Aufbau eines Laserscanner-Erfassungssystems zur Positionsbestimmung von Fahrzeugen

Sowohl in der Forschung als auch in der Technik sind Fahrerassistenzsysteme für den Automobilbe­reich ein sehr aktuelles Thema. Neue Systeme unterstützen den Fahrer in unterschiedlichen Situationen, indem sie nicht nur den Fahrkomfort, sondern vor allem auch die Sicherheit im Stra­ßenverkehr erhöhen. Viele dieser Systeme setzten eine sehr genaue Kenntnis über den eigenen Aufenthaltsort des Fahrzeuges voraus. Gerade in Gebieten mit dichter Bebauung ist dabei die mit dem Global Positioning System (GPS) erlangte Ortungsgenauigkeit in der Größenordnung mehrerer Meter unzureichend. Aus diesem Grund ist die Entwicklung eines genauen und zuverlässigen Verfahrens zur Positionsbestimmung für Fahrzeuge von großer Bedeutung.

Als Sensor eignet sich dazu ein am Fahrzeug montierter Laserscanner, welcher während der Fahrt die Umgebung erfasst. Mit dem in dieser Arbeit entwickelten Verfahren lässt sich aus den aufgenommenen Daten der zweidimensionale Aufenthaltsort präzise ableiten. Es beruht auf einer Kombination aus Koppelnavigation und merkmalsbasierter Positionsbestimmung, wobei sich beide Methoden gegenseitig ergänzen und dadurch die Nachteile des anderen Verfahrens ausgleichen. Die Koppelnavigation erfolgt auf der ikonischen Ebene, indem jeweils die Positionsänderungen zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Scandatensätzen mit dem Iterative-Closest-Point-Algorithmus (ICP) bestimmt werden. Diese Methode weist jedoch eine ungünstige Fehlerfortpflanzung auf und sollte daher nur über kurze Strecken verwendet werden.Die absolute Positionsbestimmung ist über eine merkmalsbasierten Zuordnung möglich. Dazu werden in den Scans im Straßenumfeld befindliche stangenförmige Objekte wie Straßenschilder, Ampeln, Pfosten oder Baumstämme detektiert. Sind die Korrespondenzen mit a-priori gegebenen Referenzkoordinaten der Objekte (Referenzkarte) bekannt, so kann der absolute Aufenthaltsort des Fahrzeuges mittels einer Helmert-Transformation berechnet werden. Eine Positionsbestimmung ist auf diese Weise nur möglich, wenn eine ausreichende Anzahl der entsprechenden Objekte in den Scans vorhanden ist. Durch die Kombination von absoluter Positionsbestimmung anhand kartierter Referenzobjekte und Koppelnavigation wird eine kontinuierliche Positionsbestimmung ermöglicht, da Streckenabschnitte ohne detektierbare Kartenmerkmale mittels Koppelnavigation überbrückt werden können.

Der theoretische Ansatz wird in der Arbeit mittels eines von einem Roboter erfassten Datensatzes verifiziert. Es zeigt sich, dass die Positionen des Fahrzeugs mit dem entwickelten Verfahren bestimmt werden können. Die Ergebnisse sind dabei deutlich genauer als die der einzelnen, getrennt voneinander durchgeführten Methoden zur Positionsbestimmung.