DE10036440C2

DE10036440C2 - Tragbares Navigationsgerät

Info

Publication number: DE10036440C2
Application number: DE2000136440
Authority: DE
Inventors: Heiko Barske
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2020-07-27
Also published as: DE10036440A1

Description

Die Erfindung betrifft ein tragbares Navigationsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Infolge der Verfügbarkeit von GPS-Systemen (Global Position System) erfreuen sich Naviga tionsgeräte steigender Beliebtheit. Solche Navigationsgeräte werden im Auto eingesetzt, um, gestützt durch elektronische Straßenkarten, die Route zu einem anzufahrenden Ziel anzuzei gen. Sie werden in Schiffen verwendet, um die Richtung und den Abstand zu einem eingege benen Zielpunkt anzugeben, wobei die Richtung im allgemeinen derart angegeben wird, daß die Abweichung der Schiffslängsrichtung von der Richtung zum eingegebenen Zielpunkt an gezeigt wird. Weiter sind tragbare Navigationsgeräte erhältlich, die, ganz ähnlich wie die auf Schiffen eingesetzten Geräte, die Abweichung der Richtung zu einem eingegebenen Zielpunkt und die Entfernung von dem Zielpunkt angeben, wobei sich diese Anzeige auf die Längsrich tung des Gerätes bezieht.

Aus der WO 97/48025 A1 ist ein gattungsgemäßes Navigationsgerät bekannt, das als Aus richtermittlungseinheit einen Magnetfeldsensor enthält, der die Ausrichtung des Gerätes rela tiv zu dem erdmagnetischen Feld ermittelt, so daß es möglich ist, auf dem Bildschirm des Ge rätes einen Pfeil zu erzeugen, der die Richtung von dem Gerät zu einem eingegebenen Ziel anzeigt. Weiter kann auf dem Bildschirm die Entfernung zu dem Ziel angezeigt werden.

Weitere, durch Auswertung von Satellitensignalen arbeitende Navigationsgeräte, die zusätz lich einen elektronischen Kompaß enthalten, sind aus der WO 92/21990 A1, WO 93/05474 A1 und DE 198 40 120 A1 bekannt.

Aus der DE 199 14 631 A1 ist ein Eingabeverfahren in ein Fahrerinformationssystem be kannt, das mittels Spracheingabe arbeitet.

Die DE 198 39 378 A1 beschreibt eine automatisierte Eingabe von Fahrtzielen und Fahrtrou ten in ein Navigationssystem, das einen Speicher enthält, in dem Informationen über Fahrtzie le abgelegt sind, die zu vorhergehenden Zeiten von einem Benutzer ausgewählt wurden.

Aus der DE 198 41 732 A1 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Eingabe von Ortsko ordinaten in ein Navigationssystem bekannt, bei dem über eine Tastatur oder ein Lesegerät ein Codewort in einen Datenspeicher eingegeben wird, wobei aus dem Codewort zugehörige geographische Ortskoordinaten ermittelt werden, die in einem koordinatenorientierten Navi gationsgerät ausgewertet werden.

Die DE 197 24 919 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen, Verschmelzen und Aktuali sieren von in einem Zielführungssystem nutzbaren Daten, wobei als Eingabedatenträger eine Visitenkarte verwendet werden kann, die Adresseninformation enthält, die elektronisch aus lesbar ist.

Die DE 197 41 048 A1 beschreibt ein Gerät für eine elektronische Adressenverwaltung mit einem Lesegerät für personen- oder firmenspezifische Karten.

Aus der DE 199 36 568 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Eingabe von Zielort informationen in ein Zielführungssystem bekannt, wobei eingegebene Zielortinformationen an eine Abfrageeinheit weitergeleitet werden, die eine zugeordnete Anschrift ermittelt und diese als Zieladresse an ein Navigationssystem weiterleitet.

