Beschreibung Verfahren zum Speichern und zum Ausgeben einer digitalen Straßenkarte und Navigationssystem Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Speichern einer di- gitalen Straßenkarte auf einem Speichermedium, ein Verfahren zum Ausgeben einer digitalen Straßenkarte auf eine Anzeige- einrichtung und ein Navigationssystem mit einer Anzeigeein- richtung, das zum Anzeigen einer derartig gespeicherten digi- talen Straßenkarte geeignet ist.

Bekannte Navigationssysteme errechnen aufgrund einer auf ei- nem Speichermedium gespeicherten digitalen Straßenkarte eine Route von einem Startpunkt zu einem von einem Benutzer ge- wählten Ziel. Während der Fahrt wird die von dem Navigations- system bestimmte Momentanposition mit der digitalen Straßen- karte verglichen, um den Benutzer rechtzeitig Leitinformation zur Verfügung stellen zu können. Die digitale Straßenkarte muß daher den Verlauf der gespeicherten Straßen sehr genau wiedergeben. Eine Straße kann daher durch eine sehr große An- zahl von Straßensegmenten repräsentiert sein, die üblicher- weise somit als Vektoren angegeben sind.

Bei vielen Navigationssystemen kann der Benutzer eine Karten- darstellung wählen, die ihm die Orientierung erleichtern soll. Die Kartendarstellung beruht auf den in der digitalen Straßenkarte gespeicherten Straßensegmente. Aufgrund der ex- trem genauen Wiedergabe der Straßenverläufe in der digitalen Straßenkarte kann bei der Wahl eines sehr großen Darstel- lungsmaßstabs der Aufbau einer Karte auf den Bildschirm mehr als 10 Minuten dauern.

Aus der Patentschrift US 4,914, 605 ist ein Navigationssystem bekannt, bei dem für einen gegebenen Maßstab lediglich be-

stimmte Straßen innerhalb eines geographischen Gebiets ange- zeigt werden. Ferner ist eine selektive Beschriftung vorgese- hen, so daß einem Fahrer lediglich solche Beschriftungen an- gezeigt werden, die ausreichend Information bereitstellen. Um dies zu bezwecken, werden die Straßen und die Beschriftung in ein Prioritätsschema eingeordnet.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Speichern einer digitalen Straßenkarte, ein Verfahren zum Ausgeben ei- ner digitalen Straßenkarte auf einer Anzeigeeinrichtung und ein Navigationssystem bereitzustellen, die eine schnelle Dar- stellung einer Straßenkarte auf einer Anzeigeeinrichtung er- möglichen.

Dieses Ziel wird mit den Verfahren und einem Navigationssy- stem erreicht, wie sie in den unabhängigen Patentansprüchen definiert sind. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die Bereitstellung einer Auswahl mit einer reduzierten Anzahl von Straßensegmenten aus der digitalen Straßenkarte auf einem Speichermedium, wird die Anzahl der für die Anzei- geeinrichtung vorgesehenen Informationen stark reduziert. Die Auswahl ist auf die Auflösung des Bildschirms und nicht auf die möglichst genaue Wiedergabe eines Straßenverlaufs abge- stimmt.

Eine solche Auswahl für eine Bilddarstellung vorgesehene Aus- wahl ist zusätzlich zur digitalen Straßenkarte, die die kom- plette Information über die einzelnen Straßen enthält, auf einem Speichermedium gespeichert.

Während die Vielzahl von einzelnen, in der (vollständigen) digitalen Straßenkarte gespeicherten Straßensegmenten oder Objekten in der Regel so hoch ist, daß nach deren Umrechnung

von Geokoordinaten auf Bildpunkte (Pixelkoordinaten) der An- zeigeeinrichtung mehrere Segmente auf einen Bildpunkt fallen, gewährleistet die reduzierte Anzahl der in einer Auswahl ge- speicherten Segmente, daß im wesentlichen nur auf der Anzei- geeinrichtung auflösbare Information zu Zwecken einer bildli- chen Darstellung gespeichert wird. Dadurch wird die Zuordnung eines darzustellenden Objekts zu bestimmten Punkten der An- zeigeeinrichtung drastisch beschleunigt.

Neben Straßen kann eine Auswahl auch andere Objekte, bei- spielsweise Flüsse, Seen, Wälder, auffällige Orientierungs- punkte oder dergleichen in einer für die Anzeigeeinrichtung abgestimmten Auflösung umfassen.

