DE102021202121A1 - Apparatus and method for mapping a vehicle's relative vehicle coordinate system to an absolute global coordinate system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Abbilden eines relativen Fahrzeugkoordinatensystems (4) eines Fahrzeugs (3) auf ein absolutes globales Koordinatensystem, wobei die Vorrichtung (1) eine Empfangseinheit (2) zum Empfang eines Standorts des Fahrzeugs (3) in dem absoluten globalen Koordinatensystem durch ein globales Positionsbestimmungssystem aufweist, und wobei die Vorrichtung (1) dazu ausgelegt ist, für jede Fahrzeugeigenposition anhand eines Zeitstempels eine globale absolute erste Position mittels des globalen Positionsbestimmungssystem im globalen Koordinatensystem zu generieren, und wobei das relative Fahrzeugkoordinatensystem (4) des Fahrzeugs (3) einen initialen Fahrzeugkoordinatensystemursprung aufweist, welcher mit einer absoluten globalen Position des Fahrzeugs (3) initialisiert ist, und wobei die Vorrichtung (1) dazu ausgebildet ist bei Fahrt des Fahrzeugs (3) anhand einer Fahrzeugeigenbewegung und einer Fahrzeugrichtung des Fahrzeugs (3) und des initialen Fahrzeugkoordinatensystemursprungs für jede Fahrzeugeigenposition bei dem Zeitstempel eine globale absolute zweite Position zeitlich korrespondierend zu der globalen absoluten ersten Position im globalen Koordinatensystem zu bestimmen, und wobei die Vorrichtung (1) dazu ausgebildet ist, eine Abbildung des relativen Fahrzeugkoordinatensystems (4) auf das globale Koordinatensystem durch Minimierung einer Abweichung zwischen der globalen ersten Position und der globalen zweiten Position zu bewerkstelligen.Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine VerwendungThe invention relates to a device (1) for mapping a relative vehicle coordinate system (4) of a vehicle (3) onto an absolute global coordinate system, the device (1) having a receiving unit (2) for receiving a location of the vehicle (3) in the absolute global coordinate system by a global position determination system, and wherein the device (1) is designed to generate a global absolute first position for each vehicle's own position using a time stamp using the global position determination system in the global coordinate system, and wherein the relative vehicle coordinate system (4) of the vehicle (3) has an initial vehicle coordinate system origin, which is initialized with an absolute global position of the vehicle (3), and wherein the device (1) is designed to do so when the vehicle (3) is moving, based on a vehicle's own movement and a vehicle direction of the vehicle (3) and the initial vehicle eug coordinate system origin for each vehicle position at the time stamp to determine a global absolute second position in time corresponding to the global absolute first position in the global coordinate system, and wherein the device (1) is designed to map the relative vehicle coordinate system (4) to the global coordinate system minimizing a deviation between the global first position and the global second position. Furthermore, the invention relates to a method and a use
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abbilden eines relativen Fahrzeugkoordinatensystems eines Fahrzeugs auf ein absolutes globales Koordinatensystem. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abbilden eines relativen Fahrzeugkoordinatensystems eines Fahrzeugs. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung der Vorrichtung in einem Fahrzeug.The invention relates to a device for mapping a relative vehicle coordinate system of a vehicle onto an absolute global coordinate system. Furthermore, the invention relates to a method for mapping a relative vehicle coordinate system of a vehicle. Furthermore, the invention relates to the use of the device in a vehicle.
Elektronische Navigationssysteme unterstützen einen Fahrer darin, sein Fahrzeug von einem Ausgangsort zu einem Zielort zu führen. Die globale Position des Fahrzeugs wird hierbei üblicherweise durch ein Globales Navigationssatellitensystem (GNSS) und andere auf Satelliten basierenden Positionsbestimmungs-Systemen, ermittelt und auf einer Straßenkarte auf einem Monitor dargestellt. Solche Systeme sind seit einer Anzahl von Jahren verfügbar und in Gebrauch.Electronic navigation systems support a driver in guiding his vehicle from a starting point to a destination. The global position of the vehicle is usually determined by a global navigation satellite system (GNSS) and other satellite-based position determination systems and displayed on a road map on a monitor. Such systems have been available and in use for a number of years.
