JP2017106978A - 物体位置データベース構築システム - Google Patents

Abstract

【課題】空間内に存在している通路または障害物の位置や形状を軽量かつ利用容易なデータの形で表現する物体位置データベース構築システムを提供する。【解決手段】地図画像データを構成する画素の画素値に基づいてその画素が表している領域に通路または障害物が存在しているか否かを判別できるようなデータを取得する地図画像取得部３０１と、地図画像データを構成する少なくとも一の画素が表している領域の緯度及び経度を示す情報を含むデータを取得するメタデータ取得部３０２と、地図画像データ及びメタデータを参照し、地図画像データを構成する画素が表している領域に通路または障害物が存在しているか否かを判断するとともに、通路または障害物が存在している領域を表す画素がどのグリッド内にあるかを判断して、その通路または障害物が存在するグリッドに対応した位置の座標を記憶装置に書き込む解析処理部３０３とを具備する。【選択図】図９

Description

本発明は、空間内に存在する移動体が移動可能な通路及び／または移動不能な障害物の位置を示すデータベースを構築するためのシステムに関する。

ロボットや自動車等の移動体の自律制御、自動運転または遠隔操縦を実施する際には、移動体が移動可能な道路その他の通路や、移動体が移動不能な建物その他の障害物の位置を予めデータベース化しておき、移動体による適正な通路に沿った移動を実現しつつ、移動体と障害物との衝突または干渉を回避することが求められる。

移動体の現在位置の緯度及び経度をＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて把握し、その現在位置を地図上に示すとともに、その現在位置から一定の距離の範囲内にある通路（道路）や建物等の情報を表示するカーナビゲーションシステムが公知である（例えば、下記特許文献を参照）。しかし、既製のカーナビゲーションシステムはあくまでも、画面表示用の地図画像データとしてのベクターデータ（ベクトル画像データ）を包有するものであるに過ぎず、移動体の周囲にある通路や障害物の形状及び寸法、移動体から通路または障害物の外周部までの距離や方向について精確な情報を提供できるわけではない。故に、移動体の適正な通路からの逸脱や移動体と障害物との衝突または干渉を回避する目的には必ずしも役立たない。

移動体の自律制御、自動運転または遠隔操縦の用途に供するためには、空間内に存在する通路及び／または障害物の位置や形状を精密にデータ化し蓄積しておかなければならない。だが、データ形式に工夫を凝らさないと、空間内に無数に存在し得る通路や障害物に関するデータ量が膨大となる上、そのデータを利用して移動体からの距離や方向を把握するための処理が徒に複雑化し、計算量が増大して処理の遅延を招く懸念がある。

特開２００５−３３９１０１号公報

本発明は、移動体を運用する空間内に存在している通路及び／または障害物の位置や形状を軽量かつ利用容易なデータの形で表現し、移動体の周囲に存在する通路及び／または障害物の検出ひいては移動体の制御に寄与することを所期の目的とする。

上述した課題を解決するべく、本発明では、空間を一定の緯度及び一定の経度の大きさのグリッドに分割した場合における、当該空間内において移動体が通過可能な通路または通過不能な障害物と重なる一または複数のグリッドに対応した位置の座標を格納する物体位置データベースを構築するためのものであって、対象の空間の一部に対応した地図画像データであり、当該地図画像データを構成する画素の画素値に基づいてその画素が表している領域に通路または障害物が存在しているか否かを判別できるような地図画像データを取得する地図画像取得部と、前記地図画像データに関するメタデータであり、当該地図画像データを構成する少なくとも一の画素が表している領域の緯度及び経度を示す情報を含むメタデータを取得するメタデータ取得部と、前記地図画像取得部で取得した地図画像データ及び前記メタデータ取得部で取得したメタデータを参照し、地図画像データを構成する画素が表している領域に通路または障害物が存在しているか否かを判断するとともに、通路または障害物が存在している領域を表す画素がどのグリッド内にあるかを判断して、その通路または障害物が存在するグリッドに対応した位置の座標を記憶装置に書き込む解析処理部とを具備する物体位置データベース構築システムを構成した。ここで、「データを取得する」とは、記憶装置から読み出したり、外部の情報処理装置から受信したり、ユーザによる手入力や音声入力を操作入力デバイスまたはマイクを介して受け付けたりすることのうち少なくとも一をいう。

本発明によれば、移動体を運用する空間内に存在している通路及び／または障害物の位置や形状を軽量かつ利用容易なデータの形で表現し、移動体の周囲に存在する通路及び／または障害物の検出ひいては移動体の制御に寄与し得る。

本発明の一実施形態における物体検出システムの全体構成を示す図。 同実施形態のクライアント機用情報処理端末が有するハードウェア資源を示す図。 同実施形態のクライアント機本体が有するハードウェア資源を示す図。 同実施形態の物体検出システムの機能ブロック図。 同実施形態において空間内の物体を表現するグリッドを例示する図。 同実施形態においてグリッドに付与する基本点及びダミー点の位置座標を例示する図。 同実施形態において物体位置データベースが格納している情報を例示する図。 同実施形態における物体位置データベース構築システムの主体となるサーバ装置が有するハードウェア資源を示す図。 同実施形態の物体位置データベース構築システムの機能ブロック図。 同実施形態の物体位置データベース構築システムが取り扱う地図画像データの一例を示す図。 同実施形態の物体位置データベース構築システムによる処理の手順例を示すフロー図。 同実施形態の物体位置データベース構築システムによる処理の結果例を示す図。 同実施形態の物体位置データベース構築システムによる処理の手順例を示すフロー図。 同実施形態の物体位置データベース構築システムによる処理の結果例を示す図。 同実施形態において空間内の通路を表現するグリッドを例示する図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態における物体検出システムは、空間内において自律制御、自動運転または遠隔操縦が可能な移動体であるクライアント機１を主体とする。クライアント機１は、当該クライアント機１を遠隔監視または遠隔操縦する者が使用する端末であるコントロール機２、及びこれらクライアント機１及びコントロール機２と併用されるサーバ装置３と電気通信回線４を介して接続しており、クライアント機１とサーバ装置３との間、及びコントロール機２とサーバ装置３との間でそれぞれ情報通信が可能である。

電気通信回線４の具体例としては、インターネット、公衆電話網や、携帯電話網、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）網、公衆無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）その他の移動体無線通信網のような、公開のネットワークが挙げられる。尤も、クライアント機１とサーバ装置３とを繋ぐ通信路の全体が公開ネットワークであるとは限られず、コントロール機２とサーバ装置３とを繋ぐ通信路の全体が公開ネットワークであるとも限られない。例えば、クライアント機１やコントロール機２は、直接には非公開の有線ＬＡＮまたは無線ＬＡＮに接続しており、そのＬＡＮを経由して間接的にインターネット等の公開ネットワークに接続することがある。

サーバ装置３と接続するクライアント機１は複数存在することがあり、及び／または、サーバ装置３と接続するコントロール機２が複数存在することもある。あるユーザがある一台のクライアント機１を監視または操作し、他のユーザが別の一台のクライアント機１を監視または操作するような場合、前者のユーザが使用するコントロール機２と前者のクライアント機１とが一対一対応し、後者のユーザが使用するコントロール機２と後者のクライアント機１とが一対一対応していることがある。

クライアント機１は、何らかの作動を行う作動機構１ｑ、及び各種の情報を取得するセンサ１ｋ、１ｌ、１ｍ、１ｎ、１ｏ、１ｐを有した、遠隔操縦可能なロボット、作業用機器または監視用機器である。作動機構の具体例としては、クライアント機１自身を移動させるための車輪（駆動輪）１ｑや無限軌道、回転翼及び舵を含む飛行機構といった移動用の機構、クライアント機１の周囲に存在する物に対して物理的な作業を行うためのロボットアーム等の作業用の機構、太陽光発電パネルや風力発電用風車等の発電用の機構、等が挙げられる。

センサ１ｋ、１ｌ、１ｍ、１ｎ、１ｏ、１ｐは、クライアント機１の所在する場所に関する情報を収集するためのものであったり、クライアント機１自身の状況を知得するためのものであったりする。センサの具体例としては、クライアント機１の周辺を撮影するカメラ（イメージセンサ）１ｋ、音声を録音するマイク１ｌの他、温度センサ（クライアント機１の周辺の温度を計測するものと、クライアント機１内部の温度を計測するものとを含む）１ｍ、湿度センサ、気圧センサ、照度センサ、クライアント機１の周辺環境における風速や風の流量を計測するセンサ、水流が存在している場合の流速や流量を検出するセンサ、火炎が存在している場合の火力や熱量を検出するセンサ、放射線量を計測するセンサ、二酸化炭素や酸素等の所定種類のガスの濃度を計測するセンサ、クライアント機１の付近に存在する何らかの物と当該クライアント機１との距離を計測する対物距離センサ（測距センサ）またはレーダ（レーザ、赤外線、超音波、パノラマカメラ等）１ｎ、降雨の有無または降雨量を検出する降雨センサ、クライアント機１が所在する場所の土壌に含まれる水分量を計測するセンサ、クライアント機１が所在する場所の落ち葉の堆積量を検出するセンサ、クライアント機１に隣接または近接して存在する段差の大きさを検出するセンサ、クライアント機１の周囲にいる人または動物の存在を感知する人感センサ（パッシブ赤外線センサ）、ＧＰＳやＱＺＳＳ（Ｑｕａｓｉ−Ｚｅｎｉｔｈ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）といった航法衛星システム（衛星測位システム）によりクライアント機１の現在位置の緯度及び経度を知得するための航法信号受信装置１ｏ、クライアント機１の移動方向や移動速度を検出するための加速度センサ（モーションセンサ、慣性センサまたはジャイロセンサ）または移動走行用の車輪の回転量を検出する回転センサ１ｐ、ロボットアームの姿勢を決定するサーボモータまたはステッピングモータのコントローラ（ロボットアームに設けられたモータの回転量等を出力する）、ロボットアームに加えられている荷重の大きさを計測する重量センサ、発電機構による発電量（電圧及び／または電流）を検出する回路、クライアント機１に実装されたバッテリの現在の充電量（バッテリ電圧及び／またはバッテリ電流）を検出する回路、ユーザが手動で操作できるスイッチ（例えば、クライアント機１を起動または停止させるためのスイッチ）等が挙げられる。

