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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Navigationsinstrumentierung
für ein
Verkehrsmittel.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Im
Stand der Technik stützen
sich Bediener verschiedener navigierbarer Verkehrsmittel (wie beispielsweise
Flugzeugpiloten) vor allem auf gedruckte Karten und Einzelinstrumentierung
zum Bestimmen des Koordinatenstandortes eines Verkehrsmittels relativ
zu einem Bezugspunkt. Ein Problem bei gedruckten Karten besteht
jedoch darin, dass gedruckte Karten aufgrund der Erdkrümmung keine
genaue Darstellung des Koordinatenstandortes auf der Erde geben.
Darum wusste ein Flugzeugpilot, der sich zur Positionsbestimmung
auf gedruckte Karten stützte, (oder
hätte wissen
sollen), dass jeder Standort, der anhand der gedruckten Karten bestimmt
wurde, lediglich eine Annäherung
und keine exakte Darstellung des Koordinatenstandortes des Verkehrsmittels war.
Zu einer Zeit waren die im Gebrauch befindlichen Karten im Allgemeinen
besser als die verfügbare
Navigationsgenauigkeit, aber gedruckte Karten erforderten eine hohe
Konzentration während
ihres Gebrauchs.
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Mit
dem Voranschreiten der Technologie entwickelten sich auch die Hilfsmittel
weiter, mit deren Hilfe die Piloten ihren Standort ermittelten.
Eine Technologie ist zum Beispiel das Very High Omnirange (VOR)-System,
das eine Gruppe von Navigationsfunkfeuern oder -lichtern enthält, die
am Boden angeordnet sind und es den Piloten gestatten, ihre Position
relativ zu jedem Funkfeuer zu bestimmen. Weitere Hilfsmittel, wie beispielsweise
Global-Positioning-Satellitensysteme, wurden verfügbar, um
ebenfalls den Piloten die Navigation zu erleichtern, und wurden
in die Instrumentierung des Navigationssystems des Verkehrsmittels
integriert. Zu weiteren Hilfsmitteln gehören Enhanced Ground Proximity
Warning-Systeme (EGPWS), bei denen es sich um ein radargestütztes Hilfsmittel
handelt, das mit einer Geländedatenbank
kombiniert ist und die Position eines Flugzeugs relativ zum Bodengelände verfolgt
und des Weiteren eine hörbare
Warnung abgibt, wenn sich das Flugzeug nahe am Boden befindet und
somit die Gefahr eines Aufpralls besteht. Das EGPWS zeigt auch kurz
eine Hindernisbedrohung (wie beispielsweise einen Berg voraus) als
eine Bedrohungswarnung an, aber in einigen Fällen ließ es dem Piloten nicht genügend Zeit,
das Flugzeug in eine sichere Richtung zu steuern.
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Ein
weiteres Hilfsmittel, das in einigen Flugzeugen implementiert wurde,
ist unter der Bezeichnung "Flight
Management System" (FMS)
bekannt, das eine Textanzeigeeinheit enthielt, die begrenzte Informationen
anzeigte, die Navigationsparametern entsprachen, die für den Piloten
relevant waren (wie beispielsweise Flughafenstandort und Navigationshilfen).
Das FMS war unzureichend, weil es nicht dafür ausgelegt war, weitere Informationen
anzuzeigen, die für
die Sicherheit der Flugzeuginsassen und die Bedienung des Flugzeugs
von Bedeutung sein könnten,
wie beispielsweise Wetterdaten, einschließlich bekannter Windschergebiete,
Windgeschwindigkeit, Windrichtung und ähnlicher Daten. Des Weiteren
ist das FMS mit hohem manuellen Arbeitsaufwand verbunden und langsam,
wobei der Pilot des Flugzeugs Befehle über eine bordeigene Tastatur
eingeben muss, einen Prozessor die Befehle ausführen lassen muss und dann langsam
den FMS-Anzeigeschirm auffrischen muss.
