DE102018200218A1 - Position determination by means of observation device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Bestimmung der Position und / oder Orientierung eines Fahrzeugs (1), das System umfassend eine Beobachtungseinrichtung (3), insbesondere umfassend eine Kamera, die dazu ausgebildet ist, das Fahrzeug (1) in einem Beobachtungsbereich in Form von Bilddaten (31) zu erfassen, eine Auswerteeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, anhand der Bilddaten (31) die relative Position und / oder relative Orientierung des Fahrzeugs (1) in dem Beobachtungsbereich und daraus anhand der bekannten Position der Beobachtungseinrichtung (3) die absolute Position und / oder absolute Orientierung des Fahrzeugs (1) zu bestimmen.The invention relates to a method and a system for determining the position and / or orientation of a vehicle (1), the system comprising an observation device (3), in particular comprising a camera, which is adapted to the vehicle (1) in an observation area in An evaluation device, which is designed to use the image data (31) to determine the relative position and / or relative orientation of the vehicle (1) in the observation area and therefrom using the known position of the observation device (3). to determine the absolute position and / or absolute orientation of the vehicle (1).
Description
Die Erfindung betrifft ein System sowie ein Verfahren zur Bestimmung der Position und / oder Orientierung eines Fahrzeugs.The invention relates to a system and a method for determining the position and / or orientation of a vehicle.
Es ist bekannt, das die Position und Orientierung eines Fahrzeugs mittels eines Satellitennavigationssystems, auch als Global Navigation Satellite System (GNSS) bekannt, bestimmt werden kann. Satellitennavigationssysteme wurden ursprünglich für die Luft- und Seefahrt entwickelt, also für die Anwendung unter freiem Himmel, wo nicht mit signifikanten Störungen zu rechnen und ein dauerhaft guter Empfang von Satellitensignalen zu erwarten ist.It is known that the position and orientation of a vehicle can be determined by means of a satellite navigation system, also known as the Global Navigation Satellite System (GNSS). Satellite navigation systems were originally developed for aeronautics and seafaring, ie for use in the open air, where no significant disturbances are to be expected and a permanently good reception of satellite signals is to be expected.
Sind diese Bedingungen nicht gegeben, wie in großen Innenstädten, wo beispielsweise hohe Gebäude für eine Abschattung der Signale sorgen können, Urban Canyon genannt, oder die Signale durch Reflektion auf mehreren Wegen zum Empfänger gelangen, Mehrwegempfang oder Multipath genannt, so reicht das Satellitennavigationssystem für eine zufriedenstellende Ortung nicht aus. Um die Ortung genauer und zuverlässiger zu machen, ist es möglich, auf ein Ergänzungssystem, SBAS genannt, zurückzugreifen, das geosynchrone bzw. geostationäre Satelliten verwendet. Jedoch ist auch dieses System für die Luftfahrt konzipiert und kann den genannten Problemen, wie Abschattung oder Mehrwegempfang, nichts entgegensetzen.If these conditions are not met, as in large inner cities, where, for example, tall buildings can provide a shadowing of the signals, called Urban Canyon, or the signals arrive by reflection in several ways to the receiver, called multipath or multipath, the satellite navigation system is sufficient for one satisfactory location is not enough. To make locating more accurate and reliable, it is possible to resort to a supplemental system, called SBAS, which uses geosynchronous or geostationary satellites. However, this system is also designed for aviation and can not address the problems mentioned, such as shading or reusable reception.
Auch ein differentielles globales Positionierungssystem, DGPS genannt, bei dem zur Steigerung der Genauigkeit der GNSS-Navigation mittels Referenzempfängern Korrekturdaten ermittelt werden, löst dieses Problem nicht. Auch ist ein solches System selbst im freien Feld nicht immer zuverlässig und außerdem kostenintensiv, weshalb es lohnenswert erscheint, zumindest eine Alternative in Erwägung zu ziehen.Also, a differential global positioning system, called DGPS, in which correction data is obtained by reference receivers to increase the accuracy of GNSS navigation, does not solve this problem. Also, such a system is not always reliable even in the open field and also expensive, and therefore it seems worthwhile to consider at least one alternative.
