DE69830124T2

DE69830124T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Darstellung und Verwendung von Forminformation in geographischen Datenbanken

Info

Publication number: DE69830124T2
Application number: DE69830124T
Authority: DE
Inventors: James Palatine Meek; Richard Blue River Ashby; David Highland Park Lampert
Original assignee: Navteq North America LLC
Current assignee: Here North America LLC
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1998-11-26
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2018-11-27
Also published as: DE69830124D1; US6029173A; US6366927B1; EP0919788A1; JPH11265441A; EP0919788B1; JP4372246B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Navigationssysteme und insbesondere auf geographische Datensätze zur Verwendung in Navigationssystemen.
Computerbasierte Navigationssysteme zur Verwendung auf Land sind in einer Vielzahl von Formen verfügbar und stellen eine Vielzahl nützlicher Merkmale zur Verfügung. Ein beispielhafter Typ eines Navigationssystems verwendet (1) einen oder mehrere detaillierte Datensätze, die einen oder mehrere geographische Bereiche oder Regionen darstellen, (2) ein Navigationsanwendungsprogramm, (3) geeignete Computerhardware, wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, Speicher und Datenspeicher und (4) optional ein Positionsbestimmungssystem.
1 zeigt eine Darstellung, die eine Konfiguration eines beispielhaften Navigationssystems 10 veranschaulicht. Das Navigationssystem 10 ist eine Kombination von Hardware- und Softwarekomponenten, die in verschiedenen unterschiedlichen Arten von Umgebungen oder auf unterschiedlichen Plattformen implementiert werden können. Das Navigationssystem 10 kann sich beispielsweise in einem Automobil 12 befinden. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Navigationssystem 10 geeignete Hardware 14, die ein GPS-System 16 umfassen kann, eine Antenne 18, Sensoren 20, die gekoppelt sind, um die Fahrzeuggeschwindigkeit und die zurückgelegte Strecke wahrzunehmen, und einen Kompass 22, um die Fahrzeugrichtung wahrzunehmen. Zusätzlich umfasst das Navigationssystem einen geeigneten Computer 24, der eine CPU 26 und einen Speicher 28 sowie andere geeignete Hardware umfasst.
Ein Laufwerk 30 (oder ein anderes geeignetes Peripheriegerät), in das ein Datenspeicherungsmedium 32 eingebracht werden kann, ist als Teil des Navigationssystems 10 inbegriffen. Ein oder mehr geographische Datensätze 34 werden auf dem Speicherungsmedium 32 gespeichert. In einer Ausführungsform ist das Speichermedium 32 eine CD-ROM Disk. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann das Speichermedium 32 eine PCMCIA-Karte sein, wobei in diesem Fall das Laufwerk 30 durch einen PCMCIA-Einschub ersetzt wäre. Verschiedene andere Speichermedien können verwendet werden, einschließlich Fest- oder Magnetplatten, DVD's (digitale Video-Disks) oder anderer zur Zeit verfügbarer Speichermedien sowie Speichermedien, die eventuell in Zukunft entwickelt werden. Die hier offengelegten Ausführungsformen können, wie später erklärt wird, in anderen Typen von Navigationssystemen verwendet werden.
Das Navigationssystem 10 umfasst auch eine Benutzerschnittstelle 40, die mit dem Computer 24 verbunden ist. Die Benutzerschnittstelle 40 umfasst geeignete Mittel zum Empfangen von Anweisungen und Eingaben von einem Endbenutzer sowie Mittel, um Informationen zum Endbenutzer zurück zu liefern. Die Benutzerschnittstelle 40 kann beispielsweise ein Eingabepult oder eine Tastatur umfassen, über die ein Endbenutzer eine Auswahl eines Zielortes angeben kann. Die Benutzerschnittstelle 40 kann auch ein Display oder Lautsprecher (einschließlich Sprachsynthese-Hardware und Software) umfassen, wodurch der Benutzer über Navigationsinformationen in Kenntnis gesetzt werden kann. Die Benutzerschnittstelle 40 kann für visuelle Navigationsinformationen Merkmale zur Verfügung stellen, die es dem Benutzer erlauben, eine Darstellung eines bestimmten geographischen Bereich zu verkleinern oder zu vergrößern, um abwechselnd einen größeren geographischen Bereich oder detailliertere geographische Informationen anzuzeigen.
Das Positionsbestimmungssystem kann jede einiger weithin bekannter Technologien einsetzen, um die physikalische Positionen des Endbenutzers in einer geographischen Region zu ermitteln oder anzunähern. Das Positionsbestimmungssystem kann beispielsweise ein GPS-System (globales Positionsbestimmungssystem) sein, ein Koppelnavigations-System oder Kombinationen dieser oder anderer Systeme, die alle im Stand der Technik weithin bekannt sind.
Alle oben beschriebenen Komponenten können konventionell (oder anders als konventionell) sein, und die Herstellung und die Verwendung dieser Komponenten sind dem Fachmann bekannt.
Das Navigationssystem 10 umfasst eine weitere Datenspeicherungseinrichtung 36 (oder ROM), die verwendet wird, um ein Navigationsanwendungsprogramm 38 zu speichern. (Andererseits kann das Anwendungsprogramm 38 auf der gleichen Speichervorrichtung oder dem gleichen Medium 32 zur Verfügung gestellt werden, wie die geographischen Datensätze 34.) Das Navigationsanwendungsprogramm 38 ist ein Software-Programm, das den geographische Datensatz 34 und das Positionsbestimmungssystem (wenn es eingesetzt wird) verwendet. Das Navigationsanwendungsprogramm 38 kann separate Anwendungen (oder Unterprogramme) umfassen. Diese Unterprogramme liefern verschiedene Navigationsmerkmale zum Endbenutzer des Navigationssystems 10. Diese Merkmale können Wegberechnungsfunktionen umfassen, Ausweichmanövererzeugungsfunktionen, Kartendarstellungsfunktionen, Fahrzeugpositionsbestimmungsfunktionen, Zielortauflösungsfähigkeiten und so weiter. Die Navigationsmerkmale werden dem Endbenutzer (beispielsweise dem Fahrer) mittels der Benutzerschnittstelle 40 zur Verfügung gestellt. Das Navigationsanwendungsprogramm 38 kann in einer geeigneten Computerprogrammiersprache wie beispielsweise C geschrieben sein, obgleich andere Programmiersprachen ebenfalls geeignet sind.
Bei einer typischen Verwendung des Navigationssystem 10 von 1 wird das Navigationsanwendungsprogramm 38 vom ROM 6 in den dem Prozessor 26 zugeordneten Speicher 28 geladen. Der Computer 24 empfängt eine Eingabe von der Benutzerschnittstelle 40. Die Eingabe kann eine Anfrage nach Navigationsinformationen umfassen. Der Computer 24 erhält Informationen von der Positionsbestimmungssystem-Hardware 14. Die Informationen von den Hardware 14 werden von der Navigationsanwendersoftware 38 verwendet, um den Standort, die Richtung, die Geschwindigkeit etc. des Fahrzeugs 12 zu bestimmen. Das Navigationsanwendungsprogramm 38 kann dem Endbenutzer eine graphischen Anzeige (beispielsweise einer "Karte") des spezifischen Standorts des Endbenutzers in der geographischen Region liefern. Zusätzlich kann das Navigationsanwendungsprogramm den Endbenutzer mit spezifischen Wegbeschreibungen versorgen ausgehend von einem beliebigen Ort, an dem sich der Endbenutzer befindet, zu Orten im geographischen Gebiet.
Um diese verschiedenen Navigationsanwendungsmerkmale zur Verfügung zu stellen, verwendet das Navigationssystem 10 die geographischen Daten 34, die auf dem Speichermedium 32 gespeichert sind, auf Wunsch in Verbindung mit der Ausgabe der Positionsbestimmungssystem-Hardware 14. Die geographischen Daten 34 können in Form von einer oder mehreren computerlesbaren Dateien oder Datenbanken vorliegen, die es dem Navigationsanwendungsprogramm 38 ermöglichen, die unterstützten Merkmale zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise können die geographischen Daten 34 Wegberechnungsdaten umfassen, die die Positionen von Straßen und Kreuzungen in der geographischen Region, Informationen über Einbahnstraßen, Wendeverbote, Stoppzeichen, Ampeln, Geschwindigkeitsbeschränkungen und so weiter umfassen, um die Berechnung eines Weges zwischen zwei Orten in der geographischen Region zu ermöglichen.
