DE102016214028A1 - Method and system for determining a position of a mobile unit - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Position einer mobilen Einheit, bei dem eine Schätzposition der mobilen Einheit erfasst wird und anhand der erfassten Schätzposition Referenzkartendaten abgerufen werden, wobei die Referenzkartendaten Referenzpositionen von Landmarken (13, 14, 15, 16) umfassen. Mittels einer Erfassungseinheit (3) Datensätze werden erfasst und anhand der Datensätze werden Landmarkenbeobachtungen mit Landmarkenparametern bestimmt. Anhand der bestimmten Landmarkenbeobachtungen werden Umfeldmodelldaten bestimmt, wobei die Umfeldmodelldaten eine Beschreibung eines Verkehrsumfeldes der mobilen Einheit umfassen. Ferner wird anhand der Umfeldmodelldaten und der Referenzkartendaten eine Vielzahl von Positionshypothesen erzeugt und den Positionshypothesen werden Wahrscheinlichkeiten zugeordnet. Dabei wird anhand der Wahrscheinlichkeiten die Position der mobilen Einheit bestimmt und ausgegeben. Die Erfindung betrifft ferner ein System zum Bestimmen einer Position einer mobilen Einheit sowie ein Fahrzeug (1) mit einem erfindungsgemäßen System.The present invention relates to a method for determining a position of a mobile unit in which an estimation position of the mobile unit is detected and reference map data is retrieved from the detected estimation position, the reference map data including reference positions of landmarks (13, 14, 15, 16). By means of a detection unit (3) records are detected and based on the data sets landmark observations are determined with landmark parameters. Based on the particular landmark observations, environmental model data is determined, where the environmental model data includes a description of a mobile unit traffic environment. Furthermore, a plurality of position hypotheses are generated based on the environment model data and the reference map data, and probabilities are assigned to the position hypotheses. The position of the mobile unit is determined and output on the basis of the probabilities. The invention further relates to a system for determining a position of a mobile unit and to a vehicle (1) having a system according to the invention.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Bestimmen einer Position einer mobilen Einheit. Sie betrifft ferner ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen System.The present invention relates to a method and a system for determining a position of a mobile unit. It further relates to a vehicle with a system according to the invention.

Für die zunehmende Integration automatischer Fahrfunktionen in moderne Fahrzeuge ist die genaue Lokalisierung des Fahrzeugs eine wichtige Voraussetzung. Dabei genügt es nicht, die Position des Fahrzeugs etwa auf einige Meter genau zu kennen, sondern es können bereits kleinere Abweichungen, etwa entlang der Breite einer Fahrspur, erhebliche Auswirkungen auf die Fahrt haben.For the increasing integration of automatic driving functions in modern vehicles, the exact location of the vehicle is an important prerequisite. It is not sufficient to know the position of the vehicle to a few meters exactly, but it may even minor deviations, such as along the width of a lane, have a significant impact on the ride.

Um eine ausreichend genaue und zuverlässige Lokalisierung des Fahrzeugs zu ermöglichen, werden etwa Ansätze zur landmarkenbasierten Ortung verfolgt.In order to enable a sufficiently accurate and reliable localization of the vehicle, approaches for landmark-based positioning are pursued.

Bei dem in der DE 10 2004 003 850 A1 beschriebenen Verfahren zur Erkennung von Markierungen auf einer Fahrbahn werden durch einen Laserscanner in zeitlicher Folge Abstandsbilder eines Erfassungsbereich erfasst und der Abstand einer erkannten Markierung wird geschätzt. Durch Erkennen von Geraden auf der Fahrbahn werden Markierungen identifiziert.In the in the DE 10 2004 003 850 A1 described method for the detection of markings on a roadway are detected by a laser scanner in temporal sequence distance images of a detection area and the distance of a detected mark is estimated. By recognizing straight lines on the road markings are identified.

Die DE 10 2007 020 791 A1 schlägt eine Fahrspurmarkierungs-Erkennungsvorrichtung vor, bei der aus Daten eines Lidar-Instruments eine Mittellinie und eine Fahrbahnbreite extrahiert werden. Dabei wird eine Parameternachführung angewandt.The DE 10 2007 020 791 A1 proposes a lane marking recognizing apparatus in which a center line and a lane width are extracted from data of a lidar instrument. A parameter tracking is used.

Dennoch besteht weiterhin ein Bedarf an Verfahren zur landmarkenbasierten Lokalisierung, die ressourcenschonend, schnell und robust betrieben werden können. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches Verfahren und System bereitzustellen.Nevertheless, there is still a need for landmark based localization methods that can be resource-efficient, fast and robust. It is the object of the present invention to provide such a method and system.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 14 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.According to the invention this object is achieved by a method having the features of claim 1 and a system having the features of claim 14 and by a vehicle having the features of claim 15. Advantageous embodiments and further developments emerge from the dependent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Schätzposition der mobilen Einheit erfasst und anhand der erfassten Schätzposition werden Referenzkartendaten abgerufen, wobei die Referenzkartendaten Referenzpositionen von Landmarken umfassen. Mittels einer Erfassungseinheit werden Datensätze erfasst und anhand der Datensätze werden Landmarkenbeobachtungen mit Landmarkenparametern bestimmt. Anhand der bestimmten Landmarkenbeobachtungen werden Umfeldmodelldaten bestimmt, wobei die Umfeldmodelldaten eine Beschreibung eines Verkehrsumfeldes der mobilen Einheit umfassen. Anhand der Umfeldmodelldaten und der Referenzkartendaten wird eine Vielzahl von Positionshypothesen erzeugt und den Positionshypothesen werden Wahrscheinlichkeiten zugeordnet, wobei anhand der Wahrscheinlichkeiten die Position der mobilen Einheit bestimmt und ausgegeben wird.In the method according to the invention, an estimation position of the mobile unit is detected, and based on the detected estimation position, reference map data are retrieved, the reference map data comprising reference positions of landmarks. By means of a detection unit, data sets are recorded and based on the data sets, landmark observations are determined with landmark parameters. Based on the particular landmark observations, environmental model data is determined, where the environmental model data includes a description of a mobile unit traffic environment. Based on the environmental model data and the reference map data, a plurality of position hypotheses are generated and the position hypotheses are assigned probabilities, the probabilities being used to determine and output the position of the mobile unit.

Dadurch kann vorteilhafterweise eine besonders einfache und robuste Lokalisierung der mobilen Einheit durchgeführt werden. Insbesondere kann die mobile Einheit von einem Fahrzeug umfasst sein und es kann die Position des Fahrzeugs bestimmt werden.As a result, advantageously a particularly simple and robust localization of the mobile unit can be carried out. In particular, the mobile unit may be comprised of a vehicle and the position of the vehicle may be determined.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet insbesondere vektorbasiert, das heißt, es wird keine umfassende ortsaufgelöste Kartierung eines Raums vorgenommen, wie dies bei punkt- oder rasterbasierten Verfahren vorgesehen ist, sondern es werden einzelne Objekte detektiert parametrisiert und anhand dieser Parametrisierung gespeichert. Dadurch kann das Verfahren vorteilhafterweise schnell und mit vergleichsweise geringem Bedarf an Speicher und Rechenleistung betrieben werden, was insbesondere bei mobilen Einheiten, etwa in Fahrzeugen von Vorteil ist.The inventive method operates in particular vector-based, that is, there is no comprehensive spatially resolved mapping of a space made, as is the case with point or grid-based method is provided, but it individual objects are parameterized detected and stored on the basis of this parameterization. As a result, the method can advantageously be operated quickly and with a comparatively low requirement for memory and computing power, which is advantageous, in particular, in mobile units, for example in vehicles.

Der Begriff der „Position” umfasst im engeren Sinne die Koordinaten eines Punktes in einem Koordinatensystem, wobei ein Koordinatensystem relativ zu der mobilen Einheit oder ein globales Koordinatensystem betrachtet werden kann. In einem weiteren Sinne soll der Begriff „Position” allerdings auch Merkmale umfassen, die typischerweise unter den Begriff „Pose” fallen, insbesondere eine Ausrichtung der mobilen Einheit in eine bestimmte Richtung in dem Koordinatensystem. Im Folgenden ist zur Vereinfachung der Darstellung von der „Position” die Rede, wobei die weiteren Merkmale einer „Pose” nicht ausgeschlossen werden sollen.The term "position" in the narrower sense comprises the coordinates of a point in a coordinate system, wherein a coordinate system relative to the mobile unit or a global coordinate system can be considered. In a broader sense, however, the term "position" should also include features that typically fall under the term "pose", in particular an orientation of the mobile unit in a particular direction in the coordinate system. In the following, to simplify the presentation of the "position" the speech, the other features of a "pose" should not be excluded.

Als „Landmarken” im Sinne der Erfindung werden unter anderem Orientierungspunkte und topographische Objekte verstanden, die wiedererkennbar und klassifizierbar sowie geeignet sind, einen räumlichen Bereich zu strukturieren beziehungsweise relativ zu denen eine Position im Sinne der Erfindung definiert werden kann. Klassifizierbar sind insbesondere solche Objekte, die als geometrische Formen abgebildet und parametrisiert werden können, etwa anhand ihrer Form, Position, Fläche, Länge und Breite. Insbesondere zählen zu den Landmarken Elemente der Verkehrsinfrastruktur, beispielsweise Fahrbahnmarkierungen, Verkehrszeichen, Beleuchtungsanlagen, Brücken oder andere Verkehrsbauwerke. Ferner zählen hierzu weitere Bauwerke, etwa Häuser, sowie Pflanzen, etwa Bäume, und landschaftliche Merkmale, etwa Bodenerhebungen. Landmarken sollen zudem wiedererkennbar sein, das heißt, ihr Aussehen und ihre weiteren Eigenschaften sollen während einer bestimmten Zeitdauer im Wesentlichen konstant bleiben, insbesondere so, dass eine Wiedererkennbarkeit anhand der Landmarken über einen ausreichend langen Zeitraum möglich ist, um gegebenenfalls Veränderungen mittels einer Aktualisierungsfunktionalität berücksichtigen zu können.As "landmarks" within the meaning of the invention, inter alia, landmarks and topographic objects are understood that are recognizable and classifiable and suitable, a spatial To structure area or relative to which a position in the context of the invention can be defined. In particular, objects that can be mapped and parameterized as geometric shapes, for example based on their shape, position, area, length and width, can be classified. In particular, the landmarks include elements of the traffic infrastructure, such as lane markings, traffic signs, lighting systems, bridges or other traffic structures. Further, this includes other structures, such as houses, and plants, such as trees, and scenic features, such as soil surveys. Landmarks should moreover be recognizable, that is, their appearance and their further properties should remain substantially constant over a certain period of time, in particular so that recognizability based on the landmarks over a sufficiently long period is possible, if necessary, to take account of changes by means of an updating functionality can.

Insbesondere werden erfindungsgemäß semantisch interpretierbare Elemente der Straßeninfrastruktur als Landmarken erfasst. Diese können ferner nach ihrer Geometrie sowie gemäß den Möglichkeiten der Verarbeitung und Erfassung gruppiert werden. Insbesondere kann unterschieden werden zwischen punktbasierten Landmarken, etwa Pfählen, Pfosten und Säulen, die insbesondere mittels Lidar detektiert werden können, linienbasierten Landmarken, etwa gestrichelten Linien, Pfeilen und Stopplinien, die insbesondere mittels Lidar oder einer Kamera detektiert werden können, sowie polylinienbasierten Landmarken, etwa durchgezogenen Linien, die als Linienzüge repräsentiert werden können und für deren Detektion insbesondere eine Kamera verwendet werden kann.In particular, according to the invention, semantically interpretable elements of the road infrastructure are recorded as landmarks. These can also be grouped according to their geometry as well as the possibilities of processing and acquisition. In particular, a distinction can be made between point-based landmarks, such as piles, posts and pillars, which can be detected in particular by means of lidar, line-based landmarks, such as dashed lines, arrows and stop lines, which can be detected in particular by lidar or a camera, as well as polylinia-based landmarks, such solid lines that can be represented as polylines and for the detection of which in particular a camera can be used.

Zur Charakterisierung einer Landmarkenbeobachtung wird ein Zustandsvektor erzeugt, wobei die in diesem Zustandsvektor hinterlegten Daten sich je nach dem Typ der Landmarke unterscheiden: Der Zustandsvektor sPO einer punktbasierten Landmarkenbeobachtung umfasst eine Position pvrf im Fahrzeugkoordinatensystem, eine Unsicherheit Σp und eine absolute Position pwgs in einem globalen Koordinatensystem. Dabei werden die Punkte als Tripel p = (x, y, z) angegeben. Ferner sind ein Durchmesser und eine Höhe definiert und es werden ein Zeitstempel für die Beobachtung sowie eine Identifikation des beobachtenden Sensors gespeichert. Ferner sind Felder für einen Wahrscheinlichkeitswert und eine Identifikation einer bestimmten Landmarke vorgesehen, die im weiteren Verlauf des Verfahrens für die weitere Verarbeitung verwendet werden. Für den Zustandsvektor sDL einer linienbasierten Landmarkenbeobachtung beziehungsweise den Zustandsvektor sPL einer polylinienbasierten Landmarkenbeobachtung sind zwei oder mehr Positionen (p vrf / 1, ..., p vrf / n) vorgesehen sowie entsprechend viele Unsicherheiten

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und absoluten Positionen (p wgs / 1, ..., p wgs / n) sowie modifizierte Parameter wie die Breite und Länge der (Poly-)Linie.To characterize a landmark observation, a state vector is generated, wherein the data stored in this state vector differ according to the type of landmark: The state vector s PO of a point-based landmark observation comprises a position p vrf in the vehicle coordinate system , an uncertainty Σ p and an absolute position p wgs in a global coordinate system. The points are given as triples p = (x, y, z). Further, a diameter and a height are defined and a time stamp for the observation as well as an identification of the observing sensor are stored. Furthermore, fields for a probability value and an identification of a particular landmark are provided, which are used in the further course of the method for further processing. For the state vector s DL of a line-based landmark observation or the state vector s PL of a polyline-based landmark observation are two or more positions (p vrf / 1, ..., p vrf / n) provided as well as correspondingly many uncertainties
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and absolute positions (p wgs / 1, ..., p wgs / n) and modified parameters such as the width and length of the (poly) line.

Alternativ oder zusätzlich können weitere Parametrisierungen einer Landmarkenbeobachtung, insbesondere für weitere Typen von Landmarken, vorgesehen sein.Alternatively or additionally, further parameterizations of a landmark observation, in particular for other types of landmarks, may be provided.

Das „Verkehrsumfeld” im Sinne der Erfindung umfasst ein räumliches Umfeld einer Position, insbesondere bezüglich der für einen Verkehr in diesem Umfeld relevanten Eigenschaften. Insbesondere kann erfindungsgemäß das Umfeld eines Verkehrsteilnehmers, etwa auf einer Fahrbahn, betrachtet werden. Der räumliche Bereich wird dabei im Wesentlichen dadurch bestimmt, mit welcher Reichweite Daten im Umfeld erfasst werden können sowie in welchem Umfeld Landmarken zur Lokalisierung der mobilen Einheit genutzt werden können.The "traffic environment" in the sense of the invention comprises a spatial environment of a position, in particular with regard to the properties relevant for traffic in this environment. In particular, according to the invention, the surroundings of a road user, for example on a roadway, can be considered. The spatial area is essentially determined by the range with which data in the environment can be recorded and the environment in which landmarks can be used to locate the mobile unit.

Eine „Beschreibung des Verkehrsumfeldes” umfasst insbesondere Informationen über Landmarken in dem Verkehrsumfeld. Dabei können Positionen und charakteristische Eigenschaften der Landmarken umfasst sein.A "description of the traffic environment" includes in particular information about landmarks in the traffic environment. It may include positions and characteristics of the landmarks.

Die erfindungsgemäße Lokalisierung erfolgt anhand von Referenzkartendaten, die in Abhängigkeit von einer geschätzten Position der mobilen Einheit abgerufen werden. Dazu wird zunächst die Schätzposition erfasst, wobei an sich bekannte Verfahren angewandt werden. Beispielsweise kann ein Satellitenpositionsbestimmungssystem wie das Global Positioning System (GPS) verwendet werden. Die Referenzkartendaten können ebenfalls auf an sich bekannte Weise abgerufen werden, insbesondere entweder von einer Speichereinrichtung der mobilen Einheit oder mittels einer datentechnischen Verbindung zu einer externen Einheit.The localization according to the invention takes place on the basis of reference map data, which are retrieved as a function of an estimated position of the mobile unit. For this purpose, the estimated position is first detected, using methods known per se. For example, a satellite positioning system such as the Global Positioning System (GPS) may be used. The reference map data can also be retrieved in a manner known per se, in particular either from a storage device of the mobile unit or by means of a data connection to an external unit.

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen die Erfassung der Schätzposition und das Abrufen der Referenzkartendaten periodisch. Dadurch kann vorteilhafterweise sichergestellt werden, dass ständig passende Referenzkartendaten vorliegen und für die Lokalisierung verwendet werden können. Beispielsweise kann der Abruf alle 10 Sekunden oder in einem anderen festgelegten Zeitintervall erfolgen. Ferner kann in ähnlicher Weise der Abruf anhand anderer Kriterien regelmäßig erfolgen, beispielsweise anhand eines Abstand von der Position des letzten Abrufs, sodass die Referenzkartendaten immer dann abgerufen werden, wenn sich die Position der mobilen Einheit um einen bestimmten Betrag geändert hat.According to one embodiment of the method according to the invention, the detection of the estimation position and the retrieval of the reference map data occur periodically. This can advantageously be ensured that constantly matching reference map data are available and used for localization can. For example, polling may occur every 10 seconds or at a different specified time interval. Further, similarly, the fetch may be regular based on other criteria, for example, a distance from the position of the last fetch, so that the fiduciary card data is fetched whenever the position of the mobile unit has changed by a certain amount.

