DE112011105210T5

DE112011105210T5 - Ortskurvenkorrekturverfahren, Ortskurvenkorrekturvorrichtung und mobiles Objektgerät

Info

Publication number: DE112011105210T5
Application number: DE112011105210.3T
Authority: DE
Inventors: c/o Hitachi Ltd. Hosoda Yuji; c/o Hitachi Ltd. Yamamoto Kenjiro; c/o Hitachi Ltd. Oshima Akira; c/o Hitachi Ltd. Hara Yoshitaka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2014-05-28
Also published as: JP5852645B2; WO2012160630A1; US9182235B2; JPWO2012160630A1; US20140088863A1

Abstract

Ein Ziel besteht in einer Berechnung einer sehr genauen Ortskurve. Ein Verwaltungsteil (20) zum Korrigieren einer Bewegungsortskurve eines mobilen Objekts (V) ist dadurch gekennzeichnet, dass er eine Bewertungsfunktionserzeugungseinheit (21) aufweist, die mehrere Knoten auf durch eine Raddrehbetragsmesseinheit (16) erhaltenen Ortskurvendaten des mobilen Objekts (V) festlegt, durch die Raddrehbetragsmesseinheit (16) erhaltene Positionsdaten des mobilen Objekts (V) mit den Knoten korreliert und durch andere Einheiten der Messeinrichtung als die Raddrehbetragsmesseinheit erhaltene Positionsdaten des mobilen Objekts (V) mit den Knoten korreliert, Positionen, an denen die Knoten auftreten können, durch eine Wahrscheinlichkeit darstellt, Positionen, an denen mit den Knoten korrelierte Positionsdaten auftreten können, durch eine Wahrscheinlichkeit darstellt und eine Bewertungsfunktion, welche die Knoten und die Positionsdaten als Variablen aufweist, auf der Grundlage jeder Wahrscheinlichkeit berechnet, und eine Ortskurvenoptimierungsberechnungseinheit (22), die auf der Grundlage der Bewertungsfunktion eine Ortskurve berechnet, auf der jeder Knoten mit der höchsten Wahrscheinlichkeit auftritt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik, die ein Ortskurvenkorrekturverfahren, eine Ortskurvenkorrekturvorrichtung und ein mobiles Objektgerät zum Korrigieren der Ortskurve eines mobilen Objekts einschließt.
Technischer Hintergrund
Es wurde bereits ein autonomes mobiles System offenbart, das seinen Ort schätzt und sich entlang einem vorgesehenen Weg bewegt, während auf der Grundlage durch Messvorrichtungen (innere und äußere Sensoren), die in einem mobilen Objekt montiert sind, gemessener Daten eine Karte erzeugt wird, die an die tatsächliche Umgebung angepasst wird (siehe beispielsweise Patentdokumente 1 und 2).
Patentdokument 1 offenbart eine die Umgebung identifizierende Vorrichtung, ein die Umgebung identifizierendes Verfahren, ein Programm, ein Aufzeichnungsmedium und eine Robotervorrichtung zur autonomen Bewegung, während eine bestimmte Form als ein Orientierungspunkt erkannt wird und eine Karte durch die Verwendung einer Kamera als ein externer Sensor erzeugt wird.
Patentdokument 2 offenbart ein Umgebungskartenerstellungsverfahren und einen mobilen Roboter zum Erstellen einer Karte in einer solchen Weise, dass ein Bereich erweitert wird, in dem Formdaten umgebender Objekte gemessen wurden, indem zum aktuellen Zeitpunkt erhaltene Formdaten umgebender Objekte zeitlich sequenziell mit zum vorhergehenden Zeitpunkt und an einer von der aktuellen Position verschiedenen Position erhaltenen Formdaten umgebender Objekte verglichen (überlagert) werden.
Zitatliste
Patentliteratur

Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2004-110802
Patentdokument 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2008-276348

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn sich ein mobiles Objekt bewegt und seine Ortskurve erhalten wird, tritt ein Messfehler (eine Abweichung) in der erhaltenen Ortskurve auf. Daher ergibt sich bei dem im Stand der Technik verwendeten Weg zum zeitlich sequenziellen Erstellen einer Karte das Problem, dass der kumulative Fehler größer wird, wenn sich der Bereich der erstellten Karte ausdehnt. Wenn das mobile Objekt insbesondere eine zuvor besuchte Stelle noch einmal passiert, indem es sich entlang einem anderen Weg bewegt, oder wenn eine Karte mit mehreren Fahrzeugen gebildet wurde, können Messfehler bewirken, dass dieselbe Stelle als eine andere Stelle auf der Karte gespeichert wird, kann keine Konsistenz aufrechterhalten werden und kann eine Variation auftreten. Folglich nimmt die Genauigkeit der Karte ab, und es ergibt sich das Problem, dass das mobile Objekt die Sicht seines Orts verlieren kann und Schwierigkeiten haben kann, sich weiter zu bewegen.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des vorstehend beschriebenen Hintergrunds gemacht, und sie soll eine sehr genaue Ortskurve berechnen.
Lösung des Problems
Zum Lösen der vorstehend erwähnten Probleme besteht die Vorrichtung aus einem Ortskurvenkorrekturverfahren zum Korrigieren einer Bewegungsortskurve eines mobilen Objekts durch eine Ortskurvenkorrekturvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Ortskurvenkorrekturvorrichtung Folgendes ausführt: Festlegen mehrerer Knoten auf durch eine Einheit einer Messeinrichtung erhaltenen Ortskurvendaten des mobilen Objekts, Korrelieren durch die eine Einheit der Messeinrichtung erhaltener Positionsdaten des mobilen Objekts mit den Knoten und Korrelieren durch andere Einheiten der Messeinrichtung als die eine Einheit der Messeinrichtung erhaltener Positionsdaten des mobilen Objekts mit den Knoten, Darstellen von Positionen, an denen die Knoten auftreten können, durch eine Wahrscheinlichkeit, Darstellen von Positionen, an denen mit den Knoten korrelierte Positionsdaten auftreten können, durch eine Wahrscheinlichkeit, Berechnen einer Bewertungsfunktion, welche die Knoten und die Positionsdaten als Variablen aufweist, auf der Grundlage jeder Wahrscheinlichkeit und Berechnen einer Ortskurve, auf der jeder Knoten mit der höchsten Wahrscheinlichkeit auftritt, auf der Grundlage der Bewertungsfunktion.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine sehr genaue Ortskurve berechnet werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
1 ein Diagramm eines Konfigurationsbeispiels eines autonomen mobilen Systems gemäß einer hier beschriebenen Ausführungsform,
2 ein Flussdiagramm einer Verarbeitungsprozedur des autonomen mobilen Systems gemäß der vorliegenden Ausführungsform,
3 ein Diagramm zum Beschreiben des Messens von Objektformen durch eine Einheit zum Messen der Form umgebender Objekte (Teil 1),
4 ein Diagramm zum Beschreiben des Messens von Objektformen durch die Einheit zum Messen der Form umgebender Objekte (Teil 2),
5 ein Diagramm eines Beispiels einer Bewegungsortskurve eines mobilen Objekts,
6 ein Diagramm einer Bewegungsortskurve einer aus Knoten und Bögen bestehenden Ortskurve,
7 ein Diagramm zum Erklären der Definition von Begriffen, welche die vorliegende Ausführungsform betreffen,
8 ein Diagramm zum Erklären des Berichtigens der Ortskurve,
9 ein Diagramm eines Beispiels einer berichtigten Ortskurve,
10 ein Flussdiagramm einer Verarbeitungsprozedur zum Berechnen von Korrelationen und einer Wahrscheinlichkeitsverteilung von Fehlern in Differenzmessungen durch eine Einheit zum Vergleichen der Form umgebender Objekte,
11 ein Flussdiagramm einer Verarbeitungsprozedur zum Berechnen von Korrelationen und einer Wahrscheinlichkeitsverteilung von Fehlern in Differenzmessungen durch eine Vergleichseinheit des geographischen Informationssystems,
12 ein Flussdiagramm einer Verarbeitungsprozedur zum Berechnen von Korrelationen und einer Wahrscheinlichkeitsverteilung von Fehlern in Differenzmessungen durch eine GNSS-Positionsbestimmungseinheit,
13 ein Flussdiagramm einer Verarbeitungsprozedur zum Berechnen von Korrelationen und einer Wahrscheinlichkeitsverteilung von Fehlern in Differenzmessungen durch eine Raddrehbetragsmesseinheit,
14 ein Diagramm einer anderen Ausführungsform eines autonomen sich bewegenden Systems gemäß der vorliegenden Ausführungsform (Teil 1) und
15 ein Diagramm einer anderen Ausführungsform eines autonomen sich bewegenden Systems gemäß der vorliegenden Ausführungsform (Teil 2).
