DE102012214307A1

DE102012214307A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Modellieren eines Umfelds

Info

Publication number: DE102012214307A1
Application number: DE102012214307.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Heigele; Holger Mielenz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2014-02-13
Also published as: GB2507152B; GB201314268D0; FR2994486B1; FR2994486A1; GB2507152A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Modellieren eines Umfeldes eines Objekts (4), insbesondere eines Fahrzeugs, umfassend die Schritte Bereitstellen von zumindest einer Zelle (1, 2, 6, 7, 8, 9) mit einer eindeutigen Identifikation, Nachbarschaftsbeziehungen, die für jede Richtung (11, 12, 13, 14), in der sich weitere Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9) befinden können, eine Identifikation einer vorhandenen Nachbarzelle oder eine Information, dass in dieser Richtung keine Nachbarzelle vorhanden ist umfasst, und Belegungsinformationen, die durch eine räumliche Diskretisierung der Zelle (1) gebildet werden, wobei an jeder diskreten Stelle (10) ein diskreter Belegungswert oder eine Belegungswahrscheinlichkeit angegeben ist, Bestimmen einer diskreten Objektposition (40) in der zumindest einen Zelle (1, 2, 6, 7, 8, 9), welche die aktuelle Position des Objekts (4) repräsentiert, Erkennen eines Hindernisses (3) in der Umgebung des Objekts (4) und Bestimmung der Position des Hindernisses (3), Bestimmen von zumindest einer diskreten Hindernisposition (31, 32) in einer der bereitgestellten Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9), die zu der Position des Hindernisses (3) korrespondiert, Ändern des Belegungswertes oder der Belegungswahrscheinlichkeit der zumindest einen diskreten Hindernisposition (31, 32) derart, dass die Präsenz des Hindernisses (3) angezeigt wird, und Ändern von zumindest einer diskreten Zwischenposition in mindestens einer der bereitgestellten Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9) zwischen diskreter Hindernisposition (31, 32) und diskreter Objektposition (40) derart, dass diese eine freie Umgebung anzeigen, falls zumindest eine solche diskrete Zwischenposition vorhanden ist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Modellierung eines durch eine beliebige Sensorik wahrgenommenen, in seinem Ausmaß unbekannten Umfeldes. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das automobile Umfeld, da es hier oftmals vorteilhaft ist, Umfeldkarten der Umgebung zu erstellen, wobei Informationen über die Umgebung mittels im Fahrzeug verwendeter Sensoren erhalten werden.
Die derzeitig verfügbaren Verfahren zur Darstellung eines Umfeldes lassen sich grundsätzlich in zwei Kategorien einteilen. Auf der einen Seite eine Abbildung über Baumstrukturen und auf der anderen Seite eine Abbildung über diskrete Zellen, angeordnet in einem, häufig gleichförmigen, Gitter.
Im Falle der Baumstrukturen bildet jeder Knoten des Baumes einen bestimmten zwei- oder dreidimensionalen Raum ab und kann Belegtheitsinformationen über diesen Raum besitzen. Zusätzlich bietet jeder Knoten die Möglichkeit von Unterknoten, wenn das Gebiet, das dieser Knoten beschreibt, detaillierter beschrieben werden kann oder soll. Für jeden Unterknoten gilt dasselbe. So kann ausgehend von einem zentralen Hauptknoten der komplette Raum, den dieser Knoten beschreibt, beliebig fein abgebildet werden. Liegen Messdaten von Bereichen außerhalb des Hauptknotens vor, so können diese entweder verworfen werden, oder aber ein neuer Hauptknoten wird erstellt, der einen weiter reichenden Raum abdeckt, als der bisher vorhandene Hauptknoten und der bisherige, und gegebenenfalls weitere, wird dem neuen Hauptknoten untergeordnet. Bei den gitterbasierten Verfahren wird meist ein auf ein bestimmtes Abmaß begrenzter zwei- oder dreidimensionaler Raum durch eine, meistens gleichförmige, Rasterung beschrieben. Jede dieser Zellen enthält ein Belegtheitsmaß (häufig eine Belegtheitswahrscheinlichkeit) und gegebenenfalls weitere Informationen (wie z.B. Höhe oder Überfahrbarkeit). Solche Zellen können auch eine Liste von übereinander gestapelten Höheninformationen enthalten, um komprimierte 3D Informationen in einer 2D Karte wiederzugeben.
Aus dem Stand der Technik ist weiterhin die Druckschrift DE 10 2008 036 009 A1 bekannt, die ein Verfahren zum Schutz eines Fahrzeugs vor einer Kollision beschreibt. Dazu sind Sensoren an dem Fahrzeug angebracht, die das Umfeld des Fahrzeugs erfassen und die so gewonnenen Daten in eine Umfeldkarte eintragen, wobei die Umfeldkarte als gitterbasierte Karte realisiert ist. Die Gitterpunkte darin sind äquidistant angeordnet und können die Werte „frei“, „besetzt“ oder „unbekannt“ annehmen, so dass ein diskretisiertes Modell der Umgebung entsteht.
