CN109154505A - 用于确定车辆相对于马路的车道的横向位置的方法、设备和具有指令的计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

一种用于确定车辆相对于马路的车道的横向位置的方法、设备（20、30）和具有指令的计算机可读存储介质。图像处理单元（22）确定（10）车道标线的几何信息和特性信息。定位单元（23）确定（11）车辆的大致位置。通过将所述车道标线的所确定的几何信息和特性信息与来自车道几何地图的在针对所述车辆所确定的大致位置处的车道标线几何进行比较，分析单元（24）确定（12）所述车辆的横向位置。为了该目的，该车道几何地图包含相互间精度高的车道中心几何和车道边缘几何。

Description

用于确定车辆相对于马路的车道的横向位置的方法、设备和 具有指令的计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及一种用于确定车辆相对于马路的车道的横向位置、而且尤其是用于分车道精确地确定相对的横向位置的方法、设备和具有指令的计算机可读存储介质。本发明还涉及一种具有这种设备的车辆和一种用于与这种方法或这种设备一起使用的具有车道中心几何和车道边缘几何的车道几何地图。

背景技术

现代车辆变得越来越自动，也就是说车辆将越来越多的功能和系统提供给驾驶员，这些功能和系统在控制车辆时通过提示来对该驾驶员进行辅助或者承担车辆控制的部分。对于这种功能和系统来说，需要大量关于车辆及其周围环境的信息。

对于功能“车道精确导航”来说，例如需要知道所要导航的车辆、即“本车”所处的车道。该车道也被称为“本车车道”。此外，对于自动驾驶和基于车到车的应用来说，除了知道本车车道之外，也需要关于本车相对于本车车道的横向偏差方面更精确的信息。必须在任何时候都分车道精确地知道本车相对马路在横向上处在哪里。

出版文献US 2014/0358321 A1公开了一种用于识别和跟踪车道的边界的方法。该方法使用具有关于道路几何的信息的地图、GPS数据、走向数据和其它车辆的位置来确定当前的位置。

出版文献EP 2 899 669 A1描述了一种用于确定车辆相对于道路的车道的横向位置的方法。借助于摄像机来确定车道的几何方面、例如车道标线。所确定的方面被分类并且用于定位。分类需要对分类单元进行训练。

出版文献DE 10 2012 104 786 A1描述了一种用于精确地估计车辆在其上行驶的车道。用于确定车道的系统提供了所估计的车道，这些车道以不同的方式来确定。示例是由摄像机检测到的车道标线、引导车辆或者GPS/地图，这些示例除了车道级别之外都是精确的。所估计的车道配备有置信信息。所估计的车道和相对应的置信信息相联合，以便得到所确定的车道。

概括来说，目前基本上追求三种用于确定车辆相对于马路的横向位置的解决方案。

第一种方案在于结合高度精确的双频GPS系统使用高度精确地测量的数字车道几何地图，该数字车道几何地图具有在厘米范围内的绝对精度。在这种情况下，在没有其它成像传感装置的情况下借助于GPS传感器来确定在地图中的位置。不过，由于关于绝对位置方面的GPS和地图不精确，常常不可能将本车分配到正确的车道。此外，利用高度精确的地图和高度精确的GPS的解决方案是成本非常高的。

另一种方案在于使用成像传感器、例如摄像机系统。经此，关于由传感装置确定的车道能够实现将本车分配到车道。不过，在不同时使用数字地图的情况下使用成像传感器导致：通过传感装置常常只识别出一个或两个车道。

接着，只能相对于所识别出的车道来对本车进行定位，但是不能相对于所有车道来对本车进行定位。

第三种方案将成像传感装置与关于车道的数目和标线类型方面的地图信息相结合。通过使用成像传感器和来自数字地图的信息、如存在多少个车道以及这些车道以怎样的边缘标线存在（虚线、实线......），可以将本车分配到所有车道。然而，由于通过传感器所检测到的车道标线相对于本车的距离误差，关于相对应的车道的横向偏差的精度对于上面提到的应用来说不足。

