Kartendaten als Co-Pilot erweitern das autonome Fahren

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In der Datenbank gesammelte Informationen für neue Karten

Die von den Fahrzeugen empfangenen Informationen werden in einer großen Datenbank gesammelt. Dynamische Daten sollten schnellstmöglich verteilt werden. Es ist jedoch überaus sinnvoll, zusätzliche Informationen zum selben Element zu erfassen. Beispiel: Ein Fahrzeug hat ausgelaufenes Öl gemeldet. Dessen Position ist jedoch immer ungenau, da die Sensoren und Algorithmen in einem Fahrzeug eher für korrekte Objekterkennung als für genaue Ortung optimiert sind.

Eine weiterer möglicher Fehler ist, dass das Öl fälschlich als Flüssigkeit erkannt wurde. Mögliche Ursachen sind ein defekter Sensor, schlechte Wetterverhältnisse oder die Tatsache, dass der Algorithmus darauf ausgelegt wurde, etwas ganz anderes als eine Öllache zu erkennen. Die einzige Lösung besteht darin, unterschiedliche Informationen zum selben Element zu aggregieren. Zu berechnen, wie viele Autos dasselbe Attribut „glatte Fahrbahn“ ungefähr am selben Ort melden müssen, um den richtigen Standort zu ermitteln und der Information zu vertrauen, ist dann nur noch eine mathematische Herausforderung (Bild 3).

Ein weiteres Problem, das die Zuverlässigkeit beeinträchtigt sind Informationen, die schnell wieder ihre Gültigkeit verlieren. Ein Beispiel hierfür ist eine temporäre Baustelle an der Straße, die nach zwei Wochen wieder verschwindet. Eine solche Baustelle hat sehr wahrscheinlich sogar Auswirkungen auf statische Informationen wie Fahrbahnmarkierungen, Spurgeometrien, Geschwindigkeitsbegrenzungen etc. Die aktualisierten Werte aus den Autos, die die Informationen über die Baustelle beinhalten, werden als Ausreißer gewertet bzw. können den statistischen Mittelwert der letzten Jahre nicht beeinflussen. Folglich wird die Karte nicht oder nur unzureichend aktualisiert.

Um dieses Problem anzugehen, muss das Alter der Informationen berücksichtigt werden. Neuere Informationen müssen selbst dann mit einer höheren Wahrscheinlichkeit gewertet werden als ältere Informationen, wenn sie aus einer weniger zuverlässigen Quelle stammen. Ein ähnliches Problem besteht, wenn ein Schild entfernt wird. Das Schild wird einfach nicht mehr erkannt und kein Fahrzeug sendet entsprechende Informationen. Deshalb muss geprüft werden, ob die Datenbank ein Element enthält, für das keine weiteren Bestätigungen eintreffen. Nach genauer Prüfung müssen diese Elemente aus der Datenbank entfernt werden.

Kartenupdates werden in kleinen Portionen verteilt

Die gesammelten und aggregierten Informationen führen zu einer sehr viel detaillierteren Karte. Diese Karte verfügt über umfangreichere und genauere Geometrieinformationen wie Spuren, präzise Kurvenverläufe oder Steigungen und weitere Straßendetails wie Fußgängerüberwege, Verkehrszeichen oder Ampeln. Auch wenn Mobilfunknetze mit jeder Generation schneller werden und die Kosten für mobile Daten weiter sinken, sind diese Karten zu groß für tägliche Downloads. Deshalb müssen die Updates in kleinen Portionen verschickt werden, die nur die neuen Daten enthalten.

Die Versionsverwaltung muss alle bereits im Fahrzeug vorhandenen Informationen berücksichtigen und das wiederholte Senden dieser Information vermeiden. Ein allgemeines Update wird trotzdem weiterhin irrelevante Informationen enthalten, da ein Fahrzeug in einer Stadt keine Daten über einen Stau in einer anderen Stadt benötigt. Daher läuft die Aktualisierung auf ein sehr spezifisches Kartenupdate-Paket hinaus – für jedes Fahrzeug an seiner Position und auf seiner erwarteten Strecke. Das Update-Paket enthält nur die neuesten Informationen zur aktuellen Strecke und Nebenstraßen, in die abgebogen werden kann.

