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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fusion von Kartendatensätzen. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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Kartendaten werden in Kraftfahrzeugen unter anderem zur Routenplanung genutzt. Ein entsprechendes Verfahren ist beispielsweise aus der Druckschrift
DE 4104351 A1 bekannt. Hierbei können Informationen mehrerer Kartenabschnitte bzw. Informationen aus mehreren Quellen kombiniert werden, wie es beispielsweise aus den Druckschriften
DE 202006021132 U1 und
DE 69924772 T2 bekannt ist. Problematisch bei einer Kombination von verschiedenen Teilkarten bzw. von Informationen aus verschiedenen Informationsquellen ist es, dass verschiedene Karten bzw. Informationsquellen unterschiedliche Positions- bzw. Orientierungsfehler und/oder -verzerrungen aufweisen können. Dies ist insbesondere problematisch, wenn hochaufgelöste Ortsinformationen, beispielsweise spurgenaue Informationen über bestimmte Merkmale auf einer geplanten Route, bereitgestellt werden sollen, da bereits kleinere Orientierungsfehler bzw. -verzerrungen zu großen Abweichungen der absoluten Position führen können. Beispielsweise sollte bei einer Nutzung der Kartendaten im Rahmen eines hochautomatisierten Fahrbetriebs bzw. für neuartige Assistenzsysteme eine hohe Genauigkeit mit einem Positionsfehler von weniger als einigen zehn Zentimetern oder weniger als 10 cm erreicht werden.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das eine Fusion von Kartendatensätzen mit erhöhter Genauigkeit ermöglicht, insbesondere um auch eine robuste Fusion von hochgenauen Kartendaten mit beispielsweise spurgenauen Informationen zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Fusion von Kartendatensätzen gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:
- - Bereitstellen von mehreren Kartendatensätzen, die Positionen jeweiliger Merkmale betreffende Positionsinformation umfassen,
- - Auswahl mehrerer Paare der Merkmale in jedem Kartendatensatz und zuordnen einer Abstandsinformation zu jedem Paar, die durch die oder in Abhängigkeit der Positionsinformationen vorgegeben wird und den Abstand der zugeordneten Merkmale betrifft,
- - Ermitteln von zueinander assoziierten Merkmalen, die in den verschiedenen Kartendatensätzen das gleiche Merkmal beschreiben,
- - Ermitteln von Koordinaten zu zumindest Teilen der Merkmale durch lösen eines Optimierungsproblems, das von den Abstandsinformationen und den Koordinaten abhängt, wobei zueinander assoziierten Merkmalen die gleichen Koordinaten zugeordnet werden.
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Erfindungsgemäß werden Koordinaten von einzelnen Merkmalen, also beispielsweise von durch die Kartendaten beschriebenen Objekten, durch Lösen eines Optimierungsproblems bestimmt. Hierzu werden zunächst, wie später noch genauer erläutert werden wird, zueinander assoziierte Merkmale erkannt, die in den verschiedenen Kartendatensätzen die gleichen Merkmale beschreiben, also beispielsweise dem gleichen Objekt bzw. dem gleichen Segment eines Objekts zugeordnet sind. Da ein Merkmal, das in mehreren der Kartendatensätze enthalten ist, im fusionierten Kartendatensatz nur einmal mit einer bestimmten Position bzw. mit bestimmten Koordinaten wiedergegeben werden soll, werden als Randbedingung des Optimierungsproblems zueinander assoziierten Merkmalen die gleichen Koordinaten zugeordnet. Im einfachsten Fall kann dies dadurch erfolgen, dass für die assoziierten Merkmale Koordinaten durch einen der Kartendatensätze vorgegeben werden. Hierbei ist es nicht notwendig, alle Merkmale zu erkennen, die zueinander assoziiert sind, also beispielsweise das gleiche Objekt betreffen. Für eine robuste Umsetzbarkeit des Verfahrens ist es bereits ausreichend, wenn einige zueinander assoziierte Merkmale erkannt werden, die in den verschiedenen Kartendatensätzen das gleiche Merkmal beschreiben. Dies kann beispielsweise ausreichen, um eine relative Fehlorientierung, Verschiebung und/oder Verzerrung zwischen den Kartendatensätzen zu erkennen und zu korrigieren.
