CN114730524A - 位置推定方法以及位置推定系统 - Google Patents

Abstract

具备对从形成行驶路的表面的路面侧作用的磁进行计测的磁传感器的车辆推定本车位置的位置推定系统包括：地图DB，其存储与作为路面的各点的磁量的分布的路面磁分布(M2)建立了对应关系而成的地图(1)；磁分布生成部，其取得由磁传感器得到的磁计测值，并生成作为磁计测值的分布的计测磁分布；以及位置推定部，其确定与地图DB所存储的地图建立了对应关系的路面磁分布(M2)中的与计测磁分布对应的区域，并基于与计测磁分布对应的区域在地图上的位置来推定本车位置。

Description

位置推定方法以及位置推定系统

技术领域

本发明涉及用于在地图上推定本车辆的位置的位置推定方法以及位置推定系统。

背景技术

近年来，提出有车道追随行驶、自动驾驶等各种用于支援车辆的驾驶的技术(例如参照专利文献1。)，且盛行面向实现的技术开发。为了实现自动驾驶等高度的驾驶支援，提出并活用有表示行驶环境的精度高的三维地图。

例如，在下述的专利文献2中记载了包含行车道标识、缘石等的三维的位置信息的高精度的三维地图。这样的高精度的三维地图对于高精度地掌握行驶环境的三维构造是有效的。高精度地掌握行驶环境的三维构造对于车道追随行驶、自动驾驶等的实现是必需的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-34251号公报

专利文献2：日本特开2013-186718号公报

发明内容

发明要解决的课题

即使能够利用高精度的三维地图，在该三维地图中的本车辆的位置推定的精度不够的情况下，也无法充分地发挥三维地图的高精度，而有可能无法实现高精度的驾驶支援。

本发明是鉴于所述以往的问题点而完成的，欲提供用于在地图上推定本车辆的位置的方法以及系统。

用于解决课题的方案

本发明的一方案为一种位置推定方法，其用于具备对从形成行驶路的表面的路面作用的磁进行计测的磁传感器的车辆推定本车位置，其中，

所述位置推定方法包括：

磁计测处理，其取得由所述磁传感器得到的磁计测值；

磁分布生成处理，其生成表示基于由所述磁计测处理取得的磁计测值得到的磁数据的分布的计测磁分布；以及

位置推定处理，其通过参照与表示基于路面的各点的磁量得到的磁数据的分布的路面磁分布建立了对应关系而成的地图，来确定所述路面磁分布中的与所述计测磁分布对应的区域，并基于与该计测磁分布对应的区域在所述地图上的位置来推定所述本车位置。

本发明的一方案为一种位置推定系统，其为具备对从形成行驶路的表面的路面侧作用的磁进行计测的磁传感器的车辆推定本车位置，其中，

所述位置推定系统包括：

存储部，其存储与作为基于路面的各点的磁量得到的磁数据的分布的路面磁分布建立了对应关系而成的地图；

磁分布生成部，其取得由所述磁传感器得到的磁计测值，并生成作为基于该磁计测值得到的磁数据的分布的计测磁分布；以及

位置推定部，其确定与所述存储部所存储的地图建立了对应关系的路面磁分布中的与所述计测磁分布对应的区域，并基于与该计测磁分布对应的区域在所述地图上的位置来推定所述本车位置。

发明效果

本发明是用于在地图中推定所述本车位置的发明。与所述路面磁分布建立了对应关系而成的所述地图能够进行在车辆侧取得的所述计测磁分布的对照。若能够确定所述路面磁分布中的与所述计测磁分布对应的区域，则能够基于与该计测磁分布对应的区域的地图上的位置来推定本车位置。

附图说明

图1是说明实施例1中的地图的结构的图。

图2是实施例1中的车辆的主视图。

图3是示出实施例1中的车辆所具备的结构的框图。

图4是实施例1中的车辆的俯视图。

图5是示出实施例1中的位置推定方法的步骤的流程图。

图6是实施例1中的运动推定处理的说明图。

图7是例示实施例1中的车辆为直行状态时的运动推定结果的图。

图8是例示实施例1中的车辆为转弯状态时的运动推定结果的图。

图9是例示实施例1中的车辆为直行状态的计测磁分布的区域的图。

图10是例示实施例1中的车辆为转弯状态的计测磁分布的区域的图。

图11是实施例1中的基于路面磁分布得到的变换磁分布与计测磁分布的对照处理的说明图。

图12是例示实施例1中的一维磁分布的对照范围的图。

图13是实施例2中的铺设有磁标识器的道路的俯视图。

图14是示出实施例2中的位置推定方法的步骤的流程图。

图15是例示实施例2中的通过磁标识器时的行进方向的磁计测值的变化的说明图。

图16是例示实施例2中的由沿车宽方向排列的磁传感器Cn得到的车宽方向的磁计测值的分布的说明图。

图17是例示实施例2中的绘制有磁标识器的位置的计测磁分布的图。

图18是实施例2中的计测磁分布的对照处理的说明图。

图19是实施例3中的安装有RF-ID标签的磁标识器的立体图。

图20是示出实施例3中的车辆所具备的结构的框图。

图21是示出实施例3中的通过磁标识器后的车辆的到达位置所属的范围的说明图。

具体实施方式

在本发明中，作为构成路面磁分布以及计测磁分布的磁数据，除了磁量或者磁计测值本身以外，优选为磁梯度。磁梯度例如能够根据路面上的两个位置的磁量或者磁计测值的差量来求出。例如，若为利用磁传感器排列而成的传感器阵列对路面上的磁进行计测的情况，则例如能够根据由相邻的磁传感器得到的磁计测值的差量来求出磁梯度。另外，例如，也可以根据由一个磁传感器计测的不同时间点的磁计测值的差量来求出时间上的磁梯度。并且，例如也考虑对两个磁传感器分别求出形成时间上的磁梯度的这样的差量，并在该两个磁传感器之间进一步取差量，从而求出磁梯度。

