DE102007037610A1

DE102007037610A1 - Verfahren zum Bestimmen eines wahrscheinlichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs eines Lebewesens

Info

Publication number: DE102007037610A1
Application number: DE102007037610A
Authority: DE
Inventors: Oliver Dr. Scherf; Stephan Zecha
Original assignee: Siemens Restraint Systems GmbH
Current assignee: Continental Safety Engineering International GmbH
Priority date: 2007-08-09
Filing date: 2007-08-09
Publication date: 2009-02-19
Also published as: WO2009019214A3; WO2009019214A2; DE112008001804B4; DE112008001804A5

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen eines wahrscheinlichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs eines Lebewesens, insbesondere für die Anwendung in einem Personenschutzsystem in einem Fahrzeug oder einem Fahrsimulator. Die Umgebungsinformationen werden mit zumindest einer Sensorik erfasst. Die Umgebungsinformationen werden mit einer Recheneinheit ausgewertet, um ein Lebewesen zu identifizieren. Für das Lebewesen werden eine Bewegungstrajektorie und ein Bewegungszustand zu einem gegebenen Zeitpunkt ermittelt. Zur Ermittlung des Bewegungs-Aufenthaltsbereichs werden zu dem gegebenen Zeitpunkt ausgehend von einem Ort der Bwegungstrajektorie und dem Bewegungszustand unter Berücksichtigung eines physiologischen Bewegungsvermögens des Lebewesens für einen oder mehrere zukünftige Zeitpunkte mögliche Aufenthaltsorte bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines wahrscheinlichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs eines Lebewesens, insbesondere für die Anwendung in einem Personenschutzsystem in einem Fahrzeug oder einem Fahrsimulator. Bei diesen werden mit zumindest einer Sensorik Umgebungsinformationen erfasst. Die Umgebungsinformationen werden mit einer Recheneinheit ausgewertet, um ein Lebewesen zu identifizieren. Weiter werden für das Lebewesen eine Bewegungstrajektorie und ein Bewegungszustand zu einem gegebenen Zeitpunkt ermittelt.
Um das Risiko einer Kollision im Straßenverkehr zwischen Kraftfahrzeugen und Fußgängern, Radfahrern oder Tieren (allgemein Lebewesen) zu erkennen und bei entsprechend hoher Kollisionswahrscheinlichkeit entsprechende Schutzmaßnahmen einzuleiten, ist eine Erfassung und Beurteilung jeweiliger Verkehrssituationen notwendig. Anhand dieser Informationen kann einerseits ein Bewegungszustand des Fahrzeugs und andererseits ein Bewegungszustand des jeweils beobachteten Lebewesens ermittelt werden. Anhand einer Extrapolation wird das weitere Bewegungsverhalten der beiden Verkehrsteilnehmer ermittelt. Durch eine Kombination der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten der beiden Verkehrsteilnehmer kann ein Kollisionsrisiko abgeschätzt werden.
Für die Zuverlässigkeit der Abschätzung des Kollisionsrisikos ist die Prognosefähigkeit des Bewegungsverhaltens des Lebewesens von entscheidender Bedeutung. Je genauer die Prognosefähigkeit ausgebildet ist, desto eher ist eine selektive Auslösung von an die Situation angepassten Schutzsystemen möglich. Hierdurch können insbesondere auch Fehlauslösungen vermieden werden, die nichts zum Schutz der Verkehrsteilnehmer beitragen und lediglich die Instandhaltungskosten des Fahrzeugs er höhen oder im Fall von Falschwarnungen den Fahrer irritieren oder Folgeschäden nach sich ziehen.
Die DE 103 25 762 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines Bildverarbeitungssystems für ein Fahrzeug. Bei diesem werden mit wenigstens einem Bildsensor Umgebungsinformationen erfasst und mit einer Recheneinheit dahingehend ausgewertet, um das Vorhandensein von Verkehrsteilnehmern zu erkennen. Dabei wird die Blickrichtung eines oder mehrerer erkannter Verkehrsteilnehmer erfasst. Hierdurch wird die Abschätzung eines Kollisionsrisikos vorgenommen, indem die Aufmerksamkeit der Verkehrsteilnehmer berücksichtigt wird. Die Erfassung der Blickrichtung eines oder mehrerer Verkehrsteilnehmer wird als Maß für die Aufmerksamkeit herangezogen. Hierbei liegt die Überlegung zu Grunde, dass die Blickrichtung eines Verkehrsteilnehmers anzeigt, ob dieser aufmerksam ist und z. B. ein herannahendes Fahrzeug durch diesen Verkehrsteilnehmer wahrgenommen wird. Das Kollisionsrisiko wird als höher eingestuft, wenn der Verkehrsteilnehmer in eine dem Bildsensor entgegengesetzte Richtung blickt als wenn dieser dagegen direkt in den Bildsensor blickt. Es ist ferner vorgesehen, in Abhängigkeit der erfassten und ausgewerteten Blickrichtung erkannten Verkehrsteilnehmer ein Wahrscheinlichkeitsmaß zur Abschätzung des Kollisionsrisikos zu bilden. Dieses wird aufgrund von Bewegungsinformationen des Fahrzeugs und/oder des oder der erkannten Verkehrsteilnehmer gebildet. Bei der Bewegungsinformation handelt es sich um Geschwindigkeit, Richtung sowie Trajektorie, mit der sich ein Fahrzeug und/oder ein erkannter Verkehrsteilnehmer bewegen.
