DE69033973T2

Integrated vehicle positioning and navigation system, apparatus and method

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40 claims: 2 independent, 38 dependent

  1. 1
    System (406) um es einem Fahrzeug (102) zu ermöglichen, einer vorbestimmten Route (3312) zu folgen, und zwar durch Erzeugen einer Serie von Pfaden, denen gefolgt werden soll, wobei das System ein System zur Erzeugung der Pfade umfaßt, das folgendes aufweist:Mittel für das Speichern von Routendaten, die Anfangs- und Endpunkte auf einer vorbestimmten Route (3312) repräsentieren;Mittel für das Speichern von Sätzen von komprimierten Pfaddaten für jede vorbestimmte Route (3312);Mittel für das sukzessive Herausziehen bzw. Laden von Sätzen von komprimierten Pfaddaten, die einer vorbestimmten Route (3312) zugeordnet sind;und weiter gekennzeichnet durch Mittel für das sukzessive bzw. aufeinander abfolgende Erzeugen eines kontinuierlichen Pfades aus einem jeden der Sätze aus komprimierten Pfaddaten.
  2. 2
    System zur Erzeugung von Pfaden gemäß Anspruch 1, wobei die komprimierten Pfaddaten für jede vorbestimmte Route Knoten (2202), Linien (2204) und Bögen (2210) aufweisen, und wobei die Mittel für das sukzessive Erzeugen eines Pfades aus einem jeden der Sätze von komprimierten Pfaddaten Mittel aufweisen für die Auswahl einer Serie von Knoten, Mittel für das Verbinden der Serie von Knoten unter Verwendung der Linien, Bögen oder beidem und Mittel für das Kompilieren bzw. Zusammenstellen eines Satzes von Punkten entlang der verbundenen Knoten.
  3. 3
    System zur Erzeugung von Pfaden gemäß Anspruch 1, wobei die komprimierten Pfaddaten für jede vorbestimmte Route B-Splines aufweisen.
  4. 4
    System zur Erzeugung von Pfaden gemäß Anspruch 1, wobei die komprimierten Pfaddaten für jede vorbestimmte Route Clothoiden bzw. Clothoid-Kurven (2602) aufweisen.
  5. 5
    Verfahren, das in einem System (406) durchgeführt wird, um einem Fahrzeug (102) zu ermöglichen, eine vorbestimmte Route (3312) entlang zu fahren durch Erzeugen einer Serie von Pfaden, denen zu folgen ist, wobei das System das Verfahren zur Erzeugung der Pfade nutzt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:Speichern von Routendaten, die Anfangs- und Endpunkte auf einer vorbestimmten Route (3312) repräsentieren;Speichern von Sätzen von komprimierten Pfaddaten für jede vorbestimmte Route (3312);sukzessives Herausziehen bzw. Herausladen von Sätzen der komprimierten Pfaddaten, die einer vorbestimmten Route (3312) zugeordnet sind;und weiter gekennzeichnet durch sukzessives Erzeugen eines kontinuierlichen Pfades aus einem jeden der Sätze der komprimierten Pfaddaten.
  6. 6
    Verfahren zum Erzeugen von Pfaden gemäß Anspruch 5, wobei die gespeicherten komprimierten Pfaddaten für jede vorbestimmte Route Knoten (2202), Linien (2204) und Bögen (2210) aufweisen, und wobei der Schritt des sukzessiven Erzeugens eines kontinuierlichen Pfades aus einem jeden der Sätze der komprimierten Pfaddaten die Schritte aufweist:Auswählen einer Serie von Knoten;Verbinden der Serie von Knoten unter Verwendung von Linien, Bögen oder beidem;und Zusammenstellen bzw. Kompilieren eines Satzes von Punkten entlang der verbundenen Knoten.
  7. 7
    Verfahren zum Erzeugen von Pfaden gemäß Anspruch 5, wobei die gespeicherten komprimierten Pfaddaten für jede vorbestimmte Route B-Splines aufweisen. 6. Verfahren zum Erzeugen von Pfaden gemäß Anspruch 5, wobei die gespeicherten komprimierten Pfaddaten für jede vorbestimmte Route Clothoiden bzw. Clothoid- Kurven (2602) aufweisen.
  8. 8
    9. System gemäß Anspruch 1, das ein automatisches Hindernis-Handhabungssystem aufweist, wobei das System folgendes aufweist:Mittel (4040), die am Fahrzeug (102) montiert sind, für das automatische Detektieren von Hindernissen (4002) in einem Pfad bzw. Weg (3312) des Fahrzeugs (102);und Mittel zum Veranlassen des Fahrzeugs (102) zu einem automatischen Vermeiden der Hindernisse (4002).