Eine Eigenart der bekannten, mit einem Erdmagnetfeldsensor arbeitenden Navigationsgeräte liegt darin, daß unter bestimmten Umgebungsbedingungen das von dem Erdmagnetfeldsensor erzeugte Richtungssignal von der tatsächlichen geographischen Richtung aufgrund lokaler Störungen mehr oder weniger stark abweicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Navigationsgerät derart wei terzuentwickeln, daß auch bei schlecht definiertem oder fehlerhaftem Erdmagnetfeld die Richtung und Entfernung zu einem Ziel zuverlässig angezeigt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einem Navigationsgerät gemäß dem Anspruch 1 gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Navigationsgerät kann mittels der Ausrichtermittlungseinheit die Ausrichtung des Gerätes relativ zu einer geographischen Richtung, beispielsweise der Nord richtung, ermittelt werden. Wenn diese Ausrichtung bekannt ist, kann die geographische Richtung zwischen dem mit Hilfe der GPS-Einheit ermittelten Standort des Gerätes und ei nem eingegebenen Ziel errechnet werden und die Richtung zum Ziel auf dem Bildschirm an gezeigt werden, ohne daß ein Magnetfeldsensor erforderlich ist. Die Entfernung zum Ziel kann in bekannter Weise ermittelt und angezeigt werden.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 2 wird erreicht, daß der Richtungspfeil unabhängig von einer Drehung des Gerätes nach Durchlaufen eines Zyklus gemäß dem Anspruch 1 in die rich tige Richtung zeigt.

Vorteilhafterweise enthält das erfindungsgemäße Navigationsgerät gemäß dem Anspruch 3 zusätzlich eine Magnetfeldsensoreinheit, deren einwandfreie Funktion mit Hilfe der Ausricht ermittlungseinheit überprüft werden kann.

Die Ansprüche 4 und 5 sind auf vorteilhafte Dateneingabemöglichkeiten gerichtet.

Gemäß dem Anspruch 6 ist das Gerät vorteilhafterweise in ein tragbares Telefongerät inte griert, in dem Speicherplatz und Rechnerleistung ohnehin zur Verfügung stehen und dessen Nutzen durch die Integration des erfindungsgemäßen Gerätes erheblich verbessert wird.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 7 wird eine kompakte, vielseitig nutzbare Einheit geschaf fen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Navigationsgerätes,

Fig. 2 einen Datenträger,

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des Navigationsgerätes

Fig. 4 verschiedene Richtungen zur Erläuterung der Funktionsweise und

Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Unterdrückung von Abweichungen zwischen magnetisch Nord und geografisch Nord.

Gemäß Fig. 1 enthält ein insgesamt mit 10 bezeichnetes tragbares Navigationsgerät im we sentlichen folgende Funktionseinheiten:
einen Bildschirm 12, eine GPS-Einheit 14 mit einer Antenne 16, eine Stromversorgung 18, eine Magnetfeldeinheit 20, eine Speichereinheit 22, eine Leseeinheit 24, eine Tastatureinheit 26 sowie eine Mikroprozessoreinheit 28.

Die GPS-Einheit 14 dient in an sich bekannter Weise zum Ermitteln der georgrafischen Posi tion des Gerätes durch Kommunikation mit Satelliten.

Die Stromversorgungseinheit 18 ist beispielsweise ein Akku mit integriertem Netzladegerät zur Stromversorgung des gesamten Gerätes.

Die Magnetfeldeinheit 20 enthält einen Magnetfeldsensor zum Ermitteln der Richtung des erdmagnetischen Feldes relativ zu dem Gerät 12, beispielsweise relativ zu dessen durch einen Pfeil 30 angegebenen Längsrichtung.

Die Speichereinheit 22, die auch in die Speichereinrichtungen der Mikroprozessoreinheit 28 integriert sein könnte, dient zum Speichern eingegebener Daten, beispielsweise von Ziel punkten. Die Leseeinheit 24 dient zum Einlesen von auf einem Datenträger gespeicherten Daten, beispielsweise in Form eines Barcodes gespeicherter Daten, magnetisch gespeicherter Daten, sonstwie codierter Daten oder auch als Klarschriftleser.

Die Tastatureinheit 26 dient zum manuellen Eingeben von Daten und zum Aufrufen von Pro grammen, was beispielsweise menügestützt erfolgen kann, indem entsprechende Hinweise auf dem Bildschirm 12 erscheinen. Zur Vernetzung und zum Ausführen von Programmen dient die Mikroprozessoreinheit 28. Die Verbindungen zwischen den einzelnen Funktionsblöcken sind in Fig. 1 der Einfachheit halber nicht dargestellt.

Alle Funktionsblöcke sind in ihrem Aufbau an sich bekannt und werden daher nicht im ein zelnen erläutert.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines Datenträgers 32, der als Visitenkarte ausgebildet ist. Die Visi tenkarte enthält in Klarschrift die üblichen, auf einer Visitenkarte enthaltenen Angaben in al phanumerischer Form (34) und die geografischen Daten der auf der Visitenkarte angegebe nen Anschrift in alphanumerischer Form (36) und als Barcode (38). Die geografischen Daten geben beispielsweise die Anschrift nach geografischer Länge und geografischer Breite an.