Die DE 10 2005 051 805 B3 beschreibt ein Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers in Gefahrenbereichen, bei dem Umgebungsinformationen aus der Fahrzeugumgebung erfasst werden, um einen Gefahrenbereich und dessen Topologie zu erkennen. Aufgrund der Topologie des Gefahrenbereichs wird dann eine zum Passieren des Gefahrenbereichs notwendige Minimalgeschwindigkeit und zulässige Maximalgeschwindigkeit bestimmt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden und ein Verfahren zum Bestimmen eines wahrscheinlichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs eines Lebewesens anzugeben, welches eine zuverlässigere und präzisere Vorhersage über den wahrscheinlichen Bewegungs-Aufenthaltsbereich erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen eines wahrscheinlichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs eines Lebewesens, insbesondere für die Anwendung in einem Personenschutzsystem in einem Fahrzeug oder einem Fahrsimulator, werden mit zumindest einer Sensorik Umgebungsinformationen erfasst. Die Umgebungsinformationen werden mit einer Recheneinheit ausgewertet, um ein Lebewesen zu identifizieren. Sodann werden für das Lebewesen eine Bewegungstrajektorie und ein Bewegungszustand zu einem gegebenen Zeitpunkt ermittelt. Zur Ermittlung des zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs zu dem gegebenen Zeitpunkt werden ausgehend von einem Ort der Bewegungstrajektorie und dem Bewegungszustand unter Berücksichtigung eines physiologischen Bewegungsvermögens des Lebewesens für einen oder mehrere zukünftige Zeitpunkte mögliche Aufenthaltsorte bestimmt.
In der nachfolgenden Beschreibung wird unter einem Lebewesen ein Radfahrer, ein Fußgänger oder ein Tier verstanden. Unter einem Bewegungs-Aufenthaltsbereich des Lebewesens wird ein Bereich verstanden, in dem sich das Lebewesen in einem zukünftigen oder nächsten Zeitpunkt mit einer hohen Wahrscheinlichkeit (größer als 50%, insbesondere größer als 70% und weiter bevorzugt größer als 90%) aufhalten wird.
Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, dass sich das Lebewesen physiologisch bedingt nicht in alle Richtungen mit dem gleichen Beschleunigungsvermögen weiterbewegen kann. Durch die sensorische Aufnahme von Umgebungsinformationen, beispielsweise unter Verwendung bildgebender Verfahren, lassen sich einerseits eine Bewegungstrajektorie und andererseits ein Bewegungszustand für das Lebewesen ermitteln. Durch die Verknüpfung dieser beiden Informationen mit dem physiologischen Bewegungsvermögen des Lebewesens, das biomechanische Gegebenheiten des erfassten Lebewesens berücksichtigt, lassen sich mit größerer Genauigkeit für einen oder mehrere zukünftige Zeitpunkte mögliche Aufenthaltsorte bestimmen. Diese Informationen können dann einer Risikomodellierung zugeführt werden, um beispielsweise abzuschätzen, wie hoch eine Kollisionswahrscheinlichkeit des Lebewesens mit dem Fahrzeug ist.
Die Sensorik zur Erfassung der Umgebungsinformationen kann beispielsweise Radar, Lidar, Kameras, Ultraschallsensoren umfassen oder durch Kommunikationstechnologien, wie z. B. RFID (RFID = Radio Frequency Identification) oder GPS (GPS = Global Positioning System) gebildet oder unterstützt sein.
Zweckmäßigerweise wird das Verfahren iterativ für zeitlich fortschreitende Zeitpunkte durchgeführt, wodurch eine hohe Prognosequalität erhalten wird.
Als Parameter für die Ermittlung des Bewegungszustands und/oder des zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs werden einer oder mehrere der folgenden Parameter ermittelt und verarbeitet:

– Eine Position des Lebewesens. Hierunter wird insbesondere eine Relativposition des Lebewesens zu dem Fahrzeug verstanden. Das Kriterium kann auch ein Abstand oder eine Relativposition des Lebewesens zu einem ermittelten Bewegungsverlauf des Fahrzeugs sein.
– Eine Ausrichtung des Lebewesens zur Umgebung. Hierunter wird insbesondere verstanden, in welchem Winkel das Le bewesen zur Umgebung, insbesondere zum Fahrzeug oder zu einer Fahrbahn, sich befindet. Aufgrund des physiologischen Bewegungsvermögens des Lebewesens spielt die Ausrichtung des Lebewesens zur Umgebung, z. B. mit dem Rücken zur Fahrbahn oder dem Fahrzeug stehend oder seitlich zur Fahrbahn oder dem Fahrzeug gehend, eine große Rolle für den zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereich.
– Eine translatorische und/oder rotatorische Geschwindigkeit des Lebewesens. Das physiologische Bewegungsvermögen und damit der zukünftig mögliche Bewegungs-Aufenthaltsbereich hängen von einer Geschwindigkeit des Lebewesens ab, mit welcher sich dieses bewegt.