クライアント機１を制御しようとする者は、コントロール機２を使用し、電気通信回線４を通じて対象のクライアント機１にコマンドを送信することができる。コマンドは、クライアント機１の有する作動機構１ｑやセンサを作動させまたはその作動を停止させるための指令、例えばクライアント機１の移動方向、移動距離または移動速度の指定を含む移動命令や、ロボットアームの駆動命令、カメラ１ｋによる撮影及び撮影した静止画像または動画像の送出命令、等である。

他方、クライアント機１は、当該コントロール機２に対し、電気通信回線４を通じて種々の情報をレポートとして提供する。クライアント機１が発信する情報は、クライアント機１に実装された上記の各センサ１ｋ、１ｌ、１ｍ、１ｎ、１ｏ、１ｐにより撮影、録音、計測等して得られる情報や、コントロール機２から与えられた指令に従い作動を実行した結果の情報、または作動実行中の自身若しくは作動機構１ｑの状態を示す情報、作動を実行するために算出した各種の変数値等である。コントロール機２を制御するユーザは、これら情報をコントロール機２により受信して、その内容を確認することができる。

コントロール機２が発信するコマンドは、一旦サーバ装置３に受信され、このサーバ装置３からクライアント機１に送信される。クライアント機１が発信する種々の情報もまた、一旦サーバ装置３に受信され、このサーバ装置３からコントロール機２に送信される。尤も、クライアント機１とコントロール機２とがサーバ装置３を介さずにＰ２Ｐ（Ｐｅｅｒ Ｔｏ Ｐｅｅｒ）でコマンドやレポートをやり取りすることを妨げない。

また、あるクライアント機１と他のクライアント機１との間で情報の授受を行うことも考えられる。その場合にも、あるクライアント機１が発信する情報が一旦サーバ装置３に受信され、サーバ装置３から他のクライアント機１に送信される。無論、クライアント機１同士がサーバ装置３を介さずにＰ２Ｐで情報を送受信しても構わない。

本実施形態のクライアント機１は、作動機構１ｑ及び各種センサ１ｋ、１ｌ、１ｍ、１ｎ、１ｏ、１ｐを備える本体１１に汎用のコンピュータ１２を搭載して構成される。コンピュータ１２の具体例としては、携行可能な小形のパーソナルコンピュータ、ワークステーション、携帯電話端末（特に、スマートフォン）、タブレット型端末、ビデオゲーム機、等が挙げられる。

図２に示すように、コンピュータ１２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１ａ、メインメモリ１ｂ、補助記憶デバイス１ｃ、操作入力デバイス１ｄ、オーディオコーデック１ｅ、ビデオコーデック１ｆ、通信インタフェース１ｇ、スピーカ１ｈ、ディスプレイ１ｉ等のハードウェア資源を備え、これらがコントローラ（システムコントローラ、Ｉ／Ｏコントローラ等）１ｊにより制御されて連携動作するものである。

補助記憶デバイス１ｃは、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリ、光学ディスクドライブ、その他である。操作入力デバイス１ｄは、手指で操作可能なタッチパネル、トラックパッド、マウス、押下ボタンやキーボード等である。オーディオコーデック１ｅは、符号化されている音声データを復号化してスピーカ１ｈから音声出力する。ビデオコーデック１ｆは、ＣＰＵ１ａより受けた描画指示をもとに表示させるべき画面を生成しその画面信号をディスプレイ１ｉに向けて送出するＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、画面や画像のデータを一時的に格納しておくビデオメモリ等を要素とする。オーディオコーデック１ｅ、ビデオコーデック１ｆはそれぞれ、ハードウェアでなくソフトウェアとして実装することも可能である。

通信インタフェース１ｇは、外部と情報の授受を行うためのデバイスであって、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）用のＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃａｒｄ）や無線ＬＡＮ用のＷｉ−Ｆｉ（登録商標）デバイス、移動体無線通信網用の無線デバイス、短距離通信用のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）トランシーバ等である。これら以外に、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）、ＩＥＥＥ１３９４等のインタフェースを実装していることもある。

また、図３に示すように、クライアント機１の本体１１は、カメラ１ｋ、マイク１ｌ、温度センサ１ｍ、測距センサ１ｎ、航法信号受信装置１ｏ、加速度センサ１ｐ、バッテリ充電量検出回路等の各種センサ、移動機構１ｑやロボットアーム、発電機構等の作動機構、並びに、通信インタフェース１ｒ及びこれらを制御する制御回路１ｓを備えている。

クライアント機１の本体１１とコンピュータ１２とは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＵＳＢ等の通信インタフェース１ｇ、１ｒを介して接続する。

ＣＰＵ１ａによって実行されるべきプログラムは補助記憶デバイス１ｃに格納されており、プログラムの実行の際には補助記憶デバイス１ｃからメインメモリ１ｂに読み込まれ、ＣＰＵ１ａによって解読される。本実施形態では、既知のＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）プログラムやこれに付帯する各種デバイスドライバプログラムが予めインストールされ、他のプログラムによる上記ハードウェア資源の利用を仲介する。

しかして、コンピュータ１２には、必要となるクライアント機１用プログラムがインストールされる。当該コンピュータ１２は、プログラムに従い、図４に示す物体位置データベース１０１、物体検出部１０２、情報発信部１０３及び情報受信部１０４としての機能を発揮する。

物体位置データベース１０１は、メインメモリ１ｂまたは補助記憶デバイス１ｃの所要の記憶領域を利用して、空間内に存在している個々の物体の位置及び形状を表現するデータを格納する。図５に例示するように、本実施形態では、クライアント機１を運用する空間を一定の緯度及び一定の経度間隔の格子によって区画される、一定の緯度及び一定の経度の大きさのグリッドＧに分割するとともに、空間内に存在する物体の平面視形状を各物体毎に一または複数のグリッドＧの集合として表現するものとしている。

グリッドＧは、空間内に存在する物体の位置の抽象化表現ＬＬＱｕａｄ（Ｌａｔｉｔｕｄｅ Ｌｏｎｇｉｔｕｄｅ Ｑｕａｄｒａｎｇｌｅ）である。一つのグリッドＧは、緯度方向及び経度方向にそれぞれ所定寸法を有した方形（四辺形）である。そして、一つのグリッドＧを表すために、少なくとも、一つの位置座標を付与する。但し、後述するように、一つのグリッドＧに対してさらに複数のダミー点ＰＤの位置座標を付与することがある。この位置座標は、対象のグリッドＧ内に存在する何れかの地点、例えば当該グリッドＧの角（北東角、南東角、北西角または南西角）や中心等の地点ＰＢの緯度及び経度である。それら緯度及び経度はそれぞれ、所定桁数の値とする。緯度及び経度の有効桁数を小数点以下６桁までとする場合、即ちあるグリッドＧを表すデータとして位置座標（緯度，経度）を
（３５．６７５１２６０°Ｎ，１３９．７５２４７２０°Ｅ）
のように与える場合、当該グリッドＧの北に隣接したグリッドＧに与えるべき位置座標は、北緯に０．０００００１°を加算した
（３５．６７５１２７０°Ｎ，１３９．７５２４７２０°Ｅ）
となる。また、当該グリッドＧの西に隣接したグリッドＧに与えるべき位置座標は、東経から０．０００００１°を減算した
（３５．６７５１２６０°Ｎ，１３９．７５２４７１０°Ｅ）
となる。なお、小数点以下７桁目は、後述するダミー点ＰＤの位置座標を表現するためのものである。そして、緯度及び経度の有効桁数を小数点以下６桁までとする場合、一つのグリッドは緯度方向及び経度方向にそれぞれ０．０００００１°分の寸法を有した方形となる。その具体的な大きさは、緯度及び経度の影響を受けるため、あらゆるグリッドＧが同一の寸法を有するわけではない（北極または南極に近づくほど単位経度あたりの距離は顕著に小さくなり、また単位緯度あたり方向の寸法は若干ではあるが大きくなる）。日本国内では、一つのグリッドＧの緯度方向の寸法は南北に約１１ｃｍ、経度方向の寸法は東西に約９ｃｍとなる。尤も、日本列島は南北に伸びているので、所在地の緯度による寸法の伸縮を無視するべきではない。因みに、位置座標の緯度及び経度の有効桁数を小数点以下５桁までとする場合には、一つのグリッドＧの緯度方向の寸法は約１．１ｍ、経度方向の寸法は約０．９ｍとなる。位置座標の緯度及び経度の有効桁数は、用途に応じて、また各物体の寸法に応じて、任意に設定することができる。

