JP7132758B2

JP7132758B2 - 地図データ処理システム

Info

Publication number: JP7132758B2
Application number: JP2018112159A
Authority: JP
Inventors: 元希財前
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2018-06-12
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2022-09-07
Anticipated expiration: 2038-06-12
Also published as: JP2019215425A

Description

本発明は、車両制御用の地図データを処理する地図データ処理システムに関する。

最近の車両においては、運転者の負担を軽減し、快適且つ安全に運転できるようにするための運転支援や自動運転の技術が種々提案され、一部は既に実用化されている。このような運転支援や自動運転を実現する車両制御には、走行経路を車線（走行レーン）のレベルで決定するための精細な地図データが必要となる。

例えば、特許文献１には、車両の位置情報が付与された局所画像の各々から、車両の各走行レーンの幅方向の中心点からなる中心点群を抽出し、絶対座標系で表わされる広域画像における局所画像の各々について抽出された各走行レーンの中心点群を同一の走行レーンを表す中心点群毎にグループ化することにより、簡単な構成で精度の高いレーンレベルの地図を生成する技術が開示されている。

特許第６１９７３９３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるような走行レーンを表す中心点群に基づいて車両制御を行う場合、走行レーンの中心点群には、地図の整備仕様による絶対位置精度の範囲内で幅方向のバラツキが存在することは避けられない。このため、走行レーンの中心点群を基準として操舵制御等の車両制御を実施すると、中心点群のバラツキに依存する車両挙動が発生し、円滑な制御の妨げとなる虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、整備仕様に従って提供される地図データを処理し、より車両制御に適した精度の地図データとすることのできる地図データ処理システムを提供することを目的としている。

本発明の一態様による地図データ処理システムは、車両の走行レーンの幅方向の中心座標の設定位置精度の範囲内にあるデータを所定間隔で配置した点列データを、第１のデータ列として保持する地図データベースと、前記地図データベースから前記第１のデータ列を読み込み、前記第１のデータ列の所定のデータ数の区間における前記中心座標を多項式で近似し、前記区間における前記多項式の次数を可変して、前記中心座標を近似した近似座標値の標準偏差に基づく範囲が前記設定位置精度の範囲内となる最小の次数とする近似処理部と、前記近似処理部による近似処理の対象となる前記区間を順次移動し、前記中心座標毎に、複数の区間の前記近似座標値のデータ群を取得する区間移動処理部と、前記第１のデータ列の各中心座標毎に前記データ群の重心を算出し、前記第１のデータ列の前記中心座標を前記重心で置き換えた第２のデータ列を取得する平滑化処理部とを備える。

本発明によれば、整備仕様に従って提供される地図データを処理し、より車両制御に適した精度の地図データとすることができる。

地図データ処理システムの構成図レーン中心座標列を示す説明図区間毎の近似座標値を示す説明図スムージング処理後のレーン中心座標列を示す説明図レーン中心座標列のスムージング処理を示すフローチャート

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１において、符号１は地図データ処理システムを示し、車両制御等に使用される高精度な地図情報を格納した地図データベース１０と、地図データベース１０の所定のデータ（後述するレーン中心座標列）を加工してより車両制御に適したデータに変換するデータ変換装置２０とを主として構成されている。

尚、本実施の形態においては、地図データ処理システム１は、車両搭載前の地図データに対してデータ変換処理を行うシステムとして説明するが、地図データ処理システム１を車両搭載のシステムとして、車両搭載状態での地図データに対するオンライン処理を行うようにすることも可能である。地図データベース１０及びデータ変換装置２０を車両に搭載してオンライン処理する場合には、例えば、地図データベース１０のデータ更新時に、車両停止状態でデータ変換装置２０を介した処理を実行する。

