahren 300 dar, welches die Rechtecke verwendet,
die die Gerichtsbezirksgrenze definieren oder der Gerichtsbezirksgrenze
in etwa entsprechen, um zu bestimmen, wenn die Gerichtsbezirksgrenze
durch eine überwachte Vorrichtung überquert
worden ist. Das Verfahren 300 kann auf einer überwachten
mobilen Vorrichtung implementiert werden. Zuerst wird ein Satz von
Rechtecken empfangen, welche die Grenze um den Gerichtsbezirk herum
definieren (Schritt 305). Der Satz von Rechtecken wird
zur späteren
Verwendung gespeichert, wenn die Grenzüberquerungen durch die überwachte
Vorrichtung detektiert werden. Eine Position der überwachten
Vorrichtung wird identifiziert (Schritt 310), und die Position
wird mit dem Satz von Rechtecken verglichen, die die Grenze um den
Gerichtsbezirk herum definieren (Schritt 315). Insbesondere
wird die Position der überwachten
Vorrichtung mit jedem der Rechtecke in dem Satz verglichen, um zu
bestimmen, ob die überwachte
Vorrichtung innerhalb irgendeines der Rechtecke angeordnet ist.
-
Wenn
die Position der überwachten
Vorrichtung innerhalb eines der Grenzrechtecke ist, dann hat sich
die überwachte
Vorrichtung über
die Gerichtsbezirksgrenze bewegt und eine geeignete Reaktion kann
initiiert werden (Schritt 320). Die Reaktion kann ein Aufzeichnen
von Statistiken enthalten, die den Betrieb der überwachten Vorrichtung und/oder
ein Laden eines unterschiedlichen Satzes von Rechtecken betreffen,
welche eine Grenze um einen Gerichtsbezirk herum definieren, in
welchen als Ergebnis der Grenzüberquerung
eingetreten wurde. Wenn die Position der überwachten Vorrichtung nicht
innerhalb eines der Grenzrechtecke ist, dann ist die Gerichtsbezirksgrenze
nicht überquert
worden und die Position der überwachten
Vorrichtung wird weiterhin überwacht.
-
Um
den Vergleich der Position der überwachten
Vorrichtung und des Satzes der Grenzrechtecke zu vereinfachen, können die
Grenzrechtecke ein Rotationstransformationsverfahren durchlaufen, welcher
die Seiten von jedem Rechteck in der Gerichtsbezirksgrenze parallel
zu der X-Achse und der Y-Achse des ausgewählten Koordinatensystemsangeordent.
Das Rotationstransformationsverfabren erfordert weitere Verarbeitungsressourcen,
wenn zuerst die Gerichtsbezirksgrenze definiert wird, macht jedoch
nachfolgende Berechnungen auf der mobilen Vorrichtung, welche überwacht
wird, effizienter. Der erste Schritt des Rotationstransformationsverfahrens ist,
einen Rotationswinkel für
jedes Rechteck hinsichtlich der X-Achse des Koordinatensystems zu
bestimmen. Dieser Schritt kann auf einem Desktop-Computer oder einer
anderen Vorrichtung mit erheblichen Verarbeitungsressourcen vorgenommen werden.
Jedes Rechteck wird um den Ursprung herum um den Winkel rotiert,
so dass die Seiten des Rechtecks parallel oder senkrecht zu der
X-Achse sind. Die rotierten Rechtecke werden dann auf der mobilen
Vorrichtung gespeichert. Anschließend überwacht die mobile Vorrichtung
ihre Position, um zu bestimmen, ob eine Grenzüberquerung aufgetreten ist. Wenn
der Rotationswinkel für
ein Grenzrechteck nicht gleich Null ist, dann durchlaufen die Koordinaten
der aktuellen Position die gleiche Rotationstransformation wie das
entsprechende rotierte Rechteck. Die rotierten GPS-Koordinaten werden
dann mit den rotierten Koordinaten der Ecken des Rechtecks verglichen,
um zu sehen, ob die aktuelle Position innerhalb des Rechtecks ist.
Wenn die Seiten der rotierten Rechtecke parallel zu der X-Achse
und Y-Achse sind, braucht die mobile Vorrichtung nur noch die aktuelle Position
mit den minimalen und maximalen X- und -Y-Werten eines Rechtecks
zu vergleichen, um zu bestimmen, ob die aktuelle Position innerhalb
des Rechtecks ist.