Die Positionierung des Fahrzeugs auf der schematisch dargestellten Straße erfolgt durch die GNSS -Daten. Das Globale Navigationssatellitensystem (GNSS) und andere auf Satelliten basierende Positionsbestimmungs-Systeme besitzen jedoch einen typischen kilometrischen Fehler in der Positionierung, welche in einigen Fällen von ungefähr 5 bis 15 Meter und bis zu 30 m reicht. Demnach ist der Grad an Genauigkeit für diese Systeme nicht so gut, wie es die meisten Automobilhersteller wünschen würden, um einen hohen Grad an Genauigkeit beispielsweise bezüglich des aktuellen Standorts des Fahrzeugs zu liefern.The vehicle is positioned on the road shown schematically using the GNSS data. However, the Global Navigation Satellite System (GNSS) and other satellite-based positioning systems have a typical kilometric error in positioning, ranging from about 5 to 15 meters and up to 30 m in some cases. As such, the level of accuracy for these systems is not as good as most automobile manufacturers would desire to provide a high level of accuracy, for example, as to the vehicle's current location.
Die Anzahl der für die jeweilige Position zu erwartenden Spuren auf der Fahrbahn wird beispielsweise aus einer zusätzlich verwendeten digitalen Navigationskarte ausgelesen. Die digitale Karte umfasst hierfür so genannte Kartenattribute, welche Informationen über Kreuzungen, Fahrspurmarkierungen, Verkehrsschilder etc. bereitstellen.The number of lanes on the road to be expected for the respective position is read out, for example, from an additionally used digital navigation map. For this purpose, the digital map includes what are known as map attributes, which provide information about intersections, lane markings, traffic signs, etc.
Die
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit welchen die Position eines Fahrzeugs bezogen auf ein globales Koordinatensystem besser erkannt werden kann. Ferner ist es eine Aufgabe eine Verwendung der Vorrichtung in einem Fahrzeug zur Erkennung einer genaueren absoluten globalen Position des Fahrzeugs im globalen Koordinatensystem anzugeben.It is therefore an object of the invention to specify a method and a device with which the position of a vehicle in relation to a global coordinate system can be recognized better. Furthermore, it is an object to specify use of the device in a vehicle for detecting a more precise absolute global position of the vehicle in the global coordinate system.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind in den abhängigen Ansprüchen sowie in der Beschreibung angegeben.The object is achieved by a device with the features of
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Abbilden eines relativen Fahrzeugkoordinatensystems eines Fahrzeugs auf ein absolutes globales Koordinatensystem,
wobei die Vorrichtung eine Empfangseinheit zum Empfang eines Standorts des Fahrzeugs in dem absoluten globalen Koordinatensystem durch ein globales Positionsbestimmungssystem aufweist,
und wobei die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, für jede Fahrzeugeigenposition anhand eines Zeitstempels eine globale absolute erste Position mittels des globalen Positionsbestimmungssystem im globalen Koordinatensystem zu generieren, und wobei das relative Fahrzeugkoordinatensystem des Fahrzeugs einen initialen Fahrzeugkoordinatensystemursprung aufweist, welcher mit einer absoluten globalen Position des Fahrzeugs initialisiert ist,
und wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, bei Fahrt des Fahrzeugs anhand einer Fahrzeugeigenbewegung und einer Fahrzeugrichtung des Fahrzeugs und des initialen Fahrzeugkoordinatensystemursprungs für jede Fahrzeugeigenposition bei dem Zeitstempel eine globale absolute zweite Position zeitlich korrespondierend zu der globalen absoluten ersten Position im globalen Koordinatensystem zu bestimmen,
und wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, eine Abbildung des relativen Fahrzeugkoordinatensystems auf das globale Koordinatensystem durch Minimierung einer Abweichung zwischen der globalen ersten Position und der globalen zweiten Position zu bewerkstelligen.The object is achieved by a device for mapping a relative vehicle coordinate system of a vehicle onto an absolute global coordinate system,
wherein the device has a receiving unit for receiving a location of the vehicle in the absolute global coordinate system by a global positioning system,
and wherein the device is designed to generate a global absolute first position for each vehicle's own position using a time stamp using the global positioning system in the global coordinate system, and wherein the relative vehicle coordinate system of the vehicle has an initial vehicle coordinate system origin which initializes with an absolute global position of the vehicle is,
and wherein the device is designed to calculate a global absolute second position corresponding in time to the global abso to determine the first position in the global coordinate system,
and wherein the device is configured to map the relative vehicle coordinate system to the global coordinate system by minimizing a deviation between the global first position and the global second position.
Unter Abbildung versteht man im Wesentlichen ein Mapping des relativen Fahrzeugkoordinatensystems auf das absolute globale Koordinatensystem. Unter globalen Koordinatensystem kann das World Geodetic System 1984 (WGS 84) verstanden werden, welches ein geodätisches Referenzsystem ist und eine einheitliche Grundlage für Positionsangaben auf der Erde bietet. In dem World Geodetic System 1984 (WGS 84) sind jeweilige dreidimensionale Positionen der Satelliten mittels kartesischer Koordinaten (rechtwinklige 3D-Koordinaten) festgelegt. Ebenso beziehen sich die Koordinaten der Beobachtungsstationen, hier der Fahrzeuge, deren Positionen aus Messungen zu den Satelliten hervorgegangen sind, auf das gleiche globale Koordinatensystem.