Eine Auswahl aus der digitalen Straßenkarte muß nicht unbe- dingt alle in der Straßenkarte vorhandenen Objekte aufweisen, da die Auswahl ohnehin nur für eine Darstellung in einem gro- ßen Maßstab gedacht ist.

In einer Auswahl können die darzustellenden Objekte entweder als Vektoren oder als Bildpunkte (Pixel) gespeichert sein.

Insbesondere bei einer Vektorgraphik ist die Zahl der in ei- ner Auswahl gespeicherten Vektoren, die in Linien auf dem Bildschirm umgerechnet werden müssen, deutlich geringer als die Zahl der Vektoren, die in der vollständigen digitalen Straßenkarte dieselbe Region beschreiben.

Um zu einer verringerten Anzahl von Vektoren gegenüber der vollständigen digitalen Straßenkarte zu gelangen, die den Verlauf von Straßen oder Objekten dennoch mit größtmöglicher Genauigkeit beschreiben, werden die einzelnen Segmente vor- zugsweise hinsichtlich ihrer Relevanz für die Anzeige bewer- tet. Nur solche Segmente, die eine nicht bereits vorhandene Information liefern, also ein anderes Bildpixel der Anzeige-

einrichtung betreffen, werden in die Auswahl übernommen. Da- durch ergibt sich eine größtmögliche Übereinstimmung einer angezeigten Karte mit der nach einer Routenberechnung in die Karte eingezeichneten Route. Die berechnete Route muß nämlich auf der Basis der vollständigen digitalen Straßenkarte gewon- nen werden, da diese die realen Manöver enthält.

Eine in der Auswahl repräsentierte Region wird in der Regel durch ein Hundertstel bis ein Zehntausendstel der Vektoren im Vergleich zur selben Region in der vollständigen digitalen Straßenkarte wiedergegeben.

Das Verfahren zum Ausgeben einer digitalen Straßenkarte ist nicht nur in einem autonomen Navigationssystem anwendbar. Es läßt sich in vorteilhafter Weise auch mit einem System kombi- nieren, bei dem einer Navigationseinheit drahtlos Leitinfor- mation übermittelt wird. Die für eine Kartendarstellung eines größeren Gebiets nötige Auswahl kann aufgrund der relativ ge- ringen Informationsdichte in einem nichtflüchtigen, eventuell löschbaren Speichermedium der Navigationseinheit verhältnis- mäßig geringer Kapazität gespeichert werden.

Ist eine Auswahl als Vektorgraphik gespeichert, können die Bildinformationen der Auswahl auf einfache Weise in unter- schiedlichen Maßstäben auf der Anzeigeeinrichtung wiedergege- ben werden.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausfüh- rungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen : Figur 1 eine genaue Beschreibung der Straßen einer Region R,

Figur 2 eine Auswahl aus den in der digitalen Straßenkar- te enthaltenen Straßen, die zur Darstellung einer Region bestimmt ist, Figur 3 eine schematische Darstellung einer digitalen Straßenkarte und mehrerer Auswahlen, und Figur 4 ein Navigationssystem mit einer Anzeigeeinrich- tung.

Figur 1 veranschaulicht alle Straßensegmente S sämtlicher Straßen 121, die für eine Region R einer digitalen Straßen- karte auf einem Speichermedium eines Fahrzeugnavigationssy- stems gespeichert sind. Obwohl die Straßensegmente S gra- phisch dargestellt sind, wird erfindungsgemäß nicht auf die komplette digitale Straßenkarte mit sämtlichen Straßensegmen- ten S zur bildlichen Darstellung einer Karte zurückgegriffen.

Die digitale Straßenkarte dient hier nur zur Positionsbestim- mung und zur Berechnung von Leitinformation für den Führer eines mit einem Navigationssystem ausgerüsteten Kraftfahr- zeugs.

Ein Straßensegment S steht für einen Wegabschnitt zwischen zwei Wegpunkten. Wegpunkte sind beispielsweise Straßenkreu- zungen, Abzweigungen, Kurvenmarkierungen oder dergleichen.

Die Straßensegmente S können als Vektoren aufgefaßt werden, die von Geokoordinaten ausgehen.

