CN104583724B - 用于在测绘环境中确定车辆位置的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在测绘环境中确定待定位车辆在给定的行驶范围内的车辆位置的方法，其中通过对车辆的至少一个预先确定的部件的位置数据进行分析来确定车辆位置，通过固定设置在测绘环境内的传感器装置来提供所述位置数据。本发明还涉及一种相应的用于确定车辆位置的装置。由此例如能够在停车楼中领航地行驶。

Description

用于在测绘环境中确定车辆位置的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于在测绘环境中确定待定位车辆在给定的行驶范围内的车辆位置的方法和装置。

背景技术

现代车辆具有驾驶员辅助系统，它们可以主动地干预行驶状况。这些系统例如是轨迹警示系统，它们不仅例如当驾驶员驶过白色道路标记的时候警示驾驶员，而且也通过转向干预防止继续驶过标记。也存在附加用于驾驶员舒适性的驾驶员辅助系统，例如泊车系统，它们可以无需驾驶员操作地使车辆泊入停车空位中。这种泊车系统大多与自动速度控制一起通过转向干预使车辆自动泊入。

但是为了使车辆能替驾驶员完全或者按照情况承担驾驶任务，因此能领航地、即自主地操纵，车辆必需高度准确地分析自身在其(邻近的或较大的)环境中的位置并且可以执行相应的行动计划。

由现有技术一般已知驾驶员辅助系统，其中确定在例如一车辆与路标之间的距离，由此可以使车辆例如在停车楼中领航地行驶，其中传感器安置在车辆上。

德国专利DE 3248544 C2公开了一种用于在位置固定的路标与车辆之间传递信息的系统。在此利用红外线通过至少两个设置在车辆上的且定向不同的发射器/接收器组合传递信息。设置在车辆上的接收器分别具有干扰信号指示器，它截止干扰信号高于给定阈值的接收器。通过至少两个定向不同的发射器/接收器也可以在不利的太阳辐射时实现无干扰地传递，太阳辐射可能干扰红外信号的接收。

德国专利DE 4026649 C1公开了一种红外定位系统形式的数据传递系统，具有激光器。在这个系统中位置固定的、具有用于识别编码的IR路标被固定在车辆上的移动的、发送给定的激光射线的发射/接收单元识别，然后为了分析将接收的(位置)数据继续传递到分析装置。

由德国专利申请DE 11 2006 001 864 T5的公开文献已知一种用于从远离的远景观察车辆环境的系统，以能观察车辆周围的较大区域，并由此实现改进的碰撞警示、避免和减少碰撞，或者使驾驶员更好地了解当前状况。在这个系统中在车辆中提供至少一系统，它由(视频)摄像系统、具有地图数据库的GPS系统、车对车通信系统和远/近距离雷达组成，由此提供物体在车辆附近和在所能检测到的范围内的位置数据。系统的目的是车辆环境的两维或三维的视图，在其中也示出障碍物，其中驾驶员可以自己选择视角，例如由车辆的斜上或斜后方。

由德国专利申请DE 10 2009 046 671 A1的公开文献已知一种用于利用导向装置导引车辆的方法，其中车辆的环境通过固定在车辆上的光电传感器连续地检测。这个传感器扫描车道并且提供关于至少一个限制物体的信息，它位于车辆的车道上，其中对于驾驶员的显示也可以通过显示器实现。通过该系统也可以确定车辆的最佳行驶方向并且这个行驶方向通过系统的转向干预建立。

由国际专利申请WO 2008/112148 A1的公开文献已知一种基于AR(AugemtedReality增强现实)的系统和方法，其中无人车辆可以由使用者从外部控制，其中为此必需的数据(例如车辆的位置或状态等)由固定在车辆上的传感器提供。这些信息转换成图像，然后将这个图像为使用者示出，其中能附加地通过在图像中显示的导向部件控制车辆。

上述系统的缺陷是，车辆定位精度不足以与状况环境相协调地精确且可靠地以领航方式控制车辆，即，不足以使车辆自主行驶。这例如影响到在窄的或者难以行驶的环境中领航地汽车或者以领航方式导航。

发明内容

本发明的目的是，提供一种方法，它能够高精度地在测绘的或可测绘的环境中实时地定位车辆并且确定位置，从而能克服上述缺陷，同时要避免例如由于附加安置传感器引起的车辆在技术上的高配备。

这个目的一方面通过具有权利要求1特征的方法、另一方面通过按照权利要求9所述的装置得以实现。在相应的从属权利要求中提出有利的实施方案。

在按照本发明的用于在测绘环境中确定待定位车辆在给定的行驶范围内的车辆位置的方法中，通过对车辆的至少一个预先确定的部件的位置数据进行分析来确定车辆位置，其中，通过固定设置在测绘环境内的传感器装置来提供所述位置数据。

