DE19924155A1

DE19924155A1 - Dead-reckoning positional navigation method for road vehicle

Info

Publication number: DE19924155A1
Application number: DE19924155A
Authority: DE
Inventors: Guenter Liehl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2000-12-21
Anticipated expiration: 2019-05-27
Also published as: DE19924155B4

Abstract

The method involves using position navigation and comparison with digital road-map (2), which is made up of a number of road segments (21). The system can switch between two states, according to a satellite reception level. In a normal state, a comparison with the map is made if a position (P) measured by a locating device is within a given maximum distance (r) from a road segment. In an error or deviation state, a comparison with the map is made only inside a reduced distance (r2) or is not made at all.

Description

description Positioning method and navigation device

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Po sition mittels Koppelnavigation und mittels Abgleich mit ei ner digitalen Straßenkarte (map matching), sowie ein Naviga tionsgerät.The invention relates to a method for determining a Po sition using dead reckoning and comparison with egg ner digital street map (map matching), as well as a Naviga tion device.

Aus der Patentschrift EP 0 166 547 B1 ist ein Navigationsge rät bekannt, das eine Position mittels Koppelnavigation (dead reckoning) ermittelt. Dabei werden zurückgelegte Wegstrecken von einem bekannten Punkt aus nach Betrag und Richtung auf summiert. Um eine Addition von Meßfehlern zu vermeiden, er folgt ein Abgleich (map matching) mit den Straßen einer digi talen Straßenkarte. Eine auf einer Straße gefundene Position wird als wahrscheinliche Position angenommen und die mittels Koppelnavigation gemessene Position entsprechend korrigiert. Voraussetzung für diese Annahme ist, daß eine Straße in der digitalen Straßenkarte gefunden wird, deren Verlauf in etwa der Fahrtrichtung entspricht. Weitere Parameter können dazu herangezogen werden, um zu bestimmen, ob eine Position auf einer Straße der digitalen Straßenkarte liegt.From the patent specification EP 0 166 547 B1 is a navigation ge advises that a position using dead reckoning (dead reckoning) determined. In doing so, distances are covered from a known point by amount and direction summed up. In order to avoid an addition of measurement errors, he this is followed by a map matching with the streets of a digi valley road map. A position found on a street is assumed to be the probable position and that by means of Compound navigation measured position corrected accordingly. The prerequisite for this assumption is that a street in the digital street map is found, the course of which is roughly corresponds to the direction of travel. Other parameters can do this can be used to determine if a position is on a street of the digital street map.

Verläßt ein Fahrzeug eine Straße, um beispielsweise in einer Tiefgarage zu parken, so mag die Fahrtrichtung des Fahrzeugs in etwa der Richtung einer an der Tiefgarage vorbeilaufender Straße entsprechen. In diesem Fall besteht die Gefahr, daß das Navigationsgerät als momentanen Standort eine Position auf einer Straße der digitalen Straßenkarte abseits der Tief garage bestimmt, obwohl sich das Fahrzeug nicht darauf befin det. Beim Verlassen der Tiefgarage kann es daher vorkommen, daß das Navigationsgerät eine falsche momentane Position be stimmt hat und deswegen den Fahrer falsche Anweisungen gibt oder völlig die Orientierung verloren hat.If a vehicle leaves a street, for example in a Parking underground parking, so the direction of travel of the vehicle roughly the direction of one passing the underground car park Street match. In this case there is a risk that the navigation device a position as the current location on a street of the digital road map away from the low garage, although the vehicle is not on it det. When leaving the underground car park it may happen that the navigation device is an incorrect current position is right and therefore gives the driver wrong instructions or has completely lost orientation.

Es ist ein Ziel der Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung einer Position und ein Navigationsgerät bereitzustellen, die eine verbesserte Positionsbestimmung abseits von Straßen ei ner digitalen Straßenkarte ermöglichen.It is an object of the invention to provide a method for determination to provide a position and a navigation device that an improved position determination away from roads enable a digital road map.

Dieses Ziel wird mit einem Verfahren und einem Navigationsge rät erreicht, wie sie in den unabhängigen Patentansprüchen definiert sind. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Un teransprüchen angegeben.This goal is achieved with a procedure and a navigation ge advises as achieved in the independent claims are defined. Advantageous further training courses are in the Un claims specified.

