WO2010040591A1

WO2010040591A1 - Verfahren zur bestimmung einer route und vorrichtung dazu

Info

Publication number: WO2010040591A1
Application number: PCT/EP2009/060543
Authority: WO
Inventors: Stephan Buch; Marcus Schneider
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2009-08-14
Publication date: 2010-04-15
Also published as: DE102008042732A1

Abstract

Vorgeschlagen werden ein Verfahren zur Bestimmung einer Route von einem Start- zu einem Zielpunkt in einem Navigationssystem durch Optimierung hinsichtlich eines Optimierungskriteriums, wobei das Optimierungskriterium in einer Minimierung von auf der Route liegenden Entscheidungspunkten besteht. Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine Zielführung für einen Benutzer verständlicher und einfacher nachvollziehbar wird und mögliche Fehlerquellen beim Befolgen der Route auf ein Mindestmaß reduziert werden.

Description

Titel

Verfahren zur Bestimmung einer Route und Vorrichtung dazu

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Verfahren und einer Vorrichtung nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche aus.

Aktuelle Navigationssysteme ermöglichen die Bestimmung von Routen, welche hinsichtlich bestimmter Kriterien ein Optimum darstellen, wie beispielsweise kürzeste Fahrzeit oder Fahrstrecke. Zusätzlich können bestimmte Routenabschnitte von der Routenbestimmung ausgenommen werden, wie beispielsweise Tunnel, Mautstraßen oder Fähren. Des Weiteren kann durch die Berücksichtigung von digital codierten und beispielsweise gemäß ISO 14819 über Rundfunk übertragenen Verkehrsmeldungen eine jeweils aktuelle Verkehrslage, das heißt insbesondere aktuelle Verkehrsstörungen bei der Routenbestimmung berücksichtigt werden.

In JP 2006 226 786 A ist ein Navigationssystem beschrieben, welches eine Fahrroute von einem Start- zu einem Zielpunkt bestimmt und einen Fahrzeugführer entlang dieser Route zum Ziel führt, wobei die Fahrroute derart bestimmt wird, dass Rechtsabbiegevorgänge zum Befolgen der Route möglichst weitgehend vermieden werden. Zugrunde liegt der in Japan übliche Linksverkehr, so dass Rechtsabbiegevorgänge insbesondere durch das erforderliche Kreuzen einer Gegenfahrbahn ein Gefahrenpotenzial in sich bergen und eine erhöhte Aufmerksamkeit des Fahrzeugführers erfordern. Rechtsabbiegevorgänge werden dabei durch eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Linksabbiegevorgängen umgangen, wenn der durch diese Umgehung entstehende Umweg eine bestimmte Länge nicht überschreitet. Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Routenbestimmung für ein Navigationssystem anzugeben, welche einem Benutzer des Navigationssystems ein Befolgen der Route erleichtet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei der Routenbestimmung die Zahl der in der Route enthaltenen Entscheidungspunkte, wie insbesondere Verzweigungen, Einmündungen, Kreuzungen, Kreisverkehre und dergleichen, an denen der Benutzer eine Entscheidung über eine Weiterfahrt treffen muss, und damit auch die möglichen Fehlerquellen für den Benutzer beim Befolgen der Route auf ein Mindestmaß reduziert werden.

Dazu werden vorteilhaft in Straßenkartendaten, auf deren Grundlage die Route von einem Start- zu einem vom Benutzer vorgegebenen Ziel bestimmt wird, Verkehrsknoten, also insbesondere Verzweigungen, Einmündungen, Kreuzungen, Kreisverkehre und dergleichen, Gewichte zugeordnet. Die Route wird auf Basis dieser den Verkehrsknoten zugeordneten Gewichte im Sinne einer Minimierung der Gesamtkosten der Route als Summe der Gewichte der darin enthaltenen Verkehrsknoten bestimmt. Sofern allen Knoten die gleichen Gewichte zugeordnet worden sind, wird so eine Route bestimmt, die ein Minimum an Verkehrsknoten enthält.

