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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung alternativer Routenvorschläge sowie ein entsprechendes System, vorzugsweise Navigationssystem.
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Herkömmliche Routenberechnungen erfolgen auf Basis von verschiedenen Modellen. Es wird, zum Beispiel die schnellste, kürzeste, komfortabelste, oder die verbrauchsgünstigste „Eco“ Route berechnet. Der Nachteil an den herkömmlichen Routenberechnungen ist jedoch, dass oftmals identische Routen hergestellt werden und aufgrund der vielen unabhängigen Berechnungen lange Berechnungszeiten erfolgen.
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Andere Routenberechnungen erfolgen auf Basis von einer optimalen Route. Die Berechnung der optimalen Route erfolgt dadurch, dass künstliche Zusatzkosten der berechneten Route hinzugefügt werden und nochmal eine Routenberechnung erfolgt, um eine erste Alternativroute zu erhalten. Dieser Vorgang wird wiederholt, um weitere Alternativrouten zu erhalten. Der Nachteil dieser Art von Routenberechnung ist jedoch, dass die Kalibrierung der Zusatzkosten schwierig ist, sinnwidrige Routen berechnet werden, und die Ergebnisse durch „was nicht erwünscht“ statt „was erwünscht“ ist, definiert werden.
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Die bekannten Verfahren basieren auf einer Manipulation des zur Routensuche verwendeten Kostenmodells. Entweder es wird mit einem komplett anderen Modell gearbeitet, zum Beispiel kurze statt schnelle Route, oder die Straßen der zuerst gefundenen Route werden kostenmäßig gegenüber anderen Straßen benachteiligt, um eine Umfahrung zu begünstigen.
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Damit entstehen oft Routen, die nach den vom Benutzer eigentlich intendierten Kriterien, das heißt dem gewählten Kostenmodell unnötig schlecht sind.
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Beispiele für unerwünschte Routen, die durch das verbreitete Verfahren des „Verteuerns“ der ursprünglichen Route entstehen, sind, zum Beispiel unsinnige, weiträumige Umfahrungen. Wenn es zu einer kanonischen Route im wesentlichen Teil keine sinnvolle Fahralternative gibt (z.B. zur Benutzung der A24 zwischen Hamburg und Berlin), erzwingen die pauschal erhöhten Kosten dennoch eine weiträumige Umfahrung, die kein Fahrer wählen würde (z.B. 1 Stunde und bis zu 100 km mehr).
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Sinnvolle Alternatiworschläge würden in diesem Anwendungsfall lediglich einen anderen Weg vom Start zur Autobahn und entsprechend am Zielort vom Verlassen der Autobahn zum Ziel, jeweils möglicherweise einschließlich der Wahl einer anderen Anschlussstelle wählen.
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Eine extreme Ausprägung der weiträumigen Umfahrung ist die Stichfahrt, das heißt um ein kurzes Stück der Originalroute zu vermeiden, wird bis zu einer Wendemöglichkeit abgewichen, um dann auf praktisch demselben Weg wieder zur ursprünglichen Route zurückzukehren. Dies geschieht leicht bei Routen über Controlled Access Roads, beispielsweise Autobahnen, die generell wenige Variationsmöglichkeiten bieten und bei denen ein Wenden auf der Stichfahrt nur bei Anschlussstellen möglich ist.
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Um weiträumige Umfahrungen zu vermeiden, bietet es sich an die zusätzlichen Wegkosten für die Originalroute eher gering zu wählen. Damit wird jedoch das Risiko erhöht, dass die so berechneten „Alternativen“ sich gar nicht von der Originalroute unterscheiden, da die Zusatzkosten möglicherweise nicht mehr ausreichen eine Umfahrung zu erzwingen.
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Auch beim anderen etablierten Verfahren der Verwendung unterschiedlicher Kostenmodelle tritt dieses Problem oft auf, da zum Beispiel die schnellste Route oftmals zugleich die kürzeste, verbrauchsgünstigste, oder komfortabelste ist.
