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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt, eine Steuereinrichtung und ein Fahrzeug.
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Es sind Fahrzeuge bekannt, die eine automatisierte Parkfunktion aufweisen, die insbesondere zum automatischen Parken des Fahrzeugs in einem geeigneten Parkhaus oder einem geeigneten Parkplatz geeignet sind. Derartige Systeme werden beispielsweise als automatisierte Valet-Parksysteme bezeichnet. Hierbei wird zwischen zwei Typen unterschieden. Bei einem ersten Typ steuert sich das Fahrzeug selbst, wobei das Parkhaus beispielsweise über geeignete Merkmale verfügt, die zur Orientierung des Fahrzeugs dienen, wie beispielsweise ARUCO-Codes. Bei einem zweiten Typ ist das Fahrzeug fernsteuerbar, wobei das Parkhaus beispielsweise über Sensorik und Pfadplanungsmittel verfügt, um das Fahrzeug zu steuern. Zwischen diesen beiden Typen kann es verschiedene Zwischenstufen geben, bei denen sich die Funktionen unterschiedlich auf Fahrzeug und Parkhaus verteilen.
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Bei Typ-1 Valet-Parksystemen wird dem Fahrzeug beispielsweise vorab oder bei der Einfahrt in das jeweilige Parkhaus ein Datensatz übermittelt, der dem Fahrzeug die Orientierung anhand der verteilt angeordneten Merkmale, wie ARUCO-Codes, ermöglicht. Der Datensatz enthält beispielsweise eine Zuordnung einer jeweiligen Position des Merkmals und/oder Angaben zur Lage eines Fahrkorridors relativ zu dem Merkmal. Diese Informationen werden von dem Betreiber des Parkhauses beispielsweise bei Inbetriebnahme ermittelt und in dem Datensatz hinterlegt. Für eine reibungslose Funktion des Systems ist es von äußerster Wichtigkeit, dass die in dem Parkhaus verteilt angebrachten und zur Orientierung dienenden Merkmale, beispielsweise ARUCO-Codes, an exakt derjenigen Position angeordnet sind, die in dem Datensatz gespeichert ist, da es ansonsten zu Fehlorientierungen oder gar zu Kollisionen kommen kann.
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Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, das Überprüfen der Anordnung von optisch erfassbaren Markern zu verbessern.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Validieren eines Systems umfassend mehrere optisch erfassbare und eindeutig unterscheidbare Marker, die innerhalb eines vorbestimmten Bereichs an bestimmten Positionen angeordnet sind, und einen Datensatz, der jedem der Marker eine Information umfassend eine Soll-Position zuordnet, vorgeschlagen. Das Verfahren weist die Schritte auf:
- a) Abfahren des vorbestimmten Bereichs mit einem Fahrzeug,
- b) Empfangen eines für eine Position des Fahrzeugs indikativen Positionssensorsignals,
- c) Empfangen eines optischen Sensorsignals einer Umgebung des Fahrzeugs von einer optischen Sensoreinheit des Fahrzeugs, wobei das optische Sensorsignal wenigstens einen bestimmten der mehreren Marker enthält,
- d) Ermitteln des in dem empfangenen optischen Sensorsignal enthaltenen bestimmten Markers und Ermitteln einer Ist-Position des bestimmten Markers in Abhängigkeit des empfangenen Positionssensorsignals und des empfangenen optischen Sensorsignals,
- e) Vergleichen der ermittelten Ist-Position des bestimmten Markers mit der Soll-Position des bestimmten Markers in dem Datensatz, und
- f) Bestätigen der dem bestimmten Marker in dem Datensatz zugeordneten Soll-Position in Abhängigkeit des Vergleichs.
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Dieses Verfahren weist den Vorteil auf, dass die korrekte Anordnung der Marker für einen Betrieb des Systems zuverlässig und mit relativ geringem Aufwand sowie schnell überprüfbar ist. Das Verfahren betrifft insbesondere eine Inbetriebnahme des Systems, es kann aber auch nach der Inbetriebnahme der System jederzeit oder regelmäßig genutzt werden. Das Verfahren bietet somit insbesondere Vorteile gegenüber einer manuellen Überprüfung der korrekten Anordnung der Marker, die sehr zeitaufwändig ist und zudem eine höhere Fehleranfälligkeit aufweist. Im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens werden die Ist-Positionen der Marker automatisch bestimmt, indem mit dem Fahrzeug der vorbestimmte Bereich abgefahren wird und während des Abfahrens einerseits die Position des Fahrzeugs mitverfolgt wird und andererseits optische Sensorsingale der Marker erfasst werden. Anschließend wird die ermittelte Ist-Position mit der Soll-Position verglichen.