Im folgenden wird die Funktion des Gerätes anhand der Fig. 3 und 4 beispielhaft erläutert.

Es sei angenommen, daß im Schritt 50 durch Betätigen einer Funktionstaste das Menü Navi gation aktiviert wird. In dem Gerät läuft dann ein Algorithmus ab, entsprechend dem im Schritt 52 mit Hilfe der Magnetfeldeinheit 20 der Winkel W_LN ermittelt wird, den die Längs richtung des Gerätes mit der Richtung von magnetisch Nord bildet. (Ein entsprechender "Nordpfeil" könnte unmittelbar auf dem Bildschirm angezeigt werden).

Im Schritt 54 bestimmt das Gerät mit Hilfe der GPS-Einheit 14 seinen Standort. Im Schritt 56 wird, beispielsweise nach Aufforderung auf dem Bildschirm, ein Zielpunkt eingegeben, wobei dies über die Tastatur 26 oder bevorzugt durch Auslesen der entsprechenden Daten von dem Datenträger 32 mittels der Leseeinheit 24 geschieht. Die Schritte 52, 54 und 56 können seriell in unterschiedlicher Reihenfolge oder parallel ablaufen.

Im Schritt 58 bestimmt das System aus den Ergebnissen der Schritte 54 und 56 den Abstand A vom Standort zum Zielpunkt und die geografische Richtung W_GN, in der der Zielpunkt vom Standort aus gesehen liegt. Ein Ergebnis des Schrittes 58 lautet beispielsweise 200 m; 30°, wobei die 30° den Winkel zwischen der Richtung zum Zielpunkt und geografisch Nord, in Uhrzeigerrichtung gemessen, angeben.

Im Schritt 60 errechnet das System aus dem Ergebnis des Schrittes 52, der den Winkel zwi schen der Längsrichtung des Gerätes und magnetisch Nord angibt, und dem Ergebnis des Schrittes 58 die Richtung eines auf dem Bildschirm 12 erscheinenden Pfeils 40, der unter der Voraussetzung, daß geografisch Nord und magnetisch Nord zumindest annähernd überein stimmen, die direkte Richtung vom Gerät zum Zielpunkt zeigt.

Die Berechnung ist wie folgt:
Es sei angenommen (Fig. 5), der Winkel W_LN zwischen magnetisch Nord mN und der Längs richtung LR (Pfeil 30 in Fig. 1) des Gerätes betrage, von magnetisch Nord in Uhrzeigerrich tung gemessen, 345° (Ergebnis des Schrittes 52), und der Winkel W_GN der geografischen Nordrichtung gN und dem Ziel Z betrage 30°. Der Winkel W_LZ zwischen der Längsrichtung LR (angenommen magnetisch Nord = geografisch Nord) und der Richtung zum Zielpunkt beträgt dann 45°. Nachdem der Winkel W_LZ im Schritt 60 errechnet wurde, wird im Schritt 62 der Pfeil 40 mit dem Winkel W_LZ zwischen der Längsrichtung des Gerätes 10 und der Pfeil richtung sowie der Abstand A zum Ziel von 200 m angezeigt.

In der vorstehend geschilderten Weise wird eine augenblickliche, von der Ausrichtung des Gerätes relativ zu magnetisch Nord unabhängige Anzeige der Richtung von dem Gerät zu ei nem eingegebenen Zielpunkt erzielt, d. h., wenn das Gerät gedreht wird, dreht sich der Pfeil 40 mit. Es versteht sich, daß das Gerät zweckmäßigerweise so gehalten wird, daß es sich nicht in einer Ebene befindet, die von den Magnetfeldlinien der Erde senkrecht durchschnitten wer den.

Das beschriebene Grundprinzip kann in vielerlei Geräten realisiert werden. Beispielsweise kann das Gerät ein nur zur Navigationszwecken dienendes Handgerät sein; es kann in eine am Arm getragene Uhr integriert sein oder, was besonders zweckmäßig ist, da ein leistungsfähi ger Prozessor und ein großer Bildschirm bereits vorhanden sind, in ein Handy integriert sein. Die Komponenten können auch in ein fahrzeugfestes Navigationssystem integriert sein, wobei dieses Navigationssystem dann auch ohne elektronische Straßenkarten nützlich verwendbar ist. Je größer der Abstand zu einem Zielpunkt ist, um so größere Straßen werden benutzt. Je weiter man sich dem Ziel nähert, um so deutlicher verläßt man Durchgangsstraßen und wählt kleine Straßen, die dann zum Ziel führen. Die gleiche "Gehstrategie" kann ein Fußgänger ver folgen, der eine ihm unbekannte Adresse sucht. Das System ist weltweit einsetzbar und benö tigt lediglich die Kenntnis der geografischen Koordinaten des Zielpunktes. Diese Koordinaten können klassisch in Graden, Minuten und Sekunden bekannt sein; sie können aber auch dezi mal oder in einem sonstwelchen Zahlensystem bekannt sein.

