EP4710059A1 - VERFAHREN ZUR ERSTELLUNG EINER DREIDIMENSIONALEN STRAßENKARTE - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Erstellung einer dreidimensionalen Straßenkarte (44), umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Fahrzeugs (10), welches eine Messeinrichtung (12) umfassend ein Inertialmesssystem, eine GNSS- Antenne (20) und eine mit dem Inertialmesssystem und der GNSS-Antenne (20) zeitsynchrone Kameraeinrichtung (13) umfasst; b) Aufnehmen der Fahrzeugausrichtung mit dem Inertialmesssystem, der Fahrzeugposition mit der GNSS-Antenne (20) und Bildern mit der Kameraeinrichtung (13), während eines Abfahrens einer Fahrspur (60), sodass wenigstens einige der Bilder einen äußeren Auflagepunkt (32) eines Reifens (16, 18) und einen Fahrspurrand (36) zeigen; c) Bestimmen von einem Abstand (42) zwischen dem äußeren Auflagepunkt (32) des Reifens (16, 18) und einem Fahrspurrandpunkt (34) des Fahrspurrands (36) aus jeweils zum gleichen Zeitpunkt in Schritt b) aufgenommenen Werten der Fahrzeugausrichtung und einem der Bilder; d) Berechnen einer Absolutposition (52) des in Schritt c) definierten Fahrspurrandpunkts (34) aus der Fahrzeugposition und dem in Schritt c) bestimmten Abstand (42) für den Zeitpunkt; ) Wiederholen der Schritte c) und d) für eine Mehrzahl von zeitlich aufeinander folgenden Absolutpositionen (52); f) Bestimmen einer ersten Fahrspurrandlinie (46) der Fahrspur durch Verbinden oder Interpolieren der Mehrzahl der zeitlich aufeinander folgenden Absolutpositionen (52); und g) Wiederholen der Schritte b) bis e), für einen dem ersten Fahrspurrand (36) gegenüberliegenden zweiten Fahrspurrand (36) und anschließend h) Bestimmen einer dem ersten Fahrspurrand (36) gegenüberliegenden zweiten Fahrspurrandlinie (48) der Fahrspur (60) durch Verbinden oder Interpolieren der Mehrzahl der zeitlich aufeinander folgenden Absolutpositionen (54) des zweiten Fahrspurrands (36); und i) Ausgeben der dreidimensionalen Straßenkarte (44), umfassend die erste Fahrspurrandlinie (46) und die zweite Fahrspurrandlinie (48).

Description

Verfahren zur Erstellung einer dreidimensionalen Straßenkarte

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung einer dreidimensionalen Straßenkarte, eine dreidimensionale Straßenkarte, die mit einem solchen Verfahren erstellt wurde und ein Verfahren zur Verwendung einer solchen dreidimensionalen Straßenkarte zur Steuerung eines autonomen Fahrzeugs.

Die vorliegende Erfindung beruht auf bekannten Techniken zur Vermessung von Straßen. Hierbei werden Straßen manuell vermessen, mit Kameras abgefahren oder mit Lasern gescannt.

Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass diese entweder ungenau, messtechnisch besonders aufwändig oder für Anwendungen wie autonomes Fahren nicht alle relevanten Parameter erfassen.

Insbesondere für Anwendungen im Bereich des autonomen Fahrens werden regelmäßig hochauflösende dreidimensionale Straßenkarten benötigt. Hochauflösende Karten können beim autonomen Fahren wichtige Sicherheitsaspekte besser berücksichtigen und zur genauen Erkennung von sonst uneindeutigen Fahrsituationen beitragen. Auch für die Steuerung der Fahrzeuge zur besseren Planung der Fahrtroute sind hochauflösende dreidimensionale Karten vorteilhaft.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einfacher Weise dreidimensionale Straßenkarten zu erstellen.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine dreidimensionale Straßenkarte bereitzustellen, die eine Genauigkeit einer Steuerung eines autonomen Fahrzeugs verbessert.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine dreidimensionale Straßenkarte bereitzustellen, mit der sich das Fahrverhalten eines Fahrzeugs bewerten lässt. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die Genauigkeit einer dreidimensionalen Straßenkarte mittels einer Validierung garantiert werden kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine dreidimensionale Straßenkarte bereitzustellen, die in Echtzeit eine Verortung eines Fahrzeugs ermöglicht.

Die voranstehenden Aufgaben werden gelöst, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , einer Straßenkarte mit den Merkmalen des Anspruchs 13 sowie Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und 15. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen dreidimensionalen Straßenkarte und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.

Erfindungsgemäß soll ein Verfahren die Erstellung einer dreidimensionalen Straßenkarte ermöglichen. Ein solches Verfahren zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus: a) Bereitstellen eines Fahrzeugs, welches eine Messeinrichtung umfassend ein Inertialmesssystem, eine GNSS-Antenne und eine mit dem Inertialmesssystem und der GNSS-Antenne zeitsynchrone Kameraeinrichtung umfasst; b) Aufnehmen der Fahrzeugausrichtung mit dem Inertialmesssystem, der Fahrzeugposition mit der GNSS-Antenne und Bildern mit der Kameraeinrichtung, während eines Abfahrens einer Fahrspur, sodass wenigstens einige der Bilder einen äußeren Auflagepunkt eines Reifens und einen Fahrspurrand zeigen; c) Bestimmen von einem Abstand zwischen dem äußeren Auflagepunkt des Reifens und einem Fahrspurrandpunkt des Fahrspurrands aus jeweils zum gleichen Zeitpunkt in Schritt b) aufgenommenen Werten der Fahrzeugausrichtung und einem der Bilder; d) Berechnen einer Absolutposition des in Schritt c) definierten Fahrspurrandpunkts aus der Fahrzeugposition und dem in Schritt c) bestimmten Abstand für den Zeitpunkt; e) Wiederholen der Schritte c) und d) für eine Mehrzahl von zeitlich aufeinander folgenden Absolutpositionen; f) Bestimmen einer ersten Fahrspurrandlinie der Fahrspur durch Verbinden oder Interpolieren der Mehrzahl der zeitlich aufeinander folgenden Absolutpositionen; und g) Wiederholen der Schritte b) bis e), für einen dem ersten Fahrspurrand gegenüberliegenden zweiten Fahrspurrand und anschließend h) Bestimmen einer dem ersten Fahrspurrand gegenüberliegenden zweiten Fahrspurrandlinie der Fahrspur durch Verbinden oder Interpolieren der Mehrzahl der zeitlich aufeinander folgenden Absolutpositionen des zweiten Fahrspurrands; und i) Ausgeben der dreidimensionalen Straßenkarte, umfassend die erste Fahrspurrandlinie und die zweiten Fahrspurrandlinie.

Der Kerngedanke eines erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass es mit einem Fahrzeug, welches zur Vermessung eine Kameraeinrichtung, ein Inertialmesssystem und eine GNSS-Antenne benötigt, einfach möglich ist, Fahrspuren und insbesondere Fahrspurrandlinien mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu vermessen.