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Die verbleibenden Merkmale können unmittelbar ein Paar mit einem der assoziierten Merkmale bilden oder über eine Serie von Paarbeziehungen mit diesen verknüpft sein. Die Koordinaten der verbleibenden Merkmale können nun so gewählt werden, dass ein Maß für die Unterschiede zwischen einem jeweiligen aus den Koordinaten ermittelten Abstand für ein Paar und der jeweiligen Abstandsinformation für dieses Paar minimiert wird. Durch ein derartiges Vorgehen kann eine Fusion der Kartendatensätze mit relativ geringem Rechenaufwand erreicht werden. In einer alternativen Ausgestaltung wäre es auch möglich, die Koordinaten für die zueinander assoziierten Merkmale im Rahmen eines entsprechenden Optimierungsverfahrens zu ermitteln.
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Die Auswahl von mehreren Paaren der Merkmale kann auch als Aufbau eines Graphen betrachtet werden, der den jeweiligen Kartendatensatz betrifft. Hierbei entsprechen die jeweiligen Merkmale Knoten in diesem Graphen und die Paare der Merkmale bilden, insbesondere mit der zugeordneten Abstandsinformation, eine Kante des Graphen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit als Problem der Graphenoptimierung betrachtet werden.
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Die Abstandsinformation kann zusätzlich zum Abstand zwischen den beiden Merkmalen im jeweiligen Kartendatensatz einen erwarteten Fehler für diesen Abstand beschreiben. Alternativ oder ergänzend kann für einen jeweiligen Kartendatensatz ein erwarteter absoluter und/oder relativer Abstandsfehler angegeben oder angenommen werden. Beispielsweise kann ein Kartendatensatz von einem bestimmten Anbieter bzw. aus einer bestimmten Quelle stammen und für diesen Anbieter bzw. für diese Quelle können Erfahrungswerte bezüglich einer zu erwarteten Genauigkeit des Kartendatensatzes bekannt sein und genutzt werden, um einen zu erwartenden Abstandsfehler zu ermitteln.
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Merkmale können einzelne Objekte und/oder Landmarken, also beispielsweise Straßenschilder, Leitpfosten, Bäume, Einmündungen, Schlaglöcher, Baustellen oder Ähnliches, beschreiben. Diese können in mehreren Kartendatensätzen vorhanden sein und somit assoziierte Merkmale bereitstellen. Andererseits können bestimmte Merkmale bzw. Landmarken auch nur in einem oder in einigen der Kartendatensätze vorhanden sein. Ein Kartendatensatz, der bestimmte Merkmale bzw. Landmarken, beispielsweise Leitpfosten, beschreibt, kann mit einem weiteren Kartendatensatz, der diese nicht beschreibt, kombiniert werden, wobei der resultierende fusionierte Katendatensatz die Merkmale bzw. Landmarken beider Kartendatensätze beschreiben kann, also z.B. auch die nur in einem der Kartendatensätze beschriebenen Leitpfosten. Die Auflösung bzw. Genauigkeit des fusionierten Kartendatensatzes kann im Zentimeterbereich sein.
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Eine weitere hochrelevante Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Ergänzung einer hochgenauen Basiskarte durch ortsbezogene, dynamisch veränderliche Informationen, beispielsweise durch spurgenau referenzierte Verkehrsinformationen, hochgenau, z.B. zentimetergenau, erfasste Straßenreibwerte oder Ähnliches. Ein erster Kartendatensatz kann hierbei als Merkmale statische Landmarken, Objekte oder Ähnliches, beispielsweise in Form einer hochgenauen Straßenkarte, bereitstellen. Ein zweiter Kartendatensatz stellt die dynamischen Informationen bereit. Ergänzend kann der zweite Kartendatensatz optional zusätzlich zumindest einige Merkmale, beispielsweise einzelne Landmarken, beschreiben, die mit Merkmalen des ersten Kartendatensatzes assoziiert werden können. Im Rahmen der Fusion der Kartendaten können insbesondere die Koordinaten der Merkmale des ersten Kartendatensatzes als fest angenommen werden und ausschließlich zu den Merkmalen des zweiten Kartendatensatzes, insbesondere ausschließlich zu den dynamisch veränderlichen Merkmalen, Koordinaten ermittelt werden, um die Basiskarte durch die dynamischen Informationen zu ergänzen.
