JP2020524295A - 車線に正確な道路地図の作成方法および装置 - Google Patents

車線に正確な道路地図の作成方法および装置 Download PDF

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Abstract

車線に正確な道路地図(22)の作成方法が提案される。方法は、ディジタルの車道に正確な道路地図(14)を提供するステップ、軌道データ記録(16)を提供するステップ、および車道に正確な道路地図(14)を少なくとも1つの道路セグメント(26)に区分化することにより少なくとも1つの道路(17)を識別するステップを有する。さらに、方法は、道路セグメント(26)を少なくとも1つの道路モデル(28)にモデル化するステップを有し、この場合、道路モデル(28)は、道路(17)の車線(23)を表わすためのパラメータ(L、W、G、C)を有する。さらに、方法は、道路モデル(28)のパラメータ(L、W、G、C)の少なくとも1つの部分パラメータ値を、道路モデル(28)の変更操作(40、41、42、43、44、46、48、50)のランダム選択によりランダムに変化させるステップ、並びに道路モデル(28)に対して少なくとも1つの確率値を決定することにより、軌道データ記録(16)の軌道データ(27)の少なくとも1つの部分を道路モデル(28)に割り当てるステップを有する。決定され少なくとも1つの確率値に基づいて、道路モデル(28)の最適パラメータ値が決定され、およびそれに基づいて、特に高い精度を特徴とする車線に正確な道路地図(22)が作成される。【選択図】図3A

Description

本発明は、一般的に、道路地図の作成に関する。特に、本発明は、ディジタルの車線に正確な道路地図の作成方法およびデータ処理装置に関する。
特に車両の自動運転および/または自律運転に関して、過去に、ディジタル道路地図の種々の作成方法が開発された。
例えば、Uruwaragoda et al.,2013,“Generating Lane Level Road Data from Vehicle Trajectroies Using Kernel Density Estimation”,Proceedings of the 16th International IEEE Annual Conference on Intelligent Transportation Systems(ITSC 2013),201の論文に、道路上の車線の数および幅の評価方法が開示されている。このために、車道に正確な道路地図から出発して、道路の中心線が離散間隔で垂直に切断される。この各垂直線に対して道路上の車両の軌道との切断点が計算されかつそれぞれ1つの核密度評価が実行される。これにより、車線数および車線幅に関する情報を含みかつそれに続いて結合可能な、道路に沿った支持位置が作成される。
Schroedel et al.,“Mining GPS Traces for Map Refinement”,Data Mining and Knowledge Discovery,2004,9の論文に、アルゴリズムが、車両の軌道を、はじめにセグメントに分割しかつ中心線を識別することにより、地図を予め知ることなく車線数および車線幅に関する情報が導かれる。車線に関して説明可能にするために、中心線に沿って車両の軌道までの垂直間隔が密度評価法により分類される。
Betaille et al.,“Creating Enhanced Maps for Lane−Level Vehicle Navigation”IEEE Transaction on Intelligent Transportation System,2010,4,2010,10の論文に、クロソイドにより表わされたモデルが測定された車両の軌道データに適合される、モデルが基礎とされた手法が追求されている。
Uruwaragoda et al.,2013,"Generating Lane Level Road Data from Vehicle Trajectroies Using Kernel Density Estimation",Proceedings of the 16th International IEEE Annual Conference on Intelligent Transportation Systems(ITSC 2013),201 Schroedel et al.,"Mining GPS Traces for Map Refinement",Data Mining and Knowledge Discovery,2004,9 Betaille et al.,"Creating Enhanced Maps for Lane−Level Vehicle Navigation"IEEE Transaction on Intelligent Transportation System,2010,4,2010,10
本発明の実施形態により、詳細かつ精密な、車線に正確な道路地図の改善された作成方法並びに対応データ処理装置が提供可能であることが有利である。
本発明の態様は、車線に正確な道路地図、特にディジタルの車線に正確な道路地図の作成および/または発生方法に関する。この場合、方法は、
少なくとも1つの道路の道路コースを表わすためのディジタルの車道に正確な道路地図を提供するステップを有し、
少なくとも1つの道路に沿った道路使用者の複数の軌道データを有する軌道データ記録を提供するステップを有し、
車道に正確な道路地図を少なくとも1つの道路セグメントに区分化し、分割しおよび/または分類することにより少なくとも1つの道路を識別および/または決定するステップを有し、
道路セグメントを少なくとも1つの道路モデルにモデル化するステップを有し、この場合、道路モデルは、道路の車線を幾何学的および/または位相幾何学的に表わすための複数のパラメータを有し、
パラメータ値を変更するために、道路モデルのパラメータの少なくとも1つの部分のパラメータ値を、道路モデルの変更操作のランダム選択によりランダムに変化させおよび/または変更させる、特に複数回ランダムに変化させおよび/または変更させるステップを有し、
道路モデルに対して少なくとも1つの確率値を決定することにより、軌道データ記録の軌道データの少なくとも1つの部分を道路モデルに割り当てるステップを有し、この場合、確率値は、道路モデルによる軌道データの描写、複写および/または模写の質および/または品質と相関関係を有し、
決定された少なくとも1つの確率値に基づいて、道路モデルのパラメータの少なくとも1つの部分の最適パラメータ値を決定するステップを有し、および
道路モデルの最適パラメータ値に基づいて、車線に正確な道路地図を作成するステップを有する。
「ディジタルの車道に正確な道路地図」は、ここでは、および以下において、道路コースおよび/または車道に関する情報のみを含むが、車道上の個々の車線に関する情報を含まない道路地図を表わしてもよい。例えば、車道に正確な道路地図は1つ以上の接続点および端縁を有してもよく、この場合、端縁は、道路および/または道路部分を示すために、および接続点は、交差点を示すために使用可能である。同様に、車道に正確な道路地図は、接続点および端縁を有するグラフを表わしてもよい。この場合、グラフおよび/または車道に正確な道路地図内において、端縁は矢印により、および接続点は点によって与えられおよび示されていてもよい。
用語「車線に正確な道路地図」は、個々の車線に関する情報を有するディジタル道路地図および/またはグラフを表わしてもよい。車線に正確な道路地図は、特に、例えば車線幅、車線数、対向走行方向の車線間の間隔および/または道路および/または道路部分の曲率のような、個々の車線の形状に関する情報を含んでもよい。これらの幾何学的情報は、例えば、「道路の車線を幾何学的に表わすためのパラメータ」の少なくとも1つの部分内に考慮されおよび/または含まれていてもよい。すなわち、「幾何学的に表わすためのパラメータ」は、車線の数、個々の車線の幅、道路ないしは個々の車線の曲率および/または対向走行方向の車線間の間隔を表わすためのパラメータを有してもよい。さらに、車線に正確な道路地図は、車線の位相幾何学に関する情報を含んでもよく、この場合、位相幾何学は、個々の車線間の結合路、結合および/または接続性を表わしてもよい。これらの位相幾何学的情報は、例えば、「道路車線を位相幾何学的に表わすためのパラメータ」の少なくとも1つの部分内に考慮されおよび/または含まれていてもよい。すなわち、「道路の車線を位相幾何学的に表わすためのパラメータ」は、個々の車線の間の結合路、結合、接続性、道路セグメント内の個々の車線の消滅および道路セグメント内の個々の車線の発生を表わすためのパラメータを有してもよい。
用語「軌道データ」は、例えば車両、自動車および/または歩行者のような道路使用者の、道路に沿ったおよび/または交差点上の軌道、運動輪郭、走行路および/または運動を表わす、例えばGPS座標(Global Positioning System,GPS)および/またはGNSSデータ(Global Navigation Satellite System,GNSS)のような地理的座標を示してもよい。同様に、用語「軌道データ記録」は、1つ以上の道路使用者のこのような軌道データの集合を示してもよい。
さらに、用語「道路セグメントを少なくとも1つの道路モデルにモデル化」は、道路セグメントの、少なくとも1つの道路モデルへの描写、複写、複製および/または模写を示してもよい。この場合、道路モデルは、道路セグメントの数学的および/またはモデルベース的抽象化および/または表示を示してもよい。
