JP2023057354A - Information processing device, determination method, program, and storage medium - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、船舶の橋梁下の通過可否の判定に関する。 The present disclosure relates to determination of whether a ship can pass under a bridge.
従来から、レーザスキャナなどの計測装置を用いて計測した周辺物体の形状データを、予め周辺物体の形状が記憶された地図情報と照合(マッチング)することで、移動体の自己位置を推定する技術が知られている。例えば、特許文献1には、空間を所定の規則で分割したボクセル中における検出物が静止物か移動物かを判定し、静止物が存在するボクセルを対象として地図情報と計測データとのマッチングを行う自律移動システムが開示されている。また、特許文献2には、ボクセル毎の静止物体の平均ベクトルと共分散行列とを含むボクセルデータとライダが出力する点群データとの照合により自己位置推定を行うスキャンマッチング手法が開示されている。さらに、特許文献3には、船舶の自動着岸を行う自動着岸装置において、ライダから照射される光が着岸位置の周囲の物体に反射してライダにより受光できるように、船舶の姿勢を変化させる制御を行う手法が記載されている。
Conventional technology for estimating the self-position of a moving object by matching shape data of surrounding objects measured using a measuring device such as a laser scanner with map information in which the shapes of surrounding objects are stored in advance. It has been known. For example, in
運航ルートを決める際、潮位予測情報等から橋梁を安全に通過できるルートを選択するのが一般的である。しかし、船舶が本当に通過できるか否かは、潮位予測よりも水位が高くなる場合等も勘案し、その橋に差し掛かる前に確認する必要がある。また、この場合、橋梁の形状によっては船舶が橋梁下を通過できる範囲が限定されるため、船舶が通過できる範囲を橋梁の通過前に的確に把握する必要がある。 When deciding on an operation route, it is common to select a route that allows safe passage through bridges based on tide level prediction information. However, it is necessary to confirm whether or not the ship can actually pass through the bridge before approaching the bridge, taking into account the possibility that the water level will be higher than the predicted tide level. Also, in this case, since the range in which a ship can pass under the bridge is limited depending on the shape of the bridge, it is necessary to accurately grasp the range in which the ship can pass before passing the bridge.
本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、船舶による橋梁下の通過に関する情報を好適に出力することが可能な情報処理装置を提供することを主な目的の1つとする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present disclosure has been made to solve the problems described above, and one of the main purposes thereof is to provide an information processing apparatus capable of suitably outputting information on passage of a ship under a bridge. one.
請求項に記載の発明は、
船舶が通過予定の橋梁の川岸からの川岸距離に応じた高さを示す橋梁高を取得する第1取得手段と、
前記船舶の最高点の高さである船舶最高点高を取得する第2取得手段と、
前記橋梁高と、前記船舶最高点高とに基づき、前記橋梁下において前記船舶が通過可能な範囲を示す橋梁通過可能範囲を決定する橋梁通過可能範囲決定手段と、
前記橋梁通過可能範囲に関する情報を出力する出力制御手段と、
と有する情報処理装置である。
The claimed invention is
a first acquiring means for acquiring a bridge height indicating a height corresponding to a riverbank distance from a riverbank through which a ship is scheduled to pass;
a second obtaining means for obtaining a height of the highest point of the ship, which is the height of the highest point of the ship;
Bridge passable range determination means for determining a bridge passable range indicating a range through which the ship can pass under the bridge based on the bridge height and the ship's highest point height;
output control means for outputting information about the bridge passable range;
It is an information processing device having.
また、請求項に記載の発明は、
コンピュータが実行する制御方法であって、
船舶が通過予定の橋梁の川岸からの川岸距離に応じた高さを示す橋梁高を取得し、
前記船舶の最高点の高さである船舶最高点高を取得し、
前記橋梁高と、前記船舶最高点高とに基づき、前記橋梁下において前記船舶が通過可能な範囲を示す橋梁通過可能範囲を決定し、
前記橋梁通過可能範囲に関する情報を出力する、
制御方法である。
In addition, the invention described in the claims,
A computer-implemented control method comprising:
Acquire the bridge height that indicates the height according to the riverbank distance from the riverbank where the ship is scheduled to pass,
Acquiring the highest point height of the ship, which is the height of the highest point of the ship,
determining a bridge passable range indicating a range through which the ship can pass under the bridge based on the bridge height and the ship's highest point height;
outputting information about the bridge passable range;
control method.
また、請求項に記載の発明は、
船舶が通過予定の橋梁の川岸からの川岸距離に応じた高さを示す橋梁高を取得し、
前記船舶の最高点の高さである船舶最高点高を取得し、
前記橋梁高と、前記船舶最高点高とに基づき、前記橋梁下において前記船舶が通過可能な範囲を示す橋梁通過可能範囲を決定し、
前記橋梁通過可能範囲に関する情報を出力する処理をコンピュータに実行させるプログラムである。
In addition, the invention described in the claims,
Acquire the bridge height that indicates the height according to the riverbank distance from the riverbank where the ship is scheduled to pass,
Acquiring the highest point height of the ship, which is the height of the highest point of the ship,
determining a bridge passable range indicating a range through which the ship can pass under the bridge based on the bridge height and the ship's highest point height;
It is a program that causes a computer to execute a process of outputting information about the bridge passable range.
本発明の好適な実施形態によれば、情報処理装置は、船舶が通過予定の橋梁の川岸からの川岸距離に応じた高さを示す橋梁高を取得する第1取得手段と、前記船舶の最高点の高さである船舶最高点高を取得する第2取得手段と、前記橋梁高と、前記船舶最高点高とに基づき、前記橋梁下において前記船舶が通過可能な範囲を示す橋梁通過可能範囲を決定する橋梁通過可能範囲決定手段と、前記橋梁通過可能範囲に関する情報を出力する出力制御手段と、と有する。この態様によれば、情報処理装置は、船舶が橋梁下を通過可能な橋梁通過可能範囲を的確に決定し、橋梁通過可能範囲に関する情報を出力することができる。 According to a preferred embodiment of the present invention, the information processing device includes first acquiring means for acquiring a bridge height indicating a height corresponding to a riverbank distance from the riverbank of the bridge through which the vessel is scheduled to pass; a bridge passable range indicating a range through which the ship can pass under the bridge, based on the second acquisition means for acquiring the height of the highest point of the ship, which is the height of a point; and the height of the bridge and the height of the highest point of the ship. and an output control means for outputting information about the bridge passable range. According to this aspect, the information processing device can accurately determine the bridge passable range in which the ship can pass under the bridge, and output information regarding the bridge passable range.
上記情報処理装置の一態様では、前記橋梁通過可能範囲決定手段は、前記橋梁高と、前記船舶最高点高とに基づき、前記橋梁と前記船舶との予測された間隔である予測間隔を前記川岸距離ごとに算出し、前記予測間隔に基づき、前記橋梁通過可能範囲を決定する。この態様によれば、情報処理装置は、アーチ形状の橋梁などの川岸距離ごとに高さが異なる橋梁に対する橋梁通過可能範囲を的確に決定することができる。 In one aspect of the information processing apparatus, the bridge passable range determination means determines the predicted distance between the bridge and the ship based on the bridge height and the maximum height of the ship. Calculated for each distance, and based on the predicted interval, the bridge passable range is determined. According to this aspect, the information processing device can accurately determine the bridge passable range for a bridge such as an arch-shaped bridge whose height is different for each riverbank distance.
上記情報処理装置の他の一態様では、前記橋梁通過可能範囲決定手段は、前記予測間隔と、前記船舶の横幅とに基づき、前記橋梁通過可能範囲を決定する。これにより、情報処理装置は、カーブが急峻なアーチ形状の橋梁を通過する場合であっても、安全に船舶が通過可能な橋梁通過可能範囲を的確に決定することができる。好適な例では、前記橋梁通過可能範囲決定手段は、前記予測間隔が閾値以上となる前記川岸距離の範囲を前記横幅に基づき縮小した範囲を、前記橋梁通過可能範囲として決定するとよい。 In another aspect of the information processing apparatus, the bridge passable range determining means determines the bridge passable range based on the predicted interval and the width of the ship. As a result, the information processing device can accurately determine the bridge passable range through which the ship can pass safely even when passing through an arch-shaped bridge with a sharp curve. In a preferred example, the bridge passable range determining means may determine, as the bridge passable range, a range obtained by reducing the range of the riverbank distance in which the predicted interval is equal to or greater than a threshold based on the lateral width.
上記情報処理装置の他の一態様では、前記第1取得手段は、単位領域であるボクセルごとの前記橋梁の位置を表すボクセルデータに基づき、前記橋梁高を取得する。この態様により、情報処理装置は、川岸距離に応じた橋梁高を好適に認識することができる。 In another aspect of the information processing apparatus, the first acquisition means acquires the bridge height based on voxel data representing the position of the bridge for each voxel that is a unit area. According to this aspect, the information processing device can preferably recognize the bridge height according to the riverbank distance.