Ebenso ist aus der DE 10 2010 013 093 A1 ein Verfahren bekannt, dass Hindernisse in der Umgebung eines Fahrzeugs in eine zellbasierte Karte einträgt. Insgesamt haben vorwiegend die zellbasierten und gitterbasierten Verfahren jedoch den Nachteil, dass hier stets ein auf bestimmte Abmaße begrenzter zwei- oder dreidimensionaler Raum als Umfeldkarte zur Verfügung steht, in den die gewonnenen Daten bezüglich vorhandener Hindernisse eingetragen werden.
Weiterhin ist der Raum meist gleichförmig diskretisiert und kann somit Belegungswerte oder Belegungswahrscheinlichkeiten an den diskreten Stellen speichern. Daher sind die oben beschriebenen Verfahren gerade in den Randbereichen des diskretisierten Raumes sehr ungenau, da Messwerte, die sich auf Bereiche außerhalb des diskretisierten Raums beziehen, verworfen werden. Weiterhin ist keine Flexibilität gewährleistet, da der diskretisierte Raum nicht erweitert werden kann, so dass bei der Notwendigkeit, einen größeren Bereich abbilden zu müssen, stets der gesamte diskretisierte Raum verworfen und ein neuer, größerer diskretisierte Raum erstellt werden muss.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet eine Verknüpfung einzelner Zellen, wobei der Umfang der verknüpften Zellen in beliebiger Weise erweitert oder beschränkt werden kann. Daher ist das Verfahren sehr flexibel und kann bevorzugt auch dort eingesetzt werden, wo Rechenressourcen nur im begrenzten Maße zur Verfügung stehen.
Erfindungsgemäß wird zumindest eine Zelle bereitgestellt, die folgende Merkmale umfasst: Zunächst ist eine Identifikation vorhanden, mit der die Zelle adressiert werden kann. Die Identifikation ist dabei unter allen vorhandenen Zellen eindeutig. Weiterhin enthält die Zelle Nachbarschaftsbeziehungen, wobei für jede Richtung, in der sich eine weitere Zelle befinden kann, die oben genannte Identifikation der Nachbarzelle gespeichert ist. Falls keine Nachbarzelle in einer Richtung vorhanden sein sollte, so ist dies ebenfalls gespeichert. Insgesamt kann daher festgestellt werden, ob sich an den benachbarten Positionen einer Zelle weitere Zellen befinden oder ob hier die Grenze des modellierten Umfelds erreicht ist. Schließlich sind in jeder Zelle Belegungsinformationen vorhanden, die durch eine räumliche Diskretisierung der Zelle realisiert sind. Die Diskretisierung von allen vorhandenen Zellen kann bevorzugt gleich sein, wobei ebenso bevorzugt auch Zellen unterschiedlich diskretisiert werden können. Weiterhin kann die Diskretisierung bevorzugt innerhalb der Zelle variieren oder auch alternativ bevorzugt über die Zelle einheitlich sein. An jeder diskreten Stelle einer Zelle wird ein Belegungswert oder eine Belegungswahrscheinlichkeit gespeichert. Auf diese Weise können Hindernisse in der Umgebung modelliert werden.
Mit dem Bereitstellen von zumindest einer Zelle ist es möglich, eine Umfeldkarte eines Objekts zu erstellen. Dazu muss zunächst eine diskrete Objektposition innerhalb der zumindest einen Zelle bestimmt werden. Dies entspricht einer Position, die den aktuellen Ort des Objekts in der Umfeldkarte repräsentiert. Bei einer ersten Initialisierung der Umfeldkarte, was einem erstmaligen Bereitstellen zumindest einer Zelle entspricht, wird die diskrete Objektposition bevorzugt frei festgelegt. Danach wird die Umgebung des Objekts auf Hindernisse untersucht, und bei vorhandenem Hindernis dessen Position bestimmt. Anschließend wird die Position des Hindernisses in eine diskrete Hindernisposition umgewandelt, so dass innerhalb der bereitgestellten Zellen eine diskrete Position bestimmt wird, die der realen Position des Hindernisses entspricht. Zur Modellierung des Hindernisses wird der Belegungswert an der diskreten Hindernisposition derart verändert, dass dadurch das Vorhandensein eines Hindernisses angezeigt wird.
Zuletzt wird erfindungsgemäß festgestellt, ob sich diskrete Zwischenpositionen zwischen der diskreten Hindernisposition und der diskreten Objektposition befinden. Da eine Detektion eines Hindernisses normalerweise voraussetzt, dass der Bereich zwischen Objekt und Hindernis frei ist, wird bei Vorhandensein von zumindest einer diskreten Zwischenposition die Belegungsinformation an der zumindest einen diskreten Zwischenposition auf einen Wert gesetzt, der anzeigt, dass diese Stelle frei ist. Bevorzugt ist die Belegungsinformation relativ zu der bisherigen Belegungsinformation an derselben diskreten Zwischenposition ausgelegt, so dass mittels des neuen Wertes für die Belegungsinformation angezeigt wird, dass die Stelle freier ist als bisher angenommen.
