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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verifizieren von elektronischen Horizonten. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Verifizieren von elektronischen Horizonten. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt.
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Stand der Technik
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Bekannt sind elektronische Horizonte, die eine in der Praxis verwendete kleine Teilmenge einer digitalen Karte repräsentieren. Mittels einer Schätzung einer voraussichtlichen Bewegung eines Fahrzeugs im digitalen Kartennetz wird der sogenannte „Most-Probable-Path“ berechnet, was einer wahrscheinlichen bevorstehenden Fahrtstrecke des Fahrzeugs entspricht. Der elektronische Horizont stellt dann Kartendaten (z.B. Attribute, Straßengeometriedaten) entlang des Most-Probable-Path in einem maschinenlesbaren Format zur Verfügung. Die Länge des elektronischen Horizonts ist nach den Bedürfnissen des Anwendungsfalls konfigurierbar, sie beträgt in der Regel wenige 100m bis einige Kilometer. Der elektronische Horizont stellt somit eine stark reduzierte Datenmenge aus einer digitalen Karte bereit.
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Falls Karteninformationen veraltet oder irrtümlich falsch sind, ist ein aus einer einzelnen Datenbasis berechneter elektronischer Horizont entsprechend unzuverlässig.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Nutzung einer digitalen Kartendatenbasis bereit zu stellen.
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Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst mit einer Vorrichtung zum Verifizieren von elektronischen Horizonten, aufweisend:
- - wenigstens zwei digitale Kartendatenbasen, aus denen jeweils ein elektronischer Horizont aufgrund von Verortungsdaten generierbar ist; und
- - eine Plausibilisierungseinrichtung zum gegenseitigen Plausibilisieren der wenigstens zwei elektronischen Horizonte nach wenigstens einem definierten Kriterium.
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Auf diese Weise werden Informationen der beiden digitalen Karten miteinander plausibilisiert. Falls die Informationen in beiden digitalen Karten auftreten, ist die Wahrscheinlichkeit höher, dass dies auch der Realität entspricht. Dies stellt eine wichtige Information dar, insbesondere im Zusammenhang mit automatisiertem Fahren. Die Vorrichtung stellt somit einen Konfidenz- bzw. Plausibilitätswert bereit, wodurch im Ergebnis auf diese Art und Weise ein kleiner Abschnitt der digitalen Karte immer hochgenau generiert wird.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Verifizieren von elektronischen Horizonten, aufweisend die Schritte:
- - Bereitstellen von Verortungsdaten;
- - Bereitstellen von elektronischen Horizonten aus Kartendatenbasen entsprechend den Verortungsdaten; und
- - Gegenseitiges Plausibilisieren der elektronischen Horizonte aufgrund wenigstens eines definierten Kriteriums.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass eine Nutzung der elektronischen Horizonte nur dann durchgeführt wird, wenn die wenigstens zwei elektronischen Horizonte in definierten Segmenten ausreichend plausibel sind. Auf diese Weise ist eine Nutzung der generierten Daten sinnvollerweise nur dann bereitgestellt, wenn ein Plausibilitätswert der elektronischen Horizonte ausreichend plausibel sind bin. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit automatisiertem Fahren wichtig.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass eine Attributierung der digitalen Horizonte durchgeführt wird, wenn die wenigstens zwei elektronischen Horizonte in definierten Segmenten ausreichend plausibel sind. Auf diese Weise wird eine plausibilisierte Attributierung der digitalen Horizonte durchgeführt, wodurch deren Gebrauchswert in der Praxis deutlich gesteigert ist.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass die digitalen Kartendatenbasen auf einem Datenträger im Fahrzeug hinterlegt sind. Damit wird eine erste Art der Hinterlegung der Kartendatenbasen realisiert.