JP2005265494A - 車両位置推定装置およびこれを用いた運転支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
車両走行の多くの場面において安定して運転支援に活用する車両位置を高精度で求める。
【解決手段】
車載カメラで撮影した画像から標高データなどを用いて車線情報とランドマーク情報を抽出し、地図情報に含まれるランドマーク情報或いは車線情報と整合して撮像領域を求めて車両位置を推定する。ランドマークや詳細地図情報が存在しない箇所では車速情報を用いて推定する。地図情報と撮像情報から求めたランドマーク情報・車線情報の整合性判定の際はＧＰＳによって測定した概略位置情報を用いて処理対象とする地図情報の検索範囲を絞り込む。そして、推定した位置情報・詳細地図情報を用いて運転者への警報や車両制御を実施する。詳細地図はオンラインで最新の情報に更新される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の位置を推定して運転を支援する運転支援装置に関する。

近年、自動車運転における安全性や快適性向上を目的として、様々な装備が車両に取り付けられてきている。そして、自動車は事故の発生を防止する機能を搭載して、継続的な安全性向上を目指して進化していく方向にある。事故の発生を防止するためには、事故に至る前に運転者に警報を発生して運転者の判断で減速や操舵することで回避する方法と、スロットルやブレーキ，操舵を運転者を経ずに機械的に制御して回避する方法がある。

ここで、警報や制御の機能を向上させようとすると、車両の現在位置やその位置情報が参照する地図情報に対して高い精度が必要になってくる。例えば、停止線の位置に停止するようにスロットルとブレーキを制御したり、車線逸脱時に操舵により車線中央を走行するように制御したり、急カーブで車線を逸脱しないようにスロットルと操舵を制御したりする場合などは精度が要求される応用であると言える。

位置情報に関しては、現在自動車ではＧＰＳ測位を活用した現在位置推定がナビゲーションシステムを主要な応用として用いられている。しかし、ＧＰＳは場所や時刻によってその精度が大きく変動するため、それを現在位置として精度の高い警報や制御への適用するには限界がある。

一方、車載カメラで撮影した映像から白線などの車線境界線を抽出して横方向の現在位置を推定して警報や制御に用いる技術が実用化されているが、撮影した範囲の情報しか用いられないため、例えば高速で走行している場合は、カーブ手前での減速や停止線で停止するための減速が困難な場合がある。

これらの問題を解決して車両位置を高精度に求める方法として、車載カメラで撮影した映像から道路形状情報を抽出し、地図データと照合する方法が、特開平６−９４４７０号公報に開示されている。同様に、車載カメラで撮影した映像から信号機，標識，車線数，道路幅等の情報を抽出し、地図情報と比較して現在位置を修正する方法が特開平９−
１５２３４８号公報に開示されている。

特開平６−９４４７０号公報 特開平９−１５２３４８号公報

ところが、特開平６−９４４７０号公報の方法では、車載カメラ画像と道路情報のみを用いて照合する地点を探そうとすると、例えば直線道路では照合する地点が複数存在することになり現在位置が一意に求まらないという問題点がある。

また、特開平９−１５２３４８号公報の方法では、車載カメラの映像に照合可能な特徴的な物体が存在する場合はある程度正確な現在位置を推定することが可能であるが、存在しない区間での精度が保障されないという問題点がある。

本発明は、自動車の高精度位置を推定するために、車載カメラで撮影した画像から車線境界線とランドマーク（路面表示や道路標識など）を抽出し、道路の詳細地図情報との車線レベルでの整合性チェックにこの二つの情報を組み合わせて用い、これらの情報が存在しない箇所では車速情報を用いることを特徴とする。この時、ＧＰＳによって得られた概略の位置情報を用いて整合性チェックを行う詳細地図情報内の対象範囲を絞り込む。

そして、推定した高精度位置と抽出された部分的な詳細地図情報を用いて、車両の警報・制御を実行する。警報や制御の判定では、正確な現在位置情報だけでなく、目的地までの経路情報とその経路上の詳細地図情報を用いて、目標値を設定する。警報タイミングは、運転者の警報に対する認識遅れ，機器の操作遅れ等を考慮して設定する。また、近年のハイブリット車のように二つのパワー源を切り換えて利用可能な自動車に対しては、道路勾配を考慮した最適な運転モードを実現する目標を設定する。

ここで、ある程度の走行工程を想定した制御目標を設定する時に必要な経路情報を現在地と目的地から概略地図（ここでは現在のナビゲーションシステムで用いられているレベルの詳細度の地図を想定している）を用いて算出し、その算出した経路上に存在する詳細地図情報を抽出して、上記の警報・制御を実行する機能に送る。

また、道路の新設，通行規制，通行止め，道路工事等により走行可能な範囲の詳細地図情報は日々変化すると考えられる。これを警報・制御による運転支援に反映するために、車載の地図ＤＢ情報を更新する機能，車載装置から地図更新の要求を受け付ける機能、そして、最新の地図情報を保持する地図サーバを設ける。

一方、情報の参照に活用する詳細地図ＤＢを生成するために、車両に設置し、前方を撮影するカメラにて連続的に画像を取得し、取得した画像から部分的な車線境界線の点列情報を抽出し、それぞれ抽出した画像を道路路面鉛直方向から見たときのデータに変換したものを最も整合するように重ね合わせて、詳細な車線境界線データを生成する。この時、重ね合わせ誤差の累積を防ぐために、路面標示や道路標識などのランドマークの正確な位置を別途測定してデータベース化しておくことで、撮影した画像内のランドマークの正確な位置の参照点とする。また、別途測定された地図上の代表点における標高データを参照して、道路路面に沿った軸で表現された車線点列情報を三次元の標高情報に変換する。

