JP7424438B1

JP7424438B1 - 車両位置推定装置

Info

Publication number: JP7424438B1
Application number: JP2022151874A
Authority: JP
Inventors: 恭司吉野
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2022-09-22
Filing date: 2022-09-22
Publication date: 2024-01-30
Anticipated expiration: 2042-09-22
Also published as: JP2024046465A

Abstract

【課題】車両位置を高い精度で推定できるようにする。【解決手段】車両位置推定装置２０は、第１時間が経過する時刻毎に車両の周囲の物体の位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部２３１と、位置情報に基づいて車両の第１位置を推定する第１推定部２３２と、第１位置を記憶部に順次記憶させる記憶制御部２３３と、第１時間よりも大きい第２時間が経過する時刻毎に、過去の複数の時刻において取得した複数の位置情報と、予め作成された、物体の位置を含む地図情報と、を重ね合わせた合成地図情報を作成する作成部２３４と、合成地図情報に基づいて車両の第２位置を推定する第２推定部２３５と、記憶部２２が記憶した、複数の第１位置のうち第２位置に対応する第１位置を、当該第１位置と第２位置とに基づいて決定した第３位置で上書きすることにより、当該第１位置を更新する更新部２３６と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、車両位置推定装置に関する。

従来、センサが取得した点群データと地図情報に含まれる点群データとのマッチングを行うことにより車両位置を推定する自己位置推定装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０２２－２６８３２号公報

従来の自己位置推定装置においては、点群データの精度が高ければ高いほど車両位置を高い精度で推定できる。しかしながら、建造物の工事や植物の生長により、センサが取得した点群データが、過去に作成された地図情報に含まれる点群データと異なる場合は、マッチングを行うことが困難になり、車両位置を高い精度で推定できないという問題があった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、車両位置を高い精度で推定できるようにすることを目的とする。

本発明の態様に係る車両位置推定装置は、第１時間が経過する時刻毎に車両の周囲の物体の位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、前記位置情報に基づいて前記車両の第１位置を推定する第１推定部と、前記第１位置を記憶部に順次記憶させる記憶制御部と、前記第１時間よりも大きい第２時間が経過する時刻毎に、過去の複数の時刻において取得した複数の前記位置情報と、予め作成された、前記物体の位置を含む地図情報と、を重ね合わせた合成地図情報を作成する作成部と、前記合成地図情報に基づいて前記車両の第２位置を推定する第２推定部と、前記記憶部が記憶した、複数の前記第１位置のうち前記第２位置に対応する前記第１位置を、当該第１位置と前記第２位置とに基づいて決定した第３位置で上書きすることにより、当該第１位置を更新する更新部と、を有する。

前記第１推定部は、第１時刻の前記車両の前記第１位置と、前記第１時刻から前記第１時間が経過した第２時刻の前記位置情報と、に基づいて、前記第２時刻の前記第１位置を推定してもよい。

前記第２推定部は、前記第１時刻の前記第１位置と、前記第１時刻から前記第２時間が経過した時刻よりも前記第１時間前の第３時刻の前記第１位置と、の差を示す前記車両の移動量、及び前記第１時刻から前記第３時刻までの前記車両の周囲の物体の位置を示す複数の前記位置情報と前記地図情報とを合成した前記合成地図情報から推定した前記第１時刻の前記第２位置に基づいて、前記第３時刻の第２位置を推定してもよい。

本発明によれば、車両位置を高い精度で推定できるようにするという効果を奏する。

車両位置推定システム１の概要を説明するための図である。車両の位置を推定する処理を実行する時間を説明するための図である。車両位置推定装置２０の構成を示す図である。車両位置推定装置２０における処理シーケンスの例を示す図である。

＜車両位置推定システム１の概要＞
図１は、車両位置推定システム１の概要を説明するための図である。図１に示す車両位置推定システム１は、自身が備えられた車両の位置を推定するためのシステムであり、測定装置１０と車両位置推定装置２０とを備える。測定装置１０と車両位置推定装置２０とは、ＣＡＮ（Controller Area Network）、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワーク、又はＵＳＢ（Universal Serial Bus）（登録商標）等のデジタル信号伝送バスを介して通信可能に接続されている。

測定装置１０は、車両の周囲の物体と当該車両との距離を測定するための三次元レーザ測定機であり、例えばＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）である。測定装置１０は、車両の周囲の物体を測定することにより生成した点群データを示す位置情報を車両位置推定装置２０に送信する。

