Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Transformation einer Angabe zu mindestens einer Position in einem globalen Koordinatensystem in ein zweites lokales Koordinatensystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und sowie ein entsprechendes Verfahren zur Rücktransformation der Positionsangabe und ein Fahrzeugsystem zum durchführen einer solchen Transformation gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.

Positionsdaten eines Fahrzeugs bilden eine Basisgröße für viele Fahrzeug-zu-X Applikationen (hiernach kurz V2X) . Die Positionsdaten können dabei eine Aussage über die Position des eigenen Fahrzeugs bzw . Ego-Fahrzeugs betreffen . Darüber hinaus enthalten von anderen Fahrzeugen oder Verkehrsteilnehmern empfangene Nachrichten, bspw. DENM Nachrichten, auch entsprechende Positionsangaben bzw. -daten, die vom Absender generiert wurden. In DEMNs sind die Positionsangaben im WGS-84 Format enthalten.

Gemäß dem WGS-84 Format werden die Positionsangaben u. a. unter Verwendung von Längen- und Breitengraden angegeben. Diese Angaben sind zwar universell auf dem Globus gültig, sind aber für die Verwertung der Informationen in einer V2X Applikation unhandlich bzw. erfordern einen hohen Rechenaufwand.

Der Erfinder dieser Anmeldung hatte daher ein Verfahren entwickelt, bei der die globalen Positionsangaben in ein lokales Koordinatensystem umgewandelt werden. Dabei verwendet er den Abstand der aktuellen Position von Greenwich und dem Äquator und verwendet diese Abstände als Positionsangabe für ein zwei ^¬ achsiges Koordinatensystem. Weitere Details zu dem Verfahren sind in dem Fachartikel "Novel Techniques to Handle Rectangular Areas in Car-to-X Communication Applications", Proceedings of the 10th In ^¬ ternational Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics (ICINCO) - Special Session on Intelligent Vehicle Controls & Intelligent Transportation Systems

(IVC&ITS), Reykjavik, Island, Juli 2013 zu finden. Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist jedoch, dass mit größerem Abstand vom Greenwich ein Verzerrungsfehler bei der Transformation der Positionsangaben auftritt, so dass das Verfahren nur in der Nähe von Greenwich nutzbare Ergebnisse liefert. Für Verfahren oder Systeme, die weltweit Anwendung finden sollen, ist dieser Umstand nicht akzeptabel. Aufgabe der Erfindung ist es daher, das bekannte Verfahren derart weiterzubilden, so dass es universell einsetzbar ist.

Die Aufgabe wird gelöst gemäß eines Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei der Referenzlängengrad er in der Nähe der zu konvertierenden Position oder benachbart dazu ausgewählt wird.

Innerhalb des zweiten lokalen Koordinatensystems lässt sich eine Position innerhalb einer zweidimensionalen Ebene abbilden, was für Berechnungen einfach handzuhaben ist. Idealerweise handelt es sich bei dem lokalen Koordinatensystem um ein kartesisches Koordinatensystem. Das lokale Koordinatensystem wird durch die erste und zweite Achse bzw. durch die x- und y-Achse aufgespannt. Die x-Achse verläuft im Wesentlichen horizontal, also parallel zu einem Breitengrad. Die y-Achse verläuft im Wesentlichen parallel zu einem Längengrad. Mit dem berechneten Abstand von einem Referenzlängengrad bzw. Referenzbreitengrad lässt sich eine Position in einer metrischen Einheit für die x- und y-Achse des lokalen Koordinatensystems angeben. Als Referenzbreitengrad wird vorzugsweise der Äquator verwendet. Idealerweise liegt der Ursprungspunkt des lokalen Koordinatensystems liegt auf dem Kreuzungspunkt des Referenzlängengrades und Referenzbreiten ^¬ grades .

Die Erfindung basiert dabei auf der Erkenntnis, dass die Ab ^¬ standsberechnung am einfachsten ist, wenn Abstände parallel zu einem Längs- bzw. Breitengrad verlaufen. Die dem Verfahren zugrunde liegende Annahme, dass der Globus eine sphärische Form aufweist, verstärkt dies.