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine Ausführungsform zum Ausführen der vorliegenden Erfindung (die nachfolgend als ”Ausführungsform” bezeichnet wird) unter geeignetem Bezug auf die Zeichnung detailliert beschrieben.
[Systemkonfiguration]
1 ist ein Diagramm, in dem ein Konfigurationsbeispiel eines autonomen mobilen Systems gemäß der vorliegenden Ausführungsform dargestellt ist.
Das autonome mobile System 1 weist einen Bordteil 10, der alle Daten sammelt, die für das Erstellen einer Karte erforderlich sind, und einen Verwaltungsteil 20, der eine Ortskurvenkorrektur auf der Grundlage aller gesammelten Daten ausführt, auf.
Der Bordteil 10 ist in einem mobilen Objekt V montiert, das ein mobiles Objektgerät ist, wie beispielsweise ein autonomer mobiler Roboter und ein Fahrzeug. Der Verwaltungsteil 20 ist in einer Verwaltungseinrichtung wie beispielsweise einem Bürogebäude installiert.
Der Bordteil 10 und der Verwaltungsteil 20 können über ein drahtloses Netz oder dergleichen miteinander kommunizieren.
Bordteil
Der Bordteil 10 umfasst eine Einheit 11 zum Messen der Form umgebender Objekte, eine Einheit 12 zum Vergleichen der Form umgebender Objekte, eine Einheit 13 zum Erhalten von Daten vom geographischen Informationssystem, eine Vergleichseinheit 14 des geographischen Informationssystems, eine GNSS-(globales Navigationssatellitensystem)-Positionsbestimmungseinheit 15, eine Raddrehbetragsmesseinheit 16, eine Steuereinheit 17 und andere. In manchen Fällen werden die Einheit 12 zum Vergleichen der Form umgebender Objekte, die Vergleichseinheit 14 des geographischen Informationssystems, die GNSS-Positionsbestimmungseinheit 15 und die Raddrehbetragsmesseinheit 16 gemeinsam als Messeinrichtung bezeichnet.
Die Einheit 11 zum Messen der Form umgebender Objekte misst die Form von Objekten (am Straßenrand gelegene Strukturen, wie Gebäude, Alleebäume und Strommasten, Personen, andere mobile Objekte V usw.), die um ein mobiles Objekt V existieren. Als Einheit 11 zum Messen der Form umgebender Objekte können beispielsweise ein Laserscanner, eine Stereokamera, eine TOF-(Flugzeit)-Entfernungsbildkamera und andere verwendet werden.
Die Einheit 12 zum Vergleichen der Form umgebender Objekte berechnet eine Differenz der relativen Punkt-zu-Punkt-Position des mobilen Objekts V von einem vorhergehenden Zeitpunkt durch Vergleichen (Überlagern) durch die Einheit 11 zum Messen der Form umgebender Objekte des mobilen Objekts V an der aktuellen Position gemessener Formdaten umgebender Objekte (Strukturformdaten) mit (über) an einer anderen Position gemessenen Formdaten umgebender Objekte. Für das Vergleichen kann unter anderem beispielsweise ein Verfahren verwendet werden, das in einer Veröffentlichung ”Range Data Processing; Technique for Generating a Shape Model from Multiple Range Images” (von Ken Masuda, Ikuko Okaya (Shimizu), Tatuaki Sagawa, Verhandlungen der 2004 abgehaltenen 146. CVIM-Konferenz) beschrieben ist.
Die Einheit 13 zum Erhalten von Daten vom geographischen Informationssystem ist ein Abschnitt, der Formdaten auf einer Karte für Straßenkonfigurationen in einer Stadt und am Straßenrand gelegene Strukturen, wie Gebäude, Alleebäume und Strommasten, von einem geographischen Informationssystem, das Kartendaten oder dergleichen aufweist, erhält. Als Datenformat der Formdaten auf einer Karte können unter anderem ein 3D-Stadtmodell, das in letzter Zeit in einem Autonavigationssystem verwendet wird, und eine CityGML (Geography Markup Language), die weltweit vom OGC (Open Geospatial Consortium) standardisiert ist, verwendet werden.
Die Vergleichseinheit 14 des geographischen Informationssystems berechnet eine Differenz der relativen Position der aktuellen Position des mobilen Objekts V von einem vorhergehenden Zeitpunkt auf einer Karte, welche das geographische Informationssystem besitzt, durch Vergleichen (Überlagern) durch die Einheit 11 zum Messen der Form umgebender Objekte des mobilen Objekts V an der aktuellen Position gemessener Formdaten umgebender Objekte mit (über) Formdaten auf der Karte für umgebende Objekte in der Umgebung der aktuellen Position, die von der Einheit 13 zum Erhalten von Daten vom geographischen Informationssystem erhalten wurden. Für das Vergleichen kann das gleiche Verfahren verwendet werden, das von der Einheit 12 zum Vergleichen der Form umgebender Objekte verwendet wird.
Die GNSS-Positionsbestimmungseinheit 15 berechnet die aktuelle Position des mobilen Objekts V in einem normalen Koordinatensystem, wie beispielsweise einem ebenen rechtwinkligen Koordinatensystem durch die Verwendung eines Positionsbestimmungssystems in der Art des GPS (globales Positionsbestimmungssystem).
Die Raddrehbetragsmesseinheit 16 berechnet eine relative Differenz der aktuellen Position des mobilen Objekts V gegenüber der Position des mobilen Objekts V zu einem vorhergehenden Zeitpunkt durch Akkumulieren von Raddrehungen. Für die Berechnung kann unter anderem ein in einer Veröffentlichung ”Gyrodometry: A New Method for Combining Data from Gyros and Odometry in Mobile Robots” (von Johann Borenstein und Liqiang Feng, Verhandlungen der 1996 abgehaltenen ICRA'-96-Konferenz) beschriebenes Verfahren durch die Verwendung eines als IMU (Trägheitsmesseinheit) bezeichneten Trägheitssensors oder eines gyroskopischen Sensors verwendet werden.
Der Bordteil 10 kann nicht alle jeweiligen Einheiten 11 bis 16 enthalten und kann mindestens zwei von ihnen enthalten.
Der Steuerteil 17 führt eine Gesamtsteuerung der jeweiligen Einheiten 11 bis 16 aus.
Die jeweiligen Einheiten 11 bis 17 werden durch Ausführen in einem ROM (Nurlesespeicher) oder dergleichen gespeicherter Programme durch eine CPU (Zentralverarbeitungseinheit) verwirklicht.
Verwaltungsteil
Der Verwaltungsteil 20 umfasst eine Bewertungsfunktionserzeugungseinheit 21, eine Ortskurvenoptimierungsberechnungseinheit 22 und eine Formkartendatenerzeugungseinheit 23.
