JP2007101690A

JP2007101690A - 地図更新装置

Info

Publication number: JP2007101690A
Application number: JP2005288816A
Authority: JP
Inventors: Sachiko Kojima; 祥子小島; Yoshiki Ninomiya; 芳樹二宮
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: JP4760274B2

Abstract

【課題】自車両周辺の立体物等の目印を用いて自車両位置を高精度に推定した結果から道路形状等の地図情報を更新する。
【解決手段】自車両の位置を検出する自車位置センサ１０、自車両周辺の目印をランドマークとして検出するランドマークセンサ１２と、道路形状及び複数のランドマークの位置を含む地図情報を記憶する記憶装置１６と、複数のランドマークの位置情報と記憶装置に記憶された複数のランドマークの位置情報とがマッチングしているか否かを判断し、マッチングしていると判断された複数の目印の位置情報及び自車両の位置情報に基づいて、道路形状を演算し、演算された道路形状に基づいて、地図情報を更新する制御装置１４とから構成されている
【選択図】図１

Description

本発明は、地図更新装置にかかり、特に、自車両周辺の立体物等の目印を検出し、目印が検出されたときの自車両の走行軌跡を用いて道路形状を演算することにより高精度に地図を更新することができる地図更新装置に関する。

実際の道路を走行して得られる走行軌跡データに基づいて道路情報を修正する場合に、道路情報が双方向可能な道路を１つの道路形状として表現可能である場合には、走行軌跡データに基づいたマップマッチングにおいて生じる道路情報を進行方向毎に修正する道路情報の修正装置が提案されている（特許文献１）。
特開２００５−１２１７０７号公報

しかしながら、上記従来の技術では、ＧＰＳ装置から得られる走行軌跡データに基づいて道路情報の修正を行っているため、道路情報の修正精度は必ずしも充分ではない。また、工事等によって道路形状や車線数等が変化することがあり、この場合には走行軌跡を高精度に検出することができず、道路情報の修正を精度よく行うことができない、という問題があった。

本発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、自車両周辺の立体物等の目印を用いて自車両位置を高精度に推定した結果から道路形状等の地図情報を更新することができる地図更新装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、自車両の位置を検出する自車両位置検出手段と、自車両周辺の目印を検出する目印検出手段と、道路形状及び複数の目印の位置を含む地図情報を記憶する記憶手段と、前記目印検出手段で検出された複数の目印の位置情報と前記記憶手段に記憶された複数の目印の位置情報とがマッチングしているか否かを判断するマッチング判断手段と、前記判断手段によりマッチングしていると判断された複数の目印の位置情報及び前記自車両位置検出手段によって検出された自車両の位置情報に基づいて、道路形状を演算する演算手段と、前記演算手段で演算された道路形状に基づいて、地図情報を更新する更新手段と、を含んで構成したものである。

本発明によれば、自車両の位置及び自車両周辺の目印が検出され、検出された複数の目印の位置情報が記憶手段に記憶される。複数の目印の位置情報が記憶手段に記憶された後、検出された複数の目印の位置情報と記憶手段に記憶された複数の目印の位置情報とがマッチングしているか否かが判断され、マッチングしていると判断された複数の目印の位置情報及び検出された自車両の位置情報に基づいて、道路形状が演算される。そして、演算された道路形状に基づいて、地図情報が更新される。これによって、検出された複数の目印の位置情報に基づいて、地図情報が最新の情報に更新される。

本発明では、記憶手段に記憶されている目印の位置情報の精度を判断し、記憶手段に記憶されている目印の位置情報を精度が高い位置情報に更新するようにするのが好ましい。これにより、自車両周辺の立体物等の目印の位置情報が常に最新の位置情報に更新されるため、より精度良く地図情報を更新することができる。

以上説明したように本発明によれば、自車両周辺の立体物等の目印を検出し、目印が検出されたときの自車両の走行軌跡を用いて道路形状を演算することにより地図情報を更新しているため、例えば、新しい道路ができた場合や道路工事等によって一時的に道路形状が変化した場合であっても、常に高精度の地図情報が得られる、という効果が得られる。