Aufgrund der geographischen Ausdehnung eines Breitengrades kann das Verfahren ohne merklichen Fehler ausgeführt werden, auch wenn der Abstand nicht exakt berechnet wird. Daher ist der Wortlaut „identisch" im Sinne dieser Erfindung nicht in einem geometrischen Sinne zu verstehen. Eine geringfügige Abweichung ist also soweit zulässig solange es die Qualität der Positionsangabe im lokalen Koordinatensystem nicht merklich verschlechtert. Das Verfahren eignet sich sowohl für die Transformation von Positionen, die bspw. von einem Ego-Fahrzeug erfasst werden, als auch Positionen, die von anderen Fahrzeugen oder Verkehrsteilnehmern geliefert werden. Daher kann es sich bei der Antenne zum Empfangen der Positionsangaben bzw. -signale um GNSS Antennen oder Antennen zum Übertragen von Daten handeln, bspw. nach dem IEEE 802.11, 3G oder LTE Standard.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Referenzlängengrad ein Längengrad in der Nähe der Position oder benachbart zu dieser Position, vorzugsweise im Bereich bis 10km, ausgewählt. Die Erfindung beruht ferner auf der Erkenntnis, dass eine Bindung des ersten Referenzpunktes an Greenwich bzw. dem Null-Meridian nicht notwendig und nicht vorteilhaft ist. Eine erfindungsgemäße Auswahl des Referenz- längengrades hat darüber hinaus auch den Vorteil, dass durch eine geringere Ausdehnung des betrachteten Areals die Annahme einer zweidimensionalen Ebene auf das betrachtete Areal bzw. Bereich eher zutrifft. Bevorzugter Weise beträgt der maximale Abstand zwischen dem Referenzlängengrad und der Position weniger als 10 Kilometer, besonders bevorzugt weniger als 1 Kilometer. In ersten Versuchen haben sich diese Abstände als praktikabel erwiesen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Abstände in Bogenmaß berechnet. Der Rechenaufwand zum Ermitteln der Abstände kann auf diese Weise weiter verringert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Abstand für die erste lokale Achse mittels der Gleichung x_P = r * (λ_Ρ - X_R) * cos (cp_P) berechnet, mit r für Erdradius gemäß WSG-84,

λ_Ρ für Längengrad der Position,

X_R für Referenzlängengrad, und

φ_Ρ für Breitengrad der Position.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Abstand für die zweite lokale Achse mittels der Gleichung y_P = r * φ_Ρ berechnet . Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Referenzbreitengrad in der Nähe der Position ausgewählt. Die vorgenannte Gleichungen ändern sich in so einem Fall zu y_P = r * (φ_Ρ - cp_R) mit cp_R für Referenzbreitengrad. Das hat den Vorteil, dass die Werte für die y-Koordinaten bei geeigneter Wahl des Refe- renzbreitengrades kleiner werden, so dass bei beschränkter Bit Anzahl, bspw. 32-Bit, die lokale y-Koordinaten trotz der beschränkten Bit Anzahl noch präzise abbildbar ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Längengrad der Ego-Position oder Eigenposition als Referenzlängengrad und der Breitengradgrad der Ego-Position oder Eigenposition als Referenzbreitengrad. Insbesondere kann die Ego-Position auch als Ursprungspunkt des lokalen Koordinatensystems verwendet werden. Für die Anwendung des Verfahrens in V2X Anwendungen ist diese Ausführungsform besonders vorteilhaft, da in V2X Anwendungen i. d. R. die nähere Umgebung betrachtet wird und daher der Einfluss des Verzer ^¬ rungsfehlers in so einem Fall dann nur unmerklich auftritt. Die Zuordnung weiterer Positionen innerhalb des lokalen Koordi- natensystems erfolgt dann relativ zur Ego-Position. Die vorgenannte Gleichungen ändern sich in so einem Fall zu x_P = r * (λ_Ρ - λ_0) * cos (φ_Ρ)