Es ist weiterhin bekannt, dass bei kurzzeitigen Störungen der Empfang von Satellitensignalen beispielsweise durch Datenfusion mit Fahrdynamik- bzw. Umgebungssensoren eines Fahrzeugs ergänzt werden kann, sofern die GNSS-Störung durch den entsprechenden Algorithmus erkannt bzw. vorhergesehen wird, bevor die Lokalisierung des Fahrzeugs negativ beeinflusst wird. Ist die Lokalisierung durch das Satellitennavigationssystem dagegen längere Zeit gestört, was beim Durchfahren von Großstädten mit hohen Gebäuden für mehr als eine Stunde der Fall sein kann, so wird die Lokalisierung selbst unter Zuhilfenahme der Datenfusion mit Fahrdynamik- bzw. Umgebungssensoren, Dead Reckoning genannt, äußerst unzuverlässig, da sich jeder Sensorfehler bzw. -drift über die lange Zeit besonders deutlich bemerkbar macht. Die Fehler steigen unter Umständen exponentiell an, so dass in urbanen Umgebungen schnell um mehr als 10 Meter abweichende Positionen auftreten. Für das Fahrzeug bzw. den Lokalisierungsalgorithmus ist es dabei unmöglich, sicherzustellen oder zu bewerten, ob die angenommene Position auch der tatsächlichen entspricht. Auch unter freiem Himmel kann es jedoch zu Abweichungen der erkannten Position kommen, beispielsweise in Folge systematischer Einflüsse durch atmosphärische Fehler, insbesondere Ionosphärenfehler, die für einen unerkannten Positions-Offset sorgen. Ein solcher Offset kann durch einen Dead Reckoning Filter nicht kompensiert werden, lediglich eine Reduzierung des Rauschens ist möglich.It is also known that in the case of short-term disturbances, the reception of satellite signals can be supplemented, for example, by data fusion with vehicle dynamics or environmental sensors of a vehicle, provided that the GNSS interference is detected or anticipated by the corresponding algorithm before the localization of the vehicle has a negative influence becomes. On the other hand, if localization by the satellite navigation system is disturbed for a long time, which can happen for more than an hour when driving through large cities with tall buildings, then localization itself becomes extremely important with the help of data fusion with vehicle dynamics or environmental sensors called Dead Reckoning Unreliable, because every sensor error or drift over the long term is particularly noticeable. The errors may increase exponentially, so that in urban environments quickly by more than 10 meters deviating positions occur. For the vehicle or the localization algorithm, it is impossible to ensure or to evaluate whether the assumed position also corresponds to the actual one. Even under the open sky, however, there may be deviations of the detected position, for example as a result of systematic influences caused by atmospheric errors, in particular ionospheric errors, which provide an unrecognized position offset. Such an offset can not be compensated by a dead reckoning filter, only a reduction of the noise is possible.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein System zur Bestimmung der Position und / oder Orientierung eines Fahrzeugs anzugeben, das bestehende Systeme ergänzt bzw. verbessert und / oder in einem gewissen Maß zuverlässig und / oder sicher ist.It is therefore an object of the invention to provide a system for determining the position and / or orientation of a vehicle, which complements or improves existing systems and / or is reliable and / or safe to a certain extent.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.The object is solved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. The wording of the claims is incorporated herein by express reference.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein System zur Bestimmung der Position und / oder Orientierung eines Fahrzeugs eine Beobachtungseinrichtung, insbesondere umfassend eine Kamera, die dazu ausgebildet ist, das Fahrzeug (
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine Positionsbestimmung im sogenannten Urban Canyon äußerst anspruchsvoll ist und auch mit Hilfsmitteln zur Positionserkennung aus der Fahrzeugperspektive nicht sicher zu gewährleisten ist, weshalb ein vollkommen neuartiger Ansatz vorteilhaft sein könnte. Da eine Lokalisierung aus, im Unterschied zu Satelliten, kurzer Distanz eine geringere Anfälligkeit für systematische Fehler mit sich bringt und eine Perspektive außerhalb des Fahrzeugs eine größere Übersicht bietet, könnte eine entsprechende Beobachtungseinrichtung die Probleme verringern oder beseitigen. Eine entsprechende Beobachtungseinrichtung in Form einer Kamera kann beispielsweise mittels eines unbemannten Fahrzeugs, insbesondere Flugdrohne, in Stellung gebracht werden oder an ohnehin bestehender Gebäudeinfrastruktur angebracht werden und durch eine entsprechende Einrichtung mit dem Fahrzeug bzw. auch mit mehreren Fahrzeugen kommunizieren. Die Position der Beobachtungseinrichtung als Teil eines unbemannten Fahrzeugs ist beispielsweise mittels Satellitennavigationssystem bestimmbar, während sich die Position einer stationären Beobachtungseinrichtung aufgrund ihres festen Standorts nicht ändert und daher nur einmal bestimmt werden muss.The invention is based on the consideration that a position determination in the so-called Urban Canyon is extremely demanding and can not be reliably guaranteed even with tools for position detection from the vehicle perspective, which is why a completely novel approach could be advantageous. Since localization, unlike satellites, short distance, is less susceptible to systematic errors, and a perspective outside the vehicle provides a greater overview, a corresponding observer could reduce or eliminate the problems. A corresponding observation device in the form of a camera can be brought into position, for example, by means of an unmanned vehicle, in particular a flight drone, or mounted on an already existing building infrastructure and by a corresponding device with the vehicle or with communicate with several vehicles. The position of the observation device as part of an unmanned vehicle can be determined, for example, by means of a satellite navigation system, while the position of a stationary observation device does not change due to its fixed location and therefore only has to be determined once.
Nachfolgend wird der Begriff der Position vorzugsweise so verstanden, dass auch der Begriff der Orientierung, also einer Drehstellung im Raum, mit von dem Begriff Position abgedeckt ist.Hereinafter, the term position is preferably understood to mean that the term orientation, ie a rotational position in space, is also covered by the term position.