-
4a bis 4h stellen
ein Verfahren zum Bestimmen des Winkels 405 der Rotation
eines Grenzrechtecks 110 hinsichtlich der X-Achse des Koordinatensystems
dar. Jedes Grenzrechteck 110 weist eine zugewiesene Richtung
der Rechtecksbetrachtung 410 auf. Die Richtung der Rechtecksbetrachtung
baut die Reihenfolge auf, in welcher die Rechtecke, welche eine
Gerichtsbezirksgrenze definieren, analysiert werden. Zum Beispiel
bestimmt die Richtung der Rechtecksbetrachtung die Reihenfolge, in
welcher die Grenzrechtecke rotiert werden und die Reihenfolge, in
welcher die Rechtecke verwendet werden, um zu bestimmen, ob eine
Grenzüberquerung
aufgetreten ist. Die Richtung der Rechtecksbetrachtung für ein beispielhaftes
Rechteck zeigt von einem Rechteck, welches als direkt vor dem beispielhaften
Rechteck angesehen wird, zu einem Rechteck, welches als direkt nach
dem beispielhaften Rechteck angesehen wird. Typischerweise wird
die Richtung der Rechtecksbetrachtung basierend auf einer Überquerung
der Gerichtsbezirksgrenze im Uhrzeigersinn oder entgegengesetzt
dem Uhrzeigersinn zugewiesen. Mit anderen Worten werden die Rechtecke
in der Reihenfolge während
der Überquerung
im Uhrzeigersinn oder entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn der Gerichtsbezirksgrenze
betrachtet, in welcher auf sie getroffen wird. Ein Startpunkt für die Überquerung
kann beliebig gewählt
werden. Zum Beispiel, wenn eine Richtung der Rechtecksbetrachtung,
basierend auf einer Überquerung
der Gerichtsbezirksgrenze im Uhrzeigersinn zugewiesen wird, haben
die Rechtecke entlang der Nordseite der Grenze eine Richtung der
Rechtecksbetrachtung, welche im Allgemeinen nach Osten zeigt, die
Rechtecke entlang der Ostseite der Grenze haben eine Richtung der
Rechtecksbetrachtung, die im Allgemeinen nach Süden zeigt, die Rechtecke entlang
der Südseite
der Grenze haben eine Richtung der Rechtecksbetrachtung, die im
Allgemeinen nach Westen zeigt und die Rechtecke entlang der Westseite
der Grenze haben eine Richtung der Rechtecksbetrachtung, die im
Allgemeinen nach Norden zeigt.
-
Typischerweise
ist die Richtung der Rechtsecksbetrachtung 410 für ein Grenzrechteck
parallel zu der längeren
Seite des Rechtecks 110. Die Grenzrechtecke 110 können rotiert
werden, bis die Richtung der Rechtecksbetrachtung 410 parallel
zu der X-Achse ist und in die Richtung eines zunehmenden X zeigt.
-
Um
den notwendigen Rotationswinkel 405 zu berechnen, werden
die Ecken in einer entgegen dem Uhrzeigersinn gerichteten Art und
Weise nummeriert. Ecke 1 als "P(X1,
Y1)" bezeichnet,
wird ausgewählt,
so dass die Richtung der Rechtecksbetrachtung 410 von der
Ecke 1 in Richtung der Ecke 2 zeigt, welche mit "P(X2, Y2)" bezeichnet ist. Ecke 3 ist mit "P(X3, Y3)" bezeichnet, während Ecke
4 (siehe 5a und 5b) die
Koordinaten "P(X4,
Y4)" haben kann.
Der Winkel zwischen der Seite des Rechtecks 110 zwischen
den Ecken 1 und 2 und die positive X-Achse des Koordinatensystems
definieren den Winkel 405, um welchen das Rechteck 110 rotiert wird.
Alternativ kann der Winkel zwischen der Seite des Rechtecks 110 zwischen
irgendwelchen anderen zwei aufeinander folgenden Ecken (zum Beispiel Ecken
2 und 3, Ecken 3 und 4, oder Ecken 4 und 1) und die positive oder
negative X-Achse oder die positive oder negative Y-Achse auch verwendet
werden. Der notwendige Rotationswinkel 405 wird unter der
Annahme bestimmt, dass die Grenzrechtecke 110 in einer
Richtung im Uhrzeigersinn rotiert werden.
-
Zum
Beispiel ist eine Rotation für
das Grenzrechteck 110 von 4b notwendig,
weil die Seiten des Rechtecks 110 weder parallel zu der
X-Achse oder der Y-Achse sind und mit der Richtung der Rechtecksbetrachtung,
welche in die positive X-Richtung orientiert sind. Der notwendige
Rotationswinkel 405 kann aus dem Winkel zwischen der positiven X-Achse
und der Seite des Rechtecks, welche durch Ecken 1 und 2 definiert
wird, bestimmt werden. In diesem Beispiel ist X1 die X-Koordinate
der Ecke 1, Y1 ist die Y-Koordinate der Ecke 1, X2 die X-Koordinate der
Ecke 2, Y2 ist die Y-Koordinate
der Ecke 2 und α ist
der Winkel 405 der Rotation. Zum Zwecke des Darstellens
der Bestimmung des Rotationswinkels 405 wird ein imaginäres Dreieck
gebildet, wobei die Seite des Dreiecks zwischen Ecken 1 und 2 die
Hypotenuse ist. Die Länge
der Seite des rechten Dreiecks gegenüberliegend dem Winkel α, ΔY, wird bestimmt
durch: ΔY
= Y2 – Y1und
die Länge
der Seite des Dreiecks angrenzend des Winkels α, ΔX, wird bestimmt durch: ΔX
= X2 – X1,der
Winkel der Rotation α kann
bestimmt werden durch: α = arctan(ΔV/ΔX) × (–1), wobei das Ergebnis
der Arcustangensfunktion der Winkel zwischen der ausgewählten Seite
des Dreiecks und der positiven X-Achse ist, und die Multiplikation
mit –1
verwendet wird, um eine Rotation im Uhrzeigersinn herzustellen.
