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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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In der
DE 10 2012 013 492 A1 der Anmelderin, deren Inhalt hiermit durch Referenz aufgenommen wird, wird ein Verfahren zur Positionsbestimmung beschrieben. In diesem Verfahren wird mittels zumindest einer an der zu bestimmenden Position angeordneten Bilderfassungseinheit eine Umgebung erfasst. Mittels der Bilderfassungseinheit erfasste Bilder werden analysiert und Bildmerkmale dieser Bilder in einem Vergleich mit in einer Datenbank hinterlegten Vergleichsmerkmalen verglichen, wobei für jedes Vergleichsmerkmal Positionsdaten hinterlegt sind. In dem Vergleich wird zusätzlich eine ermittelte Anordnung der Bildmerkmale zueinander berücksichtigt und mit einer Anordnung der hinterlegten Vergleichsmerkmale verglichen und/oder es wird in dem Vergleich zusätzlich eine Folge nacheinander erfasster Bildmerkmale mit den Vergleichsmerkmalen verglichen. Bei einer Übereinstimmung der Bildmerkmale mit den Vergleichsmerkmalen und einer Übereinstimmung der Anordnung der Bildmerkmale zueinander mit der Anordnung der hinterlegten Vergleichsmerkmale und/oder einer Übereinstimmung der Folge nacheinander erfasster Bildmerkmale mit einer Folge hinterlegter Vergleichsmerkmale wird die Position aus den hinterlegten Positionsdaten des jeweils übereinstimmenden Vergleichsmerkmals und/oder der jeweils übereinstimmenden Folge von Vergleichsmerkmalen ermittelt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Positionsbestimmung anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Positionsbestimmung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einem Verfahren zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugs wird mittels zumindest einer Sensoreinheit des Fahrzeugs eine Umgebung des Fahrzeugs erfasst, wobei mittels der Sensoreinheit erfasste Sensordaten analysiert und Merkmale dieser Sensordaten mit in einer Datenbank hinterlegten Vergleichsmerkmalen verglichen werden, wobei in der Datenbank für jedes Vergleichsmerkmal Positionsdaten hinterlegt sind.
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Erfindungsgemäß sind die Vergleichsmerkmale in der Datenbank mit einem in Abhängigkeit von ihrer Ausprägung gewichteten Wert hinterlegt und die Merkmale werden mit einem von ihrer Ausprägung abhängigen Wert gewichtet, wobei bei einer Übereinstimmung zumindest einiger der Merkmale mit in der Datenbank hinterlegten Vergleichsmerkmalen aus den gewichteten Werten aller Merkmale eine Treffersumme gebildet wird und diese Treffersumme mit einer Referenztreffersumme aller Vergleichsmerkmale, welche im Umgebungsbereich der mit den Merkmalen übereinstimmenden Vergleichsmerkmale in der Datenbank hinterlegt sind, verglichen wird, wobei bei Erreichen oder Überschreiten eines von der Referenztreffersumme abhängigen Schwellwertes der Treffersumme die Position des Fahrzeugs aus den hinterlegten Positionsdaten der übereinstimmenden Vergleichsmerkmale ermittelt wird.
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Mittels so genannter Map-Matching-Algorithmen versuchen heutige Navigationssysteme, eine aktuelle Fahrzeugposition auf einer Karte fortzuschreiben und zu plausibilisieren. Dies gelingt jedoch nicht immer. Zum Beispiel beim Befahren von Ausfahrten einer Autobahn werden diese spät erkannt. Wenn zwei Straßen sehr nah und parallel verlaufen kann es ebenfalls zu Falschzuordnungen kommen. Dies liegt daran, dass Positionen, die mittels eines Positionsbestimmungssystems, beispielsweise mittels eines globalen satellitengestützten Positionsbestimmungssystems, ermittelt werden, fehlerbehaftet sind, so dass Abweichungen zwischen der tatsächlichen und der ermittelten Position auftreten können. Des Weiteren sind absolute Positionen von in Karten des Navigationssystems verzeichneten Straßen auch fehlerbehaftet. Mittels der erfindungsgemäßen Lösung wird es ermöglicht, mit sehr großer Sicherheit zu bestimmen, ob sich das Fahrzeug auf einer bestimmten auf einer Karte des Navigationssystems verzeichneten Straße befindet oder nicht.
