DE102013217060A1

DE102013217060A1 - Spurgenaue Positionierung eines Fahrzeugs

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Publication number: DE102013217060A1
Application number: DE201310217060
Authority: DE
Inventors: Isabella Szottka
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2033-08-28
Also published as: DE102013217060B4

Abstract

Offenbart wird ein Verfahren zum Schätzen der Position eines Fahrzeugs in einer digitalen Landkarte, wobei die Landkarte Fahrbahnen und Fahrspuren definiert, wobei die Position die Entfernung des Fahrzeugs von einem Referenzpunkt entlang der Fahrbahn und die Fahrspur angibt, wobei das Fahrzeug umfasst: Mittel zur Schätzung der Fahrtdistanz, nämlich der Distanz entlang der Fahrbahn, die das Fahrzeug von einem ersten zu einem zweiten Zeitpunkt zurückgelegt hat; eine Kamera, die auf die dem Fahrzeug vorausliegende Fahrbahn gerichtet ist; und Rechenmittel zur Bildverarbeitung, wobei die Rechenmittel dazu eingerichtet sind, in den Aufnahmen der Kamera eine Fahrspurmarkierung zu erkennen; Wobei eine Fahrspurmarkierung eine Markierung auf der Fahrbahn umfasst, die die Grenze einer Fahrspur anzeigt; wobei eine Kandidatenposition die Entfernung des Fahrzeugs von einem jeweiligen Referenzpunkt entlang der Fahrbahn und die Fahrspur angibt; Wobei das Verfahren die wiederholte Ausführung der folgenden Schritte umfasst, wobei dabei die zweite Gruppe von Kandidatenpositionen bei einer Wiederholung der Schritte als erste Gruppe von Kandidatenpositionen verwendet wird: Bereitstellen einer ersten Gruppe von Kandidatenpositionen für den ersten Zeitpunkt; Bestimmen einer Bewertung für jede Kandidatenposition der ersten Gruppe von Kandidatenpositionen unter Berücksichtigung der erkannten Fahrspurmarkierung; Bestimmen einer zweiten Gruppe von Kandidatenpositionen für den zweiten Zeitpunkt basierend auf Kandidatenpositionen der ersten Gruppe; wobei die von einer Kandidatenposition der zweiten Gruppe angegebene Entfernung basierend auf der von einer Kandidatenposition der ersten Gruppe angegebenen Entfernung und der Fahrtdistanz bestimmt wird; Bestimmen einer Kandidatenposition aus der ersten Gruppe von Kandidatenpositionen als Schätzung für die Position des Fahrzeugs unter Berücksichtigung der Bewertungen der jeweiligen Kandidatenpositionen der ersten Gruppe.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schätzen der Position eines Fahrzeugs in einer digitalen Landkarte sowie ein Computerprogramm und ein Fahrzeug zu demselben Zweck.
Heutzutage sind Navigationssysteme für Fahrzeuge, beispielsweise PKW, LKW, Motorräder oder Fahrräder, weit verbreitet. Diese verfügen über eine digitale Landkarte und Mittel zur Positionsbestimmung, insbesondere Satellitennavigationsempfänger wie GPS-, GLONASS- und/oder Galileo-Empfänger. In Navigationssystemen, die werksseitig in Fahrzeugen verbaut sind, werden häufig auch Lenkwinkelsensoren und Geschwindigkeitssensoren an den Rädern als Mittel zur Positionsbestimmung verwendet. In einer digitale Landkarte sind Straßen typischerweise in einzelne Abschnitte unterteilt und in ausführlicheren digitalen Landkarten wird für zumindest einige Abschnitte der Straße die Anzahl der Fahrspuren für jede Fahrtrichtung angegeben. Eine Straße umfasst mindestens eine Fahrbahn, wobei eine Fahrbahn eine zusammenhängende mit einem Fahrzeug befahrbare Fläche ist. Häufig sind digitale Landkarten gemäß dem GDF (geographic data file) Standard strukturiert. Im Betrieb bestimmen die Navigationssysteme die Position des Fahrzeugs in der digitalen Landkarte. Dafür erfasst das Navigationssystem mit den Mittel zur Bestimmung der Position meist zunächst die geographische Position (in Geokoordinaten) des Fahrzeugs, um diese dann in der digitalen Landkarte wiederzufinden. Dieser Vorgang wird auch map matching genannt. Beim Bestimmen der Position des Fahrzeugs in der Landkarte wird die Position das Fahrzeug vorteilhafterweise auf einer Straße und gegebenenfalls auch auf einer Fahrspur der digitalen Landkarte bestimmt. Die Bestimmung der geographischen Position unterliegt häufig für die Positionierung in einer Landkarte relevanten Ungenauigkeiten aufgrund von Messfehlern der Mittel zur Positionsbestimmung; was insbesondere bei derzeit eingesetzten Satellitennavigationsempfängern in kommerziell weit verbreiten Navigationssystemen der Fall ist. Ferner unterliegen auch die Positionsangaben der Straßen in der digitalen Landkarte Ungenauigkeiten. Aus diesen Gründen kommt es häufig vor, dass eine für das Fahrzeug bestimmte geographische Position nicht mit der Position in der Landkarte zusammenfällt, die für das Fahrzeug eigentlich bestimmt werden müsste. Dies gilt insbesondere, wenn eine Positionierung bis auf die Fahrspur genau vorgenommen werden soll, was manchmal auch als spurgenaue Positionierung bezeichnet wird. Eine spurgenaue Positionierung ist insbesondere an Kreuzungen oder Verzweigungen vorteilhaft, da hierdurch dem Fahrer eines Fahrzeugs besonders genaue Fahrtanweisungen gegeben werden können und fortschrittliche Fahrerassistenzfunktionen ermöglicht werden.
Aus der Literatur ist bekannt, für das map matching sogenannte Partikelfilter zu verwenden. Dies ist zum Beispiel beschrieben in: A. Selloum, D. Betaille, E. Le Carpentier und F. Peyret, „Lane level positioning using particle filtering", Proc. 12th IEEE International Conference an Intelligent Transportation Systems 200, Seiten 1 bis 6. In dieser Arbeit wird jedoch eine digitale Landkarte verwendet, die bis auf Dezimeter genau ist und damit nicht den digitalen Landkarten in kommerziell weit verbreiteten Navigationssystemen entspricht.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, ist es, die Positionierung von Fahrzeugen in digitalen Landkarten zu verbessern und spurgenaue Positionierungen zu ermöglichen. Diese Positionierung soll insbesondere auch in derzeit kommerziell weit verbreiten Navigationssystemen möglich und robust sein.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren, ein Computerprogramm und ein Fahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
In einem Aspekt umfasst ein Verfahren zum Schätzen der Position eines Fahrzeugs in einer digitalen Landkarte, wobei die Landkarte Fahrbahnen und Fahrspuren definiert, wobei die Position die Entfernung des Fahrzeugs von einem Referenzpunkt entlang der Fahrbahn und die Fahrspur angibt, wobei das Fahrzeug umfasst: Mittel zur Schätzung der Fahrtdistanz, nämlich der Distanz entlang der Fahrbahn, die das Fahrzeug von einem ersten zu einem zweiten Zeitpunkt zurückgelegt hat; eine Kamera, die auf einen Teil der das Fahrzeug umgebenden Fahrbahn, insbesondere die dem Fahrzeug vorausliegende Fahrbahn, gerichtet ist; und; und Rechenmittel zur Bildverarbeitung, wobei die Rechenmittel dazu eingerichtet sind, in den Aufnahmen der Kamera eine Fahrspurmarkierung zu erkennen; Wobei eine Fahrspurmarkierung eine Markierung auf der Fahrbahn umfasst, die insbesondere die Grenze einer Fahrspur anzeigt; wobei eine bzw. jede Kandidatenposition, auf die hierin Bezug genommen wird, die Entfernung des Fahrzeugs von einem jeweiligen Referenzpunkt entlang der Fahrbahn und die Fahrspur angibt (wobei die jeweiligen Referenzpunkt nicht notwendigerweise alle verschieden sein müssen); wobei das Verfahren die wiederholte Ausführung der folgenden Schritte umfasst, wobei dabei die zweite Gruppe von Kandidatenpositionen bei einer Wiederholung der Schritte als erste Gruppe von Kandidatenpositionen verwendet wird: Bereitstellen einer ersten Gruppe von Kandidatenpositionen für den ersten Zeitpunkt; Bestimmen einer Bewertung für jede Kandidatenposition der ersten Gruppe von Kandidatenpositionen unter Berücksichtigung der erkannten Fahrspurmarkierung; Bestimmen einer zweiten Gruppe von Kandidatenpositionen für den zweiten Zeitpunkt basierend auf Kandidatenpositionen der ersten Gruppe; wobei die von einer Kandidatenposition der zweiten Gruppe angegebene Entfernung basierend auf der von einer Kandidatenposition der ersten Gruppe angegebenen Entfernung und der Fahrtdistanz bestimmt wird; Bestimmen einer Kandidatenposition aus der ersten Gruppe von Kandidatenpositionen als Schätzung für die Position des Fahrzeugs unter Berücksichtigung der Bewertungen der jeweiligen Kandidatenpositionen der ersten Gruppe. Das Verfahren wird typischerweise bei der Ausführung eines Partikelfilters zur Schätzung der Position des Fahrzeugs angewandt, wobei die Kandidatenpositionen Partikel darstellen.
