JP5868420B2 - 自律走行システム - Google Patents

Description

本発明は、自動車や電車などの移動体が自律的に走行するシステムに関する。

従来の自律走行システムでは、各車両が移動可能な領域を判断し、障害物を回避する経路を設定しながら走行していた。さらに、特開２００８−９６３８号公報に記載の発明では、路面の接続状況を点と線で表わしたトポロジカル地図を用いて、通行不可領域の端点となる点を設定し、その点を回避するトポロジカル地図上の走行経路に従って走行することで効率的かつ安全な自律走行を可能にしている。

また、特開２０１０−７３０８０号公報に記載の発明では、走行可能な空間を認識し、その空間中での走行経路を設定し、その走行経路に従い移動することで空間中の自由かつ効率的な行動を実現している。これらの従来技術では、単一の地図データを用いて自律走行を実現している。またこれら従来技術を組み合わせて用いることで、点と線で道路の繋がりが表わされたトポロジカル地図を用いる領域（トポロジカル領域）と走行可能な空間を表わしたメトリック地図を用いる領域（メトリック領域）が混在する場合でも、それぞれトポロジカル領域内に限られた閉塞管理および、メトリック領域内に限られた閉塞管理を行うことは可能である。

特開２００８−９６３８号公報 特開２０１０−７３０８０号公報

しかし、トポロジカル領域とメトリック領域の境界における閉塞方法は、従来技術では考慮されていない。トポロジカル領域とメトリック領域との境界は、トポロジカル地図の境界点がメトリック地図の境界辺に接続する形で存在する。単純な閉塞方法としては、トポロジカル領域とメトリック領域の境界付近に車両が存在すれば、安全な運行を保証するため単純にトポロジカル地図の境界点とこれに接続するメトリック地図の境界辺を閉塞し、どの車両も境界を通過できないようにすることができる。しかし、このような方法では、境界付近に存在する車両の位置によっては、本来進入してもよい車両を停止させたり、迂回が必要ない車両まで迂回指示を出したりするなどにより、運行効率が低下する虞がある。

このような運行効率の低下の問題は、トポロジカル領域とメトリック領域の境界における閉塞管理として、対応する境界点および境界辺を全て閉塞するのではなく、その境界辺を複数の領域に分割し、車両の存在しない領域の閉塞を開放することで解決される。

複数種類の地図を有する自律走行システムにおいて、地図の表現方法がトポロジカルからメトリックへ、もしくはその逆方向に変化する境界における閉塞領域を詳細に設定することで、移動体の運行を安全かつ効率的に行うことができる。

自律走行システムの概略構成を示す図である。 地図データベースにおけるトポロジカル領域のデータ構造を示す図である。 地図データベースにおけるメトリック領域のデータ構造を示す図である。 メトリック領域における地図の表現方法の例を示す図である。 閉塞領域データベースにおけるトポロジカル領域のデータ構造を示す図である。 閉塞領域データベースにおけるメトリック領域のデータ構造を示す図である。 メモリ領域のデータ構造を示す図である。 地図領域の境界における小領域の閉塞状況のテーブルである。 自車位置算出部における処理のフローチャートである。 車両通過監視部における処理のフローチャートである。 管理車両位置の決定処理のフローチャートである。 閉塞領域算出・設定部における処理のフローチャートである。 閉塞領域設定の処理のフローチャートである。 境界分割のフローチャートである。 地図領域の境界分割を説明する図である。 地図領域の境界における小領域の閉塞を解放する処理のフローチャートである。 小領域における閉塞の解放を説明する図である。 走行経路の計画の作成処理のフローチャートである。 経路計画の例を示す図である。

以下、本発明を用いた自律走行システムの詳細を説明する。

対象とする自律走行システムの構成を図１に示す。自律走行システムは、複数の管理車両１０１とこれを管理するセンターである運行管理部１０２からなる。運行管理部１０２は、トポロジカル領域とメトリック領域が混在した地図データベース１０３を持つ。地図データベース１０３のデータ構造として、トポロジカル領域のデータ構造を図２に示し、メトリック領域のデータ構造を図３に示す。

トポロジカル領域は、道路形状および道路の繋がりを点と線のネットワークで表わしたトポロジカル地図により管理される領域のことをいう。トポロジカル領域の地図データには、トポロジカル地図内のリンクを一意に表わすリンクＩＤ２０１と、リンクＩＤ２０１で表わされるリンクの始点座標を表わすリンク始点２０２、リンクＩＤ２０１で表わされるリンクの終点座標を表わすリンク終点２０３と、リンクＩＤ２０１で表わされるリンクを分割したサブリンクの数を表わすリンク分割数２０４と、リンクＩＤ２０１で表わされるリンクを分割したサブリンクのそれぞれ一意に表わすサブリンクＩＤ２０５と、各サブリンク毎の始点座標および終点座標を表わすサブリンク始点２０６とサブリンク終点２０７が保存されている。

メトリック領域は、道路形状などのように車両が走行できる空間を表わしたメトリック地図により管理される領域であり、トポロジカル領域とは独立に表わされている領域である。メトリック領域の地図データには、地図データベース内のメトリック領域を一意に表わすメトリックＩＤ３０１と、メトリックＩＤ３０１で示される領域の形状を表わすメトリック形状３０２と、メトリックＩＤ３０１で示される領域に接続するリンクの総数である接続リンク数３０３と、メトリック領域に接続する各リンクについてそのリンクＩＤを表わす接続リンク３０４と、接続リンク３０４のメトリック領域と接続しているノードの座標である接続ノード３０５と、接続ノード３０５のメトリック領域上の座標を表わす接続点３０６が保存されている。更に、メトリックＩＤ３０１で示されるメトリック領域を複数の領域に分割したエリアの数を表わすエリア数３０７と、メトリックＩＤ３０１で示される領域を分割した各エリアを一意に示すエリアＩＤ３０８と、エリアＩＤ３０８で表わされる領域の形状を表わすエリア形状３０９が保存されている。なお、各エリアは互いに重複や不連続が生じないように予めメトリック領域を複数に分割した領域であるものとし、各エリアは例えば、緯度経度の値により矩形領域で区切られているものとする。

