KR20200021688A - System and method for researching localization of autonomous vehicle - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a position estimating system of an autonomous vehicle, which comprises: a step of constructing a precise map for driving an autonomous vehicle using road information; a navigation position estimating step of estimating a vehicle position using the constructed precise map and vehicle driving information; an error correcting step of correcting a position error in accordance with whether a GPS is short-circuited and a lane exists on the precise map; a step of re-estimating the vehicle position similar to a reference value of the precise map by applying an error-corrected correction value and the navigation position-estimated prediction value to an unsecented Kalman filter; and a step of finally estimating the vehicle position by applying a real-time GPS value and a re-estimated value in accordance with vehicle driving to a Kalman filter.

Description

자율주행차의 위치추정시스템 및 그의 위치추정방법{SYSTEM AND METHOD FOR RESEARCHING LOCALIZATION OF AUTONOMOUS VEHICLE} Positioning system of autonomous vehicle and its location estimation method {SYSTEM AND METHOD FOR RESEARCHING LOCALIZATION OF AUTONOMOUS VEHICLE}

본 발명은 자율주행차의 위치추정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for estimating the position of an autonomous vehicle.

보다 구체적으로, 도로정보를 이용하여 자율주행차의 주행을 위한 정밀지도를 구축하는 단계, 구축된 정밀지도 및 차량의 주행정보를 이용하여 차량위치를 추정하는 항법 위치추정단계, GPS 단락 여부 및 정밀지도상의 차선 존재여부에 따라 위치오차 보정을 수행하는 오차보정단계, 상기 오차보정된 보정값과 상기 항법 위치추정된 예측값을 분산점 칼만필터(Unsecented Kalman Filter)에 적용하여 정밀지도의 기준값에 유사한 차량의 위치를 재추정하는 단계 및 차량 주행에 따른 실시간 GPS값 및 상기 재추정값을 칼만필터(Kalman Filter)에 적용하여 차량의 위치를 최종추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행차의 위치추종방법에 관한 것이다. More specifically, the step of constructing a precise map for driving the autonomous vehicle using the road information, the navigation position estimation step of estimating the vehicle position using the built precision map and the driving information of the vehicle, whether or not GPS short circuit and precision An error correction step of performing a position error correction according to whether a lane exists on a map, and applying the error corrected correction value and the navigation position estimation predicted value to an unsecented Kalman filter, a vehicle similar to the reference value of the precision map. And re-estimating the location of the vehicle, and finally estimating the location of the vehicle by applying the real-time GPS value and the re-estimation value to the Kalman Filter. It is about.

자율주행 자동차는 지능형 자동차 기술의 집합체로 운전자가 차량에 탑승하여 원하는 목적지를 지정하면 이후 특별한 조작을 하지 않아도 현재 위치나 목적지까지 최적의 경로를 생성하여 주행을 수행할 수 있다.Self-driving cars are a collection of intelligent car technologies that allow drivers to get in the car and designate their desired destinations so that they can drive by creating an optimal route to their current location or destination without any special manipulation.

또한, 자율주행 자동차는 도로의 교통신호나 표지판을 인지하고, 교통 흐름에 맞게 적절한 속도를 유지, 위험상황을 인지하여 사고예방에 능동적으로 대처할 수 있으며, 스스로 차선을 유지하며 필요한 경우에는 차선변경이나 추월, 장애물 등을 회피하기 위해 적절한 조향을 하며 원하는 목적지까지 주행할 수 있다.In addition, autonomous vehicles can proactively cope with accidents by recognizing road traffic signs and signs, maintaining appropriate speeds according to traffic flows, and aware of dangerous situations. You can drive to your desired destination with proper steering to avoid overtaking and obstacles.

자율주행 자동차는 2000년대 미국방위고등연구계획국 DARPA 주관인 DARPA Challenge 이후 각국 정부와 IT 기업들의 개발 경쟁에 따라 속도가 상상보다 빨라졌다. Self-driving cars have become faster than expected due to the development competition between governments and IT companies since the DARPA Challenge, led by the US Defense Agency for Advanced Defense Research in the 2000s.

자율주행 자동차를 개발하고 있는 자동차 업체들뿐만 아니라 다양한 IT업체들도 2020년 전후로 완전 자율주행 자동차를 출시할 계획이다. 시장조사기관 IHS의 자료에 따르면 완전 자율주행 자동차의 전 세계 연간 판매량은 2025년 23만대에서 2035년 1180만대에 이를 것으로 전망된다.Various automakers, as well as automakers developing autonomous cars, are planning to launch fully autonomous cars around 2020. According to data from the market research firm IHS, the global annual sales of fully autonomous vehicles is expected to reach 11.8 million units by 2035, up from 230,000 units by 2025.

WHO의 보고서에 따르면, 전 세계적으로 발생하는 교통사고 중 90%가 운전자 부주의 및 실수라고 하며 매년 약 5,000만 명 이상의 사상자와 약 3조 달러의 사회적 비용이 발생한다. 자율주행 자동차의 도입으로 운전자의 편의 외에도 운전자의 부주의에 의한 사고를 줄일 수 있고 이외에도 이산화탄소 배출의 감소 및 효율적인 에너지 사용이 가능해 질 수 있다.According to a WHO report, 90% of traffic accidents worldwide are inadvertent and mistaken, with more than 50 million casualties and about $ 3 trillion in social costs each year. The introduction of autonomous cars can reduce accidents caused by the driver's carelessness in addition to the driver's convenience, as well as the reduction of carbon dioxide emissions and the efficient use of energy.

이러한 자율주행 자동차의 발전에 따라, 자율주행 자동차의 위치추정 기술에 대해서도 많은 연구가 진행되고 있다. 자율주행 자동차의 위치 추정은 일반적으로 GNSS(global navigation satellite system)가 많이 사용된다.With the development of autonomous vehicles, many studies have been conducted on the technology of positioning autonomous vehicles. The location of autonomous vehicles is generally used by GNSS (global navigation satellite system).

이때, 자율 주행을 제어하는 시스템은 고속으로 움직이는 이동체의 주행환경을 실시간으로 인식 및 판단하기 위해, 스캐닝 장치, 카메라, 레이더 등과 같은 센서 장비들을 포함할 수 있다. In this case, the system for controlling autonomous driving may include sensor equipment such as a scanning device, a camera, a radar, and the like to recognize and determine in real time the driving environment of a moving object moving at high speed.

이와 같이 자율 주행을 수행할 수 있는 시스템과 관련한 발명으로, 예를 들어, 등록특허 제10-1116033호에는 GPS위성으로부터 본체의 위치 데이터를 수신하도록 형성되는 위치 수신부와, 상기 본체에서 감지되는 GPS위성의 개수를 추적하도록 형성되는 위성 추적부 및 상기 추적된 GPS의 개수에 따라 주행 방법을 결정하도록 형성되는 주행 방법결정부를 포함하는 기술이 개시되고 있다.As described above, the present invention relates to a system capable of performing autonomous driving. For example, Patent No. 10-1116033 discloses a location receiver configured to receive location data of a main body from a GPS satellite, and a GPS satellite detected by the main body. Disclosed is a technology including a satellite tracking unit configured to track the number of tracks and a driving method determination unit configured to determine a driving method according to the number of tracked GPSs.

자율주행 자동차에서 자동차의 위치파악은 무엇보다도 중요한 필수조건이 될 수 있지만 GPS가 전체 항법시스템에서 높은 비중을 차지하는 기본 센서로 이용되면서 위성항법의 오차에 따른 문제점이 발생되고 있다.In autonomous cars, positioning of cars can be an important prerequisite, but as GPS is used as a basic sensor that occupies a high proportion of the entire navigation system, problems due to satellite navigation errors are occurring.

또한, GNSS는 신호 대기 상태, 위성 분포, 무선 신호 잡음 등에 영향을 받기 때문에 GNSS의 위치 정확도는 지속적이지 않다. 또한, 고층 건물, 터널과 같은 음영 지역에서는 정확하지 않거나 사용할 수 없는 경우가 있다. In addition, the position accuracy of the GNSS is not continuous because the GNSS is affected by signal waiting conditions, satellite distribution, and wireless signal noise. In addition, they may be inaccurate or unavailable in shaded areas such as high-rise buildings and tunnels.

