Automatisierte Freiraumerkennung mittels Differenzanalyse für Fahrzeuge

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion eines Kollisionshindernisses. Zudem betrifft die Erfindung ein automa ^¬ tisiertes Antikollisionssystem.

Fahrerassistenzsysteme und Fahrzeugautomatisierungstechnolo ^¬ gien für Straßenfahrzeuge und Schienenfahrzeuge benötigen In ^¬ formationen bezüglich der Umgebung, in der sie sich bewegen, um die aktuelle Verkehrssituation zu erfassen und zu inter- pretieren. Hierzu werden mit Hilfe von Sensorsystemen eine

Abbildung der Umwelt und eine Erzeugung von bearbeitbaren Daten vorgenommen. Auf Basis einer Auswertung der Daten werden Objekte wahrgenommen und es wird versucht, deren Relevanz für die eigene Fortbewegung anhand von verschiedenen Bewertungs- methoden und Klassifikationen zu ermitteln. Mittels spezialisierter Sensorik oder Auswertung wir eine explizite Erkennung von Objekten durchgeführt. Diese Objekte werden dann in Rela ^¬ tion zur eigenen Position bzw. Fortbewegung gesetzt und bezüglich ihrer Relevanz bewertet. Um eine solche Objektdetek- tion zu ermöglichen, muss dem betreffenden Sensorsystem die Situation vorab beschrieben werden. Dies kann z.B. durch mathematische Modelle und Klassifikatoren erfolgen. Ein weite ^¬ rer Ansatz, welcher auch ohne eine spezifische Klassifizie ^¬ rung erkannter Objekte auskommen kann, wird über eine gitter- basierte Belegungskarte, im Englischen auch als „Occupancy grid map" bezeichnet, realisiert. Hierbei werden alle vom Sensor erkannten Objekte einem umliegenden Raster zugeordnet. Belegte Rasterzellen sind dann bezüglich Relevanz für die eigene Bewegungstraj ektorie zu bewerten.

Zur Aufnahme der Umgebung eines Fahrzeugs werden hauptsächlich LiDAR-Systeme, Radarsysteme und/oder Kameras genutzt. LiDAR und Radar kann dazu genutzt werden, Abstände zu detek- tierten Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs zu ermitteln. Es bestehen zwei Gründe dafür, dass die mit Hilfe der Senso ^¬ ren erfassten Rohdaten meist nicht direkt als Grundlage für eine Objekterkennung dienen können: Die Sensordaten sind meist mit Rauschen behaftet, so dass die Position eines de- tektierten Objekts nicht exakt ermittelt werden kann; und meist sind die Rohdaten derart umfangreich, dass die dafür benötigten Rechenkapazitäten zu teuer sind bzw. nicht in einem Fahrzeug unterzubringen wären. Aus diesem Grund wird im Rahmen des „Occupancy grid map"-

Verfahrens ein zu befahrendes Gebiet, beispielsweise ein Be ^¬ zirk, ein Staat oder die gesamte Erdoberfläche, in kleine Rasterquadrate bzw. Rasterflächen, zum Beispiel mit einer Größe von 0,1 m * 0,1 m, eingeteilt und damit eine gitterba- sierte Belegungskarte erstellt. Jedes Sensorereignis, welches einem der genannten Rasterflächen zugeordnet werden kann, führt zu einer Erhöhung eines der jeweiligen Rasterfläche zu ^¬ geordneten Zählwerts. Insgesamt erhält man also für jede Ras ^¬ terfläche einen Zählwert, welcher darüber Auskunft gibt, ob und wie oft eine jeweilige Rasterfläche mit Hilfe der

Sensorik detektiert wurde und ob diese Rasterfläche mit einem Objekt belegt ist.

Da die Sensorik durch Rauscheffekte üblicherweise beeinträch- tigt ist, ist es sinnvoll, eine Belegung einer Rasterfläche nicht bei einem einzigen Treffer, also einem Zählwert gleich 1, sondern erst bei einem Überschreiten des Zählwerts einer vorbestimmten Schwelle, beispielsweise dem Wert 10, festzu ^¬ stellen. Es können auch je nach Zählwerten unterschiedliche Wahrscheinlichkeitswerte für eine Belegung einer Rasterfläche mit einem Objekt festgelegt werden.

In US 2003/0 004 644 AI werden Verfahren zur Erkennung stationärer Objekte beschrieben.

In DE 10 2011 086 433 AI wird ein Manövrierverfahren für ein Fahrzeug beschrieben, bei dem ein erfasstes Umfeld repräsentierende Umfelddaten derart gespeichert werden, dass sie bei einem erneuten Start des Systems verfügbar sind. Bei einem erneuten Start wird erneut das Umfeld des Fahrzeugs erfasst und ein Abgleich der erfassten Umfelddaten mit den gespeicherten Umfelddaten durchgeführt.

In DE 10 2011 100 820 AI wird ein Verfahren zum Detektieren eines Hindernisses in der Umgebung eines Fahrzeugs während der Standphase des Fahrzeugs beschrieben. In US 2011/0 040 481 AI wird ein Kollisionswarnsystem für ein Fahrzeug beschrieben, welches GPS-Koordinaten von möglichen Kollisionsobjekten mit Positionsdaten des Fahrzeugs vergleicht . Die beschriebenen Herangehensweisen haben alle das Problem gemeinsam, dass Objekte in der Umgebung explizit erkannt werden müssen. Allerdings ist dies nie absolut zuverlässig mög ^¬ lich. Außerdem steigt bei erhöhten Anforderungen der Rechenaufwand für die herkömmlichen Verfahren.