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Werden durch den Kartendatensatz langgestreckte Objekte, beispielsweise einzelne Spuren, Leitplanken oder Ähnliches, beschrieben, können diese auch durch mehrere separate Merkmale beschrieben werden, die beispielsweise in vorgegebenem Abstand entlang des Objekts angeordnet sind, wie später noch genauer erläutert werden wird.
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Die Positionsinformationen können eine absolute Position der jeweiligen Merkmale in einem kartendatensatzseitigen Koordinatensystem und/oder eine relative Position der jeweiligen Merkmale zueinander und/oder einen zu erwartenden Fehler dieser absoluten oder relativen Position beschreiben. Eine relative Position kann beispielsweise in Form eines Richtungsvektors zwischen zwei Merkmalen, also beispielsweise in Form eines Abstands und einer Richtung, angegeben sein. Werden zu den einzelnen Merkmalen durch einen Kartendatensatz absolute Positionen angegeben, erfolgt dies zunächst in einem kartendatensatzseitigen Koordinatensystem. Dieses kann zwar näherungsweise einem globalen Koordinatensystem entsprechen, in dem die Fusion der verschiedenen Kartendatensätze erfolgen soll, es kann jedoch bezüglich diesem verzerrt und/oder versetzt und/oder fehlorientiert sein. Der Fehler dieser Registrierung kann im Rahmen der Fusion wie obig erläutert behoben werden. Fehler können global für den Kartendatensatz angegeben sein, besonders bevorzugt wird jedoch für einzelne Objekte oder Objektarten ein jeweiliger zu erwartender Fehler angegeben.
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Wie eingangs erläutert ist es wesentlich, zueinander assoziierten Merkmalen, die in den verschiedenen Kartendatensätzen dem gleichen Merkmal zugeordnet sind, die gleichen Koordinaten zuzuordnen. Um derartige Merkmale zu ermitteln, können aus den Kartendatensätzen jeweils mehrere Gruppen von Merkmalen gewählt werden, wobei ein Maß für die Ähnlichkeit für Paare von Gruppen aus verschiedenen Kartendatensätzen bezüglich der relativen Position der jeweiligen Merkmale der Gruppe ermittelt wird, um maximal ähnliche Gruppen und somit die assoziierten Merkmale zu ermitteln. Die Gruppen von Merkmalen können hierbei zufällig gewählt werden, wobei vorzugsweise Ähnlichkeiten für Paare von Gruppen mit gleicher Merkmalzahl ermittelt werden.
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Vorzugsweise umfassen die Gruppen von Merkmalen ausschließlich solche Merkmale, die in mehreren der Kartendatensätze vorhanden sind, da es sich nur bei diesen um assoziierte Merkmale handeln kann und da dies hilft, um Fehlerkennungen von ähnlichen Gruppen von Merkmalen zu vermeiden. Eine Gruppe von Merkmalen bildet im jeweiligen Kartendatensatz jeweils einen Linienzug bzw. ein Polygon. Insbesondere können die Merkmale jeweils derart sortiert werden, dass ein einfaches Polygon resultiert, dessen Seitenlinien sich nicht schneiden. Für Polygone bzw. Gruppen aus verschiedenen Kartendatensätzen kann nun ein Maß für die Ähnlichkeit ermittelt werden. Hierzu kann beispielsweise eine Kostenfunktion aufgestellt werden, die beispielsweise jeweilige Kosten für eine relative Rotation, Skalierung und/oder Stauchung der Polygone und für verbleibende Abstände der Merkmale nach dieser Vorverarbeitung definiert. Gruppen bzw. Polygone, für die beispielsweise ein Grenzwert für diese Kostenfunktion unterschritten wird oder für die auf andere Weise eine ausreichende Ähnlichkeit festgestellt wird, werden miteinander identifiziert, so dass die einzelnen Merkmale dieser Gruppen bzw. die einzelnen Ecken des jeweiligen Polygons zueinander assoziierte Merkmale bilden. Anders ausgedrückt werden Gruppen von Merkmalen aufgefunden, deren lokale Anordnung zueinander sehr ähnlich ist, wonach davon ausgegangen wird, dass es sich um die gleichen Merkmale handelt. Hierbei können zusätzliche weitere bekannte Eigenschaften der Merkmale, beispielsweise eine Reflektivität, wenn die Merkmale beispielsweise sensorisch erfasst werden, oder ein bestimmter Merkmalstyp, berücksichtigt werden.