在磁梯度中，对磁传感器一样、或者接近一样地作用的磁分量被抑制。故而，在磁梯度中，从存在于较远处的磁产生源作用的磁分量被抑制，从存在于较近处的路面等的磁产生源作用的磁分量相对被强调。因此，若采用磁梯度来作为构成路面磁分布以及计测磁分布的磁数据，则能够抑制由周围的车辆、护栏、招牌等磁产生源引起的影响、由地磁引起的影响，成为路面上的磁被高精度地反映的分布。

使用以下的实施例对本发明的实施方式具体进行说明。

(实施例1)

本例是涉及用于高精度地在地图上推定本车辆的位置的位置推定方法以及位置推定系统1S的例子。使用图1～图12对该内容进行说明。

位置推定系统1S是利用基于路面100S(图2)的各点的磁量得到的磁数据的分布(磁分布)来推定本车辆的位置(本车位置)的系统。形成道路(行驶路的一例)100的表面的路面100S由铺装材料形成。在铺装材料中混入金属粉末等磁性材料是不可避免的。在路面100S露出的工作口(manhole)、桥的接缝(伸缩装置)等多为金属制，可能成为磁产生源。故而，路面100S的各点的磁的大小不是一定的，而是有大有小。

路面100S的磁分布的分布形态例如与利用拍摄相机从正上方拍摄路面100S而得到的图像的各点的亮度的偏差、即亮度分布的分布形态类似。对于路面100S的磁分布而言，作为对象的物理量与亮度分布不同，但与亮度分布表示路面100S的亮度花纹相同，表示路面100S的磁花纹。本例的位置推定系统1S利用基于路面100S的各点的磁量得到的磁数据的分布即路面磁分布来推定本车位置。需要说明的是，在本例中，采用磁量本身作为磁数据。因此，本例的路面磁分布是作为路面100S的各点的磁量的磁数据的分布。

在位置推定系统1S所利用的地图1(图1)中，路面磁分布M2与表示道路构造等的构造地图M1建立了对应关系。构造地图M1与路面磁分布M2通过表示绝对位置的位置数据而建立了对应关系。路面磁分布M2中的位置与构造地图M1上的位置唯一对应。若能够在路面磁分布M2中确定与车辆计测出的路面100S的磁分布相同的分布图案的区域，则能够基于该区域的位置推定地图1上的本车位置。

该位置推定系统1S例如能够与用于实现车辆的自动驾驶的自动驾驶系统(省略图示)组合。例如自动驾驶系统利用位置推定系统1S推定出的本车位置，来掌握前方的行驶环境的构造。例如，若采用三维地图，则能够掌握前方的行驶环境的三维构造，能够实现高精度的自动行驶。

表示路面100S的各点的磁量即磁数据的分布的路面磁分布M2例如能够利用计测车辆(省略图示)来生成，该计测车辆具备包括RTK-GPS单元、IMU等在内的高精度的测位系统以及磁传感器沿着车宽方向排列而成的磁计测单元。RTK-GPS(RealTime KinematicGlobal Positioning System)是利用基准站将测位精度提高到em单位的公知的系统。IMU(Inertial Measurement Unit)是利用惯性导航来推定车辆的相对位置的公知的单元。IMU具备计测方位的电子罗盘、加速度传感器、陀螺仪传感器等，并运算相对于成为基准的位置的相对位置。若利用IMU所推定的相对位置，则即使在GPS电波不稳定的楼宇间、隧道等，也能够实现高精度的测位。

磁计测单元优选借助将与路面100S的高度自动调整为一定的机构而安装于车辆。若使磁计测单元距路面100S的高度一定，则能够高精度地计测路面100S的各点的磁分布。若为具有RTK-GPS单元、IMU等高精度的测位系统的计测车辆(省略图示)，则能够生成高精度的位置数据与磁计测单元计测出的作为路面100S的各点的磁量的磁数据建立了对应关系的路面磁分布M2。

如图2以及图3所示，构成位置推定系统1S的车辆5具备磁传感器Cn沿车宽方向排列多个而成的传感器阵列2、保存地图1(图1)的地图数据库(地图DB)40、执行各种运算的控制单元32等。并且，在控制单元32连接有执行利用GPS卫星的测位运算等的GPS单元351、检测转向方向的转向舵角(日文：ステアリング舵角)传感器353、车速传感器355、用于计测传感器阵列2的高度的高度传感器357等。地图DB40是对与路面磁分布M2建立了对应关系而成的地图1进行存储的存储部的一例。

高度传感器357是超声波式的测距传感器。高度传感器357安装于传感器阵列2的附近，以能够计测传感器阵列2距路面100S的高度。高度传感器357所计测的高度被作为磁传感器Cn的安装高度来处理。需要说明的是，也可以在车宽方向的两处以上的位置配置高度传感器，以能够应对由滚转引起的车身的倾斜。在该情况下，能够分别掌握车宽方向的位置不同的多个磁传感器Cn的安装高度，由此，能够确定车身的倾斜。需要说明的是，高度传感器357也可以是激光式的测距传感器。

传感器阵列2为具备15个磁传感器Cn(n为1～15的整数)以及内置有未图示的CPU等的检测处理电路20的细长的棒状的单元。在传感器阵列2中，15个磁传感器Cn隔开一定的间隔(0.1m)地排列在一条直线上。传感器阵列2例如在车辆5的前保险杠的内侧在与路面100S面对的状态下以沿着车宽方向的方式安装(图2、图4)。在本例的车辆5的情况下，以路面100S为基准的传感器阵列2的安装高度成为200mm。磁传感器Cn对从路面100S侧作用的磁进行计测。

磁传感器Cn是利用非晶线材等感磁体的阻抗根据外部磁场而敏感变化这样的公知的MI效果(Magneto Impedance Effect)来检测磁的传感器。本例的磁传感器Cn具有磁通密度的测定范围为±0.6mT且测定范围内的磁通分辨率为0.02μT这样的高灵敏度的检测性能。

