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#smartmobility

Hochpräzise und topaktuell

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Vom Baum bis zur Brücke – fürs autonome Fahren müssen hochauflösende Karten einen Fingerabdruck der Straßen abbilden. Doch wie lassen sich alle Wegenetze weltweit erfassen? Die Marktführer unter den Kartendienstleistern und ZF haben einen Plan.
Christoph Reifenrath, 14. Dezember 2017
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Christoph Reifenrath ist seit 35 Jahren TV- und Printjournalist und im ZF-Autorenteam. Er taucht am liebsten tief in Technikthemen ein.
Wo bin ich? Wo ist mein Ziel? Wie komme ich schnell und sicher dahin? Das fragte sich bereits der Steinzeitmensch vor 20.000 Jahren. Schon damals entstanden erste Karten mit wichtigen Wegpunkten. Auch die hochauflösenden Karten (High-Definition-Karten), die Voraussetzung für autonomes Fahren und damit die Mobilität der Zukunft sind, nutzen im Prinzip die gleichen Orientierungs- und Ortungsmechanismen wie der Steinzeitmensch: Besonderheiten entlang einer Route. Entscheidender Unterschied zu damals sind die Anzahl und die präzise Position der erfassten Orientierungspunkte. Die digitale Echtzeitkarte von heute erfasst die Straße selbst, aber auch Fahrspuren, Kurvenradien, Spurbreiten, Verkehrszeichen, Brücken, Steigungen oder Gefälle, Leitplanken, Bäume, Böschungen, Gräben und Bauwerke sowie deren Abstände zueinander.

Wer hat die besten Karten?

Wer hat die besten Karten?

Aus diesen Milliarden von Datenpunkten entsteht ein maschinenlesbares Abbild der Straßenoberfläche sowie des gesamten Umfelds – und damit ein nahezu unverwechselbarer „Fingerabdruck“ jedes Streckenabschnitts. Kartenanbieter TomTom nennt das „Road-DNA“, Wettbewerber Here spricht von „HD Live Map“. „Mit dem Unternehmen Baidu haben wir in China für die Entwicklung des autonomen Fahrens einen Anbieter mit hervorragenden Kenntnissen gefunden, der hochauflösende Karten entwickelt und die darauf basierenden Dienste“, sagt Matthias Benz. Der Head of Sales & Customer Development ist im ZF-Konzern für diese Kooperation zuständig (siehe unten „Autonom mit Apollo“).

Autos mit Sensortechnologie scannen die Umgebung beim Fahren

Autos mit Sensortechnologie scannen die Umgebung beim Fahren

Informationslieferanten weltweit sind derzeit vor allem spezielle Fahrzeuge der Kartendienstleister. Diese sind mit modernster Radar-, Lidar- und Kameratechnik ausgestattet sowie mit Differenzial-GPS. Letzteres erhöht die Genauigkeit der Positionsbestimmung stark. Während die Autos das Straßennetz abfahren, erfassen sie die Umgebung zentimetergenau. Bislang ist das vor allem auf US-Highways und den europäischen Autobahnen geschehen. In Arbeit sind Projekte, um die schnell wachsenden urbanen Ballungsräume zu erfassen.

Die HD-Karte als Ortungsinstrument

Die HD-Karte als Ortungsinstrument

Weil hochpräzise Karten eben nicht für den Menschen, sondern für Maschinen gemacht sind, ist die traditionelle Kartendarstellung bei ihnen nicht länger von Bedeutung. Schließlich erfüllen HD-Karten im vollautonomen Fahrzeug eine neue Aufgabe. Da die reine GPS-Ortung, wie sie heute üblich ist, zu ungenau ist und Kameras – etwa bei Schneefall – nicht immer die notwendigen Informationen zur Positionierung liefern können, werden die Karten selbst zum Lokalisierungswerkzeug. Durch den Abgleich zwischen Sensorik-Input und dem in der Karte gespeicherten „Fingerabdruck“ der Straße kann sich das Fahrzeug zentimetergenau selbst positionieren, notfalls sogar ganz ohne GPS.

