JP2021021630A - 測位システム - Google Patents
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Abstract
【課題】移動体の周囲に存在する障害物を考慮して、測位精度を向上することができる測位システムを提供する。【解決手段】測位システム100は、移動体10の上空の画像を取得するカメラ39と、複数の衛星のうち、衛星選択範囲CE内の衛星50を選択する選択部42と、を備える。このように、選択部42は、画像から得られた視野範囲VEに基づいて衛星選択範囲CEを設定するため、移動体10の周囲において、視野範囲VEを狭めるような障害物70の影響を考慮した上で、測位に用いる衛星50を選択することができる。ここで、選択部42は、測位精度に基づいて、衛星選択範囲CEを拡大することができる。これにより、視野範囲VEに基づいて選択した衛星によって得られる測位精度が十分でないと判定される場合、十分な測位精度が得られるように、衛星選択範囲CEを拡大して測位に用いる衛星を増やす。【選択図】図4
Description
本発明は、測位システムに関する。
従来、例えば特許文献1に記載されるような測位システムが知られている。この測位システムは、カメラで移動体の上空の画像を取得する。また、測位システムは、上空に存在する衛星の衛星情報を取得している。測位システムは、移動体の周辺に存在している建物などの障害物と衛星の位置関係を考慮して、測位に用いる衛星を選択している。
ここで、上述のような特許文献1に係る測位システムでは、測位精度が低下する場合があった。従って、移動体の周囲に障害物が存在するような場合に、これらの障害物を考慮して衛星を適切に選択することで、移動体の測位精度を向上する事が求められていた。
本発明の目的は、移動体の周囲に存在する障害物を考慮して、測位精度を向上することができる測位システムを提供することである。
本発明の一態様に係る測位システムは、移動体の測位を行う測位システムであって、複数の衛星からの衛星情報を取得する衛星情報取得部と、移動体の上空の画像を取得する画像取得部と、画像から得られた視野範囲に基づいて衛星選択範囲を設定し、複数の衛星のうち、衛星選択範囲内の衛星を選択する選択部と、選択部によって選択された衛星の衛星情報に基づいて、測位を行う測位演算部と、を備え、選択部は、測位精度に基づいて、衛星選択範囲を拡大する。
測位システムは、移動体の上空の画像を取得する画像取得部と、画像から得られた視野範囲に基づいて衛星選択範囲を設定し、複数の衛星のうち、衛星選択範囲内の衛星を選択する選択部と、を備える。このように、選択部は、画像から得られた視野範囲に基づいて衛星選択範囲を設定するため、移動体の周囲において、視野範囲を狭めるような障害物の影響を考慮した上で、測位に用いる衛星を選択することができる。ここで、選択部は、測位精度に基づいて、衛星選択範囲を拡大することができる。これにより、視野範囲に基づいて選択した衛星によって得られる測位精度が十分でないと判定される場合、十分な測位精度が得られるように、衛星選択範囲を拡大して測位に用いる衛星を増やすことができる。以上より、移動体の周囲に存在する障害物を考慮して、測位精度を向上することができる。
測位システムにおいて、選択部は、選択された衛星の数によって、衛星選択範囲を拡大するか否かを判定してよい。選択された衛星の数が少なすぎる場合は、十分な測位精度が得られないと見なすことができる。このように、衛星の数によって衛星選択範囲を拡大するか否かを判定することで、容易に判定を行うことができる。
測位システムにおいて、選択部は、視野範囲に対して仰角を拡大することによって衛星選択範囲を拡大してよい。この場合、視野範囲に対して仰角を拡大するだけの簡単な処理にて、容易に衛星選択範囲を拡大することができる。また、視野範囲の境界付近の衛星は、信号の反射や回折の影響も少ないため、測位精度を高めることができる衛星を選択し易い。
