CN103688138A - 确定运输工具的实际运输工具特定的定向数据的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明描述一种用于确定针对运输工具（3）相对于世界坐标系的实际定向数据的方法。在此，首先借助于安装在运输工具（3）中的物体识别系统、例如具有视频传感器（5、7、9）的物体识别系统识别参考物体（21、25、29），其典型地具有相对于世界坐标系的预设的定向（23、27、31）。随后确定相对于物体识别系统（2）的实际定向且因此相对于运输工具的实际定向（19）的参考物体（21、25、29）的定向（23、27、31）。随后由此确定相对于所获知的参考物体（21、25、29）的定向（23、27、31）且因此相对于世界坐标系的实际的运输工具特定的定向数据。定向数据可以由运输工具功能例如制动辅助系统或主动行驶机构的控制装置利用，以根据运输工具（3）的绝对定向（19）或运输工具（3）相对于行驶轨迹的定向（17）的相对定向来匹配作用方式。

Description

确定运输工具的实际运输工具特定的定向数据的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于确定针对运输工具相对于一世界坐标系的实际的运输工具特定的定向数据的方法和装置。本发明还涉及一种用于实施这种方法的计算机程序产品以及一种计算机可读的媒介，在该媒介上存储这种计算机程序产品。

背景技术

在现代的陆上运输工具例如汽车或火车中，许多的运输工具功能需要一关于该运输工具的定向，尤其是关于地球重力场的定向的信息。

例如，该运输工具以一与地球重力场的倾斜角定向，也就是说，该运输工具处在一斜坡上，则一起步辅助系统可以从以上的信息中推断出，所述起步辅助系统在该运输工具在斜坡上起步时应该如何影响制动作用，以便例如避免该运输工具的不希望的向后滚动。

在一种可替换的例子中，一自由行驶的陆上运输工具或一与轨道连接的陆上运输工具的主动的行驶机构可以将关于该运输工具相对于地球重力场、也就是说相对于一世界坐标系的定向的信息用于主动地例如与驶过的行驶轨迹或路线的弯道倾斜度进行匹配。

迄今为止，运输工具相对于一世界坐标系且因此尤其是间接地可推导出的相对于一行驶轨迹的表面的定向大多借助于加速度传感器来确定，其测量由于所述地球加速度场所产生的力。

DE 199 14 727 A1描述了一种用于确定一行驶轨迹倾斜度大小的装置。

但已认识到，尤其是在很小的行驶轨迹倾斜度和/或动态的行驶过程中，利用常见的方法和装置往往只能够不够准确地确定所述行驶轨迹或路线的倾斜度。

发明内容

用于确定针对一运输工具相对于一世界坐标系的实际的运输工具特定的定向数据的装置，如其在本申请的独立权利要求中所限定的，能够与该运输工具的动态运动无关地并且以较高的测量准确度实现尤其是可靠地确定所述运输工具在一世界坐标系内的并且尤其是相对于所述行驶轨迹或路线定向的定向或倾斜度。有利的实施方式在从属权利要求中限定。

根据本发明的方法包括下列方法步骤：首先识别至少一个参考物体。该参考物体如此选出，即其典型地具有一相对于所述世界坐标系的预设的已知的绝对定向。例如可以将房子的侧边、路灯柱的电线杆或高压电线杆用作参考物体，它们典型地垂直于地球重力场布置。所述参考物体在此借助于一安装在该运输工具中的物体识别系统来识别。接下来获知该参考物体相对于所述物体识别系统的实际定向的相对定向。由于所述物体识别系统在所述运输工具中的定向是能够预知的，因此也可以以这种方式获知所述运输工具相对于所述参考物体的定向的实际定向，其中，所述物体识别系统安装在所述运输工具中。最后基于所获知的所述参考物体的相对定向，确定实际的运输工具特定的定向数据。

在此，待确定的实际的运输工具特定的定向数据可以包括如下信息，所述信息与该运输工具相对于一世界坐标系的实际绝对定向有关。在此，所述世界坐标系应该表示为一种参考坐标系，其不仅与所述运输工具的实际定向无关，而且与所述运输工具的周围环境无关。