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die digitalen Kartendatenbasen auf einer externen Servereinrichtung hinterlegt sind. Auf diese Weise wird eine alternative Art der Hinterlegung der digitalen Kartendatenbasen realisiert, wobei auf diese Weise aus Aktualitätsgründen noch besser möglich ist, dass hochgenaue Abschnittsdaten der Kartendatenbases auf ein Fahrzeug heruntergeladen werden.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass für einen Straßenabschnitt ein Attributvergleich und/oder ein Geometrievergleich von Segmenten der elektronischen Horizonte durchgeführt wird, wobei Segmente mit gleichen Attributen zusammengefasst werden. Auf diese Weise wird eine effiziente Aufbereitung der Kartendatenbasen durchgeführt, wodurch ein Vergleich zur Plausibilisierung besser durchführbar ist.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass ein Fahrbetrieb eines die Vorrichtung nutzenden Fahrzeugs an den Plausibilitätswert der elektronischen Horizonte angepasst wird. Dadurch ist unterstützt, dass ein automatisierter Fahrbetrieb an den Plausibilitätswert angepasst, wobei bei einem hohen Plausibilitätswert ein automatisierter Fahrbetrieb aktiviert wird und bei einem niedrigen Plausibilitätswert aus Sicherheitsgründen kein automatisierter Fahrbetrieb aktiviert wird.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass ein Fahrbetrieb des Fahrzeugs an den Konfidenzwert angepasst wird.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass aus den plausibilisierten Daten der elektronischen Horizonte zusammen mit einem Plausibilitätswert eine weitere digitale Kartendatenbasis generierbar ist. Dadurch kann eine weitere digitale Kartendatenbasis generiert werden, die aus den plausibilisierten Kartendatenbasen entstanden ist und damit noch genaueres Datenmaterial bereitstellt.
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Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren detailliert beschrieben. Dabei ergeben sich technische Merkmale und Vorteile der beschriebenen Vorrichtung in analoger Weise aus technischen Merkmalen und Vorrichtung aus dem beschriebenen Verfahren.
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In den Figuren zeigt:
- 1 eine prinzipielle Darstellung einer ersten Ausführungsform der vorgeschlagenen Vorrichtung;
- 2...6 ein Ergebnis des Verfahrens gemäß der ersten Ausführungsform der Vorrichtung;
- 7 eine prinzipielle Darstellung einer zweiten Ausführung der vorgeschlagenen Vorrichtung; und
- 8 ein prinzipielles Blockschaltbild einer vorgeschlagenen Vorrichtung.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Ein Kerngedanke der Erfindung ist es insbesondere, eine Plausibilisierung eines elektronischen Horizonts zu realisieren, der aus einer Kartendatenbasis mit einem weiteren elektronischen Horizont erzeugt wird, welche aus einer separaten, unabhängigen Kartendatenbasis erzeugt wurde. Dies dient dazu, die Zuverlässigkeit eines genutzten elektronischen Horizonts, insbesondere für sicherheitsrelevante Funktionen eines Fahrzeugs zu erhöhen.
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Digitale Karten stellen ein Abbild der Realität mit begrenzter Genauigkeit, Vollständigkeit und Aktualität dar. Für sicherheitsrelevante, kartenbasierte Fahrzeugfunktionen sind sie deshalb nur eingeschränkt geeignet. Mit der Erfindung wird vorteilhaft erreicht, dieser Einschränkung durch Vergleich und Plausibilisierung mehrerer unabhängiger Datenquellen entgegen zu wirken.
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Der Vergleich von kompletten Kartendatenbasen ist sehr aufwendig, da unabhängig voneinander erhobene digitale Karten häufig bereits geometrisch nicht deckungsgleich sind. Dies liegt auch daran, dass unterschiedliche Kartenhersteller verschiedene, teilweise manuelle Prozessierungs-Schritte anwenden.
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Ein elektronischer Horizont enthält üblicherweise nur die für eine definierte, kleine Menge an Funktionen erforderlichen Karteninformationen, welches den Suchraum für den Vergleich erheblich reduziert.
