CN108291814A

CN108291814A - 用于在环境中点精确地定位机动车的方法、设备、地图管理装置和系统

Info

Publication number: CN108291814A
Application number: CN201680068968.5A
Authority: CN
Inventors: A.蒂特泽; S.奥特曼恩
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2018-07-17
Also published as: KR102166512B1; EP3380810A1; US20180347991A1; DE102016205433A1; EP3380810B1; KR20180048985A

Abstract

用于在环境中点精确地定位机动车的方法、设备、地图管理装置和系统。本发明涉及用于在环境（12）中点精确地定位机动车（50）的方法，包括如下步骤：在机动车（50）中的设备（2）中：通过至少一个照相机（4）检测机动车（50）的环境（12）的图像序列，通过分析单元（5）在所检测的图像序列中对物体（28）进行识别和分类，通过分析单元（5）确定物体（28）相对于机动车（50）的物体位置，规定环境（12）中的分段（13），其中分段（13）具有预先确定的大小以及预先确定的边界（14‑17），将物体（28）与所规定的分段（13）中的确定的物体位置相关联，确定所述机动车（50）的在分段（13）之内的车辙（22），通过发送装置（6）将物体信息和物体（28）的位置、关于所规定的分段（13）的分段信息、车辙信息和时间信息传输给地图管理装置（3）。在地图管理装置（3）中，接收数据并且与数字地图（60）进行比较。随后，将相对应的环境地图传输给设备（2），并且与所规定的分段（13）的环境数据相比较，并且定位机动车（50）。本发明还涉及一种设备（2）、所属的地图管理装置（3）和所属的系统（1）。

Description

用于在环境中点精确地定位机动车的方法、设备、地图管理装置和系统

技术领域

本发明涉及机动车的用于在环境中点精确地定位机动车的设备、地图管理装置、系统和方法。

背景技术

现代机动车具有多个辅助系统，属于此的还有导航系统，所述导航系统能够在环境之内定位机动车。这种导航系统例如基于全球位置确定系统（GPS），其中机动车的位置通过分析多个卫星支持的信号来确定。此外，也已知如下系统，其中由机动车的环境建立地图。在经过已经测绘的区域的随后的行驶中，机动车于是能够在所建立的地图中被定位。

从DE 10 2014 002 821 A1中已知用于在周围中定位移动装置的方法，其中装置具有多个用于利用不同的定位方法检测装置的周围的传感器，其中对于周围存在参考地图，所述参考地图包括周围之内的多个位置，其中对于周围之内的至少一个位置推荐至少一个定位方法，所述定位方法能够借助用于检测周围的至少一个传感器来执行，其中对于移动装置的当前的位置，为了定位装置使用至少一个按照参考地图所推荐的定位方法，所述定位方法可借助至少一个传感器执行。

从DE 10 2011 119 762 A1中已知适合于机动车的位置确定系统和相应的方法。系统包括：数字地图，在所述数字地图中以定位的方式记录关于地点特定的特征的数据；用于检测车辆周围中的地点特定的特征的环境识别设备；和与数字地图和环境识别设备耦合的定位模块。定位模块具有处理单元，所述处理单元用于调准所检测的数据和在数字地图中记录的关于地点特定的特征的数据并且用于根据在数字地图中定位地记录的地点特定的特征来定位车辆位置。此外，系统包括车辆的、针对车辆移动数据的惯性测量单元，该惯性测量单元与定位模块耦合，该定位模块的处理单元被配置用于：基于根据地点特定的特征定位的位置借助于车辆运动数据来确定车辆位置。

发明内容

本发明所基于的技术问题是：实现用于在环境中定位机动车的方法和系统，其中改进在环境中定位机动车。

根据本发明，所述技术目的通过具有权利要求1的特征的方法、具有权利要求8的特征的设备、具有权利要求9的特征的地图管理装置和具有权利要求10的特征的系统来实现。本发明的有利的设计方案由从属权利要求得出。

特别地，提供一种用于在环境中点精确地定位机动车的方法，所述方法包括如下步骤：在机动车中的设备中：通过至少一个照相机检测机动车的环境的图像序列，通过分析单元在所检测的图像序列中对物体进行识别和分类，通过分析单元确定物体相对于机动车的物体位置，规定环境中的分段，其中分段具有预先确定的大小以及预先确定的边界，将所识别的且分类的物体与所规定的分段中的确定的物体位置相关联，通过分析单元确定机动车的在分段之内的车辙，通过发送装置将所识别且分类的物体的物体信息和物体位置、关于所规定的分段的分段信息、车辙信息和时间信息传输给地图管理装置；并且包括如下步骤，在地图管理装置中：从设备接收物体信息和物体位置、关于分段的分段信息、车辙信息和时间信息，基于物体信息和物体位置、分段信息、车辙信息和时间信息将分段的接收到的信息与数字地图进行比较，确定数字地图中的相对应的分段，将数字地图中的与分段相对应的环境数据传输给设备；还包括如下步骤，在机动车中的设备中：借助于接收装置从地图管理装置接收环境数据，通过分析单元将所接收的环境数据与所规定的分段进行比较，通过分析单元基于比较结果在环境中定位机动车。