接続点により外部のトポロジカル領域との繋がりが規定されている領域内はメトリック領域として取り扱われる。図４にメトリック領域の表現例を示す。図４（ａ）のように、通常道路には１本しかないトポロジカルネットワークが、道路内に複数車線が存在し、その車線形状を反映して車線毎にトポロジカルなネットワークが存在する場合は、この道路区間をメトリック領域として分類することができる。メトリック領域のＤＢには、接続リンク３０４としてトポロジカル領域のリンク４０１１、リンク４０１２のＩＤが設定され、接続ノードとしてトポロジカル領域のノード４０１３やノード４０１４が設定される。一方、接続点は、黒丸で表わされた車線毎のノード４０１５の６点が設定される。また、図４（ｂ）のように道路形状あるいは走行可能領域の形状を道路端／境界端の線もしくは点列で表わした地図、あるいは図４（ｃ）のように走行領域の平面をポリゴンで表わした地図などもメトリック領域の地図表現として挙げられる。これらメトリック領域の地図表現でも、破線で表わされたトポロジカル領域のリンクが接続リンク３０４に、白丸で表わされたトポロジカル領域のノードが接続ノード３０５に、また接続ノードに対応するメトリック領域の地点４０１６や地点４０１７の座標が接続点３０６に設定されることにより、トポロジカル領域とメトリック領域との繋がりが規定される。

運行管理部１０２では、各管理車両１０１の位置を定期的に保存、更新する車両位置管理部１０４と、管理車両１０１がトポロジカル領域とメトリック領域との境界を通過するのを監視する車両通過監視部１０５と、後述する閉塞領域を決定する閉塞領域算出・設定部１０６と、管理車両１０１の今後の走行経路を計画する車両走行計画部１０７と、運行管理部１０２と管理車両１０１間の通信を行う通信部１０８と、閉塞領域算出・設定部１０６にて設定された閉塞領域を記憶する閉塞領域データベース１０９、および各車両の位置情報等を保存するメモリ領域１１０を持つ。メモリ領域１１０には、運行管理部１０２の運行管理オペレータなどのユーザ１１１により、各管理車両１０１の優先順位、目的地をリアルタイムに設定、記憶できるようになっている。

閉塞領域データベース１０９のデータ構造を図５および図６に示す。図５は、閉塞領域データベース１０９におけるトポロジカル領域に設定された閉塞領域のデータ構造を示している。まず該当するトポロジカル領域に関し、地図データベース１０３のリンクＩＤ２０１およびそのリンクを分割した各サブリンクのサブリンクＩＤ２０５と同じ値をそれぞれリンクＩＤ５０１およびサブリンクＩＤ５０２に持つ。また各サブリンクＩＤ５０２で表わされるサブリンクを閉塞する管理車両の識別番号を閉塞車両番号５０３に記憶する。閉塞車両番号５０３は、１つのサブリンクＩＤ５０２に対して複数設定することができ、管理車両の優先順位順に登録され、登録可能な最大数は管理車両の最大数と等しい。

図６は、閉塞領域データベース１０９におけるメトリック領域に設定された閉塞領域のデータ構造を示しており、該当するメトリック領域について、地図データベース１０３のメトリックＩＤ３０１およびそのメトリック領域を分割した各エリアのエリアＩＤ３０８と同じ値をそれぞれメトリックＩＤ６０１およびエリアＩＤ６０２に持つ。また各エリアＩＤ６０２で表わされるエリアを閉塞する管理車両の識別番号を閉塞車両番号６０３に記憶する。閉塞車両番号６０３は、１つのエリアＩＤ６０２に対して複数設定することができ、やはり管理車両の優先順位順に登録され、登録可能な最大数は管理車両の最大数と等しい。

また、各管理車両１０１では、運行管理部１０２と管理車両１０１間の通信を行う路車間通信部１１２と、運行管理部１０２からの走行計画に基づき車両の運動を計画する運動計画部１１３と、その車両の運動計画に基づき車両を制御する運動制御部１１４と、運行管理部１０２が持つ地図データベース１０３と同一の地図データベース１１５と、車両の位置をＧＰＳなどのセンサを用いて算出する自車位置算出部１１６を持つ。また、管理車両１０１と運行管理部１０２との通信は路上装置１１７を介して行われる。この路上装置には監視カメラやビーコンなどのような車両の検知機能が付いている。

このような構成の自律走行システムにより、複数台の管理車両１０１がメトリック領域とトポロジカル領域の境界付近に存在する場合に、安全かつ効率的に走行するように制御を行う。

以下に自律走行システムの処理を説明する。管理車両１０１では、自車位置算出部１１６で算出した各車両の位置を、路車間通信部１１２を通して運行管理部１０２へ送る。図９に自車位置算出部１１６の処理フローを示す。ステップ９０１では、図示されていないＧＰＳやジャイロセンサ、加速度センサ、速度センサなどの自車位置を決定するデータを収集するセンサの情報をある周期で取得する。ステップ９０２では、得られたセンサの情報を用いて緯度・経度を示す絶対位置を算出する。絶対位置の算出には、ＧＰＳによる直接計測の他、ＧＰＳなどによる測位演算結果を用いてジャイロセンサ、加速度センサ、速度センサなどの慣性センサによる推測航法の結果を補正することで算出しても良い。

ステップ９０３では、算出した絶対位置近傍の地図データを地図データベース１１５から取得する。ステップ９０４では、管理車両１０１が地図データベース１１５のトポロジカル領域とメトリック領域の境界における管理車両の通過状態を示す境界通過情報の有無を確認し、境界通過情報が無い場合ステップ９０５へ移行し、境界通過情報がある場合はステップ９０６へ移行する。ここで、車両の境界通過情報は、路車間通信部１１２から運行管理部１０２の車両通過監視部１０５で得られた結果を受信するかもしくは、車両が境界を通過したことを知らせる路上装置１１７からの信号を路車間通信部１１２が受信することで得られる。車両が境界を通過したことを知らせる信号を送る路上装置１１７としてはビーコンや監視カメラなどが挙げられる。

