用于模型化車(chē)輛的周?chē)h(huán)境的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于模型化車(chē)輛的周?chē)h(huán)境的方法。此外，本發(fā)明涉及一種控制設(shè)備，所述控制設(shè)備可以實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]如果移動(dòng)系統(tǒng)(例如機(jī)器人、車(chē)輛)應(yīng)當(dāng)自動(dòng)地在周?chē)h(huán)境中尋找路徑并且實(shí)施處理，則對(duì)于所述系統(tǒng)而言必要的是，創(chuàng)建其局部的周?chē)h(huán)境的地圖。借助周?chē)h(huán)境傳感器來(lái)檢測(cè)周?chē)h(huán)境并且逐漸地補(bǔ)充或者校正地圖。對(duì)此的任意的代表形式是所謂的占用網(wǎng)格。在此，將周?chē)h(huán)境描述為限定矩形的尺寸并且將所述矩形自身細(xì)分成均勻地網(wǎng)格化的元素一一所謂的單元。所述單元中的每一個(gè)可以包含占用度量。
[0003]為了將歷史測(cè)量正確地記錄到周?chē)h(huán)境模型中，移動(dòng)系統(tǒng)需要關(guān)于其自身位置的了解。所述了解可以由全球定位、如GPS或者通過(guò)局部參考、例如里程表或者耦合導(dǎo)航獲得。用于全球定位的輔助模塊通常具有以下不利:所述輔助模塊非常昂貴并且此外也通常達(dá)不到所需要的精確度。局部定位單元確定車(chē)輛的關(guān)于(初始的)參考位置的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因?yàn)橄鄬?duì)運(yùn)動(dòng)的測(cè)量通常具有誤差(在例如由不要測(cè)量的車(chē)輪打滑引起的里程表的情形中)，所以誤差累積并且發(fā)生位置、但主要是角信息(定向)方面的偏移。
[0004]圖1例如不出具有占用網(wǎng)格的周?chē)h(huán)境t旲型30，所述占用網(wǎng)格具有車(chē)輛的周?chē)h(huán)境測(cè)量數(shù)據(jù)，所述車(chē)輛多次以圓行駛。其中，模型化自由面7和障礙物9、尤其壁。在真實(shí)世界中，側(cè)面上的長(zhǎng)的壁位于相同的位置處，然而在所產(chǎn)生的周?chē)h(huán)境模型30中所述壁具有顯著偏移。因此，周?chē)h(huán)境模型30逐漸地越來(lái)越差并且因此變得不能使用。
[0005]在機(jī)器人中，所述現(xiàn)象作為閉環(huán)問(wèn)題已知并且存在以下解決方案:適合的系統(tǒng)除周?chē)h(huán)境模型的創(chuàng)建以外存儲(chǔ)所有位置數(shù)據(jù)、所有所屬的測(cè)量數(shù)據(jù)以及如有必要存儲(chǔ)適合的特征。在此，特征是在理想情形中可以明確辨識(shí)且可以分配的特別的特征。例如列舉位置特征、如棱邊或者基于圖像的特征、如SIFT特征(Scale invariant feature transform:尺度不變特征變換)。
[0006]當(dāng)車(chē)輛再次位于早已知的位置處時(shí)，可以根據(jù)所述特征確定。如果定位單元具有過(guò)大的誤差，則推算出:必須如何校正已經(jīng)測(cè)量了所屬特征的位置，以便最大化特征的測(cè)量可能性。所述問(wèn)題強(qiáng)烈地與SLAM、同時(shí)定位以及映射同源。
[0007]如果已經(jīng)校正了軌跡，則可以虛擬重新行駛所述軌跡并且對(duì)于每一個(gè)時(shí)間步將所記錄的測(cè)量集成到新的世界模型中，所述世界模型現(xiàn)在不再具有偏移。
[0008]然而，經(jīng)典的方法具有以下大的不利:必須對(duì)于所有時(shí)間步存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)于環(huán)路閉合可以考慮所述時(shí)間步。這導(dǎo)致以下問(wèn)題:第一是必須保留顯著數(shù)量的存儲(chǔ)空間，第二是事先不確定數(shù)據(jù)量多大，這意味著，需要增大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其中不明確地判斷何時(shí)可以使其復(fù)位。
