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CN116324338A - 求取车辆的起始位置以进行定位 - Google Patents

求取车辆的起始位置以进行定位 Download PDF

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CN116324338A
CN116324338A CN202180047006.2A CN202180047006A CN116324338A CN 116324338 A CN116324338 A CN 116324338A CN 202180047006 A CN202180047006 A CN 202180047006A CN 116324338 A CN116324338 A CN 116324338A
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R·李
G·克劳泽
T·纳赫斯泰特
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

公开一种用于通过控制器求取车辆的起始位置以定位该车辆的方法，其中：从车辆的测程传感器系统和/或GNSS传感器系统接收测量数据，基于所接收到的测量数据确定第一位置和该第一位置的不确定性范围；接收具有多个保存的特征的特征地图的至少一个地图区段，其中，该地图区段具有位置和重叠所述第一位置和不确定性范围的延展；从激光雷达传感器系统、雷达传感器系统和/或摄像机传感器系统接收测量数据，并且从所接收到的测量数据中提取静态特征；通过比较从测量数据中所提取的静态特征与在该地图区段中所保存的特征来求取该车辆的第一起始位置。此外还公开一种用于执行定位的方法、一种控制器、一种计算机程序以及一种机器可读的存储介质。

Description

求取车辆的起始位置以进行定位
技术领域
本发明涉及一种用于求取车辆的起始位置以定位该车辆的方法。此外，本发明涉及一种用于执行定位的方法、一种控制器、一种计算机程序以及一种机器可读的存储介质。
背景技术
为了利用精确到车道的数字地图，车辆必须能够精确到车道的地确定其自身的位置，车辆的位置可以通过定位来求取。对车辆位置的定位需要精确的初始位置或者说起始位置，因为定位通常基于迭代方法。在此，例如将测程传感器系统的测量数据用于基于初始位置确定车辆位置。
已经已知用于确定初始位置以进行车辆定位的方法，该方法基于对GNSS数据的接收。在此，可以考虑将多个GNSS位置用于确定一个初始位置。然而，对于这些方法所需的来自相应的卫星的GNSS信号在许多道路区段、例如森林或者隧道中不可用。此外存在问题的是，所求取到的GNSS位置的不足够的精度。
为了改善所求取到的GNSS位置的精度，可以使用差分方法，这些方法由于附加的硬件而成本密集且并非全面地可用。
发明内容
本发明所基于的任务可以视为，提出一种用于求取初始位置或者说起始位置以迭代地进行车辆定位的方法，该方法可借助价格低廉的传感器系统实现。
该任务借助独立权利要求的各个主题来解决。本发明的有利构型是各个从属权利要求的主题。
根据本发明的方面，提供一种用于通过控制器求取车辆的初始位置以定位该车辆的方法。该方法特别是能够通过该控制器的初始化模块以硬件和/或软件的形式实施。
在一个步骤中，从该车辆的测程传感器系统和/或GNSS传感器系统接收测量数据。为此，所述测程传感器系统和/或GNSS传感器系统可与控制器传导数据地连接。
基于所接收到的测量数据来确定第一位置和该第一位置的不确定性范围。在另一步骤中，接收具有多个保存的特征的特征地图的至少一个地图区段。该地图区段优选具有位置和延展，该延展重叠该第一位置和该第一位置的不确定性范围。不确定性范围可以呈椭圆、圆的形式或呈多边形的形式构型。在此，该位置可以居中地或者偏离中心地位于不确定性范围内。
