DE69123199T2

DE69123199T2 - Verfahren zur Ortsbestimmung eines Fahrzeuges, Anordnung zur Ortsbestimmung eines Fahrzeuges sowie Fahrzeug mit der Anordnung

Info

Publication number: DE69123199T2
Application number: DE69123199T
Authority: DE
Inventors: Hans Gerard Marie Hermans; Der Gugten Willem Van
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1990-08-13
Filing date: 1991-08-06
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2011-08-07
Also published as: KR920004858A; DE69123199D1; KR0185581B1; EP0471405A1; JP3255944B2; NL9001810A; JPH06341843A; US5307278A; EP0471405B1; BR9103444A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Ortes eines Fahrzeugs, mit den Schritten:
- Messen der physikalischen Bewegung des Fahrzeugs (1.13,1.14) und daraus wiederholt Berechnen einer Besteckposition;
- Vergleichen berechneter Positionen mit Kartenpositionen aus einer globalen Kartendatenbasis und bei Übereinstimmung Rücksetzen der berechneten Position auf eine Kartenposition.
Solche Systeme können den Fahrer von der Aufgabe befreien, die beste Route zu finden. Ein solches Verfahren ist in dem Artikel "CARIN, a car information and navigation system" von M.L.G. Thoone, Philips Technical Review, Bd. 43, Nr. 11/12, Dezember 1987 beschrieben worden. Andere ähnliche Bezugsschriften sind EP- A-0 346 906 und IEEE Plans "88 Position location and navigation syposium record, Kissemmee, FLA, US, 29-11-88-2-12-88, IEEE New York, USA, E.J. Krakiwsky et al., A Kalman filter for integrating dead reckoning, map matching and GPS positioning. Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung zum Bestimmen der Position eines Fahrzeugs.
Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, ein effizienteres Verfahren und eine Anordnung zu verschaffen, die eine genauere Positionsbestimmung durch Straffen der Verarbeitung auf Basis einer geeignet gewählten Teilmenge an Information zu ermöglichen.
Daher ist einer der Aspekte der Erfindung, wie in Anspruch 1 definiert, gekennzeichnet durch Zusammenfügen nacheinander berechneter Positionen, die jeweils zu einem Unsicherheitsgebiet (VLPA) gehören, mit einem berechneten Liniensegment und Bilden einer gemessenen Datenstruktur (DRD) als zusammengefügte Kette aus berechneten Liniensegmenten (Pseudosegmente), wobei die zugehörigen Unsicherheitsgebiete eingeschlossen sind;
Eingeben einer Kartenposition aus einer lokalen Kartendatenbasis (LND) in eine Kartendatenstruktur (PSD), wenn die genannte Kartenposition in dem genannten Unsicherheitsgebiet der jüngsten Vergangenheit liegt und auch auf einem Kartenliniensegment liegt, das direkt oder über ein früheres Kartenliniensegment der genannten Kartendatenstruktur mit einer jüngsten passenden Kartenposition verbunden ist;
Testen der genannten Kartendatenstruktur (PSD) hinsichtlich topologischer Übereinstimmung mit der gemessenen Datenstruktur (DRD), wobei jeder nicht übereinstimmende Teil der genannten Kartendatenstruktur (PSD) vor dem Vergleichen verworfen wird und Ausführen des Vergleichens der Kartendatenstruktur (PSD) mit einem jüngsten Teil der gemessenen Datenstruktur (DRD), der sich zumindest bis zu der genannten jüngsten passenden Kartenposition erstreckt;
nach dem genannten Rücksetzen Aktualisieren der lokalen Kartendatenbasis (LND) aus der globalen Kartendatenbasis, die Kartenliniensegmente umfaßt, wobei die genannte lokale Kartendatenbasis so auf ein Gebiet nahe der genannten jüngsten passenden Kartenposition (2.10) begrenzt ist und Ignorieren jeder Kartenposition außerhalb der lokalen Kartendatenbasis für das genannte Eingeben.
Durch Verwendung einer lokalen Navigationsdatenbasis, die regelmäßig an die tatsächliche Position angepaßt wird, stehen die für die Tests benötigten Daten aus der Datenbasis immer in einfacher Weise zur Verfügung. Dies ist wichtig, da das Volumen der globalen Datenbasis sehr groß ist und daher die Zugriffszeit auf die Daten nicht vernachlässigbar kurz ist. Speichern der Routensegmente, die aus der lokalen Navigationsdatenbasis mit Hilfe der Testschritte selektiert worden sind, ist ein Hilfsmittel für eine genaue Positionsbestimmung. Wenn somit das Fahrzeug die Richtung ändert, kann das richtige Routensegment aus den gespeicherten Routensegmenten ermittelt werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung nach Anspruch 13 zum Implementieren des Verfahrens. Weitere vorteilhafte Aspekte werden in den Unteransprüchen genannt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung und den Tabellen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Tabelle 1 einen Pseudocode-Algorithmus, der den Richtungstest beschreibt;
Tabelle 2 ein Beispiel für eine Liste SPR mit Segmenten mit geeigneter Richtung;
Tabelle 3 ein Beispiel für eine Liste L2 mit Segmenten, die auch den VLPA-Test bestehen;
Tabelle 4 die Weise, in der ein Segment in eine Liste L3 eingebracht wird;
Tabelle 5 einen Pseudocode-Algorithmus, der das Aktualisieren einer Liste L1 beschreibt;
Tabellen 6A, 6B, 6C und 6D die Implementierung der Datenstruktur PSD mit Hilfe der Liste L3;
Figur 1 ein Navigationssystem für einen Kraftwagen;
Figur 2 einen Ablaufplan, der ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert;
Figur 3 den VLPA-Test;
Figur 4 einen Ablaufplan, der beschreibt, wie die Liste L3 gebildet wird;
Figur 5 einen Ablaufplan, der eine weitere Ausarbeitung von Block D4 von Figur 4 beschreibt;
Figur 6 einen Ablaufplan, der eine weitere Ausarbeitung von Block D8 von Figur 4 erläutert;
Figuren 7 und 8 das dichte passende Aneinandergrenzen von Segmenten;
Figur 9 einen Ablaufplan, der eine weitere Ausarbeitung von Block D10 von Figur 4 erläutert;
Figur 10 einen Ablaufplan, der beschreibt, wie die Datenstruktur PSD gebildet wird;
Figur 11 die Implementierung der Datenstruktur PSD auf Basis eines Teils eines Straßennetzes;
Figur 12 Baumstrukturen zur Erläuterung der Tabellen 6A, 6B, 6C und 6D;
Figur 13 einen Ablaufplan, der beschreibt, wie neue Daten aus der globalen Datenbasis abgefragt werden;
Figur 14 einen Ablaufplan, der ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren erläutert;
Figur 15 die Bestimmung eines Korrekturvektors;
Figur 16 eine erfindungsgemäße Anordnung.
Ein Navigations- und Informationssystem für Kraftwagen beispielsweise der Art wie CARIN (Car Information and Navigation System) bestimmt periodisch die Position des Fahrzeugs, bestimmt die beste Route, leitet den Fahrer mit Hilfe eines Sprachsynthesegeräts oder einem Anzeigefeld für Zeichen, wählt eine alternative Route, wenn codierte digitale Rundfunksignale Verkehrsstaus mitteilen, und kann außerdem touristische Informationen liefern.
Zum Speichern digitaler Daten, die die benötigten topographischen und verkehrstechnischen Informationen repräsentieren (wie Straßen, Kreuzungen mit Vorfahrtsregeln, Verkehrsampeln, Anzahl Fahrspuren oder Breite der Straßen, Gefälle, Straßenkategorie, Geschwindigkeitsbegrenzungen usw.), wird in CARIN die Compact Disc verwendet.
Figur 1 zeigt ein Navigationssystem für einen Kraftwagen. Über den Bus 1.1 sind ein Mikroprozessor 1.2 und ein peripherer Speicher 1.3 mit einer topographische und verkehrstechnische Informationen enthaltenden globalen Datenbasis (beispielsweise einer CD mit einer Speicherkapazität von 4800 Mbit) verbunden. Zusätzlich zu den bekannten Rundfunksignalen empfangt ein Radio 1.4 auch codierte digitale Rundfunksignale 1.7 mit Informationen zum aktuellen Verkehrsgeschehen. Diese Signale werden im Decodierer 1.5 decodiert, der über eine Schnittstelle 1.6 mit dem Bus 1 verbunden ist. Eine Tastatur 1.8 steht über eine Schnittstelle 1.10 mit dem Bus 1 in Verbindung, ebenso wie ein Display 1.9, das einen Monitor und ein elektronisches Spachsynthesegerät mit Lautsprechern umfaßt für die Darstellung und Wiedergabe verkehrstechnischer und Navigationsdaten. Über eine Schnittstelle 1.11 bestimmt der Mikroprozessor 1.2 periodisch mit Hilfe von Kompassen 1.12 (beispielsweise einem Gyroskop mit optischen Fasern), einem Wegstreckenzähler 1.13 und Radsensoren 1.14 Besteckkoordinaten, die die aktuelle Position des Fahrzeugs bestimmen.
Die topographischen und verkehrstechnischen Informationen können auf mehrere verschiedene Weisen digitalisiert werden. Das Rasterabtast-Verfahren arbeitet beispielsweise folgendermaßen. Eine Straßenkarte (beispielsweise mit einem Maßstab von 1:100.000) wird in beispielsweise 0,1 mm x 0,1 mm größe Bildelemente (Pixel) unterteilt. Die Farbe jedes Pixels wird durch einen digitalen Code repräsentiert. Ein weiteres Verfahren, das viel weniger Speicherkapazität erfordert, ist das Vektor-Verfahren. Bei diesem Verfahren werden die Straßenachsen durch geradlinige Strecken angenähert, die jeweils einen Vektor repräsentieren. Ein Endpunkt eines Vektors, der bestimmte Bedingungen erfüllt, wird Knoten oder 0-Zelle genannt. Ein Vektor oder eine Reihe von Vektoren, die zwei Knoten miteinander verbinden, wird Kette oder 1-Zelle genannt. Eine von Ketten umgebene Fläche wird als 2-Zelle bezeichnet. Die Bezeichnungen 0-Zelle, 1-Zelle und 2-Zelle sind aus der Topologie bekannt; siehe S. Lefschetz, "Introduction to topology", Princeton University Press, Princeton, N.J., 1949.
