专利汇可以提供Present position display device for moving body专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且PURPOSE: To optimally execute a matching processing after a moving body returns onto a road by determining each parameter of a converting expression and modeling the converting expression, based on data obtained in the course of running on the road of the moving body, and also, correcting a running locus obtained at the time when the moving is running in the outside of the road by using its converting expression.
CONSTITUTION: When a moving body is running on a road, a converting expression between a running locus in which each sensor error is also parameterized and a road on a road map is modeled, and by using its modeled converting expression, a distortion of the running locus in the course of running in the outside of the road is also corrected. Subsequently, by a non-directional generalized Hough conversion, each value of (p), (q) and ϕ is derived from a point in which each space graphic formed by selecting each point on the running locus in a three-dimensional space consisting of search parameters (p), (q) and ϕis accumulated, and by searching a road shape which coincides with the running locus from in the road map, and aligning the running locus with the part of its searched road shape, a correction of the present position of the moving body is executed.
COPYRIGHT: (C)1993,JPO&Japio,下面是Present position display device for moving body专利的具体信息内容。
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、移動体の現在位置を求めながら、予め画面に映し出された道路地図上に移動体の現在位置を表示させる移動体の現在位置表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば不案内地域などにおける自動車等の移動体の運転時に、走行予定コースから外れて運転者が道に迷うことがないように適切なガイダンスを行わせるため、距離センサおよび方向センサを用いて移動体の走行距離と進行方向とをそれぞれ検出しながら、
2次元座標上における現在位置を演算によって求め、その移動体の走行にともない刻々と変化する現在位置を予め画面に映し出されている道路地図上に点情報によって逐次更新しながら表示させることによって、運転者に現在位置の確認を行わせることができるようにした移動体の現在位置表示装置が開発されている。
【0003】しかしてこのような移動体の現在位置表示装置では、距離センサおよび方向センサの各センサ精度や現在位置算出時の有効桁による演算精度などを要因とした位置誤差の発生が否めず、移動体の走行が進むにしたがってその誤差が累積されて、画面に表示される現在位置が地図上の道路から次第に外れていき、自車が地図上におけるどの道路上を走行しているのかを判断することができなくなってしまうという問題がある。
