CN108983266A - 基于道路的被观测几何特征的自动化车辆地图定位 - Google Patents

基于道路的被观测几何特征的自动化车辆地图定位 Download PDF

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Abstract

一种用于指引自动化车辆的地图定位系统(10)包括路径探测器(22)、数字地图(20)以及控制器(34)。所述路径探测器(22)用于检测主车辆(12)所行驶的道路(26)的被观测几何特征(24)。所述数字地图(20)表征可供该主车辆(12)行驶的道路的测绘几何特征(32)。所述控制器(34)与所述路径探测器(22)以及所述数字地图(20)通信。所述控制器(34)设置为基于所述被观测几何特征(24)与所述测绘几何特征(32)的比较来确定该主车辆(12)在数字地图(20)上的位置(18)。

Description

基于道路的被观测几何特征的自动化车辆地图定位
技术领域
本发明总体上涉及一种用于指引自动化车辆的地图定位系统，尤其涉及一种基于主车辆观察到的被观测几何特征与数字地图上显示的测绘几何特征的比较来确定该主车辆在数字地图上的位置的系统。
背景技术
众所周知，自动化车辆在数字地图上的位置需要使用基于人造卫星的全球定位系统(GPS)所提供的坐标来确定。然而，当GPS接收器无法工作或未接收到人造卫星发送的信号时，就需要一种在数字地图上确定位置的后备方法。
发明内容
在生物特征与司法科学领域，指纹的细节是用于匹配指纹的主要特征。所述细节包括：纹路尾部－纹路的突然结束；纹路分叉－一条单独的纹路分叉为两条纹路；短纹路或独立纹路－一条开始后延长一段简短的距离然后结束的纹路；孤纹－在短纹路或纹路尾部内部的不与其它纹路连接的一条单独的微小纹路；纹路圈－一条单独的纹路分叉不久之后重聚成为一条单独的纹路继续延伸；毛刺－从一条较长的纹路上分支出来的一条短纹路的分叉；交叉或跨接－一条延伸在两条平行纹路之间的短小纹路；三角－一段Y型纹路汇合；以及中心－纹路图案中的U型转弯。为解决自动化车辆中的GPS接收器无法工作或未收到人造卫星发送的信号的问题，本案提出一种指引系统，该指引系统利用类似于指纹匹配技术的匹配技术来识别道路的各种特征和/或邻近道路的物体来确定在数字地图上的位置。
根据一实施例，提供一种用于指引自动化车辆的地图定位系统。该系统包括路径探测器、数字地图以及控制器。该路径探测器用于探测主车辆所行驶道路的被观测几何特征。该数字地图显示可供该主车辆行驶的道路的测绘几何特征。该控制器与该路径探测器以及数字地图通信。该控制器被配置为基于该被观测几何特征与测绘几何特征的比较来确定该主车辆在数字地图上的位置。
阅读优选实施例的下列详细描述，本发明的更多特征和优点将更加显而易见，该优选实施例仅以非限制性示例的方式并参照附图给出。
附图说明
现以举例的方式并参照以下附图详细说明本发明，其中：
图1是根据一实施例绘示的地图定位系统的系统图；
图2是根据一实施例绘示的被图1中的系统用来确定数字地图上的位置的道路特征的示意图。
具体实施方式
图1示出了地图定位系统10的一限制性实例，以下简称系统10。基于以下描述将变得更加清楚，该系统10特别适用于当利用基于人造卫星的全球定位系统(GPS)无法进行地图定位时用于指引自动化车辆(例如主车辆12)的。即，当无法获得来自于GPS接收器的主车辆12的坐标(例如纬度和经度)时，该系统10能够确定数字地图20上的位置18。
这里采用的术语“自动化车辆”可应用于主车辆12以自动模式14(即，完全自动化模式)操作的情况，该模式下，主车辆12的操作人员(未示出)除了指明目的地以外不太进行任何其它运行主车辆12的操作。然而，完全自动化不是必需的。可以设想，本文给出的教导可用于主车辆12运行在手动模式16下的情况，该模式下，自动化的程度或水平可以仅仅是提供可听和/或可视的指引信息(例如一步一步指向至目的地的方向)给总体上控制主车辆12的转向系、加速器以及刹车的操作人员。
该系统10包括用于探测主车辆12所行驶的道路26(如图2所示)的被观测几何特征24的路径探测器22。该路径探测器22可包括但不限于该主车辆上安装的用于检测道路或该主车辆附近(例如100米以内)的其它被观测物体28的相机、激光雷达和/或雷达。该路径探测器22还可包括使用不同加速度计来检测主车辆12的相关动作的惯性测量单元(IMU)、用于指示该主车辆12的前进方向的罗盘、和/或用于测量该主车辆12行驶的线性距离的车轮传感器。组成或形成所述路径探测器22的各种设备的任意组合可设置于一集成箱内，但并不是必需的，可以理解，该各种设备可安装于该主车辆12的各种位置上。本领域的技术人员可以理解，前述的在主车辆12上的安装设备的合适产品均是可在市场上买到的。
图2示出了主车辆12所行驶的道路26的一非限制性实例。在该主车辆12处于无法利用GPS坐标来确定该主车辆12的位置18的某些情况下，该主车辆12将开始沿着道路26行驶并利用该路径探测器22搜集被观测几何特征24。作为示例而非限制，该被观测几何特征24可包括该路径探测器22的罗盘指示的道路朝向24A。该道路朝向24A随时间的改变和/或该路径探测器22的相机拍摄的图像随时间的改变和/或惯性测量单元检测出的数据随时间的改变可用于确定该道路26的道路曲率24B。该道路曲率24B可由方程式如多项式来表征，或由该道路26的沿曲线的多个路段的一系列半径来表征。在该道路26具有复杂的曲率的情况下，例如非连续的半径以及不在同一方向上转弯，该些情况均有利于确定该主车辆12在该数字地图20上的位置18。
