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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Generierung von Daten zur Erzeugung von hochgenauen Streckengeometrien gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie die Verwendung des Verfahrens zur Erzeugung hochgenauer Streckengeometrien gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
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Digitale Karten bilden die Basis von in Kraftfahrzeugen verwendeten Navigationssystemen sowie diversen Fahrerassistenzsystemen. Derartige digitale Karten werden üblicherweise von darauf spezialisierten Firmen in einem aufwendigen Verfahren hergestellt, indem geeignete Fahrzeuge mit entsprechenden Messeinrichtungen und hochgenauen Navigationseinrichtungen das Straßennetz abfahren und dabei die notwendigen Daten erzeugen sowie abspeichern. Nun liegt es in der Natur der Sache, dass eine neu erstellte digitale Karte mit ihrer Herausgabe und Verwendung in entsprechenden Einrichtungen aufgrund von Anderungen am Straßennetz, wie beispielsweise Straßenneubau oder Straßenumbau, bereits veraltet ist.
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So ist aus der Druckschrift
GB 247 67 33 A ein rechnergestütztes Verfahren zum Erzeugen einer digitalen Karte aus den Positionsdaten einer Vielzahl von Fahrten bekannt, wobei während jeder Fahrt Positionsdaten von mindestens einem Navigationssystem über einen gewissen Zeitraum gesammelt werden. Für die normalen Bedürfnisse von Navigationssystemen sind diese Karten geeignet, jedoch sind die Karten insbesondere in Kreuzungsbereichen nicht ausreichend genau. Ferner ist auch bei diesem Verfahren die resultierende Karte mit deren Herausgabe veraltet.
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Um dem entgegenzuwirken ist vorgeschlagen worden lokale Änderungen am Straßennetz auf einem entsprechenden Server zu speichern und über ein Mobilfunksystem abrufbar zu machen, so dass Navigationssysteme darauf zugreifen und Änderungen abrufen können. Allerdings bedingt dies einen zusätzlichen Aufwand und ein permanentes Abfragen des Servers, ob sich die Straßensituation im aktuellen lokalen Umfeld des Fahrzeugs geändert hat oder nicht.
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Nun sind für zukünftige Anwendungen, insbesondere im Bereich Fahrerassistenzsysteme oder automatisches Fahren, die Streckengeometrien heutiger digitaler Karten nicht ausreichend, wobei dies für einige mögliche Anwendungen insbesondere im Bereich von Straßenkreuzungen zutrifft. Die Geometrien von Straßenkreuzungen sind in heutigen digitalen Karten nicht enthalten und eine Vermessung ist nur mit aufwändiger Hardware und sehr hohem Aufwand möglich. Weiterhin müssen die Geometrien, wie bereits oben erwähnt, aktuell gehalten werden, welches eine permanente Vermessung bedingen würde.
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So wird in
S. Schroedl et. al.: "Mining GPS Traces for Map Refinement", Data Mining and Knowledge Discovery, 9, 59–87, Juli 2004, vorgeschlagen, hochgenaue Streckengeometrien durch Fahrten von Fahrzeugen zu ermitteln, die mit Differential-GPS, sog. DGPS, ausgestattet sind. Die von den Fahrzeugen ermittelten Daten werden über eine Kommunikationsinfrastruktur an eine Zentrale übertragen. Dort werden die einzelnen Fahrzeugtrajektorien in Straßensegmente und Kreuzungssegmente unterteilt und für jedes Segment die Straßenmitte sowie die Fahrbahnpositionen ermittelt. Ferner können Kreuzungen ermittelt werden und es kann aus den Daten eine hochgenaue Streckengeometrie ermittelt werden. Nachteilig bei diesem Ansatz ist die Voraussetzung der Verfügbarkeit von DGPS für eine Vielzahl von vermessenden Fahrzeugen.
