CN105814404B - 用于定位移动设备的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在周围环境(12)中定位移动设备(2)的方法，其中设备(2)具有多个传感器(6、8、10)，用于在利用不同的定位方法的情况下检测设备(2)的周围环境(12)，其中存在用于周围环境(12)的参考地图，所述参考地图包括周围环境(12)内部的多个位置，其中对周围环境(12)内部的至少一个位置来说推荐至少一种的定位方法，所述定位方法可以利用用于检测周围环境(12)的至少一个传感器(6、8、10)执行，其中对移动设备(2)的当前位置来说，为了定位所述移动设备(2)使用按照参考地图推荐的所述至少一种定位方法，可以利用至少一个传感器(6、8、10)执行所述至少一种定位方法。

Description

用于定位移动设备的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于定位移动设备的方法和系统。

背景技术

为了确定机动车的位置，可以使用像例如SLAM(Simultaneous Localization AndMapping；http://de.wikipedia.org/wiki/Simultaneous_Localization_and_Mapping)或者MCL(Monte Carlo Localization,http://en.wikipedia.org/wiki/Monte_Carlo_localization)等方法。在此，在任何情况下都使用相同的做法。为了产生用于待确定的位置的假设，可以使用多个传感器，其中该传感器的数据合并。在Thrun,Burgard和Fox的著作“Probabilistic Robotics(Intelligent Robotics and Autonomous Agents)”(ISBN:9780262201629)中描述了两种提及的做法。

由专利文献EP 1 923 763 A1已知用于在使用颗粒过滤器的情况下估计移动的机器人的位置的方法。在此在考虑颗粒流的情况下修正机器人的传感器的可能误差。

由专利文献EP 1 901 152 B1已知的运动系统设计用于，使用颗粒过滤器单元进行定位和测绘。在此，利用颗粒过滤器单元确定当前颗粒的姿势。此外，利用传感器检测移动元件的姿势中的姿势变化。

专利文献WO 2011/033100 A1描述了一种用于构建地图的方法，所述地图通过人员在空间环境中将来的运动的可能性来进行位置相关的说明。

发明内容

在这种背景下，提出了一种用于在周围环境中定位移动设备的方法以及系统，其中，设备具有用于在利用不同的定位方法的情况下检测设备周围环境的多个传感器，其中存在用于周围环境的参考地图，所述参考地图包括周围环境内部的多个位置，其中为周围环境内部的至少一个位置推荐至少一种定位方法，所述至少一种定位方法能够利用用于检测周围环境的至少一个传感器来执行，其中，为了定位所述移动设备，对移动设备的当前位置使用按照参考地图推荐的至少一种定位方法，能利用至少一个传感器执行所述至少一种定位方法，其中，在考虑至少一个传感器的视角的情况下确定所述至少一种定位方法，对周围环境内部的移动设备的位置来说所述传感器占据所述视角。

根据本发明的方法设置用于在周围环境中定位移动设备。所述设备具有用于在利用不同的定位方法的情况下检测设备周围环境的多个传感器，其中，存在并使用用于周围环境的参考地图，所述参考地图包括周围环境内部的多个位置。在此，对设备在周围环境内部和/或根据参考地图可占据的至少一个位置，通常对于每个位置，推荐至少一种定位方法，所述至少一种定位方法可以利用用于检测周围环境的至少一个传感器执行，其中，为了定位所述设备，对移动设备的当前位置来说使用按照参考地图推荐的所述至少一种定位方法，可以利用至少一个传感器执行所述至少一种定位方法。

通常为每个在参考地图中绘出的位置准确地推荐一种可以利用传感器执行的定位方法。然而，也可以为一个位置推荐多于一种可利用分别至少一个传感器执行的定位方法。这例如会以每个传感器具有不同的检测方向为条件。因此，可以对一位置来说方向相关地执行不同的定位方法。

每个传感器不同程度地受到周围环境中的地面标志的影响。因此，对一些位置来说可能已知的是，传感器提供错误测量。这可以通过使该传感器在确定的区域内去激活来避免。也可以在处理时，通常在数据合并时(其中考虑多个传感器的数据)，在合并时较少地评估对确定的位置来说提供错误测量的传感器的数据。

