DE102019003473A1 - Verfahren zur zuverlässigen Fahrzeuglokalisierung mittels Konstellationscodetabellen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Fahrzeugs (1), wobei mit Positionen relativ zu einem Landmarkenkoordinatensystem ((x,y)) bestimmte Landmarken (3) in einer Fahrzeugumgebung eines Fahrzeugs (1) als Landmarkenabbilder (3') erfasst werden, die Positionen der Landmarkenabbilder (3') relativ zu einem Fahrzeugkoordinatensystem ((u,v)) ermittelt werden und wobei mittels eines Mustervergleichs von aus den Landmarken (3) abgeleiteten Merkmalen mit aus den Landmarkenabbildern (3') abgeleiteten Merkmalen mindestens eine Position des Fahrzeugs (1) relativ zu dem Landmarkenkoordinatensystem ((x,y)) fortlaufend bestimmt wird. Konstellationen (C) umfassend eine Mehrzahl von Landmarken (3), einen Konstellationsschwerpunkt ((x,y)) und eine Konstellationsorientierungwerden derart gebildet und mittels mindestens einer Konstellationscodetabelle Konstellationscodes zugeordnet, dass ein vorbestimmter Mindestfehlerabstand ezwischen paarweise verschiedenen Konstellationen (C) einer Konstellationscodetabelle eingehalten wird, wobei der Konstellationscode jeweils aus Merkmalen der einer Konstellation (C) zugeordneten Landmarken (3) gebildet wird und wobei der Mustervergleich anhand der Konstellationscodes erfolgt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fahrzeuglokalisierung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Automatisiertes Fahren erfordert hochgenaue Karten zur Ergänzung der Informationen der Fahrzeugsensorik. Mithilfe einer Positionsbestimmung stellt die Karte so ein erweitertes Umgebungsmodell bereit. Diese Positionsbestimmung muss zumindest ergänzend auf einen Abgleich in der Welt beobachteter Lokalisierungsmerkmale mit entsprechenden Einträgen in der Karte zurückgreifen, um eine Position in der benötigten Qualität bereitstellen zu können. Lokalisierungsmerkmale können als Landmarken gegeben sein. Falsche Assoziationen zwischen beobachteten und kartierten Landmarken gefährden jedoch die Integrität oder Zuverlässigkeit der Positionsbestimmung und schränken somit die Nutzbarkeit der Karte insbesondere für sicherheitskritische Anwendungen ein.
• Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der Veröffentlichung M. Joerger, B. Pervan, G. Arana, M. Spenko: „Unmapped Feature Detection and Exclusion in Laser-Based Navigation" in: Proceedings of the 2017 International Technical Meeting of The Institute of Navigation GNSS+, 2017, sind Verfahren bekannt, die mittels Separationskriterien verwechselbare Landmarken identifizieren und von einer Verwendung in einem nachfolgenden Lokalisierungsschritt ausschließen. Derartige Verfahren benötigen eine korrekt ermittelte Ausgangsposition eines Fahrzeugs und weisen insbesondere für dicht besetzte Landmarkenmerkmale einen hohen Rechenaufwand auf.
• Das Dokument EP 3 130 945 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur genauen Fahrzeuglokalisierung basierend auf einer Datenbank mit digitalen Straßenbeschreibungsdaten umfassend einen kartenbasierten Datensatz mit objektbasierten Informationen über mindestens ein Straßenobjekt und/oder ein Straßenausstattungsobjekt und/oder ein geografisches Objekt. Das Fahrzeug sammelt entlang seines Fahrwegs Umgebungsdaten, beispielsweise Bilder, und erzeugt daraus einen Datensatz umfassend mindestens Positionsinformationen und detaillierte objektbasierte Informationen. Während der Fahrzeugbewegung versucht das Fahrzeug, in den Umgebungsdaten die Objekte zu identifizieren, welche in dem Datensatz mit objektbasierten Informationen enthalten sind. Zur Reduktion von falsch assoziierten Datensätzen werden mehrere Umgebungsdaten zusammengefasst und mit ebenfalls zusammengefassten kartenbasierten Datensätzen verglichen.
