The objective of this master's thesis was to get acquainted with an autonomous outdoor robot competition - The Robotour and further to study the capabilities and information about a robot designed on the DITS FIT Brno VUT. Next part of the project was to study various planning and localization algorithms and to make a proposal of a functional solution, allowing the robot to participate in the competition. To be specific, the goal of this work was to use the acquired knowledge for implementation of an antonomous software so the robot can start in the year 2010 race. The solution also included several related mechanical modifications. The final solution fulfills all the competiton rules and is capable of taking part in this year's plant.

In dieser Arbeit werden Postprocessing-Verfahren zum Steigern der Genauigkeit und Verfügbarkeit satellitengestützer Positionierungsverfahren, die ohne Inertialsensorik auskommen, untersucht. Ziel ist es, auch unter schwierigen Empfangsbedingungen, wie sie in urbanen Gebieten herrschen, eine Trajektorie zu erzeugen, deren Genauigkeit sie als Referenz für andere Verfahren qualifiziert. Zwei Ansätze werdenverfolgt: Die Verwendung von IGS-Daten sowie das Smoothing unter Einbeziehung von Sensoren aus der Fahrzeugodometrie. Es wird gezeigt, dass durch die Verwendung von IGS-Daten eine Verringerung des Fehlers um 50% bis 70% erreicht werden kann. Weiterhin demonstrierten die Smoothing-Verfahren, dass sie in der Lage sind, auch unter schlechten Empfangsbedingungen immer eine Genauigkeit im Dezimeterbereich zu erzielen.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Konzeptionierung und Entwicklung eines neuartigen Fahrerassistenzsystems für Nutzfahrzeuge, welches die lichte Höhe von vor dem Fahrzeug befindlichen Hindernissen berechnet und über einen Abgleich mit der einstellbaren Fahrzeughöhe die Passierbarkeit bestimmt. Dabei werden die von einer Monokamera aufgenommenen Bildsequenzen genutzt, um durch indirekte und direkte Rekonstruktionsverfahren ein 3D-Abbild der Fahrumgebung zu erschaffen. Unter Hinzunahme einer Radodometrie-basierten Eigenbewegungsschätzung wird die erstellte 3D-Repräsentation skaliert und eine Prädiktion der longitudinalen und lateralen Fahrzeugbewegung ermittelt. Basierend auf dem vertikalen Höhenplan der Straßenoberfläche, welcher über die Aneinanderreihung mehrerer Ebenen modelliert wird, erfolgt die Klassifizierung des 3D-Raums in Fahruntergrund, Struktur und potentielle Hindernisse. Die innerhalb des Fahrschlauchs liegenden Hindernisse werden hinsichtlich ihrer Entfernung und Höhe bewertet. Ein daraus abgeleitetes Warnkonzept dient der optisch-akustischen Signalisierung des Hindernisses im Kombiinstrument des Fahrzeugs. Erfolgt keine entsprechende Reaktion durch den Fahrer, so wird bei kritischen Hindernishöhen eine Notbremsung durchgeführt. Die geschätzte Eigenbewegung und berechneten Hindernisparameter werden mithilfe von Referenzsensorik bewertet. Dabei kommt eine dGPS-gestützte Inertialplattform sowie ein terrestrischer und mobiler Laserscanner zum Einsatz. Im Rahmen der Arbeit werden verschiedene Umgebungssituationen und Hindernistypen im urbanen und ländlichen Raum untersucht und Aussagen zur Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Verfahrens getroffen. Ein wesentlicher Einflussfaktor auf die Dichte und Genauigkeit der 3D-Rekonstruktion ist eine gleichmäßige Umgebungsbeleuchtung innerhalb der Bildsequenzaufnahme. Es wird in diesem Zusammenhang zwingend auf den Einsatz einer Automotive-tauglichen Kamera verwiesen. Die durch die Radodometrie bestimmte Eigenbewegung eignet sich im langsamen Geschwindigkeitsbereich zur Skalierung des 3D-Punktraums. Dieser wiederum sollte durch eine Kombination aus indirektem und direktem Punktrekonstruktionsverfahren erstellt werden. Der indirekte Anteil stützt dabei die Initialisierung des Verfahrens zum Start der Funktion und ermöglicht eine robuste Kameraschätzung. Das direkte Verfahren ermöglicht die Rekonstruktion einer hohen Anzahl an 3D-Punkten auf den Hindernisumrissen, welche zumeist die Unterkante beinhalten. Die Unterkante kann in einer Entfernung bis zu 20 m detektiert und verfolgt werden. Der größte Einflussfaktor auf die Genauigkeit der Berechnung der lichten Höhe von Hindernissen ist die Modellierung des Fahruntergrunds. Zur Reduktion von Ausreißern in der Höhenberechnung eignet sich die Stabilisierung des Verfahrens durch die Nutzung von zeitlich vorher zur Verfügung stehenden Berechnungen. Als weitere Maßnahme zur Stabilisierung wird zudem empfohlen die Hindernisausgabe an den Fahrer und den automatischen Notbremsassistenten mittels einer Hysterese zu stützen. Das hier vorgestellte System eignet sich für Park- und Rangiervorgänge und ist als kostengünstiges Fahrerassistenzsystem interessant für Pkw mit Aufbauten und leichte Nutzfahrzeuge. / The present