DE102017125332B4

DE102017125332B4 - Verfahren und System zur Positionsbestimmung einer mobilen Vorrichtung mittels Kartenabgleich

Info

Publication number: DE102017125332B4
Application number: DE102017125332.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Witych
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2022-06-23
Anticipated expiration: 2037-10-28
Also published as: DE102017125332A1

Abstract

Verfahren zur Positionsbestimmung einer mobilen Vorrichtung, umfassend die Schritte:- Bereitstellen einer digitalen Karte eines vorgegebenen Wegenetzes,- Bestimmen und Speichern von ersten Positionsinformationen der mobilen Vorrichtung zu mehreren aufeinanderfolgenden ersten Bestimmungszeitpunkten,- Bereitstellen wenigstens einer zweiten Positionsinformation wenigstens einer weiteren mobilen Vorrichtung,- Bestimmen wenigstens einer dritten Positionsinformation der mobilen Vorrichtung relativ zu der wenigstens einen weiteren mobilen Vorrichtung zu wenigstens einem dritten Bestimmungszeitpunkt, und- Neubestimmen einer zu einem der ersten Bestimmungszeitpunkte bestimmten ersten Positionsinformation der mobilen Vorrichtung, umfassend einen Abgleich der ersten, zweiten und dritten Positionsinformationen mit der digitalen Karte.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Position einer mobilen Vorrichtung unter Einsatz eines Kartenabgleichs sowie zur Durchführung des Verfahrens ausgebildete Vorrichtungen.
Globale satellitenbasierte Navigationssysteme, welche auch unter der Bezeichnung GNSS (Global Navigation Satellite System) bekannt sind, dienen beispielsweise der Positionsbestimmung und Navigation von Fahrzeugen oder mobilen Geräten, beispielsweise von Smartphones, welche einen GPS-Empfänger enthalten. Ein bekanntes GNSS-System ist das GPS (Global Positioning System), also das USamerikanische NAVSTAR-GPS-System.
Eine mittels GPS ermittelte Position kann durch Einsatz geeigneter Sensoren kurzzeitstabil extrapoliert werden. Als Sensoren können zu diesem Zweck beispielsweise Inertialsensoren, insbesondere Beschleunigungssensoren, eingesetzt werden. Bei fest eingebauten Systemen in Kraftfahrzeugen werden zudem beispielsweise Radsensoren verwendet. Solche Sensoren können besonders vorteilhaft bei einem kurzzeitigen Signalausfall eines GNSS-Systems, zum Beispiel bei Durchfahren eines Tunnels, eingesetzt werden.
Die Signalstärke der von Satelliten empfangbaren Signale nimmt Indoor, d.h. innerhalb von Gebäuden, schnell ab, so dass ein GNSS-System wie GPS zur Indoor-Positionsbestimmung in der Regel nicht einsetzbar ist. Zur Erhöhung der Signalverfügbarkeit eines GNSS-Systems ist der Einsatz sogenannter Pseudoliten bekannt, um die Satelliten zu ergänzen oder zu ersetzen. Ein Pseudolit ist ein am Boden angeordneter Sender, welcher Signale aussendet, die die Signale eines Satelliten nachahmen, so dass der GPS-Empfänger von einem Pseudoliten empfangene Signale so auswertet, als seien diese von einem Satelliten empfangen worden. Der Einsatz von Pseudoliten ist jedoch mit hohen Kosten verbunden, aufwendig und zudem aufgrund der Verwendung von für Satelliten reservierten Frequenzen problematisch.
Es sind ferner WLAN-basierte Positionsbestimmungs-Systeme bekannt, wobei WLAN (Wireless Local Area Network) ein lokales Funknetz bezeichnet, insbesondere basierend auf dem Standard IEEE 802.11, bei welchem zur Signalübertragung hauptsächlich Frequenzen im 2,4 GHz-Band verwendet werden. Die Positionsbestimmung innerhalb eines WLAN-Netzes erfolgt typischerweise mittels Lateration, ähnlich wie in einem GPS-Positionsbestimmungs-System, wobei in diesem Fall die Entfernung zu Zugangspunkten des WLAN, im Folgenden auch als Access Point oder kurz AP bezeichnet, durch ein WLANfähiges Endgerät bestimmt wird. Dazu muss die Position der jeweiligen Access Points bekannt sein und es müssen von mindestens drei Access Points Signale durch das jeweilige Endgerät empfangbar sein, wenn eine dreidimensionale Position bestimmt werden soll. Auch bei WLAN-basierten Positionsbestimmungs-Systemen kann die Genauigkeit der Positionsbestimmung durch Ausnutzen einer Überbestimmung erhöht werden, wenn Signale von mehr als drei Access Points empfangen werden. Dieses Verfahren wird daher auch als Trilateration oder Multilateration bezeichnet.
Die Entfernung zu einem Access Point wird dabei durch das WLAN-fähige Endgerät typischerweise mittels der Signalstärke oder mittels Signallaufzeiten eines von dem Access Point empfangenen Signals abgeschätzt. Die empfangene Signalstärke wird auch als RSS (Received Signal Strength) bezeichnet und nimmt unter normalen Umständen mit zunehmender Entfernung zum Access Point ab. Die empfangene Signalstärke wird in der Regel als RSSI-Wert (Received Signal Strength Indicator) angegeben, wobei ein höherer Wert einer höheren empfangenen Signalstärke entspricht. Zum Bestimmen eines RSSI-Wertes werden durch das Endgerät typischerweise vom Access Point gesendete sogenannte Beacons ausgewertet, wobei die Sendeleistung eines Beacons empfangsseitig bekannt ist oder eine diesbezügliche Information im Beacon mitgesendet wird, so dass aus der empfangenen Signalstärke ein Maß für die Abschwächung des Signals ermittelt werden kann, welches wiederum ein Maß für die Entfernung darstellt. Die Auswertung von Beacons ermöglicht ein Bestimmen der empfangenen Signalstärke, ohne sich mit dem WLAN-Netzwerk zu verbinden. Typischerweise senden Access Points in zyklischen Zeitabständen Beacons mit der niedrigsten einstellbaren Sendeleistung, um sicherzustellen, dass bei Erhalt eines Beacons durch ein Endgerät mit diesem auch eine stabile Verbindung aufgebaut werden kann.
Die zur Positionsbestimmung des Endgerätes benötigten Positionsinformationen der Access Points können beispielsweise in einer Datenbank oder Nachschlagetabelle hinterlegt sein, auf welche das Endgerät zugreifen kann, oder direkt in einem Speicher des Endgerätes hinterlegt sein.
WLAN-basierte Positionsbestimmungs-Systeme können ferner auch zur Verbesserung der Genauigkeit einer mittels GPS ermittelten Position oder zum Schließen von Verfügbarkeitslücken bei GPS eingesetzt werden.
Wenn die mit einem Ortungsverfahren gemessene geographische Koordinate direkt in das Koordinatensystem einer digitalen Karte abgebildet wird, so kann die wahre Position des Objektes in der Karte von der abgebildeten Position des Objektes in der Karte abweichen. Der Grund liegt zum einen in Messfehlern beim Ortungsverfahren, zum anderen in Ungenauigkeiten der Karte. Es ist bekannt, zum Ermitteln der wahren Position in der Karte einen auch als Map Matching bezeichneten Kartenabgleich durchzuführen, bei welchem die gemessene Position mit den Karteninformationen, insbesondere der Knoten-Kanten-Struktur eines Wegenetzes, abgeglichen wird, so dass die wahrscheinlichste Position des Objekts in der Karte ermittelt wird.
Vorteilhaft wird bei einem Map Matching eine gegebene Folge von mehreren in der Regel fehlerbehafteten Positionsmessungen eines bewegten Objekts, insbesondere eines bewegten Fahrzeuges, auf eine digitale Karte eingepasst.