加えて、個々のグリッドＧに対して、高さの情報を付与してもよい。高さの情報は、当該グリッドＧに存在している物体またはその部分の全高、即ち当該物体またはその部分の上面の高さを表現する。なお、クライアント機１の存在する地面または床面よりも低い位置に存在する物体、例えば溝や穴、河川や湖、海等を表現する際には、高さの情報に負の数値を与える。高さとして所定値（例えば、０．１ｍ）を与えたグリッドＧにより、側溝のようなものを表現することもできる。

個々のグリッドＧに対して、地上高の情報を付与することも考えられる。地上高の情報は、当該グリッドＧに存在している物体またはその部分の下面の高さを表現する。橋桁や梁、門等のように、クライアント機１の存在する地面または床面から浮いている物を表現する際には、地上高に正の数値を与える。地面に接地している多くの物体については、地上高は０ｍとなる。

また、個々のグリッドＧに対して、当該グリッドＧが表現する物体またはその部分の色等の情報を追加的に付与しても構わない。

対象となる物体は、例えば、クライアント機１が通行可能な通路（道路であることがある）、建物や樹木等の不動産その他のクライアント機１の移動や動作の妨げとなり得る種々の障害物、あるいは他のクライアント機１やロボット、自動車その他の移動体である。既に述べた通り、これら物体はそれぞれ、当該物体が空間内で現在占有している一または複数のグリッドＧの形で表現することができる。つまり、当該物体が占有しているグリッドＧの位置座標の集合として、当該物体をデータ化することができる。全長１００ｍ、幅３ｍの通路は、位置座標の緯度及び経度の有効桁数を小数点以下６桁とすれば、（当該通路の向きにもよるが）約３万個のグリッドＧの集合体として捉えることができ、同数の位置座標の集合としてデータ化できる。また、建物面積４００ｍ²の建物は、位置座標の緯度及び経度の有効桁数を小数点以下５桁とすれば、４００個程度のグリッドＧの集合体として捉えることができ、同数の位置座標の集合としてデータ化できる。

図７に、物体位置データベース１０１に格納する、空間内に存在する物体を表現するデータの例を示す。物体を表現する各グリッドＧの位置座標の値は、上記の高さ情報、地上高情報、色情報等を付加した上で、当該位置座標が表現している物体を識別する識別子に関連づけて記憶する。同一の物体を表現する複数のグリッドＧの位置座標にはそれぞれ、同一の物体識別子を与えることになる。加えて、物体識別子は、各グリッドＧが表現する物体が移動体が通過可能な通路であるのか、または移動体が通過不能な障害物であるのか、その種別を示す情報となる。

さらに、物体を表現する各グリッドＧに対して、ダミー点ＰＤの位置座標を付与することがある。本実施形態では、基準位置ＰＳ、典型的にはクライアント機１の現在、過去または未来の位置から、ある距離Ｄ内に存在する物体を検索することを想定している。そのために、下記物体検出部１０２において、基準位置ＰＳの座標を起点から与えられた距離Ｄ内にあるグリッドＧの位置座標を、物体位置データベース１０１から検索する処理を行う。仮に、物体を表現する各グリッドＧ毎に一つの位置座標のみを与える、例えば図６に示す各グリッドＧの北東角ＰＢの位置座標のみをデータベース化しているとすると、基準位置ＰＳが対象のグリッドＧの北東方向に位置する場合には、当該基準位置ＰＳから見て南西方向にある対象のグリッドＧの北東角ＰＢの位置座標ひいては当該グリッドＧを精確に検出することができる。しかしながら、基準位置ＰＳが対象のグリッドＧの南側または西側に位置する場合、換言すれば基準位置ＰＳから見て北方向または東側にあるグリッドＧを検索しようとする場合には、対象のグリッドＧが与えられた距離Ｄ内に存在するにもかかわらず、当該グリッドＧの北東角ＰＢの位置座標が距離Ｄの範囲から外れてしまい、当該グリッドＧを検出できないということが起こり得る。

そこで、本実施形態では、物体を表現する各グリッドＧ毎に複数の位置座標を与えることで、検索精度の向上即ち検索漏れの防止を図っている。具体的には、図６に示しているように、物体を表現する各グリッドＧについて、基本となる北東角ＰＢの位置座標の他に、当該グリッドＧ内に存在する一または複数の地点ＰＤ、例えば当該グリッドＧの南西角近傍、北西角近傍及び南東角近傍の位置座標を付与し、それらダミー点ＰＤの位置座標を、基本点ＰＢである北東角の位置座標とともに物体識別子に関連づけて物体位置データベース１０１に格納している。これにより、与えられた距離Ｄの範囲から基本点ＰＢの位置座標が外れたとしても、ダミー点ＰＤの位置座標がその距離Ｄの範囲内に捕捉されるようになり、当該ダミー点ＰＤの位置座標及び当該ダミー点ＰＤの属するグリッドＧを正しく検出することが可能となる。緯度及び経度の有効桁数を小数点以下６桁までとし、あるグリッドＧを表す基本点ＰＢ即ち北東角の位置座標が
（３５．６７５１２６０°Ｎ，１３９．７５２４７２０°Ｅ）
である場合、当該グリッドＧに与えるべきダミー点ＰＤの位置座標は、当該グリッドＧの南西角、北西角及び南東角よりも若干内側の地点
（３５．６７５１２５１°Ｎ，１３９．７５２４７１１°Ｅ）
（３５．６７５１２５９°Ｎ，１３９．７５２４７１１°Ｅ）
（３５．６７５１２５１°Ｎ，１３９．７５２４７１９°Ｅ）
のようになり、緯度及び経度の有効桁数を超えた小数点以下７桁目を利用して記述される。

物体位置データベース１０１では、空間内に存在する物体を表現する多数のグリッドＧの基本点ＰＢ及びダミー点ＰＤの位置座標を、インデックス化して格納している。即ち、検索キーとなる緯度及び／経度の範囲と、その緯度及び／または経度の範囲に属するグリッドＧの位置座標群を格納している記憶領域へのポインタとの組であるインデックス情報を生成した上で、グリッドＧの位置座標群とともに記憶保持している。

物体位置データベース１０１に格納するデータは、予め与えられていることもあれば、クライアント機１において動的に生成することもある。建物や樹木といった不動産や、原則として固定の障害物は、クライアント機１の運用に先んじて予めデータベース化しておくことが可能であり、そのデータを頻繁に更新する必要もない。一方で、空間内で活動するクライアント機１やロボット、自動車その他の移動体については、その存在／不存在や位置が刻々と変化するため、データを適時更新する必要がある。

クライアント機１には、カメラ１ｋや、対物距離センサまたはレーダ１ｎを実装しており、これを用いて空間内に存在する他の物体を発見することが可能である。そして、クライアント機１は、発見した物体の位置情報を、当該物体が占有している一または複数のグリッドＧの（基本点ＰＢ及びダミー点ＰＤの）位置座標の形で、自身が保有する物体位置データベース１０１に格納する。また、後述するように、この位置座標のデータを、コントロール機２やサーバ装置３、または自身以外の他のクライアント機１に送信して提供することができる。

同様に、クライアント機１は、航法信号受信装置１ｏを利用して知得した自身の現在位置の座標を、コントロール機２やサーバ装置３、または他のクライアント機１に送信して提供することができる。他のクライアント機１から見れば、自身もまた空間内に存在する障害物となり得る物体である。それ故、他のクライアント機１に自身の位置情報を提供することで、他のクライアント機１において自身の存在を検出可能とするのである。

さらに、後述するように、クライアント機１が、コントロール機２やサーバ装置３、または他のクライアント機１からもたらされる位置座標のデータを受信して、物体位置データベース１０１に格納することも可能である。

物体検出部１０２は、基準位置ＰＳ、典型的にはクライアント機１の現在、過去または未来の位置から、与えられた距離Ｄの範囲に存在する物体を検出する。具体的には、物体位置データベース１０１に格納しているグリッドＧの位置座標のうち、基準位置ＰＳの座標から与えられた距離Ｄ内にある位置座標を抽出することを通じて、基準位置ＰＳから与えられた距離Ｄの範囲内に存在する、物体により占有されているグリッドＧを検出する。

基準位置ＰＳの座標となるクライアント機１の現在または過去の位置座標は、自身に実装されている航法信号受信装置１ｏを利用して検出することができる。また、クライアント機１の未来の位置座標は、例えばクライアント機１の現在の位置座標及び移動方向、移動速度を基に推測することができる。無論、クライアント機１が移動しようとしている移動先（目的地）の位置座標を基準位置ＰＳの座標とすることも当然に可能である。