Vorzugsweise variieren die den Verkehrsknoten zugeordneten Gewichte in

Abhängigkeit einer Komplexität der Verkehrsknoten. So werden beispielsweise einfachen Einmündungen oder Verzweigungen geringere Gewichte als Kreuzungen oder Kreisverkehren oder dergleichen zugeordnet. Die Komplexität und damit die Höhe des Gewichts kann dabei direkt mit der Zahl der in einen Verkehrsknoten mündenden Straßenabschnitte korrelieren. Weiterhin kann die

Komplexität mit der Übersichtlichkeit der Verkehrsknoten aus Sicht eines sich dem Verkehrsknoten nähernden Fahrzeugführers korrelieren, so dass beispielsweise eine einfache Straßenkreuzung mit zweispurigen einmündenden Straßenabschnitten ein geringeres Gewicht erhält als beispielsweise ein Kreisverkehr, der aufgrund Bebauung oder Bepflanzung in seinem Zentrum oder aufgrund seiner Ausdehnung nicht oder nur eingeschränkt zu übersehen ist.

Weiterhin können vorteilhaft den Verkehrsknoten auch für verschiedene

Fahrmanöver verschiedene Gewichte zugeordnet werden. So wird eine Geradeausfahrt über eine Kreuzung hinweg mit einem geringeren Gewicht belegt als ein Rechtsabbiegevorgang und dieser wieder mit einem geringeren Gewicht als ein Linksabbiegevorgang, bei dem der Gegenverkehr gekreuzt werden müsste. Diese genannten und auch weitere Einflüsse auf die Komplexität eines

Verkehrsknotens überlagern sich vorteilhaft additiv oder multiplikativ zu einem resultierenden Gesamtgewicht für einen Verkehrsknoten.

Vorteilhaft erfolgt die Routenbestimmung nicht ausschließlich im Sinne einer Minimierung der Summe der Knotengewichte der beteiligten Verkehrsknoten, sondern mit einem Kriterienmix, also unter einer Randbedingung, wie insbesondere einer gleichzeitig möglichst kurzen Gesamtfahrstrecke, Gesamtenergieverbauch oder Gesamtfahrzeit. Somit wird eine Route bestimmt, die im Ergebnis eine geringe Zahl von Knotenpunkten und damit für den Fahrzeugführer Entscheidungspunkte enthält und gleichzeitig eine kurze

Fahrstrecke, einen geringen Kraftstoffverbrauch oder eine geringe Fahrzeit erfordert. Die Gewichtung der zu berücksichtigenden Kriterien kann dabei vorteilhaft durch den Benutzer vorgebbar sein.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert.

Es zeigen - A -

Figur 1 ein Blockschaltbild eines Fahrzeugnavigationssystems als Beispiel einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Figur 2 einen Ausschnitt eines Straßennetzes zur Verdeutlichung der Funktionsweise der Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit der Erfindung am Beispiel eines Navigationssystems 1 zur dauerhaften oder zumindest temporären Verwendung in einem Kraftfahrzeug, also eines Fahrzeugnavigationssystems.

Das Navigationsgerät 1 umfasst in an sich bekannter Weise Mittel 11 zur Eigenortung und damit zur Bestimmung eines aktuellen Fahrzeugstandorts, beispielsweise einen Empfänger für GPS-Satellitenortungssignale, bevorzugt zusätzlich Inertialsensoren und dergleichen mehr, wobei aus einer Verknüpfung dieser Signale der jeweils aktuelle Standort bestimmt wird. Über eine

Bedieneinrichtung 12, welche vorzugsweise über Bedienelemente in Form von Tastschaltern, Touch-Screen oder dergleichen verfügt, kann vom Benutzer ein Fahrziel eingegeben werden. In der Folge berechnet ein Routenberechnungsmodul 101, welches vorzugsweise ein Softwaremodul ist, das von einem Rechner einer zentralen Steuerung 10 des Navigationssystems 1 abgearbeitet wird, eine Route vom aktuellen Fahrzeugstandort zum eingegebenen Fahrziel über ein Verkehrswegenetz, welches durch in einem Massenspeicher 14 gespeicherte Kartendaten 14 repräsentiert wird.