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Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist der Vergleich der erfassten Merkmale mit den Vergleichsmerkmalen, das so genannte Matching, besonders robust gegenüber einzelnen von der Sensoreinheit und/oder durch die Auswertung der Sensordaten nicht erkannten Merkmalen und/oder gegenüber in der Datenbank einer falschen Position zugeordneten Vergleichsmerkmalen, d. h. in der Karte falsch abgelegten Vergleichsmerkmalen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit eine signifikante Erhöhung der Sicherheit, mit der ein Fahrzeug, genauer gesagt dessen Position, der tatsächlich gerade befahrenen Straße zugeordnet wird, ohne dass dazu eine sehr genaue Positionsbestimmung beispielsweise mittels des globalen satellitengestützten Positionsbestimmungssystems nötig ist, bei gleichzeitiger Robustheit gegenüber Kartenfehlern. Dies ist eine Voraussetzung für das autonome Fahren.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt:
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1 schematisch eine Umgebung eines Fahrzeugs.
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1 zeigt schematisch eine mittels zumindest einer Sensoreinheit eines Fahrzeugs erfasste Umgebung U des Fahrzeugs. Das Fahrzeug und die Sensoreinheit oder die Mehrzahl von Sensoreinheiten sind hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die Sensoreinheit ist beispielsweise als eine Bilderfassungseinheit ausgebildet, zum Beispiel als eine Kamera, insbesondere als eine Stereo- und/oder Farbkamera. Das Fahrzeug kann ein oder mehrere gleiche oder unterschiedliche Sensoreinheiten zur Erfassung der Umgebung U aufweisen, beispielsweise, alternativ oder zusätzlich zur oben beschriebenen Sensoreinheit, zumindest eine Radarsensoreinheit und/oder zumindest eine Lidarsensoreinheit. Die Umgebungserfassung mittels einer oder mehrerer derartiger Sensoreinheiten wird zur Durchführung eines im Folgenden näher beschriebenen Verfahrens zur Positionsbestimmung des Fahrzeugs verwendet.
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Mittels so genannter Map-Matching-Algorithmen versuchen heutige Navigationssysteme, eine aktuelle Fahrzeugposition auf einer Karte fortzuschreiben und zu plausibilisieren. Dies gelingt jedoch nicht immer. Zum Beispiel beim Befahren von Autobahnausfahrten AF einer Autobahn AB werden diese spät erkannt. Wenn zwei Straßen sehr nah und parallel verlaufen, kann es ebenfalls zu Falschzuordnungen kommen. Dies liegt daran, dass Positionen, die mittels eines Positionsbestimmungssystems, beispielsweise mittels eines globalen satellitengestützten Positionsbestimmungssystems, ermittelt werden, fehlerbehaftet sind, so dass Abweichungen zwischen der tatsächlichen und der ermittelten Position auftreten können. Des Weiteren sind absolute Positionen von in Karten des Navigationssystems verzeichneten Straßen auch fehlerbehaftet.
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Moderne Fahrzeuge sind mit einer Vielzahl solcher oben genannter Sensoreinheiten ausgestattet. Diese Sensoreinheiten erkennen nicht nur dynamische Objekte, beispielsweise andere Fahrzeuge, welche für das im Folgenden näher beschriebene Verfahren nicht relevant sind, sondern auch stehende Objekte, insbesondere statische Objekte, d. h. dauerhaft stillstehende Objekte. Dies sind beispielsweise Verkehrszeichen, Brücken B, Leitpfosten, eine jeweilige Randbebauung und/oder Hinweisschilder H1, H2. Diese Objekte werden mittels der Sensoreinheit oder der Mehrzahl solcher Sensoreinheiten jedoch nicht nur erkannt, sondern von der Sensoreinheit oder durch eine Auswertung erfasster Sensordaten auch unterschieden und klassifiziert, d. h. einem Objekt werden Objektattribute zugeschrieben. Bei einem Verkehrszeichen werden als Objektattribute beispielsweise ein Objekttyp Verkehrszeichen, eine Farbe oder Farbkombination des Objekts, bei einem Verkehrszeichen beispielsweise die Farbkombination rot-weiß, eine Form des Objekts, bei einem Verkehrszeichen beispielsweise rund, und/oder eine Höhe des Objekts ermittelt, bei einem Verkehrszeichen beispielsweise eine Höhe von 2,31 m. Des Weiteren können beispielsweise als Objektattribut Zahlenangaben und/oder Buchstabenangaben ermittelt und durch eine Texterkennung, auch als optische Zeichenerkennung oder optical character recognition (OCR) bezeichnet, gelesen und dem Objekt zugewiesen werden. Bei dem oben beschriebenen Verkehrszeichen wird auf diese Weise zum Beispiel die Zahl 120 auf dem Verkehrszeichen ermittelt und als Geschwindigkeitsbeschränkung erkannt. Bei den in 1 dargestellten Hinweisschildern H1, H2 werden auf diese Weise zum Beispiel Ortsnahmen und Entfernungsangaben erkannt.
