JP2023101820A - Self-location estimation device, control method, program, and storage medium - Google Patents

Self-location estimation device, control method, program, and storage medium Download PDF

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智昭 岩井
Tomoaki Iwai
多史 藤谷
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Abstract

To provide a self-location estimation device capable of suitably suppressing deterioration of self-location estimation precision even in the case of a possible feature measurement error.SOLUTION: An own vehicle location estimation part 17 of an on-vehicle machine 1 generates information for showing a predicted own vehicle location X-(t), and acquires normal line information and size information of a feature as a measurement object from a map DB10 by a lidar 2. The own vehicle location estimation part 17 corrects the predicted own vehicle location X-(t) on the basis of an angle difference Δθ calculated from information on a progress direction of a vehicle and normal line information of a feature, and a size S shown by size information of a feature.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、自己位置推定技術に関する。 The present invention relates to self-location estimation technology.

従来から、車両の進行先に設置される地物をレーダやカメラを用いて検出し、その検出結果に基づいて自車位置を校正する技術が知られている。例えば、特許文献1には、計測センサの出力と、予め地図上に登録された地物の位置情報とを照合させることで自己位置を推定する技術が開示されている。また、特許文献2には、カルマンフィルタを用いた自車位置推定技術が開示されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a technique of detecting a feature installed in a vehicle's traveling destination using a radar or a camera and calibrating the own vehicle position based on the detection result. For example, Patent Literature 1 discloses a technique of estimating a self-position by collating the output of a measurement sensor with the position information of a feature registered in advance on a map. Further, Patent Document 2 discloses a vehicle position estimation technique using a Kalman filter.

特開2013-257742号公報JP 2013-257742 A 特開2017-72422号公報JP 2017-72422 A

自己位置推定処理において計測対象となる道路標識や方面看板などの地物は,運転手が認識しやすいように作製及び設置されているが、全てのサイズや向きが一定となっているわけではなく、表示内容に応じて大きさが異なり、また設置位置に応じて向きが異なる。その結果、自己位置推定を行うシステムが計測対象とする地物が計測しにくいサイズや向きである場合も存在し,そのような場合には計測対象の地物の計測値に誤差が大きく含まれる可能性もある。このように誤差を含んだ計測値を用いて自己位置推定を行うと、自己位置推定精度が低下してしまう。 Features such as road signs and direction signboards to be measured in the self-localization process are manufactured and installed so that the driver can easily recognize them, but not all of them have the same size and orientation. As a result, there are cases where the size and orientation of the features to be measured by the system that performs self-localization are difficult to measure, and in such cases, there is a possibility that the measurement values of the features to be measured include large errors. If self-position estimation is performed using measurement values that contain errors in this way, the accuracy of self-position estimation will decrease.

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、地物の計測誤差の可能性があった場合でも,自己位置推定精度の劣化を好適に抑制することが可能な自己位置推定装置を提供することを主な目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above problems, and the main object of the present invention is to provide a self-position estimation device that can appropriately suppress deterioration of self-position estimation accuracy even when there is a possibility of a measurement error of a feature.

請求項1に記載の発明は、自己位置推定装置であって、予測された自己位置を示す予測位置情報を取得する第1取得部と、移動体の進行方向の情報を取得する第2取得部と、前記移動体と共に移動する計測部により計測対象となる地物の法線情報とサイズ情報とを取得する第3取得部と、前記進行方向の情報と、前記法線情報と、前記サイズ情報とに基づき、前記予測された自己位置を補正する補正部と、を備える。 The invention according to claim 1 is a self-position estimation device, comprising: a first acquisition unit that acquires predicted position information indicating a predicted self-position; a second acquisition unit that acquires information on a traveling direction of a moving object; a third acquisition unit that acquires normal information and size information of a feature to be measured by a measuring unit that moves with the moving object;

請求項8に記載の発明は、自己位置推定装置が実行する制御方法であって、予測された自己位置を示す予測位置情報を取得する第1取得工程と、移動体の進行方向の情報を取得する第2取得工程と、前記移動体と共に移動する計測部により計測対象となる地物の法線情報とサイズ情報とを取得する第3取得工程と、前記進行方向の情報と、前記法線情報と、前記サイズ情報とに基づき、前記予測された自己位置を補正する補正工程と、を有する。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a control method executed by a self-position estimation device, comprising: a first acquisition step of acquiring predicted position information indicating a predicted self-position; a second acquisition step of acquiring information of a traveling direction of a moving object; a third acquiring step of acquiring normal line information and size information of a feature to be measured by a measuring unit that moves together with the moving object; and a correcting step of correcting the predicted self-position based on the traveling direction information, the normal line information, and the size information.

請求項9に記載の発明は、コンピュータが実行するプログラムであって、予測された自己位置を示す予測位置情報を取得する第1取得部と、移動体の進行方向の情報を取得する第2取得部と、前記移動体と共に移動する計測部により計測対象となる地物の法線情報とサイズ情報とを取得する第3取得部と、前記進行方向の情報と、前記法線情報と、前記サイズ情報とに基づき、前記予測された自己位置を補正する補正部として前記コンピュータを機能させる。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a program executed by a computer, comprising: a first acquisition unit that acquires predicted position information indicating a predicted self-position; a second acquisition unit that acquires information on the traveling direction of a moving object; a third acquisition unit that acquires normal information and size information of a feature to be measured by a measuring unit that moves together with the moving object; and a correcting unit that corrects the predicted self-position based on the information on the traveling direction, the normal information, and the size information.

運転支援システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a driving support system; FIG. 車載機の機能的構成を示すブロック図である。3 is a block diagram showing a functional configuration of an in-vehicle device; FIG. 地図DBのデータ構造の一例である。It is an example of the data structure of map DB. 状態変数ベクトルを2次元直交座標で表した図である。It is the figure which represented the state variable vector with the two-dimensional orthogonal coordinate. 予測ステップと計測更新ステップとの概略的な関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a schematic relationship between a prediction step and a measurement update step; 自車位置推定部の機能ブロックを示す。3 shows functional blocks of a vehicle position estimator. ライダの計測対象となる地物と車両との位置関係の一例を表す。3 illustrates an example of a positional relationship between a feature to be measured by a rider and a vehicle. 係数値の設定例を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining an example of setting coefficient values; 自車位置推定処理のフローチャートである。4 is a flowchart of self-vehicle position estimation processing; ライダによるレーザ光が照射される地物の被照射面を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing an irradiated surface of a feature irradiated with laser light from a lidar;

本発明の好適な実施形態によれば、自己位置推定装置は、予測された自己位置を示す予測位置情報を取得する第1取得部と、移動体の進行方向の情報を取得する第2取得部と、前記移動体と共に移動する計測部により計測対象となる地物の法線情報とサイズ情報とを取得する第3取得部と、前記進行方向の情報と、前記法線情報と、前記サイズ情報とに基づき、前記予測された自己位置を補正する補正部と、を備える。この態様により、自己位置推定装置は、予測した自己位置を、移動体の進行方向に対する地物の向きやサイズに基づき好適に補正することができる。 According to a preferred embodiment of the present invention, a self-position estimation device includes: a first acquisition unit that acquires predicted position information indicating a predicted self-position; a second acquisition unit that acquires information on a traveling direction of a moving object; a third acquisition unit that acquires normal information and size information of a feature to be measured by a measuring unit that moves with the moving object; According to this aspect, the self-position estimation device can appropriately correct the predicted self-position based on the orientation and size of the feature with respect to the traveling direction of the moving body.