Aus DE 10 2004 034 060 A1 ist ferner ein Verfahren zur Bestimmung einer Fahrzeugposition in einem Fahrzeugnavigationssystem bekannt, wobei Signale ausgewertet werden, die den Absolutbetrag einer momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder einer vom Fahrzeug zurückgelegten Strecke anzeigen, und wobei nach einem Stillstand des Fahrzeugs aus den Signalen errechnete mögliche Fahrzeugpositionen solange als mögliche Fahrzeugpositionen weiter verfolgt werden, bis durch Abgleich der weiter verfolgten Fahrzeugpositionen mit ein Verkehrswegenetz repräsentierenden Daten und/oder mit Positionsinformationen weiterer Positionsbestimmungsmittel eine der möglichen Fahrzeugpositionen als die korrekte Fahrzeugposition feststellbar ist.
Aus DE 10 2015 206 342 A1 ist ein Verfahren zur Korrektur einer Position eines Fahrzeugs mit einem globalen Satellitennavigationssystem GNSS zum Bestimmen der Eigenposition bekannt, bei welchem zunächst eine erste Position des Fahrzeugs mittels GNSS ermittelt und durch Einpassen der ersten Position in eine Straße einer digitalen Karte eine zweite Position des Fahrzeugs ermittelt wird, wobei ein realer Abstand zwischen dem Fahrzeug und einem Objekt im Umfeld des Fahrzeugs mittels eines Sensors des Fahrzeugs ermittelt und ein errechneter Abstand zwischen der zweiten Position und dem Objekt berechnet wird, wobei eine korrigierte Position des Fahrzeugs durch Minimieren der Abweichung des errechneten Abstands vom realen Abstand ermittelt wird.
In DE 10 2008 012 655 A1 wird ein Verfahren zur Bestimmung einer relativen Position zwischen zwei Fahrzeugen beschrieben, bei welchem die Positionsdaten des benachbarten Fahrzeugs an das andere Fahrzeug übermittelt werden, beispielsweise durch direkte Fahrzeug-zu-Fahrzeug Kommunikation. Auch in US 5,999,880 A wird ein Verfahren zur Bestimmung einer relativen Position zwischen zwei Fahrzeugen beschrieben, bei welchem eine direkte Kommunikation zwischen benachbarten Fahrzeugen erfolgt.
Aus US 2008/0243378 A1 ist ein System und ein Verfahren für Fahrzeugnavigation und -lenkung mit absoluten und relativen Koordinaten bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie die Bestimmung der Position einer mobilen Vorrichtung auf einer digitalen Karte unter Einsatz eines Map Matching-Verfahrens verbessert werden kann, insbesondere auch für eine Positionsbestimmung innerhalb von Gebäuden.
Ein Kerngedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, ein auf herkömmliche Weise für eine mobile Vorrichtung durchgeführtes Map Matching-Verfahren dadurch zu verbessern, dass in das Map Matching Positionsinformationen wenigstens einer weiteren mobilen Vorrichtung einbezogen werden, wobei zu diesem Zweck durch wenigstens eine Messung ein geometrischer Bezug der mobilen Vorrichtungen zueinander bestimmt wird.
Das oben genannte technische Problem wird zum einen durch die Verfahrensschritte des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach wird ein Verfahren zur Positionsbestimmung einer mobilen Vorrichtung zur Verfügung gestellt, welches vorsieht, dass eine digitale Karte eines vorgegebenen Wegenetzes bereitgestellt wird, insbesondere in einem Speicher der mobilen Vorrichtung, wobei die Positionsbestimmung der Bestimmung einer Position in der Karte dient. Zu mehreren aufeinanderfolgenden ersten Bestimmungszeitpunkten werden jeweils erste Positionsinformationen der mobilen Vorrichtung bestimmt und gespeichert. Zusammen mit den ersten Positionsinformationen können vorteilhaft weitere Parameter wie zum Beispiel die Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung der mobilen Vorrichtung zu dem jeweiligen Bestimmungszeitpunkt bestimmt werden. Zusätzlich wird wenigstens eine zweite Positionsinformation wenigstens einer weiteren mobilen Vorrichtung bereitgestellt. Um die ersten und zweiten Positionsinformationen miteinander in Beziehung setzen zu können, sieht das Verfahren ferner vor, dass wenigstens eine dritte Positionsinformation der mobilen Vorrichtung relativ zu der wenigstens einen weiteren mobilen Vorrichtung zu wenigstens einem dritten Bestimmungszeitpunkt bestimmt wird. Mit diesen Informationen ermöglicht das Verfahren, eine zu einem der ersten Bestimmungszeitpunkte bestimmte erste Positionsinformation der mobilen Vorrichtung neu zu bestimmen, wobei das Neubestimmen einen Abgleich der ersten, zweiten und dritten Positionsinformationen mit der digitalen Karte umfasst. Durch die Mitberücksichtigung der Positionsinformationen der wenigstens einen weiteren mobilen Vorrichtung kann in der Regel die Genauigkeit der ersten Positionsinformation durch die Neubestimmung erhöht werden.
Vorteilhaft wird die wenigstens eine zweite Positionsinformation von der wenigstens einen weiteren mobilen Vorrichtung zu einem zugeordneten zweiten Bestimmungszeitpunkt bestimmt und gespeichert. Die gespeicherte zweite Positionsinformation wird dann vorzugsweise von der wenigstens einen weiteren mobilen Vorrichtung zu der mobilen Vorrichtung übertragen.
Alternativ zu einer direkten Übertragung kann die wenigstens eine weitere mobile Vorrichtung gespeicherte zweite Positionsinformationen auch zu einer separaten Vorrichtung, zum Beispiel zu einem zentralen Server übertragen, von welchem die mobile Vorrichtung diese abrufen kann.
Für den Abgleich ist es besonders vorteilhaft, wenn wenigstens ein erster, ein zweiter und ein dritter Bestimmungszeitpunkt im Wesentlichen identisch sind. Um die Bestimmungszeitpunkte als im Wesentlichen identisch zu kennzeichnen, kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die im Wesentlichen identischen ersten, zweiten und dritten Bestimmungszeitpunkte über eine gemeinsame Kennung miteinander verknüpft sind.
Die bereitgestellte digitale Karte kann insbesondere eine Karte eines Straßenverkehrswegenetzes oder eine Karte eines gebäudeinternen Wegenetzes sein.
Die ersten und zweiten Positionsinformationen umfassen vorzugsweise jeweils Positionskoordinaten innerhalb eines vorgegebenen Koordinatensystems, sowie vorteilhaft eine zugeordnete Genauigkeit. Die dritte Positionsinformation umfasst vorzugsweise eine Abstandsinformation zwischen der mobilen Vorrichtung und der wenigstens einen weiteren mobilen Vorrichtung, sowie ebenfalls vorteilhaft eine zugeordnete Genauigkeit. Der Abstand der mobilen Vorrichtung zu einer weiteren mobilen Vorrichtung kann beispielsweise in an sich bekannter Weise durch Messung der Signalstärke eines zwischen den mobilen Vorrichtungen übertragenen Signals erfolgen.
Der Abgleich zum Neubestimmen der zu einem der ersten Bestimmungszeitpunkte bestimmten ersten Positionsinformation der mobilen Vorrichtung umfasst vorteilhaft das Durchführen einer Ausgleichungsrechnung, insbesondere in Form einer sogenannten Netzausgleichung.
Prinzipiell wird durch das Verfahren ein gleichzeitiges Map Matching für wenigstens zwei mobile Vorrichtungen durchgeführt, wobei die ersten Positionsinformationen der mobilen Vorrichtung mit den zweiten Positionsinformationen einer weiteren mobilen Vorrichtung mittels der dritten Positionsinformation der mobilen Vorrichtung relativ zu der jeweiligen weiteren mobilen Vorrichtung in Beziehung gesetzt werden.