在此，所述运输工具或所述参考物体的定向应该理解为一种方向，表现出所述运输工具的特征的轴线或者说表现出所述参考物体的轴线沿着该方向延伸且指向。在此，所述定向数据包括以矢量为形式的方向信息。

例如说明所述运输工具的实际定向的定向数据可以包括运输工具纵轴线和/或运输工具横轴线和/或运输工具垂直轴线的取向。

所述参考物体的定向可以是所述参考物体的一个特征的方向，其典型地在该参考物体的情况下在一确定的、例如相对于地球重力场的垂直取向中取向，且因此典型地占据在所述世界坐标系内的一预知的定向。

为了识别所述参考物体，可以使用一视频传感器。换句话说，所述物体识别系统可以包括一视频传感器。该视频传感器可以例如具有一个或多个图像传感器，它们例如构造成CCD传感器或CMOS传感器。在此，所述视频传感器可以设计用于拍摄并且处理所述运输工具的周围环境的静止图像或运动图像序列。尤其是所述视频传感器或者说所述物体识别系统设计用于在所拍摄的周围环境图像中搜寻预先确定的特征。为此使用图像处理算法，它们彻底搜寻所拍摄的图像中的预先确定的样式。以这种方式可以识别出例如与一确定的预定义的样式相应的参考物体，并且确定其在所述世界坐标系中的定向。在此，所述参考物体的识别以及其定向的获知可以无接触地并且无磨损地进行。可以同时地或在较短的时间顺序中先后识别一个或多个参考物体并且获知它们的定向。

借助于所述物体识别系统所确定的实际的运输工具特定的定向数据可以基于定向模型数据来验证，所述定向模型数据独立于所述参考物体被获知。在此，所述定向模型数据包括一惯性传感器的数据、地图数据和/或其它的参考物体的定向数据。换句话说，关于所述运输工具的实际定向的信息，或关于所述运输工具实际运动所处的行驶路径或线路的定向相对于所述运输工具的定向的信息可以参照额外的数据来验证，且因此检验可信度，其中，所述额外的数据可以独立于首先用来获知所述运输工具特定的定向数据的参考物体得以获知。以这种方式可以提高借助于所建议的方法所确定的实际的运输工具特定的定向数据的可靠性。

在一种特殊的设计方案中，待确定的实际的运输工具特定的定向数据包括绝对的当地的行驶路径定向数据，也就是说，关于由所述运输工具实际地当地所驶过的行驶轨迹的定向的数据。在此，所建议的方法补充地具有下列步骤：首先测量相对于当地的行驶轨迹定向的一实际的运输工具定向。随后，基于所获知的实际的运输工具定向和所获知的所述参考物体的定向，确定绝对的当地的行驶路径定向数据。为此可以例如通过确定相对于该运输工具车轮的实际位置的该运输工具机身位置来测量所述相对的运输工具定向。

换句话说，通过如下方式，即首先例如通过确定在所述运输工具的机身和所述车轮的位置之间的相对位置，获知相对于所述行驶轨迹定向的所述车辆定向，随后获得一关于所述行驶轨迹在所述世界坐标系中的绝对定向的信息，其方式为，首先利用同样所获知的所述运输工具相对于所述参考物体且因此关于所述世界坐标系的定向。

以这种方式能够以简单的、无接触的、优选纯光学的方式获知一关于实际驶过的行驶轨迹的绝对定向的信息，在此情况下，所述运输工具的动态运动且因此作用到该运输工具上的力不会歪曲这种定向确定的结果。

在另一种有利的构造方案中，待确定的实际的运输工具特定的定向数据可以包括实际的相对的运输工具定向数据，也就是说，关于所述运输工具相对于例如一行驶轨迹的实际定向的信息。在此，该方法包括下列附加的步骤：首先获知一绝对的当地的行驶轨迹定向。随后，基于所获知的绝对的当地的行驶路径定向和所获知的所述参考物体的定向，确定相对于所获知的当地的行驶路径定向的实际的相对的运输工具定向数据。在此情况下，该绝对的当地的行驶轨迹定向可以例如从一数据库中获知，该数据库包含例如地图数据。