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Das System kann auch als Typ-1 Valet-Parksystem bezeichnet werden. Das System umfasst eine Mehrzahl der Marker, die aufgrund ihres jeweiligen Erscheinungsbilds innerhalb des Systems eindeutig von den anderen Markern unterscheidbar sind. Beispielsweise handelt es sich um ARUCO-Codes, wobei jeder Code nur einmal in dem System vorhanden ist. Ein jeweiliger Marker ist eindeutig mit einer zugeordneten Identifikationsnummer (ID) verknüpft. Das System umfasst ferner den Datensatz, der die Zuordnung der jeweiligen Position zu den Markern umfasst. Der Datensatz wird beispielsweise in einer Design-Phase des Systems erzeugt, in der die Marker gemäß vorbestimmten Regeln in dem vorbestimmten Bereich virtuell verteilt werden. Es sei angemerkt, dass dieser Datensatz unterschiedlich zu den Daten sein kann, die während eines regulären Betriebs des Systems an Fahrzeuge zur Orientierung anhand der Marker übertragen werden. Nach der Design-Phase werden die Marker in dem vorbestimmten Bereich gemäß der ermittelten Verteilung angeordnet, was durch entsprechendes Personal erfolgt. Hierbei können Fehler auftreten, beispielsweise können Marker verwechselt und an falschen Positionen angebracht werden, weshalb die Anordnung im Nachgang zu überprüfen ist. Hierzu kommt das vorgeschlagene Verfahren zum Einsatz.
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Anstelle von „Validieren“ kann auch von „Überprüfen“, „Testen“, „Nachprüfen“ und/oder „Kontrollieren“ gesprochen werden.
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In einem ersten Schritt des Verfahren wird der vorbestimmte Bereich mit einem Fahrzeug abgefahren. Dies kann manuell durch einen Operator erfolgen und/oder teilautonom, wobei der Operator unterstützt wird, oder es kann vollautonom erfolgen, wobei das Fahrzeug durch ein entsprechendes Assistenzsystem vollautonom gesteuert wird.
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Beispielsweise fährt der Operator oder das Assistenzsystem eine vorbestimmte Trajektorie mit dem Fahrzeug ab. Die vorbestimmte Trajektorie führt insbesondere einmal komplett durch den vorbestimmten Bereich. Vorzugsweise wird hierbei jede Fahrspur innerhalb des vorbestimmten Bereichs in jeder vorgesehenen Fahrtrichtung abgefahren. Damit wird erreicht, dass die Marker von jeder möglichen Position aus, die während eines Betriebs des Systems von Fahrzeugen erreicht wird, erfasst werden.
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Während des Abfahrens des vorbestimmten Bereichs erfolgt insbesondere keine Orientierung anhand der Marker. Insbesondere, wenn das Fahrzeug ein vollautonomes Fahrzeug ist, das ohne einen Operator den vorbestimmten Bereich abfährt, erfolgt eine Orientierung beispielsweise auf Basis von Sensorsignalen, wie Ultraschall, Kamera, Radar und dergleichen, wobei Konturen und Objekte in der Umgebung ermittelt werden und das Fahrzeug entlang der vorbestimmten Trajektorie unter Vermeidung einer Kollision mit Objekten gesteuert wird.
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Während des Abfahrens des vorbestimmten Bereichs erfolgt insbesondere eine Positionsermittlung des Fahrzeugs auf Basis des empfangenen Positionssensorsignals. Diese kann dauerhaft oder kontinuierlich aktiv sein, so dass zu jedem Zeitpunkt die Position des Fahrzeugs vorliegt, oder kann auf Abruf und/oder in bestimmten Bereichen des vorbestimmten Bereichs erfolgen.
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Das Positionssensorsignal basiert beispielsweise auf fahrzeugeigener Sensorik, wie einer Odometrie. Alternativ oder zusätzlich können auch externe Elemente, wie in dem vorbestimmten Bereich angeordnete Vermessungspunkte oder dergleichen, die von einer speziellen Vermessungseinheit des Fahrzeugs erfasst werden, bei der Ermittlung des Positionssensorsignals genutzt werden.
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Die Position des Fahrzeugs auf Basis des Positionssensorsignals ist vorzugsweise bis auf wenige Zentimeter genau, beispielsweise bis auf 10 cm, bevorzugt bis auf 5 cm, weiter bevorzugt bis auf 3 cm. Es sei angemerkt, dass sich die Position des Fahrzeug auf einen bestimmten Punkt des Fahrzeugs bezieht, beispielsweise den Mittelpunkt einer zweiten Achse (Hinterachse) des Fahrzeugs. Die Position kann ferner eine Information einer Ausrichtung des Fahrzeugs umfassen, beispielsweise in Form eines Winkels (Azimut-Winkel).
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Das optische Sensorsignal der Umgebung des Fahrzeugs ist beispielsweise ein Kamerabild, das von einer fahrzeugeigenen Kamera erfasst wurde. In dem Kamerabild ist ein bestimmter der mehreren Marker enthalten, das heißt, der bestimmte Marker ist in dem Kamerabild sichtbar. Das optische Sensorsignal kann ein einzelnes Bild umfassen oder kann auch einen Bilderstrom umfassen.
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Darunter, dass der in dem empfangenen optischen Sensorsignal enthaltene Marker ermittelt wird, wird insbesondere verstanden, dass die eindeutige Marker-ID ermittelt wird.
