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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der autonom beziehungsweise teilautonom fahrenden Offroad-Fahrzeuge. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, ein Verfahren, ein Computer-Programm-Produkt, ein computerlesbares Speichermedium sowie ein Datenträgersignal.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Bei autonom bzw. teilautonom fahrenden Fahrzeugen ist es eine wünschenswerte Funktionalität und zugleich eine Herausforderung für die Umfelderfassung und Fahrzeugsteuerung, das Fahrzeug mit der gebotenen Genauigkeit und Schnelligkeit zu lokalisieren. Dies dient der Navigation des Fahrzeugs. Insbesondere für Offroad-Fahrzeuge, etwa Industrie- und Landfahrzeuge, die geregelten und häufig vordefinierten Routen befahren, können die Transport-, Konstruktions- bzw. landwirtschaftlichen Bewirtschaftungsprozesse mittels einer genauen und schnellen Fahrzeuglokalisierung sicherer und effizienter gestaltet werden.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Kartendatensätze, die für ein bestimmtes Umfeld bzw. Gelände erstellt sind, einzulesen und basierend auf einer Umfelderfassung mittels einer Umfeldsensorik zu aktualisieren. Ein Verfahren zur Aktualisierung eines Kartendatensatzes einer von mobilen Einrichtungen mit Umgebungssensoren befahrenen, begrenzten Umgebung ist beispielsweise aus
DE 10 2014 015 073 A1 bekannt. Das dortige Verfahren verwendet Umgebungssensoren, die unmittelbar an den mobilen Einrichtungen wie fahrerlosen Transportsystemen (FTS, oder zu Engl.: Automated Guided Vehicles, AGV) angeordnet sind, um die Umgebung des AGV zu erfassen und dort befindliche Objekte und Personen zu detektieren. Mit den so gewonnenen Sensordaten wird der existierende Kartendatensatz aktualisiert und der aktualisierte Kartendatensatz wird an eine zentrale Servereinrichtung übermittelt.
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Dennoch sind die bekannten Verfahren hinsichtlich der Genauigkeit der Kartenaktualisierung und Fahrzeuglokalisierung beschränkt. Der Erfassungsbereich und -genauigkeit der Umfeldsensorik ist durch die physikalische Beschaffenheit limitiert und kann nur bedingt und mit hohem Kostenaufwand erweitert werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine genauere Kartenerstellung und Fahrzeuglokalisierung ohne hohen Kostenaufwand zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung, ein Verfahren, ein Computer-Programm-Produkt, ein computerlesbares Speichermedium sowie ein Datenträgersignal gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
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Das Vorrichtung zum Navigieren eines Fahrzeugs und/oder die Vorrichtung zum Erstellen einer Umfeldkarte kann ein Steuergerät oder ein Teil hiervon sein. Das Steuergerät kann eine elektronische Steuer- oder Regeleinheit (engl. ECU = Electronic Control Unit), ein elektronisches Steuer- oder Regelmodul (ECM = Electronic Control Module) oder eine Steuer-/Regeleinheit für autonomes Fahren (z.B. ein „Autopilot“) handeln. Die Vorrichtung kann am Fahrzeug oder außerhalb bzw. teilweise außerhalb des Fahrzeugs angeordnet sein. Die Kommunikation zwischen der Vorrichtung und dem Fahrzeug kann drahtlos, etwa über Bluetooth, Infrarot, Nahfeld-Kommunikation (Engl.: NFC), Funk, Internet, Intranet, Cloud-Systeme und/oder verdrahtete Systeme erfolgen.
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Das Fahrzeug ist beispielsweise ein Offroad-Fahrzeug, vorzugsweise ein Industriefahrzeug, ein Konstruktionsfahrzeug oder ein Landfahrzeug. Insbesondere handelt es sich hierbei um ein fahrerloses Transportsystem, einen selbstfahrenden Roboter, einen Mobilkran, einen Gabelstapler oder einen Traktor. Das Offroad-Fahrzeug ist vorzugsweise ein autonom oder teilautonom fahrendes Fahrzeug.
