DE102015220831A1

DE102015220831A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen von Landmarken für eine Ortsbestimmung für ein bewegliches Objekt sowie Verfahren und Vorrichtung zur Ortsbestimmung für ein bewegliches Objekt

Info

Publication number: DE102015220831A1
Application number: DE102015220831.1A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Niem
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-10-26
Filing date: 2015-10-26
Publication date: 2017-04-27
Also published as: CN107044853A; CN107044853B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Landmarken (L1, L2) für eine Ortsbestimmung für ein bewegliches Objekt. Dabei weist das Verfahren einen Schritt des Erzeugens zumindest eines Konstellationsdatensatzes (150) unter Verwendung einer Ermittlungsvorschrift (140) und von Landmarkendaten (130) auf. Hierbei repräsentieren die Landmarkendaten (130) sensorisch erfasste Landmarken (L1, L2) in einer Umgebung des Objekts. Die Ermittlungsvorschrift (140) ist verwendbar, um aus den Landmarkendaten (130) mindestens ein für die Ortsbestimmung geeignetes Paar von Landmarken (L1, L2) zu ermitteln, bei dem ein Verhältnis zwischen einem lateralen Abstand (a) zwischen einer Trajektorie (105) des Objekts und einer ersten Landmarke (L1) des Paares und einem Landmarkenabstand (L) zwischen der ersten Landmarke (L1) und einer zweiten Landmarke (L2) des Paares in einem vordefinierten Eignungswertebereich liegt. Dabei weist der zumindest eine Konstellationsdatensatz (150) Positionsdaten einer geometrischen Konstellation eines für die Ortsbestimmung geeigneten Paares von Landmarken (L1, L2) relativ zu dem Objekt auf.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
Einige Systeme für das hochautomatisierte Fahren, Robotik und Augmented Reality können beispielsweise auf einer Auswertung von hochgenau vermessenen Landmarken beruhen.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz Verfahren, weiterhin eine Vorrichtung, die zumindest eines der Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann insbesondere eine optimierte Landmarkenerfasssung, die beispielsweise auf einer Geometrie einer vorausliegenden Stecke und einer Ego-Position basiert, zur Ortsbestimmung bereitgestellt werden. Es kann insbesondere eine optimierte Erfassung von Landmarken zur Ortsbestimmung beispielsweise für hochautomatisiertes Fahren, Robotik und Augmented Reality bereitgestellt werden. Eine Ortsbestimmung kann hierbei insbesondere durch eine Verwendung lediglich einer Teilmenge mit besonders zur Ortsbestimmung geeigneten Landmarken erreicht werden, deren Konstellation einen Positionierungsfehler minimieren kann.
Vorteilhafterweise kann gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung insbesondere eine optimierte Auswahl und deutliche reduzierte Anzahl an Landmarken erreicht werden, die für eine Positionierung beispielsweise eines hochautomatisierten Fahrzeugs oder eines Roboters genutzt werden können. Die mittels einer Auswahlprozedur als besonders geeignet zur Ortsbestimmung identifizierten Landmarken können eine zuverlässigere, schnellere, weniger speicherintensive, weniger rechenintensive und genauere Ortsbestimmung bei einer reduzierten Anzahl von zu übertragenden Daten ermöglichen.
Ein Verfahren zum Bestimmen von Landmarken für eine Ortsbestimmung für ein bewegliches Objekt weist den folgenden Schritt auf:
Erzeugen zumindest eines Konstellationsdatensatzes unter Verwendung einer Ermittlungsvorschrift und von Landmarkendaten, wobei die Landmarkendaten sensorisch erfasste Landmarken in einer Umgebung des Objekts repräsentieren, wobei die Ermittlungsvorschrift verwendbar ist, um aus den Landmarkendaten mindestens ein für die Ortsbestimmung geeignetes Paar von Landmarken zu ermitteln, bei dem ein Verhältnis zwischen einem lateralen Abstand zwischen einer Trajektorie des Objekts und einer ersten Landmarke des Paares und einem Landmarkenabstand zwischen der ersten Landmarke und einer zweiten Landmarke des Paares in einem vordefinierten Eignungswertebereich liegt, wobei der zumindest eine Konstellationsdatensatz Positionsdaten einer geometrischen Konstellation eines für die Ortsbestimmung geeigneten Paares von Landmarken relativ zu dem Objekt aufweist.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein. Bei dem Objekt kann es sich beispielsweise um ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Fahrzeug, das ausgebildet ist, um zumindest teilweise autonom zu fahren, einen Roboter oder dergleichen handeln. Die Umgebung des Objekts kann eine geografische Region sein, in der das Objekt angeordnet sein kann. Die Landmarken in der Umgebung des Objekts können beispielsweise mittels zumindest einer Sensoreinrichtung erfasst sein. Das Verfahren zum Bestimmen kann beispielsweise in Verbindung mit einem Bestimmungsfahrzeug ausführbar sein, das ausgebildet ist, um in der Umgebung des Objekts die Landmarken zu bestimmen. Das Bestimmungsfahrzeug kann die zumindest eine Sensoreinrichtung aufweisen. Der zumindest eine Konstellationsdatensatz kann somit Positionsdaten geeigneter Landmarken aufweisen, wobei die Positionsdaten auf ein vordefiniertes Koordinatensystem, beispielsweise einer digitalen Karte, bezogen sein können. Die Landmarkendaten können aus Sensordaten extrahierte Positionsdaten, Bilddaten oder dergleichen aufweisen. Der Eignungswertebereich kann einen Wert maximaler Eignung eines Paars von Landmarken enthalten, wobei der Wert maximaler Eignung einem unter Verwendung der Ermittlungsvorschrift ermittelten Verhältniswert des Verhältnisses zwischen dem lateralen Abstand und dem Landmarkenabstand entsprechen kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren einen Schritt des Extrahierens von Landmarkendaten, die einen sichtverhältnisunabhängigen Wiederfindungswert aufweisen, der größer als ein Mindestwiederfindungswert ist, aus Rohlandmarkendaten aufweisen, die eine Gesamtmenge von Landmarken in der Umgebung des Objekts repräsentieren. Dabei kann der Schritt des Erzeugens unter Verwendung der extrahierten Landmarkendaten ausgeführt werden. Der sichtverhältnisunabhängige Wiederfindungswert kann unter Verwendung eines Vorhandenseins einer Sichtlinie zwischen dem Objekt und einer Landmarke bei unterschiedlichen Sichtverhältnissen generiert sein oder werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass für eine Ortsbestimmung lediglich solche Landmarken bestimmt werden, die selbst unter widrigen Bedingungen sicher wieder erkannt werden können. Somit können Zuverlässigkeit und gegebenenfalls Schnelligkeit der Ortsbestimmung erhöht werden.