-
Ähnliche
Berechnungen können
für die
anderen möglichen
Orientierungen der Grenzrechtecke 110, welche in 4d, 4f und 4h dargestellt sind,
verwendet werden. Zum Beispiel, wenn der Rotationswinkel 405 für das Rechteck 110 in 4d berechnet
wird, wird das gleiche Verfahren verwendet, um ΔY hinsichtlich 4b zu
berechnen. Jedoch wird ΔX
bestimmt durch: ΔX = (X2 – X1) × –1,wobei die Multiplikation
mit –1
verwendet wird, um ΔX positiv
zu machen, weil X1 größer ist
als X2. Der Rotationswinkel α wird
bestimmt durch: α = (π – arctan(ΔY/ΔX)) × (–1),wobei die Subtraktion
des Ergebnisses der Arcustangensfunktion von π und die Multiplikation mit –1 verwendet
werden, um eine Rotation im Uhrzeigersinn herzustellen, die in die
Richtung der Rechtecksbetrachtung 410 für das Rechteck 110 in
der positiven X-Richtung zeigt.
-
In 4f wird ΔY bestimmt
durch: ΔY
= (Y2 – Y1) × –1,wobei
die Multiplikation mit –1
verwendet wird, um ΔY positiv
zu machen, weil Y1 größer ist
als Y2.
-
ΔX wird bestimmt
durch: ΔX
= (X2 – X1) × –1,wobei
die Multiplikation mit –1
verwendet wird, um ΔX positiv
zu machen, weil X1 größer ist
als X2. Der Rotationswinkel α wird
bestimmt durch: α = (π + arctan(ΔY/ΔX)) × (–1),wobei die Addition
des Ergebnisses der Arcustangensfunktion mit π und die Multiplikation mit –1 verwendet
werden, um eine Rotation im Uhrzeigersinn zu erzeugen, die in die
Richtung der Rechtecksbetrachtung 410 für das Rechteck 110 in
der positiven X-Richtung zeigt.
-
In 4h wird ΔX auf die
gleiche Weise bestimmt, wie es hinsichtlich der 4b durchgeführt wurde,
jedoch wird ΔY
bestimmt durch: ΔY = (Y2 – Y1)× –1, wobei die Multiplikation
mit –1
verwendet wird, um ΔY positiv
zu machen, weil Y1 größer als
Y2 ist. Der Rotationswinkel α wird
bestimmt durch: α = ((2π) – arctan(ΔY/ΔX)) × (–1),wobei die Subtraktion
des Ergebnisses der Arcustangensfunktion von 2π und die Multiplikation mit –1 verwendet
werden, um eine Rotation im Uhrzeigersinn zu erzeugen, die in die
Richtung der Rechtecksbetrachtung 410 für das Rechteck 110 in
der positiven X-Richtung zeigt.
-
Bestimmte
Orientierungen der Grenzrechtecke 110, welche in 4a, 4c, 4e und 4g gezeigt
sind, erfordern einen Rotationswinkel 405, welcher ein
negatives Vielfaches von 90° ist, weil
die Richtung der Rechtecksbetrachtung 410 parallel zu den
Achsen des Koordinatensystems ist. Zum Beispiel ist keine Rotation
für das
Grenzrechteck 110 aus 4a notwendig,
weil die Richtung der Rechtecksbetrachtung 410 bereits
in die positive X-Richtung zeigt. Andererseits gibt die Richtung
der Rechtecksbetrachtung 410 des Rechtecks 110 aus 4c vor,
welches in die positive Y-Richtung zeigt, dass das Rechteck 110 um –90° rotiert
werden sollte. Ähnlich
sollte das Rechteck 110 aus 4e um –180° rotiert
werden, weil die Richtung der Rechtecksbetrachtung 410 in
die negative X-Richtung zeigt, während
das Rechteck 110 aus 4g um –270° rotiert
werden sollte, weil die Richtung der Rechtecksbetrachtung 410 in
die negative Y-Richtung zeigt.
-
Alternativ
oder zusätzlich
kann der Rotationswinkel 405 ohne Betrachtung der Richtung
der Rechtecksbetrachtung des Grenzrechtecks 110 bestimmt
werden. 5a und 5b stellen
ein Verfahren zum Anordnen der Koordinaten dar, die jedes Grenzrechteck 110 definieren,
so dass die Orientierung des Rechtecks relativ zu der Richtung der Rechtecksbetrachtung
nicht wichtig ist. Ähnlich
können
entweder eine längere
oder eine kürzere
Seite des Rechtecks parallel zu der X-Achse (oder der Y-Achse) gemacht werden.
In Übereinstimmung
mit dem dargestellten Nummerierungsschema, wenn die Rechtecksseiten
nicht parallel mit den X- und Y-Achsen
sind, ist Ecke 1, bezeichnet als "P(X1, Y1)" die Ecke mit dem minimalen Y-Wert. In Fällen, wo
das Grenzrechteck 110 Seiten aufweist, die parallel zu den
X- und Y-Achsen sind, ist Ecke 1 die Ecke des Grenzrechtecks 110,
welche den minimalen X- Wert und
minimalen Y-Wert aufweist. In jedem Fall sind andere Ecken in einer
Weise entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn hinsichtlich der Ecke 1
definiert.