此外，实现机动车的用于在环境中点精确地定位机动车的设备，所述设备包括：用于检测机动车的环境的图像序列的至少一个照相机；分析单元，其中分析单元被构造用于：识别和分类所检测的图像序列中的物体，确定所识别和分类的物体相对于照相机的物体位置，规定环境中的分段，其中分段具有预先确定的大小以及预先确定的边界，将所识别的且分类的物体与所规定的分段中的确定的物体位置相关联，和确定机动车的在分段中存在的车辙；和发送装置，所述发送装置被构造用于：将所识别且分类的物体的物体信息和物体位置、关于所规定的分段的分段信息、车辙信息和时间信息传输给地图管理装置；和接收装置，所述接收装置被构造用于：从地图管理装置接收环境数据，其中分析单元还被构造用于：将所接收的环境数据与所规定的分段进行比较，并且基于比较结果在环境中定位机动车。

此外，实现一种地图管理装置，其包括：接收装置，所述接收装置被构造用于：从设备接收物体信息和物体位置、关于分段的分段信息、车辙信息和时间信息；比较装置，所述比较装置被构造用于：基于物体信息和物体位置、分段信息、车辙信息和时间信息将分段的接收到的信息与数字地图进行比较，并且确定数字地图中的相对应的分段；和发送装置，所述发送装置被构造用于：将数字地图中的与分段相对应的环境数据传输给机动车。

以协同的方式从中形成用于在环境中点精确地定位机动车的系统，所述系统包括机动车的用于在环境中点精确地定位机动车的至少一个设备和地图管理装置。

在一个实施方式中规定：在分段中通过由左侧的车辙边界和右侧的车辙边界构成的通道描述所确定的车辙，其中左侧的车辙边界和右侧的车辙边界分别作为车辙函数来描述。这具有的优点是：对于描述车辙所需的数据量能够被降低。由此在经由至少一个移动装置和地图管理装置之间的通信连接进行通信时节约带宽。

尤其在一个实施方式中规定：车辙函数构造为三阶多项式函数。这引起在灵活的同时尤其强地减少数据。于是，对每个坐标仅必须传输四个系数，使得在三维的情况下对每个分段必须传输总共12个系数。在此尤其能够规定：多项式函数具有时间作为独立的变量。但是一样可以的是：将地点坐标，例如行驶路径等用作为独立的变量。

在另一实施方式中规定：通过将左侧的车辙边界和右侧的车辙边界和/或所属的车辙函数与针对所规定的分段接收的环境数据比较，在所述所规定的分段中定位机动车。这具有的优点是：定位能够尤其有效且快速地执行，因为仅必须将非常少量的数据相互比较。

在一个实施方式中尤其规定：在机动车中附加地借助于全球位置确定装置来确定一个或多个与所规定的分段相对应的位置信息，其中所述位置信息同样传输给地图管理装置，并且由地图管理装置在比较时予以考虑。这具有的优点是：加速比较，因为机动车在环境中的或在数字地图中的粗略位置已经已知。由此，仅必须将数字地图中的较小的区域与所传输的数据比较，并且研究其相似性。能够将例如全球定位系统（GPS）或伽利略系统用作为全球位置确定系统。

在另一实施方式中规定：从所接收的环境数据中相对于机动车，确定机动车的环境中的物体的物体位置。这能够实现：提供物体相对于机动车的精确的相对位置。当机动车半自动或自动行驶时，这是尤其有利的。于是，根据物体，对于机动车能够确定在环境中的精确的定向和位置。

在另一实施方式中还规定：地图管理装置将包含在环境数据中的物体分类为路标或障碍。这种分类能够为机动车中的分析单元随后实现：快速且有效地识别障碍并且将绕行所述障碍或者及时地在其之前停住。此外，通过在地图管理装置中的分类能够节约运算功率，因为在多个设备或机动车的情况下仅必须一次性进行分类，并且每个设备或每个机动车不必单独地对物体进行分类。总体上，以该方式节约资源并且能够降低成本。

