用于确定车辆的坐标的方法

技术领域

本公开涉及一种用于特别是使用传感器装置来确定车辆的坐标的方法，该传感器装置被布置成获取与安装在车辆周围的光学机器可读标签有关的信息。本公开还涉及一种位置确定装置以及一种相应的计算机程序产品。

背景技术

近来，在车辆的半自主或全自主操作方面取得了很大的进步，有效地提供了驾驶员辅助和安全功能，诸如自适应巡航控制，行人检测，前后碰撞警告，车道偏离警告和一般障碍物检测。这种自主车辆通常利用多个传感器，该多个传感器被配置为检测关于车辆周围环境的信息。

通常，为了确保这种半自主或全自主车辆的适当导航，必须确保连续地知道车辆的当前位置。通常，车辆将包括例如卫星地理位置装置，诸如GPS接收器，用于获取车辆的当前位置。然而，在某些情况下，接收来自多个卫星的信号可能是有问题的，诸如在没有任何卫星接收的矿井中，和/或其中使用卫星地理定位装置可以获得的精度可能不足以实现车辆的特定操作。

替代地，可以例如通过将物体布置在已知位置(具有已知坐标)来依靠局部导航装置，其中通过计算车辆与物体如何相关联来执行位置确定。在US20030057270中公开了这种用于确定车辆的坐标的“本地”方法的示例。

US20030057270特别地依赖于位于某些结构形式上的特定点处的“识别装置”，与车辆一起布置的读取装置在靠近“识别装置”时登记该识别装置。US20030057270示例了包含条形码的识别装置。US20030057270中提出的解决方案为例如出于以下目的的地址位置增加了某些确定性：交付或服务呼叫性质的商业用途，个人用途(诸如识别处于不熟悉位置的房屋或构筑物的位置)或为了紧急用途(诸如由警察或消防员)。

即使US20030057270中的解决方案为本地导航装置提供了一种有趣的方法，但它仍然大大缺乏自主车辆导航所需的准确性。因此，在本地导航装置方面似乎存在进一步改进的空间，该本地导航装置适于提供适当水平的准确性以确保例如自主车辆的安全导航。

发明内容

根据本公开的一个方面，通过计算机实施的用于确定车辆的坐标的方法至少部分地缓解了上述问题，该车辆配备有位置确定装置，该位置确定装置包括传感器装置和控制单元，传感器装置被在车辆处设置为与车辆参考位置有预定关系，其中该方法包括以下步骤：使用传感器装置和控制单元确定距光学机器可读标签的至少一个距离，该光学机器可读标签被安装在车辆的周围、在具有预定凸形形状的固定结构处；使用控制单元确定距光学机器可读标签的至少一个距离中的最短距离d

本公开基于以下认识：还通过引入能够测量距光学机器可读标签的距离的传感器装置，可以增加车辆坐标的可靠性和准确性。相比之下，特别地还通过考虑光学机器可读标签所在的结构的已知形状来实现高精度。因此，通过结合距光学机器可读标签的距离以及结构的已知形状，可以确定距例如结构的中心的总体距离，其中预先确定了结构的中心的坐标。

于是，可以确定车辆(通常对于与传感器装置具有已知关系的车辆参考位置而言)与已经布置了光学机器可读标签的结构的中心之间的距离。根据上述内容将显而易见的是，车辆坐标的可靠性/准确性将取决于例如传感器装置可以确定距光学机器可读标签的距离的良好程度，以及先前已经确定的结构中心的坐标的良好程度。

与例如现有技术的解决方案相比，根据本公开，因此可以确定车辆的基本精确的位置。通过进一步考虑传感器装置和光学机器可读代码之间已确定的相对角度(针对最短距离)，根据本公开，不需要使用如已经根据一般现有技术提出多个已知坐标来例如对车辆的位置进行三角测量。而是，根据本公开的概念仅依赖于单个光学机器可读标签来确定车辆的坐标。

在本公开的一般实施方式中，传感器装置可以被布置为确定距光学机器可读标签的多个距离，然后选择最短距离以用于进一步的坐标确定。然而，本公开还应当被理解为适用于仅确定距光学机器可读标签的单个距离的情况。

根据本公开，表述“凸形形状”应被广义地解释，意味着可以应用任何形式或例如圆形(具有预定半径)、椭圆形、成角度的或其它“隆起”结构，只要结构的形状是已知的。从上述内容可以理解，传感器装置通常将读取与光学机器可读标签相关联的可识别数据(ID码)，其中该ID码又用于获取关于结构的形状和光学机器可读标签的先前确定的坐标(和/或例如布置光学机器可读标签的结构的中心)的信息。