Es ist weiterhin bevorzugt möglich, dass eine Zelle neben den beschriebenen Informationen weitere Daten speichern kann. Dies kann z.B. ein Wert für die Durchfahrtshöhe an einer bestimmten Stelle oder ein Wert für die Überfahrbarkeit des Untergrunds sein. So kann jede Zelle an die aktuell vorherrschende Umgebung angepasst werden, indem charakteristische Daten der Umgebung mit in die Modellierung aufgenommen werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum modellieren eines Umfeldes eines Objekts. Die Vorrichtung umfasst erfindungsgemäß eine Speichervorrichtung, die bevorzugt eingerichtet ist, eine oder mehrere der oben genannten Zellen zu speichern. Weiterhin umfasst die Vorrichtung einen Umgebungssensor zum Erkennen von Hindernissen in der Umgebung des Objekts. Dies kann beispielsweise ein Kamerasystem, ein Ultraschallsensor, ein Radarsensor, oder ein Lidarsensor sein. Mit dem Umgebungssensor ist es bevorzugt möglich, sowohl die Präsenz eines Hindernisses als auch den Abstand eines Hindernisses zum Objekt zu bestimmen. Schließlich umfasst die Vorrichtung eine Steuereinheit, die sowohl mit der Speichervorrichtung als auch mit dem Umgebungssensor verbunden ist. Erfindungsgemäß ist die Steuervorrichtung derart eingerichtet, dass diese das oben genannte erfindungsgemäße Verfahren durchführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung weisen gegenüber dem Stand der Technik mehrere Vorteile auf:
Durch die iterative Verknüpfung und Erstellung der Zellen ist das Verfahren sehr kompakt. Es wird nur der Raum beschrieben, über den tatsächlich Umgebungsinformationen vorliegen. Ein großer diskretisierter Raum, wie im Stand der Technik, ist nicht nötig.
Da die lokale Umgebung zusammenhängend in der Speichervorrichtung beschrieben wird, kann die Steuereinheit mit der Speichervorrichtung hocheffizient rechnen. Die Abmaße des Umfeldes haben hierauf keinen Einfluss. Einzig die Sprünge von einer Zelle zu einer weiteren Zelle können Sprünge innerhalb der Speichervorrichtung erfordern.
Besteht eine Situationsanalyse, so können interessante Bereiche der Umgebung bestimmt werden und die dazugehörigen Zellen mit einer feineren Diskretisierung erstellt werden. Beispielsweise empfiehlt sich besonders für enge Gassen oder Parkplätze eine feine Diskretisierung, während für Hauptverkehrswege eine gröbere Diskretisierung ausreichend ist.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
In einer vorteilhaften Weise wird das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt, indem die folgenden Schritte befolgt werden: Zunächst wird aus allen vorhandenen Zellen eine Ausgangszelle ausgewählt, die in mindestens einer Richtung keine Nachbarschaftsbeziehung aufweist. Bevorzugt kann als Ausgangszelle beispielsweise diejenige Zelle gewählt werden, innerhalb derer sich die diskrete Objektposition befindet. Danach wird eine weitere Zelle erzeugt, wobei dies die nachfolgenden Schritte beinhaltet: Als erster Schritt wird eine Identifikation der weiteren Zelle festgelegt, wobei die Identifikation, vor allem im Angesicht der bereits erzeugten oder bereitgestellten Zellen, eindeutig ist und sich ausschließlich auf die weitere Zelle bezieht. Anschließend können die Nachbarschaftsbedingungen gespeichert werden. Dies umfasst zum einen ein Speichern der Identifikation der weiteren Zelle als Nachbarschaftsbeziehung in der Ausgangszelle als auch ein Speichern der Identifikation der Ausgangszelle als Nachbarschaftsbeziehung in der weiteren Zelle. Auf diese Weise sind die Ausgangszelle und die weitere Zelle lokal miteinander verknüpft, so dass ein Referenzieren nicht global, sondern lediglich ausgehend von einer benachbarten Zelle möglich ist. Zuletzt werden Belegungsinformationen in der weiteren Zelle bereitgestellt, die durch eine räumliche Diskretisierung der weiteren Zelle gebildet werden. An jeder diskreten Stelle ist dabei ein diskreter Belegungswert oder eine Belegungswahrscheinlichkeit vorgesehen.
Durch die lediglich auf den benachbarten Zellen beruhenden Nachbarschaftsbeziehungen ist auch das Abbilden von Mehrebenensituationen problemlos möglich. Beispielsweise müssen Rampen in Parkhäusern nicht extra als solche erkannt werden, sondern führen automatisch zu einer neuen erzeugten Zelle mit passenden Nachbarschaftsbedingungen.