Die Bewertungsfunktionserzeugungseinheit 21 ist ein Abschnitt, der eine von jeder Einheit der Messeinrichtung 11 bis 16 berechnete Differenz der relativen Position des mobilen Objekts V von einem vorhergehenden Zeitpunkt verwendet (Einzelheiten hiervon werden später beschrieben) und eine Bewertungsfunktion in Bezug auf eine Ortskurve des sich in einer sich bewegenden Umgebung bewegenden mobilen Objekts V erzeugt. Die Ortskurve ist durch eine Wahrscheinlichkeitsfunktion repräsentiert, bei der eine Differenz der jeweiligen gemessenen relativen Position als eine Variable zugewiesen ist. Durch Bestimmen einer Variablen (d. h. einer Differenz in der relativen Position), wenn die Bewertungsfunktion optimiert wird, wird ein Fehler der Ortskurve korrigiert. Einzelheiten hiervon werden später beschrieben.
Die Ortskurvenoptimierungsberechnungseinheit 22 optimiert die durch die Bewertungsfunktionserzeugungseinheit 21 erzeugte Bewertungsfunktion durch Zuweisen einer Differenz in der relativen Position als eine Variable. Dadurch berichtigt die Ortskurvenoptimierungsberechnungseinheit 22 die Ortskurve des mobilen Objekts V mit einem darin auftretenden kumulativen Fehler zu einer Ortskurve des mobilen Objekts V, in der kein kumulativer Fehler vorhanden ist, und die Konsistenz wird überall aufrechterhalten. Einzelheiten hiervon werden später beschrieben.
Die Formkartendatenerzeugungseinheit 23 erzeugt eine Karte ohne einen kumulativen Fehler durch Kopieren durch die Einheit 11 zum Messen der Form umgebender Objekte gemessener Formdaten umgebender Objekte zu der durch die Ortskurvenoptimierungsberechnungseinheit 22 berichtigten Ortskurve des mobilen Objekts V.
Der Verwaltungsteil 20 ist durch einen PC (Personalcomputer) oder dergleichen verwirklicht, und die jeweiligen Einheiten 21 bis 23 werden durch Laden in einem ROM oder einem HDD (Festplattenlaufwerk) gespeicherter Programme in einen RAM (Direktzugriffsspeicher) und Ausführen der Programme durch die CPU verwirklicht.
[Flussdiagramm]
Nachstehend werden konkrete Einzelheiten der Verarbeitung des autonomen mobilen Systems 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform anhand der folgenden 2 bis 9, während auf 1 Bezug genommen wird, beschrieben.
2 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitungsprozedur des autonomen mobilen Systems gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
Das autonome mobile System 1 berechnet eine genaue Ortskurve und erzeugt eine Karte auf der Grundlage der Ortskurve durch Ausführen des Prozesses des in 2 dargestellten Flussdiagramms, so dass das mobile Objekt V sein Ziel erreichen kann, ohne die Sicht auf seinen Ort und einen vorgesehenen Weg zu verlieren.
Während sich das mobile Objekt V während eines vorgesehenen Intervalls in einer sich bewegenden Umgebung bewegt, misst die Einheit 11 zum Messen der Form umgebender Objekte zuerst die Formen von Objekten (am Straßenrand gelegene Strukturen, wie Gebäude, Alleebäume und Strommasten, Personen, andere mobile Objekte V usw.) (Objektformen), die um das mobile Objekt V herum vorhanden sind (S101). Das hier erwähnte Bewegen kann ein autonomes Bewegen durch das mobile Objekt V oder ein Fahren des mobilen Objekts durch seinen Fahrer bedeuten.
Mit Bezug auf die 3 und 4 wird das Messen von Objektformen durch die Einheit zum Messen der Form umgebender Objekte beschrieben.
Die Einheit 11 zum Messen der Form umgebender Objekte misst die Formen von Objekten in der Art am Straßenrand gelegener Strukturen 411, die innerhalb seines Messbereichs 401 liegen, der um das sich in einem Bereich (Straße) 412 bewegende mobile Objekt V zentriert ist, worin es sich in 3 bewegen kann.
Dies erfolgt beispielsweise derart, dass die Einheit 11 zum Messen der Form umgebender Objekte einen Laserstrahl an die Umgebung abstrahlt und die Formen umgebender Objekte durch die Reflexion des Lasers misst.
Um zu verhindern, dass mobile Objekte V. wie Personen und andere mobile Objekte V, während dieser Messung als Kartendaten gespeichert werden, kann die Einheit 11 zum Messen der Form umgebender Objekte nur Formdaten umgebender Objekte innerhalb eines gegebenen Höhenbereichs 501 extrahieren, wie in 4 dargestellt ist. Alternativ kann die Einheit 11 zum Messen der Form umgebender Objekte nur Formdaten bestimmter umgebender Objekte in der Art einer ebenen Fläche und einer Säule extrahieren.
Dann erhält jede Einheit der Messeinrichtung 12 und 14 bis 16 Messdaten (S102). Gleichzeitig sendet jede Einheit der Messeinrichtung 12 und 14 bis 16 die Messdaten zum Verwaltungsteil 20.
Als nächstes bestimmt die Steuereinheit 17, ob eine vorgegebene Messdatenmenge gespeichert wurde (S103).
Falls infolge von Schritt 103 keine vorgegebene Messdatenmenge gespeichert wurde (Nein, S103), führt die Steuereinheit 17 den Prozess zu Schritt S101 zurück.
Falls infolge von Schritt 103 eine vorgegebene Messdatenmenge gespeichert wurde (Ja, S103), erzeugt die Bewertungsfunktionserzeugungseinheit 21 eine Graphengeometrie durch Erzeugen von Knoten und Bögen auf einer Bewegungsortskurve des mobilen Objekts V, die auf der Grundlage der gesendeten Daten erzeugt wird.
Nun wird mit Bezug auf die 5 und 6 das Erzeugen von Knoten und Bögen durch die Bewertungsfunktionserzeugungseinheit 21 beschrieben. In 5 sind Elementen, die jenen in 3 entsprechen, die gleichen Bezugszahlen zugewiesen, und es wird auf ihre Beschreibung verzichtet.
In 5 repräsentiert eine Bewegungsortskurve t ein Beispiel einer Bewegungsortskurve, entlang derer sich das mobile Objekt V tatsächlich bewegt hat.
Wie in 5 dargestellt ist, wird angenommen, dass sich das mobile Objekt V entlang der tatsächlichen Bewegungsortskurve t bewegt. Die Bewegungsortskurve t wird auf der Grundlage eines Abstands berechnet, der anhand der durch die Raddrehbetragsmesseinheit 16 gemessenen Anzahl der Raddrehungen gemessen wird. Tatsächlich ist die Bewegungsortskurve t geschlossen.
6 ist ein Diagramm zum Erklären einer Beziehung zwischen Knoten und Bögen.
Wie in 6 dargestellt ist, unterteilt die Bewertungsfunktionserzeugungseinheit 21 die Bewegungsortskurve t (5) in Segmente einer gegebenen Länge, stellt Segmentpunkte als Knoten p dar, erzeugt eine Graphengeometrie durch Verbinden der Knoten p durch lineare Bögen g und erzeugt eine Ortskurve X.
Dabei nimmt die Bewertungsfunktionserzeugungseinheit 21 die durch Akkumulieren von Raddrehungen durch die Raddrehbetragsmesseinheit 16 berechnete Position des mobilen Objekts V als eine Anfangsposition an und erzeugt die Knoten p und die Bögen g.
Weil in den von der Raddrehbetragsmesseinheit 16 vorgenommenen Messungen ein kumulativer Fehler auftritt, ergibt sich, dass ein Messfehler (eine Abweichung) in der in 6 dargestellten durch die Bewertungsfunktionserzeugungseinheit 21 erzeugten Graphengeometrie (Ortskurve X) gegenüber der in 5 dargestellten Bewegungsortskurve t in der tatsächlichen Umgebung auftritt. Um diesen Messfehler (diese Abweichung) zu berichtigen und eine genaue Karte zu erzeugen, führt das autonome mobile System 1 nachfolgende Schritte (S105 bis S109) der Verarbeitungsprozedur in dem in 2 vorgestellten Flussdiagramm aus.