上記自己位置推定装置の一態様では、自己位置推定装置は、前記移動体から前記地物までの前記計測部による計測距離を示す第1距離情報と、前記地物の位置情報に基づき予測された前記移動体から前記地物までの距離を示す第2距離情報とを取得する第4取得部をさらに備え、前記補正部は、前記予測された自己位置を前記第1距離情報及び前記第2距離情報が示す距離の差分値により補正する度合いを、前記進行方向の情報と、前記法線情報と、前記サイズ情報とに基づき定める。この態様により、自己位置推定装置は、第1距離情報及び第2距離情報が示す距離の差分値により予測自己位置を補正する度合いを、移動体の進行方向に対する地物の向きやサイズに基づき好適に調整することができる。 In one aspect of the self-position estimation device, the self-position estimation device further comprises a fourth acquisition unit that acquires first distance information indicating the distance measured by the measurement unit from the mobile object to the feature, and second distance information indicating the distance from the mobile object to the feature predicted based on the position information of the feature, and the correction unit corrects the degree of correction of the predicted self-position based on the difference value between the distances indicated by the first distance information and the second distance information, the traveling direction information, and the normal line information. and the size information. According to this aspect, the self-position estimation device can suitably adjust the degree of correcting the predicted self-position based on the difference value between the distances indicated by the first distance information and the second distance information based on the orientation and size of the feature with respect to the traveling direction of the moving object.

上記自己位置推定装置の他の一態様では、前記補正部は、前記差分値に所定の利得を乗じた値により、前記予測された自己位置を補正し、前記補正部は、前記進行方向の情報と、前記法線情報と、前記サイズ情報とに基づいて、前記利得に対する補正係数を決定する。この態様により、自己位置推定装置は、第1距離情報及び第2距離情報が示す距離の差分値により予測自己位置を補正する度合いを定める利得に対する補正係数を、移動体の進行方向に対する地物の向きやサイズに基づき定めることができる。好適には、前記利得は、カルマンゲインである。 In another aspect of the self-position estimation device, the correction unit corrects the predicted self-position by a value obtained by multiplying the difference value by a predetermined gain, and the correction unit determines a correction coefficient for the gain based on the traveling direction information, the normal information, and the size information. According to this aspect, the self-position estimation device can determine the correction coefficient for the gain that determines the degree of correcting the predicted self-position based on the difference value between the distances indicated by the first distance information and the second distance information, based on the orientation and size of the feature with respect to the traveling direction of the moving object. Preferably, said gain is the Kalman gain.

上記自己位置推定装置の他の一態様では、前記補正部は、前記進行方向と前記法線情報が示す前記地物の法線方向との角度差が大きいほど、前記進行方向において前記予測された自己位置を補正する度合いを低くし、前記角度差が小さいほど、前記移動体の横方向において前記予測された自己位置を補正する度合いを低くする。このようにすることで、自己位置推定装置は、地物の位置計測に誤差が生じやすい方向に対する自己位置の補正の度合いを低くし、位置推定精度を好適に向上させることができる。 In another aspect of the self-position estimation device, the correction unit reduces the degree of correcting the predicted self-position in the traveling direction as the angular difference between the traveling direction and the normal direction of the feature indicated by the normal information is larger, and lowers the degree of correcting the predicted self-position in the lateral direction of the moving object as the angular difference is smaller. By doing so, the self-position estimation device can lower the degree of correction of the self-position in the direction in which the position measurement of the feature tends to cause an error, and can preferably improve the position estimation accuracy.

上記自己位置推定装置の他の一態様では、前記補正部は、前記サイズ情報が示す前記地物のサイズが小さいほど、前記予測された自己位置を補正する度合いを小さくする。一般に、計測する地物のサイズが小さいほど、当該地物に対する計測点が少なくなり、当該地物の位置計測精度が低下する。よって、自己位置推定装置は、この態様により、位置推定精度の低下を好適に抑制することができる。 In another aspect of the self-position estimation device, the correction unit reduces the degree of correcting the predicted self-position as the size of the feature indicated by the size information is smaller. In general, the smaller the size of the feature to be measured, the fewer the number of measurement points for the feature, and the lower the accuracy of position measurement of the feature. Therefore, according to this aspect, the self-position estimation device can suitably suppress deterioration in position estimation accuracy.

上記自己位置推定装置の他の一態様では、前記補正部は、前記サイズ情報が示す前記地物のサイズよりも、前記計測部が計測した前記地物のサイズが小さいほど、前記予測された自己位置を補正する度合いを小さくする。一般に、オクルージョン等に起因して地物の一部分しか計測できない場合には、当該地物の位置計測精度は低くなる。よって、自己位置推定装置は、この態様により、オクルージョン等に起因して地物の一部分しか計測できない場合に予測自己位置の補正の度合いを低下させて自己位置推定精度の低下を好適に抑制することができる。 In another aspect of the self-position estimation device, the correction unit reduces the degree of correcting the predicted self-position as the size of the feature measured by the measurement unit is smaller than the size of the feature indicated by the size information. In general, when only a part of a feature can be measured due to occlusion or the like, the position measurement accuracy of the feature is low. Therefore, according to this aspect, the self-position estimation device can reduce the degree of correction of the predicted self-position when only a part of the feature can be measured due to occlusion or the like, and can suitably suppress the deterioration of the self-position estimation accuracy.

本発明の他の好適な実施形態によれば、自己位置推定装置が実行する制御方法であって、予測された自己位置を示す予測位置情報を取得する第1取得工程と、移動体の進行方向の情報を取得する第2取得工程と、前記移動体と共に移動する計測部により計測対象となる地物の法線情報とサイズ情報とを取得する第3取得工程と、前記進行方向の情報と、前記法線情報と、前記サイズ情報とに基づき、前記予測された自己位置を補正する補正工程と、を有する。自己位置推定装置は、この制御方法を実行することで、予測した自己位置を、移動体の進行方向に対する地物の向きやサイズに基づき好適に補正することができる。 According to another preferred embodiment of the present invention, there is provided a control method executed by a self-localization estimating device, comprising: a first acquiring step of acquiring predicted position information indicating a predicted self-position; a second acquiring step of acquiring information of a moving direction of a moving body; a third acquiring step of acquiring normal line information and size information of a feature to be measured by a measuring unit that moves with the moving body; and a correcting step of correcting the predicted self-position based on the moving direction information, the normal line information, and the size information. . By executing this control method, the self-position estimation device can appropriately correct the predicted self-position based on the orientation and size of the feature relative to the traveling direction of the moving body.

本発明の他の好適な実施形態によれば、コンピュータが実行するプログラムであって、予測された自己位置を示す予測位置情報を取得する第1取得部と、移動体の進行方向の情報を取得する第2取得部と、前記移動体と共に移動する計測部により計測対象となる地物の法線情報とサイズ情報とを取得する第3取得部と、前記進行方向の情報と、前記法線情報と、前記サイズ情報とに基づき、前記予測された自己位置を補正する補正部として前記コンピュータを機能させる。コンピュータは、このプログラムを実行することで、予測した自己位置を、移動体の進行方向に対する地物の向きやサイズに基づき好適に補正することができる。好適には、上記プログラムは、記憶媒体に記憶される。 According to another preferred embodiment of the present invention, there is provided a program executed by a computer, comprising: a first acquisition unit that acquires predicted position information indicating a predicted self-position; a second acquisition unit that acquires information on the traveling direction of a moving object; a third acquisition unit that acquires normal information and size information of a feature to be measured by a measuring unit that moves with the moving object; By executing this program, the computer can appropriately correct the predicted self-position based on the orientation and size of the feature with respect to the traveling direction of the moving object. Preferably, the program is stored in a storage medium.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。なお、任意の記号の上に「^」または「-」が付された文字を、本明細書では便宜上、「A」または「A」(「A」は任意の文字)と表す。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this specification, for the sake of convenience, a character with "^" or "-" above any symbol is represented as "A ^ " or " A- " (where "A" is an arbitrary character).

[概略構成]
図1は、本実施例に係る運転支援システムの概略構成図である。図1に示す運転支援システムは、車両に搭載され、車両の運転支援に関する制御を行う車載機1と、ライダ(Lidar:Light Detection and Ranging、または、Laser Illuminated Detection And Ranging)2と、ジャイロセンサ3と、車速センサ4と、GPS受信機5とを有する。
[Outline configuration]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a driving support system according to this embodiment. The driving support system shown in FIG. 1 is mounted on a vehicle and includes an on-vehicle device 1 that performs control related to driving support of the vehicle, a lidar (Light Detection and Ranging, or Laser Illuminated Detection And Ranging) 2, a gyro sensor 3, a vehicle speed sensor 4, and a GPS receiver 5.

