JP5162849B2 - Fixed point position recorder - Google Patents
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Description
本発明は、GPSを用いた高精度な測位技術に関し、特に、走行環境中の自車両周辺における不動物の位置を高精度に推定して記録する不動物位置記録装置に関する。
本発明は、自車両の現在位置を確認するためにカーナビゲーションシステムやオートクルーズシステムなどに備える、道路周辺の不動物の絶対位置情報のデータベースを簡単かつ高精度に構築するための技術として有用なものである。
The present invention relates to a high-precision positioning technique using GPS, and more particularly, to an animal position recording apparatus that estimates and records the position of an animal around a host vehicle in a traveling environment with high accuracy.
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as a technique for easily and accurately constructing a database of absolute position information of inanimate animals around a road, which is provided in a car navigation system, an auto cruise system, or the like to confirm the current position of the host vehicle Is.
近年、RTK−GPS(Real-Time Kinematic Global Positioning System )によって、GPS衛星を用いた測位技術により誤差2〜3cm程度の測位精度を得ることができる様になったが、これらの測位装置は非常に高価であり、また、例えば走行中の自動車などの移動体に関する測位を実時間で実施するには必ずしも好適なものではない。 In recent years, RTK-GPS (Real-Time Kinematic Global Positioning System) has made it possible to obtain positioning accuracy with an error of about 2 to 3 cm by positioning technology using GPS satellites. It is expensive, and is not necessarily suitable for carrying out positioning in real time for a moving body such as a running car.
また、これらのRTK−GPS等を用いずに構成可能な、自車両に関する比較的高精度な測位を実時間で実施するための従来の測位技術としては、例えば、下記の特許文献1,2に記載されているものなどが公知である。これらの測位技術では、通常のナビゲーションシステムでは用いられない程詳細な道路周辺の不動物(例:道路標識や反射板や停止線など)の特徴データや位置データが事前調査によって予め記憶された記憶装置(「詳細地図DB」や「道路周囲環境記憶装置」)を備え、更に、そこに記憶されたそれらの不動物の特徴データと走行中に実時間で検出された不動物の特徴とを照合する照合手段を備える点に特徴がある。 Further, as a conventional positioning technique for implementing a relatively high-accuracy positioning related to the own vehicle in real time, which can be configured without using these RTK-GPS and the like, for example, in Patent Documents 1 and 2 below, Those described are known. In these positioning technologies, feature data and position data of inanimate objects (eg road signs, reflectors, stop lines, etc.) in detail around the road that are not used in a normal navigation system are stored in advance by a preliminary survey. Devices ("detailed map DB" and "environmental environment storage device"), and further compare the inanimate feature data stored there with the inanimate features detected in real time during travel It is characterized in that it includes a collating means that performs this.
中でも特に、下記の特許文献1は、自動車の高精度位置を推定するために、車載カメラで撮影した画像から車線境界線とランドマーク(路面表示や道路標識など)を抽出し、道路の詳細地図情報との車線レベルでの整合性チェックにこの二つの情報を組み合わせて用いることを特徴としている。 In particular, Patent Document 1 below extracts a lane boundary line and a landmark (such as a road surface display or a road sign) from an image taken by an in-vehicle camera in order to estimate a high-accuracy position of an automobile, and a detailed map of the road. It is characterized in that these two pieces of information are used in combination for checking the consistency with the information at the lane level.
また、下記の特許文献2には、下記の記載がある。
(記載1)「レーダ装置によって検出された固定物のデータと道路周囲環境記憶装置に記憶された固定物のデータとに基づいて、ナビゲーション装置で求めた自車の現在位置を修正することで、自車の現在位置の誤差を数10m程度から10cm程度〜数10cm程度の誤差にすることができ、精度を向上することができる。」との記載。
(記載2)「高速道路を一度走行して反射板や照明灯等の固定物の位置を道路周囲環境記憶装置に記憶させることで、次回からは本発明の走行車線維持装置により、自車走行車線を自動的に維持させることができる。」との記載。
(Description 1) “By correcting the current position of the vehicle determined by the navigation device based on the fixed object data detected by the radar device and the fixed object data stored in the road surrounding environment storage device, The error of the current position of the host vehicle can be set to an error of about several tens of meters to about 10 cm to several tens of centimeters, and the accuracy can be improved. "
(Description 2) “By driving once on the highway and storing the position of a fixed object such as a reflector or an illumination lamp in the road surrounding environment storage device, it is possible to run the vehicle by the travel lane keeping device of the present invention from the next time. The lane can be maintained automatically. "
上記の特許文献1の測位方式においては、車載カメラで撮影した画像から車線境界線とランドマーク(路面表示や道路標識など)を抽出する必要があるが、この様な画像処理は必ずしも容易ではなく、また、天候や時間帯などによっては、これらの画像処理が困難となる場合も少なくない。また、上記の様な整合性チェックを実施するためには、予め上記の「詳細地図DB」に道路の詳細地図情報として所定のランドマーク(路面表示や道路標識など)を登録しておく必要があるが、これらのランドマークが何ら存在しない道路も数多く存在する。したがって、上記の特許文献1の測位技術は、その適用範囲や信頼性の面で問題が多い。また、路面表示や道路標識などの一定のランドマークの高精度な絶対位置を上記の詳細地図DBに逐一登録することは、必ずしも現実的な方法とは言えない。 In the positioning method of Patent Document 1 described above, it is necessary to extract lane boundary lines and landmarks (road surface display, road signs, etc.) from an image taken by an in-vehicle camera, but such image processing is not always easy. In addition, depending on the weather, time zone, and the like, it is often the case that these image processes become difficult. In addition, in order to perform the consistency check as described above, it is necessary to register in advance a predetermined landmark (road surface display, road sign, etc.) as detailed map information of the road in the “detailed map DB”. There are many roads that do not have any of these landmarks. Therefore, the positioning technique disclosed in Patent Document 1 has many problems in terms of its application range and reliability. In addition, it is not always a realistic method to register high-precision absolute positions of certain landmarks such as road surface displays and road signs in the detailed map DB one by one.
また、特許文献2の上記の(記載1)に示されている測位精度を実現するためには、上記の道路周囲環境記憶装置に殆ど誤差のない高精度な測位データ(絶対位置)を予め登録しておく必要がある。しかしながら、上記の特許文献2には、その様な高精度の測位データを上記の道路周囲環境記憶装置に予め登録しておくための方法や手順については、何ら開示されていない。
更に、この様な高精度の測位データを準備することは、現行の一般的な技術水準に照らして考えると、RTK−GPSなどの高価な測位手段を用いない限り困難であり、また、RTK−GPSなどを用いる場合であっても、それらの測位は個々の固定物の位置でそれぞれ静止して実施しなくてはならないため、上記の(記載1)に記載の道路周囲環境記憶装置を予め準備するための作業コストは、その適用領域(走行地域)を非常に狭く限定しない限り、極めて多大になるものと考えざるを得ない。
したがって、特許文献2の上記の(記載1)に示される測位技術に従う限り、走行中の移動体の現在の絶対位置を高精度に測定する測位装置に関し、その適用領域を通常のカーナビゲーションシステムの一般ユーザーにまで幅広く拡大することは全く容易ではなく、その様なアプローチは現実的とは言い難い。
In addition, in order to realize the positioning accuracy shown in (Description 1) of Patent Document 2, highly accurate positioning data (absolute position) with almost no error is registered in advance in the road surrounding environment storage device. It is necessary to keep it. However, the above Patent Document 2 does not disclose any method or procedure for registering such high-accuracy positioning data in the road surrounding environment storage device in advance.
Furthermore, it is difficult to prepare such high-precision positioning data in view of the current general technical level, unless an expensive positioning means such as RTK-GPS is used, and RTK- Even when using GPS or the like, since the positioning must be carried out at the position of each fixed object, the road surrounding environment storage device described in (Description 1) above is prepared in advance. The work cost for doing so must be considered extremely large unless the application area (traveling area) is limited very narrowly.
Therefore, as long as the positioning technique shown in the above (Description 1) of Patent Document 2 is followed, the positioning device that accurately measures the current absolute position of the moving moving body is applied to the application area of a normal car navigation system. It is not easy to expand widely to general users, and such an approach is not practical.
また、通常のGPSを用いる場合、一般にその測位精度は、10m〜30m程度しかないと言われており、よって、特許文献2の上記の(記載2)に示される測位技術によれば、たとえ路側などにある反射板や照明灯等の固定物に対する移動体からの相対的な位置関係を精度よく認識することはできても、それらの固定物の絶対位置や、走行中の自車両の現在の絶対位置を、上記のGPSの測位精度(10m〜30m)以上に高精度に検知することはできない。 In addition, when using a normal GPS, it is generally said that the positioning accuracy is only about 10 m to 30 m. Therefore, according to the positioning technique shown in (Description 2) above in Patent Document 2, even the roadside Can accurately recognize the relative positional relationship from a moving object to a fixed object such as a reflector or illuminating lamp, but the absolute position of those fixed objects and the current vehicle The absolute position cannot be detected with higher accuracy than the GPS positioning accuracy (10 m to 30 m).
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、走行中の移動体の現在位置(絶対位置)の実時間測定に有用な、道路周辺の不動物に関する高精度な測位データを簡単に収集することが可能な装置を低コストで実現することである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and its object is to provide a high level of inanimate animals around a road that is useful for real-time measurement of the current position (absolute position) of a moving object while traveling. The realization of an apparatus capable of easily collecting accurate positioning data at low cost.
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第1の手段は、走行中の自車両の絶対位置である第1観測値を測定する絶対位置取得装置と、自車両の前方の走行環境における時間的に絶対位置が変化しない不動点を抽出し、その不動点の自車両に対する相対位置である相対観測値を実時間で測定する測位装置とを有し、第1観測値から第1観測値よりも精度の高い自車両の絶対位置である第1推定値を時刻の経過に伴って順次求めると共に不動点の絶対位置を求めて記録する車両搭載用の不動点位置記録装置であって、絶対位置取得装置により測定された第1観測値と、測位装置により測定された相対観測値とから、不動点の絶対位置である第2観測値を求める不動点絶対位置演算手段と、過去における第1推定値から、現時刻における自車両の予測された絶対位置である第1予測値を求め、不動点の第2観測値よりも精度の高い絶対位置である過去における第2推定値から現在時刻における不動点の絶対位置である第2予測値を求める絶対位置予測値演算手段と、絶対位置予測値演算手段により求められた第1予測値及び第2予測値と、不動点絶対位置演算手段により求められた第2観測値と、絶対位置取得装置により測定された第1観測値とに基づいて、第1予測値及び第2予測値を、第1推定値及び第2推定値の誤差分散が小さくなるように補正して、第1推定値及び第2推定値を求める絶対位置補正手段と、絶対位置補正手段により求められた不動点の第2推定値及び第2推定値の誤差分散を、それぞれ、参照不動点の参照絶対位置及び参照誤差分散として記録する環境特徴記憶装置と、
絶対位置補正手段により求められた不動点の第2推定値と、環境特徴記憶装置に記憶されている不動点の参照絶対位置とを照合する検索照合手段と、
検索照合手段により第2推定値が参照絶対位置と一致すると判定された場合に、参照不動点の参照誤差分散よりも、絶対位置補正手段により求められた誤差分散が小さい場合に、その新たに求められた誤差分散を新たな参照誤差分散として古い参照誤差分散を書き換えるデータ更新手段とを備えることである。
In order to solve the above problems, the following means are effective.
