CN107735692A - 用于对车辆进行定位的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对车辆进行定位的方法，其中，所述方法包括以下步骤：借助GNS单元确定GNS车辆位置，借助所述车辆的雷达传感机构传感式检测所述GNS车辆位置的环境，以便求取与所检测的环境相应的雷达数据，基于所述雷达数据探测位于所述环境中的对象，求取方向矢量，所述方向矢量从所探测的对象指向相对于车辆固定的参考点，将所述雷达数据和所求取的方向矢量与数字地图进行比较，所述数字地图具有对象和配属于所述对象的方向矢量，其中，配属于所述对象的方向矢量指向所述数字地图中的以下位置：借助雷达传感机构从所述位置检测到了相应的所述对象，基于所述GNS车辆位置和所述比较求取经校正的车辆位置。本发明此外涉及一种用于对车辆进行定位的设备，以及一种用于创建数字地图的方法和设备，和一种计算机程序。

Description

用于对车辆进行定位的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于对车辆进行定位的方法和设备。此外，本发明涉及用于创建数字地图的一种方法和一种设备。此外，本发明涉及一种计算机程序。
背景技术
公开文献US 2013/0103298A1示出一种用于确定车辆位置的方法。
发明内容
因此，本发明所基于的任务可以视为，提供一种用于对车辆进行定位的改善的方法和改善的设备。
此外，本发明所基于的任务可以视为，提供一种用于创建数字地图的方法和设备。
本发明所基于的任务也可以视为，为上述任务——改善的定位和/或数字地图的创建提供一种计算机程序。
所述任务借助独立权利要求的相应的主题来解决。本发明的有利的构型是各个相关的从属权利要求的主题。
根据一个方面，提供一种用于对车辆进行定位的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
借助GNS单元确定GNS车辆位置，
借助所述车辆的雷达传感机构传感式检测所述GNS车辆位置的环境，以便求取与所检测的环境相应的雷达数据，
基于所述雷达数据探测位于所述环境中的对象，
求取方向矢量，所述方向矢量从所探测的对象指向雷达传感机构或指向相对于车辆固定的其他参考点，
将所述雷达数据和所求取的方向矢量与数字地图进行比较，所述数字地图具有对象和配属于所述对象的方向矢量，其中，配属于所述对象的方向矢量指向所述数字地图中的以下位置：借助雷达传感机构从所述位置检测到了相应的所述对象，
基于所述GNS车辆位置和所述比较求取经校正的车辆位置。
根据另一个方面，提供一种用于对车辆进行定位的设备，所述设备包括：
用于确定GNS车辆位置的GNS单元，
雷达传感机构，所述雷达传感机构用于传感式检测所述GNS车辆位置的环境，以便求取与所检测的环境相应的雷达数据，
处理器，所述处理器构造用于基于所述雷达数据探测位于所述环境中的对象，以及
求取方向矢量，所述方向矢量从所探测的对象指向雷达传感机构或指向相对于车辆固定的其他参考点，其中，
所述处理器此外构造用于将所述雷达数据和所求取的方向矢量与数字地图进行比较，所述数字地图具有对象和配属于所述对象的方向矢量，其中，配属于所述对象的方向矢量指向所述数字地图中的以下位置：借助雷达传感机构从所述位置检测到了相应的所述对象，其中，
所述处理器此外构造用于基于所述GNS车辆位置和所述比较求取经校正的车辆位置。
根据再一个方面，提供一种用于创建数字地图的方法，所述方法包括以下步骤：
借助GNS单元确定车辆的GNS车辆位置，
借助所述车辆的雷达传感机构传感式检测所述GNS车辆位置的环境，以便求取与所检测的环境相应的雷达数据，
基于所述雷达数据探测位于所述环境中的对象，
求取相应的方向矢量，所述方向矢量从所探测的对象指向所述GNS车辆位置，
基于所述雷达数据和所求取的方向矢量创建所述数字地图，从而所述数字地图包括所探测的对象和配属于所述对象的方向矢量。
根据再一个方面，提供一种用于创建数字地图的设备，所述设备包括：
用于确定车辆的GNS车辆位置的GNS单元，