ステップ９０５では、自車両の位置がメトリック領域上に存在するかどうかを判断する。この時、境界通過情報が無いため、車両の絶対位置に従い境界の通過を判断する。現在の自車両位置がメトリック領域上に無い場合、ステップ９０７へ移行し、メトリック領域上に絶対位置がある場合、ステップ９０８へ移行する。

一方、ステップ９０６では、自車両が境界を通過したかどうかを示す境界通過情報を確認し、境界通過情報が、自車両が領域境界を通過したことを示す“通過”である場合、次にステップ９１０へ移行し、ステップ９１０では、前回計測時における自車両の存在位置がトポロジカル領域内であったか確認し、前回計測時に自車両が存在した領域がトポロジカル領域内であった場合は、現在位置はメトリック領域内に存在すると判断してステップ９０８へ、前回計測時に自車両が存在した領域がメトリック領域内であった場合は、現在位置がトポロジカル領域内に存在すると判断してステップ９０７へ移行する。また、ステップ９０６で、境界通過情報が、自車両が領域境界を通過しなかったことを示す“未通過”である場合、ステップ９１１へ移行する。ステップ９１１では、前回計測時における自車両の存在位置がメトリック領域内であったか確認し、前回計測時における自車両の存在位置がメトリック領域内であった場合、現在位置はメトリック領域内に存在すると判断してステップ９０８へ、そうでなければ現在位置はトポロジカル領域内に存在すると判断してステップ９０７へ移行する。

ステップ９０７では、算出した絶対位置をトポロジカル領域上に射影する。トポロジカル領域上への絶対位置の射影は、現在位置を示す絶対位置の座標からトポロジカル領域上へ垂線の足を下ろせば良い。またステップ９０８ではメトリック領域上に絶対位置を射影する。メトリック領域上への絶対位置の射影については、図４に示す３種類のメトリック領域の表現例について説明する。まず図４（ａ）のメトリック領域表現のように、トポロジカルネットワークを複数用いてメトリック領域が表現されている場合は、トポロジカル領域と同じ方法で各トポロジカルネットワーク上へ垂線の足を下ろして射影し、絶対位置と射影した先の点との距離が最も近い点を射影点とする。また、図４（ｂ）のメトリック領域表現のように、走行領域の境界形状を点列で表わす場合、点列の最も外側に位置する点を結んだポリゴンを考え、そのポリゴン平面に対する絶対位置の射影点を求めればよい。同様に図４（ｃ）のメトリック領域表現の場合も、ポリゴン平面に対して絶対位置を射影した点を求めればよい。なおポリゴン平面に対する絶対位置の射影する場合、管理車両１０１が周辺の環境を計測できる機能を備えている場合、周辺環境の形状とポリゴン形状のマッチングを行うことで平面上の位置を決定してもよい。

ステップ９０９ではステップ９０７、ステップ９０８で計算した射影点の位置を地図データベース１１５中の地図上の座標に変換し、自車位置として出力する。自車位置算出部１１６では、以上の処理フローを繰り返すことで逐次自車位置を算出する。算出された各管理車両１０１の絶対位置および自車位置は、路車間通信部１１２から路上装置１１７を経て運行管理部１０２の通信部１０８に送られる。この時、路上装置１１７内に境界通過情報が存在する場合、各管理車両１０１の絶対位置および自車位置と共にその境界通過情報が運行管理部１０２へ送られる。

運行管理部１０２では、通信部１０８が路上装置１１７から送られてきた各管理車両１０１の絶対位置および自車位置を車両位置管理部１０４へ送る。車両位置管理部１０４では受信した管理車両の最新の絶対位置および自車位置をメモリ領域１１０へ保存する。また、路上装置１１７から境界通過情報が送られてきている場合には、管理車両の最新の絶対位置および自車位置と共にメモリ領域１１０へ保存する。

図７にメモリ領域１１０のデータ構造を示す。総管理車両数７０１に続き、各管理車両に一定のメモリが割り当てられ、管理車両番号７０２に紐付けられている管理車両の優先順位７０３、目的地７０４、地図上の自車位置７０５および絶対位置７０６および境界通過情報７０７が保存される。また自車位置７０５の値は、最新の自車位置の情報に更新する前に、前回の自車位置７０８へ退避する。メモリ領域１１０には全ての管理車両１０１の情報が集約されている。各管理車両の優先順位７０３、目的地７０４はユーザ１１１が事前に決定し、その後もリアルタイムに変更・設定・保存が可能である。

車両位置管理部１０４はメモリ領域１１０に各管理車両から送られてきた情報を保存した後、管理車両の情報が更新された旨のメッセージを車両通過監視部１０５へ送る。車両通過監視部１０５では、メモリ領域１１０に保存された各管理車両の位置と境界通過情報の値から各管理車両が境界を通過したかどうかをチェックし、もし管理車両１０１から送信された最新の自車位置及び前回の自車位置と境界通過情報の値との間に矛盾がある場合、境界通過情報の値を正しいものとして、自車位置を補正する。

車両通過監視部１０５の処理フローを図１０に示す。車両通過監視部１０５は常に車両位置管理部１０４からのメッセージを待ち続け（ステップ１００１）、メッセージを受信した場合にステップ１００２に移行する。ステップ１００２では、メモリ領域１１０に保存された管理車両内、未チェックの管理車両１つについて自車位置７０５および境界通過情報７０７と前回の自車位置７０８の情報を取得する。ステップ１００３では、管理車両の自車位置及び前回の自車位置が存在する領域と境界通過情報の間に矛盾が無いかをチェックする。この矛盾が生じる可能性としては、管理車両１０１の自車位置算出部１１６にて路上装置１１７の情報を受け取れずに自車位置を計算し、かつ運行管理部１０２では路上装置１１７の情報を受け取れた場合などが挙げられる。メモリ領域１１０に保存された管理車両の自車位置と境界通過情報の間に矛盾がある場合、車両位置に誤りがあるものとし、ステップ１００４へ移行する。また矛盾が無い場合には、ステップ１００５へ移行する。ステップ１００４では、管理車両１０１が計算した自車位置が間違っていることになるため、運行管理部１０２にて自車位置の補正を行う。

