TWI725611B - 高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備 - Google Patents

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Abstract

一種高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備包含一第一導航裝置、一第二導航裝置及一運動控制裝置，該第一導航裝置包括一二維光學雷達模組，該第二導航裝置包括一全球衛星導航系統模組，該運動控制裝置根據該第一導航裝置的第一導航位置信賴值及該第二導航裝置的第二導航位置信賴值而選擇使用該第一導航裝置之第一導航位置結果及該第二導航裝置之第二導航位置結果中單一個導航位置結果而控制該高爾夫球場自駕車輛在一自駕區域中進行自動駕駛。

Description

高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備
本發明相關於一種自動駕駛車輛，特別是相關於一種高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備。
自動駕駛車輛，又稱為無人駕駛車輛、電腦駕駛車輛，是一種能夠根據環境感測結果及少量或無須人類操作而自動行駛的車輛。近年來，隨著對於車輛的決策判斷、命令傳達、機構動作等的研究不斷投入，自動駕駛車輛的技術也取得飛躍性的發展。
自動駕駛車輛的行駛仰賴於導航裝置，無論是行駛路徑的規劃或即時路況的應變，導航裝置都需要在精準定位下才能作出正確的判斷，得到準確的導航位置結果。
目前，自動駕駛車輛的其中一個主流應用是在有限區域內執行高等級(等級4以上)的自動駕駛。在此類應用中，自動駕駛車輛通常是沿著有限區域內的一般車用道路行駛，如此的車用道路其路面狀態及道路環境單純，故一般市售的導航裝置大多有能力因應，提供堪用的導航位置結果。
然而，當自動駕駛車輛應用作為行駛在高爾夫球場的球道及車道兩方面的高爾夫球車時，因路面狀態及道路環境等條件不再單純，而是會隨著車道的柏油路、球道的高低起伏、球道整修狀況、風勢、雨勢、與前後組自動駕駛車輛的距離等因素，致使習知的導航裝置應用在高爾夫球之球道中會有不足之處，造成自動駕駛車輛行駛於球道時則容易發生誤判及迷航。
鑒於以上所述，習知的導航裝置無法適應高爾夫球之球道、路面狀態及高爾夫球之球道整體環境等條件的劇烈變化，而有導致自動駕駛車輛技術難以應用在高爾夫球場中的問題。
緣此，本發明的目的即在提供一種高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備，能夠對於應用在高爾夫球場中行駛的高爾夫球場自駕車輛穩定地提供準確的導航位置結果。
本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手段係提供一種高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備，係以一高爾夫球場的球道作為一自駕區域，而在該自駕區域中自動切換該高爾夫球場自駕車輛的導航方式，該高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備包含：一第一導航裝置，包括一二維光學雷達模組、一攝影模組、一第一定位模組及一第一路徑規劃模組，該第一定位模組連接於該二維光學雷達模組及該攝影模組，該第一路徑規劃模組連接於該第一定位模組，該第一導航裝置根據該二維光學雷達模組與該攝影模組之感測及該第一定位模組與該第一路徑規劃模組之運算而得到該高爾夫球場自駕車輛於該自駕區域中的一第一導航位置結果及一第一導航位置信賴值；一第二導航裝 