基準位置ＰＳからの検索範囲を示す距離Ｄの値は、固定値でもよいし、クライアント機１（の本体１１またはコンピュータ１２）で実行している自動運転または自律制御用のプログラムに従い状況に応じて設定する可変値としてもよい。基準位置ＰＳや検索範囲の距離Ｄがユーザによって指定される、即ちユーザが使用するコントロール機２から電気通信回線４を介してもたらされる検索指令コマンドに基準位置ＰＳの指定や検索範囲の距離Ｄの値が含まれていてもよい。

基準位置ＰＳの座標及び検索範囲の距離Ｄが与えられた物体検出部１０２は、まず、検索範囲の距離Ｄの値を基に、空間内において検索対象となる最大及び最小の緯度及び経度の範囲を決定する。物体位置データベース１０１に格納している各グリッドＧの位置座標の経度及び緯度の有効桁数が小数点以下６桁である場合、日本国内では一つのグリッドＧの緯度方向（南北）の寸法が約１１ｃｍ、経度方向（東西）の寸法が約９ｃｍである。そして、検索対象範囲が基準位置ＰＳから５ｍであるとすると、緯度方向には基準位置ＰＳから北方及び南方にそれぞれ４６個分のグリッドＧ、即ち基準位置ＰＳからの緯度が±０．００００４６°の範囲にあるグリッドＧが検索対象となり、経度方向には基準位置ＰＳから東方及び西方にそれぞれ５６個分のグリッドＧ、即ち基準位置ＰＳからの経度が±０．００００５６°の範囲にあるグリッドＧが検索対象となる。

但し、グリッドＧの寸法は、当該グリッドＧが所在している地球上の場所即ち緯度による影響を受ける。特に、グリッドＧの経度方向の寸法は、緯度が１°異なるだけで無視できない程度に変化する。つくば市のある北緯３６°の場所ではグリッドＧの経度方向寸法がほぼ９ｃｍであるが、京都市のある北緯３５°の場所ではこれが約９．１３ｃｍに拡大する。従って、検索対象となる最大及び最小の緯度及び経度の範囲を決定するに際しては、例えば、メインメモリ１ｂまたは補助記憶デバイス１ｃに、基準位置ＰＳの緯度とグリッドＧの寸法との関係を規定したテーブルまたは演算式を予め格納しておき、それを用いて基準位置ＰＳの緯度に対応したグリッドＧの寸法を知得することが好ましい。

次いで、物体検出部１０２は、物体位置データベース１０１のインデックスを参照し、基準位置ＰＳから検索対象となる最大及び最小の緯度及び経度の範囲内にある位置座標を順次読み出す。そして、物体位置データベース１０１から読み出した位置座標と基準位置ＰＳの座標との間の距離である測地線長を算出し、算出した測地線長を与えられた検索範囲の距離Ｄの値と比較する。基本点ＰＢ及びダミー点ＰＤのうち少なくとも一つと基準位置ＰＳとの間の測地線長が、与えられた検索範囲の距離Ｄの値以下であるならば、その基本点ＰＢまたはダミー点ＰＤの属するグリッドＧが検索範囲の距離Ｄ内に存在する、ひいてはそのグリッドＧが表現している物体が基準位置ＰＳから見て検索範囲の距離Ｄ内に存在しているということになる。

加えて、物体検出部１０２は、基準位置ＰＳから検索範囲の距離Ｄ内に存在するグリッドＧについて、基準位置ＰＳから見た方位角を算出することもできる。

ここで、基準位置ＰＳと対象位置との距離である測地線長、及び基準位置ＰＳから見た対象位置の方位角の計算方法の一例を示す。以下に述べる計算方法は、国土地理院ウェブサイト（http://vldb.gsi.go.jp/sokuchi/surveycalc/surveycalc/bl2stf.html）で紹介されているものである。

基準位置ＰＳの緯度をφ₁、経度をＬ₁とおき、対象位置の緯度をφ₂、経度をＬ₂とおく。但し、北緯を正、南緯を負、東経を正、西経を（３６０°−経度）とする。また、Ｌ＝Ｌ₂−Ｌ₁が負値となる場合には、基準位置ＰＳの緯度をφ₂、経度をＬ₂とし、対象位置の緯度をφ₁、経度をＬ₁として、Ｌを正値化する。並びに、地球楕円体（準拠楕円体）の長半径をａ、扁平率をｆとおく。
Ｌ＝Ｌ₂−Ｌ₁； Ｌ’＝１８０°−Ｌ （但し、０°≦Ｌ≦１８０°）
Δ＝φ₂−φ₁； Σ＝φ₁＋φ₂
ｕ₁＝ｔａｎ^-1［（１−ｆ）ｔａｎφ₁］； ｕ₂＝ｔａｎ^-1［（１−ｆ）ｔａｎφ₂］
Σ’＝ｕ₁＋ｕ₂； Δ’＝ｕ₂−ｕ₁ （但し、−１８０°≦Σ’≦１８０°、−１８０°≦Δ’≦１８０°）
ξ＝ｃｏｓ（Σ’／２）； ξ’＝ｓｉｎ（Σ’／２）
η＝ｓｉｎ（Δ’／２）； η’＝ｃｏｓ（Δ’／２）
ｘ＝ｓｉｎｕ₁ｓｉｎｕ₂； ｙ＝ｃｏｓｕ₁ｃｏｓｕ₂
ｃ＝ｙｃｏｓＬ＋ｘ
ε＝［ｆ（２−ｆ）］／［（１−ｆ）²］
以降、ｃの値に応じて一部計算式が異なり、ｃ≧０が成立する場合をゾーン１、０＞ｃ≧−ｃｏｓ（３°ｃｏｓｕ₁）が成立する場合をゾーン２、ｃ＜−ｃｏｓ（３°ｃｏｓｕ₁）が成立する場合をゾーン３とする。
θの初期値θ₍₀₎について、ゾーン１ではθ₍₀₎＝Ｌ（１＋ｆｙ）とし、ゾーン２ではθ₍₀₎＝Ｌ’とする。
ゾーン３では、Σ＝０であるゾーン３（ａ）と、Σ≠０であるゾーン３（ｂ）とで計算方法が分かれる。
Ｒ＝ｆπｃｏｓ²ｕ₁［１−（１／４）ｆ（１＋ｆ）ｓｉｎ²ｕ₁＋（３／１６）ｆ²ｓｉｎ⁴ｕ₁］
ｄ₁＝Ｌ’ｃｏｓｕ₁−Ｒ； ｄ₂＝｜Σ’｜＋Ｒ
ｑ＝Ｌ’／（ｆπ）； ｆ₁＝（１／４）ｆ［１＋（１／２）ｆ］； γ₀＝ｑ＋ｆ₁ｑ−ｆ₁ｑ³
ゾーン３（ａ）でのθ₍₀₎の計算は、
Ａ₀＝ｔａｎ^-1（ｄ₁／ｄ₂） （但し、−９０°≦Ａ₀≦９０°）
Ｂ₀＝ｓｉｎ^-1［Ｒ／√（ｄ₁ ²＋ｄ₂ ²）］ （但し、０°≦Ｂ₀≦９０°）
ψ＝Ａ₀＋Ｂ₀； ｊ＝γ₀／ｃｏｓｕ₁
ｋ＝（１＋ｆ₁）｜Σ’｜（１−ｆｙ）／（ｆπｙ）； ｊ₁＝ｊ／（１＋ｋｓｅｃψ）
ψ’＝ｓｉｎ^-1ｊ₁ （但し、０°≦ψ’≦９０°）
ψ’’＝ｓｉｎ^-1（ｊ₁ｃｏｓｕ₁／ｃｏｓｕ₂） （但し、０°≦ψ’’≦９０°）
θ₍₀₎＝２ｔａｎ^-1｛ｔａｎ［（ψ’＋ψ’’）／２］ｓｉｎ（｜Σ’｜／２）／ｃｏｓ（Δ’／２）｝
他方、ゾーン３（ｂ）では、ｄ₁＞０の場合にθ₍₀₎＝Ｌ’とする。ゾーン３（ｂ）でｄ₁≦０である場合の測地線長及び方位角の計算に関しては、別途述べる。

（ゾーン３（ｂ）でｄ₁≦０である場合を除く）下記θの算出において、一回目の演算ではθ_(n)≡θ₍₀₎とし、二回目以降の演算ではθ_(n+1)≡θ_(n)とする。
ゾーン１では、ｇ＝√［η²ｃｏｓ²（θ_(n)／２）＋ξ²ｓｉｎ²（θ_(n)／２）］
ゾーン１以外では、ｇ＝√［η²ｓｉｎ²（θ_(n)／２）＋ξ²ｃｏｓ²（θ_(n)／２）］
ゾーン１では、ｈ＝√［η’²ｃｏｓ²（θ_(n)／２）＋ξ’²ｓｉｎ²（θ_(n)／２）］
ゾーン１以外では、ｈ＝√［η’²ｓｉｎ²（θ_(n)／２）＋ξ’²ｃｏｓ²（θ_(n)／２）］
σ＝２ｔａｎ^-1（ｇ／ｈ）； Ｊ＝２ｇｈ； Ｋ＝ｈ²−ｇ²
γ＝（ｙ／Ｊ）ｓｉｎθ_(n)； Γ＝１−γ²； ζ＝ΓＫ−２ｘ； ζ’＝ζ＋ｘ
Ｄ＝（１／４）ｆ（１＋ｆ）−（３／１６）ｆ²Γ
Ｅ＝（１−ＤΓ）ｆγ｛σ＋ＤＪ［ζ＋ＤＫ（２ζ²−Γ²）］｝
ゾーン１では、Ｆ＝θ_(n)−Ｌ−Ｅ
ゾーン１以外では、Ｆ＝θ_(n)−Ｌ’＋Ｅ
Ｇ＝ｆγ²（１−２ＤΓ）＋ｆζ’（σ／Ｊ）［１−ＤΓ＋（１／２）ｆγ²］＋（１／４）ｆ²ζζ’
θ_(n+1)＝θ_(n)−Ｆ／（１−Ｇ）
上記を所要回数反復することで、θを求める。その反復的な演算は、｜Ｆ｜＜１０^-15となるまで続行することが好ましい。