GNSS의 위치 추정이 불안해진 경우를 보완하고자 일반적으로 추측항법을 사용한다. 추측항법은 엔코더와 관성항법장치를 이용하여 차량의 이동 거리와 방향을 추정함으로써 자신의 위치를 추정하는 방법이다. 그러나 이 방법은 주행 환경에 따라 측정오차가 누적됨으로써 정확한 위치추정이 어렵다는 문제가 있다.In general, dead reckoning is used to compensate for an unstable position estimation of the GNSS. The dead reckoning is a method of estimating its own position by using the encoder and the inertial navigation device to estimate the moving distance and the direction of the vehicle. However, this method has a problem that accurate position estimation is difficult due to accumulation of measurement errors depending on the driving environment.

이에, 본 출원인은 관성항법, GNSS 및 분산점 칼만 필터(UKF: Unscented Kalman Filter)를 이용하여 자율주행 자동차의 위치를 지속적으로 추정하되, 도로정보 특징지도와 라이더(Lidar)를 통해 측정된 포인트의 매칭을 통해 위치 오차를 보정한 측정값을 적용함으로써 정확도 높은 위치 추정이 가능한 위치추정시스템 및 그의 위치추정방법을 제공하고자 한다.Accordingly, the applicant continuously estimates the position of the autonomous vehicle using the inertial navigation, GNSS, and Unscented Kalman Filter (UKF), but the information of the points measured through the road information feature map and the rider (Lidar) The present invention aims to provide a position estimation system and a position estimation method capable of accurate position estimation by applying a measurement value corrected for position error through matching.

1. 한국등록특허 제10-1116033호(2012.03.13.공고)1. Korean Registered Patent No. 10-1116033 (announced on March 13, 2012)

본 발명의 목적은, 관성항법, GNSS 및 분산점 칼만 필터(UKF: Unscented Kalman Filter)를 이용하여 자율주행 자동차의 지속적인 위치를 추정하되, 도로정보 특징지도와 라이더(Lidar)를 통해 측정된 포인트의 매칭을 통해 위치 오차를 보정한 측정값을 적용함으로써 정확도 높은 위치 추정이 가능한 위치추정시스템 및 그의 위치추정방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention, using the inertial navigation, GNSS and Unscented Kalman Filter (UKF) to estimate the continuous position of the autonomous vehicle, the road information feature map and the point of the point measured through the Ridar The present invention provides a position estimation system and a method for estimating a position thereof, which can accurately estimate a position by applying a measurement value of correcting a position error through matching.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행차의 위치추정시스템은 도로정보를 이용하여 구축된 정밀지도 및 차량의 주행정보를 이용하여 차량위치를 추정하는 항법 위치추정부, GPS 단락 여부 및 정밀지도상의 차선 존재여부에 따라, 위치오차 보정을 수행하는 오차보정부, 상기 오차보정된 보정값과 상기 항법 위치추정된 예측값을 분산점 칼만 필터(Unsecented Kalman Filter)에 적용하여 정밀지도의 기준값에 유사한 차량의 위치를 재추정하는 재추정부 및 차량 주행에 따른 실시간 GPS값 및 상기 재추정값을 칼만필터(Kalman Filter)에 적용하여 차량의 위치를 최종 추정하는 최종추정부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a system for estimating a position of an autonomous vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention provides a navigation position estimator for estimating a vehicle position using a precision map constructed using road information and driving information of a vehicle. According to the government, the presence of GPS short-circuit, and the presence of lanes on the precision map, the error correction unit performing position error correction, the error corrected correction value and the navigation position estimation predicted value are applied to the Unsecented Kalman Filter. And re-estimating the position of the vehicle similar to the reference value of the precision map, and applying the real-time GPS value and the reestimation value to the Kalman Filter according to the driving of the vehicle. have.

또한, 상기 오차보정부는, 주행 경로에서 차선정보가 없는 위치 또는 차선정보가 없으면서 GPS측정이 단락된 위치에서 라이다(Lidar)를 이용하여 측정되는 도로정보와 상기 정밀지도를 맵 매칭하여 정합값을 산출하는 맵 매칭부 및 상기 주행 경로에서 GPS측정이 단락될 때, 상기 정밀지도에서 차선이 검출되거나 상기 라이다를 통해 측정되는 차선이 존재하면, 차선을 이용하여 차량의 방위각 보정값을 산출하는 방위각 보정부를 포함할 수 있다.In addition, the error correction unit maps the road information measured using the Lidar at the position where there is no lane information or the lane information in the driving route and where the GPS measurement is short-circuited and maps the precision map with a matching value. Azimuth angle for calculating azimuth correction value of a vehicle using a lane when there is a lane detected on the precision map or a lane measured through the lidar when the GPS match is short-circuited in the calculated map matching unit and the driving route. It may include a correction unit.

또한, 상기 오차보정부는 차선정보 및 GPS가 센싱되면 미 구동하며, 상기 오차보정부의 미 구동시, 상기 재추정부는 상기 예측값을 재추정값으로 출력하며, 상기 최종위치 추정부는 GPS단락시 상기 재추정값을 최종 추정값으로 출력할 수 있다.In addition, the error correction unit is not driven when lane information and GPS are sensed. When the error correction unit is not driven, the re-estimation unit outputs the prediction value as a reestimated value, and the final position estimating unit is the reestimated value when GPS is shorted. Can be output as a final estimate.

또한, 상기 항법 위치추정부는, 차량의 후륜바퀴 이동량을 이용하여 차량 위치를 추정할 수 있다.In addition, the navigation position estimating may estimate the vehicle position by using the rear wheel movement amount of the vehicle.

또한, 상기 정밀지도는, 라이더를 이용하여 기준 반사도를 기반으로 지면으로부터 객체를 분류하여 군집화하며 누적지도 생성하고, 기설정크기로 지도를 분할한 후 분할지도를 단위셀로 분할하여 각 단위셀에 포함된 포인트 개수가 임계값 이하이면 노이즈로 판단하고, 각 단위셀은 평균값으로 단순화되어 구축될 수 있다.In addition, the precision map, using the rider to classify the objects from the ground based on the reference reflectivity, clusters, generates a cumulative map, divides the map to a predetermined size, and divides the divided map into unit cells in each unit cell If the number of included points is less than or equal to the threshold value, it is determined as noise, and each unit cell may be constructed by simplifying the average value.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행차의 위치추정방법은 도로정보를 이용하여 자율주행차의 주행을 위한 정밀지도를 구축하는 단계, 구축된 정밀지도 및 차량의 주행정보를 이용하여 차량위치를 추정하는 항법 위치추정단계, GPS 단락 여부 및 정밀지도상의 차선 존재여부에 따라, 위치오차 보정을 수행하는 오차보정단계, 상기 오차보정된 보정값과 상기 항법 위치추정된 예측값을 분산점 칼만필터(Unsecented Kalman Filter)에 적용하여 정밀지도의 기준값에 유사한 차량의 위치를 재추정하는 단계 및 차량 주행에 따른 실시간 GPS값 및 상기 재추정값을 칼만필터(Kalman Filter)에 적용하여 차량의 위치를 최종추정하는 단계를 포함할 수 있다.On the other hand, the position estimation method of the autonomous vehicle according to an embodiment of the present invention comprises the steps of constructing a precise map for the driving of the autonomous vehicle using the road information, the vehicle using the constructed precision map and the driving information of the vehicle A navigation point estimation step for estimating a position, an error correction step for performing a position error correction according to whether there is a GPS short circuit, and whether there is a lane on the precision map, and a dispersion point Kalman filter for calculating the error corrected correction value and the predicted navigation position estimate value. Re-estimating the position of the vehicle similar to the reference value of the precision map by applying to the Unsecented Kalman Filter, and finally estimating the position of the vehicle by applying the real-time GPS value and the reestimated value to the Kalman Filter according to the driving of the vehicle. It may include a step.

또한, 상기 오차보정단계는, 주행 경로에서 차선정보가 없는 위치 또는 차선정보가 없으면서 GPS측정이 단락된 위치에서 라이다(Lidar)를 이용하여 측정되는 도로정보와 상기 정밀지도를 맵 매칭하여 정합값을 산출하는 맵 매칭단계 및 상기 주행 경로에서 GPS측정이 단락될 때, 상기 정밀지도에서 차선이 검출되거나 상기 라이다를 통해 측정되는 차선이 존재하면, 차선을 이용하여 차량의 방위각 보정값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the error correction step, the matching value by map matching the road map and the precision map measured using the Lidar at the position where there is no lane information in the driving route or where there is no lane information and the GPS measurement is short-circuited Computing the azimuth angle correction value of the vehicle using the lane, if there is a lane detected in the precision map or the lane measured through the lidar when the GPS measurement is short-circuited in the map matching step and the driving route It may include a step.