通过按照本发明的方法和按照本发明的装置能够解决本发明的技术问题。

所述传感器装置具有多个位置检测传感器，所述多个位置检测传感器中的一个位置检测传感器被选为主传感器，该主传感器张成全局传感器坐标系，所述多个位置检测传感器中的其它位置检测传感器在所张成的传感器坐标系中描述它们的位置数据。全局坐标系和将传感器数据转换到全局坐标系中的优点是，由此定义每个物体在这个全局坐标系中的位置并因此可以更简单、更快速且更高效地分析数据。所述传感器装置备选地可以具有唯一的传感器、尤其是具有角度检测功能的激光雷达传感器。

有利地，作为所述预先确定的部件检测车辆的轮胎。车辆的至少一个轮胎作为预先确定的部件，即，以车辆的至少一轮胎为基础实现位置确定的优点是，非常准确地定义轮胎的轮廓和材料，与例如可能是镜面的、由于添加装饰元素而难以测量的外反射镜或车辆车身的部件的轮廓或材料不同。此外，轮胎的优点是，对于几乎任何车辆轮胎距地面的距离都是可靠地确定的，而与轮胎尺寸或者车辆的尺寸或形式无关。

有利地，在按照本发明的方法中检测待定位车辆的四个轮胎的位置数据。测量车辆、尤其是乘用车的所有轮胎的位置的优点在于，由此明显改善在测绘环境中的位置确定。

有利地，对所述至少一个预先确定的部件中的每一个部件的位置数据在时间上进行踪并进行可信化处理，从而确定所述至少一个预先确定的部件中的每一个部件的位置，然后通过对所述至少一个预先确定的部件中的每一个部件的位置数据进行合并来确定车辆相对于传感器坐标系的位置。通过可信化处理以及合并每个传感器测得的位置数据明显改善了通过更大量现有的数据确定位置。

有利地在按照本发明的方法中，对位置数据进行实时分析。实时分析的优点是，立刻、即在几毫秒以内对例如障碍物作出反应，并由此明显减少不期望地与障碍物碰撞的危险。

在按照本发明的方法中，所述多个位置检测传感器中的每一个位置检测传感器具有180°的张角和直到30m的有效范围。所述传感器的这个尺寸的优点在于，通过大的张角和大的有效范围可以覆盖大的待监控范围，并因此总体上比较小张角和较小有效范围时使用更少的传感器。

在按照本发明的方法中，所述多个位置检测传感器中的每一个位置检测传感器是激光雷达传感器。激光雷达传感器的优点是，尤其在保护的环境中，通过所使用的激光测量方法实现高精度的距离测量，这使这些传感器理想地用于高精度地检测车辆位置。

在本发明的另一方案中，一种用于在测绘环境中确定待定位车辆在给定的行驶范围内的车辆位置的装置具有固定设置在测绘环境内的传感器装置和用于由位置数据确定出车辆位置的分析装置，该传感器装置设计成提供车辆的至少一个预先确定的部件的位置数据。通过这个装置能够应用按照本发明的方法。

附图说明

下面参照附图详细解释本发明，其中

图1示出传感器的俯视图，以示出对一对位置检测传感器的标定，和

图2示出一示意图，其表示出按照本发明第一实施例安置在停车楼中行驶的车辆的轮胎高度上的位置检测传感器的布置。

具体实施方式

下面，以安置在停车楼中的许多位置检测传感器中的一个传感器为例描述本方法。位置检测传感器能够高精度地定位车辆，由此实现车辆的领航的、即自动的泊车。车辆的领航的、即自动的泊车的前提是，能高精度地确定车辆位置。

用于执行本方法的第一前提是，作为示例使用的停车楼或者已经被测绘，即，例如存在CAD建筑图，或者高精度地测量停车楼，即，由可测绘环境产生测绘环境。这个停车楼还必需配备有固定设置在其中的位置检测传感器。为此在停车楼中这样布置许多位置检测传感器，使得至少两个传感器的“视野”、即许多传感器中的每个传感器可以覆盖或监控的范围以给定的范围相交，这在图1中示意地作为俯视图示出。位置检测传感器S1和S2这样设置在停车楼中，使它们无空隙地覆盖停车楼的整个行驶范围3。在此应当指出的是，在任何如下的经测绘的或者可测绘的环境中都能执行本方法：在所述环境中可以按照本发明设置位置检测传感器。

为了可以高精度地检测物体在停车楼中的位置并由此能够领航地行驶，必需检测车辆的位置数据以使得能尽可能实时地处理这些数据。为此可行的是，通过所有传感器张成一全局坐标系，从而描述每个传感器在这个坐标系中的位置数据。这样便简化了物体在停车楼中的整体位置的计算。