此外，为设备的将来的运动，例如行驶，计划一种在周围环境内部的待驶过的轨迹，以及对沿着轨迹的设备的位置分别使用根据参考地图推荐的至少一种定位方法，也就是说可以利用至少一个传感器执行的一种定位方法或多种定位方法。通过这种方式可以通过提前选择至少一种定位方法预见式检测所述周围环境。

在此，在考虑至少一个传感器的视角(对移动设备在周围环境内部的位置来说，所述传感器使用该视角)或者在考虑传感器的有效距离和可能的错误测量的情况下确定至少一种定位方法。

根据传感器的位置以及根据传感器的检测方向从该传感器的位置出发确定至少一个传感器的视角。在此，传感器的当前位置、当前的视角和当前的检测方向是该传感器的运行参数。

考虑传感器的有效距离或检测有效距离作为该传感器的其它运行参数。如果已知，传感器在周围环境中的位置处环境相关地执行一种错误测量，则可以调整其有效距离，通常是缩短。

设计为摄像机的传感器的其它工作参数还有亮度、光圈调节等。当在参考地图中存储了关于此的信息时，在此对于每个位置来说可以提前设定这些参数。

周围环境在参考地图中可以分为不同的区域或者部段和/或区段。对于处在通常相连的区域内部的位置来说，可以利用相同的至少一个传感器执行相同的至少一种定位方法。在此，轨迹也可以分为不同的部段，其中每个部段经过所述区域之一。

当设备可以从定位系统接收数据时，在一设计方案中通过定位系统(GPS)确定设备的当前位置。

设备的定位也可以在建筑物内部，例如在停车楼内部执行。在此，根据接收也可以考虑定位系统的信息。因此，在建筑物内部可以有对位置的初始估计。在建筑物外部可以由设备不受影响地接收定位系统的信息。

在一种设计方案中，在考虑例如从传感器可看到的周围环境中地面标志的分布的情况下确定用于位置的至少一种定位方法。在此，可以在考虑周围环境中地面标志的密度和/或在考虑周围环境中位置与地面标志的间距的情况下确定用于位置的至少一种定位方法。在此，不同的位置固定的物体可以用作地面标志，例如树木、建筑物或交通标志。地面标志也可以设计为条形码，例如二维条形码，或者建筑物内部的柱子。

用于位置的至少一种定位方法可以通过作为至少一个传感器的运行参数的有效距离调整。其它待考虑的和/或待调整的运行参数可以是传感器的灵敏度、开度/张角和测量频率。

在一设计方案中，基于参考测量确定参考地图。为此，所述设备布置在周围环境中。为了执行在一位置处的参考测量，利用所有的传感器执行并在此测试所有的定位方法。由此确定可利用至少一个传感器执行的对所述位置来说合适的至少一种定位方法并为该位置在参考地图中注明。因为周围环境会改变，所以能够任意频度地执行参考测量，其中更新了参考地图。

可以为设计为机动车的移动设备执行所述方法。

用于在周围环境中定位移动设备的系统具有多个传感器，这些传感器用于在利用不同的定位方法的情况下检测设备的周围环境。在此存在用于周围环境的参考地图，所述参考地图包括周围环境内部的多个位置，其中对参考地图中绘出的至少一个位置来说，通常对于移动设备一般可到达的每个位置来说，推荐至少一种定位方法，所述至少一种定位方法可以利用用于检测周围环境的多个传感器中的至少一个执行。对移动设备的当前位置来说，为了定位所述设备，使用在参考地图中注明的和按照参考地图推荐的所述至少一种定位方法，可以利用多个传感器中的至少一个执行所述至少一种定位方法。

此外，系统具有一控制器，所述控制器设计用于，通过与外部定位系统交换信息确定移动设备的当前位置并且驱控/操控用于执行至少一种定位方法的至少一个传感器。在此，通过电磁波由定位系统提供关于系统的天线的当前位置的数据。