【0004】また、たとえ算出される移動体の現在位置に誤差がなくとも、その現在位置が表示される地図自体にデフォルメがあれば、画面に表示される現在位置が地図上の道路から外れてしまうことになる。
【0005】そのため従来では、地図上の道路から外れた現在位置の修正を行わせるべく、地図上における道路のパターンと移動体の走行にしたがって逐次更新される現在位置のデータを記憶保持させることにより得られる走行軌跡のパターンとのマッチング処理を定期的になして、マッチングがとられた道路上に走行軌跡を合せ込んで移動体の現在位置を修正するようにしている(例えば特開平1−41817号公報参照)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題点は、地図上の道路と移動体の走行軌跡とのパターンのマッチングをとって、そのマッチングがとられた道路上に走行軌跡を合せ込んで移動体の現在位置を修正する際、一般にパターンマッチングの精度を高くするほどマッチンダ処理に要する演算量が多大となるので、道路地図に対する現在位置の位置精度を上げるべく高精度なパターンマッチングを行わせようとすると膨大な量の演算を短時間で行わせる必要があり、コンピュータなどの処理負担が大きくなってしまうことである。
【0007】また、パターンのマッチングをとる際に、
従来では地図上の道路と移動体の走行軌跡とをそれぞれ線分によって折線近似したパターンをもって両者のマッチングをとるようにしているので、そのマッチングによって修正される移動体の現在位置の精度が低下してしまうことである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、何ら走行軌跡と地図上の道路との各パターンを近似することなく両者のマッチングをとって移動体の現在位置の修正を高精度に行わせるとともに、そのマッチングのための演算量の軽減化を有効に図ってその処理を高速で行わせるべく、
無方向型一般化ハフ変換を用いた所定のアルゴリズムによって、移動体の現在位置のデータをメモリに逐次記憶保持させることによって得られる移動体の走行軌跡の形状と一致する道路形状を道路地図のなかから探索して、
その探索された道路形状の部分に走行軌跡を合せ込んで地図上の道路から外れた移動体の現在位置の修正を行わせるようにしている。
【0009】その際、特に本発明では、距離センサおよび方向センサの各検出誤差に起因する走行軌跡の歪みを考慮して、移動体の走行軌跡のパターンと道路地図上の道路パターンとの間の位置ずれ、回転ずれおよび距離センサと方向センサとの各検出誤差をそれぞれパラメータとした走行軌跡と道路地図上の道路との変換式を用いて、移動体の道路上走行中に得られるデータにもとづいてその変換式における各パラメータを決定してその変換式のモデル化を図り、そのモデル化された変換式を用いて走行軌跡を補正したうえで、それと一致する道路形状を道路地図のなかから探索するようにするとともに、移動体が道路外走行中にも先にモデル化された変換式を用いて移動体の道路外走行中に得られる走行軌跡を補正して、その間における移動体の走行軌跡の継続性を保証するようにしている。
【0010】
【実施例】図1は本発明による移動体の現在位置表示装置の構成例を示すもので、例えば移動体のタイヤの回転に応じて単位走行距離ごとのパルス信号を出力する距離センサ1と、例えばヨー方向の角速度の変化を検出する移動体の走行にともなう方向変化量に比例した信号を出力する方向センサ2と、距離センサ1からのパルス信号数をカウントして移動体の走行距離を計測するとともに、方向センサ2の出力信号にしたがってその進行方向の変化をわり出すことにより移動体の一定走行距離ごとにおけるX−Y座標上の現在位置を逐次演算によって求め、かつ移動体の現在位置表示装置全体の制御を行わせるマイクロコンピュータからなる信号処理装置3と、その信号処理装置3によって求められた刻々変化するX−
Y座標上の位置の現在位置のデータを順次格納し、移動体の有限の連続位置情報としてそれを記憶保持する走行軌跡記憶装置4と、予め道路地図情報が記憶されている地図情報記憶媒体5と、その記憶媒体5から必要なエリアの道路地図情報を選択的に読み出す記憶媒体再生装置6と、その読み出された地図情報にもとづいて所定の道路地図を画面に映し出すとともに、その画面に映し出された道路地図上に、移動体の現在位置を、必要に応じて走行軌跡および現在位置における移動体の進行方向などとともに、移動体の走行にしたがって更新的に表示させる表示装置7と、信号処理装置3へ動作指令を与えるとともに、表示装置7に表示させる地図の選択指定およびその表示された地図上における移動体の出発点の設定を行わせ、また走行軌跡などの表示指令を選択的に与え、