測位システムにおいて、選択部は、衛星からの信号状態を考慮して、衛星を選択してよい。例えば、衛星選択範囲内に存在する衛星であっても、信号状態が悪くて測位精度に影響がある場合、選択部は当該衛星を選択しなくてよい。これにより、不適切な衛星を選択することで測位精度が低下することを抑制できる。
本発明によれば、移動体の周囲に存在する障害物を考慮して、測位精度を向上することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
図1は、本発明の実施形態に係る測位システム100を示すブロック構成図である。測位システム100は、GNSS( Global Navigation Satellite System)を用いて、移動体10の位置を測定(測位)するシステムである。測位システム100は、複数の衛星からの衛星情報を用いて移動体10を測位する。測位システム100は、基準局20と、移動局30と、を備える。移動体10としては、コンテナヤードなどで用いられる無人搬送車や、フォークリフト等の産業車両、及び自動車を対象とする。
基準局20は、固定された基準位置にて衛星から衛星情報を取得する機器である。基準局20は、GNSS21と、アンテナ22と、無線通信機23と、を備える。GNSS21は、情報取得部24と、測位演算部26と、を備える。情報取得部24は、複数の衛星からの衛星情報を観測することによって取得する。衛星情報には、衛星の種類に関する情報、衛星位置情報(方位、方位角、仰角)などの情報が含まれている。測位演算部26は、情報取得部24で取得された複数の衛星からの衛星情報に基づいて、基準局20を測位する。アンテナ22は、衛星からの衛星情報を受信するための受信機である。無線通信機23は、移動局30と無線で通信を行うための機器である。
移動局30は、測位の対象となる移動体10に設けられて衛星から衛星情報を取得する機器である。移動局30は、GNSS31と、アンテナ32と、無線通信機33と、カメラ39(画像取得部)と、演算装置40と、を備える。
GNSS31は、情報取得部34(衛星情報取得部)と、測位演算部36と、を備える。情報取得部34は、複数の衛星からの衛星情報を観測することによって取得する。また、情報取得部34は、無線通信機33を介して、基準局20から受信した情報も取得する。測位演算部36は、情報取得部34で取得された複数の衛星からの衛星情報に基づいて、移動体10を測位する。なお、測位演算部36は、上空の衛星のうち、演算装置40によって選択された衛星の衛星情報に基づいて、測位を行う。アンテナ32は、衛星からの衛星情報を受信するための受信機である。無線通信機33は、基準局20と無線で通信を行うための機器である。
カメラ39は、移動体10の上空の画像を取得する撮影装置である。カメラ39は、移動体10の周囲を広範囲にわたって撮影できることが好ましく、360°カメラや、魚眼カメラなどが採用される。カメラ39は、複数台設けられてもよい。
演算装置40は、上空に存在する複数の衛星の中から、一部の衛星を選択するための装置である。演算装置40は、移動体10を精度良く測位できる衛星情報を取得できるような衛星を選択する。詳細には、図2に示すように、移動体10の周囲に障害物70が存在する場合がある。このとき、複数の衛星50は、障害物70に隠れることなく移動体10の視野範囲内に存在する視野範囲内衛星50Aと、障害物70に隠れて移動体10の視野範囲外に存在する視野範囲外衛星50Bと、に分けられる。このとき、移動体10は、視野範囲内衛星50Aからの衛星情報を直接波W1によって受信することができる。一方、移動体10は、視野範囲外衛星50Bからの衛星情報を回折によるマルチパス波W2や、反射によるマルチパス波W3などによって受信する。マルチパス波W2,W3よりも直接波W1を用いた方が精度良く移動体10を測位できるため、演算装置40は、視野範囲内衛星50Aを選択する。また、演算装置40は、視野範囲外衛星50Bを選択する場合も、視野範囲に近く、誤差の少ない衛星情報を得られる視野範囲外衛星50Bを選択する。
図1に示すように、演算装置40は、視野範囲演算部41と、選択部42と、を備える。演算装置40は、カメラ39から画像を取得し、選択した衛星に関する情報をGNSS31へ送信する。