Es sei nun ein i-ter Knoten p als Knoten p_i und seine Position durch einen Vektor x_i bezeichnet. Falls beispielsweise eine 2D-Karte erzeugt wird, wird der Vektor x_i, die Position des Knotens p_i, wie in Gleichung (1) ausgedrückt erzeugt: x_i = (u_i, v_i, θ_i) (1)
Hierbei sind u_i und v_i beispielsweise Weltkoordinaten und ist θ_i die Orientierung des mobilen Objekts V.
Dann wird die durch die Knoten p und Bögen g dargestellte Ortskurve X als ein Satz von Vektoren x_i ausgedrückt, der die Positionen von n Knoten p_i wie in Gleichung (2) darstellt: X = (x_i, ..., x_n)^T (2)
Hier ist n die Anzahl der Knoten.
Als nächstes berechnen mit Bezug auf die in Schritt S101 durch die Bewertungsfunktionserzeugungseinheit 21 erzeugte Graphengeometrie, die aus den Knoten p und den Bögen g besteht, die Einheit 12 zum Vergleichen der Form umgebender Objekte, die Vergleichseinheit 14 des geographischen Informationssystems, die GNSS-Positionsbestimmungseinheit 15 und die Raddrehbetragsmesseinheit 16 jeweils Korrelationen zwischen Messungen z und den Knoten p und berechnen eine Wahrscheinlichkeitsverteilung von Fehlern in Differenzmessungen zwischen den erhaltenen Messungen z und den Knoten p (S105).
Nachfolgend werden mit Bezug auf 7 das Berechnen von Korrelationen zwischen den Messungen z und den Knoten p_i durch jede Einheit der Messeinrichtung und ihre Wahrscheinlichkeitsdarstellung beschrieben.
7 ist ein Diagramm zum Erklären der Definition von Begriffen, welche die vorliegende Ausführungsform betreffen.
Zuerst wird, wie in 7(a) dargestellt ist, ein Beispiel unter Verwendung des Knotens p₁ und des Knotens p₂ als durch die Raddrehbetragsmesseinheit 16 gemessene Positionen vorgestellt.
Eine Linie, die den Knoten p₁ und den Knoten p₂ verbindet, ist als Bogen g₁₂ dargestellt. Weil der Knoten p₂ einen Messfehler aufweist, wird unter der Annahme, dass der Messfehler einer Normalverteilung genügt, davon ausgegangen, dass ein wahrer Knoten p₂ innerhalb eines Bereichs der Ellipse y₁ liegt. Hier wird eine Messfehlerverteilung (elliptische Verteilung y₁) des Knotens p₂ durch eine Genauigkeitsmatrix Ω der Normalverteilung dargestellt. Hier ist die Ellipse y₁ eine durch die Genauigkeitsmatrix Ω gegebene Kovarianzellipse. Die Genauigkeitsmatrix Ω wird auch als Informationsmatrix bezeichnet und entspricht einer inversen Matrix einer Kovarianzmatrix der Normalverteilung. Insbesondere definiert die Ellipse y₁ in 7(a) einen Bereich der Standardabweichung σ vom Zentrum um den Knoten p₂ in der Normalverteilung.
Ein kleiner Pfeil q gibt die Orientierung des mobilen Objekts V an und entspricht θ_i in Gleichung (1).
Nachfolgend wird mit Bezug auf 7(b) dargelegt, wie eine durch eine andere Einheit der Messeinrichtung gemessene Position mit einem durch die Raddrehbetragsmesseinheit 16 gemessenen Knoten zu korrelieren ist.
Wie in 7(b) dargestellt ist, wird angenommen, dass eine andere Einheit der Messeinrichtung als die Raddrehbetragsmesseinheit 16 (beispielsweise die GNSS-Positionsbestimmungseinheit 15) eine Position gemessen hat. Diese Position sei als Messung z(m₁) (Positionsdaten) bezeichnet. Hier ist ”m₁” eine Identifikationsnummer, die eine Einheit der Messeinrichtung (beispielsweise die GNSS-Positionsbestimmungseinheit 15) identifiziert, welche die Messung z vorgenommen hat. Das heißt, dass die Messung z(m₁) die von der Einheit m₁ der Messeinrichtung vorgenommene Messung z bedeutet.
Dann bestimmt die Bewertungsfunktionserzeugungseinheit 21 den Knoten p, mit dem die Messung z(m₁) korreliert werden sollte. Unter der Annahme, dass beispielsweise auf der Grundlage von Zeitpunkten eine Korrelation der Messung z(m₁) mit dem Knoten p₂ durch die Bewertungsfunktionserzeugungseinheit 21 bestimmt wurde, sei diese Messung z als Messung z₂(m₁) bezeichnet.
Hier sei als Z₁₂(m₁) eine Linie bezeichnet, welche den Knoten p₁ und die Messung z₂(m₁) verbindet, eine Messung einer Differenz der relativen Position (die nachstehend als Differenzmessung bezeichnet wird).
Eine Komponente einer Differenzmessung Z₁₂(m₁) wird durch eine Differenz zwischen der Messung z₂ und dem Knoten p₁ dargestellt.
Die Kovarianzellipse der Messung z₂(m₁) ist mit dem Knoten p₂ korreliert (mit anderen Worten sind die Differenzmessung Z₁₂(m₁) und der Bogen g₁₂ korreliert). Diese Korrelation sei als Korrelation c_1,2(m₁) bezeichnet.
Auf diese Weise dient ein durch die Raddrehbetragsmesseinheit 16 gemessener Knoten p als ein Anfangswert, nämlich ein Referenzwert für eine Korrelation mit einer von einer anderen Einheit der Messeinrichtung vorgenommenen Messung z.
Weil auch davon ausgegangen wird, dass die Messung z₂(m₁) einen Fehler aufweist, hat die Messung z₂(m₁) eine Kovarianzellipse y₂, die wie im Fall von 7(a) durch die Genauigkeitsmatrix Ω gegeben ist.
Wie in 7(c) dargestellt ist, sind nicht alle Messungen z_i(m₁) mit allen Knoten p_i korreliert. Dies liegt daran, dass jede Einheit der Messeinrichtung in verschiedenen Intervallen Messungen vornimmt.
Wie in 7(c) dargestellt ist, wird, falls die Messung z₄(m₁) mit dem Knoten p₄ korreliert ist, jedoch keine Messungen z(m₁) erhalten werden, die mit den Knoten p₂, p₃ zu korrelieren sind, die Messung z(m₁) in diesem Fall zur Messung z₄(m₁), und eine Differenzmessung gegen den Knoten p₁ wird zu Z₁₄(m₁).
Ein Benutzer legt beliebig einen Basispunktknoten fest, von dem eine Differenzmessung vorgenommen wird.
Beispielsweise kann, wie in 7(d) dargestellt ist, ein gegebener n-ter Knoten p vor einem mit einer Messung z korrelierten Knoten p als ein Basispunktknoten definiert werden. In einem Beispiel aus 7(d) ist ein zweiter Knoten vor einem Knoten, der mit einer Messung z korreliert ist, ein Basispunktknoten. Das heißt, dass ein Basispunktknoten, von dem eine Differenzmessung (Z₁₃) zur Messung z₃(m₁) erzeugt wird, der Knoten p₁ ist, welcher der zweite Knoten vor dem mit der Messung z₃(m₁) korrelierten Knoten p₃ ist. Auch ist ein Basispunktknoten, von dem eine Differenzmessung (Z₂₄) zur Messung z₄(m₁) erzeugt wird, ein Knoten p₂, welcher der zweite Knoten vor dem mit der Messung z₄(m₁) korrelierten Knoten p₄ ist.
Ein Weg zum Bestimmen eines Basispunktknotens, von dem eine Differenzmessung vorgenommen wird, ist nicht auf den in 7(d) dargestellten Weg beschränkt.
