JP6971900B2 - 車両位置推定装置および車両位置推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両位置推定装置および車両位置推定方法に関する。

レーン逸脱警報システム（ＬＤＷＳ, Lane Departure Warning System）およびレーンキーピングアシストシステム（ＬＫＡＳ, Lane Keeping Assist System）等は、カメラなどで車線境界線（例えば白線）を認識し、車両が走行すべき車線を判断する。これらのシステムは、ドライバの運転負荷を下げるシステムとして非常に有用である。またＬＤＷＳおよびＬＫＡＳは、車線上の車両位置を検出することにより、経路案内を車線単位で実現する。

これらのシステムは、車線境界線を明確に検出できる状況では非常に有効に動作する。しかし、車線境界線のカスレまたは気象状況によっては、システムが車線境界線を認識できず、ドライバに所定の機能を提供することができない。

このため、車線境界線によらず、車両周囲に存在する固定物を検出することにより車両位置を特定する装置が提案されている。特許文献１に開示されている車両位置推定装置は、レーダ装置が道路周囲に存在する固定物を検出することにより得られる固定物の位置データと、道路周辺環境記憶装置に予め記憶されている固定物の位置データとを比較することにより、ナビゲーション装置が求めた車両の現在位置を修正する。

特開平１０−３００４９３号公報

トンネルのように車両の上方が連続的な閉塞物で覆われている環境においては、ＧＮＳＳ信号の検出が困難である。そのため、ナビゲーション装置が求める車両の現在位置の精度が悪い。その上、トンネル内の固定物がまばらにしか存在しない状況または他車両の影響により固定物を検出することができない状況においては、特許文献１に記載の車両位置推定装置は車両の現在位置を修正することができない。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、車両の上方が閉塞物で覆われている環境において、車両位置を精度よく推定することができる車両位置推定装置の提供を目的とする。

本発明に係る車両位置推定装置は、車両が走行している位置である車両位置を１次車両位置として取得する車両位置取得部と、車両が走行可能な領域の上方を覆う閉塞物の３次元形状データが格納された３次元構造物データベースに含まれ、かつ、１次車両位置に対応する閉塞物の３次元形状データと、１次車両位置において実測された車両の上方を覆う閉塞物の形状データと、を照合し、１次車両位置よりも詳細な２次車両位置を推定する車両位置推定部と、を含む。車両が走行可能な領域の上方を覆う閉塞物は、複数の車線を有する道路の上方を覆うトンネルである。複数の車線の各々の位置は、トンネルの３次元形状データと対応づけられている。１次車両位置は、トンネル内の道路である。車両位置推定部は、トンネルの３次元形状データに対応づけられたそのトンネル内の複数の車線のうち一の車線を、１次車両位置よりも詳細な２次車両位置として推定する。

本発明によれば、車両の上方が閉塞物で覆われている環境において、車両位置を精度よく推定する車両位置推定装置の提供が可能である。

本発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白になる。

実施の形態１における車両位置推定装置およびそれに関連して動作する装置の構成を示すブロック図である。 車両位置推定装置が含む処理回路の構成を示す図である。 車両位置推定装置が含む処理回路の構成を示す図である。 実施の形態１における車両位置推定方法を示すフローチャートである。 実施の形態２における車両位置推定装置およびそれに関連して動作する装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２におけるトンネル内の走行リンクを走行する車両を示す図である。 実施の形態２における複数の車線を有する道路において一の車線を走行する車両を示す図である。 実施の形態２におけるトンネルの形状の一例を示す図である。 実施の形態２における車両位置推定方法を示すフローチャートである。 実施の形態２における車両位置推定部の動作を示すフローチャートである。 実施の形態２における実測されたトンネルの形状データを示す図である。 実施の形態２におけるトンネルの３次元形状データと実測されたトンネルの形状データの照合結果を示す図である。 実施の形態２における車両の側方位置と車線との位置関係を示す図である。 実施の形態２における実測されたトンネルの形状データを示す図である。 実施の形態２におけるトンネルの３次元形状データと実測されたトンネルの形状データの照合結果を示す図である。 実施の形態２における実測されたトンネルの形状データを示す図である。 実施の形態２におけるトンネルの３次元形状データと実測されたトンネルの形状データの照合結果を示す図である。 実施の形態２における実測されたトンネルの形状データを示す図である。 実施の形態２におけるトンネルの３次元形状データと実測されたトンネルの形状データの照合結果を示す図である。 実施の形態２の変形例における車両位置推定装置およびそれに関連して動作する装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態３における車両位置推定装置およびそれに関連して動作する装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態３における車両位置推定方法を示すフローチャートである。 実施の形態３における車両位置推定部の動作を示すフローチャートである。 実施の形態４における車両位置推定装置およびそれに関連して動作する装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態４における車両位置推定方法を示すフローチャートである。 実施の形態４における車両位置推定部の動作を示すフローチャートである。 実施の形態４における車両の周辺環境検出装置が２階層道路の天井を実測している状態を示す図である。 実施の形態４における車両位置推定部の動作を示すフローチャートである。 実施の形態５における車両位置推定システムの構成を示すブロック図である。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１における車両位置推定装置１００およびそれに関連して動作する装置の構成を示すブロック図である。車両位置推定装置１００は、車両位置取得部１０と車両位置推定部２０とを有する。また、図１には、車両位置推定装置１００に関連して動作する装置として、車両位置検出装置１１０、３次元構造物データベース１２０、周辺環境検出装置１３０および車両位置利用装置１４０が示されている。

車両位置取得部１０は、車両が走行している位置である車両位置を取得する。車両位置取得部１０が取得する車両位置を、以下、１次車両位置という。車両位置取得部１０は、１次車両位置を車両位置検出装置１１０から取得する。