应当理解，在一些实施例中，诸如在光学机器可读标签是条形码的示例性实施例中，可以通过使用传感器装置扫描光学机器可读标签来获取ID码。然而，在一些替代实施例中，可以将ID码与光学机器可读标签分开布置，其中例如可以使用诸如Wi-Fi、NFC等的无线手段来获取ID码。

可以从数据库中获取光学机器可读标签的标签参考坐标的“查找”以及该结构的预定凸形形状。在一些实施例中，数据库可以布置在车辆上，例如布置成与控制单元直接通信。然而，在替代实施例中，数据库可以远程地布置，诸如在布置成与控制单元联网通信的服务器处。在又一替代实施例中，光学机器可读标签的标签参考坐标以及结构的预定凸形形状可以通过以下方式获取：在例如光学机器可读标签附近可用的“光学读取”信息，例如使用传感器装置和/或其它手段，诸如上述无线手段。

优选地，该方法进一步包括以下步骤：获取相对于车辆参考位置的车辆的罗盘方向，以及基于相对角度和罗盘方向，在所确定的车辆坐标处确定车辆方位。因此，借助于这种实施方式，也可以确定车辆的总体方位，诸如车辆的外边缘(只要这样的信息可用)。

在一些实施例中，所确定的坐标(以及总体方位)可以与例如车辆的周围环境的地图有关。该地图又可以用于可视化车辆相对于例如其它车辆、结构、障碍物、路段等的位置，以及用于车辆的方位/操作。

充分了解车辆的方位和扩展/分布，例如对于在狭窄的空间(例如从二维或三维角度看)操作车辆的情况下很有用，其中有限的“摆动空间”是可用的。在例如车辆的自主操作的情况下，即在车辆是自主车辆的情况下，具有这样的可用信息也是期望的。应当理解，可以使用例如布置在车辆上并且布置成与控制单元进行通信的数字罗盘来确定车辆的罗盘方向。

值得注意的是，如上使用的表述“自主车辆”应被广义地解释，并且涉及以完全或部分自主模式操作的车辆。在部分自主车辆中，某些功能可以选择在某些时间或全部时间(例如，由驾驶员)手动控制。此外，部分自主车辆可以被配置为在完全手动操作模式与部分自主和/或完全自主操作模式之间切换。

在本公开的可能的实施例中，传感器装置包括脉冲激光器，并且确定多个距离的步骤包括以下步骤：形成包括多个测量点的点云，以及估计光学机器可读标签的呈现形状。因此，在某些实施例中，可以将使用ID码获取的光学机器可读标签(布置在结构上)的知识与光学机器可读标签的估计形状进行协调。这样的操作可以例如用于确定距光学机器可读标签的最短距离，以及可选地用于确定光学机器可读标签相对于传感器装置如何定向。

在一些实施例中，传感器装置可以包括LiDAR系统，该LiDAR系统特别适合于确定距光学机器可读标签的至少一个距离，以及可能地用于获取ID码。LiDAR系统已显示出在某些实施例中是有利的，这是因为相比之下LiDAR系统具有较高的更新速率，这尤其适用于车辆相对于光学机器可读标签连续移动的情况。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于车辆的位置确定装置，该位置确定装置包括传感器装置和控制单元，该传感器装置被在车辆处设置为与车辆参考位置有预定关系，其中，该位置确定装置适于：使用传感器装置和控制单元确定距光学机器可读标签的至少一个距离，该光学机器可读标签被在具有预定凸形形状的固定结构处安装在车辆的周围；使用控制单元确定距光学机器可读标签的至少一个距离中的最短距离；基于与光学机器可读标签相关联的ID码，使用控制单元确定光学机器可读标签的标签参考坐标；以及基于标签参考坐标、最短距离、预定凸形形状以及传感器装置与车辆参考位置之间的预定关系，使用控制单元来确定车辆的坐标。本公开的该方面提供了与以上相对于本公开的先前方面所讨论的类似的优点。

优选地，位置确定装置被设置为车辆的部件，其中车辆例如是作业机械，诸如挖掘机、轮式装载机、推土机、平地机和反铲装载机。如上所述，在一些实施例中，车辆可以是自主操作的。

位置确定装置还可以或者可替代地被设置为位置确定系统的部件，该位置确定装置还包括上述光学机器可读标签，其中，光学机器可读标签被在具有预定凸形形状的固定结构处安装在车辆的周围。该固定结构例如可以是杆和桩中的至少一个。

在实施例中，光学机器可读标签被设置为重复图案。例如，可以布置这种重复图案，使得其独立于接近方向而显得相同，这意味着可以有利地独立于车辆相对于光学机器可读标签的位置而获取相同的图案。

