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Allgemeiner
Stand der Technik
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Technisches
Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Route von einem Startpunkt
zu einem Zielpunkt, wobei sich beide Punkte auf einem digitalisierten
Straßennetz
befinden.
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Aus dem US-Patent Nr. 4,984,168 an
Neukirchner et al. ist ein Prozeß zur schnellen und zuverlässigen Bestimmung
einer Route zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt in einem
Navigationssystem bekannt. Dieses Patent basiert auf der Überlegung,
daß in
der Umgebung des Startpunkts und des Ziels Verkehr über sekundäre Straßen geführt wird,
während
die größeren Distanzen über Autobahnen
und Superautobahnen abgedeckt werden. Als Folge davon, daß lediglich
Straßen
betrachtet werden, die Fernverkehr in einem sehr großen Gebiet
führen,
wird die Vielfalt möglicher
Straßen
verringert, und dadurch verringert sich die erforderliche Zeit für die Routenberechnung.
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Aus der europäischen Patentanmeldung
EP 0 726 447 A1 (entsprechende
US-Anmeldung laufende Nummer 08/385,611) ist ein System bekannt
geworden, das Wege von einem Startpunkt zu einem Ziel unter Verwendung
einer Technik des Auswählens
eines Zwischenziels und des Berechnens der Kosten jeder der alternativen
Routen betrachtet. Die Route zu dem Zwischenziel wird dem Benutzer
des Systems übermittelt,
während
eine Restroute von dem Zwischenziel zu dem Endziel bestimmt wird. Dies
geschieht jedoch, bevor die Berechnung der gesamten Route abgeschlossen
ist, gleichgültig,
ob die Route zu dem Zwischenziel Teil der optimalen Route zu dem
Endziel ist oder nicht. Das Hinzufügen einer Route von einem nachteiligen
Zwischenziel zu dem Endziel kann zu wesentlichen und ansonsten unnötigen Umwegen
führen.
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Kurze Darstellung
der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist folglich
die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Bestimmung
einer Reiseroute, wobei die oben erwähnten Nachteile der bisher
bekannten Einrichtungen und Verfahren dieses allgemeinen Typs nicht
mehr vorkommen und wodurch eine schnelle Bestimmung eine Route zwischen
einem Startpunkt und einem Zielpunkt und zuverlässige Leitinformationen für einen
Benutzer bereitgestellt werden.
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In Anbetracht der obigen und anderer
Aufgaben wird gemäß der Erfindung
ein Verfahren zur Bestimmung einer Reiseroute von einem Startpunkt
zu einem Zielpunkt bereitgestellt, wobei sich der Start- und der
Zielpunkt auf einem digitalisierten Straßennetz befinden, das in einem
nichtflüchtigen
Speicher eines Navigationssystems gespeichert ist, mit den folgenden
Schritten:
Definieren eines Zwischenzielpunkts zwischen einem
Startpunkt und einem Zielpunkt;
Berechnen einer teilweisen
Route von dem Startpunkt zu einem Zwischenzielpunkt und Ausgeben von
teilweisen Routeninformationen an eine Benutzerschnittstelle;
Berechnen
einer vollständigen
Route von dem Startpunkt zu dem Zielpunkt;
Überlappen der vollständigen Route
mit der teilweisen Route und Definieren eines Schnittpunkts zwischen
der vollständigen
Route und der teilweisen Route; und
Ausgeben vollständiger Routeninformationen,
beginnend von dem Schnittpunkt.
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Gemäß der Erfindung wird eine Route
von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt bestimmt, wobei sich Start-
und Zielpunkt auf einem digitalisierten Straßennetz befinden, indem eine
teilweise Route von dem Startpunkt zu einem temporären Zielpunkt und
eine vollständige
Route von dem Startpunkt zu dem Zielpunkt berechnet wird. Die Manöver der
teilweisen Route können
an den Benutzer ausgegeben werden, während die vollständige Route
berechnet wird. Ein Benutzer des Systems kann also losfahren, bevor
die gesamte Route zu dem Ziel und ihre Manöver bestimmt wurden. Nachdem
die vollständige Route
berechnet wurde, wird sie mit der teilweisen Route überlappt,
um einen Schnittpunkt zwischen der vollständigen Route und der teilweisen
Route zu bestimmen. Die Manöver
der berechneten vollständigen
Route werden dann beginnend von einem Schnittpunkt zwischen der
teilweisen Route und der vollständigen
Route an den Benutzer ausgegeben.