Ferner kann das Verfahren einen Schritt des Vordefinierens des Eignungswertebereichs unter Verwendung der Ermittlungsvorschrift und zusätzlich oder alternativ unter Berücksichtigung der Landmarkendaten, einer Position des Objektes, einer Trajektorie des Objektes und zusätzlich oder alternativ einer Geschwindigkeit des Objektes aufweisen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass auch bei unterschiedlichen Bewegungssituationen des Objektes für die Landmarken passende Kriterien für eine Eignung zur Ortsbestimmung angewandt werden können.
Auch kann das Verfahren einen Schritt des Hinzufügens der Positionsdaten eines für die Ortsbestimmung geeigneten Paares von Landmarken aus dem zumindest einen erzeugten Konstellationsdatensatz zu Kartendaten einer digitalen Karte aufweisen. Dabei kann die digitale Karte ein Referenz-Koordinatensystem repräsentieren. Ferner kann die digitale Karte ausgebildet sein, um durch das bewegliche Objekt zur Ortsbestimmung verwendbar zu sein.
Es wird auch ein Verfahren zur Ortsbestimmung für ein bewegliches Objekt vorgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Einlesen zumindest eines Konstellationsdatensatzes, der einen gemäß einer Ausführungsform des vorstehend genannten Verfahrens erzeugten Datensatz repräsentiert;
Erkennen von Landmarken in einem Abbild der Umgebung des Objekts unter Berücksichtigung der Positionsdaten von für die Ortsbestimmung geeigneten Landmarken aus dem zumindest einen Konstellationsdatensatz; und
Durchführen der Ortsbestimmung unter Verwendung der Positionsdaten der im Schritt des Erkennens erkannten Landmarken.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein. Dabei ist das Verfahren zur Ortsbestimmung in Verbindung mit dem beweglichen Objekt ausführbar. Auch ist das Verfahren zur Ortsbestimmung in Verbindung mit einer Ausführungsform des vorstehend genannten Verfahrens zum Bestimmen von Landmarken ausführbar.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Durchführens die Ortsbestimmung unter Verwendung der Landmarkendaten, einer Position des Objektes, einer Trajektorie des Objektes und zusätzlich oder alternativ einer Geschwindigkeit des Objektes durchgeführt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass je nach Bewegungssituation des Objektes eine zuverlässige und genaue Ortsbestimmung ermöglicht wird.
Das Verfahren kann auch einen Schritt des Erfassens eines Abbildes der Umgebung des Objekts aufweisen. Hierbei kann der Schritt des Erfassens unter Verwendung zumindest einer Erfassungseinrichtung ausgeführt werden. Dabei kann das Objekt die zumindest eine Erfassungseinrichtung aufweisen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass zur Ortsbestimmung für das Objekt ein genaues und der aktuellen Bewegungssituation entsprechendes Abbild der Umgebung genutzt werden kann.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Bestimmungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Darstellung einer Ortsbestimmungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Ortsbestimmung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 eine schematische Darstellung des Bestimmungsvorrichtung 110 aus 1;
6 eine schematische Darstellung eines Kameramodells zur Aufnahme von Landmarken gemäß einem Ausführungsbeispiel;
7 eine schematische Darstellung einer Landmarke L und eines Positionierungsfehlers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
8 eine schematische Draufsicht hinsichtlich einer Fehlermodellierung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
9 eine schematische Darstellung einer Konstellation von Landmarken gemäß einem Ausführungsbeispiel;
10 ein Fehlerdiagramm in Abhängigkeit von dem Beobachtungswinkel;
11 eine schematische Darstellung einer geometrischen Fehlermodellierung für eine erste Konstellation von Landmarken gemäß einem Ausführungsbeispiel;
12 eine schematische Darstellung einer geometrischen Fehlermodellierung für eine zweite Konstellation von Landmarken gemäß einem Ausführungsbeispiel;
13 ein Fehlerdiagramm in Abhängigkeit von dem Beobachtungswinkel φ gemäß einem Ausführungsbeispiel;
14 eine schematische Darstellung eines Erfassungsfehlers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
15 eine schematische Darstellung zur Ermittlung eines Landmarkenbeobachtungswinkels gemäß einem Ausführungsbeispiel;
16 ein Optimierungsdiagramm hinsichtlich einer Landmarkenkonstellation gemäß einem Ausführungsbeispiel;
17 ein Optimierungsdiagramm hinsichtlich einer Landmarkenkonstellation gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
18 ein Optimierungsdiagramm hinsichtlich einer Landmarkenkonstellation gemäß einem Ausführungsbeispiel.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Bestimmungsvorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei ist die Bestimmungsvorrichtung 110 lediglich beispielhaft in einem Messfahrzeug 100 angeordnet. Das Messfahrzeug 100 fährt gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel hierbei auf einer Straße entlang einer Trajektorie 105. Zu Zwecken besserer Veranschaulichung ist das Messfahrzeug 100 in 1 nochmals vergrößert und schematisch gezeigt.
In einem lateralen Abstand a von der Trajektorie 105 ist eine erste Landmarke L1 angeordnet. In einem Landmarkenabstand L von der ersten Landmarke L1 entfernt ist eine zweite Landmarke L2 angeordnet. Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Landmarkenabstand L hierbei entlang der Trajektorie 105. Somit ist weist die zweite Landmarke L2 den lateralen Abstand a zu der Trajektorie 105 auf. Zu Veranschaulichungszwecken sind in 1 auch Sichtlinien zwischen den Landmarken L1 und L2 und dem Messfahrzeug 100 eingezeichnet.
Das Messfahrzeug 100 weist die Bestimmungsvorrichtung 110 auf. Die Bestimmungsvorrichtung 110 ist ausgebildet, um Landmarken für eine Ortsbestimmung für ein bewegliches Objekt zu bestimmen. Dazu weist die Bestimmungsvorrichtung 110 eine Erzeugungseinrichtung 120 auf. Anders ausgedrückt ist in 1 von der Bestimmungsvorrichtung 110 lediglich die Erzeugungseinrichtung 120 gezeigt. Die Erzeugungseinrichtung 120 ist ausgebildet, um unter Verwendung von Landmarkendaten 130 und einer Ermittlungsvorschrift 140 zumindest einen Konstellationsdatensatz 150 zu erzeugen.
Bei dem beweglichen Objekt handelt es sich beispielsweise um ein weiteres Fahrzeug, beispielsweise ein Nutzerfahrzeug. Das weitere Fahrzeug oder Nutzerfahrzeug kann sich zumindest teilweise entlang der gleichen oder einer ähnlichen Trajektorie wie der Trajektorie 105 des Messfahrzeugs 100 bewegen. Dies ist in 2 noch eingehender beschrieben.
Dabei repräsentieren die Landmarkendaten 130 sensorisch erfasste Landmarken, hier die erste Landmarke L1 und die zweite Landmarke L2, in einer Umgebung, in der eine Bewegung des beweglichen Objekts möglich ist. Die Landmarkendaten 130 weisen beispielsweise Positionsdaten der ersten Landmarke L1 und der zweiten Landmarke L2 auf.
