CN104554275B - 用于求取位于车辆前方的道路的高度走向的方法和设备 - Google Patents

用于求取位于车辆前方的道路的高度走向的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于求取位于车辆(100)前方的道路(120)的高度走向(115)的方法(300)。在此，所述方法(300)包括以下步骤：读取(310)对象(125)的由图像传感器(130a，130b)提供的运动走向，其中，所述运动走向作为多个图像(140A，140B)读取，并且读取与所述图像传感器(130A，130B)无关的参数传感器(170，130B)的有关所述对象(125)的至少一个参数(172，140B)。所述方法(300)包括在使用所述对象(125)在所述图像(140A，140B)中的至少一个竖直位置以及使用所述参数(140B，172)的情况下确定(320)位于所述车辆(100)前方的道路(120)的高度走向(115)以便求取位于所述车辆(100)前方的道路(120)的高度走向(115)的步骤。

Description

用于求取位于车辆前方的道路的高度走向的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于求取位于车辆前方的道路的高度走向的方法、一种相应的设备以及一种相应的计算机程序产品。
背景技术
借助于雷达或视频(立体或单目)在危险状况下自主制动(PSS)或调节(ACC)行驶速度的主动的驾驶员辅助系统在越来越多的车辆中得到应用。
现在普遍地或者成批地安装在车辆中的立体视频摄像机系统或由雷达和单目视频摄像机组成的系统相对于纯粹的雷达系统的大的优点在于，不仅能够测量前方的与对象的间距和其水平角度，而且能够测量对象的空间尺寸(例如对象的大小)或者对象与车辆或者与另外的参考点的间距。这能够使用于不同的安全功能或者舒适功能。
DE 10 2004 017 115 A1描述了一种用于具有自动的或者自动化的变速器的车辆的速度调节的方法。
发明内容
在该背景下，借助于本发明，提出一种用于求取位于车辆前方的道路的高度走向的方法、一种相应的设备以及一种相应的计算机程序产品。有利的构型从以下的说明书得出。
在这里所提出的解决途径实现了一种用于求取位于车辆前方的道路的高度走向的方法，其中，所述方法具有以下步骤：
读取对象的由图像传感器所提供的运动走向，其中，所述运动走向作为多个图像来读取，并且读取与图像传感器无关的参数传感器的有关对象的至少一个参数；以及
在使用对象在图像中的至少一个竖直位置以及使用参数的情况下确定位于车辆前方的道路的高度走向，以便求取位于车辆前方的道路的高度走向。
高度走向可以理解为例如地形高度的空间走向，尤其车辆将要在其上行驶的道路敷设在所述地形高度上。在此，所述高度走向包括处于车辆前方的每个与其不同的间距处的多个点或者包括依次的支持点(Stützstellen)的序列，所述支持点分别分配有或者一个绝对的地形高度或者一个相对于车辆当前所处的地形高度的地形高度。运动走向可以理解为对象在多个连续地拍摄的图像中的轨迹(即对象的位置的变化)。参数可以理解为描述对象的属性或者对象与另外的对象如车辆的关系的值。图像传感器可以理解为例如提供对象的可光学检测的二维图像的传感器。参数传感器可以理解为例如同样提供对象的可光学检测的二维图像的传感器或者例如在使用高频的电磁辐射(例如雷达辐射)的情况下提供关于对象或对象与车辆的间距的信息的传感器。
在这里所提出的解决途径基于以下知识，通过有利地分析处理或者关联多个成本有利的可用的传感器的数据，能够得到位于车辆前方的道路的高度走向。在这里，能够以技术简单的手段补偿卫星支持的定位系统的失效或者用于车辆当前所处的区域的合适的地图的缺失。此外，可以在使用对象的至少一个光学检测的图像和对象与车辆的间距的情况下确定位于车辆前方的道路的高度走向，其中，对象与车辆的间距例如可以由专门的间距传感器如雷达传感器或由立体摄像机来提供。
在这里所提出的解决途径尤其有利地在于，该解决途径通过大多数已经存在的数据或信号的可技术简单地实现的关联来提供关于地形高度轮廓的另外的信息，所述地形高度轮廓提供作为用于由车辆当前所行驶的区域的地图材料的替代或者用于所述地图材料的验证。也可以通过在这里所提出的解决途径以非常简单的方式至少部分地补偿卫星支持的定位系统的失效。
