Hochgenaue Karten für das automatisierte Fahren...Hochgenaue Karten für das automatisierte Fahren...

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Hartmut Runge & Team Institut für Methodik der Fernerkundung DLR Oberpfaffenhofen DriveMark ® Hochgenaue Karten für das automatisierte Fahren Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus 2015 Berlin, 3. – 5. Nov. 2015 Chart 1

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Hartmut Runge & Team

Institut für Methodik der Fernerkundung DLR Oberpfaffenhofen

DriveMark® Hochgenaue Karten für das automatisierte Fahren Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus 2015 Berlin, 3. – 5. Nov. 2015

Chart 1

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Morgen: Straßen & Infrastrukturen intelligent einmessen mit Erdbeobachtung – DriveMark ®

Innovation Chart 2

Heute: Messung vor Ort

Die Innovation: Präzise Positionsdaten mittels Radar-Satelliten erzeugen

www.Trimble.com

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Für das hoch-/vollautomatisierte Fahren muss der Fahrweg – und damit jede Fahrbahn – zentimetergenau bekannt sein

Markt Chart 3

Quelle: S. Rauch, et.al., BMW

(R)Evolution in der Automobilindustrie: Fahrerassistenz-Systeme und Autonomes Fahren

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Bedarf: Hochgenaue digitale Straßenkarten als „Missing Link“

Bedarf Chart 4

S. Rauch, et.al. BMW

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TerraSAR-X

Corner- reflektor

Signallaufweg

90o

Satellitenorbit

R

www.DLR.de • Folie 5 U. Balss

Umrechnung der Signallaufzeit in räumliche Distanz zunächst auf Basis der Vakuum-Licht-Geschwindigkeit.

Korrekturen bei der Abstandsmessung mit SAR:

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TerraSAR-X

Corner- reflektor

Signallaufweg

90o

Satellitenorbit

R

Umrechnung der Signallaufzeit in räumliche Distanz zunächst auf Basis der Vakuum-Licht-Geschwindigkeit.

Ionosphärische Laufzeitverzögerung (verursacht durch Elektronen)

www.DLR.de • Folie 6 U. Balss

Korrekturen bei der Abstandsmessung mit SAR:

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TerraSAR-X

Corner- reflektor

Signallaufweg

90o

Satellitenorbit

R

Umrechnung der Signallaufzeit in räumliche Distanz zunächst auf Basis der Vakuumlichtge-schwindigkeit.

Ionosphärische Laufzeitverzögerung (verursacht durch Elektronen)

Troposphärische Laufzeitverzögerung (verursacht durch • trockene Luft • Wasserdampf)

www.DLR.de • Folie 7 U. Balss

Korrekturen bei der Abstandsmessung mit SAR:

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TerraSAR-X

Corner- reflektor

Signallaufweg

90o

Satellitenorbit

R

Umrechnung der Signallaufzeit in räumliche Distanz zunächst auf Basis der Vakuum- Licht-Geschwindigkeit.

=> Laufzeitverzögerungen in der Ionosphäre und in der Troposphäre müssen korrigiert werden

Ionosphärische Laufzeitverzögerung (verursacht durch Elektronen)

Troposphärische Laufzeitverzögerung (verursacht durch • trockene Luft • Wasserdampf)

www.DLR.de • Folie 8 U. Balss

Korrekturen bei der Abstandsmessung mit SAR:

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TerraSAR-X

Corner- reflektor

Signallaufweg

90o

Satellitenorbit

R

Umrechnung der Signallaufzeit in räumliche Distanz zunächst auf Basis der Vakuumlichtge- schwindigkeit.

=> Laufzeitverzögerungen in der Ionosphäre und in der Tropo- sphäre müssen korrigiert werden

Ferner: Berücksichtigung (=Korrektur) von geodynamischen Effekten

Ionosphärische Laufzeitverzögerung (verursacht durch Elektronen)

Troposphärische Laufzeitverzögerung (verursacht durch • trockene Luft • Wasserdampf)

www.DLR.de • Folie 9 U. Balss

Korrekturen bei der Abstandsmessung mit SAR:

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TerraSAR-X

Corner- reflektor

Signallaufweg

90o

Satellitenorbit

R

Umrechnung der Signallaufzeit in räumliche Distanz zunächst auf Basis der Vakuumlichtge- schwindigkeit.

=> Laufzeitverzögerungen in der Ionosphäre und in der Tropo- sphäre müssen korrigiert werden

Ferner: Berücksichtigung (=Korrektur) von geodynamischen Effekten

Ionosphärische Laufzeitverzögerung (verursacht durch Elektronen)

Troposphärische Laufzeitverzögerung (verursacht durch • trockene Luft • Wasserdampf)

Plattentektonik („Kontinentaldrift“)

www.DLR.de • Folie 10 U. Balss

Korrekturen bei der Abstandsmessung mit SAR:

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TerraSAR-X

Corner- reflektor

Signallaufweg

90o

Satellitenorbit

R

Umrechnung der Signallaufzeit in räumliche Distanz zunächst auf Basis der Vakuumlichtge-schwindigkeit.

=> Laufzeitverzögerungen in der Ionosphäre und in der Tropo-sphäre müssen korrigiert werden

Ferner: Berücksichtigung (=Korrektur) von geodynamischen Effekten

Ionosphärische Laufzeitverzögerung (verursacht durch Elektronen)

Troposphärische Laufzeitverzögerung (verursacht durch • trockene Luft • Wasserdampf)

Plattentektonik („Kontinentaldrift“)

Erdtiden Atmosphärische Auflast Ozeanischen Auflast Poltiden

www.DLR.de • Folie 11 U. Balss

Korrekturen bei der Abstandsmessung mit SAR:

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TerraSAR-X

Corner- reflektor

Signallaufweg

90o

Satellitenorbit

R

Umrechnung der Signallaufzeit in räumliche Distanz zunächst auf Basis der Vakuumlichtge-schwindigkeit.