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Eine weitere Reduzierung des Suchraums für den Vergleich wird dadurch erreicht, dass ein elektronischer Horizont an der örtlichen Fahrzeugposition beginnt und für eine definierte Vorausschau vor dem Fahrzeug berechnet wird. Je nach Länge dieser Vorausschau („Offset“) und dem Berechnungsverhalten an Entscheidungspunkten (Verfolgen eines wahrscheinlichen Pfades, Subpfade, usw.) müssen entsprechend wenige Karteninformationen verglichen werden.
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1 zeigt ein Prinzip einer Funktionsweise des vorgeschlagenen Systems. Man erkennt zwei Kartendatenbasen 10, 20, die unabhängig voneinander erzeugt wurden. Aus den beiden Kartendatenbasen 10, 20 wird anhand einer Fahrzeugposition von dieser ausgehend jeweils ein elektronischer Horizont h1 , h2 erzeugt, wobei der erste Horizont aus der ersten Kartendatenbasis 10 und der zweite Horizont aus der zweiten Kartendatenbasis 20 erzeugt wird. Dazu muss die Fahrzeugposition einem Straßensegment und einem Offset auf diesem Segment in beiden elektronischen Karten (nicht dargestellt) zugeordnet sein (sogenanntes „Map-Matching“). Die Segmente können sich in ihrer Ausdehnung in beiden Kartendatenbasen 10, 20 unterscheiden, sodass das Map-Matching pro Kartendatenbasis 10, 20 gemacht werden muss. Die Horizonte h1 , h2 haben eine als gleich angenommene Ausdehnung, die sogenannte „Vorausschau vor dem Fahrzeug“.
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Im Folgenden werden nun mit der Erfindung vorgeschlagene Vergleiche von Geometrie und Attributierung separat betrachtet, wobei auch eine Kombination der genannten Vergleiche denkbar ist. Ebenso können mehr als zwei Kartendatenbasen 10, 20 und elektronische Horizonte für die vorgeschlagene Vorrichtung verwendet werden.
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Beim Attributvergleich werden für eine kartenbasierte Funktion, die die Geschwindigkeitsattributierung auswertet, nunmehr beide elektronischen Horizonte h1 , h2 verglichen, wobei die geometrischen Eigenschaften als gleich angenommen werden. Dafür wird eine Unterteilung der oben beschriebenen Ausdehnung in Abschnitte vorgenommen, die jeweils einen konstanten Attributwert aufweisen. Die Geschwindigkeitsattributierung ist als ein lineares Attribut vergeben, wobei diejenigen Straßenabschnitte attributiert sind, für die eine bestimmte Beschränkung gilt, und nicht die punktuelle Position eines Verkehrsschildes. Man findet auf diese Art und Weise die Abschnitte a1h1, a2h1 und a3h1 auf dem ersten elektronischen Horizont h1 sowie die Abschnitte a1h2 und a2h2 auf dem zweiten elektronischen Horizont h2 .
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Beim anschließenden Vergleich wird festgestellt, dass die Abschnitte a1h1 und a1h2 identisch mit 70 km/h markiert bzw. attributiert sind, weshalb diese Information als plausibel angenommen wird. Der Vergleich zwischen den Abschnitten a2h1 und a2h2 sowie den Abschnitten a3h1 und a2h2 ergibt Unterschiede. Jedoch kann festgestellt werden, dass auf einem Abschnitt auf a2h2, welcher in der Länge dem Abschnitt a2h1 entspricht, derselbe Attributwert 50 km/h vergeben ist, weshalb auch diese Information nunmehr plausibel ist. Auf dem letzten Abschnitt a3h1 findet sich ein Wert bzw. eine Attributierung 100 km/h, welcher definitiv nicht einem Abschnitt auf dem zweiten elektronischen Horizont h2 zugeordnet werden kann, weshalb dieser Wert im Ergebnis somit unplausibel ist.