車両位置検出装置１１０は、センサ信号と地図データベースとに基づき、１次車両位置を検出する。車両位置検出装置１１０は、マップマッチング処理を行ってもよい。車両位置検出装置１１０は車両に設けられている。センサ信号は、例えば、ＧＮＳＳ受信機から出力される信号、車両速度センサから出力される信号、または、加速度センサから出力される信号である。地図データベースは、例えばサーバ等の記憶部（図示せず）に記憶されている。地図データベースは、車両が走行可能な領域の道路属性を走行リンクごとに格納している。道路属性とは、例えば道路形状または道路が有する車線数である。１次車両位置は、例えば、車両が走行している走行リンクである。１次車両位置は、例えば、数ｍオーダーの精度で特定された車両位置である。

車両位置推定部２０は、１次車両位置よりも詳細な車両位置である２次車両位置を推定する。その推定の際、車両位置推定部２０は、１次車両位置に対応する閉塞物の３次元形状データを３次元構造物データベース１２０から取得する。車両位置推定部２０は、１次車両位置において実測された車両の上方を覆う閉塞物の形状データを周辺環境検出装置１３０から取得する。車両位置推定部２０は、１次車両位置に対応する閉塞物の３次元形状データと、１次車両位置において実測された車両の上方を覆う閉塞物の形状データと、を照合する。車両位置推定部２０は、その照合結果に基づき、２次車両位置を推定する。閉塞物とは、例えば、トンネル、複数の階層を有する多階層道路（高架道路）の天井、複数の階層を有する立体駐車場の天井である。ただし、閉塞物は、それらに限定されるものではない。

３次元構造物データベース１２０は、車両が走行可能な領域の上方を覆う閉塞物の３次元形状データを格納している。３次元形状データは、閉塞物の物理構造に対応する。３次元形状データは、車両が走行可能な領域と対応付けられている。例えば、３次元構造物データベース１２０は、車両が走行可能な領域における複数の地点と各地点における上方の閉塞物までの距離とが互いに対応付けられて格納されたデータベースである。３次元構造物データベース１２０は、例えばサーバ等の記憶部に記憶されている。３次元構造物データベース１２０は、地図データベースとともに記憶部に記憶されていてもよい。

周辺環境検出装置１３０は、車両に設けられている。周辺環境検出装置１３０は、車両の上方を覆う閉塞物の形状を実測することにより形状データを取得する。周辺環境検出装置１３０は、例えば、車両を起点として、車両から閉塞物上の複数の位置までの距離を実測する。周辺環境検出装置１３０は、車両から上方に一定距離以上離れた位置に存在する構造物の形状を検出してもよい。周辺環境検出装置１３０が閉塞物を実測する方向は、車両の進行方向に対し直交する方向が好ましいが、それに限定されるものではない。周辺環境検出装置１３０は、車両から車両の前方かつ上方もしくは後方かつ上方に位置する閉塞物までの距離を実測してもよい。周辺環境検出装置１３０が実測する形状データは、閉塞物の物理構造の一部に対応する。周辺環境検出装置１３０が検出する閉塞物の形状データは、例えば、車両の走行方向と垂直に交わる断面における閉塞物の形状を示すデータである。形状データは、閉塞物の形状を表す２次元データであってもよいし、３次元データであってもよい。形状データの形態は上記に限定されるものではない。車両位置推定部２０は、周辺環境検出装置１３０が実測した閉塞物の形状データを取得する。

車両位置利用装置１４０は、車両位置推定部２０にて推定された２次車両位置を利用する装置である。車両位置利用装置１４０は、例えば、ドライバアシスト装置、表示装置または音声出力装置である。ドライバアシスト装置とは、車線単位で車両を制御する装置またはその制御を補助する装置である。ドライバアシスト装置とは、例えば、ＬＫＡＳ、ＬＤＷＳまたはナビゲーションシステムである。表示装置または音声出力装置は、２次車両位置をユーザに報知する。

（処理回路）
図２は車両位置推定装置１００が含む処理回路９０の構成を示す図である。車両位置取得部１０および車両位置推定部２０の各機能は、処理回路９０により実現される。すなわち、処理回路９０は、車両位置取得部１０および車両位置推定部２０を含む。

処理回路９０が専用のハードウェアである場合、処理回路９０は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせた回路等である。車両位置取得部１０および車両位置推定部２０の各機能は、複数の処理回路により個別に実現されてもよいし、１つの処理回路によりまとめて実現されてもよい。

図３は車両位置推定装置１００が含む処理回路の別の構成を示す図である。処理回路は、プロセッサ９１とメモリ９２とを含む。プロセッサ９１がメモリ９２に格納されるプログラムを実行することにより、車両位置取得部１０および車両位置推定部２０の各機能が実現される。例えば、プログラムとして記述されたソフトウェアまたはファームウェアがプロセッサ９１により実行されることにより各機能が実現される。すなわち、車両位置推定装置１００は、プログラムを格納するメモリ９２と、そのプログラムを実行するプロセッサ９１とを含む。

プログラムには、車両位置推定装置１００が、車両が走行している位置である車両位置を１次車両位置として取得し、車両が走行可能な領域の上方を覆う閉塞物の３次元形状データが格納された３次元構造物データベース１２０に含まれ、かつ、１次車両位置に対応する閉塞物の３次元形状データと、１次車両位置において実測された車両の上方を覆う閉塞物の形状データと、を照合し、１次車両位置よりも詳細な２次車両位置を推定する機能が記述されている。また、プログラムは、車両位置取得部１０および車両位置推定部２０の手順または方法をコンピュータに実行させるものである。

プロセッサ９１は、例えば、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等である。メモリ９２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリである。または、メモリ９２は、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等、今後使用されるあらゆる記憶媒体であってもよい。

上述した車両位置取得部１０および車両位置推定部２０の各機能は、一部が専用のハードウェアによって実現され、他の一部がソフトウェアまたはファームウェアにより実現されてもよい。このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現する。

（車両位置推定方法）
車両位置推定装置１００の動作および車両位置推定方法について説明する。図４は、実施の形態１における車両位置推定方法を示すフローチャートである。