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Die vorliegende Erfindung eignet
sich insbesondere für
ein Navigationssystem, das eine inkrementelle Routenberechnung verwendet,
wie zum Beispiel aus der europäischen
Patentanmeldung
EP 0
726 447 A1 bekannt ist.
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Gemäß einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung
umfaßt
das Verfahren weiterhin das Erzeugen von Manövern für die teilweise Route und das Anzeigen
der Manöver
der teilweisen Route als teilweise Routeninformationen und das Erzeugen
von Manövern
für die
vollständige
Route und das Anzeigen der Manöver
der vollständigen
Route als die vollständigen
Routeninformationen.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der
Erfindung werden die vollständigen
Routenmanöver
beginnend von dem Schnittpunkt ausgegeben, wenn sich die teilweise
Route und die vollständige
Route in einem Segment der Reiseroute schneiden, an dem der Benutzer
noch nicht vorbeigekommen ist.
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Wenn in dem Überlappungsschritt kein Schnittpunkt zwischen
der teilweisen Route und der vollständigen Route gefunden wird,
umfaßt
das Verfahren weiterhin:
Zurückverfolgen des Zwischenzielpunkts
in Richtung des Startpunkts, aber nicht weiter als bis zu einer
derzeitigen Position des Benutzers, und Bestimmen eines neuen Startpunkts;
nachfolgendes
Berechnen einer neuen teilweisen Route, beginnend von dem neuen
Startpunkt zu einem neuen Zwischenzielpunkt und Ausgeben neuer teilweiser
Routeninformationen an den Benutzer;
Berechnen einer neuen
vollständigen
Route von dem neuen Startpunkt zu dem Zielpunkt und Überlappen der
neuen vollständigen
Route mit der neuen teilweisen Route; und
wenn die neue teilweise
Route und die neue vollständige
Route mindestens einen Schnittpunkt aufweisen, Ausgeben neuer vollständiger Routeninformationen
ab dem Schnittpunkt.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der
Erfindung wird die neue teilweise Route mit der vorherigen teilweisen
Route überlappt,
und wenn die neue teilweise Route und die vorherige teilweise Route
einen Schnittpunkt aufweisen, wird die neue teilweise Route verworfen,
und es wird eine andere neue teilweise Route ohne diesen Schnittpunkt
berechnet.
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Wenn dagegen die neue teilweise Route
und die vorherige teilweise Route einen Schnittpunkt aufweisen,
aber keine andere teilweise Route ohne Schnittpunkt berechnet werden
kann, umfaßt
das Verfahren einen Schritt des Erzeugens und Ausgebens von Manövern für die neue
teilweise Route.
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Gemäß einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung
umfaßt
das Verfahren außerdem
das Berechnen einer weiteren teilweisen Route, beginnend von dem
Zwischenzielpunkt zu einem weiteren Zielpunkt, wenn die Berechnung
der vollständigen
Route vor der Ankunft an dem Zwischenzielpunkt nicht abgeschlossen
ist.
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Gemäß einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung
umfaßt
das Verfahren das Bestimmen einer Distanz von dem Startpunkt zu
dem Zwischenzielpunkt als Funktion einer statistischen Geschwindigkeit
für die
Routenberechnung, eines Routentyps und einer aktuellen Geschwindigkeit,
so daß die
wahrscheinliche Reisezeit zu dem Zwischenziel länger als eine wahrscheinliche
Zeitdauer zur Berechnung der vollständigen Route ist.