y_P = r * (φ_Ρ - φ_0) mit λ_0, φ_0 für den Längen- und Breitengrad der Ego-Position P_0 , bzw. des Ursprungspunktes des lokalen Koordinatensystems. ,

b

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Gleichung für die x-Koordinate derart abgewandelt werden, dass anstatt cos (φ_Ρ) der Kosinus des Referenzbreitengrad bzw des Ursprungspunktes verwendet wird, nämlich cos (cp_R) bzw. cos(cp_0). Bei gleichbleibendem Refe ^¬ renzlängen- und -breitengrad, i. d. R. also während einer Anwendungsperiode, bleibt dann für alle Koordinaten und in beiden Richtungen der Konvertierung dieser Wert stets gleich, muss also nur einmal bestimmt werden. So kann der Rechenaufwand zusätzlich verringert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der Referenzlängen- und -breitengrad, für eine Anwendungsperiode fixiert. Die Ausführungsform ermöglicht es ein temporäres lokales Koordinatensystem aufzuspannen, das für Anwendungsfälle in denen ein begrenzter Bereich definiert werden muss geeignet ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Anwendungsperiode kürzer als 120 Sekunden, insbesondere kürzer als 60 Sekunden, besonders bevorzugt kürzer als 30 Sekunden. Für den Einsatz in V2X Anwendungen haben sich die vorgenannten Werte als besonders praktikabel erwiesen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Dauer der Anwendungsperiode in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit eingestellt. Mittels dieser alterna ^¬ tiven Ausführungsform kann auf diese Weise die Anwendungsdauer möglichst genau an die jeweilige Fahrsituation angepasst werden, bspw. Fahrt auf der Autobahn, Landstraße oder in der Stadt.

Die Aufgabe wird ferner gelöst gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung mittels eines Verfahrens gemäß Anspruchs 10. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Rücktransformation von Positionsangaben in ein globales Koordinatensystem, so dass die Positionsangaben bspw. gekoppelt mit weiteren Informationen an andere Fahrzeugkomponenten oder Verkehrsteilnehmer übersendet werden können. Die Auswahl der Gleichungen ist davon abhängig, ob man als Referenzbreitengrad den Äquator oder einen anderen Breitengrad gewählt hat.

Ferner wird die Aufgabe gelöst gemäß eines dritten Aspektes der Erfindung mittels eines Fahrzeugsystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11, wobei der Referenzlängengrad derart ausgewählt wird, dass er in der Nähe der zu konvertierenden Position bzw. Positionen ist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbei- spiels und von Figuren näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine beispielhafte Darstellung von mehreren Positionen in einem lokalen Koordinatensystem,

Fig. 2 eine Darstellung für eine Transformation eines Punktes

P gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahrens (nicht maßstabsgetreu) , und

Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm eines erfindungs- gemäßen Fahrzeugsystems.

Figur 1 zeigt ein Szenario, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt. Es zeigt ein Fahrzeug 1, das entlang einer Straße 2 fährt und in regelmäßigen Abständen mehrere Positionen P_l bis P_6 entlang der Straße erfasst. Jede dieser Positionen P_l bis P_6 wurde mittels eines GNSS Empfängers des Fahrzeugs erfasst. Es ist jedoch auch denkbar, dass solche Positionen auch von anderen Verkehrsteilnehmern übermittelt werden. Für das erfindungsgemäße Verfahren spielt dieser Umstand keine Rolle.