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Einzelne Straßen, insbesondere Autobahnen und Autobahnähnliche werden in Navigationsdatenbanken oft abschnittsweise durch mehrere parallele Verbindungen dargestellt. Typische Beispiele sind Parallelspuren im Bereich von Autobahnkreuzen, zum Beispiel „Express Lanes“ auf nordamerikanischen Highways, oder parallele Tunnelröhren (Elbtunnel Hamburg). Solche parallelen Spuren erstrecken sich oft über mehrere Kilometer, neben der von der Originalroute üblicherweise bevorzugten Hauptstraße, und unterscheiden sich von dieser in Länge und Geschwindigkeit nur geringfügig. Damit sind Alternativroutenalgorithmen dafür anfällig, Scheinalternativen anzubieten, die sich aus Fahrersicht nur durch die Wahl einer anderen Spur unterscheiden.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung von alternativen Routenvorschlägen bereitzustellen, welches die im Stand der Technik vorhandenen Nachteile überwindet und die Nutzererfahrung verbessert.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es Stichfahrten zu vermeiden, da insbesondere das Verhältnis der Streckenkosten des Umwegs im Vergleich zum umfahrenen Abschnitt exorbitant hoch wird. Solche Alternativroutenmöglichkeiten werden verworfen und sofern vorhanden, sinnvollere Alternativen angeboten.
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Ferner ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Alternativroute zu finden, die sich von der Originalroute unterscheidet. Da der künstliche Wegpunkt „Signature-Link“, stets abseits der Originalroute gewählt wird, wird sich die Alternativroute zumindest im Bereich des Wegpunktes von der Originalroute unterscheiden.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es Scheinalternativen zu erkennen und sie zu verwerfen.
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Die genannten Aufgaben werden gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass Informationen über Auswahlparameter von einer Startposition zu einer Zielposition entlang einer initalen Route erhalten werden, wobei basierend auf einer initialen Routenberechnung und den Auswahlparametern eine Berechnung von mindestens einer alternativen Route durch eine Auswahl von einem Wegpunkt als ein Zwischenziel erfolgt, wobei sich die mindestens eine durch den Wegpunkt bestimmte, alternative Route auf einem bestimmten Abschnitt, auf dem das Zwischenziel liegt, von der initialen Route unterscheidet.
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Zusätzlich zur bekannten und erforschten Berechnung der initialen „besten“ Route sollen dem Benutzer eine, oder mehrere weitere Routen zum selben Ziel angezeigt, und zur Navigation angeboten werden. Diese Routen sollen sich von der initialen Route signifikant unterscheiden, dabei aufgrund derselben Kriterien, wie die der initial berechneten Route günstig sein und insgesamt dem nahekommen, was der menschliche Benutzer als sinnvolle Fahralternative empfindet.
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Deshalb wird bei der vorliegenden Erfindung das Kostenmodell nicht verändert und bleibt einheitlich. Die Ermittlung und Bewertung der Alternativrouten geschieht auf Grundlage der originalen Kostenfunktion.
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Da die Berechnung der Alternativrouten anhand derselben Kostenfunktion wie die ursprünglich berechnete Route erfolgt, ist es möglich, dabei auf eine erneute Kostenberechnung der Wegpunkt-Kandidaten zu verzichten und damit, insbesondere Zugriffe auf die Navigationsdatenbank und weitere Kostenquellen, wie Verkehrsdaten, einzusparen.
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Alternativrouten werden im Vergleich zur ursprünglich gefundenen Route bewertet. Damit können die gewünschten Eigenschaften der Alternativroute angenähert und unerwünschte Artefakte (für den Benutzer nicht nachvollziehbare Umwege) der früheren Verfahren ausgeschlossen werden.
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Die vorliegende Erfindung betrachtet eine große Auswahl möglicher Routenvariationen gleichzeitig und vergleicht diese jeweils mit der besten Route. Dadurch kann erkannt werden, dass die weiträumigen Umfahrungen nur beachtliche Nachteile haben und auch kleinräumige Varianten, etwa in Start- und Zielnähe, gefunden und entsprechend besser bewertet werden.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass mit der initialen Routenberechnung gearbeitet wird, um Kriterien für gewünschte Arten von Alternativrouten zu definieren und den „leichten“ Wegpunkt zu ermitteln, der das beste Ergebnis herstellt.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass Scheinalternativen, weiträumige Umfahrungen, Stichfahrten und Artefakte vermieden und verworfen werden.
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Aufgrund derselben Kostenfunktion wie die ursprünglich berechnete Route ist ein weiterer Vorteil, dass die Berechnung einer Alternativroute bei geeigneter Implementierung wesentlich schneller als bei den früheren Verfahren ausgeführt werden kann.
