-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung eines Kraftfahrzeugs in einem durch eine digitale Karte beschriebenen Straßennetz, wobei ein Positionssensor des Kraftfahrzeugs eine geodätische Positionsinformation erfasst und eine Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs aus der Positionsinformation einen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs in der digitalen Karte ermittelt. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
-
Bei bekannten Lokalisierungsverfahren für Kraftfahrzeuge erfasst der Positionssensor typischerweise unter Verwendung eines globalen Satellitennavigationssystems eine geodätische Positionsinformation, die nur eine beschränkte Genauigkeit aufweist. Es ist mithin lediglich ein Umgebungsbereich um das Kraftfahrzeug ermittelbar, in dem sich das Kraftfahrzeug befindet. Die Lokalisierung des Kraftfahrzeugs innerhalb dieses Umgebungsbereichs erfolgt dann üblicherweise durch so genanntes „Map Matching“, bei dem die Position des Kraftfahrzeugs als auf einer innerhalb des Umgebungsbereichs verlaufenden, in einer digitalen Karte beschriebenen Straße angenommen wird.
-
Die Zuverlässigkeit einer derartigen Lokalisierung erweist sich in der Praxis jedoch als unbefriedigend, beispielsweise wenn im Umgebungsbereich mehrere Straßen parallel verlaufen. Insbesondere moderne Fahrerassistenzsysteme und Fahrzeugsysteme, die das Kraftfahrzeug für einen automatisierten Betrieb vollständig autonom führen sollen, benötigen jedoch wesentlich zuverlässigere Informationen über die Lokalisierung des Kraftfahrzeugs. Es wurde dazu bereits vorgeschlagen, digitale Karten zu verwenden, in denen feste Landmarken wie Gebäude oder geographische Fixpunkte verzeichnet sind, und solche Landmarken durch die Umgebungssensorik des Kraftfahrzeugs zur Realisierung einer präziseren Lokalisierung zu erkennen. Derartige hochgenaue Karten lassen sich jedoch nur unter einem hohen Aufwand erstellen und aktuell halten. Zudem scheitert eine solche Lokalisierung bei schlechter Sichtbarkeit der mitunter weit von der Straße entfernten Landmarke.
-
Der Erfindung liegt mithin das technische Problem zugrunde, eine Möglichkeit zur zuverlässigeren Lokalisierung eines Kraftfahrzeugs anzugeben.
-
Dieses technische Problem wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine kraftfahrzeugseitige Bildverarbeitungseinrichtung aus Bilddaten einer kraftfahrzeugseitigen, zur Erfassung der Umgebung des Kraftfahrzeugs angeordneten Kamera wenigstens eine ein erfasstes Stationszeichen beschreibende Stationszeicheninformation extrahiert, wobei die Steuereinrichtung in Abhängigkeit wenigstens einer der wenigstens einen Stationszeicheninformation und wenigstens einer aus der digitalen Karte ermittelten, eine Straße des Straßennetzes beschreibenden Straßeninformation eine das Kraftfahrzeug als auf einer bestimmten Straße des Straßennetzes im Umgebungsbereich befindlich beschreibende Lokalisierungsinformation ermittelt.
-
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, die entlang vieler Straßen und insbesondere in regelmäßigen Abständen angeordneten Stationszeichen für die Lokalisierung des Kraftfahrzeugs zu verwenden, nachdem erkannt wurde, dass diese eine sehr zuverlässige, ihre Position beschreibende Informationsbasis bereitstellen. Bei einem Stationszeichen im erfindungsgemäßen Sinne kann es sich beispielsweise um Schilder, Tafeln oder Kilometersteine handeln, die die Straße und/oder die Position, an der das Stationszeichen angeordnet ist, beschreiben. Dabei ist insbesondere der Begriff des Schildes weit zu verstehen, nachdem insbesondere auch Stationszeichen bekannt sind, die als prismenförmige Körper, beispielsweise mit einer drei- oder viereckigen Grundfläche, ausgebildet sind. Die vorteilhafte, besondere Zuverlässigkeit der Berücksichtigung der Stationszeicheninformation ergibt sich insbesondere daraus, dass diese typischerweise von der Straßenbauverwaltung auf Grundlage sehr präziser Vermessungsdaten in der unmittelbaren Nähe zur Straße angebracht werden. Ein Stationszeichen kann daher auch bei schlechten Sichtverhältnissen erkannt werden. Da digitale Karten typischerweise ohnehin Informationen enthalten, die solchen auf einem Stationszeichen entsprechen, bedarf es auch keiner aufwändigen Erweiterung der digitalen Karte um spezielle Zusatzinformationen, wie Landmarkeninformationen. Ebenso ermöglicht die Tatsache, dass Stationsschilder typischerweise in regelmäßigen Abständen angeordnet werden (z.B. alle 500 Meter auf deutschen Autobahnen oder alle 100 Meter in Großbritannien oder den Niederlanden), eine regelmäßige und/oder häufige Lokalisierung.