Die Positionen sind ursprünglich gemäß dem WGS-84 codiert und enthalten eine Information über den Längengrad und den Breitengrad. Jeder dieser Punkte kann somit anhand der Informationen auf dem Globus abgebildet werden, wie in Figur 2 gezeigt. Für V2X Anwendungen werden die Punkte P_l bis P_6 in dem Ego-Fahrzeug in ein zweites lokales Koordinatensystem transformiert. In Figur 1 ist die aktuelle Position P_0 des Ego-Fahrzeugs als Ur ^¬ sprungspunkt des lokalen Koordinatensystems angegeben, was jedoch nur ein Beispiel darstellt. Der Punkt P_0 kann je nach Anwendung auch über eine gewisse Zeit oder Anwendungsperiode beibehalten werden, unabhängig davon, ob sich das Ego-Fahrzeug weiterbewegt oder nicht . Die transformierten lokalen Koordinaten können dazu verwendet werden, um bspw. einen Bereich 3 über mehrere Punkte P_l bis P_6 zu spannen. Für diesen Bereich 3 können dann V2X relevante Informationen hinterlegt werden, wie bspw. straßenbezogene Wetterdaten. Auf diese Weise könnten nach- folgende Fahrer vor Straßenglätte oder anderen Gefahren gewarnt werden .

Das erfindungsgemäße Verfahren wird beispielhaft für den Punkt P aus der Figur 2 näher beschrieben. Um die Positionsangaben zum Punkt P in ein zweidimensionales Koordinatensystem zu transformieren wird zunächst ein Referenzlängengrad und ein Referenzbreitengrad festgelegt. Der Referenzbreitengrad cp_R ist in der Regel der Äquator. Der Referenzlängengrad X_R wird vorteilhafter Weise derart festgelegt, dass es in der Nähe der jeweiligen Position P liegt. Als Referenzlängengrad X_R und Referenzbreitengrad könnte auch der Längengrad λ_0 und Breitengrad φ_0 der Position des Ego-Fahrzeugs P_0 verwendet werden. Für die Anwendungen in einem Fahrzeugsystem sollte der Abstand zwischen der aktuellen Position P und dem Referenzlängengrad in der Ausrichtung des Breitengrades vorteilhafterweise weniger als 10 km, besonders bevorzugt weniger als 1 km, betragen. Zum Berechnen der lokalen x-Koordinate wird der Abstand zwischen dem Referenzlängengrad X_R und dem Punkt P berechnet, gemäß der Gleichung x_P = r * (λ_Ρ - X_R) * cos (cp_P) mit r für Erdradius,

λ_Ρ für Längengrad der Position,

X_R für Referenzlängengrad, und

φ_Ρ für Breitengrad der Position.

Als Radius kann dabei der Radius entsprechend dem WGS-84 Standard genommen werden, wonach der Radius 6371000, 8 m beträgt . Auf diese Weise erhält man den Abstand für die x-Koordinate in Metern. Nimmt man den Längengrad λ_0 der Position P_0 des Ego-Fahrzeugs als Referenzlängengrad, so ist in der obigen Gleichung λ_0 anstatt λ R einzusetzen. In entsprechender Weise wird der Abstand vom Referenzbreitengrad φ_Ρ zu dem Punkt P berechnet, was dann der y-Koordinate ent ^¬ spricht. Nimmt man den Äquator als Referenzbreitengrad, so lautet die Gleichung y_P = r * φ_Ρ, und man erhält auf diese Weise den Abstand des Punktes P vom Äquator in Metern. Nimmt man den Breitengrad φ_0 der Position des Ego-Fahrzeugs als Referenzlängengrad, so lautet die Gleichung y_P = r * (φ_Ρ - φ_0) .

Auf diese Weise können alle Punkte P_l bis P_6. Wählt man die Position des Ego-Fahrzeugs P_0 als Ursprungspunkt des lokalen Koordinatensystems, so würde sich die y-Koordinate der Punkte P_l bis P_6 als Differenz zu P_0 ergeben. Das hat den Vorteil, dass die Werte für die y-Koordinaten relativ klein sind und bei beschränkter Bit Anzahl, bspw. 32-Bit, die lokale y-Koordinaten trotz der beschränkten Bit Anzahl noch präzise abbildbar ist. Insbesondere kann die Berechnung dadurch vereinfacht werden, indem man bei der Bestimmung der x-Koordinate den Breitengrad φ_0 der Ego-Position in den Cosinus-Term einsetzt, so dass die Gleichung x_ ^p _i = r * (λ_Ρ_ί - λ_0) * cos(cp_0) mit konstantem cos(cp_0) für P_l bis P_6 angewendet werden kann.