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Ob eine unplausible Information verwendet wird, wird durch eine nachfolgende Funktion entschieden, wobei im Falle sicherheitsrelevanter Kartenattribute von einer Verwendung im automatisierten Fahrbetrieb des Fahrzeugs in der Regel abgesehen wird.
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In einer Variante kann vorgesehen sein, als Ergebnis des Vergleichs der beiden Horizonte h1 , h2 einen erweiterten elektronischen Horizont zu verwenden, indem die Segmente um ein sogenanntes „Plausibilitätsattribut“ p erweitert werden.
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Zum Beispiel kann der erste elektronische Horizont h1 mit dem zweiten elektronischen Horizont h2 verglichen werden. Dabei erfolgt ein segmentweiser Vergleich entlang des Segmente axh1 mit den Segmenten axh2. Das Ergebnis des Vergleichs in Form eines Wertes p = plausibel oder p = unplausibel wird wiederum als Attribut entlang der Segmente axh1 des ersten elektronischen Horizonts h1 abgespeichert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird dann nur noch der plausibilisierte erste Horizont h1 verwendet und nicht mehr der zur Plausibilisierung herangezogene zweite Horizont h2 . Zum Beispiel könnte der plausibilisierte erste Horizont h1 verwendet werden, um eine Fahrerassistenzfunktion, wie zum Beispiel eine aktive Lichtsteuerung oder eine hochautomatisierte Fahrfunktion des Fahrzeugs mit Daten zu versorgen. Dabei wird die Fahrerassistenzfunktion nur dann bereitgestellt, wenn die Segmente des verwendeten ersten Horizonts h1 das Attribut p = plausibel tragen. Tragende Segment das Attribut p = unplausibel, so wird die Funktion nicht angeboten oder eine „Fallback-Funktionsstrategie“ angewendet, z.B. dass die Scheinwerfer eines Kurvenlichts in die sichere Position „gerade aus“ gestellt werden.
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Das genannte Attribut der Geschwindigkeit ist hier nur beispielhaft erwähnt. In gleicher Art kann mit weiteren Kartenattributen verfahren werden, wie zum Beispiel einem Attribut „Tunnel“ oder anderen Attributen, wie z.B. „Art der Fahrbahnmarkierung“, „Markierungsfarbe“, usw.
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Wenn die Kartendatenbasen 10, 20 der beiden zu vergleichenden Horizonte h1 , h2 unterschiedlichen digitalen Karten entstammen, so werden die Segmente axh1 und axh2 nicht immer an genau den gleichen Stellen beginnen und enden, auch wenn die digitalen Karten beide korrekt sind. Ursache sind geringfügige Digitalisierungsfehler beim Erstellen der beiden digitalen Karten, aus denen die beiden elektronischen Horizonte h1 , h2 generiert werden. Üblicherweise liegen diese Ungenauigkeiten konventionell im Bereich von ca. 1m bis ca. 5m.
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In einer weiteren vorteilhaften Variante wird dem dadurch Rechnung getragen, dass die Position der Segmentgrenzen jeweils vom Anfang des Horizonts h1 und h2 dargestellt werden, (in Form eines sogenannten „Offsets“ oder Versatzes vom Beginn des Horizonts aus). Sollte der Offset zweier zu vergleichender Segmentanfänge unterhalb einer zu definierenden Schwelle s liegen, so wird trotzdem das Attribut p = plausibel vergeben. Sollten die zu vergleichenden Segmentanfänge mehr als um die Schwelle s differieren, so wird das Attribut p = unplausibel vergeben.
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In den folgenden 2 bis 6 wird beispielhaft dargestellt, wie man den Attributvergleich mit dem Schwellwert umsetzen kann. Man erkennt in 2, dass Straßensegmente der Fahrzeugpositionen aus den beiden Kartendatenbasen 10, 20 erzeugt und elektronische Horizonte h1, h2, ausgehend vom bestimmten Straßensegment, ermittelt werden. Eine Länge der genannten Horizonte h1 , h2 ist in Metern angegeben.