– Eine translatorische und/oder rotatorische Beschleunigung des Lebewesens, von welcher aufgrund des physiologischen Bewegungsvermögens des Lebewesens die von diesem erreichbare maximale Geschwindigkeit und/oder das weitere Beschleunigungsvermögen abhängen.
– Ein vorliegender Krümmungsradius der Bewegung des Lebewesens und/oder eine Änderung in einer Bewegungsrichtung oder eines Krümmungsradius der Bewegung des Lebewesens. Diesem zu berücksichtigenden Parameter liegt die Überlegung zu Grunde, dass ein Lebewesen, das bereits eine Kurve vollzieht, eine Änderung der Bewegungsrichtung und/oder der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung nur eingeschränkt vornehmen kann im Vergleich zu einem geradeaus laufenden Lebewesen.
– Ein insbesondere witterungsabhängiger Bodenreibwert des Untergrunds, welcher z. B. bei ermittelter Feuchtigkeit skaliert werden kann. Der Bodenreibwert ist von entscheidender Bedeutung für das Beschleunigungsvermögen des Lebewesens.
– Eine Klasse des Lebewesens, insbesondere das Alter des Lebewesens, das Geschlecht des Lebewesens oder eine Gattung (Mensch oder Tier).

Die oben aufgeführten Parameter können beispielsweise durch die Auswertung von Bildinformationen und/oder Ortsinformationen bestimmt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird aus einer Datenbank oder einem Kennlinienfeld ein dem oder den ermittelten Parametern zugeordneter möglicher zukünftiger Aufenthaltsort oder -bereich des Lebewesens ausgelesen, indem die messtechnisch erfassten Parameter beispielsweise mit in der Datenbank oder dem Kennlinienfeld hinterlegten Parametern verglichen werden. Die der Datenbank oder dem Kennlinienfeld zu Grunde liegenden Parameter können beispielsweise durch Versuche ermittelt worden sein.
Alternativ werden einer oder mehrere der Parameter einem Modellrechner zugeführt zur Ermittlung des Bewegungs-Aufenthaltsbereichs des Lebewesens, wobei dem Modellrechner ein abstrahiertes Bewegungsmodell für Lebewesen zu Grunde gelegt ist. Hierbei werden die messtechnisch erfassten Parameter dem Modellrechner zugeführt, welcher anhand des Bewegungsmodells für Lebewesen in der Lage ist, den zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereich zu ermitteln. Dieses Vorgehen weist den Vorteil auf, dass auf einfachere Weise unterschiedliche Klassen von Lebewesen berücksichtigt werden können, indem durch entsprechende Skalierung einzelne Parameter stärker oder schwächer berücksichtigt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der zukünftig mögliche Bewegungs-Aufenthaltsbereich auf Basis physikalischer Gegebenheiten und empirisch ermittelter Daten bestimmt werden kann. Hierdurch lässt sich eine hohe Genauigkeit in der Vorhersage erzielen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird zur Ermittlung des zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs ein Bewegungsverlauf in Abhängigkeit der aktuellen Geschwindigkeit, der aktuellen Ausrichtung und der aktuellen Körperrotation ermittelt.
In einer weiteren Ausgestaltung wird zur Ermittlung des zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenhaltsbereichs das maximale Beschleunigungsvermögen des Lebewesens in Abhängigkeit seiner Bewegungsgeschwindigkeit berücksichtigt. Hierbei liegt die Überlegung zu Grunde, dass das Beschleunigungsvermögen eines Lebewesens über den von einem Lebewesen abgedeckten Geschwindigkeitsbereich nicht konstant, sondern variabel ist. Gleiches gilt für das Verzögerungsvermögen eines Lebewesens. Weiterhin hat sich herausgestellt, dass das Verzögerungsvermögen eines Lebewesens größer ist als das Beschleunigungsvermögen. Diese Erkenntnis kann sich bei der Ermittlung des zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs zu Nutze gemacht werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird zur Ermittlung des zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs ein minimal durchlaufbarer Kurvenradius in Abhängigkeit der vorliegenden Laufgeschwindigkeit und/oder -beschleunigung berücksichtigt. Die Kenntnis eines minimal durchlaufbaren Kurvenradius ermöglicht eine Prognose wie schnell ein Lebewesen seine Richtung ändern kann, um beispielsweise über eine Fahrbahn zu laufen oder mit dem Bewegungsverlauf des Fahrzeugs zu kreuzen.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass zur Ermittlung des zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs ein maximales Verzögerungsvermögen in Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit und/oder einem Kurvenradius der Bewegung des Lebewesens berücksichtigt wird. Mit dieser Information kann beispielsweise berücksichtigt werden, ob ein potentiell mit dem Fahrzeug kollidierendes Lebewesen in der Lage ist, rechtzeitig vor einem Kollisionsbereich zum Stehen zu kommen oder sich von dem Kollisionsbereich zu entfernen.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, zur Ermittlung des zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs einen Winkel zu berücksichtigen, in dem das Lebewesen zu einem ermittelten Fahrverlauf des Fahrzeugs steht oder sich zu diesem bewegt, wobei in Abhängigkeit des Winkels ermittelt wird, in welcher Zeit das Lebewesen sich in Richtung des Fahrverlaufs drehen und im Wesentlichen gleichzeitig beschleunigen kann, um in den Bereich des Fahrverlaufs zu gelangen. Die Kenntnis des Winkels sowie die von dem Lebewesen benötigte Zeit, um z. B. auf die Fahrbahn zu gelangen, ermöglicht eine präzisere Abschätzung eines zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs und damit eine verbesserte Abschätzung eines Kollisionsrisikos.
