DE102018221142A1 - Lokalisierung in komplexen Verkehrsszenarien durch Markierungen - Google Patents

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Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zum Durchführen einer Lokalisierung mindestens eines Fahrzeugs durch ein fahrzeugseitiges Steuergerät, wobei Messdaten von mindestens einem Sensor empfangen werden, mindestens eine Markierung aus den Messdaten ermittelt wird, und wobei zum Bestimmen einer Position die ermittelte Markierung mit einer in einer digitalen Karte eingetragenen Markierung assoziiert wird. Des Weiteren sind eine Markierung sowie ein Steuergerät offenbart.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer Lokalisierung mindestens eines Fahrzeugs durch ein fahrzeugseitiges Steuergerät. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Markierung sowie ein Steuergerät.
  • Stand der Technik
  • Es sind Systeme bekannt, welche Messdaten von Sensoren dazu einsetzen, eine Lokalisierung anhand einer digitalen Karte vorzunehmen. Beispielsweise können GPS-Sensoren GNSS (Globales Navigationssatellitensystem) Signale von Satelliten empfangen und basierend auf den empfangenen Signalen den GPS-Sensor innerhalb der digitalen Karte lokalisieren.
  • Nachteilig an der GNSS-basierten Lokalisierung sind die teils eingeschränkte Einsetzbarkeit in städtischen Gebieten und die Störanfälligkeit der Positionsbestimmung.
  • Des Weiteren sind Verfahren bekannt, welche ortsspezifische Landmerkmale oder Stadtmerkmale aus Kameradaten extrahieren und mit Kartendaten vergleichen, um eine Lokalisierung vorzunehmen. Derartige Verfahren benötigen jedoch einen hohen Rechenaufwand, da die Kameradaten durch komplexe Algorithmen ausgewertet werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Verfahren und eine Markierung vorzuschlagen, welche eine hochpräzise und technisch einfache Lokalisierung ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Durchführen einer Lokalisierung mindestens eines Fahrzeugs durch ein fahrzeugseitiges Steuergerät bereitgestellt.
  • Es werden in einem Schritt Messdaten von mindestens einem Sensor empfangen. Aus den Messdaten wird mindestens eine Markierung durch das Steuergerät ermittelt. Dies kann beispielsweise durch eine Bildauswertung oder durch Extrahieren der Markierung aus bewegten Bildern erfolgen. Somit können die Messdaten beispielsweise in Form von Bildern oder bewegten Bildern ausgeführt sein.
  • Anschließend wird zum Bestimmen einer Position die ermittelte Markierung mit einer in einer digitalen Karte eingetragenen Markierung assoziiert. Die mindestens eine in der Karte eingetragene Markierung ist vorzugsweise als eine virtuelle Markierung ausgeprägt.
  • In sicherheitsrelevanten Bereichen einer Infrastruktur können GPS-Sensoren eine unzureichende Genauigkeit und funktionale Sicherheit aufweisen. Durch die Messdaten eines GPS-Sensors kann zwar eine Position auf einen Umkreis definiert, jedoch nicht präzise genug für automatisierte oder teilautomatisierte Fahraufgaben bestimmt werden.
  • Durch das Assoziieren bzw. das Erkennen von Markierungen im ungenauen Umkreis der Daten des GPS-Sensors kann ein Vergleich der ermittelten Markierungen mit den in der Karte hinterlegten Markierungen erfolgen. Anhand der Messdaten kann hierzu ein Abstand und eine Richtung zwischen dem Sensor bzw. dem Steuergerät und der jeweiligen Markierung berechnet werden, wodurch eine exakte Lokalisierung ermöglicht wird. Der Schritt des Assoziierens kann somit dazu eingesetzt werden, die in der Fahrzeugumgebung ermittelte mindestens eine Markierung mit einer in der Karte gespeicherten Markierung zu verknüpfen bzw. die Messdaten der Markierung den Daten der Karte zuzuordnen. Insbesondere kann bei mehreren ermittelten Markierungen auch ein Markierungsmuster detektiert und mit einem kartenseitigen Markierungsmuster verknüpft bzw. assoziiert werden. Das Markierungsmuster kann durch mindestens zwei Markierungen und deren geografische Ausrichtung zueinander ausgebildet werden.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird eine Anordnung zum Durchführen einer Lokalisierung bereitgestellt. Die Anordnung weist mindestens ein Fahrzeug mit mindestens einem Sensor zum Ermitteln von Messdaten zum Detektieren von Markierungen und mindestens eine Markierung auf. Die mindestens eine Markierung ist in einem sicherheitsrelevanten bzw. sicherheitskritischen Bereich einer Infrastruktur angeordnet und ist von dem mindestens einen Sensor des Fahrzeugs ermittelbar, wobei die mindestens eine Markierung in einer digitalen Karte an einer korrespondierenden Position des sicherheitsrelevanten Bereichs vermerkt ist.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Markierung, insbesondere zum Durchführen einer Eigenpositionierung durch Fahrzeuge, bereitgestellt. Die Markierung ist in einem sicherheitsrelevanten Bereich einer Infrastruktur anordenbar, wobei die Markierung durch mindestens zwei unterschiedliche Sensoren von Fahrzeugen gleichzeitig erfassbar ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Steuergerät bereitgestellt. Das Steuergerät ist dazu eingerichtet, das Verfahren auszuführen.