-
Erfindungsgemäß ist daher zunächst vorgesehen, mittels des Positionssensors des Kraftfahrzeugs die geodätische Positionsinformation zu erfassen und durch die Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs aus der Positionsinformation einen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs in der digitalen Karte zu ermitteln. Zweckmäßigerweise verwendet der Positionssensor dazu ein globales Satellitennavigationssystem wie GPS oder Galileo. Der Umgebungsbereich kann als ein fester Radius um die ermittelte geodätische Position bestimmt werden, es wird jedoch bevorzugt, wenn der Umgebungsbereich auf Basis einer Genauigkeitsinformation ermittelt wird, die ebenfalls vom Positionssensor bereitgestellt werden kann und beispielsweise die Anzahl der bei der Positionsermittlung berücksichtigten Satelliten beschreibt.
-
In einem anschließenden Schritt kann die Kamera die Bilddaten erfassen und der Bildverarbeitungseinrichtung bereitstellen, welche erfindungsgemäß die wenigstens eine Stationszeicheninformation aus den Bilddaten extrahiert. Dazu können beispielsweise Texte und/oder Zahlen und/oder Symbole, die auf dem Stationszeichen angegeben sind, erkannt werden. Zweckmäßigerweise greift die Bildverarbeitungseinrichtung dazu auf eine Datenbank zu, die den Aufbau und/oder die Gestaltung verschiedener Stationszeichen, insbesondere hinsichtlich ihrer nationalen oder regionalen Gestaltung, beschreibt. Die Steuereinrichtung kann ferner die extrahierte Stationszeicheninformation weiterverarbeiten, beispielsweise um Längenangaben in ein einheitliches Format umzurechnen, und aus der digitalen Karte die wenigstens eine Straßeninformation ermitteln, wonach in Abhängigkeit wenigstens einer mit wenigstens einer Stationszeicheninformation korrespondierenden Straßeninformation die Lokalisierungsinformation ermittelt werden kann. Diese beschreibt insbesondere, auf welcher Straße des Straßennetzes sich das Kraftfahrzeug befindet.
-
Zweckmäßigerweise lokalisiert die Steuereinrichtung das Kraftfahrzeug durch Vergleichen wenigstens einer der wenigstens einen Stationszeicheninformation mit wenigstens einer der wenigstens einen Straßeninformation. Es erfolgt mithin ein „Map Matching“ auf Basis eines Vergleichs wenigstens einer Stationszeicheninformation mit einer auf eine Straße bezogenen Straßeninformation. Insofern kann bei Vorliegen mehrerer im Umgebungsbereich verlaufender Straßen das Kraftfahrzeug als auf jener Straße befindlich lokalisiert werden, für die das Vergleichsergebnis die größte Übereinstimmung ergibt. Mit anderen Worten können Straßenkandidaten, auf denen sich das Kraftfahrzeug befinden könnte, ausgewählt werden, wobei wenigstens eine einem solchen Straßenkandidaten zugeordnete Straßeninformation mit wenigstens einer auf Basis der Bilddaten ermittelten Stationszeicheninformation verglichen werden kann. Dieses ist insbesondere bei dem eingangs erwähnten Problem mehrerer, insbesondere parallel verlaufender, Straßen im Umgebungsbereich vorteilhaft. Zur Ermittlung der Übereinstimmung ist es zum einen denkbar, mehrere Stationszeicheninformationen mit mehreren Straßeninformationen für jede Straße im Umgebungsbereich zu vergleichen und den Grad der Übereinstimmung zu quantifizieren. Es hat sich jedoch gezeigt, dass in vielen Fällen für jede Straße im Umgebungsbereich oder jeden ausgewählten Straßenkandidaten der Vergleich bereits einer einzigen Stationszeicheninformation mit einer einzigen Straßeninformation ausreicht, um eine hinreichend zuverlässige Lokalisierung zu realisieren.