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Bei Kartensätzen kann typischerweise davon ausgegangen werden, dass die relative Position von Merkmalen, die einen geringen Abstand zueinander aufweisen, einen relativ kleinen Fehler aufweist. Es ist daher vorteilhaft, wenn wenigstens einer der Kartendatensätze Abstände der Merkmale des jeweiligen Kartendatensatzes beschreibt, wobei Paare von Merkmalen ausgewählt werden, deren Abstand einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Es ist hierbei möglich, dass der Kartendatensatz die Abstände unmittelbar angibt, beispielsweise in Form eines Richtungsvektors zwischen Merkmalen. Für den Kartendatensatz kann jedoch auch ein kartendatensatzspezifisches Koordinatensystem definiert sein und die Merkmale können Koordinaten in diesem Koordinatensystem aufweisen, wodurch wiederum Abstände zwischen den Merkmalen vorgegeben sind. Wird für die einzelnen Paare eine erwartete Genauigkeit der Abstandsinformation berücksichtigt, so kann die erwartete Genauigkeit ebenfalls von dem Abstand abhängen, da für geringer beabstandete Merkmale eine höhere Abstandsgenauigkeit erwartet wird.
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Wenigstens einer der Kartendatensätze kann wenigstens ein ausgedehntes Objekt, beispielsweise eine Leitplanke, eine Fahrspur oder Ähnliches, betreffen, wobei dieses Objekt in, insbesondere überlappende, Segmente unterteilt wird, wobei jedes dieser Segmente eines der Merkmale bildet. Hierbei können die Merkmale insbesondere in definiertem Abstand entlang des Objekts angeordnet sein. Durch eine Berücksichtigung von ausgedehnten Objekten als mehrere Merkmale kann die Anzahl der zur Verfügung stehenden Merkmale zur Kartenfusion erhöht und hierdurch eine höhere Genauigkeit der Fusion erreicht werden.
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Benachbarten Segmenten zugeordnete Merkmale können als Paar ausgewählt werden. Aufgrund des obig erläuterten Vorgehens sind die Abstände dieser Merkmale mit hoher Genauigkeit bekannt, weshalb diese Merkmale vorteilhaft als Paar gewählt werden können.
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Den Merkmalen eines der Kartendatensätze können feste Koordinaten zugeordnet sein, wobei für die Merkmale wenigstens eines weiteren der Kartendatensätze die Koordinaten bestimmt werden. Anders ausgedrückt kann für die assoziierten Merkmale, die in beiden Kartendatensätzen vorhanden sind, die feste Koordinate genutzt werden. Ausschließlich für jene Merkmale, für die keine feste Koordinate vorgegeben ist, kann die Koordinate gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgegeben werden. Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit mit relativ geringem Rechenaufwand durchführbar und ist somit insbesondere geeignet, wenn die Fusion der Kartendatensätze beispielsweise lokal durch eine Verarbeitungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs erfolgen soll. Beispielsweise kann kraftfahrzeugseitig eine hochgenaue Navigationskarte vorliegen, die durch extern bereitgestellte Informationen, beispielsweise durch Positionen von Baustellen, Verkehrsunfällen und/oder Schlaglöchern, ergänzt werden soll.
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Alternativ ist es auch möglich, die Koordinaten aller Merkmale im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu ermitteln. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn davon auszugehen ist, dass alle zu fusionierenden Kartendatensätze fehlerbehaftet sind. In diesem Fall wird auch für die assoziierten Merkmale die Position durch Optimierung der Koordinaten ermittelt, so dass eine zumindest in sich hoch konsistente fusionierte Karte ermittelt werden kann.
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Wenigstens einer der Kartendatensätze kann wenigstens einmal aktualisiert werden, wobei ein vorangehend nicht vorhandenes Merkmal zu dem Kartendatensatz hinzugefügt wird, wobei für zumindest dieses Merkmal eine Koordinate bestimmt wird. Insbesondere kann ausschließlich für das hinzugefügte Merkmal bzw. für die hinzugefügten Merkmale eine jeweilige Koordinate bestimmt werden. Hierdurch können zeitlich veränderliche Daten, die beispielsweise auf einer Zeitskala von weniger als einen Monat, weniger als einem Tag oder weniger als einer Stunde aktualisiert werden, beispielsweise Verkehrsinformationen bzw. Geschwindigkeitsprofile eines Verkehrsflusses, Informationen über Witterungsbedingungen, also beispielsweise über eine Eisbildung auf Fahrbahnen, oder Ähnliches, mit geringem Rechenaufwand mit vorhandenen, insbesondere bereits vorangehend fusionierten Kartendatensätzen, fusioniert werden.