또한, 상기 오차보정단계는 차선정보 및 GPS가 센싱되면 미 수행되고, 상기 오차보정단계의 미 수행시, 상기 재추정단계는 상기 예측값을 재추정값으로 출력하며, 상기 최종위치 추정단계는 GPS단락시 상기 재추정값을 최종 추정값으로 출력할 수 있다.In addition, the error correction step is not performed when the lane information and GPS is sensed, when the error correction step is not performed, the re-estimation step outputs the prediction value as a re-estimation value, and the final position estimation step is a GPS short circuit. The reestimated value may be output as a final estimated value.

또한, 상기 항법 위치추정단계는, 차량의 후륜바퀴 이동량을 이용하여 차량 위치를 추정할 수 있다.In the navigation position estimating step, the vehicle position may be estimated using the rear wheel movement amount of the vehicle.

또한, 상기 정밀지도를 구축하는 단계는, 라이다를 이용하여 기준 반사도를 기반으로 지면으로부터 객체를 분류하여 군집화하며 누적지도 생성하는 단계, 상기 생성된 누적지도를 기설정크기로 분할하는 단계, 분할된 분할지도를 단위셀로 분할하는 단계 및 분할된 각 단위셀에 포함된 포인트 개수가 임계값 이하이면 노이즈로 판단하고, 각 단위셀은 평균값으로 단순화시키는 단계를 포함할 수 있다.The building of the precision map may include classifying and clustering objects from the ground based on a reference reflectivity using a lidar, generating a cumulative map, dividing the generated cumulative map into a predetermined size, and dividing. The divided map may be divided into unit cells, and if the number of points included in each divided unit cell is equal to or less than a threshold, noise may be determined, and each unit cell may be simplified to an average value.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 자율주행차의 위치추정시스템은 관성항법, UKF 및 GPS를 이용한 추정을 통해 지속적인 위치를 추정하면서 간헐적으로 차선정보가 없는 위치(교차로 포함), GPS단락 위치에서의 위치오차를 맵매칭을 통해 보정함으로써 정확도 높은 위치추정을 할 수 있다.As described above, the position estimation system of the autonomous vehicle of the present invention intermittently estimates the position by using inertial navigation, UKF and GPS while intermittently having no lane information (including intersections), at the GPS short position. Accurate position estimation can be achieved by correcting the position error through map matching.

또한, 정밀지도의 구축시 단순화 작업을 통해 중복 데이터(객체포인트)로인한 연산 증가 및 시스템 부하를 줄이면서 지도 정밀도는 높일 수 있다.In addition, by simplifying the construction of the precision map, the map accuracy can be increased while reducing the computational load and system load due to redundant data (object points).

또한, 도로정보로부터 인식된 차선, 횡단보도 등의 노면마크를 ANN학습을 통해 특징벡터를 획득하여 객체를 분류함으로써 정확한 정밀지도를 구축할 수 있다. 이와 같은 정밀지도를 이용하여 위치추종 시, 정확도를 더욱 높일 수 있다.In addition, accurate road maps can be constructed by classifying objects by acquiring feature vectors from road markings such as lanes and crosswalks recognized from road information through ANN learning. By using such a precision map, it is possible to further increase the accuracy when tracking the location.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행차의 위치추정시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다(Lidar)의 측정포인트를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행차의 위치추정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 도 3의 정밀지도 구축방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 후륜바퀴 이동량을 이용한 위치추정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방위각 보정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 3에 따른 위치추정방법을 이용한 실험주행결과를 나타낸다.
도 8은 GNSS단락 및 오차보정 미적용에 의한 관성항법추측 결과를 나타낸다.
도 9는 도 7의 구간별 확대그래프이다.
도 10a 내지 10c는 도 9의 각 구간별 RMS 그래프를 나타낸다.
도 11a 내지 11c는 도 9의 각 구간별 방위각 오차를 나타낸다.
1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a system for estimating a position of an autonomous vehicle according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a measuring point of the lidar (Lidar) according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method for estimating a location of an autonomous vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of constructing an accurate map of FIG. 3.
5 is a view for explaining a position estimation using the rear wheel movement amount according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram for describing an azimuth correction according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 illustrates a test run result using the position estimation method of FIG. 3.
Figure 8 shows the inertial navigation estimation results by applying the GNSS paragraph and error correction.
FIG. 9 is an enlarged graph for each section of FIG. 7.
10A to 10C illustrate RMS graphs of respective sections of FIG. 9.
11A to 11C illustrate azimuth errors for each section of FIG. 9.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as limiting in their usual or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concepts of terms in order to best describe their invention. It should be interpreted as meanings and concepts corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the configuration shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various equivalents that may be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be water and variations.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.Before describing the present invention with reference to the drawings, it is not shown or specifically described for the matters that are not necessary to reveal the gist of the present invention, that is, can be obviously added by those skilled in the art. Make a note.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행차의 위치추정시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행차의 위치추정시스템(이하, 위치추정시스템이라 함)은 센서부(110), 항법 위치추정부(120), 오차보정부(130), 재추정부(140) 및 최종 추정부(150)를 포함할 수 있다. 또한, 오차보정부(130)는 맵 매칭부(131) 및 방위각 보정부(132)를 포함할 수 있다.1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a system for estimating a position of an autonomous vehicle according to an embodiment of the present invention. Position estimation system (hereinafter, referred to as position estimation system) of the autonomous vehicle according to an embodiment of the present invention is the sensor unit 110, navigation position estimation unit 120, error correction unit 130, re-estimation unit 140 ) And the final estimator 150. In addition, the error correction unit 130 may include a map matching unit 131 and an azimuth correction unit 132.

한편, 도 1에 대한 설명에서는 각 구성(110 내지 150)의 개략적인 기능 및 동작을 설명하고, 구체적인 동작은 도 3 내지 도 11c를 통해 구체적으로 설명하도록 한다.Meanwhile, in the description of FIG. 1, schematic functions and operations of the components 110 to 150 will be described, and specific operations will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 11C.

센서부(110)는 위치 추정을 위해 자율주행차에 구비되는 센서들로, 차량으로부터 획득할 수 있는 속도, 각속도, 헤딩값, 이동거리 등의 주행정보를 센싱하는 운동상태 측정센서(111), 라이다(Lidar:112), GNSS 센서(113)를 포함할 수 있다. 여기서, 운동상태 측정센서(110)는 휠 센서, 조향센서, 관성측정센서(IMU: Inertial Measurement Unit) 등이 될 수 있다. 관성측정센서는 자이로스코프, 가속도계, 지자기 센서로 구성될 수 있다.Sensor unit 110 is a sensor provided in the autonomous vehicle for position estimation, the exercise state measuring sensor 111 for sensing the driving information, such as speed, angular velocity, heading value, moving distance that can be obtained from the vehicle, Lidar 112 and GNSS sensor 113 may be included. Here, the movement state measuring sensor 110 may be a wheel sensor, a steering sensor, an inertial measurement unit (IMU), or the like. The inertial measurement sensor may be composed of a gyroscope, an accelerometer, and a geomagnetic sensor.

도 2를 참고하면, 자율주행차의 상부 중심에 라이다(112)가 구비되어 주행경로상의 도로정보(객체)를 센싱할 수 있으며, 관성측정센서(IMS) 및 GNSS센서(113)는 후륜 축을 기준으로 설치될 수 있다.Referring to FIG. 2, a lidar 112 is provided at an upper center of an autonomous vehicle to sense road information (object) on a driving route, and an inertial measurement sensor (IMS) and a GNSS sensor 113 are configured to rear axle shafts. Can be installed as a standard.

센서부(110)에서 센싱되는 센싱값들은 메모리(미도시)에 실시간으로 저장되며, 항법위치추정부(120), 맵 매칭부(131), 방위각 보정부(132) 및 최종추정부(150)로 제공될 수 있다. The sensing values sensed by the sensor unit 110 are stored in real time in a memory (not shown), and the navigation position estimation unit 120, the map matching unit 131, the azimuth correction unit 132, and the final estimation unit 150 are provided. It may be provided as.

