DE20022813U1

DE20022813U1 - Navigationsgerät

Info

Publication number: DE20022813U1
Application number: DE20022813U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1999-04-15
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2002-05-16
Anticipated expiration: 2010-04-08
Also published as: WO2000063842A1

Description

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Beschreibung

Navigat ionsgerät
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Die Erfindung betrifft ein Navigationsgerät mit einer Anzeigeeinrichtung, einer Positionsbestimmungseinheit und einem Speichermedium, auf dem linienförmige Straßensegmente einer digitalen Straßenkarte gespeichert sind oder speicherbar sind.

Digitale Straßenkarten für Navigationssysteme weisen in der Regel ein Netzwerk aus linienförmigen Straßensegmenten auf. Werden diese Straßensegmente als Straßenkarte ohne zusätzliehe Aufbereitung wiedergegeben, erfolgt die Darstellung der Straßen als Linien.

Die Patentanmeldung EP 0 579 451 Al betrifft die Erzeugung einer Animation mit einer Reihe von Straßenzeichnungen. Straßensegmente werden mit ihren Begrenzungslinien wiedergegeben. Treffen Straßensegmente in einem Winkel aufeinander, so werden die Straßenecken durch Kreisbögen ersetzt. Treffen unterschiedlich breit darzustellende Straßenabschnitte aufeinander, wird ein Verjüngungsabschnitt in Form von geraden Linien eingefügt. Die Gestaltung der Straßenecken und die Abstimmung unterschiedlich breiter Straßenabschnitte aufeinander muß unter Einsatz unterschiedlicher Verfahren erfolgen. Gewisse Straßenkonturen und Straßenkonfigurationen, beispielsweise Verkehrsinseln, können nicht realistisch wiedergegeben wer-0 den.

Aus der Patentanmeldung EP 0 807 803 A2 ist eine Lesevorrichtung für Straßenkartendaten bekannt, bei der die zu speichernde Menge der Straßenkartendaten möglichst stark reduziert werden soll. Um eine linienförmige Kurve auf Grundlage von möglichst wenigen abgespeicherten interpolierten Punkten wiederzugeben, wird die Verwendung einer Kurven-Interpolation

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vorgeschlagen. Hierdurch kann die Form der Kurve beibehalten werden, da statt gerader Verbindungslinien zwischen einer Vielzahl von interpolierten Punkten, gekrümmte Linien zwischen einer geringeren Anzahl von Interpolationspunkten erzeugt werden. Dabei sollten die gekrümmten Linien jeweils durch die Interpolationspunkte führen.

Aus der Offenlegungsschrift DE 42 19 326 Al ist bekannt, eine Straße durch zwei gerade Begrenzungslinien wiederzugeben und Straßenkreuzungen mit Symbolen darzustellen. Den Straßenkreuzungen müssen jeweils bestimmte Symbole zugeordnet werden. Die Symbole müssen zusätzlich zu den Daten der Straßensegmente gespeichert werden. Ferner ergibt sich durch die Darstellung der Straßen als gerade Linien und durch die Verwendung von Symbolen für Straßenkreuzungen eine unnatürliche Darstellung.

In der Patentschrift US 5,787,382 wird eine Darstellung von Straßenkarten beschrieben, die darauf beruht, daß die Gestal-0 ten der Kreuzungen zusätzlich zu den Daten der digitalen Straßenkarte gespeichert sind. Für die Darstellung auf einem Bildschirm werden die Daten für die Straßen mit den Daten für die Kreuzungen überlagert.

Aus der Patentschrift EP 0 406 946 Bl ist bekannt, linienförmige Straßensegmente als Polygonflächen darzustellen. Die an Straßenkreuzungen auftretenden Schnittstellen werden linear interpoliert, so daß die Begrenzungslinien der Straßen an Kreuzungen unnatürlich eckig gestaltet sind.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Navigationsgerät bereitzustellen, das in der Lage ist, die Daten von herkömmlichen digitalen Straßen-Datenbanken zu benutzen und keine vordefinierten Symbole benötigt, um aufeinandertreffende Straßen natürlich darzustellen.

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Dieses Ziel wird mit einem Navigationsgerät erreicht, wie es im Anspruch 1 definiert ist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß werden Straßensegmente, die in der Regel durch Knotenpunkte definiert sind, mit Begrenzungslinien versehen.