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Danach wird eine Liste von Abschnitten gleichen Attributswerts in km/h der beiden Horizonte h1 , h2 erzeugt.
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Nunmehr beginnt eine Plausibilisierung mit einem ersten Abschnitt der Horizonte h1 , h2 , wobei im Falle, dass der Startoffset des zweiten Horizonts h2 höher ist (außerhalb eines definierten Toleranzschwellwerts s) als der Startoffset des ersten Horizonts h1 , der entsprechende Streckenabschnitt nicht plausibilisiert werden kann.
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In 3 ist erkennbar, dass in den beiden elektronischen Horizonten h1, h2 jeweils Abschnitte gleicher Attributierung zusammengefasst werden, wodurch Abschnitte mit jeweils in sich konsistenter Attributierung generiert werden.
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In 4 ist erkennbar, dass nunmehr die Abschnitte der elektronischen Horizonte h1 , h2 derart segmentiert werden, dass jeweils Abschnitte mit gleicher Attributierung bereitgestellt werden. Erkennbar, dass jeweils in beiden elektronischen Horizonten h1 , h2 eine Attributierung 70 km/h sich vom Offset 0 m bis zum Offset 1000 m erstreckt.
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In 5 ist mit gestrichelten Pfeilen angedeutet, aus welchem Abschnitt die jeweilige Attributierung eines Segments stammt.
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In 6 ist dargestellt, dass Segmente mit unterschiedlicher Attributierung als unplausibel und Abschnitte mit gleicher Attributierung als plausibel markiert werden.
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In einer weiteren prinzipiellen Variante kann auch vorgesehen sein, dass zwei oder mehr elektronische Horizonte verglichen werden, die sich in ihren geometrischen Eigenschaften unterscheiden. Dies hat auch zur Folge, dass sich die räumliche Ausdehnung a unterschiedlich abbildet. Im Allgemeinen stellt der elektronische Horizont einen sich räumlich in alle drei Dimensionen sich krümmenden Strahl dar.
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Man erkennt in 7, dass wiederum Abschnitte a1h1 und a2h1 des ersten elektronischen Horizonts h1 sowie Abschnitte a1h2 und a2h2 des zweiten elektronischen Horizonts h2 ermittelt werden. Diese Abschnitte sind geometrisch nicht absolut gleich, lassen sich aber durch eine Transformation aufeinander abbilden, wobei die durchschnittlichen und maximalen Distanzen der beiden elektronischen Horizonte h1 , h2 voneinander jeweils bestimmte Schwellwerte da (a = „average“) und dmax nicht überschreiten dürfen, damit ein Horizont als plausibel erkannt wird. Weiterhin kann zusätzlich festgestellt werden, ob die Attributierung (70 km/h in den Abschnitten a1h1 und a1h2 sowie 50 km/h in den Abschnitten a2h1 und a2h2) identisch sind. Somit wird dadurch geschlussfolgert, dass der Abschnitt a1h1 identisch mit a1h2 sowie der Abschnitt a2h1 identisch mit dem Abschnitt a2h2 ist und die jeweilige Geschwindigkeit plausibel sind und somit der elektronische Horizont plausibel ist.
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Der geometrische Vergleich zweier elektronischer Horizonte kann mit bekannten mathematischen Verfahren durchgeführt werden. Dabei wird die geometrische Form eines elektronischen Horizonts in der Regel durch eine mathematische Kurve im dreidimensionalen Raum beschrieben. In einer ersten Variante kann die Geometrie des elektronischen Horizonts als eine Abfolge von Polygonen (nicht dargestellt) bestimmter Länge beschrieben, die in einem definierten Winkel zusammengefügt sind. In einer weiteren Variante kann die Geometrie des elektronischen Horizonts als ein Clothoiden-Modell (nicht dargestellt) modelliert sein. In einer weiteren Variante kann die Geometrie des elektronischen Horizonts mittels kubischer Bezier-Splines (nicht dargestellt) beschrieben werden.