Serienfahrzeuge tragen zum Kartenupdate bei

Serienfahrzeuge tragen zum Kartenupdate bei

Voraussetzung ist, dass der Anbieter seine HD-Karten ständig aktualisiert. Vernetzte Serienfahrzeuge, die sich im Straßenverkehr bewegen und dabei mit ihren Sensoren relevante Daten erfassen, könnten einen Beitrag zur Lösung liefern. Heute sind bereits Millionen grundsätzlich dafür taugliche Serienfahrzeuge unterwegs. Geplant ist, die Sensordaten aus Serienfahrzeugen in der Cloud mit der HD-Karte abzugleichen, bei Bedarf zu aktualisieren und an die Fahrzeuge zurückzuspielen. Die Datenmenge für die Updates soll dabei so klein wie möglich sein. Aus diesem Grund werden HD-Karten in einzelne, wenige Quadratkilometer große Kacheln aufgeteilt und der Umfang von Kartenaktualisierungen aus den Serienfahrzeugen begrenzt. Die Definition von Sensorkategorien und eines einheitlichen Schnittstellenformats soll dafür sorgen, dass dies reibungslos und herstellerübergreifend funktioniert. Kartenanbieter Here hat im Jahr 2015 gemeinsam mit Partnern eine entsprechende Spezifikation entwickelt und den erarbeiteten Standard ein Jahr später offengelegt. Zur gemeinschaftlichen Weiterentwicklung gründete Here die Innovationsplattform „Sensoris“, die aktuell mehr als 20 Unternehmen unterstützen.

Freie Parkplätze und Warnhinweise in Echtzeit

Freie Parkplätze und Warnhinweise in Echtzeit

Bereits 2016, also ein Jahr später, wurden erste auf dem Sensoris-Datenstandard aufgebaute Echtzeit-Datendienste vorgestellt, die auf aktuellen Informationen aus dem Feld beruhen. Sie zeigen beispielsweise freie Parkplätze am Straßenrand und informieren noch präziser über Verkehrsstörungen. Zudem beschleunigen die Echtzeit-Datendienste die Anzeige von Warnhinweisen, etwa im Fall eines liegengebliebenen Fahrzeugs auf einer Fahrspur der Autobahn.

So bleiben HD-Karten aktuell

1. Mit entsprechenden Sensoren, GPS und Internetverbindung ausgestattete Fahrzeuge melden eine veränderte Verkehrsführung auf einem bestimmten Streckenabschnitt.
2. In der Cloud werden die Informationen aggregiert und auf Stichhaltigkeit überprüft.
3. Aus diesen Informationen generiert das System automatisch neue Karteninformationen für den betroffenen Streckenabschnitt.
4. Übertragen des Updates an alle kompatiblen Fahrzeuge.
© ZF Friedrichshafen AG

Autonom mit Apollo

Im September 2017 vereinbarten ZF und das chinesische Internet-Unternehmen Baidu eine Kooperation . Baidu ist der führende Anbieter hochauflösender Karten in China. Die Zusammenarbeit geht aber weit über das Thema „HD-Karten“ hinaus. Beide Partner wollen bei künstlicher Intelligenz, Big Data sowie bei Cloud-basierten Lösungen gemeinsam agieren, um das autonome Fahren in China entscheidend voranzubringen. ZF bringt dazu seine mit Nvidia entwickelte Fahrzeugsteuerung ZF ProAI in die Verbindung ein. Grundlage ist das im April 2017 von Baidu gestartete „Project Apollo“, eine offene Entwicklungsplattform, auf der sich sehr schnell Systeme zum autonomen Fahren aufbauen lassen.
© Baidu, Inc.

In Kürze: Damit autonomes Fahren funktioniert, bedarf es hochauflösender Karten. Diese High-Definition Maps (HD Maps) müssen ständig ein aktuelles Abbild der Wirklichkeit liefern – inklusive Leitplanken, Bäumen, Gräben und anderen Dingen in der Umgebung. Mit modernster Sensorik erfassen spezielle Fahrzeuge der großen Kartenhersteller bereits Teile des weltweiten Straßennetzes. Dennoch liefern sie noch viel zu wenige Daten, um die gesamte Verkehrsinfrastruktur täglich aktualisieren zu können. Eine Lösungsbeitrag leisten könnten vernetzte Serienfahrzeuge. ZF kooperiert mit Baidu, dem führenden Anbieter hochauflösender Karten in China, um das autonome Fahren voranzubringen.