EP2872915A1 - Verfahren zum ermitteln einer position eines fahrzeugs und fahrzeug - Google Patents

Verfahren zum ermitteln einer position eines fahrzeugs und fahrzeug

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Publication number
EP2872915A1
EP2872915A1 EP13730107.3A EP13730107A EP2872915A1 EP 2872915 A1 EP2872915 A1 EP 2872915A1 EP 13730107 A EP13730107 A EP 13730107A EP 2872915 A1 EP2872915 A1 EP 2872915A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
sensor
reference direction
determined
time
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13730107.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Engel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
Publication of EP2872915A1 publication Critical patent/EP2872915A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0284—Relative positioning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02—Details
    • G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication
    • G01C3/08—Use of electric radiation detectors
    • G01C3/085—Use of electric radiation detectors with electronic parallax measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/48—Determining position by combining or switching between position solutions derived from the satellite radio beacon positioning system and position solutions derived from a further system
    • G01S19/485—Determining position by combining or switching between position solutions derived from the satellite radio beacon positioning system and position solutions derived from a further system whereby the further system is an optical system or imaging system
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/46—Indirect determination of position data
    • G01S17/48—Active triangulation systems, i.e. using the transmission and reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/16—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using electromagnetic waves other than radio waves

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a position of a vehicle, in which an object in an environment of the vehicle is detected by means of a sensor. A relative position of the vehicle relative to the object is determined, whereby the data values specified for the position of the object are taken into account. Furthermore, the invention relates to a vehicle with a position determining device.
  • GPS Global Positioning System, Global Positioning System
  • Such systems are, for example, navigation systems or systems for controlling light.
  • the position of headlights of the vehicle can be changed, for example when cornering.
  • GPS positioning in the area of vehicle-to-vehicle communication is utilized by the vehicles participating in the communication transmitting the respective positions. This helps to avoid accidents.
  • the horizontal deviation between the actual position and the position determined by GPS may be 10 m or more. This has negative effects on functions that require a particularly accurate position determination. From the prior art it is known in this context to use objects or prominent points in the surroundings of the vehicle whose exact GPS position is known.
  • DE 10 2008 020 446 A1 describes the correction of a vehicle position by means of prominent points, in which the measured vehicle position is corrected after the identification of such a prominent point.
  • the distinctive points are stored in a database in the vehicle with its associated exact GPS position.
  • the prominent point is detected, and when the distinctive point is reached, the associated exact GPS position is compared with the position measured in the vehicle. Then, a correction of the measured position is performed.
  • JP 2006 242 731 A describes a position-determining device which uses GPS signals and an object in the vicinity of the position-determining device.
  • the accuracy of the position determination is improved by means of an image evaluation.
  • Highly accurately measured objects in the vicinity of the vehicle which can be used to improve the GPS position determination, are also referred to as landmarks.
  • landmarks By determining the relative position to such a landmark, the position of the vehicle determined by GPS can be corrected and thus the accuracy of the position determination can be improved.
  • landmarks for example, traffic signs or traffic lights can be used.
  • the positions of such landmarks may, for. B. via a global differential positioning system (DGPS) and stored in a database. If a vehicle drives past this landmark at a later date, it can determine its GPS position more precisely from the highly accurately measured GPS position of the landmark and its relative distance from the landmark itself and thus improve it.
  • DGPS global differential positioning system
  • Object of the present invention is therefore to provide a method of the type mentioned above and a vehicle, by means of which can be the relative position of the vehicle to determine the object in the environment with very high accuracy.
  • a respective angle is determined which is present between a straight line on which the sensor and the object come to lie and a reference direction. Furthermore, a length of a distance traveled by the vehicle between the two times is determined. It is thus considered to determine the relative position of the vehicle movement, which took place between the two times in which the two angles are detected. This is based on the knowledge that the angles and the distance covered by the vehicle can be determined with high precision, whereby simple, for example trigonometric, arithmetical operations can then be used to determine the relative position.
  • the angle to the reference direction which preferably coincides with the vehicle longitudinal axis, can therefore be determined particularly accurately, since the installation location of the sensor in the vehicle and calibration parameters of the sensor are known.
  • the projection of a two-dimensional image necessary for the determination of the relative position which detects a sensor designed as a camera, succeeds only in an inaccurate manner in a three-dimensional environment.
  • the angle can be determined very precisely from the two-dimensional image of the camera.
  • the length of the distance traveled by the vehicle between the two times can also be determined with particularly high accuracy, for example by integrating the revolutions of wheels of the vehicle.
  • the geometric parameters which indicate the relative position of the vehicle to the object also Use the great accuracy with which the position of the object is known in order to improve the position determination of the vehicle.
  • a present in the second of the two times the distance of the sensor from the object based on the present in the two times angle between the line and the reference direction and based on the length of the distance a present in the second of the two times the distance of the sensor from the object. If this distance is known, then the position of the sensor and thus the position of the vehicle can be determined particularly accurately, since the position of the object provides a highly accurately measured reference point.
