Mit hochpräzisen HD-Karten wird autonomes Fahren machbar

Autor / Redakteur: Willem Strijbosch * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Das autonome Auto muss sich zu hundert Prozent auf sein Navigationssystem verlassen können. Aber erst mit hochpräzisem HD-Kartenmaterial wird das autonome Fahren möglich.

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Macht autonomes Fahren möglich: HD-Karten von TomTom decken aktuell alle Autobahnen in 19 Ländern Westeuropas sowie das gesamte Autobahn- und Schnellstraßennetz auf dem US-amerikanischen Festland ohne Alaska ab.
Macht autonomes Fahren möglich: HD-Karten von TomTom decken aktuell alle Autobahnen in 19 Ländern Westeuropas sowie das gesamte Autobahn- und Schnellstraßennetz auf dem US-amerikanischen Festland ohne Alaska ab.
(Bild: TomTom)

Bei Navigationsgeräten im Straßenverkehr geht es schon längst nicht mehr nur um die bloße Bestimmung der bestmöglichen Route von A nach B. Zum einen erwarten Autofahrer und Geschäftsreisende, aber auch professionelle Verkehrsteilnehmer aus der Transport- und Logistikbranche, zunehmend Karten, die auch lokale und kurzfristig auftretende Ereignisse und Veränderungen in Echtzeit abbilden. Zum anderen benötigen autonom fahrende Fahrzeuge hochauflösende Echtzeit-Karten mit äußerst präzisen Standortlokalisierungen. Bereits heute sind derartige innovative technische Lösungen verfügbar.

Mit der Einführung des „Traffic Message Channel“ (TMC) und den damit möglichen Staumeldungen begann die Ära aktualisierter Navigationssysteme. Obwohl TMC bei seiner Einführung eine erhebliche Verbesserung darstellte und auch heute noch von vielen Autofahrern genutzt wird, ist er schon länger nicht mehr auf der Höhe der Zeit. Zu den Hauptkritikpunkten gehört, dass TMC auf Meldungen von Verkehrsteilnehmer oder Behörden angewiesen ist, die dann in das Informationssystem eingepflegt werden. Diese Daten sind nur zeitverzögert verfügbar und geben in der Regel auch nicht die gesamte Straßenverkehrslage wieder. Gleichzeitig bietet TMC keine brauchbaren Ausweichrouten und informiert auch nur unzureichend über Verkehrshindernisse oder die Auflösung von Staus. Alternativen zu TMC sind jedoch verfügbar und auch bereits im Einsatz.

RTTI liefert Verkehrsinformationen in Echtzeit

Der aktuelle Verkehrsfunkstandard RTTI (Real Time Traffic Informationen) nutzt für die Routenführung in Echtzeit neben qualitativ hochwertigen, auf traditionellen Verfahren beruhenden Karten, auch Daten aus der Nutzer-Community. Hierbei werden in kurzen Abständen aktuelle Standort- und Bewegungsdaten der Fahrzeuge per Crowdsourcing erfasst und anonymisiert über die Cloud an Rechenzentren übertragen, ausgewertet und an alle technisch dafür geeigneten Endgeräte zurückgespielt.

Auf derartigen Datentransaktionen basierende Kartenherstellungsplattformen minimieren die Zeit zwischen der Feststellung von Änderungen in der realen Welt und der Kartenaktualisierung auf dem Gerät. Binnen weniger Minuten kann eine Änderung in Echtzeit vollständig qualitätsgeprüft und in die Karte des Kundennavigationsgeräts übertragen werden. Dank RTTI sind keine Kartenupdates en bloc mehr nötig, sondern die Karten werden aktualisiert, sobald Änderungen festgestellt werden. Durch die so erzielte Echtzeit-Qualität und Genauigkeit werden nicht nur die jeweils aktuell besten Routen bestimmt. Darüber hinaus generiert RTTI Daten, die für Zukunftsanwendungen wie Fahrerassistenzsysteme und hochautomatisiertes beziehungsweise autonomes Fahren benötigt werden.