Beispielsweise kann, wie in 7(e) dargestellt ist, ein Knoten p, der zuletzt mit einer Messung z korreliert wurde, als ein Basispunktknoten definiert werden. Wie in 7(e) dargestellt ist, sei angenommen, dass die Messung z₁(m₁) und der Knoten p₁ korreliert sind, die Messung z₃(m₁) und der Knoten p₃ korreliert sind und die Messung z₄(m₁) und der Knoten p₄ korreliert sind. Hier wird ein Basispunktknoten, von dem eine Differenzmessung (Z₁₃) zur Messung z₃(m₁) erzeugt wird, zu einem Knoten p₁, der zuletzt mit einer Messung z korreliert wurde. Ebenso wird ein Basispunktknoten, von dem eine Differenzmessung (Z₃₄) zur Messung z₄(m₁) erzeugt wurde, zu einem Knoten p₃, der zuletzt mit einer Messung z korreliert wurde. Die Messung z₄(m₁) wird wiederum zu einem Basispunktknoten für eine weitere Differenzmessung.
Weil die Raddrehbetragsmesseinheit 16 auch eine Einheit der Messeinrichtung ist, wird ein Knoten p auch zu einer Messung z. Falls in 7(a) beispielsweise angenommen wird, dass die Identifikationsnummer der Raddrehbetragsmesseinheit 16 m₀ ist, wird der Knoten p₁ zur Messung z₁(m₀). Das heißt, dass die Messung z₁(m₀) und der Knoten p₁ korreliert sind (gleichzeitig Messung z₂(m₀) = Knoten p₂). In diesem Fall kann die Korrelation c_1,2(m₀) definiert werden (nicht dargestellt), weil die Messung z₁(m₀) und der Knoten p_i korreliert sind.
Wie vorstehend beschrieben wurde, berechnet jede Einheit der Messeinrichtung 12 und 14 bis 16 davon vorgenommene Messungen z_j(m_k), Differenzmessungen Z_ij(m_k) und Korrelationen c_i,j(m_k), wobei i, j, k natürliche Zahlen sind und i < j ist.
Nachfolgend wird die Erzeugung einer Wahrscheinlichkeitsverteilung von Fehlern in Differenzmessungen beschrieben.
Auf der Grundlage der mit Bezug auf 7 beschriebenen Definition berechnet die Bewertungsfunktionserzeugungseinheit 21 eine Bewertungsfunktion zum Berichtigen der Ortskurve X und zum Berichtigen einer wahrscheinlichsten Ortskurve Xc durch Berechnen der Positionen x der Knoten p, welche die Bewertungsfunktion maximieren.
8 ist ein Diagramm zum Erklären der Berichtigung der Ortskurve. Eine in 8 dargestellte Ortskurve gleicht der Ortskurve X in 6.
In 8 werden die Knoten p₀, p₁, p₂ usw. berechnet, und es werden die Messungen z₀(m₁), z₁(m₁), z₂(m₁), z₅(m₁) usw., die mit den Knoten korrelieren, berechnet ((m₁) ist in 8 fortgelassen). Hier ist ein Basispunktknoten, von dem eine Differenzmessung vorgenommen wird, als ein dritter Knoten vor einem als mit einer Messung korreliert definierten Knoten definiert.
Wie vorstehend beschrieben wurde, können auch die Knoten p₀, p₁, p₂ usw. als Messungen z₀(m₀), z₁(m₀) bzw. z₂(m₀) angesehen werden, auf ihre Darstellung wird jedoch verzichtet, um eine Komplikation zu vermeiden (”m₀” ist eine Identifikationsnummer, welche die Raddrehbetragsmesseinheit 16 identifiziert).
Falls hier eine Wahrscheinlichkeit von x ∈ X, wobei x die Positionen aller Knoten unter der Bedingung bezeichnet, dass Korrelationen c_i,j(m_k) (in 8 nicht dargestellt) für sie definiert sind, durch eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion p(x|c_i,j(m_k)) definiert ist, wird, weil davon ausgegangen wird, dass die Korrelationen c_i,j(m_k) unabhängig auftreten, eine Wahrscheinlichkeit, bei der die Positionen x auftreten, durch eine gemischte Verteilung einer Wahrscheinlichkeit dargestellt, mit der x_j (die Position des Knotens p_j) unter der Bedingung auftritt, dass die Korrelationen c_i,j(m_k) auftreten, und eine Gleichung dafür wird durch eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion p(x) ausgedrückt, die in Gleichung (3) bereitgestellt ist. Hier ist x das in Gleichung (2) definierte x.
Hier bedeutet <i, j> alle Kombinationen von i, j, für die Korrelationen c_i,j(m_k) definiert sind, ist C eine Menge von Korrelationen c_i,j(m_k), die auftreten können, und ist M eine Menge aller Einheiten der Messeinrichtung, die verwendet werden.
Gleichung 3 bedeutet eine Wahrscheinlichkeit, mit der die Ortskurve X auftritt, wenn die Korrelationen c_i,j(m_k) auftreten.
Wenn beispielsweise Messungen z_j(m₁) in Bezug auf die Identifikationsnummer m₁ einer Einheit der Messeinrichtung in 8 als ein Beispiel genommen wird, sind die mit Knoten korrelierten Messungen {z₀(m₁), z₁(m₁), z₂(m₁), z₅(m₁), z₆(m₁), z₉(m₁), z₁₀(m₁), z₁₃(m₁) und z₁₄(m₁)}. Daher ergibt die in Gleichung (3) multiplizierte Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion {p(x|c_16,0(m₁)), p(x|c_14,1(m₁)), p(x|c_15,2(m₁)), p(x|c_2,5(m₁)), p(x|c_3,6(m₁)), p(x|c_6,9(m₁)), p(x|c_7,10(m₁)), p(x|c_10,13(m₁)) und p(x|c_11,14(m₁))}. In 8 ist die Bezeichnung m₁ fortgelassen.
Das heißt, dass, weil Differenzmessungen Z_ij, die sich auf die Korrelationen c_i,j(m_k) beziehen, unabhängig auftreten, die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion zum Bestimmen einer Wahrscheinlichkeit, mit der die Positionen x gleichzeitig auftreten, durch Multiplizieren von p(x_j|c_i,j(m_k)) in Bezug auf Messungen, die an allen Einheiten der Messeinrichtung vorgenommen werden, repräsentiert ist, wie in Gleichung (3) gezeigt ist.
Weil die von der Raddrehbetragsmesseinheit 16 genommenen Knoten p_j auch zu Messungen z_j(m₀) werden, wie zuvor beschrieben wurde, wird auch p(x₃|c_i,j(m₀)) in Gleichung (3) multipliziert.
Durch Maximieren der in Gleichung (3) dargestellten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion p(x) erhält die Bewertungsfunktionserzeugungseinheit 21 eine Ortskurve Xc, in der kein kumulativer Fehler vorhanden ist und die Konsistenz überall aufrechterhalten ist. Hier bezeichnet die Ortskurve X eine Ortskurve vor der Korrektur und bezeichnet die Ortskurve Xc eine Ortskurve nach der Korrektur. Das heißt, dass das Maximieren der in Gleichung (3) dargestellten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion p(x) bedeutet, dass die Positionen xj mit der höchsten Wahrscheinlichkeit auftreten. Die Bewertungsfunktionserzeugungseinheit 21 erhält diese Positionen x und verbindet die erhaltenen Positionen x als Knoten, wodurch die Ortskurve Xc des mobilen Objekts V erhalten wird, in der kein kumulativer Fehler vorhanden ist und die Konsistenz überall aufrechterhalten ist.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Berechnen der Ortskurve Xc durch ein Maximum-Likelihood-Schätzverfahren beschrieben.