Es besteht daher das Problem, ein Verfahren und eine entspre ^¬ chende Einrichtung zur Hinderniserkennung zu entwickeln, welche wenig Aufwand erfordern und zuverlässig sind. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Detektion eines Kollisionshindernisses gemäß Patentanspruch 1 und durch ein automatisiertes Antikollisionssystem gemäß Patentanspruch 12 gelöst . Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Detektion eines Kollisionshindernisses werden zunächst ortsabhängig Sensordaten von einem Umgebungsbereich eines Fahrzeugs mit Hilfe einer Sensoreinheit erfasst. Der Umgebungsbereich kann z.B. einen vor dem Fahrzeug befindlichen Bereich umfassen. Dieser vor dem Fahrzeug befindliche Bereich soll auf jeden Fall den Be ^¬ reich der Fahrtrichtung umfassen. Zusätzlich kann der Umgebungsbereich auch rechts und links von der Fahrtrichtung befindliche Abschnitte und seitlich zum Fahrzeug gelegene Be- reiche umfassen. Weiterhin kann der Umgebungsbereich auch links und rechts hinter dem Fahrzeug befindliche Bereiche und auch einen direkt hinter dem Fahrzeug vorhandenen Bereich aufweisen. Beispielsweise kann ein sich bewegendes Kollisi- onsobjekt hinter dem Fahrzeug zu einem Überholvorgang ansetzen oder bei einem Abbiegemanöver des Fahrzeugs mit diesem auf Kollisionskurs liegen.

Als Fahrzeug kann z.B. ein streckengebundenes Fahrzeug, ins- besondere ein Straßenfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug ver ^¬ wendet werden. Die Sensoreinheit zur sensoriellen Erfassung der Umgebung des Fahrzeugs kann z.B. an dem jeweiligen Fahrzeug angeordnet sein. Die Sensordaten können aber auch mit Hilfe von stationären streckenseitig angeordneten Sensoren ermittelt werden, welche in ein streckenseitiges Überwa ^¬ chungssystem eingebunden sind, das mit dem Fahrzeug kommunizieren kann.

Auf Basis der erfassten Sensordaten wird eine gitterbasierte Belegungskarte erzeugt. Die gitterbasierte Belegungskarte um- fasst Informationen darüber, welche Rasterfläche mit einem Objekt belegt ist und welche nicht. Da die gitterbasierte Be ^¬ legungskarte nur belegte und unbelegte Rasterflächen auf ^¬ weist, ist die Datenmenge der gitterbasierten Belegungskarte recht klein. Daher kann eine solche gitterbasierte Belegungs ^¬ karte schnell erstellt und auch in einen Echtzeitprozess miteinbezogen werden.

Weiterhin wird eine der gitterbasierten Belegungskarte ent- sprechende gitterbasierte Referenz-Belegungskarte in Abhän ^¬ gigkeit vom Ort ermittelt. D.h., es wird eine gitterbasierte Referenz-Belegungskarte gesucht, deren zugeordnete Referenz- Sensordaten denselben Positionen zugeordnet sind, an denen auch die aktuell erfassten Sensordaten aufgenommen wurden. Denn nur in diesem Fall betreffen die Daten denselben Ortsbereich bzw. denselben Aufnahmebereich und lassen sich die beiden Datensätze auch vergleichen. Im einfachsten Fall genügt es, wenn die Referenz-Sensordaten für die gitterbasierte Re- ferenz-Belegungskarte an derselben Stelle einer Fahrstrecke aufgenommen wurden wie die aktuell erfassten Sensordaten. Dabei wird z.B. bei einer fahrzeugseitigen Anordnung der Sensoren davon ausgegangen, dass das Fahrzeug bzw. die Sensoren des Fahrzeugs bei der aktuellen Aufnahme der Sensordaten ge ^¬ nauso orientiert sind, wie bei der Aufnahme der Referenz- Sensordaten. In einer verbesserten Ausgestaltung werden Abweichungen der Orientierung des Fahrzeugs bzw. der Sensoren, falls fahrzeugseitige Sensoren vorhanden sind, bei dem Ver- gleich der Position der Sensordaten mit der Position der Referenz-Sensordaten mitberücksichtigt .

Die gitterbasierte Referenz-Belegungskarte kann zum Beispiel während einer Testfahrt längs einer vorbestimmten Route er ^¬ zeugt werden, wobei die Umgebung mit Hilfe der Sensoren abge ^¬ tastet wird und die gitterbasierte Referenz-Belegungskarte („occupancy grid map") mit den beschriebenen Zählwerten erstellt wird, so dass erkennbar wird, welche Rasterfläche mit einem Objekt belegt ist und welche nicht. Die so erhaltene gitterbasierte Belegungskarte kann als gitterbasierte Refe ^¬ renz-Belegungskarte genutzt werden, mit der bei einem erneu ^¬ ten Abfahren der Route ein Vergleich durchgeführt wird. Da die gitterbasierte Referenz-Belegungskarte nur belegte und unbelegte Rasterflächen aufweist, ist die Datenmenge der Re ^¬ ferenz-Belegungskarte recht klein. Daher kann eine solche Re ^¬ ferenz-Belegungskarte schnell erstellt und auch in einen Echtzeitprozess miteinbezogen werden.