-
Das
Rechteck 110 wird um den Ursprung herum rotiert, bis die
Seiten des Rechtecks 110 parallel oder senkrecht zu der
X-Achse und Y-Achse des Koordinatensystems sind, was ein rotiertes
Rechteck 110' herstellt,
wie in 5b gezeigt ist. In dem dargestellten
Beispiel wird Rechteck 110 rotiert, bis die Seite des Rechtecks 110 zwischen
Ecken 1 und 2 parallel zu der X-Achse ist. Um den Rotationswinkel,
welcher notwendig ist, um das Grenzrechteck 110 in das rotierte
Rechteck 110' zu
rotieren, zu berechnen, wird ein imaginäres rechtes Dreieck mit der
Seite des Rechtecks 110 zwischen Ecken 1 und 2 als die
Hypotenuse gebildet. In diesem Beispiel ist X1 die X-Koordinate der Ecke
1, Y1 ist die Y-Koordinate der Ecke 1, X2 ist X-Koordinate der Ecke
2, Y2 ist die Y-Koordinate der Ecke 2 und α ist der Rotationswinkel 405. Die
Länge der
Seite des rechten Dreiecks gegenüberliegend
dem Winkel α, ΔY wird bestimmt
durch: ΔY
= Y2 – Y1,und
die Länge
der Seite des Dreiecks angrenzend des Winkels α, ΔX, wird bestimmt durch: ΔX
= X2 – X1.
-
Der
Rotationswinkel α kann
dann bestimmt werden durch: α = arctan(ΔY/ΔX) × (–1),wobei die Multiplikation
mit –1
verwendet wird, um eine Rotation im Uhrzeigersinn herzustellen.
-
Es
kann erkannt werden, dass die vorhergehenden Verfahren zum Bestimmen
des Rotationswinkels α nur
beispielhaft sind, und dass der Rotationswinkel α auch auf andere Weisen bestimmt
werden kann. Zum Beispiel können
Grenzrechteckseiten, welche unterschiedlich zu der zwischen Ecken
1 und 2 sind, verwendet werden.
-
Zusätzlich kann
das Rechteck 110 auch in einer Richtung entgegengesetzt
dem Uhrzeigersinn um einen Winkel β rotiert werden, welcher gleich 360° – α, 270° – α, 180° – α, 90° – α oder irgendein anderes
Vielfaches von 90° ist.
Darüber
hinaus kann anstelle des Berechnen des Winkels α unter Verwendung der Arcustangensfunktion
eine Arcuscosinus- oder Arcussinusfunktion auch verwendet werden.
-
6a zeigt
eine Rotationstransformation eines Grenzrechtecks 110 in
ein rotiertes Rechteck 110',
welches parallel zu der X-Achse und der Y-Achse ist. Die Rotationstransformation
kann durch Berechnen der rotierten Koordinaten X' und Y' für
jede Ecke des Rechtecks 110 unter Verwendung der folgenden
Gleichungen erreicht werden: X' = Xcos(α) – Ysin(α) Y' =
Xsin(α)
+ Ycos(α)wobei α der Rotationswinkel 405 ist
und X und Y die unrotierten Koordinaten einer Ecke des Grenzrechtecks 110 sind.
Obwohl es möglich
ist, alle vier Ecken unter Verwendung dieser Gleichungen zu transformieren,
ist es im Allgemeinen ausreichend, zwei Sätze von Koordinaten zu transformieren,
welche gegenüberliegende
Ecken darstellen, weil diese zwei Sätze von Koordinaten ausreichend
sind, um das rotierte Rechteck 110' zu definieren: Somit können die X- und Y-Koordinaten
für jede
der Ecken 1 und 3 des ursprünglichen
Rechtecks 110 zum Beispiel in die obigen Gleichungen eingesetzt
werden, um die Koordinaten für
Ecken 1 und 3 des rotierten Rechtecks 110' zu erzeugen. Wie auch für die Bestimmung
der rotierten Winkel, kann die tatsächliche Rotation des Grenzrechtecks 110 auf
einem Desktop-Computer oder anderer Vorrichtung mit deutlichen Verarbeitungsressourcen
durchgeführt
werden.
-
Gerichtsbezirksgrenzen
können
in Dateien auf der überwachten
Vorrichtung gespeichert werden. In einer möglichen Implementierung kann
eine Gerichtsbezirksgrenze (zum Beispiel die Grenze eines Staates
darstellend) in jeder Datei gespeichert werden. Somit kann jede
Datei mehrere Rechtecke enthalten. Die Gerichtsbezirksdateien können gemäß den Gerichtsbezirksgrenzen
benannt werden, die sie enthalten. Zum Beispiel ist eine mögliche Gerichtsbezirksdateinamenkonvention "<Gerichtsbezirksidentifizierer>-<Gerichtsbezirksname>. jsd", wobei <Gerichtsbezirksidentizierer> ein kurzer ganzzahliger
Identifizierer für
einen Gerichtsbezirk ist und <Gerichtsbezirksname> ein beschreibender
Name des Gerichtsbezirks ist, wie beispielsweise "Kalifornien". Für jedes
Rechteck in der Gerichtsbezirksgrenze, welche in der Datei enthalten
ist, können
der Rotationswinkel α,
die rotierten Koordinaten von zwei gegenüberliegenden Ecken des Rechtecks
und ein Identifizierer für
den nächsten
Gerichtsbezirk in der Datei enthalten sein. Zusätzlich erscheint ein Header am
oberen Ende der Datei, um den Gerichtsbezirk zu identifizieren,
dessen Grenze in der Datei enthalten ist, und um die Anzahl von
Rechtecken in der Grenze zu spezifizieren.
-
In
einer Implementierung sind die Bytes 1 und 2 der Datei kurze ganze
Zahlen, welche den Identifizierer des Gerichtsbezirks darstellen.
