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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Evaluieren der Errechnung von Umfeldmodellen durch ein Fahrzeug, sowie eine entsprechend eingerichtete elektronische Rechenvorrichtung.
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Es sind protoypische Fahrzeuge bekannt geworden, die in der Lage sind hochautomatisiert zu fahren. Dabei übernimmt das Fahrzeug sowohl die Längs- als auch die Querführung des Fahrzeugs. Zur Realisierung dieser Funktionalität sind verschiedene Sensoren, wie Radar, Lidar, Odometriesensoren, (Stereo-)Kameras und/oder andere nötig, die in das Fahrzeug integriert werden. Die Daten der Sensoren werden meist in einem Umfeldmodell zusammengeführt, in dem Hindernisse in der Umgebung des Fahrzeugs verzeichnet werden. Häufig kommt dazu eine sogenannte Belegungskarte zum Einsatz (occupancy grid), bei jeweils für Abschnitte des Umfeldes die Belegung durch ein Hindernis angibt. Die Genauigkeit des Umfeldmodells hängt von der Berechnungsmethode (beispielsweise der verwendeten Methode zur Fusion und Interpretation von Sensordaten) und der Güte der Sensoren (sowie beispielsweise auch deren Platzierung am Fahrzeug) ab.
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Es ist bekannt, das Umfeldmodell und die Sensoren dadurch zu evaluiert, dass ein Versuchsfahrzeug zusätzlich zu den Sensoren, mit deren Hilfe das Umfeldmodell bestimmt wird, mit weiteren und genaueren Sensoren ausgestattet wird. Beispielsweise wurden Fahrzeuge, die das Umfeldmodell mithilfe von Radarmessungen und Kameraaufnahmen errechnen, zusätzlich mit hochgenauen 3D-Laserscannern versehen. Das mithilfe der Radar- und Kameraaufnahmen errechnete Umfeldmodell wurde dann mit dem mithilfe des genaueren Sensors (dem 3D-Laserscanner) erstellten Umfeldmodells verglichen. Alternativ kommt häufig auch die Verwendung einer hochgenauen Satellitenpositionierung mittels DGPS in Kombination mit einer hochgenauen Karte zum Einsatz. Dabei werden Objekte im errechneten Umfeldmodell, mithilfe der Positionierung in der hochgenauen Karte verglichen. Beide bisher bekannten Verfahren zur Evaluierung der Umfeldmodellerrechnung und Sensoren haben den Nachteil, dass hochpreisige genauere Sensoren vom Fahrzeug mitgeführt werden müssen. Dies schränkt die Anzahl an Fahrzeugen ein, die zur Validierung der Umfeldmodellerrechnung und Sensoren verwendet werden können. Gleichzeitig ist es für den zukünftigen Serieneinsatz und die weitverbreitete Nutzung von hochautomatisiertem Fahren nötig, mithilfe von möglichst vielen Fahrzeugen die Umfelderfassung und -modellierung zu erproben.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dessen Hilfe die Umfeldmodellerrechnung durch Fahrzeuge und deren Sensorik ohne Zusatzsensoren evaluiert werden kann.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine elektronische Rechenvorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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In einem ersten Aspekt umfasst ein Verfahren zum Evaluieren der Errechnung von Umfeldmodellen durch ein Fahrzeug: Bereitstellen von von dem Fahrzeug bei der Durchfahrt eines Streckenabschnitts errechneten und aufgezeichneten Umfeldmodellen und bei der Durchfahrt aufgezeichneten Sensormessungen des Fahrzeugs; Bereitstellen einer Referenzkarte und/oder eines Referenzumfeldmodells für den Streckenabschnitt; Bestimmung der Trajektorie des Fahrzeugs bei der Durchfahrt des Streckenabschnitts, unter Verwendung der bereitgestellten Sensormessungen und/oder der bereitgestellten Umfeldmodelle sowie des Referenzkarte und/oder des Referenzumfeldmodells; wobei die Trajektorie Positionen und zugehörigen Zeitpunkte des Fahrzeugs in der Referenzkarte und/oder dem Referenzumfeldmodell angibt; Bewertung der Errechnung von Umfeldmodellen von dem Fahrzeug basierend auf der bestimmten Trajektorie, den aufgezeichneten Umfeldmodellen sowie der Referenzkarte und/oder des Referenzumfeldmodells.