本发明的一种实施方式是有利的，在该实施方式中，在读取的步骤中读取雷达传感器的参数，尤其其中，将对象与车辆的间距作为参数读取。本发明的这样的实施方式提供以下优点：在现代车辆中大多数已经成批地安装的雷达传感器提供高度准确的、尤其关于对象与车辆的间距的信息，从而能够同样非常精确地求取高度走向的确定。
此外，可以考虑本发明的一种实施方式，在该实施方式中，在读取的步骤中读取另外的图像传感器的参数，所述另外的图像传感器尤其与所述图像传感器共同构成车辆中的立体摄像机。本发明的这样的实施方式提供以下优点：借助于在现代车辆中通常已经成批地安装的组件能够实现位于车辆前方的道路的高度走向的非常精确的确定。
根据本发明的另一种实施方式，在读取的步骤中可以读取在车辆前方行驶的作为对象的其他车辆的运动走向，其中，可以将有关作为对象的其他车辆的参数作为参数读取。本发明的这样的实施方式提供以下优点：大多数情况下本身可以良好地识别在所述(自己)车辆前方行驶的其他车辆，从而能够实现用于确定高度走向的参考点的明确唯一的求取。在此，例如能够在分析处理雷达信号的多普勒偏移的情况下和/或在分析处理所述其他车辆的灯光的色调的情况下识别所述其他车辆的运动。
本发明的一种实施方式特别有利，在该实施方式中，在确定的步骤中，在使用在对象的两个在时间上相继拍摄的图像中所述对象的边沿的间距的情况下由运动走向和/或对象与车辆的间距确定高度走向。本发明的这样的实施方式提供以下优点：能够实现电路技术或数值上非常简单地实现高度走向的确定。
如果在确定的步骤中，在使用斜度信息的情况下确定高度走向，其中，斜度信息代表车辆关于俯仰轴线的斜度，则可以特别精确地示出高度走向。尤其当(自身)车辆在道路的倾斜的区域上行驶时，可以在确定道路的高度走向时同时考虑所述自身车辆的当前斜度，从而能够非常精确地求取所述待确定的高度走向。
基于图像中的特别小的区域来确定高度走向可能导致所述高度走向的不准确的确定。因此，在本发明的一种特别有利的实施方式中，在确定的步骤中，在使用对象的面的情况下确定高度走向，尤其其中，在使用对象的面的变化的情况下确定高度走向。对象的面可以理解为例如这样的面，在图像中由该面代表所述对象。该面可以是例如对象的横截面，该横截面被图像传感器由图像传感器朝向对象的方向的视角来检测。本发明的这样的实施方式提供以下优点：能够比例如狭长的线在图像中的偏移显著更精确地求取对象的面的变化。同时，本发明的这样的实施方式也提供以下优点：当对象的部分由于地面或者道路的不平坦性已经被遮盖时，还能够使用该对象来确定高度走向。
此外，在这里所提出的解决途径实现了一种用于运行车辆、尤其机动车的方法，其中，所述方法具有以下步骤：
所述方法的用于相应于在这里所提出的解决途径的一个变型方案来求取位于车辆前方的道路的高度走向的步骤；以及
当在所求取的高度走向中在距车辆一预先确定的距离处求取到与在车辆的当前位置中的地形高度处于预先确定的关系的地形高度时，提供变速器切换信号，和/或，在使用所求取的高度走向的情况下调节车辆和其他车辆之间的间距和/或在使用所求取的高度走向的情况下调节车辆的速度。
变速器切换信号可以理解为例如这样的信号，该信号直接作为用于变速器的控制信号使用，或者该信号可作为用于车辆的驾驶员的(例如光学的或声学的)信息使用，从而以确定的档位驾驶车辆。
根据本发明的另一实施方式，能够设置借助变速器切换信号控制变速器的步骤，其中，这样控制变速器，使得当在所预先确定的间距处由所求取的高度走向求取的地形高度和在车辆的当前位置上的地形高度之间的差大于一个阈值时，则中断从车辆的发动机到车辆的至少一个车轮上的力传递。本发明的这样的实施方式提供以下优点：在没有卫星支持的定位系统的数据接收的情况下和/或在没有车辆当前所行驶的区域的地图的情况下，也能够舒适地实现车辆的非常节能的行驶方式。
此外，本发明的作为用于求取位于车辆前方的道路的高度走向的设备的一种实施方式是有利的，其中，所述设备具有以下特征：
接口，所述接口用于读取对象的由图像传感器提供的运动走向，其中，在多个图像中读取运动走向，并且所述接口用于读取与图像传感器无关的参数传感器的、有关对象的至少一个参数；和