Wenn eine Kartendarstellungsfunktion mit dem Navigationssystem durchführt wird, werden die Größen, Formen und relativen Positionen von geographischen Merkmalen in einem Teil einer geographischen Region auf dem Display der Benutzerschnittstelle 40 dargestellt. Diese geographischen Merkmale können Straßen, Kreuzungen und Sehenswürdigkeiten umfassen, sowie andere Merkmale, wie Seen, Bahngleise, Gebäude, Flughäfen, Stadien, Parks, Bergketten, Hafenanlagen, Fähren, Tunnels, Brücken und so weiter. Um diese Kartendarstellungsfunktion zur Verfügung zu stellen, kann der geographische Datensatz 34 kartographische Daten umfassen, die es dem Navigationsanwendungsprogramm 38 ermöglichen Karten anzuzeigen, welche die Größe, Form, Position und den Charakter dieser verschiedenen geographischen Merkmale auf einem angeschlossenen Anzeigegerät darstellen. Zoomen und Verschieben der angezeigten Bereiche kann ebenfalls unterstützt werden.
2 zeigt eine Darstellung, die eine beispielhafte Konfiguration eines kartographischen Datensatzes 34 (carto) veranschaulicht, der zur Kartendarstellung verwendet wird. Der Datensatz 34 (carto) gehört zum geographischen Datensatz 34 von 1, der andere Arten von Datensätzen umfassen kann, die zur Wegberechnung, Ausweichmanövererzeugung und für andere Navigationsfunktionen verwendet werden. In 2 umfasst der Datensatz 34 (carto) eine (Teil-)Menge 42 der Straßensegmentdateneinheiten, beispielsweise seg(1), seg(2), ..., seg(n). Jede Straßensegmentdateneinheit stellt einen Streckenabschnitt in der geographischen Region dar. Jeder Straßensegmentdateneinheitsaufzeichnung seg() sind Daten (wie Knotenpunkte und Eigenschaften 46(1), 46(2), ..., 46(n)) zugeordnet, was das Darstellen der entsprechenden dargestellten Straßenabschnitte auf dem Computeranzeigegerät erleichtert. Die Straßensegmentdateneinheiten seg(1), seg(2),..., seg(n) können unter Verwendung von beim Datenbankaufbau verwendeten Standarddatenstrukturen implementiert werden.
3 zeigt eine Kartendarstellung, die einen Teil der geographischen Region darstellt, der durch den geographischen Datensatz 34 repräsentiert wird. Dieser Teil zeigt sowohl gerade 52S1, 52S2 als auch anders-als-gerade (beispielsweise kurvige) 52C Strecken. Zum Zwecke der Speicherung der zum Anzeigen dieses Teils der geographischen Region notwendigen Informationen, werden Knotenpunkte entlang der Strecken identifiziert. Knoten werden identifiziert, wo sich zwei Straßen schneiden, oder wo sich irgendein einem Streckenabschnitt zugeordnetes Merkmal ändert, wie beispielsweise, wenn eine Straße in einen Schulbereich hineinführt und sich die Geschwindigkeitsbegrenzung ändert. Im Datensatz 34 ist jede der Straßensegmenteinheitsaufzeichnungen zwei Knotenpunkten (und/oder den geographisch Koordinaten der Knotenpunkte) assoziiert, die den Positionen der Endpunkte des durch die Straßensegmenteinheitsaufzeichnungen repräsentierten Streckenabschnitts, wie bei 46() in 2 veranschaulicht, entsprechen. Eine weitere zur Darstellung des Streckenabschnitts notwendige Information ist ebenfalls mit der Straßensegmenteinheitsaufzeichnungen im kartographisch Datensatz 34 (carto) assoziiert, wie auch bei 46() in 2 veranschaulicht.
Für gerade Straßenabschnitte, beispielsweise 52S1, 52S2 in 3, kann das Aufzeichnen der Form eines Straßenabschnitts durch Erzeugen einer Geraden vorgenommen werden, welche die Endpunkte (d.h., die Knotenpunkte) verbindet, die durch die den Straßenabschnitt repräsentierende Segmentdateneinheitaufzeichnung festgelegt sind. Wenn jedoch der Straßenabschnitt anders-als-gerade ist, ist gefordert, dass die geographische Datenbank zusätzliche Informationen umfasst, um die Gestalt des Straßenabschnitts anzuzeigen.
In der Karte von 3 ist der durch seg(m) repräsentierte kurvige Straßenabschnitt 52C1 dargestellt, welcher durch LN(m) und RN(m) repräsentierte Endpunkte aufweist. 4 zeigt eine Darstellung eines Straßensegmentdatensatzes seg(m) im Datensatz 34 (carto), der verwendet wird, um den kurvigen Straßenabschnitt 52C1 in 3 darzustellen. Den Straßensegmentdateneinheiten seg(m) sind Knotenpunktdaten 48 zugeordnet, welche die Breitengrad- und der Längengrad-Koordinatenpositionen der beiden Endpunkte LN(m) und RN(m) des dargestellten Straßenabschnitts 52C1 umfassen. In einer bekannten geographischen Datenbank für ein Navigationssystem werden. kurvige geographische Merkmale durch Gestalt-Punkte dargestellt. 3 zeigt beispielhaft Gestalt-Punkte SP(m)(1), SP(m)(2), SP(m)(3) und SP(m)(n), die entlang des durch die Dateneinheit seg(m) dargestellten Straßenabschnitts 52C1 angeordnet sind. Der geographische Datensatz 34 speichert bei Verwendung dieser Methode zusätzlich zu den Knotenpunktdaten auch diesen Gestalt-Punkten entsprechende Daten, die entlang des kurvigen geographischen Merkmals fallen. In 4 ist die Straßensegmentdateneinheit seg(m) den Gestalt-Punkten 50 (SP(m)(1), SP(m)(2),..., SP(m)(n)) zugeordnet, welche Breitengrad- und Längengrad-Koordinaten für jeden entlang des kurvigen Straßenabschnitts 52C1 gelegenen Gestalt-Punkt speichert. Diese Gestalt-Punkte werden aus verschiedenen Gründen in der geographischen Datenbank und durch die sie verwendende Navigationsanwendung verwendet. Beispielsweise werden Gestalt-Punkte verwendet, um die kurvige Gestalt des dargestellten Straßenabschnitts auf der Computeranzeige anzunähern. Das kurvige geographische Merkmal wird auf der Anzeige durch das Ziehen einer Geraden von Gestalt-Punkt zu Gestalt-Punkt dargestellt, wobei bei den Endpunkten begonnen und geendet wird. Die Zahl von zwischen einem gegebenen Satz von Endpunkten gespeicherten Gestalt-Punkten hängt ab von der Form der Kurve und von der bei der reproduzierten Anzeige gewünschten Genauigkeit oder Auflösung. Gestalt-Punkte werden durch die Navigationsanwendung auch zur Fahrzeugpositionsbestimmung entlang kurviger Straßenabschnitte verwendet, wobei Genauigkeit wichtig ist. (Obgleich die Terminologie "Gestalt-Punkt" in dieser Spezifikation verwendet wird, ist es selbstverständlich, dass eine andere Terminologie verwendet werden kann, um sich auf eines zu beziehen.)
Die oben gegebene Beschreibung bezieht sich auf das Darstellen der anders-alsgeraden Streckenabschnitte. Ähnliche Überlegungen treffen auf das Darstellen anderer geographischer Merkmale in Form von Linien oder Polygonen zu, wie beispielsweise von Teichen, Eisenbahnschienen, Gebäuden, Flughäfen, Stadien, Parks, Gebirgszügen, Hafenanlagen, Fähren, Tunnel, Brücken und so weiter. Gestalt-Punkte werden entlang der Länge oder entlang von Grenzen dieser Art von geographischen Merkmalen ausgewählt, gespeichert und dazu verwendet, um das Merkmal auf einem Computerdisplay darzustellen.
Während die Verwendung von Gestalt-Punkten zur Darstellung der Gestalt eines anders-als-geraden geographischen Merkmals den Vorteil hat, dass es begrifflich verhältnismäßig einfach ist, damit bei einer Datenbankentwicklung zu arbeiten, bereitet das Kompilieren, der Zugriff und die Anzeige-Software einige Schwierigkeiten. Das Speichern dieser zusätzlichen Daten zum Anzeigen von anders-als-geraden geographischen Merkmalen erhöht die Datenspeicheranforderungen der geographischen Datensätze. Sogar mit bescheidenen Genauigkeitsanforderungen können fünf bis zehn Prozent jeder Datenbank für Gestalt-Punktdaten reserviert sein. Außerdem erhöht sich dieser Prozentsatz direkt proportional zu jeglicher Zunahme der Genauigkeitsanforderungen. Da außerdem Gestalt-Informationen einen viel größeren Prozentsatz jener geographischen Daten-Untermengen darstellen, die zur Kartendarstellung verwendet werden, und um auf die Position des Fahrzeugs zu schließen, ist die negative Auswirkung auf die RAM-Speichergrößeanforderungen und die Datenbank-Lesezeit im Verhältnis sogar noch größer.