地図データベース１０は、自動走行や運転支援制御等の車両制御用に作成された高精度地図を保有するデータベースであり、ＨＤＤ（hard disk drive）やＳＳＤ（solid state drive）等の大容量記憶媒体に格納されている。高精度地図は、車両制御を行う際に必要とする地図であり、道路形状や道路間の接続関係等の静的な情報と、車両搭載時に収集される交通情報等の動的な情報とを複数の階層で保持する多次元マップ（ダイナミックマップ）として構成されている。

詳細には、地図データベース１０の道路データとしては、走行レーンの幅、走行レーンの幅方向の中心位置を示す点列データ、走行レーンの曲率、走行レーンの進行方位角、制限速度等が含まれている。特に、走行レーンの点列データは、走行レーンの幅方向の中心座標のデータを、進行方向の所定間隔（例えば、５ｍ間隔）毎に配置したデータ列（レーン中心座標列）として保持されている。

データ変換装置２０は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等からなるコンピュータを主として構成され、その他、外部記憶装置や入出力装置等の周辺装置を備えて構成されている。データ変換装置２０は、地図データベース１０からレーン中心座標列を取り出してデータ変換処理を行い、地図データベース１０のレーン中心座標列に対する処理結果を、より車両制御に適したデータとして出力する。

すなわち、図２に示すように、地図データベース１０に保持されているレーン中心座標列Ｄrowは、地図データの整備仕様による絶対位置精度θの範囲内において、走行レーンＬの幅方向に所定のバラツキを有している。このため、地図データベース１０のレーン中心座標列を基準として操舵制御等の車両制御を実施すると、レーン中心座標列のバラツキに依存して不規則な車両挙動が発生する虞がある。

このようなレーン中心座標列のバラツキを吸収するため、データ変換装置２０は、地図データベース１０のレーン中心座標列を第１のデータ列として、この第１のデータ列をデータ変換して平滑化（スムージング）処理した新たなレーン中心座標列を第２のデータ列として取得する。この第２のデータ列は、地図データベース１０のダイナミックマップにおけるレーン中心座標列（第１のデータ列）の階層とは異なる階層、或いは地図データベース１０に対する付加データとして保存される。

このため、データ変換装置２０は、データ変換処理に係る機能部として、近似処理部２１、区間移動処理部２２、平滑化処理部２３を備えている。データ変換装置２０は、これらの機能部により、レーン中心座標列の所定のデータ数の区間を対象として、この区間内のレーン中心座標列を多項式で近似し、各中心座標毎に近似座標値を算出する。そして、近似座標値を算出する区間を中心座標をずらしながら移動させ、各中心座標に対して複数の近似座標値のデータ群を取得する。最終的に、区間移動で得られたデータ群のデータ数が所定数に達したとき、各中心座標毎に各データ群の重心を算出し、この重心をスムージング処理後の中心座標とする。

詳細には、近似処理部２１は、地図データベース１０からレーン中心座標列を読み込み、所定の数の中心座標点（例えば、２０個の中心座標点）からなる点列データを１つの区間として、区間内のレーン中心座標列を、例えば最小二乗法を用いて決定したｎ次の多項式で近似する。このときの多項式の次数ｎは、元の中心座標を近似したデータ（近似座標値）の許容誤差が元の中心座標の位置精度θの範囲内となる条件（近似条件）を満足するように可変される。

具体的には、１つの区間に対する近似を次数ｎ＝１の多項式（直線近似）から開始し、近似したデータの標準偏差σの±3σの範囲がレーン中心座標列の中心座座標の絶対位置精度θの範囲内となる近似条件を満足するか否かを調べる。次数ｎの多項式で近似条件を満足しない場合には、次数ｎを１つ上げ、最終的に近似条件を満足する最小の次数の多項式により、対象区間の各中心座標点を近似した近似座標値を算出する。近似座標値を算出する多項式の次数は、車線の対象区間の形状によって異なり、直線に近い部分では多項式の次数が低く、カーブが小さくなるほど多項式の次数が高くなる。

