EP3673238A1 - Verfahren zur erzeugung alternativer routenvorschläge - Google Patents

Verfahren zur erzeugung alternativer routenvorschläge

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Publication number
EP3673238A1
EP3673238A1 EP18743007.9A EP18743007A EP3673238A1 EP 3673238 A1 EP3673238 A1 EP 3673238A1 EP 18743007 A EP18743007 A EP 18743007A EP 3673238 A1 EP3673238 A1 EP 3673238A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
route
waypoint
initial
alternative
initial route
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP18743007.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Gelhar
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Neusoft Technology Solutions GmbH
Original Assignee
Neusoft Technology Solutions GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Neusoft Technology Solutions GmbH filed Critical Neusoft Technology Solutions GmbH
Publication of EP3673238A1 publication Critical patent/EP3673238A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G01C21/34—Route searching; Route guidance
    • G01C21/3407—Route searching; Route guidance specially adapted for specific applications
    • G01C21/343—Calculating itineraries, i.e. routes leading from a starting point to a series of categorical destinations using a global route restraint, round trips, touristic trips
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G01C21/34—Route searching; Route guidance
    • G01C21/3453—Special cost functions, i.e. other than distance or default speed limit of road segments

Definitions

  • the present invention relates to a method for generating alternative route suggestions and a corresponding system, preferably navigation system.
  • the known methods are based on a manipulation of the cost model used for route search. Either a completely different model is used, such as a short instead of a fast route, or the roads of the first route found are priced differently from other roads to favor a bypass. This often results in routes that are unnecessarily bad according to the criteria actually intended by the user, ie the chosen cost model.
  • Another object of the present invention is to avoid streak trips, since in particular the ratio of the route costs of the detour is exorbitantly high compared to the bypassed section. Such alternative routes are discarded and, if available, more reasonable alternatives are offered.
  • Another object of the present invention is to find an alternative route that differs from the original route. Since the artificial waypoint "Signature-Link" is always chosen off the original route, the alternative route will differ from the original route at least in the area of the waypoint.
  • Another object of the present invention is to detect pseudo alternatives and discard them.
  • the user In addition to the known and researched calculation of the initial "best" route, the user should be presented with one or several further routes to the same destination and offered for navigation, which should be significantly different from the initial route, due to the same criteria as the the initially calculated route be favorable and in total come close to what the human user perceives as a sensible driving alternative. Therefore, in the present invention, the cost model is not changed and remains consistent. The determination and evaluation of alternative routes is based on the original cost function.
  • Alternative routes are evaluated in comparison to the originally found route.
  • the desired properties of the alternative route can be approximated and unwanted artifacts (detours unintelligible to the user) of the prior methods can be excluded.
  • the present invention contemplates a wide variety of possible route variations simultaneously and compares them to the best route, respectively.
  • the long-distance bypasses only have considerable disadvantages and also small-scale variants, for example near the start and the destination, are found and correspondingly better assessed.
  • One advantage of the present invention is that the initial route calculation is used to define criteria for desired types of alternative routes and to determine the "easy" waypoint that produces the best result.
  • Another advantage of the present invention is that pseudo-alternatives, long-range detours, crossings and artifacts are avoided and discarded.
  • expanded connection possibilities are potential waypoint candidates.
  • the expanded connection possibilities of the initial route calculation are taken into account.
  • a bidirectional route calculation and / or an alternate route calculation takes place.
  • the selection of alternative route suggestions is considered, preferably simultaneously, and compared with the initial route.
  • cost parameters of the specific deviating section and of a bypassed section of the initial route are taken into account.
  • track length parameters of the bypassed section on the initial route are evaluated.
  • a position of the waypoint, within the section deviating from the initial route can also be taken into account.
  • Other properties, such as average speed, tunnel lengths, toll costs, travel time, or abstract route costs, etc. can also be assessed.
  • small deviations are evaluated differently than deviations near the route center of the initial route.
  • the deviating section has a minimum length of, preferably 25 km for a motorway-like route or a minimum length of, preferably 200 m for short distances. Of course it is possible to set different minimum lengths.
  • the waypoint is preferably located centrally on the deviating section.
  • a backward expansion is performed on the basis of the ascertained cost and route length parameters of the expanded route suggestions of the initial route calculation.
  • the system implementing the method is a navigation system.
  • FIG. 1 embodiment of a waypoint candidate (also referred to here as a signature link candidate);
  • FIG. Fig. 2 embodiment of the evaluation of possible alternative routes;
  • Fig. 3 embodiment of a calculated alternative route due to the cost
  • Fig. 5 embodiment of a branch of an alternative route from the initial route
  • Fig. 6 embodiment of a calculation of a bypassed route
  • Fig. 7 embodiment of the centrality of a waypoint candidate.
  • Fig. 1 shows common algorithms for finding the best route based on the successive expansion of connectivity. This can be done after the implementation has been chosen, starting at the place of departure until reaching the destination, vice versa from destination to the start, or from both sides until the connection is established. In any case, beyond the connection possibilities to the route ultimately found, further connection possibilities are always expanded and thus implicitly consider alternative routes. In a simple route search, the so found, additional, not cost optimal connections are discarded.
  • Alternative routes are calculated by selecting a suitable link "Signatare - Link" as a waypoint, which has an intermediate destination between the start and the destination
  • the alternative route corresponds to the best route from the start via this waypoint (intermediate destination) to the destination.
  • a preferred embodiment is to accept all the connection possibilities expanded in the initial route calculation, with the exception of those on the initial route, as the set of potential signature links. To the amount of potential signature links or to increase the waypoint candidate, it may be useful to perform in the initial route calculation more expansions than would actually be necessary to determine the best route. It is also possible to increase the set of waypoint candidates in other ways, for example by waypoints selected according to geometrical criteria.
