DE69931622T2

DE69931622T2 - Navigationssystem zur kursanpassung mit positionsnetzwerk

Info

Publication number: DE69931622T2
Application number: DE69931622T
Authority: DE
Inventors: Upparapalli Troy KARUNANIDHI
Original assignee: Magellan DIS Inc
Current assignee: Mitac International Corp
Priority date: 1998-04-07
Filing date: 1999-04-01
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2019-04-02
Also published as: NO20005009D0; EP1070229B1; AU3379499A; US6108603A; CA2326672A1; EP1070229A1; WO1999051940A1; ATE328265T1; NO20005009L; DE69931622D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Navigationssysteme und insbesondere ein Navigationssystem mit einem verbesserten System und Verfahren zur Bestimmung der aktuellen Position unter Verwendung der Kartenanpassung.
Herkömmliche Navigationssysteme weisen einen oder mehrere Sensoren zur Verbreitung der Position eines Fahrzeugs auf. Ein Sensor zur Streckenbestimmung, zum Beispiel ein Raddrehzahlsensor, wird in Verbindung mit einem Sensor zur Kursbestimmung, zum Beispiel einem Gyroskop, verwendet, um eine Folge von Positionsvektoren zu erzeugen. Die Positionsvektoren weisen im allgemeinen eine Strecke und einen Kurs auf. Die Folgen von Positionsvektoren bilden einen "Koppelnavigations"-Weg des Fahrzeugs.
Durch regelmäßige Bestimmung der Positionsvektoren des Fahrzeugs kann das Navigationssystem im allgemeinen die aktuelle Position des Fahrzeugs unter Verwendung der "Kartenanpassung" einer Koppelnavigation unterziehen. Das Navigationssystem weist eine Datenbasis von Straßensegmenten mit Segmentlängen und Schnittpunkten auf. Nach Empfang jedes neuen Positionsvektors vergleicht das Navigationssystem die Form des Koppelnavigationswegs mit der Form der Straßensegmente in der Datenbasis. Das Navigationssystem bestimmt die aktuelle Position des Fahrzeugs durch Vergleich der Form des Koppelnavigationswegs mit den Straßensegmenten in der Datenbasis. Nachdem jeder neue Positionsvektor empfangen worden ist, vergleicht das Navigationssystem die Form des Koppelnavigationswegs mit allen potentiellen Straßensegmenten, auf denen sich das aktuelle Fahrzeug befinden kann.
Nahe einem Knoten oder Schnittpunkt kann es vorkommen, daß das Navigationssystem die Form des Koppelnavigationswegs mit zahlreichen Straßensegmenten vergleichen muß, nachdem jeder neue Positionsvektor empfangen worden ist. Dies verringert die Effizienz und Geschwindigkeit, mit der das Navigationssystem Straßensegmente ausschließen und die aktuelle Position des Fahrzeugs relativ zu den Straßensegmenten in der Datenbasis bestimmen kann.
EP 0339639 beschreibt ein System, das die Kartenanpassung verwendet, um eine Karte für die Anzeige eines Navigationssystems auszuwählen. Das System bestimmt einen Richtungs- und Entfernungsvektor für ein Fahrzeug und vergleicht den Vektor mit der Straßensegmentinformation in einer gespeicherten Karte. Wenn das System einen Knoten erreicht, wo mehr als ein sich vom Knoten erstreckendes Segment möglich ist, wartet es, um das richtige sich vom Knoten erstreckende Segment auszuwählen, bis genügend Vektorinformation gesammelt ist, um das richtige Segment zu bestimmen. Dies kann erfordern, daß das System warten muß, bis mehrere Vektoren gesammelt sind, bevor die Algorhythmen vervollständigt werden können. Wegen der erforderlichen Informationsmenge verlangsamt dies das System immer dann, wenn sich mehrere Segmente von einem Knoten erstrecken.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Navigationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt die aktuelle Position des Fahrzeugs schneller und effizienter unter Verwendung eines Positionsnetzwerks potentieller aktueller Positionen.
Der Schutzbereich der Erfindung ist durch den Systemanspruch 1 und den Verfahrensanspruch 5 definiert.