置，包括一全球衛星導航系統模組、一第二定位模組及一第二路徑規劃模組，該第二定位模組連接於該全球衛星導航系統模組，該第二路徑規劃模組連接於該第二定位模組，該第二導航裝置根據該全球衛星導航系統模組之感測及該第二定位模組與該第二路徑規劃模組之運算而得到該高爾夫球場自駕車輛於該自駕區域中的一第二導航位置結果及一第二導航位置信賴值；以及一運動控制裝置，包括一導航選擇切換模組及一運動控制模組，該導航選擇切換模組連接於該運動控制模組，該導航選擇切換模組經設置而根據該第一導航裝置的該第一導航位置信賴值及該第二導航裝置的該第二導航位置信賴值，而將該運動控制模組自該第一導航裝置切換成連接於該第二導航裝置或是將該運動控制模組自該第二導航裝置切換成連接於該第一導航裝置，而使該運動控制模組根據該第一導航裝置之第一導航位置結果及該第二導航裝置之第二導航位置結果中單一個導航位置結果而控制該高爾夫球場自駕車輛在該自駕區域中進行自動駕駛，其中該第一導航裝置之該第一導航位置信賴值係根據該二維光學雷達模組、該攝影模組及該第一定位模組的運算機率模型而取得，該第二導航裝置之該第二導航位置信賴值係根據該全球衛星導航系統模組及該第二定位模組之運算資訊以及根據該高爾夫球場自駕車輛的車輛動態暨道路動態擷取資訊而取得。
在本發明的一實施例中係提供一種高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備，其中該第一定位模組係為一即時定位暨地圖構建模組。
在本發明的一實施例中係提供一種高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備，其中該第一定位模組所使用的地圖資料包括高精度電子地圖資料。
在本發明的一實施例中係提供一種高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備，其中該高精度電子地圖資料包括雷射點雲地圖資料、地理資訊系統地圖資料及經緯座標資料。
在本發明的一實施例中係提供一種高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備，其中該第二定位模組包括一慣性測量單元、一卡爾曼濾波器單元、一地圖匹配單元及一位置增強單元，該卡爾曼濾波器單元連接於該全球衛星導航系統模組及該慣性測量單元，該地圖匹配單元連接於該卡爾曼濾波器單元，該位置增強單元連接於該地圖匹配單元。
在本發明的一實施例中係提供一種高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備，其中該第二定位模組所使用的地圖資料包括地理資訊系統地圖資料及經緯座標資料。
經由本發明所採用之技術手段，高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備能夠因應高爾夫球之球道、路面狀態及高爾夫球之球道整體等條件的變化，以建置成本較為經濟的方式，而隨時在2D光學導航(輔以攝影機)及衛星導航之間自動切換，以使用具有較佳導航位置信賴值的導航位置結果。藉此，無論高爾夫球場自駕車輛是行駛在一般道路、高爾夫球場的球道或是在二者之間往來，高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備都能夠穩定地提供準確的導航位置結果，以避免高爾夫球場自駕車輛發生誤判或迷航，從而確保乘客的安全，給予良好的搭乘體驗。如前述，本發明的高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備所採用的是二維光學雷達模組，價格比起三維光學雷達模組更為低廉，能有效降低成本，且以二維光學雷達模組設置，則不必須設置於車頂，且由於攝影機具有顏色辨識能力，可輔助地更正確辨識高爾夫球場中的特定標 誌，以在天候不佳時輔助辨識高爾夫球自駕車輛的位置。如此藉由可以光學導航的方式進行導航亦可避免由於網路傳送失誤造成的導航指令延遲或錯誤。
100:高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備
1:第一導航裝置
11:二維光學雷達模組
12:攝影模組
13:第一定位模組
14:第一路徑規劃模組
2:第二導航裝置
21:全球衛星導航系統模組
22:第二定位模組
221:慣性測量單元
222:卡爾曼濾波器單元
223:地圖匹配單元
224:位置增強單元
23:第二路徑規劃模組
3:運動控制裝置
31:導航選擇切換模組
32:運動控制模組
A:自駕區域
C:高爾夫球場自駕車輛
L1:第一導航位置信賴值
L2:第二導航位置信賴值
M:高精度電子地圖資料
M1:雷射點雲地圖資料
M2:地理資訊系統地圖資料
M3:經緯座標資料
N1:第一導航位置結果
