用于模型化車輛的周圍環境的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于模型化車輛的周圍環境的方法。此外，本發明涉及一種控制設備，所述控制設備可以實施根據本發明的方法。
【背景技術】
[0002]如果移動系統(例如機器人、車輛)應當自動地在周圍環境中尋找路徑并且實施處理，則對于所述系統而言必要的是，創建其局部的周圍環境的地圖。借助周圍環境傳感器來檢測周圍環境并且逐漸地補充或者校正地圖。對此的任意的代表形式是所謂的占用網格。在此，將周圍環境描述為限定矩形的尺寸并且將所述矩形自身細分成均勻地網格化的元素一一所謂的單元。所述單元中的每一個可以包含占用度量。
[0003]為了將歷史測量正確地記錄到周圍環境模型中，移動系統需要關于其自身位置的了解。所述了解可以由全球定位、如GPS或者通過局部參考、例如里程表或者耦合導航獲得。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不到所需要的精確度。局部定位單元確定車輛的關于(初始的)參考位置的相對運動。因為相對運動的測量通常具有誤差(在例如由不要測量的車輪打滑引起的里程表的情形中)，所以誤差累積并且發生位置、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格的周圍環境t旲型30，所述占用網格具有車輛的周圍環境測量數據，所述車輛多次以圓行駛。其中，模型化自由面7和障礙物9、尤其壁。在真實世界中，側面上的長的壁位于相同的位置處，然而在所產生的周圍環境模型30中所述壁具有顯著偏移。因此，周圍環境模型30逐漸地越來越差并且因此變得不能使用。
[0005]在機器人中，所述現象作為閉環問題已知并且存在以下解決方案:適合的系統除周圍環境模型的創建以外存儲所有位置數據、所有所屬的測量數據以及如有必要存儲適合的特征。在此，特征是在理想情形中可以明確辨識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]當車輛再次位于早已知的位置處時，可以根據所述特征確定。如果定位單元具有過大的誤差，則推算出:必須如何校正已經測量了所屬特征的位置，以便最大化特征的測量可能性。所述問題強烈地與SLAM、同時定位以及映射同源。
[0007]如果已經校正了軌跡，則可以虛擬重新行駛所述軌跡并且對于每一個時間步將所記錄的測量集成到新的世界模型中，所述世界模型現在不再具有偏移。
[0008]然而，經典的方法具有以下大的不利:必須對于所有時間步存儲測量數據，對于環路閉合可以考慮所述時間步。這導致以下問題:第一是必須保留顯著數量的存儲空間，第二是事先不確定數據量多大，這意味著，需要增大的數據存儲器，其中不明確地判斷何時可以使其復位。
[0009]網格瓦片(GridTiles)是用于模型化機器人的具有未知延展的周圍環境的方法。基本構思在于，模型化通過一組小的方磚實現，所述方磚分別圍繞機器人鋪設。所述磚中的每一個尤其具有占用網格并且具有與四個相鄰的磚的相鄰關系。如果機器人或者所述對象中的所檢測的位于迄今通過所述磚描述的區域之外，則在那里同樣鋪設磚并且將測量集成到分別涉及的磚的網格中。
[0010]具有如此描述的周圍環境檢測、周圍環境模型和閉環能力的移動系統可以是車輛、尤其具有適合的駕駛員輔助系統的汽車。

【發明內容】

[0011]根據本發明的用于模型化車輛的周圍環境的方法包括以下步驟:首先獲得用于多個測量位置的周圍環境數據。這通過借助至少一個傳感器來檢測周圍環境實現。傳感器優選是有源的或者無源的光學的傳感器。替代地，傳感器優選是超聲傳感器或者雷達傳感器。根據本發明，存儲以下全部的測量位置:在所述測量位置處傳感器檢測周圍環境。此外提供多個磚，所述多個磚用于存儲周圍環境數據。磚有利地是網格瓦片。
[0012]隨后存儲周圍環境數據。這優選在先前提供的磚中實現。因此，根據本發明設置，周圍環境數據存儲在第一周圍環境模型的至少一個第一磚和至少一個第二磚中。第一磚和第二磚代表周圍環境的應當模型化的部分區域。附加地，存儲來自第一磚的周圍環境數據的至少一個明確(eindeutig)的特征和所屬的第一測量位置。所述第一測量位置是以下位置:在所述位置處已經檢測了特征。最后，存儲車輛的所行駛的軌跡。這優選可以已經通過測量點的存儲來實現，因為測量點離散化地描繪車輛的軌跡。
[0013]隨后，由第二磚內的第二測量位置檢測先前已經存儲了的特征。在此，根據本發明設置，第一磚的周圍環境數據與第二磚的周圍環境數據不同。因此，根據網格瓦片方法不實施第一磚和第二磚的聚集。然而，第二單元內的特征的檢測示出:第一單元和第二單元必須代表周圍環境的相同的部分區域。然而因為第一單元和第二單元的周圍環境數據不同，所以存在測量誤差。這也意味著:車輛相對于第一周圍環境模型已經駛過的軌跡是有誤差的。
