DE10103714A1 - Verfahren zum Erhalten präziser Straßenkarten - Google Patents

Abstract

Eine hochgenaue digitale Straßenkarte und ein Verfahren zur Herstellung derselben werden für Fahrzeuganwendungen bereitgestellt. Das Verfahren erhält eine herkömmliche digitale Karte mit traditionellen Segmenten und Knoten und stellt ein Straßennetz der digitalen Präzisionsstraßenkarte als eine Menge von geometrischen Formen dar, die mit den traditionellen Segmenten und Knoten der herkömmlichen digitalen Karte indexiert sind. Verzweigungs- und Verschmelzungspunkte werden auf dem Straßennetz durch das Zusammenlaufen und Auseinanderlaufen idealer Wege von sich darauf fortbewegenden Fahrzeugen identifiziert. Diese idealen Wege werden durch statistisches Kombinieren der wirklichen Wege der Fahrzeuge erhalten, die zwischen den gleichen Punkten unterwegs sind.

Description

BEZUGNAHME AUF VORLÄUFIGE ANMELDUNG

Diese Anmeldung nimmt die Priorität der früher eingereichten, gleichzeitig anhängigen vorläufigen Anmeldung mit der laufenden Nr. 60/178.199 in Anspruch, die am 26. Januar 2000 eingereicht wurde, gemäß 35 U.S.C. §119(e).

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft digitale Straßenkarten und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen hochgenauer digitaler Straßenkarten zur Verwendung in Fahrzeuganwendungen.

Die derzeitige Generation digitaler Straßenkarten verwenden alle die sogenannte "Segment und Knoten"- Methode, bei der jedes Straßensegment an einem Knoten beginnt und endet. Viele Eigenschaften der Straße können nur an den Knoten geändert werden und alle Kreuzungen werden als Knoten beschrieben. Die Knoten stellen eine physische Realität dar, oder anders gesagt, den Ort, an dem sich etwas in dem Straßennetz tatsächlich ändert. Knoten können beispielsweise Anfangspunkte und Endpunkte einer Brücke sein, während das Segment die tatsächlich von der Brücke überspannte Strecke ist. Derzeitige digitale Straßenkarten dieser Art sind von Firmen wie Navtech, TeleAtlas und ETAK kommerziell erhältlich.

In Wirklichkeit kreuzen sich Straßen jedoch nicht in Punkten. Die Mittellinie der Fahrbahnen auf einer Straße können sich in einem Punkt kreuzen, die Verwendung vieler Knoten je Kreuzung ist jedoch nicht mit derzeitigen Modellen vereinbar und auch sehr komplex.

Es besteht daher Bedarf für eine hochgenaue digitale Straßenkarte und ein Verfahren zur Herstellung derselben, die genaue Einzelheiten der Fahrbahn­ positionen und andere Merkmale bereitstellt. Derartige hochgenaue Straßenkarten sind für die nächste Generation von Anwendungen dieser Karten in Fahrzeugen erforderlich, wie beispielsweise Steuerungssystemen für das Fahrzeug, die auf diesen Karten basieren.

Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Bedürfnisse, indem sie digitale Straßenkarten bereitstellt, die dadurch hergestellt werden, daß das Straßen- und Fahrbahnnetz als eine Menge von geometrischen Formen (wie beispielsweise Fahrbahnen) dargestellt werden, die mit herkömmlichen Knoten und Segmenten nur zum Zweck der Indexierung verknüpft sind.

In dieser Darstellung haben die Knoten und Segmente keine physische Bedeutung in Bezug auf die Karte.

Gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet die Kartendarstellung Segmente und Knoten als bloße Indizes in einer komplexeren Struktur. Vorteilhafterweise werden Verzweigungs- und Verschmelzungspunkte des Straßennetzes nicht durch eine physische Struktur, sondern durch das Auseinanderlaufen wirklicher, statistischer Wege von Fahrzeugen definiert. In dieser Hinsicht definieren die Anmelder einen Weg (Segment) als das gemeinsame Basiselement einer Gruppe von Leuten, die alle von Punkt A nach Punkt B unterwegs sind, wobei der Punkt B nicht durch einen umrissenen physischen Ort, sondern stattdessen durch die Gedankenvorgänge des Fahrers hinsichtlich der Bedienung des Fahrzeugs angegeben wird. Auf diese Weise werden die betreffenden Punkte, wie beispielsweise Punkt B, durch das Fahrverhalten des Fahrers widergespiegelt, das über die Fahrdynamik und den Fahrzeugort relativ zu festen Orientierungspunkten gemessen wird.