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Die Sensorik zum Erzeugen von Umfelddaten kann einen oder mehrere Umfeldsensoren umfassen. Die Umfeldsensoren umfassen vorzugsweise einen Radarsensor (z.B. einen Breitbandradarsensor oder einen Bodenradarsensor, Engl.: Ground Penetrating Radar, GPR), einen Lidarsensor, einen Ultraschallsensor und/oder eine Kamera, etwa eine Stereokamera oder 3D-Kamera oder eine Infrarotkamera, umfassen. Die mehreren Umfeldsensoren der Umfeldsensorik können an unterschiedlichen Positionen angeordnet sein. Die Sensordaten können von der Sensorik selbst, einem Speichermedium oder einem Server, einem Cloud-System, einem Blockchain-System eingelesen werden.
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Die Umfeldkarte kann von der oben erwähnten Umfeldsensorik oder einer anderen Sensorik erzeugt sein. Die Umfeldkarte kann von der diese erzeugenden Sensorik selbst, einem Speichermedium oder einem Server, einem Cloud-System, einem Blockchain-System eingelesen werden. Die Umfeldkarte kann ein Gittersystem umfassend mehere Gitterelemente aufweisen, die mehreren Raum- bzw. Flächenelementen im Umfeld entsprechen.
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Die Auswerteeinheit kann eine Zentralprozessiereinheit (Engl.: Central Processing Unit, CPU) oder eine Graphische Prozessiereinheit (Engl.: Graphic Processing Unit, GPU) umfassen. Alternativ kann es sich bei der Auswerteeinheit um eine ECU oder ein ECM handeln. In diesem Fall ist die Steuervorrichtung eine der ECU bzw. dem ECM übergeordnete Einrichtung/Anordnung.
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Unter Aktualisieren einer Umfeldkarte wird auch das Erweitern bzw. Abändern der Umfeldkarte basierend auf den Sensordaten verstanden. Das Navigieren des Offroad-Fahrzeugs umfasst beispielsweise Lokalisieren bzw. Bestimmen einer Position und/oder einer Ausrichtung des Fahrzeugs. Das Navigieren des Fahrzeugs und/oder das Erstellen der Umfeldkarte basiert vorzugsweise auf Simultaneous Localizing and Mapping (SLAM) oder Monte Carlo Localization (MCL). Alternativ oder zusätzlich kann das Navigieren des Offroad-Fahrzeugs mittels Triangulation erfolgen.
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Zum Navigieren des Fahrzeugs wird eine vorgespeicherte Umfeldkarte über den ersten Dateneingang der Navigationsvorrichtung eingelesen. Die Umfeldkarte enthält mehrere Knotenpunkte, die beispielsweise durch Erfassen von im Umfeld befindlichen Markern vorbestimmt und in die Umfeldkarte aufgenommen worden sind. Über einen zweiten Dateneingang werden Sensordaten eingelesen, die von der Sensorik beim Erfassen des Umfelds erzeugt sind. Mittels der Auswerteeinheit werden mehrere Marker in den Sensordaten detektiert bzw. hieraus extrahiert. Die Auswerteeinheit ist ferner dazu ausgebildet, einen Markerverlauf der detektierten Marker und einen Knotenpunkteverlauf der Knotenpunkte miteinander zu vergleichen, um hieraus einen Korrelationswert zwischen dem Markerverlauf und dem Knotenpunkteverlauf zu ermitteln. Basierend auf dem ermittelten Korrelationswert kann das Fahrzeug navigiert werden.