  9. 9
    10. System gemäß Anspruch 9, wobei die Mittel (404) für das Detektieren von Hindernissen folgendes aufweisen:Mittel (4222) für das Übertragen von Energie über einen gewissen Abstand entlang des Pfades (3312) des Fahrzeugs (102);Mittel (4222) für den Empfang jenes Teils der übertragenen Energie, der von potentiellen Hindernissen (4002) zurück reflektiert wird;und Mittel (4212) für das Verarbeiten des Teils, der zurück reflektiert wurde, um dadurch tatsächliche Hindernisse (4002) zu detektieren.
  10. 10
    11. System gemäß Anspruch 10, wobei die Mittel (4212) für das Verarbeiten des zurück reflektierten Teils folgendes aufweisen:Mittel für das Erzeugen von Bereichsdaten, basierend auf dem zurück reflektierten Teil;Mittel für das Erzeugen von Winkelpositionsdaten basierend auf dem zurück reflektierten Teil und von Abtastdaten anzeigend für die Position in einem Abtastzyklus;Mittel für das Erzeugen von zylindrischen Koordinatendaten basierend auf den Bereichsdaten und den Winkelpositionsdaten;und Mittel für das Umwandeln der zylindrischen Koordinatendaten in kartesische Koordinatendaten, um so ein Straßenprofil des Fahrzeugpfades (3312) zu erzeugen, wodurch Bilddaten in (Bild-)Rahmen (frames) zusammengestellt bzw. kompiliert werden und bedrohliche Hindernisse (4002) von natürlichen Objekten unterschieden werden.
  11. 11
    12. System gemäß Anspruch 11, wobei die Mittel (4212) für das Verarbeiten des zurück reflektierten Teils weiter folgendes aufweisen:Mittel für den Vergleich von erwarteten Straßenprofilen, die zuvor gespeichert wurden, mit dem erzeugten Straßenprofil;und Mittel, ansprechend auf die Mittel für den Vergleich, für das Signalisieren der Detektion eines Hindernisses (4002), wenn die Vergleichsmittel einen Unterschied finden, der einen voreingestellten Schwellenwert übersteigt.
  12. 12
    13. System gemäß Anspruch 11, wobei die Mittel (4212) für das Verarbeiten des zurück reflektierten Teils weiter Mittel aufweisen für das Durchführen einer Fleckextraktion (Blob-Extraktion) an einem vollen (Bild-)Rahmen der Bilddaten.
  13. 13
    14. System gemäß Anspruch 13, wobei die Mittel für das Durchführen der Fleckextraktion folgendes aufweisen:Mittel für das Klustern der Daten, erzeugt in Gruppen basierend auf Höhendaten;Mittel für den Vergleich der erwarteten Straßenhöhe mit den geklusterten Daten;und Mittel für das Anzeigen einer Detektion eines Hindernisses (4002), wenn die Mittel für das Vergleichen einen Unterschied finden, der einen voreingestellten Schwellenwert übersteigt.
  14. 14
    15. System gemäß Anspruch 14, wobei die Mittel für das Durchführen der Fleckextraktion weiter Mittel aufweisen für das Sammeln bzw. Akkumulieren einer globalen Hinderniskarte (4004), basierend auf den detektierten Hindernissen (4002), wobei die globale Hinderniskarte (4004) bei der Planung von Fahrzeugpfaden bzw. Fahrzeugwegen (3312) verwendet wird.
  15. 15
    16. System gemäß Anspruch 11, wobei die Mittel (4212) für das Verarbeiten des zurück reflektierten Teils weiter Mittel aufweisen für das Auswählen einer relativ kleinen Datenmenge, die aus dem zurück reflektierten Teil erzeugt werden, um die Verarbeitungslast zu minimieren, wobei die ausgewählten Daten einem Gebiet zugeordnet sind, das im Soll-Fahrzeugpfad bei und über den Anhalteweg bzw. Anhalteabstand des Fahrzeugs hinaus liegt, wobei die Auswahl des Gebiets beeinflußt wird durch die Fahrzeuggeschwindigkeit.
  16. 16
    17. System gemäß Anspruch 10, wobei die Mittel (4222) für das Aussenden Mittel aufweisen für das Abtasten des Weges innerhalb einer begrenzten Zone, wobei die begrenzte Zone gleich ist zur Breite des Fahrzeugs (102) plus einem Sicherheitsbereich bzw. Sicherheitsrand, und wobei die begrenzte Zone sich vor dem Fahrzeug (102) erstreckt von einem Abstand gleich zum minimalen Anhalteabstand des Fahrzeugs zu einen Abstand, der kleiner oder gleich ist zu dem maximalen Bereich der Mittel für das Aussenden.