Zur Aufnahme der Kartendaten dient ein mit einem Inertialmesssystem und einer GNSS-Antenne ausgestattetes Fahrzeug. Das Fahrzeug ist daher ein Detektionsfahrzeugs. Das Inertialmesssystem (engl. Inertial measurement unit, IMU) umfasst eine Kombination mehrerer Inertialsensoren wie Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren. Zur Erfassung der sechs möglichen kinematischen Freiheitsgrade umfasst das Inertialmesssystem drei jeweils aufeinander orthogonal stehende Beschleunigungssensoren (Translationssensoren) für die Erfassung der translatorischen Bewegung in x- bzw. y- bzw. z-Achse und drei orthogonal zueinander angebrachten Drehratensensoren (Gyroskopische Sensoren) für die Erfassung rotierender (kreisender) Bewegungen in x- bzw. y- bzw. z-Achse. Eine inertiale Messeinheit liefert als Messwerte drei lineare Beschleunigungswerte für die translatorische Bewegung und drei Winkelgeschwindigkeiten für die Drehraten. In einem Trägheitsnavigationssystem (INS) wird aus den Messwerten des Inertialmesssystems für die lineare Beschleunigungen, nach Kompensation der Erdbeschleunigung, durch Integration die lineare Geschwindigkeit und nochmalige Integration die Position im Raum bezogen zu einem Referenzpunkt ermittelt. Die Integration der drei Winkelgeschwindigkeiten liefert, bezogen zu einem Referenzpunkt, die Orientierung im Raum. Zum Bestimmen der Integrationskonstanten, zur Verbesserung der Genauigkeit und um die Nullpunkt- und Langzeitdrift der oben genannten Sensoren zu korrigieren, können zusätzliche Magnetometer integriert sein.

Die GNSS-Antenne dient zur dreidimensionalen Positionsbestimmung des Fahrzeugs auf der Erde. GNSS ist ein Sammelbegriff für die Verwendung bestehender und künftiger globaler Satellitensysteme wie NAVSTAR GPS, GLONASS Galileo und Beidou.

Das Verfahren kann insbesondere computerimplementiert sein.

Die Messeinrichtung kann eine Kamera oder mehrere Kameras, insbesondere drei Kameras aufweisen, welche zur Durchführung des Verfahrens jeweils Videos und/oder in kurzen Abständen hintereinander aufgenommene Einzelbilder aufnehmen. Vorzugsweise beträgt die Sampling-Rate wenigstens 20 Bilder pro Sekunde, besonders bevorzugt wenigstens 30 Bilder pro Sekunde und am bevorzugtesten wenigstens 30 Bilder pro Sekunde. Es ist aber grundsätzlich auch möglich, das Verfahren mit deutlich geringeren Sampling-Raten durchzuführen. Vorzugsweise stellen die in Schritt b) aufgenommenen Bilder wenigstens alle 2 Meter die Fahrbahn dar. Die Kameras sind miteinander, mit dem Inertialmesssystem und der GNSS-Antenne jeweils zeitsynchron. Grundsätzlich weisen die unterschiedlichen Systeme jedoch unterschiedliche Sampling- Raten auf. Beispielsweise kann die GNSS-Antenne eine Sampling-Rate von 100Hz aufweisen. Die Kameras können während der Durchführung des Verfahrens beispielsweise Bilder mit 20 fps (20Hz) aufnehmen. Das Inertialmesssystem kann beispielsweise Daten mit einer Frequenz von 30Hz aufnehmen. Die Zeitpunkte der aufgenommenen Bilder und Messwerte stimmen daher im Allgemeinen nicht genau überein. Zur Erhöhung der Genauigkeit kann ein Datensynchronisierungsschritt durchgeführt werden. Hierzu können zu jedem Einzelbild auf den Aufnahmezeitpunkt des Einzelbildes angepasste Datenpunkte der GNSS-Antenne und des Inertialmesssystems berechnet werden. Die Berechnung kann durch Interpolation der Messdaten, insbesondere durch lineare Interpolation der um diesen Messzeitpunkt liegenden Messwerte der GNSS-Antenne und des Inertialmesssystems berechnet werden. Der auf diese Weise durchgeführte Datensynchronisierungsschritt ermöglicht, die Daten der GNSS-Antenne und des Inertialmesssystems mit denen der Bilder zu synchronisieren, also Daten erzeugt werden, deren Zeitstempel mit Zeitstempeln der Bilder übereinstimmen. Hierzu weist jede einzelne Kamera vorzugsweise Synchronisationskanäle mit den folgenden Parametern auf: Bildaufnahmezeitpunkt, Breitengrad der Bildposition, Längengrad der Bildposition, Elevation der Bildposition und Orientierung der Bildposition.

Vorzugsweise sind die Kameras jeweils an der linken und/oder der rechten Seite, sowie bei zwei oder drei Kameras gegebenenfalls auch in der Mitte des Fahrzeugs angeordnet, wobei der Bildausschnitt der Kamera bzw. der Kameras so gewählt ist, dass das linke und/oder rechte Vorderrad sowie gegebenenfalls die Front des Fahrzeugs im gesamten Bildbereich der Kameras liegen. Mit der Kameraeinrichtung in Kombination mit der vorangegangenen Kamerakalibrierung, unter Verwendung der entwickelten Abstandsberechnungslogik können insbesondere auch relative, zeitsynchrone Abstände der Radaufstandspunkte (links und rechts) und/oder die äußeren Auflagepunkte der Reifen sowie eines bekannten oder ermittelten Schnittpunktes der Fahrzeugmittelebene in Fahrzeuglängsrichtung mit einer Ebene durch die Fahrzeugvorderachse und der Fahrbahnebene zu den Fahrspurrändern bestimmt werden. Die Radaufstandspunkte sind gegenüber den äußeren Auflagepunkten der Reifen um jeweils eine halbe Reifenbreite verschoben. Der Abstand kann auch Null sein, insbesondere bei Überfahren einer Fahrspurrandlinie.

Vorzugsweise kann in Schritt c) auch der Nullpunkt der Kalibrierung zum Bestimmen von einem Abstand zwischen dem äußeren Auflagepunkt des Reifens und einem Fahrspurrandpunkt des Fahrspurrands genutzt werden. Der Nullpunkt der Kalibrierung ist ein fixer Punkt bekannter Position, insbesondere an einem Kalibrierband. Der Nullpunkt der Kalibrierung kann dazu verwendet werden, um die Kalibriergenauigkeit zu erhöhen. Das Verfahren ermöglicht es, zu jedem Bildaufnahmezeitpunkt die genaue geographische Position des Fahrzeugs zu bestimmen. Hierzu kann zusätzlich zum Aufnahmezeitpunkt und zur Bildnummer der Längengrad, Breitengrad, die Höhe und die Genauigkeit der GNSS-Messung gespeichert werden. Mit den Verfahrensschritten zur Aufnahme der Messdaten liegen konsistente und synchronisierte Messdaten vor, welche automatisiert weiterverarbeitet werden können.

Die Schritte c) und d) können dadurch ablaufen, dass zu jedem Bildzeitpunkt eines Vermessungsvideos die genaue geographische Position des Fahrzeugs und über einen durch eine Messung bekannten dreidimensionalen Offset in kartesischen Koordinaten zwischen der Anordnung der GNSS-Antenne und dem äußeren Auflagepunkt des Reifens, der äußere Auflagepunkt des Reifens ermittelt wird. Hierzu wird zusätzlich zum Aufnahmezeitpunkt und zur Bildnummer der Längengrad, der Breitengrad, die Höhe und die Genauigkeit der GNSS-Messung gespeichert. Hierdurch liegen konsistente und synchronisierte Messdaten vor, welche automatisiert weiterverarbeitet werden können. Sind mehrere Reifen und/oder mehrere äußere Auflagepunkte des Reifens am Verfahren beteiligt, sind jeweils eigene Offsets zu berücksichtigen.

Vorzugsweise kann dabei zu jeder Videodatei eine synchrone Messdatei der Bildpositionen gespeichert werden.