换句话说，首先参照其它的信息源，例如从地图数据或导航数据中获知一行驶轨迹定向，其也可以称作路线倾斜度。随后可以参照关于当地的行驶轨迹定向的信息以及从同样或获知的关于所述参考物体的定向的信息且因此参照所述运输工具在所述世界坐标系中的绝对定向，确定关于相对于所述行驶轨迹定向的所述运输工具定向。

这种关于在所述运输工具和所述行驶轨迹之间的相对定向的信息可以例如被所述运输工具的不同的安全系统和/或驾驶员辅助系统来利用，用以例如影响所述行驶机构的设定、制动和/或安全系统。

根据本发明的用于确定实际的运输工具特定的定向数据的装置主要具有一安装在该运输工具中的物体识别系统和一数据处理系统，并且构造用于实施上面描述的方法。

在此，所述物体识别系统可以例如构造成视频传感器，以便能够利用适当的摄像机拍摄所述运输工具的周围环境。所述数据处理系统可以设计用于在所拍摄到的图像中搜寻参考物体的样本，且随后确定其相对于所述物体识别系统的定向。

根据本发明还建议一种计算机程序产品，其包括一计算机可读的程序代码，当所述计算机程序产品在一计算机上实施时，所述程序代码促使该计算机实施或控制上述的用于确定实际的运输工具特定的定向数据的方法。在此，所述计算机程序产品可以以任一种计算机可读的形式或计算机语言来执行。

此外，建议一种计算机可读的媒介，其包括这样一种计算机程序产品作为存储器内容。在此，所述计算机可读的媒介可以例如以CD、DVD、易失性或非易失性的存储器或类似装置的形式存在。

在此，所述计算机程序产品或者说所述计算机可读的媒介可以构造用于，例如将一设置在一运输工具中的控制设备如下地进行编程并且将优选视觉地工作的物体识别系统的信号以如下方式进行处理，使得根据上面描述的方法来确定相对于同样所获知的一个或多个参考物体的定向的实际的运输工具特定的定向数据。

要指出的是，本发明的实施方式的可能的特征和优点部分地参照所建议的方法以及部分地参照所建议的装置来描述。本领域技术人员将认识到，所述特征可以相互组合并且尤其是从所述方法转换到所述装置上或者反过来，以便如此地例如实现协同效应。

附图说明

下面参照附图描述本发明的一种实施方式。附图和说明书都不应该视为限制本发明。

图1 示出了一运输工具，其构造有一根据本发明的一种实施方式的用于确定实际的运输工具特定的定向数据的方法的装置。

附图仅是示意性的并且不是按照比例绘制的。

具体实施方式

图1示出了一运输工具3，其构造有一用于确定该运输工具相对于一世界坐标系的实际的车辆特定的定向数据的装置1。

该装置1具有一物体识别系统2，其可借助于一视频传感器来拍摄该运输工具3的周围环境的图像，其中，所述视频传感器包括多个在所述运输工具3上分布的视频摄像机5、7、9。相应的图像数据由所述摄像机5、7、9传送到一数据处理系统11上，其可以是该运输工具3的控制设备的一部分。

在该运输工具3运行期间，所述物体识别系统3可以连续地将由摄像机5、7、9拍摄的周围环境的图像发送给所述数据处理系统11。所述数据处理系统11在这些图像中搜寻样本，该数据处理系统将这些样本认作是针对某些参考物体典型的。这种参考物体可以例如是房子21、高压电线杆25或交通灯29。

一般来说，所有的物体都可以用作参考物体，只要针对其已知一典型的定向，该物体利用该定向布置在一世界坐标系中。在一房子21的墙壁的情况下，这种定向23例如是一垂直线，也就是说，所述地球重力场的方向。类似地，也可以将一高压电线杆25的主伸长方向27或一交通灯29的主伸长方向31识别成所述参考物体在一世界坐标系中的预设的定向，它们同样典型地是垂直定向的。

在所述物体识别系统2识别到一参考物体21、25、29之后，其例如可以参照一数据库来获知，各参考物体典型地在一世界坐标系中占据哪种定向。所述数据库可以包括针对各参考物体的其它信息。例如在所述数据库中可以包括关于一可能性的信息，利用该可能性，所述参考物体实际地占据所述典型的定向。在此，所述物体识别系统可以检测唯一一个参考物体，或者如果例如在应该需要更高的可靠性的情况下，检测多个参考物体，并且获知它们在所述世界坐标系中的定向。