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Im Hinblick auf die obigen und andere
Aufgaben wird außerdem
gemäß der Erfindung
ein Navigationssystem zur Bestimmung einer Reiseroute von einem
Startpunkt zu einem Zielpunkt bereitgestellt, das folgendes umfaßt:
einen
nichtflüchtigen
Speicher, der ein digitalisiertes Straßennetz speichert;
einen
mit dem nichtflüchtigen
Speicher verbundenen Mikroprozessor, wobei der Mikroprozessor so
programmiert ist, daß er
eine Route von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt durch die folgenden
Schritte bestimmt:
Berechnen einer teilweisen Route von dem
Startpunkt zu einem Zwischenzielpunkt und Berechnen einer vollständigen Route
von dem Startpunkt zu dem Zielpunkt; und
Überlappen der teilweisen Route
von dem Startpunkt zu dem Zwischenzielpunkt mit der vollständigen Route
von dem Startpunkt zu dem Zielpunkt;
und eine Benutzerschnittstelle
zur Bereitstellung von teilweisen Routeninformationen für einen
Benutzer, bis die vollständige
Route berechnet ist und mit der teilweisen Route überlappt
wird, und zum Bereitstellen vollständiger Routeninformationen
im Anschluß an
die teilweise Route zu dem Zielpunkt für den Benutzer.
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Weitere Merkmale, die als kennzeichnend
für die
Erfindung betrachtet werden, werden in den angefügten Ansprüchen dargelegt.
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Obwohl die Erfindung hier als durch
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Route realisiert
dargestellt und beschrieben wird, ist es dessen ungeachtet nicht
beabsichtigt, die Erfindung auf die gezeigten Einzelheiten zu beschränken, da
verschiedene Modifikationen und strukturelle Änderungen innerhalb des Schutzumfangs
von Äquivalenten
der angefügten
Ansprüche
vorgenommen werden können.
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Der Aufbau und das Betriebsverfahren
der Erfindung werden jedoch zusammen mit zusätzlichen Aufgaben und Vorteilen
am besten aus der folgenden Beschreibung spezifischer Ausführungsformen
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen deutlich.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockschaltbild eines Fahrzeugnavigationssystems zur Verwendung
mit der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
ein Flußdiagramm
der Funktionsweise einer spezifischen Ausführungsform der Erfindung.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Nunmehr mit Bezug auf die Figuren
der Zeichnung im einzelnen und zunächst insbesondere auf 1 ist ein Blockschaltbild
einer spezifischen Ausführungsform
eines Fahrzeugnavigationssystems 1 zur Verwendung mit der
vorliegenden Erfindung gezeigt. Ein Mikroprozessor bzw. eine CPU 21 empfängt Positionsinformationen über einen
Datenbus 10 und eine Sensorschnittstelle 41. In
der Regel sind ein Kilometersensor, ein Winkelgeschwindigkeitssensor
und ein GPS-Sensor mit der Sensorschnittstelle 41 verbunden.
Die CPU 21 bestimmt eine aktuelle Position des Fahrzeugs
aus den so empfangenen Sensorsignalen. Weiterhin führt die CPU 21 Signalverarbeitungs-,
Koppelnavigations- und Routenleitfunktionen aus. Die Software, die
die Funktionsweise der CPU 21 anleitet, ist in RAM 22 gespeichert.
Zusätzlich
kann ein Nurlesespeicher (ROM) vorgesehen werden, der ein grundlegendes Betriebssystem
des Navigationssystems umfaßt.
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Ein CD-ROM 23 liefert digitalisierte
Straßennetzinformationen,
die die Grundlage für
eine Bestimmung einer Route von einem vom Benutzer gewählten Startpunkt
zu einem Zielpunkt bilden.
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Die CPU 21 berechnet Leitinformationen,
die über
eine Ausgangssteuerung 31 zu einem Display 32 übermittelt
werden. Anstelle einer optischen Ausgabe ist genauso eine akustische
Ausgabe möglich. Das
Display weist den Fahrer oder Benutzer rechtzeitig auf ein notwendiges
Manöver
hin, bevor das Fahrzeug den jeweiligen Ort erreicht, an dem das
Manöver
stattfinden muß.
