JP4903161B2 - ナビゲーションシステムのためのルート計算方法 - Google Patents

Description

本発明は、道路網の道路が複数の道路クラスに分類され、それらの道路にルート計算時に基礎とされるクラス固有の速度値が割り当てられる、ナビゲーションシステムのためのルート計算方法に関する。

今日のナビゲーションシステムにおいてはルートが殊に固定的な所定の速度値に基づき計算される。これに関してディジタル化された地図データに記憶されている道路が、個々の道路の性質に応じて道路クラスに分類される。それらの各道路クラスに関して、例えば乗用車、トラックなどのような車両タイプの典型的な平均速度として予め定められた速度がこの道路の走行時に決定され、複数の道路クラスに関して種々の速度値が計算の基礎とされる。

道路クラスまたは道路タイプとは個々の道路ないし要素の等級を意味しており、その等級は基礎とされる道路網をその機能、利用および／または周囲条件に応じて区別したものであり、また相応のパラメータ、例えば容量、最高制限速度などが設けられている。例えばBlaupunktにおける７段階の分類が公知であり、これらの分類はドイツにおいてレベル１がアウトバーンに対応し、レベル２が連邦道に対応する。より下位のレベルの道路は純粋な一般道に対応し、これらの道路は出発地ないし目的地としてのみ関連する。

道路網の別の分類を道路敷設に関する基準「Leitfaden fuer die funktionale Gliederung des Strassennetzes (RAS-N) der Forschungsgesellschaft fuer Strassen- und Verkehrswesen」、 Koeln 1988に従い設定することができる。ここでは種々の道路に１つのカテゴリおよび１つのコネクション機能レベルが割り当てられ、これらはマトリクスにおいて相互に結合されている。

このようにして例えば建物が建並ぶ地域外（郊外）ではドイツにおけるアウトバーンに関して１００ｋｍ／ｈの平均速度がセットされ、また連邦道に関して８０ｋｍ／ｈの速度値がセットされる。街中の道路交通に関しては例えば６０ｋｍ／ｈおよび３５ｋｍ／ｈの速度値を採用することができる。この例示的に規定された速度値はナビゲーションシステムにおいてそれぞれの道路クラスに関するルート計算の基礎とされる。

しかしながら実際には、平均速度値は相応の道路区間に関して著しく変化する。何故ならば、例えば一日のうちの所定の時間に依存して区間の種々様々な利用率が生じ、またそれに応じて種々の平均的な速度も生じるからである。街中においてはこの作用が殊に顕著に表われ、一般的に通勤ラッシュと称される。

ＦＭ／ＲＤＳを介する交通情報、例えばＴＭＣ情報によって、個々の区間に関して交通の障害を考慮することができる。つまり、いわゆる動的なルート計算を行うことができる。しかしながらこのことは個々のイベントに関してのみ有用であり、また可能であるに過ぎない。何故ならば一方では全域的に道路状況を検出することができず、また他方では自動車への無線技術的な伝達により相当な伝送コストが生じるからである。さらに全域的な考慮に関するデータ量は、確実且つ時宜を得た伝送をもはや確実には保証できない程の量である。

DE 197 24 919 A1には、目的地案内システムないしナビゲーションシステムにおいて使用可能なデータを形成、統合および更新する方法が開示されている。この方法においては自動的に区間データファイルが形成される。このデータファイルにおいては道路網が形成され、この道路網は例えば車両内のユーザが走行した区間をマッピングし、またメモリに格納する。付加的に相応の走行区間に関して要した走行時間が記憶される。したがってシステムは、道路網の利用した区間に関して、平均的な一定の速度値からの偏差を区間および一日のうちの所定の時間に依存して求め、将来のルート計算のために考慮することができる。

もっともこの方法においては、走行した道路の一日のうちの所定の時間固有の速度値が使用されるに過ぎない。すなわち、走行データの検出は各道路ないし各区間に対して個別的に行われる。この方法を実際に使用する際に動的な走行時間が使用されるべき場合には、相応の領域について全域的にこれらの情報が存在していなければならない。これらのデータが完全に検出されなかっただけでもルート計算に一貫性がない危険が生じる。