N2:第二導航位置結果
〔第1圖〕為顯示根據本發明的一實施例的高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備的示意圖；〔第2a圖〕為顯示使用有根據本發明的實施例的高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備的高爾夫球場自駕車輛應用在高爾夫球場時的示意圖；〔第2b圖〕為顯示使用有根據本發明的實施例的高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備的高爾夫球場自駕車輛自車道進入球道時的示意圖；〔第2c圖〕為顯示使用有根據本發明的實施例的高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備的高爾夫球場自駕車輛行駛於球道時的示意圖；〔第2d圖〕為顯示使用有根據本發明的實施例的高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備的高爾夫球場自駕車輛自球道進入車道時的示意圖；〔第2e圖〕為顯示使用有根據本發明的實施例的高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備的高爾夫球場自駕車輛行駛於車道時的示意圖。
以下根據第1圖至第2e圖，而說明本發明的實施方式。該說明並非為限制本發明的實施方式，而為本發明之實施例的一種。
如第1圖至第2e圖所示，依據本發明的一實施例的一種高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備100係以一高爾夫球場的球道作為一自駕區域A，而在該自駕區域A中導航一高爾夫球場自駕車輛C。該高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備100包含：一第一導航裝置1、一第二導航裝置2及一運動控制裝置3。
如第1圖所示，該第一導航裝置1包括一二維光學雷達模組11、一攝影模組12及一第一定位模組13及一第一路徑規劃模組14。該第一定位模組13連接於該二維光學雷達模組11及該攝影模組12，該第一路徑規劃模組14連接於該第一定位模組13，該第一導航裝置1根據該二維光學雷達模組11與該攝影模組12之感測及該第一定位模組13與該第一路徑規劃模組14之運算而得到該高爾夫球場自駕車輛C於該自駕區域A的一第一導航位置結果N1及一第一導航位置信賴值L1。
具體而言，該二維光學雷達模組11係為使用光學雷達(light detection and ranging；LiDAR)的模組。LiDAR是一種光學遙感技術，其原理係藉由以脈衝雷射光照射目標並以感測器量測反射脈衝而量測與目標間的距離。二維光學雷達模組11在本實施例中為二維機械掃描型光學雷達(2D Mechanical Scanning Lidar)，其藉由雷射/接收組件的機械旋轉或是利用旋轉鏡引導光束，而在360°的廣範圍區域收集資料。當然，本發明不限於此，二維光學雷達模組11亦可為二維固態光學雷達(2D Solid State Lidar)，其具有平面的感測元件而沒有旋轉元件，故體積小、重量輕。無論是哪一種的二維光學雷達模組11，其價格皆比三維光學雷達更為低廉而且不限於安裝於車頂，而能有效降低成本。該攝影模組12用於透過攝影而取得攝影資料，而利用該攝影資料與該二維光學雷 達模組11的感測結果不斷進行與地圖資料之比對而得到即時且準確的結果。在本實施例中，該攝影模組12為光學攝影機，透過機器視覺演算法，擁有較佳的物體辨識能力，能夠分辨顏色、標線、交通號誌等。藉此，應用在高爾夫球場時，該攝影模組12能夠利用高爾夫球場的草坪等環境的顏色以及場地上的各種標誌的辨識(例如：高爾夫球場為了此高爾夫球自駕車輛而設置的顏色標誌)，來輔助該二維光學雷達模組11，以作出比對於該地圖資料後之清楚判讀，有效提高判斷準確度，不容易發生誤判。在本發明中，該二維光學雷達模組11及該攝影模組12可同時提供為多數個，以獲得更完整且更準確的感測效果。且，該二維光學雷達模組11及該攝影模組12不限於設置成朝向同一方向或朝向前方，而可以視需求而設置成朝向不同方向或朝向任意方向。例如，該二維光學雷達模組11設置成對於前方進行感測時，該攝影模組12能夠設置成對於左右二個方向進行攝影，以輔助該二維光學雷達模組11，而解決該二維光學雷達模組11在同一時間只能感測前方而無法同時感測左右二個方向的問題。該第一定位模組13在本實施例中係為一即時定位暨地圖構建(Simultaneous Localization and Mapping；SLAM)模組，即時定位暨地圖構建的概念係在構建或更新未知環境地圖的同時，並可追蹤所在位置，從而達到同時定位和地圖構建的目的。該第一路徑規劃模組14用於執行路徑規劃(Path Planning)，模擬得出自駕車輛的運動路徑。