Im Bereich von Schnittpunkten oder Kreuzungen zwischen Straßensegmenten werden die Begrenzungslinien zu einem gekrümmten Verlauf mittels einer nichtlinearen Interpolation verzerrt. Dies ergibt eine natürliche, realistische Wiedergabe, da aufeinandertreffende Straßen - entgegen der in einer digitalen Straßenkarte gespeicherten Information - im Bereich ihrer Schnittpunkte keine Kanten bilden.

Bei der nichtlinearen Interpolation der Straßensegmente oder deren Begrenzungslinien werden diejenigen Punkte, die näher am Schnittpunkt der Straßensegmente liegen, weiter von der durch die digitale Straßenkarte bestimmten Position entfernt als weiter vom Schnittpunkt entfernt liegende Punkte. Bekannte Funktionen, mit denen dies bewerkstelligt werden kann sind beispielsweise Bezier-Kurven und Polynominterpolationen.

Eine besonders realistische Kartendarstellung auf einer Anzeigevorrichtung läßt sich auch bewerkstelligen, wenn Straßensegmente oder deren Begrenzungslinien bearbeitet werden, deren Verlauf durch mindestens einen Gestaltungspunkt definiert wird. Der Gestaltungspunkt definiert dabei vorzugsweise einen von einer Geraden abweichenden Straßenverlauf. Ein durch die Gestaltungspunkte definierter, nicht der Realität entsprechender Polygonzug kann durch die Bearbeitung geglättet werden und die störenden Kanten des Polygons, also des wiederzugebenden Straßenverlaufs, können entfernt werden.

Insbesondere bei einer starken Vergrößerung eines Abschnitts einer Straßenkarte ergibt sich für den Betrachter ein realis-

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tisches, angenehmes Bild, in dem eine Orientierung besonders leicht fällt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der nachfolgenden Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Figur 1 ein Navigationsgerät,
Figur 2 linienförmige Straßensegmente,

Figur 3 Straßensegmente und Schnittpunkte zwischen Straßensegmenten nach ihrer Umwandlung,

Figur 4 mehrere Straßensegmente und Schnittpunkte, die umgewandelt werden,
Figur 5 weitere Straßensegmente und Schnittpunkte bei der

Umwandlung,
Figuren 6 bis 16 die Umwandlung der Begrenzungslinien von

aufeinandertreffenden Straßensegmenten,

Figur 17 einen Abschnitt einer Straßenkarte mit Straßenkurven vor der Umwandlung,

Figur 18 die Straßensegmente von Figur 17 nach ihrer Interpolation, und

Figur 19 ein Ablaufdiagramm für die Behandlung von Straßensegmenten einer digitalen Straßenkarte. 25

Figur 1 veranschaulicht ein Navigationsgerät 1 mit einem Arbeitsspeicher 11 und einer als Mikroprozessor ausgebildeten Umwandlungseinheit 12. Ein Entfernungsmesser 13 und ein Richtungsmesser 14 dienen zur Positionsbestimmung über Koppelnavigation. Ein nicht dargestellter GPS-Sensor ist genauso wie der Entfernungsmesser 13, der Richtungsmesser 14 und ein Laufwerk 16 für ein Speichermedium 161 über einen Systembus 15 mit dem Mikroprozessor verbunden.

Beim Speichermedium 161 handelt es sich um eine DVD (Digital Versatile Disc).

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Eine Anzeigeeinrichtung 17 wird über eine Bildsteuereinheit 18 zur Ausgabe von Bildinformation und insbesondere zur Darstellung von Straßenkarten angesteuert. Die Bildsteuereinheit 18 steht wiederum über dem Systembus 15 mit dem Mikroprozessor in Verbindung.

Figur 2 veranschaulicht einen Ausschnitt einer digitalen Straßenkarte mit einem Netzwerk an Straßensegmenten 2. Mehrere aufeinandertreffende Straßensegmente weisen Knoten oder Schnittpunkte 23 auf.

Figur 3 zeigt denselben Abschnitt der digitalen Straßenkarte, nachdem die Straßensegmente 2 mit Begrenzungslinien 21 versehen wurden. Die Begrenzungslinien 21 sind im Bereich aufeinandertreffender Straßensegmente 2 oder von Schnittpunkten 23 nichtlinear interpoliert oder verzerrt. Die linien- oder strichförmigen Straßensegmente 2 sind als Mittellinien wiedergegeben .