Die Begriffe der relativen Position und / oder Orientierung sind im Sinne der Erfindung vorzugsweise so zu verstehen, dass die Position bzw. Orientierung auf die Beobachtungseinrichtung bezogen ist, beispielsweise charakterisiert durch dreidimensionale Koordinaten mit der Beobachtungseinrichtung als Ursprung. Die Begriffe der absoluten Position und / oder Orientierung sind im Sinne der Erfindung vorzugsweise global zu verstehen, also so, dass die Position bzw. Orientierung auf die Erde bzw. den Bereich der Erdoberfläche um das zu lokalisierende Fahrzeug oder auch eine virtuelle Straßenkarte bezogen ist. Da vorzugsweise die absolute Position und / oder Orientierung der Beobachtungseinrichtung bekannt ist, kann aus der zu dieser relativen Position und / oder Orientierung des Fahrzeugs die absolute Position und / oder Orientierung des Fahrzeugs bestimmt werden. Die Überführung der relativen Position und / oder Orientierung lässt sich vorzugsweise mit einer entsprechenden Algorithmik, beispielsweise Basislinien-Algorithmik, in die absolute Position und / oder Orientierung durchführen.For the purposes of the invention, the terms relative position and / or orientation should preferably be understood to mean that the position or orientation is related to the observation device, for example characterized by three-dimensional coordinates with the observation device as the origin. The terms of the absolute position and / or orientation are preferably to be understood globally in the sense of the invention, that is to say that the position or orientation is related to the earth or the area of the earth's surface around the vehicle to be located or even a virtual road map. Since the absolute position and / or orientation of the observation device is preferably known, the absolute position and / or orientation of the vehicle can be determined from the relative position and / or orientation of the vehicle. The transfer of the relative position and / or orientation can preferably be carried out in the absolute position and / or orientation with a corresponding algorithm, for example, baseline algorithm.
Je nach Betrachtungsweise kann es zweckmäßig sein, dass das System zur Bestimmung der Position und / oder Orientierung eines Fahrzeugs das Fahrzeug umfasst, dessen Position und / oder Orientierung zu bestimmen ist.Depending on the viewpoint, it may be expedient that the system for determining the position and / or orientation of a vehicle comprises the vehicle whose position and / or orientation is to be determined.
Es ist bevorzugt, dass die Auswerteeinrichtung Teil der Beobachtungseinrichtung ist oder mit dieser mechanisch verbunden ist. Somit kann die Auswertung der Bilddaten schon außerhalb des Fahrzeugs vorgenommen werden und eine anschließende Signalübertragung kann weniger umfangreich ausfallen, weil nicht die vollständigen Bilddaten übertragen werden müssen.It is preferred that the evaluation device is part of the observation device or is mechanically connected thereto. Thus, the evaluation of the image data can already be made outside the vehicle and a subsequent signal transmission can be less extensive, because not the complete image data must be transmitted.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung in dem Fahrzeug installiert und weist eine Empfangseinrichtung zum drahtlosen Empfangen der Bilddaten von der Beobachtungseinrichtung in Form eines Signals auf. Dies hat den Vorteil, dass die Bilddaten von der Beobachtungseinrichtung ohne vorherige Auswertung sofort gesendet werden können. Auch müssen die Bilddaten nicht fahrzeugindividuell übertragen werden, sondern gleiche Bilddaten können gegebenenfalls auch von mehreren Fahrzeugen zu deren jeweiliger Positionsbestimmung genutzt werden. Somit kann die Beobachtungseinrichtung aufwandsarm betrieben werden, da keinerlei Zuordnung von Daten zu einem Fahrzeug erfolgen muss und lediglich die Bilddaten ausgesandt werden können.According to a further preferred embodiment, the evaluation device is installed in the vehicle and has a receiving device for wirelessly receiving the image data from the observation device in the form of a signal. This has the advantage that the image data from the observation device can be sent immediately without prior evaluation. Also, the image data does not have to be transmitted in a vehicle-specific manner, but identical image data can optionally also be used by several vehicles for their respective position determination. Thus, the observation device can be operated with little effort, since no assignment of data to a vehicle must be made and only the image data can be sent.
Zweckmäßigerweise ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, die ermittelte absolute Position und / oder absolute Orientierung des Fahrzeugs bzw. die Bilddaten in Form eines Signals drahtlos an das Fahrzeug zu übertragen. Dazu kann beispielsweise eine V2X-, Wifi- oder Internetverbindung, insbesondere nach einem Standard der IEEE-802.11-Familie genutzt werden.Expediently, the evaluation device is designed to wirelessly transmit the determined absolute position and / or absolute orientation of the vehicle or the image data in the form of a signal to the vehicle. For this example, a V2X, Wifi or Internet connection, in particular to a standard of the IEEE 802.11 family can be used.