In den zu besprechenden Verfahren für die Bestimmung der Position des Fahrzeugs wird angenommen, daß Digitalisierung nach dem Vektor-Verfahren erfolgt ist.
Bei der weiteren Beschreibung werden die zusammengesetzten Vektoren einer Kette zwischen zwei Knoten als Routensegmente oder einfach Segmente bezeichnet. Die globale Datenbasis mit topographischen und verkehrstechnischen Daten hat die folgende Struktur.
Das Straßennetz wird in eine graphische Struktur aus durch geradlinige Strecken, sogenannte Segmente, verbundenen Punkten übersetzt. Die Position jedes Punktes wird durch zwei Koordinaten (13eispielsweise kartesisch) festgelegt. Es gibt zwei Arten Punkte: Knoten und Zwischenpunkte.
Ein Knoten kann sein:
- ein Punkt, in dem mehr als zwei Segmente zusammenfallen;
- eine Kreuzung mit dem Rand der Karte oder einer anderen künstlichen Grenze;
- eine Kreuzung mit einer Verwaltungsgrenze;
- das Ende einer Sackgasse;
- ein Punkt, wo sich für eine Straße ein hinzugefügtes Element ändert (beispielsweise ihr Name oder die Straßenkategorie).
Alle anderen Punkte werden als Zwischenpunkte bezeichnet. Diese Punkte werden beispielsweise bei einer Kurve in der Straße gefunden oder werden verwendet, um die Krümmung einer Straße durch geradlinige Segmente anzunähern. Knoten sind durch Ketten miteinander verbunden, die von einem oder einer Vielzahl Segmenten gebildet wird. Die von den Ketten gebildete graphische Struktur ist das Skelett der digitalisierten Karte, dem weitere Elemente hinzugefügt werden, wie Straßennamen, Straßenkategorien, Einbahnstraßenvorschriften usw. Diese große Menge an Daten wird in sogenannte Parzellen unterteilt.
Zur Bestimmung der aktuellen Position des Fahrzeugs berechnet der Prozessor jedesmal aus gemessenen Navigationsparametern wie Fahrtrichtung und Zahl der Umdrehungen der Räder die Besteckkoordinaten.
Infolge von Meßfehlern, Rundungsfehlern usw. kann die berechnete aktueile Position von der tatsächlichen aktuellen Position abweichen. Solche Fehler können in systematische Fehler und zufällige Fehler unterteilt werden. Systematische Fehler in den Meßergebnissen können durch Kalibrierung beseitigt werden. Die Größe von zufälligen Fehlern kann geschätzt werden und durch das sogenannte VLPA (Vehide Location Probability Area) ausgedrückt werden. Dieses Wahrscheinlichkeitsgebiet um die Besteckkoordinaten herum hat die Form einer Ellipse, deren Abmessungen durch Gesetze für die Fortpflanzung zufalliger Fehler bestimmt werden.
Um jetzt die aktuelle Position des Fahrzeugs in verbessertem Maße bestimmen zu können, werden die Besteckkoordinaten mit den topographischen und verkehrstechnischen Informationen verglichen, wie sie in der globalen Datenbasis gespeichert sind.
Diese Information hat einen enormen Umfang und muß hantierbar gemacht werden. Hierzu wird eine lokale Navigationsdatenbasis (LND) gepflegt und aktualisiert, die Teilinformationen enthält, an denen Testschritte ausgeführt werden können, aufgrund derer möglicherweise gefahrene Routensegmente aus der LND in einer Datenstruktur gespeichert werden. Figur 2 zeigt einen Ablaufplan für diesen Vorgang. In Block 2.1 wird die LND an die aktuelle Situation angepaßt. Dies geschieht folgendermaßen. Zuerst werden Antworten auffrühere Datenanforderungen an die globale Datenbasis, sogenannte Abfragen, empfangen. Daraufhin werden zusätzlich benötigte Größen berechnet (beispielsweise die Länge oder die Richtung eines Segments). Dann werden die Antworten in der LND gespeichert. Schließlich werden überflüssige Daten aus der LND entfernt.
Die LND besteht aus drei Teilen: einer Kettenliste KL, einer Segmentliste SL und einer Liste neuer Daten NL. Diese Listen sind vorzugsweise Strukturen in Form einer verknüpften Liste, die den Vorteil einer variablen Länge haben. Dies ist wichtig für das dynamische Verhalten der LND. In einer solchen Struktur in Form einer verknüpften Liste werden Datenobjekte mit Hilfe von Zeigern verknüpft. Der Vorteil hiervon gegenüber der Verwendung von Feldern ist, daß die Abmessungen der Struktur nicht vorherbestimmt zu werden brauchen. Die Kettenliste KL enthält die nicht für jedes Segment benötigte spezielle Ketteninformation. Für jede Kette enthält diese Liste die folgenden Elemente:
Kettennummer (CD-Nummer, Parzellenadresse, Kettenindexnummer);
- Anfangsknoten (Knotenindexnummer);
- Zeiger zur Liste mit anderen Ketten vom Anfangsknoten aus;
- Endknoten;
- Zeiger zur Liste mit anderen Ketten vom Endknoten aus;
- Anzahl Segmente der Kette;
- Straßenkategorie (beispielsweise Autobahn, Straße zweiter Ordnung);
- Status (der Kette: beispielsweise Brücke, Viadukt);
- Einbahnstraßenregelung (vier Möglichkeiten);
- Steigung (beispielsweise eine Zahl von 1 bis 15, die einen Bereich an Prozentsätzen des Gefälles darstellt);
Die genannten Listen mit anderen Ketten (verknüpfte Listen) enthalten:
- Kettennummer (CD-Nummer, Parzellenadresse, Kettenindexnummer)
- Anzahl Zwischenpunkte;
- Anfangsknoten;
- Endknoten.
Die Segmentliste SL enthält:
- Segmentnummer (CD-Nummer, Parzellenadresse, Kettenindexnummer, Segmentindexnummer);
- Segmentrichtung;
- Segmentlänge;
- Anzahl Zwischenpunkte des Segments;
- Anfangspunkt (Knoten oder Zwischenpunkt);
- Endpunkt.
Die Liste neuer Daten NL hat die gleiche Struktur wie die Segmentliste SL; die als letzte eingegebenen Segmente werden darin aufgelistet. Bei Verwendung solcher Listen können Antworten auf solche Abfragen an die LND erhalten werden, wie:
- gib alle Segmente, deren Richtung nicht stärker als ein Schwellenwert von der derzeitigen Fahrtrichtung des Fahrzeugs abweicht;
- gib die als letzte eingegebenen Segmente;
- gib Informationen zu einer vorherbestimmten Kette;
- gib für eine gegebene Kette und ihren Anfangs- oder Endknoten die anderen Ketten dieses Knotens;
- gib die Richtung eines gegebenen Segments.
Wenn Anfragen an die globale Datenbasis Daten liefern, werden diese Daten in die LND eingegeben und eventuelle zusätzlich benötigte Größen berechnet. Der Inhalt der LND wird begrenzt, indem regelmäßig Ketten aus der LND entfernt werden, die nicht mehr wichtig sind (die beispielsweise nicht mehr in der Nähe der derzeitigen Position liegen).
Nach dieser Aktualisierung der LND werden in Block 2.2 an den Daten in der LND einige Testschritte ausgeführt, um zu bestimmen, über welche Ketten oder Segmente das Fahrzeug sich fortbewegt hat.
Ein erster möglicher Test ist der Richtungstest: Richtungen von Segmenten φs werden mit der derzeitigen Fahrtrichtung φv des Fahrzeugs verglichen, wie sie aus den berechneten Besteckkoordinaten bestimmt worden ist. Wenn der spitze Winkel Δφ zwischen einem Segment und der Fahrtrichtung kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert T ist, wird das betreffende Segment in einer Liste SPR von Segmenten mit geeigneter Richtung aufgenommen. Auch der betreffende spitze Winkel Δφ wird in dieser Liste gespeichert. Wenn ein Segment und die Fahrtrichtung Richtungen haben, die sich um nahezu 180º voneinander unterscheiden, wird an der Richtung des Segments eine Korrektur von 180º vorgenommen, und die korrigierte Richtung wird auch in der Liste SPR gespeichert, ebenso wie ein Boolscher Wert RV, der anzeigt, daß eine Korrektur durchgeführt worden ist. Wenn dieser Boolsche Wert RV "TRUE" ist, ist die Korrektur durchgeführt worden und durchfährt das Fahrzeug das Segment in entgegengesetzter Richtung. Mit Hilfe dieses Boolschen Wertes RV, der anzeigt, ob die Richtung korrigiert worden ist oder nicht, ist es möglich, den Anfangs- und den Endpunkt eines Segments zu definieren: das Fahrzeug fährt immer vom Anfangs- zum Endpunkt. Wenn das Fahrzeug rückwärts fahrt, wird eine zusätzliche Korrektur ausgeführt. Der Schwellenwert T dieses Tests hängt von der Länge des zu testenden Segments ab. Für kurze Segmente wird ein höherer Schwellenwert verwendet, da der Richtungstest für kleine Segmente weniger genau ist, und das Vorhandensein kurzer Segmente kann das Ergebnis von Ungenauigkeiten bei der Digitalisierung der Karte sein. Die Segmentnummern werden zusammen mit ihrer Richtung und Unge aus der LND geholt und mit der Fahrtrichtung des Fahrzeugs verglichen. Auch zusätzliche Daten wie Koordinaten können aus der LND ausgelesen und in der Liste SPR aufgelistet werden, so daß sie schnell zum Gebrauch verfügbar sind. Die Fahrtrichtung des Fahrzeugs wird aus den berechneten Besteckkoordinaten bestimmt, wobei eventuell ein Mittelwert über eine Anzahl aufeinanderfolgend gefundener Richtungen genommen werden kann, um kleine Schwankungen zu vermeiden. Die Fahrtrichtung ist im Speicherplatz NP mit Navigationsparametern gespeichert. Zudem gibt es einen Speicherplatz VR, in dem die frühere Fahrtrichtung gespeichert worden ist. Der Richtungstest kann mit Hilfe von PSEUDO-CODE folgendermaßen repräsentiert werden (siehe Tabelle 1):
IF Fahrtrichtung φv von Fahrzeug konstant
THEN φv mit φs von neuen Segmenten (der Liste NL) vergleichen
ELSE φv mit φs aller Segmente aus LND vergleichen.