Mit dem Erzeugen von einer weiteren Zelle ist es möglich, die Umfeldkarte des Objekts zu erweitern. Dazu wird wiederum eine diskrete Objektposition innerhalb einer der bereitgestellten oder erzeugten Zelle bestimmt. Anschließend wird die Umgebung des Objekts weiter auf Hindernisse untersucht, und bei vorhandenem Hindernis dessen Position bestimmt. Dann wird die Position des Hindernisses in eine diskrete Hindernisposition umgewandelt, so dass innerhalb der bereitgestellten oder erzeugten Zellen eine diskrete Position bestimmt wird, die der realen Position des Hindernisses entspricht. Zur Modellierung des Hindernisses wird der Belegungswert an der diskreten Hindernisposition derart verändert, dass dadurch das Vorhandensein eines Hindernisses angezeigt wird. Zuletzt wird erfindungsgemäß festgestellt, ob sich diskrete Zwischenpositionen zwischen der diskreten Hindernisposition und der diskreten Objektposition befinden. Bei Vorhandensein von zumindest einer diskreten Zwischenposition wird die Belegungsinformation an der zumindest einen diskreten Zwischenposition auf einen Wert gesetzt, der anzeigt, dass diese Stelle frei ist.
Insgesamt macht es diese bevorzugte Ausführungsform möglich, den Modellierungsbereich der Umfeldkarte sehr einfach zu erweitern. Dies ist ein großer Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, da hier eine Erweiterung des Modellierungsbereiches nicht oder nur mit großem Aufwand möglich ist.
Es ist dabei besonders vorteilhaft, die beschriebene bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens lediglich dann anzuwenden, wenn eine diskrete Hindernisposition in den vorhandenen, also in den bereitgestellten und/oder erzeugten Zellen nicht bestimmt werden kann. Nur in diesem Fall ist es vorteilhaft, eine weitere Zelle zu erzeugen, um den gesamten Modellierungsbereich zu vergrößern. Bevorzugt kann dann erneut überprüft werden, ob eine diskrete Hindernisposition in dem vergrößerten Modellierungsbereich bestimmt werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Ausführen der folgenden Schritte: Es wird genau eine Zelle bereitgestellt, die als Masterzelle bezeichnet wird. Somit wird auch eine diskrete Objektposition innerhalb der Masterzelle definiert. Zuletzt wird eine räumliche Diskretisierung festgelegt, mit der die Umgebungsinformationen gespeichert werden sollen. Mit diesen Schritten wird das Erzeugen einer Umfeldkarte mit einer einzigen Zelle, der Masterzelle, initialisiert. Sollten weitere Zellen benötigt werden, so werden diese nach Bedarf eingefügt. Der benötigte Speicher wird daher auf ein Minimum beschränkt.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Belegungswert die Werte „belegt“, „frei“, und „unbekannt“ annehmen kann. Die Belegungswahrscheinlichkeit kann bevorzugt mit einem Wert zwischen 0 und 1 angegeben werden, wobei 0 bevorzugt „frei“, 0,5 bevorzugt „unbekannt“ und 1 bevorzugt „belegt“ entspricht. Dies ermöglicht ein umfassendes Beschreiben der Umgebung des Objekts innerhalb der Zellen.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass für jede Zelle eine Anzahl an Belegungsinformationen bestimmt wird, wobei nur Belegungsinformationen berücksichtig werden, die nicht den Wert „unbekannt“ enthalten. Sollte diese Anzahl einen ersten Wert unterschreiten, so wird die entsprechende Zelle gelöscht. Durch das Löschen von Zellen mit nur wenig Informationsgehalt kann Speicherplatz gespart werden, da davon ausgegangen werden kann, dass eine Zelle mit wenig Informationsgehalt keine wichtige Rolle bei der Modellierung des Umfelds spielt. Der erste Wert ist bevorzugt abhängig von der Diskretisierung der Zelle, so dass bei feiner Diskretisierung der erste Wert höher ist als bei grober Diskretisierung.
In vorteilhafter Weise wird das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt, indem die Zellen als rechteckig angesehen werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Zellen als quadratisch angesehen werden. In diesem Fall kann eine zu modellierende Umgebung sehr einfach durch die Zellen abgebildet werden. Außerdem sind lediglich vier Nachbarschaftsbedingungen zu behandeln.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Zellen alle die gleiche Größe aufweisen. Dies vereinfacht das erfindungsgemäße Verfahren, da alle Zellen gleich behandelt werden können. Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die Zellen unterschiedliche Größen aufweisen. Damit können beispielsweise Gegenden mit verschiedenen, unterschiedlich großen Bereichen einfacher abgebildet werden.