車載機1は、ライダ2、ジャイロセンサ3、車速センサ4、及びGPS受信機5と電気的に接続し、これらの出力に基づき、車載機1が搭載される車両の位置(「自車位置」とも呼ぶ。)の推定を行う。そして、車載機1は、自車位置の推定結果に基づき、設定された目的地への経路に沿って走行するように、車両の自動運転制御などを行う。車載機1は、道路データ及び道路付近に設けられた目印となる地物に関する情報である地物情報を記憶した地図データベース(DB:DataBase)10を記憶する。上述の目印となる地物は、例えば、道路脇に周期的に並んでいるキロポスト、100mポスト、デリニエータ、交通インフラ設備(例えば標識、方面看板、信号)、電柱、街灯などの地物である。そして、車載機1は、この地物情報に基づき、ライダ2等の出力と照合させて自車位置の推定を行う。車載機1は、本発明における「自己位置推定装置」の一例である。 The in-vehicle device 1 is electrically connected to the rider 2, the gyro sensor 3, the vehicle speed sensor 4, and the GPS receiver 5, and based on the outputs of these, the position of the vehicle in which the in-vehicle device 1 is mounted (also referred to as “vehicle position”) is estimated. Based on the result of estimating the position of the vehicle, the vehicle-mounted device 1 performs automatic operation control of the vehicle so that the vehicle travels along the set route to the destination. The in-vehicle device 1 stores a map database (DB: DataBase) 10 that stores road data and feature information that is information about features that serve as landmarks provided near roads. Examples of the features that serve as landmarks include features such as kilo-posts, 100-m posts, delineators, traffic infrastructure facilities (for example, signs, signboards, and signals), utility poles, and streetlights that are periodically arranged along the road. Then, the in-vehicle device 1 estimates the position of the vehicle by comparing it with the output of the rider 2 or the like based on the feature information. The in-vehicle device 1 is an example of the "self-position estimation device" in the present invention.

ライダ2は、水平方向および垂直方向の所定の角度範囲に対してパルスレーザを出射することで、外界に存在する物体までの距離を離散的に測定し、当該物体の位置を示す3次元の点群情報を生成する。この場合、ライダ2は、照射方向を変えながらレーザ光を照射する照射部と、照射したレーザ光の反射光(散乱光)を受光する受光部と、受光部が出力する受光信号に基づくスキャンデータを出力する出力部とを有する。スキャンデータは、受光部が受光したレーザ光に対応する照射方向と、上述の受光信号に基づき特定される当該レーザ光の応答遅延時間とに基づき生成される。一般的に、対象物までの距離が近いほどライダの距離計測値の精度は高く、距離が遠いほど精度は低い。ライダ2、ジャイロセンサ3、車速センサ4、GPS受信機5は、それぞれ、出力データを車載機1へ供給する。ライダ2は、本発明における「計測部」の一例である。 The lidar 2 emits a pulsed laser over a predetermined angular range in the horizontal and vertical directions to discretely measure the distance to an object existing in the external world and generate three-dimensional point cloud information indicating the position of the object. In this case, the lidar 2 has an irradiating section that irradiates laser light while changing the irradiation direction, a light receiving section that receives reflected light (scattered light) of the irradiated laser light, and an output section that outputs scan data based on the light receiving signal output by the light receiving section. The scan data is generated based on the irradiation direction corresponding to the laser light received by the light receiving unit and the response delay time of the laser light specified based on the light reception signal described above. In general, the shorter the distance to the object, the higher the accuracy of the distance measurement value of the lidar, and the longer the distance, the lower the accuracy. The rider 2 , the gyro sensor 3 , the vehicle speed sensor 4 and the GPS receiver 5 each supply output data to the onboard device 1 . The rider 2 is an example of a "measurement section" in the present invention.

図2は、車載機1の機能的構成を示すブロック図である。車載機1は、主に、インターフェース11と、記憶部12と、入力部14と、制御部15と、情報出力部16と、を有する。これらの各要素は、バスラインを介して相互に接続されている。 FIG. 2 is a block diagram showing the functional configuration of the vehicle-mounted device 1. As shown in FIG. The in-vehicle device 1 mainly has an interface 11 , a storage section 12 , an input section 14 , a control section 15 and an information output section 16 . These elements are interconnected via bus lines.

インターフェース11は、ライダ2、ジャイロセンサ3、車速センサ4、及びGPS受信機5などのセンサから出力データを取得し、制御部15へ供給する。 The interface 11 acquires output data from sensors such as the rider 2 , the gyro sensor 3 , the vehicle speed sensor 4 and the GPS receiver 5 and supplies the data to the control unit 15 .

記憶部12は、制御部15が実行するプログラムや、制御部15が所定の処理を実行するのに必要な情報を記憶する。本実施例では、記憶部12は、地物情報を含む地図DB10を記憶する。図3は、地図DB10のデータ構造の一例を示す。図3に示すように、地図DB10は、施設情報、道路データ、及び地物情報を含む。 The storage unit 12 stores programs executed by the control unit 15 and information necessary for the control unit 15 to execute predetermined processing. In this embodiment, the storage unit 12 stores a map DB 10 including feature information. FIG. 3 shows an example of the data structure of the map DB 10. As shown in FIG. As shown in FIG. 3, the map DB 10 includes facility information, road data, and feature information.

地物情報は、地物ごとに当該地物に関する情報が関連付けられた情報であり、ここでは、地物のインデックスに相当する地物IDと、位置情報と、法線情報と、サイズ情報とを含む。位置情報は、緯度及び経度(及び標高)等により表わされた地物の絶対的な位置を示す。法線情報及びサイズ情報は、例えば、看板などの平面的な形状を有している地物に対して設けられる情報である。法線情報は、地物の向きを表す情報であり、例えば地物に形成された面に対する法線ベクトル等を示す。サイズ情報は、地物の大きさを表す情報であり、例えば、地物に形成された面の面積を示す情報であってもよく、地物に形成された面の縦及び横の幅の情報を示すものであってもよい。 The feature information is information in which information about the feature is associated with each feature, and includes a feature ID corresponding to the index of the feature, position information, normal line information, and size information. The positional information indicates the absolute position of a feature represented by latitude and longitude (and altitude). Normal line information and size information are information provided for a feature having a planar shape such as a signboard, for example. The normal line information is information representing the orientation of the feature, and indicates, for example, a normal vector or the like with respect to a surface formed on the feature. The size information is information representing the size of the feature, and may be, for example, information indicating the area of the surface formed on the feature, or information indicating the vertical and horizontal widths of the surface formed on the feature.

なお、地図DB10は、定期的に更新されてもよい。この場合、例えば、制御部15は、図示しない通信部を介し、地図情報を管理するサーバ装置から、自車位置が属するエリアに関する部分地図情報を受信し、地図DB10に反映させる。 Note that the map DB 10 may be updated periodically. In this case, for example, the control unit 15 receives partial map information related to the area to which the vehicle position belongs from a server device that manages map information via a communication unit (not shown), and reflects it in the map DB 10 .

入力部14は、ユーザが操作するためのボタン、タッチパネル、リモートコントローラ、音声入力装置等である。情報出力部16は、例えば、制御部15の制御に基づき出力を行うディスプレイやスピーカ等である。 The input unit 14 is a button, a touch panel, a remote controller, a voice input device, or the like for user operation. The information output unit 16 is, for example, a display, a speaker, or the like that outputs based on the control of the control unit 15 .

制御部15は、プログラムを実行するCPUなどを含み、車載機1の全体を制御する。本実施例では、制御部15は、自車位置推定部17を有する。制御部15は、本発明における「第1取得部」、「第2取得部」、「第3取得部」、「第4取得部」、「補正部」、及びプログラムを実行する「コンピュータ」の一例である。 The control unit 15 includes a CPU that executes programs and the like, and controls the entire in-vehicle device 1 . In this embodiment, the controller 15 has a vehicle position estimator 17 . The control unit 15 is an example of the “first acquisition unit”, the “second acquisition unit”, the “third acquisition unit”, the “fourth acquisition unit”, the “correction unit”, and the “computer” that executes the program in the present invention.