在磁传感器Cn中，沿着正交的两个轴向配置感磁体，从而能够检测出在该正交的两个轴向上作用的磁。在本例中，以沿着车宽方向安装于计测车辆11的传感器阵列2能够检测出行进方向以及车宽方向的磁分量的方式，将磁传感器Cn组装于传感器阵列2。

需要说明的是，磁传感器Cn的磁分量的检测方向也可以仅为一个方向。在该情况下，也可以以检测出作用于铅垂方向的磁的方式将磁传感器组装于传感器阵列。也可以采用检测出相互正交的三个轴向的磁的磁传感器。

检测处理电路20(图3)是控制磁传感器Cn执行检测磁并计测磁量的处理等的电路。该检测处理电路20除了执行各种运算的CPU(central processing unit)以外，还利用ROM(read only memory)、RAM(random access memory)等存储器元件等而构成。检测处理电路20将磁传感器Cn控制为以3kHz的频率执行磁计测处理。检测处理电路20通过磁计测处理而从各磁传感器Cn取得行进方向以及车宽方向的磁分量。

检测处理电路20将由各磁传感器Cn得到的行进方向的磁分量与车宽方向的磁分量合成。并且，检测处理电路20针对每个磁传感器Cn求出沿着由行进方向和车宽方向规定的水平面作用的磁的大小，并将各磁传感器Cn的磁计测值即15个磁数据向外部输出。在此，在本例中，采用磁传感器Cn的磁计测值本身来作为磁数据。

如上所述，传感器阵列2以15个磁传感器Cn以0.1m间隔沿着车宽方向配置的方式安装于车辆5。传感器阵列2输出的作为磁传感器Cn的15个磁计测值的磁数据表示车宽方向的1.5m(0.1×15)宽度的一维范围的磁分布(以下，称为一维磁分布。)。

控制单元32是执行用于在地图1(参照图1。)上推定本车位置的运算等的单元。控制单元32除了执行各种运算的CPU以外，还具备安装有ROM、RAM等存储器元件等的电子基板(省略图示)。控制单元32具备作为运动推定部321、磁分布生成部323、变换处理部325、位置推定部327的功能。

运动推定部321执行对车辆5的运动进行推定的运动推定处理。运动推定部321通过将车辆5的运动分解为不伴随朝向的变动的平移运动的分量与作为朝向的变动的旋转运动的分量从而推定车辆5的运动，详细内容参照图6后述。

磁分布生成部323执行用于基于从传感器阵列2取得的一维磁分布来生成二维的计测磁分布的磁分布生成处理。磁分布生成部323利用运动推定部321推定出的车辆5的运动，生成计测磁分布。该计测磁分布是通过磁计测处理取得的磁计测值的二维的分布。

变换处理部325执行用于将与地图1建立了对应关系的路面磁分布M2变换为适于与计测磁分布的对照的磁分布的变换处理。变换处理部325通过对路面磁分布M2实施变换处理，从而变换为磁传感器Cn的安装高度的磁分布(适当称为变换磁分布。)。

位置推定部327执行在地图1上推定本车位置的位置推定处理。位置推定部327参照地图1来确定与计测磁分布对应的区域，并基于该对应的区域的地图1上的位置来推定本车位置。具体而言，位置推定部327确定构成地图1的路面磁分布M2中的与计测磁分布对应的区域。

车辆5在行驶中反复执行图5的处理流程，并推定本车位置。在车辆5的行驶中，传感器阵列2执行磁计测处理而取得一维磁分布，并将该一维磁分布向控制单元32输入(S101)。控制单元32基于计测车速、计测转向角来推定车辆5的运动(S103，运动推定处理)，并推定传感器阵列2所面对的路面上的一维区域的位置的位移。

控制单元32按照传感器阵列2所面对的路面上的一维区域的位置的位移，累积传感器阵列2所取得的一维磁分布而生成二维的计测磁分布(S105，磁分布生成处理)。另外，控制单元32将与构造地图M1(参照图1。)建立了对应关系的路面磁分布M2变换为磁传感器Cn的安装高度的磁分布即变换磁分布(S107，变换处理)。然后，控制单元32通过确定路面磁分布M2中的计测磁分布的对应区域，从而推定本车位置(S109，位置推定处理)。

接着，说明构成图5的处理流程的(A)磁计测处理、(B)运动推定处理、(C)磁分布生成处理、(D)变换处理、(E)位置推定处理的内容。

(A)磁计测处理

磁计测处理是传感器阵列2所执行的处理。传感器阵列2以3kHz的频率执行由15个磁传感器Cn进行的磁计测处理。传感器阵列2以3kHz的频率取得由磁传感器Cn得到的15个磁计测值，并将15个磁计测值即磁数据以相同的频率向控制单元32输入。如上述那样，传感器阵列2向控制单元32输入的15个磁计测值即磁数据为沿着车宽方向的一维的离散值的分布。作为该一维的离散值的分布的一维磁分布的宽度为与在传感器阵列2中配置有磁传感器Cn的范围相等的1.5m。需要说明的是，传感器阵列2将识别信息与一维磁分布建立关联并向控制单元32输入。与一维磁分布建立了关联的识别信息能够用于对构成计测磁分布的一维磁分布进行识别。

(B)运动推定处理

运动推定处理是为了推定车辆5的运动而由控制单元32(运动推定部321)执行的处理。控制单元32利用由车速传感器355得到的计测车速、由转向舵角传感器353得到的计测转向角，推定车辆5的运动。如后述的那样，本例的控制单元32通过分解为平移运动的分量与旋转运动的分量，从而推定车辆5的运动。