Die Europäische Patentanmeldung EP 0807803 legt eine Straßenkarten-Informations-Ausleseeinrichtung offen, ein Aufzeichnungsmedium und ein Übertragungsverfahren, wobei eine Reduktion der Menge an aufgezeichneten Informationen erzielt wird, indem Kartendaten in Gruppen einstuft werden, und die Verwendung von B-Spline-Kurven wird diskutiert. B-Spline-Kurven werden ferner in US5566288 diskutiert. Ein Fahrzeugnavigationssystem, das den Krümmungsradius (oder den Kehrwert davon) verwendet, um kurvige Kartenmerkmale zu definieren, ist in EP0394517 offengelegt.
Dementsprechend besteht eine Notwendigkeit, in den Navigationssystemen eine Methode zum Darstellen und zum Speichern der geographischen Merkmal-Informationen derart zur Verfügung zu stellen, dass die Speicheranforderungen minimiert werden, während ein hoher Genauigkeitsgrad bei der Darstellung der anders-als-geraden Merkmale bereitgestellt wird. Ferner ist es gewünscht, dass die Zunahme in der Auflösung und in der Genauigkeit in einem geographischen Datensatz sich nicht negativ auf die Anforderungen an die RAM-Speichergröße oder an die Betriebsleistung eines Navigationssystems auswirken.
Folglich ist es wünschenswert, eine verbesserte Methode zum Darstellen und Speichern der geographischen Merkmal-Informationen zur Verfügung zu stellen, die für eine in hohem Maße genaue Darstellung von geographischen Merkmalen, minimale Speicheranforderungen und minimale Auswirkungen auf Hardwarekonfigurationsanforderungen aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend stellen bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein System und ein Verfahren zur Speicherung von Daten zur Verfügung, um anders-als-gerade Kartenmerkmale in einer computer-lesbaren geographischen Datenbank zur Verwendung in einem Navigationssystem darzustellen. Für geographische Merkmale, die anders-als-gerade sind, kann eine Kurve durch eine rekursive Funktion erzeugt werden, die dann an ein Bild der anders-als-geraden Kartenmerkmale angepasst wird. Die rekursive Funktion kann eine Polynom-Gleichung sein, deren Gestalt durch ihre Koeffizienten definiert ist. In einer Ausführungsform ist die Polynom-Gleichung eine Spline-Kurve und insbesondere eine Bezier-Kurve, deren Gestalt durch Kontrollpunkte definiert ist. Die Koeffizienten der Polynom-Gleichung sind Daten zugeordnet, welche das anders-alsgerade Merkmal repräsentieren. In dem Fall, in dem die Polynom-Gleichung eine Bezier-Kurve ist, sind die Kontrollpunkte zum Erzeugen der Bezier-Kurve den Daten zugeordnet, welche das anders-als-gerade Merkmal repräsentieren. Diese Kontrollpunkte werden in der geographischen Datenbank gespeichert und werden beim Anzeigen des anders-als-geraden geographischen Merkmals verwendet. Verwenden einer rekursiven Funktion, um anders-als-gerade geographischen Merkmale und durch die rekursive Funktion zu verwendende Speicherungsparameter zu erzeugen, weist das Potential auf, die Speicheranforderungen zum Repräsentieren der anders-als-geraden Merkmale in einer geographischen Datenbank erheblich zu verringern.
Entsprechend einem weiteren Aspekt können normierte Kontrollpunkt-Paare in einer Datenstruktur gespeichert werden und ein Indexbezug in die Datenstruktur ist Daten zugeordnet, die verwendet werden, um das anders-als-gerade geographische Merkmal zu repräsentieren, wobei sich eine weitere Reduzierung der Datenspeicheranforderungen ergibt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Navigationssystems.
2 ist ein Blockdiagramm, das einen Teil der geographischen Datenbank von 1 repräsentiert.
3 ist eine Darstellung einer Karte, die einen Teil der durch die geographische Datenbank von 2 repräsentierten geographischen Region veranschaulicht.
4 ist ein Blockdiagramm, das Teile einer Straßensegmentaufzeichnung in der geographischen Datenbank von 2 entsprechend einer Methode des Stands der Technik veranschaulicht.
5 ist eine Darstellung einer Karte, die einen Teil der geographischen Region veranschaulicht und eine Anwendung einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
6 ist ein Blockdiagramm, das Teile einer Straßensegmentaufzeichnung in der geographischen Datenbank entsprechend einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
7 ist ein Blockdiagramm eines Anzeigeteils des Navigationsanwendungsprogramms von 1, der modifiziert ist, um die geographische Datenbank zu verwenden, die Segmentaufzeichnungen wie in 6 aufweist.
8 ist eine Darstellung, die einen ersten Vorgang zur Bildung einer geographischen Datenbank mit Kontrollpunkt, wie in 6 dargestellt, veranschaulicht.
9 ist eine Darstellung, die einen weiteren Vorgang zur Bildung einer geographischen Datenbank mit Kontrollpunkt, wie in 6 dargestellt, veranschaulicht.
10 ist eine Darstellung, die einen dritten Vorgang zur Bildung einer geographischen Datenbank mit einer normierten Tabelle vom Kontrollpunkt veranschaulicht.
11 ist ein Blockdiagramm ähnlich 7, das einen Anzeigenteil des Navigationsanwendungsprogramms veranschaulicht, das modifiziert ist, um eine durch den Vorgang von 10 gebildete geographische Datenbank zu verwenden.
GENAUE BESCHREIBUNG DER DERZEIT BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS-FORMEN
1. ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
5 zeigt die gleiche geographische Region und die gleichen Strecken wie 3 mit geraden Straßenteilen 52S1, 52S2 und dem anders-als-geraden Streckenabschnitt 52C1. Wie in Zusammenhang mit der Ausführungsform von 3 und 4 erwähnt, werden Kontrollpunkte ausgewählt und definieren die Endpunkte der Streckenabschnitte und werden festgelegt, wo sich zwei oder mehr Straßen kreuzen, oder wo sich die Eigenschaften einer Straße ändern. In der geographischen Datenbank teilen diese Knotenpunkt-Datenpunkte die Strecken auf und kennzeichnen die Endpunkte der als Straßensegment-Dateneinheiten darzustellenden Straßenabschnitte. In der geographischen Datenbank dieser Ausführungsform werden gerade Streckenteile durch Straßensegmenteinheiten dargestellt, die den Koordinaten-Positionen der Endpunkte (beispielsweise Knotenpunkte) des dargestellten Straßenabschnitts zugeordnet sind.
Die anders-als-geraden Streckenabschnitte werden durch Verwenden der Lage von zwei (oder mehr) Parametern zusätzlich zu Daten, die die Koordinaten ihrer Endpunkte kennzeichnen, dargestellt. Diese Parameter werden von einer rekursiven Funktion verwendet, um die Form des anders-als-geraden geographischen Merkmals zu erzeugen. In der gezeigten Ausführungsform, ist die rekursive Funktion eine Bezier-Kurve und die Parameter, die gespeichert werden, sind Kontrollpunkte zum Erzeugen der Bezier-Kurve. 5 zeigt Kontrollpunkte CP(m)(1) und CP(m)(2), die, wie später besprochen wird, bei der Darstellung der Form des anders-als-geraden Straßenteils 52C1 in der geographischen Datenbank verwendet werden. Diese Kontrollpunkte werden unter Verwendung von Bezier-Kurven bestimmt, einer Teilmenge der kubischen Spline-Unterfamilie von Spline-Kurven. In alternativen Ausführungsformen können andere Polynom-Gleichungen, die gebogene Vektoren definieren, einschließlich anderer Spline-Kurvenfamilien, verwendet werden.
Mit Spline-Kurven und insbesondere mit Bezier-Kurven werden anders-als-gerade Kartenmerkmale, wie kurvige Straßenteile, durch Polynom-Gleichungen dargestellt, deren Koeffizienten derart bestimmt wurden, dass Kurven erzeugt wurden, die mit den Formen der geographischen Merkmale mit dem gewünschten Grad an Genauigkeit übereinstimmen.