항법 위치추정부(120)는 도로정보를 이용하여 구축된 정밀지도 및 운동상태 측정센서(111)를 통해 센싱된 차량의 주행정보를 이용하여 차량위치를 추정한 예측값을 산출할 수 있다. 이때, 항법 위치추정부(120)는 차량의 주행정보(속도, 각속도, 헤딩값, 이동거리 등)를 본 발명의 일 실시 예에 따른 모션 모델에 적용하여 예측값을 추정할 수 있다.The navigation position estimating unit 120 may calculate a predicted value for estimating the vehicle position using the driving information of the vehicle sensed through the precision map and the motion state measuring sensor 111 constructed using the road information. At this time, the navigation position estimation unit 120 may estimate the predicted value by applying the driving information (speed, angular velocity, heading value, moving distance, etc.) of the vehicle to the motion model according to an embodiment of the present invention.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치추정시스템은 정확한 위치추정을 위한 정밀지도를 구축하여 적용하였다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 정밀지도는 라이다, 관성항법장치 및 GNSS 센서를 이용하여 구축된 것으로, 정밀지도 구축시 GNSS센서에 의해 센싱된 GPS값들을 기준 위치값으로 설정할 수 있다.In addition, the position estimation system according to an embodiment of the present invention was applied to build a precise map for accurate position estimation. The precision map according to an embodiment of the present invention is constructed using a lidar, an inertial navigation device and a GNSS sensor, and GPS values sensed by the GNSS sensor may be set as reference position values when constructing the precision map.

여기서, 정밀지도의 기준 위치값은 재추정부(140) 및 최종 추정부(150)에서 위치보정을 위한 기준으로 이용될 수 있다.Here, the reference position value of the precision map may be used as a reference for position correction in the re-estimation unit 140 and the final estimator 150.

본 발명의 정밀지도는 라이다를 이용하여 기준 반사도를 기반으로 지면으로부터 객체를 분류하여 군집화하며 누적지도 생성하고, 기설정크기로 지도를 분할한 후 분할지도를 단위셀로 분할하여 각 단위셀에 포함된 포인트 개수가 임계값 이하이면 노이즈로 판단하고, 각 단위셀은 평균값으로 단순화되어 구축될 수 있다. 한편, 정밀지도 구축 및 모션모델을 이용한 항법 위치추정부(120)의 예측값 추정은 도 2 및 도 3을 통해 구체적으로 설명하도록 한다.The precision map of the present invention classifies and clusters objects from the ground based on the reference reflectivity using a lidar, generates a cumulative map, divides the map into preset sizes, and divides the divided map into unit cells. If the number of included points is less than or equal to the threshold value, it is determined as noise, and each unit cell may be constructed by simplifying the average value. Meanwhile, the prediction value estimation of the navigation position estimator 120 using the precision map construction and the motion model will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.

오차보정부(130)는 GPS 단락 여부 및 정밀지도상의 차선 존재여부에 따라, 맵 매칭부(131) 또는 방위각 보정부(132)를 통해 오차보정을 수행할 수 있다.The error correction unit 130 may perform error correction through the map matching unit 131 or the azimuth correction unit 132 according to whether a GPS short circuit exists and whether a lane exists on the precision map.

맵 매칭부(131)는 주행 중 라이다(Lidar)를 이용하여 측정되는 도로정보와 정밀지도를 맵 매칭하는 오차보정을 통해 정합값을 산출할 수 있다. 이때, 맵 매칭부(131)는 주행 경로에서 교차로와 같이 차선정보가 없는 위치, 차선정보가 없으면서 GPS측정이 단락된 위치에서 구동될 수 있다. The map matching unit 131 may calculate a matching value through an error correction that map-matches the road information and the precision map measured using a lidar while driving. In this case, the map matching unit 131 may be driven at a position where there is no lane information, such as an intersection in a driving route, and at a position where GPS measurement is shorted without lane information.

즉, 맵 매칭부(131)는 간헐적으로 구동되어 관성항법측위에 의한 오차를 보정할 수 있다. 이에, 맵 매칭부(131)가 구동되지 않을 때에는 항법 위치추정부(120)를 통해 지속적인 위치추정을 할 수 있다.That is, the map matching unit 131 may be driven intermittently to correct an error caused by inertial navigation. Thus, when the map matching unit 131 is not driven, the position estimation may be continuously performed through the navigation position estimating unit 120.

본 발명에서 맵 매칭부(131)는 ICP(Iterative Closet Point) 알고리즘에 따른 점대점 매칭방법을 이용하여 정합값을 산출할 수 있다.In the present invention, the map matching unit 131 may calculate a matching value using a point-to-point matching method according to an iterative closet point (ICP) algorithm.

방위각 보정부(132)는 GNSS 센서(113)가 단락되었으나, 차선정보가 검출될 때 차선정보를 이용하여 차량의 방위각을 보정한 방위각 보정값을 산출할 수 있다. 방위각 보정부(132)는 정밀지도로부터 차량의 주행경로에서 검출된 차량 근접 차선 정보 또는 라이다(112)에서 측정된 차선 정보를 이용하여 차량의 방위각 보정값을 산출하며, 재추정부(140)에 입력되는 측정값에 포함된 방위각을 산출된 방위각 보정값으로 변경시킬 수 있다.Although the GNSS sensor 113 is short-circuited, the azimuth correction unit 132 may calculate an azimuth correction value by correcting the azimuth of the vehicle using the lane information when lane information is detected. The azimuth correction unit 132 calculates the azimuth correction value of the vehicle by using the vehicle proximity lane information detected in the driving route of the vehicle or the lane information measured in the lidar 112 from the precision map, The azimuth included in the input measured value may be changed to the calculated azimuth correction value.

재추정부(140)는 분산점 칼만필터(Unsecented Kalman Filter)를 이용하여 입력되는 UKF의 예측값 및 측정값 중 기준값에 근접한 값을 차량위치로 추정할 수 있다. 이때, UKF의 예측값 입력으로, 항법 위치추정부(120)에서 추정된 예측값이 적용되고, UKF의 측정값 입력으로 오차보정부(130)에서 산출된 정합값 또는 방위각 보정값이 적용될 수 있다.The re-estimation unit 140 may estimate, as the vehicle position, a value close to the reference value among the predicted and measured values of the UKF input by using the unsecented Kalman filter. In this case, the prediction value estimated by the navigation position estimator 120 may be applied as the prediction value input of the UKF, and the matched value or the azimuth correction value calculated by the error correction unit 130 may be applied as the measurement value input of the UKF.

즉, 맵 매칭부(131)에서 산출된 정합값(UKF의 측정값이 됨)을 분산점 칼만필터(Unsecented Kalman Filter)에 적용하여 정밀지도상의 기준 위치값과 유사도가 높은 값을 차량의 위치로 재추정할 수 있다. That is, by applying the matching value (which becomes the measured value of UKF) calculated by the map matching unit 131 to the unscented Kalman filter, a value similar to the reference position value on the precision map is used as the vehicle position. Can be reestimated.

또는, 방위각 보정부(132)에 의해 보정된 방위각이 있는 경우, 항법위치추정부(120)에서 추정된 예측값의 x 및 y값은 그대로 적용하고 방위각(θ)각만 보정된 방위각으로 적용할 수 있다. 즉, UKF 측정값으로 (항법위치추정부(120)에서 추정된 예측값의 X값, Y값 및 방위각 보정값)을 적용할 수 있다.Alternatively, when there is an azimuth corrected by the azimuth correction unit 132, the x and y values of the predicted values estimated by the navigation position estimating unit 120 may be applied as they are and may be applied as the azimuth corrected only by the azimuth angle θ. . That is, the UKF measurement value (X value, Y value, and azimuth correction value of the predicted value estimated by the navigation position estimation unit 120) may be applied.

분산점 칼만필터(UKF)는 평균 주변에 (시그마 점(sigma point)으로 불리는) 샘플 포인트의 최소 집합을 얻기 위해, 무향 변환(UT: Unscented Transform)으로 알려진 결정론적인 샘플링 기술을 사용한다. 이 시그마 점들은 비선형 함수를 통해 전달되고, 변환된 점들에 대해 평균과 공분산을 구하는 형태를 가질 수 있다. Dispersion point Kalman filter (UKF) uses a deterministic sampling technique known as Unscented Transform (UT) to obtain the minimum set of sample points (called sigma points) around the mean. These sigma points are passed through a nonlinear function and can take the form of finding the mean and covariance for the transformed points.

한편, 오차보정부(130)는 차선정보 및 GPS가 센싱되면 미구동하며, 오차보정부(130)의 미 구동시, 재추정부(140)는 재추정부(140)는 항법 위치추정부(120)에서 추정된 예측값을 UKF의 측정값으로 이용하여 재추정함으로써, 예측값을 재추정값으로 출력할 수 있다. On the other hand, the error correction unit 130 is not driven when the lane information and GPS is sensed, when the error correction unit 130 is not driven, the recalibration unit 140, the recalibration unit 140 is the navigation position estimation unit 120 By reestimating the predicted value estimated by using the measured value of UKF, the predicted value may be output as the reestimated value.