Die Kartendaten 14 umfassen Elemente, nämlich insbesondere Kanten, die

Verkehrswege eines Verkehrswegenetzes, im Falle eines Navigationssystems für Straßenfahrzeuge Straßenabschnitte, repräsentieren. Diese sind in dem in Figur 2 dargestellten Ausschnitt einer Straßenkarte mit Sl, S2, S3 und S4 bezeichnet. Diesen Kanten sind Kantengewichte, hier beispielsweise Längenwerte, zugeordnet, die angeben, wie lang ein jeweiliger Verkehrsweg oder Verkehrswegeabschnitt ist. Diese Kanten Sl, ..., S4 sind über Knoten, die realen Verkehrsknotenpunkten, wie insbesondere Verzweigungen, Einmündungen, Kreuzungen, Kreisverkehre, Autobahnauf- oder Ausfahrten und dergleichen im realen Verkehrswegenetz entsprechen, untereinander verknüpft. In Figur 2 sind dies die Knoten Kl und K2. Diesen Knoten sind in den Kartendaten 14 ebenfalls Gewichte zugeordnet.

In bevorzugter Ausgestaltung korrespondieren dabei die den Knoten zugeordneten Gewichte mit einer angenommenen Komplexität der Knoten. Das bedeutet, dass beispielsweise einfachen Verzweigungen oder Einmündungen ein kleines Gewicht, demgegenüber komplexeren Knoten, wie beispielsweise Kreuzungen oder Kreisverkehren ein höheres Gewicht zugeordnet ist. Die Komplexität korrespondiert dabei beispielsweise mit der Zahl der in dem Knoten mündenden Kanten, also Verkehrswegeabschnitte. Weiterhin korrespondiert die Komplexität der Knoten beispielsweise mit deren Übersichtlichkeit aus Sicht eines Fahrzeugführers, der sich einem solchen Verkehrsknoten mit seinem Fahrzeug nähert. Hier kann beispielsweise ein Kreisverkehr mit Bebauung in dessen Zentrum eine höhere Komplexität aufweisen als beispielsweise eine vergleichsweise übersichtliche Kreuzung. Weiterhin kann beispielsweise eine Kreuzung mit vielspurigen einmündenden Straßen eine höhere Komplexität aufweisen als eine Kreuzung mit zweispurigen einmündenden Straßen.

In weiter bevorzugter Ausgestaltung variieren die einem Verkehrsknoten zugeordneten Gewichte vorteihaft auch in Abhängigkeit einer Durchfahrtrichtung durch den Verkehrsnkoten. Einer Geradeausfahrt über eine Kreuzung hinweg ist beispielsweise ein geringeres Gewicht zugeordnet als einem Rechtsabbiegevorgang an dieser Kreuzung und diesem wiederum ein geringeres Gewicht als einem Linksabbiegevorgang an dieser Kreuzung.

Auf Grundlage dieser Kartendaten 14 erfolgt eine Routenberechnung von einem Start- zu einem vom Benutzer über die Bedieneinrichtung 12 eingegebenen Zielort im Routenberechnungsmodul 101 nach einem an sich bekannten Routenberechnungsalgorithmus, wie Ford-Moore oder Dijkstra. In einer einfachsten Ausgestaltung könnte diese Berechnung ausschließlich im Sinne einer Minimierung der Gesamtkosten der Routen als Summe der Gewichte der in der Route enthaltenen Knotengewichte erfolgen. Das Ergebnis der

Routenberechnung wäre somit eine Route vom Startort zum eingegebenen Zielort, die, soweit allen Knoten die gleichen Gewichte zugeordnet sind, ein Minimum an Knoten und somit Verkehrsknoten umfasst. Eine solche Route hätte aus Sicht des Benutzers bzw. Fahrzeugführers den Vorteil, dass an Entscheidungspunkten notwendige Entscheidungen über eine Weiterfahrt über eine von mindestens zwei mögliche weiterführende Straßen auf ein Minimum reduziert werden.