In anderen Ausführungsformen kann die Erfassung auch in anderer Weise, etwa asynchron, erfolgen.In other embodiments, the detection may also be done in other ways, such as asynchronously.

Die Erfassung der Datensätze bei dem Verfahren erfolgt auf an sich bekannte Art. Insbesondere können Sensoren mit verschiedenen Wirkprinzipien verwendet werden, beispielsweise Lidar-, Radar- oder Ultraschallsensoren, Kameras im Bereich des sichtbaren Lichts oder Infrarotkameras sowie Time-of-Flight- oder Stereo-Kameras. Ferner können Daten von externen Einrichtungen erfasst werden, wobei insbesondere Verfahren aus dem Bereich der „Car 2 X”-Kommunikation genutzt werden können.In particular, sensors with different principles of action can be used, for example lidar, radar or ultrasound sensors, cameras in the range of visible light or infrared cameras as well as time-of-flight or stereo cameras. cameras. Furthermore, data can be acquired by external devices, in particular methods from the field of "Car 2 X" communication can be used.

Ein erfasster Datensatz wird insbesondere zu einem bestimmten Zeitpunkt von einem Sensor erfasst und/oder ausgegeben, etwa ein einzelner Scan eines Laserscanners oder ein von einer Kamera erfasstes Bild. Dabei kann ein Datensatz die Datenpunkte einer Detektion zu einem bestimmten Zeitpunkt umfassen oder es können Datenpunkte mehrerer Messungen akkumuliert werden.A recorded data record is detected and / or output by a sensor, in particular at a specific time, such as a single scan of a laser scanner or an image captured by a camera. In this case, a data record may include the data points of a detection at a particular time or data points of several measurements may be accumulated.

Bei einer Ausbildung der Erfindung umfasst die Erfassungseinheit zumindest zwei verschiedene Sensortypen. Dadurch werden vorteilhafterweise Daten auf einander ergänzende Weisen erfasst und es wird durch mehrfache Detektion Redundanz erzeugt, die das Verfahren robuster macht. Verschiedene Sensortypen nutzen dabei insbesondere verschiedene Detektionsprinzipien. Beispielsweise kann eine Kamera, ein Laserscanner, ein RADAR-Detektor und/oder ein anderer Sensor vorgesehen sein.In an embodiment of the invention, the detection unit comprises at least two different sensor types. As a result, data is advantageously acquired in complementary ways and redundancy is created by multiple detection, making the process more robust. Different types of sensors in particular use different detection principles. For example, a camera, a laser scanner, a RADAR detector and / or another sensor may be provided.

Je nach dem Typ des verwendeten Sensors können verschiedene Merkmale des Verkehrsumfeldes detektiert werden, wobei insbesondere eine ortsaufgelöste Detektion stattfindet. Beispielsweise können Eigenschaften der Reflexion, Streuung, Transmission oder Absorption von elektromagnetischer Strahlung sowie Abstände erfasst werden. Die Datenpunkte entsprechen dabei einzelnen Messungen, insbesondere an verschiedenen Orten des Erfassungsbereichs eines Sensors.Depending on the type of sensor used, various features of the traffic environment can be detected, in particular, a spatially resolved detection takes place. For example, properties of reflection, scattering, transmission or absorption of electromagnetic radiation as well as distances can be detected. The data points correspond to individual measurements, in particular at different locations of the detection range of a sensor.

Ferner kann vorgesehen sein, dass Daten von weiteren Sensoren erfasst werden. Insbesondere können bei einem Fahrzeug Daten erfasst werden, die eine Bewegung und Führung des Fahrzeugs betreffen. Beispielsweise kann eine Geschwindigkeit und Beschleunigung erfasst werden sowie eine Bewegungsrichtung und ein Lenkeinschlag.Furthermore, it can be provided that data is acquired by further sensors. In particular, data relating to movement and guidance of the vehicle can be detected in a vehicle. For example, a speed and acceleration can be detected as well as a direction of movement and a steering angle.

Bei einer weiteren Ausbildung umfassen die von der Erfassungseinheit erfassten Datensätze Datenpunkte. Anhand der erfassten Datensätze werden mittels einer Segmentierung Segmente bestimmt, wobei den Segmenten jeweils Datenpunkte zugeordnet sind. Ferner wird für jedes der bestimmten Segmente eine Näherungsellipse bestimmt, wobei mittels einer Hauptkomponentenanalyse Landmarkenparameter des jeweiligen Segments bestimmt werden.In a further embodiment, the data records acquired by the detection unit comprise data points. Segments are determined by means of segmentation on the basis of the recorded data records, data segments being assigned to each of the segments. Furthermore, an approximate ellipse is determined for each of the specific segments, wherein landmark parameters of the respective segment are determined by means of a principal component analysis.

Dadurch wird vorteilhafterweise ein besonders robustes und schnelles Verfahren verwendet, um anhand der Datenpunkte eine Segmentierung durchzuführen und die Segmente auszuwerten. Zur Segmentierung kann insbesondere ein Euclidean Cluster Algorithm angewandt werden, wobei Datenpunkte als zu einem Segment gehörig erkannt werden, wenn ihr Abstand zueinander einen bestimmten Schwellenwert unterschreitet. Alternativ oder zusätzlich dazu können andere Algorithmen verwendet werden, etwa ein Random Sample Consensus-Algorithmus (RANSAC), wobei verschiedene Segmentierungsverfahren implementiert werden können.As a result, a particularly robust and fast method is advantageously used to perform a segmentation on the basis of the data points and to evaluate the segments. In particular, an Euclidean cluster algorithm may be used for the segmentation, wherein data points are recognized as belonging to a segment if their distance from each other falls below a certain threshold value. Alternatively, or in addition, other algorithms may be used, such as a Random Sample Consensus (RANSAC) algorithm, where various segmentation techniques may be implemented.

Insbesondere können mittels der Hauptkomponentenanalyse (Principal Component Analysis, PCA) die relevanten Parameter zur Auswertung der erfassten Datenpunkte in einem Schritt bestimmt und anschließend ausgewertet werden. Insbesondere können dabei Datenpunkte mehrerer Datensätze akkumuliert werden oder es können die Datenpunkte eines einzelnen Datensatzes berücksichtigt werden.In particular, the relevant parameters for evaluating the acquired data points can be determined in one step by means of the principal component analysis (PCA) and subsequently evaluated. In particular, data points of several data sets can be accumulated or the data points of a single data record can be taken into account.

Bei einer Weiterbildung wird den Segmenten anhand der für die Segmente bestimmten Landmarkenparameter eine Objektklasse zugeordnet und anhand der Segmente Landmarkenbeobachtungen werden bestimmt, wobei die Landmarkenbeobachtungen jeweils Landmarkenparameter und eine Objektklasse umfassen. Es werden damit vorteilhafterweise „Landmarkenbeobachtungen” erzeugt, welche die relevanten Informationen über eine Sichtung einer potentiellen Landmarke umfassen.In a further development, the segments are assigned an object class on the basis of the landmark parameters determined for the segments, and landmark observations are determined based on the segments, the landmark observations each comprising landmark parameters and an object class. Thus, "landmark observations" are advantageously generated, which comprise the relevant information about a sighting of a potential landmark.

Bei einer Ausbildung umfassen die Objektklassen Punkte, Linien und Polylinien. Dadurch werden die erfassten Landmarkenbeobachtungen vorteilhafterweise so klassifiziert, dass eine objektklassenspezifische Weiterverarbeitung durchgeführt werden kann. In one embodiment, the object classes include points, lines and polylines. As a result, the recorded landmark observations are advantageously classified so that object-class-specific further processing can be carried out.

Punk-, linien- oder polylinienbasierte Landmarken erlauben dabei eine besonders zweckmäßige Klassifizierung von Landmarken, insbesondere von Fahrbahnmarkierungen. Die Klassifizierung erfolgt dabei je nach den zur vollständigen Charakterisierung einer Landmarke notwendigen Landmarkenparameter, insbesondere der Anzahl der zu bestimmenden Positionen, um den Verlauf einer Fahrbahnmarkierung zu erfassen.Punk, line or polyline-based landmarks allow a particularly convenient classification of landmarks, especially road markings. The classification is carried out depending on the required for the complete characterization of a landmark landmark parameter, in particular the number of positions to be determined in order to detect the course of a lane marking.

Bei einer Ausbildung umfassen die Landmarkenparameter zumindest Richtungsparameter, Längenparameter, Breitenparameter sowie eine Startposition und eine Endposition. Dadurch können vorteilhafterweise für die Lokalisierung einer mobilen Einheit auf einer Fahrbahn besonders relevante Parameter sowie deren Varianzen bestimmt werden.In one embodiment, the landmark parameters include at least directional parameters, length parameters, width parameters, and a start position and an end position. As a result, particularly relevant parameters and their variances can advantageously be determined for the localization of a mobile unit on a roadway.

Die anhand der erfassten Datensätze erfassten und bestimmten Informationen über die Detektion einzelner Landmarken werden zu jeweils einer „Landmarkenbeobachtung” zusammengefasst. Auf diese Weise können die Daten strukturiert werden. Eine Landmarkenbeobachtung umfasst dabei erfindungsgemäß alle Informationen über eine bestimmte Sichtung einer bestimmten Landmarke. Es kann also bei wiederholter Anwendung des Verfahrens eine Reihe von Landmarkenbeobachtungen für die gleiche reale Landmarke bestimmt werden, wenn die Landmarke mehrfach gesichtet wird, insbesondere auch durch mehrere Sensoren und Erfassungseinheiten. Insbesondere kann eine Zuordnung der Landmarkenbeobachtung zu der entsprechenden Landmarke erfolgen, etwa mittels einer Identifikationsnummer, beispielsweise um mehrere Landmarkenbeobachtungen der gleichen Landmarke miteinander vergleichen zu können und Landmarkenbeobachtungen zu identifizieren, die der gleichen Landmarke zuzuordnen sind.The information collected and determined on the basis of the recorded data sets for the detection of individual landmarks is combined into a "landmark observation". In this way the data can be structured. According to the invention, a landmark observation comprises all information about a particular sighting of a particular landmark. Thus, if the method is used repeatedly, a series of landmark observations for the same real landmark can be determined if the landmark is viewed several times, in particular also by a plurality of sensors and detection units. In particular, an assignment of the landmark observation to the corresponding landmark can take place, for example by means of an identification number, for example in order to be able to compare several landmark observations of the same landmark and to identify landmark observations which are to be assigned to the same landmark.

Dabei können die Datensätze, wie oben bereits erläutert, insbesondere von verschiedenen Sensoren erfasst werden, wobei verschiedene Datensätze zu verschiedenen Zeitpunkten erfasst werden können. Beispielsweise kann durch einen Sensor die Datenerfassung periodisch in einem bestimmten Takt erfolgen, wobei ein weiterer Sensor in einem anderen Takt oder zeitlich versetzt dazu Daten erfassen kann. Dementsprechend sind sowohl den Datensätzen als auch den Daten der Landmarkenbeobachtungen, die anhand der Datensätze bestimmt werden, verschiedenen Zeitpunkten zugeordnet und nicht synchronisiert. In diesem Fall sind die unterschiedlichen Zeitpunkte und insbesondere eine in der Zwischenzeit ausgeführte Bewegung zu berücksichtigen. Beispielsweise kann eine Verschiebung eines Koordinatensystemursprungs relativ zur mobilen Einheit zwischen den Zeitpunkten der Erfassung verschiedener Datensätze berücksichtigt werden.In this case, as already explained above, the data records can be detected, in particular, by different sensors, wherein different data sets can be acquired at different times. For example, by a sensor, the data acquisition can be done periodically in a certain clock, with another sensor in another clock or offset in time can capture data. Accordingly, both the data sets and the data of the landmark observations, which are determined on the basis of the data records, are assigned to different times and are not synchronized. In this case, the different points in time, and in particular a movement carried out in the meantime, should be taken into account. For example, a shift of a coordinate system origin relative to the mobile unit between the times of the acquisition of different data sets can be taken into account.

Um die Landmarkenbeobachtungen auf Basis verschiedener Datensätze, eventuell von verschiedenen Sensoren, verarbeiten zu können, wird in einem Schritt ein Nachführen (Tracking) durchgeführt, wobei eine Synchronisation durchgeführt und erkannt werden kann, welche Landmarkenbeobachtungen einer bestimmten Landmarke entsprechen. Auf diese Weise können gegebenenfalls mehrere Landmarkenbeobachtungen als zu einer realen Landmarke gehörig bestätigt werden.In order to be able to process the landmark observations on the basis of different data sets, possibly of different sensors, a tracking is carried out in one step, wherein a synchronization can be carried out and it can be recognized which landmark observations correspond to a specific landmark. In this way, if appropriate, several landmark observations can be confirmed as belonging to a real landmark.

Dazu werden Umfeldmodelldaten bestimmt, in denen synchronisierte und zusammengeführte Daten über die detektierten Landmarken vorgehalten werden.For this purpose, environmental model data are determined in which synchronized and merged data on the detected landmarks are held.

Bei einer Ausbildung der Erfindung umfassen die Umfeldmodelldaten Daten über Landmarken und den Landmarken zugeordnete Positionen. Dadurch können die Umfeldmodelldaten vorteilhafterweise so bestimmt werden, dass eine landmarkenbasierte Lokalisierung ermöglicht wird.In an embodiment of the invention, the environment model data includes data about landmarks and positions associated with the landmarks. Thereby, the environment model data can advantageously be determined so that a landmark-based localization is made possible.

Insbesondere umfassen die Umfeldmodelldaten Informationen über die Landmarken im Verkehrsumfeld der mobilen Einheit. Dabei können etwa den Landmarken zugeordnete Objektklassen bestimmt und gespeichert werden und die Landmarkenparameter mit Daten über die Positionen der Landmarken können umfasst sein. Die Anforderung, dass das erzeugte Umfeldmodell konsistent sein soll, betrifft dabei vor allem die davon umfassten Landmarken, die von mehreren Landmarkenbeobachtungen erfasst werden, wobei diese Beobachtungen übereinstimmen sollen, damit eine Landmarke bestätigt wird.In particular, the environment model data includes information about the landmarks in the mobile unit's traffic environment. In this case, object classes assigned to the landmarks can be determined and stored, and the landmark parameters with data about the positions of the landmarks can be included. The requirement that the generated environmental model should be consistent concerns, in particular, the landmarks covered by it, which are covered by several landmark observations, and these observations should be the same in order for a landmark to be confirmed.

Bei einer weiteren Ausbildung werden beim Bestimmen der Umfeldmodelldaten Abstandsberechnungen für Landmarkenbeobachtungen anhand ihrer Objektklasse und ihrer Landmarkenparameter durchgeführt, wobei die Landmarkenbeobachtungen anhand der Abstandswerte bestimmten Landmarken zugeordnet werden. Dadurch können vorteilhafterweise korrespondierende Landmarkenbeobachtungen sehr einfach und schnell ermittelt werden.In a further embodiment, when determining the environment model data, distance calculations for landmark observations are performed on the basis of their object class and their landmark parameters, the landmark observations being assigned to particular landmarks on the basis of the distance values. As a result, advantageously corresponding landmark observations can be determined very simply and quickly.

Es werden die Positionen von Landmarken, die durch die „Tracks” der Umfeldmodelldaten repräsentiert sind, anhand der Landmarkenparameter verschiedener Landmarkenbeobachtungen verglichen und es wird anhand von Abstandsberechnungen bestimmt, welche erfassten Landmarken zusammengehörig sind. Die Tracks repräsentieren dabei zu einer Landmarke gehörige Beobachtungen und deren Nachverfolgung anhand der Positionen, die bei den Beobachtungen bestimmt wurden. Insbesondere werden die Abstandsberechnungen anhand der den Landmarken und Landmarkenbeobachtungen zugeordneten Objektklassen durchgeführt. Dadurch wird insbesondere berücksichtigt, dass unterschiedliche Formen von Landmarken unterschiedliche Verfahren zur Abstandberechnung erfordern. Beispielsweise kann punktbasierten Landmarken eine einzelne Position zugeordnet werden, wobei der geometrische Abstand solcher Landmarken zueinander anhand der jeweiligen Positionen eindeutig bestimmt werden kann. Die Berechnung wird für linien- und polylinienbasierte Landmarken dadurch verkompliziert, dass ihnen kein einzelner, eindeutiger Positionswert zuzuordnen ist, der mit einem anderen Positionswert verglichen werden könnte. Statt dessen sind mehrere Positionen für solche Landmarken charakteristisch, etwa Start- und Endpositionen sowie Zwischenpunkte. The positions of landmarks represented by the "tracks" of the environmental model data are compared based on the landmark parameters of various landmark observations and distance calculations are used to determine which detected landmarks belong together. The tracks represent observations associated with a landmark and their tracing based on the positions determined during the observations. In particular, the distance calculations are performed on the basis of the landmarks and landmark observations associated object classes. This takes particular account of the fact that different shapes of landmarks require different methods of distance calculation. For example, point-based landmarks a single position can be assigned, the geometric distance of such landmarks can be clearly determined by the respective positions. The computation is complicated for line- and polyline-based landmarks by the fact that they can not be assigned a single, unique position value that could be compared to another position value. Instead, several positions for such landmarks are characteristic, such as start and end positions and intermediate points.