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Nunmehr mit Bezug auf 2 beschreibt das darin dargestellte
Flußdiagramm
die Funktionsweise einer spezifischen Ausführungsform des Navigationssystems
gemäß der Erfindung.
Schritt 100 designiert den Beginn einer Berechnung der
teilweisen Route. Die teilweise Route verläuft von einem Startpunkt, der
vom Fahrer gewählt
wird (zum Beispiel durch Eingeben der "aktuellen Position" in eine Benutzerschnittstelle, wodurch
bewirkt wird, daß das System
das aktuelle GPS-Eingangssignal
liest), zu einem von der CPU 21 bestimmten temporären Ziel. Der
Index i wird auf 0 gesetzt (Schritt 101), wodurch angezeigt
wird, daß dies
der erste Versuch zur Bestimmung einer teilweisen Route PR ist.
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Die teilweise Route PR
0 von
einem Startpunkt bzw. einer Quelle SRC
0,
der bzw. die vom Benutzer gewählt
wird, zu einem temporären
Ziel oder einer temporären
Quelle TSRC
0 wird von der CPU berechnet
(Schritt
102). In der Praxis lassen sich gute Ergebnisse
erzielen, wenn die Länge
der teilweisen Route auf etwa 10% der Länge der vollständigen Route
zu dem Endziel eingestellt wird. Dies ermöglicht eine sehr schnelle Berechnung
der relativ kurzen Distanz zwischen der Quelle und dem temporären Ziel.
Entsprechend werden die notwendigen Manöver, um der berechneten teilweisen
Route zu folgen, sehr rasch erzeugt, nachdem der Fahrer oder Benutzer
seinen Zielpunkt gewählt
hat. Dessen ungeachtet kann die Berechnung der vollständigen Route
von dem Startpunkt SRC
0 zu dem gewählten Zielpunkt abgeschlossen
werden, bevor das Fahrzeug an dem temporären Ziel TSRC
0 ankommt.
Es ist jedoch auch möglich,
eine optimale Länge
einer teilweisen Route durch Betrachten der Berechnungszeit der
vollständigen
Route zu bestimmen. Einzelheiten einer komplizierten Berechnung
eines temporären
Ziels oder Zwischenziels und einer vollständigen Route findet man in
der oben erwähnten
Offenlegungsschrift
EP
0 726 447 A1 .
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Wenn (in der Abfrage des Schritts 103)
gefunden wird, daß zuvor
keine teilweise Route berechnet wurde, d. h. i – 1 eine negative Zahl, nämlich –1, ist,
werden die Manöver
für die
teilweise Route erzeugt (Schritt 104).
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Während
des Übermittelns
der jeweiligen Manöver
der teilweisen Route zu dem Benutzer wird die vollständige Route
von der Quelle SRCi zu dem Zielpunkt im
Hintergrund berechnet (Schritt 105).
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Die so berechnete vollständige Route
CRi wird dann mit der teilweisen Route PRi überlappt,
um Schnittpunkte zwischen der vollständigen Route CRi und
der teilweisen Route PRi zu bestimmen (Schritt 106).
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Wenn es mindestens einen Schnittpunkt
gibt, wird bestimmt, ob es zulässig
ist, von der teilweisen Route zu der vollständigen Route zu wechseln (Schritt 107).
Ein Wechsel ist unzulässig,
wenn er dem gerade angezeigten Manöver oder Befehl widersprechen
würde.
Dadurch wird sichergestellt, daß jegliche
Quelle von Verwirrung für
den Fahrer vermieden wird. Außerdem
könnte
ein Abbiegen auf eine andere Straße verboten sein, oder der
letzte geeignete Schnittpunkt könnte
bereits vorbei sein.