雷达传感机构，所述雷达传感机构用于传感式检测所述GNS车辆位置的环境，以便求取与所检测的环境相应的雷达数据，以及
处理器，所述处理器构造用于基于所述雷达数据探测位于所述环境中的对象，以及
求取相应的方向矢量，所述方向矢量从所探测的对象指向所述GNS车辆位置，其中，
所述处理器此外构造用于基于所述雷达数据和所求取的方向矢量创建所述数字地图，从而所述数字地图包括所探测的对象和配属于所述对象的方向矢量。
根据另一个方面，提供一种计算机程序，所述计算机程序包括程序代码，用于当在计算机上实施所述计算机程序时执行用于对车辆进行定位的方法和/或用于创建数字地图的方法。
本发明尤其包括以下思想：为了对车辆进行定位，还使用方向矢量，所述方向矢量从所探测的对象指向雷达传感机构或指向相对于车辆固定的其他参考点(所述雷达传感机构是相对于车辆固定的参考点，但通常也可以设置相对于车辆固定的其他参考点。)，其方式是，将所述方向矢量和数字地图的方向矢量进行比较，其中，所述数字地图的方向矢量配属于所述数字地图的对象，其中，所述方向矢量指向所述数字地图中的相应位置，从所述位置借助雷达传感器在地图创建的框架中检测到了相应的所述对象。如果所求取的方向矢量与所述数字地图的方向矢量一致，则通常可以从以下出发：所属的借助雷达传感机构探测的对象涉及所述数字地图中的相同的对象。因此，能够实现在所述数字地图内车辆的准确的定位。这特别是有利的，因为单独通过GNS单元的定位绝对可能具有不准确性。这些可能的不准确性可以根据本发明以有利的方式基于所述方向矢量来校正或均衡。在说明书引言中提到的公开文件US 2013/0103298A1没有示出这样的方向矢量。所述方向矢量尤其提供角度信息。所述角度信息例如相应于所述方向矢量与车辆纵轴线之间的角度。
根据本发明的思想尤其在于，在创建数字地图时还附加地将所述角度信息一起记录到所述数字地图中。即也就是说，关于所探测的对象还说明方向，从哪个地点或从哪个位置借助所述雷达传感机构探测到所探测的对象。因为所述GNS车辆位置与借助所述雷达传感机构的雷达测量的地点相应，至少在测量准确性的框架中。在基于这样的数字地图进行定位时，对于所探测的对象同样确定一个这样的或多个这样的方向矢量。所求取的方向矢量与所述数字地图的方向矢量一致地越多，则所探测的对象在车辆的定位的框架中涉及所述数字地图中的对象的概率也越高。基于所述雷达数据的雷达图像——所述雷达数据在车辆的定位的框架中求得——和确实同样基于所述雷达数据的数字地图之间的比较因此简化地可能。
缩写“GNS”代表“Global Navigation System：全球导航系统”并且应作为通配符(Platzhalter)代表例如基于多个卫星的运行时间测量的全球定位系统。即也就是说，例如GPS单元、Galileo单元或GLONASS单元可以设置为GNS单元。GNS代表全球导航系统并且也包括通过地面站的无线电定位以及在GNSS(Global Navigation Satellite System：全球导航卫星系统)的变型中不仅包括GPS，而且包括Galileo，而且优选地包括其他解决方案。
在一种实施方式中设置，基于所述雷达数据和/或另外的传感器信息求取，哪些被探测的对象是静止的对象而哪些被探测的对象是移动的对象，其中，在进行所述比较时忽略所述移动的对象。该步骤对于所述用于定位的方法以及所述用于创建数字地图的方法同样适用。所述思想在此是，在静止的对象和移动的对象之间进行区分。忽略所述移动的对象。优选地，从相应的所述雷达数据和/或另外的传感器数据移除所述移动的对象。即也就是说例如，所述数字地图仅仅还包括静止的对象。尤其也就是说，所述在车辆的定位的框架中求得的雷达图像仅仅还包括静止的对象。因为只要移动的对象基于其移动性可以从其原始的位置移除，也会包括移动的对象的数字地图肯定会不再准确。因此，会不必要地使所述数字地图与在车辆的定位的框架中求取的雷达图像之间的比较变得困难。
所述另外的传感器数据例如由环境传感机构来提供，所述环境传感机构可以具有例如以下环境传感器中的一个或多个：超声传感器、光学雷达传感器、视频传感器。
也就是说，根据一种实施方式，除了雷达数据还使用另外的传感器数据用于所述定位。