ステップＳ１０にて、車両位置取得部１０は、車両が走行している位置である車両位置を１次車両位置として取得する。

ステップＳ２０にて、車両位置推定部２０は、１次車両位置よりも詳細な２次車両位置を推定する。その際、車両位置推定部２０は、３次元構造物データベース１２０に含まれかつ１次車両位置に対応する閉塞物の３次元形状データと、１次車両位置において実測された閉塞物の形状データとを照合し、２次車両位置を推定する。

ステップＳ３０にて、２次車両位置が車両位置利用装置１４０に出力される。

（効果）
以上をまとめると、実施の形態１における車両位置推定装置１００は、車両が走行している位置である車両位置を１次車両位置として取得する車両位置取得部１０と、車両が走行可能な領域の上方を覆う閉塞物の３次元形状データが格納された３次元構造物データベース１２０に含まれ、かつ、１次車両位置に対応する閉塞物の３次元形状データと、１次車両位置において実測された車両の上方を覆う閉塞物の形状データと、を照合し、１次車両位置よりも詳細な２次車両位置を推定する車両位置推定部２０と、を含む。

以上の構成により、車両位置推定装置１００は、車両の上方が閉塞物で覆われている環境において、車両位置を精度よく推定することができる。特に、車両の情報が連続的な閉塞物で覆われ、かつ、車両位置を照合するための固定物がまばらにしか存在しない状況、または、固定物の検出が困難な状況においても、車両位置推定装置１００は、車両位置を精度よく検出できる。

車両位置推定部２０が取得する閉塞物の形状データは、車両が走行可能な領域の上方に位置する閉塞物の形状を示すデータである。そのため、周辺環境検出装置１３０が閉塞物の形状を実測する際、車両の周辺を走行する他の車両または車両の周辺に位置する障害物等により、その閉塞物の計測を阻害されることがない。

車両位置推定装置１００は、車線の上空または車両が走行可能な領域の情報に存在する上空構造物の位置または形状を検出してもよい。それにより、車両位置推定装置１００は、車両の進行方向に対しても走行位置を推定することができる。

また、実施の形態１における車両位置推定方法は、車両が走行可能な領域の上方を覆う閉塞物の３次元形状データが格納された３次元構造物データベース１２０に含まれ、かつ、１次車両位置に対応する閉塞物の３次元形状データと、１次車両位置において実測された車両の上方を覆う閉塞物の形状データと、を照合し、１次車両位置よりも詳細な２次車両位置を推定する。

以上の構成により、車両位置推定方法によれば、車両の上方が閉塞物で覆われている環境において、車両位置を精度よく推定することができる。

＜実施の形態２＞
実施の形態２における車両位置推定装置および車両位置推定方法を説明する。なお、実施の形態１と同様の構成および動作については説明を省略する。

図５は、実施の形態２における車両位置推定装置１０１およびそれに関連して動作する装置の構成を示すブロック図である。実施の形態２において、車両位置推定装置１０１は車両に設けられる。車両が走行可能な領域は、道路である。また、その道路の上方を覆う閉塞物は、トンネルである。また、車両が走行している道路は、複数の車線を有する。つまり、車両は、複数の車線を有するトンネル内の道路を走行している。

車両位置取得部１０は、車両が走行しているトンネル内の道路を１次車両位置として車両位置検出装置１１０から取得する。実施の形態２において、車両はトンネル内の道路を走行しているため、１次車両位置は、車両が走行している車線を特定するほどに詳細ではない。車両位置検出装置１１０は、例えば、車両が走行可能な複数の走行リンクのうちトンネル内の道路に対応する走行リンクを１次車両位置として検出する。図６は、トンネル内の走行リンク２を走行する車両１を示す図である。この場合、車両位置取得部１０は、走行リンク２を１次車両位置として取得する。

車両位置推定部２０は、トンネル内の道路が有する複数の車線のうち車両が走行している一の車線を２次車両位置として推定する。その際、車両位置推定部２０は、１次車両位置に対応するトンネルの３次元形状データを３次元構造物データベース１２０から取得する。また、周辺環境検出装置１３０は、１次車両位置において車両の上方を覆うトンネルの形状データを実測する。車両位置推定部２０は、その実測された形状データを取得する。車両位置推定部２０は、トンネルの３次元形状データと、１次車両位置において実測された形状データと、を照合する。その照合結果に基づき、車両位置推定部２０は、トンネル内における複数の車線のうち、車両１が走行している一の車線を２次車両位置として推定する。図７は、複数の車線３を有する道路において一の車線を走行する車両１を示す図である。

ドライバアシスト装置１４１は、実施の形態１に示された車両位置利用装置１４０である。ドライバアシスト装置１４１は、車線単位で車両１を制御する装置またはその制御を補助する装置である。ドライバアシスト装置１４１は、例えば、ＬＫＡＳ、ＬＤＷＳまたはナビゲーションシステムである。

（３次元構造物データベース）
３次元構造物データベース１２０は、道路の上方を覆うトンネルの３次元形状データが格納されているデータベースを含む。図８は、実施の形態２におけるトンネル５０の形状の一例を示す図である。トンネル５０は、円筒形状の断面を有する。３次元形状データは、トンネル５０の物理構造に対応する。３次元構造物データベース１２０は、道路４の複数の位置と各位置におけるトンネル５０の形状とが対応付けられた３次元形状データを格納する。道路４の複数の位置とは、例えば、各車線３の位置である。３次元形状データには、トンネル５０の形状として、例えば、天井の凹凸形状５１、トンネル５０内に設置された看板５２の形状、照明５３の形状もしくは換気扇（図示せず）の形状が含まれる。また、３次元形状データは、トンネル５０の側面の形状など、トンネル５０の形状に関するあらゆるデータを含んでもよい。