Eine Eigenschaft der Bezier-Kurven ist, dass sie durch ihre zwei Endpunkte und zwei zusätzliche Kontrollpunkte definiert sind. Diese Kontrollpunkte sind entlang der Tangenten der Kurve an den Endpunkten gelegen, wie durch die gestrichelten Linien in 5 veranschaulicht. Bezier-Kurven können S-Kurven, Kreisbögen, Parabelformen und sogar Geraden gut annähern. Standardtechniken zum Anpassen von Polynom-Kurven an Punktreihen können eingesetzt werden, um die Kontrollpunktkoordinaten zu finden, die eine „am besten angepasste" Bezier-Kurve für irgendeine bestimmte Reihe von Gestalt-Punkten ergeben, die in einer Gerade-Linie-Segmentapproximation an eine Kurve in einer geographischen Datenbank verwendet werden.
In der ersten Ausführungsform einer geographischen Datenbank sind Kontrollpunkte der Straßensegment-Dateneinheit zugeordnet, die den anders-als-geraden Teil der Straße repräsentiert. In einer Ausführungsform sind diese Kontrollpunkte, CP(1)(m) und CP(2)(m) oder ihre Breitengrad- und Längengrad-Koordinaten, der Segmenteinheit seg(m) zugeordnet. In einer Ausführungsform werden diese Kontrollpunktdaten als Eigenschaften der Segmentdateneinheit gespeichert.
6 zeigt eine Darstellung der Straßensegmentdateneinheit seg(m), welche den kurvigen Straßenteil 52C1 von 5 repräsentiert. Die Segmenteinheit ist Daten zugeordnet, die verwendet werden, um den Straßenabschnitt zu beschreiben. Die Daten umfassen Knotenpunktdaten LN(m), RN(m), welche die Breitengrad- und Längengradkoordinatenpositionen der dem Straßenabschnitt entsprechenden Endpunkte kennzeichnen, und Kontrollpunktdaten CP(m)(1), CP(m)(2), welche die Breitengrad- und Längengradkoordinatenpositionen der beiden Kontrollpunkte kennzeichnen, die verwendet werden können, um die Gestalt des kurvigen Straßenabschnitts 52C1 darzustellen.
Verwenden der ersten Ausführungsform der geoqraphischen Datenbank.
7 zeigt die Schritte, die eine Ausführungsform eines Kartenanzeigeprogramms 66 durchführt, um einen Teil der geographischen Region anzuzeigen, der durch eine Ausführungsform der geographischen Datenbank repräsentiert wird, die, wie in 6, Kontrollpunktdaten verwendet, um gebogene Merkmale darzustellen. Das Kartenanzeigeprogramm 66 ist ein Teil des Navigationsanwendungsprogramms 38 in 1. Zuerst empfängt das Kartenanzeigeprogramm 66 eine Liste 68 der Straßensegment-Dateneinheiten seg(), welche die anzuzeigenden Straßenabschnitte repräsentieren. Schritte 70 – 76 werden für jede Straßensegment-Dateneinheit in der Liste 68 wiederholt. In Schritt 70 liest das Kartenanzeigeprogramm 66 die jeder Segmenteinheitsaufzeichnung zugeordneten Daten. Diese Daten umfassen die geographischen Koordinaten der Knotenpunkte, die der Segmentdateneinheit zugeordnet sind. (Die Knotenpunktdaten enthalten die Endpunktpositionen für den bestimmten anzuzeigenden Streckenabschnitt.) Schritt 72 überprüft das Bestehen von Kontrollpunkten, die der Segmenteinheit zugeordnet sind. Wenn die Segmentdateneinheit keine ihr zugewiesenen Kontrollpunkte aufweist, springt Schritt 72 zu Schritt 76, bei dem das Straßensegment dargestellt wird, indem eine Gerade zwischen die Endpunkte auf der Anzeige der Benutzerschnittstelle 40 gezeichnet wird. Wenn es jedoch Kontrollpunkte gibt, die der Segmentaufzeichnung zugeordnet sind, übermittelt Schritt 72 die Daten, die dem Segment zugeordnet sind an Schritt 74. In Schritt 74 wird die Bezier-Kurve unter Verwendung der geeigneten Polynom-Gleichung berechnet und das Bild der Kurve wird erzeugt. In Schritt 76 wird auch das erzeugte Bild der Kurve an die Anzeige der Benutzerschnittstelle 40 ausgegeben. Diese Schritte werden wiederholt bis alle Straßenabschnitte, die sich in der Liste 68 befinden, auf die Anzeige der Benutzerschnittstelle 40 übertragen sind.
Verfahren zum Speichern von Gestalt-Informationen entsprechend der ersten Ausführungsform.
8 zeigt eine erste Methode zum Erzeugen einer geographischen Datenbank, welche die Kontrollpunktdaten zum Darstellen der anders-als-geraden Merkmale umfasst, wie in 6 gezeigt. Ein Bild 120 eines Teils einer geographischen Region wird erhalten. Das Bild 120 kann von einer Luftbildaufnahme, GPS-Daten, Papierkarten oder von anderen bekannten Quellen gewonnen werden, um elektronische geographische Datenbanken zu bilden. Alternativ kann das Bild 120 von einem Kartenanzeigeprogramm erhalten werden, welches das Bild 120 aus den Gestalt-Punktdaten entsprechend der in Verbindung mit 2 und 3 beschriebenen Methode des Stands der Technik erzeugt. In 8 wird das Bild 120 auf einem Computerbildschirm angezeigt, aber in einer praktischen Anwendung dieses Vorgangs ist es nicht notwendig, dieses Bild physikalisch auf einem Bildschirm zu zeigen.
Ein Gestalterfassungsprogramm 122 ermittelt automatisch die Bilder der geographischen Merkmale, wie beispielsweise Strecken 125, vom Bild 120 des Bereichs. Dies wird mit herkömmlichen Mustererkennungstechniken durchgeführt. Diese Mustererkennungstechniken können beispielsweise das Identifizieren von kontrastierenden Farbenmustern, kontinuierlichen Formen, Größen, Querverbindungen und so weiter umfassen. Beim Verwenden von herkömmlichen Mustererkennungstechniken werden Merkmale, wie beispielsweise Straßen, einschließlich anders-als-gerade Straßen, automatisch vom Bild 120 erfasst. Nachdem die Strecken 125 erfasst sind, führt das Programm ein Kurvenanpassungsprogramm 126 aus, das die ermittelten anders-als-geraden Straßen an Bezier-Kurven anpasst. Kurvenanpassungstechniken sind auch beim Stand der Technik bekannt. Sobald eine Bezier-Kurve identifiziert ist, welche mit der anders-als-geraden Strecke übereinstimmt, werden die zur Erzeugung der Bezier-Kurve verwendeten Kontrollpunkte identifiziert. Die Koordinaten der Kontrollpunkte sind dann einer Segmentdateneinheitsaufzeichnung zugeordnet, die das ermittelte Straßensegment repräsentiert. In einer Ausführungsform prüft ein Anwender-Bediener die Streckenerfassung, die Kurvenanpassung und die Bezier-Kurven-Erzeugungsschritte. Diese Überprüfung kann durchgeführt werden, indem ein aus den Bezier-Kurven-Kontrollpunkten erzeugtes Bild des anders-als-geraden Straßensegments dem Bild 120 überlagert wird, um zu sehen, wie gut sie übereinstimmen. Wenn sie nicht zusammenpassen kann der Anwender-Bediener dann eine andere Technik verwenden, um die Kontrollpunkte zu erzeugen. Wenn jedoch das erfasste Straßensegment dem Bild des Straßensegments auf der Anzeige entspricht, erlaubt der Anwender-Bediener das Speicher der computererzeugten Bezier-Kontrollpunkte und die ermittelten Knoten-/Endpunkte LN, RN, CP1, CP2 in einem kartographischen Datensatzes 34 (carto)(B).
Alternative Methode zum Speichern von Gestalt-Informationen.