  • the implementation further restricts the effectively used output quantity by also considering only the alternative routes that are expanded in the initial route calculation for determining the alternative routes resulting from the waypoint candidates.
  • a waypoint candidate can only create an alternative route if there is a path from the start to the destination via this waypoint in the originally expanded search space. Connections leading to a dead end in the reduced search space are discarded as the algorithm progresses.
  • the initial route calculation is done with a standard algorithm, for example A * or Dijkstra. It is irrelevant whether expansion in one direction from start to finish or vice versa or bidirectionally.
  • Fig. 2 shows the evaluation of possible alternative routes. If an intermediate destination is inserted between the start and finish, and then the best route is calculated from the start via the intermediate destination to the destination, the result is a route that differs from the original route on a specific section on which the intermediate destination lies.
  • This "Bypass" section is always present as waypoint candidates are considered only waypoints that are not on the original route, or in extreme cases, the divergent section may extend the full length of the route.
  • the route thus defined becomes obvious from the initial route differ. In doing so, she will branch off from the initial route at a position which may also be the start position and reunite with her at another point, which may be identical to the target position.
  • extended destinations such as entire streets or locations
  • an alternate route may also reach the destination at a location other than the initial route without directly meeting that route.
  • Such cases are mathematically treated in the present algorithm as a union with the initial route at the destination. Alternatively, it is also possible to exclude from the consideration waypoint candidates that would lead to the achievement of the goal elsewhere. If it is assumed or ensured that the initial and the alternative route are optimal in the context of the considered road network, there will only be one divergent section per waypoint.
  • the set of considered waypoint candidates for the waypoint results from the results of the initial route calculation. All possible connection options expanded during the initial route search but not belonging to the initial route are considered.
  • the amount is insufficient to produce the desired routes, it can be extended, for example, by performing additional expansions that are not actually necessary to determine the best route. It is also possible, independently of the initial route calculation, to select waypoint candidates, for example based on the positions of start and destination, and the course of the initial route.
  • the properties, the resulting hypothetical route are evaluated. It makes sense to choose the algorithm and the evaluation criteria in such a way that the individual routes for this must not yet be completely generated at this time.
  • the procedure includes three main criteria in the evaluation:
  • Length and relative position of the area in which the potential alternative route differs from the initial route instead of the length also related measures such as travel time, abstract route costs etc. can be used;
  • Cost of the corresponding section on the initial route Other dimensions such as distance, travel time, financial costs, etc. can be considered here.
  • FIG. 3 shows the first subcriterion for the evaluation of possible alternative routes having the resulting abstract route costs. Assuming that the initial route, as intended, is the best in terms of cost, an alternative route will have ever higher total costs.
  • the costs of the bypass on the possible alternative route and those of the bypassed section of the initial route are considered "bypassed."
  • the ratio of the costs of these route segments is included as a factor in the evaluation of the SignatureLink candidate (waypoint candidate) relative increase beyond a certain threshold, for example 25%, the potential increase can generally be ruled out as a sensible alternative.
  • the length of the diverging section should be in a "reasonable" relation to the total route, and an alternative route should not be limited to a trivial, short section from the original route, especially not in the middle part of the route. If it is not possible to bypass a long route, it will be accepted at departure and destination, but also shorter deviations, for example the choice of another motorway junction. In order not to falsely favor cumbersome routes, in evaluating the length of the deviation, only the bypassed piece on the original route is evaluated, not the bypass itself. The evaluation takes place in the implementation on the basis of the respective track lengths. However, the assessment could also be based on the route costs or other cost measures.
  • the length of the bypassed section can be evaluated firstly in relation to the total length of the initial route, and secondly in relation to the route length between the end or beginning of the bypass and the start or destination. It is used, preferably a mixture of both relations.
  • An alternative route can usually be generated identically by several possible signature links. It has been found useful if the signature link is located in the middle of the bypass it generates, especially to avoid possible artifacts that occur when the signature link is at the very beginning or end of the bypass it generates.
  • Signature link candidates get a better rating if they are as close to the center of the bypass they create.
  • FIGS. 4a and 4b show the efficient calculation of the evaluation criteria. Both as signature link candidates and as components of the Altemativroutenkandichal spanned thereby only connection possibilities are considered, which were already expanded in the possibly artificially extended initial route calculation.
  • the optimal route from the start to the respective waypoint For each signature link of these connection options, the optimal route from the start to the respective waypoint, the abstract costs of the route and, optionally, additional parameters carried along, such as the route length of the optimal route from Start, are known as a by-product of the initial route search.
  • connection options expanded in the initial route search span a subgraph of the road network including the start, destination, and at least one connection therebetween, namely the initial route.
  • FIG. 4b shows a subgraph on which a full breadth first search is performed, with the connectivity being followed in their opposite direction, but further assuming the original physical drift direction.
  • the same number of expansion steps are necessary as with the initial route search.
  • the cost per step can be considerably reduced if the costs determined per connection possibility and the respective possible transitions are stored during the initial route calculation so that database accesses and renewed cost calculations can be dispensed with for the backward expansion.
  • the Backward expansion if properly implemented, can therefore be done much faster than the initial route calculation.
  • Each expansion option expanded in this backward expansion is a Signature Link candidate for the Signature Link you are looking for. Connections to, incurred in the initial route search, dead ends are not reached by the backward expansion and thus fall away as a signature link candidate, as shown in Fig. 4b shown as dashed lines.
  • the amount of connectivity achieved and expanded in the backward expansion unless it is on the initial route is stored as a signature link candidate set, as shown in Figure 4a and 4b as non-dashed connectivity options.