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Wenigstens einer der Kartendatensätze kann eine Position eines Merkmals spurgenau oder innerhalb einer Spur angeben. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft, um eine hochgenaue Fusion von Kartendaten zu erreichen. Beispielsweise kann eine Auflösung von einigen Zentimetern oder von einigen 10 Zentimetern erreicht werden.
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Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das eine Verarbeitungseinrichtung umfasst, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die Rechenleistung im Kraftfahrzeugen ist typischerweise begrenzt. Daher kann es bei einer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Kraftfahrzeugen vorteilhaft sein, einen der Kartendatensätze als Referenzdatensatz anzunehmen, dessen Merkmalen, wie obig erläutert, feste Koordinaten zugeordnet sind. Das erfindungsgemäße Verfahren kann innerhalb des Kraftfahrzeugs somit insbesondere genutzt werden, um zu einem vorhandenen Kartendatensatz weitere Merkmale hinzuzufügen, die einem extern bereitgestellten Kartendatensatz entnommen sind.
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Das Kraftfahrzeug kann eine Kommunikationseinrichtung aufweisen, um wenigstens einen der zu fusionierenden Kartendatensätze von einer fahrzeugexternen Einrichtung, beispielsweise einem Backend-Server, abzurufen oder zu empfangen.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:
- 1 verschiedene Kartendatensätze, die durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens fusioniert werden, und
- 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
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1 zeigt drei verschiedene Kartendatensätze 1, 2, 3, die zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug fusioniert werden sollen. Die Kartendatensätze 1, 2, 3 beschreiben jeweils ein Straßennetz 4 sowie zusätzliche Merkmale des Straßennetzes 4 bzw. von Objekten im Umfeld des Straßennetzes 4. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist in 1 jeweils nur ein sehr kurzer Abschnitt des Straßennetzes 4 im unmittelbaren Umfeld einer Einmündung 5 dargestellt. In realen Anwendungsfällen werden die Kartendatensätze, 1, 2, 3 typischerweise erheblich größere Abschnitte des Straßennetzes 4, beispielsweise für eine Streckenlänge bzw. in einem Radius von einigen Kilometern, beschreiben. Es kann jedoch auch eine Fusion bzw. Optimierung von Kartendaten für kleinere Bereiche, beispielsweise in einem Radius von wenigen hundert Metern, erfolgen, beispielsweise wenn hochgenaue Kartendaten fusioniert werden sollen, um beispielsweise eine Auflösung im Zentimeterbereich oder im Bereich von einigen zehn Zentimetern zu erreichen.
Um eine robuste Fusion der Kartendatensätze 1, 2, 3 zu ermöglichen, weisen die Kartendatensätze 1, 2, 3 gemeinsame Merkmale auf. Die Einmündung 5 wird durch die Merkmale 6 und 7, die an den Rändern der Einmündung positioniert sind, beschrieben. Zudem wird als Merkmal 9 die Position eines Schildes 36 beschrieben. Das ausgedehnte Objekt 10, nämlich eine Leitplanke, wird, wie für den Kartendatensatz 3 dargestellt ist, in mehrere überlappende Segmente 11, 12, 13, 14 unterteilt, und die jeweilige Mitte dieser Segmente 11 - 14 als Merkmal 15 - 18 gespeichert.
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Neben diesen gemeinsamen Merkmalen weisen die verschiedenen Kartendatensätze 1, 2, 3 voneinander unterschiedliche Merkmale auf. Der Kartendatensatz weist als Merkmale 19 - 21 Positionen von Schlaglöchern 8 auf. Der Kartendatensatz 2 beschreibt allgemein Vekehrsinformationen. Als Merkmale 22, 23 sind schematisch Geschwindigkeitsprofile für einzelne Spuren dargestellt. Zudem werden lokale Verkehrsinformationen, beispielsweise als Merkmal 24 das Vorhandensein eines Verkehrsunfalls beschrieben. Der Kartendatensatz 3 beschreibt zusätzlich Witterungsinformationen, insbesondere als Merkmal 25 die Position eines vereisten Bereichs 26.