表示される地図および走行軌跡の方向変換,その表示位置のシフト,地図および走行軌跡の部分拡大表示,表示縮尺率の選択などの表示形態の設定変更などを適宜行わせることのできる操作装置8とによって構成されている。
【0011】このように構成されたものでは、選択的に読み出された地図が表示装置7の画面に映し出されるとともに、その地図上において設定された出発点からの移動体の走行にしたがって信号処理装置3により予め設定された地図の縮尺率に応じてX−Y座標上における現在位置が刻々と演算によって求められ、その演算結果が走行軌跡記憶装置4に逐次送られてその記憶内容が更新されていくとともに、その記憶内容が読み出されて表示装置7に送られる。
【0012】それにより表示装置7には、例えば、図2
に示すように、その画面に表示された地図上に移動体の現在位置を示す表示マークM1,その現在位置における移動体の進行方向を示す表示マークM2および出発点S
Tから現在位置に至るまでの走行軌跡表示マークM3が移動体の走行状態に追従して模擬的に表示される。
【0013】以上の構成および動作は冒頭において説明した従来の移動体の現在位置表示装置と同じである。
【0014】したがってこのような移動体の現在位置表示装置では、図3に示すように、前述した累積誤差により現在位置およびそれまでの走行軌跡が移動体の走行が進むにしたがって地図上の道路から次第に大きく外れていき、しまいには現在移動体が地図上のどの地点を走行しているかを判断することができなくなってしまう。
【0015】本発明はこのような移動体の現在位置表示装置にあって、信号処理装置3において、無方向型一般化ハフ変換を用いた所定のアルゴリズムによって移動体の走行軌跡の形状と一致する道路形状を道路地図のなかから探索する手段と、その探索された道路形状の部分に走行軌跡を合せ込んで、地図上の道路から外れた移動体の現在位置の修正を行わせる手段とをとるようにしている。
【0016】いま、例えば、図4および図5に示すように、移動体の走行軌跡LPとそれに形状が一致する地図上の道路RDとの間のX−Y座標上における位置のずれをp(X軸方向のずれ),q(Y軸方向のずれ),φ
(回転ずれ)とすると、走行軌跡LP上に複数設定される各ポイントni(x ni ,y ni )(i=1,2,
3,…,N)に対応する道路RD上の点(x′,y′)
は次式(1)によって与えられる。
【0017】
【数1】
【0018】その探索パラメータp,q,φからなる三次元空間は図6に示すようになり、その空間図形は道路地図を走行軌跡LP上のポイントniおよび回転ずれφ
によって決まる前記(1)式の右辺第1項によるシフトベクトルsvだけ一斉にずらしたものとなる。
【0019】そして、無方向型一般化ハフ変換によれば、その探索パラメータp,q,φからなる三次元空間において、走行軌跡LP上の各ポイントniを選んでできる各空間図形が集積する点の空間上の位置から探索パラメータp,q,φの各値が求められることになる。
【0020】なお、無方向型一般化ハフ変換の理論そのものは、1975年IEEEの学会発表論文によって、
Merlin−Farberの理論として公知となっている。
【0021】本発明では、無方向型一般化ハフ変換を用いた所定のアルゴリズムによって、移動体の走行軌跡L
Pの形状と一致する道路RDを道路地図のなかから探索するようにしたことを特徴としている。
【0022】その際、例えば、p=4Km,q=4K
m,φ=360°として探索パラメータ空間を設定して、2Km程度の長さの移動体の走行軌跡LPの形状と一致する道路RDを道路地図のなかから探索するようにする。
【0023】無方向型一般化ハフ変換を用いた所定のアルゴリズムとしては、具体的に以下のようにして実行される。
【0024】図7に示すように、探索パラメータp,
q,φからなる三次元空間をΔp,Δq,Δφからなるセルによって分割したうえで、1つのセルを選択し、走行軌跡LP上のある1つのポイントに対応して、その選択されたセルに応じた道路地図のエリア内に道路があるかないかを調べて、そのエリア内に道路があれば投票数1を加え、それを走行軌跡LP上の全ポイントn iに対して実行することによってその選択されたセルの全投票数を得て、以上の処理を三次元空間における全セルについて実行することによって得られる各セルの全投票数のなかで最大値をもったセルを求めて、その投票数が最大のセルの三次元空間上の位置から探索パラメータp,
q,φの各値を求める。
【0025】図8に、探索パラメータp,q,φからなる三次元空間における1つのセルに対応する道路地図上のエリア(図中斜線で示す)を示しており、そのエリア内に道路があれば対応するセルに投票数1が加えられる。