Die Bytes 3 und 4 der Datei sind eine kurze ganze Zahl, welche die
Anzahl der Rechtecke in der Gerichtsbezirksgrenze anzeigen. Der
Rest der Datei besteht aus 22 Byte-Segmenten. Ein 22-Byte-Segment
existiert für
jedes Rechteck in der Gerichtsbezirksgrenze. Die Bytes 1–4 von jedem
Segment sind eine Gleitkommazahl, die die rotierte X-Koordinate
der ersten Ecke des Rechtecks darstellt und Bytes 5–8 von jedem Segment
sind eine Gleitkommazahl, welche die Y-Koordinate der ersten Ecke
des Rechtecks darstellt. Ähnlich
sind Bytes 9–12
von jedem Segment eine Gleitkommazahl, welche die rotierte X-Koordinate
einer zweiten Ecke des Rechtecks gegenüberliegend der ersten Ecke
darstellt, und Bytes 13–16 von
jedem Segment sind eine Gleitkommazahl, welche die Y-Koordinate
der zweiten Ecke des Rechtecks darstellt. Bytes 17–20 sind
eine Gleitkommazahl, welche den Winkel in Radianten darstellt, um welche
die ersten und zweiten Ecken rotiert wurden. Schließlich sind
Bytes 21 und 22 kurze ganze Zahlen, welche den nächsten Gerichtsbezirksidentifizierer
für das
Rechteck darstellen. In einer alternativen Implementierung können die
Koordinaten in einem XML-Format durch die überwachte mobile Vorrichtung
gespeichert werden.
-
Die
mobile oder eingebettete Vorrichtung speichert Dateien für einen
oder mehrere Gerichtsbezirke und im Betrieb liest sie die Datei
für den
Gerichtsbezirk, welchen die Vorrichtung aktuell in Anspruch nimmt.
Ein GPS-Empfänger
bestimmt periodisch die Position des Fahrzeugs oder der Vorrichtung,
die zu überwachen
ist. Alternativ kann die Position des Fahrzeugs unter Verwendung
eines anderen Typs eines Lokalisierungssystems bestimmt werden, wie
beispielsweise ein System aus terrestrischen Türmen, die Signale übertragen
zu/oder empfangen von einem Empfänger/Sender,
der in oder auf dem Fahrzeug angeordnet ist. Solch ein System kann
die Laufzeiten zwischen dem Fahrzeug und den terrestrischen Türmen verwenden,
um die Position des Fahrzeugs zu triangulieren. Dieser Typ von Triangulationssystem
kann zum Beispiel unter Verwendung einer mobilen Telekonimunikationsinfrastruktur
implementiert werden. Die Vorrichtung vergleicht die aktuelle Position
der überwachten
Vorrichtung mit jedem der rotierten Rechtecke in der Datei für den aktuellen
Gerichtsbezirk.
-
Wenn
eine aktuelle Position des Fahrzeugs mit einem bestimmten Rechteck
zu vergleichen ist, werden zuerst die Positionskoordinaten (zum
Beispiel GPS-Koordinaten)
der aktuellen Position, falls notwendig, um den Rotationswinkel
des bestimmten Rechtecks rotiert. Falls der gespeicherte Rotationswinkel
Null ist, dann wird keine Rotation der Positionskoordinaten durchgeführt. Andererseits,
wenn der Winkel α nicht
gleich Null ist, durchlaufen die Positionskoordinaten die gleiche
Rotationstransformation wie das entsprechende rotierte Rechteck.
Die mobile oder eingebettete Vorrichtung prüft dann, um zu sehen, ob die
Positionskoordinaten innerhalb des rotierten Rechtecks 110' sind, durch
Durchführen
einfacher Vergleiche mit den Ecken des rotierten Rechtecks 110'. Wenn das Fahrzeug
nicht innerhalb des aktuellen rotierten Rechtecks 110' ist, dann wird
ein weiteres rotiertes Rechteck von der Gerichtsbezirksgrenze geprüft, bis
alle rotierten Rechtecke in der Datei geprüft worden sind. Typischerweise
können
die rotierten Rechtecke sequenziell in der Reihenfolge geprüft werden,
in welcher sie in der Datei gespeichert sind (zum Beispiel können die
rotierten Rechtecke gespeichert sein in einer Reihenfolge, die eine Durchquerung
der gesamten Gerichtsbezirksgrenze im Uhrzeigersinn darstellen).
Wenn das Fahrzeug nicht in irgendeinem dieser rotierten Rechtecke 110' ist, welche
mit dem aktuellen Gerichtsbezirk assoziiert sind, dann hat das Fahrzeug
nicht die Grenze um den Gerichtsbezirk herum überquert.
-
6b stellt
die Rotationstransformation eines Satzes von Positionskoordinaten
dar. Diese Transformation verwendet die gleichen Gleichungen wie
die Transformation der Grenzrechtecke 110, welche durchgeführt wird,
bevor die Koordinaten des rotierten Rechtecks 110' auf der mobilen
oder eingebetteten Vorrichtung gespeichert werden. Insbesondere
werden die Positionskoordinaten rotiert unter Verwendung von: X' =
Xcos(α) – Ysin(α) Y' =
Xsin(α)
+ Ycos(α)wobei
X und Y die Positionskoordinaten vor einer Rotation sind, α der Rotationswinkel
ist und X' und Y
die rotierten Positionskoordinaten sind. Die rotierten Positionskoordinaten
werden dann mit den Koordinaten des rotierten Rechtecks 110' verglichen.