在设计方案中，在执行所述方法时，使用位置相关的估计/方程(Ansatz)以用于定位作为移动设备的机动车，所述估计基于机动车位于其中的周围环境的参考地图的数据以及基于为机动车计划的待驶过的轨迹。通过利用参考测量补充轨迹和参考地图的数据预先确定，可在所述地区的哪个区域内和/或沿着轨迹的哪个部段使用哪个传感器支持的定位方法或位置确定方法。

基于位置有针对性地选择和参数化待由传感器执行的、用于检测周围环境的检测方法。由此还得出，可以避免由所用的传感器的已知的、可能错误的测量导致的位置错误。通过减少错误的或不清楚的测量可以提供对机动车的待计算的位置的更鲁棒的假设。如果可以放弃定位方法或检测方法，则可以去激活为此待使用的传感器，由此可以节省运行该传感器所需的能量。此外，可以减小控制器(利用该控制器还可以执行所述定位方法)的计算功率，由此同样可以节省能量。

为了执行所述方法，可以不变地以及进而在没有结构性调整的情况下使用基础设施设备作为地面标志。用于确定位置和/或用于确定对位置的假设的所有数据可以通过利用设计为参考传感器的传感器在为机动车设定的周围环境中进行的至少一种参考测量来确定。因此，在所述方法的框架内，用于检测周围环境中的物体的、适用于其中存在机动车的相应的周围环境的传感器基于其有效距离而被使用，由此执行对机动车的定位以及对机动车位置的假设。

在用于定位移动设备的方法中，所述移动设备可以具有用于在利用不同的定位方法的情况下检测设备的周围环境的至少一个传感器，为设备的行驶计划了待驶过的轨迹。在此，计划好的轨迹划分为区域或部段，其中每个部段与相应的周围环境相关。在此，对每个部段来说使用与周围环境匹配的定位方法，为部段内部的每个位置推荐所述定位方法。因此，周围环境相关地和/或情况相关地使用相应一种定位方法，其中例如可以是像HectorSLAM或者UKF(Unscented Kalman Filter)等定位方法。由包括定为方法组的SLAM或者MCL，一种用于定位的数学方法得到这种定位方法。

因此，可以选择与相应的周围环境匹配的、可利用传感器执行的定位方法。因为选择了可分别利用至少一个为此设置的传感器执行的多个供使用的定位方法中的相应一种定位方法，所以可以省去在设备的周围环境的当前部段中的其它定位方法。因此，可以去激活在周围环境中可能提供错误测量的传感器。此外，可以调整作为传感器的运行参数的例如用于灵敏度的测量阈值、用于可传感方式执行的测量的次数的测量频率、最大距离或检测有效距离和/或配置策略/消防策略(Feuerstrategie)，利用所述配置策略确定用于检测周围环境的方向并进而确定传感器的相应的检测设备。

作为运行参数，也可以对传感器预处理，例如超声波传感器中的噪音阈值或作为传感器的摄像机中的白相片平衡进行调整或参数化。

在参考地图中给出可以利用哪个传感器执行哪种定位方法。在此也可以通过选择定位方法自动确定待使用的传感器的运行参数。然而也可以使传感器的运行参数的值与周围环境匹配。此外，还可以由此选择定位方法，即可以检测传感器从哪个方向和/或视角检测周围环境。因此实现了，对沿着轨迹的位置来说沿着第一方向可利用第一传感器执行第一定位方法，以及沿着另一个方向可利用第二传感器执行第二定位方法。在参考行驶中通过至少一个参考测量提供参考地图，其中确定具体的周围环境与具体的定位方法的配属，其中也可以在周围环境内部考虑传感器的当前的视角和检测设备。