以下に本発明による方法が要約されている。車道に正確な道路地図は、例えばデータ処理装置内において、データ処理装置のデータメモリから読取り可能である。この場合、車道に正確な道路地図は、1つ以上の道路および/または1つ以上の交差点を地理的に現わすための1つ以上の接続点および/または1つ以上の端縁を有してもよい。したがって、車道に正確な道路地図の提供は、車道に正確な道路地図の読取りおよび/または少なくとも1つの端縁および/または少なくとも1つの接続点の読取りを含んでもよい。車道に正確な道路地図は、このとき、例えば少なくとも1つの接続点および/または少なくとも1つの端縁により解析され、および少なくとも1つの道路セグメントに分割されおよび区分化されてもよい。特に、車道に正確な道路地図は、例えば接続点および/または端縁に基づいて、それぞれ個々の道路セグメントに分割可能な複数の道路を有してもよい。言い換えると、道路および/または少なくとも1つの道路は、接続点および/または端縁に基づいて識別されてもよい。それに続いて、識別された道路セグメントの各々は、別の道路モデルに描写され、モデル化され、複写されおよび/または模写されてもよい。その後に、それぞれ1つの道路セグメントに付属可能な道路モデルの各々に対して、それぞれの道路モデルのパラメータの少なくとも1つの部分が変化されおよび/または変更されてもよい。特に、各道路モデルのパラメータは、複数回反復して変化されてもよく、この場合、種々の道路モデルのパラメータは、同時におよび/または時間的に順次に相前後して変化されてもよい。この場合、パラメータ値は、軌道データとは無関係に変化可能である。さらに、軌道データは、それぞれの道路モデルに、例えば軌道データおよび/または車道に正確な道路地図の地理的座標により割り当てられてもよい。この場合、軌道データのいずれが道路セグメントの1つ内に配置されているかが決定され、これに基づいて、個々の道路モデルに付属の軌道データが決定可能である。特に、軌道データを道路モデルに割り当てるステップの前に、道路モデルにモデル化するステップが実行されてもよい。それに続いて、軌道データがそれぞれの道路モデルによりいかに良好に模写されおよび/または複写されているかが検査可能であり、この場合、道路モデルの各々に対するこのような描写の質および品質の尺度として、確率値が決定されてもよい。すなわち、本発明の考え方における確率は、対応道路モデルによる軌道データの描写、複写および/または模写の質および/または品質に対する尺度を示してもよい。特に道路モデルの各々に対して、各道路モデルのパラメータの1つの部分の複数回の独立変化により、複数の確率値が決定されてもよい。道路モデルの各々に対して決定された確率値から、次に、その道路モデルの他の確率値に比較してより高いおよび/または最高の、したがって、付属道路モデルの最適構成および/または付属道路モデルの最適パラメータ値に対応可能な、少なくとも1つの確率値が選択可能である。さらに、最高確率値の決定範囲内において、いわゆるシミュレーテド・アニーリング法が使用されてもよい。これは、最適化過程の進行中に道路モデルと軌道データの間の一致を低下させる変更操作がほとんど受け入れられないように、および/または道路モデルの最適化が、直接道路モデルの最適パラメータ値に、すなわち、最も確率の高いおよび/または最善の道路モデルに終端するように作用可能である。したがって、最終的に、個々の道路モデルの確率値並びにパラメータ値は、反復により最適化可能である。個々の道路モデルの最適パラメータ値が選別および/または選択可能であり、これにより、車線に正確な道路地図を示しおよび/または表わすことが可能である。言い換えると、車線に正確な道路地図は、少なくとも1つの道路モデルの最適パラメータ値によって与えられていてもよい。したがって、本発明による方法は、1つ以上の道路セグメントが1つ以上の道路モデルに描写され、それに続いて、反復により1つ以上の道路モデルの最適パラメータ値が決定されるように設計可能である。
したがって、本発明による方法は、1つ以上の道路使用者の運動輪郭、軌道データおよび/または走行軌道から、走行された道路網の正確な位相幾何学的および/または幾何学的道路地図がいかに有利に導出可能および/または決定可能であるかに基づいた、モデルベースの最適化方法を特徴とすることが可能である。この場合、特に、個々の車線の数、コース、幅、間隔および/または接続性が高い精度で決定可能である。これは、直線道路セグメント、曲線セグメントおよび/または交差点セグメントに対して実行可能である。
本発明は、特に、以下に記載の知見に基づくものとみなされ得る。多くの量産車両内の接続性の問題解決を利用して、および/またはスマートフォンの使用を介して、既に、今日、車両および/または道路使用者の無数の運動輪郭および/または軌道データが検出可能である。したがって、これは、簡単に、コスト的に有利にかつ早期に利用可能なデータ源を示すことが可能である。同時に、平面をカバーする、道路網の正確な地図作成は、自動運転に関連して、世界中で常により大きな意義を有する。したがって、本発明による方法は、例えば大きな車両群の既知の運動輪郭、軌跡データおよび/または走行軌道の解析に基づいて、道路網の正確な地図作成を可能にし得ることは有利である。例えば、一般的な地図作成によりしばしば行われるような、きわめて特殊な測定車両による地図作成に比較して、本発明による方法に対して使用される軌道は、コスト的に有利に、簡単かつ大量に提供可能であるので、コスト的に有利な、迅速な、平面をカバーする、並びに精密な、道路網の地図作成が実行可能である。
一実施形態により、最適パラメータ値は、モンテカルロ法に基づき、特にリバーシブルジャンプ・マルコフ連鎖モンテカルロ法(RJMCMC)に基づいて決定される。特に、道路モデルのパラメータの少なくとも1つの部分のパラメータ値をランダムに変化させるための変更操作のランダム選択は、モンテカルロ法および/またはリバーシブルジャンプ・マルコフ連鎖モンテカルロ法に基づいて実行可能である。この場合、変更操作の全てまたは少なくとも1つの部分は一様に分布されているとみなされてもよく、およびパラメータ値の少なくとも1つの部分のランダム変化のために、パラメータ値の少なくとも1つの部分が、乱数に基づいて、すなわち、いわゆるサイコロが振られて選択されてもよい。変更操作のランダム選択の後に、この変更操作が実行され、およびそれに続いて、これにより引き出された変更がパラメータ値に採用されるかまたは破棄されるかが決定されてもよい。RJMCMC法の過程において、一般的に、ランダム実験の実行のとき、例えば軌道データのような入力データが考慮されてもよく、この場合、入力データの分布は、基礎となる道路網および/または道路モデルにより含められてもよい。RJMCMCの目的は、この場合、例えば実際の道路網のような未知の分布を道路モデルにより再構成することであってもよい。この場合、道路モデルおよび/または道路モデルのパラメータ値は、ランダムにおよび/または軌道データとは無関係に変化されてもよい。それに続いて、決定された確率値に応じてそれぞれ、および/または決定された確率値の高さに応じてそれぞれ、例えばしきい値との比較に基づいて、および/または評価計測値に基づいて、付属のパラメータ値、ないしはパラメータ値の変更が破棄されてもまたは採用されてもよい。最適パラメータ値の決定の過程において、シミュレーテド・アニーリング法が使用されてもよい。
一実施形態により、道路モデルは、少なくとも道路セグメントの部分領域内に一定数の車線をモデル化するために少なくとも1つの道路ブロックを有する。その代わりにまたはそれに追加して、道路モデルは、少なくとも1つの幾何学的パラメータマトリックスおよび少なくとも1つの位相幾何学的パラメータマトリックスに基づいて、少なくとも道路セグメントの部分領域内に、変化する数の車線をモデル化するために少なくとも1つの結合ブロックを有し、この場合、幾何学的パラメータマトリックスの値は、道路セグメント内の車線数の変更を表わし、およびこの場合、位相幾何学的パラメータマトリックスの値は、道路セグメント内の個々の車線間の結合を表わす。言い換えると、識別された各道路セグメントを、道路モデルの少なくとも1つの道路ブロックおよび結合ブロックによりモデル化するように設計されていてもよい。特に、識別された各道路セグメントを、2つの結合ブロック間に配置された道路ブロックによりモデル化するように設計されていてもよい。一定の車線数をモデル化した各道路セグメント内のそれぞれ1つの道路ブロックの使用により、計算費用が低減可能であることは有利である。さらに、道路セグメントごとに少なくとも1つの結合ブロックを使用することにより、幾何学および/または位相幾何学における、相互に隣接する2つの道路セグメントの場合による変更は、結合ブロック内において確実にかつ包括的にモデル化可能および/または考慮可能である。この場合、結合ブロックは、車道の各走行方向に対するそれぞれ1つの幾何学的およびそれぞれ1つの位相幾何学的パラメータマトリックスを有してもよい。言い換えると、結合ブロックは、異なる走行方向の車線の幾何学および/または位相幾何学のモデル化のために2つの幾何学的および2つの位相幾何学的パラメータマトリックスを有してもよい。
一実施形態により、道路セグメントを少なくとも1つの道路モデルにモデル化するステップは、
道路セグメント内の道路の各点がパラメータ化値を介して単位間隔で決定されているように、道路セグメントを単位間隔でパラメータ化する部分ステップと、
道路セグメントを、道路モデルの少なくとも1つの道路ブロックおよび少なくとも1つの結合ブロックに区分化および/または分割する部分ステップと、