Das Navigationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann wie folgt zusammengefaßt werden: Sensoren zum Erzeugen eines Koppelnavigationswegs mit einer Folge von Positionsvektoren jeweils mit einem Kurs und einer Strecke. Eine Datenbasis von durch das Fahrzeug zu befahrenden Straßen weist ein Segmentnetzwerk von Straßensegmenten auf, die sich an Knoten schneiden. Ein Positionsnetzwerk mit einer Vielzahl von Knoten wird erzeugt, wobei jeder einem Knoten im Segmentnetzwerk entspricht. Eine Abzweigung wird von jedem Knoten im Positionsnetzwerk auf der Grundlage der Positionsvektoren weitergeführt. Nachdem jeder Positionsvektor empfangen worden ist, wird jede Abzweigung des Positionsnetzwerks mit einem entsprechenden Straßensegment im Segmentnetzwerk verglichen. Eine kumulative Summe der Winkelabweichungen (gewichtet mit der Strecke) zwischen jeder Abzweigung im Positionsnetzwerk wird mit dem entsprechenden Segment im Segmentnetzwerk verglichen.
Das Navigationssystem bestimmt, daß die aktuelle Position des Fahrzeugs dort ist, wo die Abzweigung im Positionsnetzwerk die kleinste kumulative Winkelabweichung von ihrem entsprechenden Segment im Segmentnetzwerk hat. Wenn die kumulative Winkelabweichung für eine Abzweigung im Positionsnetzwerk einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, wird diese Abzweigung "gestutzt" und wird nicht länger weitergeführt oder mit dem Segmentnetzwerk verglichen.
Da eine Vielzahl möglicher Positionsabzweigungen im Positionsnetzwerk erzeugt wird, wobei jede einem Segment im Segmentnetzwerk entspricht, und da die Winkelabweichung akkumuliert und bewertet wird, nachdem jeder Positionsvektor empfangen worden ist, wird die aktuelle Fahrzeugposition effizienter und schneller berechnet. Das Navigationssystem kann die aktuelle Position des Fahrzeugs schneller bestimmen, da es eine Vielzahl von Positionsabzweigungen weitergeführt hat und jede von diesen nach Empfang jedes Positionsvektors mit dein Segmentnetzwerk verglichen hat. An oder nahe einem Knoten im Segmentnetzwerk muß das Navigationssystem nicht die gesamte Form des Koppelnavigationswegs mit jedem der potentiellen Wege im Straßensegmentnetzwerk vergleichen. Infolgedessen kann das Navigationssystem die aktuelle Fahrzeugposition schneller bestimmen und schneller Abzweigungen aus dem Positionsnetzwerk stutzen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind ohne weiteres erkennbar, wenn diese mit Bezug auf die nachfolgende ausführliche Beschreibung besser verstanden werden und in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden, wobei diese folgendes zeigen:
1 ist eine schematische Ansicht des Navigationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 stellt das Positions- und Segmentnetzwerk des Navigationssystems von 1 dar; und
3 stellt das Positions- und Segmentnetzwerk von 2 als Baumdatenstrukturen dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Das Navigationssystem 20 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 1 schematisch dargestellt. Das Navigationssystem 20 weist eine CPU 22 auf, die mit einer Anzeige 24, zum Beispiel einem hochauflösenden LCD- oder Flachbildschirm, verbunden ist. Die CPU 22 ist auch mit einer Eingabevorrichtung 26, zum Beispiel einer Maus, Tastatur, einem Tastenfeld oder Fernbedienungsgerät, verbunden. Alternativ kann die Anzeige 24 eine Berührungsbildschirmanzeige sein. Das Navigationssystem 20 weist ferner eine mit der CPU 22 verbundene Speichervorrichtung 28, zum Beispiel eine Festplatte 28 oder eine CD-ROM, auf. Die Speichervorrichtung 28 enthält eine Datenbasis mit einer Karte aller Straßen in dem durch das Fahrzeug 32 zu befahrenden Bereich und kann die Software für die CPU 22 mit der grafischen Anwenderschnittstelle, der Routenführung, dem Betriebssystem, der Positionsbestimmungssoftware und so weiter enthalten.
Das Navigationssystem 20 weist vorzugsweise Positions- und Bewegungsbestimmungsvorrichtungen auf, zum Beispiel einen GPS-Empfänger 34, ein Gyroskop 36, einen Kompaß 38, einen Raddrehzahlsensor 40 und einen orthogonalen Mehrachsenbeschleunigungsmesser 41, die alle mit der CPU 22 verbunden sind (Verbindungen sind der Einfachheit halber nicht dargestellt). Solche Positions- und Bewegungsbestimmungsvorrichtungen sind gut bekannt und im Handel erhältlich.