自車位置推定部17は、地物に対するライダ2による距離及び角度の計測値と、地図DB10から抽出した地物の位置情報とに基づき、ジャイロセンサ3、車速センサ4、及び/又はGPS受信機5の出力データから推定した自車位置を補正する。本実施例では、一例として、自車位置推定部17は、ベイズ推定に基づく状態推定手法に基づき、ジャイロセンサ3、車速センサ4等の出力データから自車位置を推定する予測ステップと、直前の予測ステップで算出した自車位置の推定値を補正する計測更新ステップとを交互に実行する。これらのステップで用いる状態推定フィルタは、ベイズ推定を行うように開発された様々のフィルタが利用可能であり、例えば、拡張カルマンフィルタ、アンセンテッドカルマンフィルタ、パーティクルフィルタなどが該当する。このように、ベイズ推定に基づく位置推定は、種々の方法が提案されている。以下では、一例として拡張カルマンフィルタを用いた自車位置推定について簡略的に説明する。 The vehicle position estimation unit 17 corrects the vehicle position estimated from the output data of the gyro sensor 3, the vehicle speed sensor 4, and/or the GPS receiver 5, based on the distance and angle measured by the rider 2 with respect to the feature and the position information of the feature extracted from the map DB 10. In this embodiment, as an example, the vehicle position estimation unit 17 alternately executes a prediction step of estimating the vehicle position from output data of the gyro sensor 3, the vehicle speed sensor 4, etc., and a measurement update step of correcting the estimated value of the vehicle position calculated in the previous prediction step, based on a state estimation method based on Bayesian estimation. As the state estimation filter used in these steps, various filters developed for Bayesian estimation can be used, such as an extended Kalman filter, an unscented Kalman filter, and a particle filter. Thus, various methods have been proposed for position estimation based on Bayesian estimation. As an example, vehicle position estimation using an extended Kalman filter will be briefly described below.

図4は、状態変数ベクトルxを2次元直交座標で表した図である。図4に示すように、xyの2次元直交座標上で定義された平面での自車位置は、座標「(x、y)」、自車の方位「Ψ」により表される。ここでは、方位Ψは、車の進行方向とx軸とのなす角として定義されている。座標(x、y)は、例えば緯度及び経度の組合せに相当する絶対位置を示す。 FIG. 4 is a diagram showing the state variable vector x in two-dimensional rectangular coordinates. As shown in FIG. 4, the position of the vehicle on a plane defined on two-dimensional orthogonal coordinates of xy is represented by the coordinates "(x, y)" and the direction of the vehicle "Ψ". Here, the azimuth Ψ is defined as the angle between the direction of travel of the vehicle and the x-axis. The coordinates (x, y) indicate an absolute position, for example a combination of latitude and longitude.

図5は、予測ステップと計測更新ステップとの概略的な関係を示す図である。また、図6は、自車位置推定部17の機能ブロックの一例を示す。図5に示すように、予測ステップと計測更新ステップとを繰り返すことで、自車位置を示す状態変数ベクトル「X」の推定値の算出及び更新を逐次的に実行する。また、図6に示すように、自車位置推定部17は、予測ステップを実行する位置予測部21と、計測更新ステップを実行する位置推定部22とを有する。位置予測部21は、デッドレコニングブロック23及び位置予測ブロック24を含み、位置推定部22は、地物探索・抽出ブロック25及び位置補正ブロック26を含む。なお、図5では、計算対象となる基準時刻(即ち現在時刻)「t」の状態変数ベクトルを、「X(t)」または「X(t)」と表記している(「状態変数ベクトルX(t)=(x(t)、y(t)、Ψ(t))」と表記する)。ここで、予測ステップで推定された暫定的な推定値(予測値)には当該予測値を表す文字の上に「」を付し、計測更新ステップで更新された,より精度の高い推定値には当該値を表す文字の上に「」を付す。 FIG. 5 is a diagram showing a schematic relationship between the prediction step and the measurement update step. 6 shows an example of functional blocks of the vehicle position estimation unit 17. As shown in FIG. As shown in FIG. 5, by repeating the prediction step and the measurement update step, the estimated value of the state variable vector "X" indicating the vehicle position is sequentially calculated and updated. Further, as shown in FIG. 6, the vehicle position estimation unit 17 has a position prediction unit 21 that executes a prediction step and a position estimation unit 22 that executes a measurement update step. The position prediction unit 21 includes a dead reckoning block 23 and a position prediction block 24 , and the position estimation unit 22 includes a feature search/extraction block 25 and a position correction block 26 . In FIG. 5, the state variable vector at the reference time (that is, the current time) “t” to be calculated is expressed as “ X− (t)” or “X ^ (t)” (expressed as “state variable vector X(t)=(x(t), y(t), Ψ(t)) T ”). Here, the provisional estimated value (predicted value) estimated in the prediction step is attached with " - " above the character representing the predicted value, and the more accurate estimated value updated in the measurement update step is attached with " ^ " above the character representing the value.

予測ステップでは、自車位置推定部17のデッドレコニングブロック23は、車両の移動速度「v」と角速度「ω」(これらをまとめて「制御値u(t)=(v(t)、ω(t))」と表記する。)を用い、前回時刻からの移動距離と方位変化を求める。自車位置推定部17の位置予測ブロック24は、直前の計測更新ステップで算出された時刻t-1の状態変数ベクトルX(t-1)に対し、求めた移動距離と方位変化を加えて、時刻tの自車位置の予測値(「予測自車位置」とも呼ぶ。)X(t)を算出する。また、これと同時に、予測自車位置X(t)の誤差分布に相当する共分散行列「P(t)」を、直前の計測更新ステップで算出された時刻t-1での共分散行列「P(t-1)」から算出する。 In the prediction step, the dead reckoning block 23 of the vehicle position estimating unit 17 uses the moving speed “v” and the angular velocity “ω” of the vehicle (these are collectively written as “control value u(t)=(v(t), ω(t)) T ”) to obtain the moving distance and direction change from the previous time. The position prediction block 24 of the vehicle position estimator 17 calculates the predicted value of the vehicle position at time t (also referred to as the “predicted vehicle position”) X (t) by adding the calculated moving distance and direction change to the state variable vector X ^ (t−1) at time t−1 calculated in the immediately preceding measurement update step. At the same time, the covariance matrix “P (t)” corresponding to the error distribution of the predicted vehicle position X (t) is calculated from the covariance matrix “P ^ (t−1)” at time t−1 calculated in the immediately preceding measurement update step.

計測更新ステップでは、自車位置推定部17の地物探索・抽出ブロック25は、地図DB10に登録された地物の位置ベクトルとライダ2のスキャンデータとの対応付けを行う。そして、自車位置推定部17の地物探索・抽出ブロック25は、この対応付けができた場合に、対応付けができた地物のライダ2による計測値(「地物計測値」と呼ぶ。)「Z(t)」と、予測自車位置X(t)及び地図DB10に登録された地物の位置ベクトルを用いてライダ2による計測処理をモデル化して求めた地物の計測推定値(「地物予測値」と呼ぶ。)「Z(t)」とをそれぞれ取得する。地物計測値Z(t)は、時刻tにライダ2が計測した地物の距離及びスキャン角度から、車両の進行方向と横方向を軸とした成分に変換した車両のボディ座標系における2次元ベクトルである。そして、自車位置推定部17の位置補正ブロック26は、以下の式(1)に示すように、地物計測値Z(t)と地物予測値Z(t)との差分値を算出する。 In the measurement update step, the feature search/extraction block 25 of the vehicle position estimation unit 17 associates the position vector of the feature registered in the map DB 10 with the scan data of the rider 2 . When this association is established, the feature search/extraction block 25 of the vehicle position estimating unit 17 generates "Z(t)", the value of the associated feature measured by the rider 2 (referred to as "feature measurement value"), and the measured feature value (referred to as "predicted feature value") " Z- (t)" of the feature obtained by modeling the measurement processing by the rider 2 using the predicted vehicle position X- (t) and the position vector of the feature registered in the map DB 10. respectively. The feature measurement value Z(t) is a two-dimensional vector in the vehicle body coordinate system obtained by converting the distance and scan angle of the feature measured by the rider 2 at time t into components with axes in the traveling direction and the lateral direction of the vehicle. Then, the position correction block 26 of the vehicle position estimator 17 calculates the difference value between the feature measured value Z(t) and the feature predicted value Z (t) as shown in the following equation (1).