Wesentliche Vorteile der Erfindung ergeben sich im Vergleich zum bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik, indem man den Abstand zwischen der Position und dem Referenzlängen- und -breitengrad aufbauend auf der Differenz der Winkel (im Bogenmaß) der sphärischen Koordinaten berechnet. Durch eine geeignete Auswahl des ersten Referenzlängengrades in der Nähe einer aktuellen Position kann der Verzerrungsfehler darüber hinaus noch verkleinert werden.

Die Rücktransformation einer Positionsangabe aus einem lokalen Koordinatensystem in ein globales Koordinatensystem erfolgt entsprechend durch eine algebraische Auflösung der vorgenannten Gleichungen nach dem Längen- bzw. Breitengrad λ_Ρ und φ_Ρ :

Längengrad mittels

λ_Ρ = x_P / (r * cos (φ P) ) + X_R oder

λ_Ρ = x_P / (r * cos (cp R) ) + X_R und Breitengrad mittels

φ = y_P / r

oder

y_P / r + cp_R wobei X_R und cp_R auch den Koordinaten der Ego-Position λ_0 und φ_0 entsprechen kann.

In Figur 3 ist ein Fahrzeugsystem 10 zur Transformation mindestens einer Positionsangabe auf einem Globus von einem ersten globalen Koordinatensystem in ein zweites lokales Koordina- tensystem gezeigt, wobei die Position im ersten globalen Koordinatensystem mittels Angabe des Längengrades und eines Breitengrades angebbar ist, und wobei die Position im zweiten lokalen Koordinatensystem in Bezug zu zwei orthogonal zueinander ausgerichteten Achsen angebbar ist. Das oben genannte Verfahren kann mittels des hier beschriebenen Fahrzeugsystems 10 aus ^¬ geführt werden, so dass auf die Einzelheiten des Verfahrens selbst nicht weiter detailliert eingegangen wird.

Das Fahrzeugsystem 10 weist einen Applikationsblock 20 auf, das über mehrere Schnittstellen 12 mit anderen Komponenten des Fahrzeugs verbunden ist und in Figur 3 als eigener Komponentenblock 30 zusammengefasst dargestellt sind.

Der Komponentenblock 30 weist mehrere Empfänger zum Empfangen von Positionssignalen auf. Zum einen enthält das System eine Nachrichtenempfänger 31 zum Empfangen von Nachrichten von anderen Verkehrsteilnehmern. Darüber hinaus gibt es mindestens eine GNSS-Positionsmodul 32 zum Ermitteln von Positionsdaten des Ego-Fahrzeugs . Der Applikationsblock 20 weist entsprechend dazu Datenaufnehmer 21, 22 auf, die zunächst die vom Nachrichtenempfänger 31 oder GNSS-Positionsmodul 32 übermittelten Daten aufnehmen. Die Datenaufnehmer 21, 22 können derart ausgelegt sein, dass sie die übermittelten Daten nur aufnehmen. Alternativ könnte die Transformation der Koordinaten bereits in den Datenaufnehmern 21, 22 erfolgen. Im ersteren Fall könnte die Transformation auch in einer Recheneinheit 23 erfolgen, die die lokalen Positi ^¬ onsdaten mit anwendungsspezifischen Daten verknüpft. Im letzteren Fall sind die Datenaufnehmer 21 ,22 selbst als Recheneinheiten im Sinne der Ansprüche zu verstehen.

Ein Nachrichtensender 24 ist auch Teil des Anwendungsblocks 20, worüber die von der Recheneinheit 23 erzeugten Nachrichten über entsprechende Komponenten 34 zum Senden von Nachrichten an andere Verkehrsteilnehmer übermittelt werden können. Vor dem versenden der Nachrichten erfolgt eine Rücktransformation der lokalen Positionsangaben in ein globales Koordinatensystem, bspw. dem WGS-84 Format, wie oben beschrieben. Diese Rücktransformation kann auch analog in dem Nachrichtensender direkt oder in der Recheneinheit 23 erfolgen.