=> Laufzeitverzögerungen in der Ionosphäre und in der Tropo-sphäre müssen korrigiert werden

Ferner: Berücksichtigung (=Korrektur) von geodynamischen Effekten

www.DLR.de • Folie 12

Ionosphärische Laufzeitverzögerung (verursacht durch Elektronen)

Troposphärische Laufzeitverzögerung (verursacht durch • trockene Luft • Wasserdampf)

Plattentektonik („Kontinentaldrift“)

Erdtiden Atmosphärische Auflast Ozeanischen Auflast Poltiden

U. Balss

Korrekturen bei der Abstandsmessung mit SAR:

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www.DLR.de • Folie 13

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

range offset [m]

azim

uth

offs

et [m

]

2D-Localization Accuracy of TerraSAR-X

azimuth offset = -0.4 ± 4.4 cm range offset = 31.0 ± 9.1 cm

U. Balss

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www.DLR.de • Folie 14

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

range offset [m]

azim

uth

offs

et [m

]

2D-Localization Accuracy of TerraSAR-X

solid earth tides considered azimuth offset = 0.6 ± 4.2 cm range offset = 24.5 ± 5.9 cm

U. Balss

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www.DLR.de • Folie 15

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

range offset [m]

azim

uth

offs

et [m

]

2D-Localization Accuracy of TerraSAR-X

solid earth tides considered troposphere delay considered azimuth offset = 0.6 ± 4.2 cm range offset = 4.8 ± 2.7 cm

U. Balss

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2D-Localization Accuracy of TerraSAR-X

solid earth tides considered troposphere delay considered ionosphere delay considered azimuth offset = 0.6 ± 4.2 cm range offset = 0.6 ± 1.5 cm

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

range offset [m]

azim

uth

offs

et [m

]www.DLR.de • Folie 16 U. Balss

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www.DLR.de • Folie 17

2D-Localization Accuracy of TerraSAR-X

solid earth tides considered troposphere delay considered ionosphere delay considered continental drift considered azimuth offset = 0.0 ± 4.3 cm range offset = 0.0 ± 1.3 cm

U. Balss

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

range offset [m]

azim

uth

offs

et [m

]

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3-D Stereo-SAR-Lokalisierung

Auswertung der 2D-Positions-messungen aus 2 (oder mehr) SAR-Aufnahmen mit unterschiedlicher Aufnahme-geometrie

www.DLR.de • Folie 18

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Auswertung der 2D-Positions-messungen aus 2 (oder mehr) SAR-Aufnahmen mit unterschiedlicher Aufnahme-geometrie

Berechnung des Schnittpunktes der Kreislinien

www.DLR.de • Folie 19

3-D Stereo-SAR-Lokalisierung

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Auswertung der 2D-Positions-messungen aus 2 (oder mehr) SAR-Aufnahmen mit unterschiedlicher Aufnahme-geometrie

Berechnung des Schnittpunktes der Kreislinien

=> Bestimmung von 3D-Koordinaten.

www.DLR.de • Folie 20

3-D Stereo-SAR-Lokalisierung

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Mast und Boden bilden einen Corner Reflector

Im SAR-Bild wird der Mast als fokussierter Punkt am Fußpunkt des Mastes abgebildet!

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DLR.de • Chart 22

Beispiel für die automatische Detektion und Lokalisierung von geeigneten Objekten

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Beispiel für die automatische Detektion und Lokalisierung von geeigneten Objekten

DLR.de • Chart 23

Positionen: TerraSAR-X Luftbild: Google Earth

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Validierung der ermittelten 3D-Koordinaten

Laterne ST2132

Toom Laterne

www.DLR.de • Folie 24

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Validierung der ermittelten 3D-Koordinaten Abweichung der gemittelten SAR-Messungen von den in-situ Messungen

Laterne ST2132

Toom Laterne

www.DLR.de • Folie 25

Höhe +1,70 cm

Ost: -1,72 cm

Nord: -1,83 cm

Für die SAR-Messungen wurden insg. 95 Aufnahmen unter drei verschiedenen Einfallswinkeln verwendet

95 TS-X Aufnahmen

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Validierung der ermittelten 3D-Koordinaten Abweichung der gemittelten SAR-Messungen von den in-situ Messungen

Laterne ST2132

Toom Laterne

www.DLR.de • Folie 26

Höhe +1,70 cm

Höhe +0,05 cm Ost: -1,72 cm Ost: -2,23 cm

Nord: -1,83 cm

Nord: -6,28 cm

95 TS-X Aufnahmen 84 TS-X Aufnahmen

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U. Bals DLR.de • Chart 27

Validierung der ermittelten 3D-Koordinaten Abweichung der einzelnen Messungen

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U. Bals DLR.de • Chart 28

Validierung der ermittelten 3D-Koordinaten (2) Abweichung der einzelnen Messungen

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Zusammenfassung

DLR.de • Chart 29

• TerraSAR-X kann die Koordinaten von geeigneten Objekten mit einer Genauigkeit von 10cm in X,Y, Z liefern

• Die Passpunkte können genutzt werden, um die neuen Straßenkarten für das autonome Fahren an Hand von Passpunkt-Netzen stichprobenartig zu verifizieren

• Luftbilder und andere Satellitenbilder können präzise georeferenziert werden

• Aus den so aufgewerteten optischen Daten lassen sich die Fahrspuren und die Randbebauung der Straßen extrahieren

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Animation DLR.de • Chart 30