本発明により車両の走行シーンの多くの場面で安定して運転支援を実施できるという利点がある。

また、地図ＤＢの更新機能を設けることで、一時的に車線の通行規制がかかった場合などでも適切な運転支援を実現することが可能となる。

車載カメラによって取得した局所的な道路線形が詳細な地図情報ＤＢで整合する箇所を同定することで車両の高精度位置を推定する。そして、この位置情報を利用した運転支援を実現し、一方、地図情報を更新する機能も提供する。

本発明装置は、高精度で検知した車両位置に基づく運転支援を実現するために、車載カメラで撮影した画像情報から求めた局所的な道路線形情報と別途取得した詳細な道路線形情報が最も整合する箇所を同定することで正確な現在位置を求める位置推定装置，車両の走行経路およびその経路上での詳細地図情報を抽出する経路情報生成装置，正確な位置と経路・詳細地図情報により運転支援する警報・制御装置から構成され、更に、詳細地図を最新情報に更新するための地図更新車載装置，車両からの地図更新要求を受け付ける地図更新基地局，最新地図サーバもその構成に含まれる。

図１は、本発明装置の構成要素の一つである位置推定装置１００を中心に、その機能構成を示したものである。位置推定装置１００は、まず、ＧＰＳにより現在位置を求める
ＧＰＳ測位部１０１，車線線形やランドマーク（道路標示，標識など）の位置種別等の情報を含んだ詳細地図ＤＢ１０２と、このＧＰＳ測位部１０１と詳細地図ＤＢ１０２からの情報を用いてＧＰＳ測位で得られた位置近傍の地図を抽出する部分詳細地図抽出部１０３を有する。部分地図情報を抽出するのは、膨大な詳細地図情報の中から、後述する車載カメラで取得した局所的な車線レベルの道路線形情報との整合箇所の同定を高速にかつ精度よく実施するためである。

また、車載カメラ１０５で撮影した画像情報から白線などの車線レベルの道路線形情報を抽出する白線抽出部１０６と、同じ撮影した画像情報からランドマークを抽出するランドマーク抽出部１０７により、現在位置同定に必要な情報を求める。

現在位置推定部１０８は、車速検知部１０４で得られた車速情報を用いて、車両の移動量を求め、そこから車両の現在位置を推定する一方、詳細地図情報が存在する地点では、部分詳細地図抽出部１０３から得られた詳細地図の中で、白線抽出部１０６とランドマーク抽出部１０７から得られた情報を用いて、車載カメラで得られたシーンと詳細地図情報が整合する地点を同定し、新たな高精度な車両位置として求める。

現在位置推定部１０８で求められた現在位置・局所地図情報は、警報・制御装置２００へ送られ、運転支援に活用される一方、ＧＰＳ測位部１０１で求められた位置情報と詳細地図ＤＢ１０２は経路情報生成装置３００に送られ、運転支援対象となる経路やその経路上での詳細地図生成に活用される。

ここで、本発明装置にて運転支援する車両が走行する道路について図４を用いて説明する。この例では道路ネットワーク４００は、格子状に配置された道路網を形成しており、その道路網上の破線で囲まれた道路に関してのみ、詳細な道路情報が存在するものとする。そして、現在地４０１から目的地４０２に至るまでに、車両は地点Ａ４０３，地点Ｂ
４０４，地点Ｃ４０５を経由する経路４０６を通行するものとする。この例では、車両は経路４０６上の地点Ａ４０３から地点Ｃ４０５に至る区間にのみ詳細地図情報が存在し、現在地４０１から地点Ａ４０３に至る区間と地点Ｃ４０５から目的地４０２に至る区間ではナビ地図情報しか存在しないことを示している。

また、車載カメラ１０５で撮像した画像から収集する白線情報に関しても、交差点内や住宅地，道路外の駐車場など必ずしも、明確に線引きされていない箇所があったり、同じく車載カメラ１０５の画像から収集するランドマーク情報に関しても、路面標示や標識など道路上で離散的にしか存在しないものもある。よって、詳細地図，白線，ランドマークのそれぞれの情報が欠けている場合の処理を十分考慮しておく必要がある。

図１における位置推定装置１００内の各機能の動作フローを図６を用いて説明する。まず、図６（ａ）におけるステップ６０４からステップ６０８の処理で構成される処理フローについて説明する(以下ではこれをプロセス６−１と称する)。ＧＰＳ測位部１０１におけるステップ６０４のＧＰＳにより概略位置を推定する処理は、ＧＰＳ受信機を用いて概略位置を求める処理であり、単独測位，ディファレンシャル測位、更にはＲＴＫ−ＧＰＳなどのキネマティック測位を含む。さらに、ＧＰＳ測位には、米国のＧＰＳ衛星だけでなく、ＧＬＯＮＡＳＳやＧＡＬＩＬＥＯなどの衛星および地上に設置された擬似衛星などを利用するものも含む。ＧＰＳ測位はその方式により精度が異なるほかに、構造物による
ＧＰＳ信号の遮蔽や反射などの影響を受けるため、場所と時刻によりその測位精度が変化する。よって、ここではＧＰＳで得た位置情報を、容量の大きな詳細地図ＤＢからその近傍のデータを抽出するためのキーとして活用する。

なお、本実施例では詳細地図ＤＢからデータを抽出する際の概略位置をＧＰＳ測位により求める構成としているが、道路上に位置を表すマーカーなどが後述するランドマークとは別にペイントされていれば、車載カメラによる映像から概略位置を検出することが可能となり、ＧＰＳ測位部を省略した構成とすることも可能である。

ステップ６０５のＧＰＳ測位精度情報により詳細地図抽出範囲を設定する処理は、GPS衛星からの測位信号に含まれるインティグリティの情報や、道路の地点毎に別途測定、あるいは算定したＧＰＳ衛星信号の受信状況情報を用いて抽出範囲を設定する処理である。基本的には受信精度が高いときには抽出範囲を狭く、受信精度が低いときは抽出範囲を広く設定する。設定方法には入手可能な情報に応じて範囲を定めておく方法や、ＧＰＳ測位位置の実測に基づく誤差情報を元に範囲を定める方法などがある。