Hierbei ist zu beachten, dass gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel beispielhaft lediglich zwei Landmarken L1 und L2 gezeigt sind. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel können auch weitere Landmarken vorhanden sein.
Die Ermittlungsvorschrift 140 ist durch die Bestimmungsvorrichtung 110, insbesondere die Erzeugungseinrichtung 120, verwendbar, um aus den Landmarkendaten 130 mindestens ein für die Ortsbestimmung geeignetes Paar von Landmarken L1 und L2 zu ermitteln, bei dem ein Verhältnis zwischen dem lateralen Abstand a zwischen einer Trajektorie des Objekts und der ersten Landmarke L1 des Paares und einem Landmarkenabstand L zwischen der ersten Landmarke L1 und der zweiten Landmarke L2 des Paares in einem vordefinierten Eignungswertebereich liegt.
Der zumindest eine Konstellationsdatensatz 150, der mittels der Bestimmungsvorrichtung 110, insbesondere der Erzeugungseinrichtung 120, erzeugbar ist, weist Positionsdaten einer geometrischen Konstellation eines für die Ortsbestimmung geeigneten Paares von Landmarken L1 und L2 relativ zu dem Objekt auf.
Unter Verwendung der Bestimmungsvorrichtung 110 kann eine optimierte Erfassung bzw. Kartierung von Landmarken beispielsweise für hochautomatisiertes Fahren und Robotik sowie ein Datenübernahme in hochgenaue digitale Karten erreicht werden. Das Messfahrzeug 100 bzw. Erfassungsfahrzeug 100 weist insbesondere eine RTK-GPS-Einrichtung (Real Time Kinematic Global Positioning System) und eine digitale Karte auf, darüber hinaus bordeigene Sensoren, wie beispielsweise Video, Radar, Lidar etc., zur Erfassung der Fahrzeugumgebung. Aus den Daten solcher bordeigenen Sensorik, insbesondere aus den Landmarkendaten 130 werden in einem ersten Schritt solche Landmarken L1 und L2 bzw. Merkmale extrahiert, die sich besonders gut eignen, auch unter anderen Sicht und Lichtverhältnissen wiedergefunden zu werden. Beispiele sind Merkmale auf Verkehrsschildern, Ampeln, Markierungen auf einer Straßenoberfläche etc. Diese typischerweise noch große Zahl an Merkmalen wird unter Verwendung der Bestimmungsvorrichtung 110 so gefiltert, reduziert bzw. ausgedünnt, dass solche Merkmale verbleiben, die zu geometrischen Konstellationen führen, die in einer hohen Positionierungsgenauigkeit resultieren. Günstige Landmarkenkonstellationen sind dabei solche, die zu möglichst rechtwinkligen Schnitten der Sichtlinien zwischen den Landmarken und dem Messfahrzeug 100 führen, was wiederum einen minimalen Positionierungsfehler zur Folge hat. Diese Merkmale werden dann mit ihren charakteristischen Signaturen und zugehörigen 3D-Koordinaten als Konstellationsdatensatz 150 in eine Lokalisierungskarte geschrieben und dienen dann als Landmarken L1 und L2 für eine Lokalisierung.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ortsbestimmungsvorrichtung 210 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei ist die Ortsbestimmungsvorrichtung 210 in einem beweglichen Objekt 200 angeordnet, dass lediglich beispielhaft als ein Fahrzeug 200 bzw. Nutzerfahrzeug 200 ausgeführt ist. Mit Ausnahme des Nutzerfahrzeugs 200 entspricht die Darstellung in 2 der Darstellung aus 1. Somit fährt das Nutzerfahrzeug 200 auf der Straße entlang der Trajektorie 105. Auch in 2 ist das Nutzerfahrzeug 200 zu Zwecken besserer Veranschaulichung zusätzlich vergrößert und schematisch gezeigt.
Das Nutzerfahrzeug 200 weist die Ortsbestimmungsvorrichtung 210 auf. Die Ortsbestimmungsvorrichtung 210 ist ausgebildet, um eine Ortsbestimmung für das bewegliche Objekt 200 bzw. Nutzerfahrzeug 200 durchzuführen. Hierbei ist die Ortsbestimmungsvorrichtung 210 ausgebildet, um die Ortsbestimmung für das Nutzerfahrzeug 200 unter Verwendung zumindest eines Konstellationsdatensatzes 150 durchzuführen, der mittels der Bestimmungsvorrichtung 110 aus 1 oder einer ähnlichen Bestimmungsvorrichtung erzeugt ist. Anders ausgedrückt ist die Ortsbestimmungsvorrichtung 210 ausgebildet, um die Ortsbestimmung für das bewegliche Objekt 200 bzw. Nutzerfahrzeug 200 unter Verwendung zumindest eines Konstellationsdatensatzes 150 aus 1 oder eines ähnlichen Konstellationsdatensatzes durchzuführen.
Dazu weist die Ortsbestimmungsvorrichtung 210 eine Einleseeinrichtung 212, eine Erkennungseinrichtung 214 und eine Durchführungseinrichtung 216 auf. Die Einleseeinrichtung 212 ist dabei ausgebildet, um den zumindest einen Konstellationsdatensatz 150 einzulesen. Die Erkennungseinrichtung 214 ist ausgebildet, um unter Berücksichtigung der Positionsdaten von für die Ortsbestimmung geeigneten Landmarken L1 und L2 aus dem zumindest einen Konstellationsdatensatz 150 Landmarken in einem Abbild der Umgebung des Nutzerfahrzeugs 200 zu erkennen. Das Abbild der Umgebung ist hierbei durch Bilddaten 220 repräsentiert. Die Bilddaten 220 sind beispielsweise unter Verwendung einer Sensoreinrichtung des Nutzerfahrzeugs 200 erfasst. Dabei ist die Erkennungseinrichtung 214 ausgebildet, um die Bilddaten 220 zu empfangen oder abzurufen. Somit ist die Erkennungseinrichtung 214 ausgebildet, um in den Bilddaten 220 unter Verwendung des zumindest einen Konstellationsdatensatzes 150 die für die Ortsbestimmung geeigneten Landmarken, hier beispielsweise die Landmarken L1 und L2, zu erkennen. Die Durchführungseinrichtung 216 ist ausgebildet, um die Ortsbestimmung unter Verwendung der Positionsdaten der mittels der Erkennungseinrichtung 214 erkannten Landmarken L1 und L2 durchzuführen.