車両位置推定装置２０は、測定装置１０から取得した位置情報と、車両位置推定装置２０が有する記憶部２２に記憶された地図情報と、に基づいて車両の位置を推定する装置である。車両位置推定装置２０は、位置情報が示す点群データを用いて車両の位置を推定する処理（図１に示す車両位置第１推定Ｓ１）と、位置情報及び地図情報が示す点群データ同士を照合することにより車両の位置を推定する処理（図１に示す車両位置第２推定Ｓ２）とを実行する。車両位置第１推定Ｓ１は、例えばＳＬＡＭ（Simultaneous Localization And Mapping）である。

車両位置推定装置２０は、第１時間が経過する時刻毎に車両位置第１推定Ｓ１を実行し、第１時間よりも大きい第２時間が経過する時刻毎に車両位置第２推定Ｓ２を実行する。図２は、車両の位置を推定する処理を実行する時間を説明するための図である。図２の横軸は時刻を示し、縦軸は実行する処理の種類を示す。図２に示すように、第１時間の一例は時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２までの時間であり、第２時間の一例は時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１６までの時間である。

例えば、車両位置推定装置２０は、時刻Ｔ１５において、第１時間が経過したことにより車両位置第１推定Ｓ１を実行する。続いて、車両位置推定装置２０は、時刻Ｔ１６において、第１時間及び第２時間を経過したことにより車両位置第１推定Ｓ１及び車両位置第２推定Ｓ２を実行する。
以下、車両位置推定装置２０の動作の概要を図１及び図２を用いて説明する。

まず、時刻Ｔ１６において、車両位置推定装置２０は、時刻Ｔ１５から第１時間が経過したことにより車両位置第１推定Ｓ１を実行し、時刻Ｔ１５における車両の第１位置を推定する。例えば、時刻Ｔ１６において、車両位置推定装置２０は、測定装置１０が時刻Ｔ１５に生成した点群データを示す位置情報を取得し（図１に示す（１））、記憶部２２から、時刻Ｔ１５（すなわち、直前の時刻）において推定した時刻Ｔ１４の車両の推定位置を取得する（図１に示す（２））。そして、車両位置推定装置２０は、取得した位置情報と推定位置とに基づいて、時刻Ｔ１５における車両の第１位置を推定し、推定した位置と測定装置１０から取得した位置情報とを記憶部２２に記憶させる（図１に示す（３）及び（４））。

続いて、時刻Ｔ１６において、車両位置推定装置２０は、第２時間が経過したことにより車両位置第２推定Ｓ２を実行し、時刻Ｔ１５における車両の第２位置を推定する。例えば、時刻Ｔ１６において、車両位置推定装置２０は、記憶部２２に記憶された過去の推定位置と過去の位置情報とを取得する（図１に示す（５）及び（６））。過去の推定位置は、例えば時刻Ｔ１１の第１位置及び時刻Ｔ１５の第１位置である。過去の位置情報は、例えば時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１５までの時間に測定装置１０が生成した位置情報である。さらに、車両位置推定装置２０は、記憶部２２に記憶された地図情報を取得する（図１に示す（７））。

そして、時刻Ｔ１６において、車両位置推定装置２０は、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１５までの時間に測定装置１０が生成した位置情報と地図情報を重ねた合成地図情報に基づいて時刻Ｔ１１の第２位置を推定する。続いて、時刻Ｔ１６において、車両位置推定装置２０は、時刻Ｔ１１の第２位置、及び時刻Ｔ１１の第１位置と時刻Ｔ１５の第１位置との差である車両の移動量に基づいて、直前の時刻（時刻Ｔ１５）の車両の第２位置を推定し、記憶部２２に記憶された、時刻Ｔ１５の第１位置を更新する（図１に示す（８））。車両位置推定装置２０がこのように動作することで、地図情報に含まれる点群データが、測定装置１０が生成した位置情報が示す点群データと異なる場合であっても高い精度で車両の位置を推定できる。
以下、車両位置推定装置２０の構成及び動作を詳細に説明する。

＜車両位置推定装置２０の構成＞
図３は、車両位置推定装置２０の構成を示す図である。車両位置推定装置２０は、通信部２１と、記憶部２２と、制御部２３と、を有する。

通信部２１は、ネットワーク又はデジタル信号伝送バスを介して情報を送受信するための通信デバイスを含む。通信デバイスは、例えば、ＬＡＮコントローラ、ＣＡＮコントローラ又はＵＳＢコントローラである。

記憶部２２は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶媒体を有する。記憶部２２は、制御部２３が実行するプログラムを記憶している。記憶部２２は、車両の位置を推定するために用いる地図情報を記憶している。記憶部２２は、推定した車両の位置を示す推定位置と測定装置１０から取得した位置情報とを記憶する。推定位置は、後述する第１推定部２３２が推定した第１位置と第２推定部２３５が推定した第２位置とを含む。

