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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Genauigkeit sensorerfasster Positionsdaten. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung dieser korrigierten Positionsdaten zur insbesondere automatisierten Erstellung und/oder Korrektur einer digitalen Straßenkarte.
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Kartierungsprojekte verwenden in der Regel ein GPS oder allgemeiner GNSS System zur Selbstpositionierung. Dies gilt sowohl für kommerzielle Anbieter als auch für Communityprojekte wie z. B. OpenStreetMap. Problematisch hierbei ist die Ungenauigkeit des Positionierungssignals, dessen Genauigkeit aufgrund der verfügbaren Satellitenkonstellation zeitabhängig und beispielsweise aufgrund von Häuserschluchten, Tunneln usw. umgebungsabhängig ist. Daher sind z. B. die Straßeninformationen (Koordinaten) in einer derart erstellten Kartensoftware mit Fehlern behaftet. Die Messungen erfolgen in der Regel durch Einzelmessungen. Zur Erhöhung der Genauigkeit kann eine Mehrfachmessung vorgenommen werden, wobei entweder mehrere Fahrzeuge verwendet werden oder aber ein mehrfaches Abfahren der Strecke zu unterschiedlichen Zeitpunkten vorgesehen ist. Die statistische Mittelung der erfassten Werte ist hierbei ebenfalls ein unpräziser Ansatz, da sie beispielsweise eine umgebungsabhängige Ungenauigkeit nicht korrigieren kann.
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Aus
DE 698 23 462 ist ein Verfahren zur Aktualisierung und Verbesserung einer geografischen Datenbank unter Verwendung einer Rückkoppelung bekannt. Rückkoppelung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine Vielzahl von Fahrzeugen, die Sensoren aufweisen, physische Merkmale eines geografischen Gebiets sammeln und an die Datenbank übermitteln. Den Datenelementen in dieser Datenbank können Vertrauensstufen zugeordnet werden. Die Vertrauensstufe ist eine Größe, die die Gewissheit angibt, mit der die Dateneinheit in der zentralen geografischen Datenbank mit dem tatsächlichen physischen Merkmal in dem geografischen Gebiet übereinstimmt. Die Vertrauensstufe eines Datenelements kann entsprechend der Häufigkeit und Frische, mit der das Merkmal von den Datensammelfahrzeugen erfasst wird, erhöht oder verringert werden. Hierbei findet allerdings nur eine zeitliche Korrektur statt, da lediglich die Frage betrachtet wird, ob ein gespeichertes geografisches Merkmal wahrscheinlich noch aktuell ist oder nicht. Durch das hier beschriebene Verfahren ist eine Erhöhung der Genauigkeit sensorerfasster Positionsdaten nicht möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die Genauigkeit sensorerfasster Positionsdaten erhöht werden kann. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit zu schaffen, durch die die Genauigkeit automatisiert erstellter oder korrigierter digitaler Straßenkarten erhöht werden kann.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 sowie durch die Merkmale des Anspruchs 13.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erhöhung der Genauigkeit sensorerfasster Positionsdaten umfasst die folgenden Schritte:
Mittels eines Sensors wird die Position eines ersten beweglichen Objekts bestimmt. Bei diesem Objekt kann es sich beispielsweise um ein Fahrzeug, z. B. einen Lkw handeln. Die Position eines zweiten Objekts wird von diesem zweiten Objekt zum ersten beweglichen Objekt übermittelt. Dies geschieht zu dem Zeitpunkt, in dem das erste bewegliche Objekt, das zweite Objekt passiert. Bei dem zweiten Objekt handelt es sich um ein Objekt, dessen Position mit höherer Genauigkeit bestimmbar ist als die Position des ersten beweglichen Objekts. Vorzugsweise ist das zweite Objekt unbeweglich und kann beispielsweise eine Mautstation, eine Straßenkreuzung, ein Gebäude oder Ähnliches sein. Wesentlich hierbei ist, dass die Position des zweiten Objekts mit einer hohen Genauigkeit bestimmt wurde und bekannt ist. Erfindungsgemäß erfolgt ein Korrigieren der sensorermittelten Position des ersten beweglichen Objekts auf Basis der übermittelten genaueren Position des zweiten Objekts.