在该被观测几何特征24的进一步非限制性示例中，该相机和/或该激光雷达可用于确定该道路26的路宽24C。在该道路26发生变迁的情况下，例如从两条车道变为3条车道，如图2中路宽24C处所示，该情况也可用于确定该主车辆12在数字地图20上的位置18。更进一步地，多车道道路的情况(例如相反方向上的不止一条车道)有利于确定该主车辆12在数字地图20上的位置18。
在该被观测几何特征24的进一步非限制性示例中，与该相机和/或激光雷达组合的罗盘可用于确定指示交叉口处道路方位的交叉口朝向24D的值。交叉口处道路夹角是非直角的情况，和/或交叉口处道路指向并非沿着正北/南或正东/西的情况时，罗盘朝向有利于确定该主车辆12在数字地图20上的位置18。与该相机和/或激光雷达组合的路径探测器22的车轮传感器可用于确定交叉口间距24E，即两个交叉口间的距离，其可被用在被观测几何特征24的任何组合中以确定位置18。
除非该系统10利用IMU检测出该主车辆12正在沿着循环道路行驶，系统10可驱使该主车辆12总是右转直到确定位置18。然而，如图2所示，该主车辆可能遇到死胡同30。通过使用该路径探测器22的各种设备，该系统能够确定死胡同长度24F和/或死胡同朝向24G，即死胡同30处的道路26的罗盘方位。
再次参考图1，该系统10包括或有途径获取指示该主车辆12可行驶的道路的测绘几何特征32的数字地图20。图2试图描绘该路径探测器22检测出的道路26的实际示例，但图2也能视为代表了数字地图20中表示测绘几何特征32的内容。这意味着，存储在数字地图20中的信息可包括测绘几何特征32，测绘几何特征32对应于但不限于被观测几何特征24的示例，如道路朝向24A、道路曲率24B、路宽24C、交叉口朝向24D、交叉口间距24E、死胡同长度24F和/或死胡同朝向24G。因此，一幅专门用于展现测绘几何特征32的数字地图20是非必要的。虽然数字地图20被展示成在主车辆12的内部，但这并不是必要条件。可以想象，该数字地图20可存储在云端并被系统10采用各种通信方式如便携电话网络和/或WI-FI来获取到。还可以理解，也可以不是将测绘几何特征下载至车辆来确定位置18，而是将该测绘几何特征上传至远程处理服务器(包含地图数据)来确定该位置18并将其反馈至该主车辆12。
系统包括与路径探测器22以及数字地图20通信的控制器34。本领域的技术人员可以理解与该路径探测器22和该数字地图20的通信可以通过有线、光缆或无线通信方式实现。该控制器34可包括诸如微处理器的处理器(未具体示出)或其他控制电路，如包含本领域技术人员熟知的用于处理数据的专用集成电路(ASIC)的模拟和/或数字控制电路。该控制器34可包括用以储存一个或多个例程、阈值和所捕捉的数据的存储器(未具体示出)，包括非易失性存储器，如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。该一个或多个例程被处理器执行以实现这里所描述的以下步骤：基于该控制器34从路径探测器22接收的信号来确定在数字地图上的位置18。
为解决当采用基于人造卫星的全球定位系统(GPS)无法进行地图定位时如何确定在数字地图20上的位置18的前述问题，该控制器34被设置为基于该被观测几何特征24与测绘几何特征32的比较来确定该主车辆12在数字地图20上的位置18。亦即，该控制器34尝试匹配根据路径探测器检测出的数据所确定出的道路26的“指纹”与部分数字地图20所指示出的“指纹”。该被观测几何数特征24所指示出的道路26的指纹与数字地图的匹配方式几乎与犯罪现场的指纹与执法机构保有的指纹数据库的匹配方式相同。
值得注意的是当该系统10被激活时，该主车辆12通常位于位置18的最新值处，所以该位置18的最新值将被用来启动搜索，以匹配该道路26的“指纹”与该数字地图20。然而，可以理解，该主车辆12可能出现被拖行或载运至一新位置的情况，若该新位置不符合之前该系统10确定的任何位置18。亦即，该系统10被设置为在没有关于该位置18的任何先前信息的情况下确定该位置18。
除了确定该道路26的被观测几何特征24以外，该路径探测器22的部分或全部设备可用于检测被观测物体28的相对位置36，被观测物体28可包括例如交通信号灯28A(图2)、建筑物28B和/或桥梁28C(即横跨道路26的天桥)或其它任何邻近道路26的物体。在一非限制性示例中，该被观测物体28的相对位置36可被物体间间距36A、物体间朝向36B以及离开道路的距离36C来表征。可以理解，物体的相对位置可相对于该道路26的一特征来确定，如交叉口。因此，该数字地图20可便于设置为指示可供该主车辆12行驶的道路附近的测绘物体40的测绘位置38。相似于上述关于该测绘几何特征32的描述，存储在该数字地图20中的测绘物体40与图2所示的被观测物体28足够类似，因此没必要提供一幅单独的图片来例示该被观测物体28。
进而，该控制器34可被设置为基于该相对位置36(利用路径探测器22检测出的信息确定)以及测绘位置38(由数字地图20表征)的比较来确定该主车辆12在该数字地图20上的位置18。
由此，提供了地图定位系统(系统10)、用于系统10的控制器34以及运行系统10的方法。该系统10处理了或解决了当例如由于主车辆12的GPS接收器(未示出)无法运行而导致根据GPS人造卫星确定的坐标不可用时，根据数字地图20来指引主车辆12的问题。
尽管已采用上述优选实施例描述了本发明，但是本发明的保护范围并不限制于此，而是以所附的权利要求书所阐述的范围为准。