[0009]網(wǎng)格瓦片(GridTiles)是用于模型化機(jī)器人的具有未知延展的周?chē)h(huán)境的方法?；緲?gòu)思在于，模型化通過(guò)一組小的方磚實(shí)現(xiàn)，所述方磚分別圍繞機(jī)器人鋪設(shè)。所述磚中的每一個(gè)尤其具有占用網(wǎng)格并且具有與四個(gè)相鄰的磚的相鄰關(guān)系。如果機(jī)器人或者所述對(duì)象中的所檢測(cè)的位于迄今通過(guò)所述磚描述的區(qū)域之外，則在那里同樣鋪設(shè)磚并且將測(cè)量集成到分別涉及的磚的網(wǎng)格中。
[0010]具有如此描述的周?chē)h(huán)境檢測(cè)、周?chē)h(huán)境模型和閉環(huán)能力的移動(dòng)系統(tǒng)可以是車(chē)輛、尤其具有適合的駕駛員輔助系統(tǒng)的汽車(chē)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]根據(jù)本發(fā)明的用于模型化車(chē)輛的周?chē)h(huán)境的方法包括以下步驟:首先獲得用于多個(gè)測(cè)量位置的周?chē)h(huán)境數(shù)據(jù)。這通過(guò)借助至少一個(gè)傳感器來(lái)檢測(cè)周?chē)h(huán)境實(shí)現(xiàn)。傳感器優(yōu)選是有源的或者無(wú)源的光學(xué)的傳感器。替代地，傳感器優(yōu)選是超聲傳感器或者雷達(dá)傳感器。根據(jù)本發(fā)明，存儲(chǔ)以下全部的測(cè)量位置:在所述測(cè)量位置處傳感器檢測(cè)周?chē)h(huán)境。此外提供多個(gè)磚，所述多個(gè)磚用于存儲(chǔ)周?chē)h(huán)境數(shù)據(jù)。磚有利地是網(wǎng)格瓦片。
[0012]隨后存儲(chǔ)周?chē)h(huán)境數(shù)據(jù)。這優(yōu)選在先前提供的磚中實(shí)現(xiàn)。因此，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置，周?chē)h(huán)境數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在第一周?chē)h(huán)境模型的至少一個(gè)第一磚和至少一個(gè)第二磚中。第一磚和第二磚代表周?chē)h(huán)境的應(yīng)當(dāng)模型化的部分區(qū)域。附加地，存儲(chǔ)來(lái)自第一磚的周?chē)h(huán)境數(shù)據(jù)的至少一個(gè)明確(eindeutig)的特征和所屬的第一測(cè)量位置。所述第一測(cè)量位置是以下位置:在所述位置處已經(jīng)檢測(cè)了特征。最后，存儲(chǔ)車(chē)輛的所行駛的軌跡。這優(yōu)選可以已經(jīng)通過(guò)測(cè)量點(diǎn)的存儲(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)闇y(cè)量點(diǎn)離散化地描繪車(chē)輛的軌跡。
[0013]隨后，由第二磚內(nèi)的第二測(cè)量位置檢測(cè)先前已經(jīng)存儲(chǔ)了的特征。在此，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置，第一磚的周?chē)h(huán)境數(shù)據(jù)與第二磚的周?chē)h(huán)境數(shù)據(jù)不同。因此，根據(jù)網(wǎng)格瓦片方法不實(shí)施第一磚和第二磚的聚集。然而，第二單元內(nèi)的特征的檢測(cè)示出:第一單元和第二單元必須代表周?chē)h(huán)境的相同的部分區(qū)域。然而因?yàn)榈谝粏卧偷诙卧闹車(chē)h(huán)境數(shù)據(jù)不同，所以存在測(cè)量誤差。這也意味著:車(chē)輛相對(duì)于第一周?chē)h(huán)境模型已經(jīng)駛過(guò)的軌跡是有誤差的。