Bildlich gesprochen kann die Aufeinanderfolge von Positionen als eine Art Perlenkette angesehen werden, wobei jeweils bei Ermitteln einer Position eine Perle geworfen wird. Vorteilhaft werden die Zeitpunkte, zu denen jeweils die Position ermittelt wird, d.h. eine Perle geworfen wird, aufgrund eines vorgegebenen Algorithmus festgelegt, ein solcher Algorithmus wird im Folgenden auch als Perlwurf-Algorithmus bezeichnet.
Über die wenigstens eine dritte Positionsinformation wird eine Perlenkette der mobilen Vorrichtung mit wenigstens einer Perle, vorzugsweise mit einer Perlenkette wenigstens einer weiteren mobilen Vorrichtung verknüpft und ein Map Matching für die so verknüpfte Perlenkette durchgeführt.
Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die zweiten Positionsinformationen eine höhere Genauigkeit als die ersten Positionsinformationen aufweisen, da auf diese Weise die mobile Vorrichtung von der höheren Positionsbestimmungsgenauigkeit einer weiteren mobilen Vorrichtung profitieren kann.
Die mobile Vorrichtung sowie die weiteren mobilen Vorrichtungen können jeweils beispielsweise als Smartphone, Notebook, oder als eine in einem Fahrzeug installierte Kommunikationseinrichtung oder dergleichen ausgebildet sein. Zur Positionsbestimmung ist in der mobilen Vorrichtung sowie in den weiteren mobilen Vorrichtungen vorteilhaft jeweils eine erste Positionsbestimmungseinrichtung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, Signale von einem Ortungssystem zu empfangen, um ihre Position bzw. diese Position beschreibende Positionsinformationen ermitteln zu können. Handelt es sich bei dem Ortungssystem beispielsweise um ein GPS-System, enthält die jeweilige erste Empfangseinrichtung einen GPS-Chip und eine Antenne und fungiert somit als GPS-Empfänger. Alternativ oder zusätzlich können die mobile Vorrichtung sowie die weiteren mobilen Vorrichtungen zur WLAN-basierten Positionsbestimmung ausgebildet sein, wobei zu diesem Zweck vorzugsweise jeweils eine WLAN-Funkschnittstelle zur drahtlosen Kommunikation mit Access Points vorgesehen ist.
Um die ersten und zweiten Positionsinformationen mittels der dritten Positionsinformationen verknüpfen zu können, ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass wenigstens ein erster, ein zweiter und ein dritter Bestimmungszeitpunkt im Wesentlichen identisch sind. Mit anderen Worten sollten möglichst zum gleichen Zeitpunkt eine erste, zweite und dritte Positionsinformation bestimmt werden. Diese im Wesentlichen zeitgleich bestimmten ersten, zweiten und dritten Positionsinformation können, wie bereits oben beschrieben, vorteilhaft über eine gemeinsame Kennung verknüpft werden.
Ferner kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die mobile Vorrichtung und die wenigstens eine weitere mobile Vorrichtung zeitlich synchronisiert werden.
Zur zeitlichen Synchronisation der mobilen Vorrichtungen können beispielsweise in den mobilen Vorrichtungen vorgesehene Zeitgeber zyklisch mit einem Zeitnormal wie zum Beispiel dem Zeitzeichensender DCF77 synchronisiert werden. Eine zeitliche Synchronisation kann auch durch eine wechselseitige Kommunikation zwischen den mobilen Vorrichtungen hergestellt werden.
Die Synchronisation kann auch dadurch erzielt werden, dass bei zwei Gegenstellen die eine die verbindende Messung macht und den Zeitpunkt der erfolgten Messung an die Gegenstelle sendet, indem im einfachsten Fall eine Nachricht an die Gegenstelle gesendet wird und dann der Empfangszeitpunkt dieser Nachricht in erster Näherung als der Messzeitpunkt der Verbindungsmessung angenommen wird. Zu diesem Zeitpunkt sollten dann auch die unabhängigen Ortungsmessungen auf beiden Gegenstellen erfolgen und als Perlen abgespeichert werden. Eine Synchronisation der Uhrzeiten muss für eine gleichzeitiges Map Matching von zwei verbundenen Perlenketten nur für die Perlen erfolgen, die über die Zusatzmessungen beide Perlenketten miteinander verbinden. Für die anderen Perlen wird keine Zeitsynchronisation benötigt. Somit kann das Verfahren in der einfachsten Form auch ohne jegliche Zeitgeber arbeiten. Für das gleichzeitige Map Matching zweier verbundener Perlenketten müssen beide Perlenketten und alle Verbindungsmessungen und ihre Zuordnung zu Perlen der Auswertungsstelle des Map Matching vorliegen. Hierzu ist eine Übertragung der notwendigen Information notwendig. Zur Auswertung vorliegen muss auch die digitale Karteninformation des relevanten Gebietes.
Bei einer zeitlichen Synchronisation mittels Zeitgebern werden vorteilhaft die zweiten Positionsinformationen von der wenigstens einen weiteren mobilen Vorrichtung zu jeweils zugeordneten zweiten Bestimmungszeitpunkten bestimmt und gespeichert, wobei die weitere mobile Vorrichtung die gespeicherten zweiten Positionsinformationen mit Informationen zu den zugeordneten Bestimmungszeitpunkten zu der mobilen Vorrichtung überträgt.
Die Übertragung der Informationen kann beispielsweise zyklisch erfolgen oder immer dann, wenn die weitere mobile Vorrichtung eine Positionsbestimmung vornimmt. Denkbar ist auch, dass die Übertragung durch ein Triggersignal von der mobilen Vorrichtung initiiert wird.
Die ersten, zweiten und/oder dritten Bestimmungszeitpunkte können in vorgegebenen Zeitabständen zyklisch aufeinanderfolgen, wobei für die ersten, zweiten und/oder dritten Bestimmungszeitpunkte jeweils der gleiche, insbesondere synchronisierte Zyklus, oder aber auch unterschiedliche Zyklen vorgesehen sein können.
Besonders vorteilhaft werden die ersten und/oder zweiten Bestimmungszeitpunkte von der mobilen Vorrichtung bzw. der weiteren mobilen Vorrichtung in Abhängigkeit vorgegebener Bedingungen bezüglich des Wegenetzes gewählt.
Insbesondere wird wenigstens ein erster Bestimmungszeitpunkt in Abhängigkeit davon festgelegt, ob eine aus wenigstens einer zu einem früheren ersten Bestimmungszeitpunkt bestimmten ersten Positionsinformation extrapolierte Positionsinformation eine vorgegebene Bedingung bezüglich des vorgegebenen Wegenetzes erfüllt. In analoger Weise kann auch wenigstens ein zweiter Bestimmungszeitpunkt durch eine weitere mobile Vorrichtung gewählt werden.
Die extrapolierte Positionsinformation kann beispielsweise mittels eines Beschleunigungssensors und in Abhängigkeit der Geschwindigkeit der mobilen Vorrichtung zu dem früheren ersten Bestimmungszeitpunkt ermittelt werden. Eine vorgegebene Bedingung kann beispielsweise darin bestehen, dass die extrapolierte Position auf einem Weg des Wegenetzes oder in der Nähe einer Abbiegung liegt, oder dass die extrapolierte Position einen vorgegebenen Abstand zu der zuletzt bestimmten Position überschritten hat.
Ferner kann wenigstens eine erste, zweite oder dritte Positionsinformation durch Kommunikation, insbesondere durch Nahfeld-Kommunikation, mit einer stationären Kommunikationseinrichtung bestimmt werden. Bei der stationären Kommunikationseinrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine ortsfeste, drahtlose Kommunikationseinrichtung, wie z. B. ein NFC-RFID (Near Field Communication - Radio Frequency Identification Device), einen aktiven oder passiven NFC-Chip, oder einen BlueTooth-Chip.