Das Fahrzeug hat ein eigenes relatives Fahrzeugkoordinatensystem, für gewöhnlich ein dreidimensionales kartesisches Koordinatensystem, das fest mit dem Fahrzeug verbunden ist.Mapping is essentially a mapping of the relative vehicle coordinate system to the absolute global coordinate system. The global coordinate system can be understood as the World Geodetic System 1984 (WGS 84), which is a geodetic reference system and provides a uniform basis for position information on earth. In the World Geodetic System 1984 (WGS 84), respective three-dimensional positions of the satellites are specified using Cartesian coordinates (3D rectangular coordinates). The coordinates of the observation stations, in this case the vehicles, whose positions are based on measurements from the satellites, also refer to the same global coordinate system.
The vehicle has its own relative vehicle coordinate system, usually a three-dimensional Cartesian coordinate system, which is fixed to the vehicle.
Der Fahrzeugkoordinatensystemursprung ist mit einer absoluten globalen Position des Fahrzeugs initialisiert. Diese Initialisierung kann beispielsweise durch GNSS-Daten des Globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) oder durch ein anderes Signal eines globalen Positionsbestimmungssystems, welches eine globale Position zum Initialisierungszeitpunkt liefert, erfolgen. Vorzugsweise erfolgt nach einer vorgegebenen Zeitspanne und/oder Kilometeranzahl eine neue Initialisierung. Dies bewirkt, dass die Abweichung (Fehler) zwischen der globalen absoluten ersten Position und der globalen absoluten zweiten Position nicht zu groß wird.The vehicle coordinate system origin is initialized with an absolute global position of the vehicle. This initialization can take place, for example, using GNSS data from the global navigation satellite system (GNSS) or using another signal from a global positioning system that supplies a global position at the time of initialization. A new initialization preferably takes place after a predetermined period of time and/or number of kilometers. This has the effect that the deviation (error) between the global absolute first position and the global absolute second position does not become too large.
Erfindungsgemäß werden somit für jede gemeldete Fahrzeugeigenposition anhand des Zeitstempels globale absolute erste Positionen aus den beispielsweise GNSS (Globalen Navigationssatellitensystem) Daten im globalen Koordinatensystem errechnet.According to the invention, global absolute first positions are calculated from the GNSS (Global Navigation Satellite System) data in the global coordinate system for each reported vehicle position using the time stamp.
Für jede Fahrzeugeigenposition werden mit Hilfe des initialen Fahrzeugkoordinatensystemursprungs und der Fahrzeugausrichtung absolute globale zweite Positionen berechnet, die sich aus der Fahrzeugeigenbewegung ergeben.Absolute global second positions, which result from the vehicle's own movement, are calculated for each vehicle's own position using the initial vehicle coordinate system origin and the vehicle orientation.
Der aktuelle Fehler, d.h. Abweichung berechnet sich aus der jeweiligen Distanz zwischen den ersten Positionen und den zweiten Positionen. Durch Minimierung der Abweichung zwischen der globalen ersten Position und der globalen zweiten Position (d.h. Minimierung der Abweichung) kann eine Abbildung des relativen Fahrzeugkoordinatensystems auf das globale Koordinatensystem bewerkstelligt werden. Dadurch wird die Positionsgenauigkeit des Fahrzeugs deutlich erhöht. Die Verwendung von (zumindest einer) ersten Position (Punkte), welche beispielsweise durch das Globale Navigationssatellitensystem (GNSS) und (zumindest einer) zweiten Position führt zu einer besseren Positionsgenauigkeit, indem eine Abbildung zwischen relativen Fahrzeugkoordinatensystem und globalen Koordinatensystem durch Minimierung einer Abweichung zwischen der globalen ersten Position und der globalen zweiten Position durchgeführt wird.The current error, i.e. deviation, is calculated from the respective distance between the first positions and the second positions. By minimizing the deviation between the global first position and the global second position (i.e. minimizing the deviation), a mapping of the relative vehicle coordinate system to the global coordinate system can be accomplished. This significantly increases the positioning accuracy of the vehicle. The use of (at least one) first position (points) provided by, for example, the Global Navigation Satellite System (GNSS) and (at least one) second position leads to better position accuracy by creating a mapping between relative vehicle coordinate system and global coordinate system by minimizing a deviation between the global first position and the global second position is performed.