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Bis
zur vorliegenden Erfindung gab es im Stand der Technik weder ein
Verfahren noch eine Vorrichtung zum Anzeigen von Navigationsinformationen
im Echtzeitbetrieb auf einer einzelnen Anzeigeeinheit in einem Verkehrsmittel
mit einem Navigationssystem, wobei die Informationen aus einer Anzahl
von Informationsquellen erzeugt werden, die in wenigstens einer
Datenbank gespeichert sind (einschließlich Informationen zu Umgebungsgeländedaten,
Hindernisdaten, Daten über
benachbarte Verkehrsmittel, Daten über Lufträume zur besonderen Verwendung,
politische Grenzen, Bundesstaatengrenzen, geografische Merkmale,
Navigationshilfen, Flughafeninformationsdaten, Luftweg- und Kreuzungsdaten,
Wetterdaten, zivilisatorische Daten, Daten über vom Menschen erschaffene
Objekte, Luftverkehrsdaten, Winddaten und Flugplandaten). Ein Grund,
warum es ein solches Hilfsmittel nicht gab, war die nicht ausreichend
entwickelte Rechenleistung zur Abwicklung der enormen Menge an auszuführenden
Berechnungen, und des Weiteren, weil die Kosten des verfügbaren Speichers
zum Speichern und Handhaben erheblicher Datenmangen zu hoch waren.
Darüber
hinaus gab es bestimmte Informationen (wie beispielsweise exakte
Gelände-
und geografische Daten) nicht. Die vorliegende Erfindung schließt diese
Lücke der
Technologie des Standes der Technik durch Bereitstellen eines Verfahrens
und einer Vorrichtung zum Anzeigen von Informationen im Echtzeitbetrieb,
die bei einer bevorzugten Ausführungsform
in das Navigationssystem eines Verkehrsmittels eingekoppelt werden.
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Dementsprechend
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Integration in das Navigationssystem eines
Verkehrsmittels bereitzustellen, wobei das Verfahren und das Hilfsmittel
kontinuierliche Informationen über
das umgebende Gelände,
mögliche
Hindernisse auf dem Weg des Verkehrsmittels, in der Nähe befindliche
Verkehrsmittel, Lufträume
zur besonderen Verwendung, politische und Bundesstaatengrenzen,
geografische Merkmale wie beispielsweise Flüsse und Seen, Navigationshilfen,
Flughäfen
und Informationen über
Flughäfen,
Luftwege und Kreuzungen, Wetter, zivilisatorische Merkmale wie beispielsweise
Straßen,
Städte
und elektrische Überlandleitungen
oder Türme,
geplante Flugstrecken, Windrichtung und -geschwindigkeit, Sinkfluggebiete
und Luftverkehrsinformationen anzeigen.
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Es
ist des Weiteren eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum Anzeigen von kontinuierlichen Informationen über umgebendes Gelände, mögliche Hindernisse
auf dem Weg des Verkehrsmittels, in der Nähe befindliche Verkehrsmittel,
Lufträume
zur besonderen Verwendung, politische und Bundesstaatengrenzen,
geografische Merkmale wie beispielsweise Flüsse und Seen, Navigationshilfen,
Flughäfen
und Informationen über Flughäfen, Luftwege
und Kreuzungen, Wetter, zivilisatorische Merkmale wie beispielsweise
Straßen, Städte und
elektrische Überlandleitungen
oder Türme,
eine geplante Flugstrecke, Windrichtung und -geschwindigkeit, Sinkfluggebiete
und Luftverkehrsinformationen auf einer einzelnen Navigationsanzeigeeinheit
bereitzustellen.
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Es
ist des Weiteren eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und eine Vorrichtung bereitzustellen, die sowohl mit dem bordeigenen Navigationssystem
des Verkehrsmittels als auch mit externen, außer Bord befindlichen Informationsquellen
kommunizieren, die Informationen von dem System und den externen
Quellen integrieren und dann ununterbrochen ausgewählte Informationen,
die für den
Verkehrsmittellenker von Belang sind, auf einer einzelnen Anzeigeeinheit
anzeigen.