Eine ortsfest installierte NFC-Einrichtung mit integriertem RFID-Chip kann an die mobile Vorrichtung oder eine weitere mobile Vorrichtung eine hochgenaue Positionsinformation übermitteln.
Das oben genannte technische Problem wird auch gelöst durch eine mobile Vorrichtung, welche zum Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Die mobile Vorrichtung umfasst einen Speicher mit einer darin gespeicherten digitalen Karte eines vorgegebenen Wegenetzes, eine erste Positionsbestimmungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, zu vorgegebenen ersten Bestimmungszeitpunkten erste Positionsinformationen der mobilen Vorrichtung zu ermitteln und zu speichern, eine Kommunikationseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, wenigstens eine zweite Positionsinformation wenigstens einer weiteren mobilen Vorrichtung zu empfangen, eine zweite Positionsbestimmungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, zu vorgegebenen Zeitpunkten wenigstens eine dritte Positionsinformation der mobilen Vorrichtung relativ zu der wenigstens einen weiteren mobilen Vorrichtung zu bestimmen, und eine Bestimmungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine zu einem der ersten Bestimmungszeitpunkte bestimmten ersten Positionsinformation der mobilen Vorrichtung neu zu bestimmen, wobei die Neubestimmung einen Abgleich der ersten, zweiten und dritten Positionsinformationen mit der digitalen Karte umfasst.
Vorteilhaft umfasst die mobile Vorrichtung Mittel zur Durchführung der oben beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen gleiche oder ähnliche Teile.
Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung mehrerer mobiler Vorrichtungen, welche dazu ausgebildet sind, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen,
2: eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer der in 1 dargestellten mobilen Vorrichtungen,
3: schematisch das Neubestimmen einer Positionsinformation durch die in 1 dargestellte mobile Vorrichtung.

1 zeigt eine erste mobile Vorrichtung 501, deren schematischer beispielhafter Aufbau in 2 dargestellt ist, und die beispielhaft als Mobilfunktelefon, insbesondere als Smartphone, ausgebildet ist. Ferner sind beispielhaft zwei weitere mobile Vorrichtungen 502 und 503 dargestellt, welche identisch oder ähnlich ausgebildet sind wie die mobile Vorrichtung 501.
Das Smartphone 501 kann zur Kommunikation in einem drahtlosen Kommunikationsnetz 600, insbesondere einem Mobilfunknetz, eingesetzt werden. Zu diesem Zweck weist das Smartphone 501 eine Funknetz-Kommunikationsschnittstelle 570 auf, über die es über das Funknetz 600 mit den zwei weiteren, beispielsweise ebenfalls als Smartphone ausgebildeten mobilen Vorrichtungen 502 und 503, sowie mit weiteren, nicht dargestellten Kommunikationseinrichtungen kommunizieren kann.
Weiterhin weist das Smartphone 501 einen als programmierbare Steuereinrichtung ausgebildeten Mikroprozessor 510 auf. Der Mikroprozessor 510 ist dazu ausgebildet, das Smartphone 501 zu steuern, wobei der Mikroprozessor 510 zu diesem Zweck ein in dem Programmspeicher 520 gespeichertes Programm ausführt.
In dem Datenspeicher 530 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine digitale Karte eines vorgegebenen Wegenetzes gespeichert.
In der in 2 dargestellten Ausführungsform umfasst das Smartphone 501 ferner Messsensoren 560 zur Bestimmung seiner eigenen Position, welche beispielsweise zur Kommunikation mit einer außerhalb des Smartphones 501 angeordneten Einrichtung 700 ausgebildet sind. Zum Ermitteln der Position des Smartphones 501 können mehrere Sensoren, auch unterschiedliche Arten von Sensoren eingesetzt werden. Vorzugsweise ist jeder der eingesetzten Messsensoren dazu ausgebildet, zu einer ermittelten Positionsinformation deren Genauigkeit zu ermitteln. Bei Einsatz mehrerer Sensoren kann beispielsweise ein Mittelwert gebildet werden oder es können die Informationen des Sensors mit der jeweils höheren Genauigkeit verwendet werden oder es können bekannte Koppelortungsalgorithmen genutzt werden. Ferner können je nach Einsatzumgebung und Einsatzzweck unterschiedliche Arten von Messsensoren zur Positionsbestimmung eingesetzt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfassen die Messsensoren 560 zur Positionsbestimmung des Smartphones 501 einen GNSS (Global Navigation Satellite System)-fähigen Empfänger, welcher beispielsweise als herkömmlicher GPS-Empfänger ausgebildet ist. Der GPS-Empfänger ist zum Empfangen und Auswerten von Positionssignalen (Satellitenpositionen, Code und Phaseninformationen der Signale, atmosphärische Korrekturmodelle, Zeitinformationen, etc.) eines Satellitensystems 700 ausgebildet. Aus den Positionssignalen wird über ein Laterationsverfahren der ermittelten Pseudoranges eine Positionsinformation der Antenne des GPS-Empfängers gewonnen, die die Positionskoordinaten des Smartphones 501, die Genauigkeit dieser Positionskoordinaten und vorzugsweise noch einen Gültigkeitszeitpunkt enthält. Die Genauigkeit liegt in der Regel als Standardabweichung vor. Insbesondere werden mittels der Sensoren 560 zur Positionsbestimmung des Smartphones 501 Daten bezüglich eines übergeordneten Raumkoordinatensystems erzeugt, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel die Definition des übergeordneten Raumkoordinatensystems in dem Datenspeicher 530 gespeichert ist. Gegebenenfalls werden die ermittelten Positionskoordinaten des Smartphones 501 auf die im Datenspeicher 530 hinterlegte digitale Karte abgebildet.
Das Smartphone 501 ist dazu ausgebildet, zu mehreren aufeinanderfolgenden ersten Bestimmungszeitpunkten erste eigene Positionsinformationen zu bestimmen und im Datenspeicher 530 zu speichern. Ferner erhält das Smartphone 501 von wenigstens einem der Smartphones 502 oder 503 wenigstens eine zweite Positionsinformation des jeweiligen Smartphones 502 bzw. 503, zusammen mit einer Information über den jeweiligen zweiten Bestimmungszeitpunkt, zu dem die zweite Positionsinformation bestimmt wurde. Eine eindeutige Zeitinformation ist hierbei nur notwendig, wenn für diese Positionsinformation zum gleichen Zeitpunkt eine verbindende Messung von einer Perlenkette zu einer anderen Perlenkette genutzt wird. Diese eindeutige Zeitinformation kann auch nur aus einer beliebigen numerischen Kennung bestehen, mit der die zwei Perlen, die jeweils unterschiedlichen Perlenketten zugehören, eindeutig miteinander verknüpft werden und dieser Verknüpfung dann die Messung zwischen ihnen eindeutig zugewiesen werden kann, wobei die Messung zum Beispiel über die gleiche Kennung zugeordnet wird.
Zusätzlich umfasst das Smartphone 501 im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Kommunikationsschnittstelle 580 zum direkten Austauschen von Signalen mit den weiteren mobilen Vorrichtungen 502 bzw. 503, sowie gegebenenfalls weiteren, in 1 nicht dargestellten mobilen Vorrichtungen. Das Smartphone 501 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit eines von einer solchen weiteren mobilen Vorrichtung empfangenen Signals relative Ortsinformationen des Smartphones 501 relativ zu der jeweiligen weiteren mobilen Vorrichtung zu ermitteln, wobei die relativen Ortsinformationen insbesondere die Entfernung der beiden mobilen Vorrichtungen zueinander umfassen, d.h. in dem in 1 dargestellten Beispiel die Entfernung des Smartphones 501 zu dem Smartphone 502 bzw. die Entfernung des Smartphones 501 zu dem Smartphone 503. In der einfachsten Form wird die Ausprägung der Kommunikationsschnittstelle 580 nur für Streckenmessungen und zur Synchronisation des Messzeitpunktes benötigt, wenn gewährleistet ist, dass die zum Map Matching mindestens zweier verbundener Perlenketten benötigten zusätzlichen Informationen über einen Server und eine Kommunikationsschnittstelle 570 realisiert wird.