Bei der Positionsbestimmung wird zwischen einem Normalzu stand, in dem ein Abgleich mit der digitalen Straßenkarte er folgt, sofern eine von der Ortungseinrichtung gemessene Posi tion innerhalb einer vorbestimmten maximalen Distanz zu einem Straßensegment ist, und einem Abweichzustand unterschieden, in dem ein Abgleich mit der digitalen Straßenkarte nur inner halb einer verringerten Distanz erfolgt oder vollständig un terbleibt. Im Abweichzustand, der einen nach außen abgeschot teten Bereich beschreibt, beispielsweise einen Aufenthalt in einer Tiefgarage oder einer Hochgarage, unterbleibt ein Ab gleich mit der digitalen Straßenkarte (map matching) oder wird nur für eine gegenüber einem Normalzustand geringere Di stanz zu einem Straßensegment durchgeführt.When determining the position, a normal stood in a comparison with the digital road map follows, if a posi measured by the locating device tion within a predetermined maximum distance to one Road segment, and a difference is distinguished, in which a comparison with the digital road map is only internal half a reduced distance or completely un remains. In a deviating state, which isolates you from the outside area, for example a stay in an underground car park or an underground car park, there is no Ab immediately with the digital street map (map matching) or is only for a lower Di compared to a normal state punched to a road segment.

Vorzugsweise erfolgt die Detektion eines Abweichzustands, der eine Einschränkung des Straßenkartenabgleichs nach sich zieht, in Abhängigkeit vom Empfang von Satellitensignalen. Üblicherweise können bei einer Fahrt eines Kraftfahrzeugs drei bis neun Satelliten eines globalen Positionierungssy stems empfangen werden.Preferably, a deviation state is detected, the a restriction of the comparison of road maps pulls, depending on the reception of satellite signals. Usually, when driving a motor vehicle three to nine satellites of a global positioning system stems are received.

Vorzugsweise wird der Abweichzustand erkannt, wenn die von den Satelliten empfangenen Signalpegel so niedrig sind, daß der Satellitenempfänger keine Positionsbestimmung vornehmen kann. The deviation state is preferably detected when the of signal levels received by the satellite are so low that the satellite receiver does not determine a position can.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann in den Abweichzu stand aufgrund einer Auswertung der empfangenen Signale ver schiedener Satelliten geschalten werden, wenn weniger als drei empfange Satelliten identifiziert werden und kein emp fangenes Satellitensignal einen für eine Positionsbestimmung ausreichenden Pegel aufweist.According to a further development of the invention, the was understood based on an evaluation of the received signals different satellites can be switched if less than three received satellites are identified and no emp captured satellite signal one for a position determination has sufficient level.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Krite rium für den Abweichzustand, daß kein Satellitensignal mehr empfangen werden kann, also keine Satelliten "sichtbar" sind. Dadurch wird besonders zuverlässig vermieden, daß ein Ab gleich mit der Straßenkarte bereits unterbleibt, wenn die Si gnalpegel der empfangenen Satelliten infolge von Abschattun gen durch Wald oder Brücken oder infolge einer ungünstigen Satellitenkonstellation eine Positionsbestimmung nicht zulas sen.In a particularly preferred embodiment, the criterion is rium for the deviation state that no more satellite signal can be received, so no satellites are "visible". This reliably prevents an Ab with the road map is already omitted if the Si Signal level of the satellites received due to shadowing through forest or bridges or as a result of an unfavorable Satellite constellation does not allow position determination sen.

In den Abweichzustand wird vorzugsweise erst geschalten, wenn das Kriterim für den Abweichzustand wenigstens über einen Zeitraum von wenigstens 3 Sekunden detektiert wurde. Ein gün stiger Wert für diese Reaktionszeit liegt zwischen 5 Sekunden und 15 Sekunden.It is preferably only switched to the deviation state when the criterion for the deviation state at least over one Period of at least 3 seconds was detected. A green The actual value for this reaction time is between 5 seconds and 15 seconds.

Die Erfindung eignet sich sowohl für den Einsatz in Zusammen hang mit autonomen Navigationssystemen, die über eine gespei cherte digitale Straßenkarte verfügen, als auch für Navigati onssysteme, denen drahtlos von einer Zentrale entweder eine berechnete Route oder die für die Routenberechnung benötigten Daten übermittelt werden.The invention is suitable for use together slope with autonomous navigation systems that are fed secured digital street map, as well as for Navigati on systems that are either wirelessly controlled from a central office calculated route or those required for route calculation Data are transmitted.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung ei nes Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:Further advantages, features and possible applications of the Invention result from the following description Nes embodiment in conjunction with the drawings. Show it:

Fig. 1 ein Navigationsgerät, Fig. 1, a navigation device,

Fig. 2 einen Ausschnitt einer digitalen Straßenkarte, und Fig. 2 shows a section of a digital road map, and

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm für die Bestimmung des Abweich zustands. Fig. 3 is a flowchart for the determination of the deviation state.