• Das Dokument DE 10 2015 220 831 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen von Landmarken für eine Ortsbestimmung für ein bewegliches Objekt. Dabei weist das Verfahren einen Schritt des Erzeugens zumindest eines Konstellationsdatensatzes unter Verwendung einer Ermittlungsvorschrift und von Landmarkendaten auf. Hierbei repräsentieren die Landmarkendaten sensorisch erfasste Landmarken in einer Umgebung des Objekts. Die Ermittlungsvorschrift ist verwendbar, um aus den Landmarkendaten mindestens ein für die Ortsbestimmung geeignetes Paar von Landmarken zu ermitteln, bei dem ein Verhältnis zwischen einem lateralen Abstand zwischen einer Trajektorie des Objekts und einer ersten Landmarke des Paares und einem Landmarkenabstand zwischen der ersten Landmarke und einer zweiten Landmarke des Paares in einem vordefinierten Eignungswertebereich liegt. Dabei weist der zumindest eine Konstellationsdatensatz Positionsdaten einer geometrischen Konstellation eines für die Ortsbestimmung geeigneten Paares von Landmarken relativ zu dem Objekt auf.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs anzugeben.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Bei einem Verfahren zur Bestimmung der Position eines Fahrzeugs werden Landmarken mit Positionen relativ zu einem Landmarkenkoordinatensystem kartiert und in einer Fahrzeugumgebung eines Fahrzeugs als Landmarkenabbilder erfasst. Die Positionen der Landmarkenabbilder werden relativ zu einem Fahrzeugkoordinatensystem ermittelt.
• Mittels eines Mustervergleichs werden aus den Landmarken abgeleitete Merkmale mit aus den Landmarkenabbildern abgeleiteten Merkmalen verglichen. Daraus wird fortlaufend mindestens eine Position des Fahrzeugs relativ zu dem Landmarkenkoordinatensystem fortlaufend bestimmt.
  Erfindungsgemäß werden Konstellationen umfassend eine Mehrzahl von Landmarken, einen Konstellationsschwerpunkt und eine Konstellationsachse derart gebildet und mittels mindestens einer Konstellationscodetabelle Konstellationscodes zugeordnet, dass ein vorbestimmter Mindestfehlerabstand e_min zwischen paarweise verschiedenen Konstellationen einer Konstellationscodetabelle eingehalten wird, wobei der Mustervergleich anhand der Konstellationsmerkmale erfolgt.
• Durch das Ersetzen des Mustervergleichs basierend auf einzelnen Merkmalen der Landmarken nach dem Stand der Technik durch einen Mustervergleich basierend auf Merkmalen oder Codes von Konstellationen, welche eine Mehrzahl von Landmarken zusammenfassen, wird die Zuverlässigkeit der Positionierung verbessert. Zudem wird die Effizienz des Mustervergleichs durch die im Vergleich zum Stand der Technik reduzierte Zahl zu vergleichender Merkmale verbessert. Zudem ist es möglich, durch die Bildung von Codes eine effizientere Kompression der lokalisierungsrelevanten Informationen zu erzielen.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
• Dabei zeigen:
• 1 schematisch korrespondierende Positionen von Landmarken in einem Landmarkenkoordinatensystem und in einem Fahrzeugkoordinatensystem,
• 2 schematisch korrespondierende Konstellationen von Landmarken mit zugeordneten Fehlerdistanzen,
• 3 schematisch die Gruppierung von Landmarken zu Konstellationen,
• 4 schematisch die Gruppierung von Landmarken zu Konstellationen und deren Beschreibung durch Konstellationsmerkmale,
• 5 schematisch die Übertragung von Konstellationen aus dem Landmarkenkoordinatensystem in das Fahrzeugkoordinatensystem und
• 6 schematisch den Ablauf eines Verfahrens zur Fahrzeuglokalisierung mittels Konstellationscodetabellen.
• Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• 1 verdeutlicht ein Verfahren nach dem Stand der Technik für die Lokalisierung eines Fahrzeugs 1, das sich entlang einer Fahrbahn 2 in einer Fahrtrichtung R bewegt. Entlang der Fahrbahn 2 sind Landmarken 3 erfasst.
