HU220492B1

HU220492B1 - Helymeghatározó és navigációs készülék műholdas támogatással

Info

Publication number: HU220492B1
Application number: HU9600771A
Authority: HU
Inventors: Peter Kreft
Original assignee: Robert Bosch Gmbh.
Priority date: 1993-09-28
Filing date: 1994-09-09
Publication date: 2002-02-28
Also published as: JP3793227B2; DE59406424D1; HU9600771D0; HUT73906A; WO1995009348A1; EP0721570B1; EP0721570A1; JPH09504103A; DE4332945A1; ES2118427T3; US5995023A

Abstract

A találmány tárgya helymeghatározó és navigációs készülék műholdastámogatással gépjárművekhez, amelynek mágneses iránytűje, útérzékelőjeés/vagy szögérzékelője, úthálózati térképadat-tárolója, úthálózatitérkép-kijelzője, a jármű műholdas helymeghatározását végző műholdasvevője, a jármű aktuális helyzetét földi helymeghatározássalmeghatározó és a kijelző úthálózati térképén megjelenítővezérlőegysége van. A találmány szerinti készüléknél avezérlőegységnek a műholdas helymeghatározás (31) szórási tartományát(34) meghatározó eszköze, a kijelzett járműhelyzet, valamint aműholdas helymeghatározás (31) szórási tartományának (34) egybeesésétellenőrző eszköze van, a földi helymeghatározással (30) a szórásitartományon (34) kívül eső járműhelyzet esetén a jármű helyzetét aműholdas helymeghatározás (31) helyére eltoló eszköze van, és ebből azeltolt helyzetből egy, a térképegyeztetés (map matching) ésplauzibilitásvizsgálat után talált, a jármű haladási irányávallényegében párhuzamos úton lévő aktuális helyzetbe (33) eltoló eszközevan. ŕ

Description

A találmány tárgya helymeghatározó és navigációs készülék műholdas támogatással. A helymeghatározó készüléknek mágneses iránytűje, útérzékelője és/vagy szögérzékelóje, úthálózati térképadat-tárolója, úthálózati térkép-kijelzője, a jármű műholdas helymeghatározását végző műholdas vevője, a jármű aktuális helyzetét földi helymeghatározással meghatározó és a kijelző úthálózati térképén megjelenítő vezérlőegysége van.

Már ismeretesek különböző helymeghatározó és navigációs készülékek, amelyekkel a gépjármű aktuális helyzete egy kijelzőkészülék úthálózati térképén megjeleníthető, és a helyzet folyamatosan aktualizálható. Ilyen készülék ismeretes például a Bosch Technische Berichte, Bánd 8, 1986, Heft 1/2, Seite 7-14 „ÉVA ein autarkes Ortungs- und Navigationssystem fúr Landfahrzeuge” (ÉVA - autarch helymeghatározó és navigációs rendszer szárazföldi járművekhez) című cikkből. Ismeretes továbbá egy GPS-rendszer nevű (Global Position System) műholdas navigációs rendszer, amely legalább három vagy négy műholdról vett helyzetadatok alapján kiszámít egy földi helyzetet. A GPS-rendszerrel végzett helyzetmeghatározás helyezési pontossága a hozzáférhetővé tett általános alkalmazásokban csak körülbelül 100 m. A pontosság függ emellett a vett műholdak magassági helyzetétől és számától is. Ezért városi területeken, ahol a kifogástalan műholdas vétel nem mindig biztosított, a helyzetmeghatározás nem mindig lehetséges. A „travelpilot”-nál másrészt előfordulhat, hogy a jármű mágnesező befolyásai vagy erős mágneses zavarómezők zavaqák a mágnesmezőszondát. Ha a jármű digitalizálatlan területeken jár, vagy ha a járművet kompon vagy vasúton szállítják, akkor a helymeghatározás elvész. A navigációs készüléket újból be kell állítani. Ez ugyan néhány gombnyomással elvégezhető, de nem automatikusan megy végbe, ami korlátozza a használati komfortot.

Találmányunk célja a bevezetésben leírt jellegű helymeghatározó és navigációs készülék olyan kialakítása, hogy a földi helymeghatározás elveszítésekor vagy hibás helymeghatározáskor, ami a kijelző úthálózati térképén azonnal felismerhető, a műholdas navigációs készülékkel a helymeghatározást automatikusan helyesbíteni lehessen.