Das Bestimmen eines ersten und/oder zweiten Fahrspurrands durch Verbinden oder Interpolieren der zeitlich aufeinander folgenden Absolutpositionen kann insbesondere dadurch erfolgen, dass von einem Fahrspurrandpunkt zunächst ein Nearest Neighbour Search zum nächsten Fahrspurrandpunkt ausgehend vom Aufnahmezeitpunkt des Bildes durchgeführt wird, anschließend können Zeitdifferenzen zum nächsten Fahrspurrandpunkt ausgehend vom Aufnahmezeitpunkt des Bildes bestimmt werden, darauf folgend der minimale Wert ausgewählt werden und schließlich ein Second Nearest Neighbour Search zum zweitnächsten Fahrspurrandpunkt ausgehend vom Aufnahmezeitpunkt des Bildes durchgeführt werden. Durch Verbinden oder Interpolieren der Fahrspurrandpunkte wird jede der Fahrspurrandlinien bestimmt. Die Bilder des ersten Fahrspurrands und die Bilder des zweiten Fahrspurrands können nacheinander, oder, bei Vorhandenseins einer geeigneten Kameraeinrichtung auch gleichzeitig aufgenommen werden. Die Fahrspurrandpunkte werden somit entsprechend ihres Aufnahmezeitpunkts geordnet und anschließend in dieser Reihenfolge miteinander verbunden bzw. interpoliert.

Vorteile bringt es weiter mit sich, wenn das Aufnehmen in Schritt b) in zeitsynchronen Abständen erfolgt.

Hierdurch können die aufgenommenen Daten dadurch auf ihre Validität überprüft werden, dass fehlende oder zusätzliche Daten einfach erkannt werden können. Weiters ist es hierdurch möglich eine einheitliche Genauigkeit der Fahrspurrandlinien der dreidimensionalen Straßenkarte zu gewährleisten, insbesondere wenn in Schritt b) die Fahrspur mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit abgefahren wird.

Weitere Vorteile werden erreicht, wenn die Kameraeinrichtung eine erste Kamera an der linken Seite des Fahrzeugs und eine zweite Kamera an der rechten Seite des Fahrzeugs aufweist, wobei die erste Kamera derart ausgerichtet ist, dass ihr Sichtfeld einen äußeren Auflagepunkt eines linken Reifens umfasst und die zweite Kamera derart ausgerichtet ist, dass ihr Sichtfeld einen äußeren Auflagepunkt eines rechten Reifens umfasst. Insbesondere kann die Kameraeinrichtung auch eine dritte Kamera aufweisen, deren Sichtfeld eine Fahrzeugfront und die Fahrspur zeigt.

Mit zwei auf unterschiedliche Reifen ausgerichteten Kameras kann Aufnahme der Bilder des ersten und zweiten Rands parallel, also gleichzeitig oder im Wesentlichen gleichzeitig erfolgen. Eine dritte, zentrale Kamera erleichtert die Datenauswertung, da mit dieser ein vollständiges Bild der Straße erstellt werden kann. Auch hier kann ein Kalibrierverfahren angewendet werden, um alle relevanten Daten miteinander zu synchronisieren.

Weitere Vorteile werden erreicht, wenn das Verfahren ferner den Schritt a1 ) nach Schritt a) umfasst: a1) Kalibrieren der Kameraeinrichtung mit einer am Boden der Fahrspur angeordneten Kalibriereinrichtung. Die Kalibrierung des zu messenden Bereichs am Boden der Fahrspur kann beispielsweise mit einem Kalibrierband mit Zentimetermaß durchgeführt werden, welches auf der Fahrspur angeordnet wird. Hierzu werden auf einem Bild, welches von der Kameraeinrichtung aufgenommen wurde und das Kalibrierband zeigt, die folgenden Schritte zur Kalibrierung durchgeführt:

• Rechtwinkliges Ausrichten des Kalibrierbandes, insbesondere mit einem Laser oder einer Lasermesseinrichtung

• Setzten von Kalibrierpunkten auf dem Kalibrierband

• Speichern der Kalibrierdatei

• Validierung der Kalibrierung mit einer Abstandsmessung

Zuerst werden Kalibrierpunkte auf die Zentimetermaße gesetzt. Die Kalibrierung findet anschließend auf einer Linie des Bildes statt. Die Kalibrierpunkte werden dabei auf der Kalibrierlinie im Bild in die Fadenkreuze auf dem Kalibrierband gesetzt. Der erste Kalibierpunkt ist der Nullpunkt der Kalibrierung und in aufsteigender Reihenfolge werden die weiteren Kalibrierungspunkte manuell und/oder automatisch gesetzt. Damit kann dann das Verhältnis von Bildpixel zu realem Abstandsmaß bestimmt werden.

Finden sich im äußeren Randbereich in einem Abstandssegment von 1 cm beispielsweise insgesamt 69 Pixel, kann auf 0,15 cm genau gemessen werden.

Die Kalibriergenauigkeit kann besonders bevorzugt vor und nach der Vermessung, also den Schritten b) und c) durchgeführt werden, womit sichergestellt werden kann, dass das Abstandsmaß korrekt ist. Dieser Schritt erhöht somit die Genauigkeit der Straßenkarte.

Vorzugsweise kann dabei die Kalibriereinrichtung eine Maßeinrichtung mit auf der Maßeinrichtung angeordneten Kalibriermarkierungen umfassen. Alternativ zur einfachen Form des Zentimetermaßes als Kalibriereinrichtung kann auch ein Messfeld, welches Maßeinrichtungen in zwei Dimensionen auf der Fahrspurfläche anordnet, vorgesehen sein.

Weitere Vorteile werden erzielt, wenn der Fahrspurrand in Schritt c) mit einem Kantenerkennungsalgorithmus definiert wird. Der Kantenerkennungsalgorithmus dient dazu, flächige Bereiche im Bild voneinander zu trennen, wenn sie sich entlang gerader oder gekrümmter Linien ausreichend in Farboder Grauwert, Helligkeit oder Textur unterscheiden. Der Kantenerkennungsalgorithmus dient dazu, die Übergänge zwischen diesen Bereichen zu erkennen und als Kanten markieren. Zugleich soll aber ein einzelner, homogener Bereich als solcher erkannt werden und nicht durch eine Kante in zwei Flächen geteilt werden. Hierzu kann der Farbwertgradient an jedem einzelnen Pixel eines Bildes durch Untersuchung eines den Punkt umgebenden Bereiches berechnet werden. Dieser Vorgang erfolgt durch diskrete Faltung des Bildes mit einer Faltungsmatrix, dem Kan ten operator. Letzterer definiert dabei die Größe des zu untersuchenden Umfeldes und mit welcher Gewichtung dessen einzelne Pixel in die Berechnung eingehen. Der Kantenoperator ermittelt für das zentrale Pixel aus der Umgebung einen mittleren Wert für den Gradienten. Wird diese Operation für alle Pixel im Bild durchgeführt, lässt sich aus der resultierenden Matrix der Gradienten ein Kantenbild zusammensetzen. Auf diesem heben sich die Kanten zwischen homogenen Bereichen ab, da an diesen Stellen ein vergleichsweise großer Gradient der Farbwerte vorliegt. Andere Verfahren zur Kantendetektion sind ebenfalls möglich.

Weitere Vorteile werden erreicht, wenn das Verfahren ferner die Schritte umfasst:

Berechnen einer Mittelposition als geographischen Mittelpunkt von einer Absolutposition der ersten Fahrspurrandlinie und einer der Absolutposition des ersten Fahrspurrands gegenüberliegenden Absolutposition der zweiten Fahrspurrandlinie; und

Bestimmen einer Fahrspurmittellinie durch Verbinden oder Interpolieren der zeitlich aufeinander folgenden Mittelpositionen.

