JP2022151339A - 地図処理装置、および、地図処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[実施例1]
図1は、本発明の実施例1に係る地図処理装置10を説明するブロック図である。
地図処理装置10は、ナビゲーション装置11、GNSS受信機12、地図記憶部13と接続されており、地図記憶部13の内容を、通信装置14を経由して外部と送受信できる構成を有する。地図処理装置10は、自動運転を行う自動運転車両に搭載されている。地図処理装置10は、ナビゲーション装置11からの自車位置を受信する自車位置受信部101を備え、GNSS受信機12から各測位衛星に関する情報を受け取る疑似距離取得部102と、衛星軌道情報取得部103を備える。そして、各測位衛星情報と自車位置情報に基づいて測位に使用できる衛星か否かを検証する測位使用衛星検証部104と、測位に使用できない測位衛星(測位使用不可衛星)の配置に基づいて遮蔽されているか否かを判定し、複数の観測地点での遮蔽判定結果から遮蔽物の配置を推定して3D地図を生成する地図生成部106を備える。そして、さらに3D地図と自車位置に基づき、遮蔽・回折・反射の影響が少なく、測位演算に使用すべき測位衛星を選択する使用衛星選択部107と、選択された測位衛星の情報に基づいて測位演算をおこなう測位演算部108と、を備える。測位演算部108は、演算結果を図示しない自車両の自動運転ユニットに送出する機能を備えるものとする。
ナビゲーション装置11は、地点座標(ノード)と地点間距離および接続情報(リンク)が格納されている地図に基づき、ある地点から別の地点に移動する走行経路を算出し、現在地点と走行経路とを照合して、随時、道路分岐で進むべき方向を示したり、算出した走行経路から外れたりした場合には走行経路を再計算して新規の走行経路を提案したりする装置である。自車位置受信部101は、ナビゲーション装置11から走行経路と現在地点を受け取る機能をもつ。
GNSS受信機は、測位衛星からの測位電波を受信し、そのコードを同定して追跡することにより、搬送波位相やドップラー周波数、信号強度、衛星軌道情報、電離層遅延量をはじめとした様々な衛星情報を取得する。こうして取得した情報には、測位衛星が測位電波を送信した時刻情報が重畳されており、原理的には4個以上、実用上はさらに多くの測位衛星の衛星情報の到達時刻を解析することにより、受信機アンテナの緯度・経度・高度と受信機側の時刻を算出することができ、さらに各衛星の測位電波の送信時刻と受信機側の時刻に基づき疑似距離を算出することができる。こうして、各時刻での受信機アンテナの位置を算出し、さらに受信機アンテナの車両搭載位置に基づき車両の位置を算出する。また、GNSS受信機による自車位置および姿勢の推定は高頻度でおこなわれており、例えばGNSSの測位間隔は0.1秒から1秒程度であることが多いが、この測位間隔は自動運転システムの経路誘導機能に対しては十分に更新周期が高速であるといえる。
衛星軌道情報取得部103は、疑似距離取得部102と同様に、各衛星からの衛星軌道情報とその受信時刻をGNSS受信機12から取得する。この受信時刻は疑似距離取得部102で取得する受信時刻と同期しているものとする。また、取得した衛星軌道情報を後段の計算で使用しやすい座標系に変換してもよい。
測位使用衛星検証部104は、自車位置受信部101からの出力、疑似距離取得部102からの出力、衛星軌道情報取得部103からの出力に基づき、各測位衛星情報と自車位置情報に基づいて測位に使用できる衛星か否かを検証する。ここで検証と表現しているのは、図示していないが、自車位置受信部101から得た自車位置は、ナビゲーション装置11がGNSS受信機12の出力を使用している可能性があり、測位に使用すると位置精度が低下する不適切な各測位衛星情報を利用して自車位置が算出されている可能性があるが、この測位使用衛星検証部104では更に各測位衛星情報を測位に使用すべきか否かを判定するためである。
地図生成部106では、測位使用衛星検証部104において、測位に使用できないと判定された衛星について、自車位置から衛星方向が遮蔽されていると判定する機能をもち、さらに遮蔽空間に関する地図を生成し、地図記憶部13へ出力する機能をもつ。地図生成部106は、自車位置から測位使用不可衛星に向かう方位角と仰角を含む範囲を、遮蔽方位角範囲および遮蔽仰角範囲として、自車位置に対応付けて記憶する処理を行う。