用于在使用对象在图像中的竖直位置以及使用所述参数的情况下确定位于车辆前方的道路的高度走向以便求取位于所述车辆前方的道路的高度走向的单元。
因此，本发明实现了一种设备，所述设备构造用于在相应的装置中执行或者实现在这里所提出的方法的变型方案的步骤。同样，通过本发明的以设备形式的实施变型方案也可以快速地和高效地解决本发明所基于的任务。
设备在此可以理解为处理传感器信号并且据此输出控制信号的电设备。所述设备可以具有按硬件方式和/或按软件方式构造的接口。在按硬件方式的构造中，接口例如可以是所谓的系统ASIC的包括所述设备的最不同功能的一部分。然而，还可能的是，接口是单独的集成电路或至少部分地由分立部件组成。在按软件方式的构造中，接口可以是软件模块，其例如与其他软件模块共存在微控制器上。
具有程序代码的计算机程序产品也是有利的，所述程序代码可以存储在机器可读的载体，如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器上并且用于当在与计算机相应的设备上执行程序时根据先前描述的实施方式之一来实施所述方法。就此而言，在这里所提出的解决途径实现了具有程序代码的计算机程序产品，所述程序代码用于当在设备上实施程序产品时执行根据在这里所提出的变型方案的方法。
附图说明
以下参考附图示例性地详细解释本发明。附图示出：
图1示出在道路上行驶的车辆的示图，所述车辆具有作为框图示出的根据本发明的实施例的用于求取高度走向的设备；
图2A和2B示出用于在车辆前方具有坡度α的斜坡的情况下道路的地形走向的识别的分析处理可能性的不同图像的各一个示意性的示图；以及
图3示出用于求取根据本发明的一个实施例的高度走向的方法的流程图。
在本发明的有利的实施例的以下描述中，对于在不同的图中示出的和起相似作用的元件使用相同或类似的参考标记，其中，省去对这些元件的重复描述。
具体实施方式
图1示出具有作为框图示出的、用于求取高度走向115的设备110的车辆100的示图。高度走向115可以理解为道路120的高度轮廓，车辆100在未来的时间窗中将要行驶在所述道路上。在道路120上，在图1中示出其他车辆125，所述其他车辆恰好在自身(自己)车辆100前方行驶在道路120的斜坡上。现在，为了检测道路120上的(地形)高度走向115，设备110具有至少两个相互独立的传感器。在此，就在每一个传感器中的由它们所测量的参量可以与在其他的传感器中所测量的参量无关地被检测而言，这些传感器是独立的。在此，根据图1的示图，设备110包括立体摄像机130，所述立体摄像机具有两个相互独立地进行拍摄的(单目)摄像机130A和130B。然后，这两个摄像机130A和130B中的每一个的图像140A或者140B能够通过(读取)接口132传递到用于确定的装置135中并且如下地分析处理：在用于确定的装置135中，不仅从间距来看而且在地形高度137方面相对于车辆100的当前地形高度138确定其他车辆125的位置。如果在时间窗之内多次地依次实施其他车辆125的地形高度137的确定，则高度走向115可以确定为一系列(Kette)地形高度位置137，并且所求取的高度走向115对于车辆100而言可以用于另外的功能。例如，基于所求取的高度走向115的变速器切换信号145可以由用于确定的装置135(或者相应地构造的子单元)输出，所述变速器切换信号在显示单元150上向车辆100的在图1中未示出的驾驶员显示关于有利的档位选择的信息，或者所述变速器切换信号可作为用于(例如自动)变速器155的控制信号使用。例如，在变速器155中，能够基于变速器切换信号145分离从车辆的发动机160到车辆的至少一个车轮165上的力传递。也可以考虑，在电动车的情况下，变速器信号145直接向发动机160传递并且用于控制转矩或者发动机160向车轮165(现在例如没有连接变速器155)的功率输出。就此而言，变速器切换信号145不仅理解为用于控制变速器155或者用于向车辆100的驾驶员显示优选的档位选择的信号，而且它也可以直接理解为用于发动机的控制信号。借助于变速器切换信号145也可以这样控制变速器15或发动机160，使得例如车辆100在公差范围内保持预给定的速度和/或车辆100在公差范围内保持预给定的与其他车辆125的间距。