Vorzugsweise ist die Beobachtungseinrichtung dazu ausgebildet, zusätzlich zu den Bilddaten eine die, bevorzugt absolute, also auf die Erde bzw. den Bereich der Erdoberfläche um das zu lokalisierende Fahrzeug oder auch eine virtuelle Straßenkarte bezogene, Position und Orientierung der Beobachtungseinrichtung kenntlich machende Information in Form eines Signals drahtlos an das Fahrzeug zu übertragen. Alternativ kann diese Information aus einer Datenbank entnommen werden, wobei die Beobachtungseinrichtung lediglich eine ihr zugeordnete Kennung überträgt. Mit Hilfe der Information über die Position und Orientierung der Beobachtungseinrichtung kann unter Hinzunahme der aus den Bilddaten auslesbaren relativen Position und Orientierung des Fahrzeugs die absolute Position und Orientierung des Fahrzeugs ermittelt werden.Preferably, the observation device is designed, in addition to the image data, to provide the information in the form of a preferably absolute position, that is to say the earth or the area of the earth's surface around the vehicle to be located or also a virtual road map, and position and orientation of the observation device Wirelessly transmit signals to the vehicle. Alternatively, this information can be taken from a database, wherein the observation device only transmits an identifier assigned to it. With the aid of the information about the position and orientation of the observation device, the absolute position and orientation of the vehicle can be determined by adding the relative position and orientation of the vehicle which can be read out from the image data.
Es ist bevorzugt, dass das Fahrzeug eine Steuervorrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein Positionssignal auszugeben, wobei das Positionssignal von der von der Auswerteeinrichtung bestimmten absoluten Position und / oder absoluten Orientierung des Fahrzeugs und / oder einem empfangenen GNSS-Signal eines GNSS genannten globalen Satellitennavigationssystems abhängt.It is preferred that the vehicle has a control device which is designed to output a position signal, wherein the position signal from the determined by the evaluation device absolute position and / or absolute orientation of the vehicle and / or a received GNSS signal of a GNSS called global Satellite navigation system depends.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung hängt das Positionssignal zusätzlich von einem ersten Korrekturwert ab, wobei die Steuervorrichtung ausgebildet ist, den Korrekturwert abhängig von einem zu erwartenden Datenalter der von der Auswerteeinrichtung bestimmten absoluten Position und / oder absoluten Orientierung des Fahrzeugs und / oder des GNSS-Signals, insbesondere im Sinne einer Extrapolation, zu ermitteln. Zu einem gewissen Datenalter, also einer verringerten Aktualität der Daten, kann es aufgrund der vergangenen Zeit bei der Auswertung der Bilddaten sowie der Datenübertragung kommen. Bevorzugt wird durch die Extrapolation dieser zeitliche Versatz rechnerisch ausgeglichen. According to a preferred refinement, the position signal additionally depends on a first correction value, wherein the control device is designed to adjust the correction value as a function of an expected data age of the absolute position and / or absolute orientation of the vehicle and / or the GNSS signal determined by the evaluation device. especially in terms of extrapolation. At a certain date of the data, that is, a reduced actuality of the data, it may occur due to the past time in the evaluation of the image data and the data transmission. The extrapolation preferably compensates for this time offset mathematically.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung hängt das Positionssignal zusätzlich von einem zweiten Korrekturwert ab, wobei die Steuervorrichtung ausgebildet ist, den zweiten Korrekturwert anhand eines Vergleichs der von der Auswerteeinrichtung bestimmten absoluten Position und / oder absoluten Orientierung des Fahrzeugs und / oder des GNSS-Signals mit Kartendaten und / oder mit Fahrdynamikdaten des Fahrzeugs zu ermitteln. Somit ist es auf einfache Weise möglich, die von der Auswerteeinrichtung bestimmte absolute Position und / oder absoluten Orientierung des Fahrzeugs und / oder das GNSS-Signal anhand zuverlässiger Informationen einer Verkehrs- bzw. Landkarte oder anhand von Fahrdynamik- bzw. Sensordaten zu plausibilisieren bzw. zu korrigieren und eine höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu erreichen. Es versteht sich, dass der Vergleich alternativ oder zusätzlich auch umgekehrt erfolgen kann, so dass die mittels GNSS-Signal und / oder anderer dem Fachmann bekannter Mittel bestimmte absolute Position und / oder absoluten Orientierung des Fahrzeugs durch Vergleich mit der von der Auswerteeinrichtung bestimmten absoluten Position und / oder absoluten Orientierung des Fahrzeugs plausibilisiert bzw. verifiziert wird. Dies ist beispielsweise durch entsprechende Ausbildung der Steuervorrichtung möglich.According to a preferred development, the position signal additionally depends on a second correction value, wherein the control device is designed, the second correction value based on a comparison of the determined by the evaluation absolute position and / or absolute orientation of the vehicle and / or the GNSS signal with map data and / or to determine with driving dynamics data of the vehicle. Thus, it is possible in a simple manner to make plausible the absolute position and / or absolute orientation of the vehicle determined by the evaluation device and / or the GNSS signal on the basis of reliable information of a traffic or map or based on driving dynamics or sensor data. to correct and to achieve higher accuracy and reliability. It is understood that the comparison can alternatively or additionally also be carried out in reverse, so that the absolute position and / or absolute orientation of the vehicle determined by means of GNSS signal and / or other means known to the person skilled in the art is determined by comparison with the absolute position determined by the evaluation device and / or absolute orientation of the vehicle is plausibility or verified. This is possible, for example, by appropriate design of the control device.