DE 10 2004 015 880 A1にはナビゲーション装置のための所要時間計算方法および交通情報表示方法が開示されている。この刊行物に記載されているナビゲーション装置の重要な特徴は、所要時間および移動速度を含めた統計的なデータが記憶され、それらのデータは過去に記録された統計的な交通情報値によって各コネクションに関して検出される。これらの記憶されたデータは将来のルート計算時に考慮される。このナビゲーション装置においてもデータ検出は個々の選択された区間に対して行われており、全域的なデータ収集は行われていない。

この背景の元での本発明の課題は、全域的に一貫性のあるルート計算を実施することができる、ナビゲーションシステムのためのルート計算方法を提供することである。

本発明によればこの課題は、冒頭で述べた方法において、道路クラスのうちの少なくとも１つに対する速度値の割り当ての際に時間に依存する速度値の区別が行われることにより解決される。ルート計算のために必要とされる平均的な速度値はもはや一定であることが前提とされるのではなく、必要に応じて変化させることができる。

本発明の方法においては、可変の速度値の検出ないし割り当てが各道路に対して個別的に行われるのではなく、道路クラス固有に行われる。すなわち、例えば走行時間が無作為抽出的に各道路クラスの若干数の道路に対して集計され、この無作為抽出から、もしくは別の情報を必要に応じて使用して、一般化された速度特性曲線ないし所要時間特性曲線が導出される。これらのデータを無作為抽出が行われていない他の区間にも使用することができる。

道路クラス毎の無作為抽出の実際の検出、道路クラス固有の処理および全域的な考慮は、各道路が車両技術的に検出され、それらのデータを統合しなければならない公知の方法における平均的な速度値検出よりもはるかに手間が少ない。さらに本発明による方法は道路網の分類における一貫性が維持されるという利点を有する。

有利には本発明による実施形態においては、速度値の割り当ての際に道路クラスの少なくとも１つに対して一日のうちの所定の時間に依存する速度値の区別が行われる。このようにして、毎日規則的に交通の流れに影響を及ぼす周辺条件、例えば通勤ラッシュまたはその他のラッシュアワーを、その時点において適合された別の速度値を採用することにより考慮することができる。

本発明の別の実施形態においては、速度値の割り当ての際に付加的に曜日に依存する速度値の区別が行われる。これにより、本発明によれば交通量が比較的少ない日曜祝日に関して比較的高い平均速度値をルート計算時に考慮することができる可能性が与えられる。

本発明による方法の別の実施形態においては、速度値の割り当ての際に付加的に季節および／またはシーズンに依存する速度値の区別が行われる。これにより、例えば適合された走行様式が必要とされ、したがって低減された平均速度の原因となり得る季節に起因する天候の特徴をルート計算時に考慮することができる可能性が与えられる。シーズン的なイベントの例は、休暇時季またはいわゆる休日の中日を伴う特定の祝日、またはメッセもしくは祝祭のような特別な行事である。

本発明による方法のさらに別の実施形態においては、速度値の割り当ての際に付加的に走行方向に依存する速度値の区別が行われる。これによりラッシュアワーにおける主利用方向を考慮する可能性が与えられる。この主利用方向は例えば朝には街の中心の方向に向いており、したがってより大きな交通負荷がもたらされ、したがって同時刻の街の外への方向における速度値とは異なる速度値が生じる。

有利には、走行方向に依存する速度値の区別が車線の数に依存して行われる。択一的または付加的に、１つの道路において反対の走行方向との構造的な分離が行われている場合に走行方向に依存する速度値の区別が行われる。さらには、道路が立体交差もしくは部分立体交差として構成されている場合に区別が択一的または付加的に行われる。例示した建築技術的な措置に基づき、道路クラス内の道路を方向に関連するものとして特徴付ける可能性が生じる。

有利には、道路網において少なくとも１つの境界付けられたフォーカス領域およびこのフォーカス領域と接している利用者居住圏が規定され、それらの領域のうちの一方の領域から他方の領域へと導かれているルートにおいて走行方向に依存する区別を行うことができる。これによって、大きな道路網に対しても有効に使用される自動的な選択が実現される。

走行方向に依存する区別を有利には、道路網の所定のセグメント内にルートが存在する場合に行うことができる。択一的または付加的に、ルートの長さが所定の許容長さを上回らず、且つ許容長さがルートの出発地点と目的地点との間の直接的なコネクションラインに依存する場合に走行方向に依存する区別を行うことができる。