次に、部分詳細地図抽出部１０３におけるステップ６０６の範囲内の詳細地図存在有無を判定する処理は、ステップ６０４で得られた概略位置に基づきステップ６０５で設定した範囲について、詳細地図ＤＢ内に詳細地図情報が存在するかどうかを判定するものであり、詳細地図情報が存在しない場合は、ステップ６０７の判断処理でステップ６０４の処理へ戻る。一方、詳細地図情報が存在する場合は、詳細地図ＤＢ１０２より該当範囲内の部分地図情報を抽出し、他の処理プロセスからも参照可能な箇所にこうして求めた情報を保存する（ステップ６０８）。これらの部分詳細地図抽出部１０３における処理が走行中に繰り返し実行される。この場合、図９のようにＧＰＳ測位位置１２０２を中心とし、設定した範囲を半径とする円状の詳細地図の抽出範囲１２０３を想定して、存在有無の判定や詳細地図情報を抽出を実施する。またオプションとして、マップマッチング技術を用いて、ＧＰＳ位置を道路上の位置に再配置してから判定や抽出を実施したり、円状領域に含まれる道路の種別や重要度に応じて判定・抽出する詳細道路の範囲を変更しても良い。

次に図６（ｂ）よって、ステップ６０９からステップ６１２の処理で構成される白線抽出部１０６における処理とステップ６１４からステップ６１６の処理で構成されるランドマーク抽出部１０７における処理のフローについて説明する（以下ではこれらをプロセス６−２と称する）。ステップ６０９の車載カメラの映像を取得する処理は、図１における車載カメラ１０５で撮影した映像データを読み込む処理である。図９において車両1205に搭載された車載カメラ１０５から撮像した車載カメラ撮像範囲１２０４のイメージを示す。ステップ６１０における映像データより白線など車線境界線を抽出する処理は、車載カメラ１０５で撮影した画像情報から、白線や黄線などの車線境界を示す情報を抽出する処理であり、抽出処理の方式それ自体には種々の画像処理技術を適用することが可能であるが、道路の走行中には車線境界を明確に抽出できない箇所も存在するため、車線境界線が抽出できたか否かを判断し（ステップ６１１）、境界線が抽出できなかった場合にはステップ６１４の処理へ移る。もし、車線境界線を抽出することができた場合には、その車線境界線情報を他の処理プロセスからも参照可能な記憶領域に保存する（ステップ６１２）。この時、抽出した境界線情報は、道路詳細ＤＢの情報との整合性を判定するために、車載カメラのカメラパラメータ（設置高さ，画角，俯角，焦点距離など）を考慮して、２次元もしくは３次元の点列情報として表現する。

次に、ステップ６１４における映像データより路面標示や標識などのランドマーク候補を抽出する処理は、ステップ６０９において取り込んだ車載カメラ１０５で撮影した画像情報から、道路路面上にペインティングされている標示（図９に示すような最高速度表示１２０７，停止線１２０９，進行方向１２０８、あるいは横断歩道、など）や道路標識
１２０６（規制標識，指示標識，警戒標識，案内標識など）などの道路の付属施設となっているもの（これをランドマークと称する）を抽出する処理である。具体的な処理としては、路面標示を抽出するためには、道路路面と路面標示のコントラストに着目した２値化などの処理を経て抽出されたランドマーク候補に対するパターンの事前学習機能を用いたパターンマッチングの手法が適用できる。一方、道路標識の抽出には、円や四角などの標識形状の特徴を生かしたパターンマッチング手法が適用できる。あるいは、それぞれの特徴量に着目した分類で判別する方式を採用することも可能である。

ただし、道路の走行中にはランドマークが存在しない箇所が数多く存在するため、画像の中にランドマークが存在するか否かを判定し（ステップ６１５）、ランドマークが存在しない場合には、ステップ６０９の処理へ戻る。もし、ランドマークが存在すれば、そのランドマーク情報を他の処理プロセスからも参照可能な記憶領域に保存する（ステップ
６１６）。そして、またステップ６０９からの処理が繰り返し実行される。抽出したランドマーク情報は前述した車載カメラ１０５のカメラパラメータを考慮して、２次元もしくは３次元の位置情報としてその種別とともに表現する。

そして図７により、ステップ６１７からステップ６２３の処理で構成される現在位置推定部１０８における処理フローについて説明する。まず、上記のプロセス６−１によって部分的詳細地図情報が抽出されたかを判定し（ステップ６１７）、抽出されていなければ、検知した車速に基づき算出した現在位置を出力する（ステップ６２３）。もし、部分的詳細地図情報が抽出されていれば、次に、プロセス６−２においてランドマーク情報が抽出されたか判定する（ステップ６１８）。もしランドマーク情報が抽出されていなければ、次に、車線境界線情報が抽出されたか判定し（ステップ６２１）、抽出されていなければ、先と同様に検知した車速に基づき算出した現在位置を出力し（ステップ６２３）、処理フローの最初に戻る。ここで車速検知部１０４における車速を検知する処理では、例えば車軸の回転情報を検知して、そこでタイヤ径やタイヤ特性を考慮して、車速を求める。そして現在位置を算出する処理では、こうして求めた車速と処理時間間隔の情報を用いて車両の移動量を求め、その時点での車両位置を求め、所定の記憶領域にこの現在位置を保存しておく。車両の移動ベクトル方向での車両位置を求めるのが基本であるが、経路情報生成装置３００で求められる経路の情報を参照することにより、その経路上の位置として算出することも可能である。他の処理プロセスからも参照可能な箇所に求めた情報を保存する。以上の処理を繰り返し実行して現在位置が更新される。