• Zu jeder Landmarke 3 ist eine durch Koordinaten x_i , y_i beschriebene Landmarkenposition in einem Landmarkenkoordinatensystem (x,y) erfasst. Zur besseren Verdeutlichung ist das Landmarkenkoordinatensystem (x,y) als zweidimensionales Koordinatensystem mit einer horizontalen Landmarkenkoordinatenachse x und mit einer hierzu orthogonalen vertikalen Landmarkenkoordinatenachse y dargestellt, wobei die Landmarkenkoordinatenachsen x,y eine zur Fahrbahn 2 koplanare Ebene aufspannen. Die Positionen der Landmarken 3 können jedoch auch in einem dreidimensionalen Koordinatensystem angegeben sein.
• Ferner ist zu jeder Landmarke 3 ein Landmarkenmerkmal oder ein Satz von Landmarkenmerkmalen angegeben, mit dem eine Landmarke 3 erkannt und identifiziert, das heißt: von anderen Landmarken 3 unterschieden werden kann.
• Nach dem Stand der Technik erfassen nicht näher dargestellte Sensoren eines Fahrzeugs 1 Landmarkenabbilder 3' im Umfeld des Fahrzeugs 1 und lokalisieren deren durch Koordinaten u_i , v_i beschriebene Position relativ zu einem Fahrzeugkoordinatensystem (u,v). Zur besseren Verdeutlichung ist das Fahrzeugkoordinatensystem (u,v) als zweidimensionales Koordinatensystem mit einer horizontalen Fahrzeugkoordinatenachse u und einer hierzu orthogonalen vertikalen Fahrzeugkoordinatenachse v dargestellt, wobei die Fahrzeugkoordinatenachsen u, v eine zur Fahrbahn 2 und somit auch zum Landmarkenkoordinatensystem (x,y) koplanare Ebene aufspannen.
• Anhand der hinterlegten, beispielsweise in einem Katalog gespeicherten Landmarkenmerkmale wird ein Landmarkenabbild 3' einer Landmarke 3 mittels einer nicht näher dargestellten Auswertevorrichtung des Fahrzeugs 1 mit einer gewissen Zuverlässigkeit zugeordnet. Hierbei sind neben einer korrekten Identifizierung einer Landmarke 3 eine falsch positive Detektion sowie eine falsch negative Detektion möglich.
• Bei einer falsch positiven Detektion wird einem Landmarkenabbild 3' eine Landmarke 3 fehlerhaft zugeordnet, deren Landmarkenmerkmale den detektierten Merkmalen des Landmarkenabbilds 3' ähnlich sind, wobei sich jedoch die Landmarke 3 tatsächlich nicht an der dem Landmarkenabbild 3' zugeordneten Position befindet.
• Bei einer falsch negativen Detektion wird einem Landmarkenabbild 3' eine Landmarke 3 fehlerhaft nicht zugeordnet, obgleich sich die Landmarke 3 tatsächlich an der dem Landmarkenabbild 3' zugeordneten Position befindet.
• Aus einer Mehrzahl von Zuordnungen zwischen jeweils einer Landmarke 3 und einem Landmarkenabbild 3', und somit von Zuordnungen zwischen jeweils einer Position in dem Fahrzeugkoordinatensystem (u,v) und einer Position in dem Landmarkenkoordinatensystem (x,y) kann eine Korrespondenz, beispielsweise eine rigide oder eine affine Transformation, zwischen den Koordinatensystemen (u,v), (x,y) hergestellt werden. Mittels einer derartigen Transformation kann die Position des Fahrzeugs 1 relativ zum Landmarkenkoordinatensystem (x,y) aus der Menge korrespondierender Einzelpositionen bestimmt werden.
• Aus dem Stand der Technik sind dazu Verfahren bekannt, mit denen korrekt oder fehlerhaft zugeordnete Landmarkenabbilder 3' für die Bestimmung einer solchen Transformation derart selektiert und/oder gewichtet werden, dass der Gesamtfehler bei der Positionsbestimmung des Fahrzeugs 1 minimiert wird. Beispielsweise sind probabilistische Filter bekannt, welche die fehlerbehafteten Einzelpositionen und den Zeitverlauf der zurückliegenden Fahrzeugposition verfolgen und daraus eine verbesserte Prädiktion der aktuellen Fahrzeugposition ermitteln.
• Die 2A bis 2E zeigen schematisch die Anordnung einer Mehrzahl von Landmarken 3 mit Positionen $\left(x_i^{\left(1\right)},y_i^{\left(1\right)}\right)$