Claims (4)

1.一种地图定位系统(10)，用于指引自动化车辆，所述系统(10)包括：
用于检测主车辆(12)所行驶的道路(26)的被观测几何特征(24)的路径探测器(22)；
表征可供该主车辆(12)行驶的道路的测绘几何特征(32)的数字地图(20)；以及
与所述路径探测器(22)以及所述数字地图(20)通信的控制器(34)，所述控制器(34)设置为基于所述被观测几何特征(24)与所述测绘几何特征(32)的比较来确定该主车辆(12)在数字地图(20)上的位置(18)。
2.如权利要求1所述的地图定位系统(10)，其特征在于，所述被观测几何特征(24)包括道路朝向(24A)、道路曲率(24B)、路宽(24C)，交叉口朝向(24D)、交叉口间距(24E)、死胡同长度(24F)以及死胡同朝向(24G)。
3.如权利要求1所述的地图定位系统(10)，其特征在于，所述路径探测器(22)检测被观测物体(28)的相对位置(36)，所述数字地图(20)指示可供主车辆(12)行驶的道路附近的测绘物体(40)的测绘位置(38)，并且所述控制器(34)进一步设置为基于所述相对位置(36)与所述测绘位置(38)的比较来确定该主车辆(12)在数字地图(20)上的位置(18)。
4.如权利要求3所述的地图定位系统(10)，其特征在于，所述被观测物体(28)的所述相对位置(36)由物体间间距(36A)、物体间朝向(36B)以及离开道路的距离(36C)来表征。
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