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Das Ermitteln des in dem empfangenen optischen Sensorsignal enthaltenen bestimmten Markers erfolgt beispielsweise unter Anwendung von Computer-Vision-Algorithmen. Dies umfasst insbesondere ein Transformieren und/oder Analysieren des optischen Sensorsignals. Wenn das optische Sensorsignal ein digitales Bild mit einer Anzahl an Bildpunkten (Pixel) umfasst, umfasst dies beispielsweise ein Entzerren des Bildes, ein Ermitteln von Kontrastwerten zwischen Bildpunkten und/oder Bildbereichen, ein Ermitteln geometrischer Formen in dem Bild und dergleichen mehr. Zum Ermitteln des bestimmten Markers können auch Maschinenlernalgorithmen verwendet werden, wie beispielsweise ein auf die Erkennung der Marker in Bildern trainiertes neuronales Netzwerk, vorzugsweise ein CNN (convolutional neural network).
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Das Ermitteln der Ist-Position des bestimmten Markers erfolgt in Abhängigkeit des empfangenen Positionssensorsignals und des empfangenen optischen Sensorsignals. Beispielsweise wird auf Basis des optischen Sensorsignals eine aktuelle Relativposition zwischen dem bestimmten Marker und dem Fahrzeug ermittelt. Dies kann zum Beispiel auf Basis strahlenoptischer Grundsätze erfolgen. Insbesondere kann von einer vorgegebenen Ist-Größe des Markers und einer auf Basis des optischen Sensorsignals ermittelten scheinbaren Größe des Markers ein Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Marker ermittelt werden. Weiterhin kann beispielsweise auf Basis der Position des Markers in dem optischen Sensorsignal ein Winkel zwischen einer aktuellen Fahrtrichtung oder Ausrichtung des Fahrzeugs zu einer Sichtlinie zu dem Marker ermittelt werden. Auf Basis der von dem Positionssensorsignal bekannten aktuellen Fahrzeugposition lässt sich, beispielsweise durch vektorielle Addition, die Ist-Position des bestimmten Markers ermitteln.
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Die Ist-Position und die Soll-Position sind vorzugsweise durch zwei Koordinaten, die sich auf ein vorbestimmtes Koordinatensystem beziehen, festgelegt. Im Folgenden werden die Koordinaten beispielsweise mit x und y bezeichnet. Die Ist-Position und die Soll-Position können zusätzlich durch eine Orientierungs-Information festgelegt sein. Die Orientierungs-Information gibt beispielsweise eine Ausrichtung für den jeweiligen Marker an, die sich insbesondere auf eine Schwerkraftrichtung bezieht. Die Orientierungs-Information umfasst insbesondere einen Winkel zwischen einer vorbestimmten Vorzugsrichtung des jeweiligen Markers und der Schwerkraftrichtung. Man kann auch sagen, dass die Orientierungs-Information angibt, welche Seite des Markers „oben“ und welchen Seite „unten“ ist.
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Die ermittelte Ist-Position des bestimmten Markers wird anschließend mit der Soll-Position des bestimmten Markers in dem Datensatz verglichen. Beispielsweise kann eine Differenz zwischen der Ist-Position und der Soll-Position gebildet werden. Wenn die beiden Position übereinstimmen, ergibt diese Differenz den Wert 0 (null). Je größer die Abweichung der beiden Position ist, umso größer wird auch die Differenz sein. Das Vergleichen kann insbesondere ein separates Vergleichen der x- und y-Koordinaten der jeweiligen Position umfassen. Dies kann vorteilhaft sein, da hierdurch sofort ableitbar ist, wie die Ist-Position des bestimmten Markers anzupassen ist, um die Ist-Position mit der Soll-Position in Übereinstimmung zu bringen.
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Je nach dem, wie der Vergleich für den bestimmten Marker ausfällt, wird die dem bestimmten Marker in dem Datensatz zugeordnete Soll-Position bestätigt oder nicht bestätigt. Falls die Soll-Position bestätigt wird, heißt das, dass die Ist-Position des bestimmten Markers hinreichend genau mit der Soll-Position übereinstimmt, so dass eine zuverlässige Orientierung und Navigation auf Basis der Soll-Position für Fahrzeuge gegeben ist. Wenn die Soll-Position nicht bestätigt wird, dann ist entweder die Soll-Position in dem Datensatz anzupassen oder die Ist-Position des bestimmten Markers ist zu verändern.
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Es sei angemerkt, dass durch das vorgeschlagene Verfahren auch ermittelt wird, wenn zwei Marker vertauscht angeordnet sind (also ein erster Marker an der Soll-Position eines zweiten Markers angeordnet ist und umgekehrt).
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In Ausführungsformen des Verfahrens umfasst dieses zusätzlich ein Ausgeben eines Vergleichsergebnisses und/oder ein Ausgeben eines Bestätigungsergebnisses.
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Das vorgeschlagene Verfahren kann auch als ein Verfahren zum Validieren einer Anordnung mehrerer optisch erfassbarer und eindeutig unterscheidbarer Marker, die innerhalb eines vorbestimmten Bereichs an bestimmten Positionen angeordnet sind, wobei jeder der Marker gemäß einer vorbestimmten Soll-Position anzuordnen ist, bezeichnet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Schritt a) unter autonomer Steuerung durch ein fahrzeugeigenes Assistenzsystem durchgeführt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Schritt b) das Empfangen von Odometriedaten des Fahrzeugs und/oder das Empfangen eines optischen Sensorsignals eines optischen Sensors des Fahrzeugs.