Tabelle 1

Wenn die Differenz zwischen der im Speicherplatz VR gespeicherten Richtung und der Richtung aus dem Speicherplatz NP unterhalb eines gegebenen Schwellenwertes T1 liegt, hat das Fahrzeug eine nahezu konstante Fahrtrichtung und der Richtungstest kann deutlich vereinfacht werden: nur neu hinzugefügte Segmente (in der Liste neuer Daten NL) brauchen geprüft zu werden. Alle anderen Segmente mit geeigneter Richtung sind in der Liste SPR bereits aufgelistet; neue geeignete Segmente werden hinzugefügt. Wenn ein zu großer Richtungsunterschied vorliegt, müssen alle Segmente von LND geprüft werden, nachdem Liste SPR geleert worden ist. Auch die Länge geeigneter Segmente kann in der Liste SPR für späteren Gebrauch gespeichert werden.
Ein weiterer möglicher Test ist der VLPA-Test. Wie bereits im Vorherigen beschrieben worden ist, wird ein Wahrscheinlichkeitsgebiet in einem Fahrzeugnavigationssystem wie CARIN um die berechneten Besteckkoordinaten herum bestimmt, das sogenannte VLPA. Dieses ellipsenförmige Gebiet kann aus rechentechnischen Gründen durch ein das Gebiet umschließendes Rechteck angenähert werden, dessen Seiten parallel zu den Hauptachsen der Ellipse liegen und das eine minimale Fläche hat (tangentential zur Ellipse). In dem VLPA-test wird geprüft, ob Segmente aus der Liste SPR in dem betreffenden VLPA liegen. Segmente, die auch diese Forderung erfüllen, werden in eine Liste L2 eingegeben. Die folgenden Elemente eines Segments, das die richtige Richtung hat und in dem VLPA liegt, werden in L2 eingegeben:
- Segmentnummer (CD-Nummer, Parzellenadresse, Kettenindexnummer, Segmentindexnummer);
- Segmentrichtung;
- Boolsche RV;
- Winkel Δφ
- Segmentlänge;
- Anzahl Zwischenpunkte der Kette;
- Anfangspunkt des Segments (Indexnummer des Zwischenpunkts);
- Boolsche B1: Anfangspunkt innerhalb ("inside"; "in") oder außerhalb ("outside"; "out") des VLPA;
- Koordinaten des Anfangspunkts;
- Endpunkt des Segments (Indexnummer des Zwischenpunkts);
- Boolsche B2: Endpunkt innerhalb ("inside"; "in") oder außerhalb ("outside"; "out") des VLPA;
- Koordinaten des Endpunkts;
- Index, der angibt, ob das Segment den Status "möglicherweise gefahrenes Routensegment" hat.
Die meisten Elemente können aus der Liste SPR in die Liste L2 kopiert werden. Siehe Figur 3 und Tabellen 2 und 3. Es sei bemerkt, daß in den Tabellen 2 und 3 und im weiteren Verlauf dieser Beschreibung nur wesentliche Elemente der dargestellten Listen gezeigt werden.
In Figur 3 fährt das Fahrzeug nach rechts und hat eine Fahrtrichtung von 90º. Wie in den Tabellen 2 und 3, gezeigt wird, bestehen 6 der 7 Segmente den VLPA- Test.
Die so erhaltene Liste L2 enthält Segmente, die Kandidaten sind, um als "möglicherweise gefahrene Routensegmente" (P.S.) markiert zu werden. Daraufhin wird mit zusätzlichen Tests bestimmt, welche Segmente zu diesem Zeitpunkt den Status P.S. haben. Es wird geprüft, ob ein Segment gut an ein vorheriges P.S. grenzt. Drei Listen werden benutzt:
- L1, die vorherige P.S. enthält (d.h. Segmente, die bei der vorigen Bestimmung des P.S. möglicherweise gefahrene Routensegmente waren);
- L2, die Segmente enthält, die die richtige Richtung haben und in dem betreffenden VLPA liegen;
- L3 mit momentanen P.S. (d.h. Segmente von L2, die die zusätzlichen Tests bestanden haben).
Mit den Listen L1 und L2 als Eingabe wird jetzt bestimmt, welche Segmente in Liste L3 eingegeben werden. Siehe Figur 4. In Block D1 wird geprüft, ob Liste L2 leer ist. In diesem Fall sind keine Tests erforderlich, da es keine Kandidaten gibt. Wenn L2 nicht leer ist, wird erst das vorhergehende P.S. in Liste L1 geprüft. Daraufhin wird das neue P.S. in Block D8 verarbeitet. In Block D2 wird aus L2 ein Segment 5 gewählt, und es wird geprüft, ob S auch in L1 aufgelistet ist. Falls nicht, wird in Block D6 ein "neues P.S."-Index in Liste L2 an S zugefügt. Wenn Segment 5 tatsächlich in L1 enthalten ist, also zu einem früheren Zeitpunkt bereits P.S. war, wird S in den Blöcken D3, D4 und D5 weiterverarbeitet. Die Fahrtrichtung von S in L2 wird in Block D3 mit der Fahrtrichtung von S in L1 verglichen. Wenn die beiden Richtungen sich um ungefähr 180º unterscheiden, hat das Fahrzeug seine Fahrtrichtung geändert. Dies wird in Block D5 behandelt. Wenn die Richtungen übereinstimmen, wird das Segment S in folgender Weise in Liste L3 eingegeben (Block D4, ausführlicher in Figur 5 dargestellt). In Block D4-1 werden alle Informationen über das Segment S aus der Liste L2 in die Liste L3 eingegeben (Segmentnummer, Richtung, Boolscher RV, Winkel Δφ, Länge, Anzahl Zwischenpunkte der Kette, Anfangs- und Endpunkte und ihre Koordinaten, Boolsches B1 und B2). Von dem Segment S wird nur die Information über das angrenzende, vorhergehende Segment vom Anfangspunkt aus und die angrenzenden Segmente (mit Richtungen) vom Endpunkt aus, soweit diese Segmente in L1 enthalten sind, aus der Liste L1 in die Liste L3 kopiert. Jetzt wird L1 mit L3 verglichen. In den Blöcken D4-2 und D4-3 wird geprüft, ob der Endpunkt des Segments S erst (in L1) außerhalb des VLPA lag und jetzt (in L3) im VLPA liegt. In diesem Fall wird in Block D4-4 