为了产生全局坐标系，必需在安置在停车楼中以后标定位置检测传感器。为此对于每个位置检测传感器建立传感器坐标系，在该传感器坐标系中描述由每个位置检测传感器测得的物体、例如车辆轮胎的位置数据。然后必需将在各位置检测传感器的传感器坐标系中描述的数据转换到易于解释或者易于分析的坐标系中，由此基于设置在停车楼中的位置检测传感器的所有的测量数据得到车辆的绝对位置，也就是说，将各传感器的位置数据转换到全局传感器坐标系中。

为此，例如在停车楼的也可以控制栅栏等的计算机中心中提供中央控制器、例如市场常见的PC，该中央控制器得到由每个传感器传递的测量数据并且利用合适的智能算法将其转换到全局传感器坐标系中。在这个控制器上，可以利用适合的智能算法对由位置检测传感器产生的、关于在停车楼中行驶的车辆的测量数据进行分析，然后将指示输出给车辆以用于例如领航地泊车或者领航地行驶通过停车楼。也就是说，控制器不仅是测得的位置数据的接收装置，而且是用于对这些位置数据进行分析、由此确定车辆位置并且引导车辆的分析装置。

如图1所示，为了对位置检测传感器进行标定，将物体1分别置于许多位置检测传感器S1至Sn中的两个相邻的传感器S1和S2的搭叠的视野中，即，传感器S1至Sn被配成对。两个被配成对的传感器S1和S2的每个传感器识别物体1，并且在传感器的坐标系中给物体分派一相应的坐标数据x1,y1,z1；x2,y2,z2。在所有设置在停车楼中的传感器S1至Sn中执行这个方法。即，被配成对的传感器识别物体并且在各自的坐标系中给它分派坐标数据。然后对由每对传感器分派给物体1的坐标数据进行比较并且在通过位置检测传感器给定的、作为全局坐标系的坐标系中对其进行描述。也就是说，作为相应比较的结果在固有的全局坐标系中描述物体1。在此对于这个单个的全局坐标系，将首先使用的传感器S1、所谓的主传感器的坐标系作为基准系、即作为全局坐标系。所有其它的传感器S2至Sn便将其坐标系在这个(全局)坐标系中张开，由此精确地描绘物体1在这个新的全局坐标系中的位置，并因此产生大的虚拟传感器。

为了标定也可以使用多个物体，由此得到可信的数据(在图1中未示出)。

在结束标定以后，按照本发明的方法可以用于确定汽车位置。只有当传感器S1至Sn的位置或数量变化时，即，如果必需张成新的全局坐标系时，才必需进行再标定或重新标定。

执行本发明方法的另一前提是：在停车楼中识别出待定位的车辆身份。这一点通过已经大量地组合到车辆中的通信装置或者外部的通信装置实现，通过这些通信装置可以表明车辆身份。例如可以通过传递车辆特有的数据，来利用移动通信如WLAN或者导航系统而在停车楼中识别车辆身份。也存在如下可能性：通过导航系统将车辆导引到配有位置检测传感器S1至Sn的停车楼并且通过这个导航系统使停车楼中识别车辆身份。为了识别身份，车辆特有的数据被发送到停车楼、准确地说是发送到停车楼中的控制器，所述数据例如含有这个车辆特有的轮距和/或轮胎数量。在任意情况下，通过所传递的数据来表明车辆或车辆类型的身份。附加于上述的可能性，也可以设想其它形式的车辆身份识别。

如果一在停车楼中已经事先识别了身份的车辆、例如乘用车驶入到停车楼或者穿过停车楼行驶，则通过该身份识别已经识别出该车辆的类型，例如已知这个车辆的轮距。则传感器S1至Sn已经准备好，识别到车辆的部件2、例如一个或多个以车辆特有的距离相互间隔的轮胎，并且由此确定位置数据x1,y1,z1至xn,yn,zn。在穿过停车楼行驶的情况下，对于至少一个轮胎、即对于车辆的至少一个部件2通过设置在停车楼中的位置检测传感器S1至Sn收集测量点。利用在控制器上运行的智能算法随着时间而对这些数据进行跟踪、可信化处理以及合并。也就是说，对所述至少一个预先确定的车辆部件2、例如轮胎中的每一个的位置数据在时间上进行跟踪以及可信化处理，从而确定所述至少一个预先确定的车辆部件2中的每一个的位置，然后通过对所所述至少一个预先确定的车辆部件2中的每一个的位置数据进行合并来确定车辆相对于传感器坐标系的位置。在此合并意味着：例如通过组合不同的传感器推导出新的信息或者通过利用多个相同形式的传感器实现传感器信息的改善，在计算器的支持下将多个传感器的信息组合在一起以得到更好的结果。利用算法智能地组合位置检测传感器的结果并因此实现无空隙地且高精度地推测状态。因此产生关于车辆的相关部件2、例如轮胎相对于全局坐标系的位置和姿态的明确且高精度的结果。