Wenn X' zwischen
den rotierten X-Koordinaten der gegenüberliegenden Ecken des aktuellen
Rechtecks 110 ist und Y' zwischen
den rotierten Y-Koordinaten der gegenüberliegenden Ecken des aktuellen
Rechtecks 110 ist, dann ist das Fahrzeug innerhalb des
aktuellen Rechtecks 110.
-
Die
Mehrheit der Berechnungen, welche durchgeführt werden, um eine Grenze
zu definieren und um zu bestimmen, ob ein Satz von Koordinaten innerhalb
der definierten Grenze liegt, werden auf einer Desktop-Vorrichtung
oder einem anderen Computer mit deutlicher Verarbeitungsleistung
durchgeführt.
Die Ergebnisse dieser Berechnungen werden innerhalb einer Grenzdefinition
gespeichert und auf die mobile oder eingebettete Vorrichtung geladen.
Im Ergebnis muss die mobile oder eingebettete Vorrichtung relativ
wenige Berechnungen durchführen,
was die Verwendung von weniger leistungsstarken oder weniger teuren
CPU's erlaubt, um
die Grenzdetektionsfunktion durchzuführen.
-
7 stellt
ein repräsentatives
System zum Detektieren der Bewegung einer mobilen Vorrichtung 700 über eine
Grenze dar. Die mobile Vorrichtung 700 stellt ein Fahrzeug
oder jegliche andere Vorrichtung dar, für welche eine Bewegung über eine
Grenze überwacht
werden kann. Die mobile Vorrichtung 700 enthält einen
GPS-Empfänger 705,
der die aktuelle Position der mobilen Vorrichtung 700 basierend auf
Signalen, welche von mehreren GPS-Satelliten 710 empfangen
werden, bestimmen. Die mobile Vorrichtung 700 enthält auch
einen Prozessor 715. Der Prozessor 715 kann ein
Teil einer eingebetteten Vorrichtung sein (zum Beispiel ein On-Board-Computer mit
beschränkter
Funktionalität)
oder kann ein allgemein verwendeter Prozessor sein, der in oder
auf der mobilen Vorrichtung 700 enthalten ist.
-
Ein
Speicher 720 speichert eine oder mehrere Gerichtsbezirksgrenzdefinitionen.
Jede Grenzdefinition enthält
eine Reihe von rotierten Rechtecken 110', welche, bevor sie in den Speicher 720 geladen werden,
rotiert worden sind, um zu den Achsen des GPS-Koordinatensystems parallel zu sein.
Zusätzlich enthalten
die Gerichtsbezirksgrenzdefinitionen einen Rotationswinkel entsprechend
jedem rotierten Rechteck 110'.
Die Gerichtsbezirksgrenzdefinitionen können in den Speicher 720 durch
eine verdrahtete oder drahtlose Schnittstelle geladen werden. Zum
Beispiel kann die Gerichtsbezirksgrenzbeschreibung in den Speicher 720 von
einem mobilen Transeiver 725 geladen werden, der die Gerichtsbezirkgrenzbeschreibung über eine
Funkschnittstelle 730 empfängt.
-
Der
Prozessor 715 arbeitet, um periodisch von dem GPS-Empfänger 705 einen
Satz von GPS-Koordinaten zu empfangen, die die aktuelle Position
der mobilen Vorrichtung identifizieren. Der Prozessor 715 transformiert
dann den empfangenen Satz von Koordinaten unter Verwendung des gespeicherten
Rotationswinkels eines rotierten Rechtecks von der Grenze des Gerichtsbezirks,
welcher aktuell in Anspruch genommen wird, und vergleicht die rotierten
Koordinaten mit dem entsprechenden rotierten Rechteck 110', welches in
dem Speicher 720 gespeichert ist, wie oben beschrieben.
-
Wenn
der Prozessor 715 bestimmt, dass die mobile Vorrichtung 700 in
ein rotiertes Rechteck eingetreten ist, welches durch die Gerichtsbezirksgrenzbeschreibung
definiert ist, initiiert der Prozessor 715 eine vorbestimmte
Reaktion. Zum Beispiel kann der Prozessor 715 einen Fahrzeugdatenbus 735 verwenden,
um die Meilenstand- und
Treibstoffanzeige-Ablesungen in einer Implementierung zu bestimmen, wo
der Treibstoffverbrauch und die zurückgelegte Entfernung innerhalb
eines Gerichtsbezirks überwacht
werden. Der Prozessor 715 kann dann die Funkschnittstelle 730 verwenden,
um eine Nachricht, welche die Fahrzeugstatistiken enthält, von
dem mobilen Transceiver 725 zu einer zentralen Überwachungseinheit 740 zu
senden. Die Nachricht kann unter Verwendung jeglichen Typs einer
drahtlosen Kommunikationsinfrastruktur gesendet werden, wie beispielsweise
ein mobiles Telekommunikationssystem (nicht im Einzelnen gezeigt),
die die Nachricht zu der zentralen Überwachungseinheit 740 über eine Funkschnittstelle 730 übermittelt.
Die zentrale Überwachungseinheit 740 kann
auch einen Server oder einen anderen Typ eines Prozessors enthalten,
welcher eine vorbestimmte Handlung in Reaktion auf die erhaltene
Nachricht vornimmt, wie beispielsweise Aufzeichnen der Fahrzeugstatistiken
in einer Datenbank oder Durchführen
einiger Berechnungen, basierend auf den erhaltenen Statistiken.