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Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Vorzugsweise sind, expandierte Verbindungsmöglichkeiten potenzielle Wegpunkt-Kandidaten. Zur Bestimmung der aus den Wegpunkt-Kandidaten entstehenden Alternativrouten werden die expandierten Verbindungsmöglichkeiten der initialen Routenberechnung berücksichtigt.
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Bevorzugt erfolgt eine bidirektionale Routenberechnung und/oder eine alternierende Routenberechnung.
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Die Auswahl von alternativen Routenvorschlägen wird, vorzugsweise gleichzeitig berücksichtigt und mit der initialen Route verglichen.
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Vorzugsweise werden für die Bewertung von alternativen Routenvorschlägen Kostenparameter des bestimmten abweichenden Abschnittes und die eines umgangenen Abschnittes der initialen Route berücksichtigt.
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Bevorzugt werden Streckenlängenparameter, des umgangenen Abschnittes auf der initialen Route, bewertet. Eine Lage des Wegpunktes, innerhalb des von der initialen Route abweichenden Abschnittes, kann ebenfalls berücksichtigt werden. Weitere Eigenschaften, wie zum Beispiel Durchschnittgeschwindigkeit, Tunnellängen, Maut-Kosten, Fahrtzeit, oder abstrakte Routenkosten etc. können ebenfalls bewertet werden. So werden, beispielsweise im Bereich von Start- und Zielposition geringe Abweichungen anders bewertet als Abweichungen Nahe der Routenmitte der initialen Route.
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Der abweichende Abschnitt weist eine Mindestlänge von, vorzugsweise 25 km für eine autobahnartige Strecke oder eine Mindestlänge von, vorzugsweise 200 m für Kurzstrecken auf. Selbstverständlich ist es möglich abweichende Mindestlängen festzulegen.
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Bevorzugt liegt der Wegpunkt zentral auf dem abweichenden Abschnitt.
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Vorzugsweise wird eine Rückwärtsexpansion, auf Basis der ermittelten Kosten - und Streckenlängenparameter der expandierten Routenvorschläge der initialen Routenberechnung durchgeführt.
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Vorzugsweise ist das System, dass das Verfahren ausführt, ein Navigationssystem.
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Weitere Merkmale, Vorteile, und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
- 1 Ausführungsbeispiel eines Wegpunkt-Kandidaten (vorliegend auch Signature-Link-Kandidat genannt);
- 2 Ausführungsbeispiel der Bewertung von möglichen Alternativrouten;
- 3 Ausführungsbeispiel einer berechneten Alternativroute aufgrund der Kosten;
- 4a und b Ausführungsbeispiele einer effizienten Berechnung der Bewertungskriterien;
- 5 Ausführungsbeispiel einer Abzweigung einer Alternativroute von der initialen Route;
- 6 Ausführungsbeispiel einer Berechnung von einer umgangenen Strecke;
- 7 Ausführungsbeispiel der Zentralität eines Wegpunkt-Kandidaten.
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1 zeigt gängige Algorithmen zum Finden der besten Route, basierend auf dem sukzessiven Expandieren von Verbindungsmöglichkeiten. Dies kann nach gewählter Implementierung beginnend am Startort bis zum Erreichen des Ziels, umgekehrt von Ziel zum Start, oder von beiden Seiten bis zum Herstellen einer Verbindung durchgeführt werden.
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In jedem Fall werden über die Verbindungsmöglichkeiten auf letztlich gefundene Route hinaus stets weitere Verbindungsmöglichkeiten expandiert und so implizit alternative Wege betrachtet. Bei einer einfachen Routensuche werden die so gefundenen, zusätzlichen, gemäß Kostenmaß nicht optimalen Verbindungen verworfen.
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Die Berechnung alternativer Routen erfolgt durch Wahl eines geeigneten Links „Signature-Link“ als Wegpunkt, welcher ein Zwischenziel zwischen Start und Ziel aufweist. Die alternative Route entspricht der besten Route vom Start über diesen Wegpunkt (Zwischenziel) zum Ziel.