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Zur Übertragung der generierten Daten an die Zentrale kann beispielsweise das Extended Floating Car Data System (XFCD) verwendet werden, bei dem das für die Übertragung zuständige Endgerät im Fahrzeug sämtliche Daten der Autoelektronik erhält und diese nach bestimmten Vorgaben auswertet. Die Ergebnisse der Auswertung werden situationsabhängig an die XFCD-Zentrale per Mobilfunk übermittelt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Daten zur Erzeugung hochgenauer Streckengeometrien, insbesondere im Umfeld einer Kreuzung, in vereinfachter Weise zu generieren sowie mit diesen Daten hochgenaue Streckengeometrien zu erzeugen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erzeugung von Daten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Erzeugung hochgenauer Streckengeometrien unter Verwendung dieser Daten mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Generierung von Daten zur Erzeugung einer hochgenauer Streckengeometrie mit mindestens einem Fahrzeug einer ersten Fahrzeugart, die mit einem hochgenauen Positionierungssystem und einem Car2X-Modul ausgestattet ist, und mindestens einem Fahrzeug einer zweiten Fahrzeugart, die mit einem Positionierungssystem normaler Genauigkeit und einem Car2X-Modul ausgestattet ist, wobei alle Fahrzeuge untereinander direkt Informationen austauschen können und ferner die Fahrzeuge der ersten Fahrzeugart Informationen mit einem Server austauschen können, werden die folgenden Schritte ausgeführt:
- – Melden der Präsenz des Fahrzeugs der ersten Fahrzeugart auf einem Streckenabschnitt mittels Car2X,
- – Übertragen der Satellitenrohdaten der Positionsbestimmung eines im Streckenabschnitt befindlichen Fahrzeugs der zweiten Fahrzeugart an das Fahrzeug der ersten Fahrzeugart,
- – Berechnen der Egoposition des Fahrzeugs der ersten Fahrzeugart sowie der Relativpositionen des Fahrzeugs der zweiten Fahrzeugart durch das Fahrzeug der ersten Fahrzeugart, und
- – Aufzeichnen der Egoposition und der Relativposition.
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Dabei wird unter einem Positionierurgssystem ein System zur Bestimmung der Position mittels eines Satellitensystems verstanden, wie beispielsweise mit dem bekannten GPS-System.
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Vorzugsweise bestimmt das Fahrzeug der ersten Fahrzeugart seine Egoposition und überträgt das zur Positionsbestimmung verwendete Satellitenset an das im Streckenabschnitt befindliche Fahrzeug der zweiten Fahrzeugart.
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Weiter bevorzugt vergleicht das Fahrzeug der zweiten Fahrzeugart das erhaltene Satellitenset mit den eigenen, in Sicht befindlichen Satelliten und führt einen Abgleich auf das Satellitenset des Fahrzeugs der ersten Fahrzeugart durch.
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Weiter bevorzugt übermittelt das Fahrzeug der zweiten Fahrzeugart seine Rohdaten zur Berechnung der Relativposition periodisch an das Fahrzeug der ersten Fahrzeugart. Die Periode der Wiederholungen der Messungen und Übertragungen ist dabei vorgegeben und kann an die äußeren Bedingungen anpassbar sein.
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Weiter bevorzugt überträgt nach einer vorgegebenen Zeit das mindestens eine Fahrzeug der ersten Fahrzeugart seine aufgezeichneten Egopositionen und alle von dem Fahrzeug der ersten Fahrzeugart berechneten Relativpositionen des Fahrzeugs der zweiten Fahrzeugart an den Server, der diese vorzugsweise speichert.
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Auf diese Weise ist es möglich auf kostensparende Weise genügend hochgenaue Positionsdaten zu sammeln, da die zahlenmäßig geringeren Fahrzeuge der ersten Fahrzeugart die Rohdaten der Fahrzeuge der zweiten Fahrzeugart auswerten, d. h. die Position der Fahrzeuge der zweiten Fahrzeugart ebenfalls hochgenau bestimmen.
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Bei einem Verfahren zur Erzeugung einer hochgenauen Streckengeometrie unter Verwendung der Daten des im Vorangegangenen beschriebenen Verfahrens werden die auf dem Server gesammelten Informationen einer Vielzahl von Fahrzeugen der ersten Fahrzeugart zu einer hochgenauen Streckengeometrie zusammengefügt, wobei diese Informationen die Egopositionen aller Fahrzeuge der ersten Fahrzeugart und die von den Fahrzeugen der ersten Fahrzeugart berechneten Relativpositionen der Fahrzeuge der zweiten Fahrzeugart umfassen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt
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1 eine Kreuzungsumgebung mit mehreren Fahrzeugen, und
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2 ein schematisches Ablaufdiagramm der Generierung von Daten zur Erzeugung einer hochgenauen Streckengeometrie.