최종 추정부(150)는 GNSS 센서(113)에서 측정된 GPS값을 적용하여 보다 안정적이고 정확한 위치추정을 할 수 있다. 최종 추정부(150)는 차량 주행에 따른 실시간 GPS값(칼만필터의 측정값이 됨) 및 위치 재추정부(140)에서 추정된 재추정값(칼만필터의 예측값이 됨)을 칼만필터(Kalman Filter)에 적용하여 기준 위치값을 기준으로 오차보정된 최종추정을 할 수 있다. The final estimator 150 may apply a GPS value measured by the GNSS sensor 113 to make a more stable and accurate position estimation. The final estimator 150 calculates a real-time GPS value (which is a measured value of the Kalman filter) and the reestimated value estimated by the position re-estimation 140 (which is an estimated value of the Kalman filter) according to the driving of the vehicle. It can be applied to the final estimation of the error correction based on the reference position value.

이때, GPS단락시 칼만필터의 지속적인 위치추정을 위해 최종 위치추정부(150)는 재추정부(140)에서 추정된 재추정값을 칼만필터의 측정값으로 이용하여 최종추정할 수 있다. 즉, GPS 단락시 칼만필터의 예측값 및 측정값이 모두 재추정부(140)에서 추정된 재추정값이 되므로, 이를 최종 추정값으로 출력할 수 있다.In this case, in order to continuously estimate the Kalman filter at the time of the GPS short, the final position estimation unit 150 may use the reestimation value estimated by the reestimation unit 140 as the measurement value of the Kalman filter to make the final estimation. That is, since both the predicted value and the measured value of the Kalman filter at the time of GPS short-circuit become the reestimated value estimated by the reestimation unit 140, it may be output as the final estimated value.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행차의 위치추정방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 4는 도 3의 정밀지도 구축방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 설명의 이해를 위해 도 1 및 2를 참고하여 설명할 수 있다.3 is a flowchart illustrating a method for estimating a location of an autonomous vehicle according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of constructing an accurate map of FIG. 3. In order to understand the description, it may be described with reference to FIGS. 1 and 2.

본 발명의 일 실시 예에 따른 위치추정방법은 도로정보를 이용한 정밀지도를 구축(S301)하여 위치추정에 이용함으로써 정확한 위치추정을 할 수 있다. 도 4를 참고하면, 라이다 측정(S410)을 통해 검출되는 포인트들로부터 기준 반사도를 기반으로 지면으로부터 객체를 분류할 수 있다(S420). In the location estimation method according to an embodiment of the present invention, accurate location estimation may be performed by constructing a precision map using road information (S301) and using the location estimation. Referring to FIG. 4, an object may be classified from the ground based on a reference reflectance from points detected through the Lidar measurement (S410) (S420).

도 2를 참고하면, 라이다(112)에서 측정되는 포인트(R)는 하기의 수학식1과 같이 [

Figure pat00001
,
Figure pat00002
,
Figure pat00003
]로 변환될 수 있다. 여기서, α는 라이다의 분해능 각도가될 수 있다.Referring to FIG. 2, the point R measured in the lidar 112 may be expressed as in Equation 1 below.
Figure pat00001
,
Figure pat00002
,
Figure pat00003
Can be converted to]. Where α may be the resolution angle of the lidar.

Figure pat00004
Figure pat00004

한편, 일반적으로 연석의 높이는 법적으로 지면으로부터 15cm로 기준을 두고 있다. 차량 기준으로 변환된 점들 중 지면으로부터 15cm 이하의 점들의 반사도는 20 이하가 된다. 반사도와 지면으로부터의 높이(H)를 이용해 지면으로부터 객체들을 분리할 수 있다(S420).In general, the curb height is legally 15 cm from the ground. Among the points converted to the vehicle reference, the reflectivity of the points 15 cm or less from the ground becomes 20 or less. Objects may be separated from the ground using the reflectivity and the height H from the ground (S420).

다음으로, RBNN(Radius Based Nearest Neighbor) 알고리즘을 이용하여 라이다(112)로부터 취득한 포인트 데이터를 군집화할 수 있다(S430). RBNN은 거리를 매개변수로 점과 근접 점까지의 거리를 계산하여 임계 값 이하이면 같은 군집이고 이상일 경우 새로운 군집으로 정한다. 군집화 클러스터의 크기가 1 이하일 경우 노이즈로 판단할 수 있다.Next, the point data acquired from the LiDAR 112 may be clustered using a Radius Based Nearest Neighbor (RBNN) algorithm (S430). The RBNN calculates the distance between the point and the proximity point using distance as a parameter, and sets it as the new cluster if it is below the threshold and if it is above. When the size of the clustering cluster is 1 or less, it may be determined as noise.

다음으로, 군집화된 포인트 데이터를 이용하여 누적지도 생성하고(S440), 기설정크기로 지도를 분할한 후(S450), 분할지도를 단위셀로 분할하여(S460) 각 단위셀에 포함된 포인트 개수가 임계값 이하이면(S470) 노이즈로 판단하고(S480), 각 단위셀은 평균값으로 단순화(S490)시켜 정밀지도를 구축할 수 있다(S500).Next, a cumulative map is generated using the clustered point data (S440), the map is divided into a predetermined size (S450), and the divided map is divided into unit cells (S460). The number of points included in each unit cell is shown. If it is equal to or less than the threshold value (S470), it is determined as noise (S480), and each unit cell can be simplified to an average value (S490) to build a precise map (S500).

한편, 본 발명의 일 실시 예에서는 구축된 정밀지도의 객체 인식의 정확성을 위해 ANN 학습 알고리즘을 사용하여 지도학습을 통해 객체를 분류하였다. 이때, 주성분 분석(PCA : Principal Component Analysis)를 통한 객체의 x, y, z 차원에 대한 고유 벡터와 객체의 평균 반사도, 객체의 z축 위치를 특징을 이용하여 차선, 노면 마크 정보(횡단보도 등)에 대한 학습을 적용하였다. Meanwhile, in an embodiment of the present invention, the object is classified through map learning using an ANN learning algorithm for the accuracy of object recognition of the constructed precision map. At this time, the lane and road mark information (crosswalk, etc.) using the eigenvectors of the x, y, and z dimensions of the object, the average reflectivity of the object, and the z-axis position of the object through Principal Component Analysis (PCA) Learning was applied.

도 4와 같이 구축된 정밀지도 및 운동상태 측정센서(111)를 통해 센싱된 차량의 주행정보를 이용하여 항법위치추정을 통해(S302), 차량위치를 추정한 예측값을 산출할 수 있다. Using the navigation information of the vehicle sensed through the precision map and the motion state measuring sensor 111 constructed as shown in FIG. 4, the predicted value for estimating the vehicle position may be calculated through navigation position estimation (S302).

이때, 항법 위치추정부(120)는 차량의 주행정보(속도, 각속도, 헤딩값, 이동거리 등)를 본 발명의 일 실시 예에 따른 모션 모델에 적용하여 차량의 후륜바퀴의 이동량을 산출하여 차량의 위치추정 예측값을 추정할 수 있다.At this time, the navigation position estimation unit 120 calculates the movement amount of the rear wheel of the vehicle by applying the driving information (speed, angular velocity, heading value, moving distance, etc.) of the vehicle to the motion model according to an embodiment of the present invention. It is possible to estimate the position estimation predicted by.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 후륜바퀴 이동량을 이용한 위치추정을 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참고하면, 차량 위치

Figure pat00005
에서 차량의 위치는
Figure pat00006
로 나타낼 수 있다.
Figure pat00007
는 차량의
Figure pat00008
좌표 및 방향을 의미하며, 수학식2의
Figure pat00009
는 차량의 속도
Figure pat00010
, 각속도
Figure pat00011
이다. 속도 기반 모델은 다음 수학식3과 같다.5 is a view for explaining a position estimation using the rear wheel movement amount according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 5, the vehicle location
Figure pat00005
The location of the vehicle in
Figure pat00006
It can be represented as.
Figure pat00007
Of the vehicle
Figure pat00008
It means the coordinates and the direction,
Figure pat00009
Speed of the vehicle
Figure pat00010
, Angular velocity
Figure pat00011
to be. The speed-based model is shown in Equation 3 below.

Figure pat00012
Figure pat00012

Figure pat00013
Figure pat00013

차량의 위치 이동은 도 5와 같이 나타낼 수 있으며, 차량의 속도

Figure pat00014
를 구하는 방법으로 본 발명의 일 실시예에서는 차량의 후륜바퀴의 이동량을 사용하여 속도
Figure pat00015
를 측정했다. 속도
Figure pat00016
, 각속도
Figure pat00017
를 구하는 식은 다음 수학식 4와 같다.The positional movement of the vehicle may be represented as shown in FIG. 5, and the speed of the vehicle
Figure pat00014
In an embodiment of the present invention to obtain a speed using the amount of movement of the rear wheel of the vehicle
Figure pat00015
Was measured. speed
Figure pat00016
, Angular velocity
Figure pat00017
The equation to obtain is as shown in Equation 4.