Das Signal zur Abstandsmessung kann beispielsweise ein Signal mit einer vorgegebenen Signalstärke sein, welches vom Smartphone 502 bzw. 503 als Broadcast-Signal im Wesentlichen in alle Raumrichtungen ausgestrahlt wird.
Vorteilhaft kann das Signal zur Abstandsmessung ein moduliertes Signal mit darin enthalten Informationen sein, wobei das Signal auf der Empfängerseite, d.h. im Smartphone 501, demoduliert werden kann, um die enthaltenen Informationen zu empfangen. Die zweiten Positionsinformationen und die Informationen zu den jeweiligen zweiten Bestimmungszeitpunkten können somit auch im Signal zur Abstandsmessung übertragen werden.
Das Smartphone 501 bestimmt zu wenigstens einem dritten Bestimmungszeitpunkt wenigstens einen Abstand zu einem der Smartphones 502 bzw. 503 als dritte Positionsinformation des Smartphones 501 relativ zu wenigstens einem der weiteren Smartphones 502 bzw. 503 und führt eine Neubestimmung einer zu einem der ersten Bestimmungszeitpunkte bestimmten ersten Positionsinformation des Smartphones 501 durch, wobei ein Abgleich der ersten, zweiten und dritten Positionsinformationen mit der im Datenspeicher 530 gespeicherten digitalen Karte durchgeführt wird.
Die Entfernung kann im einfachsten Fall in Abhängigkeit der Signalstärke eines empfangenen Signals bestimmt werden. Alternativ kann zum Bestimmen der Entfernung auch die Laufzeit eines Signals zwischen dem Smartphone 501 und dem Smartphone 502 bzw. 503 bestimmt werden, wobei zu diesem Zweck das Smartphone 501, sowie auch die Smartphones 502 und 503, jeweils einen Zeitgeber 540 aufweisen.
Vorteilhaft werden die Zeitgeber der Smartphones 501, 502 und 503 miteinander synchronisiert, beispielsweise durch Synchronisation mit dem gleichen externen Zeitnormal. Durch die Synchronisation wird ermöglicht, die ersten und zweiten Positionsinformationen mittels der dritten Positionsinformationen auf besonders vorteilhafte Weise verknüpfen zu können, wodurch besonders vorteilhaft eine höhere Genauigkeit für die neu bestimmte Positionsinformation erreichbar ist. Die Synchronisation von mehr als zwei Smartphones benötigt aber keine Uhren in den Smartphones, sondern es reicht in der einfachsten Ausprägung aus, dass zum Beispiel das Smartphone 501 eine zeitgleiche Messung zu den Smartphones 502 und 503 macht, zu diesem Zeitpunkt auch die davon unabhängigen Perlen über die Ortungsmodule in den Smartphones 501, 502 und 503 bestimmt werden, und diese Elemente über Kennungen eindeutig miteinander verknüpft werden. In den Fällen, in denen auf mehreren verschiedenen Smartphones gleichzeitig Messungen zu anderen erfolgen sollen, um eine besonders günstige Situation für stabile größere Messungsnetze und ihrer Perlenketten zu erzeugen, sind synchronisierte Uhren in den Smartphones von Vorteil, um nicht auf kompliziertere Verfahren der Synchronisation ohne Uhren zurückgreifen zu müssen, wie zum Beispiel dem bekannten Firing Squad Verfahren.
Auch bei Durchführen einer Laufzeitmessung zur Abstandsbestimmung ist eine zeitliche Synchronisation der Smartphones untereinander vorteilhaft, da dann nur ein Signal von einem der Smartphones 502 bzw. 503 zum Smartphone 501 übertragen werden muss, welches einen Zeitstempel umfasst.
Um eine mittels GPS ermittelte Positionsinformation extrapolieren zu können, umfasst das Smartphone 501 ferner Messsensoren 550, welche beispielsweise Inertialsensoren auf Basis von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) oder Faserkreiseln umfassen. Es können aber auch andere geeignete Beschleunigungs- oder Drehsensoren eingesetzt werden. Bei Einsatz einer fest in einem mobilen Fahrzeug integrierten mobilen Vorrichtung können beispielsweise auch Radsensoren zum Messen der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgesehen sein.
Es kann beispielsweise von einem der Smartphones 502 bzw. 503, jeweils nachdem von diesem eine zweite Positionsinformation bestimmt wurde, ein Beacon-Signal mit einer fest vorgegebenen Signalstärke ausgesandt werden, wobei in dem Beacon-Signal die zweite Positionsinformation, sowie gegebenenfalls zusätzlich frühere zweite Positionsinformationen, und deren zugeordnete zweite Bestimmungszeitpunkte zum Smartphone 501 übertragen werden. Aus der empfangenen Signalstärke kann das Smartphone 501 in Kenntnis der fest vorgegebenen Sendesignalstärke den Abstand zum Smartphone 502 bzw. 503 bestimmen. Zum Empfangszeitpunkt bestimmt das Smartphone 501 die eigene Position mittels des GPS-Empfängers 560 als erste Positionsinformation und bestimmt diese Position neu durch Abgleich der ermittelten eigenen Position, gespeicherter früherer eigener Positionen, der im Beacon-Signal empfangenen Informationen und dem aus dem Beacon-Signal ermittelten Abstand mit der im Datenspeicher 530 gespeicherten digitalen Karte.
Nur der Einfachheit halber beschränkt sich die obige Beschreibung auf nur zwei weitere Smartphones 502 und 503. Es kann aber auch eine größere Anzahl weitere mobiler Vorrichtungen vorgesehen sein und deren Positionsinformationen in dem Verfahren berücksichtigt werden.
Denkbar ist beispielsweise auch, dass in der mobilen Vorrichtung, d.h. im dargestellten Ausführungsbeispiel im Smartphone 501, jeweils wenigstens eine dritte Positionsinformation einer Mehrzahl weiterer mobiler Vorrichtungen bereitgestellt werden und in Abhängigkeit der bereitgestellten dritten Positionsinformationen wenigstens eine weitere mobile Vorrichtung aus der Mehrzahl weiterer mobiler Vorrichtungen ausgewählt wird, wobei in dem Abgleich mit der digitalen Karte nur zweite Positionsinformationen der ausgewählten weiteren mobilen Vorrichtungen berücksichtigt werden.
In 3 ist ein Beispiel zur verbesserten Bestimmung einer Position auf einer digitalen Karte durch Neubestimmen einer Kartenposition mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.
In dem in 3 dargestellten Beispiel werden der einfacheren Darstellung halber nur Positionsinformationen von zwei mobilen Vorrichtungen berücksichtigt, beispielsweise den Smartphones 501 und 502.
Im dargestellten Beispiel befinden sich die Smartphones 501 und 502 jeweils in unterschiedlichen Fahrzeugen, welche sich innerhalb eines Straßensystems 400 bewegen. Eine digitale Karte des Straßensystems 400 ist jeweils in einem Speicher der Smartphones 501 und 502 gespeichert, wobei Straßen beispielsweise durch deren Spurmitte 410 repräsentiert werden, und wobei gegebenenfalls weitere Informationen wie Straßen- oder Spurbreite, sowie auch Informationen zur jeweiligen Genauigkeit der enthaltenen Karteninformationen in der digitalen Karte enthalten sein können.