bestimmt, welche die angrenzenden Segmente des Endpunkts sind, und diese Segmente zusammen mit ihren zugehörigen Richtungen werden als Attribute für S in L3 eingegeben. Wenn der Endpunkt ein Zwischenpunkt ist, gibt es ein einziges wesentliches angrenzendes Segment in der gleichen Kette, das von dem Boolschen RV bestimmt wird, der angibt, ob die Fahrtrichtung korrigiert worden ist oder nicht. Somit ist beispielsweise das angrenzende Segment eines Segments mit einer Indexnummer 2 in einer Kette das Segment mit der Indexnummer 1, wenn RV TRUE ist. Wenn der Endpunkt ein Knoten ist, werden die angrenzenden Ketten des Endpunkts in der Kettenliste KL der LND gesucht. Auch die Richtungen der angrenzenden Segmente werden in die Liste L3 eingegeben. Diese Richtungen können in der Segmentliste SL der LND gefunden werden. Wenn die Fahrtrichtung verändert ist (Block DS), sind der Anfangspunkt und der Endpunkt ausgetauscht und der Vorgang danach ist gleich dem vorhergehenden. In Block D7 wird geprüft, ob das letzte Segment von L2 bereits behandelt worden ist. Falls nicht, wird zu Block D2 zurückgekehrt. Wenn alle Segmente behandelt worden sind, wird das neue P.S. (in Block D6 mit einem Index versehen) verarbeitet; siehe Block D8, weiter ausgearbeitet in Figur 6. In Block D8-1 wird geprüft, ob es neue P.S gibt. Falls nicht, dann fertig, falls ja, wird der Zähler I in Block D8-2 auf null initialisiert. In den Blöcken D8-3 und D8-4 wird jetzt für ein neu gewahltes P.S., beispielsweise S, geprüft, ob es an ein Segment grenzt, das bereits P.S. ist (in L3 enthalten ist). Falls ja, dann wird der Variablen Z der Wert 3 zugewiesen. Falls nein, dann wird in den Blöcken D8-5 und D8-6 geprüft, ob S an ein Segment aus L1 grenzt. Ist das der Fall, wird der Variablen Z der Wert 1 zugewiesen, falls nicht, wird nach Block D8-14 gegangen. In Block D8-7 wird geprüft, ob 5 nicht bereits in einem früheren Iterationsschritt in L3 eingegeben worden war (siehe Block D8-12) und, ob die Richtung von S zu der Richtung des angrenzenden Segments in Liste Z paßt (Z =1 oder Z=3). Wie in Figur 7 gezeigt wird, ist Angrenzen an ein anderes Segment nicht immer ausreichend: Segment M grenzt sowohl an Segment K als auch an Segment L, aber die Richtung von M stimmt nicht mit der Richtung von K überein, so daß M nur passend angrenzend an L sein kann. In Block D8-8 wird das neue P.S. in L3 eingegeben. Die meisten Elemente von Liste L2 werden wieder in Liste L3 eingegeben; der Endpunkt des angrenzenden Segments in Liste Z wird der Anfangspunkt dieses neuen P.S. S. Die Segmentnummer des Segments in Liste Z wird unter "vorhergehendes Segment" beim Anfangspunkt des jetzt neu hinzugefügten P.S. S in L3 angeordnet. Durch Hinzufügen des vorhergehenden Segments wird vermieden, daß die gleiche Segmentekombination wiederholt in der Liste L3 gespeichert wird (siehe Block D8-7). Außerdem wird mit einem Index angegeben, daß dieses Segment ein "neues, möglicherweise gefahrenes Routensegment" (N.P.S.) ist. Wenn das Segment das erste Segment seiner Kette ist, das in L3 eingegeben worden ist, erhält es den status N.P.C.: neue möglich Kette.
Figur 8 und Tabelle 4 zeigen ein Beispiel dafür, wie ein N.P.S., B, angrenzend an Segment A von L3, in L3 eingegeben wird. Segment A ist bereits in L3 eingegeben worden, Segment B ist ein N.P.S. in L2 und wird angrenzend an A in L3 eingegeben (die drei Untertabellen von Tabelle 4). In Block D8-9 wird geprüft, ob der Endpunkt des gerade hinzugefügten N.P.S. bereits in dem VLPA enthalten ist; dann handelt es sich um ein Segment KS. In diesem Fall werden in Block D8-10 die angrenzenden Segmente des Endpunkts und ihre Richtungen bestimmt und als Attribut für KS in Liste L3 eingegeben, genauso wie in Block D4-4. Das Segment wird mit dem richtigen Index versehen. In Block D8-11 wird geprüft, ob ein neu in L3 eingegebenes Segment mit Endpunkt im VLPA nicht bereits in L3 angrenzend an ein anderes Segment in einem früheren Iterationsschritt enthalten war. Falls das der Fall ist, wird der Zähler I in Block D8-12 nicht erhöht. Andernfalls wird der Zähler I in Block D8-12 um 1 erhöht. Wenn der Zähler 1 größer als null ist, nachdem alle N.P.S. geprüft worden sind, ist ein folgender Iterationsschritt notwendig: es ist nämlich möglich, daß es noch weitere N.P.S. angrenzend an das neu hinzugefügte N.P.S. mit Endpunkt in dem VLPA gibt. In dem Block D8-13 wird geprüft, ob ein neues N.P.S. an noch ein anderes P.S. der Liste L1 oder Liste L3 grenzt. Falls ja, werden die Blöcke D8-3 bis D8-13 wiederholt. In Block D8-14 wird geprüft, ob das letzte N.P.S. bereits behandelt worden ist. Falls nicht, wird in Block D8-15 ein folgendes N.P.S. selektiert. In Block D8-16 wird geprüft, ob 1 null ist. Falls nicht, ist ein folgender Iterationsschritt erforderlich.
In Block D9 (Figur 4) wird, nachdem in D8 alle N.P.S. verarbeitet worden sind, Liste L1 aktualisiert. Dieses Aktualisieren kann folgendermaßen in PSEUDO- CODE dargestellt werden (siehe Tabelle 5).
IF L3 leer oder Kurve
THEN eventuelle Segmente von L3, die nicht in L1 enthalten sind, an L1 hinzufügen
ELSE L1 durch L3 ersetzen

Tabelle 5.