Mittels der Ortsbestimmungsvorrichtung 210 ist somit eine optimierte Auswahl von Landmarken im Fahrbetrieb, insbesondere für hochautomatisiertes Fahren und Robotik, zur Ortsbestimmung ermöglicht. Bei der Nutzung dieser Landmarken L1 und L2 im Fahrzeug 200 bzw. Nutzerfahrzeug 200 für eine automatisierte Fahrfunktion ist für das Nutzfahrzeug 200 beispielsweise ein Zugriff auf GPS, digitale Karte, bordeigene Sensorik und eine Lokalisierungskarte mit dem zumindest einen Konstellationsdatensatz 150 vorgesehen. Insbesondere bei einer mindestens teilweise automatisierten Fahrt wird beispielsweise fortlaufend versucht, für die aktuelle Position, Geschwindigkeit und Lage des Nutzerfahrzeugs 200 die in der Lokalisierungskarte abgespeicherten Landmarken, zum Beispiel die Landmarken L1 und L2, mittels der Ortsbestimmungsvorrichtung 210 und beispielsweise mittels bordeigener Sensorik wiederzufinden. Hierbei ist die Ortsbestimmungsvorrichtung 210 ausgebildet, um bei der Erkennung von bzw. Suche nach den Landmarken genau solche, nämlich unter anderem die Landmarken L1 und L2, zu bevorzugen, die bei der aktuellen Position und Lage des Nutzerfahrzeugs 200 zu einer geometrischen Landmarken-Konstellation führen, welche die Positionsgenauigkeit maximiert.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Bestimmen gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 300 ist ausführbar, um Landmarken für eine Ortsbestimmung für ein bewegliches Objekt zu bestimmen. Dabei ist das Verfahren 300 zum Bestimmen in Verbindung mit der Bestimmungsvorrichtung aus 1 oder einer ähnlichen Bestimmungsvorrichtung ausführbar.
Das Verfahren 300 weist einen Schritt 310 des Erzeugens zumindest eines Konstellationsdatensatzes unter Verwendung einer Ermittlungsvorschrift und von Landmarkendaten auf. Hierbei repräsentieren die Landmarkendaten sensorisch erfasste Landmarken in einer Umgebung des Objekts. Die Ermittlungsvorschrift ist verwendbar, um aus den Landmarkendaten mindestens ein für die Ortsbestimmung geeignetes Paar von Landmarken zu ermitteln, bei dem ein Verhältnis zwischen einem lateralen Abstand zwischen einer Trajektorie des Objekts und einer ersten Landmarke des Paares und einem Landmarkenabstand zwischen der ersten Landmarke und einer zweiten Landmarke des Paares in einem vordefinierten Eignungswertebereich liegt. Der zumindest eine Konstellationsdatensatz weist dabei Positionsdaten einer geometrischen Konstellation eines für die Ortsbestimmung geeigneten Paares von Landmarken relativ zu dem Objekt auf.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 300 auch einen Schritt 320 des Extrahierens, einen Schritt 330 des Vordefinierens und/oder einen Schritt 340 des Hinzufügens auf. Dabei sind der Schritt 320 des Extrahierens und der Schritt 330 des Vordefinierens vor dem Schritt 310 des Erzeugens ausführbar, wobei der Schritt 340 des Hinzufügens nach dem Schritt 310 des Erzeugens ausführbar ist. Dabei werden im Schritt 320 des Extrahierens Landmarkendaten, die einen sichtverhältnisunabhängigen Wiederfindungswert aufweisen, der größer als ein Mindestwiederfindungswert ist, aus Rohlandmarkendaten extrahiert, die eine Gesamtmenge von Landmarken in der Umgebung des Objekts repräsentieren. Hierbei wird der Schritt 310 des Erzeugens unter Verwendung der extrahierten Landmarkendaten ausgeführt. Im Schritt 330 des Vordefinierens wird der Eignungswertebereich unter Verwendung der Ermittlungsvorschrift und/oder unter Berücksichtigung der Landmarkendaten, einer Position des Objektes, einer Trajektorie des Objektes und/oder einer Geschwindigkeit des Objektes vordefiniert. Im Schritt 340 des Hinzufügens werden die Positionsdaten eines für die Ortsbestimmung geeigneten Paares von Landmarken aus dem zumindest einen erzeugten Konstellationsdatensatz zu Kartendaten einer digitalen Karte hinzugefügt.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zur Ortsbestimmung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 400 ist ausführbar, um eine Ortsbestimmung für ein bewegliches Objekt zu bewirken. Dabei ist das Verfahren 400 zur Ortsbestimmung in Verbindung mit der Ortsbestimmungsvorrichtung aus 2 oder einer ähnlichen Ortsbestimmungsvorrichtung, sowie gegebenenfalls zusätzlich in Verbindung mit der Bestimmungsvorrichtung aus 1 oder einer ähnlichen Bestimmungsvorrichtung, ausführbar.
Das Verfahren 400 weist einen Schritt 410 des Einlesens zumindest eines Konstellationsdatensatzes auf. Dabei ist der Konstellationsdatensatz gemäß dem Verfahren aus 3 oder einem ähnlichen Verfahren erzeugt. Somit ist das Verfahren 400 in Verbindung mit dem Verfahren aus 3 oder einem ähnlichen Verfahren ausführbar.
In einem bezüglich des Schrittes 410 des Einlesens nachfolgend ausführbaren Schritt 420 des Erkennens werden bei dem Verfahren 400 unter Berücksichtigung der Positionsdaten von für die Ortsbestimmung geeigneten Landmarken aus dem zumindest einen Konstellationsdatensatz Landmarken in einem Abbild der Umgebung des Objekts erkannt. In einem weiteren Schritt 430 des Durchführens wird bei dem Verfahren 400 dann die Ortsbestimmung unter Verwendung der Positionsdaten der im Schritt des Erkennens erkannten Landmarken durchgeführt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 430 des Durchführens die Ortsbestimmung unter Verwendung der Landmarkendaten, einer Position des Objektes, einer Trajektorie des Objektes und/oder einer Geschwindigkeit des Objektes durchgeführt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 400 zur Ortsbestimmung auch einen Schritt 440 des Erfassens eines Abbildes der Umgebung des Objekts auf. Dabei ist der Schritt 440 des Erfassens insbesondere vor dem Schritt 410 des Einlesens ausführbar. Alternativ kann der Schritt 440 des Erfassens auch vor dem Schritt 420 des Erkennens ausführbar sein.
5 zeigt eine schematische Darstellung der Bestimmungsvorrichtung 110 aus 1. Hierbei ist die Bestimmungsvorrichtung zu Veranschaulichungszwecken getrennt von dem Messfahrzeug 100 gezeigt. Das Messfahrzeug 100 bewegt sich hierbei entlang einer Trajektorie 105 bzw. einem vorausliegenden Streckenabschnitt 105. Dabei weist das Messfahrzeug 100 eine Sensorik bzw. zumindest eine Sensoreinrichtung zur Erfassung des Umfeldes, beispielsweise Video, Lidar oder dergleichen, sowie der eigenen Position auf und ist mit einem elektronischen Horizont versehen.
Die Bestimmungsvorrichtung 110 ist ausgebildet, um Bilddaten 532 beispielsweise eines Rundumsichtsensors (Video, Lidar) des Messfahrzeugs 100, Streckendaten 534 hinsichtlich eines vorausliegenden Streckenabschnitts sowie des elektronischen Horizonts, Fahrzeugpositionsdaten 536 (RTK-GPS) und Berechnungsdaten 542 hinsichtlich eines Modells zur Abschätzung eines Positionierungsfehlers zu empfangen oder einzulesen.