  • the distance may be sinfor based on the relationship
  • a indicates the distance between the sensor and the object at the second time point, ⁇ the angle between the straight line and the reference direction at the first time point, ⁇ the angle between the straight line and the reference direction at the second time point and c the length of the distance.
  • coordinates of the sensor relative to the object are determined. Coordinates can namely be used particularly well for the correction of the position of the sensor and thus of the vehicle.
  • y re i indicates the magnitude of the coordinate of the sensor in the reference direction and x re i the amount of the coordinate of the sensor perpendicular to the reference direction;
  • a is the distance between the sensor and the object at the second time point,
  • ⁇ is the angle between the straight line and the reference direction at the first time point, and
  • ⁇ is the angle between the straight line and the reference direction at the second time point.
  • those data values of the planar coordinate system which indicate the position of the vehicle are corrected.
  • the highly accurate planar coordinates of the object are used to obtain corrected coordinates of the vehicle. This can be done mathematically very easy.
  • the data values of the planar data system indicating the position of the vehicle are determined by the relationship
  • y k0 rr indicates the corrected amount of the coordinate of the vehicle in the reference direction
  • Xkorr the corrected amount of the coordinate of the vehicle perpendicular to the reference direction
  • y 3 the amount of the coordinate of Object in the reference direction
  • x 3 the amount of the coordinate of the object perpendicular to the reference direction.
  • angles determined in the two different points in time are determined by the evaluation of images which are detected by the sensor designed as a camera in the two points in time. With the aid of a camera image, the angle can be determined particularly simply and accurately at the respective time.
  • an image which is recorded at the second time and then immediately after taking a picture at the first time for the purpose of ensuring that the two angles differ sufficiently clearly from one another.
  • images taken immediately after one another can be used to determine the angles, while at a lower driving speed an image taken a few time steps later can also be used.
  • the vehicle according to the invention comprises a position-determining device for determining a position of the vehicle.
  • the position determination device comprises a sensor, by means of which an object in an environment of the vehicle can be detected.
  • the position determination device has a memory device in which data values indicating the position of the object are stored.
  • an evaluation device of the position determination device is a relative position of the vehicle to the object, taking into account the position of the object indicating data values.
  • the evaluation device is designed to determine a respective angle between a straight line on which the sensor and the object come to lie and a reference direction at two different points in time. Furthermore, by means of the evaluation device also a length of a distance traveled by the vehicle between the two times can be determined.
  • the position of the vehicle can be determined with a very high accuracy, for example on the basis of simple trigonometric calculations. Namely, the object in the vicinity of the vehicle is measured highly accurately, and corresponding data values indicating its exact position are stored in the memory device.
  • a vehicle 10 shown schematically in the figure comprises a position-determining device 12.
  • a sensor of the position-determining device 12 is presently designed as a camera 14, which takes pictures of the surroundings of the vehicle 10.
  • the landmark 16 which may be, for example, a road sign or a traffic light, is measured with very high accuracy. From this landmark 16, therefore, data values are known which indicate its position with high precision. In the present case, these data values are stored in a memory 15 of the position-determining device 12. In alternative embodiments, it is possible for the landmark 16 to transmit these data values to the position determination device 12, for example via radio, WLAN or the like.
  • the position determining device 12 further comprises an evaluation device 18, which allows to determine an angle of the landmark 16 to a vehicle longitudinal axis L.
  • the evaluation device 18 can be integrated into the camera 14 for this purpose, for example.
  • an angle ⁇ can then be determined at a first time ti, which include the vehicle longitudinal axis L and a straight line on which the camera 14 and the landmark 16 come to rest. From this line a distance is shown in the figure, which indicates a distance b between the camera 14 and the landmark 16 at the time ti.
  • the vehicle longitudinal axis L indicates a reference direction, which preferably coincides with the direction of travel, in which the vehicle 10 moves. Due to the known installation location of the camera 14 in the vehicle 10 and due to the known calibration parameters of the camera 14, although the angle ⁇ can be determined with high accuracy.
  • the relative position of the vehicle 10 with respect to the landmark 16 can not be determined with sufficient accuracy from the image which the camera 14 picks up at the time of the presence of the angle .alpha. This is due to the fact that the necessary projection of the two-dimensional image, which captures the camera 14, succeeds only in an imprecise manner in a three-dimensional environment.
  • angles between the reference direction indicated by the vehicle longitudinal axis L and straight lines on which the camera 14 and the landmark 16 come to lie are determined at two different times ti, t2.
  • the vehicle 10 is located at a position with the coordinates y- ⁇ , x- ⁇ .
  • This position can be, for example, the GPS position of the vehicle 10, which can be determined by means of coordinate transformation was transformed into a planar coordinate system, for example in the UTM coordinate system.
  • the vehicle 10 ' is thus at a position with the coordinates y 2 , x 2 .
  • an angle ⁇ is again determined, which includes a straight line on which the camera 14 and the landmark 16 are located, and the vehicle longitudinal axis L.
  • the length c of the distance traveled ie the distance traveled by the vehicle 10 between the time ti and the time t 2 .