Als Alternative zu den drahtlos kommunizierten Fahrzeugstatistiken und/oder
Anzeige einer Grenzüberquerung
kann der Prozessor 715 der mobilen Vorrichtung 700 einfach die
Information in eine Datenbank aufzeichnen, welche in dem Speicher 720 gespeichert
ist, zur späteren Übertragung
an die zentrale Überwachungseinheit 740.
-
8 stellt
ein Verfahren 800 zum Definieren von Grenzen zwischen einem
Satz von Gerichtsbezirken dar, so dass die Bewegung über die
Grenzen detektiert werden kann. Eine Grenze um jeden Gerichtsbezirk
herum wird definiert, verarbeitet und gespeichert, so dass die Grenze
verwendet werden kann, wenn die mobile Vorrichtung, welche überwacht
wird, sich innerhalb des Gerichtsbezirks befindet. Das Verfahren 800 beginnt
mit dem Definieren einer Grenze eines Gerichtsbezirks in einem Koordinatensystem
(Schritt 805). Wie oben diskutiert, kann die Grenze eine
Reihe von überlappenden
Rechtecken 110 sein. In solch einem Fall kann jedes Rechteck 110 ein
Segment der Gesamtgrenze darstellen. Jedes Rechteck 105 kann
durch zwei Sätze
von Koordinaten definiert werden, die zwei gegenüberliegende Ecken des Rechtecks
darstellen. Die Anzahl der Rechtecke in der Gerichtsbezirksgrenze,
zusammen mit einem Identifizierer des Gerichtsbezirks, dessen Grenze
definiert wird, wird in eine Datei geschrieben, welche die Grenze
des Gerichtsbezirks spezifiziert (Schritt 810). Ein mögliches
Dateiformat ist oben beschrieben, obwohl andere Formate auch verwendet
werden können.
-
Als
Nächstes
wird ein erstes Segment als das aktuelle Segment festgelegt und
ein Winkel α wird
für ein
aktuelles Segment der Grenze berechnet (Schritt 815). Der
Winkel α ist
der Winkel zwischen einer geraden Kante des Segments und einer der
Achsen des Koordinatensystems. Somit kann der Winkel α der Winkel
zwischen einer Seite eines Rechtecks und der X-Achse oder der Y-Achse
eines ausgewählten
Koordinatensystems sein. Das aktuelle Grenzsegment wird dann um
den Winkel α rotiert
(Schritt 820), der dem Segment entspricht, und die rotierten Koordinaten
und der Winkel α für das aktuelle
Segment werden in die Gerichtsbezirksgrenzspezifikationsdatei geschrieben
(Schritt 825). Die Gerichtsbezirksgrenzspezifikationsdateien
können
in einem Speicher gespeichert werden, welcher in dem Fahrzeug oder
in einer anderen mobilen Vorrichtung, die zu überwachen ist, angeordnet ist.
-
In
einer richtig definierten Gerichtsbezirksgrenze entspricht jedes
Segment der Gesamtgrenze einem bestimmten angrenzenden Gerichtsbezirk
und ein Identifizierer des bestimmten angrenzenden Gerichtsbezirks
wird bestimmt (Schritt 830). Der nächste Gerichtsbezirksidentifizierer
wird in die Gerichtsbezirksgrenzspezifikationsdatei geschrieben
(Schritt 835) und wird mit dem aktuellen Segment assoziiert.
-
Eine
Bestimmung wird vorgenommen, ob eines oder mehrere zusätzliche
Grenzsegmente in der Gerichtsbezirksgrenze existieren (Schritt 840).
Falls dies so ist, wird der Winkel α für das nächste Grenzsegment berechnet
(Schritt 815), das Grenzsegment wird rotiert (Schritt 820),
die rotierten Segmentkoordinaten und der entsprechende Winkel α werden in
die geeignete Datei geschrieben (Schritt 825), der angrenzende
Gerichtsbezirk entsprechend dem Grenzsegment wird bestimmt (Schritt 830),
der nächste
Gerichtsbezirksidentifizierer wird in die geeignete Datei geschrieben
(Schritt 835) und es wird wieder bestimmt, ob zumindest
ein zusätzliches
Grenzsegment existiert (Schritt 840). Auf diese Weise können Schritte 815, 820, 825, 830 und 835 wiederholt
werden, bis alle Grenzsegmente in der Grenze verarbeitet worden
sind.
-
Wenn
alle der Grenzsegmente in einer einzigen Gerichtsbezirksgrenze verarbeitet
worden sind, wird eine Bestimmung vorgenommen, ob eine Grenze für eine oder
mehrere zusätzliche
Gerichtsbezirke definiert werden muss (Schritt 845). Falls
dies so ist, wird der gesamte Prozess des Definieren der Gerichtsbezirksgrenze
als ein Satz von überlappenden Rechtecken,
Verarbeiten jedes der Rechtecke in der Gerichtsbezirksgrenze und
Schreiben der geeigneten Information in die Gerichtsbezirksgrenzspezifikationsdatei
wiederholt, bis die Grenzen aller Gerichtsbezirke definiert und
verarbeitet worden sind, an welchem Punkt das Verfahren 800 vollständig ist
(Schritt 850).