  • the backward expansion provides the best available route to the destination for each expanded connection possibility, ie the path on which the waypoint was reached in the backward expansion and its costs and possibly other parameters, such as length. Since the initial route is already known, in the backward expansion for each expanded connection possibility, the point at which the route on which it was reached from the destination leaves the initial route (relative to the direction of backward expansion) can also be carried along is the point at which the bypass formed by the waypoint (relative to the direction of travel) again meets the initial route. As the cost and distance along the initial route from this point to the destination are known, the difference and cost of each signature link candidate to the corresponding "join" can also be calculated, as shown in FIG.
  • each Signature Link candidate will have its respective turn which also allows you to calculate the cost and length of the bypass up to the Signature Link candidate.
  • Bypass cost as the sum of the costs from the branch point to the signature link candidate and the cost from the signature link candidate to the join;
  • Costs of the route section driven as a difference of costs along the
  • Length of the section driven as the difference of the route lengths, along the original route from the start to the "Join” and from the start to the "Branch-off;
  • Length of the "reference length” Also a known length, along the initial route, as shown in Fig. 6.
  • Route length from signature link candidate to join route length from signature link candidate to destination minus length, along the initial route from join to destination, as shown in FIG. For each connectivity from the signature link candidate set, the three or similar criteria and their weighted product, if any, are calculated as the overall score.
  • the best rated Signature Link candidate who does not violate any exclusion criteria is chosen as the signature link for the alternative route.
  • the optimal route can be determined via this signature link. This is the first alternative route known.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Erzeugung von Routenvorschlägen aufweisend Informationen über Auswahlparameter von einer Startposition zu einer Zielposition entlang einer initialen Route, wobei basierend auf einer initialen Routenberechnung und den Auswahlparametern eine Berechnung von mindestens einer alternativen Route durch eine Auswahl von einem Wegpunkt als ein Zwischenziel erfolgt, wobei die mindestens eine durch den Wegpunkt bestimmte, alternative Route sich auf einem bestimmten Abschnitt, auf dem der Wegpunkt liegt, von der initialen Route unterscheidet.

Description

Verfahren zur Erzeugung alternativer Routenvorschläge
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung alternativer Routenvorschläge sowie ein entsprechendes System, vorzugsweise Navigationssystem.
Herkömmliche Routenberechnungen erfolgen auf Basis von verschiedenen Modellen. Es wird, zum Beispiel die schnellste, kürzeste, komfortabelste, oder die verbrauchsgünstigste„Eco" Route berechnet. Der Nachteil an den herkömmlichen Routenberechnungen ist jedoch, dass oftmals identische Routen hergestellt werden und aufgrund der vielen unabhängigen Berechnungen lange Berechnungszeiten erfolgen.
Andere Routenberechnungen erfolgen auf Basis von einer optimalen Route. Die Berechnung der optimalen Route erfolgt dadurch, dass künstliche Zusatzkosten der berechneten Route hinzugefügt werden und nochmal eine Routenberechnung erfolgt, um eine erste Alternativroute zu erhalten. Dieser Vorgang wird wiederholt, um weitere Alternativrouten zu erhalten. Der Nachteil dieser Art von Routenberechnung ist jedoch, dass die Kalibrierung der Zusatzkosten schwierig ist, sinnwidrige Routen berechnet werden, und die Ergebnisse durch„was nicht erwünscht" statt„was erwünscht" ist, definiert werden.
Die bekannten Verfahren basieren auf einer Manipulation des zur Routensuche verwendeten Kostenmodells. Entweder es wird mit einem komplett anderen Modell gearbeitet, zum Beispiel kurze statt schnelle Route, oder die Straßen der zuerst gefundenen Route werden kostenmäßig gegenüber anderen Straßen benachteiligt, um eine Umfahrung zu begünstigen. Damit entstehen oft Routen, die nach den vom Benutzer eigentlich intendierten Kriterien, das heißt dem gewählten Kostenmodell unnötig schlecht sind.
Beispiele für unerwünschte Routen, die durch das verbreitete Verfahren des„Verteuerns" der ursprünglichen Route entstehen, sind, zum Beispiel unsinnige, weiträumige Umfahrungen. Wenn es zu einer kanonischen Route im wesentlichen Teil keine sinnvolle Fahralternative gibt (z.B. zur Benutzung der A24 zwischen Hamburg und Berlin), erzwingen die pauschal erhöhten Kosten dennoch eine weiträumige Umfahrung, die kein Fahrer wählen würde (z.B. 1 Stunde und bis zu 100 km mehr). Sinnvolle Alternatiworschläge würden in diesem Anwendungsfall lediglich einen anderen Weg vom Start zur Autobahn und entsprechend am Zielort vom Verlassen der Autobahn zum Ziel, jeweils möglicherweise einschließlich der Wahl einer anderen Anschlussstelle wählen.
Eine extreme Ausprägung der weiträumigen Umfahrung ist die Stichfahrt, das heißt um ein kurzes Stück der Originalroute zu vermeiden, wird bis zu einer Wendemöglichkeit abgewichen, um dann auf praktisch demselben Weg wieder zur ursprünglichen Route zurückzukehren. Dies geschieht leicht bei Routen über Controlled Access Roads, beispielsweise Autobahnen, die generell wenige Variationsmöglichkeiten bieten und bei denen ein Wenden auf der Stichfahrt nur bei Anschlussstellen möglich ist. Um weiträumige Umfahrungen zu vermeiden, bietet es sich an die zusätzlichen Wegkosten für die Originalroute eher gering zu wählen. Damit wird jedoch das Risiko erhöht, dass die so berechneten „Alternativen" sich gar nicht von der Originalroute unterscheiden, da die Zusatzkosten möglicherweise nicht mehr ausreichen eine Umfahrung zu erzwingen.
Auch beim anderen etablierten Verfahren der Verwendung unterschiedlicher Kostenmodelle tritt dieses Problem oft auf, da zum Beispiel die schnellste Route oftmals zugleich die kürzeste, verbrauchsgünstigste, oder komfortabelste ist.