Wie mit Bezug auf 7(b) beschrieben wurde, lässt sich, falls Wahrscheinlichkeitsverteilungen, bei denen die Positionen x der Knoten p auf der Ortskurve X vorhanden sind, durch eine Normalverteilung der Genauigkeitsmatrix Ω dargestellt sind, die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion p(x|c_i,j(m_k)) in Gleichung (3) durch die folgende Gleichung (4) ausdrücken. p(x|c_i,j(m_k)) = N(x|Z_ij(m_k), Ω_ij ^–1) (4)
Hier ist N(·) eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, die eine Normalverteilung darstellt. Insbesondere wird Gleichung (4) durch ein Verfahren erzeugt, das in einem zitierten Dokument beschrieben ist, wie später erwähnt wird. Diese Gleichung (4) ergibt eine Wahrscheinlichkeitsverteilung von Fehlern in Differenzmessungen.
Um zur Beschreibung von 2 zurückzukehren, erzeugt die Bewertungsfunktionserzeugungseinheit 21 dann eine Bewertungsfunktion (S106) auf der Grundlage der Korrelationen zwischen den Messungen z und den Knoten p, die durch jede von der Einheit 12 zum Vergleichen der Form umgebender Objekte, der Vergleichseinheit 14 des geographischen Informationssystems, der GNSS-Positionsbestimmungseinheit 15 und der Raddrehbetragsmesseinheit 16 erzeugt wurden, sowie der Wahrscheinlichkeitsverteilung von Fehlern in Differenzmessungen.
Die Bewertungsfunktionserzeugungseinheit 21 leitet eine Bewertungsfunktion F(x) durch die folgende Prozedur ab.
Zuerst wird durch Zuweisen von Gleichung (4) zu Gleichung (3) und Entwickeln der letztgenannten nach einer Normalverteilungsformel die folgende Gleichung (5) abgeleitet.
Hier ist η_ij eine normierte Variable und ist d_ij(x) eine Funktion zum Erhalten einer Differenz einer relativen Position der Messung z_j, die mit einem j-ten Knoten korreliert ist, in Bezug auf einen i-ten Knoten (Differenzmessung Z_ij). Diese Funktion ist eine Funktion von x. Ω_ij ist eine Genauigkeitsmatrix für Messungen z_j(m_k) mit Korrelationen c_i,j. Ω_ij wird durch eine in einem zitierten Dokument beschriebene Technik berechnet, wie später erwähnt wird.
Durch Erhalten natürlicher Logarithmen beider Seiten von Gleichung (5) wird Gleichung (6) abgeleitet.
Hier ist ”const.” eine Konstante. Das Maximieren der in Gleichung (3) dargestellten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion p(x) entspricht dem Maximieren der natürlichen Logarithmen (Likelihood-Funktion) der in Gleichung (6) dargestellten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion p(x). Daher kann durch Entfernen der Konstanten und negativen Koeffizienten aus Gleichung (6) eine Bewertungsfunktion F(x) wie in Gleichung (7) formuliert werden.
In Gleichung (7) ist e_ij durch die folgende Gleichung (8) ausgedrückt. e_ij = d_ij(x) – Z_ij(m_k) (8)
Hier entspricht das Maximieren der in Gleichung (3) dargestellten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion p(x) dem Minimieren der in Gleichung (7) dargestellten Bewertungsfunktion F(x). Daher entspricht das Minimieren der Bewertungsfunktion F(x) dem Optimieren der Bewertungsfunktion F(x).
Das heißt, dass die Bewertungsfunktionserzeugungseinheit 21 in Schritt 106 in 2 die in Gleichung (7) dargestellte Bewertungsfunktion F(x) auf der Grundlage der Messungen z_j(m_k) berechnet, die von der Einheit 12 zum Vergleichen der Form umgebender Objekte, der Vergleichseinheit 14 des geographischen Informationssystems, der GNSS-Positionsbestimmungseinheit 15 und der Raddrehbetragsmesseinheit 16 erhalten werden.
Als nächstes stellt die Steuereinheit 17 fest, ob das mobile Objekt V das Bewegen in der sich bewegenden Umgebung während des vorgesehenen Intervalls abgeschlossen hat, d. h. sie stellt fest, ob die Bewegung des mobilen Objekts V beendet wurde (S107), wodurch festgestellt wird, ob das Erhalten der Formdaten umgebender Objekte abgeschlossen wurde.
Falls das Ergebnis von Schritt S107 ist, dass die Bewegung nicht abgeschlossen wurde (Nein, S107), führt die Steuereinheit 17 den Prozess zu Schritt S101 zurück.
Falls das Ergebnis von Schritt S107 ist, dass die Bewegung abgeschlossen wurde (Ja, S107), berichtigt die Ortskurvenoptimierungsberechnungseinheit 22 die Ortskurve X des mobilen Objekts V mit einem darin vorhandenen kumulativen Fehler zur Ortskurve Xc des mobilen Objekts V, in der kein kumulativer Fehler vorhanden ist und die Konsistenz überall aufrechterhalten ist, durch Optimieren der in Gleichung (7) dargestellten Bewertungsfunktion F(x) (S108).
Wie vorhergehend beschrieben wurde, entspricht das Maximieren der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion p(x) der Gleichung dem Minimieren der in den Gleichungen (7) und (8) dargestellten Bewertungsfunktion F(x). Das heißt, dass die Ortskurvenoptimierungsberechnungseinheit 22 die Bewertungsfunktion F(x) optimiert, indem sie die Positionen x der Knoten p, welche die Bewertungsfunktion F(x) minimieren, durch die nachstehende Gleichung (9) erhält. Dabei berichtigt die Ortskurvenoptimierungsberechnungseinheit 22 die durch die Raddrehbetragsmesseinheit 16 erhaltene Ortskurve X (6) zur Ortskurve Xc des mobilen Objekts V, worin kein kumulativer Fehler vorhanden ist und die Konsistenz überall aufrechterhalten ist, wie in 9 dargestellt ist. Die Ortskurvenoptimierungsberechnungseinheit 22 minimiert die Bewertungsfunktion F(x) durch ein Verfahren zum Lösen eines Gleichungssystems und ein nicht lineares Optimierungsverfahren.
Dann erzeugt die Formkartendatenerzeugungseinheit 23 eine Karte durch Kopieren durch die Einheit 11 zum Messen der Form umgebender Objekte gemessener Formdaten umgebender Objekte zur berichtigten Ortskurve Xc des mobilen Objekts V (S109). Folglich ist es möglich, eine genaue Karte zu erzeugen, indem nach dem Erhalten aller Formdaten umgebender Objekte in der sich bewegenden Umgebung für ein vorgesehenes Intervall zum Erzeugen einer Karte die Ortskurve Xc des mobilen Objekts V geschätzt wird, worin kein kumulativer Fehler vorhanden ist, und die Konsistenz über alle Messdaten aufrechterhalten wird, und die gemessenen Formdaten umgebender Objekte zu dieser Ortskurve Xc zu kopieren, statt eine Karte zu erzeugen, während der eigene Ort durch zeitsequenzielles Abbilden geschätzt wird.
Wenngleich gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Knoten p aus von der Raddrehbetragsmesseinheit 16 genommenen Messdaten erzeugt werden, können die Knoten p auch aus Messdaten erzeugt werden, die von einer anderen Einheit der Messeinrichtung genommen werden. Das heißt, dass von einer anderen Einheit der Messeinrichtung genommene Messdaten als Referenzwerte verwendet werden können.
Berechnen der Korrelationen und der Wahrscheinlichkeitsverteilung von Fehlern in Differenzmessungen durch jede Einheit der Messeinrichtung
Als nächstes wird mit Bezug auf die 10 bis 15 die Verarbeitung durch jede Einheit der Messeinrichtung in Schritt S105 in 2 beschrieben.
Einheit zum Vergleichen der Form umgebender Objekte
10 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitungsprozedur von Schritt S105 durch die Einheit zum Vergleichen der Form umgebender Objekte zeigt.