上記情報処理装置の他の一態様では、前記出力制御手段は、計測装置が出力する計測データに基づき、前記川岸から前記船舶までの距離を算出し、当該距離と前記橋梁通過可能範囲とに基づき、前記船舶の移動に関する情報を出力する。この態様により、情報処理装置は、橋梁通過可能範囲に応じた船舶の移動の要否等を的確に認識し、その認識結果に応じた移動に関する情報を好適に出力することができる。 In another aspect of the information processing device, the output control means calculates a distance from the riverbank to the ship based on measurement data output by a measurement device, and calculates the distance from the riverbank to the ship based on the bridge passable range. , to output information about the movement of the vessel. According to this aspect, the information processing device can accurately recognize whether or not the ship needs to move according to the bridge passable range, and can suitably output the information about the movement according to the recognition result.
上記情報処理装置の他の一態様では、前記出力制御手段は、前記移動に関する情報を、操船制御システムに供給する、又は、前記船舶に設けられた表示装置に表示させる。この態様により、情報処理装置は、船舶の操船制御を行う操船制御システム又は操縦者に操船制御に必要な情報を好適に供給することができる。 In another aspect of the information processing device, the output control means supplies the information about the movement to a ship maneuvering control system, or causes a display device provided on the ship to display the information. According to this aspect, the information processing device can suitably supply the information necessary for the ship maneuvering control to the ship maneuvering control system or the operator that controls the maneuvering of the ship.
上記情報処理装置の他の一態様では、前記出力制御手段は、前記船舶の位置周辺の地図を表示する表示装置に、前記橋梁通過可能範囲を前記地図上に表示させる。この態様により、情報処理装置は、橋梁通過可能範囲を、表示装置を使用する操縦者等に的確に把握させることができる。 In another aspect of the information processing apparatus, the output control means causes a display device that displays a map of the vicinity of the position of the ship to display the bridge passable range on the map. According to this aspect, the information processing device can allow the operator or the like using the display device to accurately grasp the bridge passable range.
本発明の他の好適な実施形態によれば、コンピュータが実行する制御方法であって、船舶が通過予定の橋梁の川岸からの川岸距離に応じた高さを示す橋梁高を取得し、前記船舶の最高点の高さである船舶最高点高を取得し、前記橋梁高と、前記船舶最高点高とに基づき、前記橋梁下において前記船舶が通過可能な範囲を示す橋梁通過可能範囲を決定し、前記橋梁通過可能範囲に関する情報を出力する。コンピュータは、この制御方法を実行することで、船舶が橋梁下を通過可能な橋梁通過可能範囲を的確に決定し、橋梁通過可能範囲に関する情報を出力することができる。 According to another preferred embodiment of the present invention, there is provided a computer-implemented control method, wherein a bridge height indicating a height corresponding to a riverbank distance from a riverbank of a bridge through which a ship is to pass is obtained; obtain the highest point height of the ship, which is the height of the highest point of the ship, and based on the bridge height and the highest point height of the ship, determine the bridge passable range indicating the range where the ship can pass under the bridge , to output information about the bridge passable range. By executing this control method, the computer can accurately determine the bridge passable range in which the ship can pass under the bridge and output information on the bridge passable range.
本発明のさらに別の好適な実施形態によれば、船舶が通過予定の橋梁の川岸からの川岸距離に応じた高さを示す橋梁高を取得し、前記船舶の最高点の高さである船舶最高点高を取得し、前記橋梁高と、前記船舶最高点高とに基づき、前記橋梁下において前記船舶が通過可能な範囲を示す橋梁通過可能範囲を決定し、前記橋梁通過可能範囲に関する情報を出力する処理をコンピュータに実行させるプログラムである。コンピュータは、このプログラムを実行することで、船舶が橋梁下を安全に通過できるか否かを的確に判定することができる。好適には、上記プログラムは、記憶媒体に記憶される。 According to yet another preferred embodiment of the present invention, a bridge height indicating a height corresponding to a riverbank distance from a riverbank of a bridge through which a ship is to pass is acquired, and the height of the highest point of the ship is obtained. obtaining a highest point height, determining a bridge passable range indicating a range through which the ship can pass under the bridge based on the bridge height and the ship's highest point height, and providing information on the bridge passable range; It is a program that causes a computer to execute output processing. By executing this program, the computer can accurately determine whether or not the ship can safely pass under the bridge. Preferably, the program is stored in a storage medium.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。なお、任意の記号の上に「^」または「-」が付された文字を、本明細書では便宜上、「A^」または「A-」(「A」は任意の文字)と表す。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this specification, for the sake of convenience, a character with "^" or "-" above any symbol is represented as "A^" or " A- "("A" is any character).
(1)運航支援システムの概要
図1(A)~図1(C)は、本実施例に係る運航支援システムの概略構成である。具体的には、図1(A)は、運航支援システムのブロック構成図を示し、図1(B)は、運航支援システムに含まれる船舶及び後述のライダ3の視野範囲(測距可能範囲)90を例示した上面図であり、図1(C)は、船舶及びライダ3の視野範囲90を後ろから示した図である。運航支援システムは、移動体である船舶と共に移動する情報処理装置1と、当該船舶に搭載されたセンサ群2とを有する。
(1) Outline of operation support system
1(A) to 1(C) are schematic configurations of an operation support system according to the present embodiment. Specifically, FIG. 1A shows a block configuration diagram of the operation support system, and FIG. FIG. 1C is a top view showing an example 90, and FIG. 1C is a view showing a
情報処理装置1は、センサ群2と電気的に接続し、センサ群2に含まれる各種センサの出力に基づき、情報処理装置1が設けられた船舶の位置(「自己位置」とも呼ぶ。)の推定を行う。そして、情報処理装置1は、自己位置の推定結果に基づき、船舶の自動運転制御等の運航支援を行う。本実施例では、運航支援の一例として、情報処理装置1は、通過予定の橋梁下の船舶の通過判定を行い、判定結果に応じた処理を実行する。なお、運航支援には、自動接岸(着岸)などの接岸支援などが含まれてもよい。情報処理装置1は、船舶に設けられたナビゲーション装置であってもよく、船舶に内蔵された電子制御装置であってもよい。
The
また、情報処理装置1は、ボクセルデータ「VD」を含む地図データベース(DB:DataBase)10を記憶する。ボクセルデータVDは、3次元空間の最小単位となる立方体(正規格子)を示すボクセルごとに静止構造物の位置情報等を記録したデータである。ボクセルデータVDは、各ボクセル内の静止構造物の計測された点群データを正規分布により表したデータを含み、後述するように、NDT(Normal Distributions Transform)を用いたスキャンマッチングに用いられる。情報処理装置1は、NDTスキャンマッチングにより、例えば、船舶の平面上の位置、高さ位置、ヨー角、ピッチ角及びロール角の推定を行う。なお、特に言及がない限り、自己位置は、船舶のヨー角などの姿勢角も含まれるものとする。
The
センサ群2は、船舶に設けられた種々の外界センサ及び内界センサを含んでいる。本実施例では、センサ群2は、ライダ(Lidar:Light Detection and Ranging、または、Laser Illuminated Detection And Ranging)3と、船舶の速度を検出する速度センサ4と、GPS(Global Positioning System)受信機5と、3軸方向における対象移動体船舶の加速度及び角速度を計測する慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)6とを含んでいる。
The