That is, the first means of the present invention is the absolute position acquisition device that measures the first observation value that is the absolute position of the traveling vehicle, and the absolute position does not change in time in the traveling environment ahead of the traveling vehicle. A positioning device that extracts a fixed point and measures a relative observation value, which is a relative position of the fixed point with respect to the own vehicle, in real time, and has a higher accuracy than the first observation value from the first observation value. A fixed-point position recording device for mounting on a vehicle that sequentially obtains a first estimated value that is an absolute position as time elapses and obtains and records an absolute position of a fixed point, the first position being measured by the absolute position acquisition device. A fixed point absolute position calculating means for obtaining a second observed value that is an absolute position of the fixed point from one observed value and a relative observed value measured by the positioning device; Is the predicted absolute position of the vehicle Absolute position predicted value calculation for obtaining one predicted value and obtaining a second predicted value that is the absolute position of the fixed point at the current time from the second estimated value in the past that is an absolute position with higher accuracy than the second observed value of the fixed point Means, a first predicted value and a second predicted value obtained by the absolute position predicted value computing means, a second observed value obtained by the fixed point absolute position computing means, and a first measured by the absolute position acquisition device. Based on the observed value, the first estimated value and the second estimated value are corrected so that the error variance of the first estimated value and the second estimated value is reduced, and the first estimated value and the second estimated value are obtained. Absolute position correcting means, and an environmental feature memory for recording the second estimated value of the fixed point and the error variance of the second estimated value obtained by the absolute position correcting means as the reference absolute position and the reference error variance of the reference fixed point , respectively. Equipment ,
Search collating means for collating the second estimated value of the fixed point obtained by the absolute position correcting means with the reference absolute position of the fixed point stored in the environmental feature storage device;
When the second estimated value is determined to match the reference absolute position by the search collating means, if the error variance obtained by the absolute position correcting means is smaller than the reference error variance of the reference fixed point, it is newly obtained. And a data updating means for rewriting the old reference error variance with the obtained error variance as a new reference error variance .
ただし、上記の絶対位置取得装置としては、GPS信号を受信するGPS受信装置の他にも、例えば光ビーコンやDSRCなどを利用した路車間通信装置や、更にはこれらの装置に、慣性航法による自律型の位置姿勢検知装置などを組み合わせた位置取得装置などを用いても良い。この様な自律型の位置姿勢検知装置は、周知の従来技術により、例えばジャイロや加速度センサやヨーレートセンサや車速センサや転舵角センサなどを用いて構成することができる。 However, as the absolute position acquisition device described above, in addition to a GPS receiving device that receives a GPS signal, for example, a road-to-vehicle communication device using an optical beacon, DSRC, or the like, or an autonomous navigation system based on inertial navigation. A position acquisition device combined with a position / orientation detection device of a mold may be used. Such an autonomous position / orientation detection apparatus can be configured by a known prior art using, for example, a gyro, an acceleration sensor, a yaw rate sensor, a vehicle speed sensor, a turning angle sensor, or the like.
また、上記の測位装置としては、各種のレーダやカメラなどを用いることができる。また、それらを任意に組み合わせて上記の測位装置を構成しても良い。
また、上記の環境特徴記憶装置に記録すべき位置データなどのデータ群が備える物理的かつ具体的なデータ構造は任意でよい。
Moreover, various radars, cameras, etc. can be used as said positioning apparatus. Moreover, you may comprise said positioning apparatus combining them arbitrarily.
Further, the physical and specific data structure provided in the data group such as position data to be recorded in the environmental feature storage device may be arbitrary.
また、本発明の第2の手段は、上記の第1の手段において、絶対位置補正手段による補正は、第1観測値の第1予測値に対応する観測値に対する第1偏差、第2観測値の第2予測値に対応する観測値に対する第2偏差と、誤差分散に比例した補正量で行われることを特徴とする。
ただし、この絶対位置の確からしさを示す誤差分散は、GPS受信装置の性能や信頼性やGPS信号の受信状況やその時の測位精度などを加味して決定してもよいし、更に、上記の測位装置の性能や信頼性や測定状況(例えば天候や路面ノイズや車速など)やその時の測位精度などを加味して決定してもよい。また、これらの確からしさ(推定精度やその信頼性)は、例えば絶対位置に係わる平均化処理などを行った時の分散や標準偏差などを使って表現しても良い。
According to a second means of the present invention, in the first means described above, the correction by the absolute position correcting means is the first deviation of the first observed value corresponding to the first predicted value, the second observed value. The second deviation with respect to the observed value corresponding to the second predicted value is performed with a correction amount proportional to the error variance .
However, error variance indicating the likelihood of the absolute position, to the like may be determined in consideration of the reception status and the positioning accuracy at the time of performance and reliability and GPS signal of the GPS receiving apparatus, further, the It may be determined in consideration of the performance and reliability of the positioning device, the measurement situation (for example, weather, road surface noise, vehicle speed, etc.) and the positioning accuracy at that time. Further, the certainty (estimation accuracy and its reliability) may be expressed by using, for example, a variance or a standard deviation when an averaging process related to an absolute position is performed.
上記の不動点の特徴は、複数の不動点の並び方(位置関係)のみによって特定しても良い。したがって、この場合、不動点の特徴としては、多数の不動点の絶対位置の情報だけを上記の環境特徴記憶装置に記憶すれば十分である。また、例えばレーダを用いる場合には、検出物からの反射強度または反射率などを記憶するようにしても良い。不動点の特徴を表すこの様な補足的なデータは、任意に付加することができる。 Features of the fixed point of the upper SL may be identified only by the arrangement of a plurality of fixed point (positional relationship). Therefore, in this case, it is sufficient to store only the information on the absolute positions of a number of fixed points in the environmental feature storage device as the fixed point features. For example, when a radar is used, the reflection intensity or reflectance from the detected object may be stored. Such supplementary data representing the characteristics of the fixed point can be arbitrarily added.
また、本発明において、位置データで示される不動物と移動物とを判別する判別手段を備えても良い。
ただし、この判別処理においては、例えば上記の測位装置によって検出される物体の大半が不動物であると言う仮定の元に実施してもよい。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
Further, in the present invention, a discriminating unit that discriminates an inanimate object and a moving object indicated by position data may be provided.
However, this discrimination processing may be performed under the assumption that most of the objects detected by the positioning device are, for example, non-animals.
By the above means of the present invention, the above-mentioned problem can be effectively or rationally solved.
以上の本発明の手段によって得られる効果は以下の通りである。
同一の不動点に位置変換可能な多数の移動点に関してGPS信号を受信し、当該GPS信号によって与えられる各移動点の絶対位置を、当該不動点の位置座標(絶対位置)に位置変換し、位置変換後のその絶対位置を平均化処理することにより、GPS信号が示す絶対位置に含まれるランダム誤差を排除することができる。当該不動点は、道路周辺の走行環境中にある不動物を示す点でもよいし、自車両の走行軌跡上からある1点を任意に選択してもよい。また、上記の位置変換を与えるデータは、上記の本発明の測位手段によって取得することができる。
The effects obtained by the above-described means of the present invention are as follows.
GPS signals are received for a large number of moving points whose positions can be converted to the same fixed point, and the absolute position of each moving point given by the GPS signal is converted into the position coordinates (absolute position) of the fixed point, By averaging the absolute position after conversion, random errors included in the absolute position indicated by the GPS signal can be eliminated. The fixed point may be a point indicating an inanimate animal in the driving environment around the road, or one point on the driving locus of the host vehicle may be arbitrarily selected. Moreover, the data which gives said position conversion can be acquired by the positioning means of said invention.
即ち、本発明の第1の手段によれば、同一の不動点に対する自車両の相対的な一連の運動(:各時刻のヨー角速度や速度ベクトルやその積分である走行軌跡など)を求めることができ、この運動を正確に求めれば、その一連の運動中の各時刻における当該不動点と自車両との相対的な位置関係を明確にすることができる。このため、その一連の運動中に複数回に渡って受信されたGPS信号が与える異なる複数箇所の自車両の絶対位置に基づいて、その同一の不動点の絶対位置を観測時刻を替えて複数回求めることができる。 That is, according to the first means of the present invention, it is possible to obtain a series of relative movements of the own vehicle with respect to the same fixed point (such as a yaw angular velocity and a velocity vector at each time and a running locus that is an integral thereof). If this motion is accurately obtained, the relative positional relationship between the fixed point and the host vehicle at each time during the series of motions can be clarified. For this reason, the absolute position of the same fixed point is changed multiple times by changing the observation time based on the absolute positions of the own vehicle at different locations given by GPS signals received multiple times during the series of movements. Can be sought.
このため、上記の一連の運動中における自車両の絶対位置の検出回数(即ちGPS信号の受信回数)を増加させ、同時に上記の同一の不動点の絶対位置を多数回推定して、それらの推定値(不動物の絶対位置)を適当に平均化処理すれば、GPS信号から得られる絶対位置に含まれる位置誤差(ランダムノイズ)を、その平均化作用に基づいて効果的に排除することができる。このため、本発明の第1の手段によれば、GPS信号から得られる自車両の絶対位置に基づいて、道路周辺の不動物の絶対位置を従来よりも遥かに簡単かつ高精度に計測して記録することができる。 For this reason, the number of times of detection of the absolute position of the own vehicle during the above-described series of movements (that is, the number of times of receiving the GPS signal) is increased, and the absolute position of the same fixed point is estimated many times at the same time. If the value (absolute position of the animal) is appropriately averaged, position errors (random noise) included in the absolute position obtained from the GPS signal can be effectively eliminated based on the averaging action. . Therefore, according to the first means of the present invention, based on the absolute position of the host vehicle obtained from the GPS signal, the absolute position of the inanimate around the road can be measured much more easily and with higher accuracy than before. Can be recorded.
なお、上記のGPS受信装置によって自車両の絶対位置を与えるGPS信号を受信する上記の複数受信回の回数は、勿論多い程望ましいが、ある一定回数以上の範囲においては、不動点の絶対位置の推定精度はある一定水準で飽和する。ただし、この飽和レベルは、上記の測位装置の測位誤差を限定要因とするものである。 Of course, it is desirable that the number of the multiple reception times for receiving the GPS signal that gives the absolute position of the host vehicle by the GPS receiving device is larger. However, within a certain number of times or more, the absolute position of the fixed point is not limited. The estimation accuracy is saturated at a certain level. However, this saturation level is caused by the positioning error of the positioning device as a limiting factor.
また、本発明の第1の手段によれば、GPSの絶対位置のオフセット誤差をも低減したり解消したりすることができる。
GPS信号から得られる絶対位置のオフセット誤差は、例えばGPS衛星の配置や大気圧変動や、当日の電離層や対流圏の状態などに依存するものであるから、少なくとも分単位の短い期間中においてはこれらは略一定の値を示す。このため、秒単位の短い観測期間における自車両の絶対位置を、たとえ多件数平均化処理したところで、この様なオフセット誤差を低減または解消することはできない。
Further, according to the first means of the present invention, it is possible to reduce or eliminate the offset error of the absolute GPS position.
The absolute position offset error obtained from GPS signals depends on, for example, the positioning of GPS satellites, atmospheric pressure fluctuations, the ionosphere and troposphere conditions of the day, and so on, at least during a short period of minutes. Indicates a substantially constant value. For this reason, such an offset error cannot be reduced or eliminated when the absolute position of the own vehicle in a short observation period in seconds is averaged.
しかしながら、これらのオフセット誤差も長期的に見れば所謂ランダムノイズであるため、上記の環境特徴記憶装置に長期間に渡る同一不動点の絶対位置を多数記録したり、或いは位置情報としては等価のことであるが、上記の環境特徴記憶装置に長期間に渡って平均化処理された同一不動点の絶対位置を記録したりすれば、GPS信号に基づいて得られる上記の不動点の絶対位置に含まれるオフセット誤差を効果的に低減させたり、解消したりすることが可能となる。
即ち、測定日時を替え、同一の不動点に関する絶対位置の観測を長期間かつ複数回に渡って行い、それらの収集データを再評価(平均化処理)すれば、本発明の不動物位置記録装置により、走行環境中の不動点の絶対位置に含まれるオフセット誤差を効果的に低減させたり、解消したりすることも可能となる。
However, since these offset errors are also so-called random noises in the long term, it is possible to record a large number of absolute positions of the same fixed point over a long period of time in the above environmental feature storage device, or equivalent as positional information. However, if the absolute position of the same fixed point averaged over a long period of time is recorded in the environmental feature storage device, it is included in the absolute position of the fixed point obtained based on the GPS signal. It is possible to effectively reduce or eliminate the offset error.
That is, if the measurement date and time are changed, the absolute position of the same fixed point is observed over a long period of time, and the collected data is reevaluated (averaging), the inanimate position recording apparatus of the present invention Thus, it is possible to effectively reduce or eliminate the offset error included in the absolute position of the fixed point in the traveling environment.