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Hierin wird also vorgeschlagen, das von einem Fahrzeug errechnete Umfeldmodell aufzuzeichnen. Das Fahrzeug durchfährt bei der Aufzeichnung einen Streckenabschnitt und erfasst das Umfeld mithilfe der Sensorik des Fahrzeugs, die für einen Serieneinsatz (Massenverwendung) ausgelegt ist. Gleichzeitig werden Sensormessungen des Fahrzeugs bei der Durchfahrt aufgezeichnet. Diese Sensormessungen dienen später (nach der Durchfahrt) dazu, das Fahrzeug korrekt in einer Referenzkarte bzw. einem Referenzumfeldmodell zu positionieren. Dabei kann es sich um Messungen derselben Sensoren handeln, wie sie für den Serieneinsatz gedacht sind. Es können auch zusätzliche Sensormessungen aufgezeichnet werden, beispielsweise GPS oder Odometriedaten. Mithilfe der Aufzeichnungen der Sensordaten und/oder der aufgezeichneten Umfeldmodelle einerseits und andererseits der Referenzkarte und/oder dem Referenzumfeldmodell wird die Trajektorie des Fahrzeugs während der Durchfahrt rekonstruiert (beispielsweise durch einen Rechner außerhalb des Fahrzeugs, der die aufgezeichneten Daten erhält). Dabei wird für verschiedene Zeitpunkte (identifiziert durch einen globalen Zeitstempel) die Position des Fahrzeugs ermittelt, insbesondere im lokalen Koordinatensystem der Referenzkarte bzw. des Referenzumfeldmodells. Schließlich kann für alle oder nur einige der ermittelten Positionen betrachtet werden, ob Objekte im errechneten Umfeldmodell an der Position erkannt wurden, die dem jeweiligen Objekt durch die Referenzkarte bzw. das Referenzumfeldmodell zugewiesen sind. Basierend auf dieser Betrachtung wird die Errechnung des Umfeldmodells und ggf. die Funktion der Sensoren bewertet.
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Auf diese Weise wird die Verwendung von kostenintensiven zusätzlichen Sensoren für die Bewertung der Umfeldmodellerrechnung vermieden. Es können auf einfache Weise (Aufzeichnung, also Speicherung, der während der Fahrt gemessenen Daten und errechneten Umfeldmodelle) Flottendaten gesammelt werden, also Daten von Erprobungsfahrten vieler Fahrzeuge. Die Auswertung findet im Nachgang statt und kann nach beliebigen Kriterien und insbesondere genauen aber rechenaufwendigen Algorithmen geschehen. Die Flotte an Versuchsfahrzeugen muss, wie bereits ausgeführt, nicht mit kostenintensiver Sensorik ausgestattet werden. Lediglich für die Erstellung der Referenzkarte bzw. der Referenzumfeldkarte wird (in einer Variante der Erstellung dieser Karten) ein hochgenauer Sensor benötigt. Weiterhin wird die Erprobung der Umfeldmodellerrechnung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch in beliebigen Szenarien möglich (sofern die Referenzkarte bzw. das Referenzumfeldmodell vorhanden ist) möglich und ist nicht auf ein Versuchsgelände beschränkt.
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Eine Referenzkarte ist insbesondere eine hochgenaue digitale Landkarte, die detaillierte und genaue Informationen über Fahrspurverläufe und Objekte (Verkehrsschilder, etc.) der Straße und am Straßenrand enthält. Ein Referenzumfeldmodell ist ein Umfeldmodell, das den Bereich des Straßenabschnitts inklusive der Randbereiche abdeckt. Idealerweise sollte ein vom Fahrzeug erzeugtes Umfeldmodell ein Teil des Referenzumfeldmodells sein (ggf. mit weniger Details). Das Referenzumfeldmodell kann beispielsweise durch Messungen mit einem hochgenauen 3D Laserscanner erzeugt werden. Alternativ kann die Referenzkarte oder das Referenzumfeldmodell auch durch Fusion vieler aufgezeichneter Umfeldmodelle von mehrfachen Durchfahrten (nicht notwendigerweise desselben Fahrzeugs) errechnet werden.
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In einer Weiterbildung werden für die Bewertung der Errechnung von Umfeldmodellen mehrere Referenzgrößen bestimmt, wobei jede Referenzgröße basierend auf einem Vergleich der Positionierung eines jeweiligen Objekts in einem aufgezeichneten Umfeldmodell mit der Position dieses Objekts in der Referenzkarte und/oder dem Referenzumfeldmodell bestimmt wird. Das Objekt kann beispielsweise ein statisches Objekt sein. In der Bewertung wird dann ausgehend von der Positionierung des Fahrzeugs an einem Punkt der Trajektorie und dem für diese Position aufgezeichneten Umfeldmodell verglichen, ob das Umfeldmodell die Position des Objektes korrekt wiedergibt. Die korrekte Position, an der das Objekt im Umfeldmodell wiedergegeben werden müsste, wird mithilfe der Referenzkarte bzw. dem Referenzumfeldmodell und der Position des Fahrzeugs gemäß der Trajektorie bestimmt. Es wird also die relative Pose des Objekts zum Fahrzeug gemäß dem Umfeldmodell und gemäß der Positionierung des Fahrzeugs in der Referenzkarte/Referenzumfeldmodell miteinander verglichen.