Im dargestellten Beispiel ist eine zum aktuellen Zeitpunkt vom Smartphone 501 bestimmte eigene Position mit dem Kreuz 102 gekennzeichnet, während eine zu einem früheren Zeitpunkt bestimmte und gespeicherte Position mit dem Kreuz 101 gekennzeichnet ist. Der Einfachheit halber ist nur eine frühere Position dargestellt, typischerweise wird jedoch eine Mehrzahl früherer Positionen berücksichtigt. Die Positionen 101 und 102 wurden jeweils vom Smartphone 501 mittels GPS ermittelt, wobei auch die entsprechenden Fehlerellipsen 101g und 102g dargestellt sind.
Eine zum aktuellen Zeitpunkt vom Smartphone 502 bestimmte eigene Position ist mit dem Kreuz 203 gekennzeichnet, während zwei zu früheren Zeitpunkten bestimmte und gespeicherte Positionen mit den Kreuzen 201 und 202 gekennzeichnet sind, wobei wiederum auch die zugehörigen Fehlerellipsen 201g, 202g und 203g dargestellt sind.
Aufgrund der vom Smartphone 501 zum aktuellen Zeitpunkt und mittels GPS ermittelten Position 102 und deren Genauigkeit kann nicht eindeutig entschieden werden, ob sich das Fahrzeug mit dem Smartphone 501 auf der Straße 411 oder 412 befindet, auch dann nicht, wenn die frühere Position 101 in einem Map Matching mitberücksichtigt wird. Im dargestellten Fall würde bei Durchführung eines herkömmlichen Map Matching Verfahrens die Position 102 korrigiert werden zu Position 102a, wobei die Korrektur durch den Pfeil 102n dargestellt ist. Als Ergebnis des herkömmlichen Map Matching Verfahrens würde somit für das Fahrzeug mit dem Smartphone 501 eine Position auf der unteren der beiden in 3 links dargestellten schmalen einspurigen Einbahnstraßen ermittelt werden, d.h. auf der Straße 412. Ein entsprechendes herkömmliches Map Matching Verfahren würde für das Fahrzeug mit dem Smartphone 502 die Position 203 zu 203a korrigieren.
Wird jedoch zum aktuellen Zeitpunkt der Abstand zwischen dem Smartphone 501 und 502 bestimmt und ein kombiniertes Map Matching für alle Positionen 101, 102, 201, 202 und 203, die durch die zum aktuellen Zeitpunkt durchgeführte Abstandsmessung verknüpft werden, durchgeführt, so kann die Position des Smartphones 501 zum aktuellen Zeitpunkt mit deutlich erhöhter Genauigkeit durch Abgleich neu bestimmt werden und eindeutig entschieden werden, dass sich das Fahrzeug mit dem Smartphone 501 auf der Straße 411 befindet. Die Neubestimmung führt somit zu einer Korrektur der Position 102 zu Position 102', wobei die Korrektur durch den Pfeil 102n' dargestellt ist.
Durch das herkömmliche Map Matching Verfahren würde somit eine Position auf der falschen Straße 412 ermittelt, während bei Einsatz eines erfindungsgemäßen Verfahrens eine Position auf der richtigen Straße 411 ermittelt wird.
Nur zur Veranschaulichung und Plausibilisierung der erzielbaren Genauigkeitsverbesserung ist durch die gestrichelten Linien 301 und 302 ein Bereich angedeutet, in welchem die aktuelle Position des Smartphones 501 liegen sollte, nur ausgehend von der Position 203 des Smartphones 502 und deren durch die Fehlerellipse 203g angegebenen Genauigkeit und ausgehend von einem beispielhaft mit hoher Genauigkeit bestimmten, in 3 nicht dargestellten, Abstand zwischen den Smartphones 501 und 502.
Bei Durchführen eines kombinierten Map Matching Verfahrens durch das Smartphone 502 erfolgt im dargestellten Beispiel eine Neubestimmung der Position, bei welcher die Position 203 zu Position 203' korrigiert wird, wobei die Korrektur durch den Pfeil 203n' dargestellt ist.
Ein erstes Map Matching beider unabhängiger Perlenketten noch ohne die verbindende Streckenmessung liefert (wegen hier strenger Korrektur der Position auf die Fahrbahnmitten der engen Einbahnstraßen) somit die Positionen 102a und 203a. Wird aber ein Map Matching unter Berücksichtigung der verbindenden Streckenmessung zeitgleich für beide Perlenketten (und abhängig voneinander) durchgeführt, so folgen die Positionen 102' und 203'.
Die Verbesserung auf 102' ist ein großer Positionssprung, da das Map Matching nun die parallele Straße als befahrene Straße detektiert. Die Position 203' stellt im dargestellten Beispiel im Vergleich zur Position 203a nur eine geringfügige Verbesserung dar, wobei aber auch hier ein Genauigkeitsgewinn erzielt wird.
Wie die Fehlerellipsen von 102a, 102' und 203a oder 203' aussehen, hängt davon ab, wie die Gewichtung der Genauigkeiten der unterschiedlichen Messungen (z.B. GPS Position, verbindende Streckenmessung) und der Genauigkeiten der Straßenmitten im Map Matching zueinander gewählt sind. Im dargestellten Beispiel sind die Straßenmitten sehr hoch gewichtet, da die Straßen in Relation zu den Fahrzeugbreiten sehr schmal seien. Deswegen sind diese Fehlerellipsen der Positionen nach dem Map Matching in 3 nicht dargestellt.
Die vorliegende Erfindung geht über die bekannten Ansätze hinaus und verbindet das Map-Matching von mehreren unabhängig bewegten mobilen Einrichtungen miteinander, wobei vorausgesetzt wird, dass die mobilen Einrichtungen durch Messungen einen geometrischen Bezug zueinander bestimmt haben.
Das oben beschriebene Verfahren wird vorteilhaft vollautomatisch ausgeführt und dient beispielsweise zur Positionsbestimmung mindestens eines Smartphones, basierend auf dem Prinzip von Map-Matching Verfahren und basierend auf dem Prinzip des Perlwurf-Verfahrens. Beim Perlwurfverfahren werden für eine mobile positionierfähige Vorrichtung Perlen geworfen, d.h. Positionen zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten bestimmt, und die so erhaltene Perlenkette wird nach vorgegebenen Kriterien auf eine Karte eingepasst, wobei die vorab bestimmte starre Geometrie der Perlenkette auf ein Wegenetz eingepasst wird, um damit die letzte Perle bzw. letzte Positionsbestimmung, gültig für den aktuellen oder letzten Zeitpunkt einer von der Vergangenheit unabhängigen Positionsbestimmung für die Vorrichtung, zu verbessern. Das Map-Matching ist ein Einpassungsverfahren der Perlenkette auf vorgegebene mögliche Aufenthaltsorte der Vorrichtung, definiert durch Positionsbereiche auf der Karte, wobei unter anderem auch die jeweiligen Fortbewegungsrichtungen und/oder Geschwindigkeiten der Vorrichtung zum Beispiel als Ausschlusskriterium Berücksichtigung finden können, sofern die vorab bekannte Karteninformation auch Informationen über Straßennetze und deren Straßenverbindungen oder Attribute wie zum Beispiel erlaubte Abbiegemöglichkeiten oder erlaubte Fahrrichtung von Einbahnstraßen enthält. Voraussetzung hierfür ist auch, dass mindestens eine der Perlen der Perlenkette nicht nur die Position der Einzelpositionsbestimmung unabhängig von der Vergangenheit enthält, sondern zusätzlich noch eine Angabe über eine weitere Information wie zum Beispiel der aktuellen Fortbewegungsrichtung oder Geschwindigkeit. Je älter die Perlen in einer Kette sind, desto geringer wird ihr Nutzen sein, weshalb vorteilhaft die Anzahl der Perlen und/oder deren Alter begrenzt wird, indem ungeeignete Perlen in der Perlenkette gelöscht werden.