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Fahrzeug eine optische, insbesondere dreidimensional ausgeprägte, Markierung auf, wobei die Markierung in ihrer Form und Ausdehnung so ausgebildet und / oder kodiert ist, dass das Fahrzeug identifizierbar ist und / oder die Ausrichtung und / oder Entfernung der Markierung von außen optisch erkennbar ist. Die Markierung kann beispielsweise ähnlich einer QR-Kodierung aus mehreren Quadraten oder Rechtecken aufgebaut sein, wobei diese sich voneinander durch ihre Farbe und / oder durch ihre räumliche Ausdehnung abgrenzen lassen. Beispielsweise lassen sich mit zwei Farben, wie schwarz und weiß, oder mit zwei räumlichen Ausdehnungen, also einer höheren und einer tieferen Ebene einer Oberfläche, Daten binär darstellen. Eine dreidimensional ausgeprägte Markierung erlaubt bei einer räumlichen Orientierungsbestimmung eine höhere Zuverlässigkeit und Genauigkeit. According to a preferred embodiment of the invention, the vehicle has an optical, in particular three-dimensional pronounced, marking, wherein the mark is formed in its shape and extent and / or encoded that the vehicle is identifiable and / or the orientation and / or removal of Mark is visually recognizable from the outside. For example, the marker may be constructed of a plurality of squares or rectangles similar to a QR encoding, which may be delineated by their color and / or by their spatial extent. For example, with two colors, such as black and white, or with two spatial dimensions, ie, a higher and a lower level of a surface, data can be represented in binary form. A three-dimensional mark allows a higher degree of reliability and accuracy for a spatial orientation determination.
Die Ausrichtung der Markierung kann aus den Bilddaten gegebenenfalls einfacher bestimmt werden als die Ausrichtung des Fahrzeugs, daher liefert die Markierung vorzugsweise eine Information über die Ausrichtung des Fahrzeugs. Dazu müssen lediglich Ort und Orientierung der Markierung relativ zum Fahrzeug bekannt sein. Sofern die Markierung eine rechteckige Grundform aufweist, können beispielsweise zwei Seiten dieses Rechtecks parallel zur Fahrtrichtung bzw. zu den Seiten des Fahrzeugs sein, so dass aus diesem bekannten Zusammenhang die Ausrichtung des Fahrzeugs anhand der Markierung erkannt werden kann.The orientation of the marker may optionally be determined from the image data more easily than the orientation of the vehicle, therefore, the marker preferably provides information about the orientation of the vehicle. For this purpose, only the location and orientation of the marker relative to the vehicle must be known. If the marking has a rectangular basic shape, for example, two sides of this rectangle may be parallel to the direction of travel or to the sides of the vehicle, so that from this known context, the orientation of the vehicle can be detected by the marker.
Vorzugsweise ist die Markierung an einem von außen, insbesondere von oben, gut einsehbaren Bereich des Fahrzeugs angeordnet, besonders bevorzugt in der Fahrzeugmitte und / oder auf dem Fahrzeugdach.The marking is preferably arranged on a region of the vehicle which is easily visible from the outside, in particular from above, particularly preferably in the vehicle center and / or on the vehicle roof.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist die Beobachtungseinrichtung Teil eines unbemannten, besonders bevorzugt autonom gesteuerten, Fahrzeugs. Ein solches unbemanntes Fahrzeug, auch Drohne oder UAV genannt, ist in der Lage eine bevorzugte Außenposition der Beobachtungseinrichtung ohne größeren Aufwand einzunehmen.According to a preferred development, the observation device is part of an unmanned, particularly preferably autonomously controlled, vehicle. Such an unmanned vehicle, also called drone or UAV, is able to assume a preferred external position of the observation device without much effort.
Es ist bevorzugt, dass das unbemannte Fahrzeug ein Luftfahrzeug ist, insbesondere ein elektrisch mittels wenigstens einem Propeller angetriebenes unbemanntes Luftfahrzeug. Ein unbemanntes Luftfahrzeug, beispielsweise ein übliches, mit mehreren, meist vier, elektrisch betriebenen Propellern angetriebenes, vorzugsweise autonom gesteuertes, Luftfahrzeug, kann die Beobachtungseinrichtung auf eine erhöhte Position befördern, so dass die Bilddaten einen möglichst großen Bereich abdecken. Infolge der erhöhten Position ist das Luftfahrzeug dabei frei von Abschattungen und Mehrwegempfang und kann seine eigene Position zuverlässig und genau bestimmen.It is preferred that the unmanned vehicle is an aircraft, in particular an unmanned aerial vehicle electrically driven by at least one propeller. An unmanned aerial vehicle, for example a conventional aircraft, driven by a plurality of, usually four, electrically operated propellers, preferably autonomously controlled aircraft, can convey the observation device to an elevated position so that the image data cover the largest possible area. As a result of the elevated position, the aircraft is free of shading and reusable reception and can determine its own position reliably and accurately.