[0014]為了校正測(cè)量誤差，在下一步驟中考慮第一測(cè)量位置和第二測(cè)量位置。優(yōu)選地，根據(jù)第一測(cè)量位置和第二測(cè)量位置之間的差可以求取已校正的軌跡，其方式是，優(yōu)選地第一測(cè)量位置和第二測(cè)量位置的差推算出所行駛的軌跡。最后，可以根據(jù)所得到的第二軌跡創(chuàng)建第二周?chē)h(huán)境模型，已校正的周?chē)h(huán)境數(shù)據(jù)加入到所述第二周?chē)h(huán)境模型中。為此，已校正的周?chē)h(huán)境數(shù)據(jù)由已校正的軌跡和第一周?chē)h(huán)境模型計(jì)算。
[0015]通過(guò)所述方式產(chǎn)生第二周?chē)h(huán)境模型，所述第二周?chē)h(huán)境模型具有正確的值，SP使當(dāng)原始的測(cè)量數(shù)據(jù)由于測(cè)量誤差是有誤差時(shí)。優(yōu)選地，明確地不實(shí)施如在現(xiàn)有技術(shù)中那樣的所有測(cè)量數(shù)據(jù)的附加存儲(chǔ)。
[0016]從屬權(quán)利要求示出本發(fā)明的優(yōu)選擴(kuò)展方案。
[0017]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，第二周?chē)h(huán)境模型的創(chuàng)建包括以下步驟:虛擬地沿著所行駛的軌跡行駛第一周?chē)h(huán)境模型，其中在所存儲(chǔ)的測(cè)量位置處實(shí)現(xiàn)周?chē)h(huán)境的所代表的部分區(qū)域的虛擬測(cè)量。通過(guò)這種方式獲得虛擬的測(cè)量數(shù)據(jù)。所述虛擬的測(cè)量數(shù)據(jù)近似于原始地通過(guò)傳感器獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)，因?yàn)楹笳咦鳛橹車(chē)h(huán)境數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在第一周?chē)h(huán)境模型的磚中。此外，實(shí)現(xiàn)沿著已校正的軌跡虛擬地行駛第二周?chē)h(huán)境模型。在此，將虛擬的測(cè)量數(shù)據(jù)加入到第二周?chē)h(huán)境模型中。因?yàn)榈诙車(chē)h(huán)境模型借助已校正的軌跡行駛，所以不再存在測(cè)量誤差。更確切地說(shuō)，將虛擬的測(cè)量數(shù)據(jù)全局正確地加入到第二周?chē)h(huán)境模型中。第一周?chē)h(huán)境模型的虛擬行駛和第二環(huán)節(jié)模型的虛擬行駛優(yōu)選同時(shí)實(shí)施。由此，避免虛擬的測(cè)量數(shù)據(jù)的暫存，因?yàn)樘摂M的測(cè)量數(shù)據(jù)直接地加入到第二周?chē)h(huán)境模型中。
[0018]有利地，虛擬的測(cè)量通過(guò)在環(huán)繞所存儲(chǔ)的測(cè)量位置的預(yù)限定的區(qū)域內(nèi)從第一周?chē)h(huán)境模型提取測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬測(cè)量數(shù)據(jù)的快速且簡(jiǎn)單的獲得。
[0019]同樣有利地，虛擬的測(cè)量通過(guò)虛擬的傳感器實(shí)現(xiàn)。虛擬的傳感器尤其具有預(yù)限定的虛擬的檢測(cè)區(qū)域，從而以盡可能小的偏差地近似真實(shí)的測(cè)量。
[0020]優(yōu)選地，所行駛的軌跡和已校正的軌跡具有相同的長(zhǎng)度。這能夠?qū)崿F(xiàn)來(lái)自第一周?chē)h(huán)境模型的測(cè)量數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)降诙車(chē)h(huán)境模型中，尤其通過(guò)1:1邏輯。因此，不需要將所行駛的軌跡上的位置耗費(fèi)地變換成已校正的軌跡上的位置。
[0021]有利地，所述特征是位置特征、尤其所檢測(cè)的棱邊。替代地或附加地，所述特征有利地是圖像特征，所述圖像特征可以借助尺度不變的特征變換(也稱(chēng)作SIFT，尺度不變特征變換)從周?chē)h(huán)境數(shù)據(jù)提取。