如第1圖所示，依據本發明的實施例的高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備100，該第一定位模組13所使用的地圖資料包括高精度電子地圖(HD Map)資料M，其中在本實施例中，該高精度電子地圖資料M包括雷射點雲地圖(Laser Point Cloud Map)資料M1、地理資訊系統(Geographic Information System；GIS)地圖資料M2及經緯座標資料M3。具體而言，在本實施例中，該第一導航裝置1運用該二維光學雷達模組11及該攝影模組12等所提供的感測資訊，並使用包含該雷射點雲地圖資料M1、該地理資訊系統地圖資料M2及該經緯座標資料M3的該高精度電子地圖資料M，達成自主定位，而得到該高爾夫球場自駕車輛C於該自駕區域A中的該第一導航位置結果N1。
如第1圖所示，該第二導航裝置2包括一全球衛星導航系統模組21、一第二定位模組22及一第二路徑規劃模組23，該第二定位模組22連接於該全球衛星導航系統模組21，該第二路徑規劃模組23連接於該第二定位模組22，該第二定位模組22根據該全球衛星導航系統模組21之感測及該第二定位模組22與該第二路徑規劃模組23之運算而得到該高爾夫球場自駕車輛C於該自駕區域A中的該第二導航位置結果N2。
具體而言，該全球衛星導航系統模組21係為使用全球衛星導航系統(Global Navigation Satellite System；GNSS)的模組，例如美國的全球定位系統(Global Positioning System；GPS)便是全球衛星導航系統的其中一種。如第1圖所示，該第二定位模組22在本實施例中包括一慣性測量單元221、一卡爾曼濾波器(Kalman Filter)單元222、一地圖匹配(Map Matching)單元223及一位置增強(Position Enhancement)單元224。該卡爾曼濾波器單元222連接於該全球衛星導航系統模組21及該慣性測量單元221，該地圖匹配單元223連接於該卡爾曼濾波器單元222，該位置增強單元224連接於該地圖匹配單元223。該第二路徑規劃模組23也是執行路徑規劃的模組，用於模擬得出自駕車輛的運動路徑。
如第1圖所示，依據本發明的實施例的高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備100，該第二定位模組22所使用的地圖資料包括地理資訊系統地圖 資料M2及經緯座標資料M3。相似地，該第二導航裝置2運用該全球衛星導航系統模組21等所提供的感測資訊，並使用該地理資訊系統地圖資料M2及該經緯座標資料M3，達成自主定位，而得到該高爾夫球場自駕車輛C於該自駕區域A中的該第二導航位置結果N2。
該運動控制裝置3包括一導航選擇切換模組31及一運動控制模組32。該導航選擇切換模組31連接於該運動控制模組32，該導航選擇切換模組31經設置而根據該第一導航裝置1的該第一導航位置信賴值L1及該第二導航裝置2的該第二導航位置信賴值L2，而將該運動控制模組32自該第一導航裝置1切換成連接於該第二導航裝置2或是將該運動控制模組32自該第二導航裝置2切換成連接於該第一導航裝置1，而使該運動控制模組32根據該第一導航裝置1之第一導航位置結果N1及該第二導航裝置2之第二導航位置結果N2中單一個導航位置結果而控制該高爾夫球場自駕車輛C在該自駕區域A中進行自動駕駛。