为了区分所探测的对象是涉及静止的对象还是移动的对象，根据一种实施方式设置，借助雷达测量将速度配属于所探测的对象。即优选地确定或测量所探测的对象的相应速度。因此可以以有利的方式在移动的对象和静止的对象之间进行区分。
根据一种实施方式，设置速度阈值，在所述速度阈值之上，将所探测的对象分类为移动的对象，而在所述速度阈值之下，将所探测的对象分类为静止的对象。这样的阈值的设置可以以有利的方式补偿或考虑在雷达测量中的可能的测量不准确性。
在一种实施方式中设置，所述比较包括所述雷达数据与所述数字地图的拟合(Fitten)。即以有利的方式执行匹配或回归(Regression)或均衡计算。尤其也就是说，使在定位的框架中求得的雷达数据与数字地图的雷达数据一致。在此，执行最大可能的一致性。
根据一种实施方式设置，借助迭代最近点算法(Iterative Closest PointAlgorithmus)和/或借助基于粒子的拟合算法(Fitalgorithm)来执行所述拟合。通过上述算法的设置，可以以有利的方式引起高效的均衡计算或高效的拟合。
根据一种实施方式，雷达传感机构具有从100m至250m的探测有效距离或检测有效距离和/或从30°至70°的探测视域或检测视域。
所述方法的功能性可以类似地从相应设备的功能性得出，反之亦然。也就是说，方法特征从所述设备特征得出，反之亦然。
附图说明
以下根据优选的实施例详细阐述本发明。在此示出：
图1：用于对车辆进行定位的方法的流程图，
图2：用于对车辆进行定位的设备，
图3：用于创建数字地图的方法的流程图，
图4：用于创建数字地图的设备，以及
图5-7：各一个被雷达图像覆盖的道路场景。
具体实施方式
图1示出用于对车辆进行定位的方法的流程图。
在步骤101中，借助GNS单元确定GNS车辆位置。在步骤103中，借助车辆的雷达传感机构传感式检测所述GNS车辆位置的环境，以便求取与所检测的环境相应的雷达数据。尤其也就是说，求取所述GNS车辆位置的环境的雷达图像。在本发明的意义中的雷达传感机构尤其包括一个或多个雷达传感器。
在本发明的意义中的GNS单元尤其包括一个或多个GNS传感器。
在步骤105中，基于所述雷达数据探测对象，所述对象位于所述GNS车辆位置的环境中。尤其也就是说，相应地进一步处理所述雷达数据，以便基于雷达数据探测在所述GNS车辆位置的环境中的对象。
在步骤107中，求取方向矢量，所述方向矢量从所探测的对象指向所述雷达传感机构或指向相对于车辆固定的其他参考点。尤其在所探测的多个对象的情况下求取相应的方向矢量。所述方向矢量尤其在所述GNS定位中是独立的。
在步骤109中，将所述雷达数据和所求取的一个方向矢量(或所求取的多个方向矢量)与数字地图进行比较。所述数字地图具有对象和配属于所述对象的方向矢量，其中，配属于所述对象的方向矢量指向所述数字地图中的以下位置：借助雷达传感机构从所述位置检测到了相应的所述对象。所述地图例如已借助所述用于创建数字地图的方法来创建。
在步骤111中然后设置，基于所述GNS车辆位置和所述比较求取经校正的车辆位置。
在根据步骤109的比较时例如设置，使所求取的雷达数据连同所求取的方向矢量与所述数字地图拟合。在步骤109中，尤其在进行所述比较的框架中设置，将所求取的方向矢量与所述数字地图的方向矢量进行比较。尤其在此设置，求取所述方向矢量互相的一致性的程度。这样的程度是所述一致性的概率或者可以例如作为用于以下概率计算的基础来使用：所探测的对象在车辆的定位的框架中以何种程度涉及所述数字地图的对象。
图2示出用于对车辆进行定位的设备201。所述设备201包括：
用于确定GNS车辆位置的GNS单元203，
雷达传感机构205，所述雷达传感机构用于传感式检测所述GNS车辆位置的环境，以便求取与所检测的环境相应的雷达数据，
处理器207，所述处理器构造用于基于所述雷达数据探测位于所述环境中的对象，以及
求取方向矢量，所述方向矢量从所探测的对象指向相对于车辆固定的参考点，其中，
所述处理器207此外构造用于将所述雷达数据和所求取的方向矢量与数字地图进行比较，所述数字地图具有对象和配属于所述对象的方向矢量，其中，配属于所述对象的方向矢量指向所述数字地图中的以下位置：借助雷达传感机构205从所述位置检测到了相应的所述对象，其中，