（ゾーン３（ｂ）でｄ₁≦０である場合を除く）測地線長ｓは、
ｎ₀＝εΓ／［√（１＋εΓ）＋１］²； Ａ＝（１＋ｎ₀）［１＋（５／４）ｎ₀ ²］
Ｂ＝ε［１−（３／８）ｎ₀ ²］／［√（１＋εΓ）＋１］²
ｓ＝（１−ｆ）ａＡ（σ−ＢＪ｛ζ−（１／４）Ｂ［Ｋ（Γ²−２ζ²）−（１／６）Ｂζ（１−４Ｋ²）（３Γ²−４ζ²）］｝）
（ゾーン３（ｂ）でｄ₁≦０である場合を除く）基準位置ＰＳから見た対象位置の方位角αは、
ゾーン１では、α＝ｔａｎ^-1［ξｔａｎ（θ／２）／η］−ｔａｎ^-1［ξ’ｔａｎ（θ／２）／η’］
ゾーン１以外では、α＝ｔａｎ^-1［η’ｔａｎ（θ／２）／ξ’］−ｔａｎ^-1［ηｔａｎ（θ／２）／ξ］
但し、基準位置ＰＳの緯度及び経度を（φ₂，Ｌ₂）とし、対象位置の緯度及び経度を（φ₁，Ｌ₁）としているのであれば、
ゾーン１では、α＝１８０°＋ｔａｎ^-1［ξｔａｎ（θ／２）／η］＋ｔａｎ^-1［ξ’ｔａｎ（θ／２）／η’］
ゾーン１以外では、α＝３６０°−ｔａｎ^-1［η’ｔａｎ（θ／２）／ξ’］−ｔａｎ^-1［ηｔａｎ（θ／２）／ξ］
なお、ゾーン３（ｂ）でｄ₁＝０である場合の測地線長ｓ及び方位角αは、
Γ＝ｓｉｎ²ｕ₁
ｎ₀＝εΓ／［√（１＋εΓ）＋１］²； Ａ＝（１＋ｎ₀）［１＋（５／４）ｎ₀ ²］
ｓ＝（１−ｆ）ａＡπ
α＝９０°
但し、基準位置ＰＳの緯度及び経度を（φ₂，Ｌ₂）とし、対象位置の緯度及び経度を（φ₁，Ｌ₁）としているのであれば、α＝２７０°
また、ゾーン３（ｂ）でｄ₁＜０である場合の測地線長ｓ及び方位角αは、下記に則って算出する。一回目の演算ではγ_(n)≡γ₍₀₎とし、二回目以降の演算ではγ_(n+1)≡γ_(n)として、
Γ＝１−γ_(n) ²； Ｄ＝（１／４）ｆ（１＋ｆ）−（３／１６）ｆ²Γ
γ_(n+1)＝ｑ／（１−ＤΓ）
上記を所要回数反復することで、Γ及びＤを求める。その反復的な演算は、｜γ_(n)−γ_(n-1)｜＜１０^-15となるまで続行することが好ましい。そして、
ｎ₀＝εΓ／［√（１＋εΓ）＋１］²； Ａ＝（１＋ｎ₀）［１＋（５／４）ｎ₀ ²］
ｓ＝（１−ｆ）ａＡπ
ｍ＝１−ｑｓｅｃｕ₁； ｎ＝ＤΓ／（１−ＤΓ）； ｗ＝ｍ−ｎ＋ｍｎ
ｗ≦０のとき、α＝９０°
ｗ＞０のとき、α＝９０°−２ｓｉｎ^-1√（ｗ／２）
但し、基準位置ＰＳの緯度及び経度を（φ₂，Ｌ₂）とし、対象位置の緯度及び経度を（φ₁，Ｌ₁）としているのであれば、
ｗ≦０のとき、α＝２７０°
ｗ＞０のとき、α＝２７０°＋２ｓｉｎ^-1√（ｗ／２）
物体検出部１０２が物体位置データベース１０１を検索して抽出した、基準位置ＰＳから与えられた距離Ｄ内に存在する物体に関する情報は、メインメモリ１ｂまたは補助記憶デバイス１ｃの所要の記憶領域に書き込むことでクライアント機１で実行している自動運転または自律制御用のプログラムによる利用に供してもよいし、クライアント機１上のディスプレイ１ｉに画面表示させてもよい。または、ユーザが使用するコントロール機２やサーバ装置３、あるいは他のクライアント機１等に向けて、電気通信回線４を介して送信してもよい。基準位置ＰＳから与えられた距離Ｄ内に存在する物体に関する情報とは、例えば、基準位置ＰＳから与えられた距離Ｄ内に存在するグリッドＧの位置座標や物体識別子、基準位置ＰＳから当該グリッドＧまでの距離、基準位置ＰＳから見た当該グリッドＧの方位角、等である。当該グリッドＧまでの距離や方位角は、基準位置ＰＳから与えられた距離内に存在する物体までの距離や、基準位置ＰＳから見た当該物体の方位角を示唆する。

物体検出部１０２が、基準位置ＰＳから見て与えられた方位角の範囲内に存在する物体のみを検索して抽出することもあり得る。検索範囲を示す方位角の値は、固定値でもよいし、クライアント機１で実行している自動運転または自律制御用のプログラムに従い状況に応じて設定する可変値としてもよい。検索対象となる方位角の範囲がユーザによって指定される、即ちユーザが使用するコントロール機２から電気通信回線４を介してもたらされる検索指令コマンドに検索範囲を示す方位角の値が含まれていてもよい。

例えば、クライアント機１が前進移動している最中において、前方に障害物が存在しないかどうかを確認することを目的とする検索処理では、基準位置ＰＳとなるクライアント機１の現在位置の後方に存在する物体については検出する必要性が乏しい。そのような場合には、クライアント機１の現在位置から与えられた距離Ｄの範囲内に存在し、かつクライアント機１の現在の移動方向から所定の方位角の範囲内（移動方向の左右４５°の範囲等）に存在している物体に係るグリッドＧの位置座標のみを、上述した検索処理を通じて物体位置データベース１０１から抽出する。そして、その位置座標や当該位置座標に関連づけられた物体識別子、基準位置ＰＳからの距離等の情報を、メインメモリ１ｂまたは補助記憶デバイス１ｃの記憶領域に書き込んだり、クライアント機１上のディスプレイ１ｉに画面表示させたり、コントロール機２やサーバ装置３、他のクライアント機１等に向けて送信したりする。

情報発信部１０３は、コンピュータ１２の通信インタフェース１ｇを利用し、クライアント機１からコントロール機２やサーバ装置３、または他のクライアント機１に伝達するべき情報を、電気通信回線４を介して送信する。クライアント機１から発信する情報には、当該クライアント機１がカメラ１ｋや対物距離センサまたはレーダ１ｎ等を介して発見した空間内の物体の位置情報や、当該クライアント機１が航法信号受信装置１ｏを介して知得した自身の現在位置の座標等が含まれる。この情報は、他のクライアント機１において物体位置データベース１０１を構成するデータの一部となり得る。

当該クライアント機１が物体位置データベース１０１を検索して知得した、基準位置ＰＳから与えられた距離Ｄ内に存在する物体に関する情報を、検索指令コマンドに対するレポートとしてコントロール機１に返信することがあり、また、その検索処理の結果の情報を他のクライアント機１に提供するべく送信することもある。

情報受信部１０４は、コンピュータ１２の通信インタフェース１ｇを利用し、コントロール機２やサーバ装置３、または他のクライアント機１からもたらされる情報を、電気通信回線４を介して受信する。クライアント機１が受信する情報には、他のクライアント機１が空間内で発見した物体の位置情報や、他のクライアント機１自身の現在位置の座標、またはユーザその他の人手により入力された既知の物体の位置情報等が含まれる。このような情報を受信したクライアント機１（のコンピュータ１２）は、受信した情報を物体位置データベース１０１に格納して、以後の物体の検索処理に利用する。

また、コントロール機２からもたらされる各種のコマンドを受信し、そのコマンドに応じた処理を実行することもある。ユーザの使用するコントロール機２から検索指令コマンドがもたらされたときには、上述した物体検出部１０２による物体位置データベース１０１の検索処理の実行を開始する。その検索指令コマンドには、少なくとも、検索対象範囲を指定する基準位置ＰＳからの距離Ｄの値が含まれる。さらに、検索指令コマンドに、検索対象となる方位角の範囲を示す値が含まれることがある。