Die Fahrspurmittellinie ist ein weiterer Aspekt der dreidimensionalen Straßenkarte, der deren Verwendung für autonomes Fahren verbessert. Eine Abweichung von einer idealen Fahrlinie oder ein Einleiten eines Überholmanövers kann bei Vorhandensein einer Fahrspurmittellinie von autonomen Fahrzeugen leichter erkannt werden. Aus den beiden Fahrspurrändern links und rechts wird die Mittellinie berechnet. Die Mittellinie jeder Fahrspur dient als Referenz und wird vorzugsweise im konstanten Abstandsmaß interpoliert. Die Auflösung der Mittellinie kann beliebig variiert werden. Dies ist häufig auch abhängig von der Fahrspurcharakteristik. Weitere Vorteile können erzielt werden, wenn das zuletzt beschriebene Verfahren, ferner den Schritt umfasst: Berechnen von Fahrspursegmenten als Polygon aus je zwei aufeinander folgenden Mittelpositionen und denjenigen je zwei Absolutpositionen der ersten Fahrspurrandlinie und der zweiten Fahrspurrandlinie mit denen die zwei Mittelpositionen berechnet wurden, wobei eine Fahrspur als Summe der Fahrspursegmente definiert ist.

Ein Fahrspursegment besteht somit aus insgesamt sechs Stützpunkten. Diese Stützpunkte beinhalten jeweils zwei aufeinanderfolgende GNSS-Punkte der linken und rechten Fahrspurrandlinie, sowie der Fahrspurmittellinie. Diese geografischen Informationen können in die dreidimensionale Straßenkarte als ein Geometriemodell eingehen. Mit diesen Informationen kann die dreidimensionale Straßenkarte insbesondere die folgenden Elemente umfassen:

• Polygonlinie des linken Fahrspurrands

• Polygonlinie des rechten Fahrspurrands

• Polygonlinie der Fahrbahnmitte

• Fahrspurrandpunkte des linken Fahrbahnrands

• Fahrspurrandpunkte des rechten Fahrbahnrands

• Multipunkte Fahrbahnmitte

• Polygone der Fahrspursegmente

• Polygone der Fahrspurbegrenzung

Auch die Fahrspursegmente erlauben eine genauere Steuerung und/oder eine genauere Validierung des Fahrzeugverhaltens von autonomen Fahrzeugen. Beispielsweise können Abweichungen vom erwarteten Fahrverhalten von anderen Verkehrsteilnehmern leichter erkannt werden, wenn das eigene Fahrzeug auf eine dreidimensionale Straßenkarte zugreift, welche Polygonsegmente enthält. Insbesondere kann ungewöhnliches Bremsverhalten und ungewöhnliches Beschleunigungsverhalten einfacher und genauer detektiert werden. Pro Fahrspur gibt es somit drei Linienzüge. Die linke und rechte Fahrspurrandlinie sowie die Fahrspurmittellinie. Für diese drei Linienzüge können pro Segment insbesondere die nachfolgend aufgelisteten Parameter berechnet werden:

• Fahrspurlänge

• Fahrspurbreite

• Fahrspurlinientyp

• Fahrspurlinienfarbe

• Fahrspurrichtung

• Fahrspurkrümmung

• Fahrspursteigung

• Fahrspurquerneigung

• Fahrspurlinienqualität

Der Fahrspurlinientyp, die Fahrspurlinienfarbe und die Fahrspurlinienqualität kann insbesondere aus den Bildern oder dem Kantenerkennungsalgorithmus abgeleitet werden. Die übrigen Parameter werden wie in nachfolgender Tabelle dargestellt berechnet:

Weitere Vorteile werden erreicht, wenn das Verfahren ferner den Schritt umfasst:

Berechnen eines Fahrspurmittenbereichs als ein zwischen der ersten Fahrspurrandlinie und der zweiten Fahrspurrandlinie liegender Bereich, der jeweils um einen Abstandswert von der ersten Fahrspurrandlinie und der zweiten Fahrspurrandlinie beabstandet ist. Auch die Fahrspurmittenbereiche erlauben eine genauere Steuerung von autonomen Fahrzeugen. Beispielsweise können Abweichungen vom erwarteten Fahrverhalten von anderen Verkehrsteilnehmern leichter erkannt werden, wenn das eigene Fahrzeug auf eine dreidimensionale Straßenkarte zugreift, welche Fahrspurmittenbereiche enthält. Insbesondere kann ungewöhnliches Lenkverhalten einfacher und genauer detektiert werden. Auch Spurhalteassistenten können in ungewöhnlichen Fahrsituationen hierdurch schneller und sicherer reagieren.

Weitere Vorteile werden erzielt, wenn das letztgenannte Verfahren ferner den Schritt umfasst:

Berechnen eines Fahrspurrandbereichs als Differenz zwischen der durch die erste Fahrspurrandlinie und die zweite Fahrspurrandlinie aufgespannten Fläche und des Fahrspurmittenbereichs.

Hierdurch wird eine dreidimensionale Karte erzeugt, welches einen Randbereich und einen Mittenbereich definiert. Hiermit werden die durch den Fahrspurmittenbereich erhaltenen Vorteile weiter verbessert.

Weitere Vorteile werden erzielt, wenn das Verfahren ferner den Schritt umfasst: Verknüpfen von statischen oder dynamischen Fahrspurparametern mit der Fahrspur.

Als statische Fahrspurparameter können insbesondere vorgesehen sein: eine Fahrspurrichtung, eine Fahrspurbreite, eine Fahrspursteigung, eine Fahrspurquerneigung, eine Fahrspurlänge, eine Fahrspurkrümmung der linken Fahrspurrandlinie, eine Fahrspurkrümmung der rechten Fahrspurrandlinie und/oder eine Fahrspurkrümmung der Fahrspurmittellinie.

Als dynamische Fahrspurparameter können insbesondere relative Abstände von Fahrzeug zu Fahrspurrand vorgesehen sein. Hierzu zählen ein geringster Abstand zur linken Fahrspurrandlinie, zur rechten Fahrspurrandline und zur Fahrspurmittellinie, die entsprechenden aktuellen Abstände, die entsprechenden durchschnittlichen Abstände und die entsprechenden orthogonalen Abstände. Auch ein Winkel zwischen Fahrtrichtung und Fahrspurmittellinie oder zwischen Fahrtrichtung und einer der Fahrspurrandlinien kann als dynamischer Fahrparameter vorgesehen sein. Auch hier kann ein aktueller Winkel, ein durchschnittlicher Winkel oder ein maximaler Winkel als dynamischer Fahrspurparameter vorgesehen sein.

Weitere Vorteile werden erreicht, wenn das Verfahren ferner die Schritte umfasst:

Bereitstellen einer dreidimensionalen Straßenkarte, erhalten nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

Mehrmaliges Überfahren des Fahrspurrands mit dem Fahrzeug und dabei

Aufnehmen der Fahrzeugausrichtung mit dem Inertialmesssystem, der Fahrzeugposition mit der GNSS-Antenne und Bildern mit der Kameraeinrichtung, sodass wenigstens einige der Bilder einen äußeren Auflagepunkt eines Reifens auf dem Fahrspurrand zeigen;

Bestimmen von genauigkeitsoptimierten Fahrspurrandpunkten aus jeweils zum gleichen Zeitpunkt aufgenommenen Werten der Fahrzeugausrichtung und den Bildern, die den äußeren Auflagepunkt des Reifens auf dem Fahrspurrand zeigen; und

Validieren und/oder Korrigieren der dreidimensionalen Straßenkarte mit den genauigkeitsoptimierten Fahrspurrandpunkten.