Außerdem können die Zellen bevorzugt einen zweidimensionalen Raum oder auch einen dreidimensionalen Raum repräsentieren. Je nach Art des Objekts, dessen Umgebung modelliert wird, ist die eine oder andere Art vorteilhaft. Für ein Landfahrzeug ist beispielsweise eine Verwendung von zweidimensionalen Zellen ausreichend.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zusätzlich die folgenden Schritte ausgeführt. Zunächst wird eine absolute Position jeder Zelle innerhalb eines ortsfesten Koordinatensystems bestimmt. Dies geschieht mithilfe der Nachbarschaftsbeziehungen, so dass die relativen Angaben der Nachbarschaftsbeziehungen in absolute Angaben innerhalb des ortsfesten Koordinatensystems umgerechnet werden. Anschließend wird bestimmt, welche Zellen an einer gleichen Stelle innerhalb des Koordinatensystems platziert sind. Eine solche Situation kann eintreten, wenn eine Position innerhalb einer ersten Zelle von zwei unterschiedlichen benachbarten Zellen angefahren wird. Da die benachbarten Zellen keinerlei Informationen darüber besitzen, ob die jeweilige andere Zelle bereits die erste Zelle erzeugt hat, wird auf jeden Fall eine neue erste Zelle erzeugt. Somit sind zwei erste Zellen vorhanden, die jedoch denselben Inhalt aufweisen. Daher werden für den Fall, dass zwei Zellen dieselbe absolute Position aufweisen, die Belegungsinformationen der Zellen verglichen. Sollten sich die Belegungsinformationen der Zellen überschneiden oder sollten die Belegungsinformationen gleich sein, so ist davon auszugehen, dass beide Zellen dasselbe Gebiet modellieren. Aus diesem Grund werden in einem abschließenden Schritt die Zellen mit gleichen oder teilweise gleichen Belegungsinformationen zu einer einzigen Zelle zusammengeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Speichervorrichtung eingerichtet, bei Anforderung einer neuen Zelle durch die Steuereinheit die Identifikation einer ersten Zelle aus einer ersten Anzahl von Zellen ohne Belegungsinformationen und Nachbarschaftsbeziehungen zurückzugeben. Damit ist es möglich, den Vorgang des Erzeugens einer Zelle zu beschleunigen, da hier kein physischer Speicherplatz angefordert werden muss, sondern eine Zelle aus einem Vorrat an leeren Zellen verwendet wird. Es ist daher bevorzugt vorgesehen, dass die Speichervorrichtung stets eine zweite Anzahl von Zellen ohne Belegungsinformationen und Nachbarschaftsbeziehungen speichert. Die zweite Anzahl von Zellen ist dabei bevorzugt mindestens genauso groß wie die erste Anzahl von Zellen. Somit ist stets ein Vorrat von Zellen vorhanden, wobei der zeitaufwändige Vorgang des Anforderns von Speicherplatz von dem Vorgang des Erzeugens der Zelle abgekoppelt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Ansicht einer Zelle, wie sie in dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verwendet wird,
2 eine schematische Ansicht von zwei Zellen, mit denen das Umfeld eines Fahrzeugs mit dem erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der bevorzugten Ausführungsform modelliert wird,
3 eine schematische Ansicht einer realen Umgebung, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der bevorzugten Ausführungsform modelliert wird,
4 eine schematische, planare, Ansicht mehrerer Zellen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der bevorzugten Ausführungsform erzeugt wurden,
5 eine schematische, räumliche, Ansicht von mehreren Zellen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der bevorzugten Ausführungsform erzeugt wurden, und
6 eine schematische Übersicht über die Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine erste Zelle 1, die zum Modellieren einer Umgebung eines Objekts verwendet wird. Die erste Zelle 1 weist insgesamt vier Nachbarschaftsbeziehungen auf, die sich in eine erste Richtung 11, eine zweite Richtung 12, eine dritte Richtung 13 und in eine vierte Richtung 14 aufteilen. Somit ist es möglich, ausgehend von der ersten Zelle 1 vier weitere Zellen zu erzeugen. Die erste Zelle 1 ist diskretisiert und kann an diskreten Stellen 10 Belegungsinformationen aufnehmen. Diese Belegungsinformationen sind zunächst mit dem Wert „unbekannt“ vorbelegt.
In den 2 und 3 ist illustriert, wie die Zellen verwendet werden, um die Umgebung eines Fahrzeugs 4 zu modellieren. Dabei stellt 2 den modellierten Zustand mittels einer ersten Zelle 1 und einer zweiten Zelle 2 dar, während 3 die reale Umgebung aus der Vogelperspektive skizziert. Zur besseren Verdeutlichung sind die Bereiche, die durch die erste Zelle 1 und die zweite Zelle 2 modelliert werden, auch in 3 skizziert. Innerhalb der ersten Zelle 1 wird eine diskrete Objektposition 40 bestimmt, die mit der realen Position des Fahrzeugs 4 übereinstimmt. Wie in 3 gezeigt, fährt das Fahrzeug 4 an einem Hindernis 3 entlang. Am Fahrzeug verbaute Umfeldsensoren 5 erfassen das Hindernis 3, so dass dieses in der ersten Zelle 1 auf den diskreten Hindernispositionen 32 dargestellt werden kann. Dazu wird beispielsweise ein fiktiver Laserstrahl zwischen diskreter Objektposition 40 und jeder diskreten Hindernisposition 32 abgelaufen und die Belegungsinformationen entlang des Laserstrahls auf „frei“ gesetzt. Am Ende des Strahls, also an den diskreten Hindernispositionen 32, wird die Belegungsinformation in „belegt“ geändert.