この管理車両の自車位置を補正する処理の処理フローを図１１に示す。まずステップ１１０１にて境界通過情報の判断を行い、境界通過情報が“通過”である場合には、ステップ１１０３に進んで前回の車両位置がトポロジカル領域内か判断し、トポロジカル領域内と判断された場合（ステップ１１０３：Ｙｅｓ）はステップ１１０５へ移行し、メトリック領域内と判断された場合（ステップ１１０３：Ｎｏ）はステップ１１０４へ移行する。また、ステップ１１０１で境界通過情報が“未通過”と判断された場合には、ステップ１１０２に進んで前回の車両位置がメトリック領域内か判断し、メトリック領域内と判断された場合（ステップ１１０２：Ｙｅｓ）はステップ１１０５へ移行し、トポロジカル領域内と判断された場合（ステップ１１０２：Ｎｏ）はステップ１１０４へ移行する。

ステップ１１０４におけるトポロジカル領域への自車位置のマップマッチングおよびステップ１１０５におけるメトリック領域への自車位置のマップマッチングの処理は、それぞれ自車位置算出部１１６におけるステップ９０７、ステップ９０８の処理と同様にして行われる。ステップ１１０６では、ステップ１１０４もしくはステップ１１０５において算出した自車位置をメモリ領域１１０の自車位置へ書き込むことで自車位置の補正を行う。

図１０の処理フローの説明に戻り、ステップ１００５では、メモリ領域１１０に保存された総管理車両数７０１とこれまでチェックした管理車両１０１の数を比較して、全ての管理車両１０１をチェックしたかを判断する。全ての管理車両１０１をチェックした場合は、ステップ１００６へ移行し、未チェックの管理車両１０１がある場合は、ステップ１００２へ戻る。ステップ１００６では、閉塞領域算出・設定部１０６に対して、全ての管理車両１０１のチェックが終了した状態になっている旨を通知するメッセージを送る。

閉塞領域算出・設定部１０６では、メモリ領域１１０に保存されている全管理車両１０１の車両位置および地図データベース１０３の地図情報から、地図データベース１０３上で各管理車両に設定される閉塞領域を算出し、閉塞領域データベース１０９に設定する。

閉塞領域算出・設定部１０６の処理フローを図１２に示す。ステップ１２０１にて車両通過監視部１０５からメッセージが送られてきたかをチェックする。メッセージが送られていない場合は再びメッセージの受信をチェックするタイミングまで待機し、メッセージが送られてきた場合にはステップ１２０２に進む。ステップ１２０２では、優先順位７０３が高い順に管理車両１０１の自車位置７０５および絶対位置７０６をメモリ領域１１０から取得して、ステップ１２０３に移行する。ステップ１２０３では、ステップ１２０２で取得した管理車両の自車位置７０５の情報を用いて、地図データベース１０３から管理車両の現在位置周辺の地図データを取得し、ステップ１２０４に移行する。ステップ１２０４では、ステップ１２０２で取得した管理車両の自車位置７０５に対して、ステップ１２０３で取得した管理車両近傍の地図データ上に閉塞範囲を設定し、その閉塞範囲を閉塞領域として閉塞領域データベース１０９へ保存する。

ステップ１２０４における閉塞領域設定の詳細な処理フローを図１３に示す。ステップ１３０１において、管理車両１０１の自車位置７０５が存在する領域がトポロジカル領域かメトリック領域かを判定する。管理車両１０１の自車位置７０５がトポロジカル領域内に存在する場合は、ステップ１３０２に移行する。管理車両１０１の自車位置７０５がメトリック領域内に存在する場合は、ステップ１３１０に移行する。

ステップ１３０２では、管理車両の自車位置から閉塞領域が既に設定された距離である総閉塞領域設定距離を、閉塞領域を設定する際の最大距離の値である閾値から引いた値、即ち閉塞領域を設定することのできる残りの距離が、既に設定されている閉塞領域に含まれるサブリンクの端点から次のサブリンク端点までの距離より長いかを判定する。総閉塞領域設定距離は、既に閉塞領域を設定したサブリンクの長さの和を求めることで計算される。次のサブリンク端点までの距離よりも閉塞領域を設定することのできる残りの距離が長い場合はステップ１３０３へ移行する。また次のサブリンク端点までの距離よりも閉塞領域を設定することのできる残りの距離が短い場合は、次のサブリンクを更に閉塞領域として加えることができないため、ステップ１３１３へ移行する。

ステップ１３０３では、既に閉塞領域に含まれているサブリンクの次のサブリンクを閉塞領域として設定して閉塞領域に追加し、ステップ１３０４へ移行する。ステップ１３０４では、新たに閉塞領域に加えたこのサブリンクの端点のノードが分岐ノードもしくは地図領域の境界点となる接続ノードであるかを判定する。サブリンクの端点が地図領域の境界に存在する境界点である場合にはステップ１３０５へ移行し、サブリンクの端点がリンクの分岐する分岐ノードであればステップ１３０６へ移行し、サブリンクの端点が分岐ノードでも地図領域の境界点でもない場合にはステップ１３０２へ戻る。

ステップ１３０５では、地図領域の境界と閉塞領域が重なることになるため、トポロジカル領域の境界点および接続するメトリック領域の境界辺を閉塞領域として設定し、ステップ１３１３へ移行する。ステップ１３０６では、管理車両が走行する予定の走行経路（あるいは、少なくとも管理車両１０１が向かう次のリンク）が運行管理部１０２にて設定されているかを判断する。管理車両１０１に今後走行する予定の走行経路が設定されていない場合、次に走行する予定のリンクを特定できないことから、閉塞領域の拡張を止めてステップ１３０７へ移行する。また管理車両が走行する予定の走行経路が設定されている場合、ステップ１３０８へ移行する。ステップ１３０７では、既に閉塞領域を設定したノードまでで閉塞を閉じ、ステップ１３１３へ移行する。