結合ブロックの少なくとも1つの幾何学的パラメータマトリックスに基づいて、道路セグメントの内部の車線の消滅または発生をモデル化、複写および/または模写する部分ステップと、
結合ブロックの少なくとも1つの位相幾何学的パラメータマトリックスに基づいて、道路セグメントの内部の個々の車線の結合をモデル化、複写および/または模写する部分ステップと、および
道路モデルの変更操作のランダム選択に基づいて、幾何学的パラメータマトリックスの値および/または位相幾何学的パラメータマトリックスの値を決定する部分ステップとを有する。
この場合、パラメータ化するステップは、道路セグメントの長さおよび/または縦方向伸長を決定するステップおよび決定された長さに正規化するステップを含んでもよい。言い換えると、各道路セグメントは、一次元でパラメータ化されてもよく、これにより、道路セグメントの各点は、0と1の間の値により、すなわち、単位間隔の値により表わすことが可能であることは有利である。
一実施形態により、ディジタルの車道に正確な道路地図は少なくとも1つの交差点および交差点と結合された複数の道路を有し、この場合、方法は、さらに、
車道に正確な道路地図を少なくとも1つの交差点セグメントに区分化および/または分割することにより少なくとも1つの交差点を識別するステップを有し、
交差点セグメントを少なくとも1つの交差点モデルにモデル化、描写、複写および/または模写するステップを有し、この場合、交差点モデルは、交差点の車線を幾何学的および/または位相幾何学的に表わすために複数のパラメータを有し、
パラメータ値を変更するために、交差点モデルのパラメータの少なくとも1つの部分のパラメータ値を、交差点モデルの変更操作のランダム選択によりランダムに変化および/または変更させ、特に複数回ランダムに変化させるステップを有し、
交差点モデルに対して少なくとも1つの確率値を決定することにより、軌道データ記録の軌道データの少なくとも1つの部分を交差点モデルに割り当てるステップを有し、この場合、確率値は、交差点モデルによる軌道データの描写の質および/または品質と相関関係を有し、
決定された少なくとも1つの確率値に基づいて、交差点モデルのパラメータの少なくとも1つの部分の最適パラメータ値を決定するステップを有し、および
交差点モデルの最適パラメータ値に基づいて、車線に正確な道路地図を作成するステップを有する。
したがって、本発明により、車道に正確な道路地図の各道路セグメントを道路モデルにより、および各交差点セグメントを交差点モデルによりモデル化するように設計されていてもよい。これにより、交差点および道路の個々の特性がモデル化可能であり、および計算費用が低減可能であることは有利である。さらに、これは、作成された車線に正確な道路地図の精密度および/または正確度を上昇可能である。この場合、車道に正確な道路地図内の交差点は、例えば2つより多い端縁と結合された接続点の識別により識別可能である。
一実施形態により、交差点モデルは、距離パラメータ(d)および角度パラメータ(a)に基づいて交差点の通行可能面をモデル化するために、外部交差点モデルを有する。その代わりにまたはそれに追加して、交差点セグメントを交差点モデルにモデル化するステップは、
例えば車道に正確な道路地図内の2つより多い端縁と結合された接続点の決定に基づいて、車道に正確な道路地図内に交差点交点を決定する部分ステップを有し、
交差点と結合された道路の数を決定することにより、車道に正確な道路地図の、交差点交点と結合された端縁の数を決定する部分ステップを有し、この場合、決定された端縁の数は交差点と結合された道路の数に対応可能であり、
交差点と結合された道路の数に対応する数の交差点アームを発生および/または作成させるステップを有し、この場合、交差点アームの各々は、それぞれの交差点アームに沿って交差点の中心から交差点の境界面までの間隔を与えるための距離パラメータ(d)によって定義され、およびこの場合、交差点アームの各々は、それぞれの交差点アームと基準方向、例えば基準交差点アームの間の回転角を与えるための角度パラメータ(a)によって定義されている。
外部交差点モデルにより、交差点アームと、それに接続された道路間の接続断面は、例えば車線の数、車線の幅、対向走行方向の車線間の間隔および/または曲率に関して精密にモデル化可能および/または相互に心出し可能である。
一実施形態により、交差点モデルは、交差点モデルの係数マトリックス(F)に基づいて、交差点内に入る車線、交差点から出る車線および交差点の通行可能面上の車線のコースをモデル化するために、内部交差点モデルを有する。その代わりにまたはそれに追加して、交差点セグメントを交差点モデルにモデル化するステップは、
係数マトリックス(F)に基づいて、交差点内に入る車線の少なくとも1つの部分、交差点から出る車線の少なくとも1つの部分および交差点の交差点面上を通過する車線の少なくとも1つの部分のコースをモデル化、複写、描写および/または模写する部分ステップを有し、この場合、係数マトリックス(F)の値は、交差点面上の車線のコースおよび結合を表わし、および
軌道データ記録の軌道データの少なくとも1つの部分に基づいて、係数マトリックス(F)の値を決定する部分ステップを有する。
内部交差点モデルにより、交差点面上の個々の車線の可能な各結合は、精密にモデル化可能であることが有利である。さらに、軌道データは常に車線の実際かつ現実の結合を表わし、および/または示すことが可能であるので、軌道データに基づいて係数マトリックスの値を決定することにより、交差点上の車線の可能な結合の数、したがって、計算費用は低減可能である。
一実施形態により、道路モデルおよび/または交差点モデルはそれぞれ、車線の数を表わすための数パラメータ(L)、個々の車線の幅を表わすための幅パラメータ(W)、道路の曲率を表わすための曲率パラメータ(C)および対向走行方向の車線間の間隔を表わすための間隔パラメータ(G)を有する。前記パラメータは、交差点モデルの内部交差点モデルおよび/または外部交差点モデルのパラメータであってもよい。また、前記パラメータは、道路モデルの道路ブロックおよび/または結合ブロックのパラメータであってもよい。対向走行方向の車線間の間隔は、例えば、対向走行方向の隣接車線間の構造的分離を表わしてもよい。前にリストアップされた道路モデルおよび/または交差点モデルのパラメータにより、道路および/または交差点が精密にモデル化可能であり、したがって、精密な、車線に正確な道路地図が作成可能であることが保証されていることは有利である。
一実施形態により、道路モデルおよび/または交差点モデルは、結合ブロックを道路ブロック内に挿入するための挿入操作と、2つの道路ブロックおよび1つの結合ブロックを1つの道路ブロックに混成させるための混成操作と、道路の縦方向伸長をパラメータ化するためにパラメータ化値を適合させるための適合操作と、車線を付加するための付加操作と、車線を除去するための除去操作と、対向走行方向の車線間の間隔を適合させるための間隔適合操作と、車線の幅を適合させるための幅適合操作と、および道路モデル内の道路、道路モデルの道路ブロックおよび/または結合ブロックの曲率を適合させるための曲率適合操作とからなるリストから選択された少なくとも1つの変更操作を有する。前にリストアップされた変更操作により、道路モデルおよび/または交差点モデルのパラメータの全ておよび/または少なくとも1つの大部分のパラメータ値が、変更操作の1つのランダム選択によって変化可能であることは有利である。さらに、変更操作は、実際の道路網の1つの、考えられかつ現実的な全ての変更を確実に描写可能であり、このことは、一方で、精密かつ現実的な、車線に正確な道路地図を作成することを可能にする。
一実施形態により、方法は、さらに、変更操作のランダム選択に基づいてランダムに変化されたパラメータ値を、道路モデルおよび/または交差点モデルによる軌道データの描写の質を表わす評価計測値に基づいて、破棄したりまたは採用したりするステップを有する。この場合、評価計測値は、軌道データと道路モデルおよび/または交差点モデルの一致を表わすための第1項を有する。さらに、評価計測値は、道路形状の少なくとも1つの所定の特性変数、特に車線幅および/または道路幅に関する特性変数を考慮するための第2項を有する。例えば、それは、特性変数に対して、特性変数の大きさを予め決定可能な、特性変数の値に関する推計学的基準値を与えることが可能である。例えば、車線幅は、車線幅が約3.25mの付近で求められるように、正規分布により決定されていてもよい。これにより、例えば6mの車線幅が調査されることが回避可能である。したがって、評価計測値を介して、道路形状および/または交差点形状に関するそれぞれの予備知識が考慮可能であることは有利である。例えば、評価計測値内に、道路構造に対する構造規格および/または構造指針が考慮されてもよい。これにより、特に、本発明の方法によって、現実的な、車線に正確な道路地図が作成可能であることが保証可能である。これにより、計算時間もまた低減可能である。
本発明の他の態様は、ディジタルの車道に正確な道路地図に基づいて車線に正確な道路地図を決定するためのデータ処理装置に関する。この場合、データ処理装置は、前記および後記のような方法を実行するように設計されている。ここで、用語「設計されている」は、例えばデータ処理装置のプロセッサ上においてそれを実行するとき、例えば、本発明の方法を実行するようにデータ処理装置を導くプログラム要素を自由に使用可能であることを意味する。例えば、プログラム要素は、対応ソフトウェアインストラクションを有してもよい。
本発明の方法に関する前記および後記の全ての特徴、ステップ、機能および/または特性は、前記および後記のような、データ処理装置の特徴、機能および/または特性であってもよく、およびその逆であってもよい。