Besonders bevorzugt handelt es sich um einen Senkrechtstarter und / oder Drehflügler, also ein Luftfahrzeug, das auch ohne Vortrieb in der Lage ist, Auftrieb zu erzeugen. Somit sind enge Begrenzungen des Flugraums, wie sie in Großstädten zu erwarten sind, unproblematisch.Particularly preferably, it is a vertical starter and / or rotorcraft, so an aircraft that is able to generate lift even without propulsion. Thus, narrow limitations of the space, as they are to be expected in large cities, unproblematic.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Fahrzeug eine Verstau-Vorrichtung zum Verstauen des Luftfahrzeugs auf, wobei das Luftfahrzeug ausgebildet ist, von der Verstau-Vorrichtung selbstständig abzuheben und zu landen. Eine entsprechende Verstau-Vorrichtung erlaubt einen geschützten, raumsparenden Transport des Luftfahrzeugs.According to a preferred development, the vehicle has a stowage device for stowing the aircraft, wherein the aircraft is designed to lift and land independently from the stowage device. A corresponding stowage device allows a protected, space-saving transport of the aircraft.
Unbemannte Luftfahrzeuge sind im privaten Einsatz in den letzten Jahren immer günstiger und beliebter geworden. Entsprechend könnte eine Flugdrohne mit dem Fahrzeug zusätzlich auch aus anderen Gründen mittransportiert werden, beispielsweise zum Zeitvertreib, um Fotos aus der Luft zu machen oder Auskunft bzw. Bilder über Verkehrsverhältnisse auf der Fahrstrecke zu erhalten oder sogar für den Transport kleiner Gegenstände bzw. Pakete. Alternativ kann es sich jedoch auch um eine öffentlich nutzbare Flugdrohne handeln, die Bilddaten für mehrere Fahrzeuge bereitstellt bzw. keine feste Zuordnung zu einem bestimmten Fahrzeug hat.Unmanned aerial vehicles have become increasingly cheaper and more popular in private use in recent years. Accordingly, a flight drone could also be transported along with the vehicle for other reasons, for example, to pass the time to take photos from the air or to obtain information or pictures about traffic conditions on the route or even for the transport of small items or packages. Alternatively, however, it may also be a public-use drone, the image data for several Provides vehicles or has no fixed assignment to a particular vehicle.
In einer anderen Weiterbildung des angegebenen Systems ist die Beobachtungseinrichtung in Bezug auf die Erde stationär, insbesondere an einem Gebäude oder einem Mast, installiert. Eine solche Beobachtungseinrichtung könnte beispielsweise öffentlich finanziert sein. Auch könnte eine ohnehin vorhandene, zur Verkehrsüberwachung vorgesehene Beobachtungseinrichtung genutzt werden.In another development of the specified system, the observation device is stationary relative to the earth, in particular to a building or a mast installed. Such an observation device could for example be publicly funded. An already existing, intended for traffic monitoring observation device could be used.
Die Beobachtungseinrichtung, insbesondere Kamera, ist vorzugsweise kein Teil des Fahrzeugs bzw. von dem Fahrzeug mechanisch entkoppelt und außerhalb, besonders bevorzugt außerdem oberhalb des Fahrzeugs angeordnet.The observation device, in particular camera, is preferably not a part of the vehicle or mechanically decoupled from the vehicle and outside, more preferably also arranged above the vehicle.
Es ist bevorzugt, dass die Auswerteeinrichtung zusätzlich dazu ausgebildet ist, anhand der Bilddaten die Geschwindigkeit und / oder Beschleunigung des Fahrzeugs zu bestimmen. Diese Daten können in Form eines Signals drahtlos an das Fahrzeug übertragen werden bzw. direkt an eine Steuervorrichtung des Fahrzeugs übertragen werden, sofern sich die Auswerteeinrichtung im Fahrzeug und nicht in der Beobachtungseinrichtung befindet.It is preferred that the evaluation device is additionally designed to determine the speed and / or acceleration of the vehicle on the basis of the image data. This data can be wirelessly transmitted to the vehicle in the form of a signal or transmitted directly to a control device of the vehicle, provided that the evaluation device is located in the vehicle and not in the observation device.