Die relativ hohe Ungenauigkeit des relativen Fahrzeugkoordinatensystems hat daher keinen Einfluss mehr. Ebenfalls korrigiert wird die Ungenauigkeit in der Fahrzeugausrichtung, welche anhand eines bzw. maximal zweier Punkte der Fahrzeugposition bestimmt wird.The relatively high inaccuracy of the relative vehicle coordinate system therefore no longer has any influence. The inaccuracy in the vehicle alignment, which is determined using one or a maximum of two points of the vehicle position, is also corrected.
Die durch die Vorrichtung ermöglichte höhere Positionsgenauigkeit führt zu einer besseren Lokalisierung des Fahrzeugs im globalen Koordinatensystem.
Durch die Erfindung wird eine Ungenauigkeit in der Positionsgenauigkeit durch beispielsweise unterschiedlichen Reifendruck oder anderen systematischen Fehlern, vermieden.The higher position accuracy made possible by the device leads to better localization of the vehicle in the global coordinate system.
The invention avoids an inaccuracy in the position accuracy, for example due to different tire pressures or other systematic errors.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Vorrichtung dazu ausgebildet, mehrere globale erste Positionen sowie mehrere zu den ersten globalen Positionen zeitlich korrespondierende globale zweite Positionen zu generieren.
Durch Verwendung mehrerer globaler erster Positionen sowie mehrerer korrespondierender globalen zweiten Positionen kann eine Mittelung des Fehlers und damit die Positioniergenauigkeit weiter erhöht werden.In a further refinement, the device is designed to generate a plurality of global first positions and a plurality of global second positions which correspond in time to the first global positions.
By using a number of global first positions and a number of corresponding global second positions, an averaging of the error and thus the positioning accuracy can be further increased.
In einer weiteren Ausbildung ist die Vorrichtung dazu ausgebildet, die Minimierung unter Verwendung eines Verfahrens der kleinsten Fehlerquadrate, eines Levenberg-Marquardt-Verfahrens, oder eines nichtlinearen Regressionsverfahrens oder eines Simplex-Verfahrens durchzuführen. Hierbei handelt es sich um Verfahren zur Lösung eines nichtlinearen Optimierungsproblems. Dies kann jedoch unter der Annahme, dass die initiale Schätzung der Fahrzeugausrichtung nur um einen kleinen Winkel (< 10°) vom realen Wert abweicht, durch Kleinwinkelnäherung auf ein lineares Optimierungsproblem zurückgeführt werden. Daher kann das lineare Verfahren der kleinsten Fehlerquadrate (Linear least squares) oder beispielsweise ein lineares Regressionsverfahren verwendet werden. Diese lassen sich schneller lösen.In a further embodiment, the device is designed to carry out the minimization using a least squares error method, a Levenberg-Marquardt method, or a non-linear regression method or a simplex method. This is a method for solving a nonlinear optimization problem. However, assuming that the initial estimate of the vehicle orientation only deviates from the real value by a small angle (< 10°), this can be reduced to a linear optimization problem by small-angle approximation. Therefore, the linear least squares method or, for example, a linear regres sion procedures are used. These can be solved faster.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Vorrichtung dazu ausgebildet, jeder globalen ersten Position eine Gewichtung zuzuweisen, anhand eines von dem globalen Positionsbestimmungssystem (GNSS) übermittelten Genauigkeitswerts, welcher zu der jeweiligen globalen absoluten ersten Position gehört.In a further refinement, the device is designed to assign a weighting to each global first position using an accuracy value transmitted by the global positioning system (GNSS) which belongs to the respective global absolute first position.
Hierbei wird bei den beispielsweise GNSS-Daten die Genauigkeit als Schätzung der Position in Form eines EPE (estimate of position error) mit überliefert, das den geschätzten Positionsfehler darstellt. Dies entspricht der Wahrscheinlichkeit, dass der Standort, den die GNSS-Daten anzeigen, innerhalb der „Genauigkeitsentfernung“ vom tatsächlichen Standort liegen.In the case of the GNSS data, for example, the accuracy is also transmitted as an estimate of the position in the form of an EPE (estimate of position error), which represents the estimated position error. This corresponds to the probability that the location that the GNSS data indicates is within the "accuracy distance" of the actual location.