一実施形態により、データ処理装置は、ディジタルの車道に正確な道路地図を記憶するためのデータメモリおよびプロセッサを有する。データメモリ上に、さらに、プロセッサ上でそれを実行するとき、本発明の方法を実行するようにデータ処理装置を導くプログラム要素が記憶されていてもよい。
以下に本発明の実施例が添付図面に関して詳細に説明される。
図1は、本発明の一実施例によるデータ処理装置を示す。 図2は、本発明の一実施例による、車線に正確な道路地図の作成方法のステップを説明するための流れ図を示す。 図3Aは、車道に正確な道路地図の作成方法を示す。 図3Bは、車道に正確な道路地図の作成方法を示す。 図3Cは、車道に正確な道路地図の作成方法を示す。 図3Dは、車道に正確な道路地図の作成方法を示す。 図4Aは、本発明の一実施例による、車線に正確な道路地図の作成方法のステップを示す。 図4Bは、本発明の一実施例による、車線に正確な道路地図の作成方法のステップを示す。 図4Cは、本発明の一実施例による、車線に正確な道路地図の作成方法のステップを示す。 図5Aは、本発明の一実施例による道路モデルを示す。 図5Bは、本発明の一実施例による道路モデルを示す。 図5Cは、本発明の一実施例による道路モデルを示す。 図6Aは、本発明の一実施例による交差点モデルを示す。 図6Bは、本発明の一実施例による交差点モデルを示す。 図6Cは、本発明の一実施例による交差点モデルを示す。 図6Dは、本発明の一実施例による交差点モデルを示す。 図7Aは、本発明の一実施例による変更操作を示す。 図7Bは、本発明の一実施例による変更操作を示す。 図7Cは、本発明の一実施例による変更操作を示す。 図7Dは、本発明の一実施例による変更操作を示す。 図7Eは、本発明の一実施例による変更操作を示す。 図8Aは、本発明の一実施例による評価計測値の使用を示す。 図8Bは、本発明の一実施例による評価計測値の使用を示す。
図は単なる略図でありかつ寸法は正確ではない。図において、同一の、同一に作用するまたは類似の要素には同じ符号が付けられている。
図1は、本発明の一実施例によるデータ処理装置10を示す。
データ処理装置10はデータメモリ12を有する。データメモリ12内に、例えば車道に正確な道路地図14が記憶されていてもよく、車道に正確な道路地図は、道路17(図4A参照)および/または交差点19(図4A参照)の道路コースを表わすための少なくとも1つの接続点11(例えば図3Cおよび3D参照)および/または端縁13(例えば図3Cおよび3D参照)を有してもよい。特に、車道に正確な道路地図14は、複数の道路17および/または交差点19を有する道路網を表わすための複数の接続点11および/または端縁13を有してもよい。データメモリ12内に、道路使用者の複数の軌道データ27(例えば図3B参照)を有してもよい軌道データ記録16もまた記憶されていてもよい。
その代わりにまたはそれに追加して、データ処理装置10は、車線に正確な道路地図14および/または軌道データ記録16がそれを介してデータ処理装置10に提供可能なインタフェース15を有してもよい。インタフェース15は例えば無線で実行可能であり、これにより、車道に正確な道路地図14および/または軌道データ記録16は、例えばWLAN、ブルートゥース(登録商標)・サーバ等を介して、例えば少なくとも1つのサーバからおよび/またはクラウド環境を介して無線で受信可能である。
さらに、データ処理装置10は少なくとも1つのプロセッサ18を有する。プロセッサ18上で、例えばデータメモリ12内に記憶されたプログラム要素が実行可能であり、プログラム要素は、データ処理装置10および/またはプロセッサ18を、前記および後記のように、車線に正確な道路地図22の本発明による作成方法を実行するように導く。
データ処理装置10は、例えばユーザにより操作入力を入力するための操作要素20を有してもよいことは任意である。操作要素は、さらに、車道に正確な道路地図14、車線に正確な道路地図22および/または軌道データ記録16を表示するための表示要素21を有してもよい。
図2は、本発明の一実施例による、車線に正確な道路地図22の作成方法のステップを説明するための流れ図を示す。
第1ステップS1において、少なくとも1つの道路17および/または少なくとも1つの交差点19の道路コースを表わすためのディジタルの車道に正確な道路地図14が、例えばデータ処理装置10のデータメモリ12を介しておよび/またはインタフェース15を介して提供される。特に、車道に正確な道路地図14は、複数の道路17および交差点19を有してもよい。さらに、ステップS1において、少なくとも1つの道路17および/または少なくとも1つの交差点19に沿った道路使用者の複数の軌道データ27を有する軌道データ記録16が提供される。軌道データ記録16もまた、データ処理装置10のデータメモリ12を介しておよび/またはインタフェース15を介して提供されていてもよい。
ステップS2において、車道に正確な道路地図14を少なくとも1つの道路セグメント26(図4C参照)に区分化することにより少なくとも1つの道路17が識別される。これは、車道に正確な道路地図14の接続点11および/または端縁13に基づいて実行可能である。ステップS2において、少なくとも1つの交差点19が、車道に正確な道路地図14を少なくとも1つの交差点セグメント19aに区分化することにより実行されてもよいことは任意である。特に、ステップS2において、車道に正確な道路地図14が複数の道路セグメント26および複数の交差点セグメント19aに分割されてもよい。
他のステップS3において、少なくとも1つの道路セグメント26が少なくとも1つの道路モデル28(図5A、5B参照)にモデル化される。特に、ステップS2において、全ての道路セグメント26がそれぞれ道路モデル28にモデル化されてもよい。さらに、ステップS3において、少なくとも1つの交差点19が交差点モデル34(図6A−6C参照)にモデル化されてもよい。特に、交差点19の各々は別々の交差点モデル34にモデル化されてもよい。この場合、道路モデル28の各々および/または交差点モデル34の各々は、車線23の幾何学的および/または位相幾何学的に表わすための複数のパラメータを有する。
他のステップS4において、道路モデル28および/または交差点モデル34のパラメータの少なくとも1つの部分のパラメータ値が、道路モデル28および/または交差点モデル34の変更操作40、41、42、43、44、46、48、50(図7A−7E参照)のランダム選択により変化される。特に、ステップS4において、全ての道路モデル28および全ての交差点モデル34のパラメータ値は反復してかつ複数回変化されてもよい。
他のステップS5において、道路モデル28に対して少なくとも1つの確率値を決定することにより、軌道データ記録16の軌道データ27の少なくとも1つの部分が道路モデル28に割り当てられる。特に、ステップS5において、道路モデル28の各々に対して、それぞれ少なくとも1つの確率値を決定することにより、軌道データ27が道路モデル28のそれぞれに割当可能である。さらに、ステップS5において、少なくとも1つの確率値を決定することにより、軌道データが少なくとも1つの交差点モデルに割当可能である。ステップS5において、交差点モデル34の各々に対してそれぞれ少なくとも1つの確率値を決定することにより、軌道データ27が交差点モデル34の各々に割当可能である。この場合、確率値は、それぞれの道路モデル28および/またはそれぞれの交差点モデル34による軌道データ27の描写の質と相関関係を有する。
ステップS6において、決定された少なくとも1つの確率値に基づいて、道路モデル28および/または交差点モデル34のパラメータの少なくとも1つの部分の最適パラメータ値が決定される。特に、道路モデル28の各々に対しておよび/または交差点モデル34の各々に対して最適パラメータ値が決定可能である。
ステップS7において、少なくとも1つの道路モデル28および/または少なくとも1つの交差点モデル34の最適パラメータ値に基づいて、車線に正確な道路地図22が作成される。特に車線に正確な道路地図22は、全ての道路モデル28および/または全ての交差点モデル34の最適パラメータ値により与えられていてもよい。
図3Aないし3Dはそれぞれ、車道に正確な道路地図16の作成方法を示す。このように作成された車道に正確な道路地図16は、車線に正確な道路地図22の作成のための基礎として使用可能である。それに対応して、図3Aないし3Dに関して記載された全てのステップは、本発明による車線に正確な道路地図22の作成方法の一部であってもよい。
図3Aに、集められた複数の軌道データ27および/または軌道27を有する軌道データ記録16が示されている。さらに、図3Aは、種々の交通シナリオおよび/またはセグメント24a−cにおける軌道データ27の区分化および/または分割を示す。図3Aにおいて、カーブを表わす第1セグメント24a、交差点を表わす第2セグメント24b、および道路を表わす第3セグメントが略図で示されている。セグメント24a−cは、この場合、以下に記載のように決定される。
車両群から集められた軌道データ27、例えばGNSS軌道27は、任意の数で、同様に任意の大きさの交通シナリオを表わすことが可能である。評価されるデータの大きさを把握可能にするために、軌道27は論理により自動的に分割されてもよい。このために、入力データと呼ばれてもよい軌道データ27は、種々の交通シナリオ24a−cおよび/または種々のセグメント24a−cに分割可能であり、この場合、セグメント24a−cの各々は、直線道路、カーブまたは交差点を表わしてもよい。