对于摄像机130A或者130B之一附加地或替代地，用于求取高度走向115的设备110也可以具有雷达传感器和/或激光雷达传感器170，所述雷达传感器和/或激光雷达传感器向用于确定的装置135提供在车辆100的前方区域和其他车辆125的尾部区域之间的间距175，作为在摄像机中的图像上的参数172。然后，用于确定的装置135也同样以以上所描述的方式从摄像机130A或130B的图像140A或140B之一和参数172确定高度走向115。
也可以考虑，用于确定的装置135使用两个摄像机130A和130B的图像以及使用参数172，以便计算高度走向115。原则上，用于确定的装置135应收到摄像机130A的至少一个图像140A和另外的参数，以便确定道路120的高度轮廓115，其中，现在，参数代表由雷达传感器和/或激光雷达传感器170提供的(雷达和/或激光雷达)参数172或另外的摄像机130B的图像140B。
因此，在这里所提出的解决途径借助于立体视频或单目视频和雷达传感器和/或激光雷达传感器能够实现所预测的道路地形。在此，在这里所提出的方法表示从对象数据(例如在前方行驶的其他车辆125的)估计位于前方的道路120的地形走向的一种可能性，所述对象数据已借助于立体视频130或雷达传感器170和单目摄像机130A或者说130B拍摄。
使用借助于立体视频或单目视频和雷达传感器和/或激光雷达传感器拍摄的对象数据140或者172，以便由此预测未来的道路走向120的地形。因此能够相应于现有的未来的道路走向120节能地设计速度调节、变速器155的切换或者内燃发动机160在行驶期间(尤其在混合动力车辆作为车辆100的情况下)的断开。如果对于确定的行驶路段没有地形GPS数据可用(例如由于地图缺失或在GPS接收被干扰的情况下)，由此仍然能够实现车辆的前瞻性的节能的行驶。
在没有GPS数据的情况下位于前方的道路地形的计算例如可以在用于确定的装置135中通过分析处理迎面驶来的和/或在前方行驶的车辆125的竖直运动来实现。
例如，在其在x方向(即水平运动)和y方向(竖直运动)的范围(Ausmaβe)的变化方面分析处理在前方行驶的车辆125。在两个所拍摄的视频图像之间车辆范围(例如在看起来“陷进地面中”的车辆的情况下)的或者在y方向(dy)上的偏移(例如车辆上边沿)的和在前方行驶的车辆在这期间驶过的路程的变化的程度根据以下公式(1)
dx≈dEgo(t0-1)+dEgo2Target(t1)-dEgo2Target(t0) (1)
说明位于前方的坡度变化。
在此，在公式(1)中所使用的变量描述以下关系：
dEgo(t0-1)：所述自身车辆100在两个测量点之间所驶过的路段
dEgo2Target(t1)：在时刻t1时与在前方行驶的车辆125的间距
dEgo2Target(t0)：在时刻t0时与在前方行驶的车辆125的间距
对于迎面驶来的车辆，dx(在使用与在公式(1)中相同的变量的情况下)可以如以下计算：
dx＝dEgo2Target(t0)-dEgo(t0-1)+dEgo2Target(t1)
可应用性的前提是，已知与对象的间距，即，或者借助于雷达间距测量175确定或者从立体视频数据140中得出或计算。从间距和例如所述对象(例如其他车辆125)在单目视频图像140A中所具有的像素的数量能够算出实际的对象大小，并且由此也能够确定所述对象在竖直方向上的单位为米的偏移。
图2A和2B在各个示意性的示图中示出用于在(自己)车辆100前方具有坡度α(车道斜度)的斜坡200的情况下道路的地形走向的识别的分析处理可能性。其他车辆125行驶在该斜坡上，该其他车辆从斜坡200的开始210起看起来“沉浸”在道路中。在图2A中可以看出在斜坡200的开始210处的其他车辆125的面，如同该面由车辆100中的光学传感器所拍摄的那样。在此，其他车辆125出现在水平尺寸xc(在前方行驶的车辆在x方向上的范围)和竖直尺寸yc(在前方行驶的车辆在y方向上的范围)处。如果现在其他车辆125在斜坡200上继续行驶路段dx(dx＝在两个测量点之间驶过的路段)，则在车辆100的摄像机130之一的摄像机图像140中可以看出在前方行驶的车辆125在y方向上为dy的位置变化或者说大小变化。这在图2B中示出，其中，由图2B的示图可看出，代表其他车辆125的面230已经向负的y方向移动。在此从以下出发：车辆100位于或者说行驶在没有斜度α(即α＝0°)的区域上(即，有α(自己)＝0)，并且因此在通过已经在倾斜的道路区段上行驶的车辆100识别道路120的高度走向时不应同时考虑斜度的变化(dα＝α)。因此，车辆自身斜度和由对象数据140或者172所确定的坡度变化得出对位于前方的车道斜度的估计。