Weitere Aufgaben, Vorteile und neue Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung der Erfindung offenbar, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen studiert wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Verzweigungs- und Verschmelzungspunkte gemäß der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer Straßenkreuzung veranschau­ licht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Es versteht sich, daß Fahren aus mehreren Tätigkeiten besteht. Auf oberster Ebene ist der Fahrer in die Streckenplanung involviert, während der Fahrer auf einer mittleren Ebene die Fahrzeuggeschwindigkeit anpaßt, um anderen Fahrzeugen auszuweichen oder um eine Lücke im Verkehrsfluß zu öffnen oder zu schließen. In dieser Hinsicht beruhen Geometrieverfeinerungs- Algorithmen auf dem Umstand, daß die Fahrer auf einer unteren Ebene sehr grundlegende Vorhaben durchführen, wie beispielsweise das Verfolgen einer Fahrbahn oder das Abbiegen von einer Straße in eine andere an einer Kreuzung. Diese Vorhaben sind im allgemeinen von der Umgebung unabhängig, d. h. von der Gegenwart anderer Fahrzeuge. Es kann daher im allgemeinen angenommen werden, daß alle Leute versuchen, einer festen imaginären Linie auf der Straße im Rahmen persönlicher Toleranzen zu folgen, wenn sie versuchen, einer Fahrbahn zu folgen. Diese feste, imaginäre Linie kann daher als die ideale Wegstrecke definiert werden.

Selbst wenn ein Fahrer an einer Ecke abbiegt, gibt es eine ideale Wegstrecke, die den Übergang von einer gegebenen Fahrbahn auf einer gegebenen Straße auf eine gegebene Fahrbahn auf einer anderen Straße darstellt.

Allgemein steht ein Fahrer auf der unteren Ebene immer dem Problem gegenüber, von Punkt A nach Punkt B zu kommen, wobei Punkt B nur einige zehn Meter voraus liegt. Es gibt viele Fahrer, die einen Punkt A, z. B. die Mitte einer Fahrbahn, passieren und wünschen, zu Punkt B zu kommen, z. B. der Fahrbahnmitte 40 Meter weiter vorn. Von all diesen Fahrern kann angenommen werden, daß sie dem gleichen idealen Weg folgen. Die Geometrieverfeinerungs-Algorithmen versuchen daher, diesen gleichen idealen Weg durch statistisches Kombinieren der Wege aller von Punkt A nach Punkt B fahrenden Fahrer zu finden.

Bei dieser Methode gemäß der Erfindung wird das Geometrieverfeinerungsproblem zu einem Problem der Identifizierung aller von Punkt A nach Punkt B fahrenden Fahrer gegenüber den beispielsweise von Punkt A nach Punkt C fahrenden. Sobald dies erfolgt ist, kann ein üblicher Statistikalgorithmus verwendet werden. Die folgende Kartenbeschreibung ist dazu bestimmt, diese Methode aufzuzeigen.

Als ein Beispiel dieser Bezugnahme auf Fig. 1, sei angenommen, daß zwei Fahrer H und F eine lange Straße entlang fahren und sich einer Kreuzung nähern, an der H geradeaus weiterfahren und F nach links abbiegen wird. Wenn sie 1000 Meter von der Kreuzung entfernt sind, sind sowohl H als auch F darauf konzentriert, zur Mitte der Fahrbahn, etwa 40 Meter voraus, zu gelangen. An einem Punkt weichen ihre Vorhaben jedoch voneinander ab. H ist immer noch auf einen Punkt 40 Meter voraus konzentriert, aber F ist bemüht, auf die kreuzende Straße zu kommen. An diesem Punkt laufen ihre zwei Wege auseinander, was als ein Verzweigungspunkt bezeichnet wird, und sie sollten nicht länger zur Geometrieverfeinerung kombiniert werden. Umgekehrt wird nach dem Passieren der Kreuzung das Vorhaben und der augenblickliche Ort von F identisch zu denen eines anderen Fahrers E sein, der auf entgegengesetztem Weg geradeaus über die Kreuzung gefahren ist. Dies wird daher zu einem Verschmelzungspunkt, und die Wege können daher kombiniert werden.

Es gibt jedoch einige Fahrvorhaben, die sich nicht zum Gruppieren eignen. Das Vorhaben des Fahrbahnwechsels kann an jedem beliebigen Punkt längs der Straße vorkommen. Falls A der Ausgangspunkt ist (die Mitte der Fahrbahn 1) und B das Ziel (die Mitte der Fahrbahn 2, 30 Meter weiter die Straße entlang) wird es sehr wenige Fahrer mit dem gleichen von-A-nach- B-Vorhaben geben und jeder Fahrer wird ein unterschiedliches A oder B haben. Die Geometrieverfeinerungsaufgabe schließt diese einzelnen Vorhaben aus und vermerkt nur, daß ein Fahrbahnwechsel in dem ungefähren Bereich des beobachteten Fahrbahnwechsels möglich ist.

Um die Geometriedarstellungsaufgabe zu vereinfachen, werden weniger genaue digitale Karten, wie die von Navtech bereitgestellten, für Identifizierer und Netzinformationen verwendet. Auf alle Wege wird durch die Navtech Segment ID's Bezug genommen. Die Navtech Hilfsmittel stellen daher ein Verfahren zum raschen Identifizieren von Wegen in einem gegebenen Bereich und zur Verkehrsleitung auf hohem Niveau dar. Die Navtech- Karte wird jedoch jenseits eines ziemlich groben Index zur verfeinerten Weggeometrie (basierend auf Segment und Knoten ID's) nicht als Referenz verwendet.