[0014]為了校正測量誤差，在下一步驟中考慮第一測量位置和第二測量位置。優選地，根據第一測量位置和第二測量位置之間的差可以求取已校正的軌跡，其方式是，優選地第一測量位置和第二測量位置的差推算出所行駛的軌跡。最后，可以根據所得到的第二軌跡創建第二周圍環境模型，已校正的周圍環境數據加入到所述第二周圍環境模型中。為此，已校正的周圍環境數據由已校正的軌跡和第一周圍環境模型計算。
[0015]通過所述方式產生第二周圍環境模型，所述第二周圍環境模型具有正確的值，SP使當原始的測量數據由于測量誤差是有誤差時。優選地，明確地不實施如在現有技術中那樣的所有測量數據的附加存儲。
[0016]從屬權利要求示出本發明的優選擴展方案。
[0017]在本發明的一種優選實施方式中，第二周圍環境模型的創建包括以下步驟:虛擬地沿著所行駛的軌跡行駛第一周圍環境模型，其中在所存儲的測量位置處實現周圍環境的所代表的部分區域的虛擬測量。通過這種方式獲得虛擬的測量數據。所述虛擬的測量數據近似于原始地通過傳感器獲得的測量數據，因為后者作為周圍環境數據存儲在第一周圍環境模型的磚中。此外，實現沿著已校正的軌跡虛擬地行駛第二周圍環境模型。在此，將虛擬的測量數據加入到第二周圍環境模型中。因為第二周圍環境模型借助已校正的軌跡行駛，所以不再存在測量誤差。更確切地說，將虛擬的測量數據全局正確地加入到第二周圍環境模型中。第一周圍環境模型的虛擬行駛和第二環節模型的虛擬行駛優選同時實施。由此，避免虛擬的測量數據的暫存，因為虛擬的測量數據直接地加入到第二周圍環境模型中。
[0018]有利地，虛擬的測量通過在環繞所存儲的測量位置的預限定的區域內從第一周圍環境模型提取測量數據來實現。這能夠實現虛擬測量數據的快速且簡單的獲得。
[0019]同樣有利地，虛擬的測量通過虛擬的傳感器實現。虛擬的傳感器尤其具有預限定的虛擬的檢測區域，從而以盡可能小的偏差地近似真實的測量。
[0020]優選地，所行駛的軌跡和已校正的軌跡具有相同的長度。這能夠實現來自第一周圍環境模型的測量數據直接傳輸到第二周圍環境模型中，尤其通過1:1邏輯。因此，不需要將所行駛的軌跡上的位置耗費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(也稱作SIFT，尺度不變特征變換)從周圍環境數據提取。
[0022]此外有利地設置，第一周圍環境模型和第二周圍環境模型存儲在一個共同的存儲器裝置中。網格瓦片的應用尤其設置，存在網格管理器，所述網格管理器接管提供并且去除新的磚的任務。因此，所述網格管理器優選可以管理磚的兩個集，所述兩個集構成第一周圍環境模型和第二周圍環境模型。這引起存儲器資源的節省。
[0023]在根據本發明的方法的一種優選實施方式中，從第一周圍環境模型刪除第一周圍環境模型的以下磚:所述磚的周圍環境數據已經加入到了第二周圍環境模型中。這具有以下優點:不再需要的數據不阻礙附加的存儲空間。因此，顯著降低用于存儲第一周圍環境模型和第二周圍環境模型的耗費。
[0024]特別優選地設置，第一周圍環境模型和第二周圍環境模型在車輛的周圍環境的預限定的部分區域中重疊。通過這種方式，可以將用于存儲第一周圍環境模型和第二周圍環境模型的必要的存儲需求減小到最小。
[0025]附加地，本發明涉及一種控制設備。所述控制設備與至少一個傳感器連接，所述傳感器設置用于掃描其周圍環境。此外，存儲器裝置與控制設備連接。控制設備根據本發明設置用于實施以上所描述的方法。特別地，控制設備布置在車輛中，從而控制設備可以創建車輛的周圍環境模型，以便向駕駛員示出其車輛的周圍環境。
【附圖說明】
[0026]隨后參照附圖詳細描述本發明的實施例。附圖示出:
[0027]圖1:根據現有技術的周圍環境模型的示意圖；
[0028]圖2:根據本發明的一個實施例的第一周圍環境模型的示意圖；
[0029]圖3:根據本發明的一個實施例的第一周圍環境模型的另一示意圖；
[0030]圖4:根據本發明的一個實施例的第二周圍環境模型的示意圖；
[0031]圖5:根據本發明的一個實施例的控制設備的示意圖。
【具體實施方式】
[0032]在本發明的一個實施例中有利地使用網格瓦片，可以利用所述網格瓦片的以下特征:如果借助網格瓦片描繪其周圍環境1的機器人、尤其車輛在一個環路中行駛并且沒有準確地識別出與最后的環路通過的相同位置處的相同情況，則鋪設新的磚3。這完全自動地實現，如在圖2中示出的那樣。圖2示意性示出第一周圍環境模型10，所述第一周圍環境模型由多個磚3構成。磚3之間的相鄰關系僅僅局部已知，從而環路端部近前的、沒有由開始磚(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