在一个实施例中，控制单元可以是通常被设置为车辆的车载部件的电子控制单元(ECU)，该车辆例如是公共汽车、卡车、汽车或任何形式的建筑设备。此外，车辆可以是纯电动车辆(PEV)和混合电动车辆(HEV)中的至少一种。

根据本公开的另一形态，提供了一种计算机程序产品，包括：非暂态计算机可读介质，在该非暂态计算机可读介质上存储有用于控制车辆的位置确定装置的计算机程序装置，该位置确定装置包括传感器装置和控制单元，传感器装置被在车辆处设置为与车辆参考位置有预定关系，其中计算机程序产品包括：用于使用传感器装置和控制单元确定距光学机器可读标签的至少一个距离的代码，光学机器可读标签被在具有预定凸形形状的固定结构处安装在车辆的周围；用于使用控制单元确定距光学机器可读标签的至少一个距离中的最短距离的代码；用于基于与光学机器可读标签相关联的ID码，使用控制单元确定光学机器可读标签的标签参考坐标的代码；以及用于基于标签参考坐标、最短距离、预定凸形形状以及传感器装置与车辆参考位置之间的预定关系，使用控制单元来确定车辆的坐标的代码。同样，本公开的这个方面提供了与以上关于本公开的先前方面所讨论的类似的优点。

该计算机可读介质可以是任何类型的存储装置，包括可移动非易失性随机存取存储器、硬盘驱动器、软盘、CD-ROM、DVD-ROM、USB存储器、SD存储卡、或本领域已知的类似计算机可读介质。

在以下描述和从属权利要求中公开了本公开的其它优点和有利特征。

附图说明

参考附图，以下是作为示例引用的本公开的实施例的更详细描述。

在这些附图中：

图1A示出了轮式装载机并且图1B示出了卡车，在该轮式装载机和卡车中可以结合根据本公开的位置确定装置；

图2示出了根据本公开的当前优选实施例的概念性位置确定装置；

图3是图1A的车辆的操作环境的示例性图示，其中车辆从安装在车辆的周围的杆上的多个光学机器可读标签获取数据，以及

图4示出了用于执行根据本公开的方法的处理步骤。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开，在附图中示出了本公开的当前优选实施例。然而，本公开可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于这里阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了透彻性和完整性，并且将本公开的范围完全传达给技术人员。全文中，相同的参考字符表示相同的元件。

现在参考附图，尤其是参考图1A，其示出了示例性车辆，这里示出为轮式装载机100，在该轮式装载机100中可以结合根据本公开的位置确定装置200(如图2所示)。当然，可以以稍微不同的方式在如图1B所示的卡车102、汽车、公共汽车等中实施位置确定装置200。

车辆可以例如是电动或混合动力车辆中的一种，或者可以是天然气、汽油或柴油车辆中的一种。车辆包括电机(在为电动或混合动力车辆的情况下)或发动机(在为天然气、汽油或柴油车的情况下为内燃机)。车辆可以进一步是全自主或半自主手动操作的。

图2示出了位置确定装置200的概念性和示例性实施方式，该位置确定装置200包括控制单元204，诸如电子控制单元(ECU)，用于确定例如车辆100、102中的任何一辆的坐标。ECU204实施用于从传感器装置202接收数据的接口(在图2中被实施为LiDAR装置(如上所述))，其中LiDAR的操作是本领域技术人员众所周知的。这样的LiDAR装置可以例如布置在车辆100、102的车顶部分处。

图2的位置确定装置200还包括数据库206，其中数据库206可以被本地地布置(诸如与车辆100、102一起布置)，或者诸如与布置成与控制单元204网络通信的远程布置的服务器一起远程地布置。

作为参考，控制单元204可以例如显现为通用处理器、应用特定处理器、包含处理部件的回路、一组分布式处理部件、被配置用于处理的一组分布式计算机、现场可编程门阵列(FPGA)等。处理器可以是或可以包括任何数量的硬件部件，用于进行数据或信号处理或用于执行存储在存储器中的计算机代码。存储器可以是一个或多个用于存储数据和/或计算机代码以便完成或有助于本说明书中描述的各种方法的装置。存储器可以包括易失性存储器或非易失性存储器。存储器可以包括数据库部件、目标代码部件、脚本部件或用于支持本说明书的各种活动的任何其它类型的信息结构。根据示例性实施例，任何分布式或本地存储装置可以与本说明书的系统和方法一起使用。根据一示例性实施例，存储器可通信地连接至处理器(例如，经由回路或任何其它有线、无线或网络连接)，并且包括用于执行本文所述的一个或多个过程的计算机代码。

进一步参考图3，如上所述，位置确定装置200优选地被布置为车辆的部件，诸如轮式装载机100。在图3中，位置确定装置200布置在轮式装载机100的隆起部分处，诸如在轮式装载机100的顶部处。