In der Darstellung von 5 sind von der Bestimmungsvorrichtung 110 lediglich beispielhaft drei Verarbeitungsblöcke 522, 524 und 526 gezeigt. In einem ersten Verarbeitungsblock 522 wird unter Verwendung der Streckendaten 534 und der Fahrzeugpositionsdaten 536 sowie der Berechnungsdaten 542 eine günstige Landmarkenkonstellation berechnet. Von dem ersten Verarbeitungsblock 522 können sogenannte ROI-Daten 538 (ROI = Region of Interests) an einen zweiten Verarbeitungsblock 524 weitergegeben werden. In dem zweiten Verarbeitungsblock 524 erfolgt eine Suche nach Landmarken in den ROI-Daten 538. Dies kann beispielsweise unter Verwendung von SIFT (Scale-invariant feature transform) bzw. skaleninvarianter Merkmalstransformation und/oder DIRD-Features (DIRD = Illumination Robust Descriptor) erfolgen. Ferner erfolgt die Suche nach Landmarken in dem zweiten Verarbeitungsblock 524 unter Verwendung der Bilddaten 532. Von dem zweiten Verarbeitungsblock 524 besteht eine Iterationsschleife zurück zu dem ersten Verarbeitungsblock 522. In einem dritten Verarbeitungsblock 526 wird unter Verwendung der Landmarken aus dem zweiten Verarbeitungsblock 524 sowie der Berechnungsdaten 542 eine Auswahl einer Landmarkenkonstellation vorgenommen, die eine hohe Positioniergenauigkeit erlaubt.
Die Bestimmungsvorrichtung 110 ist ausgebildet, um Kartendaten 550 auszugeben oder bereitzustellen, wobei die Kartendaten 550 eine elektronische Karte 555 bzw. vektorielle Darstellung einer digitalen Karte mit dem zumindest einen Konstellationsdatensatz repräsentieren. Somit repräsentiert die elektronische Karte 555 eine Mehrzahl von Landmarken LM sowie die Trajektorie 105 bzw. den Streckenabschnitt 105. Anders ausgedrückt repräsentiert die elektronische Karte 555 einen Streckenabschnitt 105 mit einer eingemessenen, optimierten Landmarkenkonstellation.
Anders ausgedrückt zeigt 5 eine Vorrichtung zur optimierten Erfassung von Landmarken bzw. Landmarkenerfassung bzw. Kartierung. Das Messfahrzeug 100 ist beispielsweise mit bildgebenden Rundumsensoren (z. B. Lidar, Kamera), RTK-GPS und digitaler Karte bzw. elektronischem Horizont ausgerüstet. Unter Verwendung zumindest einer geometrischen Eigenschaft, beispielsweise Krümmung, Kurvenradius, Steigung oder dergleichen, des vorausliegenden Streckenabschnittes 105 und der aktuellen Position des 100 Messfahrzeugs wird unter Verwendung der Bestimmungsvorrichtung 110 ermittelt, was eine günstige Landmarkenkonstellation ist, für diese Konstellation dann im bildgebenden Rundumsensor nach passenden Landmarken gesucht, wobei eventuell eine Iteration erfolgt, und eine 3D-Position solcher Landmarken dann in die digitale Karte 555 eingetragen.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Kameramodells 600 zur Aufnahme von Landmarken gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Kameramodell 600 repräsentiert auch eine Auswahl eines Sensorkoordinatensystems und eine Sensormodellierung zur Aufnahme von Landmarken. Das Kameramodell 600 ist in Verbindung mit der Bestimmungsvorrichtung aus 1 sowie dem Verfahren zum Bestimmen aus 3 und/oder der Ortsbestimmungsvorrichtung aus 2 sowie dem Verfahren zur Ortsbestimmung aus 4 verwendbar.
Das Kameramodell 600 basiert auf einer Verwendung eines Polar-/Zylinderkoordinatensystems, bei dem der Ursprung im Brennpunkt F einer Kamera angeordnet ist und eine Abbildung auf einer zylindrischen Oberfläche bzw. Abbildungsoberfläche 610 oder Bildoberfläche 610 erfolgt, ähnlich wie bei einer Panoramakamera. Hierbei ist den 6 eine Sichtlinie LOS zwischen einem Punkt LM in der realen Welt bzw. Objektpunkt LM einer Landmarke und dem Brennpunkt F eingezeichnet. Ein Schnittpunkt der Sichtlinie LOS mit der Abbildungsoberfläche 610 repräsentiert einen Bildpunkt IL. Der Brennpunkt F ist von der Abbildungsoberfläche 610 umgeben.
Die Abbildungsoberfläche 610 ist beispielsweise einer Kamera mit einer Bildauflösung von R_cam Pixeln pro 360 Grad zugeordnet. Von dem Brennpunkt F aus erstreckt sich eine Referenzlinie 615 zu der Abbildungsoberfläche 610. Ferner ist in 6 ein Beobachtungswinkel φ eingezeichnet, der zwischen der Sichtlinie LOS und der Referenzlinie 615 aufgespannt ist.
7 zeigt eine schematische Darstellung einer Landmarke LM und eines Positionierungsfehlers E gemäß einem Ausführungsbeispiel. Insbesondere zeigt 7 eine Modellierung eines Landmarkenpositionierungsfehlers E. Der Landmarkenpositionierungsfehler E wird als eine Kugel bzw. ein Kreis mit dem Durchmesser E angenommen, wobei die echte Position der Landmarke LM innerhalb dieses Kreises bzw. dieser Kugel liegt.
8 zeigt eine schematische Draufsicht hinsichtlich einer Fehlermodellierung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Anders ausgedrückt zeigt 8 eine geometrische Fehlermodellierung in einer 2D-Draufsicht. Dabei basiert die Fehlermodellierung beispielsweise auf dem Kameramodell aus 6.
Gezeigt ist in 8 die Abbildungsoberfläche 610 einer Zylinderkamera in 2D-Draufsicht. Ferner sind in 8 beispielhaft lediglich zwei Landmarken L1 und L2 in einem Koordinatensystem WKOS gegeben, die von der Kamera aus bei Bildpunkten IL1 und IL2 beobachtbar sind. Auch sind zwei Sichtlinien LOS 1 and LOS 2 eingezeichnet, die sich jeweils von einer Landmarke zu dem Brennpunkt der Kamera erstrecken, bei dem es sich um eine erwünschte Position Pf handelt. So erstreckt sich eine erste Sichtlinie LOS 1 von der ersten Landmarke L1 durch einen ersten Bildpunkt IL1 zu der erwünschten Position Pf, wobei sich eine zweite Sichtlinie LOS 2 von der zweiten Landmarke L2 durch einen zweiten Bildpunkt IL2 zu der erwünschten Position Pf erstreckt. Die Sichtlinien LOS 1 und LOS2 schließen einen Winkel bzw. Beobachtungswinkel φ ein.