Die Leseeinheit 24 kann in an sich bekannter Weise zum Einlesen von in unterschiedlichster Weise gespeicherte Daten ausgebildet sein, beispielsweise ein Lesekopf zum Einlesen von Barcode-Daten, ein Lesekopf zum Einlesen magnetisch gespeicherter Daten, wenn der Da tenträger beispielsweise in einen Schlitz eingeschoben wird, usw.

Es versteht sich, daß das System auch mit manueller Eingabe der geografischen Daten über die Tastatureinheit 26 betrieben werden kann. Das maschinelle Einlesen der geografischen Daten bedeutet lediglich einen erheblichen Komfortgewinn, der beispielsweise in einem fahr zeugfesten Navigationssystem, auch wenn dieses nicht mit einer Magnetfeldeinheit 20 ausge rüstet sein sollte, zu einer erheblichen Komfortsteigerung führt, da jedwelche Dateneingabe über eine Tastatur entfällt.

Alternativ oder zusätzlich kann das Gerät auch mit einer Spracheingabeeinrichtung versehen sein, die ein Mikrofon 40 mit nachgeschalteter Spracherkennungseinheit 42 enthält (in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet). Am Ausgang der Spracherkennungseinheit 42 stehen die geografi schen Daten in digitaler Form zur Verfügung, die in den Speicher 22 eingelesen werden bzw. von der Mikroprozessoreinheit 28 weiterverarbeitet werden.

Mit einer Visitenkarte, die beispielsweise wie in Fig. 2 dargestellt aufgebaut ist, ist ein In strument geschaffen, das es in Kombination mit dem Gerät 10 ermöglicht, weltweit den auf der Visitenkarte angegebenen geografischen Ort verhältnismäßig einfach zu finden.

Es versteht sich, daß auch ein transportables Navigationsgerät durch entsprechende Schnitt stellen und Speicherkapazität in der Lage ist, die auf dem Bildschirm 12 anhand der Fig. 1 erläuterte Richtungspfeil- und Entfernungsanzeige durch eine Straßen-basierte Anzeige zu er setzen, die ggf. rein akustisch über einen nicht dargestellten Lautsprecher oder Ohrhörer erfolgen kann. Auch die anhand der Fig. 1 dargestellte Anzeige kann akustisch erfolgen, indem über den Lautsprecher oder Ohrhörer beispielsweise eine Information über die Ausrichtung des Richtungspfeils relativ zur Längsrichtung des Gerätes und die Entfernung vom Ziel er folgt.

Bei der vorstehenden Beschreibung wurde angenommen, daß geografisch Nord und magne tisch Nord übereinstimmen, was infolge von Einflüssen der Umgebung (hohe Ströme führen de Leitungen, magnetisierte Einheiten) und der Mißweisung nicht immer der Fall ist.

Um diesen möglichen Fehler auszuräumen oder zu minimieren, ist in Fig. 6 ein Korrektural gorithmus angegeben:
Nach Aktivierung eines Prüfzyklus im Schritt 80 fordert das System den Benutzer auf, unter vorbestimmter Ausrichtung des Gerätes, beispielsweise indem eine Marke 44 (Fig. 1), die die Längs-Vorwärtsrichtung des Gerätes angibt, als Richtungsgeber dient, in dieser Richtung zu gehen. Im Schritt 82 ermittelt das System, wie oben angegeben, den Winkel W_MN zwischen magnetisch Nord und der Längsrichtung des Gerätes unter Zuhilfenahme der Magnetfeldein heit 20. Im Schritt 84 ermittelt das Gerät den Winkel W_GN zwischen der Richtung zwischen zwei durchwanderten Positionen (Längsrichtung des Gerätes) und der geografischen Nord richtung, die mittels der GPS-Einheit 14 festgestellt wird.