Zudem wird geprüft, ob ein Kollisionshindernis auftritt.

D.h., die bei dem erneuten Befahren der Route sukzessive erstellte gitterbasierte Belegungskarte bzw. deren einzelne Raster werden mit den entsprechenden Rasterflächen der Referenz-Belegungskarte verglichen. Sind nun in der Referenz- Belegungskarte noch freie Rasterflächen plötzlich in der ak- tuell erstellen Belegungskarte belegt, so kann dies auf das Auftreten eines Hindernisses hinweisen. Eine einfache Sub ^¬ traktion zweier Kartenbereiche kann dazu genutzt werden, Änderungen festzustellen. Da bei der Testfahrt die Route abge- fahren wurde, ist auch bekannt, welche Rasterflächen auf der Trajektorie des Fahrzeugs liegen. Liegt eine belegte Raster ^¬ fläche auf der Route, so kann dies als Gefahr für eine Kolli ^¬ sion betrachtet werden.

Die Prüfung erfolgt also auf Basis eines Vergleichs der auf den erfassten ortsabhängigen Sensordaten basierenden gitterbasierten Belegungskarte mit der ermittelten gitterbasierten Referenz-Belegungskarte. Bei dem Vergleich werden Unterschie- de zwischen der gitterbasierten Referenz-Belegungskarte und der aktuellen gitterbasierten Belegungskarte als Hinweis auf ein mögliches Kollisionshindernis gedeutet.

Vorteilhaft müssen die aufgenommenen Sensordaten nicht unbe- dingt interpretiert werden. Es ist also keine explizite Ob ^¬ jekterkennung durch die Sensorik notwendig. Es genügt ein Vergleich der Sensordaten mit Referenzdaten, um Anhaltspunkte für ein vorhandenes Kollisionshindernis zu erhalten. Die Sen ^¬ sordaten sowie die Referenzdaten werden für den Vergleich in gitterbasierte Belegungskarten transformiert. Alternativ oder zusätzlich können die Sensordaten und die Referenzdaten auch weitergehend ausgewertet und bearbeitet, beispielsweise in ^¬ terpretiert worden sein und semantische Zusatzinformationen umfassen. Änderungen in der Umwelt können durch das Ermitteln von Unterschieden zwischen den Sensordaten und den Referenz- Sensordaten ermittelt werden. Mithin wird der benötigte Rechenaufwand für die Auswertung der erfassten Sensordaten reduziert . Das erfindungsgemäße automatisierte Antikollisionssystem für ein Fahrzeug weist eine Sensoreinheit zum ortsabhängigen Er ^¬ fassen von Sensordaten von einem Umgebungsbereich eines Fahrzeugs auf. Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße automati ^¬ sierte Antikollisionssystem eine Belegungskarten-Erzeugungs- einheit zum Erzeugen einer gitterbasierten Belegungskarte auf Basis der erfassten Sensordaten. Teil des erfindungsgemäßen automatisierten Antikollisionssystems ist auch eine Referenz- Belegungskarten-Ermittlungseinheit zum Ermitteln einer der gitterbasierten Belegungskarte entsprechenden gitterbasierten Referenz-Belegungskarte in Abhängigkeit vom Ort. Das erfin ^¬ dungsgemäße Antikollisionssystem umfasst außerdem eine Prüfeinheit zum Prüfen, ob ein Kollisionshindernis auftritt, wo- bei die Prüfung auf Basis eines Vergleichs der gitterbasier ^¬ ten Belegungskarte mit der ermittelten gitterbasierten Referenz-Belegungskarte erfolgt. Das erfindungsgemäße automati ^¬ sierte Antikollisionssystem teilt die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion eines Kollisions- hindernisses .

Einige wesentliche Komponenten des erfindungsgemäßen automatisierten Antikollisionssystems können in Form von Software ^¬ komponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere die Referenz-Sensordatensatz-Ermittlungseinheit und die Prüfein ^¬ heit.

Grundsätzlich können diese Komponenten aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnelle Berechnungen geht, in Form von softwareunterstützter Hardware, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein.

Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Steuerungseinrichtungen von Fahrzeugen, welche z.B. automatisierte Assistenzsysteme um ^¬ fassen, auf einfache Weise durch ein Software-Update nachge ^¬ rüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, welches direkt in einen Speicher ei- ner Steuerungseinrichtung ladbar ist, mit Programmcodeabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Steuerungseinrichtung ausgeführt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computer ^¬ programm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z.B. ei ^¬ ne Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten auch Hard- ware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen.

Zum Transport zu der Steuerungseinrichtung und/oder zur Spei- cherung an oder in der Steuerungseinrichtung kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikro ^¬ prozessoren oder dergleichen aufweisen. Auch eine drahtlose Übertragung des Computerprogramms ist möglich. Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhän ^¬ gigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie und deren Beschreibungsteilen weitergebildet sein. Zudem können im Rahmen der Erfindung die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausfüh ^¬ rungsbeispielen kombiniert werden. In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zum Erfassen der Sensordaten mindestens eine der folgenden Sensorarten eingesetzt:

- Radar,

- LiDAR,

- ein Laserscanner,

- eine Kamera,

- ein Kamerasystem.