視野範囲演算部41は、カメラ39で撮影された画像を取得すると共に、当該画像に基づいて視野範囲を演算する。視野範囲演算部41は、取得した画像を画像処理することによって、視野範囲を演算する。視野範囲演算部41は、移動体10の上空の画像を仰角及び方位角の座標系で示し、2値画像から障害物と上空との境界線BL1を算出する。例えば、図5(a)に示すように、視野範囲演算部41は、画像中の障害物70を検出すると共に、障害物70と上空との間の境界線BL1の位置及び形状を演算する。視野範囲演算部41は、境界線BLよりも内側の領域を視野範囲VEとして抽出する。なお、視野範囲演算部41は、3D−Liderなどで障害物70の距離を検出して視野範囲VEを演算してよい。視野範囲演算部41は、画像情報からディープラーニングなどを用いて障害物70の境界線BL1を推定してよい。
選択部42は、画像から得られた視野範囲VEに基づいて衛星選択範囲CE(図5(b)参照)を設定し、複数の衛星のうち、衛星選択範囲CE内の衛星を選択する。選択部42は、上空に存在する複数の衛星の中のうち、衛星選択範囲CEの内側に存在する衛星を、測位に用いる衛星として選択する。選択部42は、GNSS31から各衛星の位置情報(方位角、仰角)を取得する。選択部42は、カメラ39から取得した画像に対して、各衛星をプロットする。選択部42は、複数の衛星の中で、衛星選択範囲CE内に入っているものを選択する。
まず、選択部42は、視野範囲演算部41によって設定された視野範囲VE自体を衛星選択範囲CEとして設定する。そして、選択部42は、測位精度に基づいて、衛星選択範囲CEを拡大する。すなわち、選択部42は、測位精度が十分ではないと判断した場合は、視野範囲VEよりも広くなるように衛星選択範囲CEを設定する。選択部42は、選択された衛星の数によって、衛星選択範囲CEを拡大するか否かを判定する。すなわち、選択部42は、衛星選択範囲CE内に存在している衛星の数が、測位を行うのに十分な精度を担保できるだけのものであるか否かを判定する。また、選択部42は、RTK−Fix状態であるか否かを判断することで、衛星選択範囲CEに測位を行うのに十分な衛星が存在しているかを判断してよい。RTK−Fix状態とは、RTK(Real Time Kinematic)システムにおいて、整数値バイアスが計算可能で、位置を高精度に決めることができている状態を示す。整数値バイアスとは、衛星から受信機までの電波の波数の整数部である。選択部42は、視野範囲VEに対して仰角を拡大することによって、衛星選択範囲CEを拡大する。例えば、選択部42は、境界線BLによって設定される視野範囲VEを所定角度だけ追加した範囲を衛星選択範囲CEとして設定する。また、選択部42は、衛星からの信号状態を考慮して、衛星を選択してよい。衛星からの信号状態とは、衛星からの信号の強度や、時間変化などを示す。選択部42は、衛星選択範囲CEの範囲内に存在している衛星であっても、信号状態の悪い衛星については、測位に用いる衛星として選択しなくてよい。
次に、図3〜図6を参照して、測位システム100の処理内容の一例について説明する。図3は、基準局20のGNSS21、移動局30のGNSS、演算装置40、及びカメラ39の処理内容を同時に示すフローチャートである。図4は、図3に示す測位変更情報演算処理の処理内容を示すフローチャートである。図5(a)は、演算装置40が画像中で視野範囲を設定した様子を示す画像を示し、図5(b)は、上空の画像に対して衛星配置図を合成した様子を示す図を示す。図6(a)は、演算装置40が衛星選択範囲CEを拡大した様子を示す図である。図6(b)は、演算装置40が衛星選択範囲CEを拡大する際の変形例を示す図である。
図3に示すように、基準局20のGNSS21の情報取得部24は、複数の衛星から衛星情報を取得する(ステップS12)。また、GNSS21の測位演算部26は、ステップS12で取得された衛星情報に基づいて、基準局20を測位する(ステップS14)。測位演算部26は、演算した基準局20の位置情報を移動局30のGNSS31に送信する(ステップS16)。ステップS16の処理が完了したら、再びステップS12から処理が繰り替えされる。