尤其还能够规定：也由地图管理装置建立数字地图。对此，地图管理装置分析所识别的且分类的物体的由该机动车中的设备和/或另外的机动车中的设备或另外的移动装置传输的物体信息和物体位置、关于所规定的分段的分段信息、车辙信息和时间信息，并且将相邻的分段拼接。随后，拼接的分段合并成数字地图。

设备、地图管理装置以及还有系统的一部分也能够单独地或组合地构造为硬件和软件的组合，例如构造为程序代码，所述程序代码在微控制器或微处理器上执行。

附图说明

下面，根据优选的实施例参考附图详细阐述本发明。在此：

图1示出用于在环境中点精确地定位机动车的系统的一个实施方式的示意图；

图2示出用于说明方法的、机动车的典型的环境的示意图；

图3示出所规定的分段利用车辙函数的示意性描述。

具体实施方式

在图1中示出用于在环境12（参见图2）中点精确地定位机动车50的系统1的示意图。系统1包括：至少一个设备2，所述设备在该示例中构造在机动车50中；和地图管理装置3，所述地图管理装置例如构造为中央服务器。地图管理装置下面尤其也应执行数字地图的建立。

设备2包括照相机4、分析单元5、发送装置6和接收装置33。地图管理装置3例如包括接收装置7、拼接装置8、合并装置9、其中存储有数字地图60的存储器10、发送装置34和比较装置35。

图2示出用于说明方法的、机动车50的典型的环境12的示意图。照相机4（见图1）例如指向机动车50的行驶方向11。照相机4检测机动车50的环境12的图像的序列。所检测的图像序列由照相机4输送给分析单元5。分析单元5从图像序列中规定分段13。所述分段13具有预先给定的大小。这种分段13还具有前部边界14、后部边界15、右侧边界16和左侧边界17。在所规定的分段13中存在街道18的部段，机动车50刚好处于所述街道上，以及存在街道18的周围19的一部分。另外的分段20在稍后的时间点从另一图像序列中规定，使得另外的分段20的后部边界21等于之前规定的分段13的前部边界14。以该方式，机动车50的环境12逐步地在不同的时间点检测并且连续地以分段13、20的形式相互排列。

在每个分段13、20中，分析单元5确定机动车50的车辙22。在该示例中，车辙22在右侧上通过街道18的车道边界23限界，其中右侧的车道边界23例如能够通过右侧的行车线给定。车辙22的左侧车辙边界24例如通过街道18的中线25来给定。

车辙22的相应的车辙边界23、24借助于图像识别方法在分析单元5中识别，并且例如针对每个坐标数学上以三阶多项式的形式描述：

。

坐标X、Y和Z涉及如下坐标系，所述坐标系例如参考分段22的前部边界14的中点或照相机位置。坐标X在行驶方向11上描述坐标系，坐标Y沿侧向方向描述坐标系并且坐标Z沿竖直方向描述坐标系。因此，函数X(t)描述X方向上的与时间t相关的函数，所述函数与如下时间关联，在所述时间确定分段13。因此，所识别的车辙22的每个点在空间上被限定。车辙函数的系数能够数学地通过适当的拟合方法来确定，使得各个车辙函数通过所确定的系数a₁、a₂、a₃、a₀和b₁、b₂、b₃、b₀和c₁、c₂、c₃、c₀来确定，并且作为时间函数描绘车辙边界23、24。在图3中示出分段13利用车辙函数的示意性描述。

系数构成车辙信息，所述车辙信息与时间信息和分段信息一起借助于设备2的发送装置6传输给地图管理装置3或服务器。传输例如借助于无线通信连接32进行（参见图1）。

通过借助多项式函数描述车辙22能够显著地降低要传输的数据量，使得对每个分段13、20仅必须传输小的数据量。

还规定：也检测环境12中的另外的物体28。因此，例如在车辙22的周围19中或在车辙22上存在路标26和障碍27。路标26例如能够是树或街道照明装置。障碍27例如能够为另一机动车，所述另一机动车标记拥堵的末端或者指示：在所述车辙22上工作并且必须切换车辙22。

照相机4检测图像内容并且借助于适合于物体识别的方法而能够确定，其为哪个物体28。在此，能够使用用于物体识别的全部已知的方法。同样可能的是：确定物体28例如相对于照相机4的位置。这例如通过将所识别的物体28与存储在表格中的物体比较来进行。由此，确定物体28的大小并且随后能够推断出距机动车50或照相机4的间距。通过在多个依次确定的分段13、20中确定物体28相对于照相机4的角度，物体28的位置是已知的。位置例如能够以矢量的形式限定或作为具有相应的物体类型的坐标限定。所述物体信息同样确定为关于每个分段13、20的时间函数，并且借助于发送装置6传输给地图管理装置3或服务器。