ライダ3は、水平方向の所定の角度範囲(図1(B)参照)および垂直方向の所定の角度範囲(図1(C)参照)に対してパルスレーザを出射することで、外界に存在する物体までの距離を離散的に測定し、当該物体の位置を示す3次元の点群データを生成する外界センサである。図1(B)及び図1(C)の例では、ライダ3として、船舶の左側面方向に向けられたライダと、船舶の右側面方向に向けられたライダとが夫々船舶に設けられている。なお、ライダ3の船舶への設置個数は2個に限らず、1個であってもよく、3個以上であってもよい。ライダ3は、照射方向を変えながらレーザ光を照射する照射部と、照射したレーザ光の反射光(散乱光)を受光する受光部と、受光部が出力する受光信号に基づくスキャンデータを出力する出力部とを有する。レーザ光を照射する方向(走査位置)ごとに計測されるデータは、受光部が受光したレーザ光に対応する照射方向と、上述の受光信号に基づき特定される当該レーザ光の応答遅延時間とに基づき生成される。なお、ライダ3は、上述したスキャン型のライダに限らず、2次元アレイ状のセンサの視野にレーザ光を拡散照射することによって3次元データを生成するフラッシュ型のライダであってもよい。ライダ3は、本発明における「計測装置」の一例である。速度センサ4は、例えば、ドップラーを利用した速度計であってもよく、GNSSを利用した速度計であってもよい。
The
なお、センサ群2は、GPS受信機5に代えて、GPS以外のGNSSの測位結果を生成する受信機を有してもよい。
Note that the
(2)情報処理装置の構成
図2は、情報処理装置1のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。情報処理装置1は、主に、インターフェース11と、メモリ12と、コントローラ13と、を有する。これらの各要素は、バスラインを介して相互に接続されている。
(2) Configuration of information processing device
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of the
インターフェース11は、情報処理装置1と外部装置とのデータの授受に関するインターフェース動作を行う。本実施例では、インターフェース11は、ライダ3、速度センサ4、GPS受信機5及びIMU6などのセンサ群2の各センサから出力データを取得し、コントローラ13へ供給する。また、インターフェース11は、例えば、コントローラ13が生成した船舶の制御に関する信号を、船舶の運転を制御する船舶の各構成要素に供給する。例えば、船舶は、エンジンや電気モータなどの駆動源と、駆動源の駆動力に基づき進行方向の推進力を生成するスクリューと、駆動源の駆動力に基づき横方向の推進力を生成するスラスターと、船舶の進行方向を自在に定めるための機構である舵等とを備える。そして、自動着岸などの自動運転時には、インターフェース11は、コントローラ13が生成した制御信号を、これらの各構成要素に供給する。なお、船舶に電子制御装置が設けられている場合には、インターフェース11は、当該電子制御装置に対し、コントローラ13が生成した制御信号を供給する。インターフェース11は、無線通信を行うためのネットワークアダプタなどのワイヤレスインターフェースであってもよく、ケーブル等により外部装置と接続するためのハードウェアインターフェースであってもよい。
The
また、インターフェース11は、表示装置19とのインターフェース動作を行う。表示装置19は、ディスプレイ(ヘッドアップディスプレイ、プロジェクタなどを含む)であり、コントローラ13から供給される表示信号に基づく情報を表示する。また、インターフェース11は、表示装置19の他、入力装置、表示装置、音出力装置等の種々の周辺装置とのインターフェース動作を行ってもよい。
Also, the
メモリ12は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリなどの各種の揮発性メモリ及び不揮発性メモリにより構成される。メモリ12は、コントローラ13が所定の処理を実行するためのプログラムが記憶される。なお、コントローラ13が実行するプログラムは、メモリ12以外の記憶媒体に記憶されてもよい。
The
また、メモリ12は、ボクセルデータVDを含む地図DB10と、最高点情報IHとを記憶する。
The
地図DB10には、ボクセルデータVDの他、例えば、着岸場所(岸、桟橋を含む)に関する情報、船舶が移動可能な水路に関する情報などが含まれている。なお、地図DB10は、インターフェース11を介して情報処理装置1と接続されたハードディスクなどの情報処理装置1の外部の記憶装置に記憶されてもよい。上記の記憶装置は、情報処理装置1と通信を行うサーバ装置であってもよい。また、上記の記憶装置は、複数の装置から構成されてもよい。また、地図DB10は、定期的に更新されてもよい。この場合、例えば、コントローラ13は、インターフェース11を介し、地図情報を管理するサーバ装置から、自己位置が属するエリアに関する部分地図情報を受信し、地図DB10に反映させる。
In addition to the voxel data VD, the
最高点情報IHは、船舶を基準とした座標系である船舶座標系において最も高い位置に存在する船舶の部位(最高点)の高さに関する情報である。例えば、最高点情報IHは、情報処理装置1が実行する自己位置推定における船舶の基準位置(「船舶基準位置」とも呼ぶ。)から最高点までの高さ(高さ方向の距離)を表す。船舶基準位置は、言い換えると、自己位置推定において位置が推定される対象となる船舶の代表位置である。最高点情報IHは、事前の計測結果に基づき生成され、メモリ12に予め記憶されている。
The highest point information IH is information relating to the height of the highest point (highest point) of the ship in the ship coordinate system, which is a coordinate system based on the ship. For example, the highest point information IH represents the height (distance in the height direction) from the reference position of the ship (also referred to as the “vessel reference position”) to the highest point in the self-position estimation executed by the
また、メモリ12には、地図DB10の他、本実施例において情報処理装置1が実行する処理に必要な情報が記憶される。例えば、メモリ12には、ライダ3が1周期分の走査を行った場合に得られる点群データに対してダウンサンプリングを行う場合のダウンサンプリングのサイズの設定に用いられる情報が記憶される。他の例では、メモリ12には、船舶が通行すべき運航ルートに関する運航ルート情報が記憶されている。さらに別の例では、メモリ12には、船舶の横幅の長さに関する情報が記憶されている。その他、メモリ12には、種々の判定に用いる閾値等に関する情報が記憶されてもよい。
In addition to the
コントローラ13は、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、TPU(Tensor Processing Unit)などの1又は複数のプロセッサを含み、情報処理装置1の全体を制御する。この場合、コントローラ13は、メモリ12等に記憶されたプログラムを実行することで、自己位置推定及び運航支援等に関する処理を行う。
The
また、コントローラ13は、機能的には、自己位置推定部15と、橋梁通過判定部16と、出力制御部17と、を有する。そして、コントローラ13は、「第1取得手段」、「第2取得手段」、「橋梁通過可能範囲決定手段」、「出力制御手段」及びプログラムを実行するコンピュータ等として機能する。
Moreover, the
自己位置推定部15は、ライダ3の出力に基づく点群データと、当該点群データが属するボクセルに対応するボクセルデータVDとに基づき、NDTに基づくスキャンマッチング(NDTスキャンマッチング)を行うことで、自己位置の推定を行う。ここで、自己位置推定部15による処理対象となる点群データは、ライダ3が生成した点群データであってもよく、当該点群データをダウンサンプリング処理した後の点群データであってもよい。
The self-
橋梁通過判定部16は、自己位置推定部15による自己位置推定結果と、ボクセルデータVDと、最高点情報IHとに基づき、船舶が通過予定の運航ルート上に存在する橋梁下において船舶が安全に通過可能な範囲(「橋梁通過可能範囲」とも呼ぶ。)を決定する。一般に、中央部が高くて両脇は低いアーチ形状の橋梁が運航経路上にある場合は、川のどの部分を通行できるかを把握する必要がある。以上を勘案し、橋梁通過判定部16は、運航ルート上にある橋梁の各々に対し、橋梁通過可能範囲を判定する。
Based on the self-position estimation result by the self-
出力制御部17は、橋梁通過判定部16が決定した橋梁通過可能範囲に基づく出力制御を行う。この場合、出力制御部17は、第1の出力制御の例として、次に船舶が通過する橋梁下を通過するために船舶が横移動すべき移動距離を橋梁通過可能範囲に基づき算出し、当該移動距離に関する情報を、操船制御システムに送信する。操船制御システムは、コントローラ13により実現されてもよく、船舶に設けられ、情報処理装置1とデータ通信を行う電子制御装置により実現されてもよい。第2の出力制御の例として、出力制御部17は、表示信号を生成し、表示信号を表示装置19に供給することで、橋梁通過可能範囲及び上述の移動距離に関する情報等を表示装置19に表示させる。
The
(3)NDTスキャンマッチング
次に、自己位置推定部15が実行するNDTスキャンマッチングに基づく位置推定に関する説明を行う。
(3) NDT scan matching
Next, position estimation based on NDT scan matching performed by the self-
図3は、自己位置推定部15が推定すべき自己位置を3次元直交座標で表した図である。図3に示すように、xyzの3次元直交座標上で定義された自己位置は、座標「(x、y、z)」、船舶のロール角「φ」、ピッチ角「θ」、ヨー角(方位)「ψ」により表される。ここでは、ロール角φは、船舶の進行方向を軸とした回転角、ピッチ角θは、xy平面に対する船舶の進行方向の仰角、ヨー角ψは、船舶の進行方向とx軸とのなす角として定義されている。座標(x、y、z)は、例えば緯度、経度、標高の組合せに相当する絶対位置、あるいは所定地点を原点とした位置を示すワールド座標である。そして、自己位置推定部15は、これらのx、y、z、φ、θ、ψを推定パラメータとする自己位置推定を行う。
FIG. 3 is a diagram showing the self-position to be estimated by the self-
次に、NDTスキャンマッチングに用いるボクセルデータVDについて説明する。ボクセルデータVDは、各ボクセル内の静止構造物の計測された点群データを正規分布により表したデータを含む。 Next, voxel data VD used for NDT scan matching will be described. The voxel data VD includes data representing measured point cloud data of stationary structures in each voxel by normal distribution.
図4は、ボクセルデータVDの概略的なデータ構造の一例を示す。ボクセルデータVDは、ボクセル内の点群を正規分布で表現する場合のパラメータの情報を含み、本実施例では、ボクセルごとに、「ボクセルID」と、「ボクセル座標」と、「属性情報」と、「平均ベクトル」と、「共分散行列」とを含む。 FIG. 4 shows an example of a schematic data structure of voxel data VD. The voxel data VD includes parameter information for representing a point group in a voxel with a normal distribution. , the “mean vector” and the “covariance matrix”.
「ボクセルID」は、各ボクセルの識別情報を示す。「ボクセル座標」は、各ボクセルの中心位置などの基準となる位置の絶対的な3次元座標を示す。なお、各ボクセルは、空間を格子状に分割した立方体であり、予め形状及び大きさが定められているため、ボクセル座標により各ボクセルの空間を特定することが可能である。ボクセル座標は、ボクセルIDとして用いられてもよい。 "Voxel ID" indicates identification information of each voxel. "Voxel coordinates" indicate absolute three-dimensional coordinates of a reference position such as the center position of each voxel. Each voxel is a cube obtained by dividing the space into a lattice, and the shape and size of each voxel are determined in advance. Therefore, the space of each voxel can be specified by the voxel coordinates. Voxel coordinates may be used as voxel IDs.