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Eine bevorzugte Ausführungsform ist alle bei der initialen Routenberechnung expandierten Verbindungsmöglichkeiten, mit Ausnahme der auf der initialen Route liegenden, als Menge der potenziellen Signature-Links anzunehmen. Um die Menge der potenziellen Signature-Links beziehungsweise der Wegpunkt-Kandidaten zu vergrößern, kann es sinnvoll sein, bei der initialen Routenberechnung mehr Expansionen durchzuführen als zur Ermittlung der besten Route eigentlich nötig wären. Es ist auch möglich, die Menge der Wegpunkt-Kandidaten auf andere Weise zu vergrößern, zum Beispiel durch, nach geometrischen Kriterien, ausgewählten Wegpunkten.
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Die Implementierung schränkt die effektiv genutzte Ausgangsmenge dadurch weiter ein, dass auch zur Bestimmung, der aus den Wegpunkt-Kandidaten jeweils entstehenden Alternativrouten nur die, bei der initialen Routenberechnung expandierten Verbindungsmöglichkeiten betrachtet werden. Aus einem Wegpunkt-Kandidat kann bei dieser Einschränkung überhaupt nur dann eine Alternativroute entstehen, wenn im ursprünglich expandierten Suchraum ein Weg vom Start zum Ziel über diesen Wegpunkt existiert. Verbindungsmöglichkeiten, die in dem reduzierten Suchraum in eine Sackgasse führen, werden im weiteren Laufe des Algorithmus verworfen.
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Die initiale Routenberechnung erfolgt mit einem Standardalgorithmus, zum Beispiel A*, oder Dijkstra. Dabei ist es unerheblich, ob in eine Richtung vom Start zum Ziel oder umgekehrt oder bidirektional expandiert wird.
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2 zeigt die Bewertung von möglichen Alternativrouten. Wird zwischen Start und Ziel ein Zwischenziel eingefügt und wird daraufhin die beste Route vom Start über das Zwischenziel zum Ziel berechnet, so entsteht eine Route, die sich auf einem bestimmten Abschnitt auf dem das Zwischenziel liegt von der ursprünglichen Route unterscheidet. Dieser Abschnitt „Bypass“ ist immer vorhanden, da als Wegpunkt-Kandidaten nur Wegpunkte betrachtet werden, die nicht auf der ursprünglichen Route liegen. Im Extremfall kann sich der abweichende Abschnitt über die gesamte Länge der Route erstrecken.
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Es ist außerdem auch möglich, eine Alternativroute durch jeweils zwei, oder mehr Wegpunkten zu definieren.
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Wenn vorausgesetzt beziehungsweise sichergestellt ist, dass ein Wegpunkt nicht auf der initial berechneten Route liegt, wird sich die so definierte Route offensichtlich von der initialen Route unterscheiden. Dabei wird sie an einer Stelle, bei der es sich auch um die Startposition handeln kann, von der initialen Route abzweigen und sich an einer anderen Stelle, die mit der Zielposition identisch sein kann, mit ihr wieder vereinigen. Bei aus mehreren Signature-Links bestehenden, ausgedehnten Zielen, beispielsweise ganzen Straßen oder Orten, kann eine alternative Route auch das Ziel an einer anderen Stelle als die initiale Route erreichen, ohne diese Route dort direkt zu treffen. Solche Fälle werden im vorliegenden Algorithmus rechnerisch wie eine Vereinigung mit der initialen Route am Zielpunkt behandelt. Es ist alternativ auch möglich, Wegpunkt-Kandidaten, die zum Erreichen des Ziels an anderer Stelle führen würden, von der Betrachtung auszuschließen.
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Wenn vorausgesetzt beziehungsweise sichergestellt ist, dass die initiale und die alternative Route im Rahmen des betrachteten Straßennetzwerkes optimal sind, wird es pro Wegpunkt nur einen abweichenden Abschnitt geben.
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Die Menge der in Betracht gezogenen Wegpunkt-Kandidaten für den Wegpunkt ergibt sich aus den Ergebnissen der initialen Routenberechnung. Es werden alle, bei der initialen Routensuche expandierten, aber nicht zur initialen Route gehörigen Verbindungsmöglichkeiten in Betracht gezogen.
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Wenn die Menge nicht ausreicht, um die gewünschten Routen zu erzeugen, kann sie erweitert werden, beispielsweise indem zusätzliche, zum Ermitteln der besten Route eigentlich nicht notwendigen, Expansionen durchgeführt werden. Es ist auch möglich, unabhängig von der initialen Routenberechnung, Wegpunkt-Kandidaten, beispielsweise anhand der Positionen von Start und Ziel, und dem Verlauf der initialen Route auszuwählen.