Bei einer übermäßig großen Zahl möglicherweise gefahrener Routensegmente (die einen einstellbaren Schwellenwert übersteigt) wird das Signal "LOST" generiert. Dieses Signal gibt an, daß der Benutzer (manuell) eine erneute Ortsbestimmung ausführen muß. Er kann dies beispielsweise tun, indem er mit der Tastatur 1.8 die Namen zweier Straßen eingibt, die zu einer Kreuzung führen, wo er sich in diesem Moment befindet. Schließlich wird in Block DlO gehandelt, falls das Fahrzeug sich außerhalb des auf der Datenbasis abgebildeten Gebiets befindet. Siehe Figur 9. In Block D10-1 wird ein Zähler n bei null initialisiert. In Block D10-2 wird geprüft, ob das Fahrzeug sich außerhalb des abgebildeten Datenbasisgebiets befindet. Falls ja, wird in Block D10-7 das Signal "OFF MAP" generiert. Falls nicht, wird in Block D10-3 geprüft, ob der Ort des Fahrzeugs mit genügender Sicherheit bekannt ist. Falls das nicht der Fall ist, beispielsweise wenn das Fahrzeug auf einem großen Parkplatz geparkt ist, wird eine sogenannte "Bereichsabfrage" in Block D 10-4 ausgeführt, das heißt: alle Daten aus einem gegebenen Teilgebiet der Datenbasis (beispielsweise ein Rechteck) werden angefordert. Außerdem wird der Zähler n um eins erhöht. Daraufhin wird in Block D10-5 geprüft, ob der Zähler n in der Zwischenzeit einen (voreinstellbaren) Schwellenwert N&sub0; überschritten hat. Falls nicht, wird zu Block D10-2 zurückgekehrt. Falls ja, wird dann in Block D10-8 das Signal "LOST" generiert: eine manuelle, erneute Ortsbestimmung ist notwendig. Wenn nach einer Anzahl Abfragen (nicht mehr als N&sub0;) der Ort, wo sich das Fahrzeug befindet, mit genügender Sicherheit bekannt ist, erfolgt ein Rücksetzen in Block D10-6.
Auf diese Weise sind die möglicherweise gefahrenen Routensegmente P.S. für die aktuelle Situation bestimmt worden.
Diese Segmente werden jetzt in eine (baumartige) Datenstruktur in Form einer verknüpften Liste PSD (Block 2.3 von Figur 2) eingegeben. Unwichtige Teile ("Zweige" des Baumes) werden entfernt. Das zentrale Element in der Datenstruktur ist das Segment mit seinen Attributen (Segmentnummer, Segmentrichtung, Boolscher RV, Winkel Δφ Segmentlänge, Straßenkategorie, Kettenstatus, Einbahnstraßenvorschriften, Steigung, P.S.-Index). Eine Anzahl dieser Attribute wird durch Abfragen an die Kettenliste KL der LND bestimmt. Weiterhin werden Anfangs- und Endpunkte jedes Segments gespeichert, jeder zusammen mit den folgenden Attributen: Punktnummern, Koordinaten, Boolsches Anzeigen, ob sich die Punkte innerhalb oder außerhalb des VLPA befinden. Für jedes Segment (ausgenommen dem ersten Segment in der Struktur) wird auch sein Vorgänger gespeichert (das angrenzende Segment des Anfangspunkts, von dem das Fahrzeug herkommt). Jedes Segment hat null, einen oder mehr Nachfolger, die an den Endpunkt grenzen und auch in der Struktur gespeichert werden. Alle angrenzenden Segmente haben die gleichen Attribute wie vorstehend.
All dies wird in Figur 10 erläutert. In Block E1 wird geprüft, ob Liste L3 leer ist. Falls nicht, werden alle N.P.S. von L3 erst in den Blöcken E2, E3 und E4 in die Struktur PSD eingegeben. Daraufhin werden in den Blöcken E5, E6 und E7 die verbleibenden P.S. von L3 (die bereits vorher P.S. gewesen waren) in der Datenstruktur PSD aktualisiert.
In den Blöcken E8, E9, E10 und E11 werden Zweige, die nicht möglich sind, aus der baumartigen Struktur PSD entfernt. Sofern nicht in einer Kurve gefahren wird (Block E8), werden alle P.S.-Indizes von nicht mehr in L3 enthaltenen Segmenten in Block E9 entfernt. Schließlich werden in den Blöcken E10 und E11 die überflüssigen Zweige entfernt: wenn das letzte Segment eines Zweiges bei einer Vielzahl aufeianderfolgender Bestimmungen der möglicherweise gefahrenen Routensegmente (beispielsweise x Mal) nicht mehr P.S. ist. Der gesamte Zweig kann dann entfernt werden. Der Schwellenwert x wird eingeführt, um zu vermeiden, daß Zweige unbeabsichtigt entfernt werden, beispielsweise, wenn das Fahrzeug überholt. Der Aufbau der Datenstruktur PSD soll anhand eines Beispiels erläutert werden.
Figur 11 zeigt einen Teil eines Straßennetzes mit Segmenten A bis Z, und auch 7 aufeinanderfolgende VLPAS. Die möglicherweise gefahrenen Routensegmente P.S. werden bei jedem VLPA bestimmt und in die Liste L3 eingegeben. Unter Verwendung von L3 und den vorhergehenden möglichen Routen werden die aktuellen möglicherweise gefahrenen Routen PR bestimmt und jedesmal in die Datenstruktur PSD eingegeben. Der Deutlichkeit halber sei angenommen, daß das Fahrzeug in diesem Beispiel nur in die Richtungen Norden (north) oder Osten (east) fährt. Die Elemente Richtung, Boolscher RV und Winkel Δφ werden daher hier nicht betrachtet.
Die jeweiligen Listen L3 und eine mögliche Repräsentation des Inhalts der betreffenden zugehörigen Datenstruktur PSD werden in den Tabellen 6A, 6B, 6C und 6D gezeigt. Es sei bemerkt, daß die Datenstruktur PSD wegen ihres dynamischen Charakters vorzugsweise eine Struktur in Form einer verknüpften Liste ist. Der Einfachheit halber wird der Inhalt in den Tabellen als Liste von Segmenten gezeigt. Das fünfte VLPA ist zweimal vorhanden: erst mit der Richtung Norden und dann mit der Richtung Osten. Das Fahrzeug ist dort nach rechts abgebogen. In der Situation 1 (Tabelle 6A), ist nur das Segment A ein P.S. in Liste L3. Dieses N.P.S. wird als erstes Segment in die Struktur PSD mit möglicherweise gefahrenen Routen PR eingegeben. Eine Repräsentation dieser Struktur als Liste mit möglicherweise gefahrenen Routen PR wird für jede Situation in den Tabellen 6A, 6B, 6C und 6D gezeigt. Figur 12 zeigt eine Baumstruktur (der Deutlichkeit halber, aber rein theoretisch), wobei die Baumstruktur die für jede Situation wesentlichen PR-Segmente enthält. Es sei bemerkt, daß jedes Segment die vorstehend beschriebenen Attribute hat. In Situation 1 hat das Segment A den Status P.S., angedeutet durch den kleinen Kreis um A in Figur 12. In Situation 2 gibt es drei P.S., von denen zwei N.P.S. sind, die in die Struktur eingebracht worden sind. Die Segmente D und E grenzen beide an Segment A und haben die PR-Indexnummer 2 bzw. 1-1 erhalten. Diese PR-Indexnummern ermöglichen es, verschiedene Zweige in der Struktur voneinander zu unterscheiden. Dies kann in einer Implementierung mit Hilfe von Zeigern in einer Struktur in Form einer verknüpften Liste geschehen. In Situation 2 ist das Segment A als P.S. angepaßt (der Boolsche Wert, der angibt, ob der Endpunkt im VLPA liegt oder nicht, ändert sich beispielsweise, ebenso wie auch der Winkel Δφ). Somit werden die neuen möglicherweise gefahrenen Routensegmente hintereinander in der Datenstruktur hinzugefügt. Schließlich (Situation 7) gibt es drei von A stammende Zweige, die alle drei in Z enden. Es sei bemerkt, daß es für eine Implementierung vorteilhaft sein kann, in einer Struktur in Form einer verknüpften Liste alle Zweige des in Figur 12 gezeigten Baumes nebeneinander zu speichern; die hiermit erhaltene Flexibilität wiegt die Redundanz auf. Wenn die Datenstruktur mit PR-Segmenten zu voll wird (mehr als einen vorherbestimmten Schwellenwert enthält), kann eine solche Zahl ältester Routensegmente aus der Datenstruktur entfernt werden, daß der neue Belegungsgrad kleiner ist (als ein gegebener weiterer Schwellenwert). Auch kann bei einer zu vollen Datenstruktur ein Signal generiert werden, das angibt, daß eine erneute Ortsbestimmung notwendig ist.
Nach dieser Speicherung möglicherweise gefahrener Routen PR in der Datenstruktur PSD werden in Block 2.4 von Figur 2 neue Anforderungen für Daten aus der globalen Datenbasis generiert, die sogenannten Abfragen. Um eine möglichst schnelle Ausführung der Testschritte zu ermöglichen, werden nur Daten aus der globalen Datenbasis abgefragt, die wirklich notwendig sind, d.h. Daten, die sich auf Segmente in der Nähe der derzeitigen Position des Fahrzeugs beziehen. Anhand der Liste L3 kann bestimmt werden, welche Abfragen benötigt werden: die Indizes von Liste L3 geben an, welche Segmente N.P.S. oder N.P.C. sind. Die am häufigsten verwendeten Abfragetypen sind die folgenden:
- gegeben sei eine Kette, gib alle Ketten, die an beide Knoten grenzen, ausgenommen die gegebene Kette;
- gegeben sei eine Kette und ein Knoten, gib die Ketten des anderen zugehörigen Knotens, ausgenommen die gegebene Kette;
- gegeben sei ein Knoten, gib alle an diesen Knoten grenzende Ketten.