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Ist das Objekt beispielsweise eine Brücke B, so werden als Objektattribute beispielsweise ein Objekttyp Randbebauung mit fahrbahnüberspannender Form und einer Höhe von beispielsweise 6 m ermittelt. Des Weiteren kann mittels der Sensoreinheit oder der Mehrzahl oben genannter Sensoreinheiten und/oder mittels anderer Sensoren des Fahrzeugs eine jeweils gefahrene Trajektorie vermessen werden, die in einer jeweiligen Krümmung der Fahrbahn ihre Entsprechung findet.
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Aus derartigen statischen Objekten zusammen mit ihren jeweiligen Objektattributen ergibt sich beim Befahren eines jeweiligen Straßenverlaufes ein hochdimensionaler Fingerabdruck der Straße, der mit einem in einer Datenbank und somit in einer jeweils genutzten Karte statisch abgelegten Fingerabdruck abgeglichen werden kann. Dieser Abgleich wird auch als Matching bezeichnet.
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In dem Verfahren zur Positionsbestimmung des Fahrzeugs wird mittels der zumindest einen Sensoreinheit des Fahrzeugs die Umgebung U des Fahrzeugs erfasst. Mittels der Sensoreinheit erfasste Sensordaten werden analysiert und Merkmale M dieser Sensordaten werden mit in einer Datenbank hinterlegten Vergleichsmerkmalen verglichen, wobei in der Datenbank für jedes Vergleichsmerkmal Positionsdaten hinterlegt sind. Jedes erfasste statische Objekt zusammen mit seinen Objektattributen bildet hierbei ein Merkmal M. Die in der Datenbank hinterlegten Vergleichsmerkmale werden ebenfalls durch statische Objekte und ihre Objektattribute gebildet.
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Im hier dargestellten Beispiel wird die Umgebung U des Fahrzeugs mittels zumindest einer als Bilderfassungseinheit ausgebildeten Sensoreinheit erfasst, wobei in Form von Bildern erfasste Sensordaten analysiert und als Merkmale M Bildmerkmale dieser Bilder mit in der Datenbank hinterlegten Vergleichsmerkmalen verglichen werden.
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Diese Vorgehensweise ist beispielsweise in der
DE 10 2012 013 492 A1 der Anmelderin beschrieben, deren Inhalt hiermit durch Referenz aufgenommen wird. In dem darin beschriebenen Verfahren werden, analog zum hier dargestellten Ausführungsbeispiel, ebenfalls als Sensordaten Bilder der Umgebung U erfasst und ausgewertet und entsprechend werden als Merkmale M Bildmerkmale ermittelt. Es wird in dem in der
DE 10 2012 013 492 A1 beschriebenen Verfahren zudem zusätzlich eine ermittelte Anordnung der Merkmale M zueinander berücksichtigt und mit einer Anordnung der hinterlegten Vergleichsmerkmale verglichen und/oder es wird zusätzlich eine Folge nacheinander erfasster Merkmale M mit den Vergleichsmerkmalen verglichen. Dies kann auch im hier an einem Ausführungsbeispiel beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren derart durchgeführt werden.
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Im in der
DE 10 2012 013 492 A1 beschriebenen Verfahren wird bei einer Übereinstimmung der Merkmale M mit den Vergleichsmerkmalen und einer Übereinstimmung der Anordnung der Merkmale M zueinander mit der Anordnung der hinterlegten Vergleichsmerkmale und/oder einer Übereinstimmung der Folge nacheinander erfasster Merkmale M mit einer Folge hinterlegter Vergleichsmerkmale die Position aus den hinterlegten Positionsdaten des jeweils übereinstimmenden Vergleichsmerkmals und/oder der jeweils übereinstimmenden Folge von Vergleichsmerkmalen ermittelt. Im Unterschied zu dieser Vorgehensweise wird im hier an einem Ausführungsbeispiel beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren eine Gewichtung der aus den Sensordaten ermittelten Merkmale M der Umgebung U und der Vergleichsmerkmale durchgeführt. Durch diese Vorgehensweise ist der Vergleich der erfassten Merkmale M mit den Vergleichsmerkmalen, das so genannte Matching, besonders robust gegenüber einzelnen von der Sensoreinheit und/oder durch die Auswertung der Sensordaten nicht erkannten Merkmalen M und/oder gegenüber in der Datenbank einer falschen Position zugeordneten Vergleichsmerkmalen, d. h. in der Karte falsch abgelegten Vergleichsmerkmalen.