しかし、車線境界線情報が抽出されていれば、ステップ６２２において抽出された車線境界線と部分詳細地図との最も整合する地点を算出する処理を実行する。これは、プロセス６−１によって得られた部分的な詳細地図（例えば図９における円状の抽出範囲1203内の車線情報）の中で、プロセス６−２によって得られた車載カメラ撮像の車線情報（例えば図９における車載カメラ撮像範囲１２０４内の車線情報）が整合する箇所を同定する整合性チェックを行う処理であり、これら２つの情報が揃って実行可能となる。具体的な方法としては、詳細地図ＤＢ１０２における車線情報も、車載カメラ１０５で撮影した映像から抽出した車線情報も、ともに、２次元もしくは３次元座標で表現された複数の点列から構成される場合を想定する。つまり、図９における車線１２０１が点列で表現されることを前提とする。

図９はＧＰＳで求めたＧＰＳ測位位置１２０２が誤差を持っているために、車両1205の実際の位置とずれている様子を示している。そこで、１２０３のような所定の範囲内の詳細車線の点列に、車載カメラで測定した車線点列の整合性を求め、これを範囲内で少しずつずらしながら繰り返し計算し、最も整合性の高い地点を求めるのである。

車線情報を用いて行う整合性のチェックは、車載カメラ映像から抽出した車線境界線を二次元もしくは三次元座標値で表現される点系列情報として表現し、一方で詳細地図情報における道路車線の境界線も同様に点系列情報として表現しておき、その点系列情報同士の一致度を求める処理である。

例えば、いくつかの代表座標値における二つの点系列の距離を求め、その最小二乗平均を整合性の指標として用いてもよい。そして、絞り込んだ整合対象範囲内で、整合箇所を何箇所か変えてその指標を計算し、その結果、最も指標値の小さな箇所が詳細地図情報内で車載カメラ映像と整合する箇所、即ち車両の正確な現在位置となる。詳細地図情報における車両の現在位置は、例えば、車載カメラ設置位置を原点として撮影した映像や車線境界線の点系列情報を局所座標系で表現したときには、詳細地図情報上での整合箇所においてその原点がどこに位置するかを座標変換によって求めることで得られる。また、ランドマーク情報を用いて車両の現在位置を求めるには、詳細地図情報に事前にその属性と位置情報を登録しておくことで、車載カメラ映像内の局所的なランドマークを抽出して、詳細地図情報を検索してその正確な位置を参照し、上記と同様に車載カメラの車線境界線の点系列情報を整合させて車両の方向を確定させることで、現在位置が得られる。また、道路の標高情報を用いた三次元座標値を用いて整合することでより正確に現在位置を求めることができる。すなわち、車載カメラで得られる映像は二次元の画像である。そこで、詳細地図情報の車線境界線の点系列情報と整合する際に、標高情報から例えば平面の集合体として道路表面を表現し、そこに車載カメラからの画像を整合前にマッピングすることで座標変換し、そのマッピングして座標変換した点系列情報と詳細地図の点系列情報を整合させる。

具体的には、前述したようにプロセス６−２により、車載カメラの映像から走行中の車線前方の左右２本の車線境界線点列（以下、車載検知点列と呼ぶ）が求められる。一方、詳細地図ＤＢ１０２全体の中から、その範囲に含まれる全車線点列が求められる。図９の例では詳細地図の抽出範囲１２０３内の２本の車線点列（以下、抽出車線点列と呼ぶ）がそれに相当する。

最初に、右側の車載検知点列の基点を右側の抽出車線点列の基点に設定し、そこを軸点として最小二乗法等を用いて、右側の車線検知点列が右側の抽出車線点列と最も重なり度合いが大きくなる向きを求める。その時、左側の車載検知点列も、右側の車載検知点列と合わせて位置と向きを移動させる。そして、移動させた左側の車載検知点列と左側の抽出車線点列の重なり度を二乗平均などの指標を用いて求め、こうして求めた指標をこの地点での整合性の指標とする。この処理を、右側の車線検知点列の基点を、右側の抽出車線点列上を所定の間隔ずつ移動させながら繰り返し求めることで、最も整合性の高い地点を車両の位置とするのである。ここで、整合性の算出は左側の車載検知点列を用いても同様に可能であり、また、整合性の指標も、左右両方の重なり度合いを組み合わせて求めてもよい。更に、最も整合する地点を探索する方法としては、所定間隔毎に求める方法の他に、抽出車線点列上を行きつ戻りつする収束計算のように、設定してもよい。以上説明した方法を用いて算出された車両の位置情報および抽出した局所地図情報である車載検知点列情報は、外部に出力され（ステップ６２０）、また、ステップ６０４の処理に戻って繰り返し実行される。

ここで、整合性を判定する際に、標高情報を用いることでより精度が高くなる。それを図１２を用いて説明する。１５０１は車載カメラを搭載した車両１５０２が前方の視野
１５０３内の道路表面を撮影している状況を示しているが、坂道やカーブのバンクのために、車両の現在位置と撮影範囲１５０４は必ずしも同じ平面には乗っていないことがある。この場合、このような標高情報を考慮せずに整合性判定には誤差が含まれることになる。これを回避するためには、車載カメラからの車線検知点列と、詳細地図情報からの抽出車線点列間の整合性指標を求める際に、抽出車線点列における標高情報から道路表面を複数の平面（例えば、平面三角）で表現し、その上に、車線検知点列をマッピングする座標変換を経た上で、求めるのである。これにより誤差を補正した正確な整合性指標が得られる。