In Fig. 1 ist ein Navigationsgerät 1 dargestellt. Dieses weist eine Ortungseinrichtung auf, die eine Recheneinheit 12 oder einen Mikroprozessor, einen als Gyroskop ausgebildeten Richtungsmesser 131, einen Entfernungsmesser (Odometer) 132 und einen Satellitenempfänger (GPS-Sensor) 14 umfaßt. Der Re cheneinheit 12 ist ein überschreibbarer Arbeitsspeicher 11 zugeordnet.In Fig. 1, a navigation device 1 is shown. This has a locating device, which comprises a computing unit 12 or a microprocessor, a direction sensor 131 designed as a gyroscope, a range finder (odometer) 132 and a satellite receiver (GPS sensor) 14 . The re computing unit 12 is assigned an overwritable memory 11 .

Sämtliche genannte Einheiten sind über einen Systembus 15 verbunden. Die Recheneinheit 12 kann ferner über den System bus 15 auf ein Laufwerk 16 mit einem wechselbarem Speicherme dium 161 zugreifen, bei dem es sich um eine CD-ROM oder eine DVD-ROM handelt. Auf dem Speichermedium ist eine digitale Straßenkarte gespeichert.All of the units mentioned are connected via a system bus 15 . The computing unit 12 can also access a drive 16 with a removable storage medium 161 via the system bus 15 , which is a CD-ROM or a DVD-ROM. A digital road map is stored on the storage medium.

Über eine Bildsteuereinheit 18 erfolgt eine Ausgabe von Leit informationen und von Ausschnitten einer digitalen Straßen karte 2 auf einer Anzeigeeinrichtung 17.An image control unit 18 outputs guidance information and sections of a digital road map 2 on a display device 17 .

Fig. 2 veranschaulicht einen Ausschnitt einer digitalen Straßenkarte 2 mit einer Vielzahl von Straßensegmenten 21 und mit die Straßensegmente verbindenden Knoten 22. FIG. 2 illustrates a section of a digital road map 2 with a large number of road segments 21 and with nodes 22 connecting the road segments.

In der Figur ist eine Tiefgarage 3 gezeigt, die allerdings in der digitalen Straßenkarte nicht verzeichnet ist. In der Tiefgarage befindet sich ein Fahrzeug 4 mit dem in Fig. 1 beschriebenen Navigationsgerät an der mittels Koppelnavigati on ermittelten, mit einem gewissen Fehler behafteten Position P. Das Fahrzeug bewegt sich in einer Schleife über mehrere Etagen der Tiefgarage.An underground car park 3 is shown in the figure, but is not shown in the digital street map. In the underground garage is a vehicle 4 with the navigation device described in FIG. 1 at the position P determined by means of coupling navigation, which is subject to a certain error. The vehicle moves in a loop over several floors of the underground garage.

Innerhalb einer maximalen Distanz r oder innerhalb eines vor bestimmten Radius, indem ein Abgleich mit in Frage kommenden Straßensegmenten 21 der digitalen Straßenkarte 2 vorgenommen wird, befinden sich mehrere Straßensegmente 21. Würde nun ein Abgleich mit der digitalen Straßenkarte vorgenommen, würde eine Position ermittelt werden, die außerhalb der Tiefgarage auf einem Straßensegment 21 liegt. Bewegt sich das Fahrzeug 4 innerhalb oder außerhalb der Tiefgarage weiter, so wird ent sprechend der zurückgelegten Wegstrecke und der eingeschlage nen Richtung die falsche Position fortgeschrieben. Als Folge erhält der Fahrzeugführer falsche Leitinformationen, oder das Navigationsgerät stellt einen Orientierungsverlust fest und gibt keine Leitinformation mehr aus.A number of road segments 21 are located within a maximum distance r or within a predetermined radius by comparing the road segments 21 of the digital road map 2 in question. If a comparison were now made with the digital street map, a position would be determined that is located on a street segment 21 outside the underground garage. If the vehicle 4 moves further inside or outside the underground car park, the wrong position will be updated accordingly according to the distance covered and the direction taken. As a result, the vehicle driver receives incorrect guidance information, or the navigation device detects a loss of orientation and no longer outputs guidance information.