Die HD-Kartenvalidierung liefert ein Genauigkeitsmaß der vermessenen Strecke und somit der zuvor erstellen dreidimensionalen Straßenkarte. Dafür wird das Fahrzeug als Validierungsfahrzeug genutzt. Die Validierung geschieht mit einer hochgenauen Erfassung der Fahrzeugposition, beispielsweise in einer Genauigkeit von weniger als ±5 cm, vorzugsweise weniger als ±3 cm und besonders bevorzugt weniger als ±1 ,5 cm. Ein inhärenter Messfehler der Kamera bei Distanzaufnahmen wird dadurch reduziert, dass der relativ zur GNSS-Antenne bekannte äußere Auflagepunkt des Reifens gleichzeitig auch der Messpunkt ist. Das zeitliche Messraster ist hierbei möglichst gering zu wählen. Insbesondere sind die Bilder in Abständen von 50 ms oder weniger, vorzugsweise von 20 ms oder weniger und besonders bevorzugt in Abständen von 10 ms oder weniger aufzunehmen. Die Aufnahme der Bilder kann für jedes der Verfahren auch die Aufnahme eines Videos bedeuten.

Es werden Fahrspurränder gezielt überfahren. Aus den Bildern oder vorzugsweise dem Video wird der Punkt des Überfahrens ermittelt und mit den Ergebnissen der Positionsbestimmung verglichen. Hieraus kann ein Relativabstand zwischen der Fahrspurrandlinie der zuvor ausgegebenen dreidimensionalen Straßenkarte und den nun berechneten Werten der Fahrspurrandlinie berechnet werden. Ist eine Fahrbahnmittenmarkierung vorhanden, kann die Validierung auch für die Fahrbahnmittenlinie durchgeführt werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt liefert die vorliegende Erfindung eine dreidimensionale Straßenkarte, erhalten durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Die dreidimensionale Straßenkarte umfasst dabei zumindest die erste und zweite Fahrspurrandlinie in dreidimensionalen Koordinaten und hoher Genauigkeit von vorzugsweise ±3cm oder weniger, besonders bevorzugt von ±1 ,5cm oder weniger und kann ferner die Fahrspurmittellinie und/oder die Fahrspursegmente und/oder den Fahrspurmittenbereich und/oder den Fahrspurrandbereich enthalten.

Gemäß einem dritten Aspekt liefert die Erfindung ein Verfahren zur Verwendung einer dreidimensionalen Straßenkarte zur Steuerung eines autonomen Fahrzeugs.

Hierzu kann die dreidimensionale Straßenkarte im Steuerungssystem des Fahrzeugs integriert sein, oder das Fahrzeug greift zur Steuerung über ein Kommunikationsnetzwerk auf die dreidimensionale Straßenkarte zu. Die Fahrspurrandlinien und/oder die Fahrspurmittellinie und/oder die Fahrspursegmente und/oder der Fahrspurmittenbereich und/oder der Fahrspurrandbereich können dabei genutzt werden, um Fahrmanöver auszuführen und, um das Fahrverhalten anderer Verkehrsteilnehmer einzuschätzen und die Steuerung des eigenen Fahrzeugs entsprechend anzupassen. Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung kann ein autonomes Fahrzeug neben dem Zugriff auf Sensordaten, die die aktuelle Fahrsituation betreffen, auch die in der dreidimensionalen Straßenkarte integrierten Daten nutzen, um Straßenverhältnisse und Fahrsituationen einzuschätzen und dadurch das eigene Fahrverhalten zu verbessern.

Gemäß einem vierten Aspekt liefert die Erfindung ein Verfahren zur Verwendung einer dreidimensionalen Straßenkarte gemäß Anspruch 13 zum Erkennen eines Überfahrens einer Fahrspurrandlinie, insbesondere bei einem Renn Sportwettbewerb, umfassend die Schritte: Bereitstellen einer dreidimensionalen Straßenkarte, insbesondere nach Anspruch 13;

Bewegen eines Detektionsfahrzeugs mit einer GNSS-Einrichtung auf einem Straßenbereich, der durch die dreidimensionale Straßenkarte abgedeckt ist;

Aufnehmen einer Fahrzeugposition mit der GNSS-Einrichtung;

Abgleichen der Fahrzeugposition mit Koordinaten der ersten Fahrspurrandlinie und/oder der zweiten Fahrspurrandlinie; und

Erkennen des Überfahrens einer Fahrspurrandlinie durch den Abgleich.

Das Detektionsfahrzeug weist hierzu vorzugsweise ebenfalls eine GNSS- Messeinrichtung auf und es sind weiter bevorzugt dessen Dimensionen, also dessen maximale Ausdehnung von der GNSS-Messeinrichtung bekannt. Durch Aufnehmen der Fahrzeugposition über eine Zeitspanne wird eine Fahrzeugtrajektorie gebildet. Die maximalen Fahrzeugdimensionen können durch Offsets hinzugefügt werden. Auf diese Weise kann auch detektiert werden, wenn das Detektionsfahrzeug, welches beispielsweise gerade an einem Rennsportwettbewerb teilnimmt, mit nur einem Reifen oder eines Teils eines Reifens über eine Fahrspurrandlinie fährt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 ein Fahrzeug mit einer Messeinrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine Kalibriereinrichtung mit aufgenommenen Messwerten zum Kalibrieren der Messeinrichtung,

Fig. 3 ein Bild aus einer Straßenmessung zur Messung von einem Abstand zwischen dem äußeren Auflagepunkt des Reifens und einem Fahrspurrandpunkt des Fahrspurrands,

Fig. 4 eine dreidimensionale Straßenkarte mit zwei Fahrspurrandlinien und einer Fahrspurmittellinie, Fig. 5 eine dreidimensionale Straßenkarte mit zwei Fahrspurrandlinien, einer

Fahrspurmittellinie und Fahrspursegmenten,

Fig. 6 eine dreidimensionale Straßenkarte mit zwei Fahrspurrandlinien, einem Fahrspurmittenbereich und einem Fahrspurrandbereich,

Fig. 7 einen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und

Fig. 8 einen alternativen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Figur 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 10 mit einer Messeinrichtung 12, welches zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung einer dreidimensionalen Straßenkarte geeignet ist. Die Messeinrichtung 12 umfasst eine Kameraeinrichtung 13 mit drei zeitsynchronen Kameras 14. Eine erste Kamera 14 ist an der linken Seite des Fahrzeugs 10 und eine zweite Kamera 14 an der rechten Seite des Fahrzeugs 10 angeordnet. Die erste und zweite Kamera 14 können insbesondere in einem Bereich zwischen der B-Säule des Fahrzeugs 10 und einer vorderen Radebene 19 angeordnet sein. Die vordere Radebene 19 verläuft senkrecht zur Fahrzeugmittelebene 15 und parallel zur Radachse. Besonders bevorzugt können die Kameras 14 senkrecht über den Reifen 16, 18 am Fahrzeug 10 angeordnet sein. In einer solchen Anordnung können die Sichtfelder der Kameras 14 parallel zur Achsrichtung verlaufen, wodurch eine perspektivische Verzerrung der Aufnahmen nur in eine Richtung verläuft und dadurch minimiert ist und in Konsequenz die Genauigkeit des Verfahrens erhöht wird. Die erste Kamera 14 ist derart ausgerichtet ist, dass ihr Sichtfeld einen äußeren Auflagepunkt eines linken Reifens 16 umfasst und die zweite Kamera derart ausgerichtet ist, dass ihr Sichtfeld einen äußeren Auflagepunkt eines rechten Reifens 18 umfasst. Die Kameras 14 sind als Videokameras ausgestaltet, um eine ausreichend hohe Bildaufnahmerate zu ermöglichen.