区間移動処理部２２は、近似処理部２１による近似処理の対象区間を順次移動して近似処理を実施させることにより、レーン中心座標列における同一の中心心座標点に対して、複数の区間の近似座標値のデータ群を取得する処理を行う。本実施の形態においては、近似対象区間の先頭の中心座標点を１つづつずらしながら近似処理を実施し、レーン中心座標列における同一の中心座標に対して、複数の区間の近似座標値を近似データ群として取得する。

すなわち、図３に示すように、ｘ個のデータからなる区間Ｌ1を最初の区間として多項式近似を実施する場合、先ず、区間Ｌ1の中心座標Ｄ1,Ｄ2,Ｄ3,…,Ｄxを近似する近似座標値ＫＤ11,ＫＤ12,ＫＤ13,…,ＫＤ1xを算出する。次に、区間Ｌ1の先頭から２番目の中心座標Ｄ2から中心座標Ｄx+1までを次の近似対象区間Ｌ2として、同様に、多項式近似を実施する。

そして、区間Ｌ2の中心座標Ｄ2,Ｄ3,…,Ｄx,Ｄx+1を近似する近似座標値ＫＤ22,ＫＤ23,…,ＫＤ2x,ＫＤ2x+1を算出した後、中心座標Ｄ3から中心座標Ｄx+2までの区間を、さらに次の区間Ｌ3として多項式近似を実施し、中心座標Ｄ3,…,Ｄx,Ｄx+1,Ｄx+2を近似する近似座標値ＫＤ33,…,ＫＤ3x,ＫＤ3x+1,ＫＤ3x+2を算出する。このような処理を複数の区間で繰り返し、レーン中心座標列の中心座標毎に、複数の近似座標値を近似データ群として取得する。

平滑化処理部２３は、レーン中心座標列の中心座標毎に近似データ群の重心を算出し、算出した重心で元のレーン中心座標列の中心座標を置き換えることにより、元のレーン中心座標列を平滑化（スムージング）処理した新たなレーン中心座標列を取得する。例えば、図４に示すように、中心座標Ｄ1,Ｄ2,Ｄ3,…,Ｄx-1,Ｄx-2,Ｄxのそれぞれに対して近似データ群を取得した場合、各中心座標毎に重心Ｇ1,Ｇ2,Ｇ3,…,Ｇx-1,Ｇx-2,Ｇxを算出し、中心座標Ｄ1～Ｄxを重心Ｇ1～Ｇxで置き換えた新たなレーン中心座標列Ｄrow_newを取得する。

この新たなレーン中心座標列Ｄrow_newは、地図データの整備仕様に従って提供される基本データであるレーン中心座標列Ｄrowを、より車両制御に適したデータに変換したものとなる。データ変換後のレーン中心座標列Ｄrow_newは、基本データ（レーン中心座標列Ｄrow）の絶対位置精度内でのバラツキを平滑化したものであるため、レーン中心座標列Ｄrow_newを基準とする操舵制御等の車両制御を実施した場合、不規則な車両挙動が発生することを回避することができる。

次に、データ変換装置２０におけるレーン中心座標列のスムージング処理について、図５のフローチャートを用いて説明する。

データ変換装置２０は、スムージング処理の最初のステップＳ１において、地図データベース１０からレーン中心座標列を読み込み、ｘ個のデータの区間毎にレーンインデックスｉを付加して、中心座標Ｄi～Ｄi+xのｘ個のデータの区間ｉを近似対象区間として取得する。

次のステップＳ２では、データ変換装置２０は、近似対象区間に対してｎ次の多項式による近似を実施する。そして、ステップＳ３でｎ次の多項式による近似データの標準偏差σの±3σの範囲が地図データベース１０に格納されている地図データの整備仕様による絶対位置精度θの範囲内にある近似条件を満足するか否かを調べる。