また、自車位置推定部17の位置補正ブロック26は、以下の式(2)に示すように、地物計測値Z(t)と地物予測値Z(t)との差分値にカルマンゲイン「K(t)」を乗算し、これを予測自車位置X(t)に加えることで、更新された状態変数ベクトル(「推定自車位置」とも呼ぶ。)X(t)を算出する。 In addition, the position correction block 26 of the vehicle position estimation unit 17 calculates an updated state variable vector (also referred to as "estimated vehicle position") X ^ (t) by multiplying the difference value between the feature measured value Z(t) and the feature predicted value Z- (t) by the Kalman gain "K(t)" and adding this to the predicted vehicle position X- ( t), as shown in the following equation (2).

また、計測更新ステップでは、自車位置推定部17の位置補正ブロック26は、予測ステップと同様、推定自車位置X(t)の誤差分布に相当する共分散行列P(t)(単にP(t)とも表記する)を共分散行列P(t)から求める。カルマンゲインK(t)等のパラメータについては、例えば拡張カルマンフィルタを用いた公知の自己位置推定技術と同様に算出することが可能である。 Further, in the measurement update step, the position correction block 26 of the vehicle position estimation unit 17 obtains the covariance matrix P ^ (t) (also simply written as P(t)) corresponding to the error distribution of the estimated vehicle position X ^ (t) from the covariance matrix P- (t), as in the prediction step. Parameters such as the Kalman gain K(t) can be calculated in the same manner as known self-position estimation techniques using an extended Kalman filter, for example.

なお、自車位置推定部17は、複数の地物に対し、地図DB10に登録された地物の位置ベクトルとライダ2のスキャンデータとの対応付けができた場合、選定した任意の一個の地物計測値等に基づき計測更新ステップを行ってもよく、対応付けができた全ての地物計測値等に基づき計測更新ステップを複数回行ってもよい。なお、複数の地物計測値等を用いる場合には、自車位置推定部17は、ライダ2から遠い地物ほどライダ計測精度が悪化することを勘案し、ライダ2と地物との距離が長いほど、当該地物に関する重み付けを小さくするとよい。 When the position vector of the feature registered in the map DB 10 and the scan data of the rider 2 are associated with a plurality of features, the vehicle position estimation unit 17 may perform the measurement update step based on any one selected feature measurement value or the like, or may perform the measurement update step a plurality of times based on all the associated feature measurement values or the like. When using a plurality of feature measurement values, etc., the vehicle position estimation unit 17 takes into consideration that the accuracy of the lidar measurement deteriorates as the feature is farther from the rider 2. Therefore, the longer the distance between the rider 2 and the feature, the smaller the weighting of the feature.

このように、予測ステップと計測更新ステップが繰り返し実施され、予測自車位置X(t)と推定自車位置X(t)が逐次的に計算されることにより、もっとも確からしい自車位置が計算される。 In this way, the prediction step and the measurement update step are repeated, and the predicted vehicle position X (t) and the estimated vehicle position (t) are sequentially calculated, thereby calculating the most probable vehicle position.

なお、上記の説明において、地物計測値Z(t)は本発明の「第1距離情報」の一例であり、地物予測値Z(t)は本発明の「第2距離情報」の一例である。 In the above description, the feature measured value Z(t) is an example of the "first distance information" of the present invention, and the feature predicted value Z- (t) is an example of the "second distance information" of the present invention.

[自車位置推定の詳細]
次に、本実施例における自車位置推定の詳細について説明する。概略的には、自車位置推定部17は、ライダ2による計測対象の地物の地物情報に含まれる法線情報及びサイズ情報に基づき、カルマンゲインを補正する。これにより、自車位置推定部17は、計測対象の地物の向き及びサイズに応じて車両の進行方向及び横方向での地物計測値の精度を推定し、当該精度に応じて各方向における予測自車位置X(t)の補正量を的確に定める。
[Details of vehicle position estimation]
Next, details of vehicle position estimation in this embodiment will be described. Schematically, the vehicle position estimation unit 17 corrects the Kalman gain based on the normal line information and size information included in the feature information of the feature to be measured by the rider 2 . As a result, the vehicle position estimating unit 17 estimates the accuracy of the feature measurement values in the traveling direction and the lateral direction of the vehicle according to the orientation and size of the feature to be measured, and accurately determines the correction amount of the predicted vehicle position X (t) in each direction according to the accuracy.

図7は、ライダ2の計測対象となる地物50と車両との位置関係の一例を表す図である。図7において、矢印40は、車両の進行方向を示し、矢印41は、地物50の法線方向を示す。また、計測点「P1」~「P7」は、ライダ2が出力した点群データの各点の位置を示す。さらに、「Δθ」は、矢印40が示す車両の進行方向と矢印41が示す地物50の法線方向との角度差を示す。なお、角度差Δθは、0~90度の範囲であるものとする。 FIG. 7 is a diagram showing an example of the positional relationship between the feature 50 to be measured by the rider 2 and the vehicle. In FIG. 7 , an arrow 40 indicates the traveling direction of the vehicle, and an arrow 41 indicates the normal direction of the feature 50 . Also, measurement points “P1” to “P7” indicate the positions of points in the point cloud data output by the rider 2 . Furthermore, “Δθ” indicates the angular difference between the traveling direction of the vehicle indicated by arrow 40 and the normal direction of feature 50 indicated by arrow 41 . Note that the angle difference Δθ is assumed to be in the range of 0 to 90 degrees.

図7の例では、自車位置推定部17は、ライダ2から計測点P1~P7を示す点群データを取得し、取得した点群データからx方向及びy方向のそれぞれの地物計測値Z(t)を算出する。この場合、自車位置推定部17は、地物50に対する計測点P1~P7が示すボディ座標系のx座標の重心座標(即ち各計測点が示す座標の平均値)を、x方向の地物計測値Z(t)として算出し、地物50に対する計測点P1~P7が示すボディ座標系のy座標の重心座標を、y方向の地物計測値Z(t)として算出する。 In the example of FIG. 7, the vehicle position estimation unit 17 acquires point cloud data indicating the measurement points P1 to P7 from the rider 2, and calculates feature measurement values Z(t) in the x and y directions from the acquired point cloud data. In this case, the vehicle position estimation unit 17 calculates the barycentric coordinates of the x coordinates of the body coordinate system indicated by the measurement points P1 to P7 for the feature 50 (that is, the average value of the coordinates indicated by the respective measurement points) as the feature measurement value Z(t) in the x direction, and calculates the barycentric coordinates of the y coordinates of the body coordinate system indicated by the measurement points P1 to P7 for the feature 50 as the feature measurement value Z(t) in the y direction.

このとき、角度差Δθが小さい(即ち平行に近い)ほど、地物計測値の進行方向成分の精度が高まり、横方向成分の精度が低くなる。言い換えると、角度差Δθが大きい(即ち垂直に近い)ほど、地物計測値の横方向成分の精度が高まり、進行方向成分の精度が低くなる。また、地物50のサイズが大きいほど、当該地物50に対するライダ2の計測点が多くなるため、地物計測値の精度が高まる。 At this time, the smaller the angle difference Δθ (that is, the closer to parallel), the higher the accuracy of the traveling direction component of the feature measurement value, and the lower the accuracy of the lateral component. In other words, the larger the angle difference Δθ (that is, closer to vertical), the higher the accuracy of the lateral component of the feature measurement value, and the lower the accuracy of the traveling direction component. Also, as the size of the feature 50 increases, the number of measurement points for the rider 2 with respect to the feature 50 increases, so the accuracy of the feature measurement value increases.