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Das hier an einem Ausführungsbeispiel beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit, beispielsweise gegenüber dem in der
DE 10 2012 013 492 A1 beschriebenen Verfahren, welches diese Gewichtung nicht aufweist, eine signifikante Erhöhung der Sicherheit, mit der ein Fahrzeug, genauer gesagt dessen Position, der tatsächlich gerade befahrenen Straße zugeordnet wird, ohne dass dazu eine sehr genaue Positionsbestimmung beispielsweise mittels eines globalen satellitengestützten Positionsbestimmungssystems nötig ist, bei gleichzeitiger Robustheit gegenüber Kartenfehlern. Dies ist eine Voraussetzung für das autonome Fahren.
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In dem hier an einem Ausführungsbeispiel beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren sind die Vergleichsmerkmale in der Datenbank mit einem in Abhängigkeit von ihrer Ausprägung gewichteten Wert hinterlegt. Die aus den Sensordaten ermittelten Merkmale M der Umgebung U des Fahrzeugs werden ebenfalls mit einem von ihrer Ausprägung abhängigen Wert gewichtet. Die Merkmale M, welche auf diese Weise gewichtet werden, sind die oben beschriebenen Objekte mit ihren Objektattributen. Durch diese Gewichtung wird beispielsweise einem eher unspezifischen Objekt, genauer gesagt einem Objekt mit eher unspezifischen Objektattributen, zum Beispiel einem Objekt des Objekttyps Randbebauung, ein geringerer Wert zugewiesen, d. h. es wird mit einem geringeren Wert gewichtet, als ein sehr spezifisches Objekt, d. h. ein Objekt mit sehr spezifischen Objektattributen wie zum Beispiel ein Objekt des Objekttyps Hinweisschild H1, H2 mit einer Aufschrift eines Ortsnamens und einer Entfernungsangabe, oder ein Objekt des Objekttyps Fahrbahnkrümmung mit einem Krümmungsradius, welcher sehr viel geringer ist als 400 m. Dieses Objekt mit seinem Objektattribut dieses Krümmungsradius deutet auf eine Autobahnauffahrt oder Autobahnausfahrt AF hin. Aus einer ermittelten Kombination mehrerer derart spezifischer Objekte kann eine Positionsbestimmung mit einer besonders hohen Sicherheit erreicht werden, wohingegen aus einer Kombination mehrerer eher unspezifischer Objekte eine Vielzahl unterschiedlicher Positionen resultieren können, an welchen diese Kombination unspezifischer Objekte jeweils vorliegt. Daher wird durch die unterschiedliche Gewichtung der Merkmale M und Vergleichsmerkmale, d. h. der jeweiligen Objekte mit ihren Objektattributen, in Abhängigkeit ihrer Ausprägung eine erhebliche Verbesserung der Positionsbestimmung erreicht.
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Im Verfahren zur Positionsbestimmung wird bei einer Übereinstimmung zumindest einiger der Merkmale M mit in der Datenbank hinterlegten Vergleichsmerkmalen aus den gewichteten Werten aller Merkmale M eine Treffersumme gebildet. Diese Treffersumme wird mit einer Referenztreffersumme aller Vergleichsmerkmale, welche im Umgebungsbereich der mit den aus den Sensordaten ermittelten Merkmalen M übereinstimmenden Vergleichsmerkmale in der Datenbank hinterlegt sind, verglichen. Durch die oben beschriebene Gewichtung haben eher unspezifische Merkmale M und Vergleichsmerkmale ein wesentlich geringeres Gewicht in der Treffersumme bzw. Referenztreffersumme als sehr spezifische Merkmale M und Vergleichsmerkmale. Bei Erreichen oder Überschreiten eines von der Referenztreffersumme abhängigen Schwellwertes der Treffersumme wird die Position des Fahrzeugs aus den hinterlegten Positionsdaten der übereinstimmenden Vergleichsmerkmale ermittelt.
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Vorzugsweise werden für das Verfahren, wie oben bereits beschrieben, als Merkmale M und Vergleichsmerkmale ausschließlich statische Objekte berücksichtigt.