Um eine solche Fehlfunktion zu vermeiden, wird von dem Nor malzustand in einen Abweichzustand umgeschaltet, bei dem nur in einer verringerten Distanz r₂ oder einem verringerten Ra dius um die gemessene Position P nach Straßensegmenten 21 ge sucht wird, mit denen ein Positionsabgleich in Frage kommt.In order to avoid such a malfunction, a switch is made from the normal state to a deviation state, in which ge is searched only for a reduced distance r ₂ or a reduced radius around the measured position P for road segments 21 with which a position comparison can be considered .

Auslöser für das Umschalten zwischen den beiden Zuständen oder Modi sind die von dem Satellitenempfänger empfangenen Pegel der Satellitensignale. Im unterirdischen Bereich der Tiefgarage wird kein Satellitensignal empfangen. Das Naviga tionsgerät ordnet dem Empfangspegel somit den Abweichzustand zu. Folglich wird die Distanz, innerhalb der ein Abgleich zwischen der durch die Ortungseinrichtung ermittelten Positi on P und einem Straßensegment erfolgt, von r auf r₂ vermin dert.The trigger for switching between the two states or modes are the levels of the satellite signals received by the satellite receiver. No satellite signal is received in the underground area of the underground car park. The navigation device thus assigns the deviation level to the reception level. As a result, the distance within which a comparison is made between the position P determined by the locating device and a street segment is reduced from r to r ₂ .

In diesem Beispiel befindet sich kein Straßensegment 21 in nerhalb der verringerten Distanz r₂. Es erfolgt daher kein Abgleich der gemessenen Position P mit einer Position auf ei nem Straßensegment 21 der digitalen Straßenkarte 2. Dabei wird in Kauf genommen, daß sich bei der Koppelnavigation Meß fehler summieren. Dies spielt jedoch für die verhältnismäßig geringe zurückgelegte Entfernung innerhalb des unterirdischen Bereichs keine Rolle. In this example, there is no road segment 21 within the reduced distance r ₂ . There is therefore no comparison of the measured position P with a position on a road segment 21 of the digital road map 2 . It is accepted that measurement errors add up in dead reckoning. However, this does not matter for the relatively short distance covered within the underground area.

Beim Verlassen der Tiefgarage werden wieder Satellitensignale empfangen. Von diesem Zeitpunkt an wird wieder in den Normal zustand umgeschaltet, in dem ein Positionsabgleich mit der digitalen Straßenkarte innerhalb der vorbestimmten maximalen Distanz r erfolgt.When leaving the underground car park, satellite signals are again generated receive. From that point on it will be back to normal switched state in which a position comparison with the digital road map within the predetermined maximum Distance r takes place.

Typischerweise entspricht die maximale Distanz r etwa dem ma ximalen Fehler, der bei einer Positionsbestimmung mittels Sa telliten auftritt, also etwa 100 Meter. Ein geeigneter Be reich für die maximale Distanz r liegt zwischen 60 und 150 Meter, und bevorzugt zwischen 80 Meter und 120 Meter. Für die verringerte Distanz r₂ eignet sich ein Bereich bis zu 50 Me ter. Besonders geeignet ist ein Bereich zwischen 20 Metern und 40 Metern.Typically, the maximum distance r corresponds approximately to the maximum error that occurs when determining the position by means of satellites, ie approximately 100 meters. A suitable range for the maximum distance r is between 60 and 150 meters, and preferably between 80 meters and 120 meters. A range of up to 50 meters is suitable for the reduced distance r ₂ . A range between 20 meters and 40 meters is particularly suitable.

Aufgrund der verringerten Distanz r₂ wird eine fehlerhafte Ortung außerhalb des nach außen abgeschotten Bereichs ausge schlossen. Sollte allerdings im unterirdischen Bereich ein digitalisierter Pfad oder ein Straßensegment 21 verlaufen, beispielsweise bei einer Fahrt durch einen Tunnel, so ist weiterhin ein Positionsabgleich innerhalb der reduzierten Di stanz r₂ mit der digitalen Straßenkarte möglich. Jedoch kann für einen unterirdischen Bereich regelmäßig auch ganz auf ei nen solchen Abgleich mit der digitalen Straßenkarte verzich tet werden. Dies kann so verstanden werden, daß r₂ den Wert "0" hat.Due to the reduced distance r ₂ , incorrect location outside the area that is sealed off from the outside is excluded. If, however, a digitized path or a road segment 21 runs in the underground area, for example when driving through a tunnel, a position comparison within the reduced distance r ₂ is still possible with the digital road map. However, for an underground area, such a comparison with the digital road map can regularly be dispensed with entirely. This can be understood such that r _{2 has} the value "0".