自動化方法において、各軌道27は走行可能であり、および走行角変化および/または速度における限界値により、個々の測定点は可能なカーブ点として識別可能である。したがって、これらの点は、カーブ上、交差点上に位置しても、または測定誤差により発生してもよい。それに続いて、識別された全ての点は、距離限界値を介して、集合され、統合されおよび/または包括されてもよい。包括された点の所定の量から、集合は、カーブおよび/または交差点とみなされる。検出されたカーブおよび/または交差点に基づいて、次に、三角形分割およびさらにドロネー分割が構成されてもよい。この分割の各セルは、最終的に、独立の交通状況24a−cおよび/またはセグメント24a−cを表わしてもよい。同様に、セグメント24a−cは分割のセル24a−cと解釈されてもよい。
軌道データ27、例えばGNSS車両軌道27の量に基づいて、車道に正確な道路地図14が作成可能であり、車道に正確な道路地図は、接続点11および端縁13からなるグラフに対応してもよく、この場合、接続点11および端縁13は道路の中心線を表わしてもよい。一例として、このような車道に正確な道路地図14が図3Dに示されている。
車道に正確な道路地図14を作成するために、はじめに、図3Aに表わされているように、入力データ16、27が区分化されてもよい。それに続いて、各セル24a−cに対して、それぞれのセグメント24a−cないしはそれぞれのセル24a−cの交通シナリオを表わすことが可能なグラフが初期化されてもよい。この場合、意図された目的は、セル24a−c内のモデルが境界条件を介して結合され、個々に展開されかつ最後にグラフに統合可能であることである。一例として、車道に正確な道路地図14の作成が、図3Aからの道路セグメント24cに対して図3B−3Dに示されている。図3Bは、この場合、セル24cないしはセグメント24cおよび車両軌道27を示す。図3Cは、初期の道路地図14を示し、および3Dは最適化道路地図14を示す。図3Cおよび3Dの道路地図14はセルグラフ14として示されてもよい。
初期化のために、はじめに、図3Bに示されているように、セル端縁25上に道路中心を決定するために、全てのセル端縁25が軌道27により切断されてもよい。この中心は、対応セル24cのグラフに、図3Cに示されているように接続点11として採用されてもよい。さらに、各セル24c内に、セル24cの重心がグラフ内に接続点11として挿入されかつセル端縁25上において端縁13により接続点11と結合されてもよい。
軌道データ27およびモデルないしはセルグラフを結合するために、モデルがデータをいかに良好に描写しているかを表わす評価計測値が導入されてもよい。この場合、一方で、モデルと軌道データ27の間の距離が、他方で、走行方向の相違が考慮されてもよい。モデルを最適化しかつ図3Dに示されているような最終的な車道に正確な道路地図16を作成するために、リバーシブルジャンプ・マルコフ連鎖モンテカルロ(RJMCMC)法が使用されてもよい。この場合、軌道データ27は、ランダム実験の現実化とみなされ、その分布は、基礎となる道路網により包含される。この方法の目的は、未知の分布、この場合、道路網を再構成することである。この場合、方法はランダムに、軌道データ27とは無関係に変化され、およびそれに続いて、評価計測値に基づいて変更の採用または破棄に関する決定が行われてもよい。モデルのランダム変更は前記の変更操作のランダム選択により行われる。例えば、移動操作、発生操作、除去操作、分割操作および/または混成操作が選択される。移動操作において、セルグラフ24cの接続点11が空間内で移動される。発生操作は新しい接続点11をグラフ24c内に付加することを表わし、および除去操作により操作の可逆対を形成する。混成操作において、接続点11が隣接端縁13内に付加され、これにより、2つの隣接する端縁13が個々に組み合わされる。分割操作はこのような構成を再び分割し、したがって、混成操作の逆を示す。可逆対の存在は、過程の正確な推計学的表現に対して有利である。図3Cおよび3Dの比較から明らかなように、最適化の間に中心接続点11が除去され、その理由は、これは道路17を表わすために必要ではないからである。
図4Aないし4Cは、本発明の一実施例による、車線に正確な道路地図22の作成方法のそれぞれのステップを示す。特に、図4Aに、車道に正確な道路地図14が示されている。図4Bは、道路地図14の道路17のパラメータ化を示し、および図4Cは、その区分化を示す。さらに、図5Aないし5Cはそれぞれ、本発明の一実施例による道路モデル28を示す。特に、図5Aは、道路モデル28の結合ブロック30を示し、図5Bは、道路モデル28の道路ブロック32を示し、および図5Cは、図5Aからの結合ブロック30の幾何学的および位相幾何学的パラメータマトリックスを示す。
図4Aは、道路17と、および端部にそれぞれ1つの交差点19とを、接続点11および端縁13によって表わした、道路に正確なグラフ14および/または車道に正確な道路地図14を示す。道路17を、車線に正確な道路地図22に移行させるために、道路17は、はじめに、一次元でパラメータ化される。これにより、図4Bに示されているように、道路17の各点pは、単位間隔の値p∈[0;1]を介して表わされてもよい。
このパラメータ化に基づいて、図4Cに示されているような道路セグメント26が定義されてもよい。言い換えると、道路17は、例えば接続点11および/または端縁13に基づいて識別可能な1つ以上の道路セグメント26に分割される。
道路17の道路セグメント26への区分化は、図5Aないし5Cに示されているように、道路モデル28内の車線面上の交通状況を表わすことを可能にする。この場合、一定数の車線23上における走行および車線23の周りの道路17の拡大ないしは縮小が区別される。
図5Bに示されているように、一般的な道路ブロック32は、この場合、車線23の数を表わすための数パラメータL、個々の車線23の幅を表わすための幅パラメータW、道路17の曲率を表わすための曲率パラメータCおよび対向走行方向の隣接車線23間の間隔を表わすための間隔パラメータGを有してもよい。道路ブロック28は、各車線23に対する車道マーキングのタイプを表わすためのタイプパラメータTを備えていてもよい。パラメータGは、この場合、対向車線23間の構造的分離の大きさを表わしてもよい。
したがって、一般的な道路ブロック32は、大きさ
により定義されていてもよい。
したがって、道路17は、m個の道路セグメント26の量ξおよび図4Aないし4Cが表わしているような道路17上の縦方向伸長を与えているそのパラメータ化値Pとして定義されている。
湾曲された道路セグメント26を示すために、道路セグメント26上の車線23の全ての結合は三次のエルミート多項式により表わされてもよい。これにより、道路セグメント26は、一定の曲率を有するのみならず、任意のコースをとってもよく、この場合、現実的な道路コースを作成するために、定常性および微分可能性の境界条件のみが保持される。境界条件は、接続点および接続点内の勾配ないしは勾配ベクトルの設定により形成される。多項式の経過を調節するために、勾配ベクトルの値は、道路モデル28内のパラメータCとしてアクセス可能ないしは統合されている。
以下においてβとしても示されている一般的な道路ブロック32は、他の制限または補足により条件が付けられてもよい。図5Bに示されているような道路ブロック32は、それぞれの道路セグメント26内の車線23の数Lは一定のままであるという制限を含む。したがって、車線幅Wのような固有の特性のみがその上で変化する道路部分が描写可能である。図5Bにおいて、車線23は特性値−1、−2、+1、+2により識別され、この場合、記号は走行方向を与えかつ各走行方向の車線は連続する自然数1、2で番号づけされている。
以下においてβとしても示されている、図5Aに示されているような結合ブロック30は、車線23の数Lが変化し、したがって車線23の集合または分割がモデル化可能な交通状況を表わす。したがって、結合ブロック30は、道路ブロック32に対して、結合置換R=(RGR,RTR,RGL,RTL)により補足され、結合置換は、幾何学的にどの車線23が消滅され、ないしは作成されるかのみならず、位相幾何学的にどの車線23が結合されているかもまた定義される。図5Cに示されているように、各走行方向に対して、個々の幾何学的パラメータマトリックスRGR,RGLおよび位相幾何学的パラメータマトリックスRTR,RTLが与えられる。車線23の存在情報ないしは結合は、図5Cに示されているように、1と、0による非結合とにより二進法で表わされる。図5Aおよび5Cにおいてもまた、車線23が特性値−1、−2、+1、+2で示され、この場合、記号は走行方向を与えかつ各走行方向の車線23は連続する自然数1、2で番号づけされている。例えば、図5Aに示された状況において、位相幾何学的に、左側の車線1から新たな車線2へ移行すること、または存在する車線に留まることが可能である。この位相幾何学的情報は、単なる車線変更操作と同じ意味ではなく、これは、車道マーキングのタイプにより含められてもよい。したがって、結合ブロック30は、
として定義可能である。
道路モデル30に対するこの制限に追加して、さらに、場合により道路ブロック32間の(例えば車線数Lに関する)相違を均等化させるために、2つの道路ブロック32の間に結合ブロック30が位置するように設定されてもよい。変更が必要でない場合、結合ブロック30は特例として道路ブロック32を示してもよい。
図6Aないし6Dはそれぞれ、本発明の一実施例による交差点モデル34を示す。特に、図6Aおよび6Bは交差点モデル34の外部交差点モデル36を示し、図6Cは交差点モデル34の内部交差点モデル38を示し、および図6Dは図6Cからの内部交差点モデルの係数マトリックスFを示す。