Figure pat00018
Figure pat00018

도 5, 수학식 3 및 수학식 4를 참고하면,

Figure pat00019
는 차량을 위치 이동을 나타내기 위한 함수이고,
Figure pat00020
는 차량의 위치의 차이로, 직선이동거리 변화량이 된다. 또한,
Figure pat00021
는 차량의 헤딩(차량의 방향성) 변화량이며, R은 차량의 뒷 차축으로부터 차량 중심점간의 거리이다.Referring to Figure 5, Equation 3 and Equation 4,
Figure pat00019
Is a function for indicating the positional movement of the vehicle,
Figure pat00020
Is the difference in the position of the vehicle, and is the linear movement distance change amount. Also,
Figure pat00021
Is the amount of change in the heading of the vehicle, and R is the distance between the vehicle center point and the rear axle of the vehicle.

차량이 이전 위치(

Figure pat00022
)에서 현재 위치(
Figure pat00023
)로 이동을 하였을 경우, 이전 위치에서 현재위치까지의 이동량을 알면 현재 위치를 예측할 수 있다. 차량의
Figure pat00024
이동거리를 알기 위해서 차량의 후륜바퀴의 이동량을 통해 속도를 구하였다. 시간은 차량의 위치 이동시 소요된 사간을 사용하였다. 수학식 4를 통해, 각속도를 구하였고 각속도에 대한 수학식 3의
Figure pat00025
에 대한 공식처럼 시간변화당 각속도의 합을 통해 헤딩을 구하였다.The vehicle is in its previous location (
Figure pat00022
At your current location (
Figure pat00023
If you move to), you can predict the current position by knowing the amount of movement from the previous position to the current position. Vehicle
Figure pat00024
In order to know the moving distance, the speed was calculated from the amount of movement of the rear wheel of the vehicle. The time used was the time spent in moving the vehicle. Through Equation 4, the angular velocity was obtained and
Figure pat00025
The heading is obtained from the sum of the angular velocities per time change, as in the formula for.

상기와 같이, 모션모델을 통해 항법 위치 추정된 예측값을 산출할 수 있다. 이때, 지속적인 위치추정을 위해 본 발명에서는 UKF 및 KF를 이용하여 위치추정을 할 수 있다. GPS가 측정되고(S303:N), 정밀지도로부터 차선정보가 검출되는 경우(S305:Y) 모션모델을 통해 추정된 예측값은 UKF의 예측값으로 입력될 수 있다. As described above, the navigation position estimated prediction value may be calculated through the motion model. At this time, in the present invention for the continuous position estimation can be estimated using the UKF and KF. When GPS is measured (S303: N) and lane information is detected from the precision map (S305: Y), the predicted value estimated through the motion model may be input as a predicted value of the UKF.

한편, GPS 단락 여부 및 정밀지도상의 차선 존재여부에 따라, 맵 매칭부(131) 또는 방위각 보정부(132)를 통해 오차보정을 수행할 수 있다. 구체적으로, GPS가 단락되고(S303:Y), 정밀지도 또는 라이더로부터 차선정보가 검출되지 않으면(S305:N), 정밀지도로부터 기준값이 되는 점군 집합과 라이다(112)로 부터 검출되는 점군 집합을 ICP알고리즘을 이용하여 맵 매칭함으로써 오차보정된 정합값을 산출할 수 있다(S306). 한편, S306단계는 차선정보가 없는 경우에 수행되므로 S305단계에서 No인 경우에도 수행될 수 있다.On the other hand, the error correction may be performed through the map matching unit 131 or the azimuth correction unit 132 according to whether the GPS short circuit and whether there is a lane on the precision map. Specifically, if GPS is short-circuited (S303: Y) and lane information is not detected from the precision map or the rider (S305: N), the point group set to be a reference value from the precision map and the point group set detected from the lidar 112 are selected. An error-corrected match value may be calculated by map matching using the ICP algorithm (S306). On the other hand, step S306 is performed when there is no lane information, so it may be performed even when No in step S305.

한편, GPS가 단락되고(S303:Y), 정밀지도 또는 라이더로부터 차선정보가 검출되면(S305:Y) 검출된 차선정보와 차량의 중심을 이용하여 방위각을 보정할 수 있다(S307). 이때, 장애물이 존재하지 않는 지도의 차선정보를 이용하여 방위각을 보정하였고 정밀지도에 존재하지 않는 경로일 경우 차량의 LiDAR로부터 측정한 가장 가까운 차선의 포인트 데이터를 이용하여 방위각을 보정할 수 있다.On the other hand, if the GPS is shorted (S303: Y) and lane information is detected from the precision map or the rider (S305: Y), the azimuth angle may be corrected using the detected lane information and the center of the vehicle (S307). In this case, the azimuth angle is corrected by using lane information of a map without an obstacle, and in the case of a path that does not exist on a precise map, the azimuth angle may be corrected by using point data of the nearest lane measured from LiDAR of the vehicle.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방위각 보정을 설명하기 위한 도면이다. 도 6을 참고하면, 검출된 차선으로부터 두 차선의 중심선과 차량의 중심선에 의한 각도 차이를 이용하여 차량의 방위각을 보정할 수 있다. 이때, 차선의 한쪽만 검출되는 경우 검출된 차선으로부터 법적 차선 넓이가 3.5m인 것을 고려하여 1.75m 떨어져 있는 점으로부터 차량의 방위각을 보정할 수 있다.6 is a diagram for describing an azimuth correction according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the azimuth angle of the vehicle may be corrected using an angle difference between the center line of the two lanes and the center line of the vehicle from the detected lane. In this case, when only one side of the lane is detected, the azimuth angle of the vehicle may be corrected from a point 1.75 m away from the detected lane in consideration of a legal lane area of 3.5 m.

다음으로, GPS 단락 여부 및 정밀지도상의 차선 존재여부에 따라 항법위치추정부(모션모델:120)에서 산출된 예측값은 UKF 예측값으로 입력되고, 맵매칭부(131) 또는 방위각 보정부(132)에서 산출된 값은 UKF 측정값으로 입력될 수 있다. 입력된 예측값 및 측정값을 이용하여 UKF 알고리즘에 따라 기설정된 기준값에 근접한 값을 재추정값으로 산출할 수 있다(S308).Next, the predicted value calculated by the navigation position estimator (motion model: 120) is input as a UKF predicted value according to whether a GPS short circuit exists and whether there is a lane on the precision map, and the map matching unit 131 or the azimuth correction unit 132 The calculated value can be entered as a UKF measurement. Using the inputted prediction value and the measured value, a value close to a reference value preset according to the UKF algorithm may be calculated as a reestimated value (S308).

한편, 오차보정부(130)는 차선정보 및 GPS가 센싱되면 미구동하며, 오차보정부(130)의 미 구동시, S302단계에서 추정된 예측값을 UKF의 측정값으로 이용하여 재추정함으로써, 예측값을 재추정값으로 출력할 수 있다. On the other hand, the error correction unit 130 is not driven when the lane information and GPS is sensed, and when the error correction unit 130 is not driven, by re-estimating the estimated value estimated in step S302 using the measured value of the UKF, the predicted value Can be output as a reestimation value.

다음으로, 차량 주행에 따른 실시간 GPS값(칼만필터의 측정값이 됨) 및 위치 재추정부(140)에서 추정된 재추정값(칼만필터의 예측값이 됨)을 칼만필터(Kalman Filter)에 적용하여 기준 위치값을 기준으로 오차보정된 최종추정을 할 수 있다(ㄴ309). Next, a real-time GPS value (which becomes a measured value of the Kalman filter) and the reestimated value estimated by the position re-estimation 140 (which becomes an estimated value of the Kalman filter) according to the driving of the vehicle are applied to the Kalman Filter. An error-corrected final estimate can be made based on the position value (b309).

이때, GPS단락시 칼만필터의 지속적인 위치추정을 위해 S308단계에서 추정된 재추정값을 칼만필터의 측정값으로 이용하여 최종추정할 수 있다. 즉, GPS 단락시 칼만필터의 예측값 및 측정값이 모두 S308단계에서 추정된 재추정값이 되므로, 이를 최종 추정값으로 출력할 수 있다.In this case, in order to estimate the position of the Kalman filter at the time of GPS short, the re-estimation value estimated in step S308 may be used as the measured value of the Kalman filter. That is, since both the predicted value and the measured value of the Kalman filter at the time of GPS short-circuit become the reestimated value estimated in step S308, it can be output as the final estimated value.