Als Winkel wird ein Winkel zwischen 150° und 210° und damit ein mit dem Rücken zum Fahrverlauf stehendes oder sich bewegendes Lebewesen berücksichtigt. Alternativ wird insbesondere als Winkel ein Winkel zwischen 60° und 120° und damit ein seitlich zum Fahrverlauf stehendes oder sich bewegendes Lebewesen berücksichtigt. Der Fahrverlauf kann hierbei mit dem Verlauf einer Fahrbahn übereinstimmen.
Zur Ermittlung des zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs wird eine Relativposition des Lebewesens zum Fahrverlauf, insbesondere ein Abstand berücksichtigt, indem das Lebewesen zu dem Fahrverlauf steht oder sich zu diesem bewegt, wobei in Abhängigkeit der Relativposition ermittelt wird, in welcher Zeit das Lebewesen beschleunigen kann, um in den Bereich des Fahrverlaufs zu gelangen.
Es ist ferner vorgesehen, dass zur Ermittlung des zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs Umgebungsinformationen und/oder Hindernisse berücksichtigt werden. Diese Informationen können beispielsweise durch digitale Karten oder die Umfeldsensorik ermittelt werden. Die Berücksichtigung von Hindernissen, z. B. einem Straßenverlauf, dem Vorhandensein von Häuserwänden und dergleichen, ermöglicht eine weitere Steigerung der Vorhersagegenauigkeit des zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs.
Der ermittelte Bewegungs-Aufenthaltsbereich des Lebewesens soll gemäß einer weiteren Ausgestaltung als Eingangsgröße für eine Risikomodellierung verwendet werden, bei welcher die Kollisionswahrscheinlichkeit zwischen dem Lebewesen und einem Fahrzeug, welches das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, ermittelt wird.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass in der Risikomodellierung der ermittelte Bewegungs-Aufenthaltsbereich und ein weiterer Bewegungspfad, insbesondere ein Bewegungsverlauf eines Fahrzeugs, miteinander verarbeitet werden, um das Kollisionsrisiko des Lebewesens und des Fahrzeugs zu ermitteln.
In einer weiteren Ausgestaltung wird der Bewegungs-Aufenthaltsbereich in mehrere Bereiche mit unterschiedlichen Aufenthaltswahrscheinlichkeiten unterteilt. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass für einen ermittelten, zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereich einzelne Bereiche mit Aufenthaltswahrscheinlichkeiten versehen werden, wobei die Aufenthaltswahrscheinlichkeit ein Maß für die Wahrscheinlichkeit ist, mit der sich das Lebewesen in den nächsten Millisekunden oder Sekunden, ausgehend von der über die Zeit gemessenen Position (Bewegung), aufhalten wird. Anhand der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten können beispielsweise Maßnahmen zur Vermeidung einer Kollision festgemacht werden. So ist es beispielsweise in einem Bereich mit einer geringen Aufenthaltswahrscheinlichkeit unter Umständen ausreichend, wenn das Fahrzeug eine autonome Bremsung vornimmt und/oder ein Warnsignal abgibt. In einem Bereich mit einer hohen Aufenthaltswahrscheinlichkeit kann es gegebenenfalls sinnvoll sein, sowohl autonom zu bremsen als auch eine Lenkbewegung zu vollziehen, um das Kollisionsrisiko zu verringern.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass bei der Ermittlung der Bereiche mit unterschiedlichen Aufenthaltswahrscheinlichkeiten charakteristische Bewegungsablaufmuster für vorgegebene Verkehrssituationen, insbesondere bauliche Begrenzungen, Fuß gängerüberwege und Ampeln des Lebewesens berücksichtigt werden. Hierbei wird beispielsweise berücksichtigt, dass das Lebewesen bei einer von grün auf rot umspringenden Fußgängerampel noch versuchen wird, über die Straße zu gelangen. Derartige Kenntnis kann zur Ergreifung geeigneter Maßnahmen bei der Minimierung des Kollisionsrisikos berücksichtigt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend weiter unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen Beschleunigungsvermögen eines Lebewesens in Abhängigkeit einer von ihm erreichten Geschwindigkeit verdeutlicht,
2 ein Polardiagramm, welches den Bewegungsspielraum eines stehenden Menschen zeigt,
3 ein Diagramm, welches den Bewegungsspielraum eines sich mit einer Geschwindigkeit fortbewegenden Menschen in Längs- und Querrichtung verdeutlicht, und
4 ein Ablaufdiagramm, aus dem das erfindungsgemäße Verfahren hervorgeht.