Sobald sich das Fahrzeug 4 jedoch den Grenzen des Bereichs nähert, der mit der ersten Zelle 1 modelliert werden kann, so ergibt sich das Problem, dass eine diskrete Hindernisposition 31 außerhalb der ersten Zelle 1 liegt und somit nicht dargestellt werden kann. Aus diesem Grund wird eine zweite Zelle 2 in der zweiten Richtung 12 der ersten Zelle 1 erzeugt, so dass eine Nachbarschaftsbeziehung zwischen der ersten Zelle 1 und der zweiten Zelle 2 besteht. Mit erfolgreicher Erzeugung der zweiten Zelle 2 kann somit auch die diskrete Hindernisposition 31 modelliert werden.
Das Erzeugen von neuen Zellen wird stets auf Basis einer bereits vorhandenen Zelle ausgeführt. So ist in 4 ein Beispiel dargestellt, wie ausgehend von der ersten Zelle 1 insgesamt drei weitere Zellen erzeugt werden, die zweite Zelle 2, eine dritte Zelle 6 und eine vierte Zelle 7. Dabei ist die Nachbarschaftsbeziehung der ersten Zelle 1 in die zweite Richtung 12 gleich mit der Nachbarschaftsbeziehung der zweiten Zelle 2 in der vierten Richtung 24. Somit ist hier ein Übergang von der ersten Zelle 1 zur zweiten Zelle 2 vorhanden. Selbiges gilt für die Nachbarschaftsbeziehungen der zweiten Zelle 2 zur dritten Zelle 6 in der dritten Richtung 23 der zweiten Zelle 2 und der ersten Richtung 61 der dritten Zelle 6 sowie für die Nachbarschaftsbeziehungen der dritten Zelle 6 zur vierten Zelle 7 in der vierten Richtung 64 der dritten Zelle 6 und der zweiten Richtung 72 der vierten Zelle 7. Es besteht jedoch keine Nachbarschaftsbeziehung zwischen der ersten Zelle 1 und der vierten Zelle 4. Sollte sich das Fahrzeug 4, ausgehend von einem Ort in der vierten Zelle 4, in Richtung der ersten Zelle 1, also in die erste Richtung 71 der vierten Zelle 7, bewegen, so würde eine neue Zelle erstellt werden, die absolut an derselben Position liegen würde, wie die erste Zelle 1. Das gleich gilt auch für die dritte Richtung 13 der ersten Zelle 1.
Der Vorteil der lokalen Nachbarschaftsbeziehungen innerhalb der Zellen ist in 5 erläutert. In diesem Fall fährt das Fahrzeug 4 einen spiralförmigen Turm nach oben, wie es beispielsweise in Parkhäusern der Fall sein kann. Ausgehende von der ersten Zelle 1 werden zunächst in die zweite Richtung 12 der ersten Zelle 1 mehrere Zellen erzeugt, bis schließlich eine fünfte Zelle 8 erreicht wird. Ausgehend von der fünften Zelle 8 wird eine weitere Zelle 9 erzeugt, die absolut an der gleichen Position wie die erste Zelle 1 liegt, jedoch in einer höheren Ebene. Dies wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren automatisch berücksichtigt, da die weitere Zelle 9 auf Basis der fünften Zelle 8 in der dritte Richtung 83 der fünften Zelle 8 erzeugt wird. Somit weist die Nachbarschaftsbeziehung der fünften Zelle 8 in dritter Richtung 83 nicht auf die erste Zelle 1 sondern auf die weitere Zelle 9. Ebenso weist auch die Nachbarschaftsbeziehung der ersten Zelle 1 in erster Richtung 11 nicht auf die sich an selber absoluter Position befindliche fünfte Zelle 8.
Grundsätzlich könnte jedoch auch der Fall auftreten, dass die erste Zelle 1 und die weitere Zelle 9 den gleichen Raum beschreiben, beispielsweise weil sich das Objekt 4 in einer Kreisbogenbahn auf einer Ebene bewegt hat. Daher wird in einem zusätzlichen Schritt überprüft, ob Zellen vorliegen, die zusammengeführt werden müssen. Dies geschieht, indem die absolute Position jeder der erzeugten Zellen ermittelt wird. Somit lässt sich feststellen, dass die erste Zelle 1 und die weitere Zelle 9 dieselbe absolute Position aufweisen. Im Anschluss wird überprüft, ob die sich an derselben absoluten Position befindlichen Zellen denselben Inhalt beschreiben. Dazu werden die Belegungsinformationen verglichen und bei Überschreiten eines Grenzwertes eines Ähnlichkeitsmaßes der Belegungsinformationen werden die Belegungsinformationen und die Nachbarschaftsbeziehungen der beiden Zellen in einer der Zellen zusammengeführt, wobei die nicht mehr benötigte Zelle gelöscht wird.