例えば図4Aに示されているような、道路地図14の従来の表示においては、交差点19は、2つより多い端縁13と結合された接続点11により示されてきた。交差点19の車線に正確な描写および/またはモデル化に対しては、交差点面37および/または通行可能面37ないしは交差点面37に関する幾何学的情報のみならず、入ったり出たりする車線23の結合および交差点面37上のその車道に関する位相幾何学的情報もまた必要とされる。このために、車道に正確な道路地図14は、はじめに、少なくとも1つの交差点セグメント19aに区分化されおよび/または交差点セグメント19aは車道に正確な道路地図14内において識別される。交差点セグメント19aは、次に、以下に詳細に説明されているように、内部交差点モデル38および外部交差点モデル36にモデル化される。
以下においてξによってもまた示されている交差点モデル34は、2つの異なる個別モデルから構成されている。図6Aおよび6Bにおいて、以下においてξc,oによってもまた示されている外部交差点モデル36が示されている。初期化のために、車道に正確な道路地図14の接続点11が調査されかつ結合された端縁13により交差点交点35が識別される。車道に正確な道路地図14内の大きな交差点19は複数の接続点11により表わされていてもよいので、場合により距離値dcrにより複数の接続点11がまとめられてもよい。外部交差点モデル36は関係する接続点11の中心に作成されてもよい。識別された交差点交点35により、いかに多くの道路17が交差点19と結合されているかの情報が直接取出し可能である。各道路17に対して、交差点アームA1−A4が作成される。各交差点アームA1−A4は、この交差点アームA1−A4に関して中心から交差点面37の開始までの距離を表わす距離パラメータdと、および基準方向、例えば東方向に対して回転角を定義する角度パラメータaとを備えている。これらの両方のパラメータd、aにより、各交差点アームA1−A4に対して、道路17から交差点面37内への移行点が決定されている。
以下においてξc,iによってもまた示されている内部交差点モデル38が、図6Cおよび6Dに示されている。内部交差点モデル38は車線23の結合を表わす。各交差点アームA1−A4は、この場合、道路モデル28の一般的道路ブロック32のような同一情報を備え、これにより、結合された道路17の形状が決定されている。入ったり出たりする各々の車線23の間に結合が存在していてもよく、そのコースは三次のエルミート多項式により表わすことが可能である。したがって、各結合は、交差点面37を介してコースを設定可能なパラメータCにより調節される。パラメータCは、図6Dに示されているような係数マトリックスF内に記憶され、この場合、0の値は、結合が存在しないことを与える。外部車線コースの識別により、さらに、交差点面37の限界が定義される。係数マトリックスFは、この場合、各走行方向および各交差点アームA1−A4に対して行および列を有してもよい。図を見やすくするために、図6Dにおいて、異なる走行方向は符号の異なる記号により示されている。さらに、図6Dにおいて、個々の交差点アームA1−A4の車線23は、連続する自然数により番号づけされている。
以下に、前図、特に図4Aないし6Dに表わされた道路モデル28、交差点モデル32の詳細、並びに車線に正確な道路地図22の本発明による作成方法が記載されている。
モデル28、34を初期化するために、車道に正確な道路地図14が道路17および交差点19に分割される。各交差点19上にdinit=25mのアーム距離を有する初期交差点モデル34が作成され、この場合、接続された道路17の数およびそれと共に交差点アームA1−A4の角度パラメータaが道路地図14から決定される。それに続いて、交差点19間に道路モデル28が発生され、この場合、グラフ内の道路はチェーン{ν・・・,ν}により表わされる。車線に正確な道路モデル28内において、各接続点11上に結合ブロック30が、およびそれらの間に道路ブロック32が作成される。各道路17は結合ブロック30で開始しかつ終端し、結合ブロックは、場合により、隣接する道路ブロック32と交差点接続の間の相違を補正可能である。各道路17は、走行方向ごとにそれぞれ1つの車線23を有する二車線として初期化される。a 道路モデル28および b 交差点モデル34の全体は、以下において、
として示される。
初期化モデル28、34、Φは、全体モデルの実際の形状を示す。これらのモデルのパラメータは、道路ブロック32、結合ブロック30、内部交差点モデル36および外部交差点モデル38の前記特性ないしはパラメータである。これらは、RJMCMC法を使用して変化されるべきであり、したがって、以下に、可能な変更操作および対応する移行の本質が説明される。全てのモデル28、30、32、34、36、38に対して、一方で、存在するパラメータの値のみを調節する変更操作が、他方で、モデル28、30、32、34、36、38の寸法を変更する変更操作が存在する。
図7Aないし7Eはそれぞれ、本発明の一実施例による変更操作40、41、42、43、44、46、48、50を示す。特に、図7Aの左側は、結合ブロック30を道路ブロック32内に挿入するための挿入操作40、並びに挿入操作40に対する逆の変更操作41としての、2つの道路ブロック32および1つの結合ブロック30を1つの道路ブロック32に混成するための混成操作41を示す。さらに、図7Aの右側は、道路17の縦方向伸長をパラメータ化するためにパラメータ化値を適合させるための適合操作42を示す。図7Bは、車線23を付加するための付加操作43および車線23を除去するための除去操作44を示す。さらに、図7Cは、対向走行方向の車線23間の間隔Gを適合させるための間隔適合操作46を示す。図7Dは、車線23の幅Wを適合させるための幅適合操作48を示し、および図7Eは道路17の曲率Cを適合させるための曲率適合操作50を示す。
道路モデル28に関して、変更操作40、41、42、43、44、46、48、50は、さらに2つのクラスに分割される。図7Aに示されているような付加操作40、混成操作41および適合操作42はブロック面上で道路モデル28を変更させ、すなわち、個々の特性は変更されないで、道路ブロック32および結合ブロック30の数並びにその空間的広がりのみが変更される。付加操作43の場合、存在する道路ブロック32は2つの道路ブロック32および1つの結合ブロック30に分割される。除去操作44は、それに対応して、このような状況を結合し、および付加操作43と共に、拡張された詳細なバランス状態が満たされるようにその選択確率が選択可能なような可逆対を形成する。適合操作42の場合、道路ブロック32および/または結合ブロック30の境界は、道路モデル28のパラメータ化に関して変更される。付加操作43、除去操作44、間隔適合操作46、幅適合操作48および曲率適合操作50は、道路ブロック32の特性ないしはパラメータ値を変更させる。結合ブロック30のパラメータ値は、能動的ではなく、受動的にのみ変更可能である。これは、そのパラメータを隣接道路ブロック32に適合させる。車線23を付加させるための付加操作43および除去操作44は、この場合、同様に可逆対を形成し、一方、3つの調節操作42、46、50は、パラメータの値のみを変化させる。
道路モデル28および/または交差点モデル34のパラメータのランダム変化において変更操作40、41、42、43、44、46、48、50のいずれをも優先させないために、ないしは変更操作40、41、42、43、44、46、48、50の各々を同一確率で選択するために、全ての変更操作40、41、42、43、44、46、48、50の選択確率ω40、ω41、ω42、ω43、ω44、ω46、ω48、ω50は同一と仮定される。
この場合、
以下において、個々の変更操作40、41、42、43、44、46、48、50がより詳細に考察される。
図7Aの上の図から図7Aの左側の図への移行は挿入操作40により行われる。分割された道路ブロック32の縦方向伸長βは、道路モデルξのパラメータ化Pを介して、パラメータ化された長さp=p−pを有する値(p,p)∈Pにより定義されている。分割するために、この長さに2つの新しい値u,u∈[0,p]が必要とされ、ここで、u<uである。
ここで、
受入確率は次のように決定される。
変換のヤコビマトリックスは次のようになり、
マトリックスは三角形状を有するので、1の行列式を有する。
混成操作41は、逆の場合とみなすことができる。道路ブロック32、結合ブロック30、道路ブロック32の状況は集約され、この場合、変換のために、新しい部分は必要とされずに計算される。状況は、道路ブロック28のパラメータ化Pにおいて、順序{p,p,p,p}により定義される。受入確率は次のようになる。
ここで、
適合操作42は、図7Aの上の図と図7Aの右側の図の間の移行として、道路ブロック32の両方のパラメータ化値の1つの変更を表わす。パラメータは、この場合、最大で道路ブロック32のパラメータ化長さpの半分だけ変更されてもよい。運動方向を優先させないために、探索関数はランダム運動として実現される。
図7Bに示されているように、新しい車線を付加操作43により付加するために、道路モデル28は車線23の新しい車線幅だけ補足される。新しい車線幅は正規分布から引き出され、その期待値および分散は道路構造基準値から与えられる。これらは、シナリオの状況ないしは道路17のタイプにおいて決定されてもよい。変換に対して、次式が成立する。
ヤコビマトリックスの行列式は1でありかつ受入確率は次式で与えられる。