在另一步骤中，从激光雷达传感器系统、雷达传感器系统和/或摄像机传感器系统接收测量数据，并且从所接收到的测量数据中提取静态特征。这类静态特征可以映射静态对象，例如建筑物、行驶道路边界、行驶道路标记、树木、道路标识、行驶道路走向等。在此，静态特征可以呈签名或者标志性测量数据网格的形式存在。
随后，通过比较从测量数据中所提取的静态特征与在该地图区段中所保存的特征来求取该车辆的起始位置。
通过该方法能够求取车辆的精确到车道的初始位置或者说起始位置，该初始位置或者说起始位置用作迭代定位方法的基础。起始位置也能够构型为具有车辆的位置和取向的起始姿态。
通过将地图区段限制在围绕着第一位置及其不确定性范围的小区域，能够以低技术开销执行特征比较。在此，对传感器精度的要求低，由此也可将价格低廉的传感器用于该方法。
对雷达传感器系统进行使用的可能性使得即使在天气条件不足够的情况下、如雨或雾，也能够实现对起始位置的确定。此外，即时在没有GNSS信号的区域也能够精准地求取起始位置。
起始位置尤其可以用于实现自动化的或者部分自动化的驾驶功能。例如，这类驾驶功能可以访问精确到车道的导航并且具有轨迹规划。
用于求取起始位置的该方法基本上通过三个主要步骤来确定。在一个步骤中，将车辆的测程传感器系统的和/或GNSS传感器系统的测量数据单独地或者作为传感器数据融合考虑，用于确定第一位置。基于该第一位置能够加载相应的覆盖第一位置及其不确定性范围的地图区段。在第三主要步骤中，可以将所加载的地图区段用于根据激光雷达传感器系统的、雷达传感器系统的和/或摄像机传感器系统的测量数据基于特征地定位。
根据本发明的另一方面，提供一种控制器，其中，该控制器设置为用于实施该方法。该控制器例如可以是车辆侧的控制器、车辆外部的控制器或车辆外部的服务器单元，例如云系统。
特别是，该控制器可以具有定位模块和/或初始化模块。控制器由此能够实施所述用于求取车辆的起始位置的方法和/或用于执行定位的方法。
此外，根据本发明的方面提供一种计算机程序，该计算机程序包括指令，所述指令在通过计算机或控制器执行该计算机程序时促使所述计算机或控制器执行根据本发明的方法。根据本发明的另一方面，提供一种机器可读的存储介质，在该存储介质上存储有根据本发明的计算机程序。
车辆可以根据BASt(Bundesanstalt für Straβenwese，德国联邦交通研究所)标准受辅助地、部分自动化地、高度自动化地和/或完全自动化地或者说无驾驶员地运行。
该车辆例如可以构型为乘用车、载重车、机器人出租车等。该车辆不限于在道路上的运行。而是该车辆还可以构型为水路交通运输工具、空中交通运输工具——例如运输无人机等。
在另一实施方式中，在时间上与该第一起始位置间隔开地求取至少一个第二起始位置，其中，比较该第一起始位置和所述至少一个第二起始位置与从测程传感器系统的测量数据所求取到的位置。以优选的方式计算所述至少一个第二起始位置与该车辆的通过测程传感器系统的测量数据所求取到的位置之间的偏差，并执行一致性检验。该一致性检验可以实现为该方法的最后的步骤，该一致性检验确保初始化的可靠结果。特别是在周期性的周围环境、例如森林路段或者高速公路中，该一致性检验能够借助多个相同的行驶道路边界或者说静态特征来保证起始位置的正确性。
一致性检验能够在技术上尤其简单地这样实现：借助测程传感器系统的测量数据将两个彼此相继的对齐结果或者说起始位置中的第一对齐结果或者说起始位置沿用至第二对齐结果的时间点，并且随后计算与实际的第二对齐结果的差。如果该差低于特定阈值，则可以考虑这些起始位置是一致的。
在一种有利的构型中，可以依次求取多个一致的起始位置，在将这些起始位置递交到车辆定位之前。
根据另一实施例，在时间上与该第一起始位置间隔开地求取至少一个第二起始位置，其中，将该第一起始位置和所述至少一个第二起始位置与测程传感器系统的测量数据针对轨迹进行关联。为每个轨迹求取匹配品质，其中，使用具有最高匹配品质的轨迹或者将所有轨迹去除。若起始位置被去除，则重新执行该方法，以便求取通过一致性检验的起始位置。由此能够使用多假设跟踪(Multi-Hypothesen-Tracking)。通过该措施能够进一步提高起始位置的尤其是在周期性的周围环境中的精确度。