发明内容

本发明的任务是提供一种用于确定车辆相对于马路的车道的横向位置的方法和设备，所述方法和设备能够分车道精确地确定相对的横向位置。

该任务通过具有权利要求1的特征的方法、通过具有权利要求5的特征的设备以及通过根据权利要求9所述的具有指令的计算机可读存储介质来解决。本发明的优选的设计方案是从属权利要求的主题。

按照本发明的第一方面，用于确定车辆相对于马路的车道的横向位置的方法包括如下步骤：

- 确定车道标线的几何信息和特性信息；

- 确定车辆的大致位置；而且

- 通过将车道标线的所确定的几何信息和特性信息与来自车道几何地图的在针对该车辆所确定的大致位置处的车道标线几何进行比较，确定该车辆的横向位置，所述车道几何地图包含相互间精度高的车道中心几何和车道边缘几何。

按照本发明的另一方面，用于确定车辆相对于马路的车道的横向位置的设备具有：

- 图像处理单元，用于确定车道标线的几何信息和特性信息；

- 定位单元，用于确定车辆的大致位置；和

- 分析单元，用于通过将车道标线的所确定的几何信息和特性信息与来自车道几何地图的在针对该车辆所确定的大致位置处的车道标线几何进行比较，确定该车辆的横向位置，所述车道几何地图包含相互间精度高的车道中心几何和车道边缘几何。

按照本发明的另一方面，计算机可读存储介质包含如下指令，所述指令在通过计算机来实施时促使该计算机实施如下步骤：

- 确定车道标线的几何信息和特性信息；

- 确定车辆的大致位置；而且

- 通过将车道标线的所确定的几何信息和特性信息与来自车道几何地图的在针对该车辆所确定的大致位置处的车道标线几何进行比较，确定该车辆的横向位置，所述车道几何地图包含相互间精度高的车道中心几何和车道边缘几何。

按照本发明的用于确定车辆相对马路的横向位置的分车道精确的方法基于将已通过成像传感器系统识别出的车道标线与来自数字车道几何地图的车道标线几何进行比较。该数字车道几何地图并不为关于绝对精度的特殊要求所决定，但是包含相互间精度高的车道中心几何和车道边缘几何。该方法基于模块化设计。根据可支配的输入数据和/或输入数据的质量，可以简单地添加或删除传感器数据。

按照本发明的一个方面，确定车辆的多个可能的横向位置。接着，通过应用至少一个评价函数来确定车辆的最可能的横向位置。通过使用评价函数，与不同的传感器系统、地图和车辆的简单的适配是可能的。

按照本发明的一个方面，在确定车辆的当前的横向位置时考虑过去的针对该车辆所确定的横向位置的历史。通过使用该历史，将过去的位置一并包括在内，而且对于确定当前的位置起到稳定作用。

按照本发明的一个方面，对于通过将车道标线的所确定的几何信息和特性信息与车道标线几何进行比较不能确定车辆的横向位置的情况来说，生成近似横向位置。当不曾识别出可用的车道标线或者不曾确定唯一的可能的车辆位置时，以这种方式也仍提供位置信息。

优选地，按照本发明的方法或按照本发明的设备被用在自动或手动控制车辆、尤其是机动车中。

本发明的其它特征结合附图从随后的描述以及附上的权利要求书中可见。

附图说明

图1示意性地示出了用于确定车辆相对于马路的车道的横向位置的方法；

图2示出了用于确定车辆相对于马路的车道的横向位置的设备的第一实施例；

图3示出了用于确定车辆相对于马路的车道的横向位置的设备的第二实施例；而

图4示出了在图1中示出的方法的优选的实施方式。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的原理，随后依据附图更详细地阐述了本发明的实施方式。易于理解的是：本发明并不限于这些实施方式而且所描述的特征也可以组合或者修改，而不脱离本发明的保护范围，如该保护范围在附上的权利要求书中限定的那样。

图1示意性地示出了用于确定车辆相对于马路的车道的横向位置的方法。在第一步骤中，确定10车道标线的几何信息和特性信息。还确定11车辆的大致位置。最后，通过将车道标线的所确定的几何信息和特性信息与来自车道几何地图的在针对该车辆所确定的大致位置处的车道标线几何进行比较，确定12该车辆的横向位置。为了该目的，该车道几何地图包含相互间精度高的车道中心几何和车道边缘几何。