逆の除去操作44に対する受入確率はそれに対応して計算され、この場合、成分uは除去される車線23の車線幅である。
図7C、7D、7Eに示された3つの変更操作46、48、50は、道路モデル28および/または交差点モデルの存在するパラメータ値を変更させる。したがって、対応する探索関数は一様分布として実現される。
交差点モデル34は内部交差点モデル36および外部交差点モデル38からなるので、各部分モデル36、38に対して種々の変更操作が存在する。図6Aおよび6Bに示されているように、距離dおよび角度aの2つのパラメータは外部交差点モデル36の形状に影響を与える。交差点アームA1−A4の数は既に初期化過程において道路地図14から抽出されかつもはや変更されない。これにより、両方のパラメータd、aを変更するが、外部交差点モデル36の寸法は変更しない2つの変更操作が定義される。言い換えると、外部交差点モデルは、距離パラメータ変更操作および角度パラメータ変更操作を備えていてもよい。したがって、探索関数は一様分布として変換される。
内部交差点モデル38内において、各交差点アームA1−A4は、道路ブロック32と同一特性を有する接続断面を備えている。各交差点アームA1−A4に結合ブロック30が接続されているので、結合ブロックは、道路ブロック32の変更に応答するのと同様に正確に交差点アームA1−A4の変更に応答する。したがって、接続特性を変化させるための変更操作は、道路ブロック32の既に定義された変更操作と同一である。言い換えると、内部交差点モデル38は、上記の変更操作40、41、42、43、44、46、48、50を備えている。図6Dからの係数マトリックスFの調節はRJMCMC操作によって行われない。
図8Aおよび8Bはそれぞれ、本発明の一実施例による評価計測値の使用を説明する。
評価に対して、一方で、道路モデル28および/または交差点モデル34と軌道データ27の間の一致に関する尺度が第1項π 内で、他方で、モデル28、34に関する予備知識は第2項π 内で考慮される。以下に、これらの尺度が説明される。
第1ステップにおいて、車両軌道27が車線23上に描写される。このために、はじめに、各道路セグメント26および各交差点19の各中心線がグラフ内に通され、この場合、中心線は、接続点11および端縁13により小さいステップで分割される。各グラフは、それに続いて、ダグラス・ポーカー・アルゴリズムにより最小数の接続点11に最適化される。それに続いて、このグラフは、全体表示Gに融合される。
次のステップにおいて、軌道27に対して、隠れた状態として発生されたグラフGの端縁13を有しかつ放出された観察として軌道点を有する、隠れマルコフモデル(HMM)が発生される。HMMはビタビ・アルゴリズムにより解かれかつ各測定点の車線23への確率的割当を与える。
評価尺度として、図8Aに示すような軌道と車線の間のユークリッド間隔γ、並びに図8Bに示すような包囲された走行角γαが評価される。さらに、通行における最小数に対する限界値が導入される。γは、通行が少なすぎる車線は確実ではないとして等級分けされかつ構成が拒否されるように働くジャンプ関数を表わす。一般的に、関数の定義は通行における全体数に依存し、および場合により、正常数として特定の値が評価されかつ減価のために偏差が導入されるように形成されてもよい。したがって、評価計測値の第1項は次のように与えられている。
通行を考慮するためのジャンプ関数は、この場合、次のように定義され、
この場合、L(ξ)はモデルの車線を、
はx番目の車線上に描写された軌道の数を、およびηは通行において達成された最小通行数を表わす。
π 内に、車線に正確なモデル28、34に関する予備知識が考慮される。道路セグメントおよび交差点19を現実的に保持するために、特性の展開を調節する調節項が導入される。この場合、車線の幅およびブロックの長さが調節される。
車線幅wに関して正規分布が仮定され、そのパラメータはシナリオの状況において選択される。種々のシナリオに対する特性変数は、道路構造の種々の指針から取り入れられてもよい。
この方法において、きわめて短い道路セグメント26の並びにより、過剰適合が発生するであろう。これを防止するために、道路セグメントに対する最小長さが導入され、最小長さは、ジャンプ関数による調節によって実現される。
全ての道路セグメント28および交差点モデル34が初期化された後に、方法は、定義されたRJMCMC変更操作40、41、42、43、44、46、48、50により変化可能である。このために、目的関数
が決定され、目的関数は、π における軌道データ27とモデル28、34の間の一致のみならず、π において回避されかつ強化されるモデル28、34の展開に関して存在する予備知識もまた決定し、この場合、δ∈[0;1]は、データ知識とモデル知識の間の比率を決定する。
本発明による方法を実行するための対応アルゴリズムは、準備過程および主過程に分割されていてもよい。準備過程において、例えば全ての変更操作40、41、42、43、44、46、48、50は使用可能ではなく、道路モデル28ないしは交差点モデル34の間隔適合操作46のみが使用可能である。この手段により処理された問題点は、大きな構造的分離を有する道路において発生する。操作の平等選択と、および構造的分離のない初期モデルとにおいて、方法は、複数の車線を有するモデルを急速に作成することがある。それに続いて、過剰な車線23を構造的分離と交換するために複数回の反復が使用される。準備過程により、きわめて少ない反復において、より良好な分離の初期評価が達成可能である。
さらに、いわゆるシミュレーテド・アニーリング法が使用されてもよく、その目的は、上記の目的関数を経過時間の関数として調節することであり、
この場合、各セルに対する関数
は冷却関数を示し、ここで
が成立する。これは、マルコフ連鎖の発生が、目的関数の、よりよく評価された領域上に集中可能なように働く。実際に、これは、時間の経過と共に評価を悪化させる変更操作は、ほとんど受け入れられないことを意味する。冷却関数の値は、提案された変更操作が拒否されたとき直ちに低下する。冷却関数は、この場合、指数的に低下する関数であり、
この場合、パラメータλは、温度
を達成させるために、所定数のステップsが必要とされるように選択される。このために、関数は、ステップ数の関数として計算規定に移行される。
それに補足して、「含んで」は他の要素を除外せずかつ「1つの」は複数を除外しないことを指摘しておく。さらに、上記実施例のいずれかに参照として記載された特徴は、上記他の実施例の他の特徴と組み合わされて使用されてもよいことを指摘しておく。請求項内の引用項は制限とはみなされない。
10 データ処理装置
11 接続点
12 データメモリ
13 端縁
14 車道に正確な道路地図、セルグラフ、道路に正確なグラフ
15 インタフェース
16 軌道データ記録
17 道路
18 プロセッサ
19 交差点
19a 交差点セグメント
20 操作要素
21 表示要素
22 車線に正確な道路地図
23 車線
24a−c セグメント、交通シナリオ、交通状況、セル、セルグラフ
25 セル端縁
26 道路セグメント
27 軌道データ、軌道、車両軌道
28 道路モデル
30 結合ブロック
32 道路ブロック
34 交差点モデル
35 交差点交点
36 外部交差点モデル、部分モデル
37 交差点面、通行可能面
38 内部交差点モデル、部分モデル
40 挿入操作、変更操作
41 混成操作、変更操作
42 適合操作、変更操作、調節操作
43 付加操作、変更操作
44 除去操作、変更操作
46 間隔適合操作、変更操作、調節操作
48 幅適合操作、変更操作
50 曲率適合操作、変更操作、調節操作
a 角度パラメータ
A1−A4 交差点アーム
d 距離パラメータ
F 係数パラメータ、係数マトリックス
GL、RGR 幾何学的パラメータマトリックス
TL、RTR 位相幾何学的パラメータマトリックス

Claims (12)

  1. 方法は、
    少なくとも1つの道路(17)の道路コースを表わすためのディジタルの車道に正確な道路地図(14)を提供するステップと、
    少なくとも1つの道路(17)に沿った道路使用者の複数の軌道データ(27)を有する軌道データ記録(16)を提供するステップと、
    車道に正確な道路地図(14)を少なくとも1つの道路セグメント(26)に区分化することにより少なくとも1つの道路(17)を識別するステップと、
    を有する、車線に正確な道路地図(22)の作成方法において、方法は、さらに、
    道路セグメント(26)を少なくとも1つの道路モデル(28)にモデル化するステップであって、道路モデル(28)は、道路(17)の車線(23)を幾何学的および/または位相幾何学的に表わすための複数のパラメータ(L、W、G、C)を有するステップと、
    パラメータ値を変更するために、道路モデル(28)のパラメータ(L、W、G、C)の少なくとも1つの部分のパラメータ値を、道路モデル(28)の変更操作(40、41、42、43、44、46、48、50)のランダム選択によりランダムに変化させる、特に複数回ランダムに変化させるステップであって、道路モデル(28)に対して少なくとも1つの確率値を決定することにより、軌道データ記録(16)の軌道データ(27)の少なくとも1つの部分を道路モデル(28)に割り当てるステップを有し、この場合、確率値は、道路モデル(28)による軌道データ(27)の描写の質と相関関係を有するステップと、
    決定された少なくとも1つの確率値に基づいて、道路モデル(28)のパラメータ(L、W、G、C)の少なくとも1つの部分の最適パラメータ値を決定するステップと、