Ezt a feladatot a találmány értelmében olyan helymeghatározó készülékkel oldjuk meg, amelynél a vezérlőegységnek a műholdas helymeghatározás szórási tartományát meghatározó eszköze, a kijelzett járműhelyzet, valamint a műholdas helymeghatározás szórási tartományának egybeesését ellenőrző eszköze van, a földi helymeghatározással a szórási tartományon kívül eső járműhelyzet esetén a jármű helyzetét a műholdas helymeghatározás helyére eltoló eszköze van, és ebből az eltolt helyzetből egy, a térképegyeztetés (map matching) és plauzibilitásvizsgálat után talált, a jármű haladási irányával lényegében párhuzamos úton lévő aktuális helyzetbe eltoló eszköze van.

A találmány szerinti helymeghatározó és navigációs készülék különös előnye, hogy a navigációs készülék feltöltése, vagyis a pillanatnyi helyzet kiinduló értékeinek beállítása a műholdas navigációs készülékkel automatikusan, a járművezető közreműködése nélkül megy végbe. így a járművezető figyelme kevésbé van elterelve a forgalmi helyzettől.

A vezérlőegység előnyös módon eszközöket tartalmaz, amelyekkel a műholdas helymeghatározás szórási tartománya meghatározható. Ilyen eszköz egy aluláteresztő szűrő, amelynek az időállandója a műholdas helymeghatározás pontosságának és a jármű sebességének a figyelembevételével választható meg. A műholdas helymeghatározás szórási tartományának meghatározása útján előnyös módon behatárolható az a hiba, amely a jármű pontos helyzetmeghatározásakor észlelhető. Minthogy a műholdas helymeghatározás pontossága többek között lényegében az egyidejűleg vett műholdak számától és konstellációjától függ, ezért viszonylag megbízható tartományt lehet a jármű helyzetére meghatározni.

A vezérlőegység a járműnek a műholdas helymeghatározással helyesbített helyzetét összehasonlítja az úthálózati térkép szomszédos adataival (map matching), és a járművet a szomszédos út aktuális helyzetébe állítja. A jármű helyzetének finomítása, illetőleg optimálása tehát összehasonlítással (map matching) történik a megjelenített úthálózati térképen végzett plauzibilitási (elfogadhatósági) vizsgálat után. Ha a földi helymeghatározás és a map matching szerint pillanatnyilag használt út a műholdas helymeghatározás szórási tartományában van, akkor előnyös módon abból lehet kiindulni, hogy a járműnek a rendszer (helymeghatározó és navigációs rendszer) által vezetett helyzete helyes.

Ellenőrzési célokra kedvező, ha a műholdas helymeghatározás ki van adva a kijelzőre. A gépjárművezető ennek alapján láthatja a mért helyzetet a megjelenített úthálózati térképhez viszonyítva. Emellett a jármű helyzete az ábrázolt úthálózati térképen megfelelő kurzorbillentyűkkel kézileg egyszerűen helyesbíthető.

Kedvező mindenekelőtt a helymeghatározó és navigációs rendszer automatikus feltöltése a műholdas helymeghatározás segítségével. A jármű vezetőjének nem kell kézileg betöltést végeznie, és így figyelme nincs elterelve a forgalmi helyzetről.

Találmányunkat annak példaképpeni kiviteli alakja kapcsán ismertetjük részletesebben ábráink segítségével, amelyek közül az

1. ábra egy kapcsolási tömbvázlat, a

2. ábra a működés folyamatábrája, a

3-6. ábrán különböző helyesbítési lépések láthatók.