根据另一实施方式，将从该激光雷达传感器系统的、该雷达传感器系统的和/或该摄像机传感器系统的旧测量中所提取的静态特征用于执行对所提取的特征与在该地图区段中所保存的特征的比较。在此，可以相应于当前测量与旧测量之间的距离放大地图区段。这可以通过考虑使用测程传感器系统的测量数据来实现。旧测量数据和当前测量数据优选可以具有在空间上相互间隔开的静态特征，这些静态特征可与在该地图区段中所保存的特征结合地进行比较，以便求取第一起始位置。由此能够考虑将更大的数据云用于求取第一起始位置。该措施例如可以替代于一致性检验来进行。
根据另一实施例，通过测程传感器系统的测量数据将从旧测量中所提取的特征与从当前测量中所提取的特征耦合。由此能够在车辆所走过的路程上将例如在几秒钟前所求取到的旧静态特征与当前所求取到的静态特征关联。走过的路程可以通过测程传感器系统追溯。由此能够将具有相应特征的经放大的道路几何形状用于解决在周期性的周围环境、例如高速公路或者森林区段中的模糊性或者多义性。
根据另一实施方式，将优化方法用于确定第一位置。例如，可以创建基于如下滑动图的数据结构：该图具有在一个持续时间内所接收的、车辆的测程传感器系统的和GNSS传感器系统的测量数据，并且由该数据结构求取第一位置。通过该措施能够消除或者减少在确定第一位置时的测量不确定性、波动和抖动(Jitter)。
根据另一实施例，连续接收车辆的测程传感器系统的和/或GNSS传感器系统的测量数据。此外，基于所接收到的测量数据来连续确定第一位置。通过该措施能够确保第一位置对于求取第一起始位置的可用性。
根据另一实施方式，将所求取到的起始位置用于执行道路释放服务(Straβenfreigabedienst)。由此，该方法能够用于为特定的自动化的或者部分自动化的驾驶辅助功能释放道路或者道路区段。在此，可以通过冗余地使用测程传感器系统的测量数据和静态特征来阻止例如通过所谓的GNSS欺骗来操控起始位置。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于执行定位的方法，其中，接收通过根据本发明的用于求取车辆的起始位置的方法所求取到的第一起始位置作为输入参数和/或作为验证参数。
通过所求取到的起始位置，还能够借助价格低廉的车辆传感器相对于数字地图精确到车道地对车辆进行定位。该用于执行定位的方法能够实现对车辆的激光雷达传感器系统的、雷达传感器系统的和/或摄像机传感器系统的测量数据的静态特征与在该数字地图中所保存的特征的连续比较。这例如可以通过控制器的定位模块实现。
因为用于执行定位的方法迭代地构型，所以能够通过提供精准的起始位置来特别准确地定位车辆。
特别是能够通过第一位置，将用于基于特征的定位的搜索区域限制在所述至少一个地图区段，并且能够降低计算需求。
根据一种实施方式，与所述用于执行定位的方法并行地执行用于求取起始位置或者说初始位置的方法。通过该措施，控制器的初始化模块在定位期间也能够在后台运行。在此，可以将该初始化模块的输出用作对定位器输出的附加的状态检验。若判定起始位置与通过定位所求取到的车辆位置之间的差超过界限值，则可以为定位模块输出新的起始位置并重新启动对车辆的定位。
附图说明
以下根据经高度简化的示意图更详细地阐述本发明的优选实施例。在此示出：
图1：用于阐明对车辆的第一位置的确定的行驶道路的示意性俯视图；
图2：图1中的行驶道路的示意性俯视图和一个地图区段；
图3、4：用于阐明一致性检验的示意性曲线图。
具体实施方式
图1至4示出用于阐明一种用于通过控制器4求取车辆2的第一起始位置A以定位车辆2的方法的示意图。
车辆2具有测程传感器系统和/或GNSS传感器系统6以及用于基于特征地定位的附加传感器系统8。附加传感器系统8例如可以构型为激光雷达传感器系统、雷达传感器系统和/或摄像机传感器系统。