Radar kann zum Beispiel besonders bei schlechten Sichtver- hältnissen eingesetzt werden, um sich ein Bild von der Umgebung eines Fahrzeugs machen zu können. Auf Laser basierende Sensorsysteme eignen sich für eine besonders exakte Vermes ^¬ sung einer Umgebung eines Fahrzeugs. Kameras ermöglichen eine hochaufgelöste Abtastung der Umgebung mit einem relativ geringen technischen Aufwand.

Besonders bevorzugt wird bei dem ortsabhängigen Erfassen der Sensordaten die geographische Position des Fahrzeugs ermit ^¬ telt. Die Kenntnis der geographischen Position des Fahrzeugs ermöglicht bereits eine grundlegende örtliche Zuordnung der erfassten Sensordaten zu einer Absolutposition. Wie bereits erwähnt, können die Sensoren bei der Aufnahme der Referenz- Sensordaten anders ausgerichtet sein und bei einer fahrzeug- seitigen Sensoranordnung kann auch das Fahrzeug unterschiedlich orientiert sein. Für eine weitere Präzisierung kann daher zusätzlich eine Relativposition von den Sensordaten zugeordneten Objekten zum Fahrzeug ermittelt werden. Die Rela- tivposition kann z.B. durch eine Ausrichtung der Sensoren sowie den Abstand zwischen Sensor und Objekt gegeben sein.

Schließlich wird ein den Sensordaten zugeordneter Ort auf Basis der ermittelten geographischen Position des Fahrzeugs und der ermittelten Relativposition ermittelt.

Im günstigsten Fall erfolgt bei der Erfassung der Sensordaten eine Art dreidimensionaler Bildaufnahme, so dass einzelnen Bildpunkten Relativpositionen zur Sensoreinheit zugeordnet werden können. Um einen Vergleich mit einem Referenzbild durchführen zu können, genügt auch bereits die Kenntnis der Position des Fahrzeugs und des Ausrichtungswinkels der Sen ^¬ soren. Sind die Sensoren starr oder streckenseitig angeord ^¬ net, so genügt bereits eine Kenntnis der Position und gege ^¬ benenfalls Orientierung des Fahrzeugs. Durch die genannten zusätzlichen Informationen kann die Wahl eines geeigneten Referenz-Sensordatensatzes bzw. einer geeigneten gitterbasierten Referenz-Belegungskarte erleichtert werden. Eventuell können auch aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommene Sensordaten entsprechend korrigiert bzw. umgerechnet werden, um mit einem Referenz-Sensordatensatz bzw. einer gitterbasierten Referenz-Belegungskarte besser vergleichbar gemacht zu werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei dem Ermitteln der gitterbasierten Referenz- Belegungskarte eine Datenbank durchsucht, welche eine Mehr ^¬ zahl von gitterbasierten Referenz-Belegungskarten umfasst. Eine Datenbank kann z.B. als fahrzeugseitiger nicht-flüchtiger Datenspeicher ausgebildet sein. Sie kann auch stationär als zentraler Datenspeicher ausgebildet sein, die mit einem oder mehreren automatisierten Antikollisionssystemen kommuniziert. Aus der Datenbank wird diejenige gitterbasierte Refe- renz-Belegungskarte entnommen, welche die den aktuell erfass- ten Sensordaten zugeordneten Positionen umfasst. Vorteilhaft entspricht die aus der Datenbank entnommene Referenz-Bele ^¬ gungskarte der aus den aktuellen Sensordaten erzeugten gitterbasierten Belegungskarte weitgehend für den Fall, dass sich seit der Aufnahme der Sensordaten für die gitterbasierte Referenz-Belegungskarte das Szenario an derselben Position nicht geändert hat. Unterschiede zwischen der auf den aktuell aufgenommenen Sensordaten basierenden gitterbasierten Belegungskarte und der gitterbasierten Referenz-Belegungskarte liefern mithin Hinweise auf ein Auftreten von möglichen Kollisionshindernissen .