以上を勘案し、自車位置推定部17は、角度差Δθと、計測対象の地物のサイズ情報とに基づき、カルマンゲインを小さくするための係数値「a(t)」、「a(t)」を算出し、以下の式(3)に示すように、これらをカルマンゲインK(t)に乗じることで、補正後のカルマンゲイン「K(t)´」を算出する。 In consideration of the above, the vehicle position estimation unit 17 calculates the coefficient values “a X (t)” and “a Y (t)” for reducing the Kalman gain based on the angle difference Δθ and the size information of the feature to be measured, and multiplies these by the Kalman gain K(t) as shown in the following equation (3) to calculate the Kalman gain “K(t)′” after correction.

これにより、自車位置推定部17は、地物計測値の精度が高い方向に対する予測自車位置X(t)への地物計測値Z(t)と地物予測値Z(t)との差分値による補正量を相対的に大きくし、地物計測値の精度が低い方向に対する予測自車位置X(t)への上述の差分値による補正量を相対的に小さくする。 As a result, the vehicle position estimation unit 17 relatively increases the correction amount based on the difference value between the feature measurement value Z(t) and the feature prediction value Z (t) for the predicted vehicle position X (t) in the direction in which the feature measurement value is highly accurate, and relatively decreases the correction amount based on the above-described difference value for the predicted vehicle position X (t) in the direction in which the feature measurement value is low in accuracy.

この場合、係数値a(t)、a(t)は、0から1までの値となり、かつ、計測対象の地物のサイズが大きいほど大きい値となるように定められる。さらに、係数a(t)は、角度差Δθが大きいほど小さい値となり、a(t)は、角度差Δθが大きいほど大きい値となるように定められる。言い換えると、係数a(t)は、角度差Δθが小さいほど大きい値となり、a(t)は、角度差Δθが小さいほど小さい値となるように定められる。係数値a(t)、a(t)は、式又はテーブルを用いて設定され、例えば、計測対象の地物のサイズ(例えば面積)を「S」とすると、以下の式(4)に基づき設定される。 In this case, the coefficient values a X (t) and a Y (t) are values between 0 and 1, and are determined to increase as the size of the feature to be measured increases. Furthermore, the coefficient a X (t) is determined to have a smaller value as the angle difference Δθ increases, and the coefficient a Y (t) has a greater value as the angle difference Δθ increases. In other words, the smaller the angular difference Δθ, the larger the coefficient a X (t), and the smaller the smaller the angular difference Δθ, the smaller the coefficient a Y (t). The coefficient values aX (t) and aY (t) are set using formulas or tables. For example, if the size (for example, area) of the feature to be measured is "S", it is set based on the following formula (4).

このように算出した係数値a(t)、a(t)に基づきカルマンゲインを補正することで、誤差量が多い可能性のある小さいサイズの地物(看板等)を計測対象とした場合にはカルマンゲインが小さくなり,誤差量が少ないと思われる大きいサイズの地物を計測対象とした場合にはカルマンゲインは小さくならない。また、車両から見て誤差が大きくなる方向のカルマンゲインが小さくなり、誤差が少ない方向のカルマンゲインは小さくならない。よって、計測誤差が多く含まれる可能性のあるデータの重みが相対的に小さくなり、計算される自車位置の精度が向上する。係数値a(t)、a(t)は、本発明における「補正係数」の一例である。 By correcting the Kalman gain based on the coefficient values aX (t) and aY (t) calculated in this manner, the Kalman gain becomes small when a small-sized feature (such as a signboard) that may have a large amount of error is measured, but does not decrease when a large-sized feature that is likely to have a small amount of error is targeted for measurement. Also, the Kalman gain in the direction in which the error is large as viewed from the vehicle becomes small, and the Kalman gain in the direction in which the error is small does not become small. Therefore, the weight of data that may contain many measurement errors is relatively small, and the accuracy of the calculated vehicle position is improved. The coefficient values aX (t) and aY (t) are examples of "correction coefficients" in the present invention.

次に、図8を参照して係数値a(t)、a(t)の設定例について説明する。 Next, setting examples of the coefficient values aX (t) and aY (t) will be described with reference to FIG.

図8(A)は、ライダ2によるスキャンを実行中の車両の俯瞰図を示す。図8(A)では、ライダ2の計測範囲内に法線方向が異なる地物51、52が存在している。図8(B)は、ライダ2の計測点「P11」~「P15」を明示した地物51の拡大図である。また、図8(C)は、ライダ2の計測点「P16」~「P19」を明示した地物52の拡大図である。図8(B)、(C)では、それぞれ、各照射点の位置座標から算出した車両の横方向及び進行方向の重心座標が破線により示されている。なお、図8(A)~(C)では、説明便宜上、ライダ2が所定の走査面に沿ってレーザ光を出射した場合を例示しているが、高さの異なる複数の走査面に沿ってレーザ光を出射してもよい。 FIG. 8A shows a bird's-eye view of the vehicle during scanning by the lidar 2. FIG. In FIG. 8A, features 51 and 52 having different normal directions are present within the measurement range of the rider 2 . FIG. 8B is an enlarged view of the feature 51 clearly indicating the measurement points "P11" to "P15" of the rider 2. FIG. FIG. 8(C) is an enlarged view of the feature 52 clearly indicating the measurement points "P16" to "P19" of the rider 2. As shown in FIG. In FIGS. 8B and 8C, the coordinates of the center of gravity of the vehicle in the lateral direction and the traveling direction calculated from the positional coordinates of each irradiation point are indicated by dashed lines. In FIGS. 8A to 8C, for convenience of explanation, the case where the lidar 2 emits laser light along a predetermined scanning plane is exemplified, but laser light may be emitted along a plurality of scanning planes having different heights.

図8(A)及び図8(B)に示すように、地物51の法線方向は、車両の横方向と略一致している。従って、照射点P11~P15は、車両の進行方向に沿って並んでおり、進行方向におけるばらつきが大きく、横方向のばらつきが小さい。従って、地物51を用いた位置推定では、照射点P11~P15のばらつきが小さい横方向成分の地物計測値の精度が高くなることが予測される。そして、この場合、角度差Δθは、ほぼ90度であり、「cosΔθ≒0」かつ「sinΔθ≒1」となるため、式(4)に基づく係数値a(t)は0に近い値となり、係数値a(t)はサイズSに応じた値となる。よって、この場合、地物計測値の精度が低くなるx方向(即ち進行方向)に対する予測自車位置X(t)への補正量を相対的に小さくすることができる。 As shown in FIGS. 8A and 8B, the normal direction of the feature 51 substantially coincides with the lateral direction of the vehicle. Therefore, the irradiation points P11 to P15 are arranged along the traveling direction of the vehicle, and have large variations in the traveling direction and small variations in the lateral direction. Therefore, in the position estimation using the feature 51, it is expected that the accuracy of the feature measurement value of the horizontal component with small variations in the irradiation points P11 to P15 will be high. In this case, since the angular difference Δθ is approximately 90 degrees, and “cos Δθ≈0” and “sin Δθ≈1”, the coefficient value a X (t) based on Equation (4) is a value close to 0, and the coefficient value a Y (t) is a value corresponding to the size S. Therefore, in this case, it is possible to relatively reduce the amount of correction to the predicted vehicle position X (t) in the x direction (that is, traveling direction) in which the accuracy of the feature measurement value is low.