Das Navigationssystem 20 bestimmt die Position des Fahrzeugs 32 relativ zur Straßendatenbasis unter Verwendung der Positions- und Bewegungsbestimmungsvorrichtungen. Der Fahrzeugführer wählt einen Zielort relativ zur Straßendatenbasis unter Verwendung der Anwendereingabevorrichtung 26 und der Anzeige 24. Das Navigationssystem 20 zeigt dem Fahrzeugführer dann fahrtrichtungsänderungsbezogene Anweisungen, um den Fahrzeugführer von der gegenwärtigen Position an den gewünschten Zielort zu führen.
2 stellt dar, wie das Navigationssystem 20 die gegenwärtige Position des Fahrzeugs 32 bestimmt. Die Datenbasis weist eine Vielzahl von Straßensegmenten auf, die sich an Segmentknoten schneiden. In 2 sind zum Beispiel die Segmentknoten A, B, C, D und E und die Straßensegmente AB, BC, BD und CE dargestellt. Das Navigationssystem 20 erzeugt einen Koppelnavigationsweg 66 mit einer Folge von Positionsvektoren DR1 bis DR11. Jeder der Positionsvektoren hat eine Strecke und einen Kurs.
Ein Positionsnetzwerk ist als P(linker Knoten)(rechter Knoten)i dargestellt, wobei links und rechts Segmentknoten sind, aus denen dieses Positionsnetzwerk abgeleitet ist, und i die i-te Position ist. Zum Beispiel ist PAB1 die erste aus dem Segment AB abgeleitete Position.
Ein Segmentnetzwerk ist als S(linker Knoten)(rechter Knoten)i dargestellt, wobei links und rechts Segmentknoten sind, aus denen dieses Segmentnetzwerk abgeleitet ist, und i die i-te Position ist. Zum Beispiel ist SAB1 die Position auf dem Segment AB nach Positionsvektor 1.
Das Positionsnetzwerk ist ein Netzwerk aller möglichen Positionen, die das Fahrzeug beim Befahren des Koppelnavigationswegs 66 einnehmen kann, bezogen auf die möglichen Segmente des Segmentnetzwerks. Das Positionsnetzwerk ist aus dem Segmentnetzwerk abgeleitet. Jeder Knoten des Positionsnetzwerks hat einen entsprechenden Knoten im Segmentnetzwerk. Das Positionsnetzwerk ist im allgemeinen eine Baumstruktur, deren Wurzel die letzte "eingerastete" Position ist, das heißt, wo das Navigationssystem 20 die gegenwärtige Position des Fahrzeugs bestimmt. Sowohl das Segmentnetzwerk als auch das Positionsnetzwerk haben identische Knoten; daher ist es einfach, das Positionsnetzwerk als eine Liste von Positionen ab jedem Knoten des Segmentnetzwerks darzustellen.
Die Weiterführung und Stutzung des Positionsnetzwerks wird mit Bezug auf 2 und Tabelle 1 beschrieben. Die Ausgangsposition des Fahrzeugs 32, wie sie durch die Sensoren bestimmt ist, ist durch Punkt I dargestellt. Diese Ausgangsposition wird auf die umgebenden Segmente übertragen, was in diesem Fall Segment AB für die Position SAB0 ist. Wenn der Positionsvektor DR1 empfangen wird, wird das Positionsnetzwerk aus der möglichen Position aus der vorhergehenden Iteration abgeleitet, was nur PAB1 sein kann. SAB1 ist die Position im Segmentnetzwerk. Zu diesem Zeitpunkt ist das Segment AB das einzig mögliche Segment. Wenn Positionsvektoren DR2, DR3 und DR4 empfangen werden, wird das Positionsnetzwerk um PAB2, PAB3 und PAB4, bzw. jeweils mit einem Kurs und einer Strecke erweitert, die den zugehörigen Positionsvektoren gleich sind. Wiederum ist Segment AB das einzig mögliche Segment.
Wenn der Positionsvektor DR5 empfangen wird, hat das Fahrzeug 32 eine ausreichende Entfernung zurückgelegt, um das Segment AB zu passieren. Infolgedessen wird der Knoten B erweitert, und es gibt zwei neue Segmente BC und BD und zwei entsprechende neue Positionen SBC0 und SBD0. Die Positionen SBC0 und SBD0 sind in dem Maße vom Segmentknoten B gleich beabstandet, wie die Strecke des Positionsvektors DR5 die Entfernung zwischen SAB4 und dem Segmentknoten B übersteigt.