（車両位置推定方法）
図９は、実施の形態２における車両位置推定方法を示すフローチャートである。なお、説明を簡単にするため、車両１の周辺には閉塞物であるトンネル５０以外に、移動体または障害物などトンネル５０の３次元形状の認識を阻害する物体がないものとする。

ステップＳ１１０にて、車両位置取得部１０は、車両１が走行している位置であるトンネル５０内の道路４を１次車両位置として取得する。車両位置検出装置１１０は、車両が走行しているトンネル５０内の道路４を１次車両位置として検出する。車両位置取得部１０は、その１次車両位置を取得する。

ステップＳ１２０にて、車両位置推定部２０は、トンネル５０内の道路４における一の車線３を２次車両位置として推定する。図１０は、ステップＳ１２０における車両位置推定部２０の詳細な動作を示すフローチャートである。

ステップＳ１２１にて、車両位置推定部２０は、１次車両位置において実測されたトンネル５０の形状データを取得する。車両１は、周辺環境検出装置１３０が車両１の上方を実測しながら走行している。車両１がトンネル５０内を走行することにより、トンネル５０の形状データが取得される。図１１は、実測されたトンネル５０の形状データｒａを示す図である。中心位置は、車両１の中心に対応する。

ステップＳ１２２にて、車両位置推定部２０は、車両１の上方が閉塞物に覆われているか否かを判定する。閉塞物に覆われていない場合、周辺環境検出装置１３０にて形状データｒａが得られない。閉塞物に覆われていると判定された場合、ステップＳ１２３が実行される。閉塞物に覆われていないと判定された場合、ステップＳ１２６が実行される。

ステップＳ１２３にて、車両位置推定部２０は、３次元構造物データベース１２０に含まれかつ１次車両位置に対応するトンネル５０の３次元形状データを取得する。つまり、車両位置推定部２０は、１次車両位置に基づき、３次元構造物データベース１２０から車両１が走行しているトンネル５０の３次元形状データを取得する。

ステップＳ１２４にて、車両位置推定部２０は、トンネル５０の３次元形状データＴ１と実測された形状データｒａとを照合する。図１２は、トンネル５０の３次元形状データＴ１と実測されたトンネル５０の形状データｒａの照合結果を示す図である。

ステップＳ１２５にて、車両位置推定部２０は、照合結果に基づき、トンネル５０内の道路４における一の車線を２次車両位置として推定する。図１２に示されるように、車両位置推定部２０は、実測された形状データｒａが３次元形状データＴ１に一致する位置を求める。その位置において、車両位置推定部２０は、実測された形状データｒａの中心位置に対応する道路４上の位置を求める。また、トンネル５０の３次元形状データＴ１は、道路４の各車線の位置と対応づけられている。距離ｄ１は、トンネル５０の側壁から車道外側線４ａまでの距離である。距離ｄ２は、トンネル５０の側壁から第１車線と第２車線との車線境界線４ｂまでの距離である。ここでは、車両１の中心位置は、距離ｄ１から距離ｄ２の間に位置する。よって、車両位置推定部２０は、第１車線内に車両１が存在すると判定し、第１車線を２次車両位置として推定する。車両位置推定部２０は、第１車線の左側の車道外側線４ａから車両１の中心位置までの距離で表される車両１の側方位置を２次車両位置として推定してもよい。ここでは、２次車両位置は、第１車線およびその第１車線における車両１の側方位置である。車両１の側方位置を推定することは、つづくステップＳ１３０にて示されるように、２次車両位置がドライバアシスト装置１４１に出力される場合に効果的である。

ステップＳ１２６にて、車両位置推定部２０は、３次元形状データＴ１と実測された形状データｒａとを照合しない。

ステップＳ１３０にて、２次車両位置がドライバアシスト装置１４１に出力される。ドライバアシスト装置１４１は、車両１の側方位置である２次車両位置と車線情報とに基づき車両１を制御する。図１３は、車両１の側方位置と車線との位置関係を示す図である。車両１の側方位置ｙは、第１車線を走行中の場合、左側の車道外側線４ａを起点とし、車両１の中心位置までの距離で表される。ただし、その起点は、車線境界線４ｂもしくは車道中央線４ｃなどであってもよい。図１３において、距離ＤＬは、車両１と左側の車道外側線４ａとの距離である。距離ＤＬは、ＤＬ＝ｙ−Ｄａ／２の関係を有する。ここで、Ｄａは、車両１の車幅である。また、距離ＤＲは、車両１と右側の車線境界線４ｂとの距離である。距離ＤＲは、ＤＲ＝Ｌ１−ｙ−Ｄａ／２の関係を有する。ここで、Ｌ１は、第１車線の車線幅員である。ＬＫＡＳは、距離ＤＬおよび距離ＤＲが一定の距離以下となるように、車両１を制御する。また、ＬＤＷＳは、距離ＤＬおよび距離ＤＲが一定の距離以下で、かつ、車両１が車線逸脱方向を向いている場合に、車線逸脱警報を発する。

車両位置推定部２０は、車両１が第１車線以外を走行している場合でも、２次車両位置を推定可能である。図１４は、実測されたトンネル５０の形状データｒｂを示す図である。実測された形状データｒｂは、図１１に示される形状データｒａとは異なる。図１５は、トンネル５０の３次元形状データＴ１と実測されたトンネル５０の形状データｒｂの照合結果を示す図である。距離ｄ３は、トンネル５０の側壁から第２車線の左側の車線境界線４ｂまでの距離である。３次元構造物データベース１２０から取得した３次元形状データＴ１と実測された形状データｒｂとが一致する場所において、車両１の中心位置は、距離ｄ２から距離ｄ３の間に位置する。よって、車両位置推定部２０は、第２車線内に車両１が存在すると推定する。つまり、２次車両位置は、第２車線である。