  • Insbesondere kann das Steuergerät kann mit mindestens einem Sensor und mit mindestens einer digitalen Karte datenleitend verbindbar sein, wobei das Steuergerät weiterhin dazu eingerichtet sein kann, aus Messdaten des Sensors Markierungen zu identifizieren und die identifizierten Markierungen einer Position auf der digitalen Karte zuzuordnen.
  • Durch den Einsatz von künstlichen Markierungen in relevanten bzw. sicherheitsrelevanten Bereichen des Straßenverkehrs kann eine präzise Eigenlokalisierung von Positionssensoren und Verkehrsteilnehmern in definierten Bereichen der Infrastruktur gewährleistet werden. Hierdurch kann insbesondere die Lokalisierung in komplexen Verkehrssituationen, beispielsweise in Form einer Redundanz zu GPS-Sensoren, sichergestellt werden.
  • Insbesondere in sicherheitsrelevanten Verkehrsbereichen, wie beispielsweise mehrspurigen Kreiseln oder Kreuzungen, in welchen die GNSS basierte Position nicht ausreichend präzise durch den Positionssensor bestimmbar ist, kann mindestens eine Markierung zum Erhöhen der Präzision der Lokalisierung eingesetzt werden. Insbesondere können alle urbanen Verkehrsbereiche als sicherheitsrelevant berücksichtigt werden. Alternativ oder zusätzlich können auch außerstädtische Verkehrsbereiche zumindest bereichsweise als sicherheitsrelevant eingestuft werden. Hierzu können Kreuzungen, Auffahrten, Abzweigungen und dergleichen zählen. Bei derartigen sicherheitsrelevanten Verkehrsbereichen ist für ein sicheres automatisiertes Manövrieren eine Positionierungsgenauigkeit in einer Größenordnung von ±10 cm erforderlich, die durch den Einsatz von Markierungen, als Unterstützung der GNSS basierten Positionierung, erreichbar ist.
  • Beispielsweise kann ein Fahrzeug die Markierung durch Sensoren detektieren und die Entfernung zur Markierung messen. Abhängig von der Anordnung der Markierungen in dem jeweiligen Bereich kann eine oder mehrere Markierungen detektiert und mit Hilfe einer digitalen Karte einer Position zugeordnet werden. Hierbei kann auch eine Anordnung bzw. ein Muster aus mehreren Markierungen zum Bestimmen der Position innerhalb der Karte verwendet werden.
  • Durch Messen von Entfernungen zu unterschiedlichen Markierungen kann beispielsweise Mittels der Triangulation die zu den Markierungen relative Position des Fahrzeugs bzw. des Sensors berechnet werden.
  • Hierdurch kann eine hochpräzise und robuste Eigenlokalisierung auf Basis von digitalen Karten und speziellen Markierungen realisiert werden. Bevorzugterweise kann die mindestens eine Markierung derart innerhalb einer Infrastruktur angeordnet werden, dass die Markierung von alle Verkehrsteilnehmern gleichzeitig detektiert werden kann.
  • Vorzugsweise kann die Markierung sensorunabhängig und/oder richtungsunabhängig detektierbar sein. Somit können unterschiedliche Sensoren die mindestens eine Markierung wahrnehmen bzw. eindeutig messen. Die mindestens eine Markierung kann somit als ein sensortechnologieunabhängiger hochgenauer Referenz-Punkt verwendet werden.
  • Durch den Einsatz derartiger Markierungen kann eine hohe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Fahrzeuglokalisierung ermöglicht werden. Das mindestens eine Fahrzeug kann dabei automatisiert und/oder teilautomatisiert betreibbares Fahrzeug sein, welches insbesondere gemäß der SAE J3016 Norm teilautomatisiert, bedingt automatisiert, hochautomatisiert und/oder vollautomatisiert bzw. fahrerlos betreibbar ist.