移動局30のGNSS31の情報取得部34は、複数の衛星から衛星情報を取得し、取得した衛星情報及び測位情報を演算装置40へ送信する(ステップS22)。GNSS31は、ステップS16において測位演算部26が送信した衛星情報を取得することによって、基準局情報を更新する(ステップS24)。このように、測位点が移動する移動局30に対して、測位点が固定された基準局20の基準局情報を送信して、移動局30が当該基準局情報を用いることで、移動局30の測位の精度を向上できる。
移動局30のGNSS31の情報取得部34は、演算装置40から、測位変更情報を取得することによって、測位情報を更新する(ステップS26)。測位情報とは、GNSS31が測位の演算を行うために必要な情報であり、少なくとも、測位の演算のためにどの衛星を用いるかという情報と、当該衛星の衛星情報と、を含んでいる。測位変更情報とは、移動体10からの視野範囲に基づいて、測位情報をどのように変更するか、に関する情報である。測位変更情報の更に詳細な説明については後述する。GNSS31の測位演算部36は、ステップS26で更新した測位情報に基づいて、移動体10を測位する(ステップS28)。GNSS31の測位演算部36は、ステップS28の演算によって得られた計算結果、すなわち移動体10の位置情報を出力する(ステップS30)。ステップS30の処理が完了したら、再びステップS22から処理が繰り替えされる。
カメラ39は、移動体10の上空を撮影することによって画像を取得する(ステップS52)。カメラ39は、ステップS52で取得した画像を演算装置40へ出力する(ステップS54)。
演算装置40の視野範囲演算部41は、ステップS54でカメラ39から出力された画像を入力する(ステップS42)。ここでは、図5(a)に示されるような画像が用いられるものとする。次に、視野範囲演算部41は、ステップS42で入力された画像の調整を行う(ステップS44)。ここでは、視野範囲演算部41は、画像中から視野範囲VEを設定し易いように、画像の明るさなどを調整する。
次に、視野範囲演算部41は、画像から視野範囲VEを設定するための演算を行う(ステップS46)。図5(a)に示すように、ステップS46では、視野範囲演算部41は、公知のエッジ検出などの画像認識処理を用いて、建物などの障害物70と上空との間の境界線BL1を抽出する。そして、視野範囲演算部41は、抽出した境界線BL1で囲まれる領域を視野範囲VEとして設定する。次に、選択部42は、ステップS22において移動局30のGNSS31から取得した測位情報を変更するための演算を行う測位変更情報演算処理を行う(ステップS48)。ステップS22の時点では、上空で観測された衛星の衛星情報を全て用いて測位を行う用に測位情報が設定されているが、ステップS48では、選択部42は、視野範囲VEを考慮して、測位精度を向上できる衛星を選択するように、測位情報を変更する。
図4を参照して、測位変更情報演算処理の内容について説明する。図4に示すように、選択部42は、上空の複数の衛星50の中から、測位の演算に用いる衛星を選択する(ステップS110)。ステップS110では、選択部42は、ステップS22において移動局30のGNSS31から出力された測位情報に基づいて、画像中における各衛星50の配置を把握する。図5(b)は、上空の画像と衛星配置図とを合成した合成図である。複数の衛星50のうち、視野範囲VEと重なる位置に配置される衛星50は視野範囲内衛星50Aに該当し、障害物70と重なる位置に配置される衛星50は視野範囲外衛星50Bに該当する。また、ステップS110では、図5(b)に示すように、画像から得られた視野範囲VEに基づいて衛星50を選択するための衛星選択範囲CEを設定する。選択部42は、複数の衛星50のうち、衛星選択範囲CE内の衛星50を選択する。ここで、1回目のステップS110では、衛星選択範囲CEの境界線BL2は、視野範囲VEの境界線BL1と同位置に設定される。衛星選択範囲CEは、視野範囲VEと同じ範囲に設定される。従って、選択部42は、視野範囲内衛星50Aを測位の演算のための衛星50として選択する。