In 6 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Modellieren einer Umgebung dargestellt. Diese umfasst eine Speichervorrichtung 200, die eingerichtet ist, eine Vielzahl an Zellen zu speichern. Mit der Speichervorrichtung 200 ist eine Steuervorrichtung 100 verbunden, die ebenfalls in Verbindung mit dem Umgebungssensor 5 steht.
Die Steuervorrichtung 100 kann daher Zellen bereitstellen und erzeugen, die anschließend in der Speichervorrichtung 200 gespeichert werden. Mittels des Umgebungssensors 5 tastet die Steuervorrichtung 100 die zu modellierende Umgebung auf Hindernisse ab und bestimmt so das Vorhandensein von Hindernissen 3 sowie die diskreten Hindernispositionen 31, 32 innerhalb der erzeugten oder bereitgestellten Zellen.
Weiterhin kann die Steuervorrichtung 100 die Modellierung eines Umfeldes auch mit begrenztem Speicherplatz realisieren. In diesem Fall wird eine Anzahl an Zellen festgelegt, die maximal verwendet werden darf. Sobald diese Anzahl erreicht ist wird bei einer benötigten weiteren Zelle, die als erstes angelegte Zelle gelöscht und somit Speicherplatz für eine weitere Zelle freigegeben. Das Modell umfasst daher lediglich den jüngsten Teil der Umgebung, kommt dafür mit begrenztem Speicherplatz aus.
Außerdem kann die Speichervorrichtung 200 zweigeteilt sein, wobei ein Teil als Archiv mit langer Zugriffszeit und ein weitere Teil als operativer Speicher mit kurzer Zugriffszeit ausgelegt ist. Somit kann das im vorhergehenden Abschnitt beschriebene Löschen von Zellen auch ein Verschieben aus dem operativen Speicher in das Archiv darstellen, so dass im Falle einer Rückkehr des Objekts 4 in eine Umgebung, die einem bereits archivierten Teil des Modells entspricht, eine Zelle aus dem Archiv wiederhergestellt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008036009 A1 [0004]
DE 102010013093 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Modellieren eines Umfeldes eines Objekts (4), insbesondere eines Fahrzeugs, umfassend die Schritte: – Bereitstellen von zumindest einer Zelle (1, 2, 6, 7, 8, 9) mit – einer eindeutigen Identifikation, – Nachbarschaftsbeziehungen, die für jede Richtung (11, 12, 13, 14), in der sich weitere Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9) befinden können, eine Identifikation einer vorhandenen Nachbarzelle oder eine Information, dass in dieser Richtung keine Nachbarzelle vorhanden ist umfasst, und – Belegungsinformationen, die durch eine räumliche Diskretisierung der Zelle (1) gebildet werden, wobei an jeder diskreten Stelle (10) ein diskreter Belegungswert oder eine Belegungswahrscheinlichkeit angegeben ist, – Bestimmen einer diskreten Objektposition (40) in der zumindest einen Zelle (1, 2, 6, 7, 8, 9), welche die aktuelle Position des Objekts (4) repräsentiert, – Erkennen eines Hindernisses (3) in der Umgebung des Objekts (4) und Bestimmung der Position des Hindernisses (3), – Bestimmen von zumindest einer diskreten Hindernisposition (31, 32) in einer der bereitgestellten Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9), die zu der Position des Hindernisses (3) korrespondiert, – Ändern des Belegungswertes oder der Belegungswahrscheinlichkeit der zumindest einen diskreten Hindernisposition (31, 32) derart, dass die Präsenz des Hindernisses (3) angezeigt wird, und – Ändern von zumindest einer diskreten Zwischenposition in mindestens einer der bereitgestellten Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9) zwischen diskreter Hindernisposition (31, 32) und diskreter Objektposition (40) derart, dass diese eine freie Umgebung anzeigen, falls zumindest eine solche diskrete Zwischenposition vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die Schritte: – Festlegen einer Ausgangszelle aus den vorhandenen Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9), die zumindest in einer freien Richtung (11, 12, 13, 14) keine benachbarte Zelle (1, 2, 6, 7, 8, 9) aufweist, – Erzeugen einer weiteren Zelle (1, 2, 6, 7, 8, 9) mit denselben Merkmalen wie die zumindest eine bereitgestellte Zelle (1, 2, 6, 7, 8, 9), umfassen die Schritte: – Festlegen einer Identifikation der weiteren Zelle (1, 2, 6, 7, 8, 9), – Speichern der Identifikation der weiteren Zelle (1, 2, 6, 7, 8, 9) in der Ausgangszelle als Nachbarschaftsbeziehung in der freien Richtung (11, 12, 13, 14), – Festlegen einer weiteren Richtung, in der die Ausgangszelle von der weiteren Zelle (1, 2, 6, 7, 8, 9) aus gesehen liegt, – Speichern der Identifikation der Ausgangszelle in der weiteren Zelle (1, 2, 6, 7, 8, 9) als Nachbarschaftsbeziehung in der weiteren Richtung, und – Bereitstellen von Belegungsinformationen der weiteren Zelle (1, 2, 6, 7, 8, 9), die durch eine räumliche Diskretisierung der weiteren Zelle (1, 2, 6, 7, 8, 9) gebildet werden, wobei an jeder diskreten Stelle (10) ein diskreter Belegungswert oder eine Belegungswahrscheinlichkeit angegeben ist, – Bestimmen einer diskreten Objektposition (40) innerhalb einer der erzeugten Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9) oder