Daher können verschiedene Abstandsmetriken für verschiedene Objektklassen vorgesehen sein. Insbesondere wird dabei für punktbasierte Landmarken eine Berechnung anhand der Mahalanobis-Distanz vorgenommen. Diese Gleichung wird für linienbasierte Landmarken, die jeweils eine Start- und eine Endposition aufweisen, so modifiziert, dass die vier Kombinationsmöglichkeiten für die Abstandsmessung gemeinsam berücksichtigt werden (Startposition 1 – Startposition 2; Endposition 1 – Startposition 2; Startposition 1 – Endposition 2; Endposition 1 – Endposition 2). Der Abstand zwischen polylinienbasierten Landmarken (Linienzüge) wird anhand einer von ihnen eingeschlossenen Fläche gemessen. Alternativ oder zusätzlich können andere geeignete Verfahren verwendet werden, durch die Abstandsmetriken bestimmt werden können.Therefore, different distance metrics can be provided for different object classes. In particular, a calculation based on the Mahalanobis distance is made for point-based landmarks. This equation is modified for line-based landmarks, each of which has a start and an end position, so that the four possible combinations for the distance measurement are considered together (start position 1 - start position 2, end position 1 - start position 2, start position 1 - end position 2, end position 1 - end position 2). The distance between polyline-based landmarks (lines) is measured by an area enclosed by them. Alternatively or additionally, other suitable methods may be used by which distance metrics may be determined.

Insbesondere werden die Daten für Landmarkenbeobachtungen für jede reale Landmarke ausgewertet, das heißt, für jede im Verkehrsumfeld detektierte Landmarke werden die Daten der dazugehörigen Landmarkenbeobachtungen gespeichert und die Daten verschiedener Landmarkenbeobachtungen können gesammelt verarbeitet werden.In particular, the data for landmark observations are evaluated for each real landmark, that is, for each detected in the traffic environment landmark the data of the associated landmark observations are stored and the data of various landmark observations can be processed collectively.

Zur weiteren Bestimmung, ob eine Landmarkenbeobachtung einer realen Landmarke entspricht, können den registrierten Landmarken des Umfeldmodells Wahrscheinlichkeiten zugeordnet werden, die angeben, mit welcher Sicherheit hierbei eine reale Landmarke erfasst wurde. Durch einen Abgleich der Daten verschiedener Landmarkenbeobachtungen, die der gleichen Landmarke zugeordnet sind, kann der Wert der Wahrscheinlichkeit verändert werden.In order to further determine whether a landmark observation corresponds to a real landmark, the registered landmarks of the surrounding model can be assigned probabilities indicating with which security a real landmark was detected. By comparing the data of different landmark observations associated with the same landmark, the value of the probability can be changed.

Bei einer Weiterbildung werden die den Landmarken des Umfeldmodells, das heißt den Tracks, zugeordneten Wahrscheinlichkeiten mittels eines Sequential Probability Ratio Test in einem iterativen Verfahren berechnet. Damit kann vorteilhafterweise ein statistischer Test angewandt werden, der eine besonders zuverlässige Bestimmung der Wahrscheinlichkeiten bei einer variablen Datenbasis zulässt.In a further development, the probabilities assigned to the landmarks of the surrounding model, ie the tracks, are calculated by means of a sequential probability test in an iterative method. Thus, advantageously, a statistical test can be applied, which allows a particularly reliable determination of the probabilities in a variable database.

Bei einer Ausbildung wird eine Wahrscheinlichkeit einer Landmarke erhöht, wenn sie durch eine weitere Landmarkenbeobachtung bestätigt wird, andernfalls wird die Wahrscheinlichkeit der Landmarke erniedrigt.Training increases the likelihood of a landmark if it is confirmed by another landmark observation, otherwise the likelihood of the landmark is lowered.

Eine Landmarke kann dann anhand eines Vergleichs der ihr zugeordneten Wahrscheinlichkeit mit einem Schwellenwert akzeptiert oder verworfen werden. Dadurch kann vorteilhafterweise in einem iterativen Verfahren getestet werden, ob eine Entscheidung für oder gegen die Annahme einer erfassten Landmarke als tatsächlich vorhanden angenommen werden kann. Dies erlaubt eine besonders einfache und zuverlässige Identifikation und Löschung von Fehldetektionen.A landmark can then be accepted or discarded based on a comparison of its associated probability with a threshold. As a result, it can advantageously be tested in an iterative procedure whether a decision for or against the acceptance of a detected landmark can be assumed to be actually present. This allows a particularly simple and reliable identification and deletion of misdetections.

Die Daten der bestätigten Landmarken der Tracks werden weiter in den Umfeldmodelldaten verwendet, um eine Beschreibung des Verkehrsumfeldes zu repräsentieren. Dabei können die Umfeldmodelldaten etwa einer Karte des Verkehrsumfeldes der mobilen Einheit entsprechen. Insbesondere wird ein konsistentes Umfeldmodell erzeugt, das heißt, die Umfeldmodelldaten werden anhand der von mehreren Datensätzen erfassten Daten so erzeugt, dass die erfassten Datensätze konsistent miteinander sind.The data of the confirmed landmarks of the tracks are further used in the environment model data to represent a description of the traffic environment. In this case, the environment model data can correspond approximately to a map of the traffic environment of the mobile unit. In particular, a consistent environment model is generated, that is, the environment model data is generated based on the data collected from multiple data sets so that the collected data sets are consistent with each other.

Die von den Umfeldmodelldaten umfassten Informationen über die Landmarken sind analog dazu in vergleichbarer Weise von den Referenzkartendaten umfasst, wobei hier eine frühere Vermessung der Landmarken vorausgesetzt wird. Beispielsweise können die Landmarken zu einem früheren Zeitpunkt mittels einer besonders genauen Erfassungsvorrichtung erfasst und analysiert worden sein, sodass Daten wie etwa die Position, Abmessungen und Art einer Landmarke mit hoher Genauigkeit von den Referenzkartendaten umfasst sind. Indem die Umfeldmodelldaten ähnliche Daten umfassen, kann ein Abgleich mit den Referenzkartendaten durchgeführt werden.The information about the landmarks encompassed by the environmental model data is analogously included in a comparable manner from the reference map data, whereby an earlier measurement of the landmarks is assumed here. For example, the landmarks may have been detected and analyzed at an earlier time by means of a particularly accurate detection device, so that data such as the position, dimensions, and type of landmark is included with high accuracy from the reference map data are. As the environment model data includes similar data, matching with the reference map data can be performed.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung werden die den Positionshypothesen zugeordneten Wahrscheinlichkeiten mittels eines partikelfilterbasierten Lokalisierungsverfahrens bestimmt. Dadurch wird vorteilhafterweise die Position nach einem besonders effizienten statistischen Verfahren bestimmt.In one embodiment of the invention, the probabilities assigned to the position hypotheses are determined by means of a particle filter-based localization method. This advantageously determines the position according to a particularly efficient statistical method.

Bei einem solchen Verfahren wird eine Vielzahl von Hypothesen über die wahre Position anhand einer Wolke mit einer Vielzahl von Partikeln repräsentiert. Die Position und Streuung der Partikel bestimmen sich insbesondere nach der erfassten Schätzposition, der geschätzten Eigenbewegung des Fahrzeugs und einem Messrauschen, das durch die Sensoreigenschaften gegeben ist. Es wird für die Partikel eine Wahrscheinlichkeit bestimmt und der Partikel mit der höchsten Wahrscheinlichkeit, das heißt die mit der höchsten Wahrscheinlichkeit wahre Hypothese über die Position, wird schließlich akzeptiert.In such a method, a plurality of true position hypotheses are represented by a cloud having a plurality of particles. The position and scattering of the particles are determined, in particular, by the detected estimation position, the estimated intrinsic motion of the vehicle, and a measurement noise given by the sensor properties. A probability is determined for the particles and the particle with the highest probability, that is, the highest probability hypothesis about the position, is finally accepted.

Ferner kann alternativ oder zusätzlich die Positionsbestimmung anhand anderer Verfahren erfolgen, etwa mittels eines Kalman-Filters.Furthermore, alternatively or additionally, the position determination can be carried out using other methods, for example by means of a Kalman filter.

Bei einer weiteren Ausgestaltung wird eine datentechnische Verbindung zu einem externen Server hergestellt und die erfasste Schätzposition wird an den externen Server übertragen. Anhand einer Referenzkartendatenbank des externen Servers werden Referenzkartendaten erzeugt und die Referenzkartendaten werden erfasst. Dadurch können vorteilhafterweise die Referenzkartendaten von dem externen Server verwaltet und aktuell gehalten werden.In another embodiment, a data connection to an external server is established and the detected estimation position is transmitted to the external server. Based on a reference map database of the external server, reference map data is generated and the reference map data is acquired. This advantageously allows the reference card data to be managed and kept up-to-date by the external server.

Die datentechnische Verbindung kann dabei auf an sich bekannte Weise hergestellt werden, insbesondere drahtlos. Beispielsweise kann ein lokales Netzwerk oder ein größeres Netzwerk genutzt werden, beispielsweise das Internet. Ferner kann die Verbindung über ein Telekommunikationsnetz, etwa ein Telefonnetz, oder ein drahtloses lokales Netzwerk (WLAN) hergestellt werden. Die Verbindung kann auch über eine andere Einheit hergestellt werden, die selbst eine Verbindung zu dem externen Server herstellen kann. Beispielsweise kann eine datentechnische Verbindung zwischen der mobilen Einheit und einem mit dem Internet verbundenen Mobiltelefon bestehen, etwa durch ein Datenkabel oder eine Funkverbindung, etwa per Bluetooth. Insbesondere kann die Verbindung zu dem externen Server über das Internet hergestellt werden.The data connection can be made in a known manner, in particular wirelessly. For example, a local area network or a larger network can be used, for example the Internet. Furthermore, the connection can be made via a telecommunications network, such as a telephone network, or a wireless local area network (WLAN). The connection can also be made through another device that can itself connect to the external server. For example, a data connection may exist between the mobile unit and a mobile telephone connected to the Internet, for example by means of a data cable or a radio connection, for example via Bluetooth. In particular, the connection to the external server can be made via the Internet.

Bei einer Weiterbildung werden anhand der Umfeldmodelldaten und der Referenzkartendaten Aktualisierungsdaten erzeugt und an den externen Server überragen. Insbesondere kann anhand der Aktualisierungsdaten durch den externen Server eine Aktualisierung der Referenzkartendatenbank durchgeführt werden. Dadurch können vorteilhafterweise stets aktuelle Referenzkartendaten zur Verfügung gestellt werden.In a further development, update data are generated on the basis of the environment model data and the reference map data and projected beyond the external server. In particular, based on the update data by the external server, an update of the reference map database can be performed. As a result, current reference card data can advantageously always be made available.

Beispielsweise können Veränderungen gegenüber den in der Referenzkartendatenbank gespeicherten Landmarken festgestellt und bei der Aktualisierung der Referenzkartendatenbank berücksichtigt werden. Solche Veränderungen können beispielsweise darin bestehen, dass eine Landmarke nicht mehr erfassbar ist, weil etwa eine Fahrbahnmarkierung entfernt wurde. Ferner kann eine Veränderung der Position einer Landmarke berücksichtigt werden, etwa wenn ein Verkehrszeichen versetzt wurde. Zudem können graduelle Veränderungen erkannt werden, etwa wenn der externe Server nacheinander Aktualisierungsdaten von mehreren Quellen empfängt und anhand dieser eine Veränderung oder ein Veränderungsprozess, etwa aufgrund einer graduellen Abnutzung einer Fahrbahnmarkierung, erfasst werden kann.For example, changes to the landmarks stored in the reference map database may be detected and taken into account when updating the reference map database. Such changes may be, for example, that a landmark is no longer detectable because about a lane marking has been removed. Furthermore, a change in the position of a landmark can be taken into account, for example when a traffic sign has been moved. In addition, gradual changes can be detected, such as when the external server successively receives update data from multiple sources and can be used to detect a change or change process, such as a gradual wear of a lane marker.

Bei einer Weiterbildung wird die ausgegebene Position der mobilen Einheit an ein Fahrerassistenzsystem übertragen. Dadurch kann vorteilhafterweise das Fahrerassistenzsystem mithilfe der Positionsbestimmung betrieben werden. Dabei kann insbesondere eine Lokalisierung auf einer Fahrbahn, etwa in Längs- und/oder Querrichtung durchgeführt werden, wobei dem Fahrerassistenzsystem eine präzise Position der mobilen Einheit, etwa eines Fahrzeugs, bereitgestellt werden kann.In a development, the output position of the mobile unit is transmitted to a driver assistance system. As a result, advantageously, the driver assistance system can be operated by means of position determination. In this case, localization on a roadway, for example in the longitudinal and / or transverse direction, can be carried out in particular, wherein the driver assistance system can be provided with a precise position of the mobile unit, for example of a vehicle.

Das erfindungsgemäße System der eingangs genannten Art umfasst eine Erfassungseinheit, durch die eine Schätzposition der mobilen Einheit erfassbar ist, und eine Schnittstelle, durch die anhand der erfassten Schätzposition Referenzkartendaten abrufbar sind, wobei die Referenzkartendaten Referenzpositionen von Landmarken umfassen. Dabei sind ferner durch die Erfassungseinheit ferner Datensätze erfassbar und durch eine Recheneinheit sind anhand der Datensätze Landmarkenbeobachtungen mit Landmarkenparametern bestimmbar. Anhand der bestimmten Landmarkenbeobachtungen sind Umfeldmodelldaten bestimmbar, wobei die Umfeldmodelldaten eine Beschreibung eines Verkehrsumfeldes der mobilen Einheit umfassen. Durch die Recheneinheit ist ferner anhand der Umfeldmodelldaten und der Referenzkartendaten eine Vielzahl von Positionshypothesen erzeugbar und den Positionshypothesen sind Wahrscheinlichkeiten zuordenbar, wobei anhand der Wahrscheinlichkeiten die Position der mobilen Einheit bestimmbar und ausgebbar ist.The inventive system of the aforementioned type comprises a detection unit, by means of which an estimation position of the mobile unit can be detected, and an interface, by means of which the detected estimation position retrieves reference map data, the reference map data comprising reference positions of landmarks. In addition, data sets can be detected by the detection unit and, by means of a computer unit, landmark observations with landmark parameters can be determined on the basis of the data records. Environmental model data can be determined on the basis of the determined landmark observations, the environmental model data comprising a description of a traffic environment of the mobile unit. By the arithmetic unit is further based on the environment model data and the reference map data a variety of Position hypotheses can be generated and the position hypotheses are assigned to probabilities, based on the probabilities of the position of the mobile unit can be determined and output.

Das erfindungsgemäße System ist insbesondere ausgebildet, das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zu implementieren. Das System weist somit dieselben Vorteile auf wie das erfindungsgemäße Verfahren.The system according to the invention is in particular designed to implement the method according to the invention described above. The system thus has the same advantages as the method according to the invention.

Dabei kann die Erfassungseinheit ferner zumindest einen weiteren Sensortyp umfassen. Dadurch werden vorteilhafterweise Daten auf einander ergänzende Weisen erfasst und es wird durch mehrfache Detektion Redundanz erzeugt, die das Verfahren robuster macht. Verschiedene Sensortypen nutzen dabei insbesondere verschiedene Detektionsprinzipien. Beispielsweise kann eine Kamera, ein Laserscanner, ein RADAR-Detektor und/oder ein anderer Sensor vorgesehen sein.In this case, the detection unit may further comprise at least one further sensor type. As a result, data is advantageously acquired in complementary ways and redundancy is created by multiple detection, making the process more robust. Different types of sensors in particular use different detection principles. For example, a camera, a laser scanner, a RADAR detector and / or another sensor may be provided.

Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes System wie oben beschrieben.The vehicle according to the invention comprises a system according to the invention as described above.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug zu den Zeichnungen erläutert.The invention will now be explained by means of embodiments with reference to the drawings.

1A und 1B zeigen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems, 1A and 1B show an embodiment of the system according to the invention,

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer landmarkenbasierten Lokalisierung, 2 shows an embodiment of a landmark-based localization,

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Erfassung von Landmarken, 3 shows an embodiment of a detection of landmarks,

4A und 4B zeigen eine Erzeugung eines konsistenten Umfeldmodells, 4A and 4B show a generation of a consistent environment model,

5 zeigt ein Durchführen einer partikelfilterbasierten Lokalisierung und 5 shows performing a particle filter based localization and

6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Updatefunktionalität. 6 shows an embodiment of an update functionality.

Mit Bezug zu den 1A und 1B wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems beschrieben.Related to the 1A and 1B an embodiment of the system according to the invention will be described.

Ein Fahrzeug 1 umfasst eine Erfassungseinheit 3, die wiederum einen Laserscanner 3a, eine Kamera 3b und einen GPS-Sensor 3c umfasst. Die Erfassungseinheit 3 ist mit einer Steuereinheit 4 gekoppelt. Ferner sind mit der Steuereinheit 3 gekoppelt: Eine Recheneinheit 6, ein Fahrerassistenzsystem 12 und eine Schnittstelle 5. Die Recheneinheit 6 umfasst eine Akkumulationseinheit 7, eine Segmentierungseinheit 8, eine Landmarkenerkennungseinheit 9 und eine Trackingeinheit 10. Die Steuereinheit umfasst ferner eine Ausgabeeinheit 11.A vehicle 1 comprises a detection unit 3 , in turn, a laser scanner 3a , a camera 3b and a GPS sensor 3c includes. The registration unit 3 is with a control unit 4 coupled. Furthermore, with the control unit 3 coupled: One arithmetic unit 6 , a driver assistance system 12 and an interface 5 , The arithmetic unit 6 includes an accumulation unit 7 , a segmentation unit 8th , a landmark recognition unit 9 and a tracking unit 10 , The control unit further comprises an output unit 11 ,

Die Schnittstelle 5 ist in dem Ausführungsbeispiel datentechnisch verbunden mit einem externen Server 2. Die datentechnische Verbindung wird durch die Schnittstelle 5 auf an sich bekannte Weise hergestellt und erfolgt in dem Ausführungsbeispiel drahtlos über das Internet. Dabei wird die Verbindung über ein Telefonnetzwerk hergestellt. In weiteren Ausführungsbeispielen wird die Verbindung auf andere Weise hergestellt, etwa mittelbar über ein mit dem Internet verbundenes Mobiltelefon, das selbst eine Verbindung zu dem externen Server 2 herstellen kann.the interface 5 is in the embodiment data-technically connected to an external server 2 , The data connection is through the interface 5 produced in a known per se and takes place wirelessly in the embodiment via the Internet. The connection is made via a telephone network. In further embodiments, the connection is made in other ways, such as indirectly via a mobile telephone connected to the Internet, which itself connects to the external server 2 can produce.