上記の閉塞物は、断面が円筒形状を有するトンネル５０であったが、断面が矩形を有するトンネル５４であっても、車両位置推定装置１０１は、２次車両位置を推定可能である。図１６は、実測されたトンネル５４の形状データｒｃを示す図である。図１７は、トンネル５４の３次元形状データＴ２と実測されたトンネル５４の形状データｒｃの照合結果を示す図である。車両１の中心位置は、距離ｄ１から距離ｄ２の間に位置する。よって、車両位置推定部２０は、第１車線内に車両１が存在すると推定する。つまり、２次車両位置は、第１車線である。

また、図１８は、実測されたトンネル５４の形状データｒｄを示す図である。図１９は、トンネル５４の３次元形状データＴ２と実測されたトンネル５４の形状データｒｄの照合結果を示す図である。車両１の中心位置は、距離ｄ２から距離ｄ３の間に位置する。よって、車両位置推定部２０は、第２車線内に車両１が存在すると推定する。つまり、２次車両位置は、第２車線である。

車両位置推定装置１０１は、ドライバアシスト装置１４１に２次車両位置として車両１の絶対位置を出力してもよい。また、車両位置推定装置１０１は、車両１が走行している車線の情報のみを出力する構成であってもよい。２次車両位置が出力される車両位置利用装置１４０により必要とされる２次車両位置の詳細度は異なる。２次車両位置を利用する運転支援システムが、車線単位で経路誘導を行うナビゲーション装置である場合、２次車両位置の詳細度は、車線単位の情報で十分である。

（効果）
以上をまとめると、実施の形態２において、３次元構造物データベース１２０は、車両１が走行可能な領域の上方を覆う閉塞物の３次元形状データとして複数の車線を有する道路の上方を覆うトンネルの３次元形状データが、各車線３の位置と対応づけられて格納されているデータベースを含む。１次車両位置は、トンネル内の道路４である。２次車両位置は、トンネル内の道路４が有する複数の車線３のうち車両１が走行している一の車線である。

このような構成により、車両位置推定装置１０１は、トンネル内においても、車両１が走行している車線またはその車線内における車両位置を精度よく検出できる。

（実施の形態２の変形例）
図２０は、実施の形態２の変形例における車両位置推定装置１０２およびそれに関連して動作する装置の構成を示すブロック図である。車両位置推定装置１０２は、車両位置検出部３０および周辺環境検出部４０を含む。車両位置検出部３０および周辺環境検出部４０は、それぞれ上述した車両位置検出装置１１０および周辺環境検出装置１３０と同じ機能を有する。車両位置推定装置１０２は、車両１に設けられる。

周辺環境検出部４０は、車両位置取得部１０にて取得された１次車両位置に基づき、３次元構造物データベースから１次車両位置に対応する閉塞物の３次元形状データを取得する。周辺環境検出部４０は、３次元形状データに基づいて閉塞物の特徴を判断し、その特徴に対応する範囲の形状データを実測する。例えば、車両１がトンネルを走行している場合、周辺環境検出部４０は、そのトンネルの３次元形状データを取得する。周辺環境検出部４０は、その３次元形状データに基づき、トンネル内の看板もしくは照明等が存在する範囲を主に実測する。または、車両１が後述する多階層道路を走行している場合であれば、周辺環境検出部４０は、天井が存在する範囲を３次元形状データから判断し、その範囲を主に実測する。その結果、周辺環境検出部４０が実測する形状データの精度が向上する。周辺環境検出部４０は、閉塞物が存在する方向または範囲に対し、ＣＰＵのパワーを大きく割り当てることができる。

車両位置推定装置１０２は、車両位置検出部３０が１次車両位置を検出する際に用いた地図情報をドライバアシスト装置１４１に出力してもよい。地図情報とは、地図データベースに格納されている情報であり、例えば、車線形状、道路４のカーブ、勾配などの道路属性に関する情報である。ドライバアシスト装置１４１は、多岐の情報を得ることにより、高度なドライバアシストを実現する。ドライバアシスト装置１４１は、半自動走行の制御を高度に実現する。また、ドライバアシスト装置１４１は、ドライバに有用な情報を表示することも可能になる。

また、３次元構造物データベース１２０は、地図データベースに含まれる構成であっても上記と同様の効果を奏する。

＜実施の形態３＞
実施の形態３における車両位置推定装置および車両位置推定方法を説明する。なお、実施の形態１または２と同様の構成および動作については説明を省略する。

図２１は、実施の形態３における車両位置推定装置１０３およびそれに関連して動作する装置の構成を示すブロック図である。実施の形態３において、車両１が走行可能な領域は、複数の階層を有する駐車場である。その複数の階層を有する駐車場の上方を覆う閉塞物は、各階層の天井である。駐車場は、例えば立体駐車場または地下駐車場である。実施の形態３において、駐車場は、立体駐車場である。

車両位置取得部１０は、車両１が走行している立体駐車場を１次車両位置として車両位置検出装置１１０から取得する。

車両位置推定部２０は、立体駐車場が有する複数の階層のうち車両１が走行している一の階層を２次車両位置として推定する。

表示装置１４２は、実施の形態１に示された車両位置利用装置１４０である。表示装置１４２は、ユーザに車両１が走行している階層を知らせる機能を有する。

３次元構造物データベース１２０は、複数の階層を有する立体駐車場における各階層の天井の３次元形状データが格納されているデータベースを含む。３次元構造物データベース１２０は、立体駐車場内の走行可能エリアにおける複数の位置と、各位置における立体駐車場の天井の物理構造つまり形状データとが対応付けられた３次元形状データを格納する。

（車両位置推定方法）
図２２は、実施の形態３における車両位置推定方法を示すフローチャートである。

ステップＳ２１０にて、車両位置取得部１０は、車両１が走行している位置である立体駐車場を１次車両位置として取得する。

ステップＳ２２０にて、車両位置推定部２０は、立体駐車場における一の階層を２次車両位置として推定する。図２３は、ステップＳ２２０における車両位置推定部２０の詳細な動作を示すフローチャートである。