本実施形態の物体位置データベース１０１は、空間を一定の緯度及び一定の経度の大きさのグリッドＧに分割した場合における、当該空間内において移動体であるクライアント機１が通過可能な通路（道路）及び／または通過不能な障害物と重なる一または複数のグリッドＧに対応した位置の座標を格納する。クライアント機１が移動可能な通路をデータベース化するにあたっては、図１５（ａ）に示すように、クライアント機１の通行を許可する通路Ｗとなる領域をグリッドＧ化してその位置座標を物体位置データベース１０１に格納してもよく、あるいは逆に、図１５（ｂ）に示すように、クライアント機の通行を禁止する障害物となる領域をグリッドＧ化してその位置座標を物体位置データベース１０１に格納してもよい。図１５（ｂ）の例では、障害物を示すグリッドが通路Ｗの外縁を表しており、障害物を示すグリッドＧよりも内側の領域がクライアント機１が移動可能な通路Ｗということになる。無論、通路の領域及び障害物の領域の双方をグリッドＧ化してその位置座標を物体位置データベース１０１に格納することとしても構わない。図７に例示している物体位置データベース１０１の内容は、通路及び障害物の双方をデータベース化したものである。

物体位置データベース１０１を構築するための物体位置データベース構築システムは、サーバ装置３を主体として構成される。サーバ装置３は、汎用のコンピュータ、例えばパーソナルコンピュータ、ワークステーション、携帯電話端末（特に、スマートフォン）、タブレット型端末、ビデオゲーム機、等である。

図８に示すように、サーバ装置３は、ＣＰＵ３ａ、メインメモリ３ｂ、補助記憶デバイス３ｃ、操作入力デバイス３ｄ、オーディオコーデック３ｅ、ビデオコーデック３ｆ、通信インタフェース３ｇ、マイク３ｈ、ディスプレイ３ｉ等のハードウェア資源を備え、これらがコントローラ（システムコントローラ、Ｉ／Ｏコントローラ等）３ｊにより制御されて連携動作するものである。

補助記憶デバイス３ｃは、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリ、光学ディスクドライブ、その他である。操作入力デバイス３ｄは、手指で操作可能なタッチパネル、トラックパッド、マウス、押下ボタンやキーボード等である。オーディオコーデック３ｅは、マイク３ｈを介して入力される音声を符号化する。ビデオコーデック３ｆは、ＣＰＵ３ａより受けた描画指示をもとに表示させるべき画面を生成しその画面信号をディスプレイ３ｉに向けて送出するＧＰＵ、画面や画像のデータを一時的に格納しておくビデオメモリ等を要素とする。オーディオコーデック３ｅ、ビデオコーデック３ｆはそれぞれ、ハードウェアでなくソフトウェアとして実装することも可能である。

通信インタフェース３ｇは、外部と情報の授受を行うためのデバイス、特にクライアント機１やコントロール機２と通信を行うためのデバイスであって、ＮＩＣや無線ＬＡＮ用のＷｉ−Ｆｉ（登録商標）デバイス、移動体無線通信網用の無線デバイス、短距離通信用のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）トランシーバ等である。これら以外に、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４等のインタフェースを実装していることもある。

ＣＰＵ３ａによって実行されるべきプログラムは補助記憶デバイス３ｃに格納されており、プログラムの実行の際には補助記憶デバイス３ｃからメインメモリ３ｂに読み込まれ、ＣＰＵ３ａによって解読される。本実施形態では、既知のＯＳプログラムやこれに付帯する各種デバイスドライバプログラムが予めインストールされ、他のプログラムによる上記ハードウェア資源の利用を仲介する。

しかして、サーバ装置３には、本実施形態の物体位置データベース構築システムを構築するために必要となるプログラムがインストールされる。当該サーバ装置３は、プログラムに従い、図９に示す地図画像取得部３０１、メタデータ取得部３０２、解析処理部３０３及び物体位置データベース３０４としての機能を発揮する。

地図画像取得部３０１は、地図画像データを取得する。地図画像データとは、対象の空間の一部をなす地域に対応した画像データであり、当該地図画像データを構成する画素の画素値に基づいてその画素が表している領域に通路及び／または障害物が存在しているか否かを判別できるようなビットマップ画像データである。図１０に、地図画像データの一例を示す。図示例の地図画像は、国土地理院ウェブサイトで公開されている航空写真（http://mapps.gsi.go.jpcontentsImageDisplay.dospecificationId=707846&isDetail=true）に加工を施したものである。具体的には、移動体であるクライアント機１の通行が許される通路の領域を構成する画素を、特定の画素値（色。図示例では、白色）に変換してある。このような画素値の変換は、サーバ装置３その他のコンピュータによる画像解析により自動的に実行してもよいし、人手によって（ビットマップ画像を取り扱うグラフィックスソフトウェアを使用して）実行してもよい。また、このような画素値の変換加工を予め地図画像データに施さずとも、本物体位置データベース構築システム（の解析処理部３０３）による画像解析によって通路または障害物の領域を表す画素の位置を地図画像データから抽出できるのであれば、予め変換加工を施しておく必要はない。地図画像取得部３０１は、このような加工が施されている地図画像データ、または施されていない地図画像データを、これを格納しているメインメモリ３ｂまたは補助記憶デバイス３ｃから読み出し、またはサーバ装置３と通信可能に接続している外部のコンピュータから通信インタフェース３ｇを介して受信する。

メタデータ取得部３０２は、上記の地図画像データに関するメタデータを取得する。メタデータは、少なくとも、地図画像データを構成する少なくとも一の画素が表している領域の緯度及び経度を示す情報を含んでいる。加えて、メタデータは、地図画像データを構成する一つ一つの画素が表している各領域の緯度方向及び経度方向の寸法、または地図画像データが全体として表している地域の緯度方向及び経度方向の寸法（若しくは、地図画像の縮尺）に関する情報（これは、地図画像データに含まれる画素数と相まって、各画素が表す各領域の緯度方向及び経度方向の寸法を明らかにするものとなる）を含むことがある。但し、地図画像データの一つの画素が表している領域の寸法または地図画像データ全体が表している地域の寸法が常に一定で既知であるならば、そのような情報をメタデータに含んでいる必要はない。メタデータは、地図画像データファイル内のメタデータ記述領域（Ｅｘｉｆ領域やＸＭＰ領域、ＰＮＧ画像におけるチャンク等）に記述されることもあれば、地図画像データファイルのファイル名に記述されることもある。この場合、メタデータ取得部３０２は、地図画像取得部３０１と同様にして、地図画像データに付随するメタデータを取得する。あるいは、メタデータは、ユーザにより手入力または音声入力されることもあり得る。そのような場合には、メタデータ取得部３０２は、操作入力デバイス３ｄまたはマイク３ｈを介してメタデータを取得する。

解析処理部３０３は、地図画像取得部３０１で取得した地図画像データ及びメタデータ取得部３０２で取得したメタデータを参照し、地図画像データを構成する画素が表している領域に通路または障害物が存在しているか否かを判断するとともに、通路または障害物が存在している領域を表す画素がどのグリッドＧ内に所在するかを判断して、その通路または障害物が所在するグリッドＧに対応した位置の座標を記憶装置即ちメインメモリ３ｂまたは補助記憶デバイス３ｃに書き込む。解析処理部３０３では、地図画像データを構成する各画素がどの緯度または経度のグリッドＧに位置するか、そして当該グリッドＧが通路または障害物に当たるかどうかを判定する必要がある。地図画像データを構成する各画素が通路を表しているか障害物を表しているかは、各画素の画素値即ち色を基に、既知の画像解析手法を以て判断することが可能である。よって、後は、地図画像データを構成する各画素がどの緯度または経度のグリッドＧに位置するのかを知る必要がある。

以下、地図画像データを構成する一つの画素が表す領域の緯度方向及び経度方向の寸法と、一つのグリッドＧの緯度方向及び経度方向の寸法とが近いことを前提として、画素とグリッドとの対応付けを行う手法を述べる。

例えば、対象の地域が京都市であり、グリッドＧの寸法が経度方向に約９．１３ｃｍ、緯度方向に約１１．１ｃｍであって、地図画像データの画素が表している領域の大きさが経度方向、緯度方向ともに約９．１３ｃｍである場合には、緯度方向についてはグリッドＧの寸法と画素の寸法とが合致するが、経度方向についてはどのグリッドＧにどの画素を当てはめるかを検討しなければならない。グリッドＧの寸法が経度方向にＡ、緯度方向にＢであり、画素の表している領域の寸法が経度方向、緯度方向ともにＣ＝Ａであるとすると、京都市であればＡ＝Ｃ＝９．１２７７１ｃｍ、Ｂ＝１１．０９４１ｃｍに設定することができる。