Siehe Figur 13. In Block F1 wird geprüft, ob L3 leer ist. Falls nicht, werden in Block F2 die Abfragen mit der N.P.C. von L3 ausgeführt. Falls ja, wird in Block F3 geprüft, ob eine erneute Ortsbestimmung stattgefunden hat. In diesem Fall erfolgt eine Abfrage zur erneuten Ortsbestimmung mit dem gegebenen Knoten zur erneuten Ortsbestimmung. Daraufhin werden in den Blöcken F5 und F6, wenn kurze Ketten vorliegen, die dann benötigten zusätzlichen Abfragen ausgeführt.
Von den nacheinander berechneten Besteckkoordinaten wird immer die jüngste Vergangenheit gesichert, aus der sogenannte Pseudosegmente abgeleitet werden: eine Vielzahl aufeinanderfolgend berechneter Besteckkoordinaten, die nahezu auf einer geraden Linie liegen, werden ein sogenanntes geradliniges Pseudosegment (das einem Segment der Datenbasis ähnelt), und eine Vielzahl hintereinander berechneter Besteckkoordinaten, die nicht auf einer geraden Linie liegen, werden ein sogenanntes vages Pseudosegment (beispielsweise bei einer Kurve in der Straße). Die so bestimmten Pseudosegmente werden in einer zusätzlichen Datenstruktur DRD gespeichert. Dies geschieht folgendermaßen. Siehe Figur 14. In Block 14.1 wird eventuell vorhandene alte Information in der weiteren Datenstruktur DRD, beispielsweise einer Struktur mit einer verknüpften Liste, entfernt und ein neuer Anfangspunkt gespeichert. Dies geschieht bei einem Rücksetzen (eine an den Besteckkoordinaten ausgeführte erfindungsgemäße Korrektur), oder bei einer erneuten Ortsbestimmung (manuell, weil ein Benutzer einen hierzu bestimmten Knopf eindrückt). Der Anfangspunkt ist jetzt zugleich der Endpunkt der Vorgeschichte der Besteckkoordinaten ("Dead Reckoning History"), nämlich gleich der derzeitigen Position gemäß der Berechnung der Besteckkoordinaten. Weitere Attribute, wie die aus den Besteckberechnungen bestimmte Unge Ldr, die aus den Koordinaten des Anfangs- und des Endpunkts bestimmte Länge Les, die aus den Besteckberechnungen bestimmte mittlere Fahrtrichtung (durch ein geradliniges Pseudosegment) φdr, die aus den Koordinaten des Anfangs- und des Endpunkts bestimmte Fahrtrichtung φcs durch ein geradliniges Pseudosegment und die Anzahl N von Besteckberechnungen in diesem Pseudosegment, werden initialisiert: φcs = Lcs = Ldr = 0, φdr = derzeitige Fahrtrichtung φv, N = 0.
In Block 14.2 wird die Dead Reckoning History vom neuen Anfangspunkt aus aufgebaut. Die gemessene derzeitige Fahrtrichtung φv wird jedesmal mit der mittleren Fahrtrichtung φdr verglichen. Solange diese Richtungen übereinstimmen (sich um weniger als ein gegebener Schwellenwert voneinander unterscheiden), fahrt das Auto entlang einem geradlinigen Pseudosegment, und anhand nachfolgender Messungen wird die Länge des derzeitigen Pseudosegments allmählich vergrößert, bis die Richtungen nicht mehr übereinstimmen, woraufhin das derzeitige Pseudosegment abgeschlossen wird und ein neues Pseudosegment anfängt. Abgeschlossene Pseudosegmente werden in der Datenstruktur DRD gespeichert. Um die Pseudosegmente mit den möglicherweise gefahrenen Routensegmenten P.S. in der Datenstruktur PSD vergleichen zu können, wird das derzeitige P.S. aus der PSD geholt und auch in die DRD eingegeben. Wenn das Fahrzeug seine Richtung verändert (von vorwärts nach rückwärts oder umgekehrt), fängt ein neues Pseudosegment an. Wenn das Fahrzeug rückwärts fährt, wird die Fahrtrichtung um 180º korrigiert, und der zurückgelegte Abstand wird korrigiert, indem der absolute Wert genommen wird. Wenn sich ein Pseudosegment als zu kurz erwiesen hat, wird es ein vages Pseudosegment. Angrenzende vage Pseudosegmente werden zusammengefügt, um ein einziges vages Pseudosegment zu bilden. In Block 14.3 wird die Dead Reckoning History durch Kombinieren von Pseudosegmenten mit nahezu der gleichen Richtung und durch Ersetzen (falls möglich) vager Pseudosegmente durch passende Längen geradliniger Pseudosegmente angepaßt. Wenn beispielsweise das geradlinige Pseudosegment PS1 einen Anfangspunkt A und einen Endpunkt B hat und das geradlinige Pseudosegment P52 den Anfangspunkt B und Endpunkt C hat und der Abstand zwischen Punkt B und der Strecke L mit dem Anfangspunkt A und dem Endpunkt C kleiner ist als ein gegebener Schwellenwert, dann können PS1 und PS2 kombiniert werden, um ein einziges neues geradliniges Pseudosegment zu bilden: die Strecke L. Der genannte Schwellenwert muß klein sein, da andernfalls der kleinste detektierbare Richtungsunterschied in der Dead Reckoning History zu groß wird. In den folgenden Fällen ist es möglich, in DRD ein vages Pseudosegment zwischen zwei geradlinigen Pseudosegmenten zu ersetzen.
Fall 1: Die vage Länge ist das Ergebnis einer kleinen Abweichung der geraden Linie, entlang der sich das Fahrzeug bewegt, beispielsweise um einem Hindernis auszuweichen. Angenommen werde, daß das geradlinige Pseudosegment PS1 einen Anfangspunkt A und einen Endpunkt B hat, das vage Pseudosegment P52 zwischen den Punkten B und C liegt und eine Länge V hat und das geradlinige Pseudosegment PS3 einen Anfangspunkt C und einen Endpunkt D hat. Die Strecke L hat den Anfangspunkt A und den Endpunkt D. Wenn jetzt der Abstand zwischen B und L und auch der Abstand zwischen C und L kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert und wenn V ungefähr gleich dem Abstand zwischen B und C ist, dann können PS1, PS2 und PS3 durch ein einziges neues geradliniges Pseudosegment ersetzt werden: die Strecke L.
Fall 2: die vage Länge ist das Ergebnis einer 90º-Kurve in der Besteckrechnungsroute. Angenommen werde, daß die Konfiguration die gleiche ist wie im Fall 1. Wenn jetzt der Schnittpunkt der Linien, auf denen PS 1 und P53 liegen, nicht zu weit von PS2 liegt, können PS1 und PS3 zu angrenzenden geradlinigen Pseudosegmenten extrapoliert werden und entfallt PS2.
Anschließend werden die Attribute Lcs und φcs an die neue Situation angepaßt. Schließlich wird in Block 14.4 für den Fall, daß die Datenstruktur DRD einen Belegungsgrad hat, der einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, z.B. wenn die Dead Reckoning History zu lang wird, der älteste Teil der DRD entfernt, und zwar so weit, daß der neue Belegungsgrad unterhalb eines weiteren Schwellenwertes liegt. Dies kann notwendig sein, wenn für einen langen Zeitraum kein Rücksetzen oder erneute Ortsbestimmung erfolgt ist.
Da jetzt die Dead Reckoning History (in der Datenstruktur DRD) und die möglicherweise gefahrenen Routensegmente (in der Datenstruktur PSD) zur Verfügung stehen, kann eine wohlbegründete Entscheidung hinsichtlich einer Korrektur der Besteckkoordinaten getroffen werden. Ein Korrekturvektor oder Rücksetzvektor wird aus den kombinierten Daten der beiden Datenstrukturen abgeleitet. Wenn PSD eine Vielzahl möglicherweise gefahrener Routen oder aus Routensegmenten zusammengesetzter "Zweige" enthält, muß daraus der am besten passende Zweig selektiert werden. Der Rücksetzvektor wird dann anhand dieses am besten passenden "Zweiges" und der Dead Reckoning History (die bereits aus einem einzigen "Zweig" besteht) bestimmt. Eliminieren von nicht geeigneten Zweigen erfolgt in zwei Schritten: Erst werden die Längen eines Pseudosegments und der zugehörigen Routensegmente verglichen, daraufhin werden Rücksetzvektoren für jeden Zweig bestimmt und anhand bestimmter Kriterien Zweige verworfen. Die Bestimmung des Korrekturvektors kann jedesmal erfolgen, wenn das Fahrzeug einen festen, zuvor bestimmten Abstand zurückgelegt hat oder auch, wenn beispielsweise die beiden Datenstrukturen PSD und DRD genügend viel Informationen enthalten (mehr als ein bestimmter kritischer Wert). Zur Bestimmung des Rücksetzvektors kann es notwendig sein, die Datenstrukturen PSD und DRD vorübergehend in einem gesonderten Speichersektor zu speichern, um zu verhindern, daß der Inhalt der Datenstrukturen während der Rücksetzberechnung verändert wird. Wenn eine erneute Ortsbestimmung erfolgt, während ein Rücksetzen berechnet wird, muß das berechnete Rücksetzen ignoriert werden, da andernfalls ein überflüssiges und daher falsches Rücksetzen nach der erneuten Ortsbestimmung erfolgt.
Der erste Schritt beim Eliminieren der Zweige verläuft folgendermaßen: Die Längen eines Pseudosegments und der zugehörigen Routensegmente werden verglichen. Wenn die Längen sich um mehr als ein gegebener Schwellenwert unterscheiden, wird der Zweig verworfen. Bedingungen für die Verwendung dieses Tests sind: die dem betreffenden Pseudosegment vorangehenden und folgenden Pseudosegmente sind geradlinig (nicht vage), haben eine einen gegebenen minimalen Wert überschreitende Länge und stehen nahezu senkrecht zu dem betreffenden Pseudosegment; die der Menge zugehöriger Routensegmente vorangehenden und folgenden Routensegmente haben eine einen gegebenen minimalen Wert überschreitende Länge und stehen nahezu senkrecht zu den zugehörigen Routensegmenten; die zugehörigen Routensegmente haben nur ein einziges zugehöriges Pseudosegment und eine einen gegebenen minimalen Wert überschreitende Länge.