Eine sogenannte Perlenkette besteht somit aus mehreren zeitlich sortierten Perlen, gültig zu diskreten Zeitpunkten, wobei die Perlen von einem sogenannten Perlwurf-Algorithmus bestimmt werden. Wann und mit welchen Zusatzinformationen zur Position aus der Einzelpositionsbestimmung eine Perle abgespeichert wird, hängt von der vorgegebenen Karteninformation ab, die beim Map-Matching berücksichtigt wird.
Eine Perle wird mit ihrer Positionsinformation aber vorzugsweise immer auch dann bestimmt, wenn zu diesem Zeitpunkt eine verbindende Messung zu einer anderen Perlenkette und deren aktueller Perle erfolgen soll bzw. erfolgt. Zum aktuellen Zeitpunkt ist die aktuelle Position immer als letzte Perle definiert. Ob diese letzte Perle in Zukunft noch in der Perlenkette verbleibt, hängt von der Informationsgüte dieser Perle und allgemein den Perlenwurfkriterien des Algorithmus ab. Die Informationsgüte einer solchen ehemals letzten Perle ist potentiell besonders hoch, wenn es zu diesem Zeitpunkt auch eine verbindende Messung zu anderen Perlenketten gegeben hat.
Eine sogenannte Perlenkette enthält somit eine begrenzte Anzahl von Perlen, wobei jede Perle gegebenenfalls den Zeitstempel der Gültigkeit aber auf jeden Fall eine Kennung für die Reihenfolge der Erzeugung (für das Auffinden und Löschen von zu alten Perlen am Ende der Kette) und auf jeden Fall eine Kennung bezüglich einer vorliegenden verbindenden Messung enthält. Außerdem besitzt jede Perle der Kette eine Positionsangabe aus einer Einzelpositionsbestimmung ohne Berücksichtigung der Vergangenheit. Eine Perlenkette kann auch noch zusätzliche Informationen enthalten, die die einzelnen Perlen besser beschreiben (z.B. Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung) oder den Zusammenhang zu den zeitlichen Nachbarperlen beschreiben (z.B. zurückgelegte Wegstrecke).
Die Positionsangabe aus einer Einzelpositionsbestimmung enthält in der Regel auch eine Genauigkeitsangabe ihrer Bestimmung. Die Karteninformationen können neben den absoluten Werten auch Genauigkeitsangaben enthalten, so zum Beispiel die Genauigkeitsangaben zur Spurmitte und Spurbreite einer Straße.
Beim Map-Matching Verfahren liefern nicht nur Positionen auf einer Straße, sondern auch die markanten Straßenverläufe, hier insbesondere die extreme Änderung von Verläufen, einen hohen Beitrag bei der Einpassung auf ein Straßennetz. Ein Perlwurfalgorithmus sollte somit vorteilhaft vorsehen, eine Perle an diesen Stellen zu werfen, d.h. zu erzeugen und abzuspeichern. Perlen können beispielsweise vorteilhaft geworfen werden, wenn sich die Richtung der Bewegung stark ändert, spätestens wenn eine vorgegebene Wegstrecke zurückgelegt wurde oder spätestens wenn eine Zeitdifferenz überschritten wurde, und vieles mehr. Auch kann vorteilhaft darauf geachtet werden, dass nicht zu viele Perlen geworfen werden, die in ihren Informationen zu hoch korreliert sind. Die Perlen können auch in Abhängigkeit einer bekannten Genauigkeit der Wegeinformation der digitalen Karte ermittelt und gespeichert oder gelöscht werden. So ist der Nutzen von Perlen auf einem großen Parkplatz ohne Fahrbahnstruktur geringer als auf einem Straßensystem mit häufigen Kreuzungen und vielen kleinen engen Straßen.
Vorteilhaft werden zwei Perlenketten von zwei unabhängig bewegten mobilen Vorrichtungen voneinander abhängig auf die Karteninformation eingepasst. Als Beispiel sei hier eine fortlaufende Streckenmessung zwischen den zwei Vorrichtungen genannt, die zu einer Perle abgespeichert werden kann. Eine solche Zusatzmessung zwischen zwei Vorrichtungen hat dann den größten Nutzen, wenn zeitgleich zu der Zusatzmessung auch die Positionen der zwei Vorrichtungen mit Einzelpositionsbestimmungsverfahren bestimmt werden und als Perlen abgespeichert werden. Das bedeutet, dass in dem Verfahren ein Perlwurfzeitpunkt einer Vorrichtung vorteilhaft zusätzlich abhängig ist von anderen Vorrichtungen und den gemessenen geometrischen Informationen zu diesen. Vorteilhaft ist hierbei eine zeitliche Synchronisation zwischen den Vorrichtungen vorgesehen. Zu diesem Zweck können, wie oben beschrieben, beispielsweise Kennungen oder zeitlich synchronisierte Zeitgeber eingesetzt werden.
Welche und wie viele Vorrichtungen über Messungen zwischen ihnen verknüpft werden, kann vorab dadurch bestimmt werden, dass ihre jeweils letzten Positionen und Positionsgenauigkeiten abgefragt und ausgewertet werden und die potentielle Messgenauigkeit und Zusatzmessungen zwischen ihnen berücksichtigt werden, um die potentielle Genauigkeitsverbesserung durch die verknüpften Perlenketten für jede einzelne Vorrichtung vorab abschätzen zu können.
Das erfindungsgemäße Verfahren bedingt Zusatzmessungen und vorzugsweise eine zusätzliche Zeitsynchronisation im Vergleich zu den bekannten Verfahren, aber insbesondere durch die Zusatzmessungen des aktuellen Zeitpunktes und der Berücksichtigung der Geometrie mehrerer Vorrichtungen zueinander - aktuell und in der nahen Vergangenheit - werden die einzelnen Perlenkettenlängen nur verkürzt benötigt und trotzdem sind in der Regel bessere Positionsinformationen für die aktuellen Positionen zu erwarten.
Im erfindungsgemäßen Verfahren kann die Nutzung der Zusatzmessungen zwischen mehreren mobilen Vorrichtungen flexibel in unterschiedlicher Art und Weise erfolgen. Es kann Netzausgleichung nur für den aktuellen Zeitpunkt erfolgen und deren ausgeglichene Positionsinformationen können als Perleninformation genutzt werden. Alternativ kann aber auch die Netzausgleichung über mehrere Zeitpunkte zeitgleich erfolgen, wenn die unterschiedlichen Zeitpunkte über Messungen wie zum Beispiel lineare Beschleunigungsmesser in den Vorrichtungen verbunden sind, wobei dann auch Perlenpositionen der Vergangenheit korrigiert werden können und somit bisherige Perlen korrigiert werden können.
Im vorliegend beschriebenen Verfahren wird insbesondere als primäres Ziel des Verfahrens nach der Durchführung des Map-Matching Verfahrens, die Position einer Vorrichtung des letzten Zeitpunktes korrigiert. Diese Positionsinformation gilt dann vorteilhaft auch für die potentielle Abspeicherung in einer Perlenkette. Da diese verbesserte Position aber nachträglich als doch falsch korrigierte erkannt werden könnte, zum Beispiel beim Start des Algorithmus mit sehr kurzen Perlenketten, wird die Position aus dem Einzelpositionsbestimmungsverfahren vorteilhaft auch immer für diesen Zeitpunkt aufgehoben und auch in der Perle abgespeichert.
Als mobile positionierfähige Vorrichtung sei als Beispiel auch ein Smartphone genannt, dass in einer festen Einrichtung fest mit einem PKW verbunden ist, der sich beispielsweise in einer Stadt bewegt.
Je schlechter eine Einzelpositionsbestimmung ohne Perlwurf- und ohne Map-Matching ist, umso vorteilhafter kann das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden.
