ITMI20012080A1 - Procedimento per la valutazione della curvatura di un segmento di percorso - Google Patents

Description

STATO DELLA TECNICA

L'invenzione prende le mosse da un procedimento per la valutazione della curvatura di un segmento di percorso secondo il genere della rivendicazione indipendente.

Sono noti strumenti di navigazione in veicoli che calcolano una rotta di marcia da una rispettiva posizione del veicolo ad un punto di arrivo prefissato e che guidano un conducente del veicolo lungo questa rotta mediante istruzioni di marcia. Il calcolo della rotta di marcia avviene sulla base di dati di carte stradali memorizzati in forma digitale. Le vie di comunicazione utilizzabili dal veicolo vengono rappresentate nei dati delle carte stradali per mezzo di una sequenza ordinata di punti di appoggio.

Sono inoltre divenute note proposte che prevedono di comandare, in special modo di guidare automaticamente veicoli lungo una via di comunicazione. A tale scopo è necessaria una previsione attendibile del segmento della via di comunicazione giacente a monte del veicolo in direzione di marcia.

Si è mostrato che la precisione dei dati delle carte stradali necessari a tale scopo, per effetto di una densità spaziale troppo limitata dei punti di appoggio nella zona delle curve, non sempre è sufficiente.

VANTAGGI DELL'INVENZIONE

Il procedimento conforme all'invenzione avente le caratteristiche della rivendicazione indipendente presenta, a fronte di ciò, il vantaggio che una previsione precisa del tracciato di una via di comunicazione è resa possibile sulla base di dati di carte che sono disponibili per gli strumenti di navigazione in veicoli .

Vantaggiose configurazioni e perfezionamenti dell'invenzione sono indicati nelle rivendicazioni dipendenti.

Un primo procedimento particolarmente vantaggioso per il rilevamento della curvatura di un segmento di percorso in un punto di appoggio prescelto, consiste nel fatto di determinare innanzitutto un cerchio per mezzo del punto di appoggio prescelto, per mezzo del punto di appoggio direttamente precedente al punto di appoggio prescelto nel tracciato del percorso e per mezzo del punto di appoggio immediatamente successivo al punto di appoggio prescelto nel tracciato del percorso e di determinare la curvatura nel punto di appoggio prescelto in qualità di numero reciproco del raggio del cerchio .

Questo procedimento presenta il vantaggio di un'elevata precisione del risultato di valutazione a fronte di un dispendio di calcolo assai limitato.

Ciò vale anche per un vantaggioso perfezionamento di questo procedimento che consiste nel fatto di determinare la curvatura del percorso in un punto prescelto tra due punti di appoggio mediante interpolazione tra le curvature nei due punti di appoggio immediatamente adiacenti al punto prescelto.

Una possibilità di interpolazione particolarmente semplice e quindi anche poco dispendiosa in termini di calcolo, consiste in una semplice interpolazione lineare. Altri procedimenti di interpolazione offrono una maggiore precisione della valutazione della curvatura a fronte di un maggiore dispendio in termini di calcolo.

Un secondo procedimento particolarmente preciso per il rilevamento della curvatura di un segmento di percorso in un punto di appoggio prescelto, consiste nel fatto di determinare una curva a forma libera a partire da un punto di appoggio prescelto e da punti di appoggio adiacenti al punto di appoggio prescelto e di determinare successivamente la curvatura a partire dalla seconda derivata della curva a forma libera, come pure della prima derivata della curva a forma libera, in special modo secondo la formula

Ulteriori vantaggiosi perfezionamenti del procedimento conforme all'invenzione che si possono applicare sia in collegamento con l'approssimazione circolare sia in collegamento con l'approssimazione di curva a forma libera, si riferiscono a procedimenti di correzione per l'eliminazione di valutazioni errate che risultano da una suddivisione sfavorevole dei punti di appoggio memorizzati nel database.

Una prima vantaggiosa correzione si riferisce al caso di incroci oppure di cambiamenti di direzione repentini nel tracciato stradale. Qui, l'inserimento di punti di appoggio virtuali secondo regole determinate consente una valutazione della curvatura di percorso più precisa di quanto lo sia una valutazione soltanto sulla base dei punti di appoggio effettivamente esistenti .