Bei der typischen Anwendung bei der Ausführung eines Partikelfilters, werden also bei der Bewertung der Partikel, also der Kandidatenpositionen, erkannte Fahrspurmarkierungen berücksichtigt. Auf diese Weise wird der bei Partikelfiltern sonst üblicherweise verwendete Bewertungsmaßstab erweitert, eben um Auswertungen der Fahrspurmarkierungen. Aufgrund der zusätzlichen Informationsquelle der Fahrspurmarkierungen wird eine robustere spurgenaue Positionierung möglich.
Die Mittel zur Schätzung der Fahrtdistanz können in einem Navigationssystem umfasst sein, oder nur einen Satellitennavigationsempfänger und entsprechende Signalverarbeitung umfassen, sowie auch über Bewegungs- und/oder Radsensoren des Fahrzeugs realisiert sein. Darüber hinaus ist eine (lose) Kopplung der verschiedenen Sensorsysteme beispielsweise in einem Kalman Filter denkbar.
Eine Fahrspurmarkierung kann eine Fahrspur begrenzen oder Hinweise bezüglich der Verkehrsleitung geben. Die Begrenzung kann derart sein, dass sie gemäß den Straßenverkehrsregeln von dem Fahrzeug überquert werden darf (gestrichelte Linie bzw. Markierung) oder nicht überquert werden darf (durchgezogene Linie bzw. Markierung). Darüber hinaus sind weitere Klassifizierungen bzw. Typisierungen von Begrenzungen möglich. Eine Markierung zur Verkehrsleitung kann beispielsweise ein Richtungspfeil sein, der angibt, ob die Fahrspur eine Abbiegespur ist. Eine Fahrbahn kann mehrere Fahrspuren umfassen.
In einer Weiterbildung sind die Rechenmittel ferner dazu eingerichtet, zusätzlich den Typ der erkannten Fahrspurmarkierung zu erkennen, insbesondere, ob es sich um eine durchgezogene Markierung oder gestrichelte Markierung handelt; wobei bei dem Bestimmen der Bewertung für jede Kandidatenposition der ersten Gruppe zusätzlich der Typ der Fahrspurmarkierung berücksichtigt wird. In den meisten Fällen wird im Straßenverkehr der Typ einer Fahrspurmarkierung durch die Lage der Fahrspur vorgegeben. Beispielsweise ist die rechte Begrenzung einer rechten Fahrspur einer mehrspurigen Fahrbahn meist eine durchgezogene Linie, die nicht überfahren werden darf. Es ist somit möglich, von dem Typ der Markierung auf die Lage der Fahrspur relativ zu anderen Fahrspuren zu schließen. Dieses aus dem erkannten Typ der Fahrspurmarkierung erlangte Wissen kann bei der Bewertung der Kandidatenpositionen verwendet werden. Dazu können Einflussgrößen für die Bewertung in einer Tabelle vorgespeichert sein, und zwar abhängig von erkannten Typen der Fahrspurmarkierungen und von Kandidatenpositionen angegebenen Fahrspuren. Mit anderen Worten: Die Bewertung berücksichtigt den erkannten Typ der Fahrspurmarkierung und die von der Kandidatenposition angegebene Fahrspur. Hierdurch wird eine verbesserte Bewertung und damit eine verbesserte Positionsschätzung möglich und insbesondere ein verbesserter Partikelfilter ermöglicht.
Das Bestimmen der Bewertung für jede Kandidatenposition umfasst also vorteilhafterweise: Bestimmen einer Einflussgröße für die Bewertung der jeweiligen Kandidatenposition anhand einer vorgespeicherten Zuordnung, insbesondere einer Tabelle, wobei die Zuordnung einem erkannten Typ der Fahrspurmarkierung und einer von einer Kandidatenposition angegebenen Fahrspur eine Einflussgröße zuordnet. Die Einflussgröße dient der genaueren Bestimmung der Bewertung und ist insbesondere ein Faktor, mit dem ein Zwischenergebnis der Bewertung multipliziert wird.
In einer Fortbildung sind die Rechenmittel ferner dazu eingerichtet, zu erfassen, ob sich die Fahrspurmarkierung rechts oder links des Fahrzeugs befindet; wobei bei dem Bestimmen einer Bewertung für jede Kandidatenposition berücksichtigt wird, ob sich die erkannte Fahrspurmarkierung links oder rechts des Fahrzeugs befindet. Dies erleichtert die Bestimmung der Kategorie der relativen Lage des Fahrzeugs.
In einer alternativen Implementierung umfasst das Bestimmen der Bewertung für jede Kandidatenposition: Bestimmen einer erwarteten Fahrspurmarkierung für jede Kandidatenposition der ersten Gruppe anhand der von der jeweiligen Kandidatenposition angegebenen Fahrspur; Für jede Kandidatenposition der ersten Gruppe: Vergleichen des Typs der jeweils erwarteten Fahrspurmarkierung mit der erkannten Fahrspurmarkierung; Wobei das Bestimmen der Bewertung für jede Kandidatenposition zusätzlich das Ergebnis des jeweiligen Vergleichs berücksichtigt. Dabei wird insbesondere eine höhere Bewertung für eine Kandidatenposition bestimmt, wenn der Vergleich ergibt, dass der Typ der jeweils erwarteten Fahrspurmarkierung mit dem Typ der erkannten Fahrspurmarkierung übereinstimmt, als wenn der Vergleich ergibt, dass der Typ der jeweils erwarteten Fahrspurmarkierung nicht mit dem Typ der erkannten Fahrspurmarkierung übereinstimmt.
In einer Weiterbildung wird für die Bewertung der Kandidatenpositionen auch eine zweite Fahrspurmarkierung berücksichtigt, so dass die Fahrspurmarkierungen links und rechts des Fahrzeugs berücksichtigt werden. In dieser Weiterbildung sind die Rechenmittel ferner dazu eingerichtet, in den Aufnahmen der Kamera eine weitere Fahrspurmarkierung zu erkennen; und insbesondere dazu eingerichtet, den Typ der erkannten Fahrspurmarkierung zu erkennen; und weiter insbesondere dazu eingerichtet, zu erkennen, ob sich die weitere Fahrspurmarkierung links oder rechts des Fahrzeugs befindet; Wobei das Bestimmen einer Bewertung für jede Kandidatenposition der ersten Gruppe von Kandidatenpositionen ebenfalls die weitere Fahrspurmarkierung berücksichtigt; und insbesondere den Typ der erkannten weiteren Fahrspurmarkierung, und weiter insbesondere für jede erkannte Fahrspurmarkierung und deren Typ berücksichtigt, ob sich die Fahrspurmarkierung links oder rechts des Fahrzeugs befindet. Durch die Berücksichtigung der weiteren Fahrspurmarkierung, deren Typs und insbesondere, ob sich diese links oder rechts des Fahrzeugs befindet, wird eine genauere Zuordnung des Fahrzeugs zu einer relativen Fahrspurlage möglich. So kann durch die Berücksichtigung einer Fahrspurmarkierung auf einer weiteren Seite des Fahrzeugs auch erkannt werden, ob sich das Fahrzeug in der Fahrspur ganz links oder ganz rechts einer mehrspurigen Fahrbahn befindet. Bei einer Erkennung nur einer Fahrspur kann unter Umständen nur eine Aussage hinsichtlich nur einer Randposition (also Fahrspur ganz links oder andere Fahrspur bzw. Fahrspur ganz rechts bzw. andere Fahrspur) getroffen werden. Mithilfe der beidseitigen Bestimmung kann eine verbesserte Bewertung der Kandidatenpositionen vorgenommen werden.