制御部２３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。制御部２３は、記憶部２２に記憶されたプログラムを実行することにより、位置情報取得部２３１、第１推定部２３２、記憶制御部２３３、作成部２３４、第２推定部２３５及び更新部２３６として機能する。
以下、制御部２３により実現される各部の構成を説明する。

位置情報取得部２３１は、第１時間が経過する時刻毎に車両の周囲の物体の位置を示す位置情報を取得する（図１に示す（１））。第１時間は、例えば、図２に示す第１時間である。位置情報は、例えば、測定装置１０が測定して生成した点群データである。例えば、位置情報取得部２３１は、第１時刻に測定装置１０が生成した位置情報を、第１時刻から第１時間が経過した第２時刻に取得する。具体的には、位置情報取得部２３１は、図２に示す時刻Ｔ１５に測定装置１０が生成した位置情報を、時刻Ｔ１６に取得する。

第１推定部２３２は、位置情報に基づいて車両の第１位置を推定する（図１に示す車両位置第１推定Ｓ１）。第１位置は、例えば、第１推定部２３２がＳＬＡＭにより推定する車両の位置である。例えば、第１推定部２３２は、第１時刻の車両の第１位置と、第１時刻から第１時間が経過した第２時刻の位置情報と、に基づいて、第２時刻の第１位置を推定する。

具体的には、図２に示す時刻Ｔ１６において、第１推定部２３２は、時刻Ｔ１５に第１推定部２３２が推定した時刻Ｔ１４の第１位置と、時刻Ｔ１６に位置情報取得部２３１が取得した、測定装置１０が時刻Ｔ１５に生成した位置情報と、に基づいて、時刻Ｔ１５の第１位置を推定する。

記憶制御部２３３は、第１位置を記憶部２２に順次記憶させる（図１に示す（３））。例えば、記憶制御部２３３は、第１時間が経過した時刻に、当該時刻よりも第１時間前の時刻の車両の第１位置を記憶部２２に記憶させる。一例として、記憶制御部２３３は、図２に示す時刻Ｔ１６において、時刻Ｔ１５の車両の第１位置を記憶部２２に記憶させる。また、記憶制御部２３３は、第１時間が経過した時刻に、当該時刻よりも第１時間前に測定装置１０が生成した位置情報を位置情報取得部２３１から取得して記憶部２２に順次記憶させる（図１に示す（４））。

作成部２３４は、第１時間よりも大きい第２時間が経過する時刻毎に、過去の複数の時刻において取得した複数の位置情報と、予め作成された、物体の位置を含む地図情報と、を重ね合わせた合成地図情報を作成する。一例として、第２時間は、第１時間の整数倍（整数は２以上）の時間であり、例えば、図２に示す第２時間である。過去の複数の時刻は、前回、図１に示す車両位置第２推定Ｓ２の実行を開始した時刻から、今回、車両位置第２推定Ｓ２の実行を開始するまでの時刻（すなわち直前の第２時間）である。

例えば、作成部２３４は、時刻Ｔ１６において、記憶部２２を参照することにより、地図情報と、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１５までの時間に含まれる複数の時刻それぞれに関連付けられた位置情報とを取得する（図１に示す（６）及び（７））。そして、作成部２３４は、地図情報が示す点群データと、複数の位置情報が示す複数の点群データとを重ね合わせた点群データを示す合成地図情報を作成する。作成部２３４が合成地図情報を作成することで、地図情報を車両の周囲の物体の状況（例えば、位置又は大きさ）に合わせることができる。

第２推定部２３５は、合成地図情報に基づいて車両の第２位置を推定する（図１に示す車両位置第２推定Ｓ２）。例えば、第２推定部２３５は、第１時刻の第１位置と、第１時刻から第２時間が経過した時刻よりも第１時間前の第３時刻の第１位置と、の差を示す車両の移動量を特定する。そして、第２推定部２３５は、特定した移動量、及び第１時刻から第３時刻までの車両の周囲の物体の位置を示す複数の位置情報と地図情報とを合成した合成地図情報から推定した、第１時刻の第２位置に基づいて、第３時刻の第２位置を推定する。第２推定部２３５は、第３時刻の第２位置を記憶部２２に記憶させる。