In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden für den Fall, dass die Positionen der aktuell er- fassten Sensordaten nicht exakt bekannt sind, die richtige gitterbasierte Referenz-Belegungskarte auf Basis eines Ver ^¬ gleichs mehrerer gitterbasierter Referenz-Belegungskarten mit der auf den aktuell erfassten Sensordaten basierenden gitterbasierten Belegungskarte ermittelt. Bei dieser Variante wird dann eine Wahl einer geeigneten gitterbasierten Referenz- Belegungskarte nach einer Ähnlichkeit zwischen der aktuellen gitterbasierten Belegungskarte mit den jeweiligen gitterbasierten Referenz-Belegungskarten getroffen. Mithin kann auch bei einer nur ungenau bekannten Ortsabhängigkeit der aktuell aufgenommenen Sensordaten eine geeignete gitterbasierte Refe ^¬ renz-Belegungskarte aus der Datenbank ausgewählt werden. In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bei dem Prüfen, ob ein Kollisionshindernis auftritt, ein oder mehrere Kollisionshindernis-Kandidaten an Positionen ermittelt, an denen eine Differenz zwischen der aktuell erzeug- ten gitterbasierten Belegungskarte und der ermittelten gitterbasierten Referenz-Belegungskarte vorliegt. D.h., es wer ^¬ den anhand der Sensordaten bzw. der daraus erzeugten gitterbasierten Belegungskarte räumliche Positionen bzw. Kartenpo ^¬ sitionen ermittelt, an denen Unterschiede zwischen der aktu- eil erzeugten gitterbasierten Belegungskarte und der gitterbasierten Referenz-Belegungskarte vorliegen. Die diesen Posi ^¬ tionen zugeordneten Kartenbereiche werden dann als Kollisionshindernis-Kandidaten eingestuft und einer eingehenden Analyse unterzogen. Vorteilhaft müssen bei dieser Variante nur wenige Belegungskartenbereiche näher untersucht werden, so dass der Rechenaufwand für die Auswertung der Sensordaten bzw. der darauf basierende gitterbasierten Belegungskarten stark reduziert ist. Die eingehendere Analyse kann dann zum Beispiel auf der Basis von hochaufgelösten Daten, wie zum Beispiel Bilddaten, in den ermittelten Kandidatenbereichen erfolgen .

In einer besonders effektiven Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die gitterbasierte Referenz-Belegungskarte durch ortsabhängiges Erfassen von Sensordaten entlang einer hindernisfreien Fahrstrecke ermittelt. Vorteilhaft erfolgt bei dieser Variante eine Zuordnung der Referenz-Sensordaten zu den Positionen, an denen die Referenz-Sensordaten aufgenommen wurden.

Mithin können zu später aufgenommenen Sensordaten geeignete gitterbasierte Referenz-Belegungskarten, welche die Positio ^¬ nen der später aufgenommenen Sensordaten umfassen, zielgerichtet herausgesucht werden, ohne dass für die Wahl einer geeigneten gitterbasierten Referenz-Belegungskarte ein Vergleich vorgenommen werden muss. Weiterhin erfolgt die Aufnahme der Sensordaten für die gitterbasierte Referenz-Belegungs ^¬ karte bei Abwesenheit von Kollisionshindernissen, so dass Un- terschiede bei auf später aufgenommenen Sensordaten basierenden gitterbasierten Belegungskarten zu den gitterbasierten Referenz-Belegungskarten als mögliche Kollisionshindernisse eingestuft werden können.

Die für die gitterbasierte Referenz-Belegungskarte aufgenom ^¬ menen Sensordaten können beim Durchführen einer Testfahrt mit einem Fahrzeug entlang der hindernisfreien Fahrstrecke gewonnen werden, wobei Sensordaten von einem Umgebungsbereich des Fahrzeugs mit Hilfe einer fahrzeugseitigen Sensoreinheit ortsabhängig erfasst werden. Diese Variante ist besonders vorteilhaft einsetzbar, wenn auch bei späteren Fahrten im regulären Betrieb der Umgebungsbereich durch fahrzeugseitige Sensoren erfasst wird. Mithin sind die Referenz-Sensordaten mit den später aufgenommenen Sensordaten bzw. die diesen zugeordneten Belegungskarten aufgrund derselben Aufnahmeperspektive leicht vergleichbar.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wer- den zu verschiedenen Zeitpunkten Sensordaten von dem Umgebungsbereich des Fahrzeugs mit Hilfe einer Sensoreinheit er ^¬ fasst. Weiterhin wird jeweils eine gitterbasierte Belegungs ^¬ karte auf Basis der erfassten Sensordaten für die unterschiedlichen Zeitpunkte erstellt. Zudem wird eine den gitter- basierten Belegungskarten entsprechende gitterbasierte Refe ^¬ renz-Belegungskarte ermittelt bzw. aus einer Datenbank her ^¬ ausgesucht. Hierfür kann z.B. die Kenntnis einer zu den verschiedenen Zeitpunkten eingenommene Position des Fahrzeugs genutzt werden. Schließlich wird geprüft, ob ein Kollisions- hindernis auftritt. Die Prüfung erfolgt auf Basis eines Ver ^¬ gleichs der für verschiedene Zeitpunkte ermittelten gitterba ^¬ sierten Belegungskarten mit der ermittelten gitterbasierten Referenz-Belegungskarte. Vorteilhaft werden bei dieser Vari ^¬ ante Informationen über die Dynamik eines Umgebungsszenarios eines Fahrzeugs mit einbezogen, so dass eine Einschätzung be ^¬ züglich einer Kollision eines bewegten Fahrzeugs mit einem möglicherweise selbst beweglichen Hindernis präzisiert werden kann . In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei der Prüfung, ob ein Kollisionshindernis auftritt, ein ge ^¬ schätzter Fahrweg in Abhängigkeit von der Zeit ermittelt. D.h., es wird eine künftige Trajektorie des Fahrzeugs ermit ^¬ telt. Die zukünftige Trajektiorie kann z.B. anhand einer Streckenführung, basierend auf einem Straßenverlauf oder ei ^¬ nem Gleisverlauf sowie auf Basis einer aktuellen Fahrtrichtung und eines aktuellen Lenkeinschlags ermittelt werden. Dann wird eine Position eines Kollisionshindernis-Kandidaten mit dem geschätzten Fahrweg verglichen. Bei dieser Variante wird das dynamische Verhalten des Fahrzeugs mit in die Ab ^¬ schätzung einer Kollision mit einbezogen. Vorteilhaft kann bei dieser Variante eine Ermittlung von Kollisionshindernis- sen genauer erfolgen als ohne eine Berücksichtigung des künftigen Fahrwegs des Fahrzeugs.