Das mögliche Segment AB wird weiter behalten, und obwohl die Position am Knoten B verankert ist, wird die Entfernung zu diesem Segment hinzugefügt. Wenn der Vektor DR6 empfangen wird, hat das Positionsnetzwerk auch zwei neue Positionen, die zusätzlich zu der AB-Abzweigung bei SBC0 und SBD0 beginnen. Die Abzweigung PBD0 wird auf der Grundlage des Empfangs der Positionsvektoren DR6–DR10 auf PBD1–PBD5 erweitert. Die Abzweigung PBC0–PBC3 wird auf der Grundlage des Empfangs der Positionsvektoren DR6–DR8 weitergefÜhrt.
Das Positionsnetzwerk wird in Bezug auf das Segmentnetzwerk durch Vergleich der Form des Positionsnetzwerks mit dem Segmentnetzwerk bewertet. Der Weg für jede Positionsnetzwerkabzweigung wird mit dem entsprechenden Segment im Segmentnetzwerk verglichen. Beim Empfang jedes Positionsvektors wird die Winkeländerung zwischen dem Segment und dem Positionsnetzwerk und dem Segment im Segmentnetzwerk abgeleitet. Bei Abbiegungen wird der Vergleich vom Abbiegungsankervektor an durchgeführt. Segmente, die mit der Form des Positionsnetzwerks zusammenpassen, haben einen höheren PN-Gütefaktor. Die Winkeländerung ist gegeben durch: Winkeländerung = Σ[(Positionsnetzwerkkurs – Segmentnetzwerkkurs)·Entfernungskomponente des Vektors]/Segmentlänge.
Ein kleiner Wert zeigt eine gute Anpassung an.
Wenn der Positionsvektor DR9 empfangen wird, gibt es eine starke Verringerung des Gütefaktors für das Positionsnetzwerk PBC und PAB. Diese Netzwerke und ihre entsprechenden Segmentnetzwerke SAB und SBC werden "gestutzt" und nicht mehr weitergeführt. Das Navigationssystem 20 rastet bei SBD5 ein, und BD ist das einzig mögliche Segment. Die Weiterführung der Position des Fahrzeugs 32 geht dann gemäß diesem Verfahren von SBD5 weiter.
3 stellt das Positions- und Segmentnetzwerk als Baumstrukturen dar. Die Wurzel der Baumstruktur ist die letzte eingerastete Position. Das Segment- und das Positionsnetzwerk haben identische Knoten.

Claims

Fahrzeugnavigationssystem (20) mit: a) einer Vielzahl von Sensoren (34, 36, 38, 40, 41), die in einem Fahrzeug (32) angeordnet sind, um Signale für einen Koppelnavigationsweg bereitzustellen, wobei der Koppelnavigationsweg eine Folge von Positionsvektoren (DR1–DR11) jeweils mit einem Kurs und einer Strecke umfaßt; b) einer Datenspeichervorrichtung (28) mit einer Datenbasis von Straßen, die von dein Fahrzeug und den Sensoren genutzt wird, wobei die Datenbasis Daten aufweist, die einer Vielzahl von Straßensegmenten (AB, BC, CD, CE) entsprechen, die einander an Segmentknoten (A, B, C, D, E) schneiden; c) wobei die Datenbasis ein Segmentnetzwerk aufweist, das aus den Segmentknoten abgeleitet ist und als S(linker Knoten)(rechter Knoten)i dargestellt wird, wobei linker und rechter Knoten Segmentknoten sind und i die i-te Knotenposition in dem Straßensegment ist; d) einem aus dem Segmentnetzwerk abgeleiteten Positionsnetzwerk, wobei das Positionsnetzwerk als P(linker Knoten)(rechter Knoten)i dargestellt wird, wobei linker und rechter Knoten Segmentknoten sind, aus denen das Positionsnetzwerk abgeleitet ist und i die i-te Knotenposition im Positionsnetzwerk ist, wobei jeder Knoten des Positionsnetzwerks einen entsprechenden Knoten im Segmentnetzwerk hat (PAB1, SAB1), wobei das Positionsnetzwerk ein Netzwerk aller möglichen Positionen ist, die das Fahrzeug beim Befahren des Koppelnavigationsweges einnehmen kann; und e) Verarbeitungsmitteln (22) zum: i) Empfangen der Sensorinformation, um die Positionsvektoren (DR1–DR11) zu erzeugen, und zur Ableitung der entsprechenden Knoten im Segmentnetzwerk und im Positionsnetzwerk, wobei der Vorgang für jeden nachfolgenden Positionsvektor wiederholt ii) wobei die Verarbeitungsmittel (22) eine Anzahl von Abzweigungen im Positionsnetzwerk erzeugen, wobei jede Abzweigung einem Straßensegment entspricht, der einem Segmentknoten (SAB5) zugeordnet ist, wenn ein Positionsvektor (DR7) angibt, daß das Fahrzeug einen Straßensegment passiert hat; iii) Bewerten des Positionsnetzwerks mit Bezug auf das Segmentnetzwerk durch Vergleichen des Weges für jede Positionsnetzwerk-Abzweigung mit der entsprechenden Segmentnetzwerk-Abzweigung, indem die Winkeländerung zwischen dem Segment im Positionsnetzwerk und dem Segment im Segmentnetzwerk verglichen wird; iv) Auswählen der Abzweigung (PBD0–PBD4) im Positionsnetzwerk mit der kleinsten Winkeländerungszahl und Verarbeiten der Information entlang des ausgewählten Segments und Beenden der Weiterführung bezüglich der anderen Abzweigungen.