次に、ステップ６１８の判定処理で、ランドマーク情報が抽出されたと判断された場合は、ステップ６１９のランドマーク位置を用いて部分詳細地図の最も整合する地点を算出する処理を実行する。これはプロセス６−１によって得られた部分的な詳細地図（例えば図９に示す詳細地図の抽出範囲１２０３の円状領域内における車線情報）の中で、プロセス６−２で得られた車載カメラ撮像のランドマーク候補の情報（例えば図９における道路標識１２０６，最高速度表示１２０７，停止線１２０９，進行方向１２０８、など）が整合する箇所を同定するものであり、これら２つの情報が揃って実行可能となる。ここで、参照対象となっているランドマークの位置や属性は別途測量などの方法により計測され、詳細地図ＤＢ１０２に保存されているものとする。

具体的には、プロセス６−２によってランドマークの属性と位置が抽出されると、プロセス６−１で抽出された詳細地図情報の中で、その属性に一致するランドマークの中から、検出した位置と最も近いものを選択する。そして、詳細地図情報に記録されている選択されたランドマークの位置情報を用いて、車両の現在位置を求めるのである。以上説明した方法を用いて算出された車両の位置情報および抽出した局所地図情報である車載検知点列情報は、外部に出力され（ステップ６２０）、ステップ６０４の処理に戻って実行される。

図２は、本発明装置の構成要素の一つである警報・制御装置２００を中心に、その機能構成を示したものである。警報・制御装置２００は、まず、位置推定装置１００からの現在位置・局所地図情報を受け取り、更に、経路情報生成装置３００からの経路・詳細地図情報を受け取る走行計画生成部２０１を有する。走行計画生成部２０１の処理結果を用いて警報判定部２０２では、運転者に対して警報を発生するかどうか決定し、警報表示部
２０３により実際に運転者に警報を発するのである。警報の具体的な方式としては、音声出力や警告灯点灯，ハンドルの振動，シートベルトの微小動作などが想定される。

一方、位置情報・詳細地図情報を車両の制御に活用する場合は、走行計画生成部２０１で求められた運転計画・制御目標値情報を参照して、リアルタイム制御部２０４にて、スロットル２０５，ブレーキ２０６，操舵２０７に対して制御信号を発する。更に、ハイブリッド車のように車両に複数のパワー系統が存在する場合には、リアルタイム制御部204がパワー切換部２０８に制御信号を発することで、適切なパワーを選択して走行を制御する。

ここで、警報・制御装置２００の処理フローを図８を用いて説明する。まず図８（ａ）により、走行計画生成部２０１において実行されるステップ７０１からステップ７０４の処理で構成された処理フローについて説明する(以下ではこれをプロセス７−１と称する)。ステップ７０１の経路上での走行車線を決定する処理では、位置推定装置１００と経路情報生成装置３００から送られてくる情報を読み込み、その時点で走行中の車線から経路に沿って進行する時に走行すべき車線列を求めるものである。車線数の増減箇所や交差点手前では、経路情報と車線の進行方向属性を考慮して適切な車線を選択する。

次に、ステップ７０２の曲率・停止位置などの制約情報を設定する処理では、カーブで車線逸脱せずに進行可能な最高速度情報や停止線位置、また場合によっては法定規制速度情報をステップ７０１において決定した車線情報を参照して、経路上での制約条件として付与していく。

そして、その時点での車両の位置，速度を初期値として所定の未来の時刻に至るまでに、その車両をどのように走行させるかの走行計画を作成し、他の処理プロセスから参照可能な記憶領域に保存する（ステップ７０３）。ここでの走行計画は、車両の未来の時刻・位置・速度の組み合わせ情報を情報系列として所定の時刻まで複数組をまとめたもので表現する。この時、ステップ７０２で付与した制約条件を考慮する。走行計画は車両をこのように走行させたいというシステム側の目標表現であると言える。

また、ステップ７０４における、現時点での走行状態を初期値とした予測走行軌跡を推定し、保存する処理は、例えば、車両が等加速度運動を前提としてこのまま走行するとした時の、車両が進むであろう未来の時刻・位置・速度の組み合わせ情報を情報系列として求める処理である。

次に図８（ｂ）により、警報判定部２０２におけるステップ７０５からステップ７０７の処理で構成される処理フローについて説明する（以下ではこれをプロセス７−２と称する）。このプロセス７−２は運転者に警報を発することで事故の発生を防止することを目的とする機能の一部を担っている。ステップ７０５における、プロセス７−１によって求められた走行計画と予測走行軌跡から運転者の操作特性を考慮した警報タイミングを設定する処理では、運転者が路面状況又は標識などの認識ミスと言ったヒューマンエラーを発生することを想定し、予測走行軌跡を運転者がヒューマンエラーによって車両を走行させたときに描く走行パターンであるとみなして、予測走行軌跡が走行計画と逸脱しないように運転者に警報を発するタイミングを求める。この走行軌跡の予測には等速運動の仮定や道路線形・勾配の影響を考慮する。つまり、高速走行している場合は、急なカーブでは車線を逸脱する走行軌跡が予測され、また、上り坂では車速が減速する走行軌跡を予測するのである。ここでは、警報を発してから運転者が車両操作を開始するまでの遅れ時間や警報を受けた場合の運転者の車両操作量（スロットルやブレーキの踏み込み量や操舵角度など）を考慮して、どの時点でどのようなレベルの警報を発するかを決定する。

そして、ステップ７０６における警報タイミング判定では、その時点が警報を発するタイミングでなければ、再びステップ７０５の処理に戻るが、もし警報を発するタイミングであれば、次のステップ７０７における警報表示部２０３に警報発生信号を送信する処理を実行する。そして、同様にステップ７０５の処理に戻る。