Spezialisierte Echtzeit-Lösungen für verschiedene Branchen

Während RTTI alle nötigen Informationen zum Verkehrsfluss liefert, ist bei Navigationslösungen ein zusätzlicher Trend zu immer spezialisierteren Lösungen erkennbar. Für die Transport- und Logistikbranche gibt es mittlerweile etwa Systeme wie TomTom GO PROFESSIONAL. Zusätzlich zu den klassischen Verkehrsdaten sind hier nicht nur relevante Wegpunkte wie Tankstellen, Parkplätze, Servicezentren oder Autohöfe hinterlegt, die kontinuierlich aktualisiert werden. In Abhängigkeit von Größe, Gewicht, Ladung und Maximalgeschwindigkeit wird auch die jeweils optimale, maßgeschneiderte Route für das jeweilige Fahrzeug und seine individuellen Anforderungen ermittelt. Hierbei werden unter anderem auch Brücken- und Durchfahrtshöhen, Straßenbreite oder Gewichtsbegrenzungen berücksichtigt.

Nur hochpräzise HD-Karten ermöglichen autonomes Fahren

Für das zukünftige autonome Fahren reichen die bisher gängigen technischen Lösungen und Anwendungen nicht aus. Der entscheidende Punkt für alle über den heutigen Stand hinausgehenden Navigationsanwendungen ist die höchst genaue Bestimmung der Lage eines Fahrzeugs in einer robusten und skalierbaren Weise. Da herkömmliche GPS-Lösungen hier mit ihrer Abweichung von bis zu fünf Metern jedoch nicht die benötigte Genauigkeit liefern, hat TomTom eine anspruchsvolle Technologie entwickelt, die diese Lokalisierungsherausforderung anspricht.

Die Basis hierfür bilden sogenannte High Definition (HD)-Karten. Sie bieten ein hochgenaues und realistisches 3D-Modell des Straßennetzes und ermöglichen automatisierten Fahrzeugen beispielsweise, sich auf der Straßenkarte selbst zu orten und Manöver zu planen. Aufgrund ihrer Konstruktion sind HD-Karten sehr robust hinsichtlich jahreszeitlich bedingter Veränderungen im Straßennetz oder bei der Änderung von Wegmarken neben der Fahrbahn.

Die HD-Karten von TomTom (TomTom HD Maps) decken aktuell alle Autobahnen in 19 Ländern Westeuropas* sowie das gesamte Autobahn- und Schnellstraßennetz auf dem US-amerikanischen Festland (ohne Alaska) ab. Hierdurch ergibt sich im Moment eine weltweite Gesamtabdeckung von rund 360.000 Straßenkilometern, die als Grundlage für autonomes Fahren zur Verfügung stehen. Durch Partnerschaften mit verschiedenen führenden IT-Unternehmen arbeitet TomTom kontinuierlich an der Verbesserung seiner Technologien. Beispielsweise werden TomToms HD-Karten zukünftig noch präziser sein, da sie durch einen neuen Qualcomm Chip und die entsprechende Lösung „Drive Data“ zusätzliche Daten in die Cloud laden und aus ihr heraus integrieren können. Hierbei werden unter anderem Kamerabilder der Fahrzeugassistenzsysteme zur Wartung und Aktualisierung der HD-Karten verwendet.

Durch die Nutzung von Mobile Mapping und sensorbasierten Aktualisierungen bieten HD-Karten eine absolute Genauigkeit von unter einem Meter, relativ sind sie sogar auf Dezimeter genau. Gleichzeitig enthalten sie eine Vielzahl von relevanten Attributen wie Fahrbahnbreite, -höhe und -markierungen sowie Geschwindigkeitsbegrenzungen, die bereits heute für Fahrerassistenzsysteme genutzt, aber auch für das autonome Fahren benötigt werden.