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WO-A-0016230
offenbart ein Luftfahrt-, Gelände-
und Wetteranzeigesystem auf der Basis eines Computers und einer
Datenbank.
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum Anzeigen von Navigationsinformationen
auf einer Anzeigeeinheit in einem Verkehrsmittel, das ein Navigationssystem
aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- a) Erstellen wenigstens einer Informationsdatenbank,
wobei jede Informationsdatenbank auf ein elektronisches Medium geladen
und darauf gespeichert ist; und gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- b) Erzeugen wenigstens einer Zwischendatenbank, wobei jede Zwischendatenbank
Projektionsdaten enthält,
die Navigationsinformationen darstellen, wobei die Zwischendatenbank
auf das elektronische Medium geladen und darauf gespeichert ist,
durch Erzeugen einer Zwischendatenbank durch Anwenden einer räumlichen
und Koordinaten-Aussortierung auf die Informationsdatenbank, um
räumliche
Daten zu erhalten, die auf dem elektronischen Medium gespeichert
sind, Filtern der räumlichen
Daten, um anzeigbare Daten zu erhalten, die einer näheren geografischen
Umgebung eines gewünschten
Bezugspunktes entsprechen, und Projizieren der anzeigbaren Daten auf
ein Abbildungssystem, das eine gemeinsame grafische Koordinatenachse
auf der Basis des gewünschten
Bezugspunktes enthält,
- c) Übertragen
ausgewählter
Abschnitte der Zwischendatenbank zu der Anzeigeeinheit; und
- d) Anzeigen und Vervollständigen
der ausgewählten
Abschnitte der Zwischendatenbank auf der Anzeigeeinheit.
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Eine
entsprechende Vorrichtung wird ebenfalls bereitgestellt. Die neuartigen
Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann beim Studium
der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung deutlich
oder werden durch die praktische Umsetzung der vorliegenden Erfindung
offenbar.
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Die
begleitende Figur veranschaulicht die vorliegende Erfindung weiter
und dient in Verbindung mit der detaillierten Beschreibung der Erfindung
der Erläuterung
der Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
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1 ist
eine grafische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung entsprechend sowohl dem Verfahren als auch einer Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum ununterbrochen Anzeigen ausgewählter Navigationsinformationen
auf einer einzelnen Anzeigeeinheit in einem Verkehrsmittel V mit
einem Navigationssystem. In einer Ausführungsform, wie in 1 zu
sehen, enthält
die vorliegende Erfindung ein elektronisches Medium 21 (wie beispielsweise
einen Computer, einen Prozessor oder eine ähnliche Vorrichtung), das mit
dem Navigationssystem des Verkehrsmittels V kommuniziert. Das elektronische
Medium 21 enthält
des Weiteren einen (nicht gezeigten) Speicherplatz zum Speichern von
Datenbankdatensätzen.