Einzelne Straßen, insbesondere Autobahnen und Autobahnähnliche werden in Navigationsdatenbanken oft abschnittsweise durch mehrere parallele Verbindungen dargestellt. Typische Beispiele sind Parallelspuren im Bereich von Autobahnkreuzen, zum Beispiel „Express Lanes" auf nordamerikanischen Highways, oder parallele Tunnelröhren (Elbtunnel Hamburg). Solche parallelen Spuren erstrecken sich oft über mehrere Kilometer, neben der von der Originalroute üblicherweise bevorzugten Hauptstraße, und unterscheiden sich von dieser in Länge und Geschwindigkeit nur geringfügig. Damit sind Alternativroutenalgorithmen dafür anfällig, Scheinalternativen anzubieten, die sich aus Fahrersicht nur durch die Wahl einer anderen Spur unterscheiden. Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung von alternativen Routenvorschlägen bereitzustellen, welches die im Stand der Technik vorhandenen Nachteile überwindet und die Nutzererfahrung verbessert.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es Stichfahrten zu vermeiden, da insbesondere das Verhältnis der Streckenkosten des Umwegs im Vergleich zum umfahrenen Abschnitt exorbitant hoch wird. Solche Alternativroutenmöglichkeiten werden verworfen und sofern vorhanden, sinnvollere Alternativen angeboten.
Ferner ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Alternativroute zu finden, die sich von der Originalroute unterscheidet. Da der künstliche Wegpunkt„Signature-Link", stets abseits der Originalroute gewählt wird, wird sich die Alternativroute zumindest im Bereich des Wegpunktes von der Originalroute unterscheiden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es Scheinalternativen zu erkennen und sie zu verwerfen.
Die genannten Aufgaben werden gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass Informationen über Auswahlparameter von einer Startposition zu einer Zielposition entlang einer initalen Route erhalten werden, wobei basierend auf einer initialen Routenberechnung und den Auswahlparametern eine Berechnung von mindestens einer alternativen Route durch eine Auswahl von einem Wegpunkt als ein Zwischenziel erfolgt, wobei sich die mindestens eine durch den Wegpunkt bestimmte, alternative Route auf einem bestimmten Abschnitt, auf dem das Zwischenziel liegt, von der initialen Route unterscheidet.
Zusätzlich zur bekannten und erforschten Berechnung der initialen„besten" Route sollen dem Benutzer eine, oder mehrere weitere Routen zum selben Ziel angezeigt, und zur Navigation angeboten werden. Diese Routen sollen sich von der initialen Route signifikant unterscheiden, dabei aufgrund derselben Kriterien, wie die der initial berechneten Route günstig sein und insgesamt dem nahekommen, was der menschliche Benutzer als sinnvolle Fahralternative empfindet. Deshalb wird bei der vorliegenden Erfindung das Kostenmodell nicht verändert und bleibt einheitlich. Die Ermittlung und Bewertung der Alternativrouten geschieht auf Grundlage der originalen Kostenfunktion.
Da die Berechnung der Alternativrouten anhand derselben Kostenfunktion wie die ursprünglich berechnete Route erfolgt, ist es möglich, dabei auf eine erneute Kostenberechnung der Wegpunkt-Kandidaten zu verzichten und damit, insbesondere Zugriffe auf die Navigationsdatenbank und weitere Kostenquellen, wie Verkehrsdaten, einzusparen.
Alternativrouten werden im Vergleich zur ursprünglich gefundenen Route bewertet. Damit können die gewünschten Eigenschaften der Alternativroute angenähert und unerwünschte Artefakte (für den Benutzer nicht nachvollziehbare Umwege) der früheren Verfahren ausgeschlossen werden.
Die vorliegende Erfindung betrachtet eine große Auswahl möglicher Routenvariationen gleichzeitig und vergleicht diese jeweils mit der besten Route. Dadurch kann erkannt werden, dass die weiträumigen Umfahrungen nur beachtliche Nachteile haben und auch kleinräumige Varianten, etwa in Start- und Zielnähe, gefunden und entsprechend besser bewertet werden.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass mit der initialen Routenberechnung gearbeitet wird, um Kriterien für gewünschte Arten von Alternativrouten zu definieren und den„leichten" Wegpunkt zu ermitteln, der das beste Ergebnis herstellt.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass Scheinalternativen, weiträumige Umfahrungen, Stichfahrten und Artefakte vermieden und verworfen werden.
Aufgrund derselben Kostenfunktion wie die ursprünglich berechnete Route ist ein weiterer Vorteil, dass die Berechnung einer Alternativroute bei geeigneter Implementierung wesentlich schneller als bei den früheren Verfahren ausgeführt werden kann.
Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren. Vorzugsweise sind, expandierte Verbindungsmöglichkeiten potenzielle Wegpunkt-Kandidaten. Zur Bestimmung der aus den Wegpunkt-Kandidaten entstehenden Alternativrouten werden die expandierten Verbindungsmöglichkeiten der initialen Routenberechnung berücksichtigt.
Bevorzugt erfolgt eine bidirektionale Routenberechnung und/oder eine alternierende Routenberechnung.
Die Auswahl von alternativen Routenvorschlägen wird, vorzugsweise gleichzeitig berücksichtigt und mit der initialen Route verglichen.
Vorzugsweise werden für die Bewertung von alternativen Routenvorschlägen Kostenparameter des bestimmten abweichenden Abschnittes und die eines umgangenen Abschnittes der initialen Route berücksichtigt.