Der Vorteil kleiner Update-Pakete liegt darin, dass sie sowohl schneller installiert als auch heruntergeladen werden können. Da das Fahrzeug jederzeit Update-Pakete empfangen kann, muss es diese auch während der Fahrt verarbeiten können. Entweder muss die Kartendatenbank gestoppt, aktualisiert und neu gestartet werden oder es muss ein Live-Update durchgeführt werden. Wird die Datenbank gestoppt, verliert das Fahrzeug die Karte als zusätzliche Informationsquelle und kehrt zum rein sensorbasierten Fahren zurück.

Nach dem Neustart müssen alle relevanten Daten wieder aus der Datenbank ausgelesen und mit den anderen Sensordaten synchronisiert werden. Ein Live-Update gewährleistet die kontinuierliche Verwendung der Karte, bringt jedoch verschiedene Datenbank-Synchronisierungsprobleme mit sich. Der Update-Algorithmus ändert unter Umständen Informationen in der Datenbank, während der Algorithmus für das autonome Fahren versucht, diese Daten zu lesen. Auch wenn dies in manchen Fällen funktioniert, besteht immer die Möglichkeit, dass beide Algorithmen versuchen, gleichzeitig auf dieselben Daten zuzugreifen. In diesem Fall werden fehlerhafte Datensätze übertragen.

Stellen Sie sich vor, der Kurvenverlauf wird aktualisiert, während Sie eine Kurve fahren. Bei einem typischen Datenbankansatz würde man die betroffenen Daten sperren und damit einen Lesevorgang während der Aktualisierung der Daten verhindern. Dies kann jedoch zu einem Deadlock führen, wenn ein Algorithmus darauf wartet, dass der andere einen benötigten Datensatz entsperrt. Am Ende muss ein Kompromiss zwischen den Ausfallzeiten der Datenbank und der Verfügbarkeit der neuesten Daten stehen (Bild 4).

Die Feedbackschleife wird geschlossen, wenn die neuesten Daten im Fahrzeug verfügbar werden. Das Auto kann sowohl auf die Daten seiner bisherigen Fahrt als auch auf die anderer Fahrzeuge zurückgreifen. Dies ist der entscheidende Punkt in der gesamten Feedbackschleife. Sie kann nur richtig funktionieren, wenn sie genügend Teilnehmer hat. Statische Kartendaten werden weiterhin erfasst und durch Spezialfahrzeuge aktualisiert. Der einzige Zweck dieser Fahrzeuge besteht darin, Daten zu sammeln. Aus diesem Grund befahren sie mehrfach langsam und angepasst dieselbe Straße.

Die Autos sind mit hochpräzisen Sensoren ausgestattet und übertragen jede noch so kleine Information. Dies funktioniert perfekt, um eine Basis-Straßenkarte für die Navigation zu erstellen. Für eine Karte, die als Grundlage für das autonome Fahren dienen soll, ist dieser Ansatz jedoch nicht ausreichend. Eine entsprechende Karte muss die leicht veränderten Spurverläufe an einer Baustelle darstellen und die geänderte Geschwindigkeitsbegrenzung angeben.

Mit einem Spezialfahrzeug können Daten nicht häufig genug erfasst werden, um die Karte eines kompletten Landes auf dem aktuellen Stand zu halten – manche Baustellen beispielsweise bestehen keine vier Wochen. Das bedeutet, dass sich jedes Auto und jeder Fahrer an der Pflege einer hochgenauen Karte beteiligen muss – so wie Wikipedia-Nutzer die größte Enzyklopädie der Welt auf dem aktuellen Stand halten. Mit diesen Kartendaten verfügt das Fahrzeug dann über den entsprechenden Co-Piloten, um sicher und komfortabel autonom unterwegs zu sein.

* Thomas Barthel ist Project Manager Connected Car bei Elektrobit.

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