このため、高精度な自車位置測位システムを設けたり、新規に地図を作成したり購入したりする必要がなく、コスト低減とロバスト性を向上することができる。また、建築物やその他のランドマーク等を登録することで走路端を推定することができ、これにより静的な走行可能領域を地図で提供することができ、停止線や交差点、標識、路面標示等を登録すれば警報や停止制御等の車両運動制御に関わる情報を正確に提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１に示すように、本実施の形態の車両に搭載された地図更新装置には、自車両の現在位置を所定の低い精度で検出するＧＰＳ装置で構成された自車両位置センサ１０、及び自車両の周辺の目印となる立体物等の目印（以下、ランドマークという）を自車両位置センサよりも高い精度で検出するランドマークセンサ１２が設けられている。ランドマークセンサ１２は、自車両前方の±３０°以内の範囲をセンシング可能なレーザレーダで構成することができる。

自車両位置センサ１０及びランドマークセンサ１２は、マイクロコンピュータ等で構成された制御装置１４に接続されている。

制御装置１４には、道路形状及び複数の目印の位置を含む地図情報、ランドマークセンサで検出された複数のランドマークの相対位置関係を示す相対位置情報等が記憶される記憶装置１６が接続されている。また、制御装置１４には、地図情報に基づいて地図を表示するＬＣＤ等で構成された表示装置１８が接続されている。

ＧＰＳ装置としては、精度数ｍの汎用のＤＧＰＳ装置等を用いることができ、地図情報としてはナビゲーションシステムの地図情報（初期状態では道路情報のみで可）を用いることができる。なお、初期状態で、何ら初期情報を持たないようにしてもよい。

ＧＰＳ装置からは、自車両の位置を示す位置データが出力され、制御装置１４に入力される。制御装置１４では、以下で説明する地図情報更新ルーチンに従って記憶装置に記憶されている地図情報を更新すると共に、記憶装置に記憶されている地図情報を読み込み、読み込んだ地図情報に基づいて表される地図を表示装置１８に表示し、表示された地図上に自車両の位置を表示する。

レーザレーダは、赤外光パルスを照射して走査する半導体レーザからなる発光素子と、前方のランドマーク等から反射された赤外光パルスを受光する受光素子とを含んで構成され、車両の前方グリルまたはバンパに取り付けられている。このレーザレーダでは、発光素子から発光された時点を基準として受光素子で受光されるまでの反射赤外光パルスの到達時間に基づいて、自車両から前方のランドマークまでの距離ｒ及びランドマークの存在方向θを示す極座標（ｒ,θ）で表された位置情報を検出することができる。

なお、ＧＰＳ装置に代えてジャイロセンサを自車位置センサとして用いても良く、レーザレーダに代えて、ミリ波レーダ、またはカメラをランドマークセンサとして用いるようにしてもよい。また、これらを任意に組み合わせた構成を用いても良い。

ランドマークとしては、電柱、標識、信号機、信号機の柱部分、ガードレールの柱部分、リフレクタガードレール、路面標示、及び建物壁面等の特徴的な部分等を検出することができ、センサでの位置検出が容易なものをランドマークとする。また、２０〜３０ｍに１回程度検出できるものをランドマークとすると共に、自車両の左右両側に存在する立体物等の物体をランドマークとする。例えば、電柱や標識の柱部分のようなものをランドマークとすることが精度向上に効果がある。また、ガードレールのポール、道路端に位置する縁石、白線、センターラインをランドマークとして検出するようにしてもよい。

ランドマークとして２０〜３０ｍに１回程度検出可能なランドマークを選択すると、センサ性能にも依存するが１回のセンシングにおいて３個程度のランドマークが検出可能であり、リーズナブルである。１回のセンシングにおいて１つ以上のランドマークが検出されていれば、自車両の進行方向位置精度を低下させる区間がなく、確実に推定精度を向上させることができる。

移動物体の片側にしかランドマークが存在しない場合、自車両の横方向位置の拘束条件が弱いため、横方向位置精度の向上に限界があるので、両側にランドマークが存在すると横方向位置精度を向上させることが可能である。