  • the length c can be determined, for example, by integrating the revolutions of a wheel of the vehicle 10.
  • a route is designated by a, which indicates the distance between the vehicle I O 'and the landmark 16 at time t 2 .
  • This distance a at time t 2 can be determined by applying the sine theorem on the basis of the following relationships: a - sin (or) - sin (a) - sin (ar)
  • ⁇ is the angle between the distance a of the vehicle 10' at the time t 2 to the landmark 16 and the distance b of the vehicle 10 at time ti to the landmark 16 indicates.
  • the angle with the value 180 ° - ß is correspondingly an angle in a triangle with the sides a, b and c and the other angles ⁇ and ⁇ .
  • the relative position of the vehicle 10 'to the landmark 16 at time t 2 can now be determined via sine and cosine relationships, for example via the relationships:
  • the corrected GPS position of the vehicle 10 ' is then calculated from the known and highly accurate GPS position of the landmark 16 and the coordinates y re i and x re i indicating the relative position of the vehicle 10' to the landmark. This happens, for example, as follows:
  • the high accuracy GPS position of landmark 16 is converted to planar coordinates, such as the UTM coordinates. Thereafter, the spacings y re i and x re i are subtracted from the planar UTM coordinates of the landmark 16, that is, the coordinates yz, X3.
  • UTM coordinates of the vehicle 10 'at the time t 2 are converted to planar coordinates, such as the UTM coordinates.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Position eines Fahrzeugs (10, 10'), bei welchem mittels eines Sensors (14) ein Objekt (16) in einer Umgebung des Fahrzeugs (10, 10') erfasst wird. Bei der Ermittlung einer Relativposition des Fahrzeugs (10, 10') zu dem Objekt werden die Position des Objekts (16) angebende Datenwerte berücksichtigt. Zum Ermitteln der Relativposition des Fahrzeugs (10, 10') werden in zwei unterschiedlichen Zeitpunkten ein jeweiliger Winkel (α, β) zwischen einer Geraden, auf welcher der Sensor (14) und das Objekt (16) zu liegen kommen, und einer Bezugsrichtung (L) bestimmt. Des Weiteren wird eine Länge (c) einer von dem Fahrzeug (10, 10') zwischen den beiden Zeitpunkten zurückgelegten Wegstrecke bestimmt. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug (10, 10') mit einer Positionsermittlungseinrichtung (12).

Description

Verfahren zum Ermitteln einer Position eines Fahrzeugs und Fahrzeug
BESCHREIBUNG:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Position eines Fahrzeugs, bei welchem mittels eines Sensors ein Objekt in einer Umgebung des Fahrzeugs erfasst wird. Es wird eine Relativposition des Fahrzeugs zu dem Objekt ermittelt, wobei die Position des Objekts angegebene Datenwerte be- rücksichtigt werden. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer Positionsermittlungseinrichtung.
In der Fahrzeugtechnik gibt es mittlerweile viele Systeme, welche die Fahrzeug-Positionsbestimmung anhand von GPS nutzen (GPS = Global Positioning System, globales Positionsermittlungssystems). Solche Systeme sind beispielsweise Navigationssysteme oder Systeme zur Lichtsteuerung. Bei letzteren kann in Abhängigkeit von der Position des Fahrzeugs auf einer Straße beispielsweise die Stellung von Scheinwerfern des Fahrzeugs verändert werden, etwa bei einer Kurvenfahrt. Ebenfalls wird die GPS- Positionierung im Bereich der Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation genutzt, indem die an der Kommunikation teilnehmenden Fahrzeuge sich die jeweiligen Positionen übermitteln. Dies hilft, Unfälle zu vermeiden.
Aufgrund von Störeinflüssen in der Positionsermittlung kann jedoch die hori- zontale Abweichung zwischen der tatsächlichen Position und der mittels GPS bestimmten Position 10 m oder mehr betragen. Dies hat negative Auswirkungen auf Funktionen, welche eine besonders genaue Positionsermittlung benötigen. Aus dem Stand der Technik ist es in diesem Zusammenhang bekannt, Objekte bzw. markante Punkte in der Umgebung des Fahrzeugs zu nutzen, deren exakte GPS Position bekannt ist.
So beschreibt die DE 10 2008 020 446 A1 die Korrektur einer Fahrzeugposition mittels markanter Punkte, bei welcher die gemessene Fahrzeugposition nach erfolgter Identifikation eines solchen markanten Punkts korrigiert wird. Die markanten Punkte sind in einer Datenbank im Fahrzeug mit ihrer zugehörigen exakten GPS-Position hinterlegt. Mittels einer Kamera wird der markante Punkt erfasst, und bei Erreichen des markanten Punkts wird die zugehörige exakte GPS-Position mit der im Fahrzeug gemessenen Position ver- glichen. Daraufhin wird eine Korrektur der gemessenen Position durchgeführt.
Des Weiteren beschreibt die JP 2006 242 731 A eine Positionsermittlungs- einrichtung, welche GPS-Signale und ein Objekt in der Umgebung der Posi- tionsermittlungseinrichtung nutzt. Auch hierbei wird anhand einer Bildauswertung die Genauigkeit der Positionsermittlung verbessert.