这个方法不仅可以对于例如车辆的单个轮胎执行，而且可以对于例如乘用车的所有四个轮胎执行。通过这种方式，得到四个用于车辆的每个车轮的位置和姿态假定，然后再合并、在时间上跟随并且进行可信化处理，由此得到关于车辆相对于全局坐标系位置的高精度的总体假设。

因为已知全局传感器坐标系相对于测绘环境、即停车楼的位置，所以能高精度地确定车辆在停车楼内的绝对位置，只分析一个轮胎的位置数据或者分析车辆的所有轮胎的位置数据都是一样的。通过智能算法实现分析。

通过智能算法合并传感器数据实现了：实时地、即在不存在由计算引起的延迟的情况下执行分析。因此，可在停车楼中或者在其它测绘环境中为泊车或导航目的而实时地实现车辆控制。

在一优选的实施例中，位置检测传感器S1至Sn在停车楼内安置在车辆的轮胎2的高度上，如图2所示。尽管对于车辆存在不同大小的轮胎2，而本领域技术人员可以毫无问题地将传感器定位在停车楼内部的适合高度上，从而使所有可设想的各种类型车辆的轮胎类型都能被检测到。即使传感器S1至Sn安装在例如隧道中，安置传感器S1至Sn的高度对于专业人员也不是高要求。

优选地，作为位置检测传感器S1至Sn使用激光雷达传感器(light detection andranging-Sensoren)。激光雷达检测方法是与雷达测量方法密切相关的用于光学地测距和测速的方法，其中代替无线电波使用激光射线。使用激光雷达传感器的优点是，它们一方面是非常有利的，另一方面通过激光脉冲并且检测由物体反射的光来测量距离，实现物体在保护的环境、例如停车楼或隧道中的高精度的距离测量。

固定设置在作为示例使用的停车楼内的位置检测传感器S1至Sn不仅优选设置在车辆轮胎2的高度上，而且具有优选180°的张角。这些传感器优选具有直到30米的有效范围。优选地，传感器具有180°的张角和直到30米的有效范围。因此在停车楼内的整个要监控的行驶范围3可以无空隙地通过明确数量的传感器S1至Sn覆盖。

尽管以在停车楼中行驶的四轮车辆为例描述按照本发明的方法，但是本方法不限于此。本方法可以在各种其它已测绘的或者可测绘的环境、例如隧道中使用，只要其中可以将传感器安置成能执行按照本发明的方法即可。车辆也不必一定具有四个轮胎，按照本发明的方法也可以高精度地对摩托车或者三轮车辆等进行高精度的确定。

通过按照本发明的方法可以实时地通过算法高精度地确定在已测绘的或者可测绘环境中的车辆位置，从而能使车辆被领航地导航通过测绘环境或者例如在停车楼中泊车。

Claims (9)

1.一种用于在测绘环境中确定待定位车辆在给定的行驶范围内的车辆位置的方法，包括：

在测绘环境中识别车辆身份，以及

通过对车辆的至少一个预先确定的部件(2)的位置数据进行分析来确定车辆位置，其中，通过固定设置在测绘环境内的传感器装置(S1～Sn)来提供车辆的至少一个预先确定的部件(2)的所述位置数据，

其特征在于，

使车辆领航地行驶通过停车楼。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传感器装置具有多个位置检测传感器，所述多个位置检测传感器中的一个位置检测传感器(S1)被选为主传感器，该主传感器张成全局传感器坐标系，所述多个位置检测传感器中的其它位置检测传感器(S2～Sn)的位置数据在所张成的传感器坐标系中得到描述。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，作为所述预先确定的部件(2)检测车辆的轮胎。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，检测待定位车辆的四个轮胎的位置数据。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，对所述至少一个预先确定的部件(2)中的每一个部件的位置数据在时间上进行跟踪并进行可信化处理，从而确定所述至少一个预先确定的部件(2)中的每一个部件的位置，然后通过对所述至少一个预先确定的部件(2)中的每一个部件的位置数据进行合并来确定车辆相对于传感器坐标系的位置。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，对位置数据进行实时分析。

7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述多个位置检测传感器(S1～Sn)中的每一个位置检测传感器具有180°的张角和直到30m的有效范围。

8.根据权利要求2所述的方法，其中，所述多个位置检测传感器(S1～Sn)中的每一个位置检测传感器是激光雷达传感器。

9.一种用于在测绘环境中确定待定位车辆在给定的行驶范围内的车辆位置的装置，

包括：

用于在测绘环境中识别车辆身份的设备，

固定设置在测绘环境内的传感器装置(S1～Sn)，该传感器装置设计成提供车辆的至少一个预先确定的部件(2)的位置数据，

用于由车辆的至少一个预先确定的部件(2)的位置数据确定出车辆位置的分析装置，

其特征在于，

能使车辆领航地行驶通过停车楼。