  17. 17
    18. System gemäß Anspruch 17, wobei die Breite der begrenzten Zone bestimmt wird gemäß der Breite des Fahrzeugpfades und wobei zumindest die Länge der begrenzten Zone mit Variationen der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Anhalteabstand variiert.
  18. 18
    19. System gemäß Anspruch 17, wobei die Kanten der begrenzten Zone gefunden werden durch Übertragen der Bereichsdaten auf eine Bildebenendarstellung (3900).
  19. 19
    20. System gemäß Anspruch 9, wobei die Mittel zum Veranlassen für das Fahrzeug (102) zum Vermeiden von Hindernissen (4002) folgendes aufweisen:Mittel für das sofortige Anhalten des Fahrzeugs (102) bevor Kontakt mit irgendeinem der Hindernisse (4002) gemacht wird, wenn ein Kontakt wahrscheinlich ist;Mittel für das Planen eines Pfades um die Hindernisse (4100) herum;und Mittel zum Veranlassen des Fahrzeuges (102), so dass es dem geplanten Pfad um die Hindernisse (4002) herum folgt.
  20. 20
    21. System gemäß Anspruch 19, wobei die Mittel für das Planen einen Pfades um die Hindernisse (4002) herum folgendes aufweisen:Mittel für das Entscheiden, auf welcher Seite eines Hindernisses (4002) das Fahrzeug (102) vorbeifahren soll;und Mittel für das Auswählen von Unterzielen, die zu einem Ziel einer höheren Ebene führen, wobei die Unterziele Punkte repräsentieren, die einen Pfad um das Hindernis herum definieren, wobei das Ziel der höheren Ebene eine Rückkehr auf den ursprünglichen Pfad ist, nachdem das Fahrzeug (102) das Hindernis (4002) vermeidet.
  21. 21
    22. System gemäß Anspruch 10, wobei die ausgesendete Energie von elektromagnetischer Natur ist.
  22. 22
    23. System gemäß Anspruch 22, wobei die ausgesendete Energie eine elektromagnetische Strahlung im Infrarotspektrum ist.
  23. 23
    24. System gemäß Anspruch 23, wobei die ausgesendete Energie von elektromagnetischer Strahlung im Infrarotspektrum durch einen Laser erzeugt wird.
  24. 24
    25. System gemäß Anspruch 10, wobei die ausgesendete Energie von akustischer Natur ist.
  25. 25
    26. System gemäß Anspruch 9, wobei die Schritte des Aussendens das Abtasten des Weges mit einer einzigen Abtastlinie aufweisen.
  26. 26
    27. System gemäß Anspruch 26, wobei die einzige Abtastlinie den Boden vor dem Fahrzeug (102) nicht berührt.
  27. 27
    28. System gemäß Anspruch 10, wobei der Schritt des Aussendens das Abtasten des Weges mit mehreren Linien aufweist.
  28. 28
    29. System gemäß Anspruch 10, wobei der Schritt des Verarbeitens des zurück reflektierten Teils folgendes aufweist:Filtern des Teils, um zwischen bedrohlichen Hindernissen (4002) und natürlichen Objekten zu unterscheiden, und zwar einschließlich erwarteter Veränderungen in den Straßenmerkmalen.
  29. 29
    30. System gemäß Anspruch 29, wobei der Schritt des Filterns des Teils das Variierende des zu filternden Teils basierend auf der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (102) aufweist.
  30. 30
    31. Verfahren gemäß Anspruch 5, das ferner den Schritt der Detektion von Objekten im Pfad aufweist durch Aussenden von Energie entlang des Pfades und Detektieren und Verarbeiten von reflektierter Energie, wobei die Schritte des Verarbeitens des zurück reflektierten Teils folgendes aufweisen:Erzeugen von Bereichsdaten basierend auf dem zurück reflektierten Teil;Erzeugen von Winkelpositionsdaten basierend auf dem zurück reflektierten Teil und auf Abtastdaten anzeigend für die Position in einem Scan-Zyklus bzw. Abtastzylus;Erzeugen von zylindrischen Koordinatendaten basierend auf den Bereichsdaten und den Winkelpositionsdaten;und Umwandeln der zylindrischen Koordinatendaten in kartesische Koordinatendaten, um so ein Straßenprofil des Fahrzeugweges (3312) zu erzeugen, wodurch Bilddaten in Rahmen zusammengestellt bzw. kompiliert werden und bedrohliche Hindernisse (4002) von natürlichen Objekten unterschieden werden.