依據本發明的實施例的高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備100，該第一導航位置信賴值L1是針對該第一導航裝置1之第一導航位置結果N1的信賴水準(Confidence Level)的估計值，該第二導航位置信賴值L2是針對該第二導航裝置2之第二導航位置結果N2的信賴水準的估計值。信賴水準(Confidence Level)是統計學中用於評估對象結果的準確性，即，可信賴的程度，的一個指標。在本發明中，該第一導航裝置1之第一導航位置信賴值L1及該第二導航裝置2之第二導航位置信賴值L2則是分別用於評估該第一導航裝置1之第一導航位置結果N1及該第二導航裝置2之第二導航位置結果N2的準確性，其中該第一導航裝置1之第一導航位置信賴值L1係根據該二維光學雷達模組11、該攝影模組12及該第一定位模組13的運算機率模型而取得，該第二導航裝置2之第 二導航位置信賴值L2係根據該全球衛星導航系統模組21及該第二定位模組22之運算資訊以及根據該高爾夫球場自駕車輛C的車輛動態暨道路動態擷取資訊而取得。
如第2a圖至第2e圖所示，在使用有該高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備100的高爾夫球場自駕車輛C應用在高爾夫球場(該自駕區域A)的情況下，當該高爾夫球場自駕車輛C行駛於車道時(如第2a圖)，該高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備100可選擇導航位置信賴值較高的導航位置結果(例如，第一導航位置結果N1)，而據以控制該高爾夫球場自駕車輛C在該自駕區域A中自動駕駛。並且，隨著路面狀態及道路環境的劇烈改變(例如，如第2b圖所示的自車道進入球道或是如第2d圖所示的自球道回到車道)，該高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備100隨時可切換為選擇當下導航位置信賴值較高的導航位置結果(例如，自該第一導航位置結果N1改為選擇該第二導航位置結果N2或是自該第二導航位置結果N2返回到選擇該第一導航位置結果N1)，而據以控制該高爾夫球場自駕車輛C在該自駕區域A中自動駕駛。當然，導航位置結果的切換選擇方式並不以上述選擇導航位置信賴值較高者的方式為限。在其他實施方式中，亦可針對該第一導航裝置1之第一導航位置信賴值L1及該第二導航裝置2之第二導航位置信賴值L2個別設定切換用的閾值(上限閾值及/或下限閾值)，只有在目前被選擇的導航位置結果的導航位置信賴值低於下限閾值及/或目前未被選擇的導航位置結果的導航位置信賴值高於上限閾值時，該導航選擇切換模組31才會進行導航裝置之切換連接。
藉由上述方式，本發明的高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備100能夠因應高爾夫球之球道、路面狀態及高爾夫球之球道整體等條件的變化， 以建置成本較為經濟的方式，而隨時在2D光學導航(輔以攝影機)及衛星導航之間自動切換，以使用具有較佳導航位置信賴值的導航位置結果(該第一導航位置結果N1及該第二導航位置結果N2中單一個導航位置結果)。藉此，無論該高爾夫球場自駕車輛C是行駛在一般道路、高爾夫球場的球道或是在二者之間往來，該高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備100都能夠穩定地提供準確的導航位置結果，以避免該高爾夫球場自駕車輛C發生誤判或迷航，從而確保乘客的安全，給予良好的搭乘體驗。如前述，本發明的高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備100所採用的是二維光學雷達模組11，價格比起三維光學雷達模組更為低廉，能有效降低成本，且以二維光學雷達模組11設置，則不必須設置於車頂，且由於攝影機具有顏色辨識能力，可輔助地更正確辨識高爾夫球場中的特定標誌，以在天候不佳時輔助辨識高爾夫球自駕車輛的位置。如此藉由可以光學導航的方式進行導航亦可避免由於網路傳送失誤造成的導航指令延遲或錯誤。
以上之敘述以及說明僅為本發明之較佳實施例之說明，對於此項技術具有通常知識者當可依據以下所界定申請專利範圍以及上述之說明而作其他之修改，惟此些修改仍應是為本發明之發明精神而在本發明之權利範圍中。
100:高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備