系统可以具有设计为超声波传感器的至少一个传感器。也可以使用激光传感器以及摄像机。然而，这种超声波传感器易受地面反射的影响，也就是说由超声波传感器发出的声波在周围环境的地面处被反射，由此对在周围环境中待检测的物体来说会提供至该物体的错误的间距。考虑到这一点，对周围环境内部的确定的位置来说，还可以通过选择一种定位方法来调整以及匹配超声波传感器的有效距离。备选地或补充地，可以通过选择一种定位方法来减小测量错误的可能性。在设计方案中，在确定的周围环境中和/或在确定的位置处可以关掉超声波传感器。取而代之地，在使用备选的定位方法的情况下使用系统的另一个传感器。

通常通过由定位系统，例如GPS支持的导航系统来执行沿着待驶过的轨迹对设备的位置的第一估计，其中在使用定位系统的情况下定位该移动设备。对移动设备的待通过定位系统进行的定位可以精确到几米。在所述方法的框架中，可以改进的定位的精度。

例如，所述方法可以执行用于设计为机动车的设备。在此考虑到，对机动车位于笔直、平坦的平面中的情况来说，布置在该机动车中的、例如设计为激光扫描仪的传感器占据第一平坦的视角。相反，对机动车在倾斜的坡道或斜坡上行驶的情况来说，该传感器占据第二倾斜的视角。因此，可以基于机动车相对于待定义的参考面占据的检测方向的角度选择待使用的定位方法。为了在两种定位方法之间切换，需要考虑，在周围环境内部哪个位置处机动车相对于参考面所成的角度会改变。这种位置也可以称为转折点。传感器的视角也取决于机动车占据的该角度。在参考地图中存储或储存了角度改变的该位置，在角度改变时可以指示定位方法的改变。

在执行所述方法时，如果通过一种定位方法在周围环境的一部段中和/或当前位置处还提供了由于位置导致的错误数据或者没有提供数据，则可以去激活这种定位方法。通过关掉传感器和/或通过去激活一种定位方法可以减小系统的控制器的计算负荷。这例如涉及在使用摄像机作为传感器时基于摄像机的定位方法，对所述传感器来说需要使用大的计算负荷。然而如果已知，在周围环境的确定的部段中不存在特征(通常是物体)，根据该特征可以借助于基于摄像机的定位方法确定设备的位置，则可以停止这种定位方法并把控制器的由此释放的计算能力用于其它过程，由此限制了控制器的电功率消耗且进而可以节省能量。通常可以在停机模式或睡眠模式中基于位置使用一种传感器，从而该传感器仅仍需很少的能量。在周围环境的确定的位置中，传感器也可以完全被去激活。

备选地或补充地，周围环境也可以通过周围环境中特征(也就是说地面标志以及进而物体)的存在来定义。如果这些特征和/或物体在周围环境内部可以通过其可能标准化的外表分级和/或分类，则可以使用所谓的基于标志的定位方法。此外具有标准化的外表的特征和/或物体是车道标志、铭牌和/或二维码。如果可以确定，在周围环境的部段中不存在或仅存在不足够的地面标志，则不能使用基于此的定位方法。

因此，也可以根据在周围环境的部段中地面标志或物体与传感器的最大距离是多少来选择可行的定位方法，利用所述传感器执行所述定位方法，从而能够由该传感器检测地面标志。因此对其中地面标志与传感器距离很远的周围环境的部段来说，可以使用利用大的有效距离用的传感器的定位方法，以及对其中地面标志处于传感器附近的周围环境的部段来说，可以使用利用小的有效距离的传感器的定位方法。因此，如果对于周围环境来说已知，地面标志距离过远，以便能够利用确定的定位方法实现利用确定的传感器的测量，则可以去激活为此待使用的传感器。因此，超声波传感器的有效距离仅为几米，例如4m。然而如果待检测的地面标志距离过远，则超声波传感器不提供测量数据且进而可以去激活。