また、本発明で利用する環境特徴(即ち不動点の集合の同一性)は、例えば交差点、道路標識、反射板、所定の路面表示などと言った特定の意味を持つ高級な属性(即ちそれが何であるのかまでをも識別可能な物体特徴)に限定されるものではないので、本発明を適用する際に道路周辺の不動点の位置を特定する上で必要となる環境特徴の出現頻度や検出数が十分に得られない走行環境は、例えば砂漠や草原などのオフロードを除いては殆ど考えられない。言い換えれば、特に高精度な測位精度が要請される様な走行環境においては、たとえその不動点の集合(不動物)がどの様な物であるかまでは分らなくても、通常、位置認識が可能な何らかの環境特徴(不動物)が数多く存在している。
したがって、本発明の第1の手段によれば、環境特徴記憶装置に記憶する不動点の位置データの適用可能な地域を従来よりも大幅に拡張することが、非常に容易となる。また、この様なデータ収集は自動的に実行することができるため、上記の環境特徴記憶装置に記憶すべきデータの収集作業は、エンドユーザが自ら行うこともできる。
In addition, the environmental features (that is, the identity of the set of fixed points) used in the present invention are high-level attributes having specific meanings (for example, intersections, road signs, reflectors, predetermined road surface displays, etc.). It is not limited to an object feature that can identify what it is, so when applying the present invention, the appearance frequency and detection of environmental features that are necessary to identify the positions of fixed points around the road A driving environment where the number cannot be sufficiently obtained is hardly conceivable except for off-road such as deserts and grasslands. In other words, in a driving environment where high precision positioning accuracy is required, position recognition is usually performed even if the set of fixed points (unanimals) is not known. There are many possible environmental features (animals).
Therefore, according to the first means of the present invention, it is very easy to greatly expand the area where the position data of the fixed points stored in the environmental feature storage device can be applied. In addition, since such data collection can be automatically executed, the end user can also perform the work of collecting data to be stored in the environmental feature storage device.
また、本発明の第1の手段によれば、上記の自車両の運動推定処理は、近年その他のアプリケーションにおいても多用されつつある上記の測位装置を利用して、それらの測位装置から得られる位置データに基づいて高精度に実行することが可能であるため、本発明の不動点位置記録装置には、例えばジャイロなどの高価な方位センサなどを具備する必要がない。また、勿論、前述のRTK−GPSなどの高価な測位システムを導入する必要もない。このため、本発明の第1の手段によれば、所望の不動点位置記録装置を非常に安価に実現することができ、また、搭載性などの点でも有利である。 In addition, according to the first means of the present invention, the motion estimation processing of the own vehicle uses the positioning device that has been frequently used in other applications in recent years, and the position obtained from these positioning devices. Since it can be executed with high accuracy based on data, the fixed point position recording apparatus of the present invention does not need to include an expensive azimuth sensor such as a gyro. Of course, it is not necessary to introduce an expensive positioning system such as the above-mentioned RTK-GPS. Therefore, according to the first means of the present invention, a desired fixed point position recording apparatus can be realized at a very low cost, and it is advantageous in terms of mountability.
また、本発明の不動点位置記録装置が出力する各不動点の絶対位置の推定精度をそれぞれ知ることができるので、当該絶対位置をより適切に利用することが可能となる。即ち、例えば、検出された不動点の絶対位置をデータベースなどに記憶したり、その後更に、それらのデータを更新したり再評価したりする場合などに、データの重みや精度や信頼性などを常に正確に把握することが可能となる。言い換えれば、不動点の位置データの利用や、その後の再利用や、その後の統計操作などに寄与するものである。 In addition, since the estimation accuracy of the absolute position of each fixed point output by the fixed point position recording apparatus of the present invention can be known, the absolute position can be used more appropriately. That is, for example, when the absolute position of the detected fixed point is stored in a database or the like, and when the data is updated or re-evaluated, the data weight, accuracy, reliability, etc. are always maintained. It becomes possible to grasp accurately. In other words, it contributes to the use of fixed point position data, subsequent reuse, and subsequent statistical operations.
また、例えば特に、カルマンフィルタなどの様な再帰的アルゴリズムを用いて自車両や不動点の絶対位置に関する最適解を逐次再計算する場合などには、それらの推定精度(例:分散など)も随時更新(再評価)する必要があるので、それらの更新処理を簡潔に逐次計算する上でも非常に有用である。 In addition, for example, when recalculating the optimal solution for the absolute position of the vehicle and the fixed point using a recursive algorithm such as the Kalman filter, the estimation accuracy (eg, variance) is updated as needed. Since it is necessary to (re-evaluate), it is also very useful for simply and sequentially calculating these update processes.
また、本発明によれば、上記の環境特徴記憶装置に記憶された不動点の絶対位置に関する平均化処理(再評価処理)を、観測中に実時間で並行して実行することも可能となる。このため、上記の検索照合手段を観測中に実時間で用いれば、この様な平均化処理を後からまとめて一度にバッチ処理する場合に比べて、当該平均化処理を実行するための演算時間や、環境特徴記憶装置に必要となる記憶容量を効果的に節約することが可能となる。 Further, according to this onset bright, averaging about absolute position of the fixed point which is stored in the environment wherein the storage device (reevaluation process) be performed in parallel in real time during the observation possible and Become. For this reason, if the above-described search matching means is used in real time during observation, the calculation time for executing the averaging process is larger than when batching such averaging processes all at once later. In addition, it is possible to effectively save the storage capacity required for the environmental feature storage device.
また、上記の様な検索照合手段は、高精度のカーナビゲーションシステムなどのアプリケーションを使用するエンドユーザの立場で自ら上記の環境特徴記憶装置中のデータを利用する場合などには、当該アプリケーションに不可欠となる。したがって、例えば前述のように、上記の環境特徴記憶装置に記憶すべきデータの収集作業をもエンドユーザが自ら行う場合には、上記の検索照合手段は、このエンドユーザが使用する当該アプリケーションシステムにおいて非常に有用となる。 In addition, the search matching means as described above is indispensable for the application when the data in the environmental feature storage device is used by the end user who uses the application such as a high-accuracy car navigation system. It becomes. Therefore, for example, as described above, when the end user himself / herself also collects data to be stored in the environmental feature storage device, the search matching unit is used in the application system used by the end user. Very useful.
また、本発明によれば、上記の環境特徴記憶装置中のデータの信頼性を維持したり、測定精度を向上させたりすることができる。実際の走行環境では、路上に車両が駐車されていたり、それらの駐車台数や並びなどが頻繁に変化したりする。また、道路工事などによって、ガードレールが新たに設置されたり、道路形状自身が変化したりする場合もある。しかしながら、上記のデータ更新手段を利用すれば、そのデータ更新作用によって、この様な環境特徴の変化にも柔軟に対応することができる。また、同一地点における不動点の測定回数を増やすことにより、その位置精度などの確からしさを着実に向上させることも可能となる。 Further, according to this onset bright, or can improve or maintain the reliability of data in said environment, wherein the storage device, the measurement accuracy. In an actual driving environment, vehicles are parked on the road, and the number of vehicles parked and their arrangement frequently change. Moreover, a guardrail may be newly installed or the road shape itself may change due to road construction. However, if the above-described data updating means is used, it is possible to flexibly cope with such changes in environmental characteristics by the data updating action. In addition, by increasing the number of measurement of the fixed point at the same point, it is possible to steadily improve the certainty of the position accuracy and the like.
また、本発明において、カメラの撮像画像やレーダの受信情報を使って自車両の運動を推定する場合、通常、これらの測位装置によって検出される物体の大半が不動物であると言う仮定の元に、これらの運動は算定される。このため、自車両の運動の推定処理を実行する前に、判別手段を用いて検出データ中の移動物と不動物とを分離しておけば、自車両の運動の推定精度やその推定結果の信頼性を効果的に向上させることが可能となる。 Further, in the present invention, when estimating the motion of the host vehicle using the captured image of the camera or the received information of the radar, it is usually assumed that most of the objects detected by these positioning devices are inanimate. In addition, these movements are calculated. For this reason, if the moving object and the non-animal in the detection data are separated by using the discriminating means before executing the movement estimation process of the own vehicle, the estimation accuracy of the own vehicle and the estimation result thereof Reliability can be effectively improved.
したがって、判別手段を用いれば、所望の環境特徴記憶装置に蓄積される不動物の絶対位置に関する精度や信頼性を効果的に向上させることができる。
また、この様な判別手段を用いれば、走行中に検出された移動物の位置や運動などを同時に正確に求めることも可能である。
Therefore, by using the discriminating means, it is possible to effectively improve the accuracy and reliability of the absolute position of the inanimate animal accumulated in the desired environmental feature storage device.
Further, if such a discriminating means is used, it is also possible to simultaneously and accurately obtain the position and motion of the moving object detected during traveling.
なお、本発明における絶対位置に係わる統計操作(平均化処理など)は、例えば拡張カルマンフィルタなどを用いて実時間で合理的に実行することができるが、これらの統計操作は拡張カルマンフィルタを用いたものに限定されない。その他にも、例えばパーティクルフィルタなどを用いて、所望の不動物データを逐次更新する方法を用いても良いし、過去の一定時間分の観測データを用いて最適解を求める様にしても良い。
即ち、各不動物の絶対位置の確からしさを再評価する場合などの演算処理形態は任意でよく、それらの再評価処理は、例えばバッチ処理で実行してもよく、また、実測時に随時リアルタイムで行ってもよい。
Note that statistical operations (such as averaging processing) relating to the absolute position in the present invention can be rationally executed in real time using, for example, an extended Kalman filter, but these statistical operations use an extended Kalman filter. It is not limited to. In addition, for example, a method of sequentially updating desired inanimate data using a particle filter or the like may be used, or an optimal solution may be obtained using observation data for a certain past time.
That is, the calculation processing form such as the case of re-evaluating the accuracy of the absolute position of each inanimate may be arbitrary, and the re-evaluation processing may be executed by, for example, batch processing, or in real time at any time during measurement. You may go.
また、上記の測位装置は、レーザレーダ、レーザレンジファインダ、ミリ波レーダ、マイクロ波レーダ、超音波センサ、またはカメラなどを用いて構成することができる。また、カメラの受光帯域は、可視光に限らず近赤・遠赤などの何れでもよく、ステレオカメラのようにして複数台利用してもよい。また、本願発明の測位装置は、これらのセンサなどを任意に組み合わせて構成しても良い。
また、用いるGPS受信装置は、近年カーナビゲーションシステムなどで一般に用いられている装置で十分であるが、より高精度でロバストなものが搭載可能であればそれらを用いてもよい。
The positioning device can be configured using a laser radar, a laser range finder, a millimeter wave radar, a microwave radar, an ultrasonic sensor, a camera, or the like. The light receiving band of the camera is not limited to visible light, and may be near red or far red, and a plurality of cameras may be used like a stereo camera. Further, the positioning device of the present invention may be configured by arbitrarily combining these sensors.
As the GPS receiver to be used, a device generally used in a car navigation system or the like in recent years is sufficient. However, if a more accurate and robust device can be mounted, they may be used.
また、不動物の特徴や位置を把握するために収集する上記の位置データとしては、例えばレンジプロファイル(周辺物体までの距離情報)、反射強度マップ、静止物マップ、移動物の位置や運動、背景パターン情報、オプティカルフロー、エッジ情報などを用いても良いし、また、Haar-like 特徴、SIFT特徴、カラー特徴やそれらのデータマップ(空間分布情報)などを用いても良い。また、これらの情報は、任意に組み合わせたり、或いは任意に選択、統合、または分析して用いても良い。 Examples of the position data collected for grasping the characteristics and position of inanimate animals include a range profile (distance information to surrounding objects), a reflection intensity map, a stationary object map, the position and movement of a moving object, and the background. Pattern information, optical flow, edge information, and the like may be used, and Haar-like features, SIFT features, color features, and their data maps (spatial distribution information) may be used. Further, these pieces of information may be arbitrarily combined, or may be arbitrarily selected, integrated, or analyzed.
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples.
However, the embodiments of the present invention are not limited to the following examples.
