CN108020229A - 用于定位车辆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于定位车辆(10)的方法，其具有以下步骤：‑由所述车辆(10)感应式地检测第一环境物体(11)；‑通过比较感应式地检测到的所述第一环境物体(11)的数据与第一数字地图(40)的地图数据来定位所述车辆(10)；其中‑在所述第一环境物体(11)的数据与所述第一数字地图(40)的地图数据的比较不可能位于限定的范围内的情况下，建立用于所述车辆(10)的局域环境的第二数字地图(50)，并且借助所述第二数字地图(50)执行所述车辆(10)的定位；其中‑为了建立所述第二数字地图(50)，使用求取装置(100)的第二环境物体(12,13)数据，这些数据由所述求取装置(100)传输给所述车辆(10)。

Description

用于定位车辆的方法
技术领域
本发明涉及一种用于定位车辆的方法。本发明还涉及一种用于提供用于车辆的定位数据的求取装置。本发明还涉及一种车辆。
背景技术
大量现代的驾驶员辅助系统(英文：Advanced Driver Assistance Systems，ADAS，高级驾驶员辅助系统)和尤其用于UAD(英文：urban automated driving，城市自主驾驶)的高度自动化车辆系统以足够精确地确定车辆位置或者说定位车辆为前提。在此，常常使用定位系统，该定位系统使用全球定位地图(例如能由后台系统调用)和来自车辆系统的环境模型的局域定位地图。
例如由C.Heigele,H.Mielenz,J.Heckel,D.Schramm在2014年7月7日至10日举办的2014年第17届信息融合(FUSION)国际会议上提出的“基于形状上下文的关键点在非结构化环境中精确并且快速定位，1至7页”(“Accurate and fast localization inunstructured enviroment based on shape context keypoints”,in InformationFusion(FUSION),2014 17th Intemational Conference,7-10July 2014 1-7)的定位方案被用于从具有地图匹配算法的所述两个定位地图中确定与地图相关的车辆姿态(车辆的位置和取向)，根据应用目的来优化这些算法。
在大多数情况下，优选具有决定性运行时间表现的尽可能计算效率高的算法。在相对于全球定位地图地基于地面标志来定位的情况下，例如能够使用所谓的“普鲁古斯特斯问题(Procrustes-Problem)”的完整解决方案，以便计算局域定位地图和全球定位地图之间的转换，例如由J.Rohde,J.E.Stellet,H.Mielenz,J.M.Zollner在2015年9月18日举办的2015年IEEE第18届国际会议上提出的“在智能运输系统(ITSC)中基于模型来推导感知精度要求用于车辆在城市环境中定位”，第712-718页(Model-Based Derivation ofPerception Accuracy Requirements for Vehicle Localization in UrbanEnvironments飞in Intelligent Transportation Systems(ITSC),2015IEEE 18thIntemational Conference,18Sept 2015,Seiten 712-718.)。
然而，不能在所有可能的场合下应用这些方法，因此必须例如不得不动用效率较低的算法。动态效应(例如行车道旁的停车位的交替占用，如这些停车位可能尤其出现在城市环境中的那样(例如当全球定位地图与局域定位地图明显不同时))或者与地图相关的定位完全不可能的情况(例如在拥堵状况下)需要特别的地图匹配方案。
在最后一种情况下必须解决完整的SLAM问题(英文：simultaneous localizationand mapping，同时定位和测绘)，以便能够根本实现定位。在此，基本同时地建立地图并且根据所建立的地图来定位。在最后所说的方案中的要行驶的路段通过在姿态估计中的漂移(Drift)来限界，因此与地图相关的定位具有有利特性。
在2016年，在IST会议上Continental公司已经提出一种用于道路照明的智能系统。在那里提出的系统具有不同的环境传感器并且将例如关于有缺陷的灯具的信息发送给中央数据服务器。此外，在另一扩展级别中设置有用于与车辆系统通信的单元。