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Es kann vorgesehen sein, alle Messunsicherheiten durch die Sensoren zu berücksichtigen und daraus abgeleitet Konfidenzen für die Referenzgrößen anzugeben.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das Objekt ein weiteres Fahrzeug sein bzw. allgemein ein bewegliches Objekt. Die Voraussetzung zur Bewertung der Umfeldmodellerrechnung ist dann jedoch, dass die Position des Fahrzeugs bzw. des beweglichen Objektes zum Zeitpunkt der Sensormessungen, auf denen die Umfeldmodellerrechnung aufbaut, bekannt ist.
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Die Position des weiteren Fahrzeugs kann dabei mithilfe des ursprünglichen Verfahrens bestimmt werden. D. h., dass das weitere Fahrzeug ebenfalls Sensordaten und Umfeldmodelle aufzeichnet, und dann im Nachhinein mithilfe der Aufzeichnungen die Trajektorie des weiteren Fahrzeugs ermittelt wird. Mit anderen Worten: Für das weitere Fahrzeug wird eine Trajektorie berechnet unter Verwendung von durch das weitere Fahrzeug während der Durchfahrt des Streckenabschnitts aufgezeichneten Sensormessungen und/oder aufgezeichneten und errechneten Umfeldmodellen und der Referenzkarte und/oder des Referenzumfeldmodells. Somit wird also auch für den Fall, dass tatsächlich keine (physikalische) Referenzmessung (also beispielsweise mit einem hochgenauen zusätzlichen Sensor) zwischen dem Fahrzeug und dem weiteren Fahrzeug vorgenommen wurde, eine Referenzgröße für die Bewertung ermittelt werden. Darüber hinaus kann diese Referenzgröße mitunter auch genauer ermittelt werden, als dies mit einer physikalischen Messung der Position des weiteren Fahrzeugs mithilfe eines im ersten Fahrzeug integrierten hochgenauen Sensors möglich wäre. Dies deshalb, da auch Messungen hochgenauer Sensoren gerade auf große Distanzen Ungenauigkeiten aufweisen.
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Die Sensormessungen des Fahrzeugs umfassen insbesondere Positionsangaben des Fahrzeugs, die mithilfe von Satellitennavigation bestimmt wurden, Messungen von Odometriesensoren des Fahrzeugs und/oder Sensormessungen von Radar, Lidar oder einer (Stereo-)Kamera. Die Daten von einigen oder allen dieser Sensoren können zur Errechnung des Umfeldmodells verwendet werden. Gleichzeitig diesen die Daten von einigen oder allen dieser Sensoren auch zur Bestimmung der Trajektorie in der Referenzkarte bzw. dem Referenzumfeldmodell.
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Die Bestimmung der Trajektorie des Fahrzeugs erfolgt vorteilhafterweise mithilfe eines Informationsgraphen-Optimierungsverfahrens, insbesondere mit einem Pose-Graph-SLAM Verfahren. Ein Pose-Graph-SLAM Verfahren ist beispielsweise in „Towards a Robust Back-End for Pose Graph SLAM", Niko Sünderhauf, Peter Protzel, Proceedings of IEEE Intl. Conf. on Robotics and Automation (ICRA), 2012 beschrieben.
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Das Verfahren kann ferner umfassen: Bewertung der Funktionsweise der Sensoren, deren Messungen aufgezeichnet wurden, basierend auf der bestimmten Trajektorie sowie der Referenzkarte und/oder des Referenzumfeldmodells. Die Bewertung erfolgt ebenso wie die der Umfeldmodellerrechnung mithilfe von Referenzgrößen, die für die Position von Objekten im Umfeldmodell und in der Referenzkarte bzw. dem Referenzumfeldmodell errechnet werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektronische Rechenvorrichtung mit Speicher, wobei die Rechenvorrichtung dazu eingerichtet ist, eines der vorstehenden Verfahren auszuführen. Die elektronische Rechenvorrichtung kann ein besonders leistungsfähiger Rechner sein, der auch große Datenmengen in ausreichend kurzer Zeit bearbeiten kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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2 zeigt schematisch eine Situation zur Bewertung des Umfeldmodells gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel. In einem ersten Schritt S1 werden einem Zentralrechner die von einem Fahrzeug bei der Fahrt durch einen Streckenabschnitt errechneten Umfeldmodelle und aufgezeichneten Sensordaten bereitgestellt. Die aufgezeichneten Sensordaten umfassen GPS und Odometriedaten sowie Daten einer Stereo-Kamera des Fahrzeugs. Die einzelnen Umfeldmodelle wurden vom Fahrzeug mithilfe der Stereo-Kamera und eines Radars errechnet.