Die Messeinrichtung 12 umfasst ferner eine GNSS-Antenne 20, die mit der Kameraeinrichtung 13 zeitsynchron arbeitet. Die GNSS-Antenne umfasst eine Sende- und Empfangseinrichtung sowie eine Auswerteeinrichtung (jeweils nicht explizit dargestellt) zur Auswertung der Positionsdaten. Der zeitsynchrone Betrieb bedeutet, dass die von der GNSS-Antenne 20 aufgenommenen Positionsdaten einen Zeitstempel aufweisen und die von der Kameraeinrichtung 13 aufgenommenen Bilder ebenfalls einen Zeitstempel aufweisen und dass die Zeitstempel bei gleichen Aufnahmezeiten miteinander übereinstimmen. Hierdurch kann eine Zuordnung zwischen den Positionsdaten und den Bildern durchgeführt werden und eine Synchronisation zwischen den Bildern und den Daten vorgenommen werden. Ein ebenfalls zeitsynchrones Inertialmesssystem ist nicht explizit dargestellt. Eine dritte Kamera 14 ist zentral am Fahrzeug angeordnet, wobei das Sichtfeld der dritten Kamera 14 nach vorne ausgerichtet ist, so dass deren Sichtfeld im Betrieb die Fahrzeugfront und die Fahrspur zeigt. Die dritte Kamera kann dadurch die Auswertung vereinfachen.

Die Position der GNSS-Antenne zu den äußeren Auflagepunkten der Reifen ist bekannt.

Das Fahrzeug ist auf einer Kalibriereinrichtung 22 angeordnet. Die Kalibriereinrichtung 22 ist als Kalibrierband 24 ausgestaltet und weist einen Maßstab auf, der quer zur Fahrtrichtung, in Achsrichtung unterhalb der Vorderreifen angeordnet ist. In dieser Position kann eine Kalibrierung der Kameraeinrichtung 13 durchgeführt werden. Zur besonders genauen senkrechten Anordnung des Kalibrierbands 24 wird eine Lasermesseinrichtung 21 genutzt, Mit der an einem Ende des Kalibrierbands 24 angeordneten Lasermesseinrichtung 21 kann der von ihr ausgehende Laserstrahl 17 und mit dieser das Kalibrierband 24 besonders genau parallel zur vorderen Radebene 19 und senkrecht zur Fahrzeugmittelebene 15 angeordnet werden. Da die genaue Anordnung des Kalibrierbands 24 Auswirkungen auf die Kalibrierung der Messeinrichtung 12 hat, wird durch die Lasermesseinrichtung 21 die Genauigkeit des Verfahrens erhöht.

Figur 2 zeigt schematisch ein Kalibrierband 24. Das Kalibrierband 24 weist durch Kreise markierte Kalibrierpunkte 26 auf einer Linie auf. Auf die Aufnahme einer Kamera 14 werden zur Kalibrierung der Kamera 14 die Kalibrierpunkte mit den Pixeln des Kamerabildes verknüpft. Dies kann durch eine manuelle oder automatische Zuordnung erfolgen. Hierzu ist das Kalibrierband 24 vorzugsweise so angeordnet, dass dessen Abstandsmaß entlang einer Pixellinie der Kamera 14 verläuft. Die Kalibrierung kann im Verfahren durch eine Software, die Mausklicks als Setzen eines Kalibrierpunkts interpretiert, durchgeführt werden. Mit den Kalibrierpunkten kann dann das Verhältnis von Pixel-Abständen zu dem realem Abstandsmaß bestimmt werden.

In einer Beispielmessung befinden sich Im äußeren Randbereich des Bildes in einem Abstandssegment von 1 cm insgesamt 69 Pixel. In diesem Beispiel kann somit auf 0,015 cm genau gemessen werden.

In Figur 3 ist ein Bild einer Straßenmessung gezeigt, welches während des Abfahrens einer Fahrspur aufgenommen worden ist. Das Bild zeigt einen äußeren Auflagepunkt des rechten vorderen Reifens 14

Zur Messung von einem Abstand zwischen dem äußeren Auflagepunkt 32 des Reifens 14 und einem Fahrspurrandpunkt 34 des Fahrspurrands 36. In diesem Beispiel ist der Fahrspurrand durch die der Fahrspur 30 zugewandte, untere Kante eines Bordsteins 38 definiert. In anderen Fällen kann der Fahrspurrand 36 durch eine Fahrbahnmarkierung oder auf andere Weise definiert sein. Der Fahrspurrand 36 kann mit einem Kantenerkennungsalgorithmus bestimmt und/oder definiert werden. Die Fehler aus einer maschinellen Kantendetektion können optional, um eine höhere Genauigkeit zu erreichen, ausgeglichen werden und insbesondere mit menschlicher Logik eliminiert werden. Hierdurch können beispielsweise Effekte ausgeglichen werden, die dadurch entstehen, dass Sonnenlicht eine Erkennung erschwert, Schatten, Laub, Sand, oder andere Objekte die Fahrbahnmarkierungen versperren oder dadurch, dass keine Fahrbahnmarkierungen vorhanden sind.

Um einen Fahrspurrandpunkt 34 zu bestimmen, wird ein Abstand 42 zwischen dem äußeren Auflagepunkt 32 des Reifens 14 und einem Fahrspurrandpunkt 34 des Fahrspurrands 36 aus jeweils zum gleichen Zeitpunkt in Schritt b) aufgenommenen Werten der Fahrzeugausrichtung und dem Bild bestimmt. Der bekannte Offset zwischen GNSS-Antenne 20 und äußerem Auflagepunkt 32 des Reifens 14 wird dabei berücksichtigt.

Aus einer Verbindungslinie 40 zwischen dem äußeren Auflagepunkt 32 des Reifens 14 und einem Fahrspurrandpunkt 34, die entsprechend der Pixellinie der Kamera verläuft, die während der Kalibration verwendet wurde, wird der Abstand 42 bestimmt. Eine Absolutposition in GNSS-Koordinaten des Fahrspurrandpunkts wird anschließend aus der Fahrzeugposition und dem Abstand 42 für den Zeitpunkt berechnet.

Diese Schritte werden für beide Fahrspurränder der Fahrspur wiederholt. Hierzu kann das Fahrzeug 10 mit nur einer Kamera 14 ausgestattet sein, die beispielsweise ausschließlich den rechten Reifen 14 aufnimmt. In diesem Fall wird die Fahrspur 30 zweimal in jeweils unterschiedlicher Richtung befahren, so dass Absolutpositionen beider Fahrpurränder 36 aufgenommen werden können.

Weist die Kameraeinrichtung dagegen zwei auf unterschiedlichen Seiten des Fahrzeugs 10 angeordnete Kameras 14 auf, kann es ausreichend sein, dass die Fahrspur 30 nur einmal befahren wird und die Bilder beider Fahrpurränder 36 gleichzeitig aufgenommen werden können.

Durch Verbinden oder Interpolieren von einer Mehrzahl von zeitlich aufeinander folgenden Absolutpositionen des ersten und zweiten Fahrspurrands 36 separat, werden Fahrspurrandlinien des ersten und zweiten Fahrspurrands bestimmt. Auf diese Weise werden

In Figur 4 ist eine dreidimensionale Straßenkarte 44 dargestellt, welche eine erste Fahrspurrandlinie 46, eine zweite Fahrspurrandlinie 48 und eine Fahrspurmittellinie 50 umfasst. Die erste und zweite Fahrspurrandlinie 46, 48 sind durch Interpolieren von jeweiligen Absolutpositionen 52, 54 bestimmt worden und bilden diese daher im dreidimensionalen GNSS-Koordinatensystem nach.