  

  im Landmarkenkoordinatensystem (x,y), die zu jeweils einer ersten Konstellation $C^{\left(1\right)}=\left\{\left(x_i^{\left(1\right)},y_i^{\left(1\right)}\right),i=1\dots K^{\left(1\right)}\right\}$

  

  zusammengefasst sind sowie die Anordnung einer Mehrzahl von Landmarkenabbildern 3 mit Positionen $\left(x_i^{\left(2\right)},y_i^{\left(2\right)}\right)$

  

  im Landmarkenkoordinatensystem (x,y), die zu jeweils einer korrespondierenden zweiten Konstellation $C^{\left(2\right)}=\left\{\left(x_i^{\left(2\right)},y_i^{\left(2\right)}\right),i=1\dots K^{\left(2\right)}\right\}$

  

  zusammengefasst sind.
  Die 2A bis 2C zeigen dabei zueinander mindestens teilweise kongruente Konstellationen C⁽¹⁾, □⁽²⁾.
• Zwei Konstellationen C⁽¹⁾, C⁽²⁾ sind dann kongruent, wenn sie eine gleiche Anzahl von Landmarken 3 umfassen, das heißt: K⁽¹⁾ = K⁽²⁾, und die Landmarken 3 bijektiv mittels einer einzigen affinen Koordinatentransformation aufeinander abbildbar sind.
• Zwei Konstellationen C⁽¹⁾, C⁽²⁾ sind dann teilweise kongruent, wenn es eine erste Subkonstellation $C_S^{\left(1\right)}$

  

  zu der ersten Konstellation C⁽¹⁾ sowie eine zweite Subkonstellation $C_S^{\left(2\right)}$

  

  zur der zweiten Konstellation C⁽²⁾ derart gibt, dass die erste Subkonstellation $C_S^{\left(1\right)}$

  

  eine Teilmenge von höchstens um 1 verringerter Kardinalität der ersten Konstellation C⁽¹⁾ ist: $$C_S^{\left(1\right)}\subset C^{\left(1\right)},K_S^{\left(1\right)}\ge K^{\left(1\right)}-1$$

  

  und die erste Subkonstellation $C_S^{\left(1\right)}$

  

  kongruent zur zweiten Konstellation C⁽²⁾ ist.
• Zwei Konstellationen C⁽¹⁾, C⁽²⁾ sind auch dann teilweise kongruent, wenn es eine zweite Subkonstellation $C_S^{\left(2\right)}$

  

  zur der zweiten Konstellation C⁽²⁾ derart gibt, dass die zweite Subkonstellation $C_S^{\left(2\right)}$

  

  eine Teilmenge von höchstens um 1 verringerter Kardinalität der zweiten Konstellation $C_S^{\left(2\right)}$

  

  ist: $$C_S^{\left(2\right)}\subset C^{\left(2\right)},K_S^{\left(2\right)}\ge K^{\left(2\right)}-1$$

  

  und die zweite Subkonstellation $C_S^{\left(2\right)}$

  

  kongruent zur ersten Konstellation C⁽¹⁾ ist.
• Allgemeiner formuliert sind zwei Konstellationen C⁽¹⁾, C⁽²⁾ dann mindestens teilweise kongruent, wenn es zu jeder der beiden Konstellationen C⁽¹⁾, C⁽²⁾ jeweils eine Subkonstellation $C_S^{\left(1\right)}\subseteq C^{\left(1\right)},C_S^{\left(2\right)}\subseteq C^{\left(2\right)}$

  

  derart gibt, dass die erste Subkonstellation $C_S^{\left(1\right)}$

  

  kongruent zur zweiten Subkonstellation $C_S^{\left(2\right)}$

  

  ist.
• 2A zeigt beispielhaft zwei zueinander kongruente Konstellationen C⁽¹⁾, C⁽²⁾. 2B zeigt beispielhaft eine erste Konstellation C⁽¹⁾ und eine zweite Konstellation C⁽²⁾ mit einer zweiten Subkonstellation $C_S^{\left(2\right)},$

  

  die kongruent zur ersten Konstellation C⁽¹⁾ ist. 2C zeigt beispielhaft eine erste Konstellation C⁽¹⁾ mit einer ersten Subkonstellation $C_S^{\left(1\right)}$

  

  und einer hierzu kongruenten zweiten Konstellation C⁽²⁾ .
• Es kann ein Fehler- oder Abstandsmaß derart definiert werden, dass zwei zueinander kongruente Konstellationen C⁽¹⁾ , C⁽²⁾ einen Fehler oder Abstand von Null e(C⁽¹⁾, C⁽²⁾) = 0 aufweisen, wohingegen zwei Konstellationen C⁽¹⁾ , C⁽²⁾ , welche nicht mindestens teilweise kongruent zueinander sind, einen Fehler oder Abstand von größer als Null e(C⁽¹⁾ ,C⁽²⁾ ) ≥ 0 aufweisen.
• Beispielhaft kann eine Fehlerdistanz e(C⁽¹⁾ , C⁽²⁾ ) definiert werden als die um 1 verringerte Anzahl von Landmarken 3, welche insgesamt mindestens entfernt werden müssen, um Kongruenz zwischen den Konstellationen C⁽¹⁾ , C⁽²⁾ herzustellen.
• 2D zeigt beispielhaft zwei Konstellationen C⁽¹⁾ , C⁽²⁾ , welche sich dadurch unterscheiden, dass eine Landmarke 3f an jeweils anderer Stelle liegt und die übrigen Landmarken 3 an gleichen Stellen detektiert wurden. Durch Entfernung der fehlerhaft detektierten Landmarke 3f entstehen zueinander kongruente Subkonstellationen $C_S^{\left(1\right)}\subset C^{\left(1\right)},C_S^{\left(1\right)}\subset C^{\left(2\right)},$