由D.Meyer-Delius,J.Hess,G.Grisetti,W.Burgard在2010年10月18日至22日举办的2010IEEE/RSJ国际会议上提出的，，在智能机器人和系统(IROS)中用于在半稳态环境中可靠定位的暂时地图”，第5750-5722页(“Temporary maps for robust localizationin semi-static environments”,in Intelligent Robots and Systems(IROS),2010IEEE/RSJ International Conference 18-22Oct.2010,Seiten 5750-5722)已知一种系统，该系统在与地图相关的传统定位方案和SLAM方案之间进行切换。半稳态的环境被识别到，并且在前述两个方案之间执行切换。
此外，例如由Y.Zou,Krishnendu Chakrabarty在2003年INFOCOM的IEEE计算机和通信IEEE学会第22年度联合大会上提出的“基于虚拟力的传感器布置和目标定位”，2003版第二册第1293-1303页，("Sensor deployment and target localization based onvirtual forces",in INFOCOM 2003,Twenty-8econd Annual Joint Conference of theIEEE Computer and Communications-IEEE Societies,Vol.2,pp.1293-1303,Vol.2,2003.)已知用于规划传感器分布的多种方案(例如用于监视任务)。
JP 2003254775 A公开了一种用于车辆的导航装置，在该导航装置中能够相应于车辆的当前位置来执行传感器数据与数字地图数据的匹配。
WO 2015/156821 A1公开了一种具有第一定位系统、第二定位系统和控制装置的车辆定位系统。第一定位系统构造成用于以第一数据来定位车辆，第二定位系统构造成用于以第二数据来定位车辆。控制装置构造成，如果第一数据小于预先给定的范围那么在第一和第二定位系统之间进行切换。
发明内容
本发明的任务是，提供一种用于定位车辆的改进系统。
根据第一方面，借助用于定位车辆的方法来解决该任务，该方法具有以下步骤：
-由车辆感应式地检测第一环境物体；
-通过比较感应式地检测到的第一环境物体的数据与第一数字地图的地图数据来定位车辆；其中
-在第一环境物体的数据与第一数字地图的地图数据的比较不可能处于限定的范围内的情况下，建立用于车辆的局域环境的第二数字地图，并且借助第二数字地图执行车辆的定位；其中
-为了建立第二数字地图，使用求取装置的第二环境物体数据，这些数据由求取装置传输给车辆。
以该方式，基于局域求取装置的信息有利地支持定位模式的预先切换。结果，由此能够提高车辆的确定位置系统或者说定位系统的耐用性或者说可靠性。由此能够有针对性地使计算算法匹配于具体的要求和实际情况，由此，结果能够优化地使用计算功率。有利地，由此支持了定位系统的提高的可供使用性。结果，因此本方法与已知系统相比还具有这样的显著优点，即用于实施特定的定位算法所需的计算能力和最优的切换时间点已经在驶过相应的轨迹区段之前已知。
在本发明的范畴内可以使用这些方案，以便优化所使用的车辆环境传感器的数量、分布以及利用。
根据第二方面，借助用于为车辆提供定位数据的求取装置来解决该任务，所述求取装置具有：
-用于检测限定的环境物体的传感器装置；
-用于分析处理检测到的环境物体的数据的分析处理装置，和
-用于无线地传输涉及环境物体的、分析处理后的数据的传输装置。
根据第三方面，借助车辆解决该任务，所述车辆具有：
-定位装置；和
-切换装置，用于根据在车辆运行期间从求取装置接收到的、涉及限定的环境物体的数据来切换定位装置的运行方式。
本方法的有利扩展方案是本发明的扩展技术方案。
本方法的有利扩展方案设置，为了建立第二数字地图，使用限定的参考系统。以该方式能够使用具有已知坐标例如UTM坐标(英文：Universal Transverse Mercator，通用横轴墨卡托坐标)的本身已知的坐标系用于建立第二数字地图。
本方法的另一有利扩展方案设置，为了借助第二数字地图来定位车辆，基本上使用用于感应式地检测第二环境物体的算法。以该方式，车辆能够在限定的环境中感应式地检测事实上存在的物体并且能够以该方式有效率地使用计算能力。以该方式，能够有针对性地使计算算法匹配于具体的实际情况。