Hochgenau vermessene Objekte in der Umgebung des Fahrzeugs, welche zur Verbesserung der GPS-Positionsermittlung herangezogen werden kön- nen, werden auch als Landmarken bezeichnet. Indem die Relativposition zu einer solchen Landmarke bestimmt wird, kann die mittels GPS bestimmte Position des Fahrzeugs korrigiert und somit die Genauigkeit der Positionsermittlung verbessert werden. Als solche Landmarken können beispielsweise Verkehrsschilder oder Ampeln zum Einsatz kommen. Die Positionen solcher Landmarken können z. B. über ein globales Positionierungssystem mit Differentialsignal (Differential Global Positioning System, DGPS) gemessen und in einer Datenbank abgelegt werden. Fährt zu einem späteren Zeitpunkt ein Fahrzeug an dieser Landmarke vorbei, so kann es aus der hochgenau vermessenen GPS-Position der Landmarke und anhand seines Relativabstands von der Landmarke selbst seine GPS-Position genauer bestimmen und somit verbessern.
Es bereitet jedoch Schwierigkeiten die Relativposition der Landmarke mit einer ausreichend großen Genauigkeit zu bestimmen. Wird die Relativpositi- on der Landmarke mit derzeit in der Fahrzeugtechnik verfügbaren Sensoren wie beispielsweise einer Kamera oder einem Radar bestimmt, so ist dies mit einer gewissen Ungenauigkeit behaftet. Für die Kamera liegt dies darin begründet, dass aus dem zweidimensionalen Kamerabild die dreidimensionalen, räumlichen Verhältnisse, also der Abstand der Landmarke von dem Fahrzeug, nur ungenau rekonstruiert werden können. Kommt ein Radar- Sensor zum Einsatz, so wird aufgrund der Rückstrahlcharakteristik die laterale Position von Landmarken nur ungenau gemessen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie ein Fahrzeug zu schaffen, mittels welchem sich die Relativposition des Fahrzeugs zu dem Objekt in der Umgebung mit besonders großer Genauigkeit bestimmen lässt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angege- ben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zum Ermitteln der Position des Fahrzeugs relativ zu dem Objekt in seiner Umgebung in zwei unterschiedlichen Zeitpunkten ein jeweiliger Winkel bestimmt, welcher zwischen einer Geraden, auf welcher der Sensor und das Objekt zu liegen kommen, und einer Bezugsrichtung vorliegt. Des Weiteren wird eine Länge einer von dem Fahrzeug zwischen den beiden Zeitpunkten zurückgelegten Wegstrecke bestimmt. Es wird also um die Relativposition zu bestimmen die Fahrzeugbewegung berücksichtigt, welche zwischen den beiden Zeitpunkten erfolgte, in welchen die beiden Winkel erfasst werden. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Winkel und die von dem Fahrzeug zurückgelegte Wegstrecke hochgenau bestimmen lassen, wobei zum Ermitteln der Relativposition dann einfache, beispielsweise trigonometrische Rechenoperationen zum Einsatz kommen können.
Der Winkel zur Bezugsrichtung, welche bevorzugt mit der Fahrzeuglängsachse zusammenfällt, lässt sich deswegen besonders genau bestimmen, da der Einbauort des Sensors im Fahrzeug sowie Kalibrierparameter des Sensors bekannt sind. Demgegenüber gelingt die für die Ermittlung der Relativ- position notwendige Projektion eines zweidimensionalen Bildes, welches ein als Kamera ausgebildeter Sensor erfasst, in eine dreidimensionale Umgebung nur ungenau. Der Winkel ist jedoch aus dem zweidimensionalen Bild der Kamera sehr genau bestimmbar. Die Länge der von dem Fahrzeug zwischen den beiden Zeitpunkten zurückgelegten Wegstrecke kann ebenfalls mit besonders hoher Genauigkeit bestimmt werden, etwa durch Integration der Umdrehungen von Rädern des Fahrzeugs. So lässt sich unter Berücksichtigung der geometrischen Parameter, welche die Relativposition des Fahrzeugs zu dem Objekt angeben, auch die große Genauigkeit nutzen, mit welcher die Position des Objekts bekannt ist, um die Positionsermittlung des Fahrzeugs zu verbessern.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird anhand der in den beiden Zeitpunkten vorliegenden Winkel zwischen der Geraden und der Bezugsrichtung und anhand der Länge der Wegstrecke ein im zweiten der beiden Zeitpunkte vorliegender Abstand des Sensors von dem Objekt ermittelt. Ist nämlich dieser Abstand bekannt, so lässt sich die Position des Sensors und damit die Position des Fahrzeugs besonders genau bestimmen, da die Position des Objekts einen hochgenau vermessenen Bezugspunkt bereitstellt.