Die Einheit 12 zum Vergleichen der Form umgebender Objekte konzentriert sich auf einen i-ten Knoten p_i und einen j-ten Knoten p_j und berechnet Korrelationen einer durch die Einheit 12 zum Vergleichen der Form umgebender Objekte erhaltenen Messung z mit dem Knoten p_i und dem Knoten p_j durch Vergleichen (Überlagern) durch die Einheit 11 zum Messen der Form umgebender Objekte am Punkt des i-ten Knotens p_i gemessener Formdaten umgebender Objekte mit (über) am Punkt des j-ten Knotens p_j gemessenen Formdaten umgebender Objekte.
Die Einheit 11 zum Messen der Form umgebender Objekte sucht nach einem Knoten p, der innerhalb eines vorgegebenen Schwellenabstands vom i-ten Knoten p_i, der nun anvisiert wird, vorhanden ist (S201), und bestimmt den passenden j-ten Knoten p_j.
Dann vergleicht die Einheit 11 zum Messen der Form umgebender Objekte am Punkt des i-ten Knotens p_i gemessene Formdaten umgebender Objekte mit am Punkt des j-ten Knotens p_i gemessenen Formdaten umgebender Objekte (S202). Das Ergebnis dieses Vergleichs ist eine Messung z. Für diesen Vergleich kann unter anderem beispielsweise ein Verfahren verwendet werden, das in ”Range Data Processing; Technique for Generating a Shape Model from Multiple Range Images” (von Ken Masuda, Ikuko Okaya (Shimizu), Tatuaki Sagawa, Verhandlungen der 2004 abgehaltenen 146. CVIM-Konferenz) beschrieben ist.
Dann berechnet die Einheit 11 zum Messen der Form umgebender Objekte unter Verwendung des Vergleichsergebnisses in Schritt S202 die Wahrscheinlichkeitsverteilung (Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion; Gleichung (4)) eines Fehlers in einer Differenzmessung in Bezug auf die Messung z_j (S203). Zum Berechnen der Wahrscheinlichkeitsverteilung eines Fehlers in einer Differenzmessung kann unter anderem beispielsweise ein Verfahren verwendet werden, das in einer Veröffentlichung ”Likelihood Distribution Calculation for Robot Orientation in Scan Matching” (von Tadahiro Tomonou, Verhandlungen der 2010 abgehaltenen RSJ'10-Konferenz) beschrieben ist.
Wiederum stellt die Einheit 11 zum Messen der Form umgebender Objekte fest, ob die Verarbeitung der Schritte 201 bis 203 für alle Knoten in der sich bewegenden Umgebung für ein vorgesehenes Intervall für die Erzeugung einer Karte abgeschlossen wurde (S204).
Falls das Ergebnis von Schritt S204 ist, dass die Verarbeitung nicht abgeschlossen wurde (Nein, Schritt 204), führt die Einheit 11 zum Messen der Form umgebender Objekte den Prozess zu Schritt S201 zurück.
Falls das Ergebnis von Schritt S204 ist, dass die Verarbeitung abgeschlossen wurde (Ja, Schritt 204), beendet die Einheit 11 zum Messen der Form umgebender Objekte den Prozess.
Vergleichseinheit 14 des geographischen Informationssystems
11 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitungsprozedur von Schritt S105 durch die Vergleichseinheit des geographischen Informationssystems zeigt.
Die Vergleichseinheit 14 des geographischen Informationssystems berechnet eine Korrelation mit einem Knoten und die Wahrscheinlichkeitsverteilung (Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion; Gleichung (4)) eines Fehlers in einer Differenzmessung von Kartendaten des geographischen Informationssystems durch Vergleichen (Überlagern) durch die Einheit 11 zum Messen der Form umgebender Objekte am anvisierten Knoten p gemessener Formdaten umgebender Objekte mit Formdaten auf der Karte, die durch die Einheit 13 zum Erhalten von Daten vom geographischen Informationssystem erhalten wurden.
Zuerst sucht die Vergleichseinheit 14 des geographischen Informationssystems über die Einheit r zum Erhalten von Daten vom geographischen Informationssystem nach Daten im geographischen Informationssystem, die innerhalb eines vorgegebenen Schwellenabstands vom nun anvisierten Knoten p_i vorhanden sind (S301).
Wiederum vergleicht die Vergleichseinheit 14 des geographischen Informationssystems durch die Einheit 11 zum Messen der Form umgebender Objekte am anvisierten Knoten p gemessene Formdaten umgebender Objekte mit den gesuchten Daten, d. h. durch die Einheit 13 zum Erhalten von Daten vom geographischen Informationssystem erhaltenen Formdaten auf der Karte (S302). Dieser Vergleich ergibt eine Messung z. Für den Vergleich kann das gleiche Verfahren wie bei der Verarbeitung von Schritt S202 in 10 verwendet werden.
Dann berechnet die Vergleichseinheit 14 des geographischen Informationssystems unter Verwendung des Vergleichsergebnisses in Schritt S302 eine Korrelation zwischen der Messung z und dem Knoten p und berechnet die Wahrscheinlichkeitsverteilung (Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion; Gleichung (4)) eines Fehlers in einer Differenzmessung (S303). Zum Berechnen der Wahrscheinlichkeitsverteilung eines Fehlers in einer Differenzmessung kann das gleiche Verfahren wie in Schritt S203 in 10 verwendet werden.
GNSS-Positionsbestimmungseinheit
12 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitungsprozedur von Schritt S105 durch die GNSS-Positionsbestimmungseinheit zeigt.
Die GNSS-Positionsbestimmungseinheit 15 berechnet eine Korrelation c_i,j in einem normalen Koordinatensystem, wie beispielsweise einem ebenen rechteckigen Koordinatensystem.
Zuerst nimmt die GNSS-Positionsbestimmungseinheit 15 eine Positionsmessung z am nun anvisierten Knoten p im normalen Koordinatensystem unter Verwendung von GNSS vor (S401).
Die GNSS-Positionsbestimmungseinheit 15 berechnet wiederum unter Verwendung des Positionsmessergebnisses (Messung z) in Schritt S401 eine Korrelation mit dem Knoten p und die Wahrscheinlichkeitsverteilung eines Fehlers in der Messung z (S402). Zum Berechnen der Wahrscheinlichkeitsverteilung eines Fehlers in der Messung z können unter anderem beispielsweise Informationen verwendet werden, die für GST-Sätze eines NMEA-0183-Formats relevant sind, welches ein Kommunikationsprotokoll zur Verwendung beim GNSS ist.
Raddrehbetragsmesseinheit
13 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitungsprozedur von Schritt S105 durch die Raddrehbetragsmesseinheit zeigt.
Die Raddrehbetragsmesseinheit 16 berechnet eine Korrelation c_i,j, wenn eine Messung z an einem Knoten p vorgenommen wird, nämlich der aktuellen Position des mobilen Objekts V, gegenüber einem Knoten p, an dem sich das mobile Objekt V zum vorhergehenden Zeitpunkt befand, durch Akkumulieren von Raddrehungen.
Zuerst nimmt die Raddrehbetragsmesseinheit 16 eine Messung z am Knoten p_j vor, nämlich der aktuellen Position des mobilen Objekts V, und bildet die Differenzmessung Z_ij in Bezug auf den Knoten p_i, an dem sich das mobile Objekt V zum vorhergehenden Zeitpunkt befunden hat, durch Akkumulieren von Raddrehungen (S501). Dabei kann unter anderem ein Verfahren, das in einer Veröffentlichung ”Gyrodometry: A New Method for Combining Data from Gyros and Odometry in Mobile Robots” (von Johann Borenstein und Liqiang Feng, Verhandlungen der 1996 abgehaltenen ICRA'-96-Konferenz) beschrieben ist, durch die Verwendung eines als IMU (Trägheitsmesseinheit) bezeichneten Trägheitssensors oder eines gyroskopischen Sensors verwendet werden.