Die Erfassungseinheit 3 kann in weiteren Ausführungsbeispielen alternativ oder zusätzlich auch weitere Sensoren umfassen, die insbesondere andere Detektionsprinzipien nutzen. Beispielsweise können Lidar-, Radar- oder Ultraschallsensoren, Kameras im Bereich des sichtbaren Lichts oder Infrarotkameras sowie Time-of-Flight- oder Stereo-Kameras vorgesehen sein.The registration unit 3 may alternatively or additionally include further sensors in other embodiments, in particular use other detection principles. For example, lidar, radar or ultrasonic sensors, cameras in the visible light or infrared cameras and time-of-flight or stereo cameras may be provided.

Der in dem Ausführungsbeispiel vorgesehene GPS-Sensor 3c ist nach an sich bekannter Weise gebildet und ermöglicht das Erfassen einer Position mittels eines Navigationssatellitensystems wie etwa des Global Positioning System (GPS). Alternativ oder zusätzlich können andere Positionierungssysteme verwendet werden, um eine Positionsbestimmung des Fahrzeugs 1 vorzunehmen.The provided in the embodiment GPS sensor 3c is formed in a manner known per se and enables the detection of a position by means of a navigation satellite system such as the Global Positioning System (GPS). Alternatively or additionally, other positioning systems may be used to determine the position of the vehicle 1 make.

Ferner ist in dem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass Daten von weiteren Sensoren des Fahrzeugs 1 erfasst werden. Dabei werden Daten erfasst, welche die Bewegung und Führung des Fahrzeugs 1 betreffen. Insbesondere werden die Geschwindigkeit und Beschleunigung erfasst sowie die Bewegungsrichtung und der Lenkeinschlag.Furthermore, it is provided in the exemplary embodiment that data from further sensors of the vehicle 1 be recorded. It collects data showing the movement and guidance of the vehicle 1 affect. In particular, the speed and acceleration are detected and the direction of movement and the steering angle.

Das Fahrerassistenzsystem 12 ist eine Einrichtung des Fahrzeugs 1, welche den Fahrer beim Führen des Fahrzeugs 1 unterstützt. Das Fahrerassistenzsystem 12 in dem Ausführungsbeispiel kann als reines Informationssystem agieren, welches den Fahrer unterstützt, es kann jedoch auch voll- oder teilautomatisch die Fortbewegung des Fahrzeugs 1 beeinflussen, wobei in Steuerungsfunktionen eingegriffen wird. The driver assistance system 12 is a device of the vehicle 1 which the driver while driving the vehicle 1 supported. The driver assistance system 12 in the embodiment can act as a pure information system which supports the driver, but it can also fully or partially automatically the locomotion of the vehicle 1 influence, in which control functions are intervened.

Ohne das Fahrerassistenzsystem beeinflusst der Fahrer direkt die Bewegung des Fahrzeugs 1. Es werden allenfalls Signale oder Bewegungen von vom Fahrer betätigten Bedienelementen, wie der Pedalerie, dem Schaltknüppel oder dem Lenkrad, an entsprechende Einrichtungen des Fahrzeugs 1 übertragen, welche die Fortbewegung des Fahrzeugs 1 beeinflussen. Eine derartige Fortbewegung des Fahrzeugs 1 entspricht dem geringsten Grad der Automatisierung. Bei einem höheren Grad der Automatisierung wird zum Teil automatisch in Einrichtungen eingegriffen, welche der Fortbewegung des Fahrzeugs 1 dienen. Beispielsweise wird in die Lenkung des Fahrzeugs oder die Beschleunigung in positiver oder negativer Richtung eingegriffen. Bei einem noch höheren Grad der Automatisierung wird soweit in Einrichtungen des Fahrzeugs eingegriffen, dass bestimmte Fortbewegungsarten des Fahrzeugs, zum Beispiel eine Geradeausfahrt, automatisch ausgeführt werden können. Beim höchsten Grad der Automatisierung kann eine vorgegebene Route im Wesentlichen automatisch gefahren werden.Without the driver assistance system, the driver directly influences the movement of the vehicle 1 , At most, signals or movements of driver-operated controls, such as the pedals, the gear lever or the steering wheel, to corresponding devices of the vehicle 1 transmit the movement of the vehicle 1 influence. Such locomotion of the vehicle 1 corresponds to the lowest level of automation. With a higher degree of automation is partly intervened automatically in facilities, which is the movement of the vehicle 1 serve. For example, the steering of the vehicle or the acceleration in the positive or negative direction is intervened. With an even higher degree of automation, intervention in facilities of the vehicle is so far that certain types of vehicle movement, for example straight-ahead driving, can be carried out automatically. At the highest level of automation, a given route can be driven essentially automatically.

Dabei wird zum Betrieb des in dem Ausführungsbeispiel vorgesehenen Fahrerassistenzsystems 12 eine möglichst genaue Kenntnis der Position des Fahrzeugs 1 vorausgesetzt. Insbesondere wird die Kenntnis einer genauen Position auf der Fahrbahn benötigt, um beispielsweise eine Führung des Fahrzeugs 1 in Querrichtung und/oder Längsrichtung zu erlauben und etwa eine bestimmte Fahrspur oder Trajektorie automatisiert befahren zu können.In this case, the operation of the proposed in the embodiment driver assistance system 12 the most accurate knowledge of the position of the vehicle 1 provided. In particular, the knowledge of a precise position on the roadway is needed, for example, a guide of the vehicle 1 to allow in the transverse direction and / or longitudinal direction and to be able to drive about a certain lane or trajectory automatically.

In 1B sind einige Elemente eines typischen Verkehrsumfeldes des Fahrzeugs 1 dargestellt. Die Zeichnungen sind selbstverständlich als prinzipielle Skizzen zu verstehen, bei denen den verwendeten Maßstäben und Größenverhältnissen keine Bedeutung zukommt.In 1B are some elements of a typical traffic environment of the vehicle 1 shown. Of course, the drawings are to be understood as schematic sketches in which the scales and size ratios used are of no significance.

Als Verkehrsumfeld wird dabei das räumliche Umfeld der Position des Fahrzeugs 1 verstanden, vor allem die für den Verkehr in diesem Umfeld relevanten Eigenschaften. Das Verkehrsumfeld kann daher beispielsweise andere Verkehrsteilnehmer in der Umgebung des Fahrzeugs 1 umfassen (in 1B wurden diese zur Vereinfachung nicht dargestellt), ferner können Fahrbahnmarkierungen und Verkehrszeichen, Infrastruktureinrichtungen und andere Merkmale umfasst sein, beispielsweise Bauwerke, Vegetation oder topographische Besonderheiten in dem Umfeld. Der räumliche Bereich wird dabei im Wesentlichen dadurch bestimmt, mit welcher Reichweite Daten im Umfeld erfasst werden können sowie in welchem Umfeld Landmarken zur Lokalisierung genutzt werden können.The traffic environment is the spatial environment of the position of the vehicle 1 especially the characteristics relevant to traffic in this environment. The traffic environment can therefore, for example, other road users in the vicinity of the vehicle 1 include (in 1B these have not been shown for the sake of simplicity), and lane markings and traffic signs, infrastructural facilities and other features may be included, such as structures, vegetation or topographical features in the environment. The spatial area is essentially determined by the range with which data in the environment can be recorded and in which environment landmarks can be used for localization.

Das Fahrzeug 1 befindet sich auf einer Fahrspur 18a einer Fahrbahn 18, die ferner eine weiter Fahrspur 18b umfasst. Zwischen den Fahrspuren 18a, 18b verläuft eine Leitlinie 16, die mehrere Teillinien umfasst und an die sich eine Fahrstreifenbegrenzung 15 in Form einer durchgezogenen Linie anschließt. Die Fahrbahn 18 ist ferner an den äußeren Rändern durch Fahrbahnbegrenzungen 14 begrenzt. Am Rand der Fahrbahn 18 sind ferner Leitpfosten 13 angeordnet.The vehicle 1 is on a lane 18a a roadway 18 , which also has a long lane 18b includes. Between the lanes 18a . 18b runs a guideline 16 which includes several sub-lines and to which there is a lane boundary 15 in the form of a solid line connects. The roadway 18 is also at the outer edges by lane boundaries 14 limited. At the edge of the road 18 are also guide posts 13 arranged.

Ferner ist ein Erfassungsbereich 17 der Erfassungseinheit 3 des Fahrzeugs 1 angedeutet. In dem Ausführungsbeispiel sind insbesondere der Laserscanner 3a und die Kamera 3b der Erfassungseinheit 3 des Fahrzeugs 1 so eingerichtet, dass sie in dem Erfassungsbereich 17 Daten über das Verkehrsumfeld des Fahrzeugs 1 erfassen. Dabei können verschiedene Sensoren der Erfassungseinheit 3 unterschiedliche Erfassungsbereiche aufweisen.Further, there is a detection area 17 the registration unit 3 of the vehicle 1 indicated. In the embodiment, in particular, the laser scanner 3a and the camera 3b the registration unit 3 of the vehicle 1 set up so that they are in the detection area 17 Data about the traffic environment of the vehicle 1 to capture. In this case, different sensors of the detection unit 3 have different detection ranges.

Mit Bezug zu 2 wird ein Ausführungsbeispiel einer landmarkenbasierten Lokalisierung erläutert. Dabei wird von dem mit Bezug zu den 1A und 1B erläuterten System ausgegangen.In reference to 2 an embodiment of a landmark-based localization is explained. It is of the reference to the 1A and 1B explained system gone out.

In einem ersten Schritt S1a bis S1n werden Datensätze durch eine Anzahl von n Sensoren der Erfassungseinheit 3 des Fahrzeugs 1 erfasst, also etwa durch den Laserscanner 3a und die Kamera 3b. Dabei ist in 2 jeweils ein separater Schritt S1a bis S1n für eine Anzahl von n Sensoren vorgesehen.In a first step S1a to S1n, data records are read by a number of n sensors of the detection unit 3 of the vehicle 1 recorded, so for example by the laser scanner 3a and the camera 3b , It is in 2 in each case a separate step S1a to S1n provided for a number of n sensors.

Die erfassten Daten werden in einem weiteren Schritt S2a bis S2n ausgewertet, wobei Landmarken detektiert und Landmarkenbeobachtungen erzeugt werden. Auch hierfür ist 2 jeweils ein separater Schritt S2a bis S2n für alle n Sensoren vorgesehen.The acquired data are evaluated in a further step S2a to S2n, where landmarks are detected and landmark observations are generated. Again, this is 2 in each case a separate step S2a to S2n provided for all n sensors.

Die „Landmarkenbeobachtungen” umfassen alle Informationen über eine bestimmte Sichtung einer bestimmten Landmarke innerhalb der im Schritt S1a bis S1n erfassten Daten. Den Landmarkenbeobachtungen sind jeweils Zeitpunkte zugeordnet, insbesondere ist dies der Zeitpunkt der Erfassung der entsprechenden Datensätze. Ferner umfassen die Landmarkenbeobachtungen Relativpositionen relativ zum Fahrzeug 1 sowie Parameter, welche den bei einer Sichtung detektierten Zustand der Landmarke charakterisieren, etwa die Ausdehnung der detektierten Landmarke. The "landmark observations" include all information about a particular sighting of a particular landmark within the data acquired in steps S1a-S1n. The landmark observations are each assigned time points, in particular this is the time of recording the corresponding data records. Further, the landmark observations include relative positions relative to the vehicle 1 as well as parameters which characterize the state of the landmark detected during a sighting, such as the extent of the detected landmark.

Der in den Schritten S1a bis S1n und S2a bis S2n ausgeführte Teil des Verfahren ist unten mit Bezug zu 3 näher erläutert.The part of the process performed in steps S1a to S1n and S2a to S2n is described below with reference to FIG 3 explained in more detail.

In einem weiteren Schritt S3 wird ein Tracking und eine Fusion der zuvor erfassten Daten durchgeführt. Dabei werden Daten eines konsistenten Umfeldmodells erzeugt, das heißt, die Informationen über das Verkehrsumfeld des Fahrzeugs 1 werden so zusammengeführt, dass die für eine landmarkenbasierte Lokalisierung relevanten Daten verfügbar sind. Insbesondere umfasst das Umfeldmodell Daten der Landmarkenbeobachtungen, etwa Daten über Landmarken im Verkehrsumfeld sowie die Positionen der Landmarken.In a further step S3, a tracking and a fusion of the previously acquired data is performed. This data is generated from a consistent environment model, that is, the information about the traffic environment of the vehicle 1 are merged so that the data relevant to landmark based localization is available. In particular, the environment model includes data from the landmark observations, such as data about landmarks in the traffic environment and the positions of the landmarks.

Die in Schritt S3 ausgeführte Erzeugung eines konsistenten Umfeldmodells ist unten mit Bezug zu 4 näher erläutert.The generation of a consistent environment model executed in step S3 is described below with reference to FIG 4 explained in more detail.

In einem Schritt S4 wird eine Schätzposition des Fahrzeugs 1 erfasst. Dies wird im Ausführungsbeispiel mittels des GPS-Sensors 3c der Erfassungseinheit 3 ausgeführt, wobei in weiteren Ausführungsbeispielen alternativ oder zusätzlich andere Verfahren zur Bestimmung der Schätzposition verwendet werden können. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Genauigkeit, mit der die Schätzposition des Fahrzeugs 1 bestimmt werden kann, für den Betrieb des Fahrerassistenzsystems 12 nicht ausreicht. Beispielsweise kann die Schätzposition bis auf 1 m genau bestimmt werden, wohingegen eine Führung des Fahrzeugs 1 entlang einer Trajektorie eine deutlich höhere Genauigkeit erfordert.In a step S4, an estimated position of the vehicle 1 detected. This is in the embodiment by means of the GPS sensor 3c the registration unit 3 executed, in other embodiments, alternatively or additionally, other methods for determining the estimated position can be used. It is assumed that the accuracy with which the estimated position of the vehicle 1 can be determined for the operation of the driver assistance system 12 not enough. For example, the estimated position can be determined to within 1 m, whereas a guidance of the vehicle 1 along a trajectory requires a much higher accuracy.

Die Schätzposition wird bei dem Ausführungsbeispiel in einem Schritt S6 mittels der Schnittstelle 5 an den externen Server 2 übertragen und dieser stellt im Sinne eines „elektronischen Horizonts” Referenzkartendaten bereit und überträgt sie an das Fahrzeug 1. Der Schritt S6 erfolgt insbesondere im Rahmen eines Abrufs der Referenzkartendaten von dem externen Server 3. Die Referenzkartendaten umfassen Daten zu Landmarken in dem Verkehrsumfeld des Fahrzeugs 1. Mithilfe der Schätzposition kann bestimmt werden, welche für das Verkehrsumfeld des Fahrzeug 1 relevanten Daten die Referenzkartendaten umfassen sollen.The estimation position is in the embodiment in a step S6 by means of the interface 5 to the external server 2 and this provides in the sense of an "electronic horizon" reference card data and transmits it to the vehicle 1 , The step S6 is carried out in particular in the context of a retrieval of the reference card data from the external server 3 , The reference map data includes landmark data in the traffic environment of the vehicle 1 , The estimation position can be used to determine which for the traffic environment of the vehicle 1 relevant data should include the reference card data.

Insbesondere sind die Referenzkartendaten und die Daten des Umfeldmodells so strukturiert, dass sie miteinander verglichen werden können, etwa indem Positionen von Landmarken in den jeweiligen Daten miteinander abgeglichen werden können.In particular, the reference map data and the environment model data are structured such that they can be compared with one another, for example, in that positions of landmarks in the respective data can be compared with one another.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist vorgesehen, dass die Referenzkartendaten alternativ oder zusätzlich von einer Speichereinheit des Fahrzeugs 1 abgerufen werden. In diesem Fall ist eine datentechnische Verbindung zu dem externen Server 2 nicht erforderlich und das Verfahren kann zum Beispiel unter den Bedingungen einer lückenhaften Netzwerkanbindung betrieben werden.In further embodiments, it is provided that the reference map data alternatively or additionally from a memory unit of the vehicle 1 be retrieved. In this case, there is a data connection to the external server 2 not required and the method may be operated, for example, under the conditions of incomplete network connection.