Eine Informationsdatenbank 31 wird so erzeugt und auf das
elektronische Medium geladen und darauf gespeichert. Die Informationsdatenbank 31 enthält verschiedene
vorausgewählte
statische und dynamische Informationen, die aus verschiedenen Quellen
stammen. Zum Beispiel kann die Informationsdatenbank 31 Informationen
oder Daten enthalten, die Folgendem entsprechen: Wetterradar- und
Verkehrskollisionsvermeidungssystemen, bekanntem terrestrischen
Gelände oder
geografischen Daten (einschließlich
eines Computermodells der Erdoberfläche), bekannten Hindernisdaten,
Daten über
Lufträume
zur besonderen Verwendung, politischen Grenzen, bundesstaatlichen, Stadt-,
Bezirks- oder sonstigen kommunalen Grenzen, geografischen Merkmalen
(wie beispielsweise Flüsse,
Seen oder dergleichen), Navigationshilfen, Flughafeninformationsdaten,
Luftweg- und Kreuzungsdaten,
Wetterdaten, zivilisatorischen Daten, Daten über vom Menschen erschaffene
Objekte und Luftverkehrsdaten. Einige dieser Informationen können statische
Informationen sein (wie beispielsweise bekannte terrestrische Geländedaten),
die sich während
des Betriebes des Verkehrsmittels nicht verändern und darum keiner ständigen Aktualisierung
bedürfen,
während
andere Informationsquellen dynamische Informationen liefern können, die
dynamisch im Echtzeitbetrieb aktualisiert werden (wie beispielsweise
Wetterinformationen oder Informationen über benachbarte Verkehrsmittel),
von denen es wahrscheinlich ist, dass sie sich während des Betriebes des Verkehrsmittels ändern. Dem
Fachmann ist somit klar, dass statische Informationen auf das elektronische
Medium 21 geladen und darauf gespeichert werden können, wenn
das Verkehrsmittel V nicht in Betrieb ist oder wenn das Verkehrsmittel
V gewartet wird, während
dynamische Informationen durch andere borgeigene Navigationssysteme
aktualisiert und auf dem elektronischen Medium 21 gespeichert
werden können,
während
das Verkehrsmittel V sich in Betrieb befindet.
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Sobald
die Informationsdatenbank 31 erstellt und auf dem elektronischen
Medium 21 gespeichert ist, wird eine Zwischendatenbank 41 durch
ein Softwaremittel 51 erstellt, das auf das elektronische
Medium 21 geladen und darauf gespeichert ist und darauf
ausgeführt
wird. In einer Ausführungsform
erzeugt das Softwaremittel 51 die Zwischendatenbank 41 durch
anfängliches
Verschmelzen (oder Sammeln) vorausgewählter Informationen aus der
Informationsdatenbank 31 und anschließendes Projizieren (oder Abbilden)
dieser vorausgewählten
Informationen auf ein Abbildungssystem, das eine gemeinsame grafische
Koordinatenachse enthält,
die sich auf einen gewünschten
Bezugspunkt stützt
(wie beispielsweise den Koordinatenstandort des Flugzeugs oder einen
bestimmten geografischen Koordinatenstandort). In dieser Hinsicht
können
die vorausgewählten
Informationen oder Abschnitte der vorausgewählten Informationen in der
Nähe des
Bezugspunktes auf der Anzeigevorrichtung 61 angezeigt werden. Diese
Projektionstechnik wird benötigt,
um die Tatsache zu berücksichtigen,
dass planare (oder flache) Oberflächenkarten verzerrt sind, weil
solche planaren Karten nicht exakt eine gekrümmte Oberfläche (wie beispielsweise die
Erdkrümmung)
darstellen können.
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In
einer weiteren Ausführungsform
erzeugt das Softwaremittel 51 die Zwischendatenbank 41 durch
Anwenden einer Verarbeitungstechnik, die es ermöglicht, vorausgewählte Datensätze aus
der Zwischendatenbank ununterbrochen auf der Anzeigevorrichtung 61 anzuzeigen.
Das heißt,
das Softwaremittel 51 arbeitet anfänglich mittels räumlicher
Aussortierung, so dass Daten aus der Informationsdatenbank als eine
nach geografischem Standort räumlich sortierte
Datenstruktur gespeichert werden. Es können auch andere Daten auf
der Basis des anzuzeigenden Kartenbereichs eliminiert werden. Als
nächstes
filtert das Softwaremittel 51 die räumlich gespeicherten Daten,
um anzeigbare Daten zu erhalten, die der unmittelbaren Umgebung
des gewünschten
Bezugspunktes entsprechen (wie beispielsweise die Position eines
Flugzeugs relativ zur Erde oder einem bestimmten geografischen Standort
auf der Erde). Die anzeigbaren Daten sind ein wenig größer (zum Beispiel
fünf- bis
sechsmal größer) als
die Daten, die auf der Anzeigevorrichtung 61 angezeigt
werden müssen,
so dass die Geometrie, die durch die anzeigbaren Daten dargestellt
wird, dafür
verwendet werden kann, kontinuierlich mehrere Anzeige-Vollbilder
auf der Vorrichtung 61 darzustellen, wodurch der Rechenaufwand
deutlich verringert wird. Schließlich werden die anzeigbaren
Daten auf ein Abbildungssystem projiziert, das eine gemeinsame grafische Koordinatenachse
enthält,
die auf dem gewünschten Bezugspunkt
basiert.