「属性情報」は、対象のボクセルの属性に関する情報を示す。例えば、本実施例では、橋梁に該当するボクセルの「属性情報」には、橋梁部分であることを示す情報が含まれる。なお、橋梁の桁下部(即ち河川上の構造部の底面)に該当するボクセルの「属性情報」には、桁下部であることを示す情報がさらに含まれていてもよい。 "Attribute information" indicates information about the attributes of the target voxel. For example, in this embodiment, the "attribute information" of a voxel corresponding to a bridge includes information indicating that it is a bridge portion. The "attribute information" of the voxel corresponding to the lower part of the girder of the bridge (that is, the bottom surface of the structure above the river) may further include information indicating the lower part of the girder.
「平均ベクトル」及び「共分散行列」は、対象のボクセル内での点群を正規分布で表現する場合のパラメータに相当する平均ベクトル及び共分散行列を示す。なお、任意のボクセル「n」内の任意の点「i」の座標を
Xn(i)=[xn(i)、yn(i)、zn(i)]T
と定義し、ボクセルn内での点群数を「Nn」とすると、ボクセルnでの平均ベクトル「μn」及び共分散行列「Vn」は、それぞれ以下の式(1)及び式(2)により表される。
"Average vector" and "covariance matrix" indicate the average vector and covariance matrix corresponding to the parameters when the point group in the target voxel is represented by a normal distribution. Note that the coordinates of any point 'i' within any voxel 'n' is
Xn (i) = [ xn (i), yn (i), zn (i)] T
and the number of point clouds in voxel n is “N n ”, the mean vector “μ n ” and covariance matrix “V n ” at voxel n are respectively expressed by the following equations (1) and ( 2).
次に、ボクセルデータVDを用いたNDTスキャンマッチングの概要について説明する。 Next, an outline of NDT scan matching using voxel data VD will be described.
船舶を想定したNDTによるスキャンマッチングは、3次元空間(ここではxyz座標とする)内の移動量及び船舶の向きを要素とした推定パラメータ
P=[tx、ty、tz、tφ、tθ、tψ]T
を推定することとなる。ここで、「tx」はx方向の移動量、「ty」はy方向の移動量、「tz」はz方向の移動量、「tφ」はロール角、「tθ」はピッチ角、「tψ」はヨー角を示す。
Scan matching by NDT assuming a ship is an estimated parameter whose elements are the amount of movement in a three-dimensional space (here xyz coordinates) and the direction of the ship
P=[ tx , ty, tz , t[ phi ], t[ theta ], t[ psi ] ] T
is estimated. where “t x ” is the amount of movement in the x direction, “t y ” is the amount of movement in the y direction, “t z ” is the amount of movement in the z direction, “t φ ” is the roll angle, and “t θ ” is the pitch. The angle "t ψ " indicates the yaw angle.
また、ライダ3が出力する点群データの座標を、
XL(j)=[xn(j)、yn(j)、zn(j)]T
とすると、XL(j)の平均値「L´n」は、以下の式(3)により表される。
Also, the coordinates of the point cloud data output by the
XL (j)=[ xn (j), yn (j), zn (j)] T
Then, the average value "L' n " of X L (j) is represented by the following equation (3).
そして、自己位置推定部15は、ワールド座標系に変換した点群データに対応付けられるボクセルデータVDを探索する。ここで、ワールド座標系は、地図DB10(ボクセルデータVDを含む)において採用されている絶対的な座標系である。このとき、自己位置推定部15は、水面位置より(高さ方向において)下に位置するボクセルのボクセルデータVDを、探索対象から除外してもよい。これにより、情報処理装置1は、点群データとボクセルとの対応付けを行う際に、不必要な処理を省くことができ、対応付けの誤りに起因した位置推定精度の低下を抑制する。
Then, the self-
そして、自己位置推定部15は、探索したボクセルデータVDに含まれる平均ベクトルμnと共分散行列Vnとを用い、ボクセルnのマッチングに関する評価関数値(「個別評価関数値」とも呼ぶ。)「En」を算出する。
Then, the self-
この場合、自己位置推定部15は、以下の式(4)に基づき、ボクセルnの個別評価関数値Enを算出する。
In this case, the self-
そして、自己位置推定部15は、以下の式(5)により示される、マッチングの対象となる全てのボクセルを対象とした総合的な評価関数値(「スコア値」とも呼ぶ。)「E(k)」を算出する。スコア値Eは、マッチングの適合度を示す指標となる。
Then, the self-
図5は、自己位置推定部15の機能ブロック図の一例である。図5に示すように、自己位置推定部15は、デッドレコニング部51と、座標変換部52と、水面反射データ除去部53と、NDT位置算出部54とを有する。なお、図5では、データの授受が行われるブロック同士を矢印により結んでいるが、ブロック間のデータの流れはこれに限定されない。後述する他の機能ブロックの図においても同様である。
FIG. 5 is an example of a functional block diagram of the self-
デッドレコニング部51は、センサ群2が出力する信号に基づき、DR位置の算出を行う。具体的には、デッドレコニング部51は、速度センサ4及びIMU6等の出力に基づく船舶の移動速度と角速度を用い、前回時刻からの移動距離と方位変化を求める。そして、デッドレコニング部51は、現在の処理時刻kに対する直前の処理時刻である時刻k-1の推定自己位置X^(k-1)に対し、前回時刻からの移動距離と方位変化を加えた時刻kでのDR位置XDR(k)を算出する。このDR位置XDR(k)は、デッドレコニングに基づき時刻kにおいて求められた自己位置であり、予測自己位置X-(k)に相当する。なお、自己位置推定開始直後であって、時刻k-1の推定自己位置X^(k-1)が存在しない場合等には、デッドレコニング部51は、例えば、GPS受信機5が出力する信号に基づき、DR位置XDR(k)を定める。
The
座標変換部52は、ライダ3の出力に基づく点群データを、地図DB10と同一の座標系であるワールド座標系に変換する。この場合、座標変換部52は、例えば、時刻kでデッドレコニング部51が出力する予測自己位置に基づき、時刻kでの点群データの座標変換を行う。なお、移動体(本実施例では船舶)に設置されたライダを基準とした座標系の点群データを移動体の座標系に変換する処理、及び移動体の座標系からワールド座標系に変換する処理等については、例えば、国際公開WO2019/188745などに開示されている。
The coordinate
水面反射データ除去部53は、水面で反射した光をライダ3が受光することで誤って生成したデータ(「水面反射データ」とも呼ぶ。)を、座標変換部52から供給される点群データから除去する。この場合、水面反射データ除去部53は、水面位置よりも下方(同一高さを含む、以下同じ。)の位置(即ちz座標値が同一又は低い位置)を表すデータを、水面反射データとして点群データから除去する。なお、水面反射データ除去部53は、例えば、船舶が岸から所定距離以上離れた位置に存在するときにライダ3が出力する点群データの座標変換処理後のz座標値に基づき、水面位置を推定するとよい。そして、水面反射データ除去部53は、座標変換部52から供給される点群データから水面位置よりも下方のデータを除去した点群データを、NDT位置算出部54に供給する。
The water surface reflection
NDT位置算出部54は、水面反射データ除去部53から供給される点群データに基づいてNDT位置を算出する。この場合、NDT位置算出部54は、水面反射データ除去部53から供給されるワールド座標系の点群データと、同じワールド座標系で表されたボクセルデータVDとを照合することで、点群データとボクセルとの対応付けを行う。そして、NDT位置算出部54は、点群データと対応付けがなされた各ボクセルを対象として、式(4)に基づく個別評価関数値を算出し、式(5)に基づくスコア値E(k)が最大となるとなる推定パラメータPを算出する。そして、NDT位置算出部54は、式(6)に基づき、デッドレコニング部51が出力するDR位置XDR(k)に対し、時刻kで求めた推定パラメータPを適用することで定まる時刻kでのNDT位置XNDT(k)を求める。NDT位置算出部54は、NDT位置XNDT(k)を、時刻kでの推定自己位置X^(k)として出力する。
The
以後において、橋梁の高さを「橋梁高」と呼び、船舶の最高点の高さを「船舶最高点高」とも呼ぶ。なお、橋梁高は、河川上での橋梁の底面の高さ(即ち桁下部分の高さ)を表すものとする。また、船舶最高点高及び橋梁高の算出において採用される「高さ」は、地図DB10で採用されているワールド座標系での高さ(例えば標高)を表し、例えば、ワールド座標系におけるz座標値を指すものとする。また、船舶が通過すべき橋梁の橋脚部が存在する川岸(船舶の右側の川岸又は左側の川岸のいずれか)からの川幅方向における距離を、「川岸距離」とも呼ぶ。
Henceforth, the height of a bridge is called "bridge height", and the height of the highest point of a ship is also called "ship highest point height." The bridge height represents the height of the bottom of the bridge above the river (that is, the height of the lower part of the girder). In addition, the "height" used in calculating the ship's highest point height and bridge height represents the height (e.g., altitude) in the world coordinate system used in the
(4)橋梁通過可能範囲の決定
次に、橋梁通過判定部16が実行する橋梁通過可能範囲の決定方法について説明する。概略的には、橋梁通過判定部16は、ボクセルデータVDに基づき、川岸距離に応じた橋梁高を算出し、当該橋梁高と船舶最高点高とに基づき、橋梁下での船舶と橋梁との高さ方向での予測される間隔(「予測間隔」とも呼ぶ。)を、川岸距離ごとに算出する。そして、橋梁通過判定部16は、算出した予測間隔に基づき、橋梁通過可能範囲を決定する。
(4) Determination of bridge passable range
Next, a method of determining the bridge passable range executed by the bridge passage determination unit 16 will be described. Schematically, the bridge passage determination unit 16 calculates the bridge height corresponding to the riverbank distance based on the voxel data VD, and determines the distance between the ship and the bridge under the bridge based on the bridge height and the maximum height of the ship. A predicted interval in the height direction (also referred to as a “predicted interval”) is calculated for each riverbank distance. Then, the bridge passage determining unit 16 determines the bridge passageable range based on the calculated predicted interval.