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Der Knotenpunkteverlauf kann durch Anlegen von Linien und/oder Kurven bestimmt werden, die benachbarte Knotenpunkte verbinden. Der Knotenpunkteverlauf definiert einen Bereich, dessen Position auf der Umfeldkarte mittels der Auswerteeinheit bestimmbar ist. Die Bestimmung der Position des Bereichs liefert eine grobe Position des Fahrzeugs. Anschließend kann die genaue Position des Fahrzeugs in Relation zum besagten Bereich, beispielsweise innerhalb des Bereichs, ermittelt werden. Mit Hilfe der Knotenpunkte ist daher ein zwei- bzw. mehrstufiges Lokalisierungsverfahren ermöglicht.
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Die Umfeldkarte wird erfindungsgemäß erstellt, indem eine vorgespeicherte Umfeldkarte über einen ersten Dateneingang eingelesen wird. Über einen zweiten Dateneingang werden Marker eingelesen, die aus Sensordaten extrahiert sind, wobei die Sensordaten von einer Sensorik beim Erfassen des Umfelds umfassend die mehreren Marker erzeugt sind. Die eingelesene Umfeldkarte wird aktualisiert, indem mehrere Knotenpunkte in die Umfeldkarte aufgenommen werden, wobei die Knotenpunkte den eingelesenen Markern entsprechen. Die eingelesene Umfeldkarte kann eine Vorlage sein, die noch keine Positionsdaten enthält. Das Verfahren zum Erstellen der Umfeldkarte kann ferner Einlesen von Sensordaten und/oder Extrahieren von Markern umfassen.
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Gemäß einer Ausführungsform wird als zumindest einer der mehreren Marker ein Marker mit einer vorbekannten Geometrie, einem vorbekannten Muster und/oder einer vorbekannten Farb-/Kontrastkombination verwendet.
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Vorbekannte Geometrien, Muster und/oder Farbkombinationen können in einem Speichermedium der Auswerteeinheit oder einem externen Speichermedium, auf das die Auswerteeinheit zugreifen kann, vorabgespeichert sein. Beispielsweise kann es sich hierbei um bekannte Gegenstände wie Feuerlöscher, Ampeln, Straßenbeleuchtungen, Sperrreflektoren und/oder Kreuze an einer Gebäudeaußenwand handeln. Diese Gegenstände sind nicht willkürlich, sondern vielmehr an bestimmten Orten angebracht. Daher kann durch Erfassen derartiger Gegenstände der Ort, in dem sie angeordnet sind, einfacher ermittelt werden. Beispielsweise können eine Zuweisung zwischen mehreren Orten und bekannten Gegenständen vorabgespeichert sein, um beim Detektieren eines dieser bekannten Gegenstände auf den diesem zugeordneten Ort zu schließen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein auf erweiterter Realität (Engl.: Augmented Reality, AR) basierter Marker und/oder ein funkbasierter Marker verwendet werden.
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AR-basierte Marker sind besonders leicht mittels Kameras erfassbar. Funkbasierte Marker vereinfacht das Detektieren der Marker mittels der Sensorik dadurch, dass dies auch bei dunklen bzw. schlechten Lichtverhältnissen bzw. ohne direkten Lichtkontakt zwischen den Markern und der Sensorik erfolgen kann.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ist ausgeführt, in einen Speicher eines Computers geladen zu werden und umfasst Softwarecodeabschnitte, mit denen die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf dem Computer läuft.
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Ein Programm gehört zur Software eines Daten verarbeitenden Systems, zum Beispiel einer Auswerteeinrichtung oder einem Computer. Software ist ein Sammelbegriff für Programme und zugehörigen Daten. Das Komplement zu Software ist Hardware. Hardware bezeichnet die mechanische und elektronische Ausrichtung eines Daten verarbeitenden Systems. Ein Computer ist eine Auswerteeinrichtung.
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Computerprogrammprodukte umfassen in der Regel eine Folge von Befehlen, durch die die Hardware bei geladenem Programm veranlasst wird, ein bestimmtes Verfahren durchzuführen, das zu einem bestimmten Ergebnis führt. Wenn das betreffende Programm auf einem Computer zum Einsatz kommt, ruft das Computerprogrammprodukt den oben beschriebenen erfinderischen technischen Effekt hervor.