优选地，确定12车辆的多个可能的横向位置，其中接着通过应用至少一个评价函数来确定车辆的最可能的横向位置。在此，例如可以考虑过去的针对该车辆所确定的横向位置的历史。对于通过将车道标线的所确定的几何信息和特性信息与车道标线几何进行比较不能确定车辆的横向位置的情况来说，可生成近似位置。

图2示出了用于确定车辆相对于马路的车道的横向位置的设备20的第一实施方式的简化示意图。

该设备20具有图像处理单元22，用于确定10车道标线的几何信息和特性信息。为了该目的，该图像处理单元22例如使用摄像机单元25的图像信息，这些图像信息通过该设备20的输入端21来接收。该设备20还具有定位单元23，用于确定11车辆的大致位置。车辆的大致位置例如基于GPS接收器26的接收数据来确定，这些接收数据同样可通过输入端21来接收。通过将车道标线的所确定的几何信息和特性信息与来自车道几何地图的在针对该车辆所确定的大致位置处的车道标线几何进行比较，分析单元24确定12该车辆的横向位置。为了该目的，该车道几何地图包含相互间精度高的车道中心几何和车道边缘几何。

优选地，分析单元24确定12车辆的多个可能的横向位置。接着，通过应用至少一个评价函数来确定车辆的最可能的横向位置。在此，在确定车辆的当前的横向位置时，尤其可以考虑过去的针对该车辆所确定的横向位置的历史。对于通过将车道标线的所确定的几何信息和特性信息与车道标线几何进行比较不能确定车辆的横向位置的情况来说，分析单元24可生成近似位置。

优选地，通过该设备20的输出端27，使车辆的由分析单元24所确定的横向位置对于进一步的处理可支配，例如对于在车道导向系统中进行处理可支配。该横向位置还可以被存放在该设备20的存储器28中，例如用于稍后的分析。输入端21和输出端27可以实现为分开的接口或者可以实现为组合式双向接口。图像处理单元22、定位单元23以及分析单元24可以被实现为专用硬件，例如被实现为集成电路。但是，它们当然也可以部分地或者完全地组合或者被实现为在适当的处理器上运行的软件。

图3示出了用于确定车辆相对于马路的车道的横向位置的设备30的第二实施方式的简化示意图。设备30具有处理器32和存储器31。例如，该设备30是计算机或者工作站。在存储器31中存放有指令，所述指令在由处理器32实施时促使设备30实施按照所描述的方法之一的步骤。因此，存放在存储器31中的指令表现为能通过处理器32实施的程序，所述程序实现了按照本发明的方法。该设备具有用于接收信息的输入端33。由处理器32生成的数据通过输出端34来提供。这些数据还可以被存放在存储器31中。输入端33和输出端34可以组合成双向接口。

处理器32可包括一个或多个处理器单元，例如微处理器、数字信号处理器或者它们的组合。

所描述的实施方式的存储器28、31不仅可具有易失性和/或非易失性存储区，而且可包括各种各样的存储设备和存储介质，例如硬盘、光学存储介质或者半导体存储器。

对优选的实施方式的描述

随后，本发明的优选的实施方式应该详细地予以描述。该方法基于一系列输入数据。首先，需要可见的车道标线的由成像传感器系统所确定的几何信息和特性信息。在下文，这些车道标线被称作BV线（BV表示图像处理）。同样需要具有方向和速度说明的绝对位置信息。该绝对位置信息例如可由车辆GPS来提供。在当前的实施方式中，对于绝对位置信息来说，在表示通过GNSS系统（GNSS：Global Navigation Satellite System（全球卫星导航系统））进行定位的直接结果的绝对位置信息（GNSS位置数据）与这种基于过去的GNSS定位通过Dead-Reckoning（航位推算）来插值的位置信息（绝对位置数据）之间设置区别。可选地，也可以使用相对的、无跳跃的位置信息，该相对的、无跳跃的位置信息例如借助于运动估计来确定。