Im Hinblick auf einen Ansatz zur Ortsbestimmung, insbesondere in Verbindung mit der Bestimmungsvorrichtung aus 1 sowie dem Verfahren zum Bestimmen aus 3 und/oder der Ortsbestimmungsvorrichtung aus 2 sowie dem Verfahren zur Ortsbestimmung aus 4, werden bei gegebenen Koordinaten (WKOS) der Landmarken L1 und L2 und erfassten Bildpunkten IL1 and IL2 die entsprechenden Sichtlinien LOS 1 und LOS 2 konstruiert, die sich in der erwünschten Position Pf schneiden. Somit besteht zwischen den Landmarken L1 und L2 eine Konstellation bzw. geometrische Konstellation, die zur Ortsbestimmung nutzbar ist.
9 zeigt eine schematische Darstellung einer Konstellation von Landmarken L1 und L2 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Konstellation der Landmarken L1 und L2 entspricht beispielsweise der Konstellation aus 8. Hierbei ist die Konstellation der Landmarken L1 und L2 bezüglich einer erwünschten Position Pf dargestellt, die ein bewegliches Objekt, wie beispielsweise ein Fahrzeug oder dergleichen repräsentiert.
Die Ortsbestimmung unter Verwendung der Konstellation der Landmarken L1 und L2 kann insbesondere für hochautomatisiertes Fahren eingesetzt werden. Hierbei kann eine unbekannte Position Pf eines Fahrzeugs aus zwei bekannten Landmarken L1 und L2 konstruiert werden, die durch eine Fahrzeug(panorama)kamera beobachtet werden.
In den 10 bis 14 sind exemplarisch Hauptfehlerquellen für eine Ermittlung von Konstellationen von Landmarken dargestellt. Hierbei handelt es sich einerseits um Positionsfehler der Landmarken L1 and L2 und andererseits um Erfassungsfehler von Bildpunkten in der Kameraebene.
10 zeigt ein Fehlerdiagramm in Abhängigkeit von dem Beobachtungswinkel φ gemäß einem Ausführungsbeispiel. Hierbei ist an der Abszissenachse der Beobachtungswinkel φ in Grad aufgetragen, wobei an der Ordinatenachse ein Quotient aus einem maximalen Fehler D_max und dem in 7 vorgestellten Landmarkenpositionierungsfehler E aufgetragen ist. Hierbei ist auch ein Graph 1010 der Fehlerverteilung über dem Beobachtungswinkel φ eingezeichnet. Der Graph 1010 weist bei einem Beobachtungswinkel φ von etwa 90 Grad ein Minimum auf.
11 zeigt eine schematische Darstellung einer geometrischen Fehlermodellierung für eine erste Konstellation von Landmarken L1 und L2 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Hierbei sind eine erste Landmarke L1 und eine zweite Landmarke L2 mit ihren Positionierungsfehlern E sowie entsprechenden, sich schneidenden Sichtlinien und einem Beobachtungswinkel φ mit einem ersten Wert dargestellt. Der Beobachtungswinkel φ ist gemäß dem in 11 dargestellten Ausführungsbeispiel ein spitzer Winkel. Ein Schnittbereich der Sichtlinien unter Berücksichtigung des jeweiligen Positionierungsfehlers E repräsentiert hierbei den maximalen Fehler D_max aus 10. Die erwünschte Position Pf ist hierbei innerhalb des Schnittbereichs angeordnet.
12 zeigt eine schematische Darstellung einer geometrischen Fehlermodellierung für eine zweite Konstellation von Landmarken L1 und L2 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Darstellung in 12 entspricht hierbei der Darstellung aus 11 mit Ausnahme dessen, dass der Beobachtungswinkel φ ist gemäß dem in 12 dargestellten Ausführungsbeispiel ein stumpfer Winkel ist der Schnittbereich, welcher den maximalen Fehler D_max repräsentiert, kleiner ist als in 11.
13 zeigt ein Fehlerdiagramm in Abhängigkeit von dem Beobachtungswinkel φ gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei entspricht das Fehlerdiagramm in 13 dem Fehlerdiagramm aus 10 mit Ausnahme dessen, dass an der Ordinatenachse der maximale Fehler D_max für einen Landmarkenpositionierungsfehler E von beispielsweise 0,1 Meter aufgetragen ist. Hierbei ist auch ein Graph 1310 der Fehlerverteilung über dem Beobachtungswinkel φ eingezeichnet. Der Graph 1310 weist bei einem Beobachtungswinkel φ von etwa 90 Grad ein Minimum auf.
Unter Bezugnahme auf die 10 bis 13 sei angemerkt, dass der Landmarkenpositionierungsfehler bzw. Positionsfehler E der Landmarken L1 und L2 führt zu einer rautenförmigen Fläche bzw. Schnittfläche, in welcher die erwünschte Position Pf des beweglichen Objekts angeordnet ist. Der maximale Fehler D_max hängt von dem Beobachtungswinkel φ und dem Landmarkenpositionierungsfehler E ab, wie es auch aus den folgenden Gleichungen ersichtlich ist: D_max/E = 2cos(φ/2)/tan(φ/2), 0 < φ ≤ 90° D_max/E = 2cos((180° – φ)/2)/tan((180° – φ)/2), 90 < φ ≤ 180° D_max = 2Ecos(φ/2)/tan(φ/2), 0 < φ ≤ 90° D_max = 2Ecos((180° – φ)/2)/tan((180° – φ)/2), 90 < φ ≤ 180°
14 zeigt eine schematische Darstellung eines Erfassungsfehlers U gemäß einem Ausführungsbeispiel. Anders ausgedrückt zeigt 14 einen Erfassungsfehler U von Bildpunkten in einer Kameraebene bzw. Abbildungsoberfläche 610. In 14 ist eine Landmarke LM dargestellt, die in einem Abstand R von einem Brennpunkt F einer Kamera angeordnet ist. Hierbei ist auch eine Subpixel-Erfassungsgenauigkeit Δ_i in einem Bild der Auflösung dim_imager gezeigt. Diese Erfassungsgenauigkeit Δ_i führt zu dem Positionsfehler bzw. Erfassungsfehler U einer erfassten Landmarke LM in dem Abstand R. Dabei ergibt sich der Erfassungsfehler U zu: U = (2πRΔ_i)/dim_imager
Unter Annahme einer Subpixel-Erfassungsgenauigkeit Δ_i von 0,5 Pixel und einer horizontalen Bilderfassungsauflösung dim_imager von 2000 Pixeln können beispielsweise für einen Abstand R von 10 Metern ein Fehlerwert von 0,02 Meter für den Erfassungsfehler U, für einen Abstand R von 20 Metern ein Fehlerwert von 0,03 Meter für den Erfassungsfehler U, für einen Abstand R von 30 Metern ein Fehlerwert von 0,05 Meter für den Erfassungsfehler U, für einen Abstand R von 40 Metern ein Fehlerwert von 0,06 Meter für den Erfassungsfehler U, für einen Abstand R von 50 Metern ein Fehlerwert von 0,08 Meter für den Erfassungsfehler U, für einen Abstand R von 60 Metern ein Fehlerwert von 0,09 Meter für den Erfassungsfehler U und für einen Abstand R von 70 Metern ein Fehlerwert von 0,11 Meter für den Erfassungsfehler U erhalten werden.