ステップＳ２２１にて、車両位置推定部２０は、１次車両位置において実測された立体駐車場の各階層の天井の形状データを取得する。

ステップＳ２２２にて、車両位置推定部２０は、車両１の上方が閉塞物に覆われているか否か判定する。閉塞物に覆われていると判定された場合、ステップＳ２２３が実行される。閉塞物に覆われていないと判定された場合、ステップＳ２２６が実行される。

ステップＳ２２３にて、車両位置推定部２０は、３次元構造物データベース１２０に含まれかつ１次車両位置に対応する立体駐車場の各階層の天井の３次元形状データを取得する。

ステップＳ２２４にて、車両位置推定部２０は、３次元形状データと実測された形状データとを照合する。

ステップＳ２２５にて、車両位置推定部２０は、照合結果に基づき、立体駐車場における一の階層を２次車両位置として推定する。

ステップＳ２２６にて、車両位置推定部２０は、３次元形状データと実測された形状データとを照合しない。

ステップＳ２３０にて、２次車両位置が表示装置１４２に出力される。その結果、表示装置１４２は、車両１が現に走行している階層を表示して、ユーザに報知することができる。ユーザは車両１が立体駐車場を走行中にいずれの階層を走行しているか特定できる。

また、ステップＳ２２５にて、車両位置推定部２０は、さらに、一の階層における車両１が走行している位置を２次車両位置として推定してもよい。その場合、表示装置１４２は、車両１が現に走行している位置を表示することにより、ユーザに報知することができる。ユーザは、立体駐車場において、車両１が走行している位置を把握することができる。または、車両位置推定部２０は、階層が推定できない場合は、推定不能を出力してもよい。

また、ステップＳ２３０にて、車両位置推定部２０は、表示装置１４２に代えて音声出力装置に２次車両位置を出力してもよい。その場合、音声出力装置は、車両１が現に走行している位置を音声出力することにより、ユーザに報知することができる。ユーザは音声により走行中の階層または位置を把握することができる。

（効果）
以上をまとめると、実施の形態３において、３次元構造物データベース１２０は、車両１が走行可能な領域の上方を覆う閉塞物の３次元形状データとして複数の階層を有する駐車場における各階層天井の３次元形状データが格納されているデータベースを含む。１次車両位置は、駐車場である。２次車両位置は、駐車場が有する複数の階層のうち車両１が走行している一の階層である。

このような構成により、車両位置推定装置１０３は、複数の階層を有する駐車場内においても、車両１が走行している階層を精度よく検出できる。

また、実施の形態３において、２次車両位置は、一の階層における車両１が走行している位置である。

このような構成により、車両位置推定装置１０３は、複数の階層を有する駐車場内においても、車両１が走行している階層おける車両位置を精度よく検出できる。

＜実施の形態４＞
実施の形態４における車両位置推定装置および車両位置推定方法を説明する。なお、実施の形態１から３のいずれかと同様の構成および動作については説明を省略する。

図２４は、実施の形態４における車両位置推定装置１０４およびそれに関連して動作する装置の構成を示すブロック図である。実施の形態４において、車両１が走行可能な領域は、複数の階層を有する多階層道路である。その複数の階層を有する多階層道路の上方を覆う閉塞物は、各階層の天井である。多階層道路とは、例えば、高架道路とその高架道路の下に他の道路が並走する道路である。例えば、高架道路は高速道路であって、他の道路は一般道路である。ここでは、２つの階層を有する２階層道路を例に説明する。

車両位置取得部１０は、車両１が走行している２階層道路を１次車両位置として車両位置検出装置１１０から取得する。

車両位置推定部２０は、２階層道路が有する上層道路および下層道路のうち車両１が走行している一の階層を２次車両位置として推定する。その際、車両位置推定部２０は、各階層の天井の３次元形状データと、１次車両位置において実測された形状データと、を照合する。その照合結果に基づき、車両位置推定部２０は、２階層道路において、車両１が走行している一の階層を２次車両位置として推定する。つまり、その照合結果とは、天井の有無を判定した結果である。

ドライバアシスト装置１４１は、実施の形態２に示された装置と同様である。

３次元構造物データベース１２０は、２階層道路における各階層の天井の３次元形状データが格納されているデータベースを含む。３次元構造物データベース１２０は、下層道路における複数の位置と、各位置における天井の物理構造つまり形状データとが対応付けられた３次元形状データを格納する。

（車両位置推定方法）
図２５は、実施の形態４における車両位置推定方法を示すフローチャートである。

ステップＳ３１０にて、車両位置取得部１０は、車両１が走行している位置である多階層道路を１次車両位置として取得する。

ステップＳ３２０にて、車両位置推定部２０は、多階層道路における一の階層を２次車両位置として推定する。ここでは、多階層道路は２階層道路である。図２６は、ステップＳ３２０における車両位置推定部２０の詳細な動作を示すフローチャートである。

ステップＳ３２１にて、車両位置推定部２０は、地図データベースの１次車両位置に２つの道路が存在するか否かを判定する。つまり、車両位置推定部２０は、同一経度緯度上に２つの道路が存在するか否かを判定する。２つの道路が存在すると判定された場合、ステップＳ３２２が実行される。２つの道路が存在しないと判定された場合、ステップＳ３２７が実行される。

ステップＳ３２２にて、車両位置推定部２０は、３次元構造物データベース１２０の１次車両位置に閉塞物の３次元形状データが存在するか否かを判定する。３次元形状データが存在すると判定された場合、ステップＳ３２３が実行される。３次元形状データが存在しないと判定された場合、ステップＳ３２７が実行される。

ステップＳ３２３にて、車両位置推定部２０は、１次車両位置において実測された閉塞物の形状データを取得する。図２７は、下層道路６１を走行する車両１が、下層道路６１の天井を実測している状態を示す図である。ここでは、下層道路６１の天井は上層道路６２の裏側に対応する。周辺環境検出装置１３０は、車両１の上方にレーダ等を照射して下層道路６１の天井の形状を実測する。