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Ebenfalls wird dem Zentralrechner im Schritt S1 eine hochgenaue Landkarte eines Streckenabschnitts zur Verfügung gestellt, in der die Fahrspurbegrenzungen 5a, 5b und 5c verzeichnet sind (vgl. 2). Ebenfalls ist in der Karte das Verkehrsschild 3 verzeichnet (vgl. 2).
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Mithilfe der aufgezeichneten Sensordaten errechnet der Zentralrechner im nachhinein die Trajektorie des Fahrzeugs auf dem Streckenabschnitt, Schritt S2. Hierzu können rechenaufwendige und genaue Algorithmen, wie ein Pose-Graph-SLAM Verfahren, zum Einsatz kommen. Die errechnete Trajektorie gibt für jede errechnete Position des Fahrzeugs weiterhin einen Zeitstempel an.
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In einem Schritt S3 wird die Errechnung des Umfeldmodells bewertet hinsichtlich der Korrektheit und Genauigkeit des Umfeldmodells. Dazu werden Referenzgrößen für einige oder alle der aufgezeichneten Umfeldmodelle errechnet. Die Errechnung einer Referenzgröße wird mit Bezug auf 2 erläutert.
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2 zeigt das Fahrzeug 1, dessen aufgezeichnete Umfeldmodellerrechnung bewertet wird, an einer mithilfe der Trajektorienbestimmung ermittelten Position innerhalb der hochgenauen Landkarte. Für diese Position wird ebenfalls das dort vom Fahrzeug ermittelte Umfeldmodell bereitgestellt. Das Sensoren und die Errechnung des Umfeldmodells sollten an dieser Position ein Umfeldmodell bestimmt haben, das auch eine Repräsentation für das Verkehrsschild 3 und das weitere Fahrzeugs 2 umfassen sollte. In dem Umfeldmodell wird die Position des Verkehrsschildes 3 relativ zum Fahrzeug ermittelt. Gleichzeitig wird mithilfe der hochgenauen Karte bestimmt, an welcher Referenzposition das Umfeldmodell des Fahrzeugs 1 das Verkehrsschild repräsentieren müsste. Der Vergleich der Referenzposition und der ermittelten Position liefert eine Aussage zur Korrektheit des Umfeldmodells und der Sensorfunktion und dient als erste Referenzgröße für die Umfeldmodellerrechnung.
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Für dieselbe Position des Fahrzeugs und dasselbe Umfeldmodell wird auch die Position des weiteren Fahrzeugs 2 relativ zum Fahrzeug 1 ermittelt. Da das weitere Fahrzeug 2 ein bewegliches Objekt ist, muss die Position des weiteren Fahrzeugs 2 zum Zeitpunkt bekannt sein, zu dem sich das Fahrzeug 1 an der bisher betrachteten Position befindet. Hierin wird angenommen, dass das Fahrzeug 2 ebenfalls Sensordaten aufgezeichnet hat und diese dem Zentralrechner zur Verfügung stehen. Der Zentralrechner ermittelt also auch für das weitere Fahrzeug 2 eine Trajektorie und kann so die relevante Position des weiteren Fahrzeugs 2 bestimmen. Mithilfe eines Vergleichs der Position des Fahrzeugs 2 im vom Fahrzeug 1 aufgezeichneten Umfeldmodell und der Relativpositionierung der Fahrzeuge 1 und 2 gemäß der hochgenauen Karte, wird eine zweite Referenzgröße ermittelt.
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Basierend auf der ersten und zweiten Referenzgröße wird eine Bewertung für die Umfeldmodellerrechnung durch Fahrzeug 1 erstellt, wozu beispielsweise der Mittelwert der ersten und zweiten Referenzgröße herangezogen werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Towards a Robust Back-End for Pose Graph SLAM“, Niko Sünderhauf, Peter Protzel, Proceedings of IEEE Intl. Conf. on Robotics and Automation (ICRA), 2012 [0015]