-
Es kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass die Lokalisierung anhand einer eine Straßenbezeichnung und/oder eine Straßenklasse beschreibenden Straßeninformation erfolgt. Typischerweise werden als Straßenbezeichnung Zahlen verwendet und Straßenklassen, also in Deutschland beispielsweise Autobahnen, Bundesstraßen, Staats-/Landesstraßen oder Kreisstraßen, durch einen oder mehrere Buchstaben kodiert. Dabei lässt sich die Straßenbezeichnung häufig unmittelbar, beispielsweise aus einer auf der Stationszeichen angegebenen Zahl, extrahieren. Hinsichtlich der Straßenklasse kann beispielsweise ein auf dem Stationszeichen angegebener Buchstabe oder aber auch ein Symbol erkannt werden. So existieren beispielsweise in Deutschland Stationszeichen, die die Straßenbezeichnung als Zahl und die Straßenklasse durch einen farbigen Rahmen (beispielsweise ein weißer Rahmen auf blauem Grund für eine Autobahn) angeben. Derartige Informationen über die Gestaltung sind zweckmäßigerweise in der zuvor genannten Datenbank abgelegt.
-
Außerdem kann beim erfindungsgemäßen Verfahren mit Vorteil vorgesehen sein, dass die Lokalisierung anhand einer eine Streckenlängenangabe bezüglich eines Referenzortes beschreibenden Stationszeicheninformation und einer Straßeninformation erfolgt, die einzelnen Punkten entlang einer Straße zugeordnete Streckenlängen bezüglich eines solchen Referenzortes beschreibt. Derartige Streckenlängenangaben auf Stationszeichen sind typischerweise hochgenau, da sie auf Vermessungsdaten beruhen und mithin die Position der Stationszeichen entlang der Straße sehr präzise angeben. Der Referenzort bezeichnet dabei häufig jenen Ort, an dem die Straße beginnt, oder der Beginn eines Straßenabschnitts. Die digitale Karte kann nun zum einen selbst eine Information umfassen, die einzelnen Punkten entlang der Straße eine Streckenlänge zu dem bei der Erstellung der Karte bekannten Referenzort zugeordnet. Es ist aber alternativ oder zusätzlich möglich, dass eine Straßeninformation wenigstens eine auf Basis der digitalen Karte berechnete Streckenlänge zwischen einem solchen Referenzort und einem unter Berücksichtigung der Positionsinformation ermittelten Ort beschreibt. In diesem Fall kann die digitale Karte beispielsweise lediglich Informationen über Referenzorte, auf die sich die auf den Stationszeichen angegebenen Streckenlängen beziehen, umfassen, wobei als Straßeninformation eine auf Basis der digitalen Karte berechnete Streckenlänge zu einem unter Berücksichtigung der Positionsinformation ermittelten Ort, insbesondere einem Ort im Umgebungsbereich, verwendet wird. Insbesondere beim Vorliegen mehrerer Straßen im Umgebungsbereich lässt sich eine Lokalisierung des Kraftfahrzeugs als auf einer dieser Straßen befindlich bereits durch den Vergleich einer durch die Stationszeicheninformation beschriebenen Streckenlänge mit jeweiligen Streckenlängen der einzelnen Straßen bestimmen, da durch unterschiedliche Referenzorte für jede einzelne Straße typischerweise stark abweichende Streckenlängen als jeweilige Straßeninformation vorliegen.
-
Es wird darüber hinaus bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, wenn die Lokalisierungsinformation wenigstens einem kraftfahrzeugseitigen Fahrzeugsystem bereitgestellt wird. Ein derartiges Fahrzeugsystem kann beispielsweise ein Fahrerassistenzsystem oder ein zur automatischen Führung des Kraftfahrzeugs, insbesondere für einen autonomen Betrieb, ausgebildetes Fahrzeugsystem sein.
-
Es ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren schließlich auch von Vorteil, wenn die Lokalisierungsinformation eine die Straßenklasse der lokalisierten Straße beschreibende Straßenklasseninformation umfasst. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf die Bereitstellung der Lokalisierungsinformation für das Fahrzeugsystem, wenn dieses in Abhängigkeit der Straßenklasse der Straße, auf der sich das Kraftfahrzeug befindet, betrieben wird. Die Straßenklasseninformation kann dabei in Abhängigkeit des Lokalisierungsergebnisses aus der digitalen Karte und/oder einer ermittelten Stationszeicheninformation abgeleitet werden.
-
Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem wird erfindungsgemäß ferner gelöst durch ein Kraftfahrzeug, umfassend eine zur Bereitstellung einer digitalen Karte ausgebildete Karteneinheit, einen zur Erfassung einer geodätischen Positionsinformation ausgebildeten Positionssensor, eine zur Erfassung der Umgebung des Kraftfahrzeugs angeordnete Kamera, eine zur Extraktion wenigstens einer ein erfasstes Stationszeichen beschreibenden Stationszeicheninformation ausgebildete Bildverarbeitungseinrichtung und eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung. Sämtliche Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, so dass auch mit diesem die zuvor genannten Vorteile erzielt werden können.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausgangsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:
-
1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
-
2 einen Ausschnitt eines Straßennetzes, in dem das Kraftfahrzeug lokalisiert wird; und
-
3A–C jeweils ein Stationszeichen.