更に図８（ｃ）により、リアルタイム制御部２０４におけるステップ７０８からステップ７１０の処理で構成される処理フローについて説明する（以下ではこれをプロセス７−３と称する）。このプロセス７−３はスロットル２０５やブレーキ２０６，操舵２０７，パワー切換部２０８などを直接制御することで事故の発生を防止することを目的とする機能の一部を担っている。ステップ７０８におけるプロセス７−１によって求められた走行計画から制御対象別の制御用目標値を算出する処理では、車両の走行計画を実現するために、スロットル２０５やブレーキ２０６，操舵２０７，パワー切換部２０８に対する制御目標を定める。速度目標はスロットル２０５とブレーキ２０６の制御の組み合わせ、位置目標は操舵２０７，スロットル２０５，ブレーキ２０６の制御の組み合わせで目標値を実現させる必要があり、それぞれ乗り心地なども考慮した個別の目標値の定め方が考えられる。

そして、ステップ７０９における制御装置への制御信号を送信する処理によって、ステップ７０８で定められた目標値に達するように制御信号を出力し、ステップ７１０における制御装置から現時点の状態量を受信する処理によって、出力した制御信号に対する応答を受信し、それをフィードバックするためにステップ７０８の処理へ戻る。

ここでは、これらプロセス７−１，７−２，７−３が並行して動作するように説明したが、プロセス７−２とプロセス７−３はどちらか一方だけを実現することも可能である。

図３は、本発明装置の構成要素の一つである経路情報生成装置３００を中心に、その機能構成を示したものである。経路情報生成装置３００は、まず、位置推定装置１００からＧＰＳ測位で求められた位置や詳細地図情報を受け取り、目的地設定部３０１からの目的地情報と、ナビ地図ＤＢ３０２のデータを参照して、目的地までの経路を求める経路算出部３０３を有する。経路上詳細地図情報抽出部３０４では求められた経路上に存在する詳細地図情報を求めて、外部の警報・制御装置２００に送信する。

ここで、経路情報生成装置３００の処理を説明する。まず、図３における目的地設定部３０１により利用者が入力した目的地を設定することにより、運転支援の対象となる目的地が設定される。これはナビゲーションシステムで使用されている方式を用いることで実現できる。次に経路算出部３０３により、目的地，ＧＰＳ位置情報とナビ地図情報より経路を算出して、目的地までの経路を求める。これにもナビゲーションシステム使用されている方式を用いることができる。次に、経路上詳細地図情報抽出部３０４により、ナビ地図ＤＢ３０２より上記で算出した経路上の詳細地図情報を抽出して警報・制御装置２００で用いる情報を求め、最後に、先に算出した経路と抽出された詳細地図情報を警報・制御装置２００に送信する。

図５は、本発明装置の構成要素である地図更新車載装置５００，地図更新基地局５１０，最新地図サーバ５２０と、各装置内の機能構成を示した図である。高精度位置情報と詳細地図情報を運転支援に用いる場合は、参照される地図情報を常に最新のものに保持しておくためのシステムが必要である。更新される地図情報としては新設された道路，通行止め区間，工事区間，ランドマークの新設・廃止，属性や位置の変更などが含まれる。

地図更新車載装置５００は、車両に搭載され、車両内の詳細地図ＤＢ１０２やナビ地図ＤＢ３０２の情報を更新する役割を担う。内部に含まれる機能には、地図更新設定部501，地図情報更新部５０２，現地図情報送信部５０３，新地図情報受信部５０４がある。

ここで、地図更新車載装置５００の処理を説明する。まず、地図更新設定部５０１によって最新の地図情報更新するように設定することにより、地図更新処理が開始される。この地図更新設定を常にオンにしておくことによってユーザによる設定を省略することも可能である。次に、地図情報更新部５０２により、現在使用中の地図情報に関する情報を抽出して、その時点で車載装置が保持している詳細地図の範囲やバージョン情報を求める。現地図情報送信部５０３により、この現在使用中の地図情報に関する情報を外部の地図更新基地局５１０に送る。地図更新基地局５１０への送信は無線通信を使うことが基本であるが、有線を使うことも可能である。そして、新地図情報受信部５０４によって、地図更新基地局５１０からの最新地図情報を受信する。そして、地図情報更新部５０２により、受信した新しい地図情報を用いて詳細地図ＤＢ１０２とナビ地図ＤＢ３０２の情報を更新する。

地図更新基地局５１０は、地上側に設置され、車両からの地図更新要求を受け付け、最新地図サーバから必要な地図情報を入手して車両に送信する役割を担う。内部に含まれる機能には、現地図情報受信部５１１，地図情報選択要求部５１２，新地図情報送信部513がある。

ここで、地図更新基地局５１０の処理を説明する。まず、現地図情報受信部５１１により、地図更新車載装置５００から送信された現在使用中の地図情報に関する情報を受信して、要求を送信した車両の保持する地図に関する情報を受け取り、次に、地図情報選択要求部５１２によって、最新地図サーバ５２０へ必要な部分の最新情報を要求して、地図更新車載装置５００から送信されてきた情報を最新地図サーバ５２０へ送信する。最新地図サーバ５２０へ送信する内容は、現地図情報送信部５０３から送られてくる詳細地図の範囲や地図バージョン情報である。そして、地図情報選択要求部５１２によって、最新地図サーバ５２０からの地図情報を受信して、地図更新車載装置５００が更新すべき最新地図情報を受け取り、最後に、新地図情報送信部５１３が地図更新車載装置５００に新しい地図情報を送信する。ここで、地図更新基地局５１０は一般に複数の車両からの要求を処理することになるが、それらに効率的に対応するために、詳細地図情報のキャッシュ機能を設定して、最新地図サーバ５２０に要求を出す前に、キャッシュ内の情報から探し、キャッシュ内に無い情報を最新地図サーバ５２０に要求するような構成を実施することも可能である。また、具体的な詳細地図情報の内容に基づく更新方式としては、地図情報全体を入れ替える方式、例えばメッシュ状の指定領域について入れ替える方式や、情報の差分部分だけを入れ替える方式などいくつかの方式を用いて実現可能である。