Un'altra correzione vantaggiosa si riferisce al caso di curve a valle o a monte di lunghi tratti diritti sui quali sono presenti punti di appoggio soltanto a grande distanza dalla curva. Anche in questo caso l'inserimento di punti di appoggio virtuali sui segmenti di percorso diritti in stretta prossimità della curva, consente una valutazione più precisa della curvatura del percorso. La valutazione della curvatura senza includere i punti di appoggio virtuali, avrebbe cioè come conseguenza il fatto che conformemente alla valutazione, anche il segmento di percorso diritto tra il punto di appoggio che contrassegna l'inizio della curva ed il punto di appoggio che lo precede direttamente verrebbe considerato sul segmento diritto come parte della curvatura, cosa questa che comporterebbe una grave valutazione errata della curvatura stessa.

Un'altra vantaggiosa correzione si ad esempio al caso di autostrade in qualità di vie di comunicazione esaminate.

DISEGNI

Esempi di realizzazione dell'invenzione vengono rappresentati sulla scorta delle figure. Nel disegno :

la figura 1 mostra il tracciato stradale rappresentato per mezzo dei punti di appoggio contenuti nella scheda base digitale,

la figura 2 mostra il tracciato del percorso stimato ottenuto mediante interpolazione in special modo interpolazione curvilinea, sulla base dei punti di appoggio della scheda base digitale ,

la figura 3 mostra la determinazione della curvatura del percorso mediante interpolazione

la figura 4 mostra un perfezionamento della valutazione sulla base dell'interpolazione circolare mediante un'interpolazione tra curvature discrete,

le figure 5 e 5a mostrano un caso speciale di una curvatura ai fini della spiegazione di un primo procedimento di correzione per il miglioramento del procedimento di valutazione e la figura 6 mostra un altro caso speciale di una curva che fa seguito ad una lunga strada diritta, ai fini di spiegare un secondo procedimento di correzione per migliorare il procedimento di valutazione conforme all' invenzione.

DESCRIZIONE DEGLI ESEMPI DI REALIZZAZIONE

Campo di applicazione dell' invenzione è il comando automatico del veicolo, in special modo la guida automatica del veicolo, lungo vie di comunicazione prefissate, che presuppone un'elevata precisione nella previsione di una via di comunicazione da percorrere. Altri campi di applicazione sono un comando automatico dell'illuminazione, in special modo per comandare i fari proiettori di un veicolo per ottenere l'illuminazione ottimale di un segmento di via di comunicazione che precede in direzione di percorso, un comando automatico del cambio per impostare una marcia ottimale nel percorrere un segmento di via di comunicazione che precede o anche l'attivazione di segnali di avvertimento della velocità per il caso in cui un conducente di veicolo che percorre una strada si avvicini ad una curva a velocità troppo elevata, oppure l'attivazione di una visualizzazione per una possibile velocità massima per percorrere una curva che precede.

La figura 1 mostra il tracciato di via di comunicazione, in questo caso il tracciato stradale 10, rappresentato da punti di appoggio contenuti nella scheda base digitale. I punti di appoggio P0,P1,P2, Pn memorizzati nella scheda base sono qui collegati da rette 11,12,13 . . . 14. Questa approssimazione relativamente grossolana del tracciato stradale 10 mediante interpolazione lineare è sufficiente per gli scopi che si propongono gli strumenti di navigazione in veicoli, ma non lo è ai fini ad esempio del comando automatico, in special modo della guida di un veicolo, ai fini di un comando automatico dell'illuminazione o nel caso di applicazioni comparabili.

La figura 2 mostra il tracciato del percorso stimato ottenuto mediante interpolazione, in special modo interpolazione curvilinea, sulla base dei punti di appoggio della scheda base digitale, sotto forma di linea ripassata 20, accanto ad essa mostra il tracciato di percorso 10 ottenuto per interpolazione lineare dei punti di appoggio, sotto forma di linea tratteggiata.

La figura 3 mostra a titolo di esempio la valutazione della curvatura del tracciato di percorso in corrispondenza di punti d'appoggio discreti, conformemente ad un primo vantaggioso procedimento .

Conformemente a questo primo vantaggioso procedimento è previsto di definire un cerchio per mezzo del punto di appoggio P2 selezionato, in corrispondenza del quale si deve definire la curvatura del percorso per mezzo del punto di appoggio PI che lo precede immediatamente nel tracciato stradale e per mezzo del punto di appoggio P3 che segue immediatamente nel tracciato di percorso il punto P2 selezionato. Il numero reciproco del raggio R2 del cerchio così definito, corrisponde alla curvatura K2 del cerchio e quindi alla curvatura stimata della via di comunicazione nel punto di appoggio P2. Analogamente, la curvatura della via di comunicazione nel punto di appoggio P3 viene rilevata grazie al fatto che viene rilevato un cerchio per mezzo del suo predecessore P2 e del suo successore P4 e che viene definito il suo raggio R3 , il cui numero reciproco rappresenta la curvatura della via di comunicazione nel punto P3 .