図1に、本実施例1の不動物位置記録装置100の論理的構造を示す。本不動物位置記録装置100では、当該装置を搭載する自車両が走行する道路周辺の不動物の絶対位置などを所望の環境特徴として図中の記憶装置160(以下、環境特徴記憶装置160と言う。)に記録することを主要目的としている。
この不動物位置記録装置100は、自車両の絶対位置を取得する自車両位置取得装置110(GPS受信装置)と、走行中の道路周辺における物体の位置情報(環境特徴が含まれる)を取得する環境特徴取得装置120(測位装置)と、検出された環境特徴から自車両の運動(速度ベクトルやヨー角速度など)を推定する自車両運動推定部140と、推定された自車両運動および自車両の絶対位置に基づいて、道路周辺の不動物の絶対位置を推定して出力する不動物位置推定部130を有している。
FIG. 1 shows a logical structure of the animal position recording apparatus 100 according to the first embodiment. In the present inanimate position recording apparatus 100, the absolute position of the inanimate area around the road on which the vehicle on which the apparatus is mounted travels is used as a desired environmental feature in the storage device 160 (hereinafter referred to as the environmental feature storage device 160). )) Is the main purpose.
The animal position recording device 100 acquires a host vehicle position acquisition device 110 (GPS receiver) that acquires the absolute position of the host vehicle, and position information (including environmental features) of an object around the running road. Environmental feature acquisition device 120 (positioning device), own vehicle motion estimation unit 140 that estimates the motion (velocity vector, yaw angular velocity, etc.) of the host vehicle from the detected environment features, and the estimated host vehicle motion and host vehicle Based on the absolute position, there is an animal position estimation unit 130 that estimates and outputs the absolute position of the animal around the road.
更に、不動物位置推定部130は、自車両取得位置評価部131と不動物位置評価部132から構成されている。また、自車両運動推定部140は、環境特徴評価部141と自車両運動評価部142から構成されている。そして、これらの各評価部(131,132,141,142)は、それぞれ一次記憶装置150にアクセスすることができる。 Furthermore, the inanimate position estimation unit 130 includes a host vehicle acquisition position evaluation unit 131 and an inanimate position evaluation unit 132. The host vehicle motion estimation unit 140 includes an environmental feature evaluation unit 141 and a host vehicle motion evaluation unit 142. Each of these evaluation units (131, 132, 141, 142) can access the primary storage device 150, respectively.
上記の自車両位置取得装置110は、例えば近年カーナビゲーションシステムなどで利用されている一般のGPS受信装置などにより具現することができる。
図2に、上記の環境特徴取得装置120(測位装置)の概念的な構成図を例示する。この環境特徴取得装置120は、ミリ波レーダ121、レーザレーダ122、超音波センサ123、カメラ124などの周辺監視センサと、これらのセンサから得られた信号を単独または任意に組み合わせて処理する各信号処理部(120a〜120k)を有する。そして、これらの各センサによって取得できる情報は勿論異なるため、取得された信号から抽出可能な各環境特徴の性質なども当然ながら異なる。
The host vehicle position acquisition device 110 can be implemented by a general GPS receiver device that has been recently used in car navigation systems, for example.
FIG. 2 illustrates a conceptual configuration diagram of the environmental feature acquisition device 120 (positioning device). The environmental feature acquisition apparatus 120 includes peripheral monitoring sensors such as a millimeter wave radar 121, a laser radar 122, an ultrasonic sensor 123, and a camera 124, and signals processed by combining signals obtained from these sensors singly or arbitrarily. It has a processing part (120a-120k). Of course, the information that can be acquired by each of these sensors is different, and naturally the nature of each environmental feature that can be extracted from the acquired signal is also different.
例えば、レンジプロファイルとは各方向に存在する物体までの距離情報であり、反射強度マップとは受信した電波や光の強度を3次元空間中に投影したものである。また、Haar-like 特徴やSIFT特徴は主に画像中の輝度パターンに基づく特徴点である。いずれの特徴もそれ自身で必ずしも当該物体がどの様な種類の物であるかを識別するに足る情報とは限らないが、検出されたこれらの特徴の位置や分布は観測した場所に固有であると考えられるため、これらの環境特徴は、自車両の位置や運動を推定するための手掛かりとなる。 For example, a range profile is distance information to an object existing in each direction, and a reflection intensity map is a projection of received radio waves and light intensities in a three-dimensional space. The Haar-like feature and SIFT feature are feature points based mainly on the luminance pattern in the image. None of the features is necessarily enough information to identify what kind of object the object is, but the location and distribution of these detected features are specific to the observed location. Therefore, these environmental features are clues for estimating the position and motion of the host vehicle.
また、図示する様な位置に選択/統合/分析部128を設けるなどして、上記の異種類の環境特徴を選択したり統合したりして新たに必要な情報を生成したり、或いは、主成分分析などを利用してそれらの環境特徴を別の特徴量に変換したりしてもよい。また、更に、これらの特徴の形状や分布などを例えば部分空間法などを利用して随時学習する様にしてもよい。 In addition, a selection / integration / analysis unit 128 is provided at a position as shown in the figure to select or integrate the above different types of environmental features to generate new necessary information, These environmental features may be converted into other feature amounts using component analysis or the like. Furthermore, the shape and distribution of these features may be learned as needed using, for example, a subspace method.
図3−Aに、不動物位置記録装置100による測量シーンを例示する。この写真は、左右両路側にそれぞれ歩道およびガードレールを有する道路の横断歩道上を1歩行者が横断しているシーンを示すものである。また、図3−Bのデータは、図2のレーザーレーダ122と同等の装置を使って、図3−Aの自車両走行シーンにおいて検出したもので、自車両前方のレンジプロファイルを示している。即ち、このレンジプロファイルは、不動物の表面上の不動点(レーザー光反射点)の位置を表す鳥瞰図を具現しており、図3−B中のz軸の正の向きは自車両の前向きを、x軸の正の向きは自車両の右向きを示している。
そして、図1の環境特徴記憶装置160には、例えばこの様なデータ(レンジプロファイル)を記憶することができ、更にこの様なデータのx軸座標やz軸座標には、当該不動物位置記録装置100による以下に示す動作に基づいて具体的な絶対座標を与えることができる。
FIG. 3A illustrates a survey scene by the inanimal position recording apparatus 100. This photograph shows a scene in which one pedestrian crosses a pedestrian crossing of a road having a sidewalk and a guardrail on both the left and right road sides. The data in FIG. 3B is detected in the traveling scene of the host vehicle in FIG. 3-A using a device equivalent to the laser radar 122 in FIG. 2, and indicates the range profile in front of the host vehicle. In other words, this range profile is a bird's-eye view showing the position of a fixed point (laser beam reflection point) on the surface of an inanimate animal, and the positive direction of the z-axis in FIG. The positive direction of the x axis indicates the right direction of the host vehicle.
The environment feature storage device 160 in FIG. 1 can store such data (range profile), for example, and the x-axis coordinates and z-axis coordinates of such data also record the inanimate position. Specific absolute coordinates can be given based on the following operations performed by the apparatus 100.
以下、本実施例1の不動物位置記録装置100(図1)の動作について、更に具体的に説明する。自車両取得位置評価部131は、自車両位置取得装置110(当該GPS受信装置)の性能や、例えばGPS衛星の配置などに依存するGPS信号の取得状況などに基づいて、そのGPS信号で与えられる自車両の絶対位置の精度(例:分散)などを求める。
環境特徴評価部141は、環境特徴取得装置120によって取得した環境特徴の種類や、相対位置に関する情報の精度や信頼度を算定する。
これらの各位置を表現するために用いる座標は、固定座標系での二次元座標でもよいし、緯度経度でもよく、その表現方法はそれらの位置を一意に決定できる形式であれば任意でよい。
Hereinafter, the operation of the animal position recording apparatus 100 (FIG. 1) according to the first embodiment will be described more specifically. The own vehicle acquisition position evaluation unit 131 is given by the GPS signal based on the performance of the own vehicle position acquisition device 110 (the GPS reception device), the acquisition status of the GPS signal depending on, for example, the arrangement of GPS satellites, and the like. Obtain the accuracy (eg, variance) of the absolute position of the vehicle.
The environmental feature evaluation unit 141 calculates the accuracy and reliability of the information about the types of environmental features acquired by the environmental feature acquisition device 120 and relative positions.
The coordinates used to express each of these positions may be two-dimensional coordinates in a fixed coordinate system or may be latitude / longitude, and the expression method may be arbitrary as long as these positions can be uniquely determined.
自車両運動評価部142は、環境特徴評価部141にて評価された環境特徴の位置情報の時間変化に基づいて、その変化が観測された期間に移動した自車両の運動(速度ベクトルやヨー角速度など)を求める。また、同時にその運動の精度や信頼度を算定する。
不動物位置評価部132では、自車両の絶対位置、環境特徴の位置データ(自車両に対する相対位置)、及び推定された自車両の運動などに基づいて、自車両周辺の不動物の絶対位置を求める。求める不動物の絶対位置は、1点〜4点程度でよい。
各評価部(131,132,141,142)より算出された絶対位置や相対位置やそれらの精度や信頼度などの情報は、一次記憶装置150で一定期間のみ保存される。ただし、この期間は、時刻管理してもよいし、一次記憶装置150の使用状況に基づいて管理してもよい。
The own vehicle motion evaluation unit 142 is based on the temporal change of the positional information of the environmental feature evaluated by the environmental feature evaluation unit 141, and the motion (velocity vector or yaw angular velocity) of the own vehicle that has moved during the period in which the change was observed. Etc.). At the same time, the accuracy and reliability of the motion are calculated.
Based on the absolute position of the host vehicle, the environmental feature position data (relative position with respect to the host vehicle), the estimated movement of the host vehicle, etc. Ask. The absolute position of the inanimate to be obtained may be about 1 to 4 points.
Information such as absolute position and relative position calculated by each evaluation unit (131, 132, 141, 142), and their accuracy and reliability is stored in the primary storage device 150 only for a certain period. However, this period may be managed based on the time or based on the usage status of the primary storage device 150.
この様に、上記の各評価部(131,132,141,142)では、算出すべき自車両や不動物などの位置(相対位置または絶対位置)の他にも、それらの位置に関する確からしさ(精度または信頼度)も算定する。この確からしさは、センサの分解能や検出状況や、環境特徴の種別や更新回数などに基づいて算定することができる。
したがって、図1の一次記憶装置150には、例えば、GPS受信信号から得られる自車両の絶対位置とその位置に関する確からしさ等が一時的に保存され、また、外界センサ(ミリ波レーダ121、レーザレーダ122、超音波センサ123、カメラ124)から得られる自車両に対する環境特徴(不動物)の相対位置、絶対位置、及びそれらの各位置に関する特徴や確からしさ等も一時的に保存される。
In this way, in each of the evaluation units (131, 132, 141, 142), in addition to the position (relative position or absolute position) of the host vehicle or the inanimate object to be calculated, there is a certainty regarding those positions ( (Accuracy or reliability) is also calculated. This certainty can be calculated based on the resolution and detection status of the sensor, the type of environmental feature, the number of updates, and the like.
Therefore, the primary storage device 150 in FIG. 1 temporarily stores, for example, the absolute position of the host vehicle obtained from the GPS reception signal and the probability related to the position, and the outside sensor (millimeter wave radar 121, laser). The relative position and absolute position of environmental features (non-animals) relative to the host vehicle obtained from the radar 122, the ultrasonic sensor 123, and the camera 124), and the features and likelihoods related to these positions are also temporarily stored.
この様な構成に従えば、例えばカルマンフィルタなどの様な再帰的なアルゴリズムを用いて、マルコフ連鎖的に自車両や所望の不動物の絶対位置及びその確からしさなどの最適解を実時間処理によって逐次算出することができる。即ち、例えば、自車両や環境特徴の各絶対位置やその確からしさは、一次記憶装置150に保存された上記の1時刻前の(即ち1制御周期過去の)上記のデータ(各絶対位置やその確からしさなど)と、評価部131、141から出力される現在の各位置データによって算出することができる。したがって、自車両や環境特徴の各絶対位置やその確からしさを推定するためには、少なくとも、一時刻前の位置や確からしさを一次記憶装置150上に保持していればよい。また環境特徴に関する情報は、それらが観測可能である期間だけ保持していれば十分である。 According to such a configuration, the recursive algorithm such as the Kalman filter is used, and the optimal solution such as the absolute position and the probability of the own vehicle or the desired inanimate object is sequentially processed by real-time processing in a Markov chain. Can be calculated. That is, for example, the absolute position and the certainty of the host vehicle and the environmental feature are the data stored in the primary storage device 150 (ie, each absolute position and its And the current position data output from the evaluation units 131 and 141. Therefore, in order to estimate the absolute positions and the certainty of the own vehicle and the environmental features, at least the position and the certainty of one hour ago may be held on the primary storage device 150. Also, it is sufficient that information about environmental features is retained for a period during which they can be observed.