最新地図サーバ５２０は、地図更新基地局５１０からの要求に基づいて更新すべき地図情報を抽出して送信する役割を担う。最新地図サーバ５２０の内部に含まれる機能には、地図情報抽出部５２１の他に、詳細地図最新ＤＢ５２２とナビ地図最新ＤＢ５２３がある。

ここで、最新地図サーバ５２０の処理を説明する。まず、地図情報抽出部５２１では、地図更新基地局５１０からの地図情報送信要求を受け付け、次に、基地局からの要求に対応する最新地図情報を抽出することにより、詳細地図の範囲やバージョンの整合性を確認し、必要に応じて最新の情報を詳細地図最新ＤＢ５２２やナビ地図最新ＤＢ５２３から取り出す。そして、抽出した最新地図情報を地図更新基地局５１０に送信する。

ここで、上記の地図更新車載装置５００と地図更新基地局５１０あるいは最新地図サーバ５２０との情報交換には、無線や有線だけでなく、取り外し可能な記録用メディアを用いることで、地図更新車載装置５００が、全地図情報あるいは上述した詳細地図範囲やバージョン情報をその記録用メディアに保存し、そのメディアに対する読み書きが可能な機能を有する地図更新基地局５１０や最新地図サーバ５２０から直接更新情報を入手することも可能である。

一方、ここまでは参照可能な詳細地図ＤＢが予め部分的にでも存在することを前提として説明してきたが、ここでは、車載カメラによる映像と詳細地図との整合で用いた処理に基づく、詳細地図情報を生成する処理について説明する。ここでの詳細地図情報は主として車線境界線を点列情報として表現したものを指す。

図１０は、車両に搭載して前方を撮影する車載カメラ１０５により、車両の移動に伴い、その撮像範囲が移動していく様子を示している。撮像範囲１３０１はある時刻ｔ１における車両位置からその時の車載カメラで撮影した範囲を示している。同様に、撮像範囲
１３０２，撮像範囲１３０３は時刻ｔ２，ｔ３における撮像範囲を示している。この時、車載カメラで取得された映像は、それぞれ映像１３０４，映像１３０５，映像１３０６のようになる。映像１３０５にはランドマークとしての道路標識が撮影されている。そして、後述するように、得られた画像から部分的な車線境界線情報を抽出して、最も整合する箇所で整合させるために、まず、画像を道路の路面鉛直方向から見たように変換する。その変換した画像がそれぞれ画像１３０７，画像１３０８，画像１３０９である。これらの画像から、それぞれ部分的な車線境界線情報を点列情報として抽出しておく。

この時、整合処理に必要なだけの重なりをもって映像を連続的に撮影しておく。最も記録量が多くなるのは、カメラが映像を取得する周期に合わせて撮影する場合であるが実装する装置のコストが高くなる可能性がある。処理周期をより長く設定することで処理装置のコストを下げることが可能となるが、例えば停止した場合は同じ場面を何度も記録してしまうことになる。本質的には、車両の移動量に基づいて撮像することが最も効率的である。よって、例えば、車速検知部１０４で入手した車速情報から撮像タイミングを求めて記録する方式が有効である。

次に、図１１を用いて部分的な車線境界線情報を繋げていく処理を説明する。図１０により説明したように、車載カメラ１０５で撮影された画像を変換した各画像（１３０７，１３０８，１３０９）から抽出された部分車線境界線情報の中で、まず、時刻ｔ１についての情報を基点とする。次に、車速検知部１０４で得られた車速情報によって推定された時刻ｔ２における位置を初期位置として、時刻ｔ２の部分車線境界線情報が最も整合する箇所を探索する。この処理には、図１の現在位置推定部１０８の説明で用いた整合処理が適用できる。ここで、時刻ｔ２の映像にランドマークが撮影されているため、ランドマーク位置ＤＢ１４０１を参照して、絶対位置（緯度，経度）を定め、それ以前の部分車線境界線の点列情報を修正する。二つのランドマーク間の車線境界線情報の補正には誤差が均一になるように修正する方法が適用できる。同様に、時刻ｔ３についての部分車線境界線情報を最も整合する箇所で重ね合わせる。重なった部分の車線境界線点列情報は、時刻
ｔ２，時刻ｔ３のどちらかにおける部分車線境界線情報を選択してもよいし、平均値を代表点としてもよい。

このようにして最終的には連続的な車線境界線点列を得ることができる。図１１の例では、二本の点列情報が得られることになる。なお、ランドマークは従来からある測量によってその位置を求めておくことができる。

さらに、地図の標高情報が参照できれば、三次元座標点列としての車線境界線情報に変換することが可能である。例えば、国土地理院からは、５ｍ，５０ｍ，２５０ｍメッシュの標高データが刊行されている。そこで、得られた標高情報を代表地点標高ＤＢ１４０２とし、メッシュ点（＝代表地点）間を線形補間あるいは滑らかに補間し、そこにリンクレベルの地図(現時点でのナビゲーションシステムで主として用いられているレベルの地図)をマッピングし、その上に、上述した方法で求められる道路進行方向に沿った車線境界線の点列データをはりつける変換を実施することで、点列の各点が三次元座標値を有することになる。更に、標高情報には、カーブにおけるバンクの情報や道路を作るために設けられた盛り土など、道路が機能するために設けられた構造上の情報も含めることにより、より高精度の三次元座標値とする事が出来る。

最後に、求められた車線境界線の点列情報を車線境界線ＤＢ１４０４へ保存する。詳細地図構築ＤＢ１４０５はランドマーク位置ＤＢ１４０１と車線境界線ＤＢ１４０４の情報を含んで構成されるものであり、車両で使われる詳細地図ＤＢの元データとなる。つまり図１１の詳細地図構築ＤＢ１４０５，図５の詳細地図最新ＤＢ５２２，図１の詳細地図
ＤＢ１０２は情報項目は同じであるが、それぞれが随時アップデートされるため、ある時点では相互の情報バージョンが異なることがある。基本的には詳細地図構築ＤＢ１４０５を元データとしてデータ更新作業を実施し、ある時点でリリース可能になった版を詳細地図最新ＤＢ５２２として最新地図サーバ５２０で公開する。車両の詳細地図ＤＢ１０２の更新は、地図更新基地局５１０にてアクセスした時点で実施される。