Der zweite Schritt beim Eliminieren der Zweige verläuft folgendermaßen. Der Anfangspunkt ist das Pseudosegment, das bei der derzeitigen Position des Fahrzeugs endet. Bei diesem Pseudosegment wird für jeden Zweig von möglicherweise gefahrenen Routensegmenten anhand des entsprechenden Routensegments ein Segment- Translationsvektor (im weiteren mit STV bezeichnet) berechnet, der von dem Pseudosegment auf das betreffende Routensegment weist. Anhand des bisher bestimmten Segment-Translationsvektors (beispielsweise mit der Methode der kleinsten Fehlerquadrate) wird für jeden Zweig ein Zweig-Translationsvektor (im weiteren als "TV bezeichnet) bewahrt und aktualisiert; für dieses erste Pseudosegment ist dieser Zweig-Transiationsvektor gleich dem STV. Wenn der TTV für alle Zweige bestimmt worden ist, wird geprüft, ob ein Rücksetzen auf Basis eines dieser TTVs gerechtfertigt ist (was der Fall ist, wenn die betreffenden STVS genügend miteinander korreliert sind). Falls nicht, wird das vorhergehende Pseudosegment in der Dead Reckoning History betrachtet und für jeden Zweig wieder ein STV bestimmt, woraufhin die TTVs erneuert werden. Es wird dann erneut geprüft, ob ein Rücksetzen möglich ist, und so weiter, bis ein Rücksetzen gerechtfertigt ist oder die Dead Reckoning History aufgebraucht ist. Siehe Figur 15, in der ein Teil der Dead Reckoning History und die möglicherweise gefahrenen Routensegmente schematisch von einer aktuellen Position PP aus gezeigt werden. Vier Pseudosegmente PS1, PS2, PS3 und PS4 bilden die Dead Reckoning History. Die zugehörigen möglicherweise gefahrenen Routensegmente sind S1 und S2 (bei PS1), S3 und S4 (bei PS2), S5 (bei PS3) und S6 (bei PS4). Die Routensegmente bilden hier folglich zwei "Zweige": S1-S3-S4-S5-S6 und S2-S4-S5-S6. Außerdem werden die Segment-Translationsvektoren V1 bis V6 gezeigt. In dem ersten Schritt wird für die beiden Zweige ein von PS1 auf die jeweiligen zugehörigen Routensegmente S1 und S2 weisender STV bestimmt. Diese beiden Segment-Translationsvektoren, V1 und V2, sind beide sogenannte partielle Translationsvektoren, das heißt: sie liefern nur Information hinsichtlich der Komponente des gewünschten Rücksetzvektors senkrecht zur Richtung der betreffenden Routensegmente und Pseudosegmente. Wenn die Länge eines Pseudosegments nahezu gleich der Länge eines zugehörigen Routensegments ist (wie in Figur 15 bei PS2 und S4), kann ein sogenannter vollständiger Translationsvektor bestimmt werden, der auch Informationen zur Komponente des gewünschten Rücksetzvektors parallel zur Richtung der betreffenden Segmente verschafft. Die gefundenen Vektoren V1 und V2 sind negativ korreliert, so daß ein Rücksetzen nach diesem ersten Schritt noch nicht möglich ist. Daraufhin wird in Schritt 2 ein weiterer STV, V3 bzw. V4, für die beiden Zweige bestimmt. In Figur 15 ist V3 der partielle Segment-Translationsvektor für PS2 und S3 zusammen mit S4, und V4 ist der vollständige Segment-Translationsvektor für PS2 und S4. Für jeden Zweig wird jetzt ein Trv bestimmt. Bei dieser Bestimmung wird den betreffenden STVS ein Gewicht zugeordnet, das für einen vollständigen STV größer ist als für einen partiellen. Zumindest zwei nicht parallele partielle Segment- Translationsvektoren werden benötigt, um einen vollständigen Segment-Translationsvektor zu berechnen. In dem Beispiel von Figur 15 bilden V1 und V3 zusammen den TTV von Zweig S1-S3-S4, und V2 und V4 bilden zusammen den TTV von Zweig S2- S4, wobei V4 ein größeres Gewicht hat als V2. Wenn es mehr als zwei partielle Translationsvektoren gibt, beispielsweise nach dem vierten Schritt in Figur 15, wenn V1, V3, V5 und V6 für einen Zweig und V2, V4, VS und V6 für den anderen Zweig bestimmt worden sind, wird der TTV mit der Methode kleinster Fehlerquadrate bestimmt, die an sich bekannt ist und in "Course on radio-positioning" von G. Bakker, J.C. de Munck und G.L. Strang van Hees, Department of Geodesy, Delft University of Technology, 1985, beschrieben wird. Hierdurch werden die partiellen (und, falls vorhanden, die vollständigen, ein größeres Gewicht aufweisenden) Segment-Translationsvektoren zu einem einzigen optimalen Zweig-Translationsvektor kombiniert.
Gleichzeitig wird auch die zu dem TTV gehörende Kovarianzmatrix berechnet, aus der eine Fehlerellipse berechnet wird. Für all diese Berechnungen, die an sich bekannt sind, sei auf den oben genannten Artikel "Course on radio-positioning" verwiesen.
Wenn für die Bestimmung eines TTV mehr STVs verwendet werden als die minimale Anzahl, kann diese Redundanz für einen statistischen Test genutzt werden. Siehe den oben genannten Artikel. Diese zusätzlich berechneten Größen werden verwendet, um Zweige zu entfernen, die sich als unbrauchbar erwiesen haben. Dies läuft folgendermaßen ab: Im Falle von Redundanz bei der Berechnung eines TTV nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate, kann mehr als ein Rücksetzvektor pro Zweig bestimmt werden. Wenn diese Rücksetzvektoren ungenügend korreliert sind (unterschiedliche Längen und Richtungen haben), dann ist der Zweig ungeeignet. Dies kann mit Hilfe eines bekannten Korrelationstests detektiert werden. Der Zweig wird dann verworfen. Wenn somit alle Zweige bis auf einen verworfen worden sind (oder wenn die TTVs aller verbleibenden Zweige nahezu identisch sind), wird für diesen Zweig mit Hilfe der Kovarianzmatrix geprüft, ob die STVs, aus denen der verbleibende TTV bestimmt worden ist, relativ zueinander genügend korreliert sind. In diesem Fall wird ein Rücksetzen ausgeführt, mit als Rücksetzvektor der betreffende TFV, der nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate optimal zu den gegebenen Segment-Translationsvektoren des Zweiges paßt. Nach jedem Schritt erfolgt eine Prüfung, ob ein Rücksetzen möglich ist. Falls nicht, wird in der Dead Reckoning History wieder ein Schritt zurückgegangen. In Figur 15 wird beispielsweise nach dem vierten Schritt in der Dead Reckoning History (P54) der Zweig S1-S3-S4-S5-S6 verworfen, weil der aus V1 und V3 bestimmte Rücksetzvektor und der aus V5 und V6 bestimmte Rücksetzvektor nicht konsistent sind. Im Gegensatz dazu ist der TTV von Zweig S2-54-S5-S6 zur Verwendung als Rücksetzvektor geeignet, da V2, V4, V5 und V6 genügend miteinander korreliert sind. Das Rücksetzen wird dann ausgeführt (die Besteckkoordinaten werden von dem Rücksetzvektor in gültige aktuelle Positionskoordinaten korrigiert), die Datenstrukturen PSD und DRD werden geleert, und es kann wieder mit dem Aufbau der Dead Reckoning History und der möglicherweise gefahrenen Routensegmente begonnen werden, bis ein folgendes Rücksetzen erfolgt.
Wenn während des schrittweisen Durchlaufens der Dead Reckoning History für die Bestimmung eines Rücksetzvektors nach dem letzten Pseudosegment (also dem ältesten in der DRD) ein Rücksetzen noch imer nicht gerechtfertigt ist, kann der Vektor, der die derzeitige Position des Fahrzeugs senkrecht auf das nächstgelegene Routensegment projiziert, als Rücksetzvektor verwendet werden. Auch kann das Rücksetzen beispielsweise bis zur nächsten Kurve aufgeschoben werden.
Figur 16 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung. Ein (Mikro-)Prozessor µP empfängt Navigationsparameter von Sensoren S1, S2, ...., Sn, aus denen µP Besteckkoordinaten berechnet. Die globale Datenbasis GD enthält topographische und verkehrstechnische Informationen, aus denen unter der Steuerung von µP dem Arbeitsspeicher LND, der eine dynamische lokale Navigationsdatenbasis enthält, Teilinformationen zugeführt werden. Durch Ausführen von Testschritten selektiert µP aus der LND möglicherweise gefahrene Routensegmente und speichert sie im Arbeitsspeicher PSD. Unter der Steuerung von µP wird die Dead Reckoning History im Arbeitsspeicher DRD gespeichert. Die Arbeitsspeicher PSD und DRD versorgen µP wiederholt mit Daten für die wiederholte Bestimmung eines Korrekturvektors, wobei Korrelationstests verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung des Ortes eines Fahrzeugs, mit den Schritten:

- Messen der physikalischen Bewegung des Fahrzeugs (1.13,1.14) und daraus wiederholt Berechnen einer Besteckposition;

- Vergleichen berechneter Positionen mit Kartenpositionen aus einer globalen Kartendatenbasis und bei Übereinstimmung Rücksetzen der berechneten Position auf eine Kartenposition;

gekennzeichnet durch Zusammenfügen nacheinander berechneter Positionen, die jeweils zu einem Unsicherheitsgebiet (VLPA) gehören, mit einem berechneten Liniensegment und Bilden einer gemessenen Datenstruktur (DRD) als zusammengefügte Kette aus berechneten Liniensegmenten (Pseudosegmente), wobei die zugehörigen Unsicherheitsgebiete eingeschlossen sind;

Eingeben einer Kartenposition aus einer lokalen Kartendatenbasis (LND) in eine Kartendatenstruktur (PSD), wenn die genannte Kartenposition in dem genannten Unsicherheitsgebiet der jüngsten Vergangenheit liegt und auch auf einem Kartenliniensegment liegt, das direkt oder über ein früheres Kartenliniensegment der genannten Kartendatenstruktur mit einer jüngsten passenden Kartenposition verbunden ist;

Testen der genannten Kartendatenstruktur (PSD) hinsichtlich topologischer Übereinstimmung mit der gemessenen Datenstruktur (DRD), wobei jeder nicht übereinstimmende Teil der genannten Kartendatenstruktur (PSD) vor dem Vergleichen verworfen wird und Ausführen des Vergleichens der Kartendatenstruktur (PSD) mit einem jüngsten Teil der gemessenen Datenstruktur (DRD), der sich zumindest bis zu der genannten jüngsten passenden Kartenposition erstreckt;

nach dem genannten Rücksetzen Aktualisieren der lokalen Kartendatenbasis (LND) aus der globalen Kartendatenbasis, die Kartenliniensegmente umfaßt, wobei die genannte lokale Kartendatenbasis so auf ein Gebiet nahe der genannten jüngsten passenden Kartenposition (2.10) begrenzt ist und Ignorieren jeder Kartenposition außerhalb der lokalen Kartendatenbasis für das genannte Eingeben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Aufteilen der genannten berechneten Liniensegmente in nahezu geradlinige berechnete Liniensegmente und andere berechnete Liniensegmente und Ignorieren dieser anderen berechneten Liniensegmente bei dem genannten Vergleichen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Ersetzen eines ignorierten berechneten Liniensegments durch Extrapolation aus benachbarten, nicht ignorierten berechneten Liniensegmenten.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch Zusammenfügen aneinander anschließender berechneter Liniensegmente mit nahezu gleichen Richtungen zu einem einzigen berechneten Liniensegment.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Begrenzen der gemessenen Datenstruktur durch Entfernen eines oder mehrerer als erste eingegebener berechneter Liniensegmente.

6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Begrenzen der gemessenen Datenstruktur durch Entfernen eines oder mehrerer als erste eingegebener Kartenliniensegmente.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch periodisches Bestimmen eines Korrekturvektors aus dem genannten Rücksetzen, um später Besteckkoordinaten zu berechnen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem zumindest zwei als letzte berechnete Liniensegmente mit ihren jeweiligen passenden Kartenliniensegmenten korreliert werden und aus den kombinierten Korrelationen der Korrekturvektor generiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Korrekturvektor erneut generiert wird, nachdem ein vorgegebener Abstand zurückgelegt worden ist.

10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem der Korrekturvektor erneut generiert wird, wenn zumindest eine der beiden Datenstrukturen eine vorgegebene Größe überschritten hat.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem nach dem genannten Bestimmen beide Datenstrukturen geleert werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei dem der genannte Korrekturvektor in die genannte Berechnung integriert wird.

13. Anordnung zum Bestimmen einer Fahrzeugposition, die Empfangsmittel zum Empfangen gemessener Fahrzeugbewegungsdaten, einen globalen Speicher zum Speichern einer globalen Kartendatenbasis, die topographische und fahrzeugtechnische Informationen für Kartenpositionen enthält, und einen Prozessor umfaßt zum periodischen Berechnen von Besteckkoordinaten anhand der gemessenen Daten, Vergleichen mit der genannten globalen Kartendatenbasis und bei Übereinstimmung Rücksetzen der berechneten Position auf eine Kartenposition, dadurch gekennzeichnet, daß sie eingerichtet ist, um:

nacheinander berechnete Positionen, die jeweils zu einem Unsicherheitsgebiet (VLPA) gehören, mit einem berechneten Liniensegment (Pseudosegment) zusammenzufügen und eine gemessene Datenstruktur (DRD) als zusammengefügte Kette berechneter Liniensegmente, wobei die zugehörigen Unsicherheitsgebiete eingeschlossen sind, in einem ersten Arbeitsspeicher zu speichern;

Speichern einer Kartenposition aus einer lokalen Kartendatenbasis (LND) in einem zweiten Arbeitsspeicher in einer Kartendatenstruktur (PSD) in einem dritten Arbeitsspeicher, wenn die genannte Kartenposition in dem genannten Unsicherheitsgebiet der jüngsten Vergangenheit liegt und auch auf einem Kartenlinienssegment liegt, das direkt oder über ein früher gespeichertes Kartenliniensegment der genannten Kartendatenstruktur mit einer jüngsten passenden Kartenposition verbunden ist;

Testen der genannten Kartendatenstruktur (PSD) hinsichtlich topologischer Übereinstimmung mit der gemessenen Datenstruktur (DRD), wobei jeder nicht übereinstimmende Teil der genannten Kartendatenstruktur (PSD) aus dem genannten zweiten Arbeitsspeicher vor dem Vergleichen verworfen wird und Ausführen des Vergleichens der Kartendatenstruktur (PSD) mit einem jüngsten Teil der gemessenen Datenstruktur (DRD), der sich zumindest bis zu der genannten jüngsten passenden Kartenposition erstreckt;

nach dem genannten Rücksetzen Aktualisieren der lokalen Kartendatenbasis (LND) aus der globalen Kartendatenbasis heraus, die Kartenliniensegmente umfaßt, wobei die genannte lokale Kartendatenbasis so auf ein Gebiet nahe der genannten jüngsten passenden Kartenposition (2.10) begrenzt ist und Ignorieren jeder Kartenposition außerhalb der lokalen Kartendatenbasis für das genannte Speichern.