控制单元32利用计测车速以及计测转向角来推定以3kHz的频率执行的磁计测处理的间隔期间(1/3000秒)内的车辆5的运动。该车辆5的运动是沿着由计测转向角确定的转向方向在1/3000秒的期间以计测车速的速度前进的运动。需要说明的是，本例的控制单元32将传感器阵列2的中央(磁传感器C8的位置)设定为车辆5的代表点，并推定传感器阵列2的中央的运动。

在车辆5在弯道行驶时，传感器阵列2的中心的运动例如是图6中的圆弧状的箭头的运动Mo。该运动Mo能够分解为表示平移运动的分量的该图中的向量V与表示旋转运动的分量的转弯角R。在运动推定处理中，通过分解为向量V与转弯角R来推定车辆5的运动Mo。若以车辆的某一位置为基准确定向量V和转弯角R，则位移后的车辆的位置以及姿态唯一确定。

如上述那样，在本例中，将传感器阵列2的中央设定为车辆5的代表点。故而，面对传感器阵列2的路面100S上的一维区域以及作为该一维区域的磁分布的一维磁分布的位置的位移与车辆5的运动Mo一致。面对传感器阵列2的路面100S上的一维区域以及一维磁分布的位置的位移能够通过由上述的运动推定处理推定出的向量V与转弯角R来确定。

(C)磁分布生成处理

磁分布生成处理是为了生成使用传感器阵列2计测出的路面100S上的磁分布即计测磁分布而由控制单元32(磁分布生成部323)执行的处理。控制单元32以3kHz的频率取入由传感器阵列2的15个磁计测值即磁数据构成的上述的一维磁分布，并生成二维的计测磁分布。

计测磁分布通过车辆5的传感器阵列2如“线扫描仪”那样扫描路面100S而取得。该计测磁分布的区域是传感器阵列2已扫描的区域。控制单元32在取得新的一维磁分布并将其纳入计测磁分布时，将该计测磁分布中的、取得时间点最早的一维磁分布消去。根据这样的步骤，能够将以面对传感器阵列2的路面100S上的一维区域为起点并沿着车辆5的行驶轨迹延伸的1.5m宽度的二维区域的磁分布生成为计测磁分布。需要说明的是，在本例中，以使计测磁分布的长边方向(相当于车辆的行进方向。)的尺寸成为规定距离的方式与车速相应地使一维磁分布的纳入次数可变。计测磁分布的长边方向的尺寸例如优选为2m～10m左右。

关于将新的一维磁分布纳入计测磁分布时的现有的计测磁分布A与新纳入的一维磁分布L2的位置关系，使用图7以及图8进行说明。现有的计测磁分布A之中的最新的一维磁分布L1与新纳入的一维磁分布L2的位置关系能够通过由运动推定处理推定出的向量V和转弯角R来表现。

图7示出例如车辆5直行的情况下的一维磁分布L1与L2的位置关系。在该情况下，通过与一维磁分布L1的长边方向正交的向量V，来确定新纳入计测磁分布A的一维磁分布L2的位置。图8示出例如车辆5在弯道行驶的情况下的L1与L2的位置关系。在该情况下，通过将由相对于一维磁分布L1斜行的向量V确定的一维范围Lp旋转转弯角R的量，从而确定一维磁分布L2的位置以及朝向(姿态)。图8中的dirl表示与一维磁分布L1、一维范围Lp正交的方向，dir2表示与一维磁分布L2正交的方向。转弯角R是dirl与dir2所成的角。

在车辆5直行的情况下，如图9所示，形成将面对传感器阵列2的区域的一维磁分布L2作为端部并沿着车辆5的行驶轨迹H延伸的长方形形状的计测磁分布A。在车辆5在弯道行进中的情况下，如图10所示，形成将面对传感器阵列2的区域的一维磁分布L2作为端部并沿着车辆5的行驶轨迹H呈曲线状延伸的计测磁分布A。

(D)变换处理

变换处理是将构成地图1(参照图1。)的路面磁分布M2(路面的磁分布)变换为容易与计测磁分布A对照的形态的处理。控制单元32执行对从路面向规定高度的各点作用的磁量的分布进行推定的仿真。控制单元32通过执行该仿真，从而将路面磁分布M2变换为磁传感器Cn的安装高度的磁分布即变换磁分布M2D(参照图11。)。

(E)位置推定处理

位置推定处理是为了在地图上推定本车位置而由控制单元32(位置推定部327)执行的处理。控制单元32通过将基于路面磁分布M2得到的变换磁分布M2D与计测磁分布A对照(图11)，从而确定路面磁分布M2中的与计测磁分布A对应的区域。具体而言，控制单元32执行变换磁分布M2D与计测磁分布A的相关运算，确定变换磁分布M2D中的与计测磁分布A一致度高的区域。需要说明的是，若要在路面100S的整个区域实施变换磁分布M2D与计测磁分布A的相关运算，则运算量可能变得庞大。若参照由GPS单元351得到的测位位置，并限定为以该测位位置为基准的附近的范围来执行计测磁分布A的对照，则能够抑制上述的相关运算所需的运算量。

位置推定处理是通过数学式1的相关运算来计算归一化后的互相关系数的处理。数学式1是运算互相关系数的式子，该互相关系数表示在将计测磁分布A与变换磁分布M2D的中的以特定的坐标(u，v)为代表的区域重合了时，变换磁分布M2D与计测磁分布A的一致度。尤其是，数学式1是归一化后的互相关系数的运算式，在变换磁分布M2D与计测磁分布A一致时得到最大的互相关系数1。

(数学式1)