An den Schnittpunkten 23 stoßen die Begrenzungslinien nicht geradlinig in einem bestimmten Winkel aufeinander, sondern weisen Krümmungen oder Kurven auf. Die von Straßen eingerahmten Füllflächen sind in gleicher Weise behandelt, so daß sie an Ecken abgerundet sind.

Aus Figur .4 wird der Prozeß des Umwandeins oder Interpolierens der Straßen-Begrenzungslinien 21, die aus geradlinigen, linienförmigen Straßensegmenten der digitalen Straßenkarte gebildet sind, für den Bereich um aufeinandertreffende Straßensegmente deutlich.

Im Bereich der Schnittpunkte 23 wurde der Verlauf der Begren zungslinien 21 aufeinandertreffender Straßensegmente durch nichtlineare Interpolation der Begrenzungslinien geglättet. Hierzu wird im Bereich der Schnittpunkte 23 jeweils eine Kur ve 24 angelegt.

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In Figur 5 wird dasselbe Verfahren anhand eines anderen Ausschnitts aus der digitalen Straßenkarte veranschaulicht. Die auszugebenden Straßensegmente wurden wiederum mit Begrenzungslinien 21 versehen und an Schnittpunkten 23 oder Knoten zwischen verschiedenen Straßensegmenten nichtlinear durch An legen von Kurven im Bereich der Schnittpunkte interpoliert.

Hierzu wurden Bezier-Kurven verwendet. Die Darstellung der Bezier-Kurven erfolgte mit dem de-Casteljau-Algorithmus. Die Punkte b"(t) der Bezier-Kurve ergeben sich aus:

wobei {r = l,...,n;i = 0,...,n-r} durch die Folge von Punkten b;(i = 0,...,n) als Bezier-Punkte des Bezier-Polygons gegeben sind. Die Punkte 6,(/ = 0,...,n) sind die durch die Geo-Koordinaten der Straßensegmente vorgegebenen Kontrollpunkte. Diese Kontrollpunkte definieren den zu interpolierenden Linienzug einer Begrenzungslinie an Schnittstellen S. Ein Punkt auf der Bezier-Kurve entspricht einem Parameterwert te [0 ... 1].

Die Figuren 6 bis 8 zeigen die Umwandlung oder nichtlineare Interpolation von Begrenzungslinien von Straßensegmenten, die in einem Winkel von weniger als 180° aufeinandertreffen und sich schneiden.

Die Punkte Al, Bl, B2 und A2 sind die durch die Geo-Koordinaten vorgegebenen Kontrollpunkte bi. Genauer sind Al und A2 die Endpunkte der dargestellten Bezierkurven. Bl und B2 sind Bezier-Konstruktionspunkte. Ferner bedeuten die vorgebbaren Parameter wl und w2 jeweils die Distanzen zur Bestimmung der Lagen der Endpunkte Al und A2, wobei jeweils von der zugehörigen Schnittstelle S ausgegangen wird.

Die Figuren 9 und 10 zeigen die Umwandlung von Begrenzungslinien von Straßensegmenten. Die Straßensegmente treffen ebenfalls in einem Winkel von weniger als 180° aufeinander. Je-

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doch schneiden sich die Begrenzungslinien der aufeinandertreffenden Straßen nicht.

In den Figuren 11 bis 13 ist die Umwandlung von Begrenzungslinien von Straßensegmenten dargestellt, die in einem Winkel von mehr als 180° aufeinandertreffen und deren Begrenzungslinien sich schneiden.

Die Figuren 14 und 15 verdeutlichen ebenfalls die Umwandlung von Begrenzungslinien im Bereich aufeinandertreffender Straßensegmente, die in einem Winkel von mehr als 180° aufeinandertreffen. Jedoch schneiden sich die Begrenzungslinien der Segmente nicht.

Figur 16 zeigt die Umwandlung der Begrenzungslinien zweier aufeinandertreffender Segmente, die in einem Winkel von 180° aufeinandertreffen. Den Straßensegmenten sind unterschiedliche Straßenbreiten zugeordnet. Diese Zuordnung erfolgt aufgrund der unterschiedlichen Klassifikation der Straßen als Autobahnen, Bundesstraßen, Ortsverbindungsstraßen, Haupt- und Nebenstraßen und dergleichen.