地図画像データ内の各画素について、当てはめ処理の起点となる画素から緯度方向に沿ってｉ番目の画素の画素値をｐ（ｉ）とおく。一方、各グリッドＧについて、起点となる画素と重なり合っているグリッドＧから緯度方向に沿ってｎ番目のグリッドに当てはめるべき画素値をｐ_g（ｎ）とおく。なお、ｐ_g（０）＝ｐ（０）とする。即ち、起点となる画素と重なり合っているグリッドＧの画素値は、起点となる画素の画素値とする。また、起点となっている画素から緯度方向に沿ってｉ番目の画素までの距離をｌ（ｉ）とおき、起点となっているグリッドＧから緯度方向に沿ってｎ番目のグリッドまでの距離をｌ_g（ｎ）とおく。ｌ（ｉ）＝Ａｉ、ｌ_g（ｎ）＝Ｂｎである。さらに、ｌ_g（０）＝ｌ（０）＝０である。

図１１は、地図画像データを構成する画素が表す領域の緯度（または、経度）方向の寸法とグリッドＧの緯度（または、経度）方向の寸法とが相異し、前者が後者よりも小さい場合の、画素とグリッドＧとの対応関係を決定する手順である。なお、地図画像中の画素が表す領域の寸法及び緯度及び経度（特に、起点となる画素の位置する緯度及び経度）の値は、メタデータに基づいて既知とする。並びに、グリッドＧの寸法も、メタデータに基づいて既知とする。地図画像データのメタデータにより、当該地図画像データが表している地域の緯度及び経度（または、地図画像データを構成する何れかの画素が表している領域の緯度及び経度）が明らかとなり、各グリッドＧを示す緯度及び経度の有効桁数が与えられることで、本システムの主体となるサーバ装置３において、先に詳述した測地線長の計算方法を用い、当該地図画像データが表す地域におけるグリッドＧの緯度方向及び経度方向の寸法を算定することが可能である。

まず、カウンタｉ及びｎをともに初期値０にセットする（ステップＳ１）。そして、ｌ_g（ｎ＋１）−ｌ（ｉ＋１）＞Ｃ／２が成立するか否かを判断する（ステップＳ２）。

もし、ｌ_g（ｎ＋１）−ｌ（ｉ＋１）＞Ｃ／２が不成立であるならば、ｐ_g（ｎ）＝ｐ（ｉ）とした上で（ステップＳ３）、ｉ及びｎをそれぞれ１増加させる（ステップＳ４）。その後、再びステップＳ２にループする。

これに対し、ｌ_g（ｎ＋１）−ｌ（ｉ＋１）＞Ｃ／２が成立したならば、ｎを増加させずにｉのみを１増加させ（ステップＳ５）、再びステップＳ２にループする。

ｉが与えられている画像の緯度方向の画素数に到達したならば（ステップＳ６）、ループを脱して処理を終了する。

図１２は、図１１に示した当てはめ処理の結果である。図１２中、細線で描画している格子枠の一つ一つの格子目が地図画像の画素に対応し、太線で描画している格子枠の一つ一つの格子目がグリッドＧに対応している。グリッドＧの経度方向の寸法は、画素が表す領域の経度方向の寸法に等しいが、グリッドＧの緯度方向の寸法は、画素が表す領域の緯度方向の寸法よりも大きい。枠内の明朝体の数値は、緯度方向に並ぶ画素の順番を表し、枠外のゴシック体の数値は、緯度方向に並ぶ各グリッドＧに当てはめられる画素の順番を表している。具体例を挙げると、左上の起点の画素と重なり合うグリッドＧから緯度方向に沿って一つ隣のグリッドＧ（ｎ＝１）に当てはめるべき画素値ｐ_g（１）は、起点の画素から緯度方向に沿って一つ隣の画素（ｉ＝１）の画素値ｐ（１）であるが、起点の画素と重なり合うグリッドＧから緯度方向に沿って二つ隣のグリッドＧ（ｎ＝２）に当てはめるべき画素値ｐ_g（２）は、起点の画素から緯度方向に沿って三つ隣の画素（ｉ＝３）の画素値ｐ（３）となる。また、起点の画素と重なるグリッドＧから緯度方向に沿って数えて十番目のグリッドＧ（ｎ＝１０）に当てはめるべき画素値ｐ_g（１０）は、起点の画素から緯度方向に沿って数えて十二番目の画素（ｉ＝１２）の画素値ｐ（１２）となる。各グリッドＧと各画素との対応関係が定まり、各グリッドＧに当てはめるべき画素値が定まれば、その画素値に基づいて各グリッドＧがそれぞれ通路であるか障害物であるかを決定することができ、通路及び／または障害物を表すグリッドＧの緯度及び経度の座標値を順次記憶装置３ｂ、３ｃに書き込むことができる。

あるいは、対象の地域が京都市であり、グリッドＧの寸法が経度方向に約９．１３ｃｍ、緯度方向に約１１．１ｃｍであって、地図画像データの画素が表している領域の大きさが経度方向、緯度方向ともに約１１．１ｃｍである場合には、経度方向についてはグリッドＧの寸法と画素の寸法とが合致するが、緯度方向についてはどのグリッドＧにどの画素を当てはめるかを検討しなければならない。グリッドＧの寸法が経度方向にＡ、緯度方向にＢであり、画素の表している領域の寸法が経度方向、緯度方向ともにＣ＝Ｂであるとすると、京都市であればＡ＝９．１２７７１ｃｍ、Ｂ＝Ｃ＝１１．０９４１ｃｍに設定することができる。

地図画像データ内の各画素について、当てはめ処理の起点となる画素から経度方向に沿ってｉ番目の画素の画素値をｐ（ｉ）とおく。一方、各グリッドＧについて、起点となる画素と重なり合っているグリッドＧから経度方向に沿ってｎ番目のグリッドに当てはめるべき画素値をｐ_g（ｎ）とおく。なお、ｐ_g（０）＝ｐ（０）とする。即ち、起点となる画素と重なり合っているグリッドＧの画素値は、起点となる画素の画素値とする。また、起点となっている画素から経度方向に沿ってｉ番目の画素までの距離をｌ（ｉ）とおき、起点となっているグリッドＧから経度方向に沿ってｎ番目のグリッドまでの距離をｌ_g（ｎ）とおく。ｌ（ｉ）＝Ｂｉ、ｌ_g（ｎ）＝Ａｎである。さらに、ｌ_g（０）＝ｌ（０）＝０である。

図１３は、地図画像データを構成する画素が表す領域の経度（または、緯度）方向の寸法とグリッドＧの経度（または、緯度）方向の寸法とが相異し、前者が後者よりも大きい場合の、画素とグリッドＧとの対応関係を決定する手順である。なお、地図画像中の画素が表す領域の寸法及び緯度及び経度（特に、起点となる画素の位置する緯度及び経度）の値は、メタデータに基づいて既知とする。並びに、グリッドＧの寸法も、メタデータに基づいて既知とする。地図画像データのメタデータにより、当該地図画像データが表している地域の緯度及び経度（または、地図画像データを構成する何れかの画素が表している領域の緯度及び経度）が明らかとなり、各グリッドＧを示す緯度及び経度の有効桁数が与えられることで、サーバ装置３において、測地線長の計算方法を用い、当該地図画像データが表す地域におけるグリッドＧの緯度方向及び経度方向の寸法を算定することが可能である。

まず、カウンタｉ及びｎをともに初期値０にセットする（ステップＳ７）。そして、ｌ_g（ｎ＋１）−ｌ（ｉ＋１）＞Ｃ／２が成立するか否かを判断する（ステップＳ８）。

もし、ｌ_g（ｎ＋１）−ｌ（ｉ＋１）＞Ｃ／２が不成立であるならば、ｐ_g（ｎ）＝ｐ（ｉ）とした上で（ステップＳ９）、ｉ及びｎをそれぞれ１増加させる（ステップＳ１０）。その後、再びステップＳ８にループする。

これに対し、ｌ_g（ｎ＋１）−ｌ（ｉ＋１）＞Ｃ／２が成立したならば、ｐ_g（ｎ）＝ｐ（ｉ）とし、なおかつｐ_g（ｎ＋１）＝ｐ（ｉ）とした上で（ステップＳ１１）、ｉを３増加させてｎを２増加させる（ステップＳ１２）。その後、再びステップＳ８にループする。

ｉが与えられている画像の経度方向の画素数に到達したならば（ステップＳ１３）、ループを脱して処理を終了する。

図１４は、図１３に示した当てはめ処理の結果である。図１４中、細線で描画している格子枠の一つ一つの格子目が画像の画素に対応し、太線で描画している格子枠の一つ一つの格子目がグリッドＧに対応している。グリッドＧの緯度方向の寸法は、画素が表す領域の緯度方向の寸法に等しいが、グリッドＧの経度方向の寸法は、画素が表す領域の経度方向の寸法よりも小さい。枠内の明朝体の数値は、経度方向に並ぶ画素の順番を表し、枠外のゴシック体の数値は、経度方向に並ぶ各グリッドＧに当てはめられる画素の順番を表している。具体例を挙げると、左上の起点の画素と重なり合うグリッドＧから経度方向に沿って一つ隣のグリッドＧ（ｎ＝１）に当てはめるべき画素値ｐ_g（１）は、起点の画素から経度方向に沿って一つ隣の画素（ｉ＝１）の画素値ｐ（１）であるが、起点の画素と重なり合うグリッドＧから経度方向に沿って三つ隣のグリッドＧ（ｎ＝３）に当てはめるべき画素値ｐ_g（３）は、起点の画素から経度方向に沿って二つ隣の画素（ｉ＝２）の画素値ｐ（２）となる。また、起点の画素と重なるグリッドＧから経度方向に沿って数えて十番目のグリッドＧ（ｎ＝１０）に当てはめるべき画素値ｐ_g（１０）は、起点の画素から経度方向に沿って数えて八番目の画素（ｉ＝８）の画素値ｐ（８）となる。各グリッドＧと各画素との対応関係が定まり、各グリッドＧに当てはめるべき画素値が定まれば、その画素値に基づいて各グリッドＧがそれぞれ通路であるか障害物であるかを決定することができ、通路及び／または障害物を表すグリッドＧの緯度及び経度の座標値を順次記憶装置３ｂ、３ｃに書き込むことができる。