Weiterhin ist in einer Ausgestaltung die Vorrichtung dazu ausgebildet, globale erste Positionen in Abhängigkeit von dem Genauigkeitswert zu gewichten, d.h. umso mehr zu gewichten, wenn der Genauigkeitswert sehr hoch ist. Dadurch kann eine höhere Positionsgenauigkeit erzielt werden. Durch die Verwendung der Genauigkeit der absoluten globalen ersten Positionen können diejenigen globalen absoluten ersten Positionen mit hoher Genauigkeit bei der Minimierung stärker gewichtet werden.Furthermore, in one embodiment, the device is designed to weight global first positions as a function of the accuracy value, i.e. to weight them all the more if the accuracy value is very high. As a result, a higher positional accuracy can be achieved. By using the accuracy of the absolute global first positions, those global absolute first positions with high accuracy can be weighted more heavily in the minimization.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Vorrichtung dazu ausgebildet, die Minimierung durch Variieren eines Parameters aus der nachfolgenden Gruppe durchzuführen:
- - Variation des Fahrzeugkoordinatensystemursprungs des relativen Fahrzeugkoordinatensystems,
- - Variation einer Ausrichtung des relativen Fahrzeugkoordinatensystems,
- - Variation einer Skalierung des relativen Fahrzeugkoordinatensystems.
- - variation of the vehicle coordinate system origin of the relative vehicle coordinate system,
- - variation of an orientation of the relative vehicle coordinate system,
- - Variation of a scaling of the relative vehicle coordinate system.
Die Anpassung der Skalierung eliminiert systematische Fehler, wie sie beispielsweise durch einen veränderten Reifendruck auftreten. Durch die Anpassung der Lage des relativen Fahrzeugkoordinatensystems kann eine verbesserte Abbildung und damit eine höhere globale Positionsgenauigkeit erzielt werden. Dies führt im Endeffekt zu einer besseren Lokalisierung des Fahrzeugs.Adjusting the scaling eliminates systematic errors, such as those that occur due to a change in tire pressure. By adapting the position of the relative vehicle coordinate system, improved mapping and thus greater global positioning accuracy can be achieved. Ultimately, this leads to better localization of the vehicle.
In einer weiteren Ausbildung werden alle Parameter aus der Gruppe minimiert.In a further development, all parameters from the group are minimized.
Der Ursprung, die Ausrichtung und die Skalierung des relativen Fahrzeugkoordinatensystems wird somit über die Optimierung /Minimierung der Distanzen zwischen globalen ersten Positionen und aus den durch die Fahrzeugeigenbewegung errechneten globalen zweiten Positionen bestimmt.The origin, the orientation and the scaling of the relative vehicle coordinate system is thus determined via the optimization/minimization of the distances between global first positions and from the global second positions calculated by the vehicle's own movement.
Die höhere Positionsgenauigkeit führt im Endeffekt zu einer besseren Lokalisierung des Fahrzeugs.The higher positioning accuracy ultimately leads to better localization of the vehicle.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das globale Koordinatensystem das World Geodetic System 1984 (WGS 84). Das World Geodetic System 1984 ist ein geodätisches Referenzsystem, welches eine einheitliche Grundlage für Positionsangaben auf der Erde darstellt und welches das derzeit verbreitetste globale Referenzsystem ist.In another embodiment, the global coordinate system is the World Geodetic System 1984 (WGS 84). The World Geodetic System 1984 is a geodetic reference system that represents a uniform basis for position information on earth and which is currently the most common global reference system.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Abbilden eines relativen Fahrzeugkoordinatensystems eines Fahrzeugs auf ein absolutes globales Koordinatensystem, wobei das relative Fahrzeugkoordinatensystem einen initialen Fahrzeugkoordinatensystemursprung aufweist, welcher mit einer absoluten globalen Position des Fahrzeugs initialisiert ist, umfassend der Schritte:
- - empfangen eines Standorts des Fahrzeugs in dem absoluten globalen Koordinatensystem anhand eines globalen Positionsbestimmungssystems durch eine Empfangseinheit und generieren für jede Fahrzeugeigenposition anhand eines Zeitstempels eine globale absolute erste Position mittels des globalen Positionsbestimmungssystems im globalen Koordinatensystem,
- - bestimmen bei Fahrt des Fahrzeugs anhand einer Fahrzeugeigenbewegung und einer Fahrzeugrichtung des Fahrzeugs und des initialen Fahrzeugkoordinatensystemursprungs für jede Fahrzeugeigenposition bei dem Zeitstempel die globale absolute zweite Position zeitlich korrespondierend zu der globalen absoluten ersten Position im globalen Koordinatensystem,
- - abbilden des relativen Fahrzeugkoordinatensystems auf das globale Koordinatensystem durch Minimierung einer Abweichung zwischen der globalen ersten Position und der globalen zweiten Position.