Bevorzugt werden Streckenlängenparameter, des umgangenen Abschnittes auf der initialen Route, bewertet. Eine Lage des Wegpunktes, innerhalb des von der initialen Route abweichenden Abschnittes, kann ebenfalls berücksichtigt werden. Weitere Eigenschaften, wie zum Beispiel Durchschnittgeschwindigkeit, Tunnellängen, Maut-Kosten, Fahrtzeit, oder abstrakte Routenkosten etc. können ebenfalls bewertet werden. So werden, beispielsweise im Bereich von Start- und Zielposition geringe Abweichungen anders bewertet als Abweichungen Nahe der Routenmitte der initialen Route.
Der abweichende Abschnitt weist eine Mindestlänge von, vorzugsweise 25 km für eine autobahnartige Strecke oder eine Mindestlänge von, vorzugsweise 200 m für Kurzstrecken auf. Selbstverständlich ist es möglich abweichende Mindestlängen festzulegen.
Bevorzugt liegt der Wegpunkt zentral auf dem abweichenden Abschnitt.
Vorzugsweise wird eine Rückwärtsexpansion, auf Basis der ermittelten Kosten - und Streckenlängenparameter der expandierten Routenvorschläge der initialen Routenberechnung durchgeführt.
Vorzugsweise ist das System, dass das Verfahren ausführt, ein Navigationssystem. Weitere Merkmale, Vorteile, und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
Fig. 1 Ausführungsbeispiel eines Wegpunkt-Kandidaten (vorliegend auch Signature -Link- Kandidat genannt); Fig. 2 Ausführungsbeispiel der Bewertung von möglichen Alternativrouten;
Fig. 3 Ausführungsbeispiel einer berechneten Alternativroute aufgrund der Kosten;
Fig. 4a und b Ausführungsbeispiele einer effizienten Berechnung der Bewertungskriterien;
Fig. 5 Ausführungsbeispiel einer Abzweigung einer Alternativroute von der initialen Route;
Fig. 6 Ausführungsbeispiel einer Berechnung von einer umgangenen Strecke; Fig. 7 Ausführungsbeispiel der Zentralität eines Wegpunkt-Kandidaten.
Fig. 1 zeigt gängige Algorithmen zum Finden der besten Route, basierend auf dem sukzessiven Expandieren von Verbindungsmöglichkeiten. Dies kann nach gewählter Implementierung beginnend am Startort bis zum Erreichen des Ziels, umgekehrt von Ziel zum Start, oder von beiden Seiten bis zum Herstellen einer Verbindung durchgeführt werden. In j edem Fall werden über die Verbindungsmöglichkeiten auf letztlich gefundene Route hinaus stets weitere Verbindungsmöglichkeiten expandiert und so implizit alternative Wege betrachtet. Bei einer einfachen Routensuche werden die so gefundenen, zusätzlichen, gemäß Kostenmaß nicht optimalen Verbindungen verworfen.
Die Berechnung alternativer Routen erfolgt durch Wahl eines geeigneten Links„Signatare - Link" als Wegpunkt, welcher ein Zwischenziel zwischen Start und Ziel aufweist. Die alternative Route entspricht der besten Route vom Start über diesen Wegpunkt (Zwischenziel) zum Ziel.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist alle bei der initialen Routenberechnung expandierten Verbindungsmöglichkeiten, mit Ausnahme der auf der initialen Route liegenden, als Menge der potenziellen Signature-Links anzunehmen. Um die Menge der potenziellen Signature-Links beziehungsweise der Wegpunkt-Kandidaten zu vergrößern, kann es sinnvoll sein, bei der initialen Routenberechnung mehr Expansionen durchzuführen als zur Ermittlung der besten Route eigentlich nötig wären. Es ist auch möglich, die Menge der Wegpunkt-Kandidaten auf andere Weise zu vergrößern, zum Beispiel durch, nach geometrischen Kriterien, ausgewählten Wegpunkten.
Die Implementierung schränkt die effektiv genutzte Ausgangsmenge dadurch weiter ein, dass auch zur Bestimmung, der aus den Wegpunkt-Kandidaten jeweils entstehenden Alternativrouten nur die, bei der initialen Routenberechnung expandierten Verbindungsmöglichkeiten betrachtet werden. Aus einem Wegpunkt-Kandidat kann bei dieser Einschränkung überhaupt nur dann eine Alternativroute entstehen, wenn im ursprünglich expandierten Suchraum ein Weg vom Start zum Ziel über diesen Wegpunkt existiert. Verbindungsmöglichkeiten, die in dem reduzierten Suchraum in eine Sackgasse führen, werden im weiteren Laufe des Algorithmus verworfen.
Die initiale Routenberechnung erfolgt mit einem Standardalgorithmus, zum Beispiel A*, oder Dijkstra. Dabei ist es unerheblich, ob in eine Richtung vom Start zum Ziel oder umgekehrt oder bidirektional expandiert wird.
Fig. 2 zeigt die Bewertung von möglichen Alternativrouten. Wird zwischen Start und Ziel ein Zwischenziel eingefügt und wird daraufhin die beste Route vom Start über das Zwischenziel zum Ziel berechnet, so entsteht eine Route, die sich auf einem bestimmten Abschnitt auf dem das Zwischenziel liegt von der ursprünglichen Route unterscheidet. Dieser Abschnitt„Bypass" ist immer vorhanden, da als Wegpunkt-Kandidaten nur Wegpunkte betrachtet werden, die nicht auf der ursprünglichen Route liegen. Im Extremfall kann sich der abweichende Abschnitt über die gesamte Länge der Route erstrecken.
Es ist außerdem auch möglich, eine Alternativroute durch jeweils zwei, oder mehr Wegpunkten zu definieren.