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Durch die Verwendung der genaueren Positionsdaten des zweiten Objekts zum Korrigieren der sensorermittelten Position des ersten Objekts kann somit zunächst diese Position genauer bestimmt werden. Ferner können zukünftige oder zeitlich zurückliegende Positionen des ersten beweglichen Objekts auf Basis der übermittelten genaueren Position des zweiten Objekts korrigiert werden. Die Begriffe zukünftig oder zeitlich zurückliegend sind hierbei in Relation zu dem Zeitpunkt zu verstehen, an dem das erste bewegliche Objekt das zweite Objekt passiert.
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Dieser Zeitpunkt ist vorzugsweise als derjenige Zeitpunkt festgelegt, an dem der Abstand des ersten beweglichen Objekts zum zweiten Objekt kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert ist.
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Bevorzugt schließt das Korrigieren der mittels des Sensors bestimmten Position des ersten beweglichen Objekts das Berechnen eines Fehlers in dieser sensorermittelten Position basierend auf der Differenz dieser Position zur ermittelten genaueren Position des zweiten Objekts ein.
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Weiterhin ist es möglich, die mittels Sensoren ermittelten Positionen weiterer beweglicher Objekte, beispielsweise weiterer Fahrzeuge, die in einem definierten Zeitfenster um den Zeitpunkt, an dem das erste bewegliche Objekt das zweite Objekt passiert, ebenfalls das zweite Objekt passieren, auf Basis des berechneten Fehlers in der sensorermittelten Position des ersten beweglichen Objekts zu korrigieren. Insbesondere umfasst die Korrektur der sensorermittelten Positionen der weiteren betätigten Objekte auch die Korrektur von zukünftigen und zeitlich zurückliegenden Positionen dieser Objekte.
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Es ist bevorzugt, dass den weiteren beweglichen Objekten nicht die Position des zweiten Objekts, sondern lediglich der berechnete Fehler der sensorermittelten Position des ersten beweglichen Objekts zum Zeitpunkt, an dem das erste bewegliche Objekt das zweite Objekt passiert, übermittelt wird.
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Die Übermittlung der Position des zweiten Objekts erfolgt vorzugsweise mittels einer Datenübertragung mit kurzer Reichweite. Insbesondere kann es sich hierbei um eine Infrarotübertragung oder die Verwendung einer Kurzreichweitenfunktechnik, beispielsweise DSRC handeln.
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Die Position des ersten beweglichen Objekts kann beispielsweise mittels GNSS bestimmt werden. Weiterhin können folgende Verfahren zur Bestimmung der Position des ersten beweglichen Objekts verwendet werden: Visuelle Positionsbestimmung durch Videodaten, indem Objekte wie z. B. Häuser auf dem Bild erkannt werden und daraufhin die Position bestimmt wird; Induktionsschleifen; Tags in der Fahrbahn; Lokalisierung mittels zellbasierter Funknetze, beispielsweise GSM-Triangulation; Lokalisierung mittels W-LAN, wobei hier Infrastruktureinheiten verwendet werden können, die am Straßenrand für eine Fahrzeug-zu-Infrastrukturkommunikation verwendet werden; Chips, die in die Fahrbahn eingelassen sind; Lokalisierung unter Verwendung einer Karte, eines Raddrehzahlsensors und eines Kompass. Bei der letzten Möglichkeit wird die Anzahl der möglichen Positionen auf der Karte schrittweise reduziert, so dass bei einer ausreichenden Genauigkeit des Kompass und der Raddrehzahlsensoren oft ein bis zwei Kilometer für die initiale Lokalisierung ausreichen.