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Die Odometriedaten umfassen beispielsweise ein Raddrehzahlsensorsignal eines oder mehrere Räder des Fahrzeugs sowie ein Lenkwinkelsensorsignal eines oder mehrere Lenkwinkel des Fahrzeugs und/oder ein Radwinkelsensorsignal eines oder mehrere Räder des Fahrzeugs.
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Das optische Sensorsignal umfasst beispielsweise Bilder einer Kamera, ein Lidar-Sensorsignal und/oder ein Radar-Sensorsignal. Auf Basis des optischen Sensorsignals kann beispielsweise eine VSLAM-Positionierung des Fahrzeugs durchgeführt werden. Hierzu wird vorzugsweise eine digitale Karte des vorbestimmten Bereichs bereitgestellt. Die digitale Karte umfasst beispielsweise Positionen bestimmter Merkmale des vorbestimmten Bereichs, die auf Basis des optischen Sensorsignals erfassbar sind. Die Positionierung auf Basis des optischen Sensorsignals kann zur Eichung oder Kalibrierung der odometrisch ermittelten Position dienen, da sich bei der Odometrie Fehler mit zunehmender Fahrtstrecke aufsummieren.
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In Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Empfangen eines vorbestimmten Positionssensorsignals, das von einer externen Vorrichtung, wie einer Lichtschranke oder einer Kontaktschleife oder dergleichen, empfangen wird, wenn sich das Fahrzeug an einer vorbestimmten Position befindet. Beispielsweise wird das vorbestimmte Positionssensorsignal empfangen, wenn das Fahrzeug eine Lichtschranke durchfährt. Dies kann zur Eichung und/oder Kalibrierung der aktuellen Fahrzeugposition dienen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Schritte b) - d) von einer fahrzeugeigenen Steuereinheit durchgeführt, und die Schritte e) und f) werden von einer zu dem Fahrzeug externen Steuereinheit durchgeführt.
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Hierbei wird die ermittelte Ist-Position des bestimmten Markers an die externe Steuereinheit übertagen. Dies kann direkt erfolgen, beispielsweise mittels einer drahtlosen Datenverbindung, wie WLAN oder eine 3G, 4G oder 5G Mobilfunkverbindung. Alternativ können die ermittelten Ist-Positionen zunächst zwischengespeichert werden und nach Abschluss der Fahrt gesammelt an die externe Steuereinheit übertragen werden. Dementsprechend können die Schritte e) und f) direkt ausgeführt werden oder nachträglich nach Abschluss der Fahrt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Schritt d) ferner ein Speichern des ermittelten Markers gemeinsam mit der ermittelten Ist-Position des Markers in einem weiteren Datensatz, und wobei nach dem Abfahren des vorbestimmten Bereichs der weitere Datensatz umfassend alle während des Abfahrens ermittelten Marker von dem Fahrzeug an die externe Steuereinheit übertragen werden.
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Darunter, dass der ermittelte Marker mit der ermittelten Ist-Position gespeichert wird, wird insbesondere verstanden, dass beispielsweise die Marker-ID mit der Ist-Position gespeichert wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Schritt d) zusätzlich ein Übertragen des ermittelten Markers gemeinsam mit der ermittelten Ist-Position des Markers an die externe Steuereinheit.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses ein Ermitteln einer aktuellen Fahrzeugposition auf Basis des empfangenen Positionssensorsignals und ein Ermitteln einer Relativposition des Markers zu dem Fahrzeug auf Basis einer Position, Verzerrung und/oder Größe des bestimmten Markers in dem empfangenen optischen Sensorsignal, wobei die Ist-Position des bestimmten Markers auf Basis der ermittelten aktuellen Fahrzeugposition und der ermittelten Relativposition ermittelt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Schritt d) ein Ermitteln eines Ermittlungsfehlers für die ermittelte Ist-Position, wobei die Schritte e) und f) in Abhängigkeit des ermittelten Ermittlungsfehlers durchgeführt werden.
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Dies hat den Vorteil, dass eine unzuverlässig ermittelte Ist-Position, die beispielsweise einen großen Ermittlungsfehler aufweist, nicht zum Überprüfen der Soll-Position genutzt wird.
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Der Ermittlungsfehler ergibt sich beispielsweise aus einem Messfehler des Positionssensorsignals und einer daraus folgenden Ungenauigkeit der Positionsbestimmung des Fahrzeugs, sowie aus einer Ungenauigkeit beim Ermitteln einer Relativposition zwischen Fahrzeug und Marker auf Basis des optischen Sensorsignals.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Schritt f) das Ermitteln eines Abstands zwischen der Soll-Position und der Ist-Position, und wobei in Schritt f) die Soll-Position bestätigt wird, wenn der Abstand zwischen der Soll-Position und der Ist-Position kleiner oder gleich einem bestimmten Schwellwert ist.
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Der Schwellwert kann für unterschiedliche Marker des Systems unterschiedlich festgelegt sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Ist-Position in dem Datensatz als Soll-Position gespeichert, wenn der Abstand zwischen der Soll-Position und der Ist-Position kleiner oder gleich einem bestimmten Schwellwert ist.