Die Berücksichtigung beider erkannter Fahrspuren kann mithilfe einer Tabelle geschehen, die einem erkannten Typ der ersten und einem erkannten Typ der zweiten Fahrspurmarkierung und einer von einer Kandidatenposition angegebenen Fahrspur eine Einflussgröße zuordnet. Diese Einflussgröße berücksichtigt also die rechts und links erkannten Fahrspurmarkierungen.
In einer Weiterbildung umfassen die Mittel zur Schätzung der Fahrtdistanz: Mittel zur Bestimmung der absoluten geographischen Position des Fahrzeugs, insbesondere eben Satellitennavigationsempfänger wie GPS-Empfänger, GLONASS-Empfänger oder Galileo-Empfänger. Das Verfahren umfasst ferner in dieser Weiterbildung: Schätzen der absoluten geographischen Position des Fahrzeugs zu dem zweiten Zeitpunkt; Für jede Kandidatenposition der ersten Gruppe: Bestimmen der Absolutdistanz, nämlich der Distanz zwischen der jeweiligen Kandidatenposition und der absoluten geographischen Position des Fahrzeugs; Wobei das Bestimmen einer Bewertung für jede Kandidatenposition ferner die jeweilige bestimmte Absolutdistanz berücksichtigt. Die Bewertung der jeweiligen Kandidatenpositionen berücksichtigt somit ein weiteres Kriterium, nämlich die Distanz zwischen der Kandidatenposition und der zum zweiten Zeitpunkt bestimmten geographischen Position des Fahrzeugs. Dazu kann die Kandidatenposition in eine geographische Position umgerechnet werden.
In einer Implementierung umfasst das Fahrzeug: Mittel zur Bestimmung der Ausrichtung des Fahrzeugs, wobei diese Mittel zur Bestimmung der Ausrichtung insbesondere von dem Mittel zur Bestimmung der Fahrtdistanz umfasst sind; wobei das Verfahren ferner umfasst: Bestimmen der Ausrichtung des Fahrzeugs zum zweiten Zeitpunkt; Für jede Kandidatenposition der ersten Gruppe: Bestimmen der Kandidatenausrichtung, nämlich der Ausrichtung der Fahrbahn oder eines Abschnitts der Fahrbahn in der Landkarte, auf der bzw. dem sich die jeweilige Kandidatenposition befindet; Wobei das Bestimmen einer Bewertung für jede Kandidatenposition ferner den Unterschied der Ausrichtung des Fahrzeugs und der jeweiligen Kandidatenausrichtung berücksichtigt. Die Ausrichtung des Fahrzeugs ist insbesondere die Fahrtrichtung, die manchmal auch heading genannt wird. Es wird somit ein weiteres Kriterium in die Bewertung der Kandidatenpositionen eingeführt, nämlich die Ausrichtung des Fahrzeugs und der Kandidatenposition. Die Ausrichtung der Kandidatenposition, wird anhand der digitalen Landkarte bestimmt.
In einer weiteren Weiterbildung weist die erste Gruppe und die zweite Gruppe jeweils eine erste Anzahl an Kandidatenpositionen auf; wobei das Bestimmen der zweiten Gruppe umfasst: Bestimmen einer Untergruppe der ersten Gruppe von Kandidatenpositionen unter Berücksichtigung der Bewertung der jeweiligen Kandidatenposition, insbesondere unter Beachtung eines Schwellwertes; wobei die Untergruppe eine zweite Anzahl von Kandidatenpositionen aufweist, die kleiner ist als die erste Anzahl; Bestimmen einer Zwischengruppe von Kandidatenpositionen, wobei die Zwischengruppe die Untergruppe umfasst; wobei die Zwischengruppe die erste Anzahl an Kandidatenpositionen aufweist; Bestimmen der zweiten Gruppe von Kandidatenpositionen basierend auf der Zwischengruppe; wobei die von jeder Kandidatenposition der zweiten Gruppe angegebene Entfernung jeweils basierend auf der von einer Kandidatenposition der Zwischengruppe angegebenen Entfernung zuzüglich der Fahrtdistanz bestimmt wird, so dass die von einer Kandidatenposition der zweiten Gruppe angegebene Entfernung basierend auf der von einer Kandidatenposition der ersten Gruppe angegebenen Entfernung und der Fahrtdistanz bestimmt wird. Diese Weiterbildung ermöglicht also ein sogenanntes Sampling und Resampling. Aus den Kandidatenpositionen der ersten Gruppe werden diejenigen ausgewählt, die am erfolgversprechenden für eine gute Schätzung der Position des Fahrzeugs erscheinen (Untergruppe). Diese werden wieder zur ersten Anzahl vervielfältigt (Zwischengruppe) und entsprechend der Fahrtdistanz verschoben, um zur zweiten Gruppe zu gelangen.
Das Bestimmen der Zwischengruppe kann umfassen: Vervielfältigen von Kandidatenpositionen der Untergruppe, so dass die Zwischengruppe mit der ersten Anzahl an Kandidatenpositionen entsteht. Dabei berechnet sich die von jeder Kandidatenposition der zweiten Gruppe angegebene Entfernung jeweils basierend auf der von einer Kandidatenposition der Zwischengruppe angegebenen Entfernung, zuzüglich der Fahrtdistanz und zuzüglich eines für die jeweilige Kandidatenposition der zweiten Gruppe bestimmten Betrages, der zufällig bestimmt wird, insbesondere gemäß einer Normalverteilung oder der Summe von Normalverteilungen. Die Entfernungen der Kandidatenpositionen werden somit noch „verrauscht”. Dazu kann ein jeweils unterschiedliches Rauschen zu jeder von einer Kandidatenposition der Zwischengruppe angegebene Entfernung gegeben werden. Dies verhindert, dass die vervielfältigten Kandidatenpositionen der Zwischengruppe nach der Verschiebung um die Fahrtdistanz alle dieselbe Position angeben und verbessert die Schätzung darüber hinaus insgesamt.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die digitale Landkarte für jede Fahrspur auch die der jeweiligen Fahrspur in Fahrtrichtung nachfolgende Fahrspur oder nachfolgende Fahrspuren spezifiziert. Das Bestimmen einer Kandidatenposition der zweiten Gruppe berücksichtigt dann, welche Fahrspur oder welche Fahrspuren der Fahrspur nachfolgt beziehungsweise nachfolgen, die von der Kandidatenposition der ersten Gruppe angegeben wird, auf der die Kandidatenposition der zweiten Gruppe basiert; wobei die Nachfolge der Fahrspur insbesondere dann berücksichtigt wird, wenn eine Kandidatenposition der zweiten Gruppe auf einem anderen Abschnitt liegt, als der Abschnitt, auf dem die Kandidatenposition der ersten Gruppe liegt, basierend auf dem die Kandidatenposition der zweiten Gruppe bestimmt wurde. Bei der Fortschreibung der Kandidatenpositionen (Bestimmung der Kandidatenpositionen der zweiten Gruppe basierend auf Kandidatenpositionen der ersten Gruppe) wird also berücksichtigt auf welcher Fahrspur sich die ursprüngliche Kandidatenposition befindet und welches die nachfolgenden Fahrspuren für die Fahrspur der ursprünglichen Kandidatenposition sind. Auf diese Weise wird eine sinnvolle Verschiebung der Kandidatenpositionen im Laufe der Ausführung des Verfahrens (ggf. eines Partikelfilters) möglich. Die Verschiebung entspricht dem Fahrspurverhalten, das ein Fahrzeug ausführen könnte. Auf diese Weise werden Kandidatenpositionen auf intelligentere und verbesserte Weise erzeugt. Folglich ist auch die Schätzung der Position des Fahrzeugs, die auf den Kandidatenpositionen basiert, verbessert.