对周围环境的确定的部段来说在参考测量中可以确定的参考地图可以设计为所谓的二维格栅地图(Occupancy Grid)、矢量地图、多层图或树形图。为此从上文提到的著作“Probalistic Robotics”得到信息。在这种参考地图中定义周围环境中的区域，也就是说扇区和/或部段，其中在参考地图中存储设计为联合信息/头信息的信息，其给出了关于待基于位置使用的定位方法的消息。因此，这些联合信息取决于传感器且包括如下项目：可以使用哪些定位方法，待使用的传感器的最小有效距离应该为多大和/或传感器与可能存在的作为地面标志的墙壁的最大间距应该是多大。联合信息也可以包括照明关系和/或存在的地面标志的类型等项目。基于移动设备，通常是机动车或自主机器人的当前位置来确定，其位于周围环境和/或参考地图的哪个扇区中。来自参考地图的联合信息基于位置和/或基于扇区读取以及待使用的传感器和/或定位方法参数化。

由说明书和附图得到本发明的其他优点和设计方案。

附图说明

上文所述的以及随后仍将说明的特征不仅能够以相应给出的组合使用，而且也能够以其它组合或单独使用，只要不脱离本发明的框架。

根据附图中的实施形式示意性示出本发明以及参考附图示意性并详细描述本发明。

图1以示意性视图示出了在执行根据本发明的方法的一种实施形式时的移动设备，所述移动设备具有根据本发明的系统的一种实施形式；

图2示出用于执行根据本发明的方法的实施形式的图表。

具体实施方式

图1以示意性视图示出了设计为机动车的移动设备2，所述移动设备具有根据本发明的系统4的一种实施形式。在此，系统4包括多个传感器6、8、10，然而其中在图1中仅示出了三件。这些传感器6、8、10中的每个设计用于检测周围环境12以及因此检测移动设备2的环境，其中由每个传感器6、8、10使用至少一种定位方法用于检测周围环境12。此外，系统4包括控制器14，用于控制根据本发明的方法的实施形式的至少一个步骤。

在执行所述方法的实施形式时，在此规定了，设备2在周围环境12内部沿着轨迹移动，该轨迹在图1中通过曲线16表示。该轨迹延伸通过周围环境12的五个区域18、20、22、24、26或部段或扇区。

系统4的控制器14中存储了参考地图。该参考地图通过用于位置的参考测量确定，移动设备2在周围环境12中可占据所述位置。在此，对分别一个位置来说执行参考测量，其中在相应的位置中利用传感器6、8、10中的每一个执行每种可利用传感器6、8、10执行的定位方法。在此，对这些位置中的每个来说，确定并在参考地图中注明至少一种定位方法，所述至少一种定位方法可利用至少一个传感器6、8、10执行且利用所述至少一种定位方法能很好地检测周围环境12。在此可以通过新的待执行的参考测量补充和/或更新参考地图。

基于周围环境12中地面标志28、30的分布，根据参考地图可为周围环境12中的哪个位置推荐利用哪个至少一个传感器6、8、10的哪种至少一种定位方法。这些地面标志28、30是不同大小的位置固定地布置的物体，所述物体在周围环境12中密度不同地分布。在此，一些地面标志30分级为障碍。周围环境12在此通过参考地图划分为五个区域18、20、22、24、26，其中根据参考地图对于每个区域18、20、22、24、26(所述区域分别包括多个位置)来说分别推荐了至少一种定位方法，所述至少一种定位方法能借助于分别至少一个传感器6、8、10执行。

为了进一步描述所述方法的实施形式，还参见图2的图表。在为移动设备2计划的沿着轨迹的行驶中，为移动设备2通过定位系统，例如GPS执行对当前和/或初始位置的确定32，其中通常对所述位置进行估计。

对相应的周围环境来说，可以与周围环境是否布置在建筑物内部或外部无关地通过数据库把参考地图载入系统4的控制器14中并用于执行所述方法。此外，对参考地图来说，执行位置相关的分析34。基于当前的位置，为该当前的位置在考虑参考地图的情况下做出基于位置的选择36，该选择是关于可利用哪个传感器6、8、10执行哪个定位方法，其中在此对每个区域18、20、22、24、26来说，推荐了可利用确定的传感器6、8、10执行的确定的定位方法。