在此，f表示变换磁分布M2D，t表示计测磁分布A。计测磁分布A的区域的大小为Nx×Ny，变换磁分布M2D的区域的大小与计测磁分布A相比充分大。

在数学式1中，变更(u，v)意味着将与计测磁分布A重合的区域在变换磁分布M2D之中变更。对各种各样的坐标(u，v)计算互相关系数相当于例如如图11所示一边相对于变换磁分布M2D挪动计测磁分布A的位置一边检查一致度。能够将与坐标(u0，v0)对应的区域确定为计测磁分布A的对应区域，该坐标(u0，v0)是得到对各种各样的坐标(u，v)计算出的互相关系数中的、最接近最大相关值即1的互相关系数时的坐标。若能够确定基于路面磁分布M2得到的变换磁分布M2D中的计测磁分布A的对应区域，则能够推定路面磁分布M2中的本车位置。路面磁分布M2通过表示绝对位置的位置数据与构造地图M1(参照图1。)建立了对应关系。在路面磁分布M2中推定本车位置与在地图上推定本车位置同义。

也可以在对各坐标(u，v)执行相关运算时，使计测磁分布A旋转，并计算每个旋转角的互相关系数。此时，优选设想车辆5的行进方向相对于道路100的方向呈角度偏移的行车道变更等行驶状况，而限制执行互相关的旋转角的范围。若使计测磁分布A旋转而计算互相关系数，则不仅在车辆5沿着道路100行驶的情况下，在行车道变更等的进行中，也能够进行本车位置的推定。在计算每个坐标、每个旋转角的互相关系数的情况下，不仅能够推定车辆5的位置也能够推定车辆5的方位(姿态)。

如以上那样，本例的位置推定系统1S是利用路面100S的各点的磁分布即路面磁分布M2来推定地图上的本车位置的系统。若能够推定地图上的本车位置，则能够实现包括车道追随控制、自动驾驶在内的各种驾驶支援控制。

在构成地图1的路面磁分布M2中，由于混入到形成路面100S的铺装材料的磁性材料、设置于路面100S的金属制的工作口、桥的接缝等磁产生源而形成磁量有大有小。这些磁产生源在路面100S上位置被固定，因此位置的变动小。若利用源自于位置被固定的磁产生源的路面磁分布M2，则能够高精度地推定地图上的本车位置。

需要说明的是，如上所述，在最初执行位置推定处理时，例如利用由GPS单元351得到的测位位置是有效的。若利用测位位置，则能够限定在路面磁分布M2之中对照计测磁分布A的范围，能够抑制变换磁分布M2D与计测磁分布A的相关运算所需的运算量。并且，优选在推定本车位置后，通过车辆5的运动推定来预测位移后的本车位置。若预测位移后的本车位置，则能够在路面磁分布M2(变换磁分布M2D)之中限定计测磁分布A的对照范围，能够提高相关运算的效率。

并且，优选在推定本车位置后，例如如图12所示，以已推定的本车位置P为基准设定成为本车位置(在本例中为传感器阵列2的中央的位置)的候补的范围RS。该范围RS为位移后的传感器阵列2所面对的区域的候补，因此在该范围RS之中对照由磁计测处理得到的一维磁分布即可。这样，通过在本车位置的推定后在图12的范围RS之中对照一维磁分布，从而能够推定本车位置。一维的磁分布的相关运算与二维的磁分布的相关运算相比运算量较小且较为高效。

若将路面磁分布M2(变换磁分布M2D)与车辆5所取得的计测磁分布A、一维磁分布对照，则能够确定路面磁分布M2之中的计测磁分布A、一维磁分布的位置、姿态。例如，若为能推定出本车位置后，则通过确定路面磁分布M2之中的计测磁分布A、一维磁分布的位置、姿态，从而能够掌握以已推定的本车位置为基准的相对位置、方位(车辆的朝向、姿态)的变化。这样，将路面磁分布M2(变换磁分布M2D)与计测磁分布A、一维磁分布对照而推定车辆5的位置的结构能够代替IMU。

在本例中，例示了为了抑制位置推定处理的运算量而效率良好地实施位置推定处理，而利用由GPS单元351得到的测位位置的结构。也可以代替GPS的利用，而利用设置于路侧等的电波信标、红外线信标等通信单元。若车辆5装备了接收单元，则能够根据信标电波的接收来掌握粗略的本车位置。再者，也可以通过对由前方相机得到的拍摄图像实施处理，从而辨别交叉路口的名称、地名等来粗略地掌握本车位置。或者，也可以通过与保存于车载数据库、或能够经由互联网等访问的数据库的前景图像的对照，从而粗略地掌握本车位置。若能够粗略地掌握本车位置，则能够实现位置推定处理中相关运算等所需的运算量的抑制。

在本例中，作为与位置推定系统1S组合的系统，例示了自动驾驶系统。也可以代替自动驾驶系统，而应用对从车道的脱离进行报警的脱离报警系统、用于产生沿着车道使转向盘自动转向或者避免从车道的脱离的转向辅助力的行车道保持系统。

需要说明的是，若为能够与互联网等通信线路连接的车辆5，则也可以使服务器装置具有地图DB40的功能。优选车辆5将为了推定本车位置所需的信息向服务器装置发送。也可以使服务器装置具有执行磁分布生成处理、位置推定处理的功能。在该情况下，每次执行磁计测处理，从车辆5向服务器装置发送一维磁分布即可。服务器装置能够利用从车辆接收到的一维磁分布推定发送源的车的本车位置并回复该本车位置。

在本例中，基于路面磁分布M2，变换为磁传感器Cn的安装高度的磁分布(变换磁分布)，并实施与计测磁分布的对照。也可以代替于此，将计测磁分布变换为路面100S的磁分布，并实施与路面磁分布M2的对照。或者，也可以不对路面磁分布M2进行变换等，而直接对照计测磁分布。

为了以路面磁分布M2为基础变换为磁传感器Cn的安装高度的磁分布，而使用高度传感器357计测磁传感器Cn的安装高度。并且，通过考虑了该安装高度的仿真，将路面磁分布M2变换为磁传感器Cn的安装高度的磁分布而取得变换磁分布。也可以代替高度传感器357，而设置将磁传感器Cn的安装高度存储为设定值的存储部。