In einem weiteren Schritt S5 wird eine Eigenbewegungsschätzung durchgeführt. Dabei werden insbesondere Daten von Fahrzeugsensoren verwendet, etwa für die Geschwindigkeit, Beschleunigung, Neigung, Richtung, Lenkeinschlag und weitere für die Bewegung des Fahrzeug 1 relevante Daten. Anhand dieser Daten kann bestimmt werden, wie sich das Fahrzeug 1 bewegt, wobei insbesondere mit höherer Genauigkeit bestimmt wird, an welcher Position sich das Fahrzeug 1 zu dem Zeitpunkt befindet, in dem ein Datensatz mittels der Erfassungseinheit 3 erfasst wird. Insbesondere kann damit die Änderung der Position des Fahrzeugs 1 seit dem letzten Erfassen einer Schätzposition bestimmt werden.In a further step S5 a self-motion estimation is performed. In particular, data from vehicle sensors are used, such as the speed, acceleration, inclination, direction, steering angle and more for the movement of the vehicle 1 relevant data. Based on this data can be determined how the vehicle 1 moves, in particular, is determined with higher accuracy, at which position the vehicle 1 located at the time in which a record using the detection unit 3 is detected. In particular, this can change the position of the vehicle 1 since the last detection of an estimation position.

Die in den Schritten S4 und S5 bestimmte Schätzposition und Eigenbewegungsschätzung werden neben den Daten der Landmarkenbeobachtungen für die Erstellung des konsistenten Umfeldbildes durch Tracking und Fusion in Schritt S3 berücksichtigt.The estimated position and self-motion estimation determined in steps S4 and S5 are taken into account in addition to the data of the landmark observations for the creation of the consistent environment image by tracking and fusion in step S3.

Anhand des Umfeldbilds und der Referenzkartendaten wird in einem Schritt S7 eine partikelfilterbasierte Lokalisierung vorgenommen. Dabei werden anhand der Daten des Umfeldmodells und der Referenzkartendaten statistisch Hypothesen für die Position bestimmt, wobei die Hypothesen als „Partikel” repräsentiert werden. Es werden mittels eines Gewichtungsverfahrens anhand der Referenzkartendaten Wahrscheinlichkeiten der Hypothesen bestimmt es wird die wahrscheinlichste Position bestimmt.Based on the environment image and the reference map data, a particle filter-based localization is performed in a step S7. Statistical hypotheses for the position are determined on the basis of the data of the environment model and the reference map data, whereby the hypotheses are represented as "particles". By means of a weighting method, probabilities of the hypotheses are determined on the basis of the reference map data; the most probable position is determined.

Weitere Einzelheiten zu dem in Schritt S7 verwendeten Verfahren sind unten mit Bezug zu 5 näher erläutert. Further details of the method used in step S7 are given below with reference to 5 explained in more detail.

In einem weiteren Schritt S8 erfolgt eine Ausgabe der Position, wobei in dem Ausführungsbeispiel die bestimmte Position mittels der Ausgabeeinheit 11 an das Fahrerassistenzsystem 12 übertragen wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Position in diesem Schritt an verschiedene Einheiten des Fahrzeugs oder fahrzeugexterne Einheiten übertragen werden.In a further step S8, an output of the position, wherein in the embodiment, the specific position by means of the output unit 11 to the driver assistance system 12 is transmitted. Alternatively or additionally, the position in this step can be transmitted to different units of the vehicle or vehicle-external units.

Mit Bezug zu 3 wird ein Ausführungsbeispiel einer Erfassung von Landmarken erläutert. Dabei wird von dem mit Bezug zu den 1A und 1B erläuterten System ausgegangen. Insbesondere können die nachfolgend beschriebenen Schritte als Teil der oben mit Bezug zu 2 erläuterten landmarkenbasierten Lokalisierung verstanden werden. Das hier für einen Sensor erläuterte Verfahren kann insbesondere auf die durch die Sensoren des Systems erfassten Daten jeweils angewandt werden.In reference to 3 an embodiment of a detection of landmarks will be explained. It is of the reference to the 1A and 1B explained system gone out. In particular, the steps described below may be considered as part of the above with reference to 2 explained landmark-based localization. The method explained here for a sensor can be applied in particular to the data detected by the sensors of the system.

In einem ersten Schritt S1a werden durch einen der Sensoren der Erfassungseinheit 3 des Fahrzeugs 1 Datensätze erfasst. Insbesondere wird hier der Sonderfall betrachtet, dass Daten durch den Laserscanner 3a erfasst werden, das Verfahren ist aber mit entsprechenden Modifikationen auf andere Sensoren übertragbar.In a first step S1a, one of the sensors of the detection unit 3 of the vehicle 1 Recorded records. In particular, the special case is considered that data through the laser scanner 3a but the method can be applied to other sensors with appropriate modifications.

Die erfassten Datensätze umfassen Datenpunkte, wobei die einzelnen Datensätze jeweils die Datenpunkte umfasst, die bei einer Periode des Schwenkens des Laserstrahls des Laserscanners 3a erfasst werden. Insbesondere wird für jeden Datenpunkt ein Entfernungswert erfasst sowie Daten zur Reflexion der Oberfläche, von welcher der Laserstrahl zurückgeworfen wird. Die Erfassung der Daten erfolgt dabei periodisch durch regelmäßiges Schwenken des Laserstrahls über einen bestimmten Winkelbereich.The acquired data sets comprise data points, wherein the individual data sets each comprise the data points that occur during a period of pivoting of the laser beam of the laser scanner 3a be recorded. In particular, a distance value is acquired for each data point, as well as data for reflection of the surface from which the laser beam is reflected. The acquisition of the data takes place periodically by regularly pivoting the laser beam over a certain angular range.

Optional kann in diesem ersten Schritt eine Filterung vorgenommen werden. Insbesondere kann ein geeigneter Laserscanner 3a bereits eine integrierte Klassifizierung der Datenpunkte bereitstellen, die etwa Informationen darüber umfasst, ob bei einem Datenpunkt ein Oberflächenpunkt auf der Fahrbahn 18 detektiert wurde.Optionally, filtering can be performed in this first step. In particular, a suitable laser scanner 3a Already provide an integrated classification of the data points that includes information about whether a surface point on the roadway is at a data point 18 was detected.

Beispielsweise können alle anderen Datenpunkt außer denen auf der Fahrbahn vernachlässig werden, wenn Fahrbahnmarkierungen als Landmarken erfasst werden sollen.For example, all other data points other than those on the road can be neglected if lane markers are to be detected as landmarks.

In einem weiteren Schritt S21a wird eine Akkumulation durchgeführt. In einem Sonderfall können dabei die Datenpunkte eines einzelnen Datensatzes, hier also eines Scans des Laserscanners 3a, bereits eine ausreichende Datenbasis bilden, sodass eine Akkumulation der Datenpunkte eines Datensatzes vorgenommen wird. In anderen Fällen können die Datenpunkte mehrerer erfasster Datensätze akkumuliert werden. Die akkumulierten Daten bilden die Ausgangsdaten, anhand derer anschließend die weitere Verarbeitung durchgeführt wird.In a further step S21a an accumulation is carried out. In a special case, the data points of a single data set, in this case a scan of the laser scanner, can be used 3a , already form a sufficient database, so that an accumulation of the data points of a data set is made. In other cases, the data points of multiple collected records may be accumulated. The accumulated data form the output data, on the basis of which further processing is then carried out.

Dabei können die Datenpunkte insbesondere in einem Ringspeicher abgelegt werden, bei dem stets die neu erfassten Datenpunkte gespeichert werden, während gleichzeitig die älteren Datenpunkte gelöscht werden. Das heißt, es werden stets die aktuellsten Daten eines bestimmten Zeitraums oder eines bestimmten Datenvolumens bereitgestellt.In particular, the data points can be stored in a ring memory, in which the newly acquired data points are always stored, while at the same time the older data points are deleted. This means that the most up-to-date data for a particular period or a specific volume of data is always made available.

In einem weiteren Schritt S22a wird eine Segmentierung anhand der Ausgangsdaten vorgenommen. Dabei werden solche Datenpunkte jeweils einem Segment zugeordnet, die zusammengehörig erscheinen. Insbesondere kann dafür ein Euclidean Cluster Extraction Algorithm verwendet werden, bei dem solche Punkte einem gemeinsamen Segment zugeordnet werden, die weniger als einen bestimmten Maximalabstand zueinander aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können andere Verfahren zur Segmentierung verwendet werden.In a further step S22a, a segmentation is carried out on the basis of the output data. In this case, such data points are each assigned to a segment that appears to belong together. In particular, an Euclidean Cluster Extraction Algorithm can be used for this, in which such points are assigned to a common segment, which have less than a certain maximum distance from each other. Alternatively or additionally, other methods of segmentation may be used.

In einem anschließenden Schritt S23a werden die Segmente mittels einer Hauptkomponentenanalyse (Principal Component Analysis, PCA) analysiert und es wird für jedes der Segmente eine Näherungsellipse bestimmt. Dabei werden Landmarkenparameter für jedes der Segmente bestimmt, die insbesondere die bestimmte Näherungsellipse eindeutig definieren. Insbesondere umfassen die Landmarkenparameter einen Richtungsparameter, einen Längenparameter, einen Breitenparameter sowie eine Start- und eine Endposition. Ferner können die Varianzen für die jeweiligen Werte bestimmt werden. Dabei können die Landmarkenparameter anhand der PCA insbesondere in einem Schritt bestimmt werden.In a subsequent step S23a, the segments are analyzed by means of a principal component analysis (PCA) and an approximate ellipse is determined for each of the segments. Landmark parameters are determined for each of the segments, which uniquely define the particular approximate ellipse in particular. In particular, the landmark parameters include a direction parameter, a length parameter, a width parameter, and a start and an end position. Furthermore, the variances for the respective values can be determined. In this case, the landmark parameters can be determined on the basis of the PCA, in particular in one step.

In einem Schritt S24a wird eine Klassifizierung der Segmente anhand der bestimmten Landmarkenparameter vorgenommen. Dabei sind insbesondere drei Klassen vorgesehen, nämlich punktbasierte, linienbasierte und polylinienbasierte Landmarken. Punktbasierte Landmarken sind durch eine bestimmte Ausdehnung und eine Position charakterisiert.In a step S24a, a classification of the segments is made on the basis of the determined landmark parameters. In particular, three classes are provided, namely point-based, line-based and polyline-based landmarks. Point-based landmarks are characterized by a certain extent and position.

Linienbasierte Landmarken weisen eine Start- und eine Endposition auf, während polylinienbasierte Landmarken zusätzliche Zwischenpositionen aufweisen.Line-based landmarks have a starting and ending position, while polylinear-based landmarks have additional intermediate positions.

Beispielsweise können durchgehende Linien als polylinienbasierte Landmarken erkannt werden, da für sie weder eine klarer Start- noch ein klarer Endpunkt detektiert wird. Insbesondere können solche Linien als durchgehende Linien charakterisiert werden, die sich über den Erfassungsbereich 17 der Erfassungseinheit 2 hinaus erstrecken und nicht vollständig von den Datenpunkten erfasst sind.For example, solid lines can be recognized as polyline-based landmarks because neither a clear start point nor a clear end point is detected for them. In particular, such lines can be characterized as solid lines extending across the detection area 17 the registration unit 2 out and are not completely covered by the data points.

Für die Landmarkenparameter sind insbesondere Positionen definiert. Das heißt, für eine mittels PCA bestimmten Näherungsellipse ist zumindest eine Position bestimmt, die zunächst relativ zu der Erfassungseinheit 3 beziehungsweise zum Fahrzeug 1 angegeben wird.In particular, positions are defined for the landmark parameters. That is, for an approximate ellipse determined by PCA, at least one position is determined that is initially relative to the detection unit 3 or to the vehicle 1 is specified.

Anhand der bestimmten Landmarkenparameter kann eine Filterung vorgenommen werden, die insbesondere eine Plausibilitätsprüfung umfasst. Dabei wird etwa geprüft, ob die Länge und Breite von detektierten linienbasierten Landmarken im Einklang mit gesetzlichen Vorschriften zu den Abmessungen von so geformten Fahrbahnmarkierungen steht. Insbesondere sind den Landmarkenbeobachtungen jeweils Elemente einer Straßeninfrastruktur zugeordnet, also etwa Teile oder ganze Elemente der in 1B dargestellten Leitlinie 16, der Fahrbahnbegrenzung 14, der Fahrstreifenbegrenzung oder der Leitpfosten 13.On the basis of the specific landmark parameters, a filtering can be carried out, which in particular includes a plausibility check. For example, it checks whether the length and width of detected line-based landmarks complies with legal requirements for the dimensions of road markings so formed. In particular, the landmark observations are each assigned elements of a road infrastructure, that is, parts or whole elements of the in 1B presented guideline 16 , the road limit 14 , the lane boundary or the delineator 13 ,

Ferner kann anhand bestimmter Varianzen bestimmt werden, ob eine Landmarke, etwa eine Fahrbahnmarkierung, mit ausreichender Sicherheit detektiert wurde. Es können weitere Filterschritte angewandt werden, um schlecht oder falsch erkannte Landmarken auszuschließen.Furthermore, it can be determined on the basis of certain variances whether a landmark, for example a lane marking, has been detected with sufficient certainty. Additional filtering steps may be used to eliminate badly or misidentified landmarks.

In einem Schritt S25a werden schließlich Landmarkenbeobachtungen erzeugt, das heißt, die zu den erfassten Datenpunkten bestimmten Informationen werden so zusammengefasst, dass sie alle für die weitere Verarbeitung relevanten Daten für eine landmarkenbasierte Lokalisierung umfassen. Die einzelnen Landmarkenbeobachtungen sind dabei jeweils einer Landmarke zugeordnet, das heißt, eine Landmarkenbeobachtung umfasst Daten, die bei einer Sichtung der Landmarke bestimmt wurden und die daher den detektierten Zustand einer Landmarke zum Zeitpunkt der Erfassung zugeordnet werden können.Finally, in a step S25a, landmark observations are generated, that is, the information determined for the acquired data points is summarized in such a way that they include all data relevant for further processing for a landmark-based localization. The individual landmark observations are each assigned to a landmark, that is, a landmark observation comprises data that were determined during a sighting of the landmark and therefore can be assigned to the detected state of a landmark at the time of detection.

Die erzeugten Landmarkenbeobachtungen geben insbesondere einen Zustandsvektor einer Landmarke an, wobei die Daten dafür sich je nach dem Typ der Landmarke unterscheiden: Der Zustandsvektor sPO einer punktbasierten Landmarkenbeobachtung wird angegeben als

Figure DE102016214028A1_0003
der Zustandsvektor sDL einer linienbasierten Landmarkenbeobachtung als
Figure DE102016214028A1_0004
der Zustandsvektor sPL einer polylinienbasierten Landmarkenbeobachtung als
Figure DE102016214028A1_0005
The generated landmark observations indicate, in particular, a state vector of a landmark, the data for which differ depending on the type of landmark: The state vector s PO of a landmark based landmark observation is specified as
Figure DE102016214028A1_0003
the state vector s DL of a line-based landmark observation as
Figure DE102016214028A1_0004
the state vector s PL of a polyline-based landmark observation as
Figure DE102016214028A1_0005

Dabei bezeichnen p vrf / n Koordinaten im Fahrzeugkoordinatensystem und p wgs / n Koordinaten im globalen Koordinatensystem, wobei jeder Punkt als Tripel p = (x, y, z) angegeben wird. Ferner werden Unsicherheiten

Figure DE102016214028A1_0006
angegeben. Der Zeitpunkt der Wahrnehmung ist im Feld „Zeitstempel” angegeben, ebenso die Identifikation des Sensors als „SensorID” und die Identifikation der Landmarkenbeobachtung als „ID”. Das Feld „Belief” wird bei der weiteren Verarbeitung der Landmarkenbeobachtungen für statistische Einträge einer Wahrscheinlichkeit benötigt. Die Charakterisierung der erfassten Landmarken wird durch die Felder „Durchmesser”, „Höhe”, „Länge” und „Breite” angegeben.Designate p vrf / n Coordinates in the vehicle coordinate system and p wgs / n Coordinates in the global coordinate system, where each point is given as a triple p = (x, y, z). Furthermore, uncertainties
Figure DE102016214028A1_0006
specified. The time of the perception is indicated in the field "Timestamp", as well as the identification of the sensor as "Sensor ID " and the identification of the landmark observation as "ID". The field "Belief" is needed in the further processing of the landmark observations for statistical entries of a probability. The characterization of the detected landmarks is indicated by the fields "diameter", "height", "length" and "width".

Alternativ oder zusätzlich können die Zustandsvektoren andere Elemente umfassen, beispielsweise eine Fläche oder einen Reflexionsgrad.Alternatively or additionally, the state vectors may comprise other elements, for example an area or a reflectance.

Die im Schritt S25a erzeugten Landmarkenbeobachtungen können ausgegeben und an ein Modul oder eine Einheit zur Weiterverarbeitung übertragen werden. Insbesondere kann damit der mit Bezug zu 2 beschriebene Schritt S3 durchgeführt werden. Dabei können ferner Landmarkenbeobachtungen der n Sensoren zusammengefasst werden, etwa in einer bestimmten Datenstruktur, wobei insbesondere die oben beschriebenen Zustandsvektoren verwendet werden können.The landmark observations generated in step S25a may be output and transmitted to a module or unit for further processing. In particular, so that with respect to 2 described step S3 are performed. In addition, landmark observations of the n sensors can be combined, for example in a specific data structure, wherein in particular the state vectors described above can be used.