为了在识别为对象的其他车辆125和(自身自己)车辆100之间的坡度变化(α(预测))的估计，在此可以使用以下关系或者公式：
dα＝arcsin(dy/dx) (2)
dα+α(自己)＝α(预测) (3)
α(预测)＝arcsin(dy/dx)+α(自己) (4)
然后，在使用以上关系的情况下所求取的高度轮廓或者高度走向115能够用于控制车辆100的变速器155(或者说作为用于车辆100的驾驶员的信息)。由此得出用于车辆100的速度控制和/或间距控制(ACC＝adptive Cruise Control＝adative Fahrregelung，自适应巡航控制)的不同的可能的运行策略。
1.如果车辆100具有混合驱动装置，则当道路120的未来的坡度α足以再次弥补待定义的调节偏差(即未达到或超过车辆100的所期望的速度或者车辆100与其他车辆125的所期望的间距)时，才能够较早地关断或者完全不接通内燃发动机160。
2.如果车辆100为纯电动车，则当调节偏差足够小并且未来的坡度α足以再次弥补所述调节偏差时，可以放弃加速。
3.在车辆100为常规的具有内燃发动机160和可手动地切换的变速器的机动车的情况下，能够在显示器150上显示这样的信息，所述信息说明挂入空挡并且在滑行运行中驾驶车辆会是合理的。
4.如果车辆100为具有内燃发动机160和带有滑行功能的自动变速器155的机动车，则当未来的坡度α足以再次弥补待定义的调节偏差时，能够在所预测的坡之前激活滑行运行。
以上所提到的运行策略能够在用于确定的装置135中(或者例如作为用于确定的装置135的相应的子单元)实现，并且相应地，通过变速器切换信号145对于所期望的运行模式(滑行运行或在发动机160和车轮165之间的力锁合(kraftschluss))进行变速器155或者发动机160的控制。
图3示出本发明的作为用于求取位于车辆前方的道路的高度走向的方法300的一个实施例的流程图。方法300具有读取的步骤310：读取对象的由图像传感器所提供的运动走向，其中，运动走向作为多个图像读取，并且读取与图像传感器无关的参数传感器的有关对象的至少一个参数。此外，方法300包括确定的步骤320：在使用对象在图像中的至少一个竖直位置以及使用所述参数的情况下确定位于车辆前方的道路的高度走向，以便求取位于车辆前方的道路的高度走向。
所描述的和在附图中所示出的实施例仅仅示例性地选择。不同的实施例能够完全地或者在单个地特征方面相互组合。一个实施例也能够通过另外的实施例的特征来补充。
此外，根据本发明的方法步骤能够重复以及以不同于所说明的顺序的顺利来实施。
如果实施例包括在第一特征和第二特征之间的“和/或”关系，则可以这样解读：所述实施例根据一种实施方式不但具有第一特征而且具有第二特征，并且根据另一种实施方式或者仅仅具有第一特征或者仅仅具有第二特征。

Claims (14)

1.一种用于求取位于车辆(100)前方的道路(120)的高度走向(115)的方法(300)，其中，所述方法(300)具有以下步骤：
读取(310)对象(125)的由图像传感器(130a，130b)提供的运动走向，其中，所述运动走向作为多个图像(140A，140B)读取，并且读取与所述图像传感器(130A，130B)无关的参数传感器(170，130B)的有关所述对象(125)的至少一个参数(172，140B)；以及
在使用所述对象(125)在所述图像(140A，140B)中的至少一个竖直位置以及使用所述参数(140B，172)的情况下确定(320)位于所述车辆(100)前方的道路(120)的高度走向(115)，以便求取位于所述车辆(100)前方的道路(120)的高度走向(115)。
2.根据权利要求1所述的方法(300)，其特征在于，在所述读取的步骤(310)中读取雷达传感器(170)的参数(172)。