Im Schritt 86 wird überprüft, ob die Abweichung zwischen W_MN und W_GN größer als ein vor bestimmter Wert A ist. Ist dies nicht der Fall, so wird im Schritt 88 die Anzeige der Magnet feldeinheit 20 als in Ordnung befunden. Ist dies der Fall, so wird im Schritt 90 die Anzeige der Magnetfeldeinheit 20 um die im Schritt 86 festgestellte Differenz, die einer Mißweisung entspricht, korrigiert und der anhand der Fig. 4 beschriebene Algorithmus läuft bezüglich der Magnetfeldeinheit 20 mit entsprechend korrigierten Werten ab.

Der anhand der Fig. 6 beschriebene Prüfzyklus kann jederzeit von einem Benutzer aktiviert werden und läuft angesichts der Genauigkeit heutiger GPS-Systeme innerhalb weniger Meter Gehstrecke ab.

Wie sich aus dem vorstehenden ergibt, kann der Prüfzyklus der Fig. 6 dazu dienen die Aus richtung des Gerätes relativ zur geografischen Nordrichtung durch geradliniges Durchwandern zweier Punkte mit konstanter Ausrichtung des Gerätes ermittelt wird. Wenn das Gerät mit Drehsensoren bestückt ist, die seine Drehung um eine senkrechte Achse erfassen, so daß die Ausrichtung des Gerätes relativ zur geografischen Nordrichtung infolge der anfänglichen Ermittlung dieser Ausrichtung mit Hilfe der GPS-Einheit und dem geschilderten Durchwan dern zweier Punkte ermittelt wird und die Ausrichtung dann durch Auswerten der Signale des oder der Drehsensoren bekannt bleibt, kann die Magnetfeldeinheit 20 entfallen. Ein Nachteil eines mit Drehsensoren ausgerüsteten Gerätes gegenüber dem Gerät der Fig. 1 besteht darin, daß für die anfängliche Ermittlung des Richtungspfeils 40 jeweils zuerst eine Bestimmung der Ausrichtung des Gerätes relativ zu geografisch Nord in der vorbestimmten Weise erfolgen muß, so daß nicht sofort bei der Inbetriebnahme eines Navigationszyklus der auf das Ziel ge richtete Richtungspfeil verfügbar ist.

Es versteht sich, daß die Drehsensoren zusätzlich zu der Magnetfeldeinheit vorhanden sind, wodurch eine permanente Plausibilitätsprüfung möglich ist.

Claims

1. Tragbares Navigationsgerät, enthaltend
eine GPS-Einheit (14) zum Bestimmen der geographischen Position des Gerätes,
eine Ausrichtermittlungseinrichtung (20) zum Ermitteln der Ausrichtung des Gerätes relativ zu einer bekannten geographischen Richtung,
eine Eingabeeinheit (24, 26) zum Eingeben einer geographischen Zielposition,
eine Anzeigeeinheit mit einem Bildschirm (12) und
eine Recheneinheit (28), die aus der geographischen Position des Gerätes, der Zielpo sition und der Ausrichtung des Gerätes relativ zu der bekannten geographischen Richtung auf dem Bildschirm einen Pfeil (40) erzeugt, der von der Position des Gerätes zu der Zielposition zeigt, und eine die Entfernung von der Position des Gerätes zu der Zielposition angebende Information erzeugt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ausrichtermittlungseinheit aus dem geradlinigen Zurücklegen einer Strecke zwi schen zwei mit Hilfe der GPS-Einheit (14) ermittelten Wegepunkten unter bekannter, kon stanter Ausrichtung des Gerätes relativ zu der Strecke die geographische Richtung der zu rückgelegten Strecke und daraus die Ausrichtung des Gerätes relativ zu der bekannten geo graphischen Richtung ermittelt.

2. Navigationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät wenig stens einen Drehsensor zur Erfassung seiner Drehung aufweist.

3. Navigationsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus richtermittlungseinheit eine Magnetfeldsensoreinheit (20) zum Ermitteln der Ausrichtung des Gerätes relativ zu dem erdmagnetischen Feld enthält.

4. Navigationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinheit (24, 40, 42) zum tastaturfreien Eingeben von die Zielposition angebenden Daten ausgebildet ist.

5. Navigationsgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die Eingabeeinheit eine Leseeinheit (24) enthält, mit der auf einem Daten träger (32) gespeicherte geographische Daten (38) auslesbar sind.

6. Navigationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Navigationsgerät in ein tragbares Telefongerät integriert ist.

7. Navigationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Navigationsgerät in eine Uhr integriert ist.