In einer Implementierung sind die Rechenmittel ferner dazu eingerichtet, in den Aufnahmen der Kamera die Überquerung einer Fahrspurmarkierung zu erkennen, und weiter insbesondere dazu eingerichtet sind, einen Fahrspurwechsel des Fahrzeugs zu erkennen, wobei das Bestimmen der Fahrspuren der Kandidatenpositionen der zweiten Gruppe den erkannten Fahrspurwechsel berücksichtigt. Insbesondere werden die Fahrspuren, die von den Kandidatenpositionen der zweiten Gruppe angegeben werden, basierend auf den Fahrspuren, die von den Kandidatenpositionen der ersten Gruppe angegeben werden, und dem erkannten Fahrspurwechsel bestimmt.
Es wird somit eine weitere Informationsquelle, nämlich die Kamera und ein Fahrspurwechsel, verwendet um die Kandidatenpositionen entsprechend dem beobachteten Verhalten des Fahrzeugs fortzuschreiben. Dies ermöglicht die Bestimmung von Kandidatenpositionen, deren Positionsangaben besser der tatsächlichen Position des Fahrzeugs entsprechen und damit eine verbesserte Schätzung ermöglichen.
In einem anderen Aspekt veranlasst ein Computerprogramm bei seiner Ausführung die Ausführung eines der vorstehenden Verfahren. Dazu kann das Computerprogramm entsprechende Anweisungen umfassen. Der Computer kann ein Mikrocontroller, ein Universalcomputer sein oder dedizierte Schaltkreise umfassen, sofern diese programmtechnisch einrichtbar sind. Das Computerprogramm kann von einem Computerprogrammprodukt umfasst sein.
In einem anderen Aspekt umfasst ein Fahrzeug: Mittel zur Schätzung der Fahrtdistanz, nämlich der Distanz die das Fahrzeug von einem ersten zu einem zweiten Zeitpunkt zurückgelegt hat; eine Kamera, die auf einen Teil der das Fahrzeug umgebenden Fahrbahn, insbesondere die dem Fahrzeug vorausliegende Fahrbahn, gerichtet ist; und Elektronische Rechenmittel zur Bildverarbeitung, wobei die Rechenmittel dazu eingerichtet sind, in den Aufnahmen der Kamera eine Fahrspurmarkierung zu erkennen; Elektronische Rechenmittel, die programmtechnisch einrichtbar sind; Wobei das Fahrzeug dazu eingerichtet ist, eines der vorstehenden Verfahren auszuführen. Die elektronischen Rechenmittel, die programmtechnisch einrichtbar sind, können ein Computer sein. Dasselbe gilt für die elektronischen Rechenmittel zur Bildverarbeitung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 zeigt eine zweite Gruppe an Kandidatenpositionen und einen Abschnitt einer Fahrbahn gemäß einem Ausführungsbeispiel.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 umfassen die Straßen der digitalen Landkarte jeweils mindestens eine Fahrbahn, die in einzelne Abschnitte I, manchmal auch links genannt, unterteilt sind. Des Weiteren gibt die digitale Landkarte für jeden Abschnitt auch die Maximalanzahl an befahrbaren Fahrspuren in eine Fahrtrichtung an. Darüber hinaus spezifiziert die digitale Landkarte, welcher Abschnitt auf einen gegebenen Abschnitt in Fahrtrichtung folgt und spezifiziert auch, welche Fahrspur eines Abschnitts mit welcher Fahrspur des folgenden Abschnitts verbunden ist. In digitalen Landkarten enden Abschnitte insbesondere an Verzweigungen von Straßen oder Fahrbahnen. Deshalb können für einen Abschnitt bzw. eine Fahrspur auch mehrere Folgeabschnitte und Folgefahrspuren spezifiziert werden. Generell kann die Erfindung auch mit einer digitalen Landkarte ausgeführt werden, die keine Spezifizierung der jeweils folgenden Abschnitte und Fahrspuren bereitstellt.
Die geschätzte Position x oder die Kandidatenposition c eines Fahrzeugs in einer digitalen Landkarte wird in der digitalen Landkarte durch drei Angaben spezifiziert: Die Identifikation I des Abschnitts der Straße, die hierin eine natürliche Zahl ist; die Identifikation der Fahrspur, die hierin ebenfalls eine natürliche Zahl ist; und die Entfernung s von dem Beginn des Abschnitts (der als Referenzpunkt dient) entlang der Fahrbahn, die eine reelle Zahl größer 0 ist. Somit lässt sich die geschätzte Position x zum Zeitpunkt t·T (wobei t eine natürliche Zahl ist und T eine Zeitdauer angibt, beispielsweise 0,1 s; 0,5 s; 1 s; 5 s) darstellen als: x_t = (I_t, k_t, s_t) und die Kandidatenposition c zum Zeitpunkt t lässt sich darstellen als: c_t = (I_t, k_t, s_t).
Das Verfahren zur Schätzung der Position des Fahrzeugs in der digitalen Landkarte wird von einem Fahrzeug ausgeführt, das Mittel zur Schätzung der Fahrtdistanz des Fahrzeugs von einem ersten Zeitpunkt zu einem zweiten Zeitpunkt umfasst. Diese Mittel umfassen einen Satellitennavigationsempfänger, einen Geschwindigkeitsmesser an zumindest einem Rad des Fahrzeugs und eine Giergeschwindigkeitsbestimmung mittels des Lenkwinkels. Die Ausgaben dieser Sensoren werden in einem aus dem Stand der Technik bekannten Extended Kalman Filter miteinander verknüpft um, die Fahrtdistanz d_t zu schätzen, die das Fahrzeug von einem ersten Zeitpunkt (t – 1)·T zu einem zweiten Zeitpunkt t·T zurückgelegt hat. Ferner umfasst das Fahrzeug eine Kamera, die auf die dem Fahrzeug vorausliegende Fahrbahn gerichtet ist. Die Kamera kann Aufnahmen im sichtbaren Bereich des Lichts machen und einen CMOS Sensor verwenden. Weitere Beispiele von verwendbaren Kameras sind im Stand der Technik bekannt. Das Fahrzeug umfasst ferner Elektronische Rechenmittel zur Bildverarbeitung, wobei die Rechenmittel dazu eingerichtet sind, in den Aufnahmen der Kamera die dort vorhandenen Fahrspurmarkierungen und deren Typ zu erkennen. Verfahren hierzu sind im Stand der Technik bekannt. Es werden die dem Fahrzeug nächsten Fahrspurmarkierungen identifiziert und jeweils als linke oder rechte Fahrspurmarkierung (von der Fahrtrichtung aus gesehen) klassifiziert. Das Fahrzeug umfasst ferner Mittel zur Bestimmung der Ausrichtung h des Fahrzeugs, die in den Mitteln zur Bestimmung der Fahrtdistanz umfasst sind. Die Ausrichtung h wird basierend auf der Giergeschwindigkeitsbestimmung und/oder einem elektronischen Kompass ermittelt, wobei die Ausrichtung h_t des Fahrzeugs in Bezug auf ein unveränderliches Referenzsystem, beispielsweise die Himmelsrichtung, zum Zeitpunkt t·T beschrieben wird.