  

  Somit beträgt die Fehlerdistanz e(C⁽¹⁾, C⁽²⁾) = 1.
• 2E zeigt beispielhaft zwei Konstellationen C⁽¹⁾ , C⁽²⁾ , aus denen zur Herstellung der Kongruenz jeweils zwei Landmarken 3f entfernt werden müssen, welche an zwischen den beiden Konstellationen C⁽¹⁾, C⁽²⁾ unterschiedlichen Positionen liegen. Somit beträgt die Fehlerdistanz e(C⁽¹⁾, C⁽²⁾) = 2.
• 3 zeigt schematisch die Gruppierung von Landmarken 3 zu Konstellationen c^(j), j = 1 ... N mittels einer Konstellationscodetabelle (constellation codebook). Landmarken 3 werden derart zu Konstellationen C^(j) zusammengefasst, dass deren paarweiser Abstand einen vorbestimmten Konstellationsmindestfehlerabstand e_min nicht unterschreitet: $$e\left(C^{\left(j\right)},C^{\left(k\right)}\right)\ge e_{min},j,k=1\dots N,k\ne j$$

  

  In einer Ausführungsform können Konstellationen C^(j) zudem so gewählt sein, dass deren räumliche Ausdehnung, das heißt: der maximale Abstand von Positionen $\left(x_i^{\left(j\right)},y_i^{\left(j\right)}\right)$

  

  von Landmarken 3, welche einer Konstellation C^(j) zugeordnet werden, eine vorbestimmte Maximalausdehnung nicht überschreitet. Der Abstand von Positionen $\left(x_i^{\left(j\right)},y_i^{\left(j\right)}\right),i=1\dots K^{\left(j\right)}$

  

  kann beispielsweise als Euklidischer Abstand bestimmt sein. Zudem sind die Konstellationen C^(j) so gewählt, dass sie einen möglichst großen Bereich entlang der Fahrbahn 2 abdecken.
• Darüber hinaus sind die Konstellationen C^(j) so gewählt, dass die Gesamtheit der den Landmarken 3 einer Konstellation C^(j) zugeordneten Merkmale (Features) eine leichte Detektion erlaubt. Vorzugsweise weist die Gesamtheit der zugeordneten Landmarken 3 wenige Merkmale auf. Weiterhin ist eine geringe räumliche Ausdehnung von Landmarken 3 innerhalb einer Konstellation C^(j) bevorzugt.
• Erfindungsgemäß wird jeder Konstellation C^(j) ein Codewort zugeordnet, welches die Landmarken 3 dieser Konstellation C^(j) mit den jeweiligen Merkmalen (Features) und den Positionen $\left(x_i^{\left(j\right)},y_i^{\left(j\right)}\right),i=1\dots K^{\left(j\right)}$

  

  und/oder daraus abgeleitete Konstellationsmerkmale umfasst. Beispielsweise können jeder Konstellation C^(j) ein Konstellationsschwerpunkt (x^(j) ,y^(j)) und eine Konstellationsachse $\overrightarrow{a}$

  

  zugeordnet werden.
• 4 zeigt beispielhaft eine Konstellation C^(j) , die fünf Landmarken 3a bis 3e umfasst, die aus einer Menge von nicht näher unterschiedenen Landmarken 3 entnommen wurden.
• Die Konstellation C^(j) weist einen Konstellationsursprung (x,y)^(j) und eine Konstellationsorientierung ${\overrightarrow{a}}^{\left(j\right)}$

  

  auf, die beispielsweise parallel zur horizontalen Landmarkenkoordinatenachse x gewählt sein kann. Bei Abbildung der Landmarken 3a bis 3e in das Fahrzeugkoordinatensystem (u,v) erscheint die Konstellationsorientierung ${\overrightarrow{a}}^{\left(j\right)}$

  