このように詳細地図に基づく高精度位置推定が実現されれば、これまで精度が不十分であったＧＰＳ測位（マップマッチングによる補正も含む）と簡略的なナビ地図では実現できなかった場合よりも定量的な運転支援が実現できる効果がある。具体的には、従来は例えば「まもなく停止位置です」といった定性的なレベルにとどまっていた支援から「あと○○ｍで停止位置です」といった定量的な表現を用いて実現することができる。更に、この定量性は、スロットル，ブレーキ，操舵を直接操作する自動制御を実現するときに不可欠であると言える。

このように参照する地図としてナビ地図と詳細地図の二つを用意することで、一般的には全部を整備するためにはコストと時間を要する詳細地図情報が全体の一部しか存在しない場合でも運転支援を連続して実現できる効果がある。

本装置を自動車に適用することで安全性向上に寄与できると同時に、鉄道に適用することも可能である。

位置推定装置を中心とした構成図である。 警報・制御装置を中心とした構成図である。 経路情報生成装置を中心とした構成図である。 道路ネットワークの例を示す図である。 地図更新車載装置・地図更新基地局・最新地図サーバにおける構成図である。 位置推定装置内の処理フローである。 位置推定装置内の処理フローである。 警報・制御装置内の処理フローである。 詳細地図情報と車載カメラで撮像した範囲を表現した道路の例である。 連続画像から詳細地図情報を生成するための説明図である。 詳細地図情報を生成するための構成図である。 路面に勾配が有る場合における車載カメラ視野範囲の説明図である。

符号の説明

１００…位置推定装置、１０１…ＧＰＳ測位部、１０２…詳細地図ＤＢ、１０３…部分詳細地図抽出部、１０４…車速検知部、１０５…車載カメラ、１０６…白線抽出部、107…ランドマーク抽出部、１０８…現在位置推定部、２００…警報・制御装置、２０１…走行計画生成部、２０２…警報判定部、２０３…警報表示部、２０４…リアルタイム制御部、２０５…スロットル、２０６…ブレーキ、２０７…操舵、２０８…パワー切換部、300…経路情報生成装置、３０１…目的地設定部、３０２…ナビ地図ＤＢ、３０３…経路算出部、３０４…経路上詳細地図情報抽出部、５００…地図更新車載装置、５０１…地図更新設定部、５０２…地図情報更新部、５０３…現地図情報送信部、５０４…新地図情報受信部、５１０…地図更新基地局、５１１…現地図情報受信部、５１２…地図情報選択要求部、５１３…新地図情報送信部、５２０…最新地図サーバ、５２１…地図情報抽出部、522…詳細地図最新ＤＢ、５２３…ナビ地図最新ＤＢ。

Claims (4)

1. 車両に搭載された外部撮像手段と、該外部撮像手段によって取得した画像情報に基づき白線情報を抽出する車線境界抽出手段、および道路付属設備情報を抽出する設備抽出手段と、車両の概略位置を求める測位手段と、地図情報データベースを備えた車両位置推定装置において、
   前記測位手段により求めた現在位置周辺の地図情報を前記地図情報データべースから抽出する地図抽出手段を有し、この地図抽出手段により抽出された地図情報と、前記車線境界抽出手段及び前記設備抽出手段により抽出された車線境界線情報または道路付属設備情報が存在する場合は、該車線境界情報または道路付属設備情報を前記抽出された地図情報と比較して整合する地点を探索する手段を備え、該探索された地点を車両の現在位置として設定することを特徴とする車両位置推定装置。
2. 車両に搭載された外部撮像手段と、該外部撮像手段によって取得した画像情報に基づき白線情報を抽出する車線境界抽出手段、および道路付属設備情報を抽出する設備抽出手段と、車両の概略位置を求める測位手段と、地図情報データベースを備えた車両制御装置において、
   前記測位手段により求めた現在位置周辺の地図情報を前記地図情報データべースから抽出する地図抽出手段を有し、この地図抽出手段により抽出された地図情報と、前記車線境界抽出手段及び前記設備抽出手段により抽出された車線境界線情報または道路付属設備情報が存在する場合は、該車線境界情報または道路付属設備情報を前記抽出された地図情報と比較して整合する地点を探索する手段を備え、該探索された地点を車両の現在位置として設定し、該設定された車両の現在位置情報および前記地図情報に基づき、運転者への支援情報を提示し、車両制御信号を発生させる機能を有することを特徴とする車両制御装置。
3. 請求項２記載の車両制御装置において、道路情報を格納したナビゲーション地図情報データベースを更に備え、前記測位手段により求めた位置情報と前記ナビゲーション地図情報データベースから、設定された目的地までの経路を求め、該経路に対応する地図情報を前記地図情報データベースから抽出することを特徴とする車両制御装置。
4. 請求項１に記載の車両位置推定装置において、予め計測された道路付属設備の位置情報を格納した位置データベースおよび車線情報を格納した車線情報データベースと標高データを格納した標高データベースを備え、前記外部撮像手段により撮影範囲が重なるように連続して撮影した道路画像からそれぞれ部分的な車線情報を抽出し、前記道路画像内に撮像された道路付属設備を参照して、抽出された部分的な車線情報を重複部分で整合させることで連続的な車線情報を生成し、前記測位手段による現在位置に基づき標高データベースから標高情報を求め、該標高情報を参照して補正された車線情報を用いて前記地図情報データベースを更新することを特徴とする車両位置推定装置。
   
   

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