Bevorzugt wird bei der Prüfung, ob ein Kollisionshindernis auftritt, eine zeitabhängige Trajektorie eines Kollisions- hindernis-Kandidaten ermittelt und es wird der geschätzte

Fahrweg in Abhängigkeit von der Zeit mit der ermittelten Tra ^¬ jektorie des Kollisionshindernis-Kandidaten verglichen.

Bei dieser Variante wird zusätzlich das dynamische Verhalten der Kollisionshindernis-Kandidaten mit in die Ermittlung von Kollisionshindernissen miteinbezogen, so dass eine exaktere Ermittlung, insbesondere von bewegten Kollisionshindernissen erfolgen kann. In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bei der Prüfung, ob ein Kollisionshindernis auftritt, Ob ^¬ jekteigenschaften eines Kollisionshindernis-Kandidaten ermittelt. Vorteilhaft kann auf Basis der Objekteigenschaften eine Bewertung potentieller Kollisionshindernisse bezüglich ihrer Gefährlichkeit erfolgen. Diese Bewertung kann zu einer Anpas ^¬ sung einer Reaktion auf ein spezielles Hindernis genutzt wer ^¬ den . Bei dem angewendeten Vergleichsverfahren basiert die Gefahrenbewertung auf der Differenzinformation zwischen Soll- und Ist-Sensorsignal bzw. Sensordaten und Referenz-Sensordaten bzw. daraus erzeugten gitterbasierten Belegungskarten. Um ei- ne Bewertung oder Güte festzustellen, wird in einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine geeignete Kombination verschiedener durch Vergleich ermittelter Parameter herangezogen: z.B. die zeitliche Entwicklung der Differenz zwischen den Belegungskarten, ein geometrischer Wert (Ort, Ausdehnung ...) , die eigene Trajektorie, die Trajektorie des vermeintlichen Hindernisses, Ortsinformationen usw. Diese Werte dienen der Ermittlung eines Vertrauensintervalls. Die ermittelte Güte bzw. das ermittelte Vertrauensintervall wer ^¬ den dann dazu genutzt, zu ermitteln, ob ein Unterschied di- rekt in eine Gefahrenbewertung einfließt oder einem weiteren Klassifikations-/Bewertungsschritt unterzogen wird.

In einer speziellen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Position des Fahrzeugs, beispielsweise durch Selbstlokalisierung des Fahrzeugs, ermittelt. Hierzu kann z.B. mindestens eine der folgenden Technologien genutzt werden :

- ein globales ziviles Satellitennavigationssystem,

- Echtzeitkinematik,

- mobilfunkbasierte Verfahren,

- lokale Sende/Empfangssysteme,

- sensorbasierte Technologien.

Auf Echtzeitkinematik basierende Verfahren arbeiten ebenfalls mit Hilfe von Satellitensignalen von globalen zivilen Satellitennavigationssystemen. Dabei werden Satellitensignale simultan empfangen. Auf Basis von phasenbasierten Korrekturverfahren werden dabei größere Genauigkeiten erreicht als bei einer einfachen Satellitennavigation.

Mobilfunknetze sind üblicherweise in Zellen eingeteilt. Mobi ^¬ le Sende/Empfangsgeräte lassen sich einer Zelle, in der sie sich gerade aufhalten, zuordnen und so lokalisieren. Lokale Sende/Empfangssysteme umfassen beispielsweise RFID- Systeme, Beacon-Systeme und andere auf kurzreichweitiger Kom ^¬ munikation basierende Geräte.

Sensorbasierte Technologien umfassen bildgebende Systeme oder auch mit zusätzlichen Emissionseinheiten ausgerüstete Systeme, wie z.B. LiDAR oder Radar. Die genannten Technologien können auch in Kombination eingesetzt werden, um eine erhöhte Redundanz bei der Selbstlokali ^¬ sierung zu erzielen und die Kollisionswarnung noch robuster zu gestalten. Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beige ^¬ fügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:

FIG 1 eine schematische Darstellung eines Wegstücks, auf dem sich ein Fahrzeug mit einem Kollisionswarnsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bewegt,

FIG 2 ein Flussdiagramm, mit dem die Akquisition von Referenz-Sensordaten veranschaulicht wird,

FIG 3 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zur Detektion eines Kollisionshindernisses gemäß einem Ausführungs ^¬ beispiel der Erfindung veranschaulicht,