【0026】そして、探索パラメータp,q,φの各値が求められることによって、道路地図のなかから移動体の走行軌跡LPの形状と一致する道路RDが探索される。
【0027】セルの投票計算手順としては、例えば、以下のようにして実行される。
【0028】前記(1)式の右辺第1項によるシフトベクトルsvの走行軌跡LP上の全てのポイントn iおよび回転ずれφに対する値を予め計算して信号処理装置3のメインメモリに登録しておく。 描画用チップを使ってメインメモリ上に道路地図を描画する。 その際、2Km長の走行軌跡LPを用いて4K
m四方を探索することができるように、8km四方の道路地図を描画する。 所定の分解能Δp=Δqで、シフトベクトルに応じて道路地図から1バイトずつデータをオア処理用レジスタに転送して、回転ずれΔφにより広がった道路地図のエリアをオア処理する。 。 オア処理用レジスタの値をシフトして調べて、その値が1ならば対応するカウントレジスタをインクリメントすることによって投票数をカウントする。 走行軌跡LP上の全ポイントn iに対しておよびの処理を繰返して実行する カウントレジスタの値を調べて、その値がしきい値よりも大きければメモリにストアする。 以上〜までの処理を探索パラメータ空間における1/8セル数だけ繰返して実行する
【0029】また、本発明では、精度を上げるために広い探索パラメータ空間を小さなセルによって分割して、
その全てのセルについて投票するようにすると、そのための演算量が多大となって大きなメモリ容量と処理時間を要することになるため、演算量を抑制するベく以下に述べるような階層的な処理を行って、メモリ容量の軽減化と処理の高速化とを図るようにしている。
【0030】すなわち、セルサイズを大きく設定して投票数の最大値をもったセルを求めたうえで、その求められたセルをさらに小さなセルに分割して、そのなかから投票数の最大値をもった小さなセルを求めるような階層的な処理をなして、最終的に求められた最小のセルの位置からパラメータp,q,φの各値を求めるようにする。
【0031】図9はそのときのセルの階層的な分割の状態を示しており、ここでは3段階のセル分割をなすようにして、第1段階ではセルサイズをC1とし、第2段階ではセルサイズをC2とし、第3段階ではセルサイズをC3としている。
【0032】具体的には、p=4Km,q=4Km,φ
=360°として探索パラメータ空間を設定して、2K
m程度の長さの移動体の走行軌跡LPの形状と一致する道路RDを道路地図のなかから探索するようにする場合、セルC1のサイズをΔp=Δq=160m,Δφ=
4°に設定し、セルC2のサイズをΔp=Δq=40
m,Δφ=1°に設定し、セルC3のサイズをΔp=Δ
q=10m,Δφ=0.25°に設定する。
【0033】しかして、本発明によれば、広い探索パラメータ空間にわたって階層的な処理を行わせることにより、演算量を有効に抑制しながらメモリ容量の軽減化と処理の高速化を有効に図って、移動体の走行軌跡LPの形状と一致する道路RDを道路地図のなかから精度良く探索することができるようになる。
【0034】その際、本発明では、信号処理装置3において、最大投票数がしきい値以上となることを条件として、移動体が2km程度走行することによって得られる比較的短い走行軌跡ごとに道路探索を行いながら、10
〜30Km程度の比較的長い距離にわたって走行軌跡をつなげながら道路探索を追跡して行って、投票総数の推移から探索された道路と走行軌跡とが一致する確度を求め、その求められた確度および位置関係から探索された複数の候補道路のなかから走行軌跡と最も一致する道路を選定し、その選定された道路に合せ込むように走行軌跡を平行移動および回転移動させて、地図上の道路から外れた移動体の現在位置の修正を行わせるようにしている。
【0035】また、本発明では、タイヤ径の変化などによる距離センサ1の検出誤差およびドリフトによる方向センサ2の検出誤差に起因する走行軌跡の歪みを考慮したうえで道路探索を精度良く行わせるべく、信号処理装置3において、移動体の走行軌跡のパターンと道路地図上の道路パターンとの間の位置ずれ、回転ずれおよび距離センサと方向センサとの各検出誤差をそれぞれパラメータとした走行軌跡と道路地図上の道路との間の変換式を用いて走行軌跡を補正する手段をとり、無方向型一般化ハフ変換を用いた所定のアルゴリズムによって、その補正された走行軌跡の形状と一致する道路形状を道路地図のなかから探索するようにしている。
【0036】そして、その際、信号処理装置3において、移動体の道路上走行中に得られるデータにもとづいて前記変換式における各パラメータを決定してその変換式のモデル化を図り、そのモデル化された変換式を用いて走行軌跡を補正するようにしている。