Es ist bevorzugt, dass die Auswerteeinrichtung oder die Steuervorrichtung zusätzlich dazu ausgebildet ist, insbesondere im Fall einer Beobachtungseinrichtung als Teil eines unbemannten Fahrzeugs einen Abgleich der Straßenverläufe einer virtuellen Straßenkarte mit den aus den Bilddaten hervorgehenden Stra-βenverläufen durchzuführen und / oder anhand der aus den Bilddaten auslesbaren Fahrbahnmarkierungen oder anhand einer virtuellen Straßenkarte die Fahrbahn zu bestimmen, auf der sich das Fahrzeug befindet.It is preferred that the evaluation device or the control device is additionally designed, in particular in the case of an observation device as part of an unmanned vehicle, to carry out a comparison of the road profiles of a virtual road map with the road courses resulting from the image data and / or on the basis of the image data readable lane markings or using a virtual road map to determine the lane on which the vehicle is located.
Es ist bevorzugt, dass die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, anhand der Bilddaten von unterschiedlichen Zeitpunkten die Geschwindigkeit und / oder die Beschleunigung des Fahrzeugs zu bestimmen. Die Bestimmung einer Geschwindigkeit aus einer Ortsänderung zwischen verschiedenen Zeitpunkten bzw. die Bestimmung einer Beschleunigung aus einer Geschwindigkeitsänderung zwischen verschiedenen Zeitpunkten wird als bekannt vorausgesetzt.It is preferred that the evaluation device is designed to determine the speed and / or the acceleration of the vehicle on the basis of the image data from different points in time. The determination of a speed from a change of position between different times or the determination of an acceleration from a speed change between different times is assumed to be known.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das System zur Validierung einer mittels eines GNSS-Signals ermittelten Position und / oder Orientierung des Fahrzeugs verwendet, so dass diese Position und / oder Orientierung gemäß einer der ASIL-Klassifizierungen A bis D nach ISO 26262 sicher bestimmt wird. Mit anderen Worten wird so mit einer bestimmten Sicherheit gewährleistet, dass die validierte ermittelte Position und / oder Orientierung des Fahrzeugs mit der tatsächlichen bzw. davon höchstens um einen bestimmten Wert abweichenden Position und / oder Orientierung übereinstimmt. Besonders bevorzugt entspricht diese Sicherheit der ASIL-Klassifizierung A oder B.According to a further aspect of the invention, the system is used for validation of a position and / or orientation of the vehicle determined by means of a GNSS signal, so that this position and / or orientation is reliably determined according to one of the ASIL classifications A to D according to ISO 26262 , In other words, it is thus ensured with a certain degree of certainty that the validated determined position and / or orientation of the vehicle coincide with the actual position or orientation and / or orientation deviating from this by at most a certain value. This safety particularly preferably corresponds to the ASIL classification A or B.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Bestimmung der Position und / oder Orientierung eines Fahrzeugs die Schritte:
- - erfassen wenigstens eines Lichtbilds eines das Fahrzeug enthaltenden Beobachtungsbereichs und Erzeugen von Bilddaten mittels einer Beobachtungseinrichtung,
- - bestimmen der relativen Position und / oder relativen Orientierung des Fahrzeugs in dem Beobachtungsbereich
- - bestimmen der absoluten Position und / oder absoluten Orientierung des Fahrzeugs anhand der relativen Position und / oder relativen Orientierung des Fahrzeugs sowie der bekannten Position der Beobachtungseinrichtung mittels einer Auswerteeinrichtung. Das angegebene Verfahren umfasst vorzugsweise die Mittel des erfindungsgemäßen Systems zur Bestimmung der Position und / oder Orientierung eines Fahrzeugs bzw. dem Fachmann zur Durchführung der Schritte geeignete bekannte Mittel. Vorzugsweise umfasst das Verfahren im Fall, dass die Beobachtungseinrichtung Teil eines unbemannten Fahrzeugs ist, die Bestimmung der Position und / oder Orientierung des unbemannten Fahrzeugs, beispielsweise mittels eines GNSS-Signals.
- detecting at least one photograph of an observation area containing the vehicle and generating image data by means of an observation device,
- determine the relative position and / or relative orientation of the vehicle in the observation area
- Determining the absolute position and / or absolute orientation of the vehicle based on the relative position and / or relative orientation of the vehicle and the known position of the observation device by means of an evaluation. The specified method preferably comprises the means of the system according to the invention for determining the position and / or orientation of a vehicle or known means suitable for the person skilled in the art for carrying out the steps. In the case where the observation device is part of an unmanned vehicle, the method preferably comprises the determination of the position and / or orientation of the unmanned vehicle, for example by means of a GNSS signal.
In einer Weiterbildung umfasst das Verfahren außerdem den Schritt:
- - drahtloses Übertragen eines Signals an das Fahrzeug, wobei das Signal die Bilddaten und / oder die relative Position und / oder relative Orientierung des Fahrzeugs und / oder die absolute Position und / oder absolute Orientierung und / oder die Geschwindigkeit und / oder die Beschleunigung des Fahrzeugs enthält.
- wireless transmission of a signal to the vehicle, wherein the signal is the image data and / or the relative position and / or relative orientation of the vehicle and / or the absolute position and / or absolute orientation and / or the speed and / or the acceleration of the vehicle contains.