Aus den beiden Fahrspurrandlinien 46, 48 und/oder deren Absolutpositionen 52, 54 wird die Fahrspurmittellinie 50 berechnet. Die Fahrspurmittellinie 50 dient als Referenz und wird im konstanten Abstandsmaß interpoliert. Die Auflösung der Fahrspurmittellinie 50 kann im Prinzip beliebig variiert werden, insbesondere in Abhängigkeit der Fahrspurcharakteristik. Im gezeigten Beispiel kann die Fahrspurmittellinie 50 dadurch bestimmt werden, dass zunächst eine Mittelposition 56 als geographischen Mittelpunkt von einer Absolutposition 52 der ersten Fahrspurrandlinie 44 und einer der Absolutposition 52 des ersten Fahrspurrands gegenüberliegenden Absolutposition 54 der zweiten Fahrspurrandlinie 48 berechnet wird. Anschließend kann die Fahrspurmittellinie 50 durch Verbinden oder Interpolieren der zeitlich aufeinander folgenden Mittelpositionen 56 bestimmt werden.

Fig. 5 zeigt eine dreidimensionale Straßenkarte 44 mit Fahrspursegmenten 58. Die Fahrspursegmente 58 werden erfindungsgemäß als Polygon aus je zwei aufeinander folgenden Mittelpositionen 56 und denjenigen je zwei Absolutpositionen 52 der ersten Fahrspurrandlinie 46 und der zweiten Fahrspurrandlinie 48 mit denen die zwei Mittelpositionen 56 berechnet wurden, bestimmt. Eine Fahrspur ist als Summe der Fahrspursegmente 58 definiert. Die Summe der Fahrspursegmente 58 bilden somit eine Fläche im dreidimensionalen Raum. Diese Fläche und damit die Fahrspur 60 kann mittels einer dreidimensionale Interpolation zwischen den Fahrspursegmenten 58 und/oder den Absolutpositionen 52, 54 und Mittelpositionen 56 weiter geglättet werden. Ein Fahrspursegment 58 besteht somit aus insgesamt sechs Stützpunkten. Diese Stützpunkte beinhalten jeweils zwei aufeinanderfolgende GNSS-Punkte des linken und rechten Fahrspurrandes, sowie der Mitte der Fahrspur 60.

Figur 6 zeigt eine dreidimensionale Straßenkarte 44 mit zwei Fahrspurrandlinien 46, 48 einem Fahrspurmittenbereich 62 und einem Fahrspurrandbereich 64, wobei der Fahrspurrandbereich 64 aus zwei örtlich voneinander getrennten Bereichen besteht.

Der Fahrspurmittenbereichs 62 ist ein zwischen der ersten Fahrspurrandlinie 46 und der zweiten Fahrspurrandlinie 48 liegender Bereich, der jeweils um einen Abstandswert von der ersten Fahrspurrandlinie 46 und der zweiten Fahrspurrandlinie 48 beabstandet ist. Er kann durch einfache geometrische Überlegungen berechnet werden. Der Fahrspurrandbereich 64 kann berechnet werden als Differenz, zwischen der durch die erste Fahrspurrandlinie 46 und die zweite Fahrspurrandlinie 48 aufgespannten Fläche und den Fahrspurmittenbereich 62 berechnet werden.

Fig. 7 zeigt einen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Schritt a) wird ein Fahrzeugs bereitgestellt, welches eine Messeinrichtung umfassend ein Inertialmesssystem, eine GNSS-Antenne und eine mit dem Inertialmesssystem und der GNSS-Antenne zeitsynchrone Kameraeinrichtung umfasst.

In Schritt b) wird während eines Abfahrens der Fahrspur die Fahrzeugausrichtung mit dem Inertialmesssystem, die Fahrzeugposition mit der GNSS-Antenne und Bilder mit der Kameraeinrichtung aufgenommen. Hierbei zeigen wenigstens einige der Bilder einen äußeren Auflagepunkt eines Reifens und einen Fahrspurrand.

Im nachfolgenden Schritt c) wird ein Abstand zwischen dem äußeren Auflagepunkt des Reifens und einem Fahrspurrandpunkt des Fahrspurrands bestimmt. Die Bestimmung erfolgt aus jeweils zum gleichen Zeitpunkt zu in Schritt b) aufgenommenen Werten der Fahrzeugausrichtung und einem der Bilder.

In Schritt d) wird eine Absolutposition des in Schritt c) definierten Fahrspurrandpunkts berechnet. Die Berechnung erfolgt aus der Fahrzeugposition und dem in Schritt c) bestimmten Abstand für den Zeitpunkt berechnet.

Der Schritt e) ist ein Wiederholungsschritt. Hierbei werden die Schritte c) und d) für eine Mehrzahl von zeitlich aufeinander folgenden Absolutpositionen wiederholt. Die Anzahl der Wiederholungen ergibt sich aus der Länge der abzufahrenden Fahrspur oder der Gesamtmessdauer der Messeinheit. Grundsätzlich ist die Anzahl der Wiederholungen n frei wählbar.

In Schritt f) wird einer ersten Fahrspurrandlinie der Fahrspur bestimmt. Die Bestimmung erfolgt durch Verbinden oder Interpolieren der Mehrzahl der zeitlich aufeinander folgenden Absolutpositionen.

Parallel zu Schritt f), nach Schritt f) oder vor Schritt f) wird Schritt g) durchgeführt, bei dem die Schritte b) bis e), für einen dem ersten Fahrspurrand gegenüberliegenden zweiten Fahrspurrand wiederholt werden. Hierbei handelt es sich um eine einmalige Wiederholung, die üblicherweise in dem Fall separat durchgeführt wird, wenn die Kameraeinrichtung nur auf einer Seite des Fahrzeugs Bilder aufnimmt.

Anschließend wird in Schritt h) eine dem ersten Fahrspurrand gegenüberliegende zweiten Fahrspurrandlinie der Fahrspur Bestimmt. Die Bestimmung erfolgt durch Verbinden oder Interpolieren der Mehrzahl der zeitlich aufeinander folgenden Absolutpositionen des zweiten Fahrspurrands.

Schließlich wird in Schritt i) die dreidimensionalen Straßenkarte, die zumindest die erste Fahrspurrandlinie und die zweite Fahrspurrandlinie umfasst, ausgegeben.

In Figur 8 ist ein alternatives erfindungsgemäßes Verfahren gezeigt, welches alle in Figur 7 beschriebenen Schritte enthält. Im Unterschied zum in Figur 7 beschriebenen Verfahren werden die Schritte b), c), d), e) für den ersten und zweiten Fahrspurrand zur Ermittlung der Daten für die Bestimmung der ersten und zweiten Fahrspurrandlinie parallel durchgeführt. Die parallele Durchführung dieser Schritte ist dann möglich, wenn die Kameraeinrichtung des Fahrzeugs dazu eingerichtet ist, auf beiden Seiten des Fahrzeugs gleichzeitig Bilder aufzunehmen, beispielsweise durch zwei oder mehr Kameras.

Die voranstehenden Erläuterungen zu den Ausführungsformen beschreiben die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen.