La figura 4 mostra esemplificativamente il perfezionamento di questo procedimento dì valutazione per determinare la curvatura di percorso tra due punti di appoggio discreti. In proposito, come spiegato in relazione a figura 3, le curvature K2,K3 e rispettivamente i raggi R2,R3 della via di comunicazione, sono determinati in corrispondenza dei punti di appoggio P2 e P3 direttamente adiacenti al punto S selezionato. La curvatura della via di comunicazione nel punto selezionato S viene definita nel caso più semplice come valore medio aritmetico tra le curvature K2 e K3 negli adiacenti punti di appoggio P2 e P3 . Altre mediature o interpolazioni più onerose atte a determinare la curvatura in un punto S che non è un punto di appoggio, sono concepibili e appartengono al campo dell'invenzione.

Un procedimento alternativo per la valutazione della curvatura della via di comunicazione in un punto determinato consiste nel fatto di generare innanzitutto una curva a forma libera mediante opportuna interpolazione o approssimazione curvilinea preferibilmente cubica oppure un polinomio, qui di seguito definito per semplificazione come curva a forma libera, per mezzo di punti di appoggio posti lungo la via di comunicazione osservata nella prossimità del punto selezionato oppure in vicinanza di detti punti di appoggio. Questa curva a forma libera è la base per il calcolo della curvatura in un selezionato punto di appoggio Pi oppure in un altro punto S posto sulla via di comunicazione, che non è un punto di appoggio, preferibilmente secondo la formula , laddove K è la misura della curvatura della curva, è la funzione della curva a forma libera, è la prima derivata della curva a forma libera ed

è la seconda derivata della curva a forma libera nel punto di appoggio selezionato Pi oppure nel punto S. Conformemente a ciò, la scelta di un procedimento di interpolazione o di approssimazione adatto per la determinazione della curva a forma libera 20, risulta essere di grande importanza. Di particolare precisione si sono dimostrati i processi di interpolazione e di approssimazione su base di splines-B cubici.

Vantaggiosi procedimenti per aumentare la precisione della valutazione della curvatura vengono descritti in appresso sulla scorta delle figure da 5 fino a 6.

La figura 5 mostra il caso di un incrocio o di una strada 10 in curva che viene rappresentata nella scheda base digitale dai punti di appoggio P1,P2 e P3. Nel contesto, i punti di appoggio PI e P2 rappresentano una prima sezione diritta 10 che è rappresentata in figura sotto forma di linea ripassata. Analogamente, i punti di appoggio P2 e P3 rappresentano una seconda sezione diritta 15 che forma all' incirca un angolo retto con la prima sezione 10. Il punto di appoggio P2 nel vertice delle due sezioni, rappresenta in tal modo un punto di un improvviso cambiamento di direzione.

Se ora si applicasse a questo tracciato stradale nella sequenza dei punti di appoggio P1,P2 e P3 uno dei procedimenti di valutazione precedentemente descritti, risulterebbe un raggio di dimensioni molto grandi per la curvatura della via di comunicazione nel punto P2. Questa si estenderebbe dal punto PI attraverso il punto P2 verso P3.

In realtà, il tracciato della via di comunicazione si estende lungo una retta attraverso i punti di appoggio PI e P2 fino a poco prima del punto P2 . Da qui si estende una curva di 90 gradi verso destra attraverso il punto P2 in direzione P3, che termina poco dopo il punto P 2.

Per raggiungere in questi casi o in casi similari una valutazione la più precisa possibile dell'effettiva curvatura della via di comunicazione e contemporaneamente per valutare esattamente nella zona delle sezioni effettivamente diritte PI fino a poco prima di P2 e P3 fino a poco prima di P2 il tracciato della via di comunicazione effettivamente diritto, poco prima del punto P2 nel collegamento immaginario dei punti PI e P2 nonché poco prima del punto P2 nel collegamento immaginario dei punti P3 e P2, vengono inseriti nell'ambito del procedimento di valutazione due punti di appoggio virtuali P4 e P5 . Questi punti di appoggio virtuali vengono inclusi nella valutazione successiva in modo tale che per la curva nella zona del punto di vertice P2 si ha un raggio stretto, determinato in modo decisivo dai punti P2,P4 e P5 e si ha quindi una corrispondente curvatura.