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Die
meisten planaren Karten sind in Breiten- und Längeneinheiten dargestellt.
Zwar reichen solche planaren Karten aus, um verallgemeinerte geografische
Standortinformationen anzugeben, doch man stützt sich überwiegend auf solche Karten
trotz der Tatsache, dass ein exakter geografischer Standort nicht
wiedergegeben werden kann (insbesondere im Fall geografischer Standorte
nahe dem Nord- oder Südpol).
Somit müssen
die Informationen von planaren Karten in ein gemeinsames Koordinatensystem projiziert
(oder abgebildet) werden, um die gekrümmte Erdoberfläche zu berücksichtigen.
Zwar gibt es verschiedene Verfahren zum Projizieren dieser Informationen,
doch alle Verfahren verzerren die letztendliche Karte in der einen
oder anderen Weise. Wenn aber die Informationen von planaren Karten
in ein gemeinsames Koordinatensystem projiziert werden, so verringert
die vorliegende Erfindung deutlich oder vollständig solche Verzerrungen in
der Nähe
des Projektionszentrums.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird das gemeinsame Koordinatensystem
durch das Softwaremittel 51 durch Umwandeln aller Breiten- und Längeninformationen, die
es möglicherweise
in der Informationsdatenbank 31 gibt, in Nautische-Meilen-Informationen erstellt. Durch
Anwenden dieser Umwandlungstechnik kann eine gemeinsame grafische
Koordinatenachse aus den Datensätzen
unter den verschiedene verwendeten Informationsdatenbanken 31 erzeugt
werden. Wie dem Fachmann einleuchtet, ermöglicht diese Projektionstechnik
die Erzeugung einer gemeinsamen Ansicht, welche die nautischen Meilen
im rechten Winkel hält.
Diese Technik verhindert oder eliminiert im Wesentlichen eine Verzerrung
in Echtzeit an oder nahe dem gewünschten
Bezugspunkt.
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Sobald
die Zwischendatenbank 41 erstellt und auf dem elektronischen
Medium 21 gespeichert ist, können nun ausgewählte Datensätze aus
der Zwischendatenbank 41 an eine einzelne grafische Mehrfarbanzeigevorrichtung 61 zum
Betrachten durch den Verkehrsmittellenker übermittelt werden. Die Anzeigevorrichtung 61 ist
dafür geeignet,
die ausgewählten
Datensätze
aus der Zwischendatenbank 41 grafisch und ununterbrochen
wiederzugeben. Des Weiteren ist die Anzeigevorrichtung dafür programmiert,
Textinformationen in einer seitenkorrekten Ansicht in Bezug auf
den Verkehrsmittellenker – unabhängig vom
Weg des Verkehrsmittels – darzustellen.