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Es sei angemerkt, dass der Schwellwert in diesem Fall nicht mit dem Schwellwert übereinstimmen muss, der zur Bestätigung der Soll-Position gemäß vorstehender Ausführungsform herangezogen wird. Die beiden Schwellwerte können für eine bestimmten Marker unterschiedliche Werte aufweisen.
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Bei dieser Ausführungsform wird die Soll-Position durch die Ist-Position korrigiert, wenn die Soll-Position bestätigt wird. Dies hat den Vorteil, dass die Soll-Position genauer mit der realen Anordnung der Marker übereinstimmt. Andererseits wird bei einer größeren Abweichung beispielsweise die Anordnung des bestimmten Markers verändert, so dass dieser gemäß der Soll-Position angeordnet ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte b) - f) des vorstehend beschriebenen Verfahrens auszuführen.
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Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm-Mittel, kann beispielsweise als Speichermedium, wie z.B. Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD, oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen.
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Gemäß einem dritten Aspekt wird eine Steuereinrichtung zum Validieren einer Anordnung mehrerer optisch erfassbarer und eindeutig unterscheidbarer Marker, die innerhalb eines vorbestimmten Bereichs an bestimmten Positionen anordenbar sind, wobei jeder der Marker gemäß einer vorbestimmten Soll-Position anzuordnen ist, vorgeschlagen. Die Steuereinrichtung weist auf:
- eine Empfangseinheit zum Empfangen eines für eine Position eines den vorbestimmten Bereich mit den an den bestimmten Positionen angeordneten Markern abfahrenden Fahrzeugs indikativen Positionssensorsignals, und zum Empfangen eines optischen Sensorsignals einer Umgebung des Fahrzeugs von einer optischen Sensoreinheit des Fahrzeugs, wobei das optische Sensorsignal wenigstens einen bestimmten der mehreren Marker enthält,
- eine Ermittlungseinheit zum Ermitteln des in dem empfangenen optischen Sensorsignal enthaltenen bestimmten Markers und zum Ermitteln einer Ist-Position des bestimmten Markers in Abhängigkeit des empfangenen Positionssensorsignals und des empfangenen optischen Sensorsignals,
- eine Vergleichseinheit zum Vergleichen der ermittelten Ist-Position des bestimmten Markers mit der vorbestimmten Soll-Position des bestimmten Markers, und
- eine Bestätigungseinheit zum Bestätigen der Anordnung des bestimmten Markers gemäß der vorbestimmten Soll-Position in Abhängigkeit des Vergleichs.
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Diese Steuereinrichtung ist vorteilhaft zur Verwendung in einem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt ausgebildet. Die für das vorgeschlagene Verfahren beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für die vorgeschlagene Steuereinrichtung entsprechend.
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Die jeweilige Einheit der Steuereinrichtung kann hardwaretechnisch und/oder softwaretechnisch implementiert sein. Bei einer hardwaretechnischen Implementierung kann die jeweilige Einheit zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann die jeweilige Einheit als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als ein Algorithmus, als Teil eines Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein. Ferner kann jede der vorliegend genannten Einheiten auch als Teil eines übergeordneten Steuerungssystems des Fahrzeugs, wie beispielsweise einer zentralen elektronischen Steuereinrichtung und/oder einem Motorsteuergerät (ECU: Engine Control Unit), ausgebildet sein. Ferner können die unterschiedlichen Einheiten der Steuereinrichtung verteilt angeordnet sein, das heißt, sie müssen nicht in einem integrierten System und/oder an einem Ort angeordnet sein. Beispielsweise sind die Empfangseinheit und die Ermittlungseinheit in oder an einem Fahrzeug angeordnet und die Vergleichseinheit und die Bestätigungseinheit sind in einer Infrastruktur, wie einem Server in einem Rechenzentrum oder dergleichen, angeordnet.
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Gemäß einem vierten Aspekt wird ein Fahrzeug mit einer optischen Sensoreinheit zum Erfassen und Ausgeben eines optischen Sensorsignals einer Umgebung des Fahrzeugs und mit einer Steuereinrichtung gemäß dem dritten Aspekt vorgeschlagen.
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Das Fahrzeug ist beispielsweise ein Personenkraftwagen oder auch ein Lastkraftwagen. Das Fahrzeug kann auch als ein robotisches Fahrzeug oder ein Roboter ausgebildet sein, das keine Sitzplätze für Nutzer aufweist. Das Fahrzeug umfasst vorzugsweise eine Anzahl an Sensoreinheiten, die zum Erfassen des Fahrzustands des Fahrzeugs und zum Erfassen einer Umgebung des Fahrzeugs eingerichtet sind. Beispiele für derartige Sensoreinheiten des Fahrzeugs sind Bildaufnahmeeinrichtungen, wie eine Kamera, ein Radar (engl. radio detection and ranging) oder auch ein Lidar (engl. light detection and ranging), Ultraschallsensoren, Ortungssensoren, Radwinkelsensoren und/oder Raddrehzahlsensoren. Die Sensoreinheiten sind jeweils zum Ausgeben eines Sensorsignals eingerichtet, beispielsweise an die Steuereinrichtung.