3.根据权利要求1所述的方法(300)，其特征在于，在所述读取的步骤(310)中读取另外的图像传感器(130B)的参数(140B)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(300)，其特征在于，在所述读取的步骤(310)中读取在所述车辆(100)前方行驶的作为对象的其他车辆(125)的运动走向，其中，将有关作为对象的所述其他车辆(125)的参数作为参数(172，140B)读取。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(300)，其特征在于，在所述确定的步骤(320)中，在使用在所述对象(125)的两个在时间上相继拍摄的图像中所述对象(125)的边沿的间距的情况下由所述运动走向和/或所述对象(125)与所述车辆(100)的间距(175)确定所述高度走向(115)。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(300)，其特征在于，在所述确定的步骤(320)中，在使用斜度信息(α(自己))的情况下确定所述高度走向(115)，其中，所述斜度信息(α(自己))代表所述车辆(100)关于俯仰轴线的斜度。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(300)，其特征在于，在所述确定的步骤(320)中，在使用所述对象(125)的面(yc，xc)的情况下确定所述高度走向(115)。
8.根据权利要求2所述的方法(300)，其特征在于，将所述对象(125)与所述车辆(100)的间距(175)作为参数(172)读取。
9.根据权利要求3所述的方法(300)，其特征在于，所述另外的图像传感器与所述图像传感器(130A)共同构成所述车辆(100)中的立体摄像机(130)。
10.根据权利要求7所述的方法(300)，其特征在于，在所述确定的步骤(320)中，在使用所述对象(125)的面的变化的情况下确定所述高度走向(115)。
11.一种用于运行车辆的方法，其中，所述方法具有以下步骤：
根据以上权利要求中任一项所述的方法(300)的步骤；以及
当在所求取的高度走向(115)中距所述车辆(100)一预先确定的距离处求取到与所述车辆(100)的当前位置中的地形高度处于预先确定的关系的地形高度时，提供变速器切换信号(145)，和/或在使用所求取的高度走向(115)的情况下调节所述车辆(100)和其他车辆(125)之间的间距(175)和/或在使用所求取的高度走向(115)的情况下调节所述车辆(100)的速度。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于借助所述变速器切换信号(145)控制变速器(155)的步骤，其中，这样控制所述变速器(155)，使得当在预先确定的间距处由所求取的高度走向(115)求取的地形高度(137)和所述车辆(100)的当前位置上的地形高度(138)之间的差大于一个阈值时，中断从所述车辆(100)的发动机(160)到所述车辆(100)的至少一个车轮(165)上的力传递。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述车辆是机动车(100)。
14.一种用于求取位于车辆(100)前方的道路(120)的高度走向(115)的设备(110)，其中，所述设备(110)具有以下特征：
接口(132)，其用于读取对象(125)的由图像传感器(130A，130B)提供的运动走向，其中，在多个图像(140A，140B)中读取所述运动走向，并且所述接口用于读取与所述图像传感器(130A，130B)无关的参数传感器(170)的、有关所述对象(125)的至少一个参数(172，140B)；和
用于在使用所述对象(125)在所述图像(140A，140B)中的竖直位置以及使用所述参数(140B，172)的情况下确定位于所述车辆(100)前方的道路的高度走向(115)以便求取位于所述车辆(100)前方的道路(120)的高度走向(115)的单元(135)。
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