-
1 zeigt eine Prinzipskizze eines Kraftfahrzeugs 1, umfassend eine zur Bereitstellung einer digitalen Karte ausgebildete Karteneinheit 2, einen zur Erfassung einer geodätischen Positionsinformation ausgebildeten Positionssensor 3, eine zur Erfassung der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 angeordnete Kamera 4, eine Bilddaten der Kamera 4 verarbeitende Bildverarbeitungseinrichtung 5 und eine Steuereinrichtung 6. Die Steuereinrichtung 6 stellt einem Fahrzeugsystem 7 Ausgangsdaten bereit, welches als Fahrerassistenzsystems oder zur automatischen Führung des Kraftfahrzeugs 1 bei einem autonomen Betrieb ausgebildet ist.
-
2 zeigt einen nicht maßstabsgetreuen Ausschnitt eines Straßennetzes 8, in dem das Kraftfahrzeug 1 gemäß dem Verfahren lokalisiert wird. Das Straßennetz 8 umfasst mehrere Straßen 9–12 und wird durch eine digitale Karte beschrieben, die in der Karteneinheit 2 vorliegt. Ersichtlich befindet sich das Kraftfahrzeug 1 auf der Straße 9. Die Steuereinrichtung 6 ist zur Durchführung eines Verfahrens zur Lokalisierung des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet, welches Verfahren im Folgenden näher erläutert wird:
Zunächst ermittelt der Positionssensor 3 unter Verwendung eines globalen Navigationssatellitensystems eine einen Ort 13 beschreibende geodätische Positionsinformation des Kraftfahrzeugs 1, welche vorliegend nicht dessen tatsächlicher Position entspricht. Daneben stellt der Positionssensor 3 eine Genauigkeitsinformation zu der ermittelten Position bereit, die aus der Anzahl der der Ortung zugrundeliegenden Satelliten des globalen Satellitennavigationssystems ermittelt wird. Die Steuereinrichtung 6 ermittelt aus der Positionsinformation und der Genauigkeitsinformation einen Umgebungsbereich 14 um den Ort 13, in dem sich das Kraftfahrzeug 1 befinden könnte. Ersichtlich umfasst dieser Umgebungsbereich 14 Anteile der Straßen 9–11, so dass eine zuverlässige Lokalisierung des Kraftfahrzeugs 1 als auf einer der Straßen 9–11 befindlich auf Basis der zuvor beschriebenen Informationen nicht möglich ist.
-
Am Rand der Straße 9, auf der sich das Kraftfahrzeug 1 tatsächlich befindet, ist ein Stationszeichen 15 angeordnet, welches in 3A detailliert gezeigt ist. Das Stationszeichen weist ein Schild 16 auf, das mit einer Streckenlängenangabe 17 und einem die Straßenklasse und die Straßenbezeichnung der Straße 9 darstellenden Symbol 18 bedruckt ist. Dabei bezieht sich die Streckenlängenangabe 17 auf die Streckenlänge zu einem Referenzort der Straße 9, der ihren Beginn beschreibt und außerhalb des in 2 dargestellten Straßennetzes 8 liegt. Das Symbol 18 besteht aus einem Rahmen 19, der die Straßenklasse durch seine Form und seine Farbgebung darstellt, und einer Zahl 20 als Straßenbezeichnung. Vorliegend beschreibt das Symbol mithin die „Autobahn 79“.
-
Die Kamera 4 erfasst nun das Stationszeichen 15 in der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 und stellt ihre Bilddaten der Bildverarbeitungseinrichtung 5 bereit. Diese erkennt das Stationszeichen 15 als solches und extrahiert aus den Bilddaten drei Stationszeicheninformationen, die die Straßenklasse (Autobahn), die Straßenbezeichnung („79“) und die Streckenlängenangabe 17 („123,5“) beschreiben. Die Bildverarbeitungseinrichtung 5 greift dabei auf eine Datenbank zu, die Informationen über die Anordnung und Gestaltung der Angaben auf Stationszeichen verschiedener Länder und Regionen umfasst. Die Steuereinrichtung 6 ermittelt sodann aus der digitalen Karte für jede der Straßen 9–11 Straßeninformationen, die ebenfalls die jeweilige Straßenklasse, Straßenbezeichnung und Streckenlänge bezüglich eines Referenzpunktes beschreiben.