Um das Kollisionsrisiko zwischen einem Fahrzeug und einem Lebewesen, insbesondere einem Fußgänger, Radfahrer oder Tier, bestimmen zu können, ist es notwendig, einerseits einen Bewegungsverlauf des Fahrzeugs (sog. Fahrschlauch) und andererseits einen Bewegungsverlauf des Lebewesens zuverlässig zu prognostizieren. Während die Ermittlung des Fahrschlauchs eines Fahrzeugs bereits mit hoher Präzision vornehmbar ist, ist die Ermittlung des Bewegungsverlaufs des Lebewesens bislang mit einer Vielzahl von Unsicherheitsfaktoren behaftet. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine präzise und zuverlässige Bestimmung eines wahrscheinlichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs des Lebewesens, bei dem neben einer Bewe gungstrajektorie und einem Bewegungszustand zu einem gegebenen Zeitpunkt ein physiologisches Bewegungsvermögen des Lebewesens für einen oder mehrere zukünftige Zeitpunkte berücksichtigt werden, um daraus mögliche Aufenthaltsorte und schließlich den zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereich zu ermitteln. Die Ergebnisse der Ermittlung des möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs des Lebewesens werden dann einer bekannten Risikomodellierung als Eingangsgröße zugeführt, um den wahrscheinlichen Ort einer Kollision und die Wahrscheinlichkeit der Kollision zwischen dem Fahrzeug und dem Lebewesen abzuschätzen und entsprechende Schutzmaßnahmen vorbereiten bzw. einleiten zu können.
Bei der Betrachtung des physiologischen Bewegungsvermögens werden verschiedenste Bewegungszustände sowie Kombinationen möglicher Bewegungszustände berücksichtigt.
So wird beispielsweise die maximale Beschleunigung aus dem Stand ohne Drehung, mit einer Drehung um 90° sowie einer Drehung um 180° berücksichtigt. Bei der Berücksichtigung des maximalen Beschleunigungsvermögens aus dem Stand eines Fußgängers wurde beispielsweise herausgefunden, dass das Beschleunigungsvermögen von einem Anfangswert zunächst auf einen Maximalwert zunimmt, um dann mehr oder minder kontinuierlich mit zunehmender Geschwindigkeit des Fußgängers wiederum abzunehmen. Bei einer Drehung um 180° wurde herausgefunden, dass das maximale Beschleunigungsvermögen einerseits stark altersabhängig und andererseits um einen statistischen Mittelwert stark nach oben und unten abweicht. Dabei können jedoch im Vergleich zum Beschleunigungsvermögen aus dem Stand betragsmäßig lediglich geringere Beschleunigungswerte erreicht werden.
In entsprechender Weise wird das maximale Verzögerungsvermögen eines Fußgängers aus vollem Lauf, einmal ohne Wegdrehen und ein anderes Mal mit maximal möglicher Richtungsänderung berücksichtigt. Auch hier wurden starke, alterabhängige Un terschiede festgestellt. Das Verzögerungsvermögen aus vollem Lauf ohne Richtungsänderung ist betragsmäßig größer als das maximale Beschleunigungsvermögen des Fußgängers.
Ein weiterer, den möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereich beeinflussender Parameter ist die maximale Beschleunigung aus einer Gehgeschwindigkeit heraus. Dabei werden folgende typische Fälle berücksichtigt: eine Drehung um 90° nach links sowie rechts sowie eine Drehung um 45° nach links und rechts. Hierbei wurden minimal mögliche Kurvenradien des Fußgängers ermittelt. Dabei wurde herausgefunden, dass ein minimaler Kurvenradius durch Fußgänger, gleich welchen Alters, nicht unterschritten werden konnte. Diese Information ist wertvoll, um abschätzen zu können, an welchem Ort und gegebenenfalls in welcher Zeit sich ein Fußgänger in Richtung einer Fahrbahn drehen und bewegen kann, auf welchem sich ein Fahrzeug nähert.
In entsprechender Weise wurden Kurvenradien eines Fußgängers aus vollem Lauf nach links und rechts ermittelt.
Zur Abschätzung des physiologischen Bewegungsvermögens wurden ferner ein Sprung nach vorne sowie ein seitlicher Sprung berücksichtigt. Die hierbei erreichbaren Zeiten sowie Distanzen können hilfreich dazu verwendet werden, wie insbesondere ein Fußgänger in einer plötzlich auftretenden Gefahrensituation reagieren kann.
1 zeigt ein Diagramm, in welchem das Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsvermögen eines Fußgängers in Abhängigkeit von seiner zurückgelegten Geschwindigkeit dargestellt ist. Wie aus dem Diagramm ohne Weiteres zu erkennen ist, ist das maximale Beschleunigungsvermögen a_max und das maximale Verzögerungsvermögen –a_max bei in etwa einer gleichen Geschwindigkeit v ausgeprägt. Betragsmäßig ist hierbei das Verzögerungsvermögen eines Fußgängers größer als sein Beschleunigungsvermögen. In einem Geschwindigkeitsbereich zwischen 0 und v be wegen sich sowohl das Beschleunigungs- als auch das Verzögerungsvermögen auf einer Ellipse, wobei beim Erreichen der Geschwindigkeit v der jeweilige Maximalwert erreicht wird. In entsprechender Weise nimmt das Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsvermögen jeweils betragsmäßig elliptisch ab, bis dieses bei einer maximalen Laufgeschwindigkeit wiederum 0 wird. Allein die Berücksichtigung dieses Zusammenhangs zwischen Beschleunigung und Geschwindigkeit eines Fußgängers ermöglicht im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich präzisere Vorhersagen eines möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs und damit die Ermittlung einer Kollisionswahrscheinlichkeit.