在此在一设计方案中检查，移动设备2的当前的位置在周围环境12内部处在哪个区域18、20、22、24、26中，其中基于区域选择利用确定的传感器6、8、10的确定的定位方法。在结束步骤中，在使用确定的定位方法的情况下利用确定的传感器6、8、10执行对移动设备2的定位38。在此该定位38的结果也可以用于进一步的参考测量并进而用于更新参考地图。因此，也可以更新一种再次选择36并在再次定位38中在使用另一个确定的传感器6、8、10的情况下位置相关地执行另一个确定的定位方法。

Claims (15)

1.一种用于在周围环境(12)中定位移动设备(2)的方法，其中，设备(2)具有用于在利用不同的定位方法的情况下检测设备(2)周围环境(12)的多个传感器(6、8、10)，其中存在用于周围环境(12)的参考地图，所述参考地图包括周围环境(12)内部的多个位置，其中为周围环境(12)内部的至少一个位置推荐至少一种定位方法，所述至少一种定位方法能够利用用于检测周围环境(12)的至少一个传感器(6、8、10)来执行，其中，为了定位所述移动设备(2)，对移动设备(2)的当前位置使用按照参考地图推荐的至少一种定位方法，能利用至少一个传感器(6、8、10)执行所述至少一种定位方法，其中，在考虑至少一个传感器(6、8、10)的视角的情况下确定所述至少一种定位方法，对周围环境(12)内部的移动设备(2)的位置来说所述传感器占据所述视角。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，为所述设备(2)的运动计划在周围环境(12)内部的轨迹，以及对所述设备(2)沿着所述轨迹的位置分别使用根据参考地图推荐的至少一种定位方法，能利用至少一个传感器执行所述至少一种定位方法。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，根据传感器(6、8、10)的位置以及根据传感器(6、8、10)的检测方向从所述传感器的位置出发确定所述至少一个传感器(6、8、10)的视角。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在参考地图中将所述周围环境划分为区域(18、20、22、24、26)，其中，对于区域(18、20、22、24、26)内部的位置利用相同的至少一个传感器(6、8、10)执行相同的至少一种定位方法。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过定位系统确定所述设备(2)的当前位置。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在考虑周围环境(12)中的地面标志(28、30)的分布的情况下确定用于位置的至少一种定位方法。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，在考虑周围环境(12)中的地面标志(28、30)的密度的情况下确定用于位置的至少一种定位方法。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，在考虑周围环境(12)中位置与地面标志(28、30)的间距的情况下确定用于位置的至少一种定位方法。

9.根据权利要求6或7所述的方法，其中，通过用于位置的至少一种定位方法调节至少一个传感器(6、8、10)的有效距离。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，基于参考测量确定所述参考地图。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，为了执行参考测量在一位置处利用所有的传感器(6、8、10)执行所有的定位方法，其中，由此确定适用于所述位置的至少一种定位方法，并为该位置在参考地图中注明，所述至少一种定位方法能利用至少一个传感器(6、8、10)执行。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，更新所述参考地图。

13.根据权利要求1或2所述的方法，为设计为机动车的移动设备(2)执行所述方法。

14.一种用于在周围环境(12)中定位移动设备(2)的系统，该系统具有用于在利用不同的定位方法的情况下检测设备(2)周围环境的多个传感器(6、8、10)，其中，存在用于周围环境的参考地图，所述参考地图包括周围环境(12)内部的多个位置，其中，对周围环境(12)内部的至少一个位置推荐至少一种定位方法，所述至少一种定位方法能够利用用于检测周围环境的至少一个传感器(6、8、10)执行，其中，为了定位所述设备(2)，对移动设备的当前位置使用按照参考地图推荐的所述至少一种定位方法，所述至少一种定位方法能够利用至少一个传感器(6、8、10)执行，其中，在考虑至少一个传感器(6、8、10)的视角的情况下确定所述至少一种定位方法，对周围环境(12)内部的移动设备(2)的位置来说所述传感器占据所述视角。

15.根据权利要求14所述的系统，该系统具有控制器(14)，所述控制器设计用于，通过与定位系统交换信息来确定移动设备(2)的当前位置以及操控用于执行所述至少一种定位方法的至少一个传感器(6、8、10)。