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Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ist Plattform unabhängig. Das heißt, es kann auf jeder beliebigen Rechenplattform ausgeführt werden. Bevorzugt wird das Computerprogrammprodukt auf einer erfindungsgemäßen Auswertevorrichtung zum Erfassen des Umfelds des Fahrzeugs ausgeführt.
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Die Softwarecodeabschnitte sind in einer beliebigen Programmiersprache geschrieben, zum Beispiel in Python, Java, JavaScript, C, C++, C#, Matlab, LabView, Objective C.
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Das computerlesbare Speichermedium ist beispielsweise ein elektronisches, magnetisches, optisches oder magneto-optisches Speichermedium.
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Das Datenträgersignal ist ein Signal, welches das Computer-Programm-Produkt von einem Speichermedium, auf dem das Computer-Programm-Produkt gespeichert ist, auf eine andere Entität, beispielsweise ein anderes Speichermedium, einen Server, ein Cloud-System, ein drahtloses Kommunikationssystem der 4G/5G oder eine Daten verarbeitende Einrichtung, überträgt.
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Ausführungsformen werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Navigationsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
- 2A eine schematische Darstellung eines Offroad-Fahrzeugs in einem Umfeld, welches mehrere Marker umfasst;
- 2B eine schematische Draufsicht einer Umfeldkarte, in der mehrere Knotenpunkte aufgenommen sind, die den Markern aus 2A entsprechen; und
- 3 eine schematische Darstellung einer Kartenerstellungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
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In den Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktionsähnliche Bezugsteile. In den einzelnen Figuren sind die jeweils relevanten Bezugsteile gekennzeichnet.
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1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Navigieren eines Offroad-Fahrzeugs 50 (siehe 2A) mittels einer Umfeldkarte 30 (siehe 2B). Die Vorrichtung 10 umfasst einen ersten Dateneingang 12 zum Einlesen einer vorgespeicherten Umfeldkarte 30, die ein Umfeld 60 des Fahrzeugs 50 betrifft. Die Umfeldkarte 30 kann, wie in 1 beispielhaft gezeigt, von einem Kartenspeichert 34 eingelesen werden. Wie in 2B beispielhaft gezeigt, sind auf der vorgespeicherten bzw. eingelesenen Umfeldkarte 30 mehrere Knotenpunkte 32a-e enthalten.
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Die Vorrichtung 10 umfasst außerdem einen zweiten Dateneingang 14 zum Einlesen von Sensordaten, die von einer Sensorik 20 beim Erfassen des Umfelds 60 umfassend mehrere Marker 62a-e erzeugt sind. Wie in 1 beispielhaft gezeigt, können die Sensordaten direkt von der Sensorik 20 eingelesen werden. Dies ist vorzugsweise der Fall, wenn sowohl die Vorrichtung 10 als auch die Sensorik 20 direkt am Offroad-Fahrzeug 50 angeordnet sind.
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Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Auswerteeinheit 16, die dazu dient, mehrere Marker 62, die im Umfeld 60 angeordnet sind (2A), in den Sensordaten zu detektieren. Außerdem dient die Auswerteeinheit 16 dazu, einen Markerverlauf 64 der detektierten Marker 62a-e in den eingelesenen Sensordaten und einen Knotenpunkteverlauf 36 der Knotenpunkte 32a-e auf der eingelesenen Umfeldkarte 30 zu bestimmen. Des Weiteren nimmt die Auswerteeinheit 16 das Ermitteln eines Korrelationswertes zwischen dem Markerverlauf 64 und dem Knotenpunkteverlauf 36 vor, wobei basierend auf dem ermittelten Korrelationswert das Fahrzeug 50 navigiert werden kann. Der Korrelationswert und/oder Navigationssignale, die basierend auf dem ermittelten Korrelationswert mittels der Auswerteeinheit 16 erzeugt werden, können an das Fahrzeug 50 oder eine mit diesem datentechnisch verbundene externe Entität (etwa ein Cloud-System, ein Blockchain-System, ein 4G/5G-Kommunikationsnetzwerk) ausgegeben werden.