以下では本発明を実施例および付属の図面に基づき例示的に詳細に説明する。図面において、
図１ａから図１ｃは本発明による速度値と時間との関係の例をグラフで表したものであり、
図２ａおよび図２ｂはフォーカス領域および利用者居住圏を有する道路網の部分領域をそれぞれ示し、
図３は２つのフォーカス領域を備えた道路網の部分領域を示し、
図４ａおよび図４ｂは速度値区別が行われているルート提案と、速度値区別が行われていないルート提案に関する２つの例を示す。

図１ａには本発明による一日のうちの所定の時間に依存する速度値を時間にわたりプロットした速度値特性曲線が概略的に示されている。従来慣用の固定的な速度値は点線２として直接的な比較のために示されている。従来の速度値２は時間経過全体にわたり一定の値である。速度値曲線１は夜間時、すなわちグラフの端の領域においては比較的高い速度値を有する。何故ならば、交通量が比較的少ないことに基づき走行速度の比較的高い平均値を達成できるからである。

朝のラッシュアワーにおいては第１の速度最小値に達し、これは図面においては参照符号３で表されている。一日のさらなる経過においては再び比較的高い平均速度が生じ、この平均速度は午後のラッシュアワー４において再度最小速度値へと低下する。速度特性曲線は実質的にＷ状である。

しかしながら一日のうちの時間による変化は全ての道路クラスの道路において同一ではない。例えば、街中の幹線道路においては一般的に著しい負荷ピーク（朝と夕方のラッシュアワー）が生じ、したがってアウトバーンよりも顕著な速度変化が生じる。この理由から各道路クラスに対して、異なる最大平均速度値および最小平均速度値を有する固有の速度特性曲線が規定される。

個々の道路クラスにおける一日のうちの所定の時間による速度の特徴の他に、道路クラスないし走行区間内の区別も可能である。このために、区間の同様に一日のうちの所定の時間に依存する主利用方向が考慮される。殊に都市の交通網においては、職場ないし小売業の所在地によって引き起こされる、街の中心部ないしフォーカス領域の引込作用、すなわちこれらの領域に交通手段が流れ込むことに基づき、午前もしくは反対に午後において種々の特徴的な負荷分布が生じる。このことは相応に速度値に作用する。これについての例を以下では図１ｂおよび図１ｃと関連させて説明する。

２つの図面１ｂおよび１ｃにおいては、一日の経過において一定である従来慣用の速度値が新たに点線２で再度示されている。図１ｂはフォーカス領域への走行方向を有する道路に関する速度値を表す。この図１ｂにおいて速度値３’は図１ａにおける相応の速度値３よりも明らかに低い。図１ｃからは、同時刻における反対の走行方向、すなわちフォーカス領域からの走行方向には速度値３’’が設けられており、この速度値３’’はこの例においては図１の速度値３にほぼ相当する。

午後のラッシュアワーにおいて図１ｂの速度値の特性４’と図１ｃの速度値の特性４’’が逆になっている。何故ならばこの時刻ではフォーカス領域からの走行方向がより多くの交通量を有する主利用方向だからである。したがってここでは速度値４’’を比較的低く設定することができる。同時刻において図１ｂの速度値４’、すなわち主走行方向とは反対側の走行方向における速度値は、従来の速度値よりも確かに低いが、対向車線における速度値４’’よりも著しく高い速度値である値を有する。図１ｂおよび図１ｃからは、一日のうちの時間の変化に加えて走行方向を考慮すると、現実により即した速度値割り当てが実現されることが分かる。

方向関係の属性には道路クラスに対しては同様に有効でない区別が行われるので、この特徴を関連する道路区間において補完する複数の可能性が存在する。一方では、個々の要素の手動での選択および相応の占有状態が考えられるが、このことは殊に是認できるコストで道路網全体に対して適用できるべき方法のその他の調整が適合しなくなる。他方では、例えば車線の構造的な分離のような徴候として特徴的な方向負荷に関して使用することができる特徴によって表される道路クラス内の所定のグループを選択する可能性も存在する。

もっとも、個々の道路の朝もしくは夕方の主負荷方向に基づいて交通の流れが一日のうちの所定の時間に依存してどちらの方向に向けられているかという割り当ては、この選択体系においては依然として自動的ではない。しかしながらこの構成により、道路網全体にわたる分類における一貫性が維持されるという利点が既に提供されている。