以上のような不動物位置記録装置100によると、GPSで得られる自車両の絶対位置に含まれるオフセット誤差が無視できる場合には、移動体の現在位置(絶対位置)の実時間測定に有用な、道路周辺の不動物に関する測位データ(絶対位置)を簡単に収集することができる。通常、GPS信号から得られる自車両の絶対位置に含まれる誤差は、ランダムノイズに依るものが支配的であり、オフセット誤差はランダム誤差よりも小さい場合が圧倒的である。
また、GPSが与える自車両の絶対位置の信号の中に含まれるオフセット誤差も無視できない場合には、これらの測位データを多数回、測定日時を替えて収集し、それらの位置データを適当に平均化処理すればよい。
According to the animal position recording apparatus 100 as described above, when the offset error included in the absolute position of the host vehicle obtained by GPS can be ignored, it is useful for real-time measurement of the current position (absolute position) of the moving object. It is possible to easily collect positioning data (absolute position) regarding inanimate animals around the road. Usually, the error included in the absolute position of the host vehicle obtained from the GPS signal is dominant due to random noise, and the offset error is overwhelming when it is smaller than the random error.
In addition, if the offset error included in the signal of the absolute position of the vehicle given by GPS cannot be ignored, these positioning data are collected many times, changing the measurement date and time, and the position data is averaged appropriately. Can be processed.
図4には、その様な平均化処理による、環境特徴データの再評価処理手順を例示する。本図中のデータ160aは、多数回測定日時を替えて収集された上記の不動物に関する測位データ(絶対位置)の内の、1回目(n=1)に測定した位置データを示している。また、データ160bは同様に、2回目(n=2)に測定した位置データを示している。これらの各位置データには、測位時に各データの確からしさ(精度や信頼度)が記録されているため、それらの確からしさに基づいて各不動物の絶対位置の平均値を求めれば、各不動物の絶対位置からオフセット誤差もが効果的に低減または排除された環境特徴情報160Aを得ることができる。 FIG. 4 exemplifies a procedure for re-evaluating environmental feature data by such averaging processing. The data 160a in the figure shows the position data measured at the first time (n = 1) among the positioning data (absolute position) regarding the above-mentioned non-animals collected by changing the measurement date and time many times. Similarly, data 160b indicates position data measured for the second time (n = 2). Since each of these position data records the accuracy (accuracy and reliability) of each data at the time of positioning, if the average value of the absolute position of each non-animal is calculated based on the accuracy, It is possible to obtain the environmental feature information 160A in which the offset error is effectively reduced or eliminated from the absolute position of the animal.
したがって、例えば前述の様なレンジプロファイルデータを多数回、測定日時を替えて収集し、以上のような処理方式に基づいて、それらの位置データを適当に平均化処理すれば、これによって、前述のオフセット誤差を排除することができるため、このレンジプロファイルデータの絶対座標で表示される各不動物の絶対位置には、高い信頼性と例えば1m程度の十分に高い精度を持たせることができる。また、上記のデータ収集回数が十分に大きな回数には至っていない場合であっても、その収集回数やデータの確からしさを常時保持、更新する様にしていれば、実時間でGPS信号が与える自車両の絶対位置に含まれているオフセット誤差を効果的に低減することができる。 Therefore, for example, if the range profile data as described above is collected many times, changing the measurement date and time, and the position data is appropriately averaged based on the above processing method, the above-described range profile data is obtained. Since the offset error can be eliminated, the absolute position of each inanimate displayed by the absolute coordinates of the range profile data can have high reliability and sufficiently high accuracy of about 1 m, for example. Even if the number of times of data collection has not reached a sufficiently large number, if the number of times of collection and the certainty of data are constantly maintained and updated, the GPS signal is automatically given in real time. The offset error included in the absolute position of the vehicle can be effectively reduced.
図5に不動物位置記録装置100の更に詳細な制御処理手順を例示する。以下、この制御処理手順の動作原理と具体的構成について説明する。
1.動作原理と作用概要
(1)同一の不動点に位置変換可能な多数の移動点に関してGPS信号を受信し、当該GPS信号によって与えられる各移動点の絶対位置を、当該不動点の位置座標(絶対位置)に位置変換後、その絶対位置を平均化処理することにより、GPS信号が示す絶対位置に含まれるランダムノイズを排除することができる。特にここでは、道路周辺の走行環境中にある継続的に観測された不動物(環境特徴)の絶対位置の最適解を逐次リアルタイムで再計算する。
FIG. 5 illustrates a more detailed control processing procedure of the animal position recording apparatus 100. The operation principle and specific configuration of this control processing procedure will be described below.
1. Principle of Operation and Outline of Action (1) GPS signals are received for a large number of moving points whose positions can be converted to the same fixed point, and the absolute position of each moving point given by the GPS signal is expressed as the position coordinates (absolute After the position is converted to the position), the random position included in the absolute position indicated by the GPS signal can be eliminated by averaging the absolute position. In particular, here, the optimal solution of the absolute position of the continuously observed inanimate (environmental feature) in the driving environment around the road is sequentially recalculated in real time.
(2)詳細な処理方式は、例えば拡張カルマンフィルタなどを用いることによって、再帰的に構成することも可能である。特にこの場合、マルコフ連鎖的な情報処理を逐次実行するだけで、自車両とその周辺の不動物の絶対位置を推定することができるので、一次記憶装置150に一時的に蓄えるべき情報の量を極めて効果的に抑制することができる。 (2) The detailed processing method can be recursively configured by using, for example, an extended Kalman filter. In particular, in this case, the absolute position of the host vehicle and its surrounding animals can be estimated simply by sequentially executing Markov chain information processing, so that the amount of information to be temporarily stored in the primary storage device 150 is reduced. It can be suppressed very effectively.
2.具体的な処理手順
以下、図5を用いて、不動物位置記録装置100の処理手順について具体的に説明する。
制御ループの最初のステップ1100では、不動物に分類された環境特徴の絶対位置とその測位精度について予測する。この予測値は、直近過去(前回の制御周期)に推定された絶対位置から求めることができる。ただし、ここでは、不動物の環境特徴が選択されているため、当該ステップ1100で予測される今回の当該環境特徴の予測値(今回の制御周期における絶対位置)は基本的には変化しない。
2. Specific Processing Procedure Hereinafter, the processing procedure of the animal position recording apparatus 100 will be described in detail with reference to FIG.
In the first step 1100 of the control loop, the absolute positions of the environmental features classified as inanimate and their positioning accuracy are predicted. This predicted value can be obtained from the absolute position estimated in the latest past (previous control cycle). However, since the non-animal environmental feature is selected here, the predicted value (the absolute position in the current control cycle) of the current environmental feature predicted in step 1100 does not basically change.
そして、次のステップ1110では、自車両の絶対位置とその測位精度について予測する。この予測値は、直近過去(前回の制御周期)に推定された、不動物や自車両の絶対位置と自車両の運動の推定値とこれらに関連する推定精度などから求めることができる。
ただし、過去数回分の自車両の運動を加味してもよい。これらの逐次演算処理で意識すべきこの様な観測期間の長さは、任意に設定することができ、勿論、今回取得した観測データ(確からしさを含む)と、1回分の過去の観測データや推定データだけを取り扱う様に、当該アルゴリズムを再帰的(マルコフ連鎖的)に構成することもできる。
In the next step 1110, the absolute position of the host vehicle and its positioning accuracy are predicted. This predicted value can be obtained from the absolute position of the inanimate object or the own vehicle, the estimated value of the motion of the own vehicle, the estimation accuracy related to these, etc., estimated in the most recent past (previous control cycle).
However, you may consider the movement of the own vehicle for the past several times. The length of such observation period that should be conscious of these sequential calculation processes can be set arbitrarily. Of course, the observation data acquired this time (including the probability) and the past observation data for one time It is also possible to construct the algorithm recursively (Markov chain) so that only estimated data is handled.
ステップ1200では、非同期で動作中の図2の環境特徴取得装置120によって、自車両周辺の新な環境特徴が取得されているか否かについて確認する。
ステップ1210では、取得した環境特徴の中から静止物に属する特徴を抽出し、その相対位置や確からしさを算定する。この静止物の抽出処理には、判別手段が有用である。ただし、これらの処理は、図2の選択/統合/分析部128において、予め非同期に実行しておいてもよい。
そして、次のステップ1220では、その相対位置の前回周期からの時間変化を求めることにより、現在の自車両の運動(速度ベクトルやヨー角速度など)とその確からしさを推定する。
In step 1200, it is confirmed whether or not new environmental features around the host vehicle have been acquired by the environmental feature acquisition device 120 of FIG. 2 that is operating asynchronously.
In step 1210, features belonging to a stationary object are extracted from the acquired environmental features, and their relative positions and probabilities are calculated. For this stationary object extraction process, a discrimination means is useful. However, these processes may be executed asynchronously in advance in the selection / integration / analysis unit 128 of FIG.
Then, in the next step 1220, the current movement of the host vehicle (speed vector, yaw angular velocity, etc.) and its certainty are estimated by obtaining the time change of the relative position from the previous cycle.
ステップ1300/ステップ1400では、GPS信号の受信の有無を確認し、ステップ1310/1410では、そのGPS信号が与える自車両の絶対位置とその確からしさを算定する。
ステップ1320では、GPS受信装置(自車両位置取得装置110)を用いて取得した自車両の絶対位置と、測位手段(環境特徴取得装置120)を用いて取得した環境特徴の自車両に対する相対位置から、その環境特徴の絶対位置とその確からしさを算出する。ただし、新たなGPS信号が得られていない場合には、ステップ1330において、過去の自車両の絶対位置に基づいて予測した、当該環境特徴の絶対位置とその確からしさの各予測値を代用する。
In step 1300 / step 1400, the presence / absence of reception of a GPS signal is confirmed. In step 1310/1410, the absolute position of the host vehicle given by the GPS signal and its certainty are calculated.
In step 1320, from the absolute position of the own vehicle acquired using the GPS receiver (own vehicle position acquisition device 110) and the relative position of the environmental feature acquired using the positioning means (environment feature acquisition device 120) with respect to the own vehicle. The absolute position of the environmental feature and its certainty are calculated. However, if a new GPS signal is not obtained, in step 1330, the predicted values of the absolute position and the likelihood of the environmental feature predicted based on the absolute position of the host vehicle in the past are substituted.
その後ステップ1500では、環境特徴記憶装置160の中に、現在測位装置(環境特徴取得装置120)で測位中の不動物の絶対位置情報が既に存在しているか否かを確認し、該当データが存在した場合にはステップ1510へ、そうでなければステップ1520へ処理を移す。この検索処理では、不動物位置評価部132に具備された検索照合手段を用いる。 After that, in step 1500, it is confirmed whether or not the absolute position information of the inanimate being measured by the current positioning device (environment feature acquisition device 120) already exists in the environmental feature storage device 160, and the corresponding data exists. If so, the process goes to Step 1510; otherwise, the process goes to Step 1520. In this search process, the search collation means provided in the inanimate position evaluation unit 132 is used.
次のステップ1510では、ヒットした環境特徴記憶装置160上の該当データと、ステップ1100で求めた予測値(環境特徴の絶対位置とその確からしさ)と、ステップ1320またはステップ1330で与えられる環境特徴の絶対位置とその確からしさに基づき、これらの確からしさを加味した上で、今回の制御周期で改めて観測された当該環境特徴の絶対位置とその確からしさを更新する。この処理によって、観測された環境特徴の絶対位置/精度と過去から予測された環境特徴の絶対位置/精度とを重畳することで、所望の絶対位置が平均化されるため、誤差分散が小さくなる。 In the next step 1510, the corresponding data on the hit environmental feature storage device 160, the predicted value obtained in step 1100 (the absolute position of the environmental feature and its probability), and the environmental feature given in step 1320 or step 1330 are displayed. Based on the absolute position and the certainty, the absolute position and the certainty of the environmental feature observed again in the current control cycle are updated after taking these certainties into account. This process superimposes the absolute position / accuracy of the observed environmental feature and the absolute position / accuracy of the environmental feature predicted from the past, thereby averaging the desired absolute position, thereby reducing error variance. .