Beispielsweise kann der Abstand anhand der Beziehung sinfor)
a =— . ' -c
ν β - α) berechnet werden. Hierbei gibt a den Abstand zwischen dem Sensor und dem Objekt im zweiten Zeitpunkt an, α den Winkel zwischen der Geraden und der Bezugsrichtung im ersten Zeitpunkt, ß den Winkel zwischen der Ge- raden und der Bezugsrichtung im zweiten Zeitpunkt und c die Länge der Wegstrecke. Durch die Anwendung des Sinussatzes lässt sich nämlich der Abstand besonders rasch, genau und aufwandsarm berechnen. Hierbei gilt: a _ sin(or) _ sin(or) _ sin(ar)
7 ~ sin( ) ~ sin(l 80° - a - (l 80° - ß)) ~ sin( ? - a) ' wobei γ den Winkel zwischen den beiden in den jeweiligen Zeitpunkten vorliegenden Geraden angibt.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn anhand des Abstands zwi- sehen dem Sensor und dem Objekt Koordinaten des Sensors relativ zu dem Objekt ermittelt werden. Koordinaten können nämlich besonders gut für die Korrektur der Position des Sensors und somit des Fahrzeugs herangezogen werden. Die Koordinaten werden bevorzugt anhand der Beziehungen yrel = a -sin(90°- ?) und xrel = a -cos(90°- ?) berechnet.
Hierbei gibt yrei den Betrag der Koordinate des Sensors in die Bezugsrich- tung an und xrei den Betrag der Koordinate des Sensors senkrecht zu der Bezugsrichtung; a ist der Abstand zwischen dem Sensor und dem Objekt im zweiten Zeitpunkt, α der Winkel zwischen der Geraden und der Bezugsrichtung im ersten Zeitpunkt und ß der Winkel zwischen der Geraden und der Bezugsrichtung im zweiten Zeitpunkt.
Auch diese trigonometrischen Beziehungen lassen sich nämlich sehr einfach und aufwandsarm für die Berechnung der Koordinaten des Sensor relativ zu dem Objekt nutzen. Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Position des Objekts angebende geografische Datenwerte und die Position des Fahrzeugs angebende geografische Datenwerte in Datenwerte eines planaren Koordinatensystems transformiert werden. Dann lassen sich nämlich die Koordinaten des Sensors relativ zu dem Objekt besonders einfach mit den die Position des Objekts und die Position des Fahrzeugs angebenden Datenwerten des planaren Koordinatensystems verrechnen. Als planares Koordinatensystem kann beispielsweise das UTM-Koordinatensystem (UTM = Universal Transverse Mercator) zum Einsatz kommen. Bevorzugt werden anhand der Koordinaten des Sensors und anhand der Datenwerte des planaren Koordinatensystems, welche die Position des Objekts angeben, diejenigen Datenwerte des planaren Koordinatensystems korrigiert, welche die Position des Fahrzeugs angeben. So werden die hochgenauen planaren Koordinaten des Objekts genutzt, um korrigierte Koordinaten des Fahrzeugs zu erhalten. Dies lässt sich rechnerisch besonders leicht bewerkstelligen.
Bevorzugt werden die Datenwerte des planaren Datensystems, welche die Position des Fahrzeugs angeben, anhand der Beziehung
(y » χκοπ- ) = (y3 > 3 ) - » *«, ) korrigiert,
wobei yk0rr den korrigierten Betrag der Koordinate des Fahrzeugs in die Bezugsrichtung angibt, Xkorr den korrigierten Betrag der Koordinate des Fahrzeugs senkrecht zu der Bezugsrichtung, y3 den Betrag der Koordinate des Objekts in die Bezugsrichtung und x3 den Betrag der Koordinate des Objekts senkrecht zu der Bezugsrichtung. Aus den korrigierten planaren Koordinaten des Fahrzeugs können besonders einfach korrigierte GPS-Koordinaten erhalten werden. Damit ist die GPS-Position hochgenau bestimmt und korri- giert.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die in den beiden unterschiedlichen Zeitpunkten bestimmten Winkel durch die Auswertung von Bildern ermittelt werden, welche von dem als Kamera ausgebildeten Sensor in den beiden Zeitpunkten erfasst werden. Anhand eines Kamerabilds lässt sich nämlich der Winkel in dem jeweiligen Zeitpunkt besonders einfach und genau bestimmen.
Um sicherzugehen, dass die zwischen den beiden Zeitpunkten zurückgeleg- te Wegstrecke gerade ist, ist es sinnvoll, die Winkel in vergleichsweise kurz aufeinander folgenden Zeitpunkten zu bestimmen. Auch hierfür ist die Auswertung von Bildern mittels einer Kamera günstig, da eine Bewegungen erfassende Kamera üblicherweise alle 40 ms ein Bild aufnimmt. Bei fahrendem Fahrzeug ist somit die zwischen zwei Aufnahmezeitpunkten aufeinanderfol- gender Bilder aufgenommene Fahrstrecke im Wesentlichen gerade.