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2A zeigt schematisch das Umfeld 60, in dem sich das Offroad-Fahrzeug 50 befindet. Wie in 2A beispielhaft gezeigt, ist die Sensorik 20 am Fahrzeug 50 angebracht. Die mehreren Marker 62a-e umfassen, wie ebenfalls in 2A beispielhaft gezeigt, ein Kreuz 62a (z.B. ein rotes Kreuz an einer Außenwand eines Krankenhauses), einen Feuerlöscher 62b (z.B. an einer Feuerwehrstation), einen AR-Tag oder einen funkbasierten Tag 62c, einen Sperrreflektor 62d und eine Ampel 62e. Die gestrichelte Verbindungslinie indiziert den Markerverlauf 64.
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2B zeigt schematisch die Umfeldkarte 30. Diese kann mittels einer Kartenerstellungseinheit 40, die beispielhaft in 3 gezeigt ist, erstellt werden. Zunächst bewegt sich das Offroad-Fahrzeug 50 im Umfeld 60, wobei die Sensorik 20 die Marker 62a-e erfasst. Hieraus entstehen Sensordaten, in denen die Marker 62a-e registriert sind. Die Sensordaten können, wie in 3 gezeigt, über einem zweiten Dateneingang 44 der Aktualisiereinheit 46 zugeführt werden. Über einen ersten Dateneingang 42 wird eine vorgespeicherte Umfeldkarte 30 eingelesen. Mittels der Aktualisiereinheit 46 werden Knotenpunkte 32a-e bestimmt, die den aus den eingelesenen Sensordaten zu extrahierenden Markern 62a-e entsprechen. Schließlich werden die bestimmten Knotenpunkte 32a-e in die Umfeldkarte 30 aufgenommen.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Knotenpunkteverlauf 36 ebenfalls bestimmt und in die Umfeldkarte 30 aufgenommen werden. Auf diese Weise kann die Auswerteeinheit 12 der Navigationsvorrichtung 10 direkt auf den Knotenpunkteverlauf 36 der eingelesenen Umfeldkarte 30 zugreifen (1), was den rechnerischen Aufwand des Navigierens verringert.
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Erfindungsgemäß wird somit ein vereinfachtes Navigier- bzw. Lokalisierverfahren ermöglicht. Ein Bereich, der durch den Knotenpunkteverlauf 36 definiert ist, auf der Umfeldkarte 30 kann mittels der Auswerteeinheit 16 bestimmt werden. Die Position dieses Bereichs auf der Umfeldkarte 30 ist ebenfalls bestimmbar. Dies liefert eine grobe Position des Fahrzeugs 50. Basierend hierauf kann die genaue Position des Fahrzeugs 50 relativ zum besagten Bereich in einem weiteren Schritt bestimmt werden. Hierdurch kann das Lokalisieren des Fahrzeugs 50 auf einen eingegrenzten Bereich eingeschränkt werden, sodass der rechnerische Aufwand reduziert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 12
- erster Dateneingang
- 14
- zweiter Dateneingang
- 16
- Auswerteeinheit
- 18
- Datenausgang
- 20
- Sensorik
- 30
- Umfeldkarte
- 32a-e
- Knotenpunkt
- 34
- Kartenspeicher
- 36
- Knotenpunkteverlauf
- 40
- Vorrichtung
- 42
- erster Dateneingang
- 44
- zweiter Dateneingang
- 46
- Aktualisiereinheit
- 48
- Datenausgang
- 50
- Fahrzeug
- 60
- Umfeld
- 62a-e
- Marker
- 64
- Markerverlauf
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014015073 A1 [0003]