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Für jeden dieser Wegpunkt-Kandidaten werden die Eigenschaften, der daraus hypothetisch entstehenden Route bewertet. Es ist sinnvoll, den Algorithmus und die Bewertungskriterien so zu wählen, dass die einzelnen Routen dafür zu diesem Zeitpunkt noch nicht vollständig erzeugt werden müssen.
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Das Verfahren zieht drei wesentliche Kriterien in die Bewertung ein:
- - Länge und relative Lage des Bereichs, in dem sich die potentielle Alternativroute von der initialen Route unterscheidet. Statt der Länge können auch verwandte Maße wie Fahrzeit, abstrakte Routenkosten etc. verwendet werden;
- - Wegkosten des von der initialen Route abweichenden Bereichs im Verhältnis zu den Kosten des entsprechenden Abschnittes auf der initialen Route. Auch andere Maße wie Strecke, Fahrtzeit, finanzielle Kosten etc. können hier betrachtet werden.
- - Lage des Wegpunktes, innerhalb des von der initialen Route abweichenden Bereichs wegen Vermeidung entarteter Routen.
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Aufgrund dieser, oder ähnlicher Kriterien wird für jeden Wegpunkt-Kandidaten eine Bewertung vergeben. Der Wegpunkt-Kandidat mit der besten Bewertung wird als Wegpunkt gewählt und definiert somit einen alternativen Routenvorschlag.
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3 zeigt das erste Teilkriterium für die Bewertung möglicher Alternativrouten, die die dadurch entstehenden abstrakten Routenkosten aufweisen. Unter der Annahme, dass die initiale Route, wie beabsichtigt die nach Kostenmaß Beste ist, wird eine Alternativroute immer höhere Gesamtkosten haben.
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Betrachtet werden die Kosten des Bypasses auf der möglichen alternativen Route und die des umgangenen Abschnittes der initialen Route „bypassed“. Das Verhältnis der Kosten dieser Routenabschnitte geht als Faktor in die Bewertung des Signature-Link-Kandidaten (Wegpunkt-Kandidaten) ein. Liegt die relative Erhöhung jenseits einer bestimmten Schwelle, zum Beispiel 25% kann die potentielle Erhöhung generell als sinnvolle Alternative ausgeschlossen werden.
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Neben dem originären, bei der Routenberechnung verwendeten Kostenmaß können auch andere Kostenbeiträge in die Bewertung einbezogen werden. Die Implementierung vergibt, zum Beispiel auch bei Kostenmaß „schnelle Route“ leicht verbesserte Bewertungen für streckenmäßig kürzere Umfahrungen.
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Die Länge des abweichenden Abschnittes sollte in einem „vernünftigen“ Verhältnis zur Gesamtroute stehen. Eine Alternativroute sollte sich möglichst nicht nur in einem trivialen, kurzen Abschnitt von der Originalroute unterscheiden, insbesondere nicht im Mittelteil der Route. Wenn sich keine Umfahrung eines langen Routenstücks anbietet, werden in Start- und Zielnähe, aber auch kürzere Abweichungen akzeptiert, beispielsweise die Wahl einer anderen Autobahnanschlussstelle.
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Um umständliche Routen nicht fälschlich zu bevorzugen, wird bei der Bewertung der Länge der Abweichung immer nur das umgangene Stück auf der ursprünglichen Route, und nicht der Bypass selbst bewertet. Die Bewertung erfolgt in der Implementierung auf Grundlage der jeweiligen Streckenlängen. Die Bewertung könnte aber auch anhand der Routenkosten oder anderer Kostenmaße erfolgen.
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Die Länge des umfahrenen Abschnitts kann zum einen im Verhältnis zur Gesamtlänge der initialen Route bewertet werden, und zum anderen im Verhältnis zur Streckenlänge zwischen Ende beziehungsweise Anfang des Bypasses und Start beziehungsweise Ziel. Es wird, vorzugsweise eine Mischung aus beiden Relationen verwendet.
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Alternativrouten, die einen umfahrenen Abschnitt unterhalb einer gewählten Mindestlänge erzeugen, sollten verworfen werden. Es hat sich als sinnvoll erwiesen, diese Mindestlänge hoch anzusetzen, vorzugsweise 25 km, wenn das umfahrene Stück durchgängig autobahnartig ist, da so sinnlose Alternativrouten, zum Beispiel über Parallelspuren („Scheinalternativen“) verhindert werden. Es ist jedoch möglich eine beliebige Mindestlänge anzusetzen.