도 7은 도 3에 따른 위치추정방법을 이용한 실험주행결과를 나타낸다. 여기서, RTK_GNSS는 기준값이 되고, (DR)heading_ICP는 맵 매칭부(131)의 오차보정이 적용된 경우, GNSS_DR은 GNSS 및 항법위치추정에 의해서만 위치추정된 경우, Noise_GNSS는 GNSS 측정으로만 위치추정된 경우를 나타낸다. 한편, 일반 GNSS는 기준값에 대한 RTK_GNSS와 동시 측징이 불가하므로, 기준값에 가우시안 노이즈를 가하여 Noise-GNSS로 이용하였다.FIG. 7 illustrates a test run result using the position estimation method of FIG. 3. Here, RTK_GNSS is a reference value, (DR) heading_ICP is the error correction of the map matching unit 131, GNSS_DR is estimated only by GNSS and navigation position estimation, Noise_GNSS is estimated only by GNSS measurement Indicates. On the other hand, since the general GNSS cannot simultaneously measure RTK_GNSS with respect to the reference value, Gaussian noise is added to the reference value and used as Noise-GNSS.

이때, 추측항법의 오차를 보정하기 위해 차선과 차선이 존재하지 않는 교차로 부분의 오차를 보정하기 위해 횡단보도를 이용하였다. 그러므로 차선이 존재하는 구역과 존재하지 않는 구역, 추측항법 특성상 차량이 주행함으로 거리에 따라 오차가 달라지므로 도 7과 같이 4가지 경우에 대해 분석하였고 차량 정보와 지도만을 이용한 위치 추종을 확인하기 위해 도 8과 같이 GNSS가 단락된 위치 추종 결과를 확인하였다.At this time, the crosswalk was used to correct the error of the intersection portion where the lane and the lane do not exist to correct the error of the dead reckoning. Therefore, as the vehicle travels, the error varies depending on the distance between the zone where the lane exists and the zone that does not exist, and the dead reckoning characteristics are analyzed according to the four cases as shown in FIG. As shown in Fig. 8, GNSS short-circuited position tracking result was confirmed.

도 8은 GNSS단락 및 오차보정 미적용에 의한 관성항법추측 결과를 나타낸다. 도 8은 차량의 휠 센서와 후륜 바퀴 간의 거리를 이용한 오차 갱신이 없는 추측항법에 관한 것으로, 누적 오차로 인해 경로가 왜곡되는 것을 확인하였다.8 shows the results of inertial navigation estimation by GNSS paragraph and no error correction. FIG. 8 relates to a dead reckoning without error update using a distance between a wheel sensor and a rear wheel of a vehicle, and confirms that a path is distorted due to a cumulative error.

도 9는 도 7의 구간별 확대그래프이다. FIG. 9 is an enlarged graph for each section of FIG. 7.

도 9의 1번 구간(좌측 상단)은 차량의 출발 직후의 직진 구간에 관한 그래프이다. 오차보정이 적용된 (DR)heading_ICP경우, 차량의 위치 추종의 오차가 적은 것을 확인하였다. Section 1 (upper left) of FIG. 9 is a graph relating to a straight section immediately after the vehicle starts. In the case of (DR) heading_ICP with error correction, it is confirmed that the error of tracking the position of the vehicle is small.

도 9의 2번 구간(우측 상단)은 차량이 주행 후 첫 번째 교차로 부분으로 차선이 존재하지 않는 구역이며 곡선 구간이다. 차선이 존재하지 않음으로 차량의 위치 추종에 오차가 발생한 것을 확인 할 수 있고 교차로를 통과하며 횡단보도를 이용한 오차 보정으로 차량의 정상 주행 경로와 근접하게 추종하는 것을 확인하였다.Section 2 (upper right) of FIG. 9 is a curved section where a lane does not exist as a first intersection after the vehicle is driven. It was confirmed that an error occurred in following the location of the vehicle because there was no lane, and it was confirmed that following the normal driving path of the vehicle by correcting the error using the crosswalk through the intersection.

도 9의 3번 구간(좌측 하단)은 차선이 존재하지 않고 곡선 구간이다. 2번구간보다 곡선이 심한 구간으로 오차가 심해지는 것을 확인할 수 있고 횡단보도를 통한 오차 보정이 2번 구간과 달리 수렴이 느린 것을 확인하였다. Section 3 (lower left) of FIG. 9 is a curved section without a lane. It can be seen that the error is aggravated by the section with a more severe curve than the section 2, and that the error correction through the crosswalk is slower in convergence than the section 2.

도 9의 4번 구간(우측 하단)은 차량의 주행 종료 구간에 가까운 직선 구간이다. 위치 추종의 오차가 크게 벌어진 것을 확인할 수 있고 차선을 통한 위치 추종을 위해 오실레이션이 일어나는 것을 확인하였다. GNSS가 측정된 경우에는 전 구간 기준 주행 경로의 위치를 추종하는 것을 확인하였다.Section 4 (lower right side) of FIG. 9 is a straight section close to the driving end section of the vehicle. It can be seen that the error of position tracking is greatly widened, and that oscillation occurs to follow the position through the lane. When the GNSS was measured, it was confirmed that the position of the driving route based on the entire section was followed.

도 10a 내지 10c는 도 9의 각 구간별 RMS 그래프를 나타낸다. 도 10a는 GNSS가 단락일 경우 차선을 이용한 추측항법 RMS 그래프이다. 차선을 이용한 위치 추종의 거리 RMS는 2.11537m이며 2.11537에 관한 거리 오차는 종방향에 대한 오차를 보정하지 않았기 때문에 종방향에 대한 오차로 판단된다.10A to 10C illustrate RMS graphs of respective sections of FIG. 9. 10A is a dead-measurement RMS graph using lanes when the GNSS is a short circuit. The distance RMS of the position tracking using the lane is 2.11537m, and the distance error about 2.11537 is considered to be the error in the longitudinal direction because the error in the longitudinal direction is not corrected.

도 10b는 GNSS 측정 시 위치추정 RMS이며 위치 추종의 RMS는 0.088로 8cm 이내의 위치 추정 결과를 확인하였다. Figure 10b is the position estimation RMS when measuring the GNSS and the position tracking RMS of 0.088 confirmed the position estimation results within 8cm.

도 10c는 노이즈 GNSS의 RMS그래프이다. 가우시안 노이즈를 강한 GNSS 데이터는 0.23471로 20cm의 오차를 보이며 그림 4.10의 RMS의 결과와 비교하였을 때 위치 추정의 정확도가 높아진 것을 확인하였다.10C is an RMS graph of the noise GNSS. GNSS data with strong Gaussian noise showed 0.23471, 20cm error, and compared with the RMS result of Fig. 4.10.

도 11a 내지 11c는 도 9의 각 구간별 방위각 오차를 나타낸다. 도 11a는 GNSS 단락 일 경우 방위각 오차이며 도 11b는 GNSS 측정 시 방위각 오차이고, 도 11c는 노이즈 GNSS데이터의 방위각 오차를 나타낸다. GNSS 단락 일 경우 차선을 통한 위치 보정은 3번 구간 이후 오차가 증가하는 것을 확인하였다. 도 11b 및 도 11c를 통해 GNSS 측정 시 방위각 오차가 근소하게 발생하는 것을 확인하였다.11A to 11C illustrate azimuth errors for each section of FIG. 9. FIG. 11A is an azimuth error in the case of GNSS short circuit, FIG. 11B is an azimuth error in GNSS measurement, and FIG. 11C is an azimuth error of noise GNSS data. In the case of GNSS short-circuit, it was confirmed that the error was increased after section 3 through position correction. 11B and 11C, it was confirmed that the azimuth error slightly occurred in the GNSS measurement.

한편, 상기에서 도 1 내지 11c를 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도 1 내지 11의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.In addition, what was described above using FIG. 1 thru | or 11C was described only the main matter of this invention, and this invention is not limited to the structure of FIGS. 1-11 as many designs are possible within the technical scope. Is self-explanatory.