附加地，关于车道和车道标线方面使用相对精度高的地图数据。这些地图数据例如通过地图数据服务器110来提供。在下文，地图信息被称作DLM车道（DLM-Lanes）（DLM：Detailed Lane Model，详细车道模型）和DLM车道标记（DLM-Lanemarkings）。优选地，除了当然在第一次迭代中之外，将来自该方法的先前的一次或多次运行的结果作为历史一并包括在内。

该方法的原理性流程划分成多个部分，这些部分在图4中部分地以虚线示出的方框来概括。

在对输入数据进行整理40的范围内，确定41车辆大致位置。该车辆大致位置用作用于将车道标线与地图数据进行比较的出发点。还对BV线的几何进行换算和聚合。

由摄像机系统探测到的车道标线的几何通常通过在车辆相关的笛卡尔坐标系中的羊角螺线来描述。羊角螺线描述被转换成折线，这些折线以良好的近似来描绘羊角螺线几何。执行转换成折线，因为随后在车道标线几何上运行的算法这样能简单得多地来实现。在当前的实施方式中，折线的坐标从车辆相关的笛卡尔坐标系转换42成WG584坐标系。随后的算法在WG584坐标系中运行，因为地图数据以及车辆位置和运动信息通常也存在于该坐标系中。

通过摄像机系统识别出的车道标线的几何总是在车辆前面不远而且大致沿行驶方向/摄像机视向具有几米的延伸。有时，车道标线通过摄像机系统首先准确地被识别和传送，但是对此不再立即被探测。在算法迭代下存在的BV线为此总是被暂存并且在下一次迭代中与由摄像机系统新传送的几何进行比较43。

随后，提取50重要的几何方面。在这种情况下，计算BV线和DLM车道标记的用于车辆纵向位置的点。对此，首先在距车辆大致位置的可配置的距离内设计51可配置的长度的正交线。紧接着，确定52 DLM车道标记和DLM车道与正交线段的交点。优选地，针对每个交点，记录该交点相对于车辆的横向位置，例如作为距正交线段中点的距离，而且在DLM车道标记的情况下记录相关联的车道标线的类型的信息（虚线/实线，护栏，马路边，......）。在另一步骤中，形成53正交线段与BV线的交点。优选地，针对每个交点，又记录该交点相对于车辆的横向位置和所识别出的车道标线的类型的信息（虚线/实线，护栏，马路边，......）。

基于先前的步骤的结果，确定60多个可能的车辆位置。随后，这些可能的车辆位置通过一系列相对应的评价函数来评价70，其中这些可能的车辆位置必要时被补充或调整。借助于这些评价函数来给予罚分。第一评价函数71考虑由摄像机检测到的线型与存放在地图中的线型的关联。对于该评价来说，优选地设置可配置的矩阵，该矩阵针对BV线与地图车道标线类型的每个组合分配特定值。这样，常常可以将摄像机的出现的错误关联（例如将实线识别为虚线）与只是稍差的评价相关联，将摄像机的难以想象的错误关联（例如将车道边缘识别为护栏）与明显差的评价相关联。第二评价函数72考虑车辆位置的历史。与历史差别很大的可能的车辆位置例如通过高罚分来表征。在当前的实施方式中，第三评价函数73评价车道类型。设想车辆在马路的正常的车道上。为此，在没有被设置用于通行的车道（边坡、DLM的“不知道的车道”和路肩）上的可能的车辆位置差地来评价，在可通行的车道上的可能的车辆位置中立地来评价。作为另一示例，针对在逆行道上的可能的车辆位置，比针对沿行驶方向的位置给予高得多的罚分。罚分的设定取决于所使用的传感器系统和所使用的数字地图。

因此，针对所使用的系统可以非常容易地实现具体的适配。最后，选择80评价最高的可能的车辆位置，作为评价方法的结果。

在该方法运行期间，在若干位置上都可能出现：由于缺少输入数据或者输入数据的质量不足而不可能进行定位而且不能继续运行。对于这种情况来说可能的是：在相对应的位置离开模块化运行并且开始故障处理90，例如在没有位置信息的情况下或者在有以其它方式近似确定的位置信息的情况下生成结果。在图4中，正常运行的路径通过实线来表征，在不同于正常运行时的路径通过虚线来表征。