本方法的另一有利扩展方案设置，在接收由求取装置提供的第二环境物体的数据时执行用于感应式地检测第二环境物体的算法的初始化。以该方式有利地支持，该系统已经提前地、也就是说在靠近改变的周围环境条件时适配于新的实际情况，并且从一开始就能提供完全的计算功率用于新环境中的改变的定位模式。结果，由此支持了车辆的无中断行驶。
本方法的另一有利扩展方案设置，涉及第二环境物体的数据包括至少一定数量的停泊的车辆。由此，车辆能够例如在居住区中灵活行驶时根据呈停泊的车辆的形式的、事实上存在的环境物体来执行有效率的定位。
所公开的方法特征类似地由相应公开的设备特征得到，并且反之亦然。这尤其意味着，涉及方法的特征、技术优点和实施以类似的方式由涉及求取装置和/或涉及车辆的相应实施、特征和优点得到，并且反之亦然。
附图说明
接下来借助其他特征和优点根据多个附图详细描述本发明。附图首先被考虑用于阐明本发明重要的原理，而不一定比例可靠地被实施。在附图中示出：
图1本发明方法的作用方式的示意图；
图2所提出的车辆的简化图；
图3所提出的求取装置的简化图；
图4本发明方法的实施方式的示意性流程。
具体实施方式
在下文中，术语“自动化机动车”在含义上与“部分自动化机动车”、“自主机动车”和“部分自主机动车”同义地被使用。
本发明尤其包括这样的构思：预先或者说提前规划和执行地图匹配算法(用于比较感应式检测到的环境数据与来自数字地图的地图数据的算法)的切换和相应的定位方案。由此能够有利地影响定位模式的精度、耐用性和所需的计算能力。作为用于本发明系统的输入参数，呈所谓的局域云系统形式的局域求取装置的信息用于求取环境物体的特定数据，例如一定数量的沿着行车道停泊的车辆、交通流量、房屋墙壁、篱墙等。
所提出的方法根据所说的输入参数决定要使用的地图匹配方案和定位方案。在一个有利构型中，所述决定基于描述可探测到的地面标记、所使用的匹配算法和定位精度之间的联系的随机模型来作出。在另一可能的构型中，所述决定根据凭经验获得的经验值来作出，这些经验值例如以在所提出的系统中的专家系统(Expertensystems)形式被代表。
图1示出一种交通情景，针对该交通情景以原理性方式阐释所提出的方法。可看到在道路1上沿着轨迹2正在运动的自动化车辆10。在第一位置A上根据第一(全球)数字地图40来定位车辆10，其中，借助车辆10的传感器装置(未示出)感应式地检测第一环境物体11(例如柱子、交通指示牌等)。
在接着驶过的位置B中，车辆10由呈局域云系统形式的求取装置100接收涉及路线3中的第二环境物体12,13,14的特定数据，接着车辆10沿着轨迹2转弯到该路线中。路线3位于例如具有沿着路线3停泊的大量车辆12的、密集建造的居住区中。在此，由求取装置100将呈房屋墙壁13和/或篱墙14形式的环境物体的数据传输给车辆10。优选，由求取装置100传输至少涉及一定数量的停泊车辆12的数据。也还可考虑未示出的其他第二环境物体。从接收到求取装置100的、涉及第二环境物体12,13,14的数据起，车辆10不再能够借助第一环境物体11的数据来充分地定位，例如因为沿着路线3的第一环境物体11的数量明显较少。优选，能够在数额方面限定，从借助第一环境物体11或者第二环境物体12,13,14实现的定位能力的哪个程度起执行定位模式的切换。
因此，作为由求取装置100传输的信息的结果，在位置B中车辆10能够提前地切换正在运行的定位模式并且为了定位现在激活一些算法，这些算法不再感应式地主要检测并且处理第一环境物体11，而是主要检测并且处理呈停泊的车辆、房屋墙壁、篱墙等形式的第二环境物体12,13,14。同时，从切换定位模式的时刻起建立第二(局域)数字地图50，借助该地图车辆10沿着路线3定位。结果，这意味着提前识别路线3中的环境状况，由此能够提前切换定位特性，由此有利地、有效率地使用车辆10内的计算能力。
在离开路线3之后能够在车辆10中重新激活用于检测和处理第一环境物体11的定位模式。在另一替代方案中也可考虑，借助其他求取装置100检测其他(未示出的)环境物体，这些环境物体的数据引起另一定位模式的算法的激活(未示出)。因此，该方法不限于仅两个不同的定位模式。
图2示出所提出的车辆10的实施方式的非常简化的原理图。在车辆10中可看到定位装置20，借助该定位装置执行车辆10的定位。在此，定位装置20包括本身已知的传感器元件，例如激光雷达、雷达、摄像机等。定位装置20在功能上与切换装置30连接。在定位装置20从求取装置100无线地接收到涉及第二环境物体12,13,14的数据情况下，定位装置20识别到，现在可以改变定位模式。