Um Wege in vernünftige Segmente zu unterteilen, werden Wege willkürlich an ihren Punkten größter Nähe zu einem Navtech-Knoten zerteilt. Zusätzlich gibt es viele Wege, die nur innerhalb einer Kreuzung existieren (z. B. Abzweigungswege), die mit einem Navtech-Knoten verknüpft werden kann, und nicht mit einem Navtech- Segment. Die Zuordnung von Wegen zu Segmenten oder Knoten ist etwas willkürlich. Obschon Verzweigungs- und Verschmelzungspunkte nicht notwendigerweise irgendeine Verbindung zu einem Navtech-Knoten haben, ist jeder Verzweigungs- und Verschmelzungspunkt gemäß der Erfindung mit einem naheliegenden Knoten verknüpft, der Strukturen zur Bestimmung von Verzweigungswahrschein­ lichkeiten enthält. Wenn das komplette Wegenetz in einem Bereich modelliert werden soll, müssen daher alle in der Nähe liegenden Segmente und Knoten nach relevanter Information abgefragt werden. Diese Methode, so wenig Information der Navtech-Karte zu verwenden wie möglich, entkoppelt vorteilhafterweise die verfeinerte Karten-Datenbank von allen vorhandenen Geometriefehlern in der Navtech-Datenbank.

Karten dieser Art, die Verzweigungs- und Verschmelzungspunkte verwenden, die nur zu Indexierungszwecken mit herkömmlichen Knoten und Segmenten verknüpft sind, werden über die nächsten 20 Jahre viele neue Anwendungen im Bereich der Fahrzeugsicherheit und des Komforts ermöglichen.

Die vorstehende Offenbarung erfolgte nur, um die Erfindung zu veranschaulichen, und ist nicht begrenzend gemeint. Da Modifikationen der offenbarten Ausführungsformen, die die Idee und den Kern der Erfindung umfassen, für Fachleute offensichtlich sind, ist die Erfindung so auszulegen, daß sie alles innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche und von Äquivalenten hiervon umfaßt.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung einer genauen digitalen Straßenkarte für Fahrzeuganwendungen, mit folgenden Verfahrensschritten:
Erstellen einer herkömmlichen Straßenkarte mit traditionellen Segmenten und Knoten, und
Darstellen eines Straßennetzes der genauen digitalen Straßenkarte als Menge geometrischer Formen, die mit den traditionellen Segmenten und Knoten indexiert sind.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Verfahrensschritt des Darstellens den Verfahrensschritt des Identifizierens von Verzweigungs- und Verschmelzungspunkten des Straßennetzes durch das Auseinanderlaufen beziehungsweise Zusammenlaufen von idealen Wegen von Fahrzeugen umfaßt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die idealen Wege durch statistisches Kombinieren der wirklichen Wege von Fahrzeugen erhalten wird, die zwischen den gleichen Punkten unterwegs sind.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei der Verfahrensschritt des statistischen Kombinierens einen Geometrieverfeinerungs-Algorithmus verwendet.

5. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei jeder identifizierte Verzweigungs- und Verschmelzungspunkt mit einem in der Nähe gelegenen traditionellen Knoten der herkömmlichen digitalen Karte verknüpft ist, die Merkmalsinformationen enthält.

6. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei ein idealer Weg als gemeinsames Basiselement einer Gruppe von Fahrern definiert ist, die alle zwischen Punkt Eins und Punkt Zwei unterwegs sind, wobei Punkt Zwei das von einem Fahrer während des Fahrens ins Auge gefaßte Ziel darstellt.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die geometrischen Formen Straßenfahrbahnen umfassen, die von den Fahrzeugen befahren werden.

8. Genaue digitale Straßenkarte mit:
einem Straßennetz, das als Menge geometrischer Formen dargestellt wird, die mit traditionellen Segmenten und Knoten einer herkömmlichen digitalen Karte indexiert sind,
wobei Verzweigungs- und Verschmelzungspunkte des Straßennetzes durch das Auseinanderlaufen beziehungsweise Zusammenlaufen von idealen Wegen von Fahrzeugen identifiziert werden, wobei die idealen Wege statistische Kombinationen wirklicher Wege von Fahrzeugen sind, die zwischen den gleichen Punkten unterwegs sind.

9. Genaue digitale Straßenkarte gemäß Anspruch 8, wobei jeder identifizierte Verzweigungs- und Verschmelzungspunkt mit einem in der Nähe gelegenen traditionellen Knoten der herkömmlichen digitalen Karte verknüpft ist, die Merkmalsinformationen enthält.

10. Genaue digitale Straßenkarte gemäß Anspruch 8, wobei ein idealer Weg als gemeinsames Basiselement einer Gruppe von Fahrern definiert ist, die alle zwischen Punkt Eins und Punkt Zwei unterwegs sind, wobei Punkt Zwei das von einem Fahrer während des Fahrens ins Auge gefaßte Ziel darstellt.

11. Genaue digitale Straßenkarte gemäß Anspruch 8, wobei die geometrischen Formen Straßenfahrbahnen umfassen, die von Fahrzeugen befahren werden.