1:第一導航裝置
11:二維光學雷達模組
12:攝影模組
13:第一定位模組
14:第一路徑規劃模組
2:第二導航裝置
21:全球衛星導航系統模組
22:第二定位模組
221:慣性測量單元
222:卡爾曼濾波器單元
223:地圖匹配單元
224:位置增強單元
23:第二路徑規劃模組
3:運動控制裝置
31:導航選擇切換模組
32:運動控制模組
C:高爾夫球場自駕車輛
L1:第一導航位置信賴值
L2:第二導航位置信賴值
M:高精度電子地圖資料
M1:雷射點雲地圖資料
M2:地理資訊系統地圖資料
M3:經緯座標資料
N1:第一導航位置結果
N2:第二導航位置結果

Claims (6)

  1. 一種高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備，係以一高爾夫球場的球道作為一自駕區域，而在該自駕區域中自動切換該高爾夫球場自駕車輛的導航方式，該高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備包含：一第一導航裝置，包括一二維光學雷達模組、一攝影模組、一第一定位模組及一第一路徑規劃模組，該攝影模組用於透過攝影而感測取得攝影資料，該第一定位模組連接於該二維光學雷達模組及該攝影模組，該第一路徑規劃模組連接於該第一定位模組，該第一導航裝置根據該二維光學雷達模組與該攝影模組之感測及該第一定位模組與該第一路徑規劃模組之運算而得到該高爾夫球場自駕車輛於該自駕區域中的一第一導航位置結果及一第一導航位置信賴值；一第二導航裝置，包括一全球衛星導航系統模組、一第二定位模組及一第二路徑規劃模組，該第二定位模組連接於該全球衛星導航系統模組，該第二路徑規劃模組連接於該第二定位模組，該第二導航裝置根據該全球衛星導航系統模組之感測及該第二定位模組與該第二路徑規劃模組之運算而得到該高爾夫球場自駕車輛於該自駕區域中的一第二導航位置結果及一第二導航位置信賴值；以及一運動控制裝置，包括一導航選擇切換模組及一運動控制模組，該導航選擇切換模組連接於該運動控制模組，該導航選擇切換模組經設置而根據該第一導航裝置的該第一導航位置信賴值及該第二導航裝置的該第二導航位置信賴值，而將該運動控制模組自該第一導航裝置切換成連接於該第二導航裝置或是將該運動控制模組自該第二導航裝置切換成連接於該第一導航裝置，而使該運動控制模組根據該第一導航裝置之第一導航位置結果及該第二導航裝置之第二導航 位置結果中單一個導航位置結果而控制該高爾夫球場自駕車輛在該自駕區域中進行自動駕駛，其中該第一導航裝置之該第一導航位置信賴值係根據該二維光學雷達模組、該攝影模組及該第一定位模組的運算機率模型而取得，該第二導航裝置之該第二導航位置信賴值係根據該全球衛星導航系統模組及該第二定位模組之運算資訊以及根據該高爾夫球場自駕車輛的車輛動態暨道路動態擷取資訊而取得。
  2. 如請求項1所述之高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備，其中該第一定位模組係為一即時定位暨地圖構建模組。
  3. 如請求項1所述之高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備，其中該第一定位模組所使用的地圖資料包括高精度電子地圖資料。
  4. 如請求項3所述之高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備，其中該高精度電子地圖資料包括雷射點雲地圖資料、地理資訊系統地圖資料及經緯座標資料。
  5. 如請求項1所述之高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備，其中該第二定位模組包括一慣性測量單元、一卡爾曼濾波器單元、一地圖匹配單元及一位置增強單元，該卡爾曼濾波器單元連接於該全球衛星導航系統模組及該慣性測量單元，該地圖匹配單元連接於該卡爾曼濾波器單元，該位置增強單元連接於該地圖匹配單元。
  6. 如請求項1或5所述之高爾夫球場自駕車輛之車輛導航切換設備，其中該第二定位模組所使用的地圖資料包括地理資訊系統地圖資料及經緯座標資料。
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