  • Durch die Ausgestaltung der Markierungen können diese mit einer Vielzahl verschiedener Fahrzeugsensorik, wie beispielsweise. Radar, Video und LIDAR, detektiert werden. Dies führt zu einer vorteilhaften Beeinflussung der Wiederverwendbarkeit der Markierungen und dem Einsatz von Detektionsalgorithmen mit mehreren Fahrzeugsystemen. Weiterhin können für die künstlichen Markierungen im lokalen Umfeld der komplexen Verkehrssituation durch technologieunabhängige Detektierbarkeit hohe Detektionsraten erzielt werden.
  • Beispielsweise kann die Markierung eine Konstruktion aufweisen, welche aus Messdaten von Videosensoren besonders einfach extrahierbar ist. Beispielsweise kann die Markierung eine oder markante Form, wie beispielsweise eine Kugel mit einem definierten Durchmesser aufweisen. Der Durchmesser kann beispielsweise 50 cm betragen.
  • Des Weiteren kann die Markierung für den Einsatz von Radarsensoren und/oder Lidarsensoren besonders effizient reflektierend ausgeführt sein. Hierzu kann die Markierung einen Radarspiegel bzw. Radarreflektor und einen Strahlenreflektor aufweisen.
  • Nach einer Ausführungsform wird die ermittelte Markierung mit einer im Steuergerät oder einer fahrzeugextern hinterlegten digitalen Karte verglichen. Alternativ oder zusätzlich kann die intern oder extern hinterlegte digitale Karte durch das Steuergerät abrufbar sein. Hierbei kann die Karte auch in einer externen Servereinheit bzw. Cloud hinterlegt sein. Das Steuergerät kann somit auf Messdaten von mindestens einem Sensor zugreifen und die Messdaten im Hinblick auf die Markierungen auswerten.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden in mindestens einem sicherheitsrelevanten Bereich mindestens vier Markierungen durch den mindestens einen Sensor detektiert. Je nach Ausgestaltung können bereits eine oder zwei oder auch drei Markierungen ausreichen, um eine präzise Lokalisierung durch das Steuergerät basierend auf Messdaten von mindestens einem Sensor vorzunehmen.
  • Die Markierungen können vorzugsweise pro sicherheitsrelevanten Bereich gleichzeitig bzw. simultan ermittelbar sein. Somit kann basierend auf einfachen technischen Mitteln eine robuste dreidimensionale Positionsbestimmung bereitgestellt werden.
  • Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die mindestens eine Markierung an einer Position der Infrastruktur anbringbar, wobei die Position der Infrastruktur höher als Fahrzeuge der Infrastruktur ist. Die Markierung wird von mindestens zwei fahrzeugübergreifenden Sensoren gleichzeitig detektiert.
  • Die mindestens eine Markierung kann besonders vorteilhaft an einer exponierten Lage der Infrastruktur positioniert werden. Hierdurch kann die Markierung an Stellen installiert werden, die von möglichst allen Verkehrsteilnehmern optimal durch Sensoren abtastbar sind.
  • Es können beispielsweise Ampel-Masten, Leucht-Masten und dergleichen für eine Montage der Markierungen innerhalb der Infrastruktur eingesetzt werden. Bevorzugterweise können die Markierungen mit üblichen onboard-Sensoren von zumindest teilautomatisiert betreibbaren Fahrzeugen erfassbar sein. Insbesondere kann eine derartige Markierung von verschiedenen Sensoren gleichzeitig detektiert werden.
  • Bei dem Einsatz von mehreren Markierungen weisen die Markierungen vorzugsweise einen definierten Abstand zueinander auf, sodass für jeden sicherheitsrelevanten Bereich ein eindeutiges individuelles Muster aus Markierungen erzeugbar ist. Die jeweiligen Abstände zwischen den Markierungen können beispielsweise für eine Unterscheidung der Bereiche eingesetzt werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die mindestens eine Markierung einen aktiven und/oder passiven Radarreflektor auf. Beispielsweise kann die Markierung einen Tripelspiegel mit einem hohen Wirkungsquerschnitt und einer eindeutigen Signatur für Radarsensoren aufweisen. Der Tripelspiegel kann hierbei fassettenartig geformt sein.
  • Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Markierung mindestens einen Lichtreflektor auf. Der Lichtreflektor kann als ein Katzenauge ausgestaltet sein und somit eine hohe richtungsunabhängige Reflektivität aufweisen. Somit können sichtbare oder unsichtbare Strahlen von Lidarsensoren effektiv reflektiert werden, wodurch die Markierung durch Lidarsensoren detektiert werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Markierung mindestens eine geometrische Form und/oder eine Beschichtung auf. Aufgrund der Beschichtung kann die Reflektivität und/oder die Sichtbarkeit für Kamerasensoren erhöht werden. Insbesondere kann durch die Beschichtung ein hoher Kontrast zu einer Umgebung hergestellt werden. Die Beschichtung kann in Form einer Folie oder einer Lackierung ausgeführt sein. Die Form der Markierung kann ebenfalls für eine erhöhte Erkennbarkeit bzw. Identifizierbarkeit der Markierzug beitragen. Insbesondere kann aufgrund der Form der Markierung eine individuelle Erkennbarkeit der Markierung verursacht werden. Hierdurch kann die Markierung technisch einfach in der digitalen Karte lokalisiert werden. Durch das Lokalisieren der mindestens einen Markierung in der digitalen Karte kann dem Sensor bzw. dem Fahrzeug eine eindeutige reale Position zugewiesen werden.
  • In einer vorteilhaften Ausprägung kann die Markierung mindestens eine Kugel mit einem hohen Kontrast zur Umgebung aufweisen. Dabei kann die Markierung eine geometrische Form bzw. Figur aufweisen, welche durch das Steuergerät präzise und eindeutig aus einem Foto oder Video extrahierbar sind.
  • Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Markierung mindestens zwei Teilmarkierungen auf, wobei mindestens eine Teilmarkierung an einer Fahrbahn im sicherheitsrelevanten Bereich anbringbar ist. Hierdurch kann die Markierung in mindestens zwei Teilmarkierungen aufgeteilt werden. Somit kann beispielsweise ein Radarreflektor in eine Fahrbahn eingebracht und ein Lidarreflektor an einer Ampel positioniert werden. Hierdurch kann die eindeutige Identifizierung vereinfacht werden. Des Weiteren kann somit die Erkennung der Teilmarkierungen durch übliche Sensoren vereinfacht werden.
  • Die Markierungen können somit derart installiert sein, dass sie eine Mindestgenauigkeit der Detektion mit beliebigen Sensor-Technologien ermöglichen. Die Genauigkeitsanforderungen können von den zu erwartenden Verkehrsgeschehen abhängen. Markierungen können vorzugsweise in der Infrastruktur montiert sein, sodass sie für übliche fahrzeugseitige Sensoren nicht verdeckt werden. Dabei werden die Abtastbereiche bzw. Sichtbereiche mit den entsprechenden Öffnungswinkeln und der Reichweite der Sensoren bei der Anordnung der Markierungen in der Infrastruktur berücksichtigt.
  • Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
    • 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung gemäß einer Ausführungsform, und
    • 2 einen schematischen Darstellung einer Markierung gemäß einer Ausführungsform.
  • Die 1 zeigt eine Anordnung 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Anordnung 1 weist zwei Fahrzeuge 2, 4 auf, die eine Kreuzung befahren. Die Kreuzung ist hier ein sicherheitsrelevanter bzw. sicherheitskritischer Bereich 6, in welchem eine präzise Lokalisierung der Fahrzeuge 2, 4 sichergestellt werden muss. Die Kreuzung dient lediglich als ein Ausführungsbeispiel für einen urbanen Verkehrsbereich zum Veranschaulichen des Verfahrens. Das Verfahren kann auf beliebige andere städtische und/oder außerstädtische Verkehrsbereiche angewandt werden.
  • Durch die Anordnung 1 kann das Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht werden.
  • Die Fahrzeuge 2, 4 weisen Sensoren 8, 10 auf. Das erste Fahrzeug 2 weist einen Radarsensor 8 auf. Das zweite Fahrzeug 4 ist mit einem Lidarsensor 10 ausgerüstet.
  • Die Sensoren 8, 10 sind jeweils mit einem Steuergerät 12 datenleitend verbunden. Das Steuergerät 12 kann somit die Messdaten der Sensoren 8, 10 auslesen und auswerten. Aus den Messdaten kann das Steuergerät 12 Markierungen 14 und/oder Teilmarkierungen 16 ermitteln.
  • Das Steuergerät 12 weist eine integrierte digitale Karte 18 auf. Die Karte 18 enthält alle Markierungen 14 und Teilmarkierungen 16 auf. Die aus den Messdaten der Sensoren 8, 10 ermittelten Markierungen können somit durch das Steuergerät 12 in der digitalen Karte 18 identifiziert und lokalisiert werden. Somit kann den Fahrzeugen 2, 4 eine eindeutige Position innerhalb des sicherheitsrelevanten Bereichs 6 zugeordnet werden. Diese Position ist unabhängig von GPS-Sensoren und ist somit robust ermittelbar.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Markierung 14 an einer Ampel 20 montiert. Die Teilmarkierung 16 ist an einem Rand einer Fahrbahn 22 angeordnet und weist einen Radarreflektor und einen Lichtreflektor auf, welche in der 2 näher beschrieben sind.