System nach Anspruch 1 mit Mitteln zur Bereitstellung einer Angabe, daß die Abzweigung mit der kleinsten Änderungszahl zum Fortfahren mit der Fahrzeugnavigation ausgewählt worden ist.
System nach Anspruch 2, wobei die Mittel (24) durch eine Anzeige (24) bereitgestellt werden, die mit den Verarbeitungsmitteln (22) gekoppelt ist.
Verfahren zur Kartenanpassung in einem Navigationssystem (20) mit den folgenden Schritten: a) Bereitstellen einer Datenbasis mit gespeicherten Daten, die einem Segmentnetzwerk mit einer Vielzahl von an Segmentknoten verbundenen Straßensegmenten entsprechen, wobei das Segmentnetzwerk aus den Segmentknoten abgeleitet ist und als S(linker Knoten)(rechter Knoten)i dargestellt wird, wobei linker und rechter Knoten Segmentknoten sind und i die i-te Knotenposition auf dem Straßensegment ist; b) Bereitstellen von Sensoreingabeinformation von Fahrzeugsensoren zur Erzeugung eines Koppelnavigationsweges mit einer Folge von Positionsvektoren jeweils mit einem Kurs und einer Strecke; c) Ableiten eines Positionsnetzwerks aus dem Segmentnetzwerk, wobei das Positionsnetzwerk als P(linker Knoten)(rechter Knoten)i dargestellt wird, wobei linker und rechter Knoten Segmentknoten sind, aus denen das Positionsnetzwerk abgeleitet ist, und i die i-te Knotenposition im Positionsnetzwerk ist, wobei jeder Knoten des Positionsnetzwerks einen entsprechenden Knoten im Segmentnetzwerk hat (PAB1, SAB1), wobei das Positionsnetzwerk ein Netzwerk aller möglichen Positionen ist, die das Fahrzeug beim Befahren des Koppelnavigationsweges einnehmen kann; d) Verarbeiten der Sensorinformation, um Positionsvektoren zu erzeugen, und zur Ableitung der entsprechenden Knoten im Segmentnetzwerk und im Positionsnetzwerk; e) Wiederholen von Schritt d) für jeden nachfolgenden Positionsvektor; f) Erzeugen einer Anzahl von Abzweigungen im Positionsnetzwerk, wobei jede Abzweigung einem Straßensegment entspricht, der einem Segmentknoten als Antwort darauf zugeordnet ist, daß ein Positionsvektor angibt, daß das Fahrzeug einen Straßensegment passiert hat; g) Vergleichen des Weges für jede Positionsnetzwerk-Abzweigung mit dem entsprechenden gespeicherten Straßensegment, indem die Winkeländerung zwischen dein Segment im Positionsnetzwerk und dem Segment im Segmentnetzwerk verglichen wird; h) Auswählen der Abzweigung (PBD0–PBD4) im Positionsnetzwerk mit der kleinsten Winkeländerungszahl und Verarbeiten der Information entlang des ausgewählten Segments und Beenden der Weiterführung der anderen Abzweigungen.
Verfahren nach Anspruch 4 mit dem folgenden Schritt: Anzeigen der zur Weiterführung ausgewählten Abzweigung für die Fahrzeugnavigation.