也可以将高度不同的两个以上的磁传感器沿着铅垂方向配置。在该情况下，能够确定由沿着铅垂方向配置的两个磁传感器得到的磁计测值的比率(衰减率等)。并且，通过执行包括将高度之差为已知的两个磁传感器的磁计测值的比率作为变量的仿真运算，能够将路面磁分布M2变换为磁传感器Cn的安装高度的磁分布。

并且，例如也可以在路面100S设置磁量已知的磁标识器。在该情况下，优选对磁标识器求出磁传感器Cn所计测的磁量的衰减率。若利用磁量的衰减率，则能够基于路面磁分布而变换为磁传感器Cn的安装高度的磁分布。

需要说明的是，也可以是利用混入氧化铁的磁粉等磁性材料的铺装材料铺装成的路面。在该情况下，铺装材料中的磁性材料被磁化，成为路面磁分布M2的起伏变大的倾向。若磁分布的起伏扩大，则磁分布的对照变得容易且能够提高精度。需要说明的是，也可以将由混入磁性材料的铺装材料铺装成的路面不均匀地磁化。在该情况下，能够进一步扩大磁分布的起伏，磁分布的对照变得容易。也可以准备混入磁性材料的铺装材料与不包含磁性材料的通常的铺装材料。在该情况下，也可以不将两种铺装材料混合而是不均匀地向路面供给。由于磁性材料的构成比根据路面的位置而产生差异，因此能够借此扩大磁分布的起伏。

也可以在利用混入磁性材料的铺装材料铺装路面后，使路面磁化。例如也可以以呈磁较强的矩形区域与磁较弱的矩形区域交替地出现的方格花纹等规定图案的方式将路面磁化。若利用形成磁有强有弱的花纹，则磁分布间的对照变得容易，且能够提高位置推定的精度。另外，在以呈规定图案的方式将路面磁化的情况下，例如，通过利用磁量较大的矩形区域与磁量较小的矩形区域的区分线，能够效率良好地执行计测磁分布的对照。例如，在计测磁分布包含区分线的情况下，以与路面磁分布M2之中的区分线的一致为前提执行对照即可。规定图案也可以是一维或者二维的条形码等能够读出信息的图案。

并且，也可以以在由混入磁性材料的铺装材料铺装成的路面100S中出现磁的特异点的方式将路面100S磁化。这样，若由氧化铁的磁粉等作成磁的特异点，则磁分布间的对照变得容易。若以特异点的一致为前提，则在磁分布间的对照时，能够排除特异点不一致的组合，能够效率良好地执行对照。

另外，也可以准备混入磁性材料的铺装材料与不包含磁性材料的通常的铺装材料。在该情况下，也可以针对每个区域切换铺装材料的种类。在该情况下，针对每个区域形成磁性材料的疏密，因此能够扩大磁分布的起伏，能够使磁分布的对照容易。

在本例中，执行将由磁计测处理得到的一维磁分布累积而成的二维的磁分布即计测磁分布的对照。也可以对照由磁传感器Cn中的任一个得到的磁计测值的时间上的分布、即沿着车辆的行驶轨迹的一维的分布。也可以采用磁传感器二维排列而成的传感器阵列。在该情况下，能够进行由该传感器阵列计测出的二维的磁分布的对照。或者，也可以准备多个与上述的传感器阵列2相同规格的传感器阵列，将它们配置于车辆的行进方向上的多个位置。在该情况下，能够取得相对的位置关系为已知的多个一维磁分布。也可以执行该多个一维磁分布的对照。多个传感器阵列既可以安装为呈相互平行，也可以安装为以呈L状、十字状的方式交叉。

需要说明的是，路面磁分布也可以设为作为基于路面的各点的磁量得到的磁数据的一例的磁梯度的分布。磁梯度例如能够作为相邻的点的磁量的差量来求出。另外，与磁梯度的路面磁分布对照的计测磁分布优选设为基于磁计测值得到的磁梯度的分布。磁梯度例如能够作为由构成传感器阵列2的磁传感器Cn中的相邻的磁传感器得到的磁计测值的差量来求出。

在磁梯度中，对磁传感器一样、或者接近一样地作用的磁分量被抑制。故而，在磁梯度中，从存在于较远处的磁产生源作用的磁分量被抑制，从存在于较近处的路面等的磁产生源作用的磁分量相对被强调。因此，在利用磁传感器所面对的路面的磁花纹来推定位置时，优选利用磁梯度的分布。若利用磁梯度的分布，则能够抑制由周围的车辆、护栏、招牌等磁产生源引起的影响、由地磁引起的影响，能够提高位置推定的精度。

需要说明的是，例如也可以将取得时间点不同的磁计测值的差量变换为基于另外给出的车速信息而确定的每单位距离的差量。也可以预先对两个磁传感器分别求出每单位距离的差量，并在该两个磁传感器之间进一步取差量而求出磁梯度。在该情况下，能够期待如下效果：能够在不预先给出配置于路上的磁标识器的间隔的情况下求出上述的磁梯度。并且，例如，也可以在求出基于一个磁传感器的不同时间点的磁计测值的差量得到的磁梯度时，求出基于由另外给出的车速信息确定的每单位距离的差量得到的磁梯度。在该情况下，在前后设置两台车载的传感器单元的必要性变小。若能够利用一个传感器单元求出磁梯度，则能够期待如下效果：在能够减轻用于确保传感器单元的搭载位置的设计上的负担的同时，能够降低传感器单元的搭载成本。

(实施例2)

本例是位置推定系统1S针对铺设有磁标识器10的道路100的应用例。关于该内容，参照图3、图13～图18进行说明。

如图13所示，在例示的道路100，例如每隔10m铺设有磁标识器10。在车辆在该道路100行驶时，与实施例1相同地，由传感器阵列2执行磁计测处理(S101)，由控制单元32执行运动推定处理(S103)、磁分布生成处理(S105)、位置推定处理(S109)(图14)。与实施例1主要的不同点在于，传感器阵列2除了执行磁计测处理(S101)以外，还执行标识器检测处理(S102)。传感器阵列2使用磁传感器Cn以3kHz的频率执行标识器检测处理。