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Gemäß einer Ausführungsform des Fahrzeugs weist dieses ein Assistenzsystem auf, das dazu eingerichtet ist, das Fahrzeug zum autonomen Abfahren des vorbestimmten Bereichs mit den an den bestimmten Positionen angeordneten Markern zu steuern.
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Darunter, dass das Assistenzsystem das Fahrzeug autonom steuert, wird vorliegend insbesondere verstanden, dass das Fahrzeug ohne menschliche Kontrolle und/oder ohne menschliches Eingreifen den vorbestimmten Bereich abfährt und dabei optische Sensorsignale der Umgebung mit den Markern erfasst und zugleich Positionssensorsignale erfasst.
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Das Assistenzsystem kann beispielsweise Teil der Steuereinrichtung sein.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
- 1 zeigt ein schematisches Beispiel eines Systems mit mehreren Markern;
- 2 zeigt ein Beispiel mit zwei Datensätzen;
- 3 zeigt zwei schematische Diagramme mit einer Anordnung mehrerer Marker;
- 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Steuereinrichtung; und
- 5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Verfahrens zum Validieren eines Systems mit mehreren Markern.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
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1 zeigt ein schematisches Beispiel eines Systems 100 mit mehreren Markern ID1 - ID4, die in einem vorbestimmten Bereich 200 angeordnet sind. Es sei angemerkt, dass in der 1 lediglich ein Ausschnitt des vorbestimmten Bereichs 200 gezeigt ist. Die Marker ID1 - ID4 sind beispielhaft als ARUCO-Codes ausgebildet und sind an bestimmten Positionen POS1 - POS4 (siehe 2) in dem vorbestimmten Bereich 200 angeordnet. Das System 100 umfasst ferner einen Datensatz DATA0 (siehe 2), der für jeden Marker ID1 - ID4 des Systems eine Soll-Position P1 - P4 enthält.
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Die Marker ID1 - ID4 sind dafür vorgesehen, dass sich Fahrzeuge, die eine autonome Fahrfunktion aufweisen, in dem vorbestimmten Bereich 200 orientieren können. Insbesondere kann ein entsprechend ausgestattetes Fahrzeug dazu eingerichtet sein, auf Basis einer Erfassung der Marker ID1 - ID4 innerhalb einer vorbestimmten Fahrspur zu fahren und einen bestimmten Zielpunkt, wie einen Parkplatz oder eine Ausfahrt, in dem vorbestimmten Bereich 200 anzusteuern. Diese Funktion ist nur dann sicher ausführbar, wenn die Marker ID1 - ID4 an ihren vorgesehenen Soll-Positionen P1 - P4 (siehe 2) angeordnet sind, weshalb die Anordnung der Marker ID1 - ID4 zu überprüfen ist.
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Die Validierung des Systems 100 erfolgt in diesem Beispiel durch eine Steuereinrichtung 110 (siehe 5) in Kombination mit dem Fahrzeug 300. Die Steuereinrichtung 110 umfasst eine Empfangseinheit 112, eine Ermittlungseinheit 114, eine Vergleichseinheit 116 und eine Bestätigungseinheit 118. In diesem Beispiel sind die Empfangseinheit 112 und die Ermittlungseinheit 114 in dem Fahrzeug 300 angeordnet und die Vergleichseinheit 116 und die Bestätigungseinheit 118 sind in der Infrastruktur angeordnet. In weiteren Ausführungsformen (nicht gezeigt) ist die Steuereinrichtung 110 Bestandteil des Fahrzeugs 300.
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Das Fahrzeug 300 fährt beispielsweise entlang der Trajektorie TR durch den vorbestimmten Bereich 200. Die Fahrt erfolgt insbesondere autonom. Während der Fahrt erfasst ein Positionssensor 302, der hier einen Raddrehzahlsensor und einen Radwinkelsensor umfasst, ein Positionssensorsignal, das indikativ für die Position des Fahrzeugs 300 ist. Beispielsweise wird eine Odometrie auf Basis des Positionssensorsignals durchgeführt. Ferner erfasst ein optischer Sensor 304, der beispielsweise als eine Kamera ausgebildet ist, ein optisches Sensorsignal der Umgebung des Fahrzeugs 300. Je nach Position und Ausrichtung des Fahrzeugs 300 sowie dem Erfassungsbereich der Kamera 304 ist in dem optischen Sensorsignal einer oder mehrere der Marker ID1 - ID4 enthalten. Die Empfangseinheit 112 der Steuereinrichtung 100 empfängt das Positionssensorsignal und das optische Sensorsignal. Die Ermittlungseinheit 114 ermittelt daraufhin den oder die in dem empfangenen optischen Sensorsignal enthaltenen Marker ID1 - ID4. Beispielsweise ermittelt die Ermittlungseinheit 114 eine Identifikationsnummer des enthaltenen Markers ID1 - ID4. Ferner ermittelt die Ermittlungseinheit 114 eine Ist-Position POS1 - POS4 des enthaltenen Markers ID1 - ID4 in Abhängigkeit des empfangenen Positionssensorsignals und des empfangenen optischen Sensorsignals. Beispielsweise wird auf Basis des optischen Sensorsignals eine aktuelle Relativposition zwischen dem Marker ID1 - ID4 und dem Fahrzeug 300 ermittelt. Zum Beispiel kann von einer vorgegebenen Ist-Größe des Markers ID1 - ID4 und einer auf Basis des optischen Sensorsignals ermittelten scheinbaren Größe des Markers ID1 - ID4 ein Abstand zwischen dem Fahrzeug 300 und dem Marker ID1 - ID4 ermittelt werden. Weiterhin kann beispielsweise auf Basis der Position des Markers ID1 - ID4 in dem optischen Sensorsignal ein Winkel zwischen einer aktuellen Fahrtrichtung oder Ausrichtung des Fahrzeugs 300 zu einer Sichtlinie zu dem Marker ID1 - ID4 ermittelt werden. Auf Basis der von dem Positionssensorsignal bekannten aktuellen Fahrzeugposition lässt sich, beispielsweise durch vektorielle Addition, die Ist-Position POS1 - POS4 des Markers ID1 - ID4 ermitteln.