-
Während die beiden erstgenannten Straßeninformation unmittelbar in der digitalen Karte verzeichnet sind, berechnet die Steuereinrichtung 6 die die Streckenlänge beschreibende Straßeninformationen aus der digitalen Karte. Dazu sind in der digitalen Karte Zusatzinformationen gespeichert, die jeweilige Referenzpunkte, auf die sich Streckenlängenangaben von Stationszeichen beziehen, beschreiben. Die Streckenlänge zwischen einem solchen in der digitalen Karte gespeicherten Referenzpunkt und einem der jeweiligen Straße zugehörigen Ort in der Nähe des durch die Positionsinformation beschriebenen Orts 13 lässt sich mithin einfach aus den jeweiligen durch die digitale Karte beschriebenen Straßenverläufen der Straßen 9–11 berechnen. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel des Verfahrens sind zu einzelnen Punkten entlang der Straßen 9–11 jeweils Streckenlängen in der digitalen Karte gespeichert, wobei als Straßeninformation unmittelbar die gespeicherten Streckenlängen verwendet werden.
-
Die Steuereinrichtung 6 vergleicht anschließend für jede Straße 9–11 deren Straßeninformationen mit den korrespondierenden Stationszeicheninformationen und bewertet die Übereinstimmung für jede Straße. So beschreiben die Straßeninformationen bezüglich der Straße 10 diese als Kreisstraße mit der Nummer 800, deren Streckenlänge in der Nähe des Orts 13 29,0 km beträgt, und die Straßeninformationen bezüglich der Straße 11 diese als Bundesstraße 900, deren Streckenlänge in der Nähe des Orts 13 34,0 km beträgt. Die Steuereinrichtung 6 ermittelt dann eine Lokalisierungsinformation, die das Kraftfahrzeug als auf der Straße 9 befindlich beschreibt, da für die Straße 9 Straßeninformationen ermittelt wurden, die diese als Autobahn mit der Nummer 79 und der Streckenlänge 123,4 in der Nähe des Orts 12 beschreiben und daher die größte Übereinstimmung mit den Stationszeicheninformationen aufweisen. Es sei darauf hingewiesen, dass in der Praxis häufig bereits aus einem Vergleich einer dieser Straßeninformationen mit einer korrespondierenden Stationszeicheninformation eine hinreichend zuverlässige Ermittlung der Lokalisierungsinformation möglich ist. In Zweifelsfällen, kann jedoch auch die Ermittlung der Positionsinformation in Abhängigkeit mehrerer durch jeweils eine Stationszeicheninformation beschriebenen Angaben auf dem Stationszeichen 15 erfolgen.
-
Die Steuereinrichtung 6 ergänzt die Positionsinformation schließlich um eine Straßenklasseninformation, die die Straße 9 vorliegend als Autobahn beschreibt, und stellt diese dem Fahrzeugsystem 7 bereit. Dieses wird in Abhängigkeit der Straßenklasseninformation betrieben, es richtet also beispielsweise sein Betriebsverhalten nach der Straßenklasse einer Straße 9, auf der sich das Kraftfahrzeug 1 momentan befindet, oder wird nur bei einer Fahrt auf einer Straße einer bestimmten Straßenklasse aktiviert.
-
3B zeigt ein weiteres Beispiel eines Stationszeichens 15‘, das lediglich eine Streckenlängenangabe 17‘ aufweist. Allerdings lässt sich auch aus einem derartigen Stationszeichen neben einer die Streckenlänge beschreibenden Stationszeicheninformation eine die Straßenklasse beschreibende Stationszeicheninformation ermitteln, da der Stationszeichen 15 hier in einer charakteristischen Farbgebung gestaltet ist, beispielsweise mit weißer Schrift auf blauem Grund. Derartige Farben werden in vielen Ländern nur auf Autobahnen verwendet, so dass eine entsprechende Ermittlung der Straßenklasse möglich ist.
-
3C zeigt ein weiteres Beispiel eines Stationszeichens 15“, welches nicht als Schild, sondern als prismatischer Körper mit einer dreieckigen Grundfläche ausgebildet ist. Das Stationszeichen 15“ weist lediglich eine Angabe der Straßenklasse, die durch den Buchstaben „B“ für Bundestraße kodiert ist, und eine Zahl „900“ als Straßenbezeichnung auf. Auch aus derartigen Stationszeichen 15‘‘ lassen sich entsprechende Stationszeicheninformation extrahieren, so dass das Verfahren auch auf Stationszeichen anwendbar ist, die nicht tafelartig ausgebildet sind.