図２ａおよび図２ｂに関連させて、大きな道路網についても有効に使用できる自動的な選択方法の可能性を説明する。図２ａはフォーカス領域６が規定されている道路網５の一部を示す。このことは先ず、引き込み作用を有する領域、例えば街の中心部ないし市内が位置的に他の領域、例えばその他の街の領域ないし周辺部と境界をなすことを意味している。フォーカス領域６内では方向の区別は行われない。何故ならば、この領域における交通は個々の種々の目的地に応じてさらに分散しているが、共通の主方向を決定することはもはやできないからである。

さらには、フォーカス領域６と接する利用者居住圏７、例えばその他の市の管轄領域が規定されており、この領域に関しては専ら一日のうちの所定の時間に依存する負荷方向を採用することができる。個々の領域６，７の境界を、特別な土地の知識、個々の属性、例えば建物が建てられている土地、土地利用計画に応じた中心地域に基づいて、もしくは利用者居住圏の半径を規定することによって規定することができる。

この属性を決定するための体系付けを、方向が関連する利用者居住圏７およびフォーカス領域６の周辺部が、それらの周辺部と交差する道路に従い探索される場合に行うことができる。しかしながらここでは全ての道路を考慮する必要はなく、有利にはその機能に基づきそもそも「進入道路」として機能する可能性がある道路のみが考慮される。そのような道路は既知のレベル分けに応じて幹線道路のレベルまたはそれ以上のレベルを有する道路クラスでよい。これにより例えば、図２ａにおいて細く示されている道路８においては、割り当てられた速度値の走行方向に依存する区別が行われない。

利用者居住圏７の識別された交点とフォーカス領域６の識別された交点との間でルート探索が行われ、考えられる走行経路が識別される。しかしながら発見された道路のみに、可能な限り直接的なコネクションを表す方向属性が割り当てられる。これは図面において破線９により表されているセグメントの確定によって検出することができる。出発地点ないし目的地点ならびにルート自体がこのセグメント内に存在していなければならない。したがって図２ａにおいてはルート１０が走行方向に依存して区別され、これに対しルート１１には割り当てられる速度値の走行方向に依存する区別は行われない。

別の実施形態においては、ルートの出発地点と目的地点との最短距離の長さとルートの長さの比率が考慮される。図２ｂはルート１０に関して対応付けられている破線で示された最短距離１２、ならびにルート１１に関して対応付けられている破線で示された最短距離１３を示す。許容長さ、例えば所定の係数だけ乗算された最短距離コネクション１２ないし１３の長さを設定することによって、ルートに対して割り当てられる速度値の区別を行うか否かを決定することができる。提案されたルートの長さが求められた許容長さを超える場合には、走行方向に依存する区別は行われない。

図２ａおよび図２ｂに示された例においては、それぞれ提案されたルート１０が速度値の走行方向に依存する区別を考慮する。ルート１１においては選択判定基準に依存せずに、割り当てられた速度値の走行方向に依存する区別は行われない。

図３は２つのフォーカス領域６および１４を有する道路網の一部を示す。各フォーカス領域６，１４は、これらのフォーカス領域６，１４と接している利用者居住圏７ないし１５をそれぞれ有する。したがって図示されているこの状況は２つの利用者居住圏が重なっている特別なケースを表し、これは例えば多中心性の地域において頻繁に生じる。ここでは前述の属性付けの可能性を同様に適用することができる。２つまたは複数の方向に関連する領域７，１５の重畳領域１６内に存在する要素にのみ方向関係付けは行われない。しかしながら個々の引き込みポイント６，１４は例えば中心地コンセプトに応じた街の中心の重み付けのレベルに基づき同じ強さで引き込むことが想定されていないが、それにもかかわらず引き込み潜在力に応じてさらに区別されている方向属性付けが可能である。

図４ａに関連させてルート計算に関する簡単な例を説明する。ユーザは出発地点Ａから目的地点Ｂへと走行しようとする。ナビゲーションシステムは、種々の道路区間１７，１８および１９を介して延びるルートを計算する。道路区間１７はこの例においてレベル１のアウトバーンに相当し、区間１８および１９はレベル２の幹線道路に相当する。個々の道路クラスに関して今日のナビゲーション装置における固定の速度値に基づく総所要時間の事前計算から、出発地点Ａから目的地点Ｂに到達するために２０分の総所要時間が得られる。