[0022]此外有利地設(shè)置，第一周?chē)h(huán)境模型和第二周?chē)h(huán)境模型存儲(chǔ)在一個(gè)共同的存儲(chǔ)器裝置中。網(wǎng)格瓦片的應(yīng)用尤其設(shè)置，存在網(wǎng)格管理器，所述網(wǎng)格管理器接管提供并且去除新的磚的任務(wù)。因此，所述網(wǎng)格管理器優(yōu)選可以管理磚的兩個(gè)集，所述兩個(gè)集構(gòu)成第一周?chē)h(huán)境模型和第二周?chē)h(huán)境模型。這引起存儲(chǔ)器資源的節(jié)省。
[0023]在根據(jù)本發(fā)明的方法的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，從第一周?chē)h(huán)境模型刪除第一周?chē)h(huán)境模型的以下磚:所述磚的周?chē)h(huán)境數(shù)據(jù)已經(jīng)加入到了第二周?chē)h(huán)境模型中。這具有以下優(yōu)點(diǎn):不再需要的數(shù)據(jù)不阻礙附加的存儲(chǔ)空間。因此，顯著降低用于存儲(chǔ)第一周?chē)h(huán)境模型和第二周?chē)h(huán)境模型的耗費(fèi)。
[0024]特別優(yōu)選地設(shè)置，第一周?chē)h(huán)境模型和第二周?chē)h(huán)境模型在車(chē)輛的周?chē)h(huán)境的預(yù)限定的部分區(qū)域中重疊。通過(guò)這種方式，可以將用于存儲(chǔ)第一周?chē)h(huán)境模型和第二周?chē)h(huán)境模型的必要的存儲(chǔ)需求減小到最小。
[0025]附加地，本發(fā)明涉及一種控制設(shè)備。所述控制設(shè)備與至少一個(gè)傳感器連接，所述傳感器設(shè)置用于掃描其周?chē)h(huán)境。此外，存儲(chǔ)器裝置與控制設(shè)備連接?？刂圃O(shè)備根據(jù)本發(fā)明設(shè)置用于實(shí)施以上所描述的方法。特別地，控制設(shè)備布置在車(chē)輛中，從而控制設(shè)備可以創(chuàng)建車(chē)輛的周?chē)h(huán)境模型，以便向駕駛員示出其車(chē)輛的周?chē)h(huán)境。
【附圖說(shuō)明】
[0026]隨后參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。附圖示出:
[0027]圖1:根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的周?chē)h(huán)境模型的示意圖；
[0028]圖2:根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的第一周?chē)h(huán)境模型的示意圖；
[0029]圖3:根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的第一周?chē)h(huán)境模型的另一示意圖；
[0030]圖4:根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的第二周?chē)h(huán)境模型的示意圖；
[0031]圖5:根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的控制設(shè)備的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中有利地使用網(wǎng)格瓦片，可以利用所述網(wǎng)格瓦片的以下特征:如果借助網(wǎng)格瓦片描繪其周?chē)h(huán)境1的機(jī)器人、尤其車(chē)輛在一個(gè)環(huán)路中行駛并且沒(méi)有準(zhǔn)確地識(shí)別出與最后的環(huán)路通過(guò)的相同位置處的相同情況，則鋪設(shè)新的磚3。這完全自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)，如在圖2中示出的那樣。圖2示意性示出第一周?chē)h(huán)境模型10，所述第一周?chē)h(huán)境模型由多個(gè)磚3構(gòu)成。磚3之間的相鄰關(guān)系僅僅局部已知，從而環(huán)路端部近前的、沒(méi)有由開(kāi)始磚(第一磚4)得知的第三磚6貼靠新的相鄰磚(第二磚5)。第一磚4和第二磚5的聚集