Il criterio di applicazione dei punti di appoggio virtuali è un cambiamento repentino di direzione che si può verificare in base all'angolo tra la retta immaginaria attraverso i punti di appoggio PI e P3 direttamente adiacenti al vertice ed attraverso il vertice P2. La regola per applicare i punti di appoggio virtuali dice conseguentemente di applicare di volta in volta un punto di appoggio virtuale ad una distanza prefissata nel tracciato del percorso a monte e a valle di un punto di appoggio che contrassegna nel tracciato di percorso un repentino cambiamento di direzione. In tale contesto, la distanza prefissata può essere vantaggiosamente dedotta dalla larghezza della strada, preferibilmente può ad esempio corrispondere alla larghezza della strada stessa. La distanza prefissata può tuttavia anche essere una costante in funzione della classe stradale rilevata in maniera più empirica, cosicché ad esempio, sulle autostrade la distanza prefissata è maggiore di quanto non lo sia ad esempio sulle strade statali oppure sulle strade provinciali e qui è ad esempio maggiore di quanto non lo sia sulle strade interne urbane.

La figura 6 mostra un altro caso nel quale una valutazione della curvatura può portare a risultati inutilizzabili. Nel database è memorizzato un primo punto di appoggio PO, il punto di appoggio successivo PI rappresenta un punto a grande distanza dal primo punto di appoggio PO e rappresenta contemporaneamente l'inizio di un segmento di percorso curvato. Analogamente, è memorizzato un ultimo punto di appoggio P6 del segmento stradale rappresentato, il penultimo punto di appoggio P5 contrassegna un punto a grande distanza dall'ultimo punto di appoggio P6 e al tempo stesso la fine del segmento del percorso curvato che viene rappresentato dai punti di appoggio da PI fino a P5 e dalle sezioni da 12 a 15 da essi raffigurate .

Se ora ai punti di appoggio PI o P5 oppure ai segmenti diritti PO, PI e P5,P6 viene applicato uno dei procedimenti di valutazione descritti, per questi settori si ha di volta in volta una curvatura con un grande raggio similmente a quanto descritto a proposito di figura 5.

Effettivamente tuttavia ì segmenti PO, P1 e P5,P6 rappresentano tratti di percorso diritti ai quali fa seguito in direzione della curvatura PI

P5 una curvatura avente raggio comparativamente limitato .

Per ottenere in questa situazione un miglioramento della valutazione di curvatura, tra i punti di appoggio PO e P1, quindi sul segmento diritto, in prossimità del punto di appoggio PO, viene inserito un punto di appoggio virtuale P7 . Parimenti, in prossimità di P5 sul segmento P6,P5 viene inserito un punto di appoggio virtuale P8. Il successivo calcolo della curvatura viene poi eseguito tenendo conto dei punti di appoggio virtuali in maniera tale per cui, come nel caso della figura 5a, si ha una valutazione realistica della curvatura della curva ed un tracciato diritto stimato per i segmenti P0,P7 e P8,P 6.

La regola per l'applicazione di punti di appoggio virtuali dice quindi di inserire un punto di appoggio virtuale ad una distanza prefissata a monte di un determinato punto di appoggio che si trova a grande distanza dal punto di appoggio immediatamente precedente ed a breve distanza davanti ad un ulteriore punto di appoggio. Analogamente, si deve applicare un punto di appoggio virtuale ad una distanza prefissata nel tracciato del percorso a valle di un determinato punto di appoggio che si trova a grande distanza dal punto di appoggio immediatamente successivo ed a breve distanza dopo un altro punto di appoggio. La distanza prefissata si determina in maniera vantaggiosa a partire dalle distanze reciproche tra i punti di appoggio P1,P2, . . . P5, quindi a partire dalla distanza reciproca dei punti di appoggio che rappresentano la curvatura che segue o che precede un tratto diritto.