ステップ１３０８では、分岐ノードにつながる各リンクについて、分岐ノードに接続しているサブリンクの中に、別の管理車両（即ち、より以上に優先順位の高い管理車両）により既に閉塞領域が設定されているサブリンクが存在するかどうかを確認する。既に閉塞されているサブリンクが分岐ノードに接続していた場合、この分岐ノードで他の閉塞領域と隣接することになるため、閉塞領域の拡張を止めてステップ１３０７へ移行する。一方、分岐ノードに接続する全てのサブリンクにおいて閉塞が設定されていない場合、ステップ１３０９へ移行する。ステップ１３０９では、分岐ノードからの管理車両１０１の走行経路に従い、次に接続するリンクの最初のサブリンクに対して閉塞領域を設定し、ステップ１３０２へ戻る。

次にステップ１３０１における判定で、管理車両の自車位置がメトリック領域内にあると判断された場合の処理を説明する。ステップ１３１０では、管理車両１０１の位置を中心としたある範囲にかかるエリアを選択して閉塞領域に設定し、ステップ１３１１に移行する。この時、ある範囲の形は、円、楕円、矩形、多角形等の連続した１つの平面形状であるものとする。

ステップ１３１１では閉塞領域としたエリア内にメトリック領域の境界が存在するかを判断する。エリア内にメトリック領域の境界が存在するかどうかは、接続点３０６がこのエリアに含まれるかどうかで判断する。閉塞領域としたエリア内にメトリック領域の境界が存在しない場合、ステップ１３１３へ移行する。しかし閉塞領域としたエリア内にメトリック領域の境界が存在する場合、ステップ１３１２に移行する。ステップ１３１２では、閉塞領域としたエリアに含まれるメトリック領域の境界を閉塞領域の境界とし、平面の端を含むメトリック領域の内側までを閉塞領域として再設定し、ステップ１３１３へ移行する。ステップ１３１３では、設定された閉塞領域と管理車両の管理車両番号を閉塞領域データベース１０９へ保存し、処理を終了する。

以上の処理により、原則としてトポロジカル領域内の管理車両については、自車位置前方の走行予定のリンク上に所定距離の範囲内でサブリンク単位に閉塞領域が設定され、メトリック領域内の管理車両に対しては、所定の形状で閉塞領域が設定される。またトポロジカル領域とメトリック領域の近くに存在する管理車両については、これら領域の境界部分に閉塞領域が設定されることになる。

図１２の説明に戻り、ステップ１２０４にて閉塞領域の設定が終了した後、ステップ１２０５では、全ての管理車両１０１について閉塞領域の設定が終了したかを判断する。全ての管理車両の閉塞領域の設定が終わっている場合、ステップ１２０６へ移行する。閉塞領域の設定が終わっていない管理車両１０１が存在する場合、ステップ１２０２へ戻り、残りの管理車両について処理を繰り返す。

次に、ステップ１２０６では、地図データベース１０３から地図領域を選択して、ステップ１２０７へ移行する。地図領域の選択順序は予め決めておいて良い。ステップ１２０７では、ステップ１２０６で選択した地図領域について、その境界部分に閉塞領域が設定されているかどうかを、閉塞領域データベース１０９を参照して判断する。地図領域の境界に閉塞領域が設定されていない場合、ステップ１２１２に移行する。地図領域の境界に閉塞領域が設定されている場合には、ステップ１２０８へ移行する。ステップ１２０８では、閉塞領域データベース１０９から、対象としている地図領域の境界に対し閉塞領域を設定した全ての管理車両の内、自車位置がトポロジカル領域内に存在するものについて自車位置およびそれぞれの管理車両番号７０２を全て取得し、ステップ１２０９に移行する。ステップ１２０９では、ステップ１２０８で取得した管理車両１０１の内、トポロジカル領域内の区間に存在し最も地図領域の境界に近い車両位置を基に、設定された閉塞領域を複数の領域に分割して、ステップ１２１０に移行する。

図１４に、ステップ１２０９における閉塞領域の分割処理のフローチャートを示す。また、図１５に閉塞領域分割の例を示す。ステップ１４００において、処理対象とする管理車両が得られているか調べ、処理対象とする管理車両が無い、即ち、トポロジカル領域側に管理車両が存在しない場合には、閉塞領域を更に分割することはせずにそのまま処理を終了する。次に、ステップ１４０１において、対象とする領域境界の閉塞領域として登録されている境界点に接続するトポロジカル領域側のリンクを選択し、ステップ１４０２へ移行する。境界点に接続するリンクは地図データベース１０３から検索する。図１５に示す例では、領域の境界辺ＡＢ上のノード１５０１が境界点であり、接続するトポロジカル領域側のリンクはノード１５０１とノード１５０２を端点として持つリンク１５０３である。ステップ１４０２では、ステップ１２０８で得られた、この領域境界に閉塞領域を設定した全ての管理車両の中から管理車両番号の小さい順に１つ選択する。ステップ１４０３では、選択した管理車両（管理車両番号＝id）の優先順位７０３（ｐ(id)）およびトポロジカルネットワーク距離（Ｄ(id)）を計算し、ステップ１４０４へ移行する。ここでトポロジカルネットワーク距離は、対象としている管理車両のトポロジカルネットワーク上の位置までの境界点からのリンク距離の総和とする。図１５では、選択された車両が１５０４の場合、トポロジカルネットワーク距離は、ノード１５０１からノード１５０２までの距離およびノード１５０２からノード１５０５までの距離およびノード１５０５から管理車両１５０４の位置までの距離の総和となる。

ステップ１４０４では、ステップ１４０３で計算されたトポロジカルネットワーク距離Ｄ(id)が、この処理でこれまで計算されたトポロジカルネットワーク距離の中で最も小さい値（Ｄmin）よりも小さいかを判断し、Ｄ(id)の値がＤminと同じか大きい場合はステップ１４０５へ移行し、Ｄminより小さい値の場合はステップ１４０６へ移行する。ステップ１４０５では、ステップ１４０３で計算されたトポロジカルネットワーク距離Ｄ(id)が、これまで計算されたトポロジカルネットワーク距離の中で最も小さい値Ｄminと等しく、かつステップ１４０３で取得した選択車両の優先順位７０３（ｐ(id)）がこれまで計算された中で最も小さいトポロジカルネットワーク距離となる管理車両の優先順位７０３（ｐmin）よりも大きいかどうかを判断する。この判断結果が真ならステップ１４０６へ移行し、選択車両のトポロジカルネットワーク距離がこれまで計算されたトポロジカルネットワーク距離よりも大きいもしくは優先順位７０３が低い場合はステップ１４０７へ移行する。ステップ１４０６では、ステップ１４０３で計算したトポロジカルネットワーク距離を最小距離として記憶し、さらに管理車両番号とその優先順位７０３を記憶し、ステップ１４０７へ移行する。なお、この処理に先立ち、Ｄmin、ｐminは適切な値に初期化されているものとする。ステップ１４０７では全ての対象管理車両を選択し処理が完了したか判断し、全ての対象管理車両について処理が行われた場合には、ステップ１４０８へ移行し、対象管理車両が残っている場合はステップ１４０２へ戻って処理を繰り返す。