Die Anzeigevorrichtung 61 ist des Weiteren dafür programmiert,
bekannte gefährliche
Hindernisse in der unmittelbaren Umgebung des Verkehrsmittels V
anzuzeigen und eine hörbare
oder sichtbare Warnung abzugeben, wenn sich solche Hindernisse in
der unmittelbaren Umgebung des Verkehrsmittels V befinden. Somit
können
bekannte Hindernisse (wie beispielsweise Berge oder Türme) gleichzeitig
mit Hindernissen angezeigt werden, die während der Bewegung des Verkehrsmittels
V auftauchen (wie beispielsweise ein heranziehendes Gewitter), und
es kann ein entsprechender hörbarer
oder sichtbarer Warnbefehl ausgegeben werden. Wie dem Fachmann nun
einleuchtet, kann nun jedes Hindernis (unabhängig davon, ob es bekannt ist
oder während
des Betriebes des Verkehrsmittels V auftaucht) ununterbrochen im
Kontext der augenblicklichen Umgebung des Verkehrsmittels angezeigt
werden. Weil die vorliegende Erfindung ein kontinuierliches Anzeigen
der Umgebung eines Verkehrsmittels gestattet, können Hindernisse oder ähnliche
Bedrohungen für
das Verkehrsmittel V nun viel früher
angezeigt werden als bei zum Stand der Technik gehörenden Navigationsvorrichtungen,
wodurch es dem Verkehrsmittellenker möglich wird, entsprechende Maßnahmen
zu ergreifen, um die Bedrohung zu vermeiden.
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Die
Anzeigevorrichtung 61 ist des Weiteren dafür programmiert,
es dem Lenker des Verkehrsmittels V zu erlauben, eine Eingabevorrichtung
(wie beispielsweise eine Computermaus oder einen Trackball) zu bedienen,
die mit dem elektronischen Medium 21 gekoppelt ist, um
zu bestimmen, welcher ausgewählte
Datensatz aus der Zwischendatenbank 41 auf der Anzeigevorrichtung 61 angezeigt
wird. Dem Fachmann ist klar, dass es viele Techniken geben kann,
um die ausgewählten
Datensätze
anzuzeigen (wie beispielsweise durch Anklicken eines Pulldown-Menüs und Auswählen des
gewünschten
Datensatzes). Jedoch wird in der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung jeder Datensatz grafisch als ein wählbares
Symbol angezeigt, das entlang des Randbereichs im Sichtbereich der Anzeige 61 angeordnet
ist.
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Die
vorliegende Erfindung stellt dem Verkehrsmittellenker Informationen
zur Verfügung,
die sowohl durch bordeigene oder dynamische als auch durch heraufgeladene
oder statische Datenquellen erzeugt werden, wodurch der Lenker in
die Lage versetzt wird auszuwählen,
welche Merkmale in einem bestimmten Augenblick in Echtzeit angezeigt
werden. In der bevorzugten Ausführungsform
stellt die vorliegende Erfindung Warn- und Vorsichtshinweise für alle bekannten
Gefahren auf der Basis der Koordinatenposition des Verkehrsmittels
bereit, weil die Position aller bekannten Gefahren in Breiten-,
Längen-
und Höheneinheiten
gespeichert sind, die auf eine gemeinsame grafische Koordinatenachse,
vorzugsweise in nautischen Meilen, projiziert werden. Des Weiteren
gestattet die bevorzugte Ausführungsform die
Anzeige solcher Merkmale in Echtzeit, während sich das Verkehrsmittel
V bewegt, so dass aller Text seitenkorrekt angezeigt werden kann,
unabhängig
davon, in welcher Richtung sich das Verkehrsmittel bewegt. Überdies
stellt die vorliegende Erfindung eine einzelne integrierte Anzeigeeinheit
bereit, die mit dem Navigationssystem des Verkehrsmittels kommuniziert.
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Dem
Fachmann fallen noch weitere Variationen und Modifikationen der
vorliegenden Erfindung ein, und es vorgesehen, dass die angehängten Ansprüche derartige
Variationen und Modifikationen erfassen. Die konkreten Werte und
Konfigurationen, die oben besprochen wurden, können variiert werden und sind
nur zur Veranschaulichung bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung angeführt
und sollen nicht den Geltungsbereich der Erfindung, der durch die
Ansprüche
bestimmt wird, beschränken.
Es wird in Betracht gezogen, dass die Verwendung der vorliegenden
Erfindung Komponenten beinhalten kann, die andere Charakteristika
aufweisen, solange dem Prinzip, der Darstellung eines Verfahrens
und einer Vorrichtung zum Anzeigen von Navigationsinformationen
im Echtzeitbetrieb, gefolgt wird.