Mit Bezug zu den 4A und 4B wird eine Erzeugung eines konsistenten Umfeldmodells erläutert. Dabei wird von dem mit Bezug zu den 1A und 1B erläuterten System ausgegangen. Insbesondere können die nachfolgend beschriebenen Schritte als Teil der oben mit Bezug zu 2 erläuterten landmarkenbasierten Lokalisierung verstanden werden. Bei der landmarkenbasierten Lokalisierung wird insbesondere in einer ersten Schicht eine seonsor- und landmarkenspezifische Vorverarbeitung der Rohdaten durchgeführt und in einer zweiten Schicht wird mittels eines Tracking- und Fusionsverfahrens ein konsistentes Umfeldmodell aufgebaut. In einer dritten Schicht wird schließlich anhand des Umfeldmodells eine Karte aufgebaut.Related to the 4A and 4B a generation of a consistent environment model is explained. It is of the reference to the 1A and 1B explained system gone out. In particular, the steps described below may be considered as part of the above with reference to 2 explained landmark-based localization. In the landmark-based localization, a seonsor- and landmark-specific preprocessing of the raw data is carried out in particular in a first layer, and in a second layer a consistent environmental model is built up by means of a tracking and fusion method. Finally, in a third layer, a map is constructed based on the environment model.

Die beschriebenen Verfahrensschritte können insbesondere in einem Tracking- und Fusionsmodul zusammengefasst werden, wobei dies insbesondere durch die Trackingeinheit 10 ausgeführt wird. Dabei werden die erfassten Landmarkenbeobachtungen zu einem konsistenten Landmarkenumfeldmodell, im Folgenden als „Umfeldmodell” bezeichnet, fusioniert und stabilisiert. Die dabei zu lösenden Probleme beziehen sich insbesondere darauf, dass die Datensätze zu verschiedenen Zeitpunkten und daher während einer Bewegung des Fahrzeugs 1 auch an verschiedenen Positionen erfasst werden. Zudem sollen Fehldetektionen erkannt und entfernt werden.The described method steps can be summarized in particular in a tracking and fusion module, this being done in particular by the tracking unit 10 is performed. The recorded landmark observations are merged and stabilized into a consistent landmark environment model, referred to below as the "environmental model". The problems to be solved relate in particular to the fact that the data sets at different times and therefore during a movement of the vehicle 1 can also be recorded at different positions. In addition, misdetections should be detected and removed.

Zunächst werden Landmarkenbeobachtungen empfangen, die jeweils bestimmten Zeitpunkten und Relativpositionen relativ zum Fahrzeug 1 zugeordnet sind. Dies erfolgt insbesondere anhand des oben mit Bezug zu 3 beschriebenen Verfahrens. Dieser vorbereitende Schritt beschreibt eine sensorbasierte Schicht des Verfahrens. First, landmark observations are received, each at specific times and relative positions relative to the vehicle 1 assigned. This is done in particular with reference to the above 3 described method. This preparatory step describes a sensor-based layer of the process.

Anhand der Schätzposition (siehe 2, Schritt S4) und der Eigenbewegungsschätzung (siehe 2, Schritt S5) werden den Landmarkenbeobachtungen geschätzte absolute Positionen zugeordnet. Es kann also während der fortlaufenden Bewegung des Fahrzeugs 1 ein Koordinatensystem nachgeführt werden und das Relativkoordinatensystem des Fahrzeugs 1 kann durch Transformation in ein globales Koordinatensystem überführt werden.Based on the estimation position (see 2 , Step S4) and the self-motion estimation (see 2 , Step S5) are assigned to the landmark observations estimated absolute positions. So it can be during the continuous movement of the vehicle 1 a coordinate system tracked and the relative coordinate system of the vehicle 1 can be transformed into a global coordinate system by transformation.

In einem ersten Schritt S31 wird eine zeitliche Synchronisierung durchgeführt. Diese ist in 4B im Detail gezeigt. Parallel zu einer Zeitachse (t) sind Achsen für jeden Sensor 3a, 3b, 3n der Erfassungseinheit 3 dargestellt. Ferner ist eine Achse (T) für die sogenannten Tracks dargestellt, zu denen die Landmarkenbeobachtungen zu bestimmten Zeitpunkten zusammengeführt werden. Ein Track repräsentiert dabei die zu einer realen Landmarke erfassten, fusionierten und synchronisierten Daten.In a first step S31, a temporal synchronization is performed. This is in 4B shown in detail. Parallel to a time axis (t) are axes for each sensor 3a . 3b . 3n the registration unit 3 shown. Furthermore, an axis (T) for the so-called tracks is shown, to which the landmark observations are merged at specific times. A track represents the data collected, merged and synchronized to a real landmark.

Zu bestimmten Zeitpunkten ut, die als gestrichelte Linien dargestellt sind, werden Daten über die Eigenbewegung des Fahrzeugs 1 empfangen. Dabei werden jeweils Mengen von Landmarkenbeobachtungen B n / t bereitgestellt, die insbesondere als ein Datenobjekt von einem der n Sensoren ausgegeben werden. Die Landmarkenbeobachtungen B n / t sind hier als fette senkrechte Linien dargestellt. Die Landmarkenbeobachtungen B n / t werden nicht synchron mit einander und mit den Daten zur Eigenbewegung des Fahrzeugs erfasst, sodass die Bewegung während der Zeitdifferenz zwischen zwei Zeitpunkten ausgeglichen werden muss, um die Daten vergleichen zu können. Dies ist durch waagrechte gestrichelte Pfeile dargestellt. Die Landmarkenbeobachtungen B n / t werden so lange gepuffert, bis Daten für einen neuen Bewegungsschritt vorliegen. Dann werden die Landmarkenbeobachtungen B n / t für jeden Sensor 3a, 3b, 3n für die Zeitpunkte ut synchronisiert. Durch geschwungene Pfeile nach unten wird verdeutlicht, dass diese synchronisierten Daten zu Tracks Tt fusioniert werden. Die so erzeugten Tracks werden mit jedem Bewegungsschritt nachverfolgt. Damit liegen also die Landmarkenbeobachtungen der B n / t-1 und Tt-1 im Koordinatensystem zum Zeitpunkt t des Bewegungszustandes ut vor.At certain times u t , which are shown as dashed lines, data about the self-motion of the vehicle 1 receive. In each case amounts of landmark observations B n / t in particular, which are output as a data object from one of the n sensors. The landmark observations B n / t are shown here as bold vertical lines. The landmark observations B n / t are not detected synchronously with each other and with the vehicle's intrinsic motion data, so the movement must be balanced during the time difference between two times to compare the data. This is indicated by horizontal dashed arrows. The landmark observations B n / t are buffered until data is available for a new move step. Then the landmarks observations B n / t for every sensor 3a . 3b . 3n synchronized for the times u t . Curved arrows pointing downwards make it clear that these synchronized data are merged into tracks T t . Tracks created in this way are tracked with each movement step. So that is the landmark observations of Bn / t-1 and T t-1 in the coordinate system at time t of the moving state u t .

In einem weiteren Schritt S32 werden Abstandsberechnungen für Landmarkenbeobachtungen und Landmarken der Tracks vorgenommen, um korrespondierende Landmarkenbeobachtungen der B n / t den Tracks Tt zuzuordnen. Dabei können zunächst punkt-, linien- und polylinienbasierte Landmarken gruppiert werden, da nur sie untereinander korrespondieren können.In a further step S32, distance calculations for landmark observations and landmarks of the tracks are made in order to obtain corresponding landmark observations of the landmarks B n / t to assign to the tracks T t . At first, point, line and polyline-based landmarks can be grouped, since only they can correspond with each other.

Mittels an sich bekannter Verfahren wird ein Gating ausgeführt, wobei nur Landmarkenbeobachtungen B n / t in einem bestimmten Umfeld der jeweiligen Tracks Tt für die Assoziierung infrage kommen.By means of known methods, a gating is performed, with only landmark observations B n / t in a given environment of the respective tracks T t are eligible for association.

Es wird nun bestimmt, ob eine Landmarkenbeobachtung B n / t einem bestimmten Track Tt zuzuordnen ist. Dies wird anhand der räumlichen Nähe zwischen beiden Punkten bestimmt. Um die Abstände zu berechnen, werden in dem Ausführungsbeispiel die folgenden Verfahren herangezogen:
Für punktbasierte Landmarken wird der Zustandsvektor sPO einer punktbasierten Landmarke betrachtet, bei dem die Position zur Zeit t als Punkt p = (x, y, z) im Fahrzeug-Koordinatensystem vrf angegeben wird. Es soll nun eine Distanzfunktion dPO zwischen einem Punkt

Figure DE102016214028A1_0007
einer Landmarkenbeobachtung
Figure DE102016214028A1_0008
und einem Punkt
Figure DE102016214028A1_0009
eines Tracks
Figure DE102016214028A1_0010
berechnet werden. Dabei ist ein Vektor zwischen
Figure DE102016214028A1_0011
und
Figure DE102016214028A1_0012
gegeben als
Figure DE102016214028A1_0013
Es wird eine Berechnung der Mahalanobisdistanz durchgeführt anhand der Gleichung
Figure DE102016214028A1_0014
wobei S–1 die inverse Kovarianzmatrix der Track-Landmarke
Figure DE102016214028A1_0015
bezeichnet.It is now determined whether a landmark observation B n / t Assign a specific track T t is. This is determined by the spatial proximity between the two points. In order to calculate the distances, the following methods are used in the exemplary embodiment:
For point-based landmarks, the state vector s PO of a point-based landmark is considered, in which the position at time t is given as point p = (x, y, z) in the vehicle coordinate system vrf. We now want a distance function d PO between a point
Figure DE102016214028A1_0007
a landmark observation
Figure DE102016214028A1_0008
and one point
Figure DE102016214028A1_0009
of a track
Figure DE102016214028A1_0010
be calculated. There is a vector between
Figure DE102016214028A1_0011
and
Figure DE102016214028A1_0012
given as
Figure DE102016214028A1_0013
A Mahalanobis distance calculation is performed using the equation
Figure DE102016214028A1_0014
where S -1 is the inverse covariance matrix of the track landmark
Figure DE102016214028A1_0015
designated.

Bei linienbasierten Landmarken umfassen die Landmarkenbeobachtungen Start- und Endpunkte. Die Bestimmung eines geometrischen Abstands ist mit typischen Methoden nicht so eindeutig möglich, da beispielsweise unter Vertauschung von Start- und Endpositionen deutlich andere Ergebnisse zu erwarten sind. Aus diesem Grund wird hier die Abstandsmetrik nach der Malahanobisgleichung modifiziert.For line-based landmarks, the landmark observations include start and end points. The determination of a geometric distance is not so clearly possible with typical methods, since clearly different results can be expected, for example, by interchanging the start and end positions. For this reason, the distance metric is modified according to the Malahanobis equation.

Betrachtet werden eine Landmarkenbeobachtung

Figure DE102016214028A1_0016
mit Startpunkt
Figure DE102016214028A1_0017
und Endpunkt
Figure DE102016214028A1_0018
sowie eine Landmarke eines Tracks
Figure DE102016214028A1_0019
mit Startpunkt
Figure DE102016214028A1_0020
und Endpunkt
Figure DE102016214028A1_0021
Es können nun Distanzen zwischen Start- und Endpunkten von
Figure DE102016214028A1_0022
und
Figure DE102016214028A1_0023
berechnet werden, wobei sich vier Kombinationsmöglichkeiten (Abstandsmessungen Startposition 1 – Startposition 2; Endposition 1 – Startposition 2; Startposition 1 – Endposition 2; Endposition 1 – Endposition 2) ergeben:
Figure DE102016214028A1_0024
wobei mit S–1 wieder die inverse Kovarianzmatrix der Track-Landmarke t sDL / o bezeichnet wird.Considered are a landmark observation
Figure DE102016214028A1_0016
with starting point
Figure DE102016214028A1_0017
and endpoint
Figure DE102016214028A1_0018
as well as a landmark of a track
Figure DE102016214028A1_0019
with starting point
Figure DE102016214028A1_0020
and endpoint
Figure DE102016214028A1_0021
Now distances between start and end points of
Figure DE102016214028A1_0022
and
Figure DE102016214028A1_0023
four possible combinations (distance measurements start position 1 - start position 2; end position 1 - start position 2; start position 1 - end position 2; end position 1 - end position 2) result:
Figure DE102016214028A1_0024
where S -1 again the inverse covariance matrix of the track landmark t sdl / o referred to as.

In der Folge können Werte für ein quadratisches Mittel (QM) berechnet werden gemäß der Formel:

Figure DE102016214028A1_0025
As a result, values for a quadratic mean (QM) can be calculated according to the formula:
Figure DE102016214028A1_0025

Abschließend kann die Distanzfunktion dDL berechnet werden nach:

Figure DE102016214028A1_0026
Finally, the distance function d DL can be calculated according to:
Figure DE102016214028A1_0026

Alternativ oder zusätzlich können weitere Verfahren zum Bestimmen der Abstandsmetrik verwendet werden.Alternatively or additionally, further methods for determining the distance metric may be used.

Eine weitere Abstandsmetrik ist für polylinienbasierte Landmarken, das heißt Linienzüge, definiert. Dabei werden neben den Start- und Endpositionen ferner Zwischenpunkte berücksichtigt, um ein Abstandsmaß zu bestimmen. Insbesondere wird eine Flächezwischen den Linienzügen bestimmt.Another distance metric is defined for polyline-based landmarks, that is, polylines. In addition to the start and end positions, further intermediate points are taken into account in order to determine a distance measure. In particular, an area between the lines is determined.

Es wird eine Landmarkenbeobachtung

Figure DE102016214028A1_0027
betrachtet, deren Verlauf als zusammenhängende Punkteliste (p1, p2, ..., pi) modelliert wird, und eine Landmarkenbeobachtung
Figure DE102016214028A1_0028
mit der zusammenhängenden Punkteliste (p1, p2, ..., pq). Um die zwischen den Polylinien eingeschlossene Fläche zu bestimmen, wird zunächst eine Projektion der Linienzüge aufeinander durchgeführt und die Linienzüge werden so abgeschnitten, dass nur diejenigen Abschnitte der Linienzüge weiter verarbeitet werden, die jeweils einem Abschnitt eines anderen Linienzugs gegenüberliegen.It becomes a landmark observation
Figure DE102016214028A1_0027
whose history is modeled as a contiguous point list (p 1 , p 2 , ..., p i ) and a landmark observation
Figure DE102016214028A1_0028
with the contiguous point list (p 1 , p 2 , ..., p q ). In order to determine the area enclosed between the polylines, first a projection of the lines is performed on each other and the lines are cut so that only those sections of the lines that are opposite to a section of another line are further processed.

Dazu können die Punkte entlang der beiden Linienzüge bestimmt werden, bei denen eine lotrechte Verbindung zu einem Endpunkt des jeweils anderen Linienzugs bestimmt werden kann. An diesen Stellen wird das Abschneiden durchgeführt. Dadurch wird beispielweise vermieden, dass Längenunterschiede der Linienzüge zu einer Überschätzung oder Unterschätzung des Abstandsmaßes führen.For this purpose, the points along the two lines can be determined, in which a perpendicular connection to an end point of the other line can be determined. At these points, truncation is performed. This avoids, for example, that differences in length of the lines result in an overestimation or underestimation of the distance measure.

Die von den Linienzügen eingeschlossene Fläche wird beispielsweise mittels der Gaußschen Trapezformel berechnet. Dazu wird das von den Linienzügen eingeschlossene Polygon zunächst anhand von Kreuzungen der Linienzüge, soweit vorhanden, in Subpolygone geteilt. Anschließend werden die Flächen der Subpolygone summiert und anhand der Länge der Abschnitte der Linienzüge normiert.The area enclosed by the lines is calculated, for example, by means of the Gaussian trapezoidal formula. For this purpose, the polygon enclosed by the polylines is first divided into subpolygons by means of intersections of the polylines, if present. Subsequently, the areas of the subpolygons are summed and normalized by the length of the sections of the lines.

Als Kriterium für die Zuordnung der korrespondierenden Landmarkenbeobachtungen zu den Landmarken der Tracks wird die geringste Distanz als Kriterium verwendet, wobei das Greedy-Nearest-Neighbor-Verfahren angewandt werden kann. Alternativ oder zusätzlich können andere Verfahren, etwa die ungarische Methode, für die Zuordnung verwendet werden.The criterion for the assignment of the corresponding landmark observations to the landmarks of the tracks is the smallest distance is used as a criterion, the Greedy Nearest Neighbor method can be applied. Alternatively or additionally, other methods, such as the Hungarian method, may be used for the mapping.

In einem weiteren Schritt S33 wird ein Track Management durchgeführt, wobei den Landmarken Wahrscheinlichkeiten zugeordnet und verändert werden, wobei ein Sequential Probability Ratio Test (SPRT) angewandt wird, um zu prüfen, ob eine detektierte Landmarke einer tatsächlichen Landmarke im Verkehrsumfeld des Fahrzeugs 1 entspricht. In a further step S33, a track management is performed wherein probabilities are assigned and changed to the landmarks using a Sequential Probability Ratio Test (SPRT) to check whether a detected landmark of an actual landmark is in the traffic environment of the vehicle 1 equivalent.

Wird beispielsweise zu einem Zeitpunkt eine Landmarke beobachtet und zu einem anderen Zeitpunkt nicht mehr, so kann geprüft werden, ob eine reale Landmarke detektiert wurde oder ob eine Fehldetektion vorliegt. Wird andererseits eine Landmarke in mehreren aufeinander folgenden Landmarkenbeobachtungen detektiert, so wird dies als Bestätigung bewertet und der Wert der zugeordneten Wahrscheinlichkeit steigt.If, for example, a landmark is observed at one time and not at another, it can be checked whether a real landmark has been detected or whether a landmark has been detected. If, on the other hand, a landmark is detected in several successive landmark observations, this is evaluated as confirmation and the value of the assigned probability increases.