一方、図8(A)及び図8(C)に示すように、地物52の法線方向は、車両の進行方向と略一致している。従って、照射点P16~P19は、車両の横方向に沿って並んでおり、横方向におけるばらつきが大きく、進行方向のばらつきが小さい。従って、地物52を用いた位置推定では、照射点P16~P19のばらつきが小さい進行方向成分の地物計測値の精度が高くなることが予測される。そして、この場合、角度差Δθは、ほぼ0度であり、「cosΔθ≒1」かつ「sinΔθ≒0」となるため、式(4)に基づく係数値a(t)はサイズSに応じた値となり、係数値a(t)は0に近い値となる。よって、この場合、地物計測値の精度が低くなるy方向(即ち横方向)に対する予測自車位置X(t)への補正量を相対的に小さくすることができる。なお、係数値a(t)とa(t)は、下限値を設けてもよい。その場合、式(4)で計算される結果が所定の下限値以下となる場合は,その下限値が設定される。これにより、Δθによっては補正されない方向が継続してしまう状況を回避できる。 On the other hand, as shown in FIGS. 8(A) and 8(C), the normal direction of the feature 52 substantially coincides with the traveling direction of the vehicle. Therefore, the irradiation points P16 to P19 are arranged along the lateral direction of the vehicle, and have large variations in the lateral direction and small variations in the traveling direction. Therefore, in the position estimation using the feature 52, it is expected that the accuracy of the feature measurement value of the traveling direction component with small variations in the irradiation points P16 to P19 will be high. In this case, since the angle difference Δθ is approximately 0 degrees, and “cos Δθ≈1” and “sin Δθ≈0”, the coefficient value a X (t) based on Equation (4) is a value corresponding to the size S, and the coefficient value a Y (t) is a value close to 0. Therefore, in this case, the amount of correction to the predicted vehicle position X (t) in the y direction (that is, lateral direction) where the accuracy of the feature measurement value is low can be made relatively small. A lower limit value may be provided for the coefficient values a X (t) and a Y (t). In that case, if the result calculated by equation (4) is equal to or less than a predetermined lower limit, the lower limit is set. As a result, it is possible to avoid a situation in which the direction that is not corrected by Δθ continues.

図9は、車載機1の自車位置推定部17により行われる自車位置推定処理のフローチャートである。車載機1は、図9のフローチャートの処理を繰り返し実行する。 FIG. 9 is a flowchart of vehicle position estimation processing performed by the vehicle position estimation unit 17 of the vehicle-mounted device 1 . The in-vehicle device 1 repeatedly executes the processing of the flowchart of FIG.

まず、自車位置推定部17は、GPS受信機5等の出力に基づき、自車位置の初期値を設定する(ステップS101)。次に、自車位置推定部17は、車速センサ4から車体速度を取得すると共に、ジャイロセンサ3からヨー方向の角速度を取得する(ステップS102)。そして、自車位置推定部17は、ステップS102の取得結果に基づき、車両の移動距離と車両の方位変化を計算する(ステップS103)。 First, the vehicle position estimator 17 sets the initial value of the vehicle position based on the output of the GPS receiver 5 (step S101). Next, the vehicle position estimator 17 acquires the vehicle body speed from the vehicle speed sensor 4 and acquires the angular velocity in the yaw direction from the gyro sensor 3 (step S102). Then, the vehicle position estimator 17 calculates the moving distance of the vehicle and the change in the orientation of the vehicle based on the result obtained in step S102 (step S103).

その後、自車位置推定部17は、1時刻前の推定自車位置X(t-1)に、ステップS103で計算した移動距離と方位変化を加算し、予測自車位置X(t)を算出する(ステップS104)。さらに、自車位置推定部17は、予測自車位置X(t)に基づき、地図DB10の地物情報を参照し、ライダ2の計測範囲となる地物を探索する(ステップS105)。 After that, the vehicle position estimating unit 17 adds the moving distance and the azimuth change calculated in step S103 to the estimated vehicle position X ^ (t-1) one time ago to calculate the predicted vehicle position X (t) (step S104). Further, the vehicle position estimating unit 17 refers to the feature information in the map DB 10 based on the predicted vehicle position X (t), and searches for a feature that is the measurement range of the rider 2 (step S105).

そして、自車位置推定部17は、予測自車位置X(t)及びステップS105で探索した地物の地物情報が示す位置座標から、地物予測値Z(t)を算出する(ステップS106)。さらに、ステップS106では、自車位置推定部17は、ステップS105で探索した地物に対するライダ2の計測データから地物計測値Z(t)を算出する。 Then, the vehicle position estimator 17 calculates the feature prediction value Z (t) from the predicted vehicle position X (t) and the position coordinates indicated by the feature information of the feature searched in step S105 (step S106). Further, in step S106, the vehicle position estimation unit 17 calculates the feature measurement value Z(t) from the measurement data of the rider 2 for the feature searched in step S105.

そして、自車位置推定部17は、ステップS105で探索した地物の地物情報のサイズ情報及び法線情報を参照し、当該地物の被照射面のサイズSと、車両の進行方向と対象の地物の法線ベクトルとの角度差Δθを算出する(ステップS107)。この場合、自車位置推定部17は、角度差Δθを、予測自車位置X(t)が示す自車の方位Ψと、地物情報に含まれる法線情報が示す地物の法線方向とに基づき算出する。 Then, the vehicle position estimation unit 17 refers to the size information and normal line information of the feature information of the feature searched in step S105, and calculates the size S of the illuminated surface of the feature and the angle difference Δθ between the traveling direction of the vehicle and the normal vector of the target feature (step S107). In this case, the vehicle position estimator 17 calculates the angle difference Δθ based on the vehicle orientation Ψ indicated by the predicted vehicle position X (t) and the normal direction of the feature indicated by the normal information included in the feature information.

次に、自車位置推定部17は、サイズSと角度差Δθに基づき、例えば式(4)を用いることで、係数値a(t)、a(t)を算出する(ステップS108)。そして、自車位置推定部17は、式(3)に基づき、カルマンゲインK(t)に係数値a(t)、a(t)を乗じることで、カルマンゲインK(t)´を生成する(ステップS109)。その後、自車位置推定部17は、式(2)に基づき、生成したカルマンゲインK(t)´をK(t)の代わりに用いて予測自車位置X(t)を補正し、推定自車位置X(t)を算出する(ステップS110)。 Next, the own vehicle position estimator 17 calculates the coefficient values aX (t) and aY (t) based on the size S and the angle difference ?? using, for example, Equation (4) (step S108). Then, the vehicle position estimation unit 17 multiplies the Kalman gain K(t) by the coefficient values aX (t) and aY (t) based on the equation (3) to generate the Kalman gain K(t)' (step S109). Thereafter, the vehicle position estimator 17 corrects the predicted vehicle position X (t) using the generated Kalman gain K(t)′ instead of K(t) based on Equation (2), and calculates the estimated vehicle position X ^ (t) (step S110).

以上説明したように、本実施例に係る車載機1の自車位置推定部17は、予測自車位置X(t)を示す情報を生成すると共に、ライダ2により計測対象となる地物の法線情報とサイズ情報とを地図DB10から取得する。そして、自車位置推定部17は、車両の進行方向の情報及び地物の法線情報から算出される角度差Δθと、地物のサイズ情報が示すサイズSとに基づき、予測自車位置X(t)を補正する。これにより、自車位置推定部17は、計測対象の地物の向き及びサイズに応じて車両の進行方向及び横方向での地物計測値の精度を推定し、当該精度に応じて各方向における予測自車位置の補正量を的確に定めることができる。 As described above, the vehicle position estimation unit 17 of the vehicle-mounted device 1 according to the present embodiment generates information indicating the predicted vehicle position X (t), and acquires the normal line information and size information of the feature to be measured by the rider 2 from the map DB 10. Then, the vehicle position estimator 17 corrects the predicted vehicle position X (t) based on the angle difference Δθ calculated from the vehicle traveling direction information and the normal line information of the feature, and the size S indicated by the size information of the feature. As a result, the vehicle position estimating unit 17 can estimate the accuracy of the feature measurement values in the traveling direction and the lateral direction of the vehicle according to the orientation and size of the feature to be measured, and can accurately determine the correction amount of the predicted vehicle position in each direction according to the accuracy.

[変形例]
以下、実施例に好適な変形例について説明する。以下の変形例は、組み合わせて実施例に適用してもよい。
[Modification]
Modifications suitable for the embodiment will be described below. The following modifications may be combined and applied to the embodiment.

(変形例1)
予測自車位置X(t)の補正量を調整する方法は、係数値a(t)、a(t)をカルマンゲインK(t)に乗じることに限定されない。
(Modification 1)
The method of adjusting the correction amount of the predicted vehicle position X (t) is not limited to multiplying the Kalman gain K(t) by the coefficient values a X (t) and a Y (t).