Az 1. ábrán a kapcsolási tömbvázlaton látható a 20 vezérlőegység, amely a 26 kijelzővel és 27 kezelőelemekkel van összekötve. A 20 vezérlőegység a bemeneti oldalán különböző 3 érzékelőkkel, így egy 22 útérzékelővel, egy 23 szögérzékelővel, egy 24 iránytűvel, valamint egy 25 műholdas navigációs berendezéssel van összekötve. A 20 vezérlőegység össze van kötve továbbá a 21 térképtárolóval, amelyben az úthálózati térképek előnyös módon digitális alakban vannak tárolva. A 20 vezérlőegység tartalmaz egy mikroszámítógépet, valamint belső tárolókat. Ilyen ismert készülék például a „travelpilot”, és ezért részletesebb leírására nincs szükség. 21 térképtárolóként kompaktlemezes (CD) tárolót

HU 220 492 BI alkalmazunk, amelyen többek között Németország úthálózati térképének adatai vannak tárolva. A 27 kezelóelemekkel a térképrészieteket kiválasztjuk, és a kívánt léptékben a 26 kijelzőn megjelenítjük. A jármű helyzetét az úthálózati térképen villogó nyíl jelzi, amely alatt az úthálózati térkép tovább mozog, ha a jármű előre halad. A pillanatnyi helyzet kiszámítása egy tengelyen lévő két kerékérzékelővel történik. A kerékérzékelők által leadott digitális impulzusokból kiszámítjuk a jármű útszakaszait és szögelmozdulásait. A járműben kiegészítőleg el van helyezve egy kéttengelyes magnetométer, ami a Föld mágnesmezejéből meghatározza az északi irányhoz viszonyított menetirányt. Map matching útján összehasonlítjuk az iránytű szerinti földrajzi helyzetet a térképen lévő aktualizált helyzettel, és plauzibilitásvizsgálattal rögzítjük a jármű aktuális helyzetét az úton.

Egy 25 műholdas navigációs berendezés GPS-vevőként (Global Position System) ismert. A GPS-vevő a Föld felszínén elfoglalt helyzetétől függően a GPSrendszer legalább három műholdjától veszi azok jeleit, és a jelek fötásideje alapján kiszámítja helyzetét a Föld felszínén. Ezt a helyzetadatot beviszi a 20 vezérlőegységbe.

A következőkben a 2. ábrán látható működési folyamatábra alapján leírjuk a működési módot. Először az ismert, térképpel támogatott helymeghatározó és navigációs készülékben lévő földi helymeghatározási 3 érzékelők segítségével a 4 földi helymeghatározás során elvégezzük a jármű földi helymeghatározását. A 4 földi helymeghatározás ehhez a 21 térképtárolóból megkapja a kompakt lemezen (CD) tárolt útadatokat, amelyeket a 13 térképfeldolgozó egység feldolgozott a 20 vezérlőegység számára. Ezek a feldolgozott útadatok a 26 kijelzőn úthálózati térképként jelennek meg. A 4 földi helymeghatározás után a 11 korrekciós fokozatban ellenőrizzük a jármű megállapított helyzetének plauzibilitását, és a jármű helyzetét a 13 térképfeldolgozó egységre adja. A 26 kijelzőn ekkor például egy villogó nyíl jelenik meg, ami jelzi a jármű helyzetét az úton, amelyen éppen halad.

Ezzel az önmagában ismert földi helymeghatározó eljárással párhuzamosan a 25 műholdas navigációs berendezés vevője az 1 antennán veszi a műholdjeleket, és ezekből először a 4 földi helymeghatározástól függetlenül meghatároz egy helyzetet a járműre. A 6 szinkronizálás során történik a műholdas helymeghatározás szinkronizálása a 4 földi helymeghatározással. Erre azért van szükség, mert a számítási idő alatt a jármű továbbhalad és időközben más helyzetbe került. Miután az értékeket az 7 transzformálással transzformáltuk a 4 földi helymeghatározás koordináta-rendszerébe, a 8 különbségképzés során ezekből az értékekből kiszámítunk egy V különbségvektort, amely megadja a 4 földi helymeghatározás és a műholdas helymeghatározás közötti különbséget.