FIG 4 ein Flussdiagramm, welches einen Vergleichsschritt des in FIG 3 veranschaulichten Verfahrens im Detail zeigt, FIG 5 eine schematische Darstellung eines Kollisionswarnsys ^¬ tems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In FIG 1 ist ein Eisenbahnstreckenabschnitt 10 gezeigt, auf dem sich eine Lokomotive 11 bewegt. Die Lokomotive 11 umfasst ein als Kollisionswarnsystem 50 ausgebildetes Antikollisions- System mit einer Sensoreinheit 12, mit der sie einen vor ihr liegenden Umgebungsbereich Bu abtastet, und einer als Auswertungseinrichtung dienenden Kollisionswarneinrichtung 50a. Die bei der Abtastung ermittelten Sensordaten SD werden in dem Kollisionswarnsystem 50 ausgewertet, wie es im Zusammenhang mit FIG 4 beschrieben ist. In dem in FIG 1 gezeigten Szenario befindet sich ein Objekt 0 am Rand des von der Sensoreinheit 12 abgetasteten Umgebungsbereich Bu. Gelangt das Objekt 0 in den abgetasteten Umgebungsbereich Bu, so wird es mit Hilfe des Kollisionswarnsystems 50 erkannt und es wird an den Fah ^¬ rer der Lokomotive 11 ein Warnhinweis ausgegeben, dass sich ein Hindernis auf der Fahrstrecke der Lokomotive 11 befindet. In FIG 2 ist ein Flussdiagramm 200 gezeigt, mit dem eine

Testfahrt, bei der ein Streckenabschnitt ohne vorhandene Kol ^¬ lisionshindernisse abgefahren wird, veranschaulicht wird. Bei dieser Testfahrt befindet sich eine Lokomotive 11 (siehe FIG 1) auf einem Gleisabschnitt 10 und fährt eine vorbestimmte Fahrtroute ab. Bei dem Schritt 2.1 wird zunächst eine Posi ^¬ tion P der Lokomotive auf der Strecke ermittelt. Die Position P kann z.B. anhand von Markierungen am Rand der Strecke abgelesen werden oder mit Hilfe eines anderen Selbstlokalisie ^¬ rungsverfahrens ermittelt werden. Bei dem Schritt 2. II werden dann an der ermittelten Position P Sensordaten SD von einem vor der Lokomotive 11 befindlichen Umgebungsbereich Bu der Lokomotive 11 mit Hilfe einer Sensoreinheit 12 erfasst. An ^¬ schließend wird bei dem Schritt 2. III auf Basis der erfassten Daten SD sowie der ermittelten Position P der Lokomotive 11 eine gitterbasierte Referenz-Belegungskarte GRBK erzeugt und in einer Datenbank DB abgespeichert. Bei dem Schritt 2. IV wird ermittelt, ob die Lokomotive 11 am Ende EoT des zu er ^¬ fassenden Streckenabschnitts 10 bzw. am Endpunkt der Test ^¬ fahrt angekommen ist. Falls das Ende EoT noch nicht erreicht ist, was in FIG 2 mit „n" gekennzeichnet ist, wird zu dem

Schritt 2.1 zurückgekehrt und erneut eine Position P der fah ^¬ renden Lokomotive 11 ermittelt usw.. Falls das Ende EoT des Streckenabschnitts erreicht ist, was in FIG 2 mit „j" gekenn ^¬ zeichnet ist, wird zu dem Schritt 2.V übergegangen und die Testfahrt beendet.

In FIG 3 ist ein Flussdiagramm gezeigt, mit dem ein Verfahren zum Detektieren eines Kollisionshindernisses gemäß einem Aus- führungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht wird. Bei dem Schritt 3.1 wird zunächst eine Position P der Lokomotive auf der Strecke ermittelt. Anschließend werden bei dem Schritt 3. II an der ermittelten Position P Sensordaten SD von einem vor der Lokomotive 11 befindlichen Umgebungsbereich Bu der

Lokomotive 11 mit Hilfe einer Sensoreinheit 12 erfasst. Nach ^¬ folgend wird bei dem Schritt 3. III basierend auf den Sensor ^¬ daten SD eine aktuelle gitterbasierte Belegungskarte GBK er ^¬ mittelt. Weiterhin wird bei dem Schritt 3. IV eine Datenbank DB nach einer entsprechenden gitterbasierte Referenz-Bele ^¬ gungskarte GRBK durchsucht. Bei dem Schritt 3.V wird dann durch Vergleich der aktuellen gitterbasierten Belegungskarte GBK mit der gitterbasierten Referenz-Belegungskarte GRBK ermittelt, ob ein oder mehrere Kollisionshindernisse KH vorhan- den sind. Für den Fall, dass keine Kollisionshindernisse KH ermittelt wurden, was in FIG 3 mit „n" gekennzeichnet ist, wird zu dem Schritt 3.1 zurückgekehrt und das Verfahren wei ^¬ tergeführt. Werden dagegen ein oder mehrere Kollisionshindernisse KH ermittelt, was in FIG 3 mit „j" gekennzeichnet ist, wird zu dem Schritt 3. VI übergegangen und es werden Informa ^¬ tionen zu der Art und Position der Kollisionshindernisse KH ausgegeben und ein Warnhinweis W ausgegeben.