Genaue Bilder ergänzen die HD-Karten-Technologie

Die Erfassung des gesamten Autobahn- und Straßennetzes in Westeuropa sowie den Vereinigten Staaten in HD-Qualität ist ein wichtiger Meilenstein, um Lösungen für das autonome Fahren überhaupt entwickeln zu können. TomTom RoadDNA ergänzt die TomTom HD-Karten-Technologie um genaue und ausführliche Bilder der Straßen, Markierungen sowie der Umgebung. Dadurch entstehen äußerst genaue digitale Kartenprodukte, die den Weg für wirklich selbstständig fahrende Autos in der nahen Zukunft ebnen. TomTom RoadDNA erfasst die Welt aus der Perspektive eines Autos und unterstützt so automatisierte Fahrzeuge dabei, sich stets auf der Straßenkarte selbst zu orten und selbstständig auch bei hohen Geschwindigkeiten Manöver zu planen und durchzuführen.

TomTom HD Maps und RoadDNA sind unempfindlich gegenüber Veränderungen auf der Straße oder im Kartenmaterial, da sie diese in Echtzeit aktualisieren und einpflegen. Gleichzeitig sind sie in ihren Leistungsparametern skalierbar und können so auch mit wenig Speicherplatz und geringer Rechenleistung genutzt werden. RoadDNA speichert seine per LIDAR (Light Detection and Ranging) ermittelten 3D-Daten als Storage-freundliches 2D-Bild ab.

Durch den permanenten Abgleich der in Echtzeit erfassten Daten seiner Sensoren mit den hinterlegten Straßen- und Umgebungsdaten der HD-Karten kann das System seine Position hochpräzise und unabhängig von Navigationssignalen bestimmen. Die Genauigkeit des Gesamtsystems liegt bei unter 0,5 m in Längsrichtung und bei unter 15 Zentimeter seitlich.

Ausblick auf das autonome Fahren von morgen

TomTom RoadDNA stellt Informationen von Straßenrand zu Straßenrand bereit und ermöglicht, in Kombination mit den Daten der Fahrzeugsensoren, die Lokalisierung des Fahrzeugs als Voraussetzung für autonomes Fahren. Besonders wichtig ist, dass aufgrund der Datenstrukturen von HD Maps und RoadDNA Autohersteller und Zulieferer Fahrerassistenz (ADAS)- und autonome Fahrsysteme auf den Markt bringen können, die konsistent über alle Straßennetze arbeiten. Um die Zukunft des Fahrens voranzutreiben, ist dies von großer Bedeutung.

Aktuell testen verschiedene TomTom-Partner aus der Automobilindustrie selbstfahrende Autos mit HD Maps und RoadDNA in einer Vielzahl von unterschiedlichen Fahrumgebungen, unter anderem auch unter den sehr abwechslungsreichen Wetterbedingungen Skandinaviens und Südeuropas. Aber auch außerhalb der Automobilbranche geht die Entwicklung weiter. Durch die Kombination der NVIDIA DRIVE PX2 Computing Platform mit TomTom HD Maps wollen beide Unternehmen eine künstliche Intelligenz entwickeln, die ein Cloud-to-Car Mapping System für selbstfahrende Autos ermöglicht.

Nach Einschätzung von Insidern sind die technologischen Voraussetzungen für eine vollständig autonome Fahrweise Anfang des nächsten Jahrzehnts vorhanden. Für eine schnelle, flächendeckende Einführung fehlen im Moment neben entsprechend detailliert erfasster Straßenkilometer allerdings noch die rechtlichen Grundlagen. Da der gesamte Datenaustausch über Mobilfunk stattfindet, hängt das autonome Fahren darüber hinaus auch von der flächendeckenden Verfügbarkeit entsprechender Bandbreiten ab. Und falls alle technischen Probleme gelöst sein sollten, bleibt als letztes großes Hindernis die Frage, ob und wie viele Autofahrer wirklich die Kontrolle über die Fahrt aufgeben wollen.

* Willem Strijbosch ist Head of Autonomous Driving bei TomTom.

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