これに代えて、第1の例では、自車位置推定部17は、式(1)に示される差分値dx、dyに対して係数値a(t)、a(t)を乗じてもよい。即ち、この場合、自車位置推定部17は、以下の式(5)に基づき、推定自車位置を算出する。 Alternatively, in the first example, the vehicle position estimator 17 may multiply the difference values dx and dy shown in Equation (1) by the coefficient values aX (t) and aY (t). That is, in this case, the vehicle position estimator 17 calculates the estimated vehicle position based on the following equation (5).

なお、この場合、カルマンゲインK(t)は後述する式(7)で生成された後、式(3)に基づく更新が行われないため、以下の一般式(6)により示される共分散行列P(t)の更新に、地物の向き及びサイズに基づく地物計測値の信頼度が反映されない。すなわち、位置推定は信頼度を反映する一方、共分散行列は信頼度が反映されないため、その違いを考慮した処理が必要となる。 In this case, the Kalman gain K(t) is not updated based on Equation (3) after being generated by Equation (7), which will be described later. Therefore, the reliability of the feature measurement values based on the direction and size of the feature is not reflected in the updating of the covariance matrix P(t) shown by General Equation (6) below. That is, since the position estimation reflects the reliability, but the covariance matrix does not reflect the reliability, it is necessary to consider the difference.

第2の例では、自車位置推定部17は、以下の一般式(7)によりカルマンゲインK(t)を算出する際に用いる観測雑音行列「R(t)」の対角成分に、以下の式(8)に示すように係数値a(t)、a(t)を乗じてもよい。 In a second example, the vehicle position estimation unit 17 may multiply the diagonal components of the observation noise matrix "R(t)" used when calculating the Kalman gain K(t) by the following general formula (7) by the coefficient values aX (t) and aY (t) as shown in the following formula (8).

この場合、自車位置推定部17は、係数値a(t)を、サイズSが大きいほど小さくなり、かつ、角度差Δθが小さいほど小さい値となるように設定し、係数値a(t)を、サイズSが大きいほど小さい値となり、かつ、角度差Δθが大きいほど小さい値となるように設定する。例えば、自車位置推定部17は、以下の式(9)に示すように係数値a(t)、a(t)を設定する。 In this case, the vehicle position estimator 17 sets the coefficient value aX (t) to be smaller as the size S is larger and to be smaller as the angle difference Δθ is smaller, and the coefficient value aY (t) is set to be smaller as the size S is larger and smaller as the angle difference Δθ is larger. For example, the vehicle position estimator 17 sets coefficient values aX (t) and aY (t) as shown in the following equation (9).

本変形例によっても、自車位置推定部17は、予測自車位置X(t)の補正量を、サイズS及び角度差Δθに基づき決定した係数値a(t)、a(t)を用いて好適に調整することができる。 Also according to this modification, the vehicle position estimation unit 17 can appropriately adjust the correction amount of the predicted vehicle position X (t) using the coefficient values a X (t) and a Y (t) determined based on the size S and the angle difference Δθ.

(変形例2)
自車位置推定部17は、地図DB10に登録されたサイズ情報から特定される計測対象の地物のサイズと、ライダ2の計測データから特定されるサイズとの比を勘案してカルマンゲインを補正してもよい。
(Modification 2)
The vehicle position estimation unit 17 may correct the Kalman gain in consideration of the ratio between the size of the feature to be measured specified from the size information registered in the map DB 10 and the size specified from the measurement data of the rider 2.

図10は、ライダ2によるレーザ光が照射される地物55の被照射面を示した図である。図10の例では、地物55の被照射面上での計測点が明示されている。なお、地物55の左側の一部は、障害物によるオクルージョン等に起因してライダ2のレーザ光が照射されていない。 FIG. 10 is a diagram showing an irradiated surface of a feature 55 irradiated with laser light from the lidar 2. As shown in FIG. In the example of FIG. 10, measurement points on the illuminated surface of the feature 55 are clearly shown. A portion of the left side of the feature 55 is not irradiated with the laser beam of the rider 2 due to occlusion caused by an obstacle or the like.

この場合、自車位置推定部17は、地物55に対応する地物情報に含まれるサイズ情報に基づき、地物55の高さ方向の幅「H」と、横方向の幅「W」とをそれぞれ特定する。また、自車位置推定部17は、ライダ2が出力する点群データに基づき、地物55に対する計測点が分布する範囲(計測範囲)の高さ方向の幅「H」と、横方向の幅「W」とをそれぞれ特定する。 In this case, the vehicle position estimating unit 17 identifies the height-direction width “H M ” and the horizontal-direction width “W M ” of the feature 55 based on the size information included in the feature information corresponding to the feature 55 . In addition, the vehicle position estimating unit 17, based on the point cloud data output by the rider 2, specifies the height direction width “H L ” and the width direction width “W L ” of the range (measurement range) in which the measurement points for the feature 55 are distributed.

そして、自車位置推定部17は、地物55に対する距離計測の正確さを示す信頼度情報「a(t)」を、以下の式(10)を用いて生成する。 Then, the vehicle position estimator 17 generates reliability information “a(t)” indicating the accuracy of distance measurement with respect to the feature 55 using the following equation (10).

式(10)に示すように、信頼度情報a(t)は、地図DB10に基づき特定される地物のサイズ(面積)に対するライダ2の計測データに基づき特定される地物のサイズの比に相当し、0から1までの値域を有し、かつオクルージョンが少ないほど高い値となる。 As shown in equation (10), the reliability information a(t) corresponds to the ratio of the size (area) of the feature identified based on the measurement data of the rider 2 to the size (area) of the feature identified based on the map DB 10, has a value range from 0 to 1, and has a higher value the less occlusion there is.

そして、自車位置推定部17は、例えば、算出した信頼度情報a(t)を、係数値a(t)、a(t)と共にカルマンゲインに乗じることで、地物に対する距離計測の正確さを示す信頼度に応じた予測自車位置の補正量を定めることができる。 Then, the vehicle position estimator 17 multiplies the calculated reliability information a(t) together with the coefficient values aX (t) and aY (t) by the Kalman gain, for example, to determine the correction amount of the predicted vehicle position according to the reliability indicating the accuracy of the distance measurement to the feature.

(変形例3)
図1に示す運転支援システムの構成は一例であり、本発明が適用可能な運転支援システムの構成は図1に示す構成に限定されない。例えば、運転支援システムは、車載機1を有する代わりに、車両の電子制御装置が車載機1の自車位置推定部17の処理を実行してもよい。この場合、地図DB10は、例えば車両内の記憶部に記憶され、車両の電子制御装置は、地図DB10の更新情報を図示しないサーバ装置から受信してもよい。
(Modification 3)
The configuration of the driving assistance system shown in FIG. 1 is an example, and the configuration of the driving assistance system to which the present invention is applicable is not limited to the configuration shown in FIG. For example, in the driving support system, instead of having the vehicle-mounted device 1 , the electronic control device of the vehicle may execute the processing of the vehicle position estimation unit 17 of the vehicle-mounted device 1 . In this case, the map DB 10 may be stored, for example, in a storage unit within the vehicle, and the electronic control device of the vehicle may receive update information for the map DB 10 from a server device (not shown).

1 車載機
2 ライダ
3 ジャイロセンサ
4 車速センサ
5 GPS受信機
10 地図DB
1 In-Vehicle Device 2 Rider 3 Gyro Sensor 4 Vehicle Speed Sensor 5 GPS Receiver 10 Map DB

Claims (1)

予測された自己位置を示す予測位置情報を取得する第1取得部と、
移動体の進行方向の情報を取得する第2取得部と、
前記移動体と共に移動する計測部により計測対象となる地物の法線情報とサイズ情報とを取得する第3取得部と、
前記進行方向の情報と、前記法線情報と、前記サイズ情報とに基づき、前記予測された自己位置を補正する補正部と、
を備える自己位置推定装置。
a first acquisition unit that acquires predicted position information indicating the predicted self-position;
a second acquisition unit that acquires information about the traveling direction of the moving object;
a third acquisition unit that acquires normal line information and size information of a feature to be measured by a measurement unit that moves together with the moving object;
a correcting unit that corrects the predicted self-position based on the traveling direction information, the normal line information, and the size information;
A self-localization device comprising:
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