Bezugszeichenliste

10 Fahrzeug

12 Messeinrichtung

13 Kameraeinrichtung

14 Kamera

15 Fahrzeugmittelebene

16 linker Reifen

17 Laserstrahl

18 rechter Reifen

19 vordere Radebene

20 GNSS-Antenne

21 Lasermesseinrichtung

22 Kalibriereinrichtung

24 Kalibrierband

26 Kalibrierpunkt

30 Fahrspur

32 äußerer Auflagepunkt

34 Fahrspurrandpunkt

36 Fahrspurrand

38 Bordstein

40 Verbindungslinie

42 Abstand

44 dreidimensionale Straßenkarte

46 erste Fahrspurrandlinie

48 zweite Fahrspurrandlinie

50 Fahrspurmittellinie

52 Absolutposition der ersten Fahrspurrandlinie

54 Absolutposition der zweiten Fahrspurrandlinie

56 Mittelposition

58 Fahrspursegment

60 Fahrspur

62 Fahrspurmittenbereich

64 Fahrspurrandbereich

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Erstellung einer dreidimensionalen Straßenkarte (44), umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Fahrzeugs (10), welches eine Messeinrichtung (12) umfassend ein Inertialmesssystem, eine GNSS-Antenne (20) und eine mit dem Inertialmesssystem und der GNSS-Antenne (20) zeitsynchrone Kameraeinrichtung (13) umfasst; b) Aufnehmen der Fahrzeugausrichtung mit dem Inertialmesssystem, der Fahrzeugposition mit der GNSS-Antenne (20) und Bildern mit der Kameraeinrichtung (13), während eines Abfahrens einer Fahrspur (60), sodass wenigstens einige der Bilder einen äußeren Auflagepunkt (32) eines Reifens (16, 18) und einen Fahrspurrand (36) zeigen; c) Bestimmen von einem Abstand (42) zwischen dem äußeren Auflagepunkt (32) des Reifens (16, 18) und einem Fahrspurrandpunkt (34) des Fahrspurrands (36) aus jeweils zum gleichen Zeitpunkt in Schritt b) aufgenommenen Werten der Fahrzeugausrichtung und einem der Bilder; d) Berechnen einer Absolutposition (52) des in Schritt c) definierten Fahrspurrandpunkts (34) aus der Fahrzeugposition und dem in Schritt c) bestimmten Abstand (42) für den Zeitpunkt; e) Wiederholen der Schritte c) und d) für eine Mehrzahl von zeitlich aufeinander folgenden Absolutpositionen (52); f) Bestimmen einer ersten Fahrspurrandlinie (46) der Fahrspur durch Verbinden oder Interpolieren der Mehrzahl der zeitlich aufeinander folgenden Absolutpositionen (52); und g) Wiederholen der Schritte b) bis e), für einen dem ersten Fahrspurrand (36) gegenüberliegenden zweiten Fahrspurrand (36) und anschließend h) Bestimmen einer dem ersten Fahrspurrand (36) gegenüberliegenden zweiten Fahrspurrandlinie (48) der Fahrspur (60) durch Verbinden oder Interpolieren der Mehrzahl der zeitlich aufeinander folgenden Absolutpositionen (54) des zweiten Fahrspurrands (36); und i) Ausgeben der dreidimensionalen Straßenkarte (44), umfassend die erste Fahrspurrandlinie (46) und die zweite Fahrspurrandlinie (48).

2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Aufnehmen in Schritt b) in zeitsynchronen Abständen erfolgt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kameraeinrichtung (13) eine erste Kamera (14) an der linken Seite des Fahrzeugs (10) und eine zweite Kamera (14) an der rechten Seite des Fahrzeugs (10) aufweist, wobei die erste Kamera (14) derart ausgerichtet ist, dass ihr Sichtfeld einen äußeren Auflagepunkt (32) eines linken Reifens (16) umfasst und die zweite Kamera (14) derart ausgerichtet ist, dass ihr Sichtfeld einen äußeren Auflagepunkt (32) eines rechten Reifens (18) umfasst.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt a1 ) nach Schritt a): a1 ) Kalibrieren der Kameraeinrichtung (13) mit einer am Boden der Fahrspur angeordneten Kalibriereinrichtung (22).

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Kalibriereinrichtung (22) eine Maßeinrichtung mit auf der Maßeinrichtung angeordneten Kalibriermarkierungen umfasst.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fahrspurrand (36) in Schritt e) mit einem Kantenerkennungsalgorithmus definiert wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend die Schritte:

Berechnen einer Mittelposition (56) als geographischen Mittelpunkt von einer Absolutposition (52) der ersten Fahrspurrandlinie (46) und einer der Absolutposition (52) des ersten Fahrspurrands (36) gegenüberliegenden Absolutposition (54) der zweiten Fahrspurrandlinie (48); und

Bestimmen einer Fahrspurmittellinie (50) durch Verbinden oder Interpolieren der zeitlich aufeinander folgenden Mittelpositionen (56).

8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend den Schritt: Berechnen von Fahrspursegmenten (58) als Polygon aus je zwei aufeinander folgenden Mittelpositionen (56) und denjenigen je zwei Absolutpositionen (52, 54) der ersten Fahrspurrandlinie (46) und der zweiten Fahrspurrandlinie (48) mit denen die zwei Mittelpositionen (56) berechnet wurden, wobei die Fahrspur (60) als Summe der Fahrspursegmente (58) definiert ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt:

Berechnen eines Fahrspurmittenbereichs (62) als ein zwischen der ersten Fahrspurrandlinie (46) und der zweiten Fahrspurrandlinie (48) liegender Bereich, der jeweils um einen Abstandswert von der ersten Fahrspurrandlinie (46) und der zweiten Fahrspurrandlinie (48) beabstandet ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend den Schritt:

Berechnen eines Fahrspurrandbereichs (64) als Differenz zwischen der durch die erste Fahrspurrandlinie (46) und die zweite Fahrspurrandlinie (48) aufgespannten Fläche und des Fahrspurmittenbereichs (62).

1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt:

Verknüpfen von statischen oder dynamischen Fahrspurparametern mit der Fahrspur (60).

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend die Schritte:

Bereitstellen einer dreidimensionalen Straßenkarte (44), insbesondere erhalten nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

Mehrmaliges Überfahren des Fahrspurrands (36) mit dem Fahrzeug (10) und dabei

Aufnehmen der Fahrzeugausrichtung mit dem Inertialmesssystem, der Fahrzeugposition mit der GNSS-Antenne (20) und Bildern mit der Kameraeinrichtung (13), sodass wenigstens einige der Bilder einen äußeren Auflagepunkt (32) eines Reifens (16, 18) auf dem Fahrspurrand (36) zeigen; Bestimmen von genauigkeitsoptimierten Fahrspurrandpunkten (34) aus jeweils zum gleichen Zeitpunkt aufgenommenen Werten der Fahrzeugausrichtung und den Bildern, die den äußeren Auflagepunkt (32) des Reifens (16, 18) auf dem Fahrspurrand (36) zeigen; und

Validieren und/oder Korrigieren der dreidimensionalen Straßenkarte (44) mit den genauigkeitsoptimierten Fahrspurrandpunkten (34).

13. Dreidimensionale Straßenkarte (44), erhalten durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

14. Verwendung einer dreidimensionalen Straßenkarte (44) gemäß Anspruch 13 zur Steuerung eines autonomen Fahrzeugs.

15. Verwendung einer dreidimensionalen Straßenkarte (44) gemäß Anspruch 13 zum Erkennen eines Überfahrens einer Fahrspurrandlinie (46, 48), insbesondere bei einem Rennsportwettbewerb, umfassend die Schritte:

Bereitstellen einer dreidimensionalen Straßenkarte (44) nach Anspruch 13;

Bewegen eines Detektionsfahrzeug mit einer GNSS-Einrichtung auf einem Straßenbereich, der durch die dreidimensionale Straßenkarte (44) abgedeckt ist;

Aufnehmen einer Fahrzeugposition mit der GNSS-Einrichtung;

Abgleichen der Fahrzeugposition mit Koordinaten der ersten Fahrspurrandlinie (46) und/oder der zweiten Fahrspurrandlinie (48); und Erkennen des Überfahrens einer Fahrspurrandlinie (46, 48) durch den Abgleich.