ステップＳ３において近似条件を満足しない場合、データ変換装置２０は、ステップＳ４で近似式の次数ｎを上げて（ｎ←ｎ＋１）、ステップＳ２へ戻り、次数を上げたｎ次の多項式による近似を実施する。そして、ステップＳ３において、近似条件を満足するようになった場合、ステップＳ３からステップＳ５へ進み、データ変換装置２０は、近似対象区間の各中心座標毎に、近似条件を満足する最小の次数の多項式で近似座標値を算出し、各中心座標毎の近似データ群として保存する。

次に、ステップＳ５からステップＳ６へ進み、データ変換装置２０は、処理すべきレーン中心座標列のレーン末端に達したか否かを調べる。その結果、レーン中心座標列のレーン末端に達していない場合には、ステップＳ７でレーンインデックスｉを１増加させて（ｉ←ｉ＋１）ステップＳ１に戻り、次の区間の中心座標Ｄi+1～Ｄi+1+xのデータに対して、上述の近似処理を実施し、各中心座標の近似データ群にデータを追加する。

その後、レーンインデックスｉがレーン末端に達した場合、ステップＳ６からステップＳ８へ進み、データ変換装置２０は、各中心座標毎に近似データ群の重心を算出する。データ変換装置２０は、近似データ群の重心を中心座標とする新たなレーン中心座標列を取得し、地図データベース１０に格納されている元のレーン中心座標列に対して別途保存する。

尚、近似データ群の重心は、レーンインデックスｉがレーン末端に達する前、例えばレーンインデックスｉが区間のデータ数以上になったとき、算出するようにしても良い。

このように本実施の形態においては、データ変換装置２０は、地図データベース１０で提供される走行レーンのレーン中心座標列を、所定の区間毎に地図整備仕様上の精度を満たす最小の次数の多項式で近似し、各中心座標毎に複数の区間で得られる近似データ群の重心を算出する。そして、算出した重心で地図データベース１０の元のレーン中心座標列の中心座標を置き換えることにより、元のレーン中心座標列をスムージング処理した新たなレーン中心座標列を取得する。

これにより、元のレーン中心座標列の絶対位置精度内でのバラツキに依存することなく、車両制御に適した道路形状を表現することが可能となり、レーン中心座標列を基準とする操舵制御等の車両制御において、円滑さに欠ける車両挙動の発生を防止することができる。また、近似に用いる多項式の次数を区間毎に可変とすることにより、直線、クロソイド曲線、円等の特定の道路形状に限定されることなく、多様な道路形状を近似することが可能となる。

１地図データ処理システム
１０地図データベース
２０データ変換装置
２１近似処理部
２２区間移動処理部
２３平滑化処理部

Claims

車両の走行レーンの幅方向の中心座標の設定位置精度の範囲内にあるデータを所定間隔で配置した点列データを、第１のデータ列として保持する地図データベースと、
前記地図データベースから前記第１のデータ列を読み込み、前記第１のデータ列の所定のデータ数の区間における前記中心座標を多項式で近似し、前記区間における前記多項式の次数を可変して、前記中心座標を近似した近似座標値の標準偏差に基づく範囲が前記設定位置精度の範囲内となる最小の次数とする近似処理部と、
前記近似処理部による近似処理の対象となる前記区間を順次移動し、前記中心座標毎に、複数の区間の前記近似座標値のデータ群を取得する区間移動処理部と、
前記第１のデータ列の各中心座標毎に前記データ群の重心を算出し、前記第１のデータ列の前記中心座標を前記重心で置き換えた第２のデータ列を取得する平滑化処理部と
を備えることを特徴とする地図データ処理システム。
前記区間移動処理部は、前記区間を前記中心座標を１つずらして同じデータ数の新たな区間に順次移動し、前記近似座標値のデータ群を取得することを特徴とする請求項１に記載の地図データ処理システム。
前記地図データベースは、複数の階層からなる多次元マップを備え、
前記平滑化処理部は、前記第２のデータ列を、前記第１のデータ列とは異なる階層のデータとして保存することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の地図データ処理システム。