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Die verschiedenen Kartendatensätze 1 - 3 können beispielsweise durch unterschiedliche Anbieter bereitgestellt werden bzw. auf unterschiedliche Weise erfasst worden sein. Dies kann dazu führen, dass die Koordinatensysteme der einzelnen Kartendatensätze 1, 2, 3 geringfügig voneinander abweichen, insbesondere einen relativen Orientierungs- bzw. Skalierungsfehler aufweisen und/oder relativ zueinander verzerrt sind. Würden somit beispielsweise die Merkmale 22 - 25 der Kartendatensätze 2, 3 direkt in den Kartendatensatz 1 übernommen, würden hieraus unter Umständen relativ große Positionsfehler resultieren, so dass beispielsweise eine spurgenaue Zuordnung der einzelnen Merkmale nicht länger möglich wäre.
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Um derartige Koordinatenfehler zu vermeiden, werden die Koordinaten der einzelnen Merkmale durch Lösen eines Optimierungsproblems bestimmt. Hierbei wird ausgenutzt, dass die vorangehend beschriebenen Abweichungen zwischen den verschiedenen Kartendatensätzen, 1, 2, 3 zwar typischerweise zu relativ großen Fehlern der relativen Position von weit beabstandeten Merkmalen führen, die Auswirkung auf die Abstände von nahe beieinanderliegenden Merkmalen jedoch typischerweise relativ gering ist. Daher werden in den Kartendatensätzen 1 - 3 zunächst jeweils Paare von Merkmalen gewählt, die relativ nahe beieinander liegen oder bei denen aus anderen Gründen davon auszugehen ist, dass diese Abstände nur mit geringen Fehlern behaftet sind. Ein solcher Abstand 27 ist im Beispiel für den Kartendatensatz 3 für die Merkmale 6 und 18 dargestellt. Für die Wahl der Paare werden zwei Ansätze genutzt. Zum einen werden jeweils Paare aus Merkmalen gebildet, deren Abstand einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Zum anderen werden, wie vorangehend erläutert, ausgedehnte Objekte 10 in mehrere Segmente 11 - 14 unterteilt und den Segmenten 11 - 14 ein jeweiliges Merkmal 15 - 18 zugeordnet. Da diese Merkmale eine definierte räumliche Lage zueinander aufweisen, werden benachbarten Segmenten 11 - 14 zugeordnete Merkmale 15 - 18 ebenfalls als Paar ausgewählt. Somit werden Paare der Merkmale 15 und 16, 16 und 17 sowie 17 und 18 zusätzlich zu den Paaren gewählt, die aufgrund des Abstands ihrer Merkmale gewählt wurden.
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Für jedes dieser Paare wird eine Abstandsinformation ermittelt, die den Abstand 27 der Merkmale des jeweiligen Paares in dem jeweiligen Kartendatensatz 1 - 3 beschreibt. Das Optimierungsproblem besteht anschließend darin, die Koordinaten der einzelnen Merkmale derart zu wählen, dass die Abstände der Koordinaten der Merkmale der Paare möglichst wenig von den jeweiligen Abstandsinformationen abweichen.
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Als Zusatzbedingung im Rahmen dieser Optimierung wird genutzt, dass assoziierten Merkmalen, die in verschiedenen Kartendatensätzen 1 - 3 das gleiche Merkmal beschreiben, die gleichen Koordinaten zugeordnet werden. Anders ausgedrückt wird einem Objekt bzw. Segment, das durch mehrere Kartensätze kartografiert ist, nur eine Position in dem fusionierten Kartendatensatz zugeordnet. Um dies zu erreichen, werden zunächst die assoziierten Merkmale ermittelt. Wie bereits eingangs erläutert ist es hierbei ausreichend, Teile der assoziierten Merkmale zu erkennen, die in den verschiedenen Kartendatensätzen das gleiche Merkmal beschreiben. Die Assoziierung muss somit nicht perfekt sein und die Fusion der Kartendatensätze ist auch dann robust möglich, wenn für einzelne Merkmale nicht erkannt wird, dass diese in den verschiedenen Kartendatensätzen das gleiche Objekt bzw. die gleiche Landmarke betreffen.