图1示出行驶道路10的示意性俯视图，用于阐明对车辆2的第一位置P的确定。车辆2在行驶方向F上驶过行驶道路10。在所示出的实施例中，通过测程传感器系统和GNSS传感器系统6在该行驶期间收集测量数据。在此，存储测程传感器系统的和GNSS传感器系统6的多个在时间上依次被收集的测量数据12，以便确定第一位置P。可选地可以将测程传感器系统的和GNSS传感器系统6的测量数据12平滑，从而从所求取到的测量数据12产生优化的测量数据14。例如可以借助滑动平均来优化所求取到的测量数据12。
所求取到的测量数据12可以具有最大的数量，从而将旧测量数据自动化消除或者说被更新的测量数据覆写。在此，第一位置P可以构型为测程传感器系统的和GNSS传感器系统6的在优化或者说平滑之后的最后的或者说最新的测量。
在图2中示出图1中的行驶道路10和地图区段16的示意性俯视图。地图区段16是特征地图的一部分并且具有多个特征18。在所示出的实施例中，该特征地图是雷达专用的特征地图。地图区段16具有位置和延展，该延展重叠或者说覆盖第一位置P和可选的、该第一位置P的不确定性范围。
此外，考虑从激光雷达传感器系统的、雷达传感器系统的和/或摄像机传感器系统8的当前测量中所提取的静态特征20和旧测量中所提取的静态特征22，从而将放大的地图区段16用于执行对所提取的静态特征20、22与在该地图区段16中所保存的特征18的比较。
雷达专用的特征地图和地图区段16以地图区段16的形式保存，这些地图区段映射了道路网的或者说行驶道路10的拓扑。至少一个地图区段16可以被转换到车辆2的为概览起见未在图2中示出的坐标系中。此外，可以对地图区段16的特征18和所提取的静态特征20、22进行比较并且针对基于特征的定位相互进行对齐。这类对齐可以利用成本函数和针对该成本函数的优化算法实现。
图3和图4示出用于阐明一致性检验的示意性曲线图。图3示出一种在技术上经简化的一致性检验。求取多个在时间上与第一起始位置A间隔开的第二起始位置A2、A3。
与起始位置A、A2、A3并行地借助测程传感器系统6求取位置P、P2、P3并将这些位置与起始位置A、A2、A3比较。为此，可以计算在位置P、P2、P3与起始位置A、A2之间的差D或者说距离。如果差D低于预限定的阈值或者说界限值，则一致性检验成功。
在所示出的实施例中，前两个起始位置A、A2是一致或者说正确的。最后的起始位置A3具有相对于位置P3的过大的偏差，是不一致的。在此，可以重新执行用于求取车辆2的起始位置A的方法并进行一致性检验。优选地，在最后被检验的用于定位车辆2的起始位置A3被释放之前，一致性检验可以具有多个成功经检验的起始位置A、A2、A3。
在图4中绘出一种在技术上开销更大的基于多假设跟踪的一致性检验。在地图区段16内考虑多个具有最佳一致性的起始位置A、A2、A3。将这些起始位置A、A2、A3与来自特征18、20、22的各个最后的对齐的一致性耦合。将测程传感器系统6的测量数据12用于连接起始位置A、A2、A3。所述起始位置A、A2、A3中的每个起始位置在地图区段16内可以具有并行的起始位置AP，在这些并行的起始位置中，所提取的特征20、22与在该地图区段16中所保存的特征18一致。这类基于特征的定位结果可能出现在周期性的周围环境、例如高速公路区段中。将测程传感器系统6的测量数据12以轨迹形式与对应的起始位置A、A2、A3、AP比较，其中，将具有最高的匹配品质的起始位置A、A2、A3、AP用于进一步对车辆2进行定位。

Claims (13)

1.一种用于通过控制器(4)求取车辆(2)的起始位置(A)以定位所述车辆(2)的方法，其中，
-从所述车辆(2)的测程传感器系统和/或GNSS传感器系统(6)接收测量数据(12)，
-基于所接收到的测量数据(12)来确定第一位置(P)和所述第一位置(P)的不确定性范围，
-接收具有多个保存的特征(18)的特征地图的至少一个地图区段(16)，其中，所述地图区段(16)具有位置和延展，所述延展重叠所述第一位置(P)和所述不确定性范围，