- - receiving a location of the vehicle in the absolute global coordinate system using a global positioning system by a receiving unit and generating a global absolute first position using the global positioning system in the global coordinate system for each vehicle's own position using a time stamp,
- - determine when the vehicle is moving based on a vehicle's own movement and a vehicle direction of the vehicle and the initial vehicle coordinate system origin for each vehicle's own position in the time stamp, the global absolute second position corresponding in time to the global absolute first position in the global coordinate system,
- - mapping the relative vehicle coordinate system to the global coordinate system by minimizing a deviation between the global first position and the global second position.
Die Vorteile der Vorrichtung können auch auf das Verfahren übertragen werden.The advantages of the device can also be transferred to the method.
In einer weiteren Ausbildung wird eine Minimierung durch Variieren eines Parameters aus der nachfolgenden Gruppe durchgeführt:
- - Variation des Fahrzeugkoordinatensystemursprungs des relativen Fahrzeugkoordinatensystems,
- - Variation einer Ausrichtung des relativen Fahrzeugkoordinatensystems,
- - Variation einer Skalierung des relativen Fahrzeugkoordinatensystems.
- - variation of the vehicle coordinate system origin of the relative vehicle coordinate system,
- - variation of an orientation of the relative vehicle coordinate system,
- - Variation of a scaling of the relative vehicle coordinate system.
Ferner sind mehrere globale erste Positionen sowie mehrere zu den globalen ersten Positionen zeitlich korrespondierende globale zweite Positionen vorhanden. Dabei wird jeder ersten Position eine Gewichtung, anhand eines von dem globalen Positionsbestimmungssystem (GNSS) zu jeder globalen absoluten ersten Position übermittelten Genauigkeitswerts, zugewiesen.Furthermore, there are a number of global first positions and a number of global second positions corresponding in time to the global first positions. In this case, each first position is assigned a weighting based on an accuracy value transmitted by the global positioning system (GNSS) for each global absolute first position.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Verwendung der wie oben beschriebenen Vorrichtung in einem Fahrzeug, zur Erkennung einer genauen absoluten globalen Position des Fahrzeugs im globalen Koordinatensystem.Furthermore, the object is achieved by using the device as described above in a vehicle for detecting an exact absolute global position of the vehicle in the global coordinate system.
In einer weiteren Ausbildung weist das Fahrzeug eine Kamera zur Erkennung von Verkehrsschildern auf, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, die durch die Vorrichtung bestimmte absolute Position des Fahrzeugs zur Bestimmung der absoluten globalen Position der erkannten Verkehrsschilder zu verwenden. Fahrzeuge erkennen mit Hilfe einer Kamera Verkehrsschilder und berechnen deren Position relativ zum Fahrzeug bzw. zur Kamera. Durch eine genauere erkannte globale Position kann nun die globale Position der Verkehrsschilder erkannt werden.In a further embodiment, the vehicle has a camera for detecting traffic signs, the device being designed to use the absolute position of the vehicle determined by the device to determine the absolute global position of the detected traffic signs. Vehicles use a camera to recognize traffic signs and calculate their position relative to the vehicle or the camera. The global position of the traffic signs can now be recognized by a more precisely recognized global position.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Darin zeigen schematisch:
-
1 : ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, -
2 : eine Verwendung der Vorrichtung zum Erkennen der globalen Position von Verkehrsschildern.
-
1 : a vehicle with a device according to the invention, -
2 : a use of the device for recognizing the global position of traffic signs.
Die Empfangseinheit 2 ist dabei zum Empfangen von Radiowellen, die von einem globalen Positionsbestimmungssystem beispielsweise von einem Globalen Navigationssatellitensystem (GNSS) 5 mit einem globalen Koordinatensystem übertragen werden, ausgebildet, um einen derzeitigen Standort des Fahrzeugs 3 zu erfassen.The receiving
Das globale Navigationssatellitensystem (GNSS) 5 verwendet GNSS- Satelliten, welche Radiowellen einschließlich GNSS-Daten (GNSS-Signal), die die derzeitigen Positionen der Satelliten angeben (sogenannte Ephemeriden-Daten) übertragen. Die Radiowellen, die von den GNSS-Satelliten übertragen werden, werden von dem Fahrzeug 3 verwendet, um die derzeitige globale Position in einem globalen Koordinatensystem zu identifizieren. Die GNSS-Satelliten entsprechen Ortungssatelliten. Ferner wird zu jedem GNSS-Signal die Genauigkeit der übermittelten Position mit überliefert, in Form eines EPE (estimate of position error)-Wertes, das den geschätzten Positionsfehler darstellt. Dies entspricht der Wahrscheinlichkeit, dass der Standort, den die GNSS-Daten anzeigen, innerhalb der „Genauigkeitsentfernung“ vom tatsächlichen Standort liegt.The global navigation satellite system (GNSS) 5 uses GNSS satellites which transmit radio waves including GNSS data (GNSS signal) indicating the current positions of the satellites (so-called ephemeris data). The radio waves transmitted from the GNSS satellites are used by the
Die Empfangseinheit 3 kann als eine Antenne ausgebildet sein.