In einer zusätzlichen Weiterbildung umfasst das Verfahren zur Optimierung bzw. Validierung der mittels der Auswerteeinrichtung bestimmten Daten einen Abgleich der Bilddaten mit Kartendaten. Dabei werden vorzugsweise aus den Kartendaten bekannte Eigenschaften mit den entsprechenden aus den Bilddaten hervorgehenden Eigenschaften verglichen, also beispielsweise der Verlauf einer Straße oder mehrerer Straßen.In an additional development, the method for optimizing or validating the data determined by means of the evaluation device comprises a comparison of the image data with map data. In this case, properties known from the map data are preferably compared with the corresponding properties resulting from the image data, that is to say, for example, the course of a road or of several roads.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Beobachtungseinrichtung, insbesondere Kamera, eine Auswerteeinrichtung, wobei die Beobachtungseinrichtung eine bekannte Position außerhalb eines Fahrzeugs einnimmt und dazu ausgebildet ist, ein oder mehrere Lichtbilder eines Beobachtungsbereichs zu erfassen, der das Fahrzeug enthält, und daraus Bilddaten zu erzeugen, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, anhand der Bilddaten die relative Position und / oder relative Orientierung des Fahrzeugs in dem Beobachtungsbereich und daraus anhand der bekannten Position der Beobachtungseinrichtung die absolute Position und / oder absolute Orientierung des Fahrzeugs zu bestimmen. Eine solche Beobachtungseinrichtung kann vorzugsweise eines oder mehrere Merkmale des erfindungsgemäßen Systems zur Bestimmung der Position und / oder Orientierung eines Fahrzeugs aufweisen bzw. damit kombiniert werden.According to a further aspect of the invention, an observation device, in particular a camera, comprises an evaluation device, wherein the observation device has a known position is outside a vehicle and is adapted to detect one or more photos of an observation area containing the vehicle, and to generate image data therefrom, wherein the evaluation device is adapted to use the image data, the relative position and / or relative orientation of the vehicle in the observation area and from this, based on the known position of the observation device to determine the absolute position and / or absolute orientation of the vehicle. Such an observation device may preferably have or be combined with one or more features of the system according to the invention for determining the position and / or orientation of a vehicle.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Auswerteeinrichtung eines Fahrzeugs eine Empfangseinrichtung zum drahtlosen Empfangen von Bilddaten einer Beobachtungseinrichtung in Form eines Signals auf, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, anhand der Bilddaten die relative Position und / oder relative Orientierung des Fahrzeugs in dem Beobachtungsbereich und daraus anhand der bekannten Position der Beobachtungseinrichtung die absolute Position und / oder absolute Orientierung des Fahrzeugs zu bestimmen. Eine solche Auswerteeinrichtung kann vorzugsweise eines oder mehrere Merkmale des erfindungsgemäßen Systems zur Bestimmung der Position und / oder Orientierung eines Fahrzeugs aufweisen bzw. damit kombiniert werden.According to a further aspect of the invention, an evaluation device of a vehicle has a receiving device for the wireless reception of image data of an observation device in the form of a signal, wherein the evaluation device is configured to use the image data to determine the relative position and / or relative orientation of the vehicle in the observation region and to determine therefrom on the basis of the known position of the observation device the absolute position and / or absolute orientation of the vehicle. Such an evaluation device may preferably have or be combined with one or more features of the system according to the invention for determining the position and / or orientation of a vehicle.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit den nachfolgend erläuterten Zeichnungen. Dabei zeigen in stark schematischer Darstellung die
-
1 eine vogelperspektivische Ansicht einer städtischen Verkehrssituation in Form von Bilddaten einer Beobachtungseinrichtung gemäß einem erfindungsgemäßen System, -
2 eine vogelperspektivische Ansicht einer Verkehrssituation ohne Signalabschattung durch Hindernisse in Form von Bilddaten einer Beobachtungseinrichtung gemäß einem erfindungsgemäßen System, -
3 eine zweidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems nach einem ersten Ausführungsbeispiel, -
4 eine zweidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
-
1 a bird's eye view of an urban traffic situation in the form of image data of an observation device according to a system according to the invention, -
2 4 is a bird's-eye view of a traffic situation without signal shading by obstacles in the form of image data of an observation device according to a system according to the invention; -
3 a two-dimensional view of a system according to the invention according to a first embodiment, -
4 a two-dimensional view of a system according to the invention according to a second embodiment.
Es wird auf
Ein Satellitennavigationssystem GNSS umfasst mehrere Satelliten, die durch entsprechende Signale in bekannter Weise ihre genaue Position und Uhrzeit mitteilen. Der Empfänger im Fahrzeug
Bei der Auswertung der in
Auch im Fall der
Es handelt sich auch bei diesem Ausführungsbeispiel um eine fehlgemessene Position
Das in
Das in
Systematische Fehler der Beobachtungseinrichtung
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DE102018200218.5A DE102018200218A1 (en) | 2018-01-09 | 2018-01-09 | Position determination by means of observation device |
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