如在实施例1中说明的那样，磁传感器Cn构成为对车辆的行进方向以及车宽方向的磁分量进行计测。例如，在该磁传感器Cn沿行进方向移动而通过磁标识器10的正上方时，行进方向的磁计测值如图15所示以在磁标识器10的前后正负反转并且在磁标识器10的正上方的位置与零交叉的方式变化。因此，在车辆的行驶中，在任一磁传感器Cn检测出的行进方向的磁计测值产生了正负反转的零交叉Zc时，能够判断为传感器阵列2位于磁标识器10的正上方。检测处理电路212在像这样传感器阵列2位于磁标识器10的正上方且产生了行进方向的磁计测值的零交叉Zc时，判断为检测出磁标识器10。

另外，例如，关于与磁传感器Cn相同的规格的磁传感器，尝试设想沿着通过磁标识器10的正上方的车宽方向的假想线的移动。车宽方向的磁计测值以在隔着磁标识器10的两侧正负反转并且在磁标识器10的正上方的位置与零交叉的方式变化。在将15个磁传感器Cn沿车宽方向排列的传感器阵列2的情况下，根据隔着磁标识器10而处于哪一侧，磁传感器Cn检测出的车宽方向的磁计测值的正负不同(图16)。

若基于例示传感器阵列2的各磁传感器Cn的车宽方向的磁计测值的图16的分布，则隔着车宽方向的磁计测值的正负反转的零交叉Zc而相邻的两个磁传感器Cn的中间的位置、或者检测出的车宽方向的磁计测值为零且两外侧的磁传感器Cn的磁计测值的正负反转的磁传感器Cn的正下方的位置成为磁标识器10的车宽方向的位置。该车宽方向的位置表示车辆5相对于磁标识器10的相对位置。

传感器阵列2在如上述那样检测出磁标识器10时，将包含检测出的意旨、车宽方向的位置等信息的标识器检测信息向控制单元(图3中的附图标记32)输入。车宽方向的位置在由磁计测处理取得的一维磁分布中表示为一维方向的位置。传感器阵列2将检测出磁标识器10时的一维磁分布的识别信息与该标识器检测信息建立关联。

执行磁分布生成处理(S105)的控制单元在计测磁分布A中将磁标识器10的位置绘制为标识器配置点10P(图17)。在将一维磁分布沿着车辆的行驶轨迹二维地累积而成的计测磁分布A之中，标识器配置点10P位于哪个一维磁分布之上能够通过与标识器检测信息建立了关联的一维磁分布的识别信息来确定。另外，计测磁分布A之中的标识器配置点10P的车宽方向的位置能够通过标识器检测信息所包含的车宽方向的位置来确定。

在此，在本例中对照计测磁分布A的对象的路面磁分布M2中，与上述的计测磁分布A相同地，磁标识器10的位置被绘制为标识器配置点10P。该路面磁分布M2能够由除了在实施例1中例示的计测车辆的功能以外还能够执行上述的标识器检测处理的计测车辆取得。并且，在变换路面磁分布M2而得到的磁分布即变换磁分布M2D中，在与路面磁分布M2中的标识器配置点相同的位置绘制标识器配置点10P。

执行位置推定处理(S109)的控制单元相对于绘制有标识器配置点10P的变换磁分布M2D对照在图17中例示的计测磁分布A。如图17所示，在计测磁分布A中，包含表示磁标识器10的位置的标识器配置点10P的绘制。在相对于变换磁分布M2D对照计测磁分布A时，如图18所示，优选在标识器配置点10P一致的每隔10m的各位置求出互相关系数。在像这样存在标识器配置点10P的绘制的变换磁分布M2D与计测磁分布A的组合的情况下，仅在标识器配置点P相互一致的位置实施相关运算即可。即，针对变换磁分布M2D，每隔10m使计测磁分布A的位置偏移即可，能够显著抑制用于相关运算的运算量。

即，在该情况下，优选从路面磁分布M2或者变换磁分布M2D中的标识器配置点10P(磁标识器10的位置)一致的区域之中确定与计测磁分布A对应的区域。若限定为标识器配置点10P一致的区域，则能够显著减少对照计测磁分布A的次数，能够效率良好地确定与计测磁分布A对应的区域。标识器配置点10P能够活用为磁分布之中的磁的特异点。

需要说明的是，其他结构以及作用效果与实施例1相同。

(实施例3)

本例是基于实施例1的位置推定系统的例子，且是针对以能够确定绝对位置的状态铺设有磁标识器10的道路的应用例。关于该内容，参照图19～图21进行说明。

在本例中，在表面贴附有RF-ID标签15的磁标识器10铺设于路面(图19)。在车辆5，除了实施例1的结构以外，还设置有能够与RF-ID标签15通信的标签读取器34(图20)。RF-ID标签15发送表示所对应的磁标识器10的绝对位置的位置信息。

传感器阵列2的检测处理电路20能够执行在实施例2中例示的标识器检测处理。如上述那样，根据标识器检测处理，能够检测出磁标识器10，并且能够对与磁标识器10相对的车辆5的车宽方向的位置进行计测。

在磁标识器10被检测出时，控制单元32通过从附设于检测出的磁标识器10的RF-ID标签15接收位置信息，从而取得该磁标识器10的绝对位置。并且，将从磁标识器10的绝对位置错开由标识器检测处理计测出的磁标识器10的车宽方向的位置的量而得到的位置确定为本车位置(传感器阵列2的中央的位置)。