A rendelkezésre álló GPS műholdas rendszer korlátozással mindenki számára szabadon hozzáférhető. A korlátozás abból áll, hogy a műholdak által meghatározott helyzet pontosságának van egy szórási tartománya. A szórási tartomány az egyidejűleg vett műholdak számától függ, és 100 m sugarú vagy ennél jóval nagyobb kör lehet. Ezt a jármű helyzetmeghatározásához túl nagy tűrést aluláteresztő szűrővel (9 szűrés) lehet javítani. Az aluláteresztő szűrő időállandóját úgy választjuk meg, hogy egyrészt a GPS-rendszer zavarjeleit részben elnyomjuk, másrészt a helymeghatározásnak a jármű mozgása következtében bekövetkezett elveszítését a lehető leggyorsabban felismerjük. E között a két szélső érték között kompromisszumot kell képezni. Ezt előnyös módon tapasztalati úton határozzuk meg. A 10 számítás során ezután az aluláteresztő szűrővel szúrt értéket használjuk az optimált műholdas helymeghatározási helyzet kiszámítására. Minthogy a tapasztalati úton megállapított értékek alapján legalább négy (kivételes esetekben három) egyidejűleg vett műhold esetén a szórási tartomány viszonylag pontosan becsülhető, ezért így kapunk egy jósági tényezőt a műholdak által megállapított helyzetre. Tapasztalatilag megállapított értékek alapján ekkor megállapítható ennek a helyzetnek a szórási tartománya. A szórási tartományt az 5 szórásmegállapítással állapítjuk meg. A 10 számítással meghatározott értékeket a 13 térképfeldolgozó egységre adjuk. A 26 kijelzőn ekkor megjeleníthető a jármű helyzete és/vagy kiegészítőleg a műholdak által megállapított helyzet.

A helyzethelyesbítés első példája a 3. ábrán látható. Elvileg nem végzünk műholdas navigációt, ha a jármű ténylegesen a megfelelő úton van. A 3. ábrán látható egy 32 út és egy, az út mellett lévő jármű 30 földi helymeghatározással és 31 műholdas helymeghatározással. A 31 műholdas helymeghatározás körül a 34 szórási tartomány körként van ábrázolva, ami a 31 műholdas helymeghatározás bizonytalansági tartományát ábrázolja, és amit a jósági tényező segítségével határoztunk meg. A 30 földi helymeghatározás és a 31 műholdas helymeghatározás közé berajzoltunk egy V vektort, amely a két helymeghatározási eljárás közötti eltérést ábrázolja. Minthogy a 30 földi helymeghatározás szerinti helyzet a 31 műholdas helymeghatározás 34 szórási tartományán kívül van, ezért abból indulunk ki, hogy a 30 földi helymeghatározás helytelen. Ez például úgy következhet be, hogy a jármű 24 iránytűje mágnesező befolyások következtében mágneses elhajlást állapított meg. Előfordulhat azonban az is, hogy a járművet kompon vagy vasúton szállítják, és emiatt elveszítette földi helymeghatározását. Ekkor a GPS-helyzetet vesszük át új földi helymeghatározási helyzetként (támogatás), amit térképes támogatás (map matching) követ. Ezt a következőkben a 3. ábra kapcsán írjuk le.

A 3. ábrán abból indulunk ki, hogy a jármű földi helymeghatározását újból be kell tölteni. A 30 földi helymeghatározás szerinti helyzetet most a 4. ábra szerint a műholdas helymeghatározással helyesbítjük. A 4. ábrán látható, hogy a jármű új helyzetét a 31 műholdas helymeghatározással határozzuk meg. A 31 műholdas helymeghatározás köré ismét be van rajzolva a 34 szórási tartomány. A 34 szórási tartományon belül halad a 32 út, amelyen a jármű megfelelő plauzibilitásvizsgálat szerint ténylegesen rajta van. Ezután a 34 szórási tartományon belül map matching révén helyesbítés következik be, úgyhogy a jármű az úthálózati tér3

HU 220 492 Β1 képen a 31 műholdas helymeghatározási helyről a 33 aktuális helyzetbe párhuzamosan eltolódik. Az így kapott 33 aktuális helyzetet a további 30 földi helymeghatározáshoz továbbvezetjük. Amennyiben a jármű bizonyos határokon belül a 34 szórási tartományon belül és egy úton van, akkor nem következik be GPS-helyesbítés, mivel ebben a tartományban a járművet csak a tárolt térképadatok és ezekkel összekapcsolva a jármű érzékelői és az iránytű alapján vezetik.