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Dies kann dadurch realisiert werden, dass in den einzelnen Kartendatensätzen 1 - 3 jeweils Gruppen 28, 29 von Merkmalen, insbesondere Polygone, gewählt werden. Im Beispiel sind hierbei Gruppen 28, 29 mit jeweils 3 Merkmalen 6, 7, 18 bzw. 9, 16, 17 dargestellt. Es kann jedoch vorteilhaft sein, Gruppen mit mehr als drei Merkmalen, beispielsweise mit wenigstens 5 oder wenigstens 7 Merkmalen, zu nutzen, um eine robustere Erkennung gleicher Merkmale in den verschiedenen Kartendatensätzen 1 - 3 zu erreichen. Vorzugsweise werden für jeden der Kartendatensätze mehrere Gruppen von Merkmalen ausgewählt, die die gleiche Anzahl von Merkmalen aufweisen. Für Paare von Gruppen aus unterschiedlichen Kartendatensätzen kann anschließend bestimmt werden, wie ähnlich diese Gruppen sind. Aus dem jeweiligen Kartendatensatz kann die relative Lage benachbarter Punkte der Gruppe und somit die Form des jeweiligen Polygons bestimmt werden. Durch einen Vergleich der Gruppen der verschiedenen Kartendatensätze 1 - 3 können ähnliche Gruppen erkannt werden. Beispielsweise kann ein Maß für die Ähnlichkeit zweier Gruppen ermittelt werden, indem eine Kostenfunktion aufgestellt wird, die einer Rotation, einer Skalierung und/oder einer Verzerrung der Gruppe sowie verbleibenden Punktabständen zwischen den Merkmalen der zwei Gruppen nach Anwendung dieser Operationen jeweils einen Kostenfaktor zuordnet. Diese Kostenfunktion kann minimiert werden und ihr Minimum ist ein Maß für die Unähnlichkeit der Gruppen. Wird für ein Paar von Gruppen ermittelt, dass diese ausreichend ähnlich sind, ist beispielsweise das Minimum einer zugeordneten Kostenfunktion für dieses Paar kleiner als ein vorgegebener Grenzwert, kann davon ausgegangen werden, dass die einzelnen Merkmale der Gruppe bzw. die einzelnen Eckpunkte des jeweiligen Polygons in den verschiedenen Kartendatensätzen dem gleichen Objekt bzw. Merkmal zugeordnet sind. Auf diese Weise können die Merkmale 6, 7, 9 und 15 - 18 in allen drei Kartendatensätzen aufgefunden werden und als Randbedingung des Optimierungsproblems kann vorgegeben werden, dass diese Merkmale die gleichen Koordinaten aufweisen.
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Im einfachsten Fall kann einer der Kartendatensätze, beispielsweise der Kartendatensatz 1, als Referenzkartendatensatz verwendet werden und die Koordinaten der assoziierten Merkmale können durch diesen Kartendatensatz fest vorgegeben werden. Die Koordinaten für die aus den weiteren Kartendatensätzen 2 und 3 übernommenen Merkmale 22 - 25 können dann durch Lösen des Optimierungsproblems ermittelt werden. Hierbei können für jedes der Merkmale 22 - 25 Abstände zu allen Merkmalen berücksichtigt werden, die in einem vorgegebenen Umkreis um das jeweilige Merkmal 22 - 25 liegen. Beispielsweise kann für das Merkmal 24 die Koordinate ermittelt werden, in dem ein Fehler des Abstands zu den Merkmalen 6, 7 und 18 minimiert wird. Hierbei werden die Koordinaten der Merkmale 6, 7 und 18 wie erläutert durch den ersten Kartendatensatz 1 vorgegeben und die Abstände zwischen dem Merkmal 24 und den Merkmalen 6, 7 und 18 durch den Kartendatensatz 2.
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Sind im unmittelbaren Umkreis jener Merkmale 22 - 25, für die Koordinaten bestimmte werden, ausschließlich zueinander assoziierte Merkmale vorhanden, die in jedem der Kartendatensätze vorhanden sind, können die Koordinaten der einzelnen Merkmale 22 - 25 unabhängig voneinander ermittelt werden. Das Optimierungsproblem zerfällt somit in mehrere separate Optimierungsprobleme. Werden andererseits Merkmale in größeren Radien bei der Paarbildung berücksichtigt, so kann es beispielsweise erforderlich sein, den Abstand zwischen den Merkmalen 23 und 24 und den Abstand zwischen den Merkmalen 22 und 23 im Rahmen des Optimierungsproblems zu berücksichtigen, womit die Koordinaten der Merkmale 22 - 24 nicht mehr unabhängig voneinander bestimmt werden können.