Die dargestellte Region R erstreckt sich in Nord-Süd-Richtung über eine Entfernung von 5 km. Soll auf der Anzeigeeinrich- tung eines Fahrzeugnavigationssystems ein Gebiet in Form ei- ner Landkarte angezeigt werden, das in Nord-Süd-Richtung ei- nen Durchmesser von 50 km aufweist, so muß die gezeigte Stra- ßenformation auf einem Bildschirmausschnitt von etwa 1 cm dargestellt werden. Da die Straßensegmente S den realen Stra- ßenverlauf wiedergeben, setzt sich eine Straße aus einer sehr großen Anzahl von Segmenten zusammen. Bei einer Umsetzung der

Straßenverläufe in eine Kartendarstellung würden daher in der Regel mehrere Segmente auf einem Bildschirmpunkt fallen. Die Umrechnung einer großen Anzahl von Straßensegmenten oder von anderen Objekten auf Bildschirmpunkte kann daher gerade bei der Wahl eines großen Maßstabs eine beträchtliche Zeitspanne in Anspruch nehmen, falls die digitale Straßenkarte mit der kompletten Information über die einzelnen Objekte hierzu als Ausgangsbasis dient.

Dagegen zeigt Figur 2 die Segmente S von Straßen 121 dersel- ben Region R wie in Figur 1, die für eine Darstellung auf ei- ner Anzeigeeinrichtung bestimmt sind. Diese sind in einer Auswahl zusätzlich zur (kompletten) digitalen Straßenkarte gespeichert.

Der Verlauf der in der Region R enthaltenen Straßen 121 ist deutlich gröber wiedergegeben. Die durchschnittliche Länge eines Straßensegments S ist daher deutlich größer als in der digitalen Straßenkarte mit der vollständigen Information. Die Straßensegmente sind ebenfalls als Vektoren gespeichert. Fer- ner sind weniger bedeutende Wege und weniger markante geogra- phische Objekte nicht in der in Figur 2 symbolisierten Aus- wahl enthalten.

Aufgrund der deutlich geringeren Informationsdichte kann die- se Auswahl extrem schnell in Bildpunkte einer Anzeigeeinrich- tung umgesetzt und dargestellt werden oder bereits in Form von Pixelinformation in Bezug auf die Bildpunkte der Anzeige- einrichtung gespeichert sein.

Die Straßensegmente S von Figur 2, die die Region R repräsen- tieren, sind zu einem Datenblock unter einer Vielzahl von Da- tenblöcken zusammengefaßt, die weitere Regionen abbilden und zusammen eine Auswahl bilden.

In Figur 3 ist ein Speichermedium symbolisch abgebildet. Es kann sich hierbei beispielsweise um eine CD-ROM, eine DVD (Digital Versertile Disk), eine Festplatte oder ein anderes nichtflüchtiges Speichermedium handeln.

Im Speichermedium wird eine vollständige digitale Straßenkar- te D gespeichert, die den Verlauf von Straßen, Wegen und an- deren Objekten sehr genau wiedergibt. Die in der digitalen Straßenkarte D gespeicherten Straßen und deren Straßensegmen- te dienen zum Abgleich einer vom Navigationsgerät gemessenen Position mit einer auf einer Straße gelegenen Position (map matching).

In dem Speichermedium ist zusätzlich eine Auswahl Al gespei- chert, die das gesamte von der digitalen Straßenkarte D um- faßte geographische Gebiet umfaßt. Die Auswahl Al besteht aus einem einzigen Datenblock (Parcel) und repräsentiert das ge- samte, von der digitalen Straßenkarte D erfaßte Gebiet.

Die Auswahl A1 kommt zur Anzeige, wenn eine Karte in einem sehr großen Maßstab auf der Anzeigeeinrichtung dargestellt werden soll. Die extremsten darzustellenden Punkte liegen in diesem Fall sehr weit von einander entfernt, beispielsweise mehr als 500 km. Entsprechend grob und durch sehr wenige Seg- mente sind die einzelnen Straßen in dieser Auswahl gespei- chert. Ferner sind nur übergeordnete Straßen wie Autobahnen und Bundesstraßen in der Auswahl Al enthalten.

Die Auswahl A2 wird dazu benutzt, eine Karte auf einer Anzei- geeinrichtung darzustellen, wenn ein Benutzer einen mittleren Maßstab wählt.