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Eine Alternativroute kann in der Regel durch mehrere mögliche Signature-Links identisch erzeugt werden. Es hat sich als sinnvoll erwiesen, wenn der Signature-Link möglichst in der Mitte des von ihm generierten Bypasses liegt, insbesondere um mögliche Artefakte zu vermeiden, die entstehen, wenn der Signature-Link ganz am Anfang oder Ende des von ihm erzeugten Bypasses liegt.
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Signature-Link-Kandidaten erhalten eine bessere Bewertung, wenn sie möglichst nahe der Mitte des von ihnen erzeugten Bypasses liegen.
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Der Rechenaufwand, um über jeden in Frage kommenden Signature-Link eine eigene Routenberechnung durchzuführen, um anschließend die jeweils entstehende Route mit der Originalroute zu vergleichen, wäre offensichtlich inakzeptabel. Vorliegend wird ein Algorithmus beschrieben, der in nur einem weiteren Verarbeitungsschritt sowohl die Menge der Signature-Link-Kandidaten als auch die Parameter zur Berechnung ihrer jeweiligen Bewertung liefert.
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4a und 4b zeigen die effiziente Berechnung der Bewertungskriterien. Sowohl als Signature-Link-Kandidaten als auch als Bestandteile der dadurch aufgespannten Alternativroutenkandidaten werden nur Verbindungsmöglichkeiten betrachtet, die schon in der eventuell künstlich verlängerten initialen Routenberechnung expandiert wurden.
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Für jeden Signature-Link dieser Verbindungsmöglichkeiten sind als Nebenergebnis der initialen Routensuche bereits der optimale Weg vom Start zum jeweiligen Wegpunkt, die abstrakten Kosten des Weges und optional weitere dabei mitgeführte Parameter, wie die Streckenlänge des optimalen Weges von Start bekannt.
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Außerdem wird vorausgesetzt, dass für jeden Wegpunkt entlang der initialen Route die Kosten und Streckenlänge vom Start beziehungsweise zum Ziel bekannt sind. Diese Information kann beim Erzeugen der initialen Route gesammelt werden.
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Die, bei der initialen Routensuche expandierten Verbindungsmöglichkeiten spannen einen Teilgraphen des Straßennetzwerkes auf, der Start, Ziel, und wenigstens eine Verbindung dazwischen, nämlich die initiale Route enthält.
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4b zeigt einen Teilgraphen, auf dem eine vom Ziel ausgehende vollständige Breitensuche durchgeführt wird, wobei den Verbindungsmöglichkeiten jeweils in ihrer Gegenrichtung, aber weiter unter Annahme der ursprünglichen physischen Durchfahrungsrichtung gefolgt wird.
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Dafür sind prinzipiell ähnlich viele Expansionsschritte, wie bei der initialen Routensuche notwendig. Der Aufwand pro Schritt kann aber erheblich reduziert werden, wenn bei der initialen Routenberechnung die ermittelten Kosten pro Verbindungsmöglichkeit und die jeweils möglichen Transitionen gespeichert werden, so dass für die Rückwärtsexpansion auf Datenbankzugriffe und erneute Kostenberechnungen verzichtet werden kann. Die Rückwärtsexpansion kann bei geeigneter Implementierung, deshalb deutlich schneller als die initiale Routenberechnung durchgeführt werden.
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Jeder bei dieser Rückwärtsexpansion expandierte Verbindungsmöglichkeit ist ein Signature-Link-Kandidat für den gesuchten Signature-Link. Verbindungsmöglichkeiten auf, bei der initialen Routensuche entstandenen, Sackgassen werden von der Rückwärtsexpansion nicht erreicht und fallen damit als Signature-Link-Kandidat weg, wie in 4b als gestrichelt dargestellt. Die Menge der bei der Rückwärtsexpansion erreichten und expandierten Verbindungsmöglichkeiten, sofern sie nicht auf der initialen Route liegen, wird als Signature-Link-Kandidatenmenge gespeichert, wie in 4a und 4b als nicht gestrichelte Verbindungsmöglichkeiten dargestellt.