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1 zeigt ein Beispiel einer Anwendung des Verfahrens in dem Bereich einer Kreuzung X, die durch zwei Straßen S1 und S2 gebildet wird, wobei die Straße S1 gegenüber der Straße S2 eine höhere Berechtigung aufweist. Wie bereits erwähnt, wird in Zukunft ein Großteil der Fahrzeuge mit einem Car2X-Kommunikationsmodul und einem Positionierungssystem ausgestattet sein. Dieses Positionierungssystem genügt den Anforderungen der Fahrerassistenzanwendungen mittels Car2X-Kommunikation, eine Berechnung hochgenauer Streckengeometrien im Kreuzungsbereich ist jedoch nicht möglich. Im Folgenden werden diese Fahrzeuge als Mittelklassefahrzeuge MF bezeichnet.
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Im Beispiel der 1 sind dies die drei Mittelklassefahrzeuge MF1, MF2 und MF3, wobei sich die Fahrzeuge MF1 und MF3 auf der Straße S2 mit der niedrigeren Berechtigung befinden, während das Mittelklassefahrzeug MF2 auf der höher berechtigten Straße den Kreuzungsbereich X verlässt. Dabei geben die jeweiligen Pfeile die Fahrtrichtung der Fahrzeuge MF1, MF2 und MF3 an. Die Positionierungssysteme der Mittelklassefahrzeuge haben eine Genauigkeit von ca. 5 m bis 10 m, was beispielsweise einem Standard-GPS-System entspricht.
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Weiterhin sind einige Fahrzeuge mit hochgenauen Positionierungssystemen und ebenfalls Car2X-Kommunikationsmodulen ausgerüstet. Diese hochgenauen Positionierungssysteme sind aufgrund des höheren Preises derzeit im Wesentlichen in Oberklassefahrzeugen OF zu finden. Die Positionierungssysteme derartiger Oberklassefahrzeuge OF haben eine Genauigkeit hinsichtlich der Positionsbestimmung von weniger als 1 m. Dies lässt sich beispielsweise mit DGPS (Differential-GPS) erreichen. In dem Beispiel der 1 befindet sich ein Oberklassefahrzeug OF1 auf der bevorrechtigten Straße S1 mit Fahrtrichtung zur Kreuzung X hin.
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Alle Fahrzeuge MF1, MF2, MF3 und OF1 sind in der Lage direkt miteinander Informationen auszutauschen, wozu ein Car2Car-WLAN gebildet wird. Das Oberklassefahrzeug OF1 kann darüber hinaus auch mit einem Server kommunizieren, beispielsweise mittels einer zellularen Kommunikation über z. B. UMTS.
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In 2 ist der schematische Ablauf des Verfahrens dargestellt. Dabei erfolgt die Berechnung der hochgenauen Geometrie schrittweise und verteilt nach dem folgenden Schema:
- – die Oberklassenfahrzeuge, abgekürzt mit OF, bestimmen die Ego-Positionen und melden per Car2Car-Kommunikation ihre Präsenz auf einem Streckenabschnitt,
- – OF übertragen ihr aktuelles Satellitenset, d. h. die benutzten GPS-Satelliten zur Positionsbestimmung,
- – die Mittelklassefahrzeuge, abgekürzt MF, reagieren auf die Präsenz der OF und vergleichen das übertragene Satellitenset mit den eigenen in Sicht befindlichen Satelliten,
- – MF übermitteln die eigene Rohdaten (Pseudorange, Trägerphase, Doppler) periodisch an OF,
- – OF bestimmen ihre eigenen Absolutpositionen und die Relativpositionen der MF im direkten Umkreis. Durch das hochgenaue Ortungssystem im OF ist es möglich die Relativpositionen der MF hochgenau zu bestimmen,
- – nach einer vorgegebenen Zeit übertragen die OF ihre aufgezeichneten Ego-Positionen und alle berechneten Relativpositionen zu einem Server S, und
- – auf dem Server werden die Messungen vieler OF zusammengefügt, wodurch eine hochgenaue Streckengeometrie entsteht, welche aus den Absolutpositionen der OF und den Relativpositionen der MF resultiert.
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Dieses Schema ist in 2 in seinem zeitlichen Anlauf dargestellt, wobei die linke Spalte den Ablauf des Verfahrens in einem Mittelklassefahrzeug MF, die mittlere Spalte den Verfahrensablauf in einem Oberklassefahrzeug OF und die rechte Spalte den Verlauf im Server S angibt, wobei der zeitliche Verlauf t von oben nach unten zeigt.