所述处理器207此外构造用于基于所述GNS车辆位置和所述比较求取经校正的车辆位置。
根据一种实施方式，所述设备201构造用于执行或实施图1的方法。
图3示出用于创建数字地图的方法的流程图。
在步骤301中，借助GNS单元确定车辆的GNS车辆位置。在步骤303中，借助车辆的雷达传感机构来传感式检测所述GNS车辆位置的环境，以便求取与所检测的环境相应的雷达数据。在步骤305中，探测位于GNS车辆位置的环境中的对象。这基于所述雷达数据。在步骤307中设置，求取相应的方向矢量，所述方向矢量从所探测的对象指向GNS车辆位置。根据步骤309然后设置，基于所述雷达数据和所求取的方向矢量来创建所述数字地图，从而所述数字地图包括所探测的对象和配属于所述对象的方向矢量。
因此以有利的方式提供数字地图，所述数字地图不仅包括关于所探测的对象的信息而且包括以下信息：在所述数字地图内，从哪个位置或从哪个地点借助所述雷达传感机构检测到了所探测的一个或多个对象。尤其也就是说，方向矢量从所探测的对象指向所属的测量位置。
图4示出用于创建数字地图的设备401。
所述设备401包括：
用于确定车辆的GNS车辆位置的GNS单元403，
雷达传感机构405，所述雷达传感机构用于传感式检测所述GNS车辆位置的环境，以便求取与所检测的环境相应的雷达数据，以及
处理器407，所述处理器构造用于基于所述雷达数据探测位于所述环境中的对象，以及
求取相应的方向矢量，所述方向矢量从所探测的对象指向所述GNS车辆位置，其中，
所述处理器407此外构造用于基于所述雷达数据和所求取的方向矢量创建所述数字地图，从而所述数字地图包括所探测的对象和配属于所述对象的方向矢量。
根据一种实施方式设置，所述设备401构造用于实施或执行用于创建数字地图的方法。
图5至7示出各一个道路场景，所述道路场景被雷达图像覆盖，所述雷达图像借助车辆的雷达传感机构检测到。
附图标记501示意性地指向道路场景，所述道路场景被雷达图像覆盖，包括多个道路503、505以及具有道路的两个桥507、509。附图标记511指向车辆，所述车辆在道路503、505或桥507、509上行驶。
附图标记513指向所绘出的雷达地点，在所述雷达地点处车辆借助其雷达传感机构已探测到对象。雷达地点(英语：Radar location)标记以下地点：在所述地点处雷达传感机构探测对象。在此，基于所述雷达测量可以是，多个雷达地点相应于一个物理对象。因此，例如桥基于其长度具有多个这样的雷达地点。所述对象513可以例如相应于桥507、509，即静止的对象。所绘出的雷达地点513也可以例如相应于所述车辆511，即移动的对象。
图6示出根据图5的具有所绘出的雷达地点513的道路场景501以及来源于所述数字地图的雷达地点。后者的雷达地点在此设有附图标记601。
图7对于图6附加地示出设有附图标记701的箭头。所述箭头701是从所绘出的雷达地点指向所属的测量点——即雷达测量的地点——的方向矢量。
本发明示出相对于出版文献US 20130103298A1的显著改善，其方式是，本发明也考虑角度信息(所述方向矢量)。本发明在保留以下优点的情况下改善所述方案的准确性和可靠性：所述优点例如是，可以使用通常的串联雷达传感器(Serien-Radar-Sensor)和通常的GNS传感器，这可以减少费用。
所提出的途径以有利的方式相对于符合标准的基于GNS的系统改善了定位估计的准确性。所述典型的准确性——该准确性以根据本发明的途径可以实现——是具有在行驶轨迹之下的准确性的精确定位，即子行驶轨迹准确性(Subfahrspurgenauigkeit)。这意味着，所述系统至少可以准确地确定车辆的当前轨迹。
准确性和可靠性在稠密的城市环境里不通过多重反射变差，如这在基于GNS定位的情况下是这种情形。通过发生变化的灯光条件也不限制基于所述根据本发明的方向矢量的准确性和可靠性，如这在基于视野的定位系统的情况下是这种情形。