  relativ zu diesem Fahrzeugkoordinatensystem (u,v) im Allgemeinen gedreht.
• Zu einer Konstellation C^(j) können mittels geometrischen Hashings Deskriptoren zugeordnet werden, wobei aus jeweils einem Paar der Landmarken 3a bis 3f eine geometrische Basis gebildet wird und die übrigen der Landmarken 3a bis 3f als transformierte Koordinaten relativ zu dieser geometrischen Basis ermittelt und quantisiert werden und die quantisierten Werte als Codewort (Hash Key) in eine Konstellationscodetabelle (Hash Tabelle) eingetragen werden. Einem solchen Hash Key werden als Hash Value die Indizes der Landmarken des Paares zugewiesen, welche die geometrische Basis gebildet haben. Diese Verfahrensschritte werden für jede mögliche Paarung von Landmarken 3a bis 3f der Konstellation C^(j) zu einer geometrischen Basis wiederholt.
• Verfahren zum Erstellen und Abrufen von Hash Tabellen für das geometrische Hashing sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der Veröffentlichung Wolfson, H.J., Rigoutsos, I.: Geometrie Hashing: An Overview. in: IEEE Computational Science and Engineering, 4(4), (1997), S. 10-21.
  In vorteilhafter Weise ist es somit möglich, eine nach dem Stand der Technik erforderliche Kartenebene mit allen Lokalisierungsmerkmalen für sämtliche Landmarken 3 durch eine Konstellationscodetabelle zu ersetzen, wobei eine Mehrzahl von Landmarken 3a bis 3e jeweils einer Konstellation C^(j) zugeordnet ist und die Konstellationscodetabelle jeder Konstellation C^(j) Konstellationsmerkmale in Form von Hash Keys oder Codes zuordnet, die in vorteilhafter Weise rotationsinvariant und effizient abfragbar sind. Somit ist eine robuste und schnelle Identifizierung einer Konstellation C^(j) auch dann möglich, wenn diese im Fahrzeugkoordinatensystem (u,v) gegenüber dem Landmarkenkoordinatensystem (x,y) gedreht erscheint.
• Ein besonderer Vorteil wird dabei durch die erfindungsgemäße Wahl von Konstellationen C⁽ⁱ⁾, C^(j) derart, dass deren paarweiser Abstand e(C^(j) , C^(k)) einen vorbestimmten Konstellationsmindestfehlerabstand e_min nicht unterschreitet, bewirkt, denn dadurch wird die Wahrscheinlichkeit mittels geometrischen Hashings falsch positiv identifizierter Konstellationen C^(j) vermindert.
• In einer Ausführungsform der Erfindung kann eine Mehrzahl von Konstellationscodetabellen angelegt werden, welche sich dadurch unterscheiden, dass einer ersten Konstellationscodetabelle zur Bildung der Konstellationen C^(j) ein anderer Konstellationsmindestfehlerabstand e_min zugrunde gelegt wird als einer weiteren Konstellationscodetabelle. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass zur Lokalisierung eines Fahrzeugs 1 abhängig von verschiedenen, beispielsweise zeitlich veränderlichen Anforderungen an die Zuverlässigkeit, die Genauigkeit und die Robustheit gegen Unterbrechungen der Lokalisierung verschiedene Konstellationscodetabellen zur Verfügung stehen.
• Beispielsweise kann zur initialen Lokalisierung des Fahrzeugs 1 eine erste Konstellationscodetabelle verwendet werden, welche mit einem hohen ersten Konstellationsmindestfehlerabstand e_min,1 gebildet wurde. Dadurch ist die Wahrscheinlichkeit einer Verwechslung von zwei Konstellationen C^(j) , C^(j) , i ≠ j verringert und somit eine hohe Sicherheit für eine korrekte Lokalisierung des Fahrzeugs 1 ermöglicht.
• Anschließend kann das Lokalisierungsverfahren auf eine weitere Konstellationscodetabelle umgeschaltet werden, welche mit einem geringeren zweiten Konstellationsmindestfehlerabstand e_min,2 < e_min,1 gebildet wurde. Dadurch sind Konstellationen C^(j) möglich, die eine geringere Zahl von Landmarken 3 umfassen und dichter (das heißt: in kürzeren räumlichen Abständen) entlang der Fahrbahn 2 liegen. Somit sind sowohl eine höhere Genauigkeit als auch eine bessere Zeitauflösung der Lokalisierung möglich.
• Ferner ist es möglich, in regelmäßigen Zeitabständen auf die ursprünglich verwendete erste Konstellationscodetabelle zurückzuschalten und die Position des Fahrzeugs 1 erneut mit hoher Zuverlässigkeit (das heißt: mit einer geringen Wahrscheinlichkeit einer Falschlokalisierung) zu ermitteln. Dadurch bleibt eine Falschlokalisation im ungünstigsten Fall auf das Zeitintervall beschränkt, in dem die zweite Konstellationscodetabelle verwendet wird.
• Durch Hinzufügen weiterer Konstellationscodetabellen und/oder Abstimmung des Zeitabstands zwischen dem Umschalten zwischen Konstellationscodetabellen kann für die Lokalisierung sehr flexibel ein Kompromiss zwischen der Zuverlässigkeit einerseits und der Genauigkeit und Zeitauflösung andererseits eingestellt werden.