15 zeigt eine schematische Darstellung zur Ermittlung eines Landmarkenbeobachtungswinkels φ gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Darstellung in 15 ähnelt hierbei einem Teilabschnitt der Darstellung aus 1 oder 2. Dabei ist in 15 ein bewegliches Objekt in Gestalt eines Fahrzeugs gezeigt, bei dem es sich beispielsweise um das Messfahrzeug aus 1 oder das Nutzerfahrzeug aus 2 handelt. Das Fahrzeug fährt gemäß dem in 15 dargestellten Ausführungsbeispiel hierbei auf einer Straße entlang einer Trajektorie 105. Ferner ist eine Bewegung des Fahrzeugs entlang der Trajektorie 105 mit einem Bewegungsparameter x bezeichnet, wobei der Bewegungsparameter x eine Fahrzeugposition, eine Geschwindigkeit oder dergleichen repräsentiert.
In einem lateralen Abstand a von der Trajektorie 105 ist eine erste Landmarke L1 angeordnet. In einem Landmarkenabstand L von der ersten Landmarke L1 entfernt ist eine zweite Landmarke L2 angeordnet. Gemäß dem in 15 dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Landmarkenabstand L hierbei entlang der Trajektorie 105. Somit ist weist die zweite Landmarke L2 ebenfalls den lateralen Abstand a zu der Trajektorie 105 auf. Ferner sind in15 auch Sichtlinien LOS 1 und LOS 2 zwischen den Landmarken L1 und L2 und dem Fahrzeug eingezeichnet. Hierbei erstreckt sich eine erste Sichtlinie LOS 1 von der ersten Landmarke L1 zu dem Fahrzeug, wobei sich eine zweite Sichtlinie LOS 2 von der zweiten Landmarke L2 zu dem Fahrzeug erstreckt. Zwischen der ersten Sichtlinie LOS 1 und der zweiten Sichtlinie LOS 2 ist der Landmarkenbeobachtungswinkel φ aufgespannt.
Unter Berücksichtigung des Trajektorie 105 des Fahrzeugs zwischen zwei Landmarken L1 und L2, wie es in 15 gezeigt ist, lässt sich der Landmarkenbeobachtungswinkel φ ausdrücken als: φ(x, a, L) = 180° – (arctan(x/a) + arctan((L – x)/a))
Somit hängt der Positionierungsfehler D_max von x, L, a ab. Für die in 15 gezeigte Situation oder Fahrt kann eine optimierte Konstellation der Landmarken L1 und L2, d. h. das Verhältnis a/L, durch folgende Optimierungsvorschrift gefunden werden:
16 zeigt ein Optimierungsdiagramm hinsichtlich einer Landmarkenkonstellation gemäß einem Ausführungsbeispiel. Anders ausgedrückt zeigt 16 ein Beispiel für eine Optimierung einer zur Ortsbestimmung geeigneten Konstellation von Landmarken. Dabei ist die Optimierung insbesondere in Verbindung mit der Bestimmungsvorrichtung aus 1 sowie dem Verfahren zum Bestimmen aus 3 und/oder der Ortsbestimmungsvorrichtung aus 2 sowie dem Verfahren zur Ortsbestimmung aus 4 ausführbar. Auch ist die Optimierung unter Verwendung der unter Bezugnahme auf 15 beschriebenen Optimierungsvorschrift ausführbar.
Das Optimierungsdiagramm zeigt hierbei an der Abszissenachse den Bewegungsparameter x aus 15, wobei an der Ordinatenachse der Landmarkenbeobachtungswinkel φ in Grad in Abhängigkeit von dem Bewegungsparameter x aufgetragen ist. In dem Optimierungsdiagramm ist eine Schar 1600 von Graphen bzw. sind eine Mehrzahl von Graphen für unterschiedliche Verhältnisse von a/L eingezeichnet.
17 zeigt ein Optimierungsdiagramm hinsichtlich einer Landmarkenkonstellation gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Diagramm in 17 entspricht hierbei dem Diagramm aus 16 mit Ausnahme dessen, dass an der Ordinatenachse ein Quotient aus dem maximalen Positionierungsfehler D_max und dem Landmarkenpositionierungsfehler E in Abhängigkeit von dem Bewegungsparameter x aufgetragen ist. In 17 ist eine weitere Schar 1700 von Graphen für unterschiedliche Verhältnisse von a/L eingezeichnet.
18 zeigt ein Optimierungsdiagramm hinsichtlich einer Landmarkenkonstellation gemäß einem Ausführungsbeispiel. Anders ausgedrückt zeigt 18 ein Beispiel für eine Optimierung einer zur Ortsbestimmung geeigneten Konstellation von Landmarken. Dabei ist die Optimierung insbesondere in Verbindung mit der Bestimmungsvorrichtung aus 1 sowie dem Verfahren zum Bestimmen aus 3 und/oder der Ortsbestimmungsvorrichtung aus 2 sowie dem Verfahren zur Ortsbestimmung aus 4 ausführbar. Auch ist die Optimierung unter Verwendung der unter Bezugnahme auf 15 beschriebenen Optimierungsvorschrift ausführbar.
Das Optimierungsdiagramm zeigt hierbei an der Abszissenachse das Verhältnis von a/L, wobei an der Ordinatenachse der Ausdruck
aufgetragen ist. In dem Optimierungsdiagramm ist ein Graph 1810 eingezeichnet, der wie durch einen Pfeil gekennzeichnet bei a/L gleich etwa 0,4 ein Minimum aufweist. Somit wird eine besonders günstige Landmarkenkonstellation für a/L ~0,4 angenommen.
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 18 wird nachfolgend auf Ausführungsbeispiele und Hintergründe nochmals zusammenfassend und mit anderen Worten eingegangen.
Viele Systeme für hochautomatisiertes Fahren, Robotik und Augmented Reality beruhen beispielsweise zunehmend auf der Auswertung von hochgenau vermessenen Landmarken LM, L1, L2. Damit lässt sich eine genaue Position des Fahrzeuges 200 bzw. eines Roboters in einem Weltkoordinatensystem WKS bestimmen. Insbesondere die Konstellation und die Distanz der Landmarken LM, L1, L2 zum Fahrzeug 200 spielen dabei eine wesentliche Rolle, wie genau die Positionierung erfolgen kann. Heutige Systeme, z. B. Video-SLAM-Verfahren (SLAM = Simultaneous Localization and Mapping) verlangen eine Auswertung von vielen Landmarken, die dann beispielsweise per Bündelausgleich zu einer Position verrechnet werden können.