Zur Initiierung des Verfahrens gemäß dem Ausführungsbeispiel mit Bezug auf 1 wird die absolute Position des Fahrzeugs mittels der Positionsbestimmungsmittel ermittelt, S1. Es wird dann die dieser Position am nächsten kommende Position x_ini in der digitalen Landkarte bestimmt. Diese Position in der digitalen Landkarte wird vervielfältigt, so dass eine erste Anzahl an Kandidatenpositionen (auch Partikel genannt), erreicht wird. Die erste Anzahl kann beispielsweise 10, 20, 30, 50 oder mehr sein. Diese Kandidatenpositionen werden anschließend „verrauscht” also jeweils mit einer anderen Abweichung von der Position x_ini versehen, wobei die Abweichungen entsprechend einer Normalverteilung gewählt werden. Die Abweichung wird zweidimensional vorgenommen, so dass sich sowohl die Entfernung s_t und der Abschnitt I_t als auch die Fahrspur k_t einer Kandidatenposition c_t durch die Verrauschung ändern kann. Bei dem Versatz einer Kandidatenposition quer zur Fahrtrichtung, also auf eine andere Fahrspur, wird die typische Breite einer Fahrspur berücksichtigt, sofern nicht durch die digitale Landkarte spezifiziert. Des Weiteren werden die Angaben zur Verbindung von Abschnitten und zur Verbindung von Fahrspuren über die Abschnitte hinweg bei der Verrauschung berücksichtigt, so dass die absolute Position einer Kandidatenposition durch die Kandidatenposition in der digitalen Landkarte wiedergegeben wird. Die (verrauschten) Kandidatenpositionen stellen die erste Gruppe an Kandidatenpositionen dar, S2.
Für jede Kandidatenposition c der ersten Gruppe wird eine Bewertung w_c,t für den Zeitpunkt t·T erstellt, S3. Die Bewertung besteht aus drei Komponenten: a) eine Bewertungskomponente w_c,t,dist aufgrund der Absolutdistanz; b) einer Bewertungskomponente w_c,t,heading aufgrund der Ausrichtung der Kandidatenposition; und c) einer Bewertungskomponente w_c,t,lane aufgrund der erkannten Fahrspurmarkierungen. Die Bewertung w_c,t errechnet sich dann aus einer Multiplikation der einzelnen Komponenten: w_c,t = w_c,t,dist·w_c,t,heading·w_c,t,lane
Die Bewertungskomponente aufgrund der Absolutdistanz w_c,t,dist bezieht sich auf die Distanz d_abs zwischen einer mit den Mitteln zur Positionsbestimmung festgestellten absoluten geographischen Position des Fahrzeugs zu einer absoluten Position des Fahrzeugs, die für die jeweilige Kandidatenposition in der Landkarte bestimmt wird. Es wird also von der Kandidatenposition in der Landkarte auf eine absolute Position zurückgeschlossen. Die Bewertungskomponente w_c,t,dist berechnet sich beispielsweise wie folgt: w_c,t,dist = exp(–0,08·d_abs).
Die Bewertungskomponente w_c,t,heading aufgrund der Ausrichtung der Kandidatenposition bezieht sich auf die absolute Ausrichtung des Fahrzeugs und die absolute Ausrichtung der Kandidatenposition in der Landkarte. Die Ausrichtung des Fahrzeugs wird mit den Mittel zur Bestimmung der Ausrichtung bestimmt. Die absolute Ausrichtung der Kandidatenposition wird aufgrund der absoluten Ausrichtung des Abschnitts der Straße oder der Fahrbahn in der digitalen Landkarte bestimmt. Es kann vorgesehen sein, die Ausrichtung nur eines Teils des Abschnitts zu verwenden, wenn dieser seine Ausrichtung stark ändert. Ebenso ist eine Bestimmung der Ausrichtung aufgrund der Fahrspur bzw. Straße möglich, auf der sich das Fahrzeug befindet, sofern die Ausrichtungen der einzelnen Fahrspuren voneinander abweichen und bekannt sind (beispielsweise als Zusatzinformation in der digitalen Landkarte). Es wird der Winkelunterschied d_heading (in Bogenmaß) zwischen den beiden Ausrichtungen bestimmt. Die Bewertungskomponente w_c,t,heading bestimmt sich beispielsweise wie folgt: w_c,t,heading = (1 + exp(10·d_heading – 7,5))^–1
Der Vorteil dieser Berechnung der Bewertungskomponente aufgrund der Ausrichtung liegt darin, dass kleine Abweichungen der Ausrichtung des Abschnitts in der Landkarte nicht zu sehr ins Gewicht fallen. Dies ist insbesondere an Verzweigungen oder Abzweigungen der Straßen nützlich, welche gerade bei digitalen und möglicherweise abstrahierten Landkarten die tatsächlichen Ausrichtungen nur ungenau wiedergeben. Andererseits ändert sich die Bewertungskomponente hinreichend, wenn der Winkelunterschied steigt.
Die Bewertungskomponente w_c,t,lane bezieht sich auf die erkannten Fahrspurmarkierungen. Die Kamera des Fahrzeugs und die elektronischen Rechenmittel erkennen die dem Fahrzeug links und rechts nächsten Fahrspurmarkierungen und deren Typ. Als Typen werden „durchgezogen” und „gestrichelt” unterschieden sowie „unbekannt”, falls die Markierung nicht als „durchgezogen” oder „gestrichelt” bestimmt werden kann. Im Fahrzeug, insbesondere in den elektronischen Rechenmitteln, ist ferner eine Zuordnung in der Form einer Tabelle gespeichert, mit deren Hilfe die Bewertungskomponente w_c,t,lane ermittelt wird. Über die Tabelle wird Ausgangsgrößen ein Wert für die Bewertungskomponente w_c,t,lane zugeordnet. Die Ausgangsgrößen sind der Typ der erkannten linken Fahrspurmarkierung, der Typ der erkannten rechten Fahrspurmarkierung, die Anzahl der Fahrspuren in einer Fahrtrichtung auf dem Abschnitt in dem sich die jeweilige Kandidatenposition befindet und die Fahrspur, die die Kandidatenposition angibt. Es ist möglich, auch nur mit einer erkannten Fahrspur und deren Typ die Bewertungskomponente w_c,t,lane zu bestimmen. In diesem Fall kann die Bewertungskomponente unter Umständen jedoch seltener eine Änderung der Bewertung der Kandidatenposition bewirken.
Die in der Tabelle gegebenen Bewertungskomponenten w_c,t,lane zeigen inwieweit die Fahrspurmarkierungen, die für eine Kandidatenposition erwartet würden mit den in der Kamera erkannten Fahrspurmarkierungen übereinstimmen. Auf die erwartete Fahrspurmarkierung kann anhand der Anzahl der Fahrspurmarkierungen in einer Fahrtrichtung und der Fahrspur der Kandidatenposition geschlossen werden, indem die relative Lage der Fahrspur bezogen auf alle Fahrspuren bestimmt wird. Beispielsweise kann darauf geschlossen werden, dass sich die Kandidatenposition in der Fahrspur ganz links befindet, wenn die Kandidatenposition angibt, in der dritten Fahrspur von rechts zu sein (beispielsweise k_t = 3) und der Abschnitt drei Fahrspuren insgesamt in eine Fahrtrichtung aufweist. In diesem Fall würde erwartet, dass die linke Fahrspurmarkierung eine durchgezogene Linie ist und die rechte Fahrspurmarkierung eine gestrichelte Linie ist. Wenn die erwarteten Markierungen mit den erkannten Markierungen übereinstimmen, wird die Bewertung der Kandidatenposition verbessert. Dies geschieht über eine entsprechende Wahl des Wertes für w_c,t,lane in der Tabelle bzw. Zuordnung. So kann im vorliegenden Fall beispielsweise w_c,t,lane = 1 sein. Wenn hingegen die erwarteten Markierungen nicht mit den erkannten Markierungen übereinstimmen, kann die Bewertung der Kandidatenposition verringert werden. Dies geschieht über eine entsprechende Wahl des Wertes für w_c,t,lane in der Tabelle bzw. Zuordnung. So kann im vorliegenden Fall beispielsweise w_c,t,lane = 0,5 sein. Dabei ist zu beachten, dass die Erkennung der Fahrspuren und der Typen der Fahrspuren mithilfe von Aufnahmen der Kamera fehlerbehaftet ist. Aus diesem Grund sollten Kandidatenpositionen, deren erwartete Fahrspurmarkierung nicht mit der erkannten Fahrspurmarkierung übereinstimmt, nicht aufgrund dieses Unterschiedes vollständig abgewertet werden. Generell ist die vollständige Abwertung natürlich trotzdem möglich, insbesondere bei einer besonders zuverlässigen Erkennung der Fahrspurmarkierungen.