【0037】いま、図10に示すように、移動体の走行軌跡LP上の位置Aのデータを(p n ,q n )、移動体がその位置Aに達するまでの走行時間をt nとし、また、図11に示すように、走行軌跡LPに応じた道路地図上の道路RDにおける走行軌跡LP上の位置Aに応じた位置A′のデータを(p n ′,q n ′)とする。
【0038】また、走行軌跡LPのパターンと道路地図上の道路RDのパターンとの間の位置ずれを(u,
v)、走行軌跡LPと道路RDとの間における回転ずれをφ′とする。
【0039】しかして、距離センサ1の検出誤差をパラメータSによってあらわしたときの走行軌跡LPと道路RDとの間における変換式は次式(2),(3)によって与えられる。
【0040】 p n ′=Scosφ n ′・p n −Ssinφ n ′・q n +u …(2) q n ′=Ssinφ n ′・p n +Scosφ n ′・q n +v …(3)
【0041】また、方向センサ2のドリフトβ−時間t
特性は図12に示すようになり、その特性を直線近似した式β=a+btを積分した結果が走行軌跡LPと道路RDとの間における回転ずれφ n ′となる。
【0042】したがって、方向センサ2の検出誤差をパラメータa,bによってあらわしたときの走行軌跡LP
と道路RDとの間における回転ずれφ n ′は次式(4)
によって与えられる。
【0043】 φ n ′=θ+a・t n +(b/2)・t n 2 …(4) ここで、θは回転のパラメータである。
【0044】このようにして得られた走行軌跡LPと道路RDとの間の変換式(2),(3),(4)における6つのパラメータu,v,S,θ,a,bの値を、次式(5)に示すように、カルマンフィルタを用いた逆行列演算によって求めて、その変換式のモデル化を図る。
【0045】
【数2】
【0046】また、カルマンフィルタを用いた逆行列演算によるのでは計算コストが多大となってしまうので、
計算コストの低減化を図るべく、以下のようにして変換式における各パラメータu,v,S,θ,a,bの値を学習的に決定するようにしてもよい。
【0047】すなわち、図13に示すように、前記変換式における各パラメータu,v,S,θ,a,bを2層ネットワークの重みにあてはめて、その各パラメータの値を学習的に決定する。
【0048】いま、エラー関数E nは次式(6)によって与えられ、重み(u,v,S,θ,a,b)を推定したうえで、エラーEが最小となるように公知の最急降下法を用いて重みを逐次更新していく。
【0049】 E n =(Scosφ n ′・p n −Ssinφ n ′・q n +u−p n ′) 2 +(Ssinφ n ′・p n +Scosφ n ′・q n +u−q n ′) 2 +(θ+a・t n +b・t n 2 /2−φ n ′) 2 …(6)
【0050】例えば、パラメータu nの推定値は次式(7),(8)によって与えられる。
【0051】
【数3】
【0052】
【数4】
【0053】以上のようにして走行軌跡LPと道路RD
との間の変換式(2),(3),(4)における6つのパラメータu,v,S,θ,a,bを決定するには長い走行軌跡が必要になり、そのため移動体が2Km程度走行することによって得られる比較的短い走行軌跡ごとに各パラメータ値を推定することにより補正された走行軌跡の形状と一致する道路形状を道路地図のなかから探索する処理を、ハフ変換の階層的山登り探索により走行軌跡を10〜30Km程度の比較的長い距離にわたってつなげながら追跡して行わせる。
【0054】このように本発明によれば、距離センサ1
および方向センサ2の各検出誤差を完全にモデル化した変換式を用いて、各センサ誤差に起因する走行軌跡の歪を補正したうえで、その補正された走行軌跡の形状と一致する道路探索をなすことができ、歪に強いタフな照合が可能になる。
【0055】その際、変換式における各パラメータの値を2層ネットワークにおける積和計算だけで求めることができ、その計算コストを大幅に削減することができるようになる。
【0056】以上のようなものにあって、移動体が道路地図上にない道路などの道路外走行をしたとき、変換式のモデル化が行われていない場合には、距離センサ1および方向センサ2の各センサ誤差に起因する移動体の走行軌跡の誤差成分が累積的に増大していき、その道路外走行が長きにわたる場合には移動体が道路上に復帰したときに移動体の現在位置がその道路から遠く離れてマッチングをとることができなくなるおそれがある。
【0057】そのため、特に本発明では、信号処理装置3において、移動体の道路上走行中に得られるデータにもとづいて変換式における各パラメータを決定してその変換式のモデル化を図り、移動体が道路外走行中にも先にモデル化された変換式を用いて移動体の道路外走行中に得られる走行軌跡を補正するようにしている。