另一方面，控制单元32在未检知到磁标识器10的情况下，与在实施例1中说明的结构相同地，参照包含路面磁分布M2的地图，确定与计测磁分布对应的区域并推定本车位置。此时，根据转向舵角传感器353计测出的转向角、车速传感器355计测出的车速，能够与实施例1相同地推定车辆5的运动Mo(图21)。若推定车辆5的运动Mo，则能够推定与通过磁标识器10后的经过时间相应的车辆5的到达位置。若为选择该到达位置所属的地图上的范围RS，并限定于该范围RS来执行计测磁分布的对照的情况，则能够效率良好地确定路面磁分布M2或者变换磁分布M2D中的与计测磁分布A对应的区域。

需要说明的是，关于其他结构以及作用效果，与实施例1相同。

以上，如实施例那样详细地说明了本发明的具体例，但这些具体例只不过公开了技术方案所包含的技术的一例。当然，不应该以具体例的结构、数值等限定性地解释技术方案。技术方案包含利用公知技术、本领域技术人员的知识等将所述具体例多种多样地变形、变更或者适当组合而成的技术。

附图标记说明

1S 位置推定系统

1 地图

10 磁标识器

2 传感器阵列

32 控制单元

321 运动推定部

323 磁分布生成部

325 变换处理部

327 位置推定部

351 GPS单元

353 转向舵角传感器

355 车速传感器

357 高度传感器

40 地图数据库(存储部)

5 车辆

A 计测磁分布

Cn 磁传感器

M1 构造地图

M2 路面磁分布

M2D 变换磁分布。

Claims (14)

1.一种位置推定方法，其用于具备对从形成行驶路的表面的路面作用的磁进行计测的磁传感器的车辆推定本车位置，其中，

所述位置推定方法包括：

磁计测处理，其取得由所述磁传感器得到的磁计测值；

磁分布生成处理，其生成表示基于由所述磁计测处理取得的磁计测值得到的磁数据的分布的计测磁分布；以及

位置推定处理，其通过参照与表示基于路面的各点的磁量得到的磁数据的分布的路面磁分布建立了对应关系而成的地图，来确定所述路面磁分布中的与所述计测磁分布对应的区域，并基于与该计测磁分布对应的区域在所述地图上的位置来推定所述本车位置。

2.根据权利要求1所述的位置推定方法，其中，

基于所述磁计测值得到的磁数据以及基于所述路面的各点的磁量得到的磁数据为磁梯度，所述计测磁分布以及所述路面磁分布为磁梯度的分布。

3.根据权利要求1或2所述的位置推定方法，其中，

所述位置推定方法包括将所述路面磁分布变换为所述磁传感器的安装高度的分布的变换处理，

在所述位置推定处理中，将由所述变换处理得到的变换后的分布与所述计测磁分布对照，来确定与所述计测磁分布对应的区域。

4.根据权利要求1或2所述的位置推定方法，其中，

所述位置推定方法包括将所述计测磁分布变换为路面的高度的分布的变换处理，

在所述位置推定处理中，将由所述变换处理得到的变换后的分布与所述路面磁分布对照，来确定与所述计测磁分布对应的区域。

5.根据权利要求3或4所述的位置推定方法，其中，

所述变换处理是根据由安装高度不同的两个磁传感器得到的磁计测值的比率来变换分布的处理。

6.根据权利要求3～5中任一项所述的位置推定方法，其中，

所述变换处理是根据所述磁传感器针对铺设于路面的磁的强度已知的作为磁产生源的磁标识器所取得的磁计测值的大小来变换分布的处理。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的位置推定方法，其中，

在所述行驶路，以能够确定绝对位置的状态隔开间隔地铺设有作为磁产生源的磁标识器，

在所述位置推定处理中，在所述磁标识器由车辆检知到的情况下，以该磁标识器的绝对位置为基准推定本车位置，

另一方面，在未检知到所述磁标识器的情况下，基于与所述计测磁分布对应的区域在所述地图上的位置来推定所述本车位置。

8.根据权利要求7所述的位置推定方法，其中，

在未检知到所述磁标识器的情况下，推定检知到任一磁标识器后的车辆的到达位置并且选择该到达位置所属的所述地图上的范围，在该地图上的范围之中确定与所述计测磁分布对应的区域。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的位置推定方法，其中，

在所述路面磁分布以及所述计测磁分布中，铺设于路面的磁标识器的位置被确定，

在所述位置推定处理中，从所述路面磁分布中的所述磁标识器的位置一致的区域之中确定与所述计测磁分布对应的区域。

10.一种位置推定系统，其为具备对从形成行驶路的表面的路面侧作用的磁进行计测的磁传感器的车辆推定本车位置的位置推定系统，其中，

所述位置推定系统包括：

存储部，其存储与作为基于路面的各点的磁量得到的磁数据的分布的路面磁分布建立了对应关系而成的地图；

磁分布生成部，其取得由所述磁传感器得到的磁计测值，并生成作为基于该磁计测值得到的磁数据的分布的计测磁分布；以及

位置推定部，其确定与所述存储部所存储的地图建立了对应关系的路面磁分布中的与所述计测磁分布对应的区域，并基于与该计测磁分布对应的区域在所述地图上的位置来推定所述本车位置。

11.根据权利要求10所述的位置推定系统，其中，

所述路面是由分散作为磁性材料的粉末的磁粉的铺装材料构成的铺装的表面，分散于该铺装之中的所述磁粉被以所述路面的磁分布呈规定图案的方式磁化。

12.根据权利要求10或11所述的位置推定系统，其中，

沿着所述行驶路铺设有磁标识器。

13.根据权利要求12所述的位置推定系统，其中，

在所述路面磁分布以及所述计测磁分布中所述磁标识器的位置被确定，

所述位置推定部构成为从所述路面磁分布中的所述磁标识器的位置一致的区域之中确定与所述计测磁分布对应的区域。

14.根据权利要求10～13中任一项所述的位置推定系统，其中，

基于所述磁计测值得到的磁数据以及基于所述路面的各点的磁量得到的磁数据为磁梯度，所述计测磁分布以及所述路面磁分布为磁梯度的分布。

Images