In einem anderen Beispiel kann darauf geschlossen werden, dass sich die Kandidatenposition in einer mittleren Fahrspur links befindet, wenn die Kandidatenposition angibt, in der zweiten Fahrspur von rechts zu sein (beispielsweise k_t = 2) und der Abschnitt drei Fahrspuren insgesamt in eine Fahrtrichtung aufweist. In diesem Fall würde erwartet, dass die linke Fahrspurmarkierung eine gestrichelte Linie ist und die rechte Fahrspurmarkierung eine gestrichelte Linie ist. Wenn die erwarteten Markierungen mit den erkannten Markierungen übereinstimmen, wird die Bewertung der Kandidatenposition verbessert. Dies geschieht über eine entsprechende Wahl des Wertes für w_c,t,lane in der Tabelle bzw. Zuordnung. So kann im vorliegenden Fall beispielsweise w_c,t,lane = 1 sein. Wenn hingegen die erwarteten Markierungen nicht mit den erkannten Markierungen übereinstimmen, kann die Bewertung der Kandidatenposition verringert werden. Dies geschieht über eine entsprechende Wahl des Wertes für w_c,t,lane in der Tabelle bzw. Zuordnung. So kann im vorliegenden Fall beispielsweise w_c,t,lane = 0,5 sein.
In dem Fall der Erkennung nur der rechten Fahrspurmarkierung, kann z. B. nur differenziert werden, ob sich das Fahrzeug auf der ganz rechten Fahrspur befindet oder auf einer anderen Fahrspur. Bei einer dreispurigen Fahrbahn lässt sich so für die von einer Kandidatenposition angegebene Fahrspur ganz links keine gesonderte Aussage treffen. Die Einflussnahme auf die Bewertung der Kandidatenpositionen ist damit gegenüber der Erkennung von Fahrspurmarkierungen auf zwei Seiten des Fahrzeugs eingeschränkt.
Es sind Zwischenwerte für w_c,t,lane möglich, beispielsweise w_c,t,lane = 0,8, wenn der Typ einer Fahrspurmarkierungen unbekannt ist. Generell können Werte von 0,8 und 1 für w_c,t,lane eine verbesserte Bewertung bewirken, während beispielsweise 0,5 eine verringerte Bewertung bewirkt.

Tabelle 1 gibt ein Beispiel für mögliche Werte für w_c,t,lane an, für den Fall, dass der Straßenabschnitt zwei oder mehr Fahrspuren aufweist. Die Rubriken der Zeilen und Spalten geben die erkennten Typen der Fahrspurmarkierungen für links bzw. rechts an. In den Ergebniszellen werden die Werte für w_c,t,lane angegeben. Wobei der anzuwendende Wert sich nach der relativen Lage der Fahrspur bestimmt, die aufgrund der Fahrspur der Kandidatenposition und der Maximalanzahl der Fahrspuren ermittelt wird. Befindet sich die Fahrspur ganz links, so ist der erste Wert für w_c,t,lane zu verwenden. Befindet sich die Fahrspur ganz rechts, so ist der letzte Wert zu verwenden. Wenn mehr als drei Fahrspuren auf dem Abschnitt vorhanden sind und die Fahrspur keine Fahrspur am Rand ist, so ist der mittlere Wert zu verwenden. Tabelle 1

Typ Rechts Typ Links	Durchgezogene Linie	Gestrichelte Linie	Unbekannt
Durchgezogene Linie	0,5\|0,5\|0,5	1\|0,5\|0,5	0,8\|0,5\|0,5
Gestrichelte Linie	0,5\|0,5\|1	0,5\|1\|0,5	0,5\|0,5\|0,8
Unbekannt	0,5\|0,5\|0,8	0,8\|0,8\|0,5	0,5\|0,5\|0,5

In dem Fall, dass ein Abschnitt nur zwei Fahrspuren aufweist ist für den Unterfall, dass rechts und links jeweils gestrichelte Linien erkannt werden, statt der in Tabelle 1 gezeigten Aufteilung, der Wert 1 sowohl für die Angabe einer rechten als auch linken Fahrspur von der Kandidatenposition zu verwenden.
Die Ermittlung des Wertes für die Bewertungskomponente w_c,t,lane kann noch weitere Kriterien mit einbeziehen. So kann die Bewertung die Übereinstimmung zwischen den erkannten Fahrspurmarkierungen und der Spezifikation der digitalen Landkarte bezüglich der Verbindung einer Fahrspur mit Fahrspuren nachfolgender Abschnitte berücksichtigen. Wenn beispielsweise die Fahrspur, die von einer Kandidatenposition angegeben wird, nur mit einer einzigen Fahrspur des nachfolgenden Abschnitts verbunden ist, gleichzeitig aber rechts und links gestrichelte Fahrspurmarkierungen erkannt werden, kann dies zur Verringerung der Bewertung der Kandidatenposition verwendet werden.
Im nächsten Schritt dieses beispielhaften Verfahrens wird aus der ersten Gruppe der Kandidatenpositionen, die eine erste Anzahl an Kandidaten aufweist, eine Untergruppe gewählt, die eine zweite Anzahl an Kandidatenpositionen aufweist, S4. Diese Auswahl kann anhand eines Schwellwertes für w_c,t geschehen oder anhand der ersten Anzahl, die vorgegeben werden kann. So kann zum Beispiel festgelegt werden, dass die Untergruppe diejenigen Kandidatenpositionen der ersten Gruppe umfasst, die die höchsten Bewertungen aufweisen, wobei die zweite Anzahl die Hälfte der ersten Anzahl ist (oder beispielsweise 30% oder 70% der ersten Anzahl).
Basierend auf der Untergruppe wird im Folgenden eine Zwischengruppe an Kandidatenpositionen z_t-1 bestimmt, S5. Die Zwischengruppe an Kandidatenpositionen umfasst wieder die erste Anzahl an Kandidatenpositionen. Um dies zu erreichen werden Kandidatenpositionen der Untergruppe vervielfältigt. Die Kandidatenpositionen der Untergruppe, die vervielfältigt werden, können anhand der Bewertung der Kandidatenposition der Untergruppe ausgewählt werden. Ebenso kann sich die Anzahl der Vervielfältigungen einer Kandidatenposition nach der Bewertung richten.
Basierend auf den Kandidatenpositionen z_t-1 der Zwischengruppe werden neue Kandidatenpositionen c_t bestimmt, die die zweite Gruppe bilden, S6. Die Kandidatenpositionen der zweiten Gruppe sind die Fortschreibung der Kandidatenpositionen der Zwischengruppe gemäß der vom Fahrzeug zurückgelegten Fahrtdistanz d_t zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt. In der Fortschreibung wird die Angabe der Entfernung s_z,t-1 der jeweiligen Kandidatenposition der Untergruppe gemäß der ermittelten Fahrtdistanz angepasst, was manchmal auch spreading genannt wird: s_c,t = s_z,t-1 + d_tα_c + β_c
Die Entfernung s_c,t einer Kandidatenposition der zweiten Gruppe errechnet sich somit als Entfernung der Kandidatenposition der Zwischengruppe (wobei die Untergruppe eben Kandidatenpositionen für den Zeitpunkt (t – 1)·T bereitstellt) zuzüglich der Fahrtdistanz d_t, die verrauscht wird mit dem Rauschfaktor α_c und dem Rauschparameter β_c. Der Rauschfaktor α_c ist normalverteilt mit einem Mittelwert von 1 und einer Standardabweichung von beispielsweise 0,5, die Ungenauigkeiten in der Bestimmung der Fahrtdistanz repräsentiert. Zu diesem addiert sich ein normalverteilter und mittelwertfreier Rauschparameter β_c, der vor allem Fehler in der digitalen Landkarte bezüglich der Positionierung von Straßen, Fahrbahnen und Fahrspuren berücksichtigen soll. Die Standardabweichung für β_c ist beispielsweise 20 m.
Wenn für eine Kandidatenposition c_t der zweiten Gruppe eine Entfernung s_c,t bestimmt wird, die das Ende des aktuellen Abschnitts der digitalen Landkarte übersteigt, wird für diese Kandidatenposition c_t der dem Abschnitt I_t-1 nachfolgende Abschnitt I_t bestimmt. Die Entfernung der Kandidatenposition der zweiten Gruppe wird entsprechend an die neue Referenzposition (den Start des neuen Abschnitts) angepasst. Trotzdem entspricht die Distanz zwischen der Kandidatenposition der Zwischengruppe und der Kandidatenposition der zweiten Gruppe der durch die Berechnung vorgegebenen Distanz, die nun einfach nur auf mehrere Abschnitte verteilt ist.