所提出的系统仅仅需要一个(或多个)汽车雷达传感器(除了GNS系统)，所述一个(或多个)汽车传感器对于上升数目的新出厂车辆已经可供使用。所提出的系统的优点可以仅仅通过软件来实现。也就是说，以有利的方式不需要附加的硬件并且因此也不产生附加的硬件成本。
以下特征或者说实施方式可以例如单独地或组合地设置：
测绘(数字地图的创建)：
1.行驶
根据一种实施方式创建所述环境的数字地图。配备有汽车雷达传感器和GNS的车辆在行驶期间测绘所述道路。
2.雷达目标的扫描(对象的探测)
所述雷达传感机构(优选地包括一个或多个雷达传感器)绘出关于所述传感器的雷达回波的位置和在所述传感器的视域中的雷达测量的径向瞬时速度，见图5。所述位置与所述车辆的当前GNS位置一起被绘出。所述雷达传感机构提供与所述车辆的环境相应的雷达数据，即雷达图像。所述雷达回波的各个位置优选地标记为雷达地点。
3.动态的和静止的障碍物或对象之间的区分
在该步骤中，在静止的架空位置和动态的位置之间进行区分。静止的位置可以在铭牌、停放的车辆、篱笆柱、栅栏和其他不可运动的金属表面中存在，如静止位置沿着支路很普遍。动态的位置可以是例如处于运动中的其他车辆。优选地，车辆的运动——所述运动从车辆里程表(Bordodometrie)、方向盘角度、惯性传感机构等可获得——与其他车辆的所观察的相对速度组合，从而以有利的方式能够实现：关于道路地图的固定框架估计所述障碍物的运动。具有在预给定的阈值之下的绝对速度(例如3英里每小时)的位置被分类为静止的。所有其他的位置被分类为动态的。
4.停放的车辆
因为静止的基础设施通常主要是重要相关的，所以根据一种实施方式将在汽车样式的对象上或在其他潜在可运动的对象上的位置像在所述雷达数据中或在所述雷达图像中的这样的(潜在可运动的或运动的)。
5.制图
所有静止的位置或对象被输入到地理学编码的数据库中，所述数据库也可以称作雷达位置的地图。尤其不运动的、静止的基础设施的位置可以一同被记录到所述地图中。分类为动态的或者潜在地运动的位置不应一同被记录到所述地图中。
本发明的应被授予关键地位的新颖性是，角度方向的一同被考虑到地图中，从所述角度方向检测在所述对象上的位置。所述方向从所述角度导出，所述对象从所述角度测量到；见图7。
车辆的定位或者定位
1.GNS定位
所述GNS系统或所述GNS单元通过GNS确定其自身位置的粗略估计。
2.雷达位置的扫描
所述雷达传感机构绘出和在行驶期间在视域内的雷达测量的相对位置和径向瞬时速度。所述测量隐含地包括以下方向：从所述方向检测所述位置。
3.用于在线定位的处理
忽略所有非静止的(运动的)位置。然后，使静止的雷达测量与事先绘出的地图匹配，其中，使用匹配算法，例如迭代最近点算法或基于粒子的途径。
角度信息(方向矢量)，也就是说，所述方向——从所述方向看见在测量中的雷达位置——与存储在地图中的角度信息进行比较。所述方向相邻地越近，涉及同一个对象的概率越高
尤其归纳了一种用于确定车辆位置的方法，其通过在使用GNS单元的情况下取得大致的位置，其中，所述位置通过雷达传感器的在线传感器测量与数据库中的预存储的传感器测量或数字地图的比较来精确化，其中，以下方向明确地被用于所述定位：从所述方向进行所述测量。

Claims (8)

1.一种用于对车辆进行定位的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
借助GNS单元(203)确定(101)GNS车辆位置，
借助所述车辆的雷达传感机构(205)传感式检测(103)所述GNS车辆位置的环境，以便求取与所检测的环境相应的雷达数据(513，601)，
基于所述雷达数据(513，601)探测(105)位于所述环境中的对象(507，509，511)，
求取(107)方向矢量(701)，所述方向矢量(701)从所探测的对象(507，509，511)指向相对于车辆固定的参考点，
将所述雷达数据(513，601)和所求取的方向矢量(701)与数字地图进行比较(109)，所述数字地图具有对象(507，509，511)和配属于所述对象(507，509，511)的方向矢量(701)，其中，配属于所述对象(507，509，511)的所述方向矢量(701)指向所述数字地图中的以下位置：借助雷达传感机构(205)从所述位置检测到了相应的所述对象(507，509，511)，