-从激光雷达传感器系统、雷达传感器系统和/或摄像机传感器系统(8)接收测量数据，并且从所接收到的测量数据中提取静态特征(20)，
-通过比较从测量数据中所提取的静态特征(20)与在所述地图区段(16)所保存的特征(18)来求取所述车辆(2)的第一起始位置(A)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在时间上与所述第一起始位置(A)间隔开地求取至少一个第二起始位置(A2，A3)，其中，比较所述第一起始位置(A)和所述至少一个第二起始位置(A2，A3)与从所述测程传感器系统(6)的测量数据(12)所求取到的位置(P，P2，P3)，其中，计算所述至少一个第二起始位置(A2，A3)与所述车辆(2)的通过所述测程传感器系统(6)的测量数据(12)所求取到的位置(P2，P3)之间的偏差(D)，并执行一致性检验。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在时间上与所述第一起始位置(A)间隔开地求取至少一个第二起始位置(A2，A3，AP)，其中，将所述第一起始位置(A)和所述至少一个第二起始位置(A2，A3，AP)与所述测程传感器系统(6)的测量数据(12)针对轨迹进行关联，其中，为每个轨迹求取匹配品质，其中，使用具有最高匹配品质的轨迹或者将所有轨迹去除。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，将从所述激光雷达传感器系统的、所述雷达传感器系统的和/或所述摄像机传感器系统(8)的旧测量中所提取的静态特征(22)用于执行对所提取的特征(22)与在所述地图区段(16)中所保存的特征(18)的比较。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，通过所述测程传感器系统(6)的测量数据(12)将从所述旧测量中所提取的静态特征(22)与从当前测量中所提取的静态特征(20)耦合。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，将优化方法用于确定所述第一位置(P)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，连续接收所述车辆(2)的所述测程传感器系统和/或所述GNSS传感器系统(6)的所述测量数据(12)，并且基于所接收到的测量数据(12)来连续确定所述第一位置(P)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，将所求取到的起始位置(A)用于执行道路释放服务。
9.一种用于执行定位的方法，其中，接收通过根据上述权利要求中任一项所述的方法所求取到的所述第一起始位置(A)作为输入参数和/或作为验证参数。
10.根据权利要求9的方法，其中，与根据权利要求9所述的用于执行定位的方法并行地执行根据权利要求1至8中任一项所述的用于求取起始位置的方法。
11.一种控制器(4)，其中，所述控制器(4)设置为用于实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法和/或根据权利要求9或10中任一项所述的方法。
12.一种计算机程序，所述计算机程序包括指令，所述指令在通过计算机或控制器(4)执行所述计算机程序时促使所述计算机执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法和/或根据权利要求9或10所述的方法。
13.一种机器可读的存储介质，在所述存储介质上存储有根据权利要求12所述的计算机程序。
CN202180047006.2A 2020-06-30 2021-06-14 求取车辆的起始位置以进行定位 Pending CN116324338A (zh)

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