Figur 17 veranschaulicht mit Begrenzungslinien versehene Straßensegmente 2, die durch Gestaltungspunkte (shape points) voneinander getrennt sind. Die Gestaltungspunkte entsprechen bestimmten Geokoordinaten und definieren einen Kurvenverlauf eines Straßensegments. Aufgrund dieser Gestaltungspunkte 22, die jeweils durch Linien oder Vektoren mit weiteren Gestaltungspunkten oder mit Knoten zur Bildung von Straßen verbunden sind, ergibt sich ein mit Ecken versehener Kurvenverlauf.

In Figur 18 sind die Kurvenverläufe durch eine nichtlineare Interpolation geglättet. Dies ergibt eine deutlich natürlichere und angenehmere Wiedergabe der Straßensegmente.

Im Gegensatz zur oben beschriebenen Interpolation der Bereiche oder Schnittpunkte aufeinandertreffender Straßensegmente,

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liegen hier die verzerrten Begrenzungslinien auf den Gestaltungspunkten. Genauer liegt der Gestaltungspunkt auf der Mittellinie der Straße, also auf dem ursprünglichen, linienförmigen Straßensegment. Das heißt, daß die Begrenzungslinien im Schnittpunkt von Straßensegmenten, die in einem Gestaltungspunkt aufeinandertreffen, nicht verzerrt werden.

Anders als bei Figur 17 sind die eine Straße bildenden einzelnen Straßensegmente nicht mehr erkennbar.

Zur Interpolation der Straßensegmente 2 eignet sich eine Spline-Interpolation, insbesondere mit C²-stetiger kubischer Interpolation. Dabei wird ein aus den Geodäten, die die Gestaltungspunkte 22 definieren, bestimmtes B-Spline-Kontrollpolygon mit zentripedaler Parametrisierung und Besselscher Endbedingung eingesetzt.

Figur 19 beschreibt die Schritte, mit denen eine Interpolation der Schnittpunkte und der Segmente mit den Gestaltungspunkten erfolgt.

Zunächst wird eine Schleife über alle für die Bildausgabe bestimmten Straßensegmente gebildet. Es werden für die durch Geokoordinaten als Linien oder Vektoren definierten Straßensegmente jeweils ein rechtes und ein linkes Polygon zur Bestimmung von Begrenzungslinien für die Straßensegmente berechnet. Dabei wird eine Spline-Interpolation angewandt, um einen kantigen Straßenverlauf zu glätten. Anschließend werden alle Knoten oder Schnittpunkte bearbeitet.

Zu jedem Schnittpunkt werden alle dazugehörigen Straßensegmente ermittelt. Die Schnittpunkte sich entsprechender Begrenzungslinien (Polygone) werden paarweise berechnet.

In einer weiteren Schleife wird eine nichtlineare Interpolation (vorzugsweise Bezier-Interpolation) für alle berechneten Schnittpunkte zwischen Begrenzungslinien angewendet.

Claims

1. Navigationsgerät mit einer Anzeigeeinrichtung (17), einer Positionsbestimmungseinheit (13, 14) und einem Speichermedium (161), auf dem linienförmige Straßensegmente (2) einer digitalen Straßenkarte gespeichert sind oder speicherbar sind, gekennzeichnet durch eine Umwandlungseinheit (12) zur Umwandlung der linienförmigen Straßensegmente (2) in Flächen mit Begrenzungslinien (21), die im Bereich von aufeinandertreffenden Straßensegmenten (2) durch nichtlinearte Interpolation zu einem gekrümmten Verlauf verzerrt sind, wobei die unverzerrten Schnittpunkte (23) der Begrenzungslinien nicht auf der wiederzugebenden, interpolierten Begrenzungslinie liegen.

2. Navigationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungseinheit (12) die Begrenzungslinien (21) im Bereich aufeinandertreffender Straßensegmente (2) durch Bézierkurven oder eine Polynominterpolation verzerrt.

3. Navigationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fahrzeugposition ermittelt wird und die Fahrzeugposition in den aufbereiteten Straßensegmenten wiedergegeben wird.