Die Auswahl A2 umfaßt ebenfalls das gesamte von der digitalen Straßenkarte D umfaßte Gebiet. Jedoch sind in der Auswahl A2

mehr Straßen und Objekte enthalten als in der Auswahl Al.

Ferner ist der Verlauf der Straßen durch eine etwas größere Anzahl von Straßensegmenten genauer definiert. Die Auswahl A2 ist in mehrere Datenblöcke unterteilt, von denen jeder eine bestimmte Region, beispielsweise ein Bundesland eines Staates oder eine geographischen Gebiets mit definierten Begrenzugen, repräsentiert. Die Auswahl A2 wird für die Darstellung einer Straßenkarte benutzt, wenn die extremsten darzustellenden Punkte nicht mehr als 500 km und mehr als 30 km voneinander beabstandet sind.

Die Auswahl A3 repräsentiert ebenfalls das gesamte von der digitalen Straßenkarte D umfaßte Gebiet. Im Gegensatz zu den Auswahlen Al und A2 enthält die Auswahl A3 alle in der digi- talen Straßenkarte vorhandenen Straßen. Lediglich die durch- schnittliche Anzahl von Straßensegmenten, mit denen eine Straße beschrieben ist, ist in der Auswahl A3 deutlich gerin- ger als in der vollständigen digitalen Straßenkarte D.

Die Auswahl A3 ist in eine größere Vielzahl von Datenblöcken unterteilt als die Auswahl A2. Die Auswahl A3 wird zur Dar- stellung von Gebieten benutzt, deren extremsten Punkte nicht mehr als 30 km voneinander entfernt sind.

Eine Auswahl oder ein Datenblock einer Auswahl kann bereits eine Zuordnung der einzelnen darzustellenden Objekte zu be- stimmten Punkten der Anzeigeeinrichtung enthalten. Eine Um- rechnung eines darzustellenden Objekts oder einer Straße in Bildpunkte entfällt in diesem Fall. Der Umrechnungsprozeß wird auf die Compilierung der Daten verlagert.

In den Auswahlen A1 bis A3 sind jeweils Etiketten oder Labels mit den Namen von ausgewählten Straßen für die Bildschirmdar- stellung abgespeichert. Die Punkte, die ein Etikett auf einer Anzeigeeinrichtung belegt, sind bereits in der Auswahl defi-

niert. Eine Vergrößerung oder Verkleinerung oder eine sonsti- ge Umrechnung ist nicht erforderlich.

Je nach Fahrzeugposition und Anzeigemaßstab muß ein Daten- block oder müssen mehrere Datenblöcke einer Auswahl vom Spei- chermedium geladen werden. Da die Auswahl A3 in diesem Bei- spiel sechs Datenblöcke aufweisen soll, muß zum Auslesen der Daten maximal sechs Mal auf das Speichermedium zugegriffen werden.

In Figur 4 ist ein Navigationssystem 1 mit einer Rechenei. n- heit 11, bei der es sich um einen Mikroprozessor handelt, ei- ner Anzeigeeinrichtung 12 und einem Laufwerk 13 für ein Spei- chermedium 131 dargestellt.

Auf eine Benutzereingabe hin greift die Recheneinheit 11 auf das Laufwerk 13 mit dem Speichermedium 131, bei dem es sich um eine CD-ROM handelt, zu. Entsprechend dem vom Benutzer ge- wählten Maßstab oder dem Maßstab, der sich für eine Darstel- lung eines vom Benutzer gewählten Kartenabschnitts eignet, werden anzuzeigende Kartendaten aus einem oder mehreren Spei- cherblöcken einer Auswahl gelesen. Diese werden auf der An- zeigeeinrichtung 12 dargestellt, bei der es sich um ein für Farbdarstellung geeignetes Flüssigkristall-Display handelt.

Auf der Anzeige sind Straßen 121 der vom Speichermedium 131 geladenen Auswahl sowie ein Etikett 122 oder Label mit einem Straßennamen für eine angezeigte Straße dargestellt.

Aufgrund des Umstandes, daß lediglich eine Auswahl mit einer stark reduzierten Anzahl von Straßensegmenten auf der Anzei- geeinrichtung 12 dargestellt werden muß, kann auch bei einer verhältnismäßig langsamen Datenübertragung vom Speichermedium zur Recheneinheit und einer relativ langsamen Bildverarbei- tung durch die Recheneinheit 11 ein sehr zügiger Bildaufbau erfolgen.