Un'altra vantaggiosa correzione si riferisce al caso di autostrade in qualità di vie di percorrenza esaminate. Qui, nei database di navigazione, le uscite autostradali sono contrassegnate con punti di appoggio posti immediatamente prima dell'uscita vera e propria. Nella valutazione della curvatura, ciò porta eventualmente a raggi di curvatura indesideratamente stretti. In questo caso è vantaggioso inserire altri punti di appoggio virtuali nel tracciato stradale prima del punto di appoggio che contrassegna l'uscita ed eseguire la valutazione sulla base di una pluralità di punti di appoggio. Questa correzione può essere ad esempio eseguita vantaggiosamente in funzione di una classe di strade percorsa. La classe di strade si può rilevare nel contesto dai dati della scheda digitale.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la valutazione della curvatura di un tratto di percorso selezionato, giacente in special modo in direzione di marcia a monte di un veicolo, laddove il tracciato del percorso è memorizzato sotto forma di punti di appoggio in una scheda digitale, caratterizzato dal fatto che la curvatura del segmento di percorso selezionato viene determinata a partire dai punti di appoggio.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la curvatura del percorso viene determinata in un punto di appoggio selezionato in maniera tale per cui viene definito un cerchio per mezzo del punto di appoggio selezionato, del punto di appoggio immediatamente precedente al punto di appoggio selezionato e di un punto di appoggio immediatamente susseguente al punto di appoggio selezionato e dal fatto che la misura della curvatura viene determinata in qualità di numero reciproco del raggio della circonferenza.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la curvatura del percorso si ottiene in corrispondenza di un punto prescelto tra due punti di appoggio mediante interpolazione tra le curvature nei due punti di appoggio immediatamente adiacenti al punto prescelto. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che viene determinata una curva a forma libera a partire da un punto di appoggio prescelto e dal punto di appoggio adiacente al punto di appoggio prescelto e dal fatto che la curvatura viene determinata dalla seconda derivata della curva a forma libera, come pure dalla prima derivata della curva a forma libera . Procedimento secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la curvatura viene calcolata secondo la formula K =

   , laddove K è la misura della curvatura della curva, è la funzione della curva a forma libera, è la prima derivata della curva a forma libera ed è la seconda derivata della curva a forma libera. 6 . Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 4 a 5, caratterizzato dal fatto che la curva a forma libera viene determinata mediante interpolazione a partire dal punto di appoggio selezionato e perlomeno da un punto di appoggio adiacente al punto di appoggio selezionato, preferibilmente a partire dal punto di appoggio selezionato e da una pluralità di punti di appoggio adiacenti al punto di appoggio selezionato. 7 . Procedimento secondo una delle fatto che la curva a forma libera viene determinata mediante approssimazione a partire dal punto di appoggio selezionato e perlomeno da un punto di appoggio adiacente al punto di appoggio selezionato, preferibilmente a partire dal punto di appoggio selezionato e da una pluralità di punti di appoggio adiacenti al punto di appoggio selezionato. 8 . Procedimento secondo la rivendicazione 6 oppure 7, caratterizzato dal fatto che per la determinazione della curva a forma libera vengono utilizzati splines B cubici. 9. Procedimento secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che nelle immediate vicinanze di punti di appoggio che sono soggetti a determinate condizioni, vengono inseriti punti di appoggio virtuali che vengono presi in considerazione nel calcolo della curvatura . 10. Procedimento secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che nel tracciato del percorso a monte ed a valle di un punto di appoggio che contrassegna un repentino cambiamento di direzione nel tracciato del percorso, ad una distanza prefissata viene di volta in volta applicato un punto di appoggio virtuale. 11. Procedimento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che un primo punto di appoggio virtuale viene applicato sul collegamento immaginario tra il punto di appoggio che contrassegna il cambiamento di direzione ed il punto di appoggio che precede immediatamente il punto di appoggio che contrassegna il cambiamento di direzione ed un secondo punto di appoggio virtuale viene applicato sul collegamento immaginario tra il punto di appoggio che contrassegna il cambiamento di direzione ed il punto di appoggio che segue immediatamente il punto di appoggio che contrassegna il cambiamento di direzione. 12. Procedimento secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che a monte di un determinato punto di appoggio che si trova a grande distanza dal punto di appoggio immediatamente precedente ed a breve distanza a monte di un altro punto di appoggio, viene applicato un punto di appoggio virtuale ad una distanza pref issata . 13. Procedimento secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che la distanza prefissata corrisponde alla distanza del punto di appoggio determinato dal punto di appoggio immediatamente seguente o viene da essa derivata. 14. Procedimento secondo la rivendicazione 12 oppure 13, caratterizzato dal fatto che il punto di appoggio virtuale viene applicato sul collegamento immaginario tra il punto di appoggio determinato ed il punto di appoggio immediatamente precedente. 15. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 9 a 14, caratterizzato dal fatto che a valle di un determinato punto di appoggio che si trova a grande distanza dal punto di appoggio immediatamente seguente ed a breve distanza a valle di un ulteriore punto di appoggio, un punto di appoggio virtuale viene applicato ad una distanza prefissata . 16. Procedimento secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che la distanza prefissata corrisponde alla distanza del punto di appoggio determinato dal punto di appoggio immediatamente precedente oppure viene derivata da questa. 17. Procedimento secondo la rivendicazione 15 oppure 16, caratterizzato dal fatto che il punto di appoggio virtuale viene applicato sul collegamento immaginario tra il punto di appoggio determinato ed il punto di appoggio immediatamente seguente.