Fig. 3 veranschaulicht den Detektionsvorgang für den Normal zustand und den Abweichzustand. Fig. 3 illustrates the detection process for the normal state and the deviation state.

Nachdem der Satellitenempfänger aufgrund ungünstiger Emp fangsbedingungen keine Positionsbestimmung mehr vorgenommen hat, erfolgt der Start einer Auswertung sämtlicher Signalpe gel von eventuell empfangenen Satellitensignalen. Eine Posi tionsbestimmung kann von dem in diesem Beispiel verwendeten Satellitenempfänger nur vorgenommen werden, wenn wenigstens zwei Satelliten mit einem ausreichendem Signalpegel empfangen werden.After the satellite receiver due to unfavorable Emp conditions no longer determined evaluation of all signal signals is started gel of any satellite signals received. A posi determination can be made from that used in this example Satellite receivers can only be made if at least received two satellites with a sufficient signal level become.

Überschreitet wenigstens der Pegel eines Satellitensignals einen definierten Wert, beispielsweise den für eine exakte Positionsbestimmung notwendigen Pegel, so wird der logische Zustand H ausgegeben und der Normalzustand mit der maximalen Distanz r von 100 Metern gesetzt, in dem ein Abgleich mit Straßensegmenten der digitalen Straßenkarte erfolgt.At least exceeds the level of a satellite signal a defined value, for example that for an exact one Position determination necessary level, so the logical State H output and the normal state with the maximum Distance r of 100 meters is set, in which a comparison with Road segments of the digital road map is done.

Wird für eine vorbestimmte Reaktionszeit von 8 Sekunden über haupt kein Signalpegel gemessen oder erreicht der Signalpegel keiner der empfangenen Satelliten den definierten Pegel für wenigstens 8 Sekunden, so wird der logische Zustand L als "Untergrund-Flag" gesetzt. Daraufhin wird in den Abweichzu stand geschaltet und die verringerte Distanz r₂ von 30 Metern für den Abgleich mit Straßensegmenten der digitalen Straßen karte gesetzt.If no signal level is measured at all for a predetermined response time of 8 seconds or if the signal level of none of the received satellites reaches the defined level for at least 8 seconds, the logic state L is set as the "background flag". Thereupon it is switched to the deviation state and the reduced distance r ₂ of 30 meters is set for the comparison with street segments of the digital street map.

Bei einer Dauer der Reaktionszeit von 8 Sekunden kann davon ausgegangen werden, daß nicht lediglich eine teilweise Ab schattung des Satellitenempfängers aufgrund extrem schlechter Satellitenkonstellationen, durch einen Wald, durch eine Brüc ke, durch steil aufragende Berghänge, durch Gebäudefronten oder dergleichen erfolgt.With a duration of the reaction time of 8 seconds it can be assumed that not only a partial Ab shading of the satellite receiver due to extremely poor Satellite constellations, through a forest, through a bridge ke, through steep mountain slopes, through building fronts or the like.

Der beschriebene Vorgang kann als Algorithmus für ein Steuer programm folgendermaßen beschrieben werden:
The process described can be described as an algorithm for a control program as follows:

Claims

1. A method for determining a position by means of coupling navigation and by comparison with a digital road map te ( 2 ), which consists of a plurality of road segments ( 21 ), characterized in that depending on a satellite reception level from a normal state in which a Comparison with the digital road map ( 2 ) takes place when a position (P) measured by a locating device ( 131 , 132 , 14 , 12 ) is within a predetermined maximum distance (r) to a road segment ( 21 ), switched to a deviation state is, in which a comparison with the digital road map ( 2 ) takes place only within a reduced distance (r ₂ ) or is completely omitted.

2. The method according to claim 1, characterized in that the deviation state is detected when from the locating device ( 131 , 132 , 14 , 12 ) no received satellite signal has a sufficient level for the acquisition of data for a position determination.

3. The method according to claim 1, characterized in that the Deviation state is detected when no satellite level is more recognized.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the predetermined maximum distance (r) is in a range between 60 m and 150 m, and in that the reduced distance (r ₂ ) in a range between 0 m and 50 m lies.

5. Navigation device with a location device ( 131 , 132 , 14 , 12 ) for dead reckoning and for comparison with road segments ( 21 ) of a digital road map ( 2 ), the location device ( 131 , 132 , 14 , 12 ) having a normal state , in which a comparison with the digital road map ( 2 ) takes place if a measured position (P) is within a predetermined maximum distance (r) to a road segment ( 21 ), and has a deviation state in which a comparison with the road segments ( 21 ) only within a reduced distance (r ₂ ) or completely omitted.