In bevorzugter Ausgestaltung sind den Knoten des Verkehrswegenetzes Gewichte zugeordnet, die auch die Art der Knoten berücksichtigen. Im Falle der

Figur 2 kann beipielsweise dem Knoten Kl ein Gewicht mit dem Wert „3", dem Knoten K2 ein Gewicht mit dem Wert „8" zugeorndet sein. Diese Werte können sich beispielsweise folgendermaßen ergeben. Jeder Knotenpunkt erhält ein Gewicht, dessen Höhe sich nach der Zahl der einmündenden Straßenabschnitte richtet. Kl ist eine Einmündung mit drei anschließenden Straßenabschnitten Sl,

S2 und S4 und erhält somit das Gewicht „3". Der Kreisverkehr K2 umfasst vier einmündende Straßenabschnitte S2, S3 und zwei in der Figur 2 nicht bezeichnete Straßenabschnitte, woraus sich ein Gewicht von „4" ergäbe. Da ein Kreisverkehr unübersichtlich ist oder sein kann, wird dieser Wert hier beispielsweise verdoppelt, es ergibt sich daraus das Knotengewicht „8" für den

Kreisverkehr K2. Es handelt sich bei diesen angenommenen Werten und der hier vorgeschlagenen Berechnung ausdrücklich um ein Beispiel zur Verdeutlichung. Anderweitige Berechnungen und sich daraus ergebende Werte der Kantenknoten können in der Praxis tauglicher erscheinen und liegen im Bereich der vorliegenden Erfindung. AIs mögliche Routenalternativen ergäben sich bei Berechnung über den in Figur 2 dargestellten Kartenausschnitt die Routen vom Startpunkt P zum Zielpunkt Z wie folgt.

1. Alternative P -> Kl -> Z, Summe der Kontengewichte = 3

2. Alternative P -> Kl -> K2 -> Z, Summe der Knotengewichte = 3 + 8 = 11.

Die zurückzulegenden Strecken betrügen für die beiden Alternativen unter der Annahme von Kantengewichten wie folgt

Sl: 1

S2: 1

S3: 3

S4: 6

1. Alternative Sl -> S4 Summe Kantengewichte = 1 + 6 = 7

2. Alternative Sl -> S2 -> S3 Summe Kantengewichte = 1 + 1 + 3 = 5

Somit weist zwar Alternative 2 über die Einmündung Kl und den Kreisverkehr K2 zwar eine kürzere Fahrstrecke auf, jedoch eine höhere Gesamtkomplexität infolge zweier enthaltener Knotenpunkte im Vergleich zu einem Knotenpunkt bei der ersten Alternative auf. Bei alleiniger Berücksichtigung der Summe der Knotengewichte würde somit die Alternative 1 P -> Kl -> Z der Zielführung zugrunde gelegt.

In bevorzugter Ausgestaltung erfolgt die Minimierung der Gesamtkosten nicht ausschließlich über die Knoten, sondern zusätzlich über die Kantengewichte. Im Ergebnis wird somit eine Route berechnet, die ein Minimum an Knoten bzw. Entscheidungspunkten unter der Randbedingung einer gleichzeitig kurzen Routenlänge bzw. Fahrstrecke vom Start- zum Zielort umfasst. Das Maß der

Gewichtung der Kriterien, hier gerine Knotenzahl bei gleichzeitig kurzer Route, kann dabei durch Multiplikation der Gewichte sowohl der Kanten- als auch der Knotengewichte mit entsprechenden Gewichtungsfaktoren von beispielsweise 40% für die Knoten- und 60% für die Kantengewichte vorgegeben werden.

Bei gleicher Gewichtung der Kriterien geringe Gesamtkomplexität der Route, also geringes Gesamtknotengewicht und kurze Gesamtstrecke, also geringes

Gesamtkantengewicht, ergeben sich für die beiden Alternativen folgende Verhältnisse.

1. Alternative P via Sl -> Kl via S4 -> Z 2. Alternative P via Sl -> Kl via S2 -> K2 via S3 -> Z

und damit Gesamtkosten von

1. Alternative 1 (Sl) + 3 (Kl) + 6 (S4) = 10 2. Alternative 1 (Sl) + 3 (Kl) + 1 (S2) + 8 (K2) + 3 (S3) = 16

Auch hier weist somit Alternative 2 deutlich höhere Gesamtkosten auf als Alternative 1, so dass Alternative der nachfolgenden Routenberechnung zugrunde gelegt wird.