一方、ステップ1520では、ステップ1100で求めた予測値(環境特徴の絶対位置とその確からしさ)と、ステップ1320またはステップ1330で与えられる環境特徴の絶対位置とその確からしさに基づき、これら双方の確からしさを加味した上で、今回の制御周期で改めて観測された当該環境特徴の絶対位置とその確からしさを更新する。この処理によっても、観測された環境特徴の絶対位置/精度と過去から予測された環境特徴の絶対位置/精度とを重畳することで、所望の絶対位置が平均化されるため、誤差分散が小さくなる。 On the other hand, in step 1520, based on the predicted value obtained in step 1100 (the absolute position of the environmental feature and its certainty) and the absolute position of the environmental feature given in step 1320 or step 1330 and its certainty, Considering the uniqueness, the absolute position and the probability of the environmental feature observed again in the current control cycle are updated. This processing also superimposes the absolute position / accuracy of the observed environmental feature and the absolute position / accuracy of the environmental feature predicted from the past, thereby averaging the desired absolute position, thereby reducing error variance. Become.
その後ステップ1600では、更新された環境特徴の絶対位置や精度と、周辺監視センサ(環境特徴取得装置120)の精度から、自車両の絶対位置とその精度を算定する。この様に、測位装置による測定結果とGPS信号とを効果的に組み合わせて利用する推定処理によって、従来よりも高精度に自車両の絶対位置を求めることができる。 Thereafter, in step 1600, the absolute position and the accuracy of the host vehicle are calculated from the updated absolute position and accuracy of the environmental feature and the accuracy of the surrounding monitoring sensor (environment feature acquisition device 120). As described above, the absolute position of the host vehicle can be obtained with higher accuracy than in the past by the estimation process that effectively uses the measurement result obtained by the positioning device and the GPS signal.
一方、上記のステップ1400で環境特徴の観測値が新たに得られたと判定された場合には、ステップ1610において、現在の自車両の絶対位置とその確からしさについてのみ、ステップ1110で求めた予測値とステップ1410で求めた観測値に基づいて更新する。また、上記のステップ1400で環境特徴の観測値が新たには得られていないと判定された場合には、ステップ1620において、現在の自車両の絶対位置とその確からしさについてのみ、ステップ1110で求めた予測値のみに基づいて更新する。即ち、何れの取得装置からも新たな情報が得られなかった制御周期においては、ステップ1110で求めた予測値(現在の自車両の絶対位置とその確からしさ)が、そのままステップ1620による推定値となる。 On the other hand, if it is determined in step 1400 that the observation value of the environmental feature is newly obtained, in step 1610, the predicted value obtained in step 1110 is obtained only for the current absolute position of the own vehicle and its likelihood. And updating based on the observed value obtained in step 1410. Also, if it is determined in step 1400 that the observation value of the environmental feature is not newly obtained, in step 1620, only the current absolute position of the host vehicle and its likelihood are obtained in step 1110. Update based only on the predicted value. That is, in the control cycle in which new information is not obtained from any of the acquisition devices, the predicted value (the current absolute position of the host vehicle and the probability thereof) obtained in step 1110 is directly used as the estimated value in step 1620. Become.
なお、以上の推定演算処理は、図1の一次記憶装置150を用いて行われ、上記の予測値や推定値などの各種の演算処理結果なども当該記憶装置150上に保持される。
また、これらの推定演算処理は、例えば拡張カルマンフィルタなどを用いて構成することもできる。その様な数学的な定式化は、例えば以下に示す共分散行列Σなどを用いて行われ、これによって、上記の図5の処理手順と等価の作用を導くことができる。
以下、外界センサ(測位手段)として、レーザーレーダを用いた場合の拡張カルマンフィルタの構成について説明する。
(拡張カルマンフィルタ)
Moreover, these estimation calculation processes can also be comprised using an extended Kalman filter etc., for example. Such mathematical formulation is performed using, for example, a covariance matrix Σ shown below, and thereby, an operation equivalent to the processing procedure of FIG. 5 can be derived.
Hereinafter, the configuration of the extended Kalman filter when a laser radar is used as the external sensor (positioning means) will be described.
(Extended Kalman filter)
ここでは、推定すべき位置パラメータx(:推定すべき状態ベクトルx)を上記の式(1)の様に設定し、観測値y(測定ベクトルy)は上記の式(2)に従って設定する。ただし、ここでは、南北方向の北向きをZ軸方向の正の向きとし、東西方向の東向きをX軸方向の正の向きとし、この絶対座標系における自車両の絶対位置を(Xvo,Zvo)で表す。また、Z軸に対する自車両の向き(方位角)をφv 、自車両の速度ベクトルをVv 、自車両のヨー角速度をωv とし、i番目の不動物の絶対位置を(Xfi,Zfi)で表す。式(1)の位置パラメータxは、これらの変数からなる。 Here, the position parameter x to be estimated (: state vector x to be estimated) is set as in the above equation (1), and the observed value y (measurement vector y) is set in accordance with the above equation (2). However, here, the north direction in the north-south direction is the positive direction in the Z-axis direction, the east direction in the east-west direction is the positive direction in the X-axis direction, and the absolute position of the vehicle in this absolute coordinate system is (X vo , Z vo ). Further, the direction (azimuth angle) of the host vehicle with respect to the Z axis is φ v , the host vehicle velocity vector is V v , the host vehicle yaw angular velocity is ω v, and the absolute position of the i-th animal is (X fi , Z fi ). The position parameter x in equation (1) is composed of these variables.
また、この様な位置パラメータxを推定するために観測される観測値yは、以下の変数からなる。即ち、GPS信号が与える自車両の絶対位置(Xg ,Zg )と、GPS信号が与える自車両の速度ベクトルVg と、レーザーレーダによって測位されたi番目の環境特徴の自車両に対する相対位置(rsfi ,φsfi )からなる。ただし、rsfi は自車両からそのi番目の環境特徴までの距離で、φsfi は自車両の正面方向に固定した相対座標軸から計ったそのi番目の環境特徴の方位角である。式(2)の観測値yは、これらの変数からなる。
そして、以下の(手順a)〜(手順c)を周期的に繰り返すことによって、リアルタイムで逐次、上記の位置パラメータxを算定することができる。
In addition, the observed value y observed for estimating such a position parameter x is composed of the following variables. That is, the absolute position (X g , Z g ) of the own vehicle given by the GPS signal, the velocity vector V g of the own vehicle given by the GPS signal, and the relative position of the i th environmental feature measured by the laser radar with respect to the own vehicle. (R sfi , φ sfi ). Here, r sfi is a distance from the own vehicle to the i-th environmental feature, and φ sfi is an azimuth angle of the i-th environmental feature measured from a relative coordinate axis fixed in the front direction of the own vehicle. The observation value y in equation (2) consists of these variables.
Then, by periodically repeating the following (procedure a) to (procedure c), the position parameter x can be calculated sequentially in real time.
(演算手順)
(手順a)一時刻前(t=k-1) において推定された位置パラメータおよびそれらの分散から、現在(t=k )の位置および分散を予測する。なお、本手順aは、位置パラメータxの予測を行う上記の式(3)及び、共分散行列Σの予測を行う上記の式(4)に対応する。また、本手順aは、図5のステップ1100やステップ1110などに対応している。
(Calculation procedure)
(Procedure a) The current position (t = k) and variance are predicted from the position parameters estimated at the previous time (t = k-1) and their variances. This procedure a corresponds to the above equation (3) for predicting the position parameter x and the above equation (4) for predicting the covariance matrix Σ. The procedure a corresponds to step 1100 and step 1110 in FIG.
(手順b)手順aで算出した予測誤差(Σk/k-1 )や観測ノイズに基づいて、カルマンゲインを計算する。なお、本手順bは、カルマンゲインKを算出する上記の式(5)に対応する。 (Procedure b) The Kalman gain is calculated based on the prediction error (Σ k / k−1 ) and the observation noise calculated in the procedure a. This procedure b corresponds to the above equation (5) for calculating the Kalman gain K.
(手順c)算出したカルマンゲインに基づいて観測値と予測値を統合し、現在の位置パラメータとそれらの分散を推定する。なお、本手順cは、上記の位置パラメータxを推定する上記の式(6)及び、共分散行列Σを推定する上記の式(7)に対応する。また、本手順cや上記の手順bは、図5のステップ1600やステップ1610やステップ1620などに対応している。 (Procedure c) Based on the calculated Kalman gain, the observed value and the predicted value are integrated, and the current position parameters and their variances are estimated. The procedure c corresponds to the above equation (6) for estimating the position parameter x and the above equation (7) for estimating the covariance matrix Σ. Further, this procedure c and the above procedure b correspond to step 1600, step 1610, step 1620, etc. in FIG.
拡張カルマンフィルタを用いて定式化される以上の様な演算手順は、上記の図5の処理手順と等価の演算結果を導く。言い換えれば、上記の図5の処理手順は、拡張カルマンフィルタを用いて表現されるこの様な演算手順と等価の演算結果を導く様に構成することができる。 The above calculation procedure formulated using the extended Kalman filter leads to a calculation result equivalent to the processing procedure of FIG. In other words, the processing procedure of FIG. 5 can be configured to derive an operation result equivalent to such an operation procedure expressed using an extended Kalman filter.
以上の様な処理手順に従えば、上記の位置パラメータxや共分散行列Σなどから、現在の自車両の絶対位置と運動(速度ベクトルやヨー角速度)と、注目した不動物の絶対位置と、それらの各測位精度などを、自車両で移動しながらリアルタイムで高精度に得ることができ、同時にこれらの測位データは、図5のステップ1700によって、環境特徴記憶装置160に随時記録することができる。 According to the above processing procedure, from the position parameter x and the covariance matrix Σ, etc., the current absolute position and motion of the host vehicle (velocity vector and yaw angular velocity), the absolute position of the focused inanimate object, Each positioning accuracy and the like can be obtained with high accuracy in real time while moving with the host vehicle, and at the same time, these positioning data can be recorded in the environmental feature storage device 160 at any time by step 1700 in FIG. .
ここで特に注目すべき点は、従来より多用されてきた例えば交差点、電柱、リフレクタ、道路標識、路面表示などといった特定のランドマークは自車両の周囲に存在しない場合もあるが、上記のステップ1210で検出される不動物、即ち図2に例示した各種の環境特徴は、外界センサ(121〜124)からの観測信号の中にほぼ確実に存在することである。さらに、1回のセンシングで得られるそれらの観測信号の中にこれらの環境特徴は非常に多く存在する。このため、上記の不動物位置記録装置100を車載すれば、特に道路環境などに左右されることなく高精度に周辺の不動物や自車両の位置を推定することができる。
また同時に、不動物の特徴点の数やその位置情報が十分に得られれば自車両の運動の推定精度も向上するため、この作用に基づいて、より高精度に周辺の不動物や自車両の絶対位置を推定することができる。
Of particular note here is the fact that specific landmarks such as intersections, utility poles, reflectors, road signs, road surface displays and the like that have been frequently used in the past may not exist around the host vehicle. 2, that is, various environmental characteristics illustrated in FIG. 2 are almost certainly present in the observation signals from the external sensors (121 to 124). Furthermore, there are a great many of these environmental features in the observed signals obtained by one sensing. For this reason, if the above-described animal position recording apparatus 100 is mounted on the vehicle, the position of the surrounding animal and the own vehicle can be estimated with high accuracy without being influenced by the road environment.
At the same time, if the number of feature points of inanimate animals and their position information are sufficiently obtained, the estimation accuracy of the movement of the own vehicle will also improve. The absolute position can be estimated.