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In einem Schritt A bestimmt das Oberklassenfahrzeug OF mittels eines hochgenauen Positionierungssystems seine Egoposition und meidet im Schritt B seine Präsenz auf dem vorliegenden Streckenabschnitt in Form einer Ankündigung oder eines Rundrufs. Ist ein Mittelklassefahrzeug MF in Empfangsweite, die bei Car2Car bei ca. 200 m bis 300 m liegt, so empfängt das Mittelklassefahrzeug MF den Rundruf im Schritt C und meldet sich beim Oberklassefahrzeug OF an. Es wird in diesem Verlauf zur Kommunikation ein temporäres WLAN kreiert, was in 2 durch den Doppelpfeil zwischen den Schritten B und C symbolisiert ist.
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Im nachfolgenden Schritt D ermittelt das Oberklassenfahrzeug OF sein aktuelles Satellitenset und überträgt dieses an das Mittelklassefahrzeug MF, welches das Satellitenset im Schritt E empfängt und gegebenenfalls quittiert (nicht dargestellt). Ebenfalls nicht dargestellt ist eine mögliche Änderung des Satellitensets des Oberklassefahrzeugs OF während des Verfahrens, die in gleicher Weise gegebenenfalls übertragen wird.
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Im Schritt F erfolgt ein Abgleich des Satellitensets des Oberklassefahrzeugs OF mit dem Satellitenset des Mittelklassefahrzeugs MF, mit anderen Worten, das Mittelklassefahrzeug MF benutzt dieseiben Satelliten wie das Oberklassefahrzeug OF. Im Schritt G sendet das Mittelklassefahrzeug MF die Rohdaten der verwendeten Satelliten an das Oberklassefahrzeug, welches diese im Schritt H empfängt. Aus den eigenen Satellitendaten und den Satellitendaten des Mittelklassefahrzeugs MF ermittelt das Oberklassefahrzeug, d. h. sein hochgenaues Positionierungssystem, im Schritt J seine eigene Egoposition und die Relativposition des Mittelklassefahrzeugs MF bzw. bei mehreren Mittelklassefahrzeugen MF (nicht dargestellt) mehrere Relativpositionen. Im nachfolgenden Schritt K werden diese Positionen gespeichert.
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Die Schritte G bis K werden darin periodisch nach einer vorgegebenen Zeit t1 wiederholt, so dass eine zeitlich diskrete Folge von Positionsinformationen, die die Egopositionen des Oberklassefahrzeugs OF und die Relativpositionen des Mittelklassefahrzeugs MF umfassen, geschaffen wird.
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Liegen genügend Egopositionen und Relativpositionen vor oder ist eine vorgegebene Zeit abgelaufen, so überträgt das Oberklassefahrzeug OF seine Daten, d. h. die gesammelten Positionsinformationen, an einen Server S, der diese im Schritt L empfängt und in einem Schritt M speichert. Liegen im Server S genügend Daten hinsichtlich Egopositionen und Relativpositionen vor, so wird im Schritt N aus diesen Daten eine hochgenaue Streckengeometrie berechnet, die insbesondere Kreuzungen betreffen kann.
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Bezugszeichenliste
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- S1
- Straße
- S2
- Straße
- MF1
- Mittelklassefahrzeug
- MF2
- Mittelklassefahrzeug
- MF3
- Mittelklassefahrzeug
- OF1
- Oberklassefahrzeug
- MF
- Mittelklassefahrzeug
- OF
- Oberklassefahrzeug
- S
- Server
- t
- Zeit
- t1
- Periode
- A
- Bestimmung Egoposition OF
- B
- Ankündigung/Rundruf
- C
- Empfang Rundruf
- D
- Übertragung aktuelles Satellitenset
- E
- Empfang Satellitenset
- F
- Abgleich Satellitenset
- G
- Sendung Rohdaten
- H
- Empfang Rohdaten
- J
- Bestimmung Egoposition und Relativposition
- K
- Speichern
- L
- Empfang Egopositionen und Relativpositionen
- M
- Speichern Egopositionen und Relativpositionen
- N
- Berechnung einer hochgenauen Streckengeometrie
- X
- Kreuzung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- S. Schroedl et. al.: ”Mining GPS Traces for Map Refinement”, Data Mining and Knowledge Discovery, 9, 59–87, Juli 2004 [0006]