使用衛星選択部107は、自車位置受信部101からの出力、衛星軌道情報取得部103、および地図記憶部13から取得した遮蔽空間に関する地図に基づき、測位演算に使用する測位衛星の信号を選択する。これは、衛星軌道情報取得部103から取得した測位衛星の配置に基づき、自車位置受信部101から得た自車位置からみた各測位衛星の方位角および仰角を算出し、地図生成部106で生成された遮蔽領域あるいは非遮蔽領域を表現した地図を用いて遮蔽されずに観測できるか否かを判定することで、遮蔽されていない測位衛星を特定する。こうして遮蔽されていない測位衛星の衛星種別(衛星系識別子などとも呼ばれる)、衛星番号(PRN番号、Slot番号などとも呼ばれる)などの測位衛星を特定する情報を出力する。
測位演算部108では、使用衛星選択部107から得た遮蔽されていない測位衛星に関して、その疑似距離取得部102から得た疑似距離、および衛星軌道情報取得部103から得た衛星軌道情報を用いて測位演算を行う。この測位演算の結果は、緯度、経度、高度、時刻、移動速度、移動方向の1つ以上を含み、測位演算部108はこの測位演算の結果を地図処理装置の外部に出力する。この出力を自動運転装置やナビゲーション装置11で使用してもよい。なお、前述の測位演算は、例えば、4個以上の測位衛星がある場合に最小二乗法を用いることで受信局の位置を算出することが可能であり、測位演算技術の詳細は公知技術が多数あるため、ここでの詳細説明は省略する。
通信装置14は、必要に応じて地図記憶部13の内容を通信回線を経由してサーバに送受信する機能をもつ。これにより自車が走行して観測した周囲の遮蔽環境に関する情報をサーバに蓄積し、地図記憶部13の記憶容量の制約にかかわらず、広範囲な走行環境に対する地図を扱うことができるようになる。また、サーバを経由して他車両が観測した遮蔽環境の情報を得ることができ、自車が初めて走行する環境であっても遮蔽環境の情報を利用することができるようになる。
自車位置受信部101は、ナビゲーション装置11から受け取った走行経路と現在地点に基づき、今後の走行位置を予測し、今後通過する可能性のあるノード点について、その到達時刻あるいは到達予想時刻を算出する機能と、現在地点とノード点データと時刻を測位使用衛星検証部104あるいは使用衛星選択部107に出力する機能をもつ。
疑似距離取得部102は各衛星からの疑似距離データと、その受信時刻をGNSS受信機12から取得する機能をもつ。本機能は単純であるため、ここでは詳細の説明を割愛する。
衛星軌道情報取得部103は各衛星からの衛星軌道情報と、その受信時刻をGNSS受信機12から取得する機能をもつ。本機能は単純であるため、ここでは詳細の説明を割愛する。
図6は、測位使用衛星検証部104の処理内容を表すフローチャートである。
S1において、自車位置受信部101からの出力、疑似距離取得部102からの出力、衛星軌道情報取得部103からの出力を取得してメモリに格納する。ここで、取得できている前記情報は時刻的な同期がとれているものとする。
衛星の三次元位置を中心として、疑似距離に基づいた距離をもつ球面を考え、この球面が自車位置から所定の閾値以内の範囲を通過していれば整合していると判定し、そうでない場合には整合していないと判定する。ここで、疑似距離を実際の距離に変換する際、例えば電離層活動が活発な場合には、いわゆる電離層遅延の影響が大きくなりやすいため、測位衛星からの電波に含まれる電離層パラメータに基づき、電離層パラメータが大きい場合には誤差量の閾値を大きくしてもよい。
衛星の三次元位置を中心として、疑似距離に基づいた距離を持つ球面を考え、この球面が自車の走行位置に対応するリンクと交差していることを整合していると判定する条件として判定する。なお、必ずしも自車の走行位置に対応するリンクのみと交差することを判定する必要はなく、例えば、自車の走行位置に対応するリンクとその前後1つ分のリンクと交差するか否かを判定してもよい。
自車位置情報が得られていない場合、自車位置を算出するために、観測できている測位衛星の情報を用いて測位演算をおこなう。原理上、少なくとも4つの測位衛星からの測位電波が得られていれば位置と時刻を合わせることが可能である。測位演算により自車位置を算出した後、各測位衛星の疑似距離が所定の閾値以下で整合しているか否かを判定し、誤差の大きい測位衛星の疑似距離を判定する。