轮式装载机100在图3中沿着路径310行进，诸如沿着矿井内的路段行进。如上所述，由于卫星信号不会到达地下并进入矿井的事实，在矿井内，在某些情况下可能没有或非常有限地依赖例如全球定位系统(GPS)。沿着路径310，布置了多个结构304，每个结构都配备有光学机器可读标签302，在此被设置为条形码(对于每个结构304而言是单独的)。图3中的条形码在水平方向上以线布置，导致可以使用传感器装置202来获取(光学读取)包含在条形码中的信息，而与轮式装载机100沿哪个方向接近带有光学机器可读标签302的结构304无关。

在图3中，示出了两种类型的结构304，其中在轮式装载机100的左侧上，这些结构是杆(布置在路径310的两个车道之间)，而在右侧上，结构304是布置在例如矿井的壁上的“隆起表面”。此外，基于使用条形码作为光学机器可读标签302，根据本公开，可以包括嵌入有条形码的单独的ID码。如图3所示，轮式装载机100设置有车辆参考位置V

根据本公开，已经在先前的时间点(尽可能精确地)确定了不同结构304的坐标。然后已经将每个结构304的坐标与用于特定结构304的ID码相关联地存储在例如数据库206中。

因此，在轮式装载机100的操作期间，还参考图4，轮式装载机100将接近结构304之一，并且使用传感器装置202和控制单元204来识别光学机器可读标签302的存在。然后，传感器装置202和控制单元204确定(S1)距光学机器可读标签302的至少一个距离(d

然后，控制单元304确定(S2)距离中的哪一个是最短距离，并且在如图3所示的示例性图示中，距离d

借助于眼前针对特定结构304的标签参考坐标，结合最短距离d

车辆参考位置V

在某些实施例中，可能希望利用轮式装载机100的车辆参考位置V

所确定的坐标以及轮式装载机100的方位随后可以用于轮式装载机100的导航。使用示例性的LiDAR装置作为传感器装置202，根据本公开，相比之下，可以高速连续地确定轮式装载机100的位置。例如，在一些实施例中，LiDAR装置可以每秒采样多达150万个数据点。在一个可能的实施例中，可以在轮式装载机100的车顶处将LiDAR装置设置为旋转布置，其中转速在5Hz至20Hz之间，这意味着可以每隔1/5秒至1/20秒扫描相同位置。因此，与特定光学机器可读标签302/结构304相关的车辆100、102的坐标的更新速率高达每秒5次至20次。

总之，本公开涉及一种用于特别是使用传感器装置202来确定车辆100的坐标的方法，该传感器装置202被布置成获取与安装在车辆100的周围的光学机器可读标签302有关的信息。本公开还涉及一种位置确定装置200以及一种相应的计算机程序产品。

根据本公开，借助于结合距光学机器可读标签的距离以及结构的已知形状，可以确定距例如结构的中心的总体距离，其中结构的中心的坐标已经被在前确定。

本公开考虑了用于完成各种操作的任何机器可读介质上的方法、装置和程序产品。本公开的实施例可以使用现有的计算机处理器来实现，或者通过为此目的或其它目的而并入的用于适当系统的专用计算机处理器来实现，或者通过硬连线系统来实现。本公开的范围内的实施例包括程序产品，该程序产品包括用于承载机器可执行指令或数据结构或将其存储于其上的机器可读介质。这样的计算机可读介质可以是可由通用或专用计算机系统或其它带有处理器的机器访问的任何可用介质。

举例来说，这样的机器可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可以用于承载或存储呈机器可执行指令或数据结构形式的所需程序代码并且可以由通用或专用计算机或其它带有处理器的机器访问的任何其它介质。当通过网络或其它通信连接(硬连线、无线或者硬连线或无线的组合)向机器传输或提供信息时，该机器适当地将该连接视为机器可读介质。因此，任何这样的连接被适当地称为机器可读介质。以上的组合也包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令包括例如使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行特定功能或功能组的指令和数据。

尽管附图可能示出了方法步骤的特定顺序，但是步骤的顺序可以与所绘示的顺序不同。另外，可以同时或部分同时执行两个或更多个步骤。这种变化将取决于所选择的软件和硬件系统以及设计者的选择。所有这些变化都在本公开的范围内。同样，可以使用具有基于规则的逻辑和其它逻辑的标准编程技术来完成软件实施方式，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。另外，即使已经参考本公开的特定示例性实施例描述了本公开，但是对于本领域技术人员而言，许多不同的改变、修改等将变得显而易见。

通过研究附图、本公开和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的公开时可以理解和实现所公开的实施例的变型。此外，在权利要求中，单词“包括”不排除其它元件或步骤，而不定冠词“一”或“一个”不排除多个。