(4-1)川岸距離によらず予測間隔が一定となる場合
ここでは、まず、川岸距離によらず予測間隔が一定となる場合について説明する。
(4-1) Case Where Prediction Intervals Are Constant Regardless of Riverbank Distance First, a case where prediction intervals are constant regardless of riverbank distance will be described.
図6は、川岸距離によらず予測間隔が一定となる橋梁30を通過する船舶を後方から観察した図である。図6の例では、船舶には2台のライダ3が設けられており、ライダ3と同一高となる位置が船舶基準位置に定められている。また、船舶には、船舶の最高点となる突起部33が存在している。また、橋梁30は、河川の上方に位置する構造部の底面を構成する桁下部32を有し、船舶が通過可能な桁下空間31を形成している。また、破線の矩形枠35は、ボクセルデータVDが存在する各ボクセルの位置を示す。また、線「L1」は、橋梁高及び船舶最高点高などの高さを測る基準位置(即ちワールド座標系のz座標値が0の地点)と同一高となる位置を示し、線「L2」は、船舶基準位置と同一高となる位置を示す。また、線「L3」は、船舶の最高点と同一高となる位置を示し、線「L4」は、河川上での橋梁30の底面を形成する桁下部32と同一高となる位置を示している。
FIG. 6 is a rear view of a ship passing through the
この場合、橋梁通過判定部16は、以下に説明するように、矢印A1~A5に相当する高さ又は幅を、矢印A1~A5の順に算出することで、橋梁通過可否判定に用いる予測間隔を算出する。 In this case, as described below, the bridge passage determination unit 16 calculates the height or width corresponding to the arrows A1 to A5 in the order of the arrows A1 to A5, thereby determining the predicted interval used to determine whether or not the bridge can be passed. calculate.
まず、橋梁通過判定部16は、地図DB10から通行予定の橋梁に該当するボクセル(矩形枠35参照)のボクセルデータVDを抽出し、抽出したボクセルデータVDに基づき橋梁高(矢印A1参照)を算出する。この場合、橋梁通過判定部16は、例えば、ボクセルデータVDに含まれる属性情報等を参照し、船舶が通る河川上に存在する橋梁(又は桁下部)に該当するボクセルのボクセルデータVDを抽出する。そして、橋梁通過判定部16は、例えば、抽出した各ボクセルデータVDに含まれる平均ベクトルのz座標値に基づいて橋梁高を算出する。ここでは、桁下部32が水平な面を形成しており、橋梁通過判定部16は、川岸距離によらず一定の高さとなる橋梁高を算出する。
First, the bridge passage determination unit 16 extracts the voxel data VD of voxels (see the rectangular frame 35) corresponding to the bridge on which passage is scheduled from the
次に、橋梁通過判定部16は、自己位置推定部15が実行する自己位置推定の推定結果を取得し、自己位置推定結果が示すz座標を、船舶基準位置の高さ(矢印A2に相当する高さであり、以後では「船舶基準高」とも呼ぶ。)として特定する。図6では、一例として、船舶基準位置は、ライダ3の位置と同一の高さに設定されている。
Next, the bridge passage determination unit 16 acquires the estimation result of the self-position estimation performed by the self-
次に、橋梁通過判定部16は、メモリ12から最高点情報IHを参照することで、船舶基準位置から最高点までの高さ方向の幅(矢印A3参照)を特定する。そして、橋梁通過判定部16は、船舶基準高(矢印A2参照)に船舶基準位置から最高点までの高さ方向の幅(矢印A3参照)を加えた高さに相当する船舶最高点高(矢印A4参照)を算出する。
Next, the bridge passage determination unit 16 refers to the highest point information IH from the
そして、橋梁通過判定部16は、橋梁高から船舶最高点高を減算することで得られる幅を、予測間隔(矢印A5参照)として算出する。 Then, the bridge passage determining unit 16 calculates the width obtained by subtracting the height of the ship's highest point from the bridge height as the predicted interval (see arrow A5).
その後、橋梁通過判定部16は、算出した予測間隔が閾値(「予測間隔閾値Th」とも呼ぶ。)以上となる川岸距離の範囲を、橋梁30の橋梁通過可能範囲として決定する。図6の例では、橋梁通過判定部16は、橋梁30が跨る川幅全体が橋梁通過可能範囲であるとみなし、橋梁通過可能範囲に関する情報を出力制御部17に供給する。なお、橋梁通過判定部16は、後述する「(4-2)川岸距離に応じて予測間隔が変化する場合」のセクションにて説明するように、船幅を考慮して橋梁通過可能範囲を決定してもよい。この場合、橋梁通過可能範囲は、船幅の1/2ずつ両端が川幅より短い範囲に設定される。
After that, the bridge passage determining unit 16 determines a range of riverbank distances in which the calculated predicted interval is equal to or greater than a threshold value (also referred to as “predicted interval threshold value Th”) as the bridge passable range of the
なお、予測間隔が予測間隔閾値Th未満となり、橋梁30に対する橋梁通過可能範囲が存在しない場合、出力制御部17は、橋梁30を船舶が通過できないと判定する。この場合、出力制御部17は、例えば、川幅が広く他船の居ない状況において引き返すことを促す情報、又は、ルートを変更することを促す情報などを表示装置19に表示させる。
Note that when the predicted interval is less than the predicted interval threshold value Th and there is no bridge passable range for the
次に、予測間隔閾値Thの決定方法について補足説明する。ここでは一例として、自己位置推定部15による自己位置推定結果に基づき予測間隔閾値Thを決定する方法について説明する。なお、予測間隔閾値Thは、以下に説明する方法に基づき決定される代わりに、メモリ12等に予め記憶された固定値に定められてもよい。
Next, a supplementary explanation will be given of a method for determining the prediction interval threshold value Th. Here, as an example, a method of determining the prediction interval threshold Th based on the self-position estimation result by the self-
橋梁通過判定部16は、自己位置推定部15が直前の所定期間内において算出した複数の自己位置推定結果が示す船舶基準高(z座標値)の標準偏差「σ1」を算出する。例えば、100[ms]周期で自己位置推定が算出される場合は、所定期間を5[s]に設定すると、50回分の船舶基準高算出値の標準偏差σ1となる。ここで、標準偏差σ1は、図6における矢印A7が示す幅(即ち、線L2を中心とする矢印A6の半分の幅)に相当する。そして、橋梁通過判定部16は、上述の所定期間を変えながら所定時間間隔により算出した複数の標準偏差σ1の最大値「σ1(max)」に対して所定の係数「k」を乗じた値を、予測間隔閾値Thとして算出する。即ち、橋梁通過判定部16は、以下の式(7)に基づき予測間隔閾値Thを算出する。
Th=k・σ1(max) (7)
The bridge passage determination unit 16 calculates the standard deviation “σ 1 ” of the vessel reference height (z coordinate value) indicated by the plurality of self-position estimation results calculated by the self-
Th=k·σ 1 (max) (7)
この場合、係数kは、例えば、十分な信頼区間となる固定値(例えばk=5)に設定される。 In this case, the coefficient k is, for example, set to a fixed value (eg, k=5) that provides a sufficient confidence interval.
ここで、自己位置推定結果に基づき予測間隔閾値Thを決定することの効果について補足説明する。自己位置推定結果として得られる船舶高さのばらつきは、ライダ3が出力する点群データの誤差や船舶の揺れによる影響もあるが、波高が大きいことも要因となる。波高が大きいときは船舶のz方向の上下動も大きくなる。以上を勘案し、橋梁通過判定部16は、式(7)に基づき、標準偏差σ1が大きいほど予測間隔閾値Thを大きくすることで、予測間隔が安全上十分な間隔であるか否かを的確に判定することが可能となる。
Here, the effect of determining the prediction interval threshold value Th based on the self-position estimation result will be additionally explained. Variations in the height of the ship obtained as a result of self-position estimation are affected by errors in the point cloud data output by the
(4-2)川岸距離に応じて予測間隔が変化する場合
次に、アーチのカーブが急峻な橋梁など、川岸距離に応じて予測間隔が変化する橋梁を通過する場合の予測間隔の算出方法及び橋梁通過可能範囲の決定方法について説明する。
(4-2) When the predicted interval changes according to the riverbank distance Next, how to calculate the predicted interval when passing through a bridge whose predicted interval changes according to the riverbank distance, such as a bridge with a sharp arch curve. A method for determining the bridge passable range will be explained.