一例として、第２推定部２３５が時刻Ｔ１６において第２位置を推定する動作を示す。第２推定部２３５は、前回第２位置を推定した時刻Ｔ１１（第１時刻）の車両の第１位置と、時刻Ｔ１５（第３時刻）の車両の第１位置との差である車両の移動量を特定する。そして、第２推定部２３５は、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１５までに測定装置１０が生成した位置情報と地図情報とを用いて作成部２３４が作成した合成地図情報に基づいて時刻Ｔ１１における第２位置を推定し、当該第２位置と特定した車両の移動量とに基づいて時刻Ｔ１５における第２位置を推定する。第２推定部２３５は、時刻Ｔ１６において推定した、時刻Ｔ１５における第２位置を記憶部２２に記憶させる。

第１推定部２３２による位置推定（例えばＳＬＡＭによる位置推定）は、前回推定した位置を用いるため、時間の経過とともに推定誤差が大きくなる。そこで、第２推定部２３５がこのように、第２時間に対応する車両の移動量と、現在の周囲の状況に合わせた合成地図情報とを用いて第２位置を高い精度で推定することで、第１推定部２３２の推定誤差を小さくできる。さらに、第１推定部２３２が推定する頻度よりも低い頻度で第２推定部２３５が車両の位置を推定することで、地図情報と現在の周囲の状況との差によりマッチングが困難になる（すなわち、第２推定部２３５が位置を推定する精度が低下する）ことを抑制することができる。

更新部２３６は、記憶部２２が記憶した、複数の第１位置のうち第２位置に対応する第１位置を、当該第１位置と第２位置とに基づいて決定した第３位置で上書きすることにより、当該第１位置を更新する（図１に示す（８））。

一例として、更新部２３６が時刻Ｔ１６において第１位置を更新する動作を示す。更新部２３６は、記憶部２２が記憶した複数の第１位置及び複数の第２位置それぞれの共分散行列を生成することにより、時刻Ｔ１６において推定した時刻Ｔ１５の第１位置及び時刻Ｔ１５の第２位置それぞれの信頼度（例えば、標準偏差との差が含まれる範囲）を特定する。更新部２３６は、特定した信頼度に応じて、時刻Ｔ１５の第２位置を第３位置として決定したり、時刻Ｔ１５の第１位置を第３位置として決定したり、時刻Ｔ１５の第１位置と時刻Ｔ１５の第２位置との間の位置を第３位置として決定したりする。更新部２３６は、時刻Ｔ１５の第１位置を決定した第３位置で上書きする。

更新部２３６が上記のように、第２位置に対応する第１位置を更新することで、第１推定部２３２は、次回の車両の位置の推定において、推定精度が高い推定位置を用いることができるため、高い精度で第１位置を推定できる。

＜車両位置推定装置２０における処理シーケンス＞
図４は、車両位置推定装置２０における処理シーケンスの例を示す図である。まず、位置情報取得部２３１は、第１時間が経過した時刻である場合（Ｓ１１のＹＥＳ）、現在の時刻よりも第１時間前に生成された位置情報を測定装置１０から取得する（Ｓ１２）。第１時間が経過していない場合（Ｓ１１のＮＯ）、位置情報取得部２３１は、第１時間が経過するまでＳ１１の処理を繰り返す。第１推定部２３２は、前回（すなわち現在の時刻よりも第１時間前の時刻に）推定した位置を記憶部２２から取得し（Ｓ１３）、現在の時刻よりも第１時間前の車両位置を推定する（Ｓ１４）。

続いて、第２推定部２３５は、第２時間が経過した時刻である場合（Ｓ１５のＹＥＳ）、記憶部２２に記憶された過去の推定位置を取得する（Ｓ１６）。過去の推定位置は、現在の時刻が図２に示す時刻Ｔ１６である場合、前回第２時間が経過した時刻である時刻Ｔ１１における車両の第１位置と、時刻Ｔ１６から第１時間前の時刻Ｔ１５における車両の第１位置である。そして、第２推定部２３５は、時刻Ｔ１１における車両の第１位置と時刻Ｔ１５における車両の第１位置との差である車両の移動量を特定する（Ｓ１７）。

また、作成部２３４は、過去の位置情報を取得する（Ｓ１８）。過去の位置情報は、現在の時刻が時刻Ｔ１６である場合、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１５までに測定装置１０が生成した位置情報である。さらに、作成部２３４は、記憶部２２に記憶された地図情報を取得する（Ｓ１９）。そして、作成部２３４は、取得した過去の位置情報が示す点群データと地図情報が示す点群データとを重ね合わせた点群データを示す合成地図を作成する（Ｓ２０）。

第２推定部２３５は、例えば、合成地図に基づいて時刻Ｔ１１（過去の時刻）における車両位置を推定し、当該車両位置と特定した車両の移動量とに基づいて時刻Ｔ１５の車両位置を推定する（Ｓ２１）。