  • Die 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Markierung 14 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Die Markierung 14 weist einen 360° Reflektor 24 für sichtbares und nichtsichtbares Licht auf. Der Reflektor 24 kann als ein Katzenauge oder als ein Retroreflektor ausgeführt sein und ankommende Strahlen eines Lidarsensors 10 in Richtung der Strahlenquelle zurückreflektieren.
  • Des Weiteren weist die Markierung 14 eine Kugel 26 auf, welche einen hohen Kontrast gegenüber dem sicherheitsrelevanten Bereich 6 aufweist und somit optimal aus Messdaten von nicht dargestellten Kamerasensoren extrahierbar ist. Die Kugel 26 stellt hierbei eine geometrische Form mit einer definierten Beschichtung dar, welche optimal durch Kamerasensoren erkennbar sind.
  • Damit die Markierung 14 von Radarsensoren 8 detektierbar ist, weist die Markierung 14 einen Radarreflektor 28 auf. Der Radarreflektor 28 ist als ein passiver Radarreflektor 28 ausgeführt. Insbesondere ist der Radarreflektor 28 als ein 360° Trippelspiegel ausgestaltet und kann somit aus unterschiedlichen Richtungen von Radarsensoren 8 detektiert werden.
  • Die jeweiligen Komponenten 24, 26, 28 der Markierung 14 sind gemäß dem Ausführungsbeispiel in vertikaler Richtung in einer Reihe angeordnet und mechanisch miteinander verbunden.
  • Abhängig von örtlichen Gegebenheiten, kann die Markierung 14 in mindestens eine Teilmarkierung 16 aufgespalten werden. Eine Teilmarkierung 16 kann hierbei mindestens eine der Komponenten 24, 26, 28 aufweisen.
  • Die Markierung 14 und/oder die Teilmarkierung 16 können an verschiedenen Positionen des Bereichs 6 positioniert werden. Vorzugsweise können die Markierungen 14 und/oder die Teilmarkierungen 16 uneingeschränkt von einer höchstmöglichen Fahrzeuganzahl detektierbar sein.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Durchführen einer Lokalisierung mindestens eines Fahrzeugs (2, 4) durch ein fahrzeugseitiges Steuergerät (12), wobei - Messdaten von mindestens einem Sensor (8, 10) empfangen werden, - mindestens eine Markierung (14, 16) aus den Messdaten ermittelt wird, - zum Bestimmen einer Position die ermittelte Markierung (14, 16) mit einer in einer digitalen Karte (18) eingetragenen Markierung assoziiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ermittelte Markierung (14, 16) mit einer im Steuergerät (12) oder einer fahrzeugextern hinterlegten digitalen Karte verglichen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in mindestens einem sicherheitsrelevanten Bereich (6) mindestens vier Markierungen (14, 16) durch den mindestens einen Sensor (8, 10) detektiert werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mindestens eine Markierung (14, 16) an einer Position der Infrastruktur anbringbar ist, wobei die Position der Infrastruktur höher als Fahrzeuge (2, 4) der Infrastruktur ist, wobei die Markierung (14, 16) von mindestens zwei fahrzeugübergreifenden Sensoren (8, 10) gleichzeitig detektiert wird.
  5. Markierung (14), insbesondere zum Durchführen einer Eigenpositionierung durch Fahrzeuge (2, 4), wobei die Markierung (14) in einem sicherheitsrelevanten Bereich (6) einer Infrastruktur anordenbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (14) durch mindestens zwei unterschiedliche Sensoren (8, 10) gleichzeitig erfassbar ist.
  6. Markierung nach Anspruch 5, wobei die Markierung (14) einen aktiven und/oder passiven Radarreflektor (28) aufweist.
  7. Markierung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Markierung (14) mindestens einen Lichtreflektor (24) aufweist.
  8. Markierung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Markierung (14) mindestens eine geometrische Form (26) und/oder eine Beschichtung aufweist.
  9. Markierung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Markierung (14) mindestens eine Teilmarkierung (16) aufweist, wobei die Teilmarkierung (16) an einer Fahrbahn (22) in dem sicherheitsrelevanten Bereich (6) anbringbar ist.
  10. Steuergerät (12), wobei das Steuergerät (12) dazu eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 auszuführen.
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