地图管理装置3接收物体信息和所属的物体位置、关于每个分段13、20的分段信息、车辙信息和时间信息。借助适当的方法，于是能够将它们组合，使得形成具有车辙22的数字地图60。在此，为了组合分段例如能够使用已知的图案识别方法。这种方法借助现有的信息能够：关联分段信息并且在相应一致的情况下彼此拼接分段13、20。

各个分段13、20的拼接在地图管理装置3中例如由拼接装置8执行。

不同分段13、20之间的相似性例如通过车辙函数的系数的比较来确定。当所述系数一致时，能够从以下出发：涉及相同的车辙22。为了验证，还将另外的信息相互比较，诸如关于物体28的类型和位置的物体信息，所述物体位于车辙22之外。

车辙22的数字地图60能够通过如下方式改进：多个设备2，例如机动车50中的多个设备分别将物体信息和所属的物体位置，关于每个分段的分段信息、车辙信息和时间信息发送给地图管理装置3，并且地图管理装置3使用所述信息，以便从中例如借助于加权和取平均值或彼此叠加，建立具有尤其高精度的数字地图60。

多个设备2的多个分段13、20的取平均值在地图管理装置3中例如由合并装置9执行。数字地图60存储在存储器10中并且能够在那里随时改变和再次调出。

如果例如分段13、20的物体28已经改变，那么在地图管理装置3中该方法确保：在第一步骤中确定数量的信息一致。这例如能够是车辙22的系数。如果在比较时其他参数、诸如物体28（例如为树）的物体大小和物体类型也一致，那么从以下出发：涉及以下分段13、20，所述分段已经在较早的时间点检测并且存储在数字地图60中。

在地图管理装置3中或在服务器中，因此将环境12的映像在局部（数字地图60）和全局的坐标系中组合，所述映像由分段13、20中的多个信息构成。特别地，因此可以将多个设备2的多个所检测的图像序列合并成唯一的、非常精确的数字地图60。

借助将物体识别和分类为路标26或障碍27并且对所属的物体位置取平均值能够计算在世界坐标系中的高度精确的定位。所述定位用于将分段13、20锚定在数字地图60中。

地图管理装置能够：将环境12的组合的映像作为数字地图60发送给机动车50中的设备2。对此，接收到的物体信息和物体位置、关于分段13的分段信息、车辙信息和时间信息由地图管理装置3的比较装置35通过如下方式进行分析：分段13与数字地图60比较。随后，借助于发送装置34将数字地图60中的与分段13相对应的环境数据传输给设备2。

如果设备2借助接收装置33接收环境数据，那么环境12的接收到的分段在分析单元5中与刚好记录的分段13比较，并且机动车50中的设备2的准确位置通过分析偏差来确定。借助该方法可行的是：确定机动车50在车辙22上的精确位置。附加地可行的是：确定物体28在机动车50的环境12中的精确位置。

以该方式能够以厘米范围精确地确定车辙22的左侧边界24和右侧边界23。机动车50能够由此精确地定位在车辙22上。该精确的定位尤其对于自动行驶是重要的。

同样有利的是，将物体28精确地定位在机动车50的环境12中并且在数字地图60中标记。在此尤其有利的是：物体28在地图管理装置3中分类为车辙22上的障碍27。通过将障碍27的相应的分类传输给机动车50中的设备2，机动车50能够准确地绕行该障碍27，在该障碍27之前停住或者对其他交通参与者警告该障碍。

此外，附加地能够规定，借助机动车50中的附加的全球位置确定系统（GPS）执行粗略的位置估计。位置估计于是同样传输给地图管理装置3，使得能够更有效地且更快速地在数字地图60中找出相应的分段13、20。