Wenn vorausgesetzt beziehungsweise sichergestellt ist, dass ein Wegpunkt nicht auf der initial berechneten Route liegt, wird sich die so definierte Route offensichtlich von der initialen Route unterscheiden. Dabei wird sie an einer Stelle, bei der es sich auch um die Startposition handeln kann, von der initialen Route abzweigen und sich an einer anderen Stelle, die mit der Zielposition identisch sein kann, mit ihr wieder vereinigen. Bei aus mehreren Signature -Links bestehenden, ausgedehnten Zielen, beispielsweise ganzen Straßen oder Orten, kann eine alternative Route auch das Ziel an einer anderen Stelle als die initiale Route erreichen, ohne diese Route dort direkt zu treffen. Solche Fälle werden im vorliegenden Algorithmus rechnerisch wie eine Vereinigung mit der initialen Route am Zielpunkt behandelt. Es ist alternativ auch möglich, Wegpunkt-Kandidaten, die zum Erreichen des Ziels an anderer Stelle führen würden, von der Betrachtung auszuschließen. Wenn vorausgesetzt beziehungsweise sichergestellt ist, dass die initiale und die alternative Route im Rahmen des betrachteten Straßennetzwerkes optimal sind, wird es pro Wegpunkt nur einen abweichenden Abschnitt geben.
Die Menge der in Betracht gezogenen Wegpunkt-Kandidaten für den Wegpunkt ergibt sich aus den Ergebnissen der initialen Routenberechnung. Es werden alle, bei der initialen Routensuche expandierten, aber nicht zur initialen Route gehörigen Verbindungsmöglichkeiten in Betracht gezogen.
Wenn die Menge nicht ausreicht, um die gewünschten Routen zu erzeugen, kann sie erweitert werden, beispielsweise indem zusätzliche, zum Ermitteln der besten Route eigentlich nicht notwendigen, Expansionen durchgeführt werden. Es ist auch möglich, unabhängig von der initialen Routenberechnung, Wegpunkt-Kandidaten, beispielsweise anhand der Positionen von Start und Ziel, und dem Verlauf der initialen Route auszuwählen.
Für jeden dieser Wegpunkt-Kandidaten werden die Eigenschaften, der daraus hypothetisch entstehenden Route bewertet. Es ist sinnvoll, den Algorithmus und die Bewertungskriterien so zu wählen, dass die einzelnen Routen dafür zu diesem Zeitpunkt noch nicht vollständig erzeugt werden müssen. Das Verfahren zieht drei wesentliche Kriterien in die Bewertung ein:
Länge und relative Lage des Bereichs, in dem sich die potentielle Alternativroute von der initialen Route unterscheidet. Statt der Länge können auch verwandte Maße wie Fahrzeit, abstrakte Routenkosten etc. verwendet werden;
- Wegkosten des von der initialen Route abweichenden Bereichs im Verhältnis zu den
Kosten des entsprechenden Abschnittes auf der initialen Route. Auch andere Maße wie Strecke, Fahrtzeit, finanzielle Kosten etc. können hier betrachtet werden.
Lage des Wegpunktes, innerhalb des von der initialen Route abweichenden Bereichs wegen Vermeidung entarteter Routen. Aufgrund dieser, oder ähnlicher Kriterien wird für jeden Wegpunkt-Kandidaten eine Bewertung vergeben. Der Wegpunkt-Kandidat mit der besten Bewertung wird als Wegpunkt gewählt und definiert somit einen alternativen Routenvorschlag.
Fig. 3 zeigt das erste Teilkriterium für die Bewertung möglicher Alternativrouten, die die dadurch entstehenden abstrakten Routenkosten aufweisen. Unter der Annahme, dass die initiale Route, wie beabsichtigt die nach Kostenmaß Beste ist, wird eine Alternativroute immer höhere Gesamtkosten haben.
Betrachtet werden die Kosten des Bypasses auf der möglichen alternativen Route und die des umgangenen Abschnittes der initialen Route„bypassed". Das Verhältnis der Kosten dieser Routenabschnitte geht als Faktor in die Bewertung des Signature -Link-Kandidaten (Wegpunkt- Kandidaten) ein. Liegt die relative Erhöhung jenseits einer bestimmten Schwelle, zum Beispiel 25% kann die potentielle Erhöhung generell als sinnvolle Alternative ausgeschlossen werden.
Neben dem originären, bei der Routenberechnung verwendeten Kostenmaß können auch andere Kostenbeiträge in die Bewertung einbezogen werden. Die Implementierung vergibt, zum Beispiel auch bei Kostenmaß „schnelle Route" leicht verbesserte Bewertungen für streckenmäßig kürzere Umfahrungen.
Die Länge des abweichenden Abschnittes sollte in einem „vernünftigen" Verhältnis zur Gesamtroute stehen. Eine Alternativroute sollte sich möglichst nicht nur in einem trivialen, kurzen Abschnitt von der Originalroute unterscheiden, insbesondere nicht im Mittelteil der Route. Wenn sich keine Umfahrung eines langen Routenstücks anbietet, werden in Start- und Zielnähe, aber auch kürzere Abweichungen akzeptiert, beispielsweise die Wahl einer anderen Autobahnanschlussstelle. Um umständliche Routen nicht fälschlich zu bevorzugen, wird bei der Bewertung der Länge der Abweichung immer nur das umgangene Stück auf der ursprünglichen Route, und nicht der Bypass selbst bewertet. Die Bewertung erfolgt in der Implementierung auf Grundlage der jeweiligen Streckenlängen. Die Bewertung könnte aber auch anhand der Routenkosten oder anderer Kostenmaße erfolgen. Die Länge des umfahrenen Abschnitts kann zum einen im Verhältnis zur Gesamtlänge der initialen Route bewertet werden, und zum anderen im Verhältnis zur Streckenlänge zwischen Ende beziehungsweise Anfang des Bypasses und Start beziehungsweise Ziel. Es wird, vorzugsweise eine Mischung aus beiden Relationen verwendet.