由于所述摄像机5、7、9且因此所述物体识别系统2在所述运输工具3上的布置和定向是已知的，可以获知相对于识别的参考物体21、25、29的定向的所述物体识别系统2的实际定向，并且从中例如确定所述运输工具3的实际的绝对的定向19，也就是说，相对于所述参考物体21、25、29的所获知的定向23、27、31的实际的运输工具特定的定向数据。

当所述运输工具3例如在所述物体识别系统2中附加地具有一传感器，利用该传感器，通过确定所述运输工具3的机身33相对于所述运输工具3的车轮13的实际位置的位置，能够获知一运输工具定向，也可以基于这种数据推断出由该运输工具3实际驶过的行驶轨迹相对于该运输工具的定向19的定向17。

可替换的是，所述运输工具3可以例如在所述物体识别系统2中包括另一个数据库，在该数据库中存储关于当地的行驶轨迹定向17的信息，例如以地图材料的形式。基于这种信息可以在已知的路线倾斜度的情况下推断出该运输工具3相对于所述路线定向的准确的位置或者说定向。

所描述的方法或者说所描述的装置可以实现绝对地、可靠地、磨损低的以及成本低廉地确定实际的运输工具特定的定向数据。

Claims (11)

1. 用于确定针对一运输工具（3）相对于一世界坐标系的实际的运输工具特定的定向数据（17、19）的方法，

其特征在于，所述方法具有下列步骤：

借助于一安装在所述运输工具（3）中的物体识别系统（2），识别至少一个参考物体（21、25、29），其典型地具有一相对于所述世界坐标系的预设的绝对定向（23、27、31）；

获知所述参考物体（21、25、29）相对于所述物体识别系统的实际定向的相对定向；

基于所获知的所述参考物体的相对定向，确定实际的运输工具特定的定向数据（17、19）。

2. 按照权利要求1所述的方法，其中，所述参考物体借助于视频传感器（5、7、9）来识别。

3. 按照权利要求1或2所述的方法，其中，基于与所述参考物体（21、25、29）无关地获知到的定向模型数据，验证所确定的实际的运输工具特定的定向数据（17、19）。

4. 按照权利要求3所述的方法，其中，所述定向模型数据包括一惯性传感器的数据、地图数据和/或其它的参考物体（21、25、29）的定向数据。

5. 按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，待确定的实际的运输工具特定的定向数据包括绝对的当地的行驶路径定向数据，并且所述方法还具有下列步骤：

测量相对于当地的行驶路径定向（17）的实际的相对的运输工具定向；

基于所获知的实际的相对的运输工具定向和所获知的所述参考物体（21、25、29）的定向，确定实际的当地的行驶路径定向数据。

6. 按照权利要求5所述的方法，其中，通过确定相对于所述运输工具（3）的车轮（13）的实际位置的所述运输工具（3）的机身位置（33），获知所述相对的运输工具定向。

7. 按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，待确定的实际的运输工具特定的定向数据包括实际的相对的行驶路径定向数据，并且所述方法还具有下列步骤：

获知一绝对的当地的行驶路径定向（17）；

基于所获知的绝对的当地的行驶路径定向（17）和所获知的所述参考物体（21、25、29）的定向，确定相对于所获知的当地的行驶路径定向的实际的相对的运输工具定向数据。

8. 按照权利要求7所述的方法，其中，所述绝对的当地的行驶路径定向（17）从一数据库中获知。

9. 用于确定针对一运输工具（3）相对于一世界坐标系的实际的运输工具特定的定向数据（17、19）的装置（1），具有：

一安装在所述运输工具（3）中的物体识别系统（2）；以及

一数据处理系统（11）；

其特征在于，所述装置（1）构造用于实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法。

10. 计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品构造用于，当其在一计算机上实施时，实施一根据权利要求1至7中任一项所述的方法。

11. 计算机可读的媒介，其特征在于，在所述计算机可读的媒介上存储一根据权利要求9所述的计算机程序产品。

Images