110 : 센서부 120 : 항법위치추정부
130 : 오차보정부 131 : 맵 매칭부
132 : 방위각 보정부 140 : 재추정부
150 : 최종 추정부
110: sensor unit 120: navigation position estimation
130: error correction unit 131: map matching unit
132: azimuth correction unit 140: re-estimation
150: final estimator

Claims (10)

도로정보를 이용하여 구축된 정밀지도 및 차량의 주행정보를 이용하여 차량위치를 추정하는 항법 위치추정부;
GPS 단락 여부 및 정밀지도상의 차선 존재여부에 따라, 위치오차 보정을 수행하는 오차보정부;
상기 오차보정된 보정값과 상기 항법 위치추정된 예측값을 분산점 칼만 필터(Unsecented Kalman Filter)에 적용하여 정밀지도의 기준값에 유사한 차량의 위치를 재추정하는 재추정부; 및
차량 주행에 따른 실시간 GPS값 및 상기 재추정부의 재추정값을 칼만필터(Kalman Filter)에 적용하여 차량의 위치를 최종 추정하는 최종추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행차의 위치추종시스템.
A navigation position estimating unit for estimating a vehicle position using a precision map constructed using road information and driving information of the vehicle;
An error correction unit for performing position error correction according to whether a GPS short circuit exists and whether a lane exists on the precision map;
A re-estimation unit for re-estimating the position of the vehicle similar to the reference value of the precision map by applying the error-corrected correction value and the navigation position estimation prediction value to an unsecented Kalman filter; And
And a final estimator for finally estimating the position of the vehicle by applying a real-time GPS value and the reestimation value of the reestimation according to the driving of the vehicle to a Kalman filter.
제1항에 있어서,
상기 오차보정부는,
주행 경로에서 차선정보가 없는 위치 또는 차선정보가 없으면서 GPS측정이 단락된 위치에서 라이다(Lidar)를 이용하여 측정되는 도로정보와 상기 정밀지도를 맵 매칭하여 정합값을 산출하는 맵 매칭부; 및
상기 주행 경로에서 GPS측정이 단락될 때, 상기 정밀지도에서 차선이 검출되거나 상기 라이다를 통해 측정되는 차선이 존재하면, 차선을 이용하여 차량의 방위각 보정값을 산출하는 방위각 보정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행차의 위치추종시스템.
The method of claim 1,
The error correction part,
A map matching unit configured to calculate a matching value by map-matching the road map and the precision map measured using a Lidar at a position where there is no lane information on a driving route or where GPS information is shorted at a position where GPS measurement is short-circuited; And
And azimuth correction unit that calculates an azimuth correction value of the vehicle using a lane when a lane is detected in the precision map or a lane measured through the lidar when the GPS measurement is shorted in the driving route. Location tracking system of autonomous vehicles.
제2항에 있어서,
상기 오차보정부는 차선정보 및 GPS가 센싱되면 미 구동하며,
상기 오차보정부의 미 구동시, 상기 재추정부는 상기 예측값을 재추정값으로 출력하며, 상기 최종추정부는 GPS단락시 상기 재추정값을 최종 추정값으로 출력하는 것을 특징으로 하는 자율주행차의 위치추종시스템.
The method of claim 2,
The error correction unit is not driven when lane information and GPS are sensed.
And when the error correction unit is not driven, the re-estimation unit outputs the prediction value as a re-estimation value, and the final estimation unit outputs the re-estimation value as a final estimated value at the time of GPS short-circuit.
제1항에 있어서,
상기 항법 위치추정부는,
차량의 후륜바퀴 이동량을 이용하여 차량 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 자율주행차의 위치추종시스템.
The method of claim 1,
The navigation position estimation unit,
Position tracking system of an autonomous vehicle, characterized in that for estimating the vehicle position using the amount of rear wheel movement of the vehicle.
제1항에 있어서,
상기 정밀지도는,
라이더를 이용하여 기준 반사도를 기반으로 지면으로부터 객체를 분류하여 군집화하며 누적지도 생성하고, 기설정크기로 지도를 분할한 후 분할지도를 단위셀로 분할하여 각 단위셀에 포함된 포인트 개수가 임계값 이하이면 노이즈로 판단하고, 각 단위셀은 평균값으로 단순화되어 구축된 것을 특징으로 하는 자율주행차의 위치추종시스템.
The method of claim 1,
The precision map,
Classify and cluster objects from the ground based on the standard reflectivity using a rider, create a cumulative map, divide the map into preset sizes, divide the divided map into unit cells, and count the number of points included in each unit cell. A system for tracking the position of an autonomous vehicle, wherein the unit cell is judged as noise, and each unit cell is simplified to an average value.
도로정보를 이용하여 자율주행차의 주행을 위한 정밀지도를 구축하는 단계;
구축된 정밀지도 및 차량의 주행정보를 이용하여 차량위치를 추정하는 항법 위치추정단계;
GPS 단락 여부 및 정밀지도상의 차선 존재여부에 따라, 위치오차 보정을 수행하는 오차보정단계;
상기 오차보정된 보정값과 상기 항법 위치추정된 예측값을 분산점 칼만필터(Unsecented Kalman Filter)에 적용하여 정밀지도의 기준값에 유사한 차량의 위치를 재추정하는 단계; 및
차량 주행에 따른 실시간 GPS값 및 재추정된 재추정값을 칼만필터(Kalman Filter)에 적용하여 차량의 위치를 최종추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행차의 위치추종방법.

Constructing a precise map for driving of the autonomous vehicle using road information;
A navigation position estimating step of estimating a vehicle position using the constructed precision map and driving information of the vehicle;
An error correction step of performing a position error correction according to whether a GPS short circuit exists and whether a lane exists on the precision map;
Re-estimating the position of the vehicle that is similar to the reference value of the precision map by applying the error corrected correction value and the navigation position estimation prediction value to an unsecented Kalman filter; And
And a final estimation of the position of the vehicle by applying the real-time GPS value and the reestimated reestimation value according to the driving of the vehicle to the Kalman Filter.

제6항에 있어서,
상기 오차보정단계는,
주행 경로에서 차선정보가 없는 위치 또는 차선정보가 없으면서 GPS측정이 단락된 위치에서 라이다(Lidar)를 이용하여 측정되는 도로정보와 상기 정밀지도를 맵 매칭하여 정합값을 산출하는 맵 매칭단계; 및
상기 주행 경로에서 GPS측정이 단락될 때, 상기 정밀지도에서 차선이 검출되거나 상기 라이다를 통해 측정되는 차선이 존재하면, 차선을 이용하여 차량의 방위각 보정값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행차의 위치추종방법.
The method of claim 6,
The error correction step,
A map matching step of calculating a matching value by map-matching the road map and the precision map measured using a Lidar at a position where there is no lane information or a lane information in a driving route and where GPS measurement is short-circuited; And
Calculating a azimuth correction value of the vehicle by using a lane when a lane is detected on the precision map or a lane measured through the lidar when the GPS measurement is shorted in the driving route. Position tracking method of autonomous vehicles
제7항에 있어서,
상기 오차보정단계는 차선정보 및 GPS가 센싱되면 미 수행되고,
상기 오차보정단계의 미 수행시, 상기 재추정하는 단계는 상기 예측값을 재추정값으로 출력하며, 상기 최종추정하는 단계는 GPS단락시 상기 재추정값을 최종 추정값으로 출력하는 것을 특징으로 하는 자율주행차의 위치추종방법.
The method of claim 7, wherein
The error correction step is not performed if the lane information and GPS is sensed,
When the error correction step is not performed, the re-estimating step outputs the prediction value as a re-estimation value, and the final estimating step outputs the re-estimation value as a final estimated value when GPS is shorted. How to follow.
제6항에 있어서,
상기 항법 위치추정단계는,
차량의 후륜바퀴 이동량을 이용하여 차량 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 자율주행차의 위치추종방법.
The method of claim 6,
The navigation position estimation step,
A method for tracking the position of an autonomous vehicle, comprising estimating a vehicle position using a rear wheel movement amount of a vehicle.
제6항에 있어서,
상기 정밀지도를 구축하는 단계는,
라이다를 이용하여 기준 반사도를 기반으로 지면으로부터 객체를 분류하여 군집화하며 누적지도 생성하는 단계;
상기 생성된 누적지도를 기설정크기로 분할하는 단계;
분할된 분할지도를 단위셀로 분할하는 단계; 및
분할된 각 단위셀에 포함된 포인트 개수가 임계값 이하이면 노이즈로 판단하고, 각 단위셀은 평균값으로 단순화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행차의 위치추종방법.
The method of claim 6,
The step of building the precision map,
Generating a cumulative map by classifying and clustering objects from the ground based on a reference reflectivity using a lidar;
Dividing the generated accumulated map into a preset size;
Dividing the divided division map into unit cells; And
And determining that the number of points included in each divided unit cell is equal to or less than a threshold value, and simplifying the unit cell to an average value.
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