In dem Ausführungsbeispiel wird den detektierten Landmarken zunächst die gleiche Wahrscheinlichkeit zugeordnet, die Wahrscheinlichkeit wird erhöht, wenn die Landmarke bestätigt wird, und erniedrigt, wenn die Landmarke nicht bestätigt wird. Wenn der Wert der Wahrscheinlichkeit einen bestimmten Schwellenwert über- oder unterschreitet wird die Hypothese, dass es sich um eine Detektion einer tatsächlichen Landmarke handelt, akzeptiert beziehungsweise verworfen. Dadurch wird mittels des SPRT als statistischem Test bestimmt, welche Landmarken weiterhin berücksichtigt werden sollen.In the embodiment, the detected landmarks are first assigned the same probability, the probability is increased when the landmark is confirmed, and lowered when the landmark is not confirmed. If the value of the probability exceeds or falls below a certain threshold, the hypothesis that it is a detection of an actual landmark is accepted or rejected. As a result of the SPRT it is determined as a statistical test which landmarks should continue to be considered.

Dabei werden eine Nullhypothese H0 („Alle Beobachtungen stammen von einer falschen Detektion”) und eine Alternativhypothese H1 („Alle Beobachtungen stammen von einer echten Detektion”) überprüft. Es wird also geprüft, mit welcher Sicherheit anhand einer Landmarkenbeobachtung eine reale Landmarke detektiert wurde. Diese Prüfung erfolgt anhand des Likelihood-Quotienten LR:

Figure DE102016214028A1_0029
wobei PT und PF die zu den Hypothesen (H0/H1 beziehungsweise true/false) gehörigen Wahrscheinlichkeiten und D die Daten bezeichnen.A null hypothesis H 0 ("All observations are from a false detection") and an alternative hypothesis H 1 ("All observations come from a real detection") are checked. It is therefore checked with what security based on a landmark observation a real landmark was detected. This test is based on the likelihood quotient LR:
Figure DE102016214028A1_0029
where P T and P F denote the probabilities associated with the hypotheses (H 0 / H 1 and true / false, respectively) and D denotes the data.

Zur Erläuterung des Verfahrens werden einzelne zur Zeit t beobachtete Landmarken als zt bezeichnet. Ferner wird davon ausgegangen, dass bei dem bis zu diesem Punkt ausgeführten Verfahren bereits alle Landmarken der Messungen Bt, für die mit den Distanzfunktionen keine korrespondierende Landmarke bei den Tracks Tt gefunden wurde, als potentiell neue Tracks in Tt aufgenommen. Die Menge der Beobachtungen zum Zeitpunkt t wird Zt genannt. Die Beobachtung der i-ten Landmarke z zur Zeit t wird also als z i / t ∊ Zt bezeichnet.To explain the method, individual landmarks observed at time t are referred to as z t . Furthermore, it is assumed that, in the method carried out up to this point, all landmarks of the measurements B t for which no corresponding landmark was found at the tracks T t with the distance functions are already recorded as potentially new tracks in T t . The set of observations at time t is called Z t . The observation of the ith landmark z at time t is therefore called zi / t ε Z t designated.

Den Beobachtungen wird zum Zeitpunkt des Dateneingangs eine Initialisierungswahrscheinlichkeit von L0 zugewiesen. Dabei kann für die Initialisierung der gleiche Wert für alle neuen beobachteten Landmarken gewählt werden oder es kann ein sensorspezifischer Wert zugewiesen werden. Zur Vermeidung numerischer Instabilitäten kann der Log-Likelihood-Quotient LLRi für die i-te Landmarke verwendet werden. Es wird nun die Wahrscheinlichkeit, dass die i-te Landmarke von einer echten Detektion stammt (Alternativhypothese H1), über die Detektionszeitpunkte hinweg anhand der zueinander korrespondierenden beobachteten Landmarken entwickelt:

Figure DE102016214028A1_0030
The observations are assigned an initialization probability of L 0 at the time of data input. In doing so, the same value for all new observed landmarks can be selected for the initialization or a sensor-specific value can be assigned. To avoid numerical instabilities, the log-likelihood quotient LLR i can be used for the i-th landmark. The probability that the ith landmark originates from a genuine detection (alternative hypothesis H 1 ) is then developed over the detection times on the basis of the mutually corresponding observed landmarks:
Figure DE102016214028A1_0030

Anhand diese Wertes wird geprüft, ob LLRi einen bestimmten Schwellenwert über- (A) oder unterschreitet (B):

Figure DE102016214028A1_0031
On the basis of this value, it is checked whether LLR i exceeds (A) or falls below a specific threshold value (B):
Figure DE102016214028A1_0031

LLRi entspricht dabei einer Wahrscheinlichkeit für die jeweils i-te Landmarke des Umfeldmodells; wobei, wobei diese Wahrscheinlichkeit als Konfidenzwert für den der jeweiligen Landmarke zugeordneten Track verstanden wird. Insbesondere kann dazu das Feld „Belief” des oben erläuterten Zustandsvektors genutzt werden. Dabei sind die Systemdesignparameter α und β vorgegeben und beschreiben die Wahrscheinlichkeit der Bestätigung eines falschen Tracks beziehungsweise der Löschung eines echten Tracks. Ferner wird der Wert der Wahrscheinlichkeit einer Landmarke danach erhöht oder erniedrigt, ob sie durch weitere Landmarkenbeobachtungen bestätigt wird oder nicht. Bei Über- oder Unterschreiten wird das iterative Verfahren abgebrochen und die Landmarke bestätigt beziehungsweise verworfen:

Figure DE102016214028A1_0032
LLR i corresponds to a probability for each i-th landmark of the environment model; where this probability is understood as the confidence value for the track assigned to the respective landmark. In particular, the field "Belief" of the above-explained state vector can be used for this purpose. The system design parameters α and β are specified and describe the probability of confirming a wrong track or deleting a real track. Furthermore, the value of the probability of a landmark is increased or decreased thereafter, whether by further Landmark observations is confirmed or not. In case of exceeding or falling below the iterative procedure is aborted and the landmark is confirmed or rejected:
Figure DE102016214028A1_0032

In einem Schritt S34 werden schließlich Umfeldmodelldaten erzeugt, insbesondere erfolgt dies in einem „Track Innovation”-Schritt. Dabei wird die Menge der getrackten Landmarken in dem Umfeldmodell aktualisiert. Dieses umfasst Daten über die im Verkehrsumfeld des Fahrzeugs 1 erfassten Landmarken, insbesondere ihre Positionen. Insbesondere werden anhand der in den vorhergegangenen Verfahrensschritten bestimmten Daten Positionen, Unsicherheiten und Konfidenzwerte der Landmarkenbeobachtungen aktualisiert.In a step S34, environmental model data are finally generated, in particular this takes place in a "Track Innovation" step. The amount of tracked landmarks in the environment model is updated. This includes data on the traffic environment of the vehicle 1 registered landmarks, in particular their positions. In particular, based on the data determined in the previous method steps, positions, uncertainties and confidence values of the landmark observations are updated.

Anhand der bestätigten Tracks können die jeweils zugeordneten Landmarken in eine Karte aufgenommen werden. Eine solche Karte umfasst die bestimmten und optimierten Positionen für die Landmarken.Based on the confirmed tracks, the respective assigned landmarks can be included in a map. Such a map includes the determined and optimized locations for the landmarks.

Es können verschiedene an sich bekannte Verfahren angewandt werden, um etwa die Positionen zu aktualisieren. Beispielsweise kann bei mehreren bestimmten Positionen einer Landmarke die zuletzt beobachtete Position übernommen werden, es kann eine exponentielle Glättung durchgeführt werden, es kann ein gleitender oder arithmetischer Mittelwert berechnet werden oder es kann – sofern die Landmarke eine Länge aufweist – eine längenbasiere Gewichtung für die Positionsmittlung verwendet werden.Various methods known per se can be used to update the positions, for example. For example, at several specific positions of a landmark, the last observed position may be adopted, exponential smoothing may be performed, a moving or arithmetic mean may be calculated, or, if the landmark has a length, a length-based weight may be used for location determination become.

Die Umfeldmodelldaten sind so strukturiert, dass sie mit den Referenzkartendaten abgeglichen werden können. Insbesondere können dabei beispielsweise die Positionen von bestimmten Landmarken verglichen werden.The environment model data are structured so that they can be compared with the reference card data. In particular, for example, the positions of certain landmarks can be compared.

Die Umfeldmodelldaten werden anschließend ausgegeben, das heißt zur weiteren Verarbeitung an ein weiteres Modul oder eine Einheit übertragen.The environment model data are then output, that is transmitted to another module or unit for further processing.

Mit Bezug zu 5 wird eine partikelfilterbasierte Lokalisierung erläutert. Dabei wird von dem mit Bezug zu den 1A und 1B erläuterten System ausgegangen. Insbesondere können die nachfolgend beschriebenen Schritte als Teil der oben mit Bezug zu 2 erläuterten landmarkenbasierten Lokalisierung verstanden werden.In reference to 5 a particle filter based localization is explained. It is of the reference to the 1A and 1B explained system gone out. In particular, the steps described below may be considered as part of the above with reference to 2 explained landmark-based localization.

Bei dem partikelbasierten Verfahren wird eine Partikelwolke erzeugt, wobei jeder Partikel eine Positionshypothese, das heißt für eine hypothetische Position des Fahrzeugs 1, steht. Die „Partikelwolke” bezeichnet also eine Menge von Partikeln. Damit repräsentiert jeder Partikel einen Partikelzustand, der als Hypothese für den Zustand des Fahrzeugs 1 verstanden wird. Es wird nun statistisch geprüft, bei welcher Hypothese, das heißt für welchen Partikel, die Landmarkenbeobachtungen am besten mit den Referenzkartendaten übereinstimmen. Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird nachfolgend im Detail beschrieben.In the particle-based method, a particle cloud is created, each particle having a position hypothesis, that is, a hypothetical position of the vehicle 1 , stands. The "particle cloud" thus denotes a quantity of particles. Thus, each particle represents a particle state that hypothesizes the state of the vehicle 1 is understood. It is now statistically tested in which hypothesis, that is for which particle, the landmark observations best match the reference map data. An embodiment of the method will be described in detail below.

In einem ersten Schritt S40 wird überprüft, ob bereits eine Initialisierung durchgeführt wurde. Wird dieses verneint, so wird in einem weiteren Schritt S41 die Initialisierung vorgenommen. Bei der Initialisierung wird, wie oben für Schritt S4 beschrieben, die Schätzposition des Fahrzeugs 1 beispielsweise mittels des GPS-Sensors 3c zu einem bestimmten Zeitpunkt erfasst, wobei insbesondere von einer größeren Ungenauigkeit ausgegangen wird. Ferner können Daten über die Eigenbewegung des Fahrzeugs 1 berücksichtigt werden.In a first step S40 it is checked whether an initialization has already been carried out. If this is denied, the initialization is carried out in a further step S41. At initialization, as described above for step S4, the estimated position of the vehicle 1 for example by means of the GPS sensor 3c detected at a certain time, in particular, is based on a greater inaccuracy. Furthermore, data about the proper motion of the vehicle 1 be taken into account.

Durch Anwenden eines Bewegungsmodells in einem Schritt S42 wird eine Nachführung der Position mit der Eigenbewegung des Fahrzeugs 1 bestimmt, das heißt, die Veränderung der Position des Fahrzeugs 1 seit der letzten Erfassung der Schätzposition wird berücksichtigt. Für eine Initialisierung kann dabei auch eine gespeicherte Schätzposition, etwa der letzten Fahrt des Fahrzeugs 1, oder eine durch den Nutzer eingegebene Position verwendet werden. Es wird eine entsprechende Transformation der Partikelwolke vorgenommen, um die Verschiebung der Position des Fahrzeugs 1 durch seine Eigenbewegung auszugleichen. Auch hierbei ist von einer Ungenauigkeit der entsprechenden Sensoren und damit auch der resultierenden Ergebnisse auszugehen.By applying a movement model in a step S42, the position is tracked with the self-movement of the vehicle 1 determined, that is, the change in the position of the vehicle 1 since the last acquisition of the estimation position is considered. For an initialization can also be a stored estimation position, such as the last drive of the vehicle 1 , or a position entered by the user. There is a corresponding transformation of the particle cloud made to the displacement of the position of the vehicle 1 to balance by his own movement. Here, too, an inaccuracy of the corresponding sensors and thus also the resulting results can be assumed.

Insbesondere können dabei Unsicherheiten bei Sensoren zur Erfassung der Eigenposition (etwa mittels GPS) oder der Eigenbewegung (etwa mittels Odometrie) berücksichtigt werden.In particular, uncertainties in sensors for detecting the intrinsic position (for example by means of GPS) or the intrinsic movement (for example by means of odometry) can be taken into account.

In einem weiteren Schritt S43 wird ein Sensormodell angewandt. Dabei wird ein sensorbedingtes Messrauschen berücksichtigt und es wird die Wahrscheinlichkeit bestimmt, mit der die Landmarkenbeobachtungen unter Annahme des jeweiligen hypothetischen Partikelzustands erfasst wurden. In a further step S43, a sensor model is applied. A sensor-related measurement noise is taken into account and the probability is determined with which the landmark observations were recorded assuming the respective hypothetical particle state.

Aus dieser Wahrscheinlichkeit ergibt sich eine Gewichtung für die einzelnen Hypothesen und diese Gewichtung wird in einem Schritt S44 den Hypothesen zugeordnet. Dabei kann insbesondere eine Normalisierung der Wahrscheinlichkeiten vorgenommen werden.From this probability, a weighting results for the individual hypotheses and this weighting is assigned to the hypotheses in a step S44. In particular, a normalization of the probabilities can be carried out.

In einem weiteren Schritt S45 wird zudem eine Glättung zur Stabilisierung der Ergebnisse vorgenommen, wobei starke Schwankungen der Wahrscheinlichkeiten für einzelne Partikel geglättet werden. Solche Schwankungen können insbesondere auftreten, wenn bei der Erfassung einer Landmarke in aufeinander folgenden Zeitpunkten größere Unterschiede auftreten, beispielsweise aufgrund von Messfehlern, verdeckten Landmarken oder beim Verschwinden der Landmarken aus dem Erfassungsbereich 17 der Erfassungseinheit 3.In a further step S45, a smoothing is also performed to stabilize the results, smoothing out strong fluctuations of the probabilities for individual particles. Such fluctuations can occur, in particular, when major differences occur in the detection of a landmark at successive times, for example due to measurement errors, hidden landmarks or the disappearance of the landmarks from the detection area 17 the registration unit 3 ,

Beispielsweise kann dabei die geglättete Gewichtung ωf,t des Partikels f im Zeitschritt t berechnet werden nach: ωf,t = αωf,t + (1 – α)ωf,t-1 For example, the smoothed weighting ω f, t of the particle f in the time step t can be calculated after: ω f, t = αω f, t + (1-α) ω f, t-1

Dabei wird ein Dämpfungsfaktor α empirisch gewählt und die Stärke der Dämpfung kann ferner durch geeignete Wahl des Zeitfensters zwischen Zeitschritten t und (t – 1) bestimmt werden.In this case, an attenuation factor α is chosen empirically and the strength of the attenuation can also be determined by a suitable choice of the time window between time steps t and (t-1).

In einem Schritt S46 wird die gemäß den vorangehenden Schritten korrigierte Position ausgegeben. Dabei wird insbesondere der Zustand des Partikels mit der maximalen zugeordneten Wahrscheinlichkeit berücksichtigt. Insbesondere wird bei der Ausgabe die bestimmte Position an ein Modul oder eine Einheit zur Weiterverarbeitung übertragen, insbesondere kann die Ausgabe an das Fahrerassistenzsystem 12 erfolgen.In a step S46, the position corrected according to the preceding steps is output. In particular, the state of the particle with the maximum associated probability is taken into account. In particular, during the output, the specific position is transmitted to a module or a unit for further processing, in particular the output can be sent to the driver assistance system 12 respectively.

Ferner kann in einem weiteren Schritt S47 ein Resampling durchgeführt werden. Dies kann notwendig werden, wenn durch Iteration des vorstehend beschriebenen Verfahrens die Anzahl der Partikel auf einen einzigen Partikel konvergiert. Dies ist insbesondere dadurch bedingt, dass die Streuung der Partikelwolke durch akkumulierte Messfehler in jedem Schritt zunimmt, während die Eigenbewegung des Fahrzeugs 1 wiederholt nachgeführt wird. Immer mehr Partikel entfernen sich immer weiter von der wahrscheinlichsten Position und ihnen wird eine entsprechend niedrige Wahrscheinlichkeit zugeordnet. Dies führt dazu, dass immer weniger Partikel mit besonders hoher Wahrscheinlichkeit berücksichtigt werden. Nachdem beim Sampling eine initiale Streuung der Partikel erzeugt wurde, werden bei den weiteren Iterationen des Verfahrens durch das Resampling sogenannte „Wiederherstellungspartikel” erzeugt, durch welche die Partikelwolke um neue Hypothesen ergänzt wird, um die statistische Wahl der wahrscheinlichsten Hypothese anhand einer ausreichen großen Datenbasis zu treffen.Furthermore, resampling can be performed in a further step S47. This may become necessary if, by iterating the method described above, the number of particles converges to a single particle. This is due in particular to the fact that the scattering of the particle cloud by accumulated measurement errors increases in each step, while the proper motion of the vehicle 1 is tracked repeatedly. More and more particles move farther and farther from the most probable position and are assigned a correspondingly low probability. This means that fewer and fewer particles are taken into account with a particularly high probability. After initial scattering of the particles has been generated during sampling, resampling generates so-called "recovery particles" in the further iterations of the method, which adds new hypotheses to the particle cloud in order to statistically select the most probable hypothesis based on a sufficiently large database to meet.