ステップＳ３２４にて、車両位置推定部２０は、車両１の上方が閉塞物に覆われているか否かを判定する。閉塞物に覆われていると判定された場合、ステップＳ３２５が実行される。閉塞物に覆われていると判定された場合、ステップＳ３２６が実行される。

ステップＳ３２５にて、車両位置推定部２０は、２階層道路における下層（下層道路６１）を２次車両位置として推定する。

ステップＳ３２６にて、車両位置推定部２０は、２階層道路における上層（上層道路６２）を２次車両位置として推定する。

ステップＳ３２７にて、車両位置推定部２０は、１次車両位置を２次車両位置として特定する。

ステップＳ３３０にて、２次車両位置がドライバアシスト装置１４１に出力される。

（効果）
以上をまとめると、実施の形態４において、３次元構造物データベース１２０は、車両１が走行可能な領域の上方を覆う閉塞物の３次元形状データとして複数の階層を有する多階層道路における各階層の天井の３次元形状データが格納されているデータベースを含む。１次車両位置は、多階層道路である。２次車両位置は、多階層道路が有する複数の階層のうち車両１が走行している一の階層である。

このような構成により、車両位置推定装置１０４は、複数の階層を有する多階層道路においても、車両１が走行している階層を精度よく検出できる。ＧＮＳＳ信号の受信が不十分なために１次車両位置の検出が不正確である場合においても、車両位置推定装置１０４は車両１が走行している階層を精度よく検出できる。マップマッチング処理が正しく行われるようになる。

（実施の形態４の変形例）
上記の実施の形態４においては、２階層道路を走行する車両１に対して、車両位置の推定を行う例が示された。本変形例においては、車両１が２階層以上の複数の階層を有する多階層道路を走行する場合の例を示す。また、本変形例では、車両位置推定部２０は、多階層道路が有する複数の階層のうち車両１が走行している一の階層と、その階層における車両１が走行している車線の両方を２次車両位置として推定する。車両位置推定部２０は、多階層道路における各階層の天井の３次元形状データと、１次車両位置において実測された形状データと、を照合する。その照合結果に基づき、車両位置推定部２０は、多階層道路における複数の階層のうち、車両１が走行している一の階層およびその階層における車線を２次車両位置として推定する。

実施の形態４の変形例における車両位置推定方法は、車両位置推定部２０の詳細な動作が、実施の形態４とは異なる。図２８は、実施の形態４の変形例における車両位置推定部２０の詳細な動作を示すフローチャートである。

ステップＳ４２１にて、車両位置推定部２０は、地図データベースの１次車両位置に複数の道路が存在するか否か判定する。複数の道路が存在する場合、ステップＳ４２２が実行される。複数の道路が存在しない場合、ステップＳ４２９が実行される。

ステップＳ４２２にて、車両位置推定部２０は、３次元構造物データベース１２０の１次車両位置に閉塞物の３次元形状データが存在するか否か判定する。３次元形状データが存在する場合、ステップＳ４２３が実行される。３次元形状データが存在しない場合、ステップＳ４２９が実行される。

ステップＳ４２３にて、車両位置推定部２０は、１次車両位置において実測された閉塞物の形状データを取得する。

ステップＳ４２４にて、車両位置推定部２０は、車両１の上方が閉塞物に覆われているか否か判定する。閉塞物に覆われている場合、ステップＳ４２５が実行される。閉塞物に覆われていない場合、ステップＳ４２８が実行される。

ステップＳ４２５にて、車両位置推定部２０は、３次元構造物データベース１２０に含まれかつ１次車両位置に対応する多階層道路の各階層の天井の３次元形状データを取得する。

ステップＳ４２６にて、車両位置推定部２０は、３次元形状データと実測された形状データとを照合する。

ステップＳ４２７にて、車両位置推定部２０は、照合結果に基づき、多階層道路における一の階層および一の車線を２次車両位置として推定する。

ステップＳ４２８にて、車両位置推定部２０は、多階層道路の最上層における１次車両位置を２次車両位置として推定する。

ステップＳ４２９にて、車両位置推定部２０は、１次車両位置を２次車両位置として特定する。

以上をまとめると、実施の形態４の変形例において、２次車両位置は、一の階層における道路４が有する複数の車線のうち車両１が走行している一の車線である。

このような構成により、車両位置推定装置１０４は、複数の階層を有する多階層道路においても、車両１が走行している階層おける車両位置を精度よく検出できる。

＜実施の形態５＞
実施の形態５における車両位置推定装置を説明する。なお、実施の形態１から４のいずれかと同様の構成および動作については説明を省略する。

車両位置推定装置１００は、車両１に搭載されてもよいし、サーバに設けられてもよい。例えば、車両位置推定装置１００は、ナビゲーション装置と、通信端末と、サーバと、これらにインストールされるアプリケーションの機能とを適宜に組み合わせて構築されるシステムにも適用することができる。ここで、ナビゲーション装置とは、例えば、ＰＮＤ（Portable Navigation Device）などを含む。通信端末とは、例えば、携帯電話、スマートフォンおよびタブレットなどの携帯端末を含む。

図２９は、実施の形態５における車両位置推定システム２００の構成を示すブロック図である。車両位置推定システム２００は、車両位置推定装置１００、通信装置１６０、車両位置検出装置１１０、周辺環境検出装置１３０、車両位置利用装置１４０および通信装置１５０を含む。車両位置推定装置１００と通信装置１６０は、サーバ１７０に設けられている。車両位置検出装置１１０、周辺環境検出装置１３０、車両位置利用装置１４０および通信装置１５０は車両１に設けられている。また、図示は省略するが、地図データベースおよび３次元構造物データベースは、サーバ１７０の記憶部に記憶されている。