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Die Positionsbestimmung wird zweckmäßigerweise während einer Fahrt des Fahrzeugs durchgeführt, wobei die Treffersumme und die Referenztreffersumme in Abhängigkeit von einer Fahrzeit und/oder einem Fahrweg gewichtet werden. Auf diese Weise wird eine nach der Fahrzeit und/oder nach dem Fahrweg gewichtete Treffersumme und Referenztreffersumme erreicht. Aufgrund der Fahrt des Fahrzeugs werden dabei sehr viel mehr Objekte und somit sehr viel mehr Merkmale M erfasst, welche mit den Vergleichsmerkmalen verglichen werden können. Durch die Gewichtung über die Fahrzeit und/oder den Fahrweg wird dabei erreicht, dass die Höhe der Treffersumme und Referenztreffersumme, welche mit der Fahrzeit und/oder dem Fahrweg steigt, in Relation zur Fahrzeit und/oder zum Fahrweg gesetzt wird, so dass eine fehlerhafte Positionsbestimmung aufgrund einer sehr hohen absoluten, in Relation zur Fahrzeit und/oder zum Fahrweg jedoch nur geringen Treffersumme und Referenztreffersumme vermieden wird.
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Als Schwellwert der Treffersumme, bei dessen Erreichen oder Überschreiten die Position des Fahrzeugs aus den hinterlegten Positionsdaten der mit den Merkmalen M übereinstimmenden Vergleichsmerkmale ermittelt wird, wird vorzugsweise ein prozentualer Anteil der Referenztreffersumme vorgegeben. Der Schwellwert entspricht auf diese Weise einer Mindesttrefferquote, welche erreicht oder überschritten werden muss.
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Eine Sicherheit der Zuordnung der erfassten Merkmale M in der Umgebung U zu den Vergleichsmerkmalen und damit eine Sicherheit des mittels der Sensoreinheit oder der Mehrzahl von Sensoreinheiten erfassten Fingerabdrucks zu einer jeweiligen Straße einer in der Datenbank gespeicherten Karte resultiert aus der und steigt mit der Anzahl erfasster Objekte, der Größe des Raums über die Objektattribute und möglicher Attributwerte und der Länge eines jeweils betrachteten Fahrwegs.
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Diese Erkennung ist mittels eines Zustandsautomaten möglich, jedoch nicht auf einen solchen beschränkt.
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Im in 1 dargestellten Beispiel bewegt sich das Fahrzeug auf einer als Autobahn AB ausgebildeten Fahrbahn. Als Merkmale M werden beispielsweise zwei Objekte des Objekttyps Hinweisschild H1, H2 mit weiteren zugehörigen Objektattributen erfasst. Beispielsweise werden als weitere Objektattribute auf jedem Hinweisschild H1, H2 eine jeweils vorhandene Aufschrift erfasst, die mittels Texterkennung ermittelt wird und eine jeweilige Ortsangabe und Entfernungsangabe enthält. Fährt das Fahrzeug im weiteren Verlauf auf der Autobahn AB weiter, so werden beide Hinweisschilder H1, H2 rechts vom Fahrzeug in unterschiedlichen Entfernungen zum Fahrzeug erfasst. Des Weiteren wird als Merkmal M ein gerader Verlauf der Fahrbahn erfasst. Zudem wird als weiteres Merkmal M ein Objekt des Objekttyps Randbebauung in Form einer Brücke B erfasst.
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Befährt das Fahrzeug im weiteren Verlauf alternativ die Autobahnausfahrt AF, so wird das eine Hinweisschild H1 links des Fahrzeugs und das anderen Hinweisschild H2 rechts des Fahrzeugs erfasst. Des Weiteren wird eine Krümmung der Fahrbahn erfasst und die Brücke B wird nicht erfasst. Auf diese Weise kann die Position des Fahrzeugs sehr genau auf der Autobahnausfahrt AF bestimmt werden und eine Falschpositionierung auf der Autobahn AB, beispielsweise auf einer angezeigten Karte eines Navigationssystems und/oder auf einer einem autonomen Fahrbetrieb zugrunde liegenden Karte, wird vermieden.
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Bezugszeichenliste
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- AB
- Autobahn
- AF
- Autobahnausfahrt
- B
- Brücke
- H1, H2
- Hinweisschild
- M
- Merkmal
- U
- Umgebung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012013492 A1 [0002, 0021, 0021, 0022, 0023]