次に、選択部42は、ステップS110で選択した衛星50の衛星情報に基づいて測位を行った場合の測位精度が十分なものになり得るか否かを判定する。まず、選択部42は、選択された衛星の数に基づいて、測位精度の判定を行う。具体的に、選択部42は、選択された衛星50のうち、GPS(Global Positioning System)を使用した衛星50aの台数が閾値(N機)以上であるか否かを判定する(ステップS120)。また、選択部42は、選択された衛星50の合計台数が閾値(M機)以上であるか否かを判定する(ステップS130)。ここでは、選択された衛星50の合計(GPSを使用した衛星50aとそれ以外の衛星50bの合計)がM機以上であり、その中でGPSを使用した衛星50aがN機以上であれば、必要な測位精度を担保できるという推定に基づいて、各閾値が設定される。例えば、「N=2」とし、「M=8」としてよい。
次に、ステップS120,S130において閾値以上であると判定された場合、選択部42は、RTK−Fix状態であるか否かを判定する(ステップS140)。ステップS140においてRTK−Fix状態ではないと判定された場合、選択部42は、測位変更情報の出力を行わずに、所定時間の待機を行う(ステップS150)。ステップS150において所定時間の待機の後、選択部42は、再びRTK−Fix状態であるか否かを判定する(ステップS160)。ステップS140,S160において、RTK−FiX状態であると判定された場合、選択部42は、選択した衛星50を確定し、それらの衛星50を用いて測位を演算するように、測位変更情報を移動局30のGNSS31へ出力する(ステップS180)。ステップS180の処理が終了したら、図4に示す処理が終了する。
ステップS120,S130において閾値未満であると判定された場合、またはステップS160において、所定時間待機してもRTK−Fix状態とならない場合、選択部42は、視野範囲VEに対して仰角を拡大することによって、衛星選択範囲CEを拡大する(ステップS170)。選択部42は、視野範囲VEを全方位にわたって仰角を所定角度追加することにより、衛星選択範囲CEを拡大する。
具体的に、図5(b)では、三角径の記号がGPSを用いた衛星50aを示し、十字の記号がそれ以外の衛星50bを示している。図5(b)に示す例では、衛星選択範囲CE、すなわち視野範囲VE内には、二機のGPSを用いた衛星50aが存在しているが、衛星50の合計は8機未満である。従って、図6(a)に示すように、選択部42は、視野範囲VEに対して所定角度分だけ(例えば10°)全方位に追加することで、衛星選択範囲CEを拡大する。ここでは、視野範囲VEの境界線BL1よりも所定角度の仰角分だけ、境界線BL2を外周側へずらす。これにより、衛星選択範囲CEが拡大される。これにより、拡大された衛星選択範囲CE内に、二機の視野範囲外衛星50Bが追加される。これにより、衛星選択範囲CE内の合計の衛星50の台数が9機となって、ステップS130の閾値(=8機)を満たす。
ステップS170において衛星選択範囲CEの拡大がなされた後、再びステップS110から処理が開始される。選択部42は、拡大された衛星選択範囲CEを用いて衛星を選択し、ステップS120〜S160の処理を繰り返す。なお、一度ステップS170で衛星選択範囲CEを拡大しても、ステップS120,S130,S160の条件がみたされない場合は、ステップS170において、更に衛星選択範囲CEの拡大がなされる。この場合、選択部42は、前回の衛星選択範囲CEよりも更に所定角度の仰角分だけ、境界線BL2を外周側へずらす。以降、衛星選択範囲CEを拡大するときは、仰角を徐々に拡大してゆく。なお、衛星選択範囲CEを繰り返し拡大することで、画像中の全ての衛星50が衛星選択範囲CEに含まれるようになったら、図4に示す処理を終了し、画像中の全ての衛星50を用いて測位の演算を行うようにする。
次に、本実施形態に係る測位システム100の作用・効果について説明する。