Die Vorrichtung 1 erzeugt für jede Fahrzeugeigenposition anhand mehrerer Zeitstempel entsprechende globale absolute erste Positionen, vereinfacht auch als globale erste Positionen bezeichnet.The receiving
The
Ferner weist das Fahrzeug 3 ein eigenes festes Fahrzeugkoordinatensystem 4 auf. Dieses kann ebenfalls als ein kartesisches Koordinatensystem ausgebildet sein.Furthermore, the
Das Fahrzeugkoordinatensystem 4 weist einen initialen Fahrzeugkoordinatensystemursprung auf, welcher mit einer absoluten globalen Position des Fahrzeugs 3 initialisiert ist. Diese Initialisierung kann beispielsweise durch GNSS-Daten des globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) 5 erfolgen. Diese liefert eine globale absolute Position zum Initialisierungszeitpunkt. Dies bedeutet, dass der Fahrzeugkoordinatensystemursprung fest mit einer globalen Position verknüpft /verbunden ist. Vorzugsweise erfolgt nach einer vorgegebenen Zeitspanne und/oder Kilometeranzahl eine neue Initialisierung. Dies bewirkt, dass die Abweichung (Fehler) zwischen der Fahrzeugposition im Fahrzeugkoordinatensystem 4 und der Fahrzeugposition im globalen Koordinatensystem nicht zu groß wird, d.h. die initiale Schätzung der Fahrzeugausrichtung nur um einen kleinen Winkel (< 10°) vom realen Wert abweicht.The vehicle coordinate
Ferner ist die Vorrichtung 1 dazu ausgebildet, bei Fahrt des Fahrzeugs 3 anhand einer Fahrzeugeigenbewegung des Fahrzeugs 3 und der Fahrzeugrichtung des Fahrzeugs 3 unter Berücksichtigung des initialen Fahrzeugkoordinatensystemursprungs für jede Fahrzeugeigenposition bei dem Zeitstempel entsprechende globale absolute zweite Positionen zu erzeugen. Diese korrespondieren zeitlich zu den globalen absoluten ersten Positionen im globalen Koordinatensystem.Furthermore, the
Ferner wird vorzugsweise jeder globalen ersten Position eine Gewichtung zugewiesen. Diese hängt ab von dem EPE (estimate of position error), d.h. den geschätzten Positionsfehler und gibt somit einen Genauigkeitswert an. Je genauer der Genauigkeitswert ist, d.h. umso geringer der geschätzte Positionsfehler ist, desto höher wird die jeweilige globale erste Position gewichtet.Furthermore, a weight is preferably assigned to each global first position. This depends on the EPE (estimate of position error), ie the estimated position error and thus gives an accuracy value. The more precise the accuracy value is, ie the smaller the estimated position error, the higher the respective global first position is weighted.
Die aktuelle Abweichung (Fehler) berechnet sich aus der Summe der Quadrate der Distanzen zwischen den Paaren der zweiten Positionen und der gewichteten ersten Positionen.The current deviation (error) is calculated as the sum of the squares of the distances between the pairs of second positions and the weighted first positions.
Diese Abweichung wird nun minimiert, in dem die nachfolgenden drei Parameter variiert werden:
- - Variation des Fahrzeugkoordinatensystemursprungs des relativen Fahrzeugkoordinatensystems 4,
- - Variation einer Ausrichtung des relativen Fahrzeugkoordinatensystems 4,
- - Variation einer Skalierung des relativen Fahrzeugkoordinatensystems 4.
- - Variation of the vehicle coordinate system origin of the relative vehicle coordinate
system 4, - - Variation of an orientation of the relative vehicle coordinate
system 4, - - Variation of a scaling of the relative vehicle coordinate
system 4.