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Die feste Vorgabe der Koordinaten für die assoziierten Merkmale durch den Kartendatensatz 1 ermöglicht eine Ermittlung der Koordinaten für alle Merkmale mit relativ geringem Rechenaufwand, was insbesondere vorteilhaft ist, wenn das Verfahren von einer mobilen Einrichtung, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, durchgeführt werden soll. Die Qualität des fusionierten Kartendatensatzes kann häufig jedoch weiter verbessert werden, wenn auch die Koordinaten der zueinander assoziierten Merkmale im Rahmen der Lösung des Optimierungsproblems bestimmt bzw. korrigiert werden. Es werden somit nicht nur die Kartendatensätze 2 und 3 lokal verformt und/oder verschoben und/oder rotiert und/oder skaliert, um eine optimale Fusion zu erreichen, sondern alle Datensätze 1, 2 und 3.
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Teile der Kartendatensätze, beispielsweise der den Verkehrsfluss betreffende Kartendatensatz 2 und der die Witterungsbedingungen betreffende Kartendatensatz 3, können auf relativ kurzen Zeitskalen von beispielsweise weniger als einem Tag oder weniger als einer Stunde veränderlich sein. Es kann hierbei vorteilhaft sein, die Fusion der Kartendatensätze nicht bei jeder Änderung eines der Kartendatensätze neu durchzuführen, sondern ausschließlich nicht mehr vorhandene Merkmale aus den fusionierten Kartendaten zu löschen und neu hinzugekommene Merkmale aufzunehmen. Dies kann beispielsweise dadurch mit geringem Rechenaufwand realisiert werden, dass die Koordinaten der statischen bzw. unveränderten Merkmale als fest angenommen werden und ausschließlich die Koordinaten der neu hinzugenommenen Merkmale durch Lösung des Optimierungsproblems bestimmt werden. Sind die neu hinzugekommenen Merkmale in diesem Fall ausreichend weit voneinander entfernt, so dass sie ausschließlich Paare mit Merkmalen mit festen Koordinaten bilden, können die Optimierungsprobleme zur Bestimmung der Koordinaten der einzelnen neu hinzugekommenen Merkmale separat voneinander gelöst werden, wodurch eine Koordinatenbestimmung mit besonders geringem Rechenaufwand möglich ist.
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In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel könnte auch einer der Kartendatensätze 1, 2, 3 oder ein weiterer zu fusionierender Kartendatensatz als Merkmale Objekte bzw. Landmarken, beispielsweise Leitpfosten, beschreiben, die in einem anderen Kartendatensatz oder in den anderen Kartendatensätzen nicht vorhanden sind. Durch die beschriebene Fusion der Kartendatensätze kann dann beispielsweise ein Kartendatensatz, der diese Objekte bzw. Landmarken nicht umfasst, um diese ergänzt werden. Beispielsweise können im Kartendatensatz 1 Positionen von Leitpfosten ergänzt werden, die aus einem anderen Kartendatensatz stammen, wobei aufgrund der beschriebenen Kartenfusion eine Genauigkeit von beispielsweise einigen Zentimetern erreicht werden kann.
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2 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 30, das zur Durchführung des obig erläuterten Verfahrens ausgebildet ist. Der Kartendatensatz 1 kann beispielsweise fahrzeugintern gespeichert sein und durch eine Navigationseinrichtung 31 des Kraftfahrzeugs 30 bereitgestellt werden. Die Kartendatensätze 2 und 3 können über die Kommunikationseinrichtung 32 des Kraftfahrzeugs 30 von zwei verschiedenen Servereinrichtungen 33, 34 empfangen werden, das heißt, insbesondere von separaten Anbietern bereit gestellt werden. Die vorangehend erläuterten Schritte zur Fusion der Kartendaten werden durch die Verarbeitungseinrichtung 35 des Kraftfahrzeugs 30 durchgeführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4104351 A1 [0002]
- DE 202006021132 U1 [0002]
- DE 69924772 T2 [0002]