Es kann jedoch auch je nach Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges ein anderes als das unmittelbar auf die Aufnahme eines Bildes im ersten Zeitpunkt folgende, im zweiten Zeitpunkt aufgenommene Bild zur Auswertung heran- gezogen werden, um sicherzustellen, dass sich die beiden Winkel ausreichend deutlich voneinander unterscheiden. Bei hoher Fahrgeschwindigkeit können so unmittelbar aufeinander folgend aufgenommene Bilder zur Bestimmung der Winkel herangezogen werden, während bei niedrigerer Fahrgeschwindigkeit auch ein einige Zeitschritte später aufgenommenes Bild he- rangezogen werden kann.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst eine Positionsermittlungseinrich- tung zum Ermitteln einer Position des Fahrzeugs. Die Positionsermittlungs- einrichtung umfasst einen Sensor, mittels welchem ein Objekt in einer Um- gebung des Fahrzeugs erfassbar ist. Des Weiteren weist die Positionsermitt- lungseinrichtung eine Speichereinrichtung auf, in welcher die Position des Objekts angebende Datenwerte abgelegt sind. Mittels einer Auswerteeinrichtung der Positionsermittlungseinrichtung ist eine Relativposition des Fahrzeugs zu dem Objekt unter Berücksichtigung der die Position des Objekts angebenden Datenwerte ermittelbar. Hierfür ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, in zwei unterschiedlichen Zeitpunkten einen jeweiligen Winkel zwischen einer Geraden, auf welcher der Sensor und das Objekt zu liegen kommen, und einer Bezugsrichtung zu bestimmen. Des Weiteren ist mittels der Auswerteeinrichtung auch eine Länge einer von dem Fahrzeug zwischen den beiden Zeitpunkten zurückgelegten Wegstrecke bestimmbar. Mit einer solchen Positionsermittlungseinrichtung lässt sich, etwa anhand einfacher trigonometrischer Berechnungen, die Position des Fahrzeugs mit einer sehr hohen Genauigkeit bestimmen. Das Objekt in der Umgebung des Fahrzeugs ist nämlich hochgenau vermessen, und entsprechende, seine genaue Position angebende Datenwerte sind in der Speichereinrichtung abgelegt.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Fahrzeug und umgekehrt.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinatio- nen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt schematisch ein Fahrzeug, welches sich relativ zu einem in der Umgebung des Fahrzeugs angeordneten Objekt bewegt, wobei anhand der Bewegung des Fahrzeugs und anhand von in zwei unterschiedlichen Zeitpunkten vorliegenden Winkeln, unter welchen sich das Objekt jeweils bezogen auf die Fahrzeuglängsachse befindet, die GPS-Position des Fahrzeugs korrigiert wird. Ein in der Figur schematisch gezeigtes Fahrzeug 10 umfasst eine Positions- ermittlungseinrichtung 12. Ein Sensor der Positionsermittlungseinrichtung 12 ist vorliegend als Kamera 14 ausgebildet, welche Bilder von der Umgebung des Fahrzeugs 10 aufnimmt. In der Umgebung des Fahrzeugs 10 befindet sich ein Objekt in Form einer so genannten Landmarke 16. Die Landmarke 16, bei welcher es sich beispielsweise um ein Verkehrsschild oder eine Ampel handeln kann, ist mit besonders hoher Genauigkeit vermessen. Von dieser Landmarke 16 sind also Da- tenwerte bekannt, welche seine Position hochgenau angeben. Diese Datenwerte sind vorliegend in einem Speicher 15 der Positionsermittlungseinrich- tung 12 abgelegt. In alternativen Ausführungsformen ist es möglich, dass die Landmarke 16 diese Datenwerte der Positionsermittlungseinrichtung 12 übermittelt, etwa über Funk, WLAN oder dergleichen.
Die Positionsermittlungseinrichtung 12 umfasst des Weiteren eine Auswerteeinrichtung 18, welche es erlaubt, einen Winkel der Landmarke 16 zu einer Fahrzeuglängsachse L zu bestimmen. Die Auswerteeinrichtung 18 kann hierfür beispielsweise in die Kamera 14 integriert sein.
Mittels der Kamera 14 kann dann in einem ersten Zeitpunkt ti ein Winkel α bestimmt werden, welchen die Fahrzeuglängsachse L und eine Gerade einschließen, auf welcher die Kamera 14 und die Landmarke 16 zu liegen kommen. Von dieser Geraden ist in der Figur eine Strecke gezeigt, welche einen Abstand b zwischen der Kamera 14 und der Landmarke 16 im Zeitpunkt ti angibt. Die Fahrzeuglängsachse L gibt eine Bezugsrichtung an, welche bevorzugt mit der Fahrtrichtung zusammenfällt, in welche sich das Fahrzeug 10 bewegt. Aufgrund des bekannten Einbauorts der Kamera 14 im Fahrzeug 10 und aufgrund der bekannten Kalibrierparameter der Kamera 14 kann zwar der Winkel α mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Aus dem Bild, welches die Kamera 14 zum Zeitpunkt des Vorliegens des Winkels α aufnimmt, lässt sich jedoch nicht mit ausreichend hoher Genauigkeit die Relativposition des Fahr- zeugs 10 zu der Landmarke 16 bestimmen. Dies liegt daran, dass die hierfür notwendige Projektion des zweidimensionalen Bildes, welches die Kamera 14 erfasst, in eine dreidimensionale Umgebung nur ungenau gelingt.