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Das Fahrzeug 300 fährt den gesamten vorbestimmten Bereich 200 ab und ermittelt wie vorstehend beschrieben für jeden erfassten Marker ID1 - ID4 eine entsprechende Ist-Position POS1 - POS4. Auf diese Weise wird beispielsweise ein Datensatz DATAR (siehe 2) ermittelt, der für jeden Marker ID1 - ID4 die ermittelte Ist-Position POS1 - POS4 enthält. Die Ermittlungseinheit 114 steht beispielsweise mittels einer drahtlosen Kommunikationsverbindung mit der Vergleichseinheit 116 in Verbindung, wie durch die beiden Antennen (ohne Bezugszeichen) angedeutet ist.
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Der ermittelte Datensatz DATAR wird von der Vergleichseinheit 116 mit dem vorgegebenen Datensatz DATA0, der für jeden Marker ID1 - ID4 des Systems 100 die vorgesehene Soll-Position P1 - P4 umfasst, verglichen. Für den Vergleich wird beispielsweise eine Differenz zwischen der ermittelten Ist-Position POS1 - POS4 und der Soll-Position P1 - P4 für jeden der Marker ID1 - ID4 gebildet. Je größer eine jeweilige Differenz ist, umso größer ist die Abweichung der jeweiligen Ist-Position POS1 - POS4 von der Soll-Position P1 - P4.
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Die jeweilige Position (Soll-Position und Ist-Position) ist vorzugsweise durch zweidimensionale Koordinaten in einem bestimmten Koordinatensystem gegeben, wie beispielhaft in der 3 dargestellt ist. Die 3 zeigt zwei Diagramme, wobei es sich um Beispiele für den Datensatz DATA0 mit den Soll-Position P1 - P4 und den Datensatz DATAR mit den ermittelten Ist-Positionen POS1 - POS4 handelt. In der 3 ist die jeweilige Position durch zwei Koordinaten x, y festgelegt. Ein jeweiliger Datensatz DATA0, DATAR bildet beispielsweise eine digitale Karte der Anordnung der Marker ID1 - ID4. Optional kann der Datensatz DATA0 beispielsweise auch Konturen von Objekten und/oder vorgesehene Fahrspuren enthalten.
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Die jeweilige Position P1 - P4, POS1 - POS4 bezieht beispielsweise auf eine vorbestimmte Ecke des jeweiligen Markers ID1 - ID4. Die vorbestimmte Ecke des Markers ID1 - ID4 ist auf Basis des optischen Sensorsignals ermittelbar, so dass die Orientierung des jeweiligen Markers ID1 - ID4 überprüft werden kann. Beispielhaft ist die für den vierten Marker ID4 gezeigt, dessen ermittelte Ist-Position POS4 sich auf die untere rechte Ecke des Markers ID4 bezieht, was anzeigt, dass dieser Marker ID4 gegenüber der vorgesehenen Anordnung um 90° gedreht angeordnet ist. Wenn die Platzierung des Markers ID4 ansonsten korrekt ist, stimmt beispielsweise der y-Wert der Ist-Position POS4 mit dem y-Wert der Soll-Position P4 überein, während der x-Wert der Ist-Position POS4 von dem x-Wert der Soll-Position P4 abweicht (um den Betrag einer Marker-Breite).
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Auf Basis des Vergleichs durch die Vergleichseinheit 116 bestätigt die Bestätigungseinheit 118 die Soll-Positionen P1 - P4 der Marker ID1 - ID4 des System 100. Wenn die Ist-Position POS1 - POS4 eines jeweiligen Markers hinreichend genau mit der Soll-Position P1 - P4 übereinstimmt, so dass eine zuverlässige Orientierung und Navigation auf Basis der Soll-Position P1 - P4 für Fahrzeuge gegeben ist, wird die Soll-Position P1 - P4 bestätigt. Wenn die Soll-Position P1 - P4 für einen oder mehrere der Marker ID1 - ID4 nicht bestätigt wird, dann ist entweder die Soll-Position P1 - P4 in dem Datensatz DATA0 anzupassen oder die Ist-Position POS1 - POS4 der betreffenden Markers ID1 - ID4 ist zu verändern, beispielsweise indem die oder der betreffende Marker ID1 - ID4 verschoben wird.