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Das erste bewegliche Objekt kann beispielsweise ein Pkw, Lkw oder Motorrad sein, wobei es über die notwendige Übertragungstechnik verfügen muss, um die Position des zweiten Objekts mittels einer Datenübertragung zu empfangen.
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In einer alternativen Ausführungsform kann das zweite Objekt ebenfalls ein bewegliches Objekt sein, wobei seine Position mittels zusätzlicher und/oder genauerer Sensoren bestimmt, als die Position des ersten beweglichen Objekts, so dass die Position des zweiten beweglichen Objekts genauer ist.
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Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der unter Anwendung des bisher beschriebenen Verfahrens beschriebenen Positionsdaten eines oder mehrerer beweglicher Objekte zur insbesondere automatisierten Erstellung und/oder Korrektur einer digitalen Straßenkarte. Hierdurch ist es möglich, mit geringem Aufwand die Genauigkeit der erstellten digitalen Straßenkarten zu erhöhen. Insbesondere ist es nicht mehr notwendig, dass Mehrfachmessungen vorgenommen werden, beispielsweise dadurch, dass ein Fahrzeug eine bestimmte Strecke mehrmals abfährt oder mehrere Fahrzeuge zur Kartenerstellung verwendet werden. Weiterhin ist es möglich, auch umgebungsabhängige Ungenauigkeiten, die beispielsweise in einer GPS-Messung durch Häuserschluchten, Tunnel usw. verursacht werden können, zu korrigieren, da die erfindungsgemäße Korrektur der sensorerfassten Positionsdaten auch in Umgebungen funktioniert, in denen kein oder nur ein schlechtes GPS-Signal verfügbar ist.
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Eine unabhängige Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen plötzlicher und/oder temporärer Störungen und/oder Änderungen auf Verkehrswegen.
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Die Erstellung großer Datenbanken z. B. mit geografischen Daten, wie sie für Navigationsanwendungen verwendet werden, ist aufwändig und kostenintensiv. Die notwendigen Aktualisierungen des Datenmaterials beanspruchen regelmäßig große Ressourcen, beispielsweise wenn im Fall von Kartendaten neue oder geänderte Straßen einbezogen werden müssen. Die aktualisierten Kartendaten müssen nach der Aktualisierung wieder den Nutzern zur Verfügung gestellt werden. Dies kann beispielsweise durch Update-CD's geschehen. Bezüglich Kartendaten werden von größeren Anbietern Ansätze wie Map-Sharing der Nutzer untereinander (durch ein Peer to Peer System) oder Online-Updates verwendet. Hierdurch wird allerdings nur das Verteilungsproblem und nicht das Datenerfassungsproblem gelöst.
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Weiterhin ist aus dem Stand der Technik keine Möglichkeit bekannt, kurzfristig auftretende und/oder temporäre Störungen auf Verkehrswegen zu erfassen und bei der Navigation zu berücksichtigen.
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Aufgabe der Erfindung ist es ein einfaches Verfahren zum Erfassen plötzlicher und/oder temporärer Störungen und/oder Änderungen auf Verkehrswegen bereitzustellen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Verfahrensanspruch 14 sowie durch die Merkmale des Verwendungsanspruchs 16.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt ein bedarfsungebundenes Erfassen von Daten, die Informationen über Eigenschaften von Verkehrswegen enthalten, durch mehrere Sensoren in mehreren Fahrzeugen. Bedarfsungebunden bedeutet in diesem Zusammenhang, dass Daten erfasst werden, ohne dass diese konkreten Anwendungszielen der jeweiligen Sensoren bzw. deren primärem Anwendungszweck dienen. Dies kann beispielsweise in einer Phase der Unterauslastung oder Nichtverwendung der Sensoren erfolgen. Bei den durch die Sensoren bedarfsunabhängig erfassten Daten kann es sich beispielsweise um Kamerabilder, Position, Geschwindigkeit, Abstände zu den Leitplanken oder Gebäuden usw. handeln. Ferner können beispielsweise Daten durch Beschleunigungssensoren und weiteren Sensoren verwendet werden.