図7は、川岸距離に応じて予測間隔が変化する橋梁30Aを通過する船舶を後方から観察した図である。橋梁30Aは、アーチ状に形成された桁下部32Aを有し、船舶が通過可能な桁下空間31Aを形成している。また、破線の矩形枠35Aは、ボクセルデータVDが存在する各ボクセルの位置を示す。また、線L5は、船舶の最高点と同一高となる位置を示している。
FIG. 7 is a rear view of a ship passing through the
この場合、橋梁通過判定部16は、地図DB10から通行予定の橋梁に該当するボクセル(矩形枠35A参照)のボクセルデータVDを抽出し、抽出したボクセルデータVDに含まれる平均ベクトルのz座標値に基づき、川岸距離に応じた橋梁高(川岸距離に対する橋梁高)を算出する。そして、橋梁通過判定部16は、「(4-1)川岸距離によらず予測間隔が一定となる場合」のセクションにおいて説明した方法により船舶最高点高を算出し、船舶最高点高と川岸距離に応じた橋梁高とに基づき、川岸距離ごとの予測間隔を算出する。そして、橋梁通過判定部16は、予測間隔が予測間隔閾値Th以上となる川岸距離の範囲を、橋梁通過可能範囲であると判定する。
In this case, the bridge passage determination unit 16 extracts the voxel data VD of the voxel (see the
なお、桁下部32Aのアーチのカーブが急峻な場合、予測間隔が予測間隔閾値Th以上となる範囲であっても、船舶の舷側部分が橋梁30Aに接近してしまう場合がある。以上を勘案し、好適には、橋梁通過判定部16は、船舶の横幅を考慮して橋梁通過可能範囲を決定するとよい。具体的には、橋梁通過判定部16は、予測間隔が予測間隔閾値Th以上となる川岸距離の範囲を船舶の横幅に基づき縮小した範囲を、橋梁通過可能範囲として決定する。
If the curve of the arch of the girder
図8は、船舶の横幅を考慮した橋梁通過可能範囲の決定方法の概要を示す図である。ここで、図中の「Wr」は、船舶の横幅を考慮せずに橋梁通過可能範囲を決定した場合の右岸から橋梁通過可能範囲の右端位置までの距離を示し、「Wr2」は、船舶の横幅を考慮して橋梁通過可能範囲を決定した場合の右岸から橋梁通過可能範囲の右端位置までの距離を示す。「Ws」は船舶の横幅を表している。また、船舶の横幅を考慮せずに決定した橋梁通過可能範囲の右端位置に存在する船舶を破線により示し、船舶の横幅を考慮して決定した橋梁通過可能範囲の右端位置に存在する船舶を実線により示している。なお、以後において、橋梁通過可能範囲は、橋梁下を船舶が安全に通過可能な船舶の中心位置の川幅方向における範囲を示すものとする。 FIG. 8 is a diagram showing an outline of a method of determining a bridge passable range considering the width of a ship. Here, "Wr" in the figure indicates the distance from the right bank to the right end position of the bridge passable range when the bridge passable range is determined without considering the width of the ship. This is the distance from the right bank to the right end of the bridge passable range when the bridge passable range is determined in consideration of the width of the bridge. "Ws" represents the width of the ship. The dashed line indicates the ship at the right end of the bridge pass range determined without considering the width of the ship. is indicated by Hereinafter, the bridge passable range indicates the range in the river width direction of the center position of the ship in which the ship can safely pass under the bridge.
ここで、破線により示される船舶の位置では、予測間隔が予測間隔閾値Th以上となるものの、桁下部32Aのアーチのカーブが急峻であることに起因して、船舶の舷側部分が桁下部32Aに接触している。このように、船舶の横幅を考慮せずに橋梁通過可能範囲を決定した場合、船舶の舷側部分が接近してしまう場合がある。
Here, at the position of the ship indicated by the dashed line, although the predicted interval is equal to or greater than the predicted interval threshold Th, due to the sharp curve of the arch of the girder
以上を勘案し、橋梁通過判定部16は、予測間隔が予測間隔閾値Th以上となる範囲の両側を船舶の横幅Wsの1/2の長さだけ縮小した橋梁通過可能範囲を決定する。言い換えると、橋梁通過判定部16は、予測間隔が予測間隔閾値Th以上となる範囲の両端を、川幅方向にWs/2だけ内側にシフトさせた範囲を、橋梁通過可能範囲として定める。その結果、船舶の横幅を考慮して決定した橋梁通過可能範囲の右岸から右端位置までの距離Wr2は、船舶の横幅を考慮せずに決定した橋梁通過可能範囲の右岸から右端位置までの距離WrよりもWs/2だけ長くなる。 In consideration of the above, the bridge passage determination unit 16 determines a bridge passable range by reducing both sides of the range in which the predicted interval is equal to or greater than the predicted interval threshold value Th by half the width Ws of the ship. In other words, the bridge passage determination unit 16 determines a range obtained by shifting both ends of the range in which the predicted interval is equal to or greater than the predicted interval threshold value Th inward by Ws/2 in the river width direction as the bridge passable range. As a result, the distance Wr2 from the right bank to the right end of the range of possible bridge passage determined by considering the width of the ship is the distance from the right bank to the right end of the range of possible bridge passage determined without considering the width of the ship. Ws/2 is longer than Wr.
この場合、橋梁通過判定部16は、仮に船舶の右舷(即ち最右側位置)又は左舷(即ち最左側位置)に船舶最高点が存在する場合であっても、当該船舶最高点での予測間隔が予測間隔閾値Th以上となる。よって、この場合、船舶最高点の場所が船体のどの位置にあったとしても、船舶と橋梁との接触を好適に回避することができ、橋梁と船舶の舷との接触を確実に防止できる。 In this case, even if the highest point of the ship exists on the starboard side (that is, the farthest right position) or the port side (that is, the farthest left position) of the ship, the bridge passage determination unit 16 determines that the predicted interval at the highest point of the ship is It is equal to or greater than the prediction interval threshold Th. Therefore, in this case, contact between the ship and the bridge can be favorably avoided, and contact between the bridge and the side of the ship can be reliably prevented regardless of the position of the highest point of the ship.
船舶の横幅を考慮した橋梁通過可能範囲の決定方法について、図9を参照して補足説明する。図9は、予測間隔と川岸距離(ここでは右岸からの距離とする)とを夫々軸とする2次元座標系において橋梁30Aの橋梁高を表した図である。なお、船舶は基本的に右側通行のため、ここでは川岸距離として右岸からの距離を採用している。ここで、プロット点「P1」~「P12」は、橋梁30Aに該当するボクセル(図7では矩形枠35A)のボクセルデータVDの平均ベクトル(z座標値を含む)に基づく位置を表し、グラフG1は、プロット点P1~P12を補間することで生成された曲線である。プロット点P1は、右岸上の橋脚部の位置を示し、プロット点P12は、左岸上の橋脚部の位置を示している。また、「Wb」は、右岸から左岸までの距離(即ち川幅)を示す。
A supplementary description of the method of determining the bridge passable range in consideration of the width of the ship will be given with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram showing the bridge height of the
まず、橋梁通過判定部16は、橋梁30Aに該当するボクセルのボクセルデータVDの位置情報に基づくプロット点P1~P12を線形補間することで、橋梁30Aの下部(即ち桁下部32A)の位置を上述の2次元座標系において連続的に表したグラフG1を生成する。なお、補間方法は、線形補間に限らず、任意の補間手法(例えば、スプライン補間や多項式近似)であってもよい。
First, the bridge passage determination unit 16 linearly interpolates the plot points P1 to P12 based on the position information of the voxel data VD of the voxels corresponding to the
そして、橋梁通過判定部16は、グラフG1において、予測間隔が予測間隔閾値Th以上となる範囲を抽出する。ここでは、橋梁通過判定部16は、右岸からの距離「Wr」を右端位置とし、右岸からの距離「Wl」を左端とする範囲を抽出する。そして、橋梁通過判定部16は、船幅Wsを用い、右岸からの距離「Wr2」となる位置を橋梁通過可能範囲の右端位置とし、右岸からの距離「Wl2」となる位置を橋梁通過可能範囲の左端位置とした橋梁通過可能範囲を決定する。この場合、距離Wr2と距離Wl2は夫々以下により表される。
Wr2=Wr+Ws/2
Wl2=Wl-Ws/2
Then, the bridge passage determination unit 16 extracts a range in which the predicted interval is equal to or greater than the predicted interval threshold Th in the graph G1. Here, the bridge passage determination unit 16 extracts a range having the distance "Wr" from the right bank as the right end position and the distance "Wl" from the right bank as the left end. Then, using the ship width Ws, the bridge passage determination unit 16 sets the position at the distance "Wr 2 " from the right bank as the right end position of the bridge passage possible range, and the position at the distance "Wl 2 " from the right bank. Determine the bridge passable range with the left end position of the possible range. In this case, the distance Wr 2 and the distance Wl 2 are respectively represented by the following.
Wr2 =Wr+Ws/2
Wl 2 = Wl - Ws/2
そして、橋梁通過可能範囲の幅「Wp」は、以下のように表される。
Wp=Wl2-Wr2
The width "Wp" of the bridge passable range is expressed as follows.