次に、７０ｍ先までのランドマークを検出可能なランドマークセンサを用いた場合のランドマーク密度と自車両位置の誤差分散の変化を図２に、ランドマーク密度と自車両位置誤差平均（真値と検出値との差分）の変化を図３に示す。なお、Ｚ軸は車両進行方向、Ｘ軸は車両横方向を各々示す。

図２に示すように、ランドマークがまばらに存在する場合（例えば、１個／５００ｍ〜１個／１００ｍの密度の場合）、ランドマーク観測中は分散が小さくなるが、非観測の状態中にＧＰＳ装置単独での自車位置分散と同等の分散に戻るため、密度による変化はあまり生じない。ランドマークが１個／７０ｍになると、ランドマーク非観測状態中にＧＰＳ装置単独で検出する場合の分散まで戻る前に次のランドマークを検出するため、１個／１００ｍ以上の場合に比較して分散が小さくなる。１個／５０ｍ以下の場合は、常にランドマークを検出している状態であり、密度が高いほど分散が小さくなる傾向はあるが劇的な変化はない。

また、図３に示すようにＺ方向の誤差については、ランドマークが１個／７０ｍ以下になると、ランドマークが１つでも観測できていれば、ＧＰＳ装置単独で検出する場合に比較して平均誤差は半分以下になり、密度による変化はあまり生じていない。

Ｘ方向の誤差については、ＧＰＳ装置単独で検出する場合とランドマークがまばらな場合との間に大きな差はない。

１個／７０ｍの密度の場合（ランドマークの非観測状態は存在するが、ＧＰＳ装置単独での検出状態へ戻る前に次の観測値が得られる）、横位置推定誤差の低減に効果がある。

１回のセンシングで常に２つ以上のランドマークが存在する場合（１個／３０ｍ〜１個／２０ｍ）、さらに推定誤差が小さくなる傾向がある。

上記のことから、７０ｍを検知範囲としたセンサを用いた場合、推定精度向上には１個／３０ｍ〜１個／２０ｍの密度のランドマークが存在することが望ましい。なお、センサの検出範囲が非常に狭い場合は、ランドマーク密度はさらに高い方が良いと予想される。目標精度が設定されている場合は、センサの精度と目標精度を達成できるランドマーク間隔を導き、その結果に応じて適切なランドマークを選択することが望ましい。

次に、本実施の形態の制御装置で実行されるランドマークを検出してランドマークの位置情報を登録すると共に、登録されているランドマークが、検出されたランドマークとマッチングするかを判断して地図情報を更新するルーチンについて図４を参照して説明する。

自車両が走行している状態で、ステップ９６においてＧＰＳ装置によって検出された自車両の位置を示す自車両位置情報を取り込み、ステップ９８において取り込んだ自車両位置情報に基づいて自車両位置情報の分散Ｐ_vv（ｔ）を演算し、ステップ１００においてランドマークセンサによってランドマークが検出されたか否かを判断する。ランドマークが検出されない場合には、ステップ９４において現在時刻ｔから所定時間Δｔ待機して現在時刻がｔ＋Δｔになった時点でステップ９６に戻る。これにより所定時間Δｔ毎に自車両位置情報が取得されると共に分散が演算される。

図５に同一の走行路を複数回走行したときのランドマーク位置の分散の変化及び自車両位置の分散の変化を模式的に示す。第１回目の走行では、ランドマーク観測中に自車両位置の精度が向上している。また、複数回同一の走行路を走行するに従って、ランドマーク位置及び車両位置の精度が向上している。

なお、ランドマークセンサとしてカメラを用いた場合は、ランドマークの位置情報だけではなく、ランドマークの高さ情報、色、及び大きさに関する付加情報を併せて登録しておいてもよい。

ランドマークが検出された場合には、ステップ１０２でランドマークの位置を取り込み、ステップ１０４で、ランドマークセンサで検出されたランドマークと記憶装置に登録されたランドマークの相対位置関係を示す情報を用いてランドマークがマッチングしているか否かを判断し、ランドマークがマッチングしている場合には、ステップ１０８においてランドマーク位置の分散Ｐ_mm（ｔ）演算し、ステップ１１０において以下の（２）式に従って、車両の位置及びランドマークの位置の分散Ｐ（ｔ）を演算する。