Mit Bezug zu 6 wird ein Ausführungsbeispiel einer Updatefunktionalität erläutert. Dabei wird von dem mit Bezug zu den 1A und 1B erläuterten System und dem mit Bezug zu 2 erläuterten Verfahren ausgegangen.In reference to 6 an embodiment of an update functionality is explained. It is of the reference to the 1A and 1B explained system and with reference to 2 explained procedures.

In einem Schritt S50 wird zunächst die Schätzposition des Fahrzeugs 1 erfasst. Dies erfolgt beispielsweise durch den GPS-Sensor 3c, wie oben beschrieben. Die Schätzposition wird bei einem Abruf von Referenzkartendaten an den externen Server 2 übertragen.In a step S50, the estimated position of the vehicle is first 1 detected. This is done for example by the GPS sensor 3c , as described above. The estimation position becomes when retrieving reference map data to the external server 2 transfer.

Anhand der Schätzposition werden in einem Schritt S51 durch den externen Server 3 Referenzkartendaten erzeugt und an das Fahrzeug 1 übertragen. Dabei greift der Server 2 auf eine Referenzkartendatenbank zu und erzeugt die Refrenzkartendaten so, dass sie alle für die landmarkenbasierte Lokalisierung des Fahrzeugs 1 relevanten Informationen umfassen, insbesondere Landmarken und ihre Positionen im Verkehrsumfeld des Fahrzeugs 1.Based on the estimation position, in a step S51, the external server 3 Reference card data generated and sent to the vehicle 1 transfer. The server attacks 2 to a reference map database and generates the reference map data such that they are all for landmark-based localization of the vehicle 1 relevant information, in particular landmarks and their positions in the traffic environment of the vehicle 1 ,

Durch das Fahrzeug 1 erfolgt nun eine landmarkenbasierte Lokalisierung anhand der Referenzkartendaten. Dabei können Unterschiede der von dem Fahrzeug 1 erfassten Landmarkenbeobachtungen und den gemäß der Referenzkartendaten zu erwartenden Landmarkenbeobachtungen erkannt werden. Beispielsweise können Landmarken verschwunden oder verändert sein oder es können neue Landmarken erfasst werden.By the vehicle 1 Now a landmark-based localization takes place based on the reference map data. There may be differences from the vehicle 1 detected landmark observations and the expected according to the reference map data landmark observations. For example, landmarks may have disappeared or changed, or new landmarks may be detected.

Es kann ein Verfahren angewandt werden, um sicherzustellen, dass es sich um tatsächliche Abweichungen der realen Landmarken von den Referenzkartendaten handelt. Insbesondere können dabei Artefakte der Erfassung von Landmarken durch das Fahrzeug 1 ausgeschlossen werden. Hierfür können insbesondere an sich bekannte Verfahren herangezogen werden. A method may be used to ensure that these are actual deviations of the real landmarks from the reference map data. In particular, thereby artifacts of the detection of landmarks by the vehicle 1 be excluded. For this purpose, in particular known methods can be used.

In einem Schritt S52 werden durch das Fahrzeug 1 anhand der erkannten Abweichungen zwischen den Referenzkartendaten und den tatsächlich erfassten Landmarkenbeobachtungen Aktualisierungsdaten erzeugt. Diese umfassen Informationen, die dazu geeignet sind, dass in einem weiteren Schritt S53 durch den Server 2 eine Aktualisierung der Referenzkartendatenbank vorgenommen wird. In diesem Fall können bei einer Wiederholung des Verfahrens, etwa beim wiederholten Abruf von Referenzkartendaten bei einer bestimmten Schätzposition, nunmehr neue Referenzkartendaten bereitgestellt werden, welche die tatsächlichen Merkmale der Landmarken besser wiederspiegeln.In a step S52 are by the vehicle 1 generates update data based on the detected discrepancies between the reference map data and the actual acquired landmark observations. These include information that is suitable for being sent by the server in a further step S53 2 an update of the reference map database is made. In this case, when the procedure is repeated, such as the repeated retrieval of reference map data at a particular estimation position, new reference map data can now be provided which better reflect the actual features of the landmarks.

Auf diese Weise kann das Fahrzeug 1 zu einem neuen Vermessen der Landmarken in dem Verkehrsumfeld verwendet werden. Ferner kann der Server 2 Aktualisierungsdaten von mehreren Quellen, insbesondere mehreren Fahrzeugen, in der gleichen Weise empfangen und, etwa mittels statistischer Methoden, über eine Aktualisierung der Referenzkartendatenbank entscheiden. Ferner kann anhand der Aktualisierungsdaten bestimmt werden, ob in einem bestimmten Verkehrsumfeld eine neue Vermessung der Landmarken vorgenommen werden soll, etwa durch ein besonderes Vermessungsfahrzeug, das eine besonders präzise Erfassung der Daten für die Referenzkartendatenbank ermöglicht.That way, the vehicle can 1 be used for a new survey of landmarks in the traffic environment. Furthermore, the server can 2 Receive update data from multiple sources, in particular multiple vehicles, in the same way and, for example by means of statistical methods, decide on an update of the reference map database. Furthermore, it can be determined on the basis of the update data whether a new measurement of the landmarks is to be undertaken in a specific traffic environment, for example by a special surveying vehicle which enables a particularly precise acquisition of the data for the reference map database.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Referenzkartendaten alternativ oder zusätzlich von einer anderen Einrichtung als dem externen Server 2 bereitgestellt werden. Beispielsweise kann dies eine Einrichtung des Fahrzeugs 1 sein, die auch ohne eine datentechnische Verbindung zu dem Server 2 einen Abruf von Referenzkartendaten zur landmarkenbasierten Lokalisierung erlaubt. Das Verfahren kann hier in analoger Weise ausgeführt werden, wobei auch die Einrichtung des Fahrzeugs 1 auf eine Referenzkartendatenbank zugreift und diese mittels der Aktualisierungsdaten aktualisieren kann. In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind sowohl der externe Server 2 als auch eine fahrzeugeigene Einrichtung zum Abrufen von Referenzkartendaten vorgesehen und die Aktualisierung der jeweiligen Referenzkartendatenbank der Einrichtung und des Servers 2 kann anhand einer Abstimmung zwischen den beiden erfolgen.In a further embodiment it is provided that the reference map data alternatively or additionally from a device other than the external server 2 to be provided. For example, this may be a device of the vehicle 1 be, even without a data connection to the server 2 allows retrieval of reference map data for landmark-based localization. The method can be carried out here in an analogous manner, whereby the device of the vehicle 1 accesses a reference map database and updates it using the update data. In another embodiment, both the external server 2 as well as an on-vehicle device for retrieving reference card data and updating the respective reference map database of the device and the server 2 can be done by a vote between the two.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Fahrzeugvehicle
22
Externer ServerExternal server
33
Erfassungseinheitacquisition unit
3a3a
Laserscannerlaser scanner
3b3b
Kameracamera
3c3c
GPS-SensorGPS sensor
3n3n
Weiterer SensorAnother sensor
44
Steuereinheitcontrol unit
55
Schnittstelleinterface
66
Recheneinheitcomputer unit
77
Akkumulationseinheitaccumulation unit
88th
Segmentierungseinheitsegmentation unit
99
LandmarkenerkennungseinheitLandmark recognition unit
1010
Trackingeinheittracking unit
1111
Ausgabeeinheitoutput unit
1212
FahrerassistenzsystemDriver assistance system
1313
Landmarke; LeitpfostenLandmark; delineators
1414
Landmarke; FahrbahnbegrenzungLandmark; road boundary
1515
Landmarke; FahrstreifenbegrenzungLandmark; lane boundary
1616
Landmarke; LeitlinieLandmark; Guideline
1717
Erfassungsbereichdetection range
1818
Fahrbahnroadway
18a, 18b18a, 18b
Fahrspurlane
S1a, ..., S1nS1a, ..., S1n
Erfassung von DatensätzenCapture of records
S2a, ..., S2nS2a, ..., S2n
LandmarkendetektionLandmark detection
S3S3
Tracking und FusionTracking and fusion
S4S4
Erfassung der SchätzpositionAcquisition of the estimated position
S5 S5
EigenbewegungsschätzungSelf-motion estimation
S6S6
Abruf der ReferenzkartendatenRetrieval of the reference card data
S7S7
Partikelfilterbasierte LokalisierungParticle filter based localization
S8S8
Ausgabe der PositionOutput of the position
S21aS21a
Akkumulationaccumulation
S22aS22a
Segmentierungsegmentation
S23aS23a
HauptkomponentenanalysePrincipal Component Analysis
S24aS24a
Klassifizierungclassification
S25aS25a
Erzeugen von LandmarkenbeobachtungenGenerating landmark surveys
S31S31
Zeitliche SynchronisierungTiming synchronization
S32S32
Abstandsberechnungendistance calculations
S33S33
Zuordnen und Verändern von WahrscheinlichkeitenAssign and change probabilities
S34S34
Erzeugen von UmfeldmodelldatenGeneration of environment model data
S40S40
Überprüfen der InitialisierungCheck the initialization
S41S41
Vornehmen der InitialisierungMake the initialization
S42S42
Anwenden des BewegungsmodellsApply the movement model
S43S43
Anwenden des SensormodellsApply the sensor model
S44S44
Zuordnen der GewichtungAssign the weight
S45S45
Glättungsmoothing
S46S46
Ausgabe der korrigierten PoseOutput of the corrected pose
S47S47
Durchführen des ResamplingPerform resampling
S50S50
Erfassen der Schätzposition (Fahrzeug)Capture the estimated position (vehicle)
S51S51
Erzeugen der Referenzkartendaten (Server)Generating the reference card data (server)
S52S52
Erzeugen von Aktualisierungsdaten (Fahrzeug)Generating update data (vehicle)
S53S53
Aktualisieren der Referenzkartendatenbank (Server)Updating the reference map database (server)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102004003850 A1 [0004] DE 102004003850 A1 [0004]
  • DE 102007020791 A1 [0005] DE 102007020791 A1 [0005]

Claims (15)

Verfahren zum Bestimmen einer Position einer mobilen Einheit, bei dem eine Schätzposition der mobilen Einheit erfasst wird und anhand der erfassten Schätzposition Referenzkartendaten abgerufen werden, wobei die Referenzkartendaten Referenzpositionen von Landmarken (13, 14, 15, 16) umfassen; mittels einer Erfassungseinheit (3) Datensätze erfasst werden und anhand der Datensätze Landmarkenbeobachtungen mit Landmarkenparametern bestimmt werden; anhand der bestimmten Landmarkenbeobachtungen Umfeldmodelldaten bestimmt werden, wobei die Umfeldmodelldaten eine Beschreibung eines Verkehrsumfeldes der mobilen Einheit umfassen; anhand der Umfeldmodelldaten und der Referenzkartendaten eine Vielzahl von Positionshypothesen erzeugt wird und den Positionshypothesen Wahrscheinlichkeiten zugeordnet werden; wobei anhand der Wahrscheinlichkeiten die Position der mobilen Einheit bestimmt und ausgegeben wird.A method for determining a position of a mobile unit in which an estimation position of the mobile unit is detected and retrieved from the detected estimation position reference map data, wherein the reference map data reference positions of landmarks ( 13 . 14 . 15 . 16 ); by means of a registration unit ( 3 ) Data sets are recorded and based on the datasets landmark observations are determined with landmark parameters; determining environmental model data based on the particular landmark observations, the environmental model data including a description of a mobile unit traffic environment; a plurality of position hypotheses are generated based on the environment model data and the reference map data, and probabilities are assigned to the position hypotheses; whereby the position of the mobile unit is determined and output on the basis of the probabilities. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Schätzposition und das Abrufen der Referenzkartendaten periodisch erfolgen.A method according to claim 1, characterized in that the detection of the estimation position and the retrieval of the reference map data occur periodically. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (3) zumindest zwei verschiedene Sensortypen umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the detection unit ( 3 ) comprises at least two different sensor types. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Erfassungseinheit (3) erfassten Datensätze Datenpunkte umfassen; anhand der erfassten Datensätze mittels einer Segmentierung Segmente bestimmt werden, wobei den Segmenten jeweils Datenpunkte zugeordnet sind, und für jedes der bestimmten Segmente eine Näherungsellipse bestimmt wird, wobei mittels einer Hauptkomponentenanalyse Landmarkenparameter des jeweiligen Segments bestimmt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that that of the detection unit ( 3 ) comprise data points; Segments are determined on the basis of the recorded data records by means of a segmentation, wherein the segments are each assigned data points, and an approximate ellipse is determined for each of the specific segments, wherein landmark parameters of the respective segment are determined by means of a principal component analysis. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Segmenten anhand der für die Segmente bestimmten Landmarkenparameter eine Objektklasse zugeordnet wird und anhand der Segmente Landmarkenbeobachtungen bestimmt werden, wobei die Landmarkenbeobachtungen jeweils Landmarkenparameter und eine Objektklasse umfassen.Method according to claim 4, characterized in that an object class is assigned to the segments on the basis of the landmark parameters determined for the segments and landmark observations are determined based on the segments, the landmark observations each comprising landmark parameters and an object class. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektklassen Punkte, Linien und Polylinien umfassen.A method according to claim 5, characterized in that the object classes comprise points, lines and polylines. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfeldmodelldaten Daten über Landmarken (13, 14, 15, 16) und den Landmarken (13, 14, 15, 16) zugeordnete Positionen umfassen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the environment model data data about landmarks ( 13 . 14 . 15 . 16 ) and the landmarks ( 13 . 14 . 15 . 16 ). Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bestimmen der Umfeldmodelldaten Abstandsberechnungen für Landmarkenbeobachtungen anhand ihrer Objektklasse und ihrer Landmarkenparameter durchgeführt werden, wobei die Landmarkenbeobachtungen anhand der Abstandswerte bestimmten Landmarken (13, 14, 15, 16) zugeordnet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, in determining the environment model data, distance calculations for landmark observations are carried out on the basis of their object class and their landmark parameters, the landmark observations being based on the distance values of certain landmarks ( 13 . 14 . 15 . 16 ) be assigned. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Landmarken (13, 14, 15, 16) des Umfeldmodells Wahrscheinlichkeiten zugeordnet werden und die Wahrscheinlichkeiten anhand der Landmarkenbeobachtungen mittels eines Sequential Probability Ratio Test verändert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the landmarks ( 13 . 14 . 15 . 16 ) of the environment model probabilities are assigned and the probabilities are changed on the basis of the landmark observations by means of a Sequential Probability Ratio Test. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Positionshypothesen zugeordneten Wahrscheinlichkeiten mittels eines partikelfilterbasierten Lokalisierungsverfahrens bestimmt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the probabilities assigned to the position hypotheses are determined by means of a particle filter-based localization method. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine datentechnische Verbindung zu einem externen Server (2) hergestellt wird, die erfasste Schätzposition an den externen Server (2) übertragen wird, anhand einer Referenzkartendatenbank des externen Servers (2) Referenzkartendaten erzeugt werden und die Referenzkartendaten erfasst werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a data connection to an external server ( 2 ), the detected estimation position is applied to the external server ( 2 ), based on a reference map database of the external server ( 2 ) Reference map data are generated and the reference map data is acquired. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Umfeldmodelldaten und der Referenzkartendaten Aktualisierungsdaten erzeugt und an den externen Server (2) überragen werden.A method according to claim 11, characterized in that using the environment model data and the reference map data generated update data and to the external server ( 2 ). Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgegebene Position der mobilen Einheit an ein Fahrerassistenzsystem (12) übertragen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the output position of the mobile unit to a driver assistance system ( 12 ) is transmitted. System zum Bestimmen einer Position einer mobilen Einheit mit einer Erfassungseinheit (3), durch die eine Schätzposition der mobilen Einheit erfassbar ist; einer Schnittstelle (5), durch die anhand der erfassten Schätzposition Referenzkartendaten abrufbar sind, wobei die Referenzkartendaten Referenzpositionen von Landmarken (13, 14, 15, 16) umfassen; wobei durch die Erfassungseinheit (3) ferner Datensätze erfassbar sind und durch eine Recheneinheit (4) anhand der Datensätze Landmarkenbeobachtungen mit Landmarkenparametern bestimmbar sind; anhand der bestimmten Landmarkenbeobachtungen Umfeldmodelldaten bestimmbar sind, wobei die Umfeldmodelldaten eine Beschreibung eines Verkehrsumfeldes der mobilen Einheit umfassen; durch die Recheneinheit (4) ferner anhand der Umfeldmodelldaten und der Referenzkartendaten eine Vielzahl von Positionshypothesen erzeugbar ist und den Positionshypothesen Wahrscheinlichkeiten zuordenbar sind; wobei anhand der Wahrscheinlichkeiten die Position der mobilen Einheit bestimmbar und ausgebbar ist.System for determining a position of a mobile unit with a detection unit ( 3 ), by which an estimation position of the mobile unit is detectable; an interface ( 5 ), by means of which reference map data can be called up on the basis of the acquired estimation position, the reference map data being reference positions of landmarks ( 13 . 14 . 15 . 16 ); wherein by the detection unit ( 3 ) data sets can be detected and by a computing unit ( 4 ) can be determined based on the datasets landmark observations with landmark parameters; environment model data can be determined on the basis of the determined landmark observations, the environment model data comprising a description of a traffic environment of the mobile unit; through the arithmetic unit ( 4 ) Furthermore, based on the environment model data and the reference map data a plurality of position hypotheses can be generated and the position hypotheses probabilities are assigned; whereby based on the probabilities the position of the mobile unit can be determined and output. Fahrzeug (1) mit einem System gemäß Anspruch 14.Vehicle ( 1 ) with a system according to claim 14.
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