Wenn es für einen Abschnitt mehr als einen nachfolgenden Abschnitt gibt, wird der nachfolgende Abschnitt entsprechend der Angabe der digitalen Karte, auf welchem Abschnitt die Fahrspur liegt, die auf die Fahrspur I_t-1 der Kandidatenposition der Zwischengruppe folgt, mit einer Wahrscheinlichkeit von 90% gewählt. In diesem Fall wird auch die Fahrspur für die Kandidatenposition der Zwischengruppe entsprechend der Nachfolge-Spezifikation der digitalen Landkarte gewählt. In den restlichen 10% der Fälle wird der nachfolgende Abschnitt und die Fahrspur für die Kandidatenposition der zweiten Gruppe zufällig gewählt (insbesondere gleichverteilt) unter den möglichen Abschnitten und deren jeweiligen Fahrspuren.
Gibt es nur einen nachfolgenden Abschnitt, so wird mit einer Wahrscheinlichkeit von 90% die Nachfolge-Spezifikation für die Fahrspur der jeweiligen Kandidatenposition der Zwischengruppe beachtet. In den übrigen Fällen wird die Fahrspur für die Kandidatenposition der zweiten Gruppe zufällig (insbesondere gleichverteilt) gewählt. Diese Strategie ermöglicht die Berücksichtigung von Fehlern in der digitalen Landkarte, insbesondere Fehler bezüglich der Nachfolgespezifikation, und von ungewöhnlichen Fahrmanövern.
Wenn die digitale Landkarte keine nachfolgenden Abschnitte oder Fahrspuren spezifiziert, werden die nachfolgenden Abschnitte und Fahrspuren zufällig und insbesondere gleichverteilt gewählt.
Optional können die für die Kandidatenpositionen der zweiten Gruppe bestimmten Fahrspuren unter Berücksichtigung eines weiteren Kriteriums bestimmt werden und zwar entsprechend einem mithilfe der Kamera erkannten Spurwechsel. Wurde beispielsweise ein Spurwechsel nach links erkannt, so wird zusätzlich zur oben dargelegten Fahrspurbestimmung für jede Kandidatenposition der zweiten Gruppe die Fahrspur neu bestimmt, sofern möglich. Dies geschieht in dem Beispiel des Fahrspurwechsels nach links durch das Zuweisen einer Fahrspur eins weiter links als bisher berechnet. Ein Spurwechsel wird über die Beobachtung der Abstände der linken und rechten Fahrspurmarkierungen zum Fahrzeug erkannt. Da die Spurwechselerkennung fehlerbehaftet sein kann, wird für einen kleinen Teil der Kandidatenposition der zweiten Gruppe, beispielsweise 10%, 20%, oder 30% ein zufälliger (und gleichverteilter) Spurwechsel nach links oder rechts angenommen und entsprechend in der Bestimmung der Fahrspur für die entsprechende Kandidatenposition nachvollzogen. Für den zufälligen Spurwechsel kann angenommen werden, dass das Fahrzeug mit einer Wahrscheinlichkeit von 20% einen Fahrspurwechsel ausführt. Für diesen Teil der Kandidatenpositionen spielt der erkannte Fahrspurwechsel keine Rolle.
Diese zweite Gruppe an Kandidatenpositionen dient bei einer erneuten Ausführung der Schritte des Verfahrens wieder als erste Gruppe und die Schritte des Verfahrens werden ausgehend von dieser Gruppe ausgeführt.
Schließlich wird die Position des Fahrzeugs geschätzt, S7. Hierfür wird beispielsweise die Kandidatenposition der ersten Gruppe ausgewählt, die die höchste Bewertung aufweist.
2 zeigt ein Beispiel für die zweite Gruppe an Kandidatenpositionen. 2 zeigt schematisch die Repräsentation eines Abschnitts einer Fahrbahn in einer digitalen Landkarte. Die absolute Position 1 des Fahrzeugs ist mit einem Pfeil gekennzeichnet. Die Kandidatenpositionen sind mit Punkten 2 gekennzeichnet. In diesem Beispiel sind die Kandidatenpositionen auf die Mitte der Fahrspuren zentriert. Von der vierspurigen Fahrbahn zweigt eine Fahrspur ab. Auf dieser befindet sich das Fahrzeug 1, dessen Kamera folglich als rechte Fahrspurmarkierung eine durchgezogene Linie erkennt und als linke Fahrspurmarkierung eine gestrichelte Linie. Mithilfe dieses Wissens werden die Kandidatenpositionen der ersten Gruppe (nicht gezeigt) bewertet. Gemäß dem oben aufgezeigten Verfahren werden diejenigen Kandidatenpositionen, die auf der abzweigenden Spur liegen besser bewertet als die anderen Kandidatenpositionen. Dementsprechend häufig vertreten sind in der zweiten Gruppe Kandidatenpositionen auf der abzweigenden Fahrspur.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

A. Selloum, D. Betaille, E. Le Carpentier und F. Peyret, „Lane level positioning using particle filtering”, Proc. 12th IEEE International Conference an Intelligent Transportation Systems 200, Seiten 1 bis 6 [0003]

Claims

Verfahren zum Schätzen der Position eines Fahrzeugs in einer digitalen Landkarte, wobei die Landkarte Fahrbahnen und Fahrspuren definiert, wobei die Position die Entfernung des Fahrzeugs von einem Referenzpunkt entlang einer Fahrbahn und die Fahrspur angibt, wobei das Fahrzeug umfasst: Mittel zur Schätzung der Fahrtdistanz, nämlich der Distanz entlang der Fahrbahn, die das Fahrzeug von einem ersten zu einem zweiten Zeitpunkt zurückgelegt hat; eine Kamera, die auf einen Teil der das Fahrzeug umgebenden Fahrbahn, insbesondere die dem Fahrzeug vorausliegende Fahrbahn, gerichtet ist; und Rechenmittel zur Bildverarbeitung, wobei die Rechenmittel dazu eingerichtet sind, in den Aufnahmen der Kamera eine Fahrspurmarkierung zu erkennen; Wobei eine Fahrspurmarkierung eine Markierung auf der Fahrbahn umfasst, die insbesondere die Grenze einer Fahrspur anzeigt; wobei eine Kandidatenposition die Entfernung des Fahrzeugs von einem jeweiligen Referenzpunkt entlang der Fahrbahn und die Fahrspur angibt; Wobei das Verfahren die wiederholte Ausführung der folgenden Schritte umfasst, wobei dabei die zweite Gruppe von Kandidatenpositionen bei einer Wiederholung der Schritte als erste Gruppe von Kandidatenpositionen verwendet wird: Bereitstellen einer ersten Gruppe von Kandidatenpositionen für den ersten Zeitpunkt; Bestimmen einer Bewertung für jede Kandidatenposition der ersten Gruppe von Kandidatenpositionen unter Berücksichtigung der erkannten Fahrspurmarkierung; Bestimmen einer zweiten Gruppe von Kandidatenpositionen für den zweiten Zeitpunkt basierend auf Kandidatenpositionen der ersten Gruppe; wobei die von einer Kandidatenposition der zweiten Gruppe angegebene Entfernung basierend auf der von einer Kandidatenposition der ersten Gruppe angegebenen Entfernung und der Fahrtdistanz bestimmt wird; Bestimmen einer Kandidatenposition aus der ersten Gruppe von Kandidatenpositionen als Schätzung für die Position des Fahrzeugs unter Berücksichtigung der Bewertungen der jeweiligen Kandidatenpositionen der ersten Gruppe.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Rechenmittel ferner dazu eingerichtet sind, zusätzlich den Typ der erkannten Fahrspurmarkierung zu erkennen, insbesondere, ob es sich um eine durchgezogene Markierung oder gestrichelte Markierung handelt oder in welche Richtung ein erkannter Richtungspfeil zeigt; wobei bei dem Bestimmen der Bewertung für jede Kandidatenposition der ersten Gruppe zusätzlich der Typ der Fahrspurmarkierung berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Rechenmittel ferner dazu eingerichtet sind, zu erfassen, ob sich die Fahrspurmarkierung rechts oder links des Fahrzeugs befindet; wobei bei dem Bestimmen einer Bewertung für jede Kandidatenposition berücksichtigt wird, ob sich die erkannte Fahrspurmarkierung links oder rechts des Fahrzeugs befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das Bestimmen der Bewertung für jede Kandidatenposition umfasst: Bestimmen einer Einflussgröße für die Bewertung der jeweiligen Kandidatenposition anhand einer vorgespeicherten Zuordnung, insbesondere einer Tabelle, wobei die Zuordnung einem erkannten Typ der Fahrspurmarkierung und einer von einer Kandidatenposition angegebenen Fahrspur eine Einflussgröße zuordnet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche: wobei die Rechenmittel ferner dazu eingerichtet sind, in den Aufnahmen der Kamera eine weitere Fahrspurmarkierung zu erkennen; und insbesondere dazu eingerichtet sind, den Typ der erkannten Fahrspurmarkierung zu erkennen; und weiter insbesondere dazu eingerichtet sind, zu erkennen, ob sich die weitere Fahrspurmarkierung links oder rechts des Fahrzeugs befindet; Wobei das Bestimmen einer Bewertung für jede Kandidatenposition der ersten Gruppe von Kandidatenpositionen ebenfalls die weitere Fahrspurmarkierung berücksichtigt; und insbesondere den Typ der erkannten weiteren Fahrspurmarkierung berücksichtigt, und weiter insbesondere für jede erkannte Fahrspurmarkierung und deren Typ berücksichtigt, ob sich die Fahrspurmarkierung links oder rechts des Fahrzeugs befindet.