2 zeigt in einem Polardiagramm den Bewegungsspielraum eines stehenden Fußgängers. In dem Polardiagramm sind Winkel von 0° bis 360° eingezeichnet. Ein Winkel von 0° bedeutet hierbei, dass der Fußgänger geradeaus läuft. In dem Polardiagramm sind ferner konzentrische Kreise eingezeichnet, die mit 0,5, 1, 1,5 und 2 gekennzeichnet sind. Hierbei handelt es sich um Entfernungen (z. B. in Metern) relativ zu dem Zentrum, an dem sich der Mensch zum Zeitpunkt t₀ befindet. Zu den Zeitpunkten t₁, t₂, t₃, t₄, t₅, wobei t₅ > t₄ > t₃ > t₂ > t₁ ist, kann sich der Mensch jeweils innerhalb der jeweils zugeordneten ISO-Linien aufhalten.
Aufgrund seines physiologischen Bewegungsvermögens kann sich dieser zu einem Zeitpunkt t₁ in einem durch die betreffende ISO-Linie umschlossenen Bereich bewegen. Hierbei ist im Wesentlichen eine Bewegung nach vorne (d. h. in Laufrichtung, Winkel 0°) möglich, während eine Abweichung von dem Winkel 0° nach links (im Gegenuhrzeigersinn) oder rechts (im Uhrzeigersinn) kaum möglich ist. Zu einem Zeitpunkt t₂ (t₂ > t₁) erweitert sich der Bereich nach vorne sowie auch nach rechts und links (vgl. die mit t₂ gekennzeichnete ISO-Linie). In entsprechender Weise kann sich der Fußgänger zu einem Zeitpunkt t₅ (t₅ > t₄ > t₃ > t₂ > t₁) in dem durch die entsprechende ISO-Linie umschlossenen Bereich aufhalten. Hierbei ist nicht nur eine Bewegung nach vorne, sondern auch eine Bewegung seitlich nach hinten möglich.
Bei der Betrachtung des Polardiagramms ergibt sich ohne Weiteres, dass das physiologische Bewegungsvermögen zu den im Vergleich zu t₀ in der Zukunft liegenden Zeitpunkten t₁ bis t₅ eine Bewegung in den Winkelbereich zwischen 120° und 240° nicht zulässt. Diese Erkenntnis ist wichtig, wenn der Fußgänger z. B. mit dem Rücken der Fahrbahn zugewandt ist. Vielmehr erlaubt es der physiologische Bewegungsspielraum lediglich, dass sich der Fußgänger tendenziell geradeaus (Winkel 0°) nach vorne bewegt, wobei kurzfristig lediglich Abweichungen in einem Winkelbereich von weniger als ± 90° und erst zu einem späteren Zeitpunkt (Zeitpunkt t₅) Abweichungen von ± 120° möglich sind. Hierbei ergibt sich jedoch auch, dass mit zunehmendem Winkel die von dem Fußgänger zurücklegbare Distanz geringer wird. Nicht berücksichtigt ist hierbei in dieser Darstellung, dass ein Fußgänger auch einen Schritt nach hinten (Winkel 180°) machen kann, wobei die dabei zurücklegbare Strecke gering ist.
3 zeigt ein Diagramm, welches den Bewegungsspielraum eines sich mit einer Geschwindigkeit v fortbewegenden Menschen in Längsrichtung s₁ und Querrichtug s_q verdeutlicht. Es wird hierbei davon ausgegangen, dass sich der Fußgänger zu einem Zeitpunkt 0 am Koordinatenursprung befindet und sich mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit in Längsrichtung (d. h. längs der x-Achse) bewegt. Zu einem Zeitpunkt t = 0,4 s kann sich der Fußgänger nach Berücksichtigung sämtlicher Parameter in dem mit BAB1 gekennzeichneten und schraffierten Bewegungs-Aufenthaltsbereich aufhalten. Zu einem Zeitpunkt t = 0,6 s kann sich der Fußgänger in dem mit BAB2 gekennzeichneten Bereich aufhalten. In entsprechender Weise ist der mögliche Bewegungs-Aufenthaltsbereich BAB3 zum Zeitpunkt t = 0,8 s und BAB4 zum Zeitpunkt t = 1 s eingezeichnet. Hierbei ist gut ersichtlich, dass mit fortschreitender Zeit sich der Bewegungs-Aufenthaltsbereich zum einen zunehmend verbreitert, d. h. in Querrichtung s_q erstreckt, und andererseits eine größere Tiefe aufweist. Dies resultiert daraus, dass die potentiellen Möglichkeiten des Fußgängers hinsichtlich einer Bewegung mit fortschreitender Zeit variabler werden, so dass sich hierdurch bedingt, auch der mögliche Aufenthaltsbereich vergrößert.