S4では、当該衛星の衛星種別および衛星番号などを、測位に使用すべきではない衛星として出力するため、出力用リストに登録する。
S5では、出力用リストに登録されている内容を後段の地図生成部106へ出力する。
地図生成部106は、測位使用衛星検証部104において測位に使用できないと判定された衛星について、自車位置から衛星方向が遮蔽されていると判定する機能をもち、さらに遮蔽空間に関する地図を生成し、地図記憶部13へ出力する機能をもつ。この動作は既に図4を用いて説明したため、ここでは詳細の説明を省く。
使用衛星選択部107は、地図記憶部13に記憶された地図を利用して自車位置を求める際に使用され、遮蔽空間に関する地図に基づき、測位演算に使用する測位衛星の信号を選択する機能をもつ。自車位置と各衛星位置がそれぞれ三次元座標として分かっているため、それらの差をとり、自車位置における方位角および仰角を算出することができる。この算出方法は基本的な幾何演算であり公知技術であるため、ここでの詳細説明は割愛する。
測位演算部108は、使用衛星選択部107から得た遮蔽されていない測位衛星に関して、その疑似距離取得部102から得た疑似距離、および衛星軌道情報取得部103から得た衛星軌道情報を用いて測位演算をおこなう。この測位演算は、例えば、4個以上の測位衛星がある場合に最小二乗法などの最適化計算を用いることで受信局の位置を算出することが可能である。また、通常は各測位信号の電波強度も得られていることから、電波強度の強い測位衛星からの測位信号は遮蔽・反射・回折などの影響を受けていない信号だと考えることができるため、電波強度の強さが大きいほど重みを高くした重みつきの最適化計算をおこなってもよい。また、地図生成部106で生成された遮蔽領域の境界から離れている方位角および仰角に存在する測位衛星からの測位信号は遮蔽・反射・回折などの影響を受けていない信号だと考えることができるため、電波強度の強さが大きいほど重みを高くした重みつきの最適化計算をおこなってもよい。最適化計算を含む測位演算技術の詳細は公知技術が多数あるため、ここでの詳細説明は省略する。
図8は、本発明の実施例2に係る地図処理装置10を説明するブロック図である。
地図処理装置10は、ナビゲーション装置11、GNSS受信機12、地図記憶部13と接続されており、地図記憶部13の内容を通信装置14を経由して、サーバ15と送受信できるものとする。本実施例では、地図処理装置10がサーバ15と連携しながら動作する様子に注目する。なお、サーバ15は通信回線等を通じて通信装置14と情報を送受信できる処理装置を意図しており、いわゆるパーソナルコンピュータや組込情報機器などのハードウェアの形態を指すものではない。以下では、実施例1と重複している部分については適宜省略しながら、各部の詳細を説明する。
地図生成部106では、測位使用衛星検証部104において、測位に使用できないと判定された衛星について、自車位置から衛星方向が遮蔽されていると判定する機能をもち、さらに遮蔽空間に関する地図を生成し、地図記憶部13へ出力する機能をもつ。
遮蔽の判定方法、余裕幅の持たせ方、遮蔽領域の記録方式などについては、実施例1にて記載済みなので、ここでの説明は割愛する。
この表示装置としてはナビゲーション装置やスマートフォンやタブレット端末を使用してもよく、さらに表示装置と連携したタッチパネルやスイッチ類により選択入力や数値入力ができるものとする。設定画面901は、アンテナ高およびアンテナの左右位置に関してセンチメートル単位でその位置が入力および調整できるようにした画面例である。ここでは前後方向については入力欄を省いており、走行中は進行方向が時々刻々と変化するため取付位置が性能にあまり影響を及ぼさないためであるが、前後方向の入力欄を設けていてもよい。設定画面902は、アンテナ高を車種種別から選択できるようにしており、さらに左右方向の偏差の入力も5段階程度で選択できるようにしている。このような設定画面構成により、設定入力が簡素化でき、ユーザへの負担が減らせるという効果がある。