Verfahren nach Anspruch 5 im Rückbezug auf Anspruch 4, wobei die Tabelle einem erkannten Typ der ersten und einem erkannten Typ der zweiten Fahrspurmarkierung und einer von einer Kandidatenposition angegebenen Fahrspur eine Einflussgröße zuordnet und dabei insbesondere berücksichtigt, ob die jeweilige Fahrspurmarkierung und deren Typ links oder rechts des Fahrzeugs erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mittel zur Schätzung der Fahrtdistanz umfassen: Mittel zur Bestimmung der absoluten geographischen Position des Fahrzeugs; Wobei das Verfahren umfasst: Schätzen der absoluten geographischen Position des Fahrzeugs zu dem zweiten Zeitpunkt; Für jede Kandidatenposition der ersten Gruppe: Bestimmen der Absolutdistanz, nämlich der Distanz zwischen der jeweiligen Kandidatenposition und der absoluten geographischen Position des Fahrzeugs, insbesondere in einem Koordinatensystem; Wobei das Bestimmen einer Bewertung für jede Kandidatenposition ferner die jeweilige bestimmte Absolutdistanz berücksichtigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug umfasst: Mittel zur Bestimmung der Ausrichtung des Fahrzeugs, wobei diese Mittel zur Bestimmung der Ausrichtung insbesondere von dem Mittel zur Bestimmung der Fahrtdistanz umfasst sind; wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen der Ausrichtung des Fahrzeugs zum zweiten Zeitpunkt; Für jede Kandidatenposition der ersten Gruppe: Bestimmen der Kandidatenausrichtung, nämlich der Ausrichtung der Fahrbahn oder eines Abschnitts der Fahrbahn in der Landkarte, auf der bzw. dem sich die jeweilige Kandidatenposition befindet; Wobei das Bestimmen einer Bewertung für jede Kandidatenposition ferner den Unterschied der Ausrichtung des Fahrzeugs und der jeweiligen Kandidatenausrichtung berücksichtigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Gruppe eine erste Anzahl an Kandidatenpositionen aufweist; wobei die zweite Gruppe die erste Anzahl an Kandidatenpositionen aufweist; wobei das Bestimmen der zweiten Gruppe umfasst: Bestimmen einer Untergruppe der ersten Gruppe von Kandidatenpositionen unter Berücksichtigung der Bewertung der jeweiligen Kandidatenposition, insbesondere unter Beachtung eines Schwellwertes; wobei die Untergruppe eine zweite Anzahl von Kandidatenpositionen umfasst, die kleiner ist als die erste Anzahl; Bestimmen einer Zwischengruppe von Kandidatenpositionen, wobei die Zwischengruppe die Untergruppe umfasst; wobei die Zwischengruppe die erste Anzahl an Kandidatenpositionen aufweist; Bestimmen der zweiten Gruppe von Kandidatenpositionen basierend auf der Zwischengruppe; wobei die von jeder Kandidatenposition der zweiten Gruppe angegebene Entfernung jeweils basierend auf der von einer Kandidatenposition der Zwischengruppe angegebenen Entfernung zuzüglich der Fahrtdistanz bestimmt wird, so dass die von einer Kandidatenposition der zweiten Gruppe angegebene Entfernung basierend auf der von einer Kandidatenposition der ersten Gruppe angegebenen Entfernung und der Fahrtdistanz bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Bestimmen der Zwischengruppe umfasst: Vervielfältigen von Kandidatenpositionen der Untergruppe, so dass die Zwischengruppe mit der ersten Anzahl an Kandidatenpositionen entsteht; wobei sich die von jeder Kandidatenposition der zweiten Gruppe angegebene Entfernung jeweils basierend auf der von einer Kandidatenposition der Zwischengruppe angegebenen Entfernung berechnet, zuzüglich der Fahrtdistanz und zuzüglich eines für die jeweilige Kandidatenposition der zweiten Gruppe bestimmten Betrages, der zufällig bestimmt wird, insbesondere gemäß einer Normalverteilung oder der Summe von Normalverteilungen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die digitale Landkarte zumindest für einige der Abschnitte für jede Fahrspur auch die der jeweiligen Fahrspur in Fahrtrichtung nachfolgende Fahrspur oder nachfolgenden Fahrspuren spezifiziert; Wobei das Bestimmen einer Kandidatenposition der zweiten Gruppe berücksichtigt, welche Fahrspur oder welche Fahrspuren der Fahrspur nachfolgt beziehungsweise nachfolgen, die von der Kandidatenposition der ersten Gruppe angegeben wird, auf der die Kandidatenposition der zweiten Gruppe basiert; wobei die nachfolgende Fahrspur insbesondere dann berücksichtigt wird, wenn eine Kandidatenposition der zweiten Gruppe auf einem anderen Abschnitt liegt, als der Abschnitt, auf dem die Kandidatenposition der ersten Gruppe liegt, basierend auf dem die Kandidatenposition der zweiten Gruppe bestimmt wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rechenmittel ferner dazu eingerichtet sind, in den Aufnahmen der Kamera die Überquerung einer Fahrspurmarkierung zu erkennen, und weiter insbesondere dazu eingerichtet sind, einen Fahrspurwechsel des Fahrzeugs zu erkennen, wobei das Bestimmen der Fahrspuren der Kandidatenpositionen der zweiten Gruppe den erkannten Fahrspurwechsel berücksichtigt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Fahrspuren, die von der Kandidatenpositionen der zweiten Gruppe angegeben werden, basierend auf den Fahrspuren, die von den Kandidatenpositionen der ersten Gruppe angegeben werden, und dem erkannten Fahrspurwechsel bestimmt werden.
Computerprogramm, das einen Computer bei der Ausführung des Computerprogramms zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche veranlasst.
Fahrzeug, umfassend: Mittel zur Schätzung der Fahrtdistanz, nämlich der Distanz die das Fahrzeug von einem ersten zu einem zweiten Zeitpunkt zurückgelegt hat; eine Kamera, die auf einen Teil der das Fahrzeug umgebenden Fahrbahn, insbesondere die dem Fahrzeug vorausliegende Fahrbahn, gerichtet ist; und Elektronische Rechenmittel zur Bildverarbeitung, wobei die Rechenmittel dazu eingerichtet sind, in den Aufnahmen der Kamera eine Fahrspurmarkierung zu erkennen; Elektronische Rechenmittel, die programmtechnisch einrichtbar sind; Wobei das Fahrzeug dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen und die in dem jeweiligen Anspruch definierten Mittel umfasst.