Dann berechnet die Raddrehbetragsmesseinheit 16 unter Verwendung des Messergebnisses in Schritt S501 eine Korrelation c_i,j der Messung z mit dem Knoten p_j und die Wahrscheinlichkeitsverteilung (Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion; Gleichung (4)) eines Fehlers in der Differenzmessung Z_ij (S502). Zum Berechnen der Wahrscheinlichkeitsverteilung eines Fehlers in der Messung z kann unter anderem beispielsweise ein Verfahren verwendet werden, das in einem Buch ”Vehicle” (von Kimio Kanai u. a., 2003 veröffentlicht von Corona Publishing Co., Ltd.) beschrieben ist.
[Andere Ausführungsformen]
14 ist ein Diagramm, das eine andere Ausführungsform eines autonomen Bewegungssystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
Wenngleich ein mobiles Objekt V und der Verwaltungsteil 20 in 1 miteinander kommunizieren, können Bordteile 10, die in mehreren mobilen Objekten V1, V2 (V) montiert sind, mit dem Verwaltungsteil 20 kommunizieren, wie in 14 dargestellt ist. In diesem Fall erzeugt der Verwaltungsteil 20 eine Bewertungsfunktion und erhält eine Ortskurve Xc auf der Grundlage von den jeweiligen Bordteilen 10 korrigierter Daten.
Alternativ können die jeweiligen Bordteile 10 nicht alle Einheiten 11 bis 15 aufweisen (allerdings müssen alle Bordteile 10 die Raddrehbetragsmesseinheit 16 aufweisen). In diesem Fall kann der Verwaltungsteil 20 von den jeweiligen Bordteilen 10 gesammelte Messdaten integrieren, eine Bewertungsfunktion erzeugen und eine Ortskurve Xc erhalten.
15 ist ein Diagramm, das eine andere Ausführungsform eines autonomen Bewegungssystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
Wie in 15 dargestellt ist, können die Funktionen des Bordteils 10 und des Verwaltungsteils 20 in 1 in einem Bordteil 10a eines mobilen Objekts V bereitgestellt sein.
Dadurch wird es möglich, eine Ortskurve zu korrigieren und eine Karte nur durch das mobile Objekt Va zu erzeugen.
[Schlussfolgerung]
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es durch Erzeugen einer Bewertungsfunktion und Optimieren der Bewertungsfunktion auf der Grundlage von mehreren Einheiten einer Messeinrichtung erhaltener Daten möglich, eine Ortskurve Xc des mobilen Objekts V zu schätzen, worin kein kumulativer Fehler vorhanden ist, und die Konsistenz wird von der einen Fehler aufweisenden Ortskurve X des mobilen Objekts V überall aufrechterhalten.
Durch Kopieren von Formdaten umgebender Objekte zur Ortskurve Xc kann eine genaue Karte ohne Fehlerakkumulation erzeugt werden.
Folglich bewegt sich das mobile Objekt V autonom auf der Grundlage einer solchen Karte, so dass das mobile Objekt V sein Ziel erreichen kann, ohne die Sicht seines Orts und seines vorgesehenen Wegs zu verlieren.
Anders ausgedrückt wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein autonomes mobiles System verwirklicht, das eine genaue Karte erzeugt, indem nach dem Erhalten aller Formdaten in der sich bewegenden Umgebung für ein vorgesehenes Intervall für das Erzeugen einer Karte eine Ortskurve des mobilen Objekts V geschätzt wird, in der kein kumulativer Fehler vorhanden ist und die Konsistenz über alle Messdaten aufrechterhalten wird, und indem die Formdaten umgebender Objekte zur Ortskurve kopiert werden, statt eine Karte zu erzeugen, während der eigene Ort durch zeitsequenzielles Abbilden geschätzt wird, wobei das Ziel erreicht wird, ohne die Sicht des Orts und eines vorgesehenen Wegs zu verlieren.
Bezugszeichenliste

1: Autonomes mobiles System
10, 10a: Bordteil
11: Einheit zum Messen der Form umgebender Objekte
12: Einheit zum Vergleichen der Form umgebender Objekte
13: Einheit zum Erhalten von Daten vom geographischen Informationssystem
14: Vergleichseinheit des geographischen Informationssystems
15: GNSS-Positionsbestimmungseinheit
16: Raddrehbetragsmesseinheit
17: Steuereinheit
20: Verwaltungsteil (Ortskurvenkorrekturvorrichtung)
21: Bewertungsfunktionserzeugungseinheit
22: Ortskurvenoptimierungsberechnungseinheit
23: Formkartendatenerzeugungseinheit
V, V1, V2, Va: Mobiles Objekt (Mobiles Objektgerät)

Claims

Ortskurvenkorrekturverfahren zum Korrigieren einer Bewegungsortskurve eines mobilen Objekts durch eine Ortskurvenkorrekturvorrichtung, wobei das Ortskurvenkorrekturverfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass: die Ortskurvenkorrekturvorrichtung Folgendes ausführt: Festlegen mehrerer Knoten auf durch eine Einheit einer Messeinrichtung erhaltenen Ortskurvendaten des mobilen Objekts, Korrelieren durch die eine Einheit der Messeinrichtung erhaltener Positionsdaten des mobilen Objekts mit den Knoten und Korrelieren durch andere Einheiten der Messeinrichtung als die eine Einheit der Messeinrichtung erhaltener Positionsdaten des mobilen Objekts mit den Knoten, Darstellen von Positionen, an denen die Knoten auftreten können, durch eine Wahrscheinlichkeit, Darstellen von Positionen, an denen mit den Knoten korrelierte Positionsdaten auftreten können, durch eine Wahrscheinlichkeit, Berechnen einer Bewertungsfunktion, welche die Knoten und die Positionsdaten als Variablen aufweist, auf der Grundlage jeder Wahrscheinlichkeit und Berechnen einer Ortskurve, auf der jeder Knoten mit der höchsten Wahrscheinlichkeit auftritt, auf der Grundlage der Bewertungsfunktion.
Ortskurvenkorrekturverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ist, dass: die Wahrscheinlichkeit durch eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion dargestellt wird, die Bewertungsfunktion eine Likelihood-Funktion ist und die Ortskurvenkorrekturvorrichtung eine Ortskurve, auf der jeder Knoten mit der höchsten Wahrscheinlichkeit auftritt, nach einem Maximum-Likelihood-Schätzverfahren berechnet.
Ortskurvenkorrekturverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass: die Ortskurvenkorrekturvorrichtung eine Karte durch Kopieren von Formdaten von Strukturen um die berechnete Ortskurve erstellt.
Ortskurvenkorrekturvorrichtung zum Korrigieren einer Bewegungsortskurve eines mobilen Objekts, wobei die Ortskurvenkorrekturvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Folgendes aufweist: eine Bewertungsfunktionserzeugungseinheit, welche Folgendes ausführt: Festlegen mehrerer Knoten auf durch eine Einheit der Messeinrichtung erhaltenen Ortskurvendaten des mobilen Objekts, Korrelieren durch die eine Einheit der Messeinrichtung erhaltener Positionsdaten des mobilen Objekts mit den Knoten und Korrelieren durch andere Einheiten der Messeinrichtung als die eine Einheit der Messeinrichtung erhaltener Positionsdaten des mobilen Objekts mit den Knoten, Darstellen von Positionen, an denen die Knoten auftreten können, durch eine Wahrscheinlichkeit, Darstellen von Positionen, an denen mit den Knoten korrelierte Positionsdaten auftreten können, durch eine Wahrscheinlichkeit, und Berechnen einer Bewertungsfunktion, welche die Knoten und die Positionsdaten als Variablen aufweist, auf der Grundlage jeder Wahrscheinlichkeit und eine Ortskurvenoptimierungsberechnungseinheit, die auf der Grundlage der Bewertungsfunktion eine Ortskurve berechnet, auf der jeder Knoten mit der höchsten Wahrscheinlichkeit auftritt.
Mobiles Objektgerät, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es mit der Ortskurvenkorrekturvorrichtung nach Anspruch 4 versehen ist.