Vorliegend werden daher Winkel zwischen der durch die Fahrzeuglängsach- se L angegebenen Bezugsrichtung und Geraden, auf welchen die Kamera 14 und die Landmarke 16 zu liegen kommen, zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten ti, t2 bestimmt. Zum Zeitpunkt ti befindet sich das Fahrzeug 10 an einer Position mit dem Koordinaten y-ι, x-\. Diese Position kann beispielsweise die GPS-Position des Fahrzeugs 10 sein, welche mittels Koordinaten- transformation in ein planares Koordinatensystem transformiert wurde, beispielsweise in das UTM-Koordinatensystem. In einem Zeitpunkt t2 hat das Fahrzeug 10' eine gewisse Fahrstrecke in die Bezugsrichtung zurückgelegt, wobei eine Länge c dieser zurückgelegten Wegstrecke in der Figur kenntlich gemacht ist.
Zum Zeitpunkt t2 befindet sich das Fahrzeug 10' also an einer Position mit den Koordinaten y2, x2. In diesem Zeitpunkt t2 wird erneut ein Winkel ß bestimmt, welchen eine Gerade, auf welcher sich die Kamera 14 und die Landmarke 16 befinden, und die Fahrzeuglängsachse L einschließen. Zusätzlich ist im Fahrzeug 10' die Länge c der zurückgelegten Wegstrecke bekannt, also die Wegstrecke, welche das Fahrzeug 10 zwischen dem Zeitpunkt ti und dem Zeitpunkt t2 zurückgelegt hat. Die Länge c kann beispielsweise durch Integration der Umdrehungen eines Rads des Fahrzeugs 10 bestimmt werden.
In der Figur ist eine Strecke mit a bezeichnet, welche den Abstand zwischen dem FahrzeugI O' und der Landmarke 16 zum Zeitpunkt t2 angibt. Dieser Abstand a im Zeitpunkt t2 kann durch Anwendung des Sinussatzes anhand fol- gender Zusammenhänge bestimmt werden: a _ sin(or) _ sin(a) _ sin(ar)
~ ηγ) ~ sin(l 80° - a ~ (l 80° - ß)) ~~ sm(ß - a) ' wobei γ den Winkel zwischen dem Abstand a des Fahrzeugs 10' im Zeit- punkt t2 zu der Landmarke 16 und dem Abstand b des Fahrzeugs 10 im Zeitpunkt t-i zu der Landmarke 16 angibt. Der Winkel mit dem Wert 180° - ß ist entsprechend ein Winkel in einem Dreieck mit den Seiten a, b und c und den weiteren Winkeln α und γ. Die Relativposition des Fahrzeugs 10' zur Landmarke 16 im Zeitpunkt t2 kann nun über Sinus- und Kosinuszusammenhänge ermittelt werden, etwa über die Beziehungen:
x l = a -cos(90°-/?). In einem weiteren Schritt wird nun aus der bekannten und hochgenauen GPS-Position der Landmarke 16 und den die Relativposition des Fahrzeugs 10' zu der Landmarke angebenden Koordinaten yrei und xrei die korrigierte GPS-Position des Fahrzeugs 10' berechnet. Dies geschieht beispiels- weise folgendermaßen:
Zunächst wird die hochgenaue GPS-Position der Landmarke 16 in planare Koordinaten, beispielsweise die UTM-Koordinaten umgewandelt. Danach werden von den planaren UTM-Koordinaten der Landmarke 16, also den Koordinaten yz, X3 die Abstände die yrei und xrei abgezogen. Somit ergeben sich als korrigierte UTM-Koordinaten des Fahrzeugs 10' im Zeitpunkt t2:
( r ' Xkorr ) = (^3 ' X3 ) ~ (^re ' Xrel )■ Anschließend werden die korrigierten planaren UTM-Koordinaten y orr und xkorr des Fahrzeugs 10' in GPS-Koordinaten umgewandelt. Die GPS-Position des Fahrzeugs 10' im Zeitpunkt t2 ist somit hochgenau bestimmt und korrigiert. Die oben beschriebenen trigonometrischen Berechnungen sowie die Transformation der GPS-Position in planare Koordinaten und umgekehrt können von der Auswerteeinrichtung 18 der Positionsermittlungseinrichtung 12 durchgeführt werden. Insbesondere sofern zum Bestimmen der Winkel α, ß eine Auswerteeinrichtung der Kamera 14 benutzt wird, kann zusätzlich zu der Auswerteeinrichtung der Kamera 14 eine separate Auswerteeinrichtung 18 zum Einsatz kommen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
Verfahren zum Ermitteln einer Position eines Fahrzeugs (10, 10'), bei welchem mittels eines Sensors (14) ein Objekt (16) in einer Umgebung des Fahrzeugs (10, 10') erfasst wird, und bei welchem eine Relativposition des Fahrzeugs (10, 10') zu dem Objekt (16) ermittelt wird, wobei die Position des Objekts (16) angebende Datenwerte berücksichtigt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Ermitteln der Relativposition des Fahrzeugs (10, 10') in zwei unterschiedlichen Zeitpunkten ein jeweiliger Winkel (a, ß) zwischen einer Geraden, auf welcher der Sensor (14) und das Objekt (16) zu liegen kommen, und einer Bezugsrichtung (L) sowie eine Länge (c) einer von dem Fahrzeug (10, 10') zwischen den beiden Zeitpunkten zurückgelegten Wegstrecke bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