9 zeigt eine alternative Methode zum Anpassen einer Bezier-Kurve an ein gegebenes geographisches Merkmal. Wie in der vorher beschriebenen Methode, wird ein Bild 220 eines Teils einer geographischen Region erhalten. Das Bild 220 kann eine Luftbildaufnahme sein oder aus einer Luftbildaufnahme gewonnen werden. Alternativ kann das Bild 220 von einem Kartenanzeigeprogramm erhalten werden, das das Bild 220 aus den Gestalt-Punktdaten entsprechend der in Verbindung mit 2 und 3 beschriebenen Methode des Stands der Technik erzeugt. Das Bild 22 kann auf Papier gedruckt werden oder auf einem Computersichtanzeigegerät angezeigt werden. Bei Verwendung dieser Methode verwendet ein menschlicher Anwender-Bediener, der das Bild ansieht, eine Zeigegerät, wie beispielsweise ein Digitalisiertablett oder eine Maus, um Punkte (beispielsweise durch Anklicken) auf den Merkmale auszuwählen, die in dem Bild dargestellt sind, das durch Dateneinheiten in der geographischen Datenbank repräsentiert wird. Beispielsweise kann der menschliche Anwender-Bediener das Zeigegerät verwenden, um die Endpunkte von durch Segmenteinheiten darzustellenden Merkmalen auszuwählen, indem das Zeigegerät verwendet wird, um Punkte am Bild anzuklicken, welche die Enden der durch Segmentdateneinheiten darzustellenden Streckenabschnitte darstellen. Wenn das identifizierte Segment anders-als-gerade ist, dann wählt der Anwender-Bediener temporäre Gestalt-Punkte TSP1, TSP2,..., TSPn entlang der Länge des Bildes des Straßenteils aus. Der Anwender-Bediener wählt diese temporären Gestalt-Punkte durch Bewegen eines Cursors auf dem Bild des Straßensegments und durch Anklicken mit einem Zeigegerät (Schritt 222). Unter Verwendung der temporären Gestalt-Punkte erzeugt das Computerprogramm dann eine Kurve durch sie (Schritt 226). (In einer Ausführungsform, in der das Bild 220 aus einem kartographischen Datensatz erzeugt wird, der bereits die Endpunkt-Knotenpunkte und identifizierte Gestalt-Punkte aufweist, können die oben genannten Schritte ausgelassen werden.)
Das Programm führt dann ein Kurvenanpassungsprogramm 226 aus, das die ermittelten anders-als-geraden Straßenabschnitte, die durch die gewählten Endpunkte und Gestalt-Punkte repräsentiert werden, an die Bezier-Kurven anpasst. Wie oben erwähnt sind Kurveanpassungstechniken auch im Stand der Technik bekannt. Sobald eine Bezier-Kurve identifiziert ist, welche der anders-als-geraden Strecke 225 entspricht, werden die zur Erzeugung der Bezier-Kurve verwendeten Kontrollpunkte identifiziert. Die Koordinaten der Kontrollpunkte werden dann der Segmentdateneinheitsaufzeichnung zugeordnet, die das gewählte Straßensegment repräsentiert. Um zu bestätigen, dass die erzeugte Bezier-Kurve das Bild der Strecke 225 richtig darstellt, kann ein aus den Bezier-Kurven-Kontrollpunkten erzeugtes Bild des anders-als-geraden Straßensegments dem Bild 220 überlagert werden, um zu sehen, wie gut sie übereinstimmen. Der Anwender-Bediener betrachtet das überlagerte Bild und beurteilt, ob das Bezier-Kurven-erzeugte Straßenbild innerhalb gegebener Toleranzen dem zur Verfügung gestellten Straßenabschnitt 225 entspricht. Wenn sie nicht zusammenpassen kann der Anwender-Bediener zusätzliche temporäre Gestalt-Punkte wählen und die Bezier-Kurve wird erneuert. Dieser Vorgang wird wiederholt bis eine Kurve erzeugt ist, die mit dem Bild des Straßenabschnitts gut genug übereinstimmt. Dann werden die Kontrollpunktdaten und die Knotenpunktdaten LN, RN, CP1 und CP2 für die „am besten angepasste" Kurve wie oben beschrieben im kartographischen Datensatz 34 (carto)(B) gespeichert. In alternativen Ausführungsformen kann ein Computerprogramm verwendet werden, um zu beurteilen wie gut die erzeugten Bezier-Kurve dem Bild des darzustellenden Streckenabschnitts entspricht. Das Computerprogramm kann herkömmliche Anpassungstechniken verwenden, um festzustellen, wann eine Schwelle, die eine zufriedenstellende Anpassung repräsentiert, erreicht ist.
II. ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine weitere Eigenschaft von Bezier-Kurven ist, dass, wenn die beiden Endpunkte der Kurve an normierten Positionen festgelegt sind, Schwankungen der Form der Kurve nur durch die relativen Positionen der Kontrollpunkt bestimmt sind, (d.h. die Form ist "normiert"). So wird eine Bibliothek von allgemeinen Kurvenformen in Form einer Tabelle von Kontrollpunkt-Positionspaaren relativ zu zwei Standardendpunktpositionen definiert. Diese Bibliothek ist in einem normierten Gestalt-Feld gespeichert. Durch bekannte mathematische Operationen werden diese Bibliothekskurvenformen skaliert, rotiert und im Raum verschoben, um sie auf einer Kartenanzeige dorthin zu setzen, wo immer es gewünscht wird. In der Ausführungsform der geographischen Datenbank ist ein Indexbezugswert in das normierte Gestalt-Feld jeder anders-als-geraden Straßensegment-Dateneinheit zugeordnet. Dieser Indexbezugswert wird dann anstelle der tatsächlichen Kontrollpunkt-Koordinatepositionen verwendet.
Für einen bestimmten Streckenabschnitt werden die beiden Endpunktpositionen durch die zugeordneten Kontrollpunktdaten der bestimmten kurvigen Straßensegmentdateneinheit geliefert. Die Kontrollpunkte für eine bestimmte Form der Bezier-Kurve sind im normierten Gestalt-Feld gespeichert. Ein Indexbezugswert, der der Gestalt eines bestimmten Streckenabschnitts in der indexierten Gestalt-Feldeinheit entspricht, ist in der Straßensegment-Dateneinheiten gespeichert. Diese Informationen werden durch das Kartenanzeige-Anwendungsprogramm (oder Unterprogramm) verwendet, um den kurvigen Streckenteil auf dem Anzeigegerät zu reproduzieren, indem die Endpunkt- und Kontrollpunktinformationen mathematisch in eine Bezier-Kurve umgewandelt werden, die den kurvigen Streckenteil darstellt.
Herstellen der peographischen Datenbank mit einem normierten Gestalt-Feld.
Eine beispielhafte Methode zum Bilden dieser Ausführungsform der geographischen Datenbank ist in 10 veranschaulicht. Unter Verwendung bekannter Techniken werden Bilder aller anders-als-geraden Straßenabschnitte in einer geographischen Region erhalten. Diese Bilder können von Luftbildaufnahmen oder Satellitenbildern erhalten werden, in gedruckter oder elektronischer Form, oder die Bilder können von bestehenden geographischen Datenbanken erhalten werden, die Gestaltpunktdaten umfassen, um anders-als-gerade Straßenteile darzustellen. In 10 ist eine Mehrzahl 300(1), 300(2),...,300(n) solcher Bilder gezeigt. Zunächst werden die Knotenpunkte von jedem anders-als-geraden Straßensegment gewählt. Wenn die Bilder von einer existierenden geographischen Datenbank erzeugt werden, können die Knotenpunktdaten in der zur Erzeugung des Bilds verwendeten Straßensegment-Dateneinheit bereits enthalten sein. Andernfalls werden die Endpunkte/Knoten mit den oben beschriebenen Techniken oder mit den im Stand der Technik bekannten identifiziert.
Für kurvige Streckenabschnitte wird das Bild der kurvigen Strecke normiert (Schritt 310), um die Endpunktpositionen von jedem anders-als-geraden Straßenteil in standardisierte Positionen zu setzen. Der Normierungsvorgang 310 kann erfordern, dass die kurvige Strecke skaliert, gedreht und/oder verschoben wird. Sobald die kurvige Strecke normiert ist, werden mathematische Standardtechniken zur Bezier-Kurvenanpassung eingesetzt, um eine Bezier-Kurve zu finden, die am besten ("beste Anpassung") das gebogene Streckensegment annähert. Sobald eine „am besten angepasste" Kurve bestimmt ist, werden die beiden Kontrollpunktpositionen, welche die Kurve definieren, identifiziert. Die Koordinaten dieser Kontrollpunkte werden relativ zu den Endpunkten normiert und werden außerdem durch Skalieren in Richtung senkrecht zur Linie durch die Endpunkte normiert so, dass der Abstand entlang dieser Richtung der Kontrollpunkte Standard ist. Sind die standardisierten Endpunktpositionen der Kurve gegeben, sind die beiden Kontrollpunktpositionen alles, was erforderlich ist, um die Form der Kurve zu definieren. Die Daten, die dieses Kontrollpunktpaar identifizieren, werden in ein normiertes Gestalt-Feld 320 eingegeben. Das normierte Gestalt-Feld 320 ist eine Datenstruktur, die eine Mehrzahl von Datenelementen speichern kann. Im normierten Gestalt-Feld 320 ist jedes separate normierte Kontrollpunktpaar CPN1, CPN2 einem unterschiedlichen Gestalt-Identifikator CPE zugeordnet. Eine Segmentdateneinheit, die den kurvigen Straßenabschnitt repräsentiert, verwendet den Index CPE anstelle der Koordinatenpositionen der Kontrollpunkte. Die Segmentdateneinheit, einschließlich Daten, die den Knotenpunkten LN, RN entsprechen, und des Indexbezugswert CPE, wird im kartographischen Datensatz 34(carto)(A) gespeichert.