例如，在按照绝对位置信息的针对当前的车辆位置的地图数据不可支配的情况下，不执行对可能的车辆位置的确定。在没有绝对位置信息（例如没有通过建筑物进行的GNSS接收）时，在相对位置信息可支配的情况下，绝对位置信息可以由以前的绝对位置信息和相对位置信息来替代。在没有绝对位置信息时，如果没有提供相对位置信息，则不执行对可能的车辆位置的确定。在这种情况下，输出91相对应的故障状态。而如果识别出的BV线太少，则不能找到DLM车道标记与BV线的足够好的关联，或者如果不曾确定唯一的可能的车辆位置，则可以借助于基于地图的方法92来确定近似确定的位置信息。可能性例如在于：假定车辆运动按照地图沿着车道中心继续。在最后的步骤100中，这些结果被整理，被提供用于进一步的处理并且被采用到历史中。

Claims (11)

1.一种用于确定车辆相对于马路的车道的横向位置的方法，所述方法具有如下步骤：

- 确定（10）车道标线的几何信息和特性信息；

- 确定（11）所述车辆的大致位置；而且

- 通过将所述车道标线的所确定的几何信息和特性信息与来自车道几何地图的在针对所述车辆所确定的大致位置处的车道标线几何进行比较，确定（12）所述车辆的横向位置，

其特征在于，所述车道几何地图包含相互间精度高的车道中心几何和车道边缘几何。

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定（12）所述车辆的多个可能的横向位置，而且通过应用至少一个评价函数来确定所述车辆的最可能的横向位置。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在确定所述车辆的当前的横向位置时，考虑过去的针对该所述车辆所确定的横向位置的历史。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中对于通过将所述车道标线的所确定的几何信息和特性信息与车道标线几何进行比较不能确定所述车辆的横向位置的情况来说，生成近似横向位置。

5.一种用于确定车辆相对于马路的车道的横向位置的设备（20），其中所述设备（20）具有如下装置：

- 图像处理单元（22），用于确定（10）车道标线的几何信息和特性信息；

- 定位单元（23），用于确定（11）所述车辆的大致位置；和

- 分析单元（24），用于通过将所述车道标线的所确定的几何信息和特性信息与来自车道几何地图的在针对所述车辆所确定的大致位置处的车道标线几何进行比较，确定（12）所述车辆的横向位置，

其特征在于，所述车道几何地图包含相互间精度高的车道中心几何和车道边缘几何。

6.根据权利要求5所述的设备（20、30），其中所述分析单元（24）被设立为：确定（12）所述车辆的多个可能的横向位置，而且通过应用至少一个评价函数来确定所述车辆的最可能的横向位置。

7.根据权利要求5或6所述的设备（20、30），其中所述分析单元（24）被设立为：在确定所述车辆的当前的横向位置时考虑过去的针对所述车辆所确定的横向位置的历史。

8.根据权利要求5至7之一所述的设备（20、30），其中所述分析单元（24）被设立为：对于通过将所述车道标线的所确定的几何信息和特性信息与车道标线几何进行比较不能确定所述车辆的横向位置的情况来说，生成近似横向位置。

9.一种计算机可读存储介质，其具有如下指令，所述指令在通过计算机来实施时促使所述计算机实施如下步骤：

- 确定（10）车道标线的几何信息和特性信息；

- 确定（11）车辆的大致位置；而且

- 通过将所述车道标线的所确定的几何信息和特性信息与来自车道几何地图的在针对所述车辆所确定的大致位置处的车道标线几何进行比较，确定（12）所述车辆的横向位置，

其特征在于，所述车道几何地图包含相互间精度高的车道中心几何和车道边缘几何。

10.一种自动或手动控制车辆，其特征在于，所述自动或手动控制车辆具有根据权利要求5至8之一所述的设备。

11.一种车道几何地图，其具有车道中心几何和车道边缘几何，用于与根据权利要求1至4之一所述的方法、与根据权利要求5至8之一所述的设备或者与根据权利要求9所述的计算机可读存储介质一起使用。