• In einer weiteren Ausführungsform kann eine Konstellationscodetabelle derart konstruiert werden, dass eine minimale Anzahl (bezogen auf eine zu erzielende Zuverlässigkeit und/oder Genauigkeit und/oder Zeitauflösung) von Konstellationen C^(j) gebildet und an ein Fahrzeug 1 übertragen wird. Dadurch lässt sich die Effizienz der Datenübertragung verbessern.
• Wie in 5 näher dargestellt, werden zur Lokalisierung eines Fahrzeugs 1 anstelle einzelner Landmarken 3 Konstellationen C bereitgestellt, welche jeweils eine Mehrzahl von Landmarken 3 umfassen können. Die Konstellationen C können mittels eines Kartendienstes oder Map Servers bereitgestellt werden. Ein solcher Kartendienst oder Map Server stellt zudem mindestens eine Konstellationscodetabelle bereit, welche für jede Konstellation C alle zugeordneten, aus den Merkmalen der jeweiligen Landmarken 3 abgeleiteten und/oder diese Merkmale umfassenden Konstellationsmerkmale zur Lokalisierung des Fahrzeugs 1 bereitstellt.
• Im Fahrzeug 1 angeordnete, nicht näher dargestellte Sensoren erfassen Umfeldmerkmale des Fahrzeugumfelds und ordnen diesen eine Position und/oder Ausrichtung im Fahrzeugkoordinatensystem (u,v) zu.
• Mittels einer nicht näher dargestellten Auswerteeinheit werden diese Umfeldmerkmale aufbereitet und mit den Konstellationsmerkmalen von Konstellationen C der jeweils verwendeten Konstellationscodetabelle verglichen. Zum Vergleich der Umfeldmerkmale und der Konstellationsmerkmale können aus dem Stand der Technik bekannte Vergleichsverfahren (Matching Verfahren) verwendet werden, wobei beim Vergleich von Konstellationsmerkmalen zusätzlich die Ausrichtung einer Konstellation C verwendet werden kann.
• Die Auswerteeinheit identifiziert anhand eines solchen Vergleichs Konstellationen C und ermittelt durch Vergleich mit den Positionen und/oder Ausrichtungen der Umfeldmerkmale die Lage und/oder die Ausrichtung von identifizierten Konstellationen C relativ zum Fahrzeugkoordinatensystem (u,v).
• Somit kann die Auswerteeinheit eine Transformation ermitteln, welche die aus der Konstellationscodetabelle relativ zum Landmarkenkoordinatensystem (x,y) bekannten Positionen und/oder Ausrichtungen der identifizierten Konstellationen C in Positionen und/oder Ausrichtungen relativ zum Fahrzeugkoordinatensystem (u,v) überführt. Damit kann die Position und optional auch die Fahrrichtung R des Fahrzeugs 1 relativ zum Landmarkenkoordinatensystem (x ,y) ermittelt werden.
• 6 zeigt schematisch den Ablauf eines Verfahrens zur Lokalisierung eines Fahrzeugs 1 mittels einer erfindungsgemäßen Konstellationscodetabelle.
• Das Verfahren verwendet Sensordaten D1 und Eigenbewegungsdaten D2, welche durch das Fahrzeug 1 ermittelt oder erfasst werden. Optional kann das Verfahren Geopositionsdaten D7 verwenden, welche beispielsweise mittels eines am Fahrzeug 1 angeordneten satellitengestützten Navigationssystems ermittelt werden.
• Das Verfahren verwendet ferner Konstellationscodetabellendaten D3 und lokale Kartenabschnittsdaten D4, welche von einer Kartendienstinstanz S1 bereitgestellt werden und welche die räumliche Situation im Umfeld des Fahrzeugs 1 beschreiben.
• Aus den Sensordaten D1 werden Fahrzeugumfeldmerkmale D5 ermittelt, die mit den Konstellationscodetabellendaten D3 in einem Konstellationsidentifizierungsschritt S2 zur Ermittlung von Konstellationserfassungscodes D6 verglichen werden.
• Aus den Kartenabschnittsdaten D4 werden Konstellationsbeschreibungscodes D8 extrahiert. Aus dem Vergleich der Konstellationserfassungscodes D6 mit den Konstellationsbeschreibungscodes D8 werden in einem Konstellationsvergleichsschritt S3 Positionsdatenaktualisierungen D9 ermittelt, die die Position des Fahrzeugs 1 relativ zum Landmarkenkoordinatensystem (x,y) beschreiben.
• Mittels eines Probabilistischen Filters S4 werden die Positionsdatenaktualisierungen D9 und die Eigenbewegungsdaten D2 derart verknüpft, dass einem vorgegebenem Kriterium, beispielsweise einem Maximum-Likelihood-Kriterium, genügende Fahrzeugpositionsdaten D10 ermittelt werden. In einer Ausführungsform des Verfahrens können zusätzlich auch die Geopositionsdaten D7 verwendet werden.
• Die Fahrzeugpositionsdaten D10 werden an die Kartendienstinstanz S1 übermittelt, die mittels der Fahrzeugpositionsdaten D10 Kartenabschnittsdaten D4 für das aktuelle Fahrzeugumfeld auswählt und bereitstellt.
• Bezugszeichenliste