Wp=Wl 2 -Wr 2
また、出力制御部17は、橋梁通過判定部16から通知される橋梁通過可能範囲の幅Wpに基づき、船舶が橋梁を通過可能であるか否か判定してもよい。例えば、出力制御部17は、幅Wpが船幅Wsの2倍以上となる場合(即ち「Wp≧2Ws」が成立する場合)、船舶が橋梁を通過可能であると判定し、幅Wpが船幅Wsの2倍未満となる場合(即ち「Wp<2Ws」が成立する場合)、船舶が橋梁30Aを通過できないと判定する。なお、ここでは一例として幅Wpが線幅Wsの2倍であることを橋梁通過可否の判定基準にしているが、これは安全に通過するためのマージンであり、船舶に応じて設定されてもよい。そして、出力制御部17は、船舶が橋梁を通過可能であると判定した場合、船舶が対象の橋梁を通過することを前提とした出力を行う。この出力の具体例については「(5)出力制御部の処理」のセクションにて説明する。一方、出力制御部17は、船舶が橋梁を通過可能でないと判定した場合、例えば、川幅が広く他船の居ない状況において引き返すことを促す情報、又は、ルートを変更することを促す情報などを表示装置19に表示させる。
The
(4-3)機能ブロック
図10は、橋梁通過判定部16の機能ブロックの一例である。橋梁通過判定部16は、機能的には、橋梁高算出部61と、船舶最高点高算出部62と、予測間隔算出部63と、閾値決定部64と、橋梁通過可能範囲決定部65とを有する。
(4-3) Functional Blocks FIG. 10 is an example of functional blocks of the bridge passage determination unit 16. As shown in FIG. The bridge passage determination unit 16 functionally includes a bridge
橋梁高算出部61は、地図DB10から通行予定の橋梁に該当するボクセルのボクセルデータVDを抽出し、抽出したボクセルデータVDに基づき、河川距離に応じた橋梁高を算出する。この場合、橋梁高算出部61は、補間処理により、河川距離と橋梁高との関係を連続的に表したデータを生成する。船舶最高点高算出部62は、自己位置推定部15が実行する自己位置推定の推定結果が示す船舶基準高と、最高点情報IHが示す船舶基準位置から最高点までの高さ方向の幅とに基づき、船舶最高点高を算出する。
The
予測間隔算出部63は、橋梁高算出部61が算出した、河川距離に応じた橋梁高と、船舶最高点高算出部62が算出した船舶最高点高とに基づき、河川距離に応じた予測間隔を算出する。閾値決定部64は、予測間隔閾値Thを決定する。
The prediction
橋梁通過可能範囲決定部65は、予測間隔算出部63が算出した、河川距離に応じた予測間隔と、閾値決定部64が決定した予測間隔閾値Thとに基づき、対象の橋梁に対する橋梁通過可能範囲を決定する。そして、橋梁通過可能範囲決定部65は、決定した橋梁通過可能範囲に関する情報を出力制御部17に供給する。
The bridge passable
(5)出力制御部の処理
次に、出力制御部17の処理の具体例(第1具体例、第2具体例)について説明する。
(5) Processing of the output control unit
Next, specific examples (first specific example, second specific example) of the processing of the
第1具体例では、出力制御部17は、橋梁通過判定部16が決定した橋梁通過可能範囲に基づき、船舶が対象の橋梁を通過前に横移動すべき距離を算出し、算出した距離を操船制御システムに通知する。
In the first specific example, the
この場合、まず、出力制御部17は、ライダ3が出力する点群データに基づき、右岸又は左岸のうち船体が近い岸から船体中心までの距離(「川岸・船舶距離」とも呼ぶ。)を算出する。
In this case, first, based on the point cloud data output by the
図11(A)は、船舶が右岸及び左岸のうち右岸に近い場合の船舶周辺の上面図である。ここで、「Dr」は、右岸から船舶中心までの川岸・船舶距離を表す。この場合、出力制御部17は、ライダ3が出力する点群データから川岸を被計測点とするデータ(「川岸計測データ」とも呼ぶ。)を抽出し、川岸計測データから距離Drを算出する。なお、この場合、例えば、出力制御部17は、船舶右側に設置されたライダ3が出力する点群データに対して公知のエッジ検出技術等を適用することで右岸のエッジを検出し、当該エッジと船体中心との距離を距離Drとして算出する。この場合、出力制御部17は、高さ方向の次元を削減した2次元座標系において上述のエッジ検出及び距離Drの算出を行ってもよい。
FIG. 11A is a top view of the vicinity of the ship when the ship is closer to the right bank than the right bank or the left bank. Here, "Dr" represents the riverbank/ship distance from the right bank to the center of the ship. In this case, the
次に、出力制御部17は、川岸・船舶距離と次に通過する橋梁の橋梁通過可能範囲とを比較し、船舶が橋梁通過可能範囲内に存在しないと判定した場合に、船舶が横方向(川幅方向)において移動すべき距離「Ty」を算出し、算出した距離を操船制御システムに通知する。この場合、操船制御システムに通知される情報(即ち距離Tyに関する情報)は、「船舶の移動に関する情報」の一例である。
Next, the
図11(B)は、橋梁30Aを通過前の船舶周辺の上面図である。ここでは、図9の例に従い算出した右岸からの距離Wl2及び距離Wr2が距離Dr及び距離Tyと共に明示されている。
FIG. 11(B) is a top view around the ship before passing over the
この例では、距離Drが距離Wr2よりも短いため、船体中心が橋梁通過可能範囲の右端位置よりも右岸側に存在し、船舶は橋梁通過可能範囲内に存在していない。よって、出力制御部17は、船舶が左側に移動すべき距離Ty(=Wr2-Dr)を、操船制御システムに通知する。これにより、出力制御部17は、橋梁30Aの通過時に船舶が橋梁通過可能範囲内に存在するように船舶の操船制御を好適に支援することができる。
In this example, since the distance Dr is shorter than the distance Wr2 , the hull center is located on the right bank side of the right end position of the bridge passable range, and the ship is not within the bridge passable range. Therefore, the
船舶が右岸及び左岸のうち左岸に近い場合の第1具体例について引き続き説明する。 The first specific example in which the ship is closer to the left bank than the right bank or the left bank will be continued.
図12(A)は、船舶が右岸及び左岸のうち左岸に近い場合の船舶周辺の上面図である。ここで、「Dl」は、船体中心から左岸までの川岸・船舶距離を表す。この場合、出力制御部17は、船舶左側に設置されたライダ3が出力する点群データから抽出した川岸計測データに基づき、距離Dlを算出する。そして、出力制御部17は、川幅Wbから距離Dlを減算することで、右岸までの距離Dr(=Wb-Dl)を算出する。このように、船舶が左岸に近い場合には、出力制御部17は、左岸までの距離Dlを川幅Wbから減算することで距離Drを求めても良い。なお、川幅Wbは、例えば、地図DB10に予め記憶されている。
FIG. 12(A) is a top view of the vicinity of the ship when the ship is closer to the left bank than the right bank or the left bank. Here, "Dl" represents the riverbank/ship distance from the center of the hull to the left bank. In this case, the
図12(B)は、橋梁30Aを通過前の船舶周辺の上面図である。ここでは、図9の例に従い算出した右岸からの距離Wl2及び距離Wr2が距離Drと共に明示されている。
FIG. 12(B) is a top view around the ship before passing over the
この例では、距離Drが距離Wl2よりも短く、かつ、距離Wr2よりも長いため、船体中心が橋梁通過可能範囲内に存在している。一方、距離Drと距離Wl2との差がマージン量「My」に相当する距離しかない。従って、この場合、出力制御部17は、マージン量Myに関する情報を操船制御システムに送信する。このように、好適には、出力制御部17は、橋梁通過可能範囲の右端又は左端に対する船舶の川幅方向におけるマージン量が所定の閾値以下となる場合、閾値以下となるマージン量に関する情報(右岸又は左岸のいずれに船舶が近いかの情報を含む)を操船制御システムに送信する。これにより、出力制御部17は、操船制御システムに対し、船舶が橋梁を安全に通過するために必要な情報を好適に提供することができる。
In this example, the distance Dr is shorter than the distance Wl- 2 and longer than the distance Wr- 2 , so the hull center is within the bridge passable range. On the other hand, the difference between the distance Dr and the distance Wl2 is only a distance corresponding to the margin amount "My". Therefore, in this case, the
第2具体例では、出力制御部17は、橋梁通過可能範囲を地図上に表示する制御を行う。図13は、第2具体例における表示装置19の表示画面を示す。この例では、出力制御部17は、自己位置推定部15が出力する自己位置推定結果と、地図DB10とに基づき、河川地図と自船位置を表示装置19に表示させている。このとき、出力制御部17は、次に通過予定の橋梁の表示領域上に、橋梁通過可能範囲を表す橋梁通過可能領域95を重ねて表示する。この場合、出力制御部17は、橋梁通過可能領域95を目立つ色に着色することで強調表示する。なお、出力制御部17は、縁取り効果等の種々の方法により橋梁通過可能領域95を強調表示してもよい。これにより、出力制御部17は、船舶の操縦者等に橋梁通過可能範囲を明確に認識させることができる。
In the second specific example, the
さらに、出力制御部17は、橋梁通過可能領域95が示す橋梁通過可能範囲に対して船舶中心位置が右岸側に外れていることから、距離Tyに相当する「3m」だけ船舶を左側に移動することを促す表示オブジェクト96を、表示装置19に赤色で表示させている。また、出力制御部17は、距離Tyが大きいほど表示オブジェクト96のフォントと矢印のサイズを大きくし、移動の重要性を表現する。表示オブジェクト96は、「船舶の移動に関する情報」の一例である。このように、出力制御部17は、船舶が橋梁通過可能範囲外に存在する場合に、船舶が橋梁通過可能範囲に入るように、取るべき舵の向きと横移動すべき距離を表示する。また、出力制御部17は、船舶が橋梁通過可能範囲内であっても、距離Myに相当するマージンが所定の閾値より少なかった場合は、例えば青色で小さめの表示オブジェクト96を表示する。これにより、出力制御部17は、橋梁通過に必要な操船情報を船舶の操縦者等に好適に提供することができる。
Further, the
(6)処理フロー
図14は、本実施例において情報処理装置1が実行するフローチャートの一例である。情報処理装置1は、フローチャートの処理を、例えば運航ルートに基づく船舶の運航中において、船舶が通過予定の橋梁が存在する場合に、船舶が次に通過する橋梁を対象として実行する。
(6) Processing flow
FIG. 14 is an example of a flowchart executed by the
まず、橋梁通過判定部16は、通行予定の橋梁に該当するボクセルのボクセルデータVDに基づき、川岸距離に応じた橋梁高(即ち川岸距離ごとの橋梁高)を算出する(ステップS11)。次に、橋梁通過判定部16は、自己位置推定部15が実行する自己位置推定の推定結果に基づき、船舶基準高を特定する(ステップS12)。そして、橋梁通過判定部16は、ステップS12で特定した船舶基準高と、最高点情報IHとに基づき、船舶最高点高を算出する(ステップS13)。 First, the bridge passage determining unit 16 calculates the bridge height according to the riverbank distance (that is, the bridge height for each riverbank distance) based on the voxel data VD of the voxels corresponding to the bridges to be passed (step S11). Next, the bridge passage determination unit 16 identifies the vessel reference height based on the estimation result of the self-position estimation performed by the self-position estimation unit 15 (step S12). Then, the bridge passage determining unit 16 calculates the highest point height of the ship based on the reference height of the ship specified in step S12 and the highest point information IH (step S13).