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Analog zu den Nebenergebnissen der initialen Routenberechnung liefert die Rückwärtsexpansion für jede expandierte Verbindungsmöglichkeit jeweils die beste verfügbare Route zum Ziel, das heißt der Weg, auf dem der Wegpunkt bei der Rückwärtsexpansion erreicht wurde, sowie dessen Kosten und ggf. weitere Parameter, wie zum Beispiel die Streckenlänge.
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Da die initiale Route bereits bekannt ist, kann bei der Rückwärtsexpansion für jede expandierte Verbindungsmöglichkeit auch die Stelle mitgeführt werden, an der der Weg, auf dem er vom Ziel aus erreicht wurde, die initiale Route (bezogen auf die Richtung der Rückwärtsexpansion) verlässt, das heißt die Stelle, an der der vom Wegpunkt aufgespannte Bypass (bezogen auf die Fahrtrichtung) wieder auf die initiale Route trifft. Da die Kosten und Streckenlänge entlang der initialen Route von dieser Stelle bis zum Ziel bekannt sind, können als Differenz auch die Kosten und Distanzen von jedem Signature-Link-Kandidaten zum korrespondierenden „Join“ berechnet werden, wie in 5 dargestellt.
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Am Ende der Rückwärtsexpansion, wenn alle im Teilgraph verfügbaren Wege bis zum Start expandiert wurden, sind auch die Stellen bekannt, an denen alle prinzipiell möglichen Alternativrouten von der initialen Route abzweigen - Beginn des jeweiligen Bypasses, „Branch-off“ wie in 5 dargestellt. Kosten und Distanz vom Start entlang der initialen Route zu den verschiedenen Abzweigungspunkten sind auch als bekannt vorausgesetzt. In einer letzten Iteration wird jedem Signature-Link-Kandidaten seine jeweilige Abzweigung zugeordnet, womit auch Kosten und Länge des Bypasses bis zum Signature-Link-Kandidaten berechnet werden können.
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Damit liegen alle Eingangsdaten vor, um für jede Verbindungsmöglichkeit der Signature-Link-Kandidatenmenge die drei Kostenfaktoren zu berechnen:
- • Kostenfaktor:
- - Kosten des Bypasses: als Summe der Kosten vom Abzweigungspunkt bis zum Signature-Link-Kandidaten und der Kosten vom Signature-Link-Kandidaten bis zum „Join“;
- - Kosten des umfahrenen Routenabschnitts: als Differenz der Kosten entlang der Originalroute vom Start bis zum „Join“ und vom Start bis zum „Branch-off“, wie in 5 dargestellt.
- • Umfahrene Streckenlänge:
- - Länge des umfahrenen Abschnitts: als Differenz der Streckenlängen, entlang der Originalroute vom Start bis zum „Join“ und vom Start bis zum „Branch-off“,
- - Länge der initialen Gesamtroute: Bekannt;
- - Länge der „Referenzlänge“: Ebenfalls eine bekannte Länge, entlang der initialen Route, wie in 6 dargestellt.
- • Zentralität:
- - Streckenlänge vom „Branch-off“ bis zum Signature-Link-Kandidaten: Routenlänge vom Start bis zum Signature-Link-Kandidaten minus Länge, entlang der initialen Route bis zum Branch-off;
- - Streckenlänge vom Signature-Link-Kandidaten bis zum „Join“: Routenlänge vom Signature-Link-Kandidaten bis zum Ziel minus Länge, entlang der initialen Route vom Join bis zum Ziel, wie in 7 dargestellt.
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Für jede Verbindungsmöglichkeit aus der Signature-Link-Kandidatenmenge werden die drei, oder ähnliche Kriterien sowie deren ggf. gewichtetes Produkt als Gesamtbewertung berechnet.
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Der am besten bewertete Signature-Link-Kandidat, der gegen kein Ausschlusskriterium verstößt, wird als Signature-Link für die Alternativroute gewählt.
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Aus den Vorgängerbeziehungen der initialen Routensuche und der Rückwärtsexpansion kann die optimale Route über diesen Signature-Link ermittelt werden. Damit ist die erste Alternativroute bekannt.
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Um weitere Alternativrouten zu ermitteln, wird das beschriebene Verfahren wiederholt, wobei neben der initialen Route auch jeweils die zuvor berechneten Alternativrouten zur Bewertung des Bypasses herangezogen werden, das heißt, „Branch-off“ und „Join“ können somit auch auf einer zuvor berechneten Alternativroute liegen.