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Eine vorteilhafte Methode, um zwei elektronische Horizonte h1 , h2 bezüglich ihrer geometrischen Identität zu beschreiben, liegt darin, ausgehend vom Ursprung jedes Horizonts die geometrischen oder arithmetischen Abweichungen zu bestimmen, was z.B. segmentweise erfolgen kann. Liegt die geometrische oder arithmetische Abweichung eines Segments unterhalb eines definierten Schwellwerts s, so wird das Segment als plausibel gewertet. Das Segment kann wie vorangehend beschrieben, mit einem Plausibilitätswert p = plausibel versehen werden.
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Liegt die geometrische oder arithmetische Abweichung des Segments oberhalb des Schwellwerts s, so wird das entsprechende Segment mit einem Plausibilitätswert p = unplausibel versehen.
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Sofern ein elektronischer Horizont unter Nutzung eines weiteren elektronischen Horizonts auf diese Weise geometrisch plausibilisiert wurde, kann eine Fahrfunktion des Fahrzeugs nun annehmen, dass die Karteninformationen nutzbar sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann unter Verwendung zweier elektronischer Horizonte h1 , h2 eine neue Geometrie für einen weiteren elektronischen Horizont h3 erzeugt werden. Wurde der erste elektronische Horizont h1 oder Teilsegmente desselben mittels des zweiten elektronischen Horizonts h2 als plausibel gewertet, so können die Geometrien der beiden elektronischen Horizonte h1 , h2 , z.B. durch Mittelwertbildung zu einem neuen elektronischen Horizont h3 „verschmolzen“ werden.
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Unter der Annahme, dass beide elektronischen Horizonte h1 , h2 korrekt sind aber einer statistischen Störung/Abweichung in Form z.B. einer Gauß'schen Normalverteilung unterliegen, so ist zu erwarten, dass eine aus dem ersten elektronischen Horizont h1 und dem zweiten elektronischen Horizont h2 gemittelte neuer elektronischer Horizont h3 der Realität näher liegt als der jeweilige elektronische „Ursprungshorizont“ h1 , h2 .
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8 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild einer Vorrichtung 100 zum Verifizieren von elektronischen Horizonten. Man erkennt eine erste Kartendatenbasis 10, aus der ein erster elektronischer h1 an eine Plausibilisierungseinrichtung 30 zugeführt wird. Marken ferner eine zweite Kartendatenbasis 20, aus der ein zweiter elektronischer h2 der Plausibilisierungseinrichtung 30 zugeführt wird. Die Plausibilisierungseinrichtung 30 führt die Verifizierung bzw. Plausibilisierung der elektronischen Horizonte h1 , h2 in der oben genannten Art und Weise durch.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung 100 innerhalb des Fahrzeugs in einem Steuergerät angeordnet ist. In einer Variante kann auch vorgesehen sein, dass jeweils aktuelle Daten mittels einer Funkverbindung an eine Servereinrichtung (nicht dargestellt) übermittelt werden wobei die Vorrichtung 100 in diesem Fall auf der Servereinrichtung durchgeführt wird, und die Ergebnisse drahtlos an das Fahrzeug übertragen werden.
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Obwohl vorgehend die Vorrichtung das Verfahren mit zwei Kartendatenbasen erläutert wurde, ist auch denkbar, die vorgeschlagene Vorrichtung mit mehr als zwei Kartendatenbasen zu realisieren. Wenn die Kartendatenbasen schon sehr genau sind, braucht man tendenziell eher weniger Kartendatenbasen und umgekehrt.
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Vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren als eine Software implementieren, die beispielsweise auf dem genannten Steuergerät im Fahrzeug oder cloud-basiert auf einer Servereinrichtung abläuft. Eine einfache Adaptierbarkeit des Verfahrens ist auf diese Weise unterstützt.
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Der Fachmann wird die Merkmale der Erfindung in geeigneter Weise abändern und/oder miteinander kombinieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