使用衛星選択部107は、自車位置受信部101からの出力、衛星軌道情報取得部103、および地図記憶部13から取得した遮蔽空間に関する地図とその地図を作成した車両のGNSSアンテナ高に基づき、測位演算に使用する測位衛星の信号を選択する。これは、衛星軌道情報取得部103から取得した測位衛星の配置に基づき、自車位置受信部101から得た自車位置からみた各測位衛星の方位角および仰角を算出し、地図生成部106で生成された遮蔽領域あるいは非遮蔽領域を表現した地図を、地図が作成されたときのGNSSアンテナ高と自車のGNSSアンテナ高との差異を用いて変換し、各測位衛星が遮蔽されずに観測できるか否かを判定することで、遮蔽されていない測位衛星を特定する。こうして遮蔽されていない測位衛星の衛星種別、衛星番号などの測位衛星を特定する情報を出力する。
測位演算部108、通信装置14については、実施例1に記載したものと同様であるため説明を省略する。
サーバ15は、通信装置14から送信された地図記憶部13の内容を、例えば、各ノード点について少なくとも方位角と仰角に相当する情報と遮蔽状態の情報、アンテナ高、アンテナ高の区分け、出力された情報の信頼度指標、時刻情報が受信する。サーバ15では、各ノード点について少なくとも方位角と仰角に相当する情報と遮蔽状態の情報を蓄積し、必要に応じて更新する。この更新には、少なくとも信頼度指標、時刻情報のいずれかあるいは両方を用いる。
Claims (9)
- 自車の測位に用いられる地図情報を処理する地図処理装置であって、
複数の測位衛星の位置情報を取得する衛星軌道情報取得部と、
前記複数の測位衛星からそれぞれ受信した測位電波に基づいて前記複数の測位衛星と自車位置との間の疑似距離を算出する疑似距離取得部と、
前記複数の測位衛星のうち、前記自車位置までの距離と疑似距離とが整合しない測位衛星を、前記自車の測位に使用できない測位使用不可衛星として特定する測位使用衛星検証部と、
前記自車位置から前記測位使用不可衛星に向かう方向を、前記測位使用不可衛星の測位電波が遮蔽される遮蔽範囲として前記自車位置に対応付けて記憶した地図を生成する地図生成部と、
を備えることを特徴とする地図処理装置。 - 前記測位使用衛星検証部は、前記複数の測位衛星の位置情報および前記自車の位置情報に基づいて前記複数の測位衛星と前記自車位置との間の距離を算出距離として算出し、前記算出距離と前記疑似距離との差が閾値以上の測位衛星を、前記測位使用不可衛星として特定することを特徴とする請求項1に記載の地図処理装置。
- 前記地図生成部は、前記自車位置から前記測位使用不可衛星に向かう方位角と仰角を、前記測位使用不可衛星の測位電波が遮蔽される方位角および仰角として前記自車位置に対応付けて記憶することを特徴とする請求項1に記載の地図処理装置。
- 前記自車の自車位置情報を取得する自車位置情報取得部と、
前記自車の走行経路を取得する走行経路取得部と、を有し、
前記地図生成部は、前記測位使用不可衛星の位置と前記走行経路上の前記自車位置から、前記測位使用不可衛星の測位電波が遮蔽される方位角および仰角を推定することを特徴とする請求項3に記載の地図処理装置。 - 前記地図生成部により生成した地図に基づき、走行予定の各測位地点で前記自車の位置推定に用いる測位衛星を切り替える使用衛星選択部を有することを特徴とする請求項1に記載の地図処理装置。
- 前記地図生成部により生成した地図を、通信回線を経由して送受信する地図通信部を有することを特徴とする請求項1に記載の地図処理装置。
- 前記測位使用衛星検証部は、前記自車位置と測位衛星位置との間を結ぶ距離と、前記疑似距離との差が所定の誤差範囲の場合に、前記自車と前記測位衛星は可視の位置関係にあると判定することを特徴とする請求項1に記載の地図処理装置。
- 前記測位使用衛星検証部は、自車位置付近の経路リンク上で、測位衛星からの疑似距離の交点を最小二乗法を用いて探索し、その交点からの疑似距離の誤差を算出することを特徴とする請求項1に記載の地図処理装置。
- 複数の測位衛星から受信した測位電波を用いて衛星測位をおこないながら走行する自動運転システムにおける地図処理方法であって、
各衛星との間の疑似距離を算出する疑似距離取得ステップと、
各衛星の位置情報を取得する衛星軌道情報取得ステップと、
自車位置情報を取得する自車位置情報取得ステップと、
各衛星との間の疑似距離と自車位置とが整合しているか判定する測位使用衛星検証ステップと、
前記測位使用衛星検証ステップにおける判定結果に基づいて地図を生成する地図生成ステップと、
を含むことを特徴とする地図処理方法。
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