Alternativrouten, die einen umfahrenen Abschnitt unterhalb einer gewählten Mindestlänge erzeugen, sollten verworfen werden. Es hat sich als sinnvoll erwiesen, diese Mindestlänge hoch anzusetzen, vorzugsweise 25 km, wenn das umfahrene Stück durchgängig autobahnartig ist, da so sinnlose Alternativrouten, zum Beispiel über Parallelspuren („Scheinalternativen") verhindert werden. Es ist jedoch möglich eine beliebige Mindestlänge anzusetzen.
Eine Alternativroute kann in der Regel durch mehrere mögliche Signature -Links identisch erzeugt werden. Es hat sich als sinnvoll erwiesen, wenn der Signature-Link möglichst in der Mitte des von ihm generierten Bypasses liegt, insbesondere um mögliche Artefakte zu vermeiden, die entstehen, wenn der Signature-Link ganz am Anfang oder Ende des von ihm erzeugten Bypasses liegt.
Signature-Link-Kandidaten erhalten eine bessere Bewertung, wenn sie möglichst nahe der Mitte des von ihnen erzeugten Bypasses liegen.
Der Rechenaufwand, um über jeden in Frage kommenden Signature-Link eine eigene Routenberechnung durchzuführen, um anschließend die jeweils entstehende Route mit der Originalroute zu vergleichen, wäre offensichtlich inakzeptabel. Vorliegend wird ein Algorithmus beschrieben, der in nur einem weiteren Verarbeitungsschritt sowohl die Menge der Signature -Link-Kandidaten als auch die Parameter zur Berechnung ihrer jeweiligen Bewertung liefert. Fig. 4a und Fig. 4b zeigen die effiziente Berechnung der Bewertungskriterien. Sowohl als Signature-Link-Kandidaten als auch als Bestandteile der dadurch aufgespannten Altemativroutenkandidaten werden nur Verbindungsmöglichkeiten betrachtet, die schon in der eventuell künstlich verlängerten initialen Routenberechnung expandiert wurden.
Für jeden Signature -Link dieser Verbindungsmöglichkeiten sind als Nebenergebnis der initialen Routensuche bereits der optimale Weg vom Start zum jeweiligen Wegpunkt, die abstrakten Kosten des Weges und optional weitere dabei mitgeführte Parameter, wie die Streckenlänge des optimalen Weges von Start bekannt.
Außerdem wird vorausgesetzt, dass für jeden Wegpunkt entlang der initialen Route die Kosten und Streckenlänge vom Start beziehungsweise zum Ziel bekannt sind. Diese Information kann beim Erzeugen der initialen Route gesammelt werden.
Die, bei der initialen Routensuche expandierten Verbindungsmöglichkeiten spannen einen Teilgraphen des Straßennetzwerkes auf, der Start, Ziel, und wenigstens eine Verbindung dazwischen, nämlich die initiale Route enthält.
Fig. 4b zeigt einen Teilgraphen, auf dem eine vom Ziel ausgehende vollständige Breitensuche durchgeführt wird, wobei den Verbindungsmöglichkeiten jeweils in ihrer Gegenrichtung, aber weiter unter Annahme der ursprünglichen physischen Durchfahrungsrichtung gefolgt wird.
Dafür sind prinzipiell ähnlich viele Expansionsschritte, wie bei der initialen Routensuche notwendig. Der Aufwand pro Schritt kann aber erheblich reduziert werden, wenn bei der initialen Routenberechnung die ermittelten Kosten pro Verbindungsmöglichkeit und die jeweils möglichen Transitionen gespeichert werden, so dass für die Rückwärtsexpansion auf Datenbankzugriffe und erneute Kostenberechnungen verzichtet werden kann. Die Rückwärtsexpansion kann bei geeigneter Implementierung, deshalb deutlich schneller als die initiale Routenberechnung durchgeführt werden.
Jeder bei dieser Rückwärtsexpansion expandierte Verbindungsmöglichkeit ist ein Signature- Link-Kandidat für den gesuchten Signature-Link. Verbindungsmöglichkeiten auf, bei der initialen Routensuche entstandenen, Sackgassen werden von der Rückwärtsexpansion nicht erreicht und fallen damit als Signature-Link-Kandidat weg, wie in Fig. 4b als gestrichelt dargestellt. Die Menge der bei der Rückwärtsexpansion erreichten und expandierten Verbindungsmöglichkeiten, sofern sie nicht auf der initialen Route liegen, wird als Signature- Link-Kandidatenmenge gespeichert, wie in Fig. 4a und 4b als nicht gestrichelte Verbindungsmöglichkeiten dargestellt.
Analog zu den Nebenergebnissen der initialen Routenberechnung liefert die Rückwärtsexpansion für jede expandierte Verbindungsmöglichkeit jeweils die beste verfügbare Route zum Ziel, das heißt der Weg, auf dem der Wegpunkt bei der Rückwärtsexpansion erreicht wurde, sowie dessen Kosten und ggf. weitere Parameter, wie zum Beispiel die Streckenlänge. Da die initiale Route bereits bekannt ist, kann bei der Rückwärtsexpansion für jede expandierte Verbindungsmöglichkeit auch die Stelle mitgeführt werden, an der der Weg, auf dem er vom Ziel aus erreicht wurde, die initiale Route (bezogen auf die Richtung der Rückwärtsexpansion) verlässt, das heißt die Stelle, an der der vom Wegpunkt aufgespannte Bypass (bezogen auf die Fahrtrichtung) wieder auf die initiale Route trifft. Da die Kosten und Streckenlänge entlang der initialen Route von dieser Stelle bis zum Ziel bekannt sind, können als Differenz auch die Kosten und Distanzen von jedem Signature-Link-Kandidaten zum korrespondierenden„Join" berechnet werden, wie in Fig. 5 dargestellt.