Dies bedeutet, dass der Fahrzeugkoordinatensystemursprung, die Ausrichtung und die Skalierung des relativen Fahrzeugkoordinatensystems 4 des Fahrzeugs 3 durch die Optimierung der Distanzen zwischen absoluter durch die GNSS-Daten berechneten ersten Positionen und aus der durch die Fahrzeugeigenbewegung errechneten absoluten zweiten Positionen variiert werden.This means that the vehicle coordinate system origin, the orientation and the scaling of the relative vehicle coordinate
Durch Verwendung mehrerer erster und zweiter Positionen wird eine Mittelung des Fehlers erzielt, wodurch die Abbildung und damit die Positionsgenauigkeit erhöht wird. Ferner wird die Abbildung und damit die Positionsgenauigkeit erhöht durch Verwendung einer zu dem Genauigkeitswert der GNSS-Daten abgestimmte Gewichtung einzelner erster Positionen. Dadurch haben erste Positionen mit höherer Genauigkeit ein höheres Gewicht bei der Minimierung. Ebenso eliminiert die Anpassung der Skalierung systematische Fehler, die beispielsweise durch einen veränderten Reifendruck auftreten.By using several first and second positions, an averaging of the error is achieved, which increases the imaging and thus the positional accuracy. Furthermore, the imaging and thus the positional accuracy is increased by using a weighting of individual first positions that is matched to the accuracy value of the GNSS data. As a result, first positions with higher accuracy have a higher weight in the minimization. Adjusting the scaling also eliminates systematic errors that occur, for example, due to a change in tire pressure.
Hierbei handelt es sich um ein nichtlineares Optimierungsproblem.
Dies kann jedoch unter der Annahme, dass die initiale Schätzung der Fahrzeugausrichtung nur um einen kleinen Winkel (< 10°) vom realen Wert abweicht, durch Kleinwinkelnäherung auf ein lineares Problem zurückgeführt werden, was sich sehr einfach durch beispielsweise ein weighted linear least squares Verfahren lösen lässt.This is a nonlinear optimization problem.
However, assuming that the initial estimate of the vehicle orientation deviates from the real value by only a small angle (< 10°), this can be reduced to a linear problem by small-angle approximation, which can be solved very easily, for example, by a weighted linear least squares method leaves.
Dadurch kann das relative Fahrzeugkoordinatensystem 4 auf das globale Koordinatensystem gemappt, d.h. abgebildet werden, was zu einer höheren Positionsgenauigkeit führt.As a result, the relative vehicle coordinate
Die höhere Positionsgenauigkeit führt zu einer besseren Lokalisierung des Fahrzeugs 3.The higher position accuracy leads to better localization of the
Fahrzeuge 3 erkennen mit Hilfe einer Kamera 6 Verkehrsschilder 7 und berechnen deren Position relativ zur Kamera 6 / Fahrzeug 3. Üblicherweise kennt das Fahrzeug 3 seine absolute Position durch die GNSS-Daten und die Fahrzeugausrichtung. Die Bestimmung der Fahrzeugausrichtung ist jedoch ungenau, da sie anhand eines bzw. maximal zwei Punkten bestimmt wird. Des Weiteren hängt die Genauigkeit sehr stark von der Genauigkeit einer einzelnen GNSS Messung zum Zeitpunkt der Sichtung ab.
Die Ungenauigkeit wird weiter dadurch erhöht, dass die Kamera 6 eine Umrechnung ihrer Bewegung in absolute Distanzen über die vom Fahrzeug 3 gelieferte (wheel ticks) Distanz kalibriert. Ist nun die vom Fahrzeug 3 gelieferte Distanz ungenau beispielsweise durch geänderten Reifendruck, so wirkt sich dies auch auf die Positionsgenauigkeit aus.The inaccuracy is further increased by the fact that the
Dies wird durch Verwendung der Vorrichtung 1 nun vermieden. Die Abbildung und die damit verbundene höhere Positionsgenauigkeit führt im Endeffekt zu einer besseren Lokalisierung des Fahrzeugs 3. Dadurch kann eine Erhöhung der Positionsgenauigkeit von Verkehrsschildern 7 erzielt werden.This is now avoided by using the
Die so gewonnenen absoluten globalen Positionen der Verkehrsschilder 7 werden im Backend des Fahrzeugs 3 konsolidiert und Fahrzeugen zur Verfügung gestellt. Diese können unter anderem anhand der Schilderpositionen eine Lokalisierung durchführen. Ferner kann die genaue absolute Position der Verkehrsschilder 7 in Karten eingetragen werden und somit allgemein zur Verfügung gestellt werden.The absolute global positions of the
BezugszeichenlisteReference List
- 1.1.
- Vorrichtungcontraption
- 22
- Empfangseinheitreceiving unit
- 33
- Fahrzeugvehicle
- 44
- relatives Fahrzeugkoordinatensystemrelative vehicle coordinate system
- 55
- Globalen Navigationssatellitensystem (GNSS)Global Navigation Satellite System (GNSS)
- 66
- Kameracamera
- 77
- Verkehrsschildtraffic sign
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102018109975 A1 [0005]DE 102018109975 A1 [0005]
- DE 102016223526 A1 [0006]DE 102016223526 A1 [0006]
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-
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