innerhalb einer der bereitgestellten Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9), welche die aktuelle Position des Objekts (4) repräsentiert, – Erkennen eines Hindernisses (3) in der Umgebung des Objekts (4) und Bestimmung der Position des Hindernisses (3), – Bestimmen von zumindest einer diskreten Hindernisposition (31, 32) innerhalb einer der erzeugten Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9) oder innerhalb einer der bereitgestellten Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9), die zu der Position des Hindernisses (3) korrespondiert, – Ändern des Belegungswertes oder der Belegungswahrscheinlichkeit der zumindest einen diskreten Hindernisposition (31, 32) derart, dass die Präsenz des Hindernisses (3) angezeigt wird, und – Ändern von zumindest einer diskreten Zwischenposition in mindestens einer der bereitgestellten Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9) und/oder der erzeugten Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9) zwischen diskreter Hindernisposition (31, 32) und diskreter Objektposition (40) derart, dass diese eine freie Umgebung anzeigen, falls zumindest eine solche diskrete Zwischenposition vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Schritte nach Anspruch 2 nur dann durchgeführt werden, wenn eine diskrete Hindernisposition (31, 32) in einer der bereitgestellten Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9) oder in einer der erzeugten Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9) nicht bestimmt werden kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: – Bereitstellen genau einer Zelle (1, 2, 6, 7, 8, 9), die als Masterzelle bezeichnet wird, – Definieren einer diskreten Objektposition (40) innerhalb der Masterzelle, die einer aktuellen Position des Objekts (4) entspricht, und – Festlegen einer räumlichen Diskretisierung, innerhalb derer die Belegungsinformationen dargestellt werden sollen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Belegungswert die Werte „belegt“, „frei“ und „unbekannt“ umfasst und/oder die Belegungswahrscheinlichkeit als Wert zwischen 0 und 1 angegeben wird, wobei 0 dem Wert „frei“, 0,5 dem Wert „unbekannt“ und 1 dem Wert „belegt“ entspricht.
Verfahren nach Anspruch 5, umfassend die Schritte – Bestimmen einer Anzahl von Belegungsinformationen für jede Zelle (1, 2, 6, 7, 8, 9), die nicht den Wert „unbekannt“ enthalten, – Löschen einer Zelle (1, 2, 6, 7, 8, 9), bei der die Anzahl von Belegungsinformationen einen ersten Wert unterschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Zelle (1, 2, 6, 7, 8, 9) eine rechteckige, insbesondere eine quadratische, Form aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei alle Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9) dieselbe Größe aufweisen oder die Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9) unterschiedliche Größen aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Zelle (1, 2, 6, 7, 8, 9) die Umgebung zweidimensional oder dreidimensional repräsentiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte – Bestimmen einer absoluten Position jeder Zelle (1, 2, 6, 7, 8, 9) innerhalb eines ortsfesten Koordinatensystems anhand der Nachbarschaftsbeziehungen – Bestimmen einer Gruppe von Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9), die an der gleichen absoluten Position liegen, – Vergleich der Belegungsinformationen von jeweils zwei Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9) aus der Gruppe von Zellen, – Zusammenführen der zwei Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9) aus der Gruppe von Zellen zu einer Zelle, falls die Belegungsinformationen der zwei Zellen zumindest teilweise gleich sind.
Vorrichtung zum Modellieren eines Umfeldes eines Objekts (4), insbesondere eines Fahrzeugs, umfassend – eine Speichervorrichtung (200) – zumindest einen Umgebungssensor (5) zum Erkennen von Hindernissen (3) in der Umgebung des Objekts (4), und – eine Steuereinheit (100), die mit der Speichervorrichtung (200) und dem Umgebungssensor (5) verbunden ist, wobei – die Steuereinheit (100) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausführt, und – die Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9) innerhalb der Speichervorrichtung gespeichert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei – die Speichervorrichtung (200) eingerichtet ist, bei Anforderung einer neuen Zelle (1, 2, 6, 7, 8, 9) durch die Steuereinheit (100) die Identifikation einer Zelle (1, 2, 6, 7, 8, 9) aus einer ersten Anzahl von Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9) ohne Belegungsinformationen und Nachbarschaftsbeziehungen zurückzugeben, – die Speichervorrichtung (200) eingerichtet ist, stets eine zweite Anzahl von Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9) ohne Belegungsinformationen und Nachbarschaftsbeziehungen zu speichern, und – die zweite Anzahl von Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9) zumindest genauso groß ist wie die erste Anzahl an Zellen (1, 2, 6, 7, 8, 9).