  31. 31
    32. Verfahren gemäß Anspruch 31, wobei der Schritt des Verarbeitens des zurück reflektierten Teils weiter folgendes aufweist:Vergleich von erwarteten Straßenprofilen, die zuvor gespeichert wurden, mit dem erzeugten Straßenprofil;und Ansprechend auf den Schritt des Vergleichens, Signalisieren der Detektion eines Hindernisses (4002), wenn der Vergleichsschritt einen Unterschied findet, der einen voreingestellten Schwellenwert übersteigt.
  32. 32
    33. Verfahren gemäß Anspruch 31, wobei der Schritt des Verarbeitens des zurück reflektierten Teils ferner das Durchführen einer Fleckextraktion an einem vollen (Bild-)Rahmen der Bilddaten aufweist.
  33. 33
    34. Verfahren gemäß Anspruch 33, wobei der Schritt des Durchführens der Fleckextraktion folgendes aufweist:Clustern bzw. Gruppieren der erzeugten Daten in Gruppen, basierend auf Höhendaten;Vergleichen einer erwarteten Straßenhöhe mit den geclusterten Daten;und Anzeigen einer Detektion eines Hindernisses (4002), wenn der Schritt des Vergleichens einen Unterschied findet, der einen voreingestellten Schwellenwert übersteigt.
  34. 34
    35. Verfahren gemäß Anspruch 34, wobei der Schritt des Durchführens der Fleckextraktion weiter folgendes aufweist:Akkumulieren einer globalen Hinderniskarte (4004) basierend auf den detektierten Hindernissen (4002), wobei die globale Hinderniskarte (4004) beim Planen von Fahrzeugwegen bzw. Fahrzeugpfaden (3312) verwendet wird.
  35. 35
    36. Verfahren gemäß Anspruch 31, wobei der Schritt des Verarbeitens des zurück reflektierten Teils weiter folgendes aufweist:Auswählen einer relativ kleinen Datenmenge erzeugt aus dem zurück reflektierten Teil, um die Verarbeitungslast zu minimieren, wobei die ausgewählten Daten einem Gebiet zugeordnet sind, das im gewünschten Fahrzeugpfad bei und über den Anhalteabstand des Fahrzeugs hinaus liegt, wobei die Auswahl des Gebiets durch die Fahrzeuggeschwindigkeit beeinflußt wird.
  36. 36
    37. Verfahren gemäß Anspruch 31, wobei der Schritt des Aussendens folgendes aufweist:Abtasten des Pfades innerhalb einer begrenzten Zone, wobei die begrenzte Zone gleich in der Breite ist zur Breite des Fahrzeugs (102) plus einem Sicherheitsrand bzw. Sicherheitsbereich, und wobei die begrenzte Zone sich nach vorne vom Fahrzeug (102) aus erstreckt von einem Abstand gleich dem minimalen Anhalteabstand des Fahrzeugs zu einem Abstand kleiner als oder gleich einem maximalen Bereich des Aussendens der Energie.
  37. 37
    38. Verfahren gemäß Anspruch 37, wobei die Breite der begrenzten Zone bestimmt wird gemäß der Breite des Fahrzeugpfades, und wobei zumindest die Länge der begrenzten Zone mit Variationen in der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Anhalteabstand variiert.
  38. 38
    39. Verfahren gemäß Anspruch 38, wobei die Kanten der begrenzten Zone gefunden werden durch Transferieren der Bereichsdaten in eine Bildebenendarstellung (3900).
  39. 39
    40. Verfahren gemäß Anspruch 31, das einen Schritt aufweist, um zu bewirken, dass das Fahrzeug (102) die Hindernisse (4002) vermeidet, der folgendes aufweist:Sofortiges Anhalten des Fahrzeugs (102) bevor ein Kontakt mit irgendeinem der Hindernisse (4002) gemacht wird, sofern der Kontakt wahrscheinlich ist;Planen eines Pfades um die Hindernisse herum;und Veranlassen, dass das Fahrzeug (102) dem geplanten Weg bzw. Pfad um die Hindernisse (4002) herum folgt.
  40. 40
    41. Verfahren gemäß Anspruch 40, wobei der Schritt des Planens eines Pfades um die Hindernisse (4002) herum folgendes aufweist:Entscheiden, auf welcher Seite eines Hindernisses (4002) das Fahrzeug (102) vorbei fahren soll;und Auswählen von Unterzielen, die zu einem Ziel einer höheren Ebene führen, wobei die Unterziele Punkte repräsentieren, die einen Pfad um das Hindernis herum definieren, wobei das Ziel der höheren Ebene eine Rückkehr zu einem ursprünglichen Pfad ist, nachdem das Fahrzeug (102) das Hindernis (4002) vermeidet.
Independent claims40