ランドマークを検出した時、自車の分散とセンサの誤差分散によって新しく検出されたランドマークの位置分散は、以下の（１）式で表される。

従って、非対角項を車両の位置及びランドマークの位置各々の相関とすると、車両の位置及びランドマークの位置の分散Ｐ（ｔ）は、下記（２）式で表される。

次のステップ１１２で、車両の位置及びランドマークの位置の分散Ｐ（ｔ）が閾値Ｔｈ未満であるか否かを判断することによりランドマークの位置情報の精度を判断し、分散Ｐ（ｔ）が閾値Ｔｈ以上でランドマークの位置情報の精度が低い場合にはステップ９４で所定時間Δｔ経過後にステップ９６に戻って上記で説明したように自車位置情報を取り込み、ランドマークの位置情報の精度が高い場合には、ステップ１１４において登録されているランドマークの位置情報を更新する処理、及び自車位置情報に基づいて登録されている走行軌跡を更新する処理を実行した後、ステップ１１６において、ランドマークの位置情報及び走行軌跡に基づいて道路形状、例えば、走路端（例えば、ガードレールの配列、縁石の配列等）を予測し、予測した道路形状としての走路端に基づいて地図情報を更新する。

次に、上記のステップ１０４のマッチング処理の詳細について説明する。本実施の形態では、図７に示すように探索範囲を限定してランドマークのマッチングを行う。探索範囲を限定せずに全範囲を探索することも可能であるが、現実的には自車位置センサで検出される自車位置と自車位置センサに対して想定される誤差範囲とを考慮すると共に、搭載しているランドマークセンサの性能からランドマークを検出可能な範囲を探索範囲とすることが好ましい。

自車位置センサとして精度３０ｍのＧＰＳ装置を用いた場合には、図７（１）に示すように自車両の現在位置（Ｘ_t，Ｚ_t）を基準とし、かつ長軸方向が走行方向を向いた楕円状の領域Ｓを自車が存在する可能性がある範囲、すなわち自車位置誤差範囲とする。この自車位置誤差範囲は、例えば、進行方向については７０ｍと秒速分の走行距離との和の距離程度を長さとし、横方向については３０ｍ程度の距離を長さとする楕円で表すことができる。また、図７（２）に示すように、自車位置誤差範囲からランドマークを検出できる範囲と登録情報の絶対位置誤差分との和を探索範囲Ｗとする。

自車位置センサとしてジャイロセンサのような過去の履歴に基づく情報を検出するセンサを用いる場合には、位置特定のその時々に応じた誤差範囲から自車の存在可能性範囲、すなわち自車位置誤差範囲を決定する。これは、初期状態から時間が長くなると誤差が蓄積するからである。

ステップ１２０において、自車位置（Ｘｔ，Ｚｔ）、及びＸ軸及びＺ軸方向の自車位置誤差範囲（σａ，σｂ）を取得し、ステップ１２２においてｋ個のランドマークを検出し、検出した各ランドマークの位置情報（ｒ₀，θ₀）、（ｒ₂，θ₂）、・・・（ｒ_r，θ_r）を取得する。この検出されたｋ個のランドマーク列の各ランドマークの位置を（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃，・・・Ｓ_k）とする。この場合、ランドマークを検出する個数は任意の個数でよい。

次のステップ１２４では、記憶装置に予め記憶されているセンサの検出領域（Ｆｏｖ＝±Φｓ、レンジ＝ｍｉｎＲｓ〜ｍａｘＲｓ）を取り込んで、絶対座標上での探索範囲Ｗを決定する。

次のステップ１２６では、記憶装置に登録済みのランドマークから探索範囲Ｗ内に存在するＮ個のランドマークの絶対位置（Ｘ_i，Ｚ_i）、（Ｘ_i+1，Ｚ_i+1）・・・（Ｘ_i+N，Ｚ_i+N）を抽出し、ステップ１２８においてＮ個の登録ランドマークからｋ個の登録ランドマークを抽出し、抽出されたｋ個の登録ランドマークを登録ランドマーク列とする。ランドマーク列の例を図７（３）に示す。