Gemäß Ausführungsbeispielen wird auch ein System bzw. Verfahren zur optimierten Erfassung von Landmarken LM, L1, L2 bereitgestellt, wobei die Erfassung der Landmarken LM, L1, L2 und deren Konstellation abhängig von der Trajektorie 105 bzw. der Geometrie einer zugrunde liegenden digitalen Straßenkarte optimiert wird. Sowohl bei der Kartierung solcher Landmarken LM, L1, L2 als auch bei der eigentlichen automatisierten Fahrt kann dieses System bzw. Verfahren Anwendung finden und hilft, eine Anzahl der notwendigen, abzuspeichernden Landmarken LM, L1, L2 und eine Anzahl der auszuwertenden Landmarken LM, L1, L2 zu reduzieren. Es wird auch ein Software-Produkt für o.g. Systeme bzw. Verfahren für Karten-Provider bereitgestellt, auch für weitere Anwendungen, wie z. B. Augmented Reality Systeme, die eine genaue Positionierung für die Mischung virtueller und realer Weiten benötigen.
Um eine Genauigkeit einer landmarkenbasierten Ortsbestimmung zu verbessern, kann gemäß Ausführungsbeispielen eine erreichbare Genauigkeit der landmarkenbasierten Ortsbestimmung berechnet werden. Hochautomatisiertes Fahren erfordert insbesondere eine genaue Ortsbestimmung in der Größenordnung von beispielsweise Dezimetern. Ein typisches Ortsbestimmungsverfahren stützt sich auf hochgenaue 3D-Landmarken. Gemäß Ausführungsbeispielen kann festgestellt werden, wie genau die Position einer einzelnen Landmarke LM, L1, L2 sein sollte, um eine erforderliche Genauigkeit zu erhalten, wie viele Landmarken LM, L1, L2 gebraucht werden, und/oder wie eine günstige geometrische Landmarkenverteilung beschaffen ist.
Ein Prozess zum Berechnen der erreichbaren Genauigkeit der landmarkenbasierten Ortsbestimmung umfasst beispielsweise eine Auswahl eines geeigneten Sensorkoordinatensystems, eine Modellierung eines Landmarkenpositionierungsfehlers, eine vereinfachte geometrische Fehlermodellierung in einer 2D-Draufsicht, eine allgemeine Beschreibung des Ortsbestimmungsfehlers abhängig von einer Genauigkeit von Landmarken LM, L1, L2, einem beobachteter Winkel zwischen Landmarken LM, L1, L2 in Sensorkoordinaten und einer Erfassungsgenauigkeit in Bildebene, eine Untersuchung einer Ortsbestimmungssituation in Straßenszenarien für hoch automatisiertes Fahren und einer Prozedur zum Erzeugen geeigneter Landmarkenverteilungen, wie es in den 1 bis 18 gezeigt ist.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims

Verfahren (300) zum Bestimmen von Landmarken (L1, L2; LM) für eine Ortsbestimmung für ein bewegliches Objekt (200), wobei das Verfahren (300) folgenden Schritt aufweist: Erzeugen (310) zumindest eines Konstellationsdatensatzes (150) unter Verwendung einer Ermittlungsvorschrift (140; 542) und von Landmarkendaten (130), wobei die Landmarkendaten (130) sensorisch erfasste Landmarken (L1, L2; LM) in einer Umgebung des Objekts (200) repräsentieren, wobei die Ermittlungsvorschrift (140; 542) verwendbar ist, um aus den Landmarkendaten (130) mindestens ein für die Ortsbestimmung geeignetes Paar von Landmarken (L1, L2; LM) zu ermitteln, bei dem ein Verhältnis zwischen einem lateralen Abstand (a) zwischen einer Trajektorie (105) des Objekts (200) und einer ersten Landmarke (L1) des Paares und einem Landmarkenabstand (L) zwischen der ersten Landmarke (L1) und einer zweiten Landmarke (L2) des Paares in einem vordefinierten Eignungswertebereich liegt, wobei der zumindest eine Konstellationsdatensatz (150) Positionsdaten einer geometrischen Konstellation eines für die Ortsbestimmung geeigneten Paares von Landmarken (L1, L2; LM) relativ zu dem Objekt (200) aufweist.
Verfahren (300) gemäß Anspruch 1, mit einem Schritt (320) des Extrahierens von Landmarkendaten (130), die einen sichtverhältnisunabhängigen Wiederfindungswert aufweisen, der größer als ein Mindestwiederfindungswert ist, aus Rohlandmarkendaten (532), die eine Gesamtmenge von Landmarken (L1, L2; LM) in der Umgebung des Objekts (200) repräsentieren, wobei der Schritt (310) des Erzeugens unter Verwendung der extrahierten Landmarkendaten (130) ausgeführt wird.
Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (330) des Vordefinierens des Eignungswertebereichs unter Verwendung der Ermittlungsvorschrift (140; 542) und/oder unter Berücksichtigung der Landmarkendaten (130), einer Position (536) des Objektes (200), einer Trajektorie (105; 534) des Objektes (200) und/oder einer Geschwindigkeit (x) des Objektes (200).
Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (340) des Hinzufügens der Positionsdaten eines für die Ortsbestimmung geeigneten Paares von Landmarken (L1, L2; LM) aus dem zumindest einen erzeugten Konstellationsdatensatz (150) zu Kartendaten (550) einer digitalen Karte (555).
Verfahren (400) zur Ortsbestimmung für ein bewegliches Objekt (200), wobei das Verfahren (400) folgende Schritte aufweist: Einlesen (410) zumindest eines Konstellationsdatensatzes (150), der einen gemäß dem Verfahren (300) nach einem der vorangegangenen Ansprüche erzeugten Datensatz repräsentiert; Erkennen (420) von Landmarken (L1, L2; LM) in einem Abbild der Umgebung des Objekts (200) unter Berücksichtigung der Positionsdaten von für die Ortsbestimmung geeigneten Landmarken (L1, L2; LM) aus dem zumindest einen Konstellationsdatensatz (150); und Durchführen (430) der Ortsbestimmung unter Verwendung der Positionsdaten der im Schritt (420) des Erkennens erkannten Landmarken (L1, L2; LM).
Verfahren (400) gemäß Anspruch 5, bei dem im Schritt (430) des Durchführens die Ortsbestimmung unter Verwendung der Landmarkendaten (130), einer Position (536) des Objektes (200), einer Trajektorie (105; 534) des Objektes (200) und/oder einer Geschwindigkeit (x) des Objektes (200) durchgeführt wird.
Verfahren (400) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 6, mit einem Schritt (440) des Erfassens eines Abbildes der Umgebung des Objekts (200).
Vorrichtung (110; 210), die eingerichtet ist, ein Verfahren (300; 400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren (300; 400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.