1

Fahrzeug

2

Fahrbahn

3, 3a bis 3f

Landmarke

3'

Landmarkenabbild



Konstellationsorientierung

(x^(j), y^(j))

Konstellationsschwerpunkt

C, C^(j)

Konstellation, j-te Konstellation

C_S,



Subkonstellation, j-te Subkonstellation

R

Fahrtrichtung

u,v

horizontale, vertikale Fahrzeugkoordinatenachse

(u,v)

Fahrzeugkoordinatensystem

x,y

horizontale, vertikale Landmarkenkoordinatenachse

(x,y)

Landmarkenkoordinatensystem

D1

Sensordaten

D2

Eigenbewegungsdaten

D3

Konstellationscodetabellendaten

D4

Kartenabschnittsdaten

D5

Fahrzeugumfeldmerkmale

D6

Konstellationserfassungscodes

D7

Geopositionsdaten

D8

Konstellationsbeschreibungscodes

D9

Positionsdatenaktualisierungen

D10

Fahrzeugpositionsdaten

S1

Kartendienstinstanz

S2

Konstellationsidentifizierungsschritt

S3

Konstellationsvergleichsschritt

S4

Probabilistischer Filter

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• EP 3130945 A1 [0004]
• DE 102015220831 A1 [0005]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• M. Joerger, B. Pervan, G. Arana, M. Spenko: „Unmapped Feature Detection and Exclusion in Laser-Based Navigation“ in: Proceedings of the 2017 International Technical Meeting of The Institute of Navigation GNSS+, 2017 [0003]
• Wolfson, H.J., Rigoutsos, I.: Geometrie Hashing: An Overview. in: IEEE Computational Science and Engineering, 4(4), (1997), S. 10-21 [0040]

Claims (4)

1. Verfahren zur Bestimmung der Position eines Fahrzeugs (1), wobei mit Positionen relativ zu einem Landmarkenkoordinatensystem ((x,y)) bestimmte Landmarken (3) in einer Fahrzeugumgebung eines Fahrzeugs (1) als Landmarkenabbilder (3') erfasst werden, die Positionen der Landmarkenabbilder (3') relativ zu einem Fahrzeugkoordinatensystem ((u,v)) ermittelt werden und wobei mittels eines Mustervergleichs von aus den Landmarken (3) abgeleiteten Merkmalen mit aus den Landmarkenabbildern (3') abgeleiteten Merkmalen mindestens eine Position des Fahrzeugs (1) relativ zu dem Landmarkenkoordinatensystem ((x,y)) fortlaufend bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Konstellationen (C^(j)) umfassend eine Mehrzahl von Landmarken (3), einen Konstellationsschwerpunkt ((x^(j), y^(j))) und eine Konstellationsorientierung $\left({\overrightarrow{a}}^{\left(j\right)}\right)$

   

   derart gebildet und mittels mindestens einer Konstellationscodetabelle Konstellationscodes zugeordnet werden, dass ein vorbestimmter Konstellationsmindestfehlerabstand e_min zwischen paarweise verschiedenen Konstellationen (C^(j)) einer Konstellationscodetabelle eingehalten wird, wobei der Konstellationscode jeweils aus Merkmalen der einer Konstellation (C^(j)) zugeordneten Landmarken (3) gebildet wird und wobei der Mustervergleich anhand der Konstellationscodes erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Konstellationscodetabellen mit jeweils unterschiedlichen Mindestabständen e_min zwischen paarweise verschiedenen Konstellationen (C^(j)) gebildet wird, wobei für eine Positionsbestimmung mit hoher Genauigkeit Konstellationen (C^(j)) einer Konstellationscodetabelle mit vergleichsweise niedrigerem Mindestfehlerabstand e_min zum Mustervergleich verwendet werden und für eine Positionsbestimmung mit hoher Zuverlässigkeit Konstellationen (C^(j)) einer Konstellationscodetabelle mit vergleichsweise größerem Mindestfehlerabstand e_min zum Mustervergleich verwendet werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Konstellationscodetabelle Konstellationscodes mit einer minimalen Codelänge zusammengefasst werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstellationscodetabelle nach einem Verfahren des geometrischen Hashings gebildet wird.

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