更新部２３６は、記憶部２２に記憶された複数の第１位置及び複数の第２位置それぞれの共分散行列を生成することにより、時刻Ｔ１６において推定した時刻Ｔ１５の第１位置と時刻Ｔ１５の第２位置とに基づいて第３位置を決定する。更新部２３６は、時刻Ｔ１５の第１位置を第３位置で上書きすることにより、記憶部２２に記憶された推定位置を更新する（Ｓ２２）。車両位置推定装置２０は、処理を終了する操作が行われていない場合（Ｓ２３のＮＯ）、次の時刻における車両の位置を推定するために、Ｓ１１からＳ２２の処理を繰り返す。処理を終了する操作が行われた場合（Ｓ２３のＹＥＳ）、車両位置推定装置２０は、処理を終了する。

＜車両位置推定装置２０による効果＞
以上説明したように、車両位置推定装置２０は、第１時間が経過する時刻毎に車両の周囲の物体の位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部２３１と、位置情報に基づいて車両の第１位置を推定する第１推定部２３２と、第１位置を記憶部に順次記憶させる記憶制御部２３３と、第１時間よりも大きい第２時間が経過する時刻毎に、過去の複数の時刻において取得した複数の位置情報と、予め作成された、物体の位置を含む地図情報と、を重ね合わせた合成地図情報を作成する作成部２３４と、合成地図情報に基づいて車両の第２位置を推定する第２推定部２３５と、記憶部２２が記憶した、複数の第１位置のうち第２位置に対応する第１位置を、当該第１位置と第２位置とに基づいて決定した第３位置で上書きすることにより、当該第１位置を更新する更新部２３６と、を有する。

車両位置推定装置２０がこのように構成されることで、車両位置推定装置２０は、記憶部２２に記憶された地図情報が示す車両の周囲の物体が、測定装置１０が測定した位置情報が示す車両の周囲の物体と異なる場合であっても、高い精度で車両の位置を測定できる。具体的には、第１推定部２３２がＳＬＡＭによる位置推定に用いる前回の推定位置を第２推定部２３５が高い精度で推定した位置に更新部２３６が更新することにより、第１推定部２３２の推定誤差を小さくすることができる。さらに、第２推定部２３５が推定する頻度を第１推定部２３２が推定する頻度よりも小さくすることで、地図情報に重ね合わせる位置情報が示す点群データ量が多くなるため、合成地図情報と周囲の環境との差によりマッチングができない（すなわち、第２推定部２３５が位置を推定する精度が低下する）ことを抑制できる。その結果、植物の生長により街路樹の形状が変化したり駐車車両の種類又は台数が異なったりする場合であっても、自身が備えられた車両の位置を高い精度で推定できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１車両位置推定システム
１０測定装置
２０車両位置推定装置
２１通信部
２２記憶部
２３制御部
２３１位置情報取得部
２３２第１推定部
２３３記憶制御部
２３４作成部
２３５第２推定部
２３６更新部

Claims

第１時間が経過する時刻毎に車両の周囲の物体の位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記位置情報に基づいて前記車両の第１位置を推定する第１推定部と、
前記第１位置を記憶部に順次記憶させる記憶制御部と、
前記第１時間よりも大きい第２時間が経過する時刻毎に、過去の複数の時刻において取得した複数の前記位置情報と、予め作成された、前記物体の位置を含む地図情報と、を重ね合わせた合成地図情報を作成する作成部と、
前記合成地図情報に基づいて前記車両の第２位置を推定する第２推定部と、
前記記憶部が記憶した、複数の前記第１位置のうち前記第２位置に対応する前記第１位置を、当該第１位置と前記第２位置とに基づいて決定した第３位置で上書きすることにより、当該第１位置を更新する更新部と、
を有する車両位置推定装置。
前記第１推定部は、第１時刻の前記車両の前記第１位置と、前記第１時刻から前記第１時間が経過した第２時刻の前記位置情報と、に基づいて、前記第２時刻の前記第１位置を推定する、
請求項１に記載の車両位置推定装置。
前記第２推定部は、前記第１時刻の前記第１位置と、前記第１時刻から前記第２時間が経過した時刻よりも前記第１時間前の第３時刻の前記第１位置と、の差を示す前記車両の移動量、及び前記第１時刻から前記第３時刻までの前記車両の周囲の物体の位置を示す複数の前記位置情報と前記地図情報とを合成した前記合成地図情報から推定した前記第１時刻の前記第２位置に基づいて、前記第３時刻の第２位置を推定する、
請求項２に記載の車両位置推定装置。