Die solchermaßen berechnete Route wird in einem Routenspeicher 18 abgelegt und einer nachfolgenden Zielführung zugrunde gelegt, wobei im Zuge der Fortbewegung des Fahrzeugs dessen jeweils aktueller Standort bestimmt und mit dem Routenverlauf abgeglichen wird und bedarfsweise Zielführungshinweise zum Befolgen der Route erzeugt und beispielsweise als synthetisierte Sprache über eine Ausgabeeinrichtung 16 akustisch ausgegeben werden. Alternativ oder ergänzend kann auch die Route beispielsweise auf einem Display 19 in einen Kartendarstellung eingezeichnet dargestellt werden.

In die Gewichtung der Verkehrsknoten können auch weitere Überlegungen mit einfließen, wie - die Art der Kreuzung (Kreisverkehr, Sternkreuzung mit mehreren Situationen z.B. „halb rechts/ganz rechts", Ampelkreuzungen (späte Festlegung in Geradeaus / Rechts- oder Linksabbieung, womöglichmehrspurig), T- Kreuzung, Y- Kreuzung, etc.), wobei eine mehrspurige Ampelkreuzung sicherlich eine höhere Komplexitätsgewichtung erhält als eine einfache „rechts- oder Links"-

Kreuzung (T- Kreuzung).

- Strassentyp (z.B. Autobahn, Bundesstrasse, Landstrasse, innerstädtische Vorfahrtsstrasse, innerstädische Wohnstrassen, ...). Wobei hierbei eine Kreuzung die das Abbiegen entlang einer Vorfahrtsstrasse erfordert z.B. eine geringere

Komplexitätseinstufung besitzt, als eine innerstädtische Wohnstrasse mit dicht aufeinanderfolgenden Abbiegungen, wobei dabei Privateinfahrten häufig nur schwer von „echten" Strassen zu unterscheiden sind.

- Eine weitere Gewichtungsmöglichkeit für eine Kreuzung ist die

Berücksichtigung der Auswirkung eines Fehlabbiegens. Eine Kreuzung die bei einem Fehlabbiegen (z.B. Geradeausfahrt anstelle rechts abbiegen) zu einer einer deutlich längeren Gesamtstrecke, oder in eine Strassensituation mit komplexen Kreuzungssituationen führt, oder ein Wenden nur nach langer Fehlfahrt ermöglicht wird entsprechend hinsichtlich ihrer Komplexität hoch gewichtet. Diese Berücksichtigung kann z.B. dadurch erfolgen, dass der Algorithmus bei besonders fehleranfälligen Kreuzungen/Kreisverkehr, etc. Fehlfabbiegunen annimmt, und dann jeweils eine Routenberechnung bis zum Ziel bestimmt um daraus den Schwierigkeitsgrad zu ermitteln. Dieser wird dann geeignet als in den Komplexitätsgrad der Kreuzung integriert.

Es ist vorteilhaft, die Gewichtung der Kreuzungen empirisch zu ermitteln.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung einer Route von einem Start- zu einem Zielpunkt in einem Navigationssystem durch Optimierung hinsichtlich eines

Optimierungskriteriums, dadurch gekennzeichnet, dass das Optimierungskriterium in einer Minimierung von auf der Route liegenden Entscheidungspunkten besteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Entscheidungspunkten Gewichte zugeordnet werden, wobei zur Optimierung hinsichtlich des Optimierungskriteriums die Summe der Gewichte der auf der Route liegenden Entscheidungspunkte minimiert wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Entscheidungspunkte Verkehrsknoten eines Verkehrswegenetzes entsprechen, welche Verkehrswegeknoten sich dadurch auszeichnen, dass von einem aktuellen Standort auf einem Verkehrsweg aus mindestens zwei Möglichkeiten zur Weiterbewegung innerhalb des

Verkehrswegenetzes bestehen.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedenen Arten von Entscheidungspunkten unterschiedliche Gewichte zugeordnet werden, wobei zur Optimierung hinsichtlich des Optimierungskriteriums die Summe der Gewichte der auf der Route liegenden Entscheidungspunkte minimiert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Route durch Optimierung hinsichtlich eines zusätzlichen, zweiten Optimierungskriteriums, wie insbesondere kürzeste Route, schnellste Route oder verbauchsgünstigste Route erfolgt, wobei die beiden Optimierungskriterien untereinander gewichtet werden.

6. Anordnung mit einem Rechner zur Bestimmung einer Route gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.