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Erfindungsgemäß werden die erfassten Daten an eine zentrale Auswerteeinheit übermittelt. Dies kann entweder unmittelbar nach dem Erfassen oder nach einem Zwischenspeichern (Caching) erfolgen, beispielsweise in Abhängigkeit der Datenkommunikationskosten, der Gesamtenergiebilanz oder der Auslastung des Sensor- oder Zielnetzwerkes. In der Auswerteeinheit erfolgt ein Fusionieren und/oder Kombinieren der übermittelten Daten der Einzelsensoren miteinander, so dass durch eine Auswertung der Gesamtheit der Daten Rückschlüsse auf das Vorhandensein plötzlicher und/oder temporärer Störungen und/oder Änderungen auf den Verkehrswegen möglich sind. Anders ausgedrückt, werden die übermittelten Daten nach ihrer Übertragung entsprechend der Art der Daten und ihrer Eignung prozessiert und mit anderen Datensätzen aus dem gleichen oder einem anderen Sensornetzwert kombiniert und fusioniert. Als mobiles Sensornetzwerk kann beispielsweise ein Fahrzeug betrachtet werden. Erst durch die Kombination der Daten in der Auswerteeinheit entsteht die Bedeutung der Daten bzw. erst dort können die Einzeldaten durch geeignete Verfahren verbessert werden. Beispielsweise kann durch eine zeitliche rückwärts und vorwärts gerichtete Verbesserung der bedarfsunabhängig erfassten Daten deren Informationsgehalt signifikant erhöht werden. Der Informationsgehalt einer Information, beispielsweise dass durchdrehende Räder an einem Fahrzeug detektiert wurden und somit gegebenenfalls die Fahrbahn vereist ist, kann durch Hinzuziehen weiterer Daten erhöht werden. Beispielsweise kann ein im Fahrzeug verbauter lokaler Temperatursensor hinzugezogen werden, um die Temperatur an der entsprechenden Position des Fahrzeugs zu prüfen. Ferner können genaue Wetterinformationen von Wetterstationen in der Auswerteeinheit betrachtet werden. Es können somit sowohl lokale Zusatzinformationen verwendet werden als auch solche, die durch die Auswerteeinheit ermittelt oder zur Verfügung gestellt werden.
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Durch die bedarfsunabhängige Datenerfassung wird die Funktionalität der Primärsysteme, die diese Daten nutzen, nicht beeinträchtigt. Durch die Bereitstellung und Sendung der Daten an die Auswerteeinheit durch eine Vielzahl von Systemen oder Fahrzeugen wird ein erheblicher Mehrwert erzeugt.
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Erfindungsgemäß werden derartige Sensoren verwendet, die dem Primärzweck der Fahrzeugsteuerung dienen oder in verbauten Sicherheitssystemen verwendet werden. Neben den bereits erwähnten Sensoren kann es sich beispielsweise um folgende Sensoren handeln: Längs- und Querbeschleunigungssensoren für ABS, ASR, Unfallerkennung, RADAR, LIDAR, Laser- oder Ultraschallsensoren, die eine Distanz- und Objekterkennung im Fahrzeugumfeld ermöglichen. Ferner können vorhandene GNSS-Sensoren, wie z. B. GPS verwendet werden. Außerdem ist die Verwendung von Daten von Rückfahrkameras möglich. Zur Übermittlung der erfassten Daten eignen sich existierende Kommunikationssysteme wie 2G und 3G-Mobilfunk oder W-LAN, DSRC, ferner Fahrzeug-zu-X-Kommunikation.