なお、地図画像データを構成する一つの画素が表している領域の緯度方向及び経度方向の寸法が、一つのグリッドＧの経度方向の寸法にも緯度方向の寸法にも等しくない場合、例えば画素一つが緯度方向、経度方向ともに１０ｃｍの航空写真のような地図画像が与えられる場合には、図１１及び図１３に示した方法を組み合わせて、各グリッドＧに当てはめるべき画素値を決定する。

物体位置データベース３０４は、クライアント機１における物体位置データベース１０１と同様、メインメモリ３ｂまたは補助記憶デバイス３ｃの所要の記憶領域を利用して、空間内に存在している個々の物体の位置及び形状を表現するデータを格納する。解析処理部３０３は、通路及び／または障害物を表すグリッドＧの緯度及び経度の座標値を、物体識別子や高さ、色、地上高等の情報とともに、物体位置データベース３０４に書き込む。及び／または、サーバ装置３と通信可能に接続しているコンピュータ、クライアント機１またはコントロール機２に向けて送信して、当該コンピュータ、クライアント機１またはコントロール機２の記憶装置（クライアント機であれば、物体位置データベース１０１）に書き込む。

本実施形態では、空間を一定の緯度及び一定の経度の大きさのグリッドＧに分割した場合における、当該空間内において移動体１が通過可能な通路または通過不能な障害物と重なる一または複数のグリッドＧに対応した位置の座標を格納する物体位置データベース１０１、３０４を構築するためのものであって、対象の空間の一部に対応した地図画像データであり、当該地図画像データを構成する画素の画素値に基づいてその画素が表している領域に通路または障害物が存在しているか否かを判別できるような地図画像データを取得する地図画像取得部３０１と、前記地図画像データに関するメタデータであり、当該地図画像データを構成する少なくとも一の画素が表している領域の緯度及び経度を示す情報を含むメタデータを取得するメタデータ取得部３０２と、前記地図画像取得部３０１で取得した地図画像データ及び前記メタデータ取得部３０２で取得したメタデータを参照し、地図画像データを構成する画素が表している領域に通路または障害物が存在しているか否かを判断するとともに、通路または障害物が存在している領域を表す画素がどのグリッドＧ内にあるかを判断して、その通路または障害物が存在するグリッドＧに対応した位置の座標を記憶装置３ｂ、３ｃ、１ｂ、１ｃに書き込む解析処理部３０３とを具備する物体位置データベース構築システムを構成した。

本実施形態によれば、移動体を運用する空間内に存在している物体の位置や形状を軽量かつ利用容易なデータの形で表現でき、移動体の周囲に存在する通路や障害物の検出ひいては移動体の制御に寄与し得る。

本物体検出システムの用途は、幾つか考えられる。まず第一に、クライアント機１に代表されるロボットその他の移動体の自律制御、自動運転または遠隔操縦支援が挙げられる。即ち、本物体検出システムを利用すれば、移動体の周囲に存在している物体を高速かつ精確に検出できるため、当該移動体の移動や各種動作を安全確実ならしめることができる。典型的には、障害物の回避行動をとることが容易となる。

第二に、空間内に存在しているが未知の物体の発見を容易にする。物体位置データベース１０１、３０４に格納されているデータは、既知の物体に関するものである。従って、クライアント機１がカメラ１ｋや対物距離センサまたはレーダ１ｎ等を用いて発見した物体に関する位置情報が、物体位置データベース１０１、３０４を検索しても抽出できなかった（物体位置データベース１０１に登録されていなかった）場合、その物体は新たに発見した未知の物体ということになる。

第三に、空間内に様々な物体が存在している風景をモデリングして描画しようとする際に、物体位置データベース１０１、３０４に格納されている各グリッドＧの位置座標、高さ情報、地上高情報、色情報等を利用して、与えられた視点の位置座標及び視線の方向に基づき、透視図法等により物体を三次元モデリング表現で画面表示させることが可能となる。即ち、空間内に存在する各物体をそれぞれ、一個の直方体ブロックまたは複数個の直方体ブロックの集合体として表現することができる。物体を構成する直方体ブロックは、その位置及び底面積がグリッドＧの位置情報として規定され、その高さ寸法及び地上高が高さ情報及び地上高情報として規定され、その色が色情報として規定される。クライアント機１等の移動体の位置座標及び向きが分かれば、その移動体から見える風景を再現できる。

第四に、空間内に様々な物体が存在する風景を時系列で表現し、またその時系列の情報の保全が可能である。物体位置データベース１０１、３０４に、まず不動産その他の恒常的に存在する固定物を表現するグリッドＧの位置情報等を格納しておき、その上で、ある時点にのみ存在した物体を表現するグリッドＧの位置情報等を、固定物を表現するグリッドＧの位置情報等に対する差分の情報として格納、記憶保持するようにすれば、複数の時点のそれぞれにおいて空間内に存在した物体に関する情報の時系列を、少ないデータ量で表現することが可能となる。

また、固定物を表現するグリッドＧの位置情報等を共通のデータベースとして共有化またはクラウド化しておき、固定物以外の物体を表現するグリッドＧの位置情報等のみを運搬したり送受信したりすることも可能である。固定物を表現するグリッドＧの位置情報等と、固定物以外の物体を表現するグリッドＧの位置情報等とを重ね合わせれば、全ての物体が存在する空間の風景を再現できる。

前記物体位置データベースが、前記物体と重なる一つ一つのグリッドＧ毎に、そのグリッドＧに属する複数の位置（基本点ＰＢ及びダミー点ＰＤ）の座標を格納しているため、基準位置ＰＳから与えられた距離Ｄ内に存在する物体（を表現するグリッドＧ）の検索漏れの懸念が小さくなり、物体の検出精度が増す。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、サーバ装置３が地図画像取得部３０１、メタデータ取得部３０２及び解析処理部３０３を備えていたが、これらの機能をサーバ装置３以外のコンピュータ、例えば移動体１やコントロール機２等に実装することも考えられる。

さらには、複数のコンピュータが協働して、物体位置データベース構築システムの各部３０１、３０２、３０３の機能を具現することを妨げない。

その他、各部の具体的な構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１０１、３０４…物体位置データベース
３０１…地図画像取得部
３０２…メタデータ取得部
３０３…解析処理部３０３
Ｇ…グリッド

Claims (2)

1. 空間を一定の緯度及び一定の経度の大きさのグリッドに分割した場合における、当該空間内において移動体が通過可能な通路または通過不能な障害物と重なる一または複数のグリッドに対応した位置の座標を格納する物体位置データベースを構築するためのものであって、
   対象の空間の一部に対応した地図画像データであり、当該地図画像データを構成する画素の画素値に基づいてその画素が表している領域に通路または障害物が存在しているか否かを判別できるような地図画像データを取得する地図画像取得部と、
   前記地図画像データに関するメタデータであり、当該地図画像データを構成する少なくとも一の画素が表している領域の緯度及び経度を示す情報を含むメタデータを取得するメタデータ取得部と、
   前記地図画像取得部で取得した地図画像データ及び前記メタデータ取得部で取得したメタデータを参照し、地図画像データを構成する画素が表している領域に通路または障害物が存在しているか否かを判断するとともに、通路または障害物が存在している領域を表す画素がどのグリッド内にあるかを判断して、その通路または障害物が存在するグリッドに対応した位置の座標を記憶装置に書き込む解析処理部と
   を具備する物体位置データベース構築システム。
2. 請求項１記載の物体位置データベース構築システムを構築するために用いられるものであって、コンピュータを、
   対象の空間の一部に対応した地図画像データであり、当該地図画像データを構成する画素の画素値に基づいてその画素が表している領域に通路または障害物が存在しているか否かを判別できるような地図画像データを取得する地図画像取得部、
   前記地図画像データに関するメタデータであり、当該地図画像データを構成する少なくとも一の画素が表している領域の緯度及び経度を示す情報を含むメタデータを取得するメタデータ取得部、並びに、
   前記地図画像取得部で取得した地図画像データ及び前記メタデータ取得部で取得したメタデータを参照し、地図画像データを構成する画素が表している領域に通路または障害物が存在しているか否かを判断するとともに、通路または障害物が存在している領域を表す画素がどのグリッド内にあるかを判断して、その通路または障害物が存在するグリッドに対応した位置の座標を記憶装置に書き込む解析処理部
   として機能させるプログラム。

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