In 3 sind lediglich Bewegungs-Aufenthaltsbereiche BAB1, ..., BAB4 in einer Querrichtung (im Ausführungsbeispiel nach links) dargestellt. Es versteht sich von selbst, dass sich der Bewegungs-Aufenthaltsbereich auch in die andere Querrichtung erstreckt und das in 3 gezeigte Diagramm deshalb an der x-Achse gespiegelt werden muss.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm, aus dem das erfindungsgemäße Vorgehen ersichtlich wird. In einem Schritt S1 wird eine IST-Position eines Fußgängers erfasst. Dies kann z. B. durch Bilderfassungsmittel in einem Fahrzeug erfolgen. In einem Schritt S2 wird eine Störung einer Positionsinformation (ST) berücksichtigt, welche z. B. durch Messfehler und dergleichen verursacht sein kann. Aus den in Schritt S2 ermittelten, bereinigten Daten wird in einem Schritt S3 eine Chronologie, d. h. eine Historie der Bewegung des Fußgängers ermittelt. Hierbei ist es z. B. ausreichend, wenn die Historie 0,5 bis 1 s in die Vergangenheit reicht. Aus diesen Informationen kann zum einen eine Bewegungstrajektorie und zum anderen ein Bewegungszustand des Fußgängers ermittelt werden. Die Ermittlung des gegenwärtigen Bewegungszustands des Fußgängers erfolgt in einem Schritt S5. Unter Berücksichtigung des physiologischen Bewegungsvermögens des Fußgängers wird in einem Schritt S6 ein physikalischer Bewegungsspielraum ermittelt. Dieser Bewegungsspielraum entspricht dem zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereich, welchen der Fußgänger aufgrund seiner Ausrichtung, Laufgeschwindigkeit, translatorischen und/oder rotatorischen Bewegung, seinem Kurvenradius, seinem Alter, dem Bodenreibwert usw. einnehmen kann. Schließlich wird in einem Schritt S7 eine Wahrscheinlichkeitsverteilung des Bewe gungsspielraums bzw. Bewegungs-Aufenthaltsbereichs ermittelt. Hierbei wird der Bewegungs-Aufenthaltsbereich in eine Anzahl an unterschiedlichen Bereichen mit einer jeweiligen Wahrscheinlichkeit des Aufenthalts unterteilt. Das Ergebnis wird einer Auswerteeinheit AE zugeführt. Der aktuelle Bewegungsverlauf des Fußgängers, d. h. dessen Bewegungstrajektorie, wird in einem Schritt S6 ermittelt, welcher parallel zu Schritt S5 ausgeführt werden kann. Der zukünftige Bewegungsverlauf des Fußgängers wird in einem Schritt S7 durch die Berücksichtigung von Einschränkungen durch Umgebungsbedingungen vorher bestimmt und der Auswerteeinheit AE zugeführt. Parallel hierzu können in einem Schritt S8 typische Bewegungsablaufmuster berücksichtigt werden. Hierbei fließt z. B. eine Erkenntnis ein, wie sich ein Fußgänger an einer Ampel oder einem Fußgängerüberweg verhält. Aus diesen Informationen wird versucht, eine erwartete Vorzugsbewegungsrichtung zu bestimmen. Diese Information wird ebenfalls der Auswerteeinheit AE zugeführt, welche in einem Schritt S10 aus den ihr zugeführten Informationen einen Bewegungshorizont des Fußgängers ermittelt. Der Bewegungshorizont entspricht hierbei wiederum dem Bewegungs-Aufenthaltsbereich.
Die Erfindung ermöglicht eine wesentlich genauere Vorhersage der Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Fußgängers oder Radfahrers oder Tiers in der nahen Zukunft, ausgehend von einer über der Zeit gemessenen Position. Das z. B. in einem Steuergerät implementierte Verfahren berechnet aus Bewegungsmöglichkeiten des Fahrzeugs und des Lebewesens das Risiko einer Kollision. Dabei wird die Prognosequalität durch die Berücksichtigung des physiologischen Bewegungsvermögens des Lebewesens erhöht.
Wie aus der vorangegangenen Beschreibung deutlich wurde, kann ein Mensch deutlich schneller verzögern als beschleunigen oder bei größeren Laufgeschwindigkeiten keine Richtungsänderung oder nur Richtungsänderungen mit kleinen Radien vornehmen. Dieses Bewegungsvermögen ist darüber hinaus individuell abhängig von Alter, Geschlecht, Kondition, etc. und wird z. B. vor der Implementierung in einen Algorithmus durch Tests ermittelt. Die Informationen können z. B. in einem Speicher hinterlegt werden und in Abhängigkeit von den ermittelten Eingangsdaten zur präziseren Ermittlung der Aufenthaltswahrscheinlichkeit herangezogen werden.
Darüber hinaus können durch Tests oder Verkehrsbeobachtungen charakteristische Bewegungsablaufmuster von Lebewesen, insbesondere in typischen Verkehrssituationen (z. B. an Fußgängerüberwegen, Ampeln usw.) ermittelt und im Rahmen des Verfahrens berücksichtigt werden. Auch damit wird durch Vergleich der Bewegungsablaufmuster mit der gemessenen bzw. ermittelten Bewegung des Lebewesens die Vorhersagegenauigkeit gesteigert.