本発明によるルート計算の使用により、図示したルートに関して区別された走行時間が得られる。それらを以下の表１に示す。

一日のうちの所定の時間に応じて区別された速度値を使用する場合には２２分の総所要時間が検出される。何故ならば、運転の出発地点においては８：００であり、個々の道路クラスに関してはこの朝のピーク時のより多くの交通量に基づく時刻による比較においてより低い速度値が求められるからである。これに対して同一のルートに関して出発時刻が２２：００である場合には１９分の総所要時間が求められる。

時刻の他に区間の主利用方向も考慮されると、８：００時の時点および「街の中への」走行、すなわちＡからＢの走行に関しては２３分の総所要時間が得られる。しかしながら同時刻においてユーザが「街の外へ」、すなわちＢからＡに運転する場合には、主負荷方向とは反対の走行方向に基づきより高い速度経過を考慮できるので２１分しか必要としない。

本発明による方法を使用することによって、図４ｂに示されているように、走行ルートを最適化することができる。個々の道路クラスに関する固定の速度値を基礎として決定されるルート提案により図４ａに示されている区間経過が得られる。ここでは２０分の走行時間が生じる。例えば、一日のうちの所定の時間に依存する区別と方向に依存する区別とを組み合わせることによる異なる速度値の使用においては、１１：３０の運転開始時に同様のこのルートが最も好適なルートであることが検出される。走行時間は約２１分である。

これに対して、７：３０の運転開始時には区間１７，２０および１９を介する別の代替的なルートがより好適なルートとして提示される。個々の道路クラスにおいて種々の強さで変動する速度特徴を考慮することによって、図４ｂによるルートにおいては２２分の走行時間が計算される。これに対し図４ａによるルートに沿ったこの時点における走行時間は２４分である。すなわち２分長くなる。

本発明による速度値と時間との関係の例のグラフ。 本発明による速度値と時間との関係の例のグラフ。 本発明による速度値と時間との関係の例のグラフ。 フォーカス領域および利用者居住圏を有する道路網の部分領域。 フォーカス領域および利用者居住圏を有する道路網の部分領域。 ２つのフォーカス領域を備えた道路網の部分領域。 速度値区別が行われていないルート提案に関する例。 速度値区別が行われているルート提案に関する例。

Claims (8)

1. 道路網の道路を複数の道路クラスに分類し、該道路にルート計算時に基礎とされるクラス固有の速度値を割り当てる、ナビゲーションシステムのためのルート計算方法において、
   前記速度値の割り当ての際に、
   前記道路クラスの少なくとも１つに対して速度値の時間に依存する区別を行い、
   さらに、
   １つの道路において反対の走行方向との構造的な分離が行われている場合、または、道路が立体交差もしくは部分立体交差として構成されている場合に、走行方向に依存する速度値の区別を付加的に行うことを特徴とする、ナビゲーションシステムのためのルート計算方法。
2. 道路網の道路を複数の道路クラスに分類し、該道路にルート計算時に基礎とされるクラス固有の速度値を割り当てる、ナビゲーションシステムのためのルート計算方法において、
   前記速度値の割り当ての際に、
   前記道路クラスの少なくとも１つに対して速度値の時間に依存する区別を行い、
   さらに、道路網において少なくとも１つの境界付けられたフォーカス領域および該フォーカス領域と接している居住者利用圏領域を規定し、該領域のうちの一方の領域から他方の領域へと導かれているルートにおいて走行方向に依存する速度値の区別を行うことを特徴とする、ナビゲーションシステムのためのルート計算方法。
3. 前記速度値の割り当ての際に、一日のうちの所定の時間に依存する速度値の区別を行う、請求項１または２記載の方法。
4. 前記速度値の割り当ての際に、曜日に依存する速度値の区別を付加的に行う、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記速度値の割り当ての際に、季節および／またはシーズンに依存する速度値の区別を付加的に行う、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記走行方向に依存する速度値の区別を車線の数に依存して行う、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 前記ルートが前記道路網の所定のセグメント内に存在する場合に前記走行方向に依存する速度値の区別を行う、請求項２記載の方法。
8. 前記ルートの長さが所定の許容長さを上回らず、且つ該許容長さが前記ルートの出発地点と目的地点との間の直接的なコネクションラインに依存する場合に前記走行方向に依存する速度値の区別を行う、請求項２または７記載の方法。

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