図6に、以上の不動物位置記録装置100に基づく効果(シミュレーション結果)を例示する。このグラフは、測位装置(環境特徴取得装置120)を用いて環境特徴の観測に掛けた時間と、自車両の進行方向における絶対位置の測位精度との関係を示すものであり、縦軸には得られた測位精度を誤差分散の平方根の2倍の値(2σ)で示した。
このシミュレーションでは、GPS衛星からのGPS信号の受信を妨げる程の高いビルが周囲にないことを想定し、また、GPS単独での測位精度を2σ=5mと仮定した。また、環境特徴を検出するセンサにはレーザーレーダを用い、これによって常時2点〜4点の不動点の相対位置が、2σ=50mm程度の誤差範囲内で検出できるものと仮定した。また、本シミュレーションにおけるGPS信号の受信周期は1回/秒とし、レーザーレーダによる観測周期は20回/秒とした。また、車両の走行速度は、40km/hを仮定し、レーザーレーダの測位可能な距離範囲を前方20m〜70mとし、測位可能な角度範囲は、前方正面を0°として前方左40°〜前方右40°とした。また、図5のフローチャートに例示した演算処理をより詳細に実現(シミュレート)するに当たっては、これらの演算処理に相当する一般的な拡張カルマンフィルタと略同等の再帰的なアルゴリズムを用いた。
この様なシミュレーション結果より、本不動物位置記録装置100を用いた場合、環境特徴記憶装置160に蓄積される不動物の絶対位置の測位データに関して、従来の場合よりも、格段に高い測位精度が得られることが分かる。また、1m程度の誤差しかない不動物の絶対位置情報を、自車両で走行しながら、十分な地点数分確保することができると言う面でも、本不動物位置記録装置100は非常に優れていると言うことができる。
FIG. 6 illustrates an effect (simulation result) based on the above-described animal position recording apparatus 100. This graph shows the relationship between the time taken to observe environmental features using the positioning device (environmental feature acquisition device 120) and the positioning accuracy of the absolute position in the traveling direction of the host vehicle. The obtained positioning accuracy was indicated by a value (2σ) twice the square root of the error variance.
In this simulation, it was assumed that there was no building high enough to prevent reception of GPS signals from GPS satellites, and the positioning accuracy of GPS alone was assumed to be 2σ = 5 m. Further, it was assumed that a laser radar was used as a sensor for detecting the environmental feature, and thereby the relative position of the fixed points of 2 to 4 points could always be detected within an error range of 2σ = 50 mm. In addition, the GPS signal reception cycle in this simulation was 1 time / second, and the observation period by the laser radar was 20 times / second. In addition, assuming that the traveling speed of the vehicle is 40 km / h, the distance range that can be measured by the laser radar is 20 m to 70 m forward, and the angle range that can be measured is 40 ° front left to right front with the front in front being 0 °. The angle was 40 °. In order to realize (simulate) the arithmetic processing illustrated in the flowchart of FIG. 5 in more detail, a recursive algorithm substantially equivalent to a general extended Kalman filter corresponding to these arithmetic processing is used.
From such a simulation result, when the present inanimate position recording device 100 is used, the positioning accuracy of the absolute position of the inanimate animal accumulated in the environmental feature storage device 160 is significantly higher than the conventional case. You can see that In addition, the present animal position recording apparatus 100 is very excellent in that the absolute position information of an animal having an error of about 1 m can be secured for a sufficient number of points while traveling with the host vehicle. I can say.
図7には、エンドユーザーが使用する自車両位置推定装置200の論理的構造を示した。この自車両位置推定装置200は、実施例1の不動物位置記録装置100を拡張変形することによって構成可能であり、略同等の機能/動作を奏する部分については、前述の不動物位置記録装置100と同じ記号を付した。例えば、自車両位置評価部132′は、環境特徴記憶装置160に自車両や不動物の測位データを出力する代わりに、他の任意のアプリケーションに対して自車両の現在の絶対位置の高精度な推定値を出力する点を除いては、図1の移動物位置評価部132と略同等の機能/動作を奏する。
また、図7中の環境特徴記憶装置160には、絶対位置が既知である幾つかの環境特徴(不動物)の位置データを保持する地図データベースが、既に予め構築されている。
FIG. 7 shows a logical structure of the host vehicle position estimation apparatus 200 used by the end user. The own vehicle position estimating device 200 can be configured by expanding and deforming the inanimal position recording device 100 of the first embodiment, and the portions having the substantially equivalent functions / operations are described above. The same symbol is attached. For example, instead of outputting the positioning data of the host vehicle and the inanimate animals to the environmental feature storage device 160, the host vehicle position evaluation unit 132 ′ can accurately detect the current absolute position of the host vehicle with respect to any other application. Except for the point of outputting the estimated value, it has substantially the same function / operation as the moving object position evaluation unit 132 of FIG.
In addition, in the environmental feature storage device 160 in FIG. 7, a map database that holds position data of several environmental features (animals) whose absolute positions are already known is already constructed in advance.
このため、この自車両位置推定装置200によれば、GPS信号が与える絶対位置に含まれるランダムノイズを効果的に排除できるだけでなく、それらの絶対位置に含まれるオフセット誤差をも低減したり解消したりすることが可能となる。
即ち、この自車両位置推定装置200の諸動作における最も大きな特徴は、環境特徴取得装置120によって取得した環境特徴と、環境特徴記憶装置160が有する地図データベース(即ち、図4の環境特徴情報160A)上にある、絶対位置が既知の環境特徴とを、検索照合手段に相当する手段を備える環境特徴対応評価部270によって照合し、この照合結果に基づいて、自車両の絶対位置を検知または修正する点にある。
For this reason, according to this own vehicle position estimation device 200, not only can random noise included in the absolute position given by the GPS signal be effectively eliminated, but also offset errors included in those absolute positions can be reduced or eliminated. It becomes possible to do.
That is, the largest feature in the various operations of the own vehicle position estimating device 200 is the environmental feature acquired by the environmental feature acquiring device 120 and the map database (that is, the environmental feature information 160A in FIG. 4) that the environmental feature storage device 160 has. The environmental feature corresponding to the known absolute position is collated by the environmental feature correspondence evaluation unit 270 having means corresponding to search collation means, and the absolute position of the host vehicle is detected or corrected based on the collation result. In the point.
このため、図2のレーザーレーダ122を有する図7の自車両位置推定装置200によれば、例えば図3−Bの様なレンジプロファイルを走行中に取得し、その観測中のレンジプロファイルを環境特徴記憶装置160に予め記憶されている該当データとリアルタイムで照合することによって、初めて走行する道路上においても、また、高速走行時においても実時間で高精度に自車両の絶対位置を検知することが可能となる。 Therefore, according to the own vehicle position estimation apparatus 200 of FIG. 7 having the laser radar 122 of FIG. 2, for example, a range profile as shown in FIG. By checking the corresponding data stored in advance in the storage device 160 in real time, it is possible to detect the absolute position of the host vehicle with high accuracy in real time even on a road where the vehicle travels for the first time or even when traveling at high speed. It becomes possible.
なお、当該装置200においても、先の不動物位置記録装置100と同様に車両運動推定部140が備える前述の識別処理(判別手段)によって、自車両運動の高精度推定が可能であるので、上記の様な方式に従えば、比較的長い距離間隔で何かしらの環境特徴の絶対位置やその確からしさが環境特徴記憶装置160に登録されている限り、エンドユーザにおいては自車両の絶対位置の補正を的確に行うことが可能となる。 In the device 200 as well, since the above-described identification processing (discriminating means) included in the vehicle motion estimation unit 140 is capable of high-accuracy estimation of the own vehicle motion as in the previous animal position recording device 100, As long as the absolute position of an environmental feature and its certainty are registered in the environmental feature storage device 160 at relatively long distance intervals, the end user corrects the absolute position of the vehicle. It is possible to perform accurately.
このため、この自車両位置推定装置200を用いれば、比較的高速に走行する場合においても、自車両の絶対位置に対する高い精度と高い信頼性を得ることが可能である。
また、環境特徴記憶装置160には、上記の様に比較的長い距離間隔で何かしらの環境特徴の絶対位置やその確からしさが登録されていればよいため、長期的に環境特徴を記憶するデータベース(環境特徴記憶装置160)の作成コストや車載コストについても、従来よりも格段に低く抑えることができる。
For this reason, if this own vehicle position estimating device 200 is used, it is possible to obtain high accuracy and high reliability with respect to the absolute position of the own vehicle even when traveling at a relatively high speed.
The environmental feature storage device 160 only needs to register the absolute position and certainty of some environmental feature at a relatively long distance interval as described above. The production cost of the environmental feature storage device 160) and the in-vehicle cost can also be kept much lower than before.
なお、図1の不動物位置推定部130や自車両運動推定部140において求めた環境特徴や自車両の運動などの各種の演算結果は、それらの確からしさに応じて、環境特徴記憶装置160に登録する必要があるか否かなどの判定を行うことが、所望の測位データを高精度にする上でより望ましい。本実施例2では、その様なデータベースの更新方式について例示する。 It should be noted that various calculation results such as the environmental features and the motion of the host vehicle obtained by the inanimate position estimation unit 130 and the host vehicle motion estimation unit 140 in FIG. 1 are stored in the environment feature storage device 160 according to their certainty. It is more desirable to make a determination as to whether or not registration is necessary in order to make desired positioning data highly accurate. In the second embodiment, such a database update method will be exemplified.
図8は、本実施例2における環境特徴記憶装置160(図1)に対する具体的な更新形態を示しており、例えば、本図8の処理ステップ群1700′は、図5のステップ1700に相当するものである。また、本図8のステップ2000は、図5のステップ1510またはステップ1520に相当しており、このステップ2000の演算結果の1つとして、自車両の現在の絶対位置の確からしさ(標準偏差σc )が得られている。また、本図8のステップ3000は、図5のステップ1600またはステップ1610に相当しており、このステップ3000の演算結果の1つとして、注目した環境特徴(不動点)の絶対位置の確からしさ(標準偏差σt )が得られている。 FIG. 8 shows a specific update mode for the environmental feature storage device 160 (FIG. 1) in the second embodiment. For example, the processing step group 1700 ′ in FIG. 8 corresponds to step 1700 in FIG. Is. Further, step 2000 in FIG. 8 corresponds to step 1510 or step 1520 in FIG. 5. As one of the calculation results of step 2000, the accuracy of the current absolute position of the host vehicle (standard deviation σ c ) Is obtained. Further, step 3000 in FIG. 8 corresponds to step 1600 or step 1610 in FIG. 5. As one of the calculation results of step 3000, the accuracy of the absolute position of the noticed environmental feature (fixed point) ( A standard deviation σ t ) is obtained.
以下、上記の処理ステップ群1700′の具体的な動作について説明する。
まず、ステップ2100では、環境特徴記憶装置160に記憶されている環境特徴データDB1の中に、現在注目している観測中の環境特徴があるか否かを調べ、該当する環境特徴が既に環境特徴データDB1の中に登録されている場合にはステップ2200へ、そうでなければステップ2400へ処理を移す。
Hereinafter, a specific operation of the processing step group 1700 ′ will be described.
First, in step 2100, it is checked whether or not the environmental feature data DB1 stored in the environmental feature storage device 160 has an environmental feature under observation that is currently focused on. If it is registered in the data DB 1, the process proceeds to step 2200, and if not, the process proceeds to step 2400.
ステップ2400では、環境特徴評価部141で評価された静止物に属する情報(位置や精度など)が、登録に必要な一定条件(例えば、図中の標準偏差σt が閾値Thd より小さいなど)を満たすか否かを判定し、この条件が成り立つ場合には、以降のステップ2500にて、この情報(位置や精度など)を環境特徴データDB1に環境特徴データとして登録する。 In step 2400, the information belongs to the stationary object that has been evaluated by the environmental feature evaluation unit 141 (such as the position and accuracy), certain conditions required for registration (e.g., a standard deviation sigma t in FIG threshold Th d smaller, etc.) In the subsequent step 2500, this information (position, accuracy, etc.) is registered as environmental feature data in the environmental feature data DB1.
また、ステップ2200では、更新に必要な一定条件(例えば、図中の標準偏差σt が登録されている環境特徴の標準偏差σd より小さいなど)が成り立つか否かを判定し、この条件が成り立つ場合には、以降のステップ2300にて、環境特徴データDB1に既に登録されている登録情報(環境特徴データ)を更新する。 In step 2200, it is determined whether or not a certain condition necessary for updating (for example, the standard deviation σ t in the figure is smaller than the standard deviation σ d of the registered environmental feature) is satisfied. If true, the registration information (environment feature data) already registered in the environment feature data DB 1 is updated in the subsequent step 2300.