Darüber hinaus ist das Einbeziehen von Umgebungsinformationen möglich, wobei diese von Navigationssystemen oder digitalen Karten bereitgestellt werden können. Darüber hinaus ist eine Kombination mit Zustandsbeobachtern (Kombination digitaler Karten in Verbindung mit Umfeldsensorik) möglich. Einschränkungen der Bewegungsmöglichkeiten durch Hindernisse (z. B. in einem Straßenverlauf, Häuserwänden und dergleichen) können berücksichtigt werden, wodurch die Vorhersagegenauigkeit ebenfalls steigt. Diese kann auch bei der Vorhersage des zukünftigen Aufenthalts des Fahrzeugs berücksichtigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10325762 A1 [0004]
- DE 102005051805 B3 [0005]

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines wahrscheinlichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs eines Lebewesens, insbesondere für die Anwendung in einem Personenschutzsystem in einem Fahrzeug oder einem Fahrsimulator, bei dem – mit zumindest einer Sensorik Umgebungsinformationen erfasst werden, – die Umgebungsinformationen mit einer Recheneinheit ausgewertet werden, um ein Lebewesen zu identifizieren, – für das Lebewesen eine Bewegungstrajektorie und ein Bewegungszustand zu einem gegebenen Zeitpunkt ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs zu dem gegebenen Zeitpunkt ausgehend von einem Ort der Bewegungstrajektorie und dem Bewegungszustand unter Berücksichtigung eines physiologischen Bewegungsvermögens des Lebewesens für einen oder mehrere zukünftige Zeitpunkte mögliche Aufenthaltsorte bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses iterativ für zeitlich fortschreitende Zeitpunkte durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter für die Ermittlung des Bewegungszustands und/oder des zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs einer oder mehrere der folgenden Parameter ermittelt und verarbeitet werden: – eine Position des Lebewesens, – eine Ausrichtung des Lebewesens zur Umgebung, – eine translatorische Geschwindigkeit des Lebewesens, – eine rotatorische Geschwindigkeit des Lebewesens, – eine translatorische Beschleunigung des Lebewesens, – eine rotatorische Beschleunigung um eine Hochachse des Lebewesens, – ein vorliegender Krümmungsradius der Bewegung des Lebewesens, – eine Änderung in einer Bewegungsrichtung oder eines Krümmungsradius der Bewegung des Lebewesens, – eine Massenträgheit des Lebewesens, – ein insbesondere Witterungsabhängiger Bodenreibwert des Untergrunds, – eine Klasse des Lebewesens, insbesondere ein Alter, ein Geschlecht oder eine Gattung (Mensch/Tier).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Datenbank oder einem Kennlinienfeld ein dem oder den ermittelten Parametern zugeordneter möglicher zukünftiger Aufenthaltsort oder -bereich des Lebewesens ausgelesen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der Parameter einem Modellrechner zugeführt werden zur Ermittlung des Bewegungs-Aufenthaltsbereichs des Lebewesens, wobei dem Modellrechner ein abstrahiertes Bewegungsmodell für Lebewesen zugrunde gelegt ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs ein Bewegungsverlauf in Abhängigkeit der aktuellen Geschwindigkeit, der aktuellen Ausrichtung und der aktuellen Körperrotation berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs das maximale Beschleunigungsvermögen des Lebewesens in Abhängigkeit seiner Bewegungsgeschwindigkeit berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs ein minimal durchlaufbarer Kurvenradius in Abhängigkeit der vorliegenden Laufgeschwindigkeit und/oder -beschleunigung berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereich ein maximales Verzögerungsvermögen in Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit und/oder einem Kurvenradius der Bewegung des Lebewesens berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs ein Winkel berücksichtigt wird, in dem das Lebewesen zu einem ermittelten Fahrverlauf des Fahrzeugs steht oder sich zu diesem bewegt, wobei in Abhängigkeit des Winkels ermittelt wird, in welcher Zeit das Lebewesen sich in Richtung des Fahrverlaufs drehen und im Wesentlichen gleichzeitig beschleunigen kann, um in den Bereich des Fahrverlaufs zu gelangen.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Winkel ein Winkel zwischen 150° und 210° und damit ein mit dem Rücken zu dem Fahrverlauf stehendes oder sich bewegendes Lebewesen berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Winkel ein Winkel zwischen 60° und 120° und damit ein seitlich zu dem Fahrverlauf stehendes oder sich bewegendes Lebewesen berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs eine Relativposition des Lebewesens zu einem Fahrverlauf, insbesondere ein Abstand, berücksichtigt wird, in dem das Lebewesen zu dem Fahrverlauf steht oder sich zu diesem bewegt, wobei in Abhängigkeit der Relativposition ermittelt wird, in welcher Zeit das Lebewesen beschleunigen kann, um in den Bereich des Fahrverlaufs zu gelangen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereichs Umgebungsinformationen und/oder Hindernisse berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Bewegungs-Aufenthaltsbereich als Eingangsgröße für eine Risikomodellierung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Risikomodellierung der ermittelte Bewegungs-Aufenthaltsbereich und ein weiterer Bewegungspfad, insbesondere ein Fahrschlauch, eines Fahrzeugs, miteinander verarbeitet werden, um ein Kollisionsrisiko des Lebewesens und des Fahrzeugs zu ermitteln.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungs-Aufenthaltsbereich in mehrere Bereiche mit unterschiedlichen Aufenthaltswahrscheinlichkeiten unterteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Bereiche mit unterschiedlichen Aufenthaltswahr scheinlichkeiten charakteristische Bewegungsablaufmuster für vorgegebene Verkehrssituationen, insbesondere bauliche Begrenzungen, Fußgängerüberwege und Ampeln, des Lebewesens berücksichtigt werden.