Am Ende der Rückwärtsexpansion, wenn alle im Teilgraph verfügbaren Wege bis zum Start expandiert wurden, sind auch die Stellen bekannt, an denen alle prinzipiell möglichen Alternativrouten von der initialen Route abzweigen - Beginn des jeweiligen Bypasses, „Branch-of ' wie in Fig. 5 dargestellt. Kosten und Distanz vom Start entlang der initialen Route zu den verschiedenen Abzweigungspunkten sind auch als bekannt vorausgesetzt. In einer letzten Iteration wird jedem Signature-Link-Kandidaten seine jeweilige Abzweigung zugeordnet, womit auch Kosten und Länge des Bypasses bis zum Signature-Link-Kandidaten berechnet werden können.
Damit liegen alle Eingangsdaten vor, um für jede Verbindungsmöglichkeit der Signature-Link- Kandidatenmenge die drei Kostenfaktoren zu berechnen:
• Kostenfaktor:
Kosten des Bypasses: als Summe der Kosten vom Abzweigungspunkt bis zum Signature-Link-Kandidaten und der Kosten vom Signature-Link-Kandidaten bis zum „Join";
- Kosten des umfahrenen Routenabschnitts: als Differenz der Kosten entlang der
Originalroute vom Start bis zum„Join" und vom Start bis zum„Branch-of ', wie in Fig. 5 dargestellt.
• Umfahrene Streckenlänge:
Länge des umfahrenen Abschnitts: als Differenz der Streckenlängen, entlang der Originalroute vom Start bis zum„Join" und vom Start bis zum„Branch-off;
Länge der initialen Gesamtroute: Bekannt;
Länge der„Referenzlänge": Ebenfalls eine bekannte Länge, entlang der initialen Route, wie in Fig. 6 dargestellt.
• Zentralität: - Streckenlänge vom„Branch-off bis zum Signature-Link-Kandidaten: Routenlänge vom Start bis zum Signature-Link-Kandidaten minus Länge, entlang der initialen Route bis zum Branch-off;
Streckenlänge vom Signature-Link-Kandidaten bis zum „Join": Routenlänge vom Signature-Link-Kandidaten bis zum Ziel minus Länge, entlang der initialen Route vom Join bis zum Ziel, wie in Fig. 7 dargestellt. Für jede Verbindungsmöglichkeit aus der Signature-Link-Kandidatenmenge werden die drei, oder ähnliche Kriterien sowie deren ggf. gewichtetes Produkt als Gesamtbewertung berechnet.
Der am besten bewertete Signature-Link-Kandidat, der gegen kein Ausschlusskriterium verstößt, wird als Signature-Link für die Alternativroute gewählt.
Aus den Vorgängerbeziehungen der initialen Routensuche und der Rückwärtsexpansion kann die optimale Route über diesen Signature-Link ermittelt werden. Damit ist die erste Alternativroute bekannt.
Um weitere Altemativrouten zu ermitteln, wird das beschriebene Verfahren wiederholt, wobei neben der initialen Route auch jeweils die zuvor berechneten Altemativrouten zur Bewertung des Bypasses herangezogen werden, das heißt,„Branch-off und„Join" können somit auch auf einer zuvor berechneten Altemativroute liegen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung von Routenvorschlägen aufweisend Informationen über Auswahlparameter von einer Startposition zu einer Zielposition entlang einer initialen Route, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf einer initialen Routenberechnung und den Auswahlparametern eine Berechnung von mindestens einer alternativen Route durch eine Auswahl von einem Wegpunkt als ein Zwischenziel erfolgt, wobei die mindestens eine durch den Wegpunkt bestimmte, alternative Route sich auf einem bestimmten Abschnitt, auf dem der Wegpunkt liegt, von der initialen Route unterscheidet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf der initialen Routenberechnung expandierte Verbindungsmöglichkeiten potenzielle Wegpunkt-Kandidaten sind und weiter zur Bestimmung der aus den Wegpunkt-Kandidaten entstehenden Alternativrouten die expandierten Verbindungsmöglichkeiten der initialen Routenberechnung berücksichtigt werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine bidirektionale Routenberechnung erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine alternierende Routenberechnung erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl von alternativen Routenvorschlägen gleichzeitig berücksichtigt und mit der initialen Route verglichen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bewertung von alternativen Routenvorschlägen Kostenparameter des bestimmten abweichenden Abschnittes und die eines umgangenen Abschnittes der initialen Route bewertet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass weiter Streckenlängenparameter und/oder eine Lage, des umgangenen Abschnittes auf der initialen Route bewertet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lage des Wegpunktes innerhalb des von der initialen Route abweichenden Abschnittes bewertet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der abweichende Abschnitt eine Mindestlänge von vorzugsweise 25 km für eine autobahnartige Strecke oder eine Mindestlänge von vorzugsweise 200 m für Kurzstrecken aufweist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegpunkt zentral auf dem abweichenden Abschnitt liegt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückwärtsexpansion, auf Basis der ermittelten Kosten - und Streckenlängenparameter der expandierten Routenvorschläge der initialen Routenberechnung, durchgeführt wird.
12. System, vorzugsweise Navigationssystem, das dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
13. System nach Anspruch 12 zur Bereitstellung von Anwendungen aufweisend:
Mittel zum Erhalten von Informationen über Auswahlparameter von einer Startposition zu einer Zielposition entlang einer initialen Route,
- Mittel zur Berechnung von mindestens einer alternativen Route durch eine
Auswahl von einem Wegpunkt als ein Zwischenziel.
14. System nach Anspruch 12 und 13, ferner aufweisend:
Mittel zur Auswahl des Wegpunktes aus einer Menge von Wegpunkt-Kandidaten, - Mittel zur Bewertung von Kostenparameter, Streckenlängenparameter und/oder
Lage der Wegpunkt-Kandidaten.
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