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Die von den Sensoren in verschiedenen Fahrzeugen erfassten Daten können in anonymisierter Form an die Auswerteeinheit übertragen werden. Dies kann auch zeitversetzt von ihrer Erfassung erfolgen, beispielsweise über einen kostenlosen eigenen W-LAN-Excess-Point zu Hause oder an einer Tankstelle oder anderen öffentlichen Einrichtungen, über einen günstigen Datentarif nachts mit UMTS, etc. Für das zeitversetzte Übermitteln ist eine Speicherung der erfassten Daten möglich. Die Übertragung über Fahrzeug-zu-X-Kommunikation an ein entsprechendes Infrastrukturelement ist ebenfalls kostenfrei.
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Bei einer beispielhaften Anwendung könnten auf einer Fahrstrecke, die Daten von Beschleunigungssensoren erfasst werden, die darauf hindeuten, dass auf der Fahrtstrecke besonders viele Schlaglöcher vorhanden sind. Diese bedarfsunabhängig erfassten Daten haben als Einzelinformation nur einen begrenzten Wert, da in diesem Beispiel auch das Fahrwerk eines einzelnen Fahrzeugs defekt sein könnte. Diese Einzelinformationen werden in der Auswerteeinheit erfindungsgemäß gesammelt und vorzugsweise mit weiteren Informationen z. B. Datums- und Zeitangaben kombiniert. Erhält das System nunmehr mehrfach die Information über einen schlechten Zustand einer Straße durch eine Kombination mehrerer bedarfsunabhängig erfasster Sensorwerte, so kann beispielsweise entweder das Kartenmaterial automatisch mit diesen Informationen vervollständigt werden oder diese Informationen an Fahrzeuge, die diese nutzen könnten, übermittelt werden. Weitere Rückschlüsse, die aus den erfassten Sensordaten gezogen werden könnten, ist z. B. dass auf einer Autobahn eine Spur gesperrt ist, eine Straße gesperrt oder eine Einbahnstraße ist oder Ähnliches.
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Wurden anhand des gerade beschriebenen Verfahrens mittels Sensordaten beispielsweise Informationen über den Zustand einer Fahrtstrecke an einer bestimmten Position gesammelt, so kann die Genauigkeit der Position durch das erste Verfahren, das in der vorliegenden Patentanmeldung beschrieben ist, beispielsweise im Wege einer Vorwärts und Rückwärtsannotation verbessert werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird eine plötzliche Änderung der Sensorsignale, die durch eine Vielzahl von Sensoren in verschiedenen Fahrzeugen an der gleichen Position registriert wird als Indikator für eine an dieser Position des Verkehrsweges aufgetretene Störung verwendet. Hierbei kann es sich beispielsweise um Blitzeis, ein Schlagloch durch Frost, Glattheit, die durch eine Ölspur verursacht wurde usw. handeln. Es werden somit erfindungsgemäß nicht nur langfristige Änderungen auf Verkehrswegen erfasst, sondern auch kurzfristige, plötzlich auftretende Änderungen oder Störungen.
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Diese erfassten plötzlichen und/oder temporären Störungen oder Änderungen auf Verkehrswegen können zur Anpassung von Navigationsinformationen oder -anweisungen verwendet werden. Insbesondere kann hierdurch die Prädiktion der voraussichtlichen Fahrtzeit durch ein Navigationssystem angepasst werden. Ist beispielsweise durch eine Kombination von Sensorinformationen eine einspurige Verkehrsführung eines Autobahnabschnitts bekannt geworden, so kann Navigationssystem basierend auf dieser Information die zu erwartende zukünftige Durchschnittsgeschwindigkeit auf diesem Autobahnabschnitt verringern und somit die erwartete Ankunftszeit entsprechend anpassen.
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Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand einer Figur erläutert.
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Die Figur zeigt eine schematische Ansicht eines Systems, anhand dessen das erfindungsgemäße Verfahren erläutert wird.
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In der Figur sind drei Fahrzeuge 10, 10' und 10'' dargestellt. Jedes dieser Fahrzeuge verfügt über einen GPS-Sensor 14, 14', 14'' durch den in Verbindung mit dem Satelliten 16 eine GPS-Bestimmung der Position der Fahrzeuge 10, 10', 10'' möglich ist. Bei dem zweiten Objekt 12 handelt es sich um eine Mautstation oder ein anderes Objekt, dessen genaue Position mit höherer Genauigkeit bekannt ist, die von den Fahrzeugen zu verschiedenen Zeitpunkten durchfahren wird.