測位システム100は、移動体10の上空の画像を取得するカメラ39と、画像から得られた視野範囲に基づいて衛星選択範囲を設定し、複数の衛星のうち、衛星選択範囲CE内の衛星50を選択する選択部42と、を備える。このように、選択部42は、画像から得られた視野範囲VEに基づいて衛星選択範囲CEを設定するため、移動体10の周囲において、視野範囲VEを狭めるような障害物70の影響を考慮した上で、測位に用いる衛星50を選択することができる。ここで、選択部42は、測位精度に基づいて、衛星選択範囲CEを拡大することができる。これにより、視野範囲VEに基づいて選択した衛星によって得られる測位精度が十分でないと判定される場合、十分な測位精度が得られるように、衛星選択範囲CEを拡大して測位に用いる衛星を増やすことができる。以上より、移動体10の周囲に存在する障害物70を考慮して、測位精度を向上することができる。
測位システム100において、選択部42は、選択された衛星50の数によって、衛星選択範囲CEを拡大するか否かを判定する。選択された衛星50の数が少なすぎる場合は、十分な測位精度が得られないと見なすことができる。このように、衛星50の数によって衛星選択範囲CEを拡大するか否かを判定することで、容易に判定を行うことができる。
測位システム100において、選択部42は、視野範囲VEに対して仰角を拡大することによって衛星選択範囲CEを拡大する。この場合、視野範囲VEに対して仰角を拡大するだけの簡単な処理にて、容易に衛星選択範囲CEを拡大することができる。また、視野範囲VEの境界線BL1付近の衛星50は、信号の反射や回折の影響も少ないため、測位精度を高めることができる衛星50を選択し易い。
測位システム100において、選択部42は、衛星からの信号状態を考慮して、衛星を選択してよい。例えば、衛星選択範囲内に存在する衛星であっても、信号状態が悪くて測位精度に影響がある場合、選択部42は当該衛星を選択しなくてよい。これにより、不適切な衛星を選択することで測位精度が低下することを抑制できる。例えば、図5(b)の衛星選択範囲CE内に存在するもののうち、一つの衛星50の信号状態が悪い場合、選択部42は、当該衛星50を除外して選択を行う。この場合、図4のステップS130では、全使用衛星の数は、7機ではなく6機であると判定する。
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
例えば、上述の実施形態では、図6(a)に示すように、視野範囲VEの全方位に対して仰角を拡大することで衛星選択範囲CEを拡大した。しかし、衛星選択範囲CEをどのように拡大するかは特に限定されず、所定の方法で適宜拡大してよい。例えば、図6(b)に示すように、画像の上側の領域に衛星が少なく、下側の領域に衛星50が多い場合は、下側だけに向けて衛星選択範囲CEを拡大してもよい。
10…移動体、34…情報取得部(衛星情報取得部)、36…測位演算部、39…カメラ(画像取得部)、42…選択部、50…衛星、100…測位システム。
Claims (4)
- 移動体の測位を行う測位システムであって、
複数の衛星からの衛星情報を取得する衛星情報取得部と、
前記移動体の上空の画像を取得する画像取得部と、
前記画像から得られた視野範囲に基づいて衛星選択範囲を設定し、前記複数の衛星のうち、前記衛星選択範囲内の衛星を選択する選択部と、
前記選択部によって選択された前記衛星の前記衛星情報に基づいて、測位を行う測位演算部と、を備え、
前記選択部は、測位精度に基づいて、前記衛星選択範囲を拡大する、測位システム。 - 前記選択部は、選択された前記衛星の数によって、前記衛星選択範囲を拡大するか否かを判定する、請求項1に記載の測位システム。
- 前記選択部は、前記視野範囲に対して仰角を拡大することによって、前記衛星選択範囲を拡大する、請求項1又は2に記載の測位システム。
- 前記選択部は、前記衛星からの信号状態を考慮して、前記衛星を選択する、請求項1〜3の何れか1項に記載の測位システム。
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