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4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Steuereinrichtung 110, die zum Ausführen des anhand der 5 beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Die Steuereinrichtung 110 kann ferner zum Ausführen der wie vorstehend anhand der 1 - 3 beschriebenen Verarbeitung eingerichtet sein.
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Die Steuereinrichtung 110 ist zum Validieren einer Anordnung mehrerer optisch erfassbarer und eindeutig unterscheidbarer Marker ID1 - ID4 (siehe 1 - 3), die innerhalb eines vorbestimmten Bereichs 200 (siehe 1) an bestimmten Positionen POS1 - POS4 (siehe 2 oder 3) anordenbar sind, wobei jeder der Marker ID1 - ID4 gemäß einer vorbestimmten Soll-Position P1 - P4 anzuordnen ist, eingerichtet. Die Steuereinrichtung 110 weist eine Empfangseinheit 112 auf, die zum Empfangen eines für eine Position eines den vorbestimmten Bereich 200 mit den an den bestimmten Positionen POS1 - POS4 angeordneten Markern ID1 - ID4 abfahrenden Fahrzeugs 300 indikativen Positionssensorsignals und zum Empfangen eines optischen Sensorsignals einer Umgebung des Fahrzeugs 300 von einer optischen Sensoreinheit 304 des Fahrzeugs 300 eingerichtet, wobei das optische Sensorsignal wenigstens einen bestimmten der mehreren Marker ID1 - ID4 enthält. Weiterhin weist die Steuereinrichtung 110 eine Ermittlungseinheit 114 zum Ermitteln des in dem empfangenen optischen Sensorsignal enthaltenen bestimmten Markers ID1 - ID4 und zum Ermitteln einer Ist-Position POS1 - POS4 des bestimmten Markers ID1 - ID4 in Abhängigkeit des empfangenen Positionssensorsignals und des empfangenen optischen Sensorsignals auf. Ferner umfasst die Steuereinrichtung 110 eine Vergleichseinheit 116 zum Vergleichen der ermittelten Ist-Position POS1 - POS4 des bestimmten Markers ID1 - ID4 mit der vorbestimmten Soll-Position P1 - P4 des bestimmten Markers ID1 - ID4, und weist eine Bestätigungseinheit 118 zum Bestätigen der Anordnung des bestimmten Markers ID1 - ID4 gemäß der vorbestimmten Soll-Position P1 - P4 in Abhängigkeit des Vergleichs auf.
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5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Verfahrens zum Validieren eines Systems 100 (siehe 1) mit mehreren Markern ID1 - ID4 (siehe 1 - 3). Das System 100 umfasst mehrere optisch erfassbare und eindeutig unterscheidbare Marker ID1 - ID4, die innerhalb eines vorbestimmten Bereichs 200 (siehe 1) an bestimmten Positionen POS1 - POS4 (siehe 2 oder 3) angeordnet sind, und einen Datensatz DATA0 (siehe 2 oder 3), der jedem der Marker ID1 - ID4 eine Information umfassend eine Soll-Position P1 - P4 zuordnet. In einem ersten Schritt S1 wird der vorbestimmte Bereich 200 mit einem Fahrzeug 300 (siehe 1) abgefahren. In einem zweiten Schritt S2 wird ein für eine Position des Fahrzeugs 300 indikatives Positionssensorsignals empfangen. In einem dritten Schritt S3 wird ein optisches Sensorsignal einer Umgebung des Fahrzeugs 300 von einer optischen Sensoreinheit 304 des Fahrzeugs 300 empfangen, wobei das optische Sensorsignal wenigstens einen bestimmten der mehreren Marker ID1 - ID4 enthält. In einem vierten Schritt S4 wird der in dem empfangenen optischen Sensorsignal enthaltenen bestimmte Marker ID1 - ID4 ermittelt und es wird eine Ist-Position POS1 - POS4 des bestimmten Markers ID1 - ID4 in Abhängigkeit des empfangenen Positionssensorsignals und des empfangenen optischen Sensorsignals ermittelt. In einem fünften Schritt S5 wird die ermittelte Ist-Position POS1 - POS4 des bestimmten Markers ID1 - ID4 mit der Soll-Position P1 - P4 des bestimmten Markers ID1 - ID4 in dem Datensatz DATA0 verglichen. In einem sechsten Schritt S6 wird die dem bestimmten Marker ID1 - ID4 in dem Datensatz DATA0 zugeordnete Soll-Position P1 - P4 in Abhängigkeit des Vergleichs bestätigt.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- System
- 110
- Steuereinrichtung
- 112
- Empfangseinheit
- 114
- Ermittlungseinheit
- 116
- Vergleichseinheit
- 118
- Bestätigungseinheit
- 200
- vorbestimmter Bereich
- 300
- Fahrzeug
- 302
- Positionssensor
- 304
- optischer Sensor
- DATA0
- Datensatz
- DATAR
- ermittelte Daten
- ID1 - ID5
- Marker
- P1 - P4
- Soll-Position
- POS1 - POS4
- Ist-Position
- S1 - S6
- Verfahrensschritte
- TR
- Trajektorie
- x
- Koordinate
- y
- Koordinate