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Beim Durchfahren der Mautstation 12 durch das erste Fahrzeug 10 wird die Position der Mautstation 12, die mit einer sehr hohen Genauigkeit bekannt ist, an das erste Fahrzeug 10, beispielsweise per Infrarot übermittelt. Die GPS-Position des ersten Fahrzeugs 10, die mittels des GPS-Sensors 14 ermittelt wurde, wird basierend auf der übermittelten genaueren Position der Mautstation 12 korrigiert. Dies erfolgt zu dem Zeitpunkt, an dem sich das erste Fahrzeug 10 unmittelbar an bzw. unter der Mautstation 12 befindet, d. h. die Mautstation 12 passiert. In der Figur ist schematisch der Schwellwert s eingezeichnet, der deutlich machen soll, dass der Zeitpunkt, zu dem das erste Fahrzeug 10 die Mautstelle 12 passiert, als der Zeitpunkt festgelegt wird, an dem der Abstand a des ersten Fahrzeugs 10 zur Mautstelle 12 kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert s ist. Selbstverständlich ist die Größe dieses Abstands s in der Praxis geringer als in der Figur dargestellt.
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Das Korrigieren der mittels des Sensors 14 bestimmten Position des ersten Fahrzeugs 10 schließt das Berechnen eines Fehlers in dieser sensorermittelten Position basierend auf der Differenz dieser Position zur übermittelten genaueren Position der Mautstelle 12 ein.
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Es erfolgt nicht lediglich eine Korrektur der Position des ersten Fahrzeugs 10 zum Zeitpunkt, an dem dieses Fahrzeug die Mautstelle 12 passiert. Vielmehr erfolgt auch eine Korrektur von zukünftigen oder zeitlich zurückliegenden Positionen des ersten Fahrzeugs 10 auf Basis der übermittelten genaueren Position der Mautstation 12.
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Weiterhin erfolgt ein Korrigieren der mittels Sensoren 14', 14'' ermittelten Positionen der weiteren Fahrzeuge 10', 10'', die in einem definierten Zeitfenster um den Zeitpunkt, an dem das erste Fahrzeug die Mautstation 12 passiert, ebenfalls die Mautstation passieren, auf Basis des berechneten Fehlers in der sensorermittelten Position des ersten Fahrzeugs. Auch hier kann die Korrektur der sensorermittelten Positionen der weiteren Fahrzeuge 10', 10'' die Korrektur von zukünftigen und zeitlich zurückliegenden Positionen umfassen. Bevorzugt wird den weiteren Fahrzeugen 10', 10'' nicht die Position der Mautstelle 12 selbst, sondern lediglich der berechnete Fehler der sensorermittelten Position des ersten Fahrzeugs 10 zum Zeitpunkt, an dem das erste Fahrzeug 10 die Mautstation 12 passiert, übermittelt.
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Das zweite Objekt, dessen Position mit einer höheren Genauigkeit bekannt ist, muss nicht unbedingt dem Fahrzeug aktiv das Durchfahren mitteilen. Beispielsweise könnte das Durchfahren auch von der Fahrzeugsensorik z. B. mit einer Kamera erkannt werden. Bei dem zweiten Objekt kann es sich beispielsweise auch um eine in die Fahrbahn eingelassene Bake, wie beispielsweise einen RFID-Chip handeln, der beim Überfahren detektiert wird.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren können neben den sensorerfassten Positionsdaten auch weitere sensorerfasste Daten in ihrer Genauigkeit verbessert werden.
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Die derart korrigierten Positionsdaten eines oder mehrerer Fahrzeuge 10, 10', 10'' können zur automatisierten Erstellung und/oder Korrektur einer digitalen Straßenkarte verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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