Nachfolgende kurvigen Straßenabschnitte im geographischen Datensatz werden in einer ähnlichen Weise überprüft und verarbeitet. Da die kurvigen Straßenabschnitte im geographischen Datensatz überprüft werden, können einige Straßenabschnitte die gleichen normierten Kontrollpunktpaare wie vorher überprüfte Straßenabschnitte haben. In 10 zeigt beispielsweise das Bild 300(n) ein Straßensegment, welches nach Drehen oder anderer Normierung die gleiche Form aufweist wie das Straßensegment, das im ersten Bild 300(1) dargestellt ist. Wenn die normierten Kontrollpunkte für das Straßensegment im Bild 300(n) bestimmt sind, stimmen sie mit den bereits in Feld 320 vorliegenden überein, die für das Straßensegment in Bild 300(1) erzeugt wurden. Wenn dann die Segmentdateneinheitsaufzeichnung, die das Streckensegment von Bild 300(n) repräsentiert im Datensatz 34(carto)(A) gespeichert wird, umfasst die Aufzeichnung zusätzlich zu den Daten, welche die Knotenpunkte LN(n), RN(n) identifizieren, einen Eintrag CPE(1) zum gleichen normierten Kontrollpunktpaar CP1(1), CP2(1), wie die Strecke, die im Bild 300(1) dargestellt ist. In diesem Fall wird ein neuer Eintrag von Kontrollpunktpaaren in das normierte Gestalt-Feld 320 nicht gemacht.
Da jedes kurvige Straßensegment untersucht wird, wenn es keine Übereinstimmung im Gestalt-Feld 320 für ein bestimmtes Kontrollpunkt-Positionspaar gibt, wird ein neuer Eintrag dem Feld hinzugefügt und der neue Indexbezugswert wird in der Gestaltdateneigenschaft der Straßensegmentdateneinheit für diesen bestimmten Streckenteil gespeichert. Wenn jedoch das normierte Kontrollpunktpaar mit einem vorhandenen Eintrag im Feld 320 übereinstimmt, wird kein neuer Eintrag gemacht. Der Vorgang wird wiederholt, bis alle Streckenteile in Straßensegment-Dateneinheiten und entsprechende Knotenpunkt- und Gestaltdateneigenschaften umgewandelt sind.
Beim Entwickeln des normierten Feldes wird es vorgezogen zu verfolgen wie oft jedes der Kontrollpunktpaare verwendet wird, um die Gestalt-Punkte einer Segmentdateneinheit zu ersetzen. Sobald dann alle Straßensegmentdaten in einer Region überprüft sind, wird der Index nur von den Paaren gebildet, welche am häufigsten verwendet wurden. Beispielsweise kann das Feld nur die 2000 am häufigsten verwendeten normierten Kontrollpunktpaare umfassen. Innerhalb des Feldes können die Kontrollpunktpaare nach Häufigkeit oder nach anderen Mitteln geordnet werden, um Suchen zu beschleunigen. Wenn kein normiertes Kontrollpunktpaar unter den Kontrollpunktpaaren ist, die im Feld landen, können die Kontrollpunkte gespeichert werden, ohne normiert zu werden, oder die Daten können als Gestalt-Punktdaten anstelle von den Kontrollpunktdaten gespeichert werden.
In einer beispielhaften praktischen Anwendung des geographischen Datensatzes 34 (carto)(A) können zwei Kontrollpunkte in lediglich 6 Datenbytes gespeichert werden. Eine Bibliothek von zwei tausend solcher Gestaltformen kann in einer normierten Gestalt-Feld-Tabelle gespeichert werden, die gerade 12 tausend Bytes des Speichers belegt, und kann mit Indexwerten zugänglich gemacht werden, die eine Datengröße von 15 Bytes haben. Wenn diese zwei tausend Linienformen mit verhältnismäßig hoher Häufigkeit in der Datenbank wiederkehren, werden bedeutende Mengen vom Medienplatz gespart, da die Gestalt-Informationen für jedes derartige Auftreten auf den Medien in nur 15 Bytes kodiert werden anstelle von den 6 Bytes, die durch die beiden Bezier-Kontrollpunkt aufgegriffen werden (plus den für die Endpunkte benötigten Platz).
In einer alternativen Ausführungsform wird ein festes geographisches Positionsgitter verwendet, um die Bilder der kurvigen Straßenabschnitte zu überlagern. Dies schränkt die möglichen Positionen ein, die Kontrollpunktpaare und Streckenabschnitt-Endpunkte belegen, was in einer definierten Anzahl von möglichen/vordefinierten Kurvenformen resultiert, die gebildet oder dargestellt werden können. Vor dem Beginn des Umwandlungsprozesses, berechnet ein Computer alle möglichen Kontrollpunkt-Positionen bezüglich normierter Endpunkt-Positionen und errechnet alle möglichen Kurvenformen bei einem vorgegebenen gewünschten Auflösungsgrad. Diese Kurvenformen werden dann alle anfänglich im normierten Gestalt-Feld gespeichert, wie beispielsweise oben im Feld 320. Sobald der Kurvenanpassungs-/Kontrollpunktbestimmungs-Prozess für einen bestimmten Streckenteil abgeschlossen ist, wird das resultierende Kontrollpunkt-Positionspaar verglichen mit Einträgen im normierten Gestalt-Feld. Der Eintrag in der Tabelle, der den berechneten Kontrollpunktpositionen innerhalb eines vordefinierten Schwellwertes am nächsten kommt, wird ausgewählt. Der entsprechende Indexwert für diesen Eintrag wird dann der Straßensegment-Dateneinheit zugeordnet, die den Streckenabschnitt repräsentiert. Dieser Vorgang wird wiederholt bis alle Streckenabschnitte in der speziellen geographischen Region umgewandelt sind.
Verwenden der zweiten Ausführungsform der geographischen Datenbank.
Wie in 11 gezeigt, verwendet ein Kartenanzeige-Anwendungsprogramm (oder Unterprogramm) 366 die Knotenpunktdaten und den Index zu einem normierten Gestalt-Feld in den Dateneinheiten, die Straßensegmente repräsentieren, um Bilder der Straßenabschnitte auf einem Anzeigegerät zu reproduzieren. In 11 wird eine Liste 368 von Segmenteinheiten seg() ins Kartenanzeigeprogramm 366 eingegeben. Die Liste identifiziert die Segmentdateneinheiten, die anzuzeigende Straßenstrecken repräsentieren. Die Straßensegment-Dateneinheiten enthalten die Daten, die sowohl gerade, als auch kurvige Streckenabschnitte im geographischen anzuzeigenden Bereich darstellen. Das Kartenanzeige-Anwendungsprogramm 366 repräsentiert Streckenabschnitte auf dem Anzeigegerät, indem zuerst die Daten gelesen werden, die jeder der in der Liste 368 enthaltenen Straßensegment-Dateneinheiten zugeordnet sind (Schritt 370). Wenn kein Kontrollpunkt-Indexhinweis für die gegebene Straßensegment-Dateneinheit (Schritt 372) existiert, springt das Kartenanzeige-Anwendungsprogramm 366 zu Schritt 376 und macht eine Gerade auf der Anzeige 40 zwischen den als Endpunkte (d.h. als Knotenpunkte) identifizierten Positionen der Segmentdateneinheit. Für Segmente, die Kontrollpunkt-Indexhinweise aufweisen (Schritt 372), fährt das Kartenanzeige- Anwendungsprogramm 366 bei Schritt 373 fort. Dieser Indexbezugswert ist ein Index in das normierte Gestalt-Feld 320. Um den Ablauf zu verbessern, wird das normierte Gestalt-Feld 320 bei der Initialisierung des Navigationssystems in den Speicher geladen oder, wenn die Kartenanzeigefunktion aufgerufen wird. Unter Verwendung des Indexbezugswerts schaut das Kartenanzeige-Anwendungsprogramm (oder das Unterprogramm) 366 auf den Eintrag in die normierte Gestalt-Feld-Einheit 320, welche die Kontrollpunkt-Positionspaardaten (Schritt 373) enthält. Diese Kontrollpunkt-Positionsdaten, in Verbindung mit standardisierten Endpunktpositionen, und Skalierungsfaktor senkrecht zur Linie durch die Enden, werden verwendet, um Parameter-Gleichungen für die Bezier-Kurve zu berechnen (Schritt 374), die verwendet werden kann, um den kurvigen Streckenabschnitt mit weithin bekannten Techniken auf das Anzeigegerät zu übertragen (Schritt 376). Dieser Prozess wiederholt sich für jeden Streckenabschnitt, der durch das Kartenanzeige-Anwendungsprogramm (oder Unterprogramm) 366 auf das Anzeigegerät übertragen werden soll.