ステップ１４０８では境界点からのトポロジカルネットワーク距離が最小となった車両番号を選択し、ステップ１４０９へ移行する。ステップ１４０９では、ステップ１４０１で選択した境界点と接続するリンクもしくはその延長線上に対してステップ１４０８で選択した管理車両の自車位置を正射影した点を求め、ステップ１４１０へ移行する。図１５では、境界点と接続するリンク１５０３とその延長線１５０６に対して、選択された管理車両１５０４の位置を正射影した点１５０７を求める。ステップ１４１０では、正射影した点を中心として、境界点と接続するリンクもしくはその延長線とある角度θをなす直線Ｌ(θ)を求め、ステップ１４１１へ移行する。図１５では、境界点を管理車両１５０４の位置を正射影した点１５０７を中心に直線１５０６とある角度をなす直線１５０８を求める。ステップ１４１１では、ステップ１４１０にて求めた直線Ｌ(θ)と閉塞領域が設定されている境界辺との交点を求め、分割点として設定し、ステップ１４１２へ移行する。この時、境界辺と交わらない場合は、分割点に不可値を設定する。図１５では、直線１５０８と境界辺ＡＢとの交点１５０９を求めることになる。ステップ１４１２では、分割点の総数が予め決められた最大分割数より大きくなった場合に処理を終了する。分割点の総数が予め決められた最大分割数より小さい場合は、ステップ１４１０に戻り、ステップ１４１０からステップ１４１２までの処理を繰り返す。この方法において、角度θが全て等しい場合、遠くの境界の小領域は大きく、近くの境界の小領域は細かく分割することができる。また、角度θを選択された車両位置と境界辺との距離に応じて変更することで、境界辺を単純に等分割することも可能である。

図１２のフローの説明に戻り、ステップ１２１０では、ステップ１２０８で取得した地図領域の境界周辺の管理車両１０１の位置を考慮して、ステップ１２０９の境界分割処理を経て１つ以上の小領域として定義された地図領域の境界における閉塞領域の開放／閉塞を設定し、ステップ１２１１へ移行する。

ステップ１２１０における地図領域境界の各閉塞領域の閉塞を小領域の単位で解放する処理のフローを図１６に示す。ステップ１６０１では、ステップ１２０９にて設定した境界辺の分割点を取得する。境界辺上のこれらの分割点の間が小領域となる。なおステップ１２０９の処理で境界辺が分割されなかった場合には、境界辺端を分割点と見なし、境界辺自体を小領域として扱う。そして各小領域について図８に示すテーブルを作成する。このテーブルでは、列８０１に小領域の取得順にその通し番号を設定する。各行にはそれぞれの小領域の始点８０２と終点８０３の座標を設定する。これは小領域の両端に位置する分割点の座標が用いられる。そして各小領域の閉塞状況８０４を設定する。閉塞状況８０４には最初、全て‘非閉塞’が設定される。

次にステップ１６０２では、ステップ１２０８において取得した、閉塞領域近傍の車両の中からメトリック領域内に存在する管理車両を１つ選択し、その自車位置を取得してステップ１６０３へ移行する。ステップ１６０３では、ステップ１６０２にて選択した管理車両の自車位置から、境界点に接続するトポロジカル領域側のリンクに対し平行な直線Ｌpを求めて、ステップ１６０４へ移行する。ステップ１６０４では、直線Ｌpと境界辺の交点を求め、その交点を含む小領域の番号を選び、ステップ１６０５へ移行する。ステップ１６０５では、ステップ１６０４で取得した小領域番号８０４の行に閉塞設定し、ステップ１６０６へ移行する。ステップ１６０６では、ステップ１２０８において取得した車両の中からメトリック領域内に存在する全ての車両が選択され、ステップ１６０２からステップ１６０５の処理が行われたかを判断し、全ての対象車両が選択されている場合は処理を終了する。また選択されていない対象車両が存在する場合は、ステップ１６０２へ戻り、処理を繰り返す。

このようにして、地図領域の境界辺を、この境界辺に接近してくるトポロジカル領域側の紙管理車両と境界線との位置関係により複数の小領域に分割し、それぞれの小領域の長さを決定する。

図１６に示した処理の一例を図１７に示す。メトリック領域の平面１７０１の辺ＡＢが境界辺となっており、この境界辺に対しステップ１２０４の処理によって閉塞領域が設定されているとする。そしてステップ１２０９の処理によりトポロジカル領域内の管理車両１７０２により境界辺ＡＢがＡＣ、ＣＯ、ＯＤ、ＤＥ、ＥＢの５つの小領域に分割されるものとする。更にステップ１６０２の処理で取得したメトリック領域区間の管理車両が、管理車両１７０３、１７０４、１７０５の３台であった場合、それぞれの管理車両の自車位置から、境界点Ｏに繋がるトポロジカルネットワークのリンクと平行に線を引き、辺ＡＢと交わった点を含む小領域を閉塞領域とする。この図１７の例の場合、小領域ＡＣ、ＥＢで境界辺と平行線が交わるため、これら小領域の閉塞状況として‘閉塞’が設定される。

再び図１２のフローの説明に戻り、ステップ１２１１では、閉塞状況に‘非閉塞’が設定され閉塞が解放された小領域の各始点８０２および終点８０３の座標を端点とする線分からある一定距離の範囲のメトリック領域についても閉塞領域から開放して、メトリック領域における閉塞領域を再設定し、領域データベースを更新してステップ１２１２へ移行する。解放する閉塞の形状は小領域の始点８０２および終点８０３の座標を端点とする線分を含む、円、楕円、矩形、多角形などの形状で良い。