为此目的，切换装置30切换定位装置20内的定位算法，使得此后借助定位装置20的相应地适配的算法来执行定位。为了在这些算法之间切换，能够使用本身已知的方法。以该方式，在车辆10的运行中已经提前实现了定位算法的切换，从而实现了车辆10内的计算能力的最优利用。
因此，所提出的系统包括至少一个呈局域云系统形式的求取装置100、在车辆侧的接收和发送单元和用来切换用于车辆定位的算法的装置，其中，作为由求取装置100传输的数据的结果，或者实施地图匹配算法或者实施用于解决SLAM问题的算法。每个车辆10从局域云系统沿所行驶的轨迹2获得关于要预计的环境的信息。
图3示出局域求取装置100的简化方框图。可看到用于检测求取装置100的环境中的第二环境物体12,13,14的传感器装置110。借助分析处理装置120主要地准备数据并且借助传输装置130将数据无线地优选传输给车辆10用于在定位方法中利用。然而，例如为了分析处理交通信息也还可考虑由求取装置100传输的、涉及环境物体12,13,14的数据的其他接收装置。
图4示出所提出的方法的实施方式的原理性流程。
在步骤200中，通过车辆10感应式地检测第一环境物体11。
在步骤210中，通过比较感应式地检测出的第一环境物体11的数据与第一数字地图40的地图数据来执行车辆10的定位，其中，在第一环境物体11的数据与第一数字地图40的地图数据的比较不可能处于限定的范围内的情况下，建立用于车辆10的局域环境的第二数字地图50并且借助第二数字地图50执行车辆10的定位，其中，为了建立第二数字地图50，使用检测装置100的第二环境物体12,13的数据，这些数据由检测装置100传输给车辆10。
专业人员会以合适的方式改变和/或相互组合本发明的特征，而不会偏离本发明的核心。

Claims (8)

1.用于定位车辆(10)的方法，具有以下步骤：
-由所述车辆(10)感应式地检测第一环境物体(11)；
-通过比较感应式地检测到的所述第一环境物体(11)的数据与第一数字地图(40)的地图数据来定位所述车辆(10)；其中
-在所述第一环境物体(11)的数据与所述第一数字地图(40)的地图数据的比较不可能处于限定的范围内的情况下，建立用于所述车辆(10)的局域环境的第二数字地图(50)，并且借助所述第二数字地图(50)执行所述车辆(10)的定位；其中
-为了建立所述第二数字地图(50)，使用求取装置(100)的第二环境物体(12,13)数据，这些数据由所述求取装置(100)传输给所述车辆(10)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，为了建立所述第二数字地图(50)，使用限定的参考系统。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，为了借助所述第二数字地图(50)来定位所述车辆(10)，基本上使用用于感应式地检测所述第二环境物体(12,13)的算法。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在接收由所述求取装置(100)提供的所述第二环境物体(12,13)数据时执行用于感应式地检测所述第二环境物体(12,13)的算法的初始化。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，涉及所述第二环境物体(12,13)的数据包括至少一定数量的停泊车辆。
6.用于为车辆(10)提供定位数据的求取装置(100)，具有：
-用于检测限定的环境物体(12,13)的传感器装置(110)；
-用于分析处理检测到的所述环境物体(12,13)的数据的分析处理装置(120)，和
-用于无线地传输涉及所述环境物体(12,13)的、分析处理后的数据的传输装置(130)。
7.车辆(10)，具有：
-定位装置(20)；和
-切换装置(30)，用于根据在所述车辆(10)的运行期间从求取装置(100)接收到的、涉及限定的环境物体(12,13)的数据来切换所述定位装置(20)的运行方式。
8.计算机程序产品，具有在该计算机程序产品在计算装置(20,30)上运行或存储在计算机可读的数据载体上时用于执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法的程序代码单元。
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