anhand der in den beiden Zeitpunkten vorliegenden Winkel (a, ß) zwischen der Geraden und der Bezugsrichtung (L) und anhand der Länge (c) der Wegstrecke ein im zweiten der beiden Zeitpunkte vorliegender Abstand (a) des Sensors (14) von dem Objekt (16) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abstand (a) anhand der Beziehung
sin(ar)
a =— , - c , mit
sm ß - a)
a = Abstand zwischen dem Sensor (14) und dem Objekt (16) im zweiten Zeitpunkt,
α = Winkel zwischen der Geraden und der Bezugsrichtung (L) im ersten Zeitpunkt,
ß = Winkel zwischen der Geraden und der Bezugsrichtung (L) im zweiten Zeitpunkt,
c = Länge der Wegstrecke
berechnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Abstands (a) zwischen dem Sensor (14) und dem Objekt (16) Koordinaten (yrei, xrei) des Sensors (14) relativ zu dem Objekt (16) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Koordinaten (yrei, xrei) anhand der Beziehungen yrel = a -sm(90°-ß) und xrel = a -cos(90°-/?) mit yrei = Betrag der Koordinate des Sensors (14) in die Bezugsrichtung (L), xrei = Betrag der Koordinate des Sensors (14) senkrecht zu der Bezugsrichtung (L),
a = Abstand zwischen dem Sensor (14) und dem Objekt (16) im zweiten Zeitpunkt,
α = Winkel zwischen der Geraden und der Bezugsrichtung (L) im ersten Zeitpunkt,
ß = Winkel zwischen der Geraden und der Bezugsrichtung (L) im zweiten Zeitpunkt,
berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Position des Objekts (16) angebende geographische Datenwerte und die Position des Fahrzeugs (10, 10') angebende geographische Datenwerte in Datenwerte eines pianaren Koordinatensystems transformiert werden.
Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
anhand der Koordinaten (yret, xrei) des Sensors (14) und anhand der Datenwerte des pianaren Koordinatensystems, welche die Position des Objekts (16) angeben, diejenigen Datenwerte des pianaren Koordinatensystems korrigiert werden, welche die Position des Fahrzeugs (10, 10') angeben. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Datenwerte des planaren Koordinatensystems, welche die Position des Fahrzeugs (10, 10') angeben, anhand der Beziehung
(.V » Xkorr) = fa , X3) ~ (y,el > Xrel ) . m it
Ykorr = korrigierter Betrag der Koordinate des Fahrzeugs (10, 10') in die Bezugsrichtung (L),
Xkorr = korrigierter Betrag der Koordinate des Fahrzeugs (10, 10') senkrecht zu der Bezugsrichtung (L),
Y3 = Betrag der Koordinate des Objekts (16) in die Bezugsrichtung (L), X3 = Betrag der Koordinate des Objekts (16) senkrecht zu der Bezugsrichtung (L),
korrigiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die in den beiden unterschiedlichen Zeitpunkten bestimmten Winkel (a, ß) durch die Auswertung von Bildern ermittelt werden, welche von dem als Kamera (14) ausgebildeten Sensor in den beiden Zeitpunkten er- fasst werden.
Fahrzeug mit einer Positionsermittlungseinrichtung (12) zum Ermitteln einer Position des Fahrzeugs (10, 10'), welche einen Sensor (14), mittels welchem ein Objekt (16) in einer Umgebung des Fahrzeugs (10, 10') erfassbar ist, und eine Speichereinrichtung (15) umfasst, in welcher die Position des Objekts (16) angebende Datenwerte abgelegt sind, wobei die Positionsermittlungseinrichtung (12) eine Auswerteeinrich- tung (18) umfasst, welche zum Ermitteln einer Relativposition des Fahrzeugs (10, 10') zu dem Objekt (16) unter Berücksichtigung der die Position des Objekts (16) angebenden Datenwerte ausgelegt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels der Auswerteeinrichtung (18) in zwei unterschiedlichen Zeitpunkten ein jeweiliger Winkel (a, ß) zwischen einer Geraden, auf welcher der Sensor (14) und das Objekt (16) zu liegen kommen, und einer Bezugsrichtung (L) bestimmbar ist, wobei mittels der Auswerteeinrichtung (18) auch eine Länge (c) einer von dem Fahrzeug (10, 10') zwischen den beiden Zeitpunkten zurückgelegten Wegstrecke bestimmbar ist.
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