【0058】したがって、移動体が道路外走行しているあいだにおける各センサ誤差に起因する走行軌跡の歪による位置ずれが抑制されて、移動体が比較的長い道路外走行をしても、その前後における移動体の走行軌跡の継続性が保証されて、移動体が道路上に復帰したあとのマッチング処理を最適に行わせることができるようになる。
【0059】図14に、以上説明した本発明による処理ルーチンの一例を示している。
【0060】ここでは、前述のようにセルサイズをC1
として大きく設定して探索したときに得られた候補道路のパラメータ値po′,qo′,φo′を初期推定値
【外1】
,【外2】
,【外3】
として設定するとともに、各センサ誤差のパラメータの初期推定値を【外4】
=1,【外5】
=【外6】
=0として設定するようにしている。【0061】そして、ハフ変換の階層的山登り探索では、セルサイズを前述のようにC2,C3と段階的に小さくしていきながら移動体の走行軌跡LPの形状と一致する道路RDを高精度に探索することになる。
【0062】移動体が道路外走行をしているときには、
各パラメータによる補正計算の結果
【外7】
,【外8】
,【外9】
がハフ変換の階層的山登り探索を通さずに出力切換に与えられることになる。【0063】その出力切換では、投票数、推定値
【外7】,
【外8】,
【外9】からのはずれ方をみて山登り探索の結果を選択するか否かを判断して、各パラメータによる補正計算の結果またはハフ変換の階層的山登り探索の結果をマッチング対象の道路データとして採用する。
【0064】また、確度計算において、投票総数,山登り段数および向きの推移から探索された候補道路と走行軌跡とが一致する確度を求めて、その求められた確度からマッチング対象となる複数の候補道路のうちの1つをしぼり込むようにする。
【0065】なお、この処理ルーチンにあっては、はじめのうちは主としてハフ変換の階層的山登り探索により走行軌跡の修正が行われ、各パラメータのモデル化が進むにつれて各パラメータによる補正計算の結果による走行軌跡の修正がきいてくるようになる。
【0066】
【発明の効果】以上、本発明による移動体の現在位置表示装置にあっては、移動体の走行軌跡と道路地図上の道路を何ら線分などによって折線近似するようなことなく、実際に得られる移動体の走行軌跡の形状をそのまま用い、また、距離センサおよび方向センサの各センサ誤差をも考慮した走行軌跡と道路地図上の道路との間の変換式を用いて各センサ誤差に起因する走行軌跡の歪を補正したうえで、その補正された走行軌跡と一致する道路地図上の道路を無方向型一般化ハフ変換を用いた所定のアルゴリズムにより探索して、その探索された道路に走行軌跡を合せ込んで移動体の現在位置の修正を行わせるようにしているので、その現在位置の修正を高精度に、
かつ迅速に行わせることができるという利点を有している。
【0067】そして、本発明では、特に、移動体の道路上走行中に得られるデータにもとづいてその変換式における各パラメータを決定して変換式のモデル化を図り、
そのモデル化された変換式を用いて移動体の道路外走行中に得られる走行軌跡を補正するようにしているので、
移動体の道路外走行の前後における移動体の走行軌跡の継続性が保証されて、移動体が道路上に復帰したあとのマッチング処理を最適に行わせることができるようになる。
【図1】本発明による移動体の現在位置表示装置の一実施例を示すブロック図である。
【図2】同実施例における表示内容の一例を示す図である。
【図3】走行軌跡が地図上の道路から外れた状態を示す図である。
【図4】走行軌跡の一例を示す図である。
【図5】道路地図上の道路と図4の走行軌跡との位置の相関を示す図である。
【図6】探索パラメータ空間を示す図である。
【図7】探索パラメータ空間をセル分割した状態を示す図である。
【図8】探索パラメータ空間における1つのセルに対応する道路地図上のエリアを示す図である。
【図9】探索パラメータ空間におけるセルの階層的な分割の状態を示す図である。
【図10】走行軌跡の一例を示す図である。
【図11】道路地図上の道路を示す図である。
【図12】方向センサのドリフト特性を示す図である。
【図13】走行軌跡と道路地図上の道路との間の変換式における各パラメータを重みにしたときの2層ネットワークを示す図である。
【図14】本発明における変換式の各パラメータの決定、走行軌跡の補正およびハフ変換による階層的山登り探索の処理ルーチンを示す図である。
1 距離センサ 2 方向センサ 3 信号処理装置 4 走行軌跡記憶装置 5 地図情報記憶媒体 6 記憶媒体再生装置 7 表示装置 8 操作装置
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