そして、橋梁通過判定部16は、ステップS11において算出した橋梁高と、ステップS13において算出した船舶最高点高とに基づき、川岸距離ごとの予測間隔を算出する(ステップS14)。そして、橋梁通過判定部16は、ステップS14において算出した予測間隔に基づき、予測間隔閾値Thと船舶の横幅を考慮して、橋梁通過可能範囲を決定する(ステップS15)。また、橋梁通過判定部16は、対象の橋梁への船舶の通過可否の判定を行ってもよい。 Then, the bridge passage determining unit 16 calculates a predicted interval for each riverbank distance based on the bridge height calculated in step S11 and the ship highest point height calculated in step S13 (step S14). Based on the predicted interval calculated in step S14, the bridge passage determining unit 16 determines the bridge passable range in consideration of the predicted interval threshold value Th and the width of the ship (step S15). Moreover, the bridge passage determination unit 16 may determine whether or not a vessel can pass through the target bridge.
そして、出力制御部17は、橋梁通過可能範囲に基づく出力を行う(ステップS16)。この場合、出力制御部17は、「(5)出力制御部の処理」のセクションにて説明した第1具体例に基づき、操船制御システムに船舶が移動すべき方向及び距離を示す情報などを送信してもよく、第2具体例に基づき、橋梁通過可能範囲等に関する情報を表示装置19に表示させてもよい。
Then, the
(7)変形例
ボクセルデータVDは、図4に示すように、平均ベクトルと共分散行列とを含むデータ構造に限定されない。例えば、ボクセルデータVDは、平均ベクトルと共分散行列を算出する際に用いられる点群データをそのまま含んでいてもよい。
(7) Modification
The voxel data VD is not limited to a data structure including mean vectors and covariance matrices, as shown in FIG. For example, the voxel data VD may include the point cloud data used when calculating the mean vector and covariance matrix as they are.
また、ボクセルデータVDを用いた自己位置推定手法は、NDTスキャンマッチングに限られない。例えば、情報処理装置1は、ICP(Iterative Closest Point)に基づき、ボクセルデータVDとライダ3の点群データとの照合(マッチング)により自己位置推定を行ってもよい。
Also, the self-position estimation method using the voxel data VD is not limited to NDT scan matching. For example, the
また、情報処理装置1は、NDTスキャンマッチングなどの高精度位置推定を行わなくともよい。この場合、情報処理装置1は、GPS受信機5が出力する情報に基づき、船舶の位置を推定してもよい。
Further, the
以上説明したように、本実施例に係る情報処理装置1のコントローラ13は、船舶が通過予定の橋梁の川岸からの距離に応じた高さを示す橋梁高を取得し、船舶の最高点の高さである船舶最高点高を取得する。そして、コントローラ13は、橋梁高と、船舶最高点高とに基づき、橋梁下において船舶が通過可能な範囲を示す橋梁通過可能範囲を決定する。そして、コントローラ13は、橋梁通過可能範囲に関する情報を出力する。これにより、情報処理装置1は、船舶が通過予定の橋梁に対する橋梁通過可能範囲を的確に把握し、船舶の運航に好適に活用することができる。
As described above, the
なお、上述した実施例において、プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータであるコントローラ等に供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記憶媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記憶媒体(例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ)、光磁気記憶媒体(例えば光磁気ディスク)、CD-ROM(Read Only Memory)、CD-R、CD-R/W、半導体メモリ(例えば、マスクROM、PROM(Programmable ROM)、EPROM(Erasable PROM)、フラッシュROM、RAM(Random Access Memory))を含む。 It should be noted that in the above-described embodiments, the programs can be stored using various types of non-transitory computer readable media and supplied to a computer such as a controller. Non-transitory computer-readable media include various types of tangible storage media. Examples of non-transitory computer-readable media include magnetic storage media (e.g., flexible discs, magnetic tapes, hard disk drives), magneto-optical storage media (e.g., magneto-optical discs), CD-ROMs (Read Only Memory), CD-Rs, CD-R/W, semiconductor memory (eg, mask ROM, PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM), flash ROM, RAM (Random Access Memory)).
以上、実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。すなわち、本願発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。また、引用した上記の特許文献等の各開示は、本書に引用をもって繰り込むものとする。 Although the present invention has been described with reference to the examples, the present invention is not limited to the above examples. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention. That is, the present invention naturally includes various variations and modifications that a person skilled in the art can make according to the entire disclosure including the scope of claims and technical ideas. In addition, the disclosures of the cited patent documents and the like are incorporated herein by reference.
1 情報処理装置
2 センサ群
3 ライダ
4 速度センサ
5 GPS受信機
6 IMU
10 地図DB
REFERENCE SIGNS
10 Map database
Claims (11)
前記船舶の最高点の高さである船舶最高点高を取得する第2取得手段と、
前記橋梁高と、前記船舶最高点高とに基づき、前記橋梁下において前記船舶が通過可能な範囲を示す橋梁通過可能範囲を決定する橋梁通過可能範囲決定手段と、
前記橋梁通過可能範囲に関する情報を出力する出力制御手段と、
と有する情報処理装置。 a first acquiring means for acquiring a bridge height indicating a height corresponding to a riverbank distance from a riverbank through which a ship is scheduled to pass;
a second obtaining means for obtaining a height of the highest point of the ship, which is the height of the highest point of the ship;
Bridge passable range determination means for determining a bridge passable range indicating a range through which the ship can pass under the bridge based on the bridge height and the ship's highest point height;
output control means for outputting information about the bridge passable range;
and an information processing device.
船舶が通過予定の橋梁の川岸からの川岸距離に応じた高さを示す橋梁高を取得し、
前記船舶の最高点の高さである船舶最高点高を取得し、
前記橋梁高と、前記船舶最高点高とに基づき、前記橋梁下において前記船舶が通過可能な範囲を示す橋梁通過可能範囲を決定し、
前記橋梁通過可能範囲に関する情報を出力する、
制御方法。 A computer-implemented control method comprising:
Acquire the bridge height that indicates the height according to the riverbank distance from the riverbank where the ship is scheduled to pass,
Acquiring the highest point height of the ship, which is the height of the highest point of the ship,
determining a bridge passable range indicating a range through which the ship can pass under the bridge based on the bridge height and the ship's highest point height;
outputting information about the bridge passable range;
control method.
前記船舶の最高点の高さである船舶最高点高を取得し、
前記橋梁高と、前記船舶最高点高とに基づき、前記橋梁下において前記船舶が通過可能な範囲を示す橋梁通過可能範囲を決定し、
前記橋梁通過可能範囲に関する情報を出力する処理をコンピュータに実行させるプログラム。 Acquire the bridge height that indicates the height according to the riverbank distance from the riverbank where the ship is scheduled to pass,
Acquiring the highest point height of the ship, which is the height of the highest point of the ship,
determining a bridge passable range indicating a range through which the ship can pass under the bridge based on the bridge height and the ship's highest point height;
A program that causes a computer to execute a process of outputting information about the bridge passable range.
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