    道路モデル(28)の最適パラメータ値に基づいて、車線に正確な道路地図(22)を作成するステップと、
    を有することを特徴とする、車線に正確な道路地図(22)の作成方法。
  2. 最適パラメータ値は、モンテカルロ法に基づき、特にリバーシブルジャンプ・マルコフ連鎖モンテカルロ法に基づいて決定される、請求項1に記載の方法。
  3. 道路モデル(28)は、少なくとも道路セグメント(26)の部分領域内に一定数の車線(23)をモデル化するために少なくとも1つの道路ブロック(32)を有するか、または、
    道路モデル(28)は、少なくとも1つの幾何学的パラメータマトリックス(RGL、RGR)および少なくとも1つの位相幾何学的パラメータマトリックス(RTL、RTR)に基づいて、少なくとも道路セグメント(26)の部分領域内に、変化する数の車線(23)をモデル化するために少なくとも1つの結合ブロック(30)を有し、位相幾何学的パラメータマトリックス(RGL、RGR)の値は、道路セグメント(26)内の車線数(L)の変更を表わすか、または、位相幾何学的パラメータマトリックス(RTL、RTR)の値は、道路セグメント(26)内の個々の車線(23)間の結合を表わす、
    ことを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
  4. 道路セグメント(26)を少なくとも1つの道路モデル(28)にモデル化するステップは、
    道路セグメント(26)内の道路(17)の各点がパラメータ化値を介して単位間隔で決定されているように、道路セグメント(26)を単位間隔でパラメータ化する部分ステップと、
    道路セグメント(26)を、道路モデル(28)の少なくとも1つの道路ブロック(32)および少なくとも1つの結合ブロック(30)に区分化する部分ステップと、
    結合ブロック(30)の少なくとも1つの幾何学的パラメータマトリックス(RGL、RGR)に基づいて、道路セグメント(26)の内部の車線(23)の消滅または発生をモデル化する部分ステップと、
    結合ブロック(30)の少なくとも1つの位相幾何学的パラメータマトリックス(RTL、RTR)に基づいて、道路セグメントの内部の個々の車線の結合をモデル化する部分ステップと、
    道路モデル(28)の変更操作(40、41、42、43、44、46、48、50)のランダム選択に基づいて、幾何学的パラメータマトリックス(RGL、RGR)の値および/または位相幾何学的パラメータマトリックス(RTL、RTR)の値を決定する部分ステップと、
    を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  5. ディジタルの車道に正確な道路地図(14)は少なくとも1つの交差点(19)および交差点(19)と結合された複数の道路(17)を有し、
    方法は、さらに、
    車道に正確な道路地図(14)を少なくとも1つの交差点セグメント(19a)に区分化することにより少なくとも1つの交差点(19)を識別することを有するステップと、
    交差点セグメント(19a)を少なくとも1つの交差点モデル(34)にモデル化するステップであって、交差点モデル(34)は、交差点(19)の車線(23)を幾何学的および/または位相幾何学的に表わすために複数のパラメータ(L、W、G、C)を有するステップと、
    パラメータ値を変更するために、交差点モデル(34)のパラメータの少なくとも1つの部分のパラメータ値を、交差点モデル(34)の変更操作(40、41、42、43、44、46、48、50)のランダム選択によりランダムに変化させる、特に複数回ランダムに変化させるステップと、
    交差点モデルに対して少なくとも1つの確率値を決定することにより、軌道データ記録(16)の軌道データ(27)の少なくとも1つの部分を交差点モデル(34)に割り当てるステップであって、確率値は、交差点モデル(34)による軌道データ(27)の描写の質と相関関係を有するステップと、
    決定された少なくとも1つの確率値に基づいて、交差点モデル(34)のパラメータ(L、W、G、C)の少なくとも1つの部分の最適パラメータ値を決定するステップと、
    交差点モデル(34)の最適パラメータ値に基づいて、車線に正確な道路地図(22)を作成するステップと、
    を有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 交差点モデル(34)は、距離パラメータ(d)および角度パラメータ(a)に基づいて交差点(19)の通行可能交差点面(37)をモデル化するために、外部交差点モデル(36)を有し、
    交差点セグメント(19a)を交差点モデル(34)にモデル化するステップは、
    車道に正確な道路地図(14)内に交差点交点(35)を決定する部分ステップと、
    交差点(19)と結合された道路(17)の数を決定することにより、車道に正確な道路地図(14)の、交差点交点(35)と結合された端縁(13)の数を決定する部分ステップと、
    交差点と結合された道路(17)の数に対応する数の交差点アーム(A1−A4)を発生させる部分ステップを有し、この場合、交差点アーム(A1−A4)の各々は、それぞれの交差点アーム(A1−A4)に沿って交差点(19)の中心から交差点(19)の境界面までの間隔を与えるための距離パラメータ(d)によって定義されるか、または、交差点アーム(A1−A4)の各々は、それぞれの交差点アーム(A1−A4)と基準方向の間の回転角を与えるための角度パラメータ(a)によって定義されている部分ステップと、
    を有することを特徴とする、請求項5に記載の方法。
  7. 交差点モデル(34)は、交差点モデル(34)の係数マトリックス(F)に基づいて、交差点(19)内に入る車線(23)、交差点(19)から出る車線(23)および交差点(19)の交差点面(37)上の車線(23)のコースをモデル化するために、内部交差点モデル(38)を有し、
    交差点セグメント(19a)を交差点モデル(34)にモデル化するステップは、
    係数マトリックス(F)に基づいて、交差点(19)内に入る車線(23)の少なくとも1つの部分、交差点(19)から出る車線(23)の少なくとも1つの部分および交差点(19)の交差点面(37)上を通過する車線(23)の少なくとも1つの部分のコースをモデル化する部分ステップを有し、係数マトリックス(F)の値は、交差点面(37)上の車線(23)のコースおよび結合を表わす部分ステップと、
    軌道データ記録(16)の軌道データ(27)の少なくとも1つの部分に基づいて、係数マトリックス(F)の値を決定する部分ステップと、
    を有することを特徴とする、請求項5または6に記載の方法。
  8. 道路モデル(28)および/または交差点モデル(34)はそれぞれ、車線(23)の数を表わすための数パラメータ(L)、個々の車線(23)の幅を表わすための幅パラメータ(W)、道路(17)の曲率を表わすための曲率パラメータ(C)および対向走行方向の車線(23)間の間隔を表わすための間隔パラメータ(G)を有することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 道路モデル(28)および/または交差点モデル(34)は、結合ブロック(30)を道路ブロック(32)内に挿入するための挿入操作(40)と、2つの道路ブロック(32)および1つの結合ブロック(30)を1つの道路ブロック(32)に混成させるための混成操作(41)と、道路(17)の縦方向伸長をパラメータ化するためにパラメータ化値を適合させるための適合操作(42)と、車線(23)を付加するための付加操作(43)と、車線(23)を除去するための除去操作(44)と、対向走行方向の車線(23)間の間隔を適合させるための間隔適合操作(46)と、車線(23)の幅を適合させるための幅適合操作(48)と、および道路(17)の曲率を適合させるための曲率適合操作(50)とからなるリストから選択された少なくとも1つの変更操作(40、41、42、43、44、46、48、50)を有することを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 変更操作のランダム選択に基づいてランダムに変化されたパラメータ値を、道路モデル(28)および/または交差点モデル(34)による軌道データ(27)の描写の質を表わす評価計測値に基づいて破棄したりまたは採用したりするステップであって、評価計測値は、軌道データ(27)と道路モデル(28)および/または交差点モデル(34)の間の一致を表わすための第1項と、道路形状の少なくとも1つの所定の特性変数、特に車線幅および/または道路幅に関する特性変数を考慮するための第2項を有するステップを、更に有することを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
  11. ディジタルの車道に正確な道路地図(14)に基づいて車線に正確な道路地図(22)を決定するためのデータ処理装置(10)において、データ処理装置(10)は、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法を実行するように設計されている、データ処理装置(10)。
  12. データ処理装置(10)は、ディジタルの車道に正確な道路地図(14)を記憶するためのデータメモリ(12)およびプロセッサ(18)を有する、請求項11に記載のデータ処理装置(10)。
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