また、自車両の走行位置についても一定の条件(例えば、標準偏差σc が閾値Thc より小さいなど)が成り立つか否かを判定し(ステップ3100)、その条件が成り立つ場合には、その時の自車両の位置や速度、及びそれらの確からしさなどを走行軌跡データDB2に登録する(ステップ3200)。自車両の走行経路は、各走行時(各実測日時)によって当然異なり得るため更新の必要はなく、その都度ステップ3200によって登録し、これにより複数回の走行軌跡を走行軌跡データDB2に蓄積する。
この様な走行軌跡データを多数蓄積することにより、例えば走行した道路上に複数の車線が設けられている場合などには、その時自車両が何番目の車線を選択したかや、その道路の車線数や道幅などを推定することも可能になる。
Further, it is determined whether or not a certain condition (for example, the standard deviation σ c is smaller than the threshold value Th c ) holds for the traveling position of the host vehicle (step 3100). The position and speed of the host vehicle, and their probabilities are registered in the travel locus data DB 2 (step 3200). The travel route of the host vehicle may naturally vary depending on each travel time (each actual measurement date and time), so it is not necessary to update the travel route, and is registered in step 3200 each time, thereby accumulating a plurality of travel trajectories in the travel trajectory data DB2.
By accumulating a lot of such travel locus data, for example, when a plurality of lanes are provided on the road on which the vehicle has traveled, what number of lanes the vehicle has selected at that time, and the lane of the road It is also possible to estimate numbers and road widths.
なお、登録される情報はそれぞれ個別に保存してもよいし、同じデータベース上で扱ってもよい。また、自車両のある地点において検出できた環境特徴を示すような、相互関係が重要なデータについては、別途相互関係データベース(DB3)を用意してもよい。 The registered information may be stored individually or may be handled on the same database. In addition, for data in which a mutual relationship is important, such as an environmental feature that can be detected at a point where the host vehicle is located, a separate correlation database (DB3) may be prepared.
以上の様なデータベースの更新方式に従えば、評価した環境特徴の位置や属性などの情報について、複数回分の情報を保持し、その複数回分の情報に基づいて環境特徴の位置や属性などの情報を再評価することができるので、これによって、所望のデータベースの登録情報の精度や信頼性を効果的に確保することができる。
また、既にデータベースに登録されている環境特徴に関する確からしさをデータ更新前に予め参照し、所望の環境特徴の確からしさが、現在よりも低下してしまう様な更新処理を未然に防止することによっても、所望のデータベースの登録情報の精度や信頼性を確保することができる。
According to the database update method as described above, information such as the position and attribute of the evaluated environmental feature is retained multiple times, and information such as the position and attribute of the environmental feature is based on the information obtained from the multiple times. Therefore, it is possible to effectively ensure the accuracy and reliability of the registration information of the desired database.
In addition, by referring to the certainty about the environmental characteristics already registered in the database in advance before updating the data, it is possible to prevent an update process in which the certainty of the desired environmental characteristics is lower than the current level. In addition, the accuracy and reliability of registration information in a desired database can be ensured.
〔その他の変形例〕
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形、拡張、または応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。
[Other variations]
The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other modifications as exemplified below may be made. The effects of the present invention can also be obtained based on the operation of the present invention by such modifications, expansions, or applications.
例えば、実施例1で示したように、自車両やその周辺の不動物の絶対位置などの予測値は、過去数回分の運動から随時推定してもよいが、例えば前述の特許文献1などにも例示がある様に、自車両の運動は、予め運動モデルを設定し、そのモデルに基づいて予測する様にしてもよい。
また、自車両と環境特徴の位置/精度の更新は、カルマンフィルタやパーティクルフィルタなどを用いて逐次実行する様にしてもよいし、一定時間分の過去の観測値を用いて最適な解を求めてもよいし、或いは、逐次推定した推定値を再度、全データベース単位で更新しなおしてもよい。
For example, as shown in the first embodiment, a predicted value such as the absolute position of the host vehicle or its surrounding inanimate animals may be estimated from the past several movements as needed. As exemplified, the motion of the host vehicle may be predicted based on a motion model set in advance.
In addition, the position / accuracy of the own vehicle and the environmental features may be updated sequentially using a Kalman filter, a particle filter, or the like, or an optimum solution is obtained using past observation values for a certain period of time. Alternatively, the estimated values estimated sequentially may be updated again in units of all databases.
なお、図1の環境特徴評価部141は、環境特徴を有する物体が静止物であるのか移動物であるのかについて識別する手段(即ち、判別手段)も有する。自車両の運動を精度よく推定するには、周囲の静止物の位置を観測し続ける方法が有効である。この様な判別手段では例えば、測位装置によって検出される物体の大半が不動物であると言う仮定を用いてもよい。また、この識別処理には、一次記憶装置150に記憶されている一時刻前の観測データなどを利用する。そして、この様な識別手法に基づいて分離された静止物に属する情報のみを利用することによって、自車両の運動推定精度をより向上させることができる。 Note that the environmental feature evaluation unit 141 in FIG. 1 also includes means for identifying whether an object having environmental features is a stationary object or a moving object (that is, a determination means). In order to accurately estimate the motion of the host vehicle, it is effective to continue to observe the positions of surrounding stationary objects. In such a discrimination means, for example, an assumption that most of the objects detected by the positioning device are inanimate may be used. For this identification process, observation data one hour before stored in the primary storage device 150 is used. Then, by using only information belonging to a stationary object separated based on such an identification method, the motion estimation accuracy of the host vehicle can be further improved.
また、判別手段を用いれば、その他にも、移動物と自車両の相対関係、静止物と自車両の相対関係、自車両の絶対位置や運動を基にして、移動物の運動をも同時に高精度に推定することもできる。
このため、例えば、先行車両の自車両に対する相対的な位置または相対的な運動が正確に把握できていて、その先行車両の運動パラメータ(位置、速度、推定精度など)も同時に算出可能であれば、拡張カルマンフィルタなどを利用して、先行車両と自車両の位置や運動を同時に推定することも可能となる。また、このとき、更に、周辺監視センサの検出精度やそれに基づく移動物(先行車両)の運動予測が適正であれば、自車両の運動推定精度をさらにいっそう向上させることができるため、この様な自車両の運動推定方式を導入すれば、環境特徴記憶装置160に記憶すべき不動物の絶対位置情報の精度を更に向上させることができる。
In addition, if the discriminating means is used, the movement of the moving object can be simultaneously enhanced based on the relative relationship between the moving object and the own vehicle, the relative relationship between the stationary object and the own vehicle, the absolute position and movement of the own vehicle. It can also be estimated to accuracy.
Therefore, for example, if the relative position or relative motion of the preceding vehicle with respect to the host vehicle can be accurately grasped, and the motion parameters (position, speed, estimation accuracy, etc.) of the preceding vehicle can be calculated simultaneously. It is also possible to simultaneously estimate the positions and movements of the preceding vehicle and the host vehicle using an extended Kalman filter or the like. Further, at this time, if the detection accuracy of the surrounding monitoring sensor and the motion prediction of the moving object (preceding vehicle) based on the detection accuracy are appropriate, the motion estimation accuracy of the own vehicle can be further improved. If the motion estimation method of the host vehicle is introduced, the accuracy of the absolute position information of the non-animal to be stored in the environmental feature storage device 160 can be further improved.
本発明は、例えば、地上のナビゲーションシステムや、車載用のオートクルーズ制御システムなどの移動体用の各種のアプリケーションに有用な、道路周辺の不動物の絶対位置情報を収集する際に利用することができる。また、これらの移動体は、四輪車両に限定されるものではなく、勿論ロボットや二輪車両などにおいても、上記の各種アプリケーションを通して本発明を利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used when collecting absolute position information of inanimate animals around a road, which is useful for various applications for moving objects such as a ground navigation system and an in-vehicle auto cruise control system. it can. In addition, these moving bodies are not limited to four-wheeled vehicles, and of course, the present invention can be used through the various applications described above even in robots and two-wheeled vehicles.
100 : 不動物位置記録装置
110 : 自車両位置取得装置(GPS受信装置)
120 : 環境特徴取得装置(測位装置)
130 : 不動物位置推定部
140 : 自車両運動推定部
160 : 環境特徴記憶装置
200 : 自車両位置推定装置
270 : 環境特徴対応評価部(検索照合手段)
100: Animal-free position recording device
110: Own vehicle position acquisition device (GPS receiver)
120: Environmental feature acquisition device (positioning device)
130: Inanimal position estimation unit
140: Own vehicle motion estimation unit
160: Environmental feature storage device
200: Own vehicle position estimation device
270: Environmental feature correspondence evaluation section (search collation means)
Claims (2)
前記絶対位置取得装置により測定された前記第1観測値と、前記測位装置により測定された前記相対観測値とから、前記不動点の絶対位置である第2観測値を求める不動点絶対位置演算手段と、
過去における前記第1推定値から、現時刻における前記自車両の予測された絶対位置である第1予測値を求め、前記不動点の前記第2観測値よりも精度の高い絶対位置である過去における第2推定値から現在時刻における前記不動点の絶対位置である第2予測値を求める絶対位置予測値演算手段と、
前記絶対位置予測値演算手段により求められた前記第1予測値及び前記第2予測値と、前記不動点絶対位置演算手段により求められた前記第2観測値と、前記絶対位置取得装置により測定された前記第1観測値とに基づいて、前記第1予測値及び前記第2予測値を、前記第1推定値及び前記第2推定値の誤差分散が小さくなるように補正して、前記第1推定値及び前記第2推定値を求める絶対位置補正手段と、
前記絶対位置補正手段により求められた前記不動点の第2推定値及び第2推定値の前記誤差分散を、それぞれ、参照不動点の参照絶対位置及び参照誤差分散として記録する環境特徴記憶装置と、
前記絶対位置補正手段により求められた前記不動点の第2推定値と、前記環境特徴記憶装置に記憶されている不動点の前記参照絶対位置とを照合する検索照合手段と、
前記検索照合手段により前記第2推定値が前記参照絶対位置と一致すると判定された場合に、前記参照不動点の前記参照誤差分散よりも、前記絶対位置補正手段により求められた前記誤差分散が小さい場合に、その新たに求められた誤差分散を新たな参照誤差分散として古い参照誤差分散を書き換えるデータ更新手段と
を有することを特徴とする不動点位置記録装置。 An absolute position acquisition device that measures a first observation value that is the absolute position of the traveling vehicle, and a fixed point that does not change in time in the traveling environment ahead of the traveling vehicle, and extracts the fixed point And a positioning device that measures a relative observation value that is a relative position with respect to the host vehicle in real time, and a first estimation that is an absolute position of the host vehicle that is more accurate than the first observation value from the first observation value. A fixed point position recording device for mounting on a vehicle that sequentially obtains a value as time passes and calculates and records the absolute position of the fixed point,
Fixed point absolute position calculation means for obtaining a second observed value that is an absolute position of the fixed point from the first observed value measured by the absolute position acquisition device and the relative observed value measured by the positioning device. When,
A first predicted value that is the predicted absolute position of the host vehicle at the current time is obtained from the first estimated value in the past, and in the past, the absolute position is more accurate than the second observed value of the fixed point. Absolute position predicted value calculation means for obtaining a second predicted value that is an absolute position of the fixed point at the current time from a second estimated value;
The first predicted value and the second predicted value obtained by the absolute position predicted value computing means, the second observed value obtained by the fixed point absolute position computing means, and the absolute position acquisition device. Based on the first observed value, the first predicted value and the second predicted value are corrected so that an error variance of the first estimated value and the second estimated value is reduced, and the first predicted value is corrected. Absolute position correcting means for obtaining an estimated value and the second estimated value;
An environmental feature storage device for recording the second estimated value of the fixed point obtained by the absolute position correcting means and the error variance of the second estimated value as a reference absolute position and a reference error variance of the reference fixed point , respectively ;
Search collating means for collating the second estimated value of the fixed point obtained by the absolute position correcting means with the reference absolute position of the fixed point stored in the environmental feature storage device;
When the search collating unit determines that the second estimated value matches the reference absolute position, the error variance obtained by the absolute position correcting unit is smaller than the reference error variance of the reference fixed point. A fixed point position recording apparatus comprising: a data updating means for rewriting an old reference error variance with the newly obtained error variance as a new reference error variance .
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