Az 5. ábrán látható kiviteli alakban a földi helymeghatározás ugyan elveszett, de a jármű még a műholdas 34 szórási tartományon belül van. A földi helymeghatározó rendszer azonban a helyesbítési helyzet elveszítése következtében nem talál vissza a 32 útra. A 25 műholdas navigációs berendezés vevőjének segítségével ismét kiszámítunk egy 52 helymeghatározási helyzetet és ennek szórási tartományát a járműre (5. ábra, 6. ábra). A 6. ábra szerint map matching útján a műholdas 52 helymeghatározási helyzetet a jármű aktuális helyzetének tekintjük, és a járművet ezzel párhuzamosan a 32 úton az 53 helyzetbe helyezzük. Ezen a területen a 4. ábrához hasonlóan folytatjuk a további aktualizálást a jármű helymeghatározó és navigációs készülékével. Előnyös módon folyamatosan számítjuk a GPS-helyzetet és annak szórási tartományát, hogy ezzel a földi helymeghatározást ellenőrizzük.

Ez az önmagában teljesen automatikusan működő helymeghatározó és navigációs készülék nem igényli a jármű kézi betöltését. A találmány további kiviteli alakjában azonban kurzorbillentyűk vannak a jármű helyzetének vezérlésére, például fmomszabályozás végett.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Helymeghatározó és navigációs készülék műholdas támogatással gépjárművekhez, amelynek mágneses iránytűje, útérzékelője és/vagy szögérzékelője, úthálózati térképadat-tárolója, úthálózati térkép-kijelzője, a jármű műholdas helymeghatározását végző műholdas vevője, a jármű aktuális helyzetét földi helymeghatározással meghatározó és a kijelző úthálózati térképén megjelenítő vezérlőegysége van, azzal jellemezve, hogy a vezérlőegységnek (20) a műholdas helymeghatározás (31) szórási tartományát (34) meghatározó eszköze, a kijelzett járműhelyzet, valamint a műholdas helymeghatározás (31) szórási tartományának (34) egybeesését ellenőrző eszköze van, a földi helymeghatározással (30) a szórási tartományon (34) kívül eső járműhelyzet esetén a jármű helyzetét a műholdas helymeghatározás (31) helyére eltoló eszköze van, és ebből az eltolt helyzetből egy, a térképegyeztetés (map matching) és plauzibilitásvizsgálat után talált, a jármű haladási irányával lényegében párhuzamos úton lévő aktuális helyzetbe (33,53) eltoló eszköze van.
2. Az 1. igénypont szerinti helymeghatározó és navigációs készülék, azzal jellemezve, hogy a vezérlőegységben (20) aluláteresztő szűrő van, amelynek az időállandója a műholdas helymeghatározás (31) pontosságának és a jármű sebességének a figyelembevételével választható meg.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti helymeghatározó és navigációs készülék, azzal jellemezve, hogy a vezérlőegység (20) a járműnek a műholdas helymeghatározással (31) helyesbített helyzetét az úthálózati térkép szomszédos adataival (map matching) összehasonlító eszköze, és a járművet a szomszédos út aktuális helyzetébe (33) állító eszköze van.
4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti helymeghatározó és navigációs készülék, azzal jellemezve, hogy a műholdas helymeghatározás eredményét a kijelzőn (26) megjelenítő eszköze is van.
5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti helymeghatározó és navigációs készülék, azzal jellemezve, hogy a vezérlőegységben (20) a helymeghatározás elveszítésekor a jármű új helyzetének adatait műholdas helymeghatározás (31) adataival feltöltő eszköze is van.
6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti helymeghatározó és navigációs készülék, azzal jellemezve, hogy a vezérlőegységnek (20) a jármű új helyzetét (31) ciklikusan újra meghatározó eszköze is van.
7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti helymeghatározó és navigációs készülék, azzal jellemezve, hogy a jármű aktuális helyzetét (33) a kijelzett, térképen kézileg, kurzorbillentyűkkel eltoló vagy gombnyomással a V vektorral a GPS-helyzet irányában a kijelzett térképen eltoló eszköze is van.
8. Az 1. igénypont szerinti helymeghatározó és navigációs készülék, azzal jellemezve, hogy a vezérlőegységben (20) a műholdas navigációs berendezés (25) GPS-vevőjének jeleit a földi helymeghatározás érzékelőinek jeleivel szinkronizáló eszköz is van.
9. Az 1. igénypont szerinti helymeghatározó és navigációs készülék, azzal jellemezve, hogy a vezérlőegységben (20) a GPS-vevő GPS-koordinátáit a földi helymeghatározás földrajzi koordináta-rendszerébe transzformáló eszköz is van.