Insbesondere im Indoor Bereich und der Anwendung der Positionsbestimmung eines Fußgängers mit einem Smartphone kann über die vorgegebenen nur möglichen Bewegungsmuster und/oder der Erkennung eines sehr nahen anderen Fußgängers, mittels Distanzmessung über Signalstärkemessung oder auch mittels NFC bei einer annähernd berührenden Distanz von unter etwa 4 cm, der das gleiche erfindungsgemäße Verfahren nutzt, eine wesentliche Verbesserung der Positionsbestimmungsgenauigkeit ermöglicht werden. Insbesondere im Indoor Bereich sollte jede Perle vorteilhaft außer der aktuellen Position ebenfalls einen Indikator besitzen, ob diese Perle auf einem Kartenweg geworfen wurde, d.h. beispielsweise nicht auf einer Großraumbürofläche liegt, da streng genommen nur die Perlen des Kartenweges im Map-Matching berücksichtigt werden. Im weiteren Sinne können aber auch Zwangspunkte wie ein Durchlasstor mit NFC-Kontakt als singulärer Kartenweg genutzt werden.
Eine Perlenkette besteht aus „geworfenen“ Perlen des Perlwurfalgorithmus. Jede Perle besteht aus ausgewählten Positionen, die zu verschiedenen Zeiten bestimmt wurden. Die Zeitpunkte sind der aktuelle letzte Zeitpunkt sowie vorherige Zeitpunkte, die aufgrund von vorgegebenen Kriterien bestimmt werden, wie z.B. maximale Zeitdauer zur vorherigen Perle, maximale Strecke zur vorherigen Perle, Richtungsänderung, oder ähnliches, wobei als maximale Strecke in der Regel die bewegte Strecke oder die kürzeste 3-D-Strecke verwendet wird. Diese Perlenketten können auf vorgegebene Wegekarten so eingepasst werden, dass jede Perle genau genug auf einem Weg liegt, wodurch die Bestimmungsgenauigkeit der aktuellen Position geprüft wird und verbessert werden kann.
Ist eine Perle nicht auf einem Weg geworfen worden, so kann dieses nur durch sukzessives Ausschließen von Perlen im Map-Matching aufgedeckt werden, was aber den Berechnungsaufwand erhöht und die Bestimmungsgenauigkeit aufgrund der Verkürzung der Einpassinformation verringert.
Es ist deswegen besser, eine Perle nur dann zu werfen, d.h. in die Perlenkette aufzunehmen, wenn nach einem Map-Matching entschieden wird, dass die Perle genau genug auf einem bekannten Weg liegt. Letzteres ist insbesondere Indoor mit vielen offenen begehbaren Räumen ohne klare Wege im Bereich von Großraumbüros oder Hallen zwischen nicht verlassbaren Wegen wie Übergängen zwischen zwei Gebäuden sehr hilfreich.

Claims

Verfahren zur Positionsbestimmung einer mobilen Vorrichtung, umfassend die Schritte: - Bereitstellen einer digitalen Karte eines vorgegebenen Wegenetzes, - Bestimmen und Speichern von ersten Positionsinformationen der mobilen Vorrichtung zu mehreren aufeinanderfolgenden ersten Bestimmungszeitpunkten, - Bereitstellen wenigstens einer zweiten Positionsinformation wenigstens einer weiteren mobilen Vorrichtung, - Bestimmen wenigstens einer dritten Positionsinformation der mobilen Vorrichtung relativ zu der wenigstens einen weiteren mobilen Vorrichtung zu wenigstens einem dritten Bestimmungszeitpunkt, und - Neubestimmen einer zu einem der ersten Bestimmungszeitpunkte bestimmten ersten Positionsinformation der mobilen Vorrichtung, umfassend einen Abgleich der ersten, zweiten und dritten Positionsinformationen mit der digitalen Karte.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweiten Positionsinformationen von der wenigstens einen weiteren mobilen Vorrichtung zu jeweiligen zweiten Bestimmungszeitpunkten bestimmt und gespeichert werden, und wobei die gespeicherten zweiten Positionsinformationen von der wenigstens einen weiteren mobilen Vorrichtung zu der mobilen Vorrichtung übertragen werden, und wobei wenigstens ein erster, ein zweiter und ein dritter Bestimmungszeitpunkt im Wesentlichen identisch sind.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die im Wesentlichen identischen ersten, zweiten und dritten Bestimmungszeitpunkte über eine gemeinsame Kennung miteinander verknüpft sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die ersten und zweiten Positionsinformationen jeweils Positionskoordinaten innerhalb eines vorgegebenen Koordinatensystems und eine zugeordnete Genauigkeit umfassen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die dritte Positionsinformation eine Abstandsinformation zwischen der mobilen Vorrichtung und der wenigstens einen weiteren mobilen Vorrichtung und eine zugeordnete Genauigkeit umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mobile Vorrichtung und die wenigstens eine weitere mobile Vorrichtung zeitlich synchronisiert werden, der wenigstens einen zweiten Positionsinformation jeweils ein zweiter Bestimmungszeitpunkt zugeordnet ist, wenigstens ein erster, ein zweiter und ein dritter Bestimmungszeitpunkt im Wesentlichen identisch sind, die zweiten Positionsinformationen von der wenigstens einen weiteren mobilen Vorrichtung zu den zweiten Bestimmungszeitpunkten bestimmt und gespeichert werden, und wobei die gespeicherten zweiten Positionsinformationen mit Informationen zu den zugeordneten Bestimmungszeitpunkten von der wenigstens einen weiteren mobilen Vorrichtung zu der mobilen Vorrichtung übertragen werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Abgleich zum Neubestimmen der zu einem der ersten Bestimmungszeitpunkte bestimmten ersten Positionsinformation der mobilen Vorrichtung das Durchführen einer Ausgleichungsrechnung umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die ersten Bestimmungszeitpunkte in vorgegebenen Zeitabständen zyklisch aufeinanderfolgen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die ersten Bestimmungszeitpunkte in Abhängigkeit vorgegebener Bedingungen bezüglich des Wegenetzes gewählt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein erster Bestimmungszeitpunkt in Abhängigkeit davon festgelegt wird, ob eine aus wenigstens einer zu einem früheren ersten Bestimmungszeitpunkt bestimmten ersten Positionsinformation extrapolierte Positionsinformation eine vorgegebene Bedingung bezüglich des vorgegebenen Wegenetzes erfüllt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine erste, zweite oder dritte Positionsinformation durch Kommunikation, insbesondere durch Nahfeld-Kommunikation, mit einer stationären Kommunikationseinrichtung bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die bereitgestellte digitale Karte eine Karte eines Straßenverkehrswegenetzes oder eine Karte eines gebäudeinternen Wegenetzes ist.
Mobile Vorrichtung, insbesondere ausgebildet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend einen Speicher mit einer darin gespeicherten digitalen Karte eines vorgegebenen Wegenetzes, eine erste Positionsbestimmungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, zu vorgegebenen ersten Bestimmungszeitpunkten erste Positionsinformationen der mobilen Vorrichtung zu ermitteln und zu speichern, eine Kommunikationseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, wenigstens eine zweite Positionsinformation wenigstens einer weiteren mobilen Vorrichtung zu empfangen, eine zweite Positionsbestimmungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, zu vorgegebenen Zeitpunkten wenigstens eine dritte Positionsinformation der mobilen Vorrichtung relativ zu der wenigstens einen weiteren mobilen Vorrichtung zu bestimmen, und eine Auswerteeinheit, welches dazu ausgebildet ist, eine zu einem der ersten Bestimmungszeitpunkte bestimmten ersten Positionsinformation der mobilen Vorrichtung neu zu bestimmen, wobei die Neubestimmung einen Abgleich der ersten, zweiten und dritten Positionsinformationen mit der digitalen Karte umfasst.