ステップ１２１２では、全ての地図領域の境界において閉塞領域の解放が終了したかどうかを判断する。全ての地図領域の境界において閉塞領域の解放が終了している場合は、ステップ１２１３へ移行する。閉塞領域の解放が終了していない地図領域が存在する場合は、ステップ１２０６へ戻り処理を繰り返す。そして、ステップ１２１３にて車両走行計画部１０７へ閉塞解放処理が終了したことを示すメッセージを送信する。

このようにして、トポロジカル領域とメトリック領域の境界における境界点とこれに対応する境界辺を全て閉塞してしまい、どの車両も境界を通過できなくなることで、本来進入してもよい車両を停止させたり、迂回が必要ない車両まで迂回指示を出したりすることを防ぐため、閉塞領域が設定された境界辺を複数の領域に分割して閉塞領域の閉塞状況をより詳細に設定するようにし、車両の存在しない領域の閉塞を開放することによって、地図の表現方法がトポロジカルからメトリックへ、もしくはその逆方向に変化する境界において、移動体の安全な運行を保証するとともに、運行効率の低下を防ぐことができる。

車両走行計画部１０７は、閉塞領域算出・設定部１０６からのメッセージを受け、メモリ領域１１０に保存されている各管理車両の自車位置の情報と地図データベース１０３および閉塞領域データベース１０９に格納された情報を用いて、各管理車両の走行経路の計画を立てる。走行経路の計画は、各管理車両が設定した閉塞領域内における管理車両の自車位置から、その管理車両に対して設定されている目的地もしくは閉塞領域端点までの走行経路に対応する通過点の系列で表わされる。トポロジカル領域の場合は走行経路に含まれるノードの位置を通過順に並べる。また、メトリック領域の地図領域の境界線およびメトリック領域内では、ある一定距離ごとに通過する目標となる点（ウェイポイント）を定め、その位置を通過順に並べる。また、地図領域の境界辺において閉塞領域算出・設定部１０６により設定された閉塞領域内に境界点が存在する場合、境界点の位置つまりメトリック領域に接続するリンクの終点の位置を、メトリック領域の境界辺において閉塞が設定されていない小領域があればその小領域に移し、その点を通過点として登録する。登録された通過点は通信部１０８を通して各車両へ送信される。

車両走行計画部１０７における走行経路の計画の作成フローを図１８に示す。ステップ１８０１では、全ての管理車両の中から優先順位７０３の順に管理車両を１つ選択し、ステップ１８０２へ移行する。ステップ１８０２では、メモリ領域１１０の中からステップ１８０１で選択した管理車両の管理車両番号７０２に対応する目的地７０４および自車位置７０５の情報を取得し、さらに閉塞領域データベース１０９におけるトポロジカル領域、メトリック領域それぞれの閉塞領域の情報の中から、閉塞車両番号５０３、６０３の中に、選択された管理車両の管理車両番号が含まれている閉塞領域を抽出し、その閉塞領域において閉塞が設定されているサブリンクＩＤ５０２あるいはエリアＩＤ６０２を全て取得して、ステップ１８０３へ移行する。

ステップ１８０３では、抽出した閉塞領域の内に地図領域の境界が存在するかを判断する。地図領域の境界が存在するか否かの判断は、ステップ１８０２で取得したエリアＩＤに対応するエリアのエリア形状をメトリック領域のメトリックＩＤに対応したデータの中から読み出し、その領域の中に接続点が含まれるかどうか、もしくはステップ１８０２で取得したリンクＩＤに対応するリンクに接続点が含まれるかどうかで判断する。地図領域の境界が閉塞領域内に存在する場合はステップ１８０４へ移行し、存在しない場合はステップ１８０８へ移行する。ステップ１８０４では、ステップ１８０１で選択した管理車両の自車位置７０５がトポロジカル領域上に存在するかどうかを判断する。トポロジカル領域上に存在する場合は、ステップ１８０５へ移行し、メトリック領域上に存在する場合はステップ１８０８へ移行する。

ステップ１８０５では、ステップ１８０１で選択した管理車両よりも優先順位の高い車両の走行経路を取得する。走行計画の作成処理は優先順位の高い管理車両から順に処理されるため、優先順位の高い管理車両の走行経路は既に設定されていることから、メモリ領域１１０から走行経路７０９の情報を取得すれば良い。走行経路を取得すればステップ１８０６へ移行する。ステップ１８０６では、ステップ１８０５で取得した走行経路の範囲を境界辺へ正射影した範囲と、ステップ１８０２で取得した閉塞領域の閉塞範囲との重なりを判断する。閉塞範囲との重なりは、経路走行に設定されたウェイポイントを全て境界辺に正射影した点が、閉塞状況に‘非閉塞’が設定されている小領域内にあるかどうかで判断すれば良い。

次にステップ１８０７では、走行経路の範囲を正射影した範囲と閉塞領域において閉塞範囲とが重ならない、閉塞状況が‘非閉塞’の小領域が抽出されれば、抽出された小領域上の１点を閉塞領域の端点として設定し、ステップ１８０８へ移行する。ステップ１８０８では、閉塞領域の端点もしくは目的地までの走行経路を生成する。これにより、閉塞領域を越えて管理車両が走行した場合でも、より優先度の高い管理車両の走行経路を妨害することなく小領域を通過させることが出来るようになる。また閉塞領域の端点が設定されていない場合、即ち、ステップ１８０６において走行経路の範囲を正射影した範囲と閉塞範囲とが重ならない閉塞状況が‘非閉塞’の小領域が抽出されなかった場合には、接続点までの走行経路を生成する。

これにより、複数の管理車両による小領域の閉塞が重なるような場合でも、優先順位の高い管理車両が設定する閉塞が優先されて設定されることになり、優先順位の高い管理車両が設定する閉塞を設定した小領域を迂回する走行経路が生成されることになる。