In FIG 4 ist ein Flussdiagramm 400 gezeigt, mit dem der Ver- gleichsschritt 3.V ausführlicher veranschaulicht wird. Bei einem Teilschritt 3.Va werden zunächst Kollisionshindernis- Kandidaten K-KH auf Basis des Vergleichs zwischen der aktuel ^¬ len gitterbasierten Belegungskarte GBK und einer gitterba ^¬ sierten Referenz-Belegungskarte GRBK über mehrere Zeitpunkte ermittelt. Anschließend werden bei dem Teilschritt 3.Vb Tra- jektorien T (K-KH) der Kollisionshindernis-Kandidaten K-KH ermittelt. Weiterhin wird bei dem Teilschritt 3.Vc ein Fahrweg der Lokomotive 10 ermittelt. Schließlich erfolgt bei dem Teilschritt 3.Vd ein Vergleich zwischen den Trajektorien T (K- KH) der Kollisionshindernis-Kandidaten K-KH und dem ermittelten Fahrweg FW. Für den Fall, dass sich mindestens eine der Trajektorien T (K-KH) eines der Kollisionshindernis-Kandidaten K-KH mit dem ermittelten Fahrweg FW trifft, was in FIG 4 mit „j" gekennzeichnet ist, wird zu dem Schritt 3. VI übergegangen und es werden Kollisionshindernisse KH sowie eine entspre ^¬ chende Warnung W ausgegeben. Wird dagegen kein Kollisionshindernis KH ermittelt, was in FIG 4 mit dem „n" gekennzeichnet ist, so wird, wie auch in FIG 3 gezeigt, zu dem Schritt 3.1 zurückgekehrt .

Für den Fall, dass ein Kollisionshindernis erkannt wurde, können zusätzlich auch automatisierte Gegenmaßnahmen, wie z.B. das Einleiten eines Bremsmanövers durchgeführt werden.

In FIG 5 ist ein automatisiertes Kollisionswarnsystem 50 ge ^¬ mäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Das au ^¬ tomatisierte Kollisionswarnsystem 50 kann z.B. Teil eines au- tomatisierten Fahrerassistenzsystems eines Fahrzeugs 11 sein, wie es in FIG 1 gezeigt ist. Das automatisierte Kollisions ^¬ warnsystem 50 umfasst eine Sensoreinheit 12 und eine Kollisi ^¬ onswarneinrichtung 50a. Die Sensoreinheit 12, in diesem Ausführungsbeispiel ein Kamerasystem, erfasst Sensordaten SD von der Umgebung des Fahrzeugs und sendet die Sensordaten SD an die Kollisionswarneinrichtung 50a. Mit dem Kamerasystem wird ein vor dem Fahrzeug befindlicher Umgebungsbereich des Fahrzeugs bildlich erfasst. Die Kollisionswarneinrichtung 50a umfasst eine Sensordaten-Eingangsschnittstelle 51, welche die Sensordaten SD von der Sensoreinheit 12 empfängt. Die in die ^¬ sem Ausführungsbeispiel Bilddaten umfassenden Sensordaten SD werden über die Sensordaten-Eingangsschnittstelle 51 an eine Belegungskarten-Erzeugungseinheit 54a übermittelt. Die Bele ^¬ gungskarten-Erzeugungseinheit erzeugt eine gitterbasierte Be- legungskarte GBK auf Basis der erfassten Sensordaten SD.

Die Belegungskarten-Ermittlungseinheit 54a empfängt über eine Positionsermittlungseinheit 52 Positionsinformationen P be ^¬ züglich einer aktuellen Position des Fahrzeugs. Weiterhin empfängt die Belegungskarten-Ermittlungseinheit 54a auch Da ^¬ ten SA bezüglich einer Ausrichtung SA der Kamera über eine Sensorausrichtung-Datenerfassungseinheit 53, mit deren Hilfe eine Ortsabhängigkeit der Sensordaten SD bzw. der gitterba ^¬ sierten Belegungskarte GBK ermittelt wird.

Die gitterbasierte Belegungskarte GBK wird an eine Referenz- Belegungskarten-Ermittlungseinheit 54b übermittelt. Auf Basis der gitterbasierten Belegungskarte GBK wird dann von der Referenz-Belegungskarten-Ermittlungseinheit 54b aus einer Da ^¬ tenbank DB eine gitterbasierte Referenz-Belegungskarte GRBK herausgesucht und zusammen mit der gitterbasierten Belegungs- karte GBK an eine Prüfeinheit 55 übermittelt. Die Prüfeinheit 55 prüft auf Basis der empfangenen Daten GBK, GRBK, ob ein Kollisionshindernis KH auftritt, wobei sie einen Vergleich der gitterbasierten Belegungskarte GBK mit der ermittelten gitterbasierten Referenz-Belegungskarte GRBK durchführt. Für den Fall, dass ein Kollisionshindernis KH ermittelt wurde, werden die entsprechenden Information KH über eine Ausgangsschnittstelle 56 ausgegeben. Zusätzlich kann das Ergebnis KH auch zum Einleiten von automatisierten Gegenmaßnahmen, wie z.B. das Durchführen eines Bremsmanövers, verwendet werden.

Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lediglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung han ^¬ delt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. So wurden das Verfahren und die Vorrichtung in erster Linie im Zusammenhang mit dem Einsatz von Schienenfahrzeugen erläutert. Das genannte Verfahren und das beschriebene Kollisionswarnsystem sind jedoch nicht auf die Anwendung auf Eisenbahnzüge beschränkt, sondern können auch im Zusammenhang mit Straßenfahrzeugen oder anderen Umgebungen, wie z.B. freiem Gelände abseits von Straßen oder anderen Fahrzeugen, wie z.B. Geländefahrzeugen oder Straßenbahnen eingesetzt werden. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein" bzw. „eine" nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit" nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die ggf. auch räum ^¬ lich verteilt sein können.