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Automatische Generierung von HD-Karten aus Lidar- und Luftbilddaten

Aufnahmen von Umgebunssensoren und Luftbiler einer Autobahn © RST​/​TU-Dort­mund ZF-Friedrichshafen AG

Zum Erreichen der, gemäß SAE Standard, höchsten Automatisierungsstufen 4 und 5, ist es für das automatisierte Fahrzeug notwendig weit in die Zukunft zu planen, auch über den Wahrnehmungshorizont der Umfeldsensorik hinaus. Eine mögliche Lö­sung für dieses Problem stellen HD-Karten dar. Hat sich das automatisierte Fahrzeug mit Hilfe seiner Umfeldsensoren in der HD-Karte lokalisiert, kön­nen wei­tere Bereiche der Karte zur Ergänzung des Umfeldmodells genutzt wer­den. Solche Karten enthalten üblicherweise In­for­ma­ti­onen zu Straßentopologie, Verkehrselementen und ortsfesten Objekten. Das Standardverfahren zur Erzeugung der Karten und dem Eintragen der genannten In­for­ma­ti­onen in die Karte, ist die manuelle Generierung durch Men­schen basierend auf aufgezeichneten Messdaten von speziell ausgerüsteten Prototypenfahrzeugen und Luftbildaufnahmen. Da dies zeitaufwendig und somit auch teuer ist, haben wir in unserer Ar­beit un­ter­sucht, wie KI-basierte Ansätze für diesen Zweck genutzt und sinnvoll erweitert wer­den kön­nen.

Für Autobahnsituationen sind von den genannten Merkmalen vor allem Straßentopologieinformationen relevant. Um die au­to­ma­tisch generierten Karten effektiv nut­zen zu kön­nen, bietet es sich an, die Karten in ei­nem standardisierten Format zu er­zeu­gen. Im Rah­men unserer Untersuchungen haben wir dafür das Lanelet2 Kartenformat gewählt. Wir beschränken uns jedoch auf die Erzeugung der physischen Schicht, in der Spurmarkierungen hinsichtlich ihrer geo-referenzierten Positionen in Form von Polygonzügen und ihrer Merkmale definiert sind. Um diese Karten automatisiert zu er­zeu­gen, wer­den die Ausgangsinformationen, Lidar-Punktwolken und Orthophotos, von ei­nem Convolutional Neural Network (CNN) prozessiert. Auf Grund der speziellen Problemdefinition und des spezifischen Netzausgangs (Polygonzüge), weist das Netz eine sehr spezielle Netzwerkarchitektur auf und weicht auch im Trainingsprozess stark von Standardverfahren, wie sie zur Objekterkennung oder Segmentierung genutzt wer­den, ab. Gegenüber ei­nem Ausgangsmodell weist das von uns vorgeschlagene Ver­fah­ren einige Verbesserungen und Erweiterungen hinsichtlich der Trainierbarkeit, der prinzipiell zu erwartenden Ergebnisgüte sowie dem Ausgang in Form des Lanelet2 Standards auf. Durch einen wei­te­ren Schritt zur Nachbehandlung des Netzwerkausgangs kön­nen die erzeugten Polygonzüge, welche den Verlauf, die Abzweigung und die Zusammenführung von Spurmarkierungen be­schrei­ben, nochmals genauer angegeben wer­den. Zusätzlich prädizieren wir den Spurmarkierungstyp der jeweiligen Markierung. Weitere Ergänzungen wie die Nutzung der Spurmarkierungsfarbe zur Erkennung von Baustellenbereichen sind durch die modulare Ar­chi­tek­tur leicht mög­lich. Neben der Ent­wick­lung des CNNs und der Trainingsprozedur selbst, ent­stan­den im Rah­men der Ar­beit darüber hinaus nützliche Werkzeuge zur Aufbereitung und Prozessierung der Rohdaten, die jedoch auch effizient zur schnellen manuellen Erzeugung von HD-Karten genutzt wer­den kön­nen.

Anfahrt & Lageplan

Der Cam­pus der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund liegt in der Nähe des Autobahnkreuzes Dort­mund West, wo die Sauerlandlinie A45 den Ruhrschnellweg B1/A40 kreuzt. Die Abfahrt Dort­mund-Eichlinghofen auf der A45 führt zum Cam­pus Süd, die Abfahrt Dort­mund-Dorstfeld auf der A40 zum Cam­pus-Nord. An beiden Ausfahrten ist die Uni­ver­si­tät ausgeschildert.

Direkt auf dem Cam­pus Nord befindet sich die S-Bahn-Station „Dort­mund Uni­ver­si­tät“. Von dort fährt die S-Bahn-Linie S1 im 20- oder 30-Minuten-Takt zum Hauptbahnhof Dort­mund und in der Gegenrichtung zum Hauptbahnhof Düsseldorf über Bochum, Essen und Duisburg. Außerdem ist die Uni­ver­si­tät mit den Buslinien 445, 447 und 462 zu erreichen. Eine Fahrplanauskunft findet sich auf der Homepage des Verkehrsverbundes Rhein-Ruhr, außerdem bieten die DSW21 einen interaktiven Liniennetzplan an.
 

Zu den Wahrzeichen der TU Dort­mund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dort­mund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Cam­pus Süd und Dort­mund Uni­ver­si­tät S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Cam­pus Nord und Cam­pus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zurück.

Vom Flughafen Dort­mund aus gelangt man mit dem AirportExpress innerhalb von gut 20 Minuten zum Dort­mun­der Hauptbahnhof und von dort mit der S-Bahn zur Uni­ver­si­tät. Ein größeres Angebot an inter­natio­nalen Flugverbindungen bietet der etwa 60 Ki­lo­me­ter entfernte Flughafen Düsseldorf, der direkt mit der S-Bahn vom Bahnhof der Uni­ver­si­tät zu erreichen ist.

Die Ein­rich­tun­gen der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund verteilen sich auf den größeren Cam­pus Nord und den kleineren Cam­pus Süd. Zudem befinden sich einige Bereiche der Hoch­schu­le im angrenzenden Technologiepark. Genauere In­for­ma­ti­onen kön­nen Sie den Lageplänen entnehmen.