車両位置取得部１０は、車両位置検出装置１１０が検出した１次車両位置を、車両１の通信装置１５０とサーバ１７０の通信装置１６０を介して取得する。

車両位置推定部２０は、同様に、周辺環境検出装置１３０が実測した形状データを、各通信装置を介して取得する。また、車両位置推定部２０は、推定した２次車両位置を、各通信装置を介して車両位置利用装置１４０に出力する。

車両位置推定装置１００がサーバ１７０に設けられることにより、車両１に搭載される装置の構成を簡素化することができる。また、車両位置取得部１０および車両位置推定部２０が、それぞれ取得する地図データおよび３次元形状データは、サーバ１７０に格納されているため、１次車両位置および２次車両位置の推定速度が向上する。

また、車両位置推定装置１００の車両位置取得部１０および車両位置推定部２０は、車両位置推定システム構築する各機器、ここではサーバ１７０と車両１とに分散して配置されてもよい。その場合でも、上記と同様の効果を奏する。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１ 車両、３ 車線、４ 道路、１０ 車両位置取得部、２０ 車両位置推定部、５０ トンネル、１００ 車両位置推定装置、１１０ 車両位置検出装置、１２０ ３次元構造物データベース、１３０ 周辺環境検出装置。

Claims (7)

1. 車両が走行している位置である車両位置を１次車両位置として取得する車両位置取得部と、
   前記車両が走行可能な領域の上方を覆う閉塞物の３次元形状データが格納された３次元構造物データベースに含まれ、かつ、前記１次車両位置に対応する前記閉塞物の前記３次元形状データと、前記１次車両位置において実測された前記車両の上方を覆う前記閉塞物の形状データと、を照合し、前記１次車両位置よりも詳細な２次車両位置を推定する車両位置推定部と、を備え、
   前記車両が走行可能な前記領域の上方を覆う前記閉塞物は、複数の車線を有する道路の上方を覆うトンネルであり、
   前記複数の車線の各々の位置は、前記トンネルの前記３次元形状データと対応づけられており、
   前記１次車両位置は、前記トンネル内の前記道路であり、
   前記車両位置推定部は、前記トンネルの前記３次元形状データに対応づけられた前記トンネル内の前記複数の車線のうち一の車線を、前記１次車両位置よりも詳細な前記２次車両位置として推定する、車両位置推定装置。
2. 前記１次車両位置で実測される前記形状データは、前記車両の上方を中心とする予め定められた範囲の前記閉塞物の形状を示すデータであり、
   前記車両位置推定部は、照合の結果、前記１次車両位置で実測された前記形状データが前記１次車両位置における前記３次元形状データに一致する状態において、前記１次車両位置で実測された前記形状データが示す前記形状の前記中心を、前記２次車両位置と推定する、請求項１に記載の車両位置推定装置。
3. 車両が走行している位置である車両位置を１次車両位置として取得する車両位置取得部と、
   前記車両が走行可能な領域の上方を覆う閉塞物の３次元形状データが格納された３次元構造物データベースに含まれ、かつ、前記１次車両位置に対応する前記閉塞物の前記３次元形状データと、前記１次車両位置において実測された前記車両の上方を覆う前記閉塞物の形状データと、を照合し、前記１次車両位置よりも詳細な２次車両位置を推定する車両位置推定部と、を備え、
   前記３次元構造物データベースは、
   前記車両が走行可能な前記領域の上方を覆う前記閉塞物の前記３次元形状データとして複数の階層を有する駐車場における各前記階層の天井の前記３次元形状データが格納されているデータベースを含み、
   前記１次車両位置は、前記駐車場であり、
   前記２次車両位置は、前記駐車場が有する前記複数の階層のうち前記車両が走行している一の階層である、車両位置推定装置。
4. 前記２次車両位置は、前記一の階層における前記車両が走行している位置である請求項３に記載の車両位置推定装置。
5. 車両が走行している位置である車両位置を１次車両位置として取得する車両位置取得部と、
   前記車両が走行可能な領域の上方を覆う閉塞物の３次元形状データが格納された３次元構造物データベースに含まれ、かつ、前記１次車両位置に対応する前記閉塞物の前記３次元形状データと、前記１次車両位置において実測された前記車両の上方を覆う前記閉塞物の形状データと、を照合し、前記１次車両位置よりも詳細な２次車両位置を推定する車両位置推定部と、を備え、
   前記３次元構造物データベースは、
   前記車両が走行可能な前記領域の上方を覆う前記閉塞物の前記３次元形状データとして複数の階層を有する多階層道路における各前記階層の天井の前記３次元形状データが格納されているデータベースを含み、
   前記１次車両位置は、前記多階層道路であり、
   前記２次車両位置は、前記多階層道路が有する前記複数の階層のうち前記車両が走行している一の階層である、車両位置推定装置。
6. 前記２次車両位置は、前記一の階層における道路が有する複数の車線のうち前記車両が走行している一の車線である請求項５に記載の車両位置推定装置。
7. 車両が走行している位置である車両位置を１次車両位置として取得し、
   前記車両が走行可能な領域の上方を覆う閉塞物の３次元形状データが格納された３次元構造物データベースに含まれ、かつ、前記１次車両位置に対応する前記閉塞物の前記３次元形状データと、前記１次車両位置において実測された前記車両の上方を覆う前記閉塞物の形状データと、を照合し、前記１次車両位置よりも詳細な２次車両位置を推定し、
   前記車両が走行可能な前記領域の上方を覆う前記閉塞物は、複数の車線を有する道路の上方を覆うトンネルであり、
   前記複数の車線の各々の位置は、前記トンネルの前記３次元形状データと対応づけられており、
   前記１次車両位置は、前記トンネル内の前記道路であり、
   前記トンネルの前記３次元形状データに対応づけられた前記トンネル内の前記複数の車線のうち一の車線を、前記１次車両位置よりも詳細な前記２次車両位置として推定する、車両位置推定方法。

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