この場合、Ｎ個の登録ランドマークからｋ個の登録ランドマークを抽出する場合には、_NＣ_k個の組み合わせが存在するので、_NＣ_k個の組の登録ランドマーク列が抽出される。これらの各組の登録ランドマーク列の各ランドマークの位置を（Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，・・・Ｍ_k）とする。

次のステップ１３０では、現在取得されているランドマークの位置関係と登録済みランドマークの位置関係、すなわち現在取得されているランドマーク列の形状と登録ランドマーク列との形状を以下の評価関数を用いて比較する。評価関数としては、各ランドマーク間のマハラノビスの距離ＭＤ²を用い、_NＣ_k個の組の登録ランドマーク列の中のｊ番目の組みの登録ランドマーク列（Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，・・・Ｍ_k）と検出ランドマーク列（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃，・・・Ｓ_k）との間の対応する各ランドマーク間のマハラノビスの距離ＭＤ²を演算する。距離評価の例を図７（４）に示す。

また、ステップ１３４では、_NＣ_k個の組み全てについて最小値ｍｉｎＥ_jを算出したか否かを判断し、_NＣ_k個の組み全てについて最小値ｍｉｎＥ_jを算出していない場合はステップ１３２に戻って_NＣ_k個の組み全てについて最小値ｍｉｎＥ_jが算出されるまで、上記の評価関数の演算を繰り返す。これによって、各組みに対してそれぞれの最小値が算出される。

なお、等間隔でランドマークが並ぶ場合、または検出したランドマークが１つしか存在しない場合等のように評価関数に差が生じにくいような場合には、ランドマーク属性（高さ、色、大きさ等）を登録し、センサでランドマーク属性を検出してこれらの属性を用いた評価関数を求めてもよい。

_NＣ_k個の組みの全てについて最小値ｍｉｎＥ_jを算出した場合は、ステップ１３６において最小値ｍｉｎＥ_jが最小になる登録ランドマーク列の組が何番目かを決定し、ステップ１３８において決定した組のランドマーク列と検出したランドマーク列とがマッチングしたランドマーク列であると判断する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、走行軌跡を用いて高精度な道路形状（中心や走路端）の情報を取得し、高精度に地図情報を更新しることができる。また、ランドマークも常に最新のものに更新することができる。

本発明の実施の形態を示すブロック図である。ランドマークの密度と自車位置分散との関係を示す線図である。ランドマークの密度と自車位置誤差との関係を示す線図である。本実施の形態の地図情報を更新するルーチンを示す流れ図である。同一走行路を走行したときの自車両の位置の分散の変化とランドマークの位置の分散との変化を示す模式図である。登録情報と現在の取得情報とがマッチングしたか否かを判断するルーチンを示す流れ図である。登録情報と現在の取得情報とがマッチングしたか否かを判断する手順を説明する説明図であり、（１）は現在の自車位置と自車位置誤差範囲とを示す図、（２）はセンサ性能に基づく探索範囲を示す図、（３）は登録済みランドマーク列と検出により取得されたランドマーク列との関係を示す図、（４）はランドマーク列間の距離評価を説明するための図である。

符号の説明

１０自車位置センサ
１２ランドマークセンサ
１４制御装置
１６記憶装置

Claims

自車両の位置を検出する自車両位置検出手段と、
自車両周辺の目印を検出する目印検出手段と、
道路形状及び複数の目印の位置を含む地図情報を記憶する記憶手段と、
前記目印検出手段で検出された複数の目印の位置情報と前記記憶手段に記憶された複数の目印の位置情報とがマッチングしているか否かを判断するマッチング判断手段と、
前記判断手段によりマッチングしていると判断された複数の目印の位置情報及び前記自車両位置検出手段で検出された自車両の位置情報に基づいて、道路形状を演算する演算手段と、
前記演算手段で演算された道路形状に基づいて、地図情報を更新する更新手段と、
を含む地図更新装置。
前記更新手段は、前記記憶手段に記憶されている目印の位置情報の精度を更に判断し、前記記憶手段に記憶されている目印の位置情報を精度が高い位置情報に更新する請求項１記載の地図更新装置。