III. ALTERNATIVE AUSFÜHRUNGSFORMEN
In den oben beschriebenen Ausführungsformen wurde jede anders-als-gerade geographische Eigenschaft durch Daten dargestellt, welche die Koordinaten der Endpunkte identifizieren und durch Daten, welche die Koordinaten von zwei zusätzlichen Punkten, d.h. von den zwei Kontrollpunkten, identifizieren, die dazu verwendet werden, um die Bezier-Kurve zu erzeugen: Es wird angemerkt, dass einige anders-als-gerade geographische Merkmale durch mehr als eine Bezier-Kurve erzeugt werden können. Es wird weiter angemerkt, dass mehr als zwei Kontrollpunkte oder andere Parameter der das anders-als-gerade geographische Merkmal repräsentierenden Dateneinheit zugeordnet sein können.
In alternativen Ausführungsformen können andere Arten von rekursiven Funktionen, andere als die Bezier-Kurvenfunktion, verwendet werden. Diese anderen Arten der rekursiven Funktionen umfassen Polynom-Gleichungen jeder Ordnung, deren Koeffizienten verwendet werden, um die Gestalt des repräsentierten geographischen Merkmals zu definieren. Spline-Kurvenfunktionen können verwendet werden. In weiteren alternativen Ausführungsformen kann irgendeine andere Art von rekursiver Funktion verwendet werden, um eine Kurve zu erzeugen, um mit dem anders-alsgeraden geographischen Merkmal überein zu stimmen und es darzustellen, einschließlich fraktaler Funktionen oder anderer iterativer Funktionen oder rekursiv definierter Funktionen.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen wurden die Daten, die das andersals-gerade geographische Merkmal repräsentieren, dazu verwendet, das Merkmal auf einer Computeranzeige für den Benutzer des Navigationssystems sichtbar dazustellen. Es ist selbstverständlich, dass die Darstellung von anders-als-geraden geographischen Merkmalen zusätzlich zur Kartenanzeige weitere Anwendungen hat. Beispielsweise ist eine andere wichtige Funktion, die durch ein Navigationssystem bereitgestellt wird, die Fahrzeugpositionsbestimmung. Bei der Fahrzeugpositionsbestimmung verwendet das Navigationssystem ein Positionsbestimmungssystem, wie beispielsweise ein GPS-System, um seine physischen geographische Koordinaten (beispielsweise Breitengrad und Längengrad) zu bestimmen und bringt dann jene Koordinaten mit den Koordinaten der Streckenmerkmale in Übereinstimmung, die in der geographischen Datenbank repräsentiert sind, um den Benutzer über seine oder ihre Position im Straßennetz in einem geographischen Bereich zu informieren. Die Fähigkeit der offengelegten Ausführungsformen, die Form der anders-als-geraden geographischen Merkmale mit relativer Genauigkeit zu bestimmen, ermöglicht dem Navigationssystem, die physischen geographischen Koordinaten des Benutzers mit den Koordinaten des Streckennetzes in Übereinstimmung zu bringen und den Benutzer mit Informationen zu versorgen, welche die Position des Benutzers in Bezug auf das Streckennetz identifiziert.
Obgleich die Verwendung von Kontrollpunkten, um anders-als-gerade geographische Merkmale darzustellen, im Allgemeinen verringerte Speicheranforderungen ergibt, ist es unter einigen Umständen möglich, dass die Gestalt eines bestimmten geographischen Merkmals effizienter dargestellt werden kann, indem Gestalt-Punkte anstelle von Kontrollpunkten verwendet werden. Um solchen geographische Merkmalen Rechnung zu tragen, kann eine einzelne geographische Datenbank einige anders-als-gerade geographische Merkmale unter Verwendung von Kontrollpunkten repräsentieren und andere anders-als-gerade geographische Merkmale unter Verwendung von Gestalt-Punkten repräsentieren. In einer Ausführungsform einer solchen geographischen Datenbank, verwendet jede Dateneinheit, die ein anders-als-gerades geographisches Merkmal repräsentiert, entweder Gestalt-Punkte oder Kontrollpunkte (aber nicht beide), um die anders-alsgerade Gestalt des Merkmals darzustellen. Jede Dateneinheit, die ein anders-alsgerades geographisches Merkmal darstellt, würde auch ein Mittel umfassen, um zu identifizieren, ob bei der Navigationsanwendung unter Verwendung der geographischen Datenbank Kontrollpunkte oder Gestalt-Punkte verwendet wurden. Das Mittel, durch das identifiziert werden kann, ob Kontrollpunkte oder Gestalt-Punkte in einer bestimmten Dateneinheit verwendet wurden, kann jede mögliche Technik sein, wie beispielsweise Verwenden eines Kontroll-Bits, Verwenden von verschiedenen Wertebereichen, unterschiedliches Ordnen von Daten und so weiter.
In einer weiteren Ausführungsform einer geographischen Datenbank, können bestimmte anders-als-gerade geographische Merkmale effizienter dargestellt werden, indem sowohl Kontrollpunkte als auch Gestalt-Punkte zusammen in einer einzelnen Dateneinheit verwendet werden, welche das geographische Merkmal repräsentiert. Wie oben erwähnt wird ein Mittel zur Verfügung gestellt, um zu entscheiden, ob die Form des anders-als-geraden geographischen Merkmals durch Kontrollpunktdaten oder Gestalt-Punktdaten repräsentiert wird. Diese Mittel können ausgeweitet werden, um ferner anzuzeigen, dass sowohl Gestalt-Punktdaten als auch Kontrollpunktdaten innerhalb einer einzelnen Dateneinheit verwendet werden. Bei einer praktischen Anwendung, bei der sowohl Kontrollpunkte als auch Gestalt-Punkte verwendet werden, kann die Navigationsanwendung die Kontrollpunktdaten verwenden, um einen gute Annäherung an das dargestellte geographische Merkmal zu erzeugen. Gestalt-Punkte werden dann zur Feinabstimmung der Darstellung an Positionen verwendet, an denen die mit Kontrollpunkten erzeugte Kurve nicht genau mit dem dargestellten Merkmal übereinstimmt. In einem weiteren Beispiel können Kontrollpunkte verwendet werden, um einen ersten Abschnitt eines Streckensegments darzustellen und Gestaltpunkte können verwendet werden, um einen weiteren Abschnitt eines Streckensegments darzustellen.

Claims

Verfahren zum Speichern von Daten, das physische, anders-als-gerade Kartenmerkmale in einer computerlesbaren Datenbank (34) zur Verwendung in einem computerbasierten Navigationssystem (10) repräsentiert, die folgenden Schritte umfassend: Berechnen von Koeffizienten (CP(m)(1), CP(m)(2)) einer Polynom-Gleichung, die ein physisches Kartenmerkmal (52C1) repräsentiert; Zuordnen der Koeffizienten (CP(m)(1), CP(m)(2)) zu Daten (seg(m)), die das physische, anders-als-gerade Kartenmerkmal (52C1) repräsentieren; und Speichern der Koeffizienten (CP(m)(1), CP(m)(2)) und der Daten (seg(m)), die das physische, anders-als-gerade Kartenmerkmal repräsentieren, in der computerlesbaren Datenbank (34) auf einem computerlesbaren Medium (32), wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es umfasst: Normieren (310) der Koeffizienten (CP(m)(1), CP(m)(2)) der Polynom-Gleichung bezüglich Punkten entlang des anders-als-geraden Kartenmerkmals (52C1).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Polynom-Gleichung zur Familie der Spline-Kurven gehört.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Polynom-Gleichung aus der Teilmenge der Bezier-Kurven der Unterfamilie kubischer Splines stammt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die normierten Koeffizienten (CP(m) (1), CP(m)(2)) der Polynom-Gleichung als eine Liniengestalt in einem normierten Gestalt-Feld (320) gespeichert sind.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Liniengestalt in Form eines Kontrollpunkt-Position-Paares (CPN1, CPN2) vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 4 ferner umfassend: Bereitstellen eines Index zum normierten Gestalt-Feld (320); Zuordnen eines Indexwertes (CPE) zu den normierten Koeffizienten (CP(m)(1), CP(m)(2)) zu einer Dateneinheit (seg ()), die das physische Kartenmerkmal (52C1) repräsentiert; und Speichern der Dateneinheit (seg ()) und des zugeordneten Indexwertes (CPE) auf dem computerlesbaren Medium (32).