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Wenn die aktuelle Position des Fahrzeugs, der
aktuelle Leitzustand oder Termeinschränkungen ein Überwechseln
zu der vollständigen
Route erlauben, dann werden die teilweise Route PRi und
die vollständige
Route CRi kombiniert. Folglich verläuft die
teilweise Route zu dem vorbestimmten Schnittpunkt zwischen der teilweisen
Route PRi und der vollständigen Route CRi,
worauf die vollständige
Route von dem Schnittpunkt zu dem Zielpunkt folgt (Schritt 108).
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Die Manöver für die überlappte Route werden von
dem Schnittpunkt zu dem Zielpunkt erzeugt (Schritt 109),
und die Routenberechnung wird im Schritt 115 beendet.
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Aufgrund der Tatsache, daß in etwa
50% der Fälle
die bestinmmte teilweise Route nicht der optimalen Route entspricht,
die gefunden worden wäre, wenn
die vollständige
Route berechnet worden wäre, ermöglicht ein Überlappen
der teilweisen Route und der vollständigen Route eine Minimierung
von Abweichungen von der vollständigen
Route. Da sich in etwa 95% der Fälle
ein zulässiger
Wechsel von der teilweisen Route zu der vollständigen Route mit der ersten Überlappung
der teilweisen Route und einer vollständigen Route finden läßt, wird
das System nicht für
die gesamte Leitzeit beschäftigt
gehalten. In den meisten Fällen
ist nur die Zeit für
die Berechnung der teilweisen und der vollständigen Route erforderlich.
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Falls kein Schnittpunkt zwischen
der teilweisen Route und der vollständigen Route (Schritt 106) oder
kein zulässiger Überwechsel
von der teilweisen Route zu der vollständigen Route gefunden wird (Schritt 107),
wird die teilweise Route in der Richtung zu der aktuellen Position
des Fahrzeugs zurückverfolgt,
um einen neuen "Startpunkt" bzw. eine neue Quelle
SRCi+1 zu definieren (Schritt 110 und
Indexerhöhung
in der Rückschleife
zu dem Schritt 102). Die Distanz zwischen der aktuellen
Position des Fahrzeugs und der neuen Quelle SRCi+1 sollte
groß genug sein,
um einen Abschluß der
neuen Quellenberechnung einer neuen teilweisen Route PRi+1 zu
erlauben, während
sich das Fahrzeug in dieser Richtung bewegt. Dadurch wird sichergestellt,
daß dem
Fahrer des Fahrzeugs dauernd widerspruchsfreie Manöver oder
Anweisungen gegeben werden.
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Beginnend von der neuen Quelle SRCi+1 wird eine neue teilweise Route PRi+1 zu einem neuen temporären Zielpunkt TSRCi+1 berechnet
(Schritt 102).
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In diesem Fall bestimmt die Abfrage
im Schritt 102, daß es
eine vorherige teilweise Route gibt, wie zum Beispiel die teilweise
Route PRi–0.
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Danach werden die vorherige teilweise
Route PRi–1 (z
. B. PR0) und die neue teilweise Route PR1 (z. B. PR1) verbunden
(Schritt 111).
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Das System prüft dann, ob es einen Schnittpunkt
oder ein gemeinsames Routensegment der beiden verbundenen teilweisen
Routen gibt (Schritt 112).
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Wenn dies nicht der Fall ist, erreicht
das Programm in einer Schleife den Schritt 104, in dem
die Manöver
dieser kombinierten teilweisen Route erzeugt und die nachfolgenden
Schritte wie oben beschrieben mit Schritt 104 beginnend
durchgeführt werden.
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Wenn ein Schnittpunkt oder ein gemeinsames
Segment auf der kombinierten teilweisen Route vorliegt (Abfrage
im Schritt 112), dann fragt das System ab, ob es möglich ist,
diese kombinierte teilweise Route ohne eine Überschneidung zu konstruieren (Schritt 113).
Wenn keine Korrektur möglich
ist und wenn eine Korrektur vorgenommen werden könnte (Schritt 114),
werden die Manöver
für die
kombinierte teilweise Route erzeugt (Schritt 104), und
die nachfolgenden Schritte werden wie oben beschrieben mit Schritt 105 beginnend
durchgeführt.