work deals with the conception and development of a novel advanced driver assistance system for commercial vehicles, which estimates the clearance height of obstacles in front of the vehicle and determines the passability by comparison with the adjustable vehicle height. The image sequences captured by a mono camera are used to create a 3D representation of the driving environment using indirect and direct reconstruction methods. The 3D representation is scaled and a prediction of the longitudinal and lateral movement of the vehicle is determined with the aid of a wheel odometry-based estimation of the vehicle's own movement. Based on the vertical elevation plan of the road surface, which is modelled by attaching several surfaces together, the 3D space is classified into driving surface, structure and potential obstacles. The obstacles within the predicted driving tube are evaluated with regard to their distance and height. A warning concept derived from this serves to visually and acoustically signal the obstacle in the vehicle's instrument cluster. If the driver does not respond accordingly, emergency braking will be applied at critical obstacle heights. The estimated vehicle movement and calculated obstacle parameters are evaluated with the aid of reference sensors. A dGPS-supported inertial measurement unit and a terrestrial as well as a mobile laser scanner are used. Within the scope of the work, different environmental situations and obstacle types in urban and rural areas are investigated and statements on the accuracy and reliability of the implemented function are made. A major factor influencing the density and accuracy of 3D reconstruction is uniform ambient lighting within the image sequence. In this context, the use of an automotive camera is mandatory. The inherent motion determined by wheel odometry is suitable for scaling the 3D point space in the slow speed range. The 3D representation however, should be created by a combination of indirect and direct point reconstruction methods. The indirect part supports the initialization phase of the function and enables a robust camera estimation. The direct method enables the reconstruction of a large number of 3D points on the obstacle outlines, which usually contain the lower edge. The lower edge can be detected and tracked up to 20 m away. The biggest factor influencing the accuracy of the calculation of the clearance height of obstacles is the modelling of the driving surface. To reduce outliers in the height calculation, the method can be stabilized by using calculations from older time steps. As a further stabilization measure, it is also recommended to support the obstacle output to the driver and the automatic emergency brake assistant by means of hysteresis. The system presented here is suitable for parking and maneuvering operations and is interesting as a cost-effective driver assistance system for cars with superstructures and light commercial vehicles.

In this dissertation a novel alternative system concept for monocular-inertial egomotion and landmark position determination is introduced. It is mainly motivated by an in-depth analysis of the observability and consistency of the classic simultaneous localization and mapping (SLAM) approach, which is based on a world-centric model of an agent and its environment. Within the novel system concept - a body-centric agent and environment model, - a pseudo-world centric motion propagation, - and closed-form initialization procedures are introduced. This approach allows for combining the advantageous observability properties of body-centric modeling and the advantageous motion propagation properties of world-centric modeling. A consistency focused and simulation based evaluation demonstrates the capabilities as well as the limitations of the proposed concept. / In dieser Dissertation wird ein neuartiges, alternatives Systemkonzept für die monokular-inertiale Eigenbewegungs- und Landmarkenpositionserfassung vorgestellt. Dieses Systemkonzept ist maßgeblich motiviert durch eine detaillierte Analyse der Beobachtbarkeits- und Konsistenzeigenschaften des klassischen Simultaneous Localization and Mapping (SLAM), welches auf einer weltzentrischen Modellierung eines Agenten und seiner Umgebung basiert. Innerhalb des neuen Systemkonzeptes werden - eine körperzentrische Modellierung des Agenten und seiner Umgebung, - eine pseudo-weltzentrische Bewegungspropagation, - und geschlossene Initialisierungsprozeduren eingeführt. Dieser Ansatz erlaubt es, die günstigen Beobachtbarkeitseigenschaften körperzentrischer Modellierung und die günstigen Propagationseigenschaften weltzentrischer Modellierung zu kombinieren. Sowohl die Fähigkeiten als auch die Limitierungen dieses Ansatzes werden abschließend mit Hilfe von Simulationen und einem starken Fokus auf Schätzkonsistenz demonstriert.