Verfahren nach Anspruch 4, wobei jedes physische, anders-als-gerade Kartenmerkmal (52C1) durch eine erste Endpunkt-Position (LN(m)) und eine zweite Endpunkt-Position (RN(m)) repräsentiert ist, und wobei der Berechnungsschritt die folgenden Schritte umfasst: Berechnen von zumindest zwei zusätzlichen Kontrollpunkt-Positionen (CP(m)(1), CP(m)(2)), welche die Gestalt jedes physischen, ander-alsgeraden Kartenmerkmals (52C1) durch die Polynom-Gleichung definieren; und Speichern von Daten, die zumindest zwei zusätzliche Kontrollpunkt-Positionen (CP(m)(1), CP(m)(2)) in der computerlesbaren Datenbank (34) im computerlesbaren Medium (32) repräsentieren.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei zumindest zwei zusätzliche Kontrollpunkt-Positionen (CP(m)(1), CP(m)(2)) in Bezug auf die erste und zweite Endpunkt-Position (LN(m), RN(m)) normiert werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei wenigstens zwei zusätzliche Kontrollpunkt-Positionen (CPN1, CPN2) in einem indizierten normierten Gestalt-Feld (320) gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei Daten, welche die erste Endpunkt-Position (LN(m)) und die zweite Endpunkt-Position (RN(m)) der physischen, andersals-geraden Kartenmerkmale (52C1) repräsentieren, im computerlesbaren Medium (32) gespeichert werden, in Zuordnung zu einem Indexwert (CPE) zu den mindestens zwei, normierten Kontrollpunkt-Positionen (CPN1, CPN2) im indizierten, normierten Gestalt-Feld (320).
Verfahren nach Anspruch 1, ferner die folgenden Schritte umfassend: Repräsentieren (122, 222) der physischen, ander-als-geraden Kartenmerkmal (52C1) als eine Folge von Gestalt-Punkten (TSP1, TSP2) vor dem Berechnungsschritt; und Anpassen (126, 226) der Polynom-Gleichung an die Folge von Gestalt-Punkten (TSP1, TSP2).
Verfahren zum Reproduzieren von physischen Kartenmerkmalen (52C1) auf einem, einem computerbasierten Navigationssystem (10) zugeordneten, Computer-Anzeigegerät (40) unter Verwendung einer computerlesbaren Datenbank, wobei das Verfahren umfasst: Identifizieren (72) einer Dateneinheit (seg ()), die zu verwenden ist, um eine Repräsentation eines auf dem Computer-Anzeigegerät (40) anzuzeigenden, physischen Kartenmerkmals zu erhalten; Ausführen eines Unterprogramms, um eine anders-als-gerade Gestalt aus Koeffizienten einer Polynom-Gleichung zu berechnen, wobei die Koeffizienten in Bezug auf Punkte entlang des anders-als-geraden Kartenmerkmals normiert sind, zu Daten, welche das physische Kartenmerkmal repräsentieren, zugeordnet sind und in einer computerlesbaren Datenbank gespeichert sind; und Anzeigen des anders-als-geraden, geographischen Merkmals auf dem Computerausgabegerät unter Verwendung der anders-als-geraden Gestalt.
Computerlesbares Medium-Produkt (32) zur Verwendung in einem Navigationssystem (10), wobei das computerlesbare Medium-Produkt (32) eine geographische Datenbank (34) darauf gespeichert hat, umfassend: Daten (42), die anders-als-gerade, physische Kartenmerkmale repräsentieren, wobei die Daten umfassen: Koeffizienten von Polynom-Gleichungen, die physische Kartenmerkmale repräsentieren, wobei die Koeffizienten zu Daten zugeordnet sind, welche die physischen, anders-als-geraden Kartenmerkmale repräsentieren; und wobei das computerlesbare Medium-Produkt dadurch gekennzeichnet ist, dass: die Koeffizienten der Polynom-Gleichungen in Bezug auf Punkte entlang der anders-als-geraden Kartenmerkmale normiert sind.
Computerlesbares Medium-Produkt (32) nach Anspruch 13, wobei: die normierten Koeffizienten der Polynom-Gleichungen als Liniengestalten in einem normierten Gestalt-Feld gespeichert sind; Indexwerte zu den normierten Koeffizienten zu Dateneinheiten zugeordnet sind, welche die physischen Kartenmerkmale repräsentieren; und die Dateneinheiten und Indexwerte auf dem computerlesbaren Medium gespeichert sind.
Computerlesbares Medium-Produkt (32) nach Anspruch 13, wobei: die anders-als-geraden Kartenmerkmale durch erste Endpunkt-Positionen und zweite Endpunkt-Positionen repräsentiert sind; Daten, die zwei zusätzliche Kontrollpunkt-Positionen repräsentieren, die Gestalt von jedem der physischen, anders-als-geraden Kartenmerkmale definieren; und die beiden zusätzlichen Kontrollpunkt-Positionen auf dem computerlesbaren Medium gespeichert werden.
Computerlesbares Medium-Produkt (32) nach Anspruch 13, wobei die Koeffizienten der Polynom-Gleichungen an eine Folge von Gestalt-Punkten angepasst sind, welche das physische, anders-als-gerade Kartenmerkmal repräsentieren.
Computerlesbares Medium-Produkt (32) nach Anspruch 14, wobei: eine Mehrzahl von Straßensegmentdateneinheiten Knotendateneigenschaftseinheiten und Gestaltdateneigenschaftseinheiten umfasst; wobei die Gestaltdateneigenschaftseinheiten der Mehrzahl von Straßensegmentdateneinheiten Indexwerte in das indizierte, normierte Gestalt-Feld enthalten, das Abschnitte der fahrbaren Strecken repräsentiert; und wobei die Knotendateneigenschaftseinheiten der Mehrzahl von Straßensegmentdateneinheiten geographische Lagepunkte enthalten, welche die Endpunkte der Streckenabschnitte repräsentieren.
Computerbasiertes Navigationsanwendungsprogramm zur Verwendung mit einer computerlesbaren Datenbank umfassend: erste Computercodemittel (70), um auf Daten (N1, N2) zuzugreifen, welche Endpunkte von anders-als-geraden Kartenmerkmalen (52C1) in einer computerlesbaren Datenbank (34) repräsentieren, wobei die Datenbank Koeffizienten von Polynom-Gleichungen umfasst, die physische Kartenmerkmale repräsentieren, wobei die Koeffizienten zu Daten zugeordnet sind, welche die physischen Kartenmerkmale repräsentieren, und wobei die Koeffizienten in Bezug auf Punkte entlang der physischen, anders-alsgeraden Kartenmerkmale normiert sind; zweite Computercodemittel (70), um in der computerlesbaren Datenbank (34) auf Daten-Parameter (CP1, CP2) zuzugreifen, die zu jedem anders-als-geraden Kartenmerkmal (52C1) zugeordnet sind, auf dessen Endpunkte (N1, N2) das erste Computercodemittel (70) zugreift; und dritte Computercodemittel (74) zum Berechnen einer Kurve für andersals-gerade Kartenmerkmale (52C1), auf deren Endepunkte (N1, N2) und Parameter (CP1, CP2) das erste und das zweite Computercodemittel (70) zugreift, unter Verwendung der Punkte (N1, N2) und der Parameter (CP1, CP2).
Navigationsanwendungsprogramm nach Anspruch 18 ferner umfassend: vierte, auf das dritter Computercodemittel (74) reagierende Computercodemittel (76) zum Erzeugen eines Bildes der Kurve auf einer Computer-Anzeige (40).
Navigationsanwendungsprogramm nach Anspruch 18, worin die Parameter (CP1, CP2) Bezier-Kontrollpunkte sind, und worin das dritte Computercodemittel (74) unter Verwendung der Endpunkte (N1, N2) und der Bezier-Kontrollpunkte eine Bezier-Kurve berechnet.
Navigationsanwendungsprogramm nach Anspruch 18, worin die Parameter (CP1, CP2) normiert und in einem Gestalt-Feld (320) enthalten sind, und worin das zweite Computercodemittel (70) ferner umfasst: Mittel (373), um auf die normierten Parameter (CP1, CP2) mittels eines Indexbezugs (CPE) in das Gestalt-Feld (320) zuzugreifen; Mittel (374) zum Umskalieren und Umorientieren der normierten Parameter (CP1, CP2) in Parameter, die auf den Endpunkten (N1, N2) basieren.
Computer-Vorrichtung, die Mittel umfasst, die geeignet sind, um die Verfahrensschritte eines jeden der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen.
Computerbasiertes Navigationssystem, das Mittel zum Durchführen der Schritte von Anspruch 12 umfasst.