-
9 stellt
ein Verfahren 900 zum Verwenden der verarbeiteten Gerichtsbezirksgrenzen
dar, um eine Bewegung einer mobilen Vorrichtung über eine der Gerichtsbezirksgrenzen
zu detektieren. Zuerst wird angenommen, dass die zu überwachende mobile
Vorrichtung innerhalb eines Gerichtsbezirks angeordnet ist. Eine
aktuelle Position der Vorrichtung, die zu überwachen ist, wird bestimmt
unter Verwendung von zum Beispiel einem GPS-Empfänger oder einem anderen Ortungssystem
(Schritt 905).
-
Die
aktuelle Position der Vorrichtung wird mit einer Grenze des derzeit
in Anspruch genommenen Gerichtsbezirks verglichen. Zu diesem Zweck
wird ein aktuelles Segment von dem Satz der Grenzrechtecke, welche
die Gerichtsbezirksgrenze definieren, ausgewählt (Schritt 910).
Die Koordinaten der aktuellen Position werden um den Winkel α rotiert,
der mit dem aktuellen Segment assoziiert ist (Schritt 915). Die
rotierten Koordinaten der aktuellen Position werden dann mit den
rotierten Koordinaten des ausgewählten
Segments verglichen (Schritt 920). Basierend auf dem Vergleich
wird bestimmt, ob die aktuelle Position eine Grenzüberquerung
darstellt (das heißt, basierend
darauf, ob die aktuelle Position innerhalb des ausgewählten Segments
ist) (Schritt 925). Falls dies nicht so ist, wird bestimmt,
ob mehr Grenzrechtecke geprüft
werden müssen
(Schritt 930). Falls dies so ist, wird ein weiteres Grenzrechteck.
ausgewählt (Schritt 910),
die aktuelle Position wird um den Rotationswinkel rotiert, welcher
mit dem ausgewählten Segment
assoziiert ist (Schritt 915), die rotierten Koordinaten
der aktuellen Position werden mit den rotierten Koordinaten des
ausgewählten
Segments verglichen (Schritt 920) und es wird wieder bestimmt,
ob die aktuelle Position eine Grenzüberquerung darstellt. Auf diese
Weise können
Schritte 910, 915 und 920 wiederholt
werden, bis die aktuelle Position gefunden wird, um eine Grenzüberquerung
darzustellen.
-
Wenn
keine zusätzlichen
Grenzrechtecke, die zu überprüfen sind,
existieren und eine Grenzüberquerung
nicht detektiert worden ist, dann kann angenommen werden, dass die
Vorrichtung innerhalb des aktuellen Gerichtsbezirks verbleibt. Dementsprechend
wird die aktuelle Position wieder nach einer kurzen Verzögerungsperiode
einer variablen oder konstanten Länge (zum Beispiel 15 Sekunden)
bestimmt (Schritt 905), und die neu bestimmte aktuelle Position
wird getestet, um zu bestimmen, ob die Gerichtsbezirksgrenze überquert
worden ist. Die Länge der
Verzögerungsperiode
wird im Allgemeinen ausgewählt,
so dass ein Fahrzeug oder eine andere überwachte Vorrichtung nicht
in der Lage ist, nicht die Breite des Rechtecks zwischen Bestimmungen
der aktuellen Position und dem Vergleichen der aktuellen Position
mit dem Satz von Grenzrechtecken zu durchqueren oder zu überqueren.
Alternativ kann die Breite der Grenzrechtecke gemäß einer
gewünschten
Häufigkeit
von Vergleichen ausgewählt
werden. Im Allgemeinen erfordern breitere Rechtecke weniger häufige Vergleiche.
Zum Beispiel kann die Verwendung von von einer Meile breiten Rechtecken
mit einer 15-sekündigen
Verzögerungsperiode
kombiniert werden.
-
Falls
bestimmt wird, dass die aktuelle Position innerhalb des ausgewählten Segments
ist (Schritt 925), dann ist die Gerichtsbezirksgrenze überquert worden,
und eine vorbestimmte Reaktion auf die Grenzüberquerung wird eingeleitet.
Zum Beispiel können
Daten, die notwendig sind, um die Grenzüberquerung zu identifizieren
und diese zu melden, gesammelt werden (Schritt 935). Die
Daten können in
eine Datenbank zum späteren
Abrufen auf der mobilen Vorrichtung gespeichert werden, oder die
Daten können
zu einer zentralen (Überwachungseinheit übertragen
werden, die die Bewegung der mobilen Vorrichtung über die
Gerichtsbezirksgrenzen überwacht
(Schritt 940). Schließlich
wird ein nächster
Gerichtsbezirksidentifizierer des Segments, welches aktuell durch
die mobile Vorrichtung in Anspruch genommen wird, abgerufen und
die Gerichtsbezirksgrenze für
den Gerichtsbezirk entsprechend dem nächsten Gerichtsbezirksidentifizierer
wird geladen (Schritt 945). Die aktuelle Position wird
nach einiger Verzögerungsperiode
von variabler oder konstanter Länge
wieder bestimmt (Schritt 910) und die aktuelle Position
wird getestet, um zu bestimmen, ob die neu geladene Gerichtsbezirksgrenze überquert
worden ist.
-
Eine
Anzahl von Implementierungen ist beschrieben worden. Nichtsdestotrotz
sei verstanden, dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden
können.
Zum Beispiel können
die Schritte der beschriebenen Verfahren umgeordnet werden. Dementsprechend
liegen andere Implementierungen innerhalb des Umfangs der folgenden
Ansprüche.