生成する走行経路は、トポロジカル領域においては、ダイクストラ法により求めた自車位置から目的地までの最短経路とし、メトリック領域においては例えば、メトリック領域を細かなメッシュに区切り、自車位置を含むメッシュから目的地又は閉塞領域の端点を含むメッシュまで、メトリック領域に設定された閉塞領域に含まれないメッシュを繋ぐことで生成できる。次にステップ１８０９にて全ての管理車両に走行経路が設定されたかを確認し、設定されていない場合はステップ１８０１へ戻り、ステップ１８０８での処理を繰り返す。全ての管理車両に走行経路が設定されている場合は、処理を終了する。

なお、上記の説明では、優先順位の高い管理車両の走行経路を境界辺に正射影していたが、小領域毎に閉塞状況を設定する際と同様に、境界点に接続するトポロジカル領域側のリンクと平行に、走行経路を境界辺へ投影する様にしても良い。

図１９に走行経路生成の一例を示す。ある管理車両１９０１がノードｎ６〜ノードｎ７の間に存在したとする。ある時間において、管理車両１９０１の閉塞領域がノードｎ３まで続いていたとすると、設定される経路は［ｎ７、ｎ３］となる。その後、ウェイポイントｗ０からノードｎ３の間に管理車両１９０１が移動し、また境界辺ＡＢが全て管理車両１９０１の閉塞領域に設定されているものとする。この時、管理車両１９０１よりも優先順位の高い管理車両の走行経路を取得し、図の太線矢印に示すような走行経路１９０３であったとする。この優先順位の高い管理車両の走行経路１９０３を境界辺ＡＢに正射影すると、境界辺における管理車両１９０１による閉塞領域の小領域の内、区間ＣＤの小領域と範囲が重なるため、重なりの無い小領域上の１点、ここでは区間ＡＣの小領域における辺ＡＣの中間点ｗ１を一つ目の閉塞領域の端点とする。そして、この端点を含む［ｗ０、ｗ１］が経路に設定される。その後、管理車両１９０１が区間ＡＣの小領域からメトリック領域区間に入った場合、閉塞領域の範囲内で目的地１９０２までの経路が設定され、［ｗ２、ｗ３、目的地１９０２］の走行経路が設定される。

従来は、メトリック領域の境界辺ＡＢが全て閉塞領域として閉塞され、管理車両１９０１が接続点ｎ０からメトリック領域区間に進入する際に、他の管理車両による閉塞が解かれるまで接続点ｎ０の手前で一時停止している必要があった。しかし、閉塞領域算出・設定部１０６を設けることで、他の管理車両による閉塞の一部が解かれ、走行経路が接続点ｎ０ではなく、他の管理車両による閉塞が無い小領域上のｗ１を通るように設定されるので、無駄な一時停止をせず、効率よく管理車両を走行させることができる。

車両走行計画部１０７では、全ての管理車両の走行経路が設定されれば、その走行経路を通信部１０８から路上装置１１７を通して各管理車両１０１へ送る。各管理車両では、路車間通信部１１２から受けた走行経路を運動計画部１１３に送り、運動計画部１１３にて走行経路に沿って走行経路上の各目標点に順に到達できるように速度計画および操舵計画を立てる。また、運動制御部１１４では運動計画部１１３で立てた操舵計画に基づき、車両運動を制御し、自律走行を実現する。

１０１ 管理車両
１０２ 運行管理部
１０３、１１５ 地図データベース
１０４ 車両位置管理部
１０５ 車両通過監視部
１０６ 閉塞領域算出・設定部
１０７ 車両走行計画部
１０８ 通信部
１０９ 閉塞領域データベース
１１０ メモリ領域
１１２ 路車間通信部
１１３ 運動計画部
１１４ 運動制御部
１１６ 自車位置算出部
１１７ 路上装置

Claims (7)

1. 車両の走行範囲が点と線で表わされた第１の区間と、車両の走行範囲が面で表わされた第２の区間の地図が混在する地図データベースと、
   複数の車両の位置を管理する車両位置管理部と、
   第１の区間と第２の区間の境界周辺における車両の有無を判断し、境界周辺に車両が存在する場合に、その境界を他の車両が進入しないように閉塞領域に設定する閉塞設定部と、
   を備えた運行管理部を有し、
   前記運行管理部から各車両に対し走行経路を通知する自律走行システムにおいて、
   前記閉塞設定部は、閉塞領域が設定された前記境界を複数の領域に分割し、分割した各領域について通過する車両が存在しない分割領域の境界の閉塞を開放し、
   第１の区間と第２の区間の境界に設定されている分割領域の閉塞領域に基づいて車両の走行経路を計画する車両走行計画部と、
   を有することを特徴とする自律走行システム。
2. 請求項１に記載の閉塞設定部において、境界を複数の領域に分割する際は、当該境界に近付く車両と該境界との位置関係によって、境界の複数に分割する領域の長さを決定することを特徴とする自律走行システム。
3. 請求項１または２に記載の自律走行システムにおいて、前記閉塞設定部は、各車両には優先度が設定されており、小領域に対する閉塞領域の設定は優先度の高い車両が設定する閉塞が優先されること特徴とする自律走行システム。
4. 請求項１−３に記載の自律走行システムのいずれかにおいて、前記車両走行計画部は、前記第１の区間と第２の区間の境界における境界点が優先度の高い車両により閉塞されていた場合、優先度の高い車両が閉塞していない境界のある１点を目標点として走行経路計画を立てることを特徴とする自律走行システム。
5. 請求項４に記載の自律走行システムにおいて、前記車両走行計画部は、優先度の高い車両の走行経路を取得し、優先度の高い車両により閉塞領域が設定された分割された境界の領域を避けて走行経路を生成することを特徴とする自律走行システム。
6. 請求項１に記載の運行管理装置において、路面の表現が点と線で表わされた区間から面で表わされた区間に入ったこと、もしくは路面が面で表わされた区間から点と線で表わされた区間に入ったことを検知する車両通過監視部を有することを特徴とする自律走行システム。
7. 請求項１に記載の車両位置管理部において、地図データベースを用いて、路面が点と線で表わされた区間には線上もしくは点上の自車位置を計算する自車位置推定を行い、面で表わされた区間では面上の自車位置推定に切り替わることを特徴とする自律走行システム。

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