基于所述GNS车辆位置和所述比较求取(111)经校正的车辆位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述雷达数据(513，601)求取，哪些被探测的对象(507，509，511)是静止的对象(507，509，511)而哪些被探测的对象(507，509，511)是移动的对象(507，509，511)，其中，在进行所述比较时忽略所述移动的对象(507，509，511)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述比较包括所述雷达数据(513，601)与所述数字地图的拟合。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，借助迭代最近点算法和/或借助基于粒子的拟合算法来执行所述拟合。
5.一种用于对车辆进行定位的设备(201)，所述设备包括：
用于确定GNS车辆位置的GNS单元(203)，
雷达传感机构(205)，所述雷达传感机构用于传感式检测所述GNS车辆位置的环境，以便求取与所检测的环境相应的雷达数据(513，601)，
处理器(207)，所述处理器构造用于基于所述雷达数据(513，601)探测位于所述环境中的对象(507，509，511)，以及
求取方向矢量(701)，所述方向矢量从所探测的对象(507，509，511)指向相对于车辆固定的参考点，其中，
所述处理器(207)此外构造用于将所述雷达数据(513，601)和所求取的方向矢量(701)与数字地图进行比较，所述数字地图具有对象(507，509，511)和配属于所述对象(507，509，511)的方向矢量(701)，其中，配属于所述对象(507，509，511)的所述方向矢量(701)指向所述数字地图中的以下位置：借助雷达传感机构(205)从所述位置检测到了相应的所述对象(507，509，511)，其中，
所述处理器(207)此外构造用于基于所述GNS车辆位置和所述比较求取经校正的车辆位置。
6.一种用于创建数字地图的方法，所述方法包括以下步骤：
借助GNS单元(403)确定(301)车辆的GNS车辆位置，
借助所述车辆的雷达传感机构(405)传感式检测(303)所述GNS车辆位置的环境，以便求取与所检测的环境相应的雷达数据(513，601)，
基于所述雷达数据(513，601)探测(305)位于所述环境中的对象(507，509，511)，
求取(307)相应的方向矢量(701)，所述方向矢量从所探测的对象(507，509，511)指向所述GNS车辆位置，
基于所述雷达数据(513，601)和所求取的方向矢量(701)创建(309)所述数字地图，从而所述数字地图包括所探测的对象(507，509，511)和配属于所述对象(507，509，511)的方向矢量(701)。
7.一种用于创建数字地图的设备(401)，所述设备包括：
用于确定车辆的GNS车辆位置的GNS单元(403)，
雷达传感机构(405)，所述雷达传感机构用于传感式检测所述GNS车辆位置的环境，以便求取与所检测的环境相应的雷达数据(513，601)，以及
处理器(407)，所述处理器构造用于基于所述雷达数据(513，601)探测位于所述环境中的对象(507，509，511)，以及
求取相应的方向矢量(701)，所述方向矢量从所探测的对象(507，509，511)指向所述GNS车辆位置，其中，
所述处理器(407)此外构造用于基于所述雷达数据(513，601)和所求取的方向矢量(701)创建所述数字地图，从而所述数字地图包括所探测的对象(507，509，511)和配属于所述对象(507，509，511)的方向矢量(701)。
8.一种计算机程序，所述计算机程序包括程序代码，用于当在计算机上实施所述计算机程序时执行根据权利要求1至4和6中任一项所述的方法。
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