设备2的、地图管理装置3的并且还有系统1的一部分能够单独地或组合地构造为硬件和软件的组合，例如构造为程序代码，所述程序代码在微处理器或微控制器上执行。

附图标记列表

1 系统

2 设备

3 地图管理装置

4 照相机

5 分析单元

6 发送装置

7 接收装置

8 拼接装置

9 合并装置

10 存储器

11 行驶方向

12 环境

13 分段

14 前部边界

15 后部边界

16 右侧边界

17 左侧边界

18 街道

19 周围

20 另外的分段

21 另外的分段的后部边界

22 车辙

23 右侧的车道边界

24 左侧的车辙边界

25 中线

26 路标

27 障碍

28 物体

32 通信连接

33 接收装置

34 发送装置

35 比较装置

50 机动车

60 数字地图。

Claims

1.一种用于在环境（12）中点精确地定位机动车（50）的方法，所述方法包括如下步骤：

-在所述机动车（50）中的设备（2）中：

通过至少一个照相机（4）检测所述机动车（50）的环境（12）的图像序列，通过分析单元（5）在所检测的图像序列中对物体（28）进行识别和分类，通过所述分析单元（5）确定所述物体（28）相对于所述机动车（50）的物体位置，规定所述环境（12）中的分段（13），其中所述分段（13）具有预先确定的大小以及预先确定的边界（14，15，16，17），将所识别的且分类的物体（28）与所规定的分段（13）中的确定的物体位置相关联，通过所述分析单元（5）确定所述机动车（50）的在所述分段（13）之内的车辙（22），通过发送装置（6）将所识别且分类的物体（28）的物体信息和物体位置、所规定的分段（13）的分段信息、车辙信息和时间信息传输给地图管理装置（3）；

-在所述地图管理装置（3）中：

从所述设备（2）接收所述物体信息和所述物体位置、关于所述分段（13）的所述分段信息、所述车辙信息和所述时间信息，基于所述物体信息和所述物体位置、所述分段信息、所述车辙信息和所述时间信息将所述分段（13）的接收到的信息与数字地图（60）进行比较，

确定所述数字地图（60）中的相对应的分段（13），将所述数字地图（60）中的与所述分段（13）相对应的环境数据传输给所述设备（2）；

在所述机动车（50）中的设备（2）中：

借助于接收装置（33）从所述地图管理装置（3）接收所述环境数据，通过所述分析单元（5）将所接收的环境数据与所规定的分段（13）进行比较，

通过所述分析单元基于比较结果在所述环境（12）中定位所述机动车（50）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在分段（22）中通过由左侧的车辙边界（24）和右侧的车辙边界（23）构成的通道描述所确定的车辙（22），其中所述左侧的车辙边界（24）和所述右侧的车辙边界（23）分别作为车辙函数来描述。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述车辙函数构造为三阶多项式函数。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过将所述左侧的车辙边界（24）和所述右侧的车辙边界（23）和/或所属的车辙函数与针对所规定的分段（13）接收的环境数据比较，在所述所规定的分段（13）中定位所述机动车（50）。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述机动车（50）中附加地借助于全球位置确定装置确定一个或多个与所规定的分段（13）相对应的位置信息，其中所述位置信息同样传输给所述地图管理装置（3），并且由所述地图管理装置（3）在比较时予以考虑。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，从所接收的环境数据中相对于所述机动车，确定所述机动车（50）的环境（12）中的物体（28）的物体位置。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述地图管理装置（3）将包含在所述环境数据中的物体（28）分类为路标（26）或障碍（27）。

8.一种机动车（50）的用于在环境（12）中点精确地定位机动车（50）的设备（2），所述设备包括：

用于检测所述机动车（50）的环境（12）的图像序列的至少一个照相机（4），

分析单元（5），其中所述分析单元（5）被构造用于：识别和分类所检测的图像序列中的物体（28），确定所识别和分类的物体（28）相对于所述照相机（4）的物体位置，规定所述环境（12）中的分段（13），其中所述分段（13）具有预先确定的大小以及预先确定的边界（14，15，16，17），将所识别的且分类的物体（28）与所规定的分段（13）中的确定的物体位置相关联，和确定所述机动车（50）的在所述分段（13）中存在的车辙（22），和

发送装置（6），所述发送装置被构造用于：将所识别且分类的物体（28）的物体信息和物体位置、关于所规定的分段（13）的分段信息、车辙信息和时间信息传输给地图管理装置（3），和

接收装置（33），所述接收装置被构造用于：从所述地图管理装置（3）接收环境数据，

其中所述分析单元（5）还被构造用于：将所接收的环境数据与所规定的分段（13）进行比较，并且基于比较结果在所述环境（12）中定位所述机动车（50）。

9.一种地图管理装置（3），其包括：

接收装置（7），所述接收装置被构造用于：

从设备（2）接收物体信息和物体位置、关于分段（13）的分段信息、车辙信息和时间信息，

比较装置（35），所述比较装置被构造用于：基于所述物体信息和所述物体位置、所述分段信息、所述车辙信息和所述时间信息将所述分段（13）的接收到的信息与数字地图（60）进行比较，并且确定在所述数字地图（60）中的相对应的分段（13），和

发送装置（34），所述发送装置被构造用于：将所述数字地图中的与所述分段（13）相对应的环境数据传输给所述机动车。

10.一种用于在环境（12）中点精确地定位机动车（50）的系统（1），所述系统包括根据权利要求8所述的至少一个设备（2）和根据权利要求9所述的地图管理装置（3）。