WO2016059904A1

WO2016059904A1 - 移動体

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Publication number: WO2016059904A1
Application number: PCT/JP2015/075064
Authority: WO
Inventors: 大輔谷
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2015-09-03
Publication date: 2016-04-21
Also published as: JP2016080460A

Abstract

　衛星測位システムで測位した測位情報を用いて自己の現在位置を検出する移動体において、衛星からの電波の受信状態が悪い場面でも精確に現在位置を求める。本発明に係る移動体（１）は、複数の固定された物体の位置を示す物体情報を含む地図情報（１４ａ）を記憶する記憶部（１４）と、物体認識部（１５）と、上記物体情報と物体認識部（１５）での認識結果とに基づき上記物体に対する移動体（１）の現在の相対位置を算出する相対位置算出部（１０ａ）と、上記地図情報が示す地図上において上記物体の位置を検索して推定し、上記相対位置が示す移動体（１）の上記地図上での現在の推定位置を求める位置推定部（１０ｂ）と、求められた現在の推定位置と上記測位情報が示す現在の測位位置とに対し、位置推定部（１０ｂ）での推定の尤度に応じた重み付けを行い、移動体（１）の現在位置を確定する位置確定部（１０ｃ）と、を備える。

Description

移動体

　本発明は、移動体に関し、より詳細には、ＧＰＳ（Global Positioning System）等の衛星測位システムによる測位機能を搭載した移動体に関する。

　従来から、人や物を運ぶための移動体は様々な種類が流通している。また、移動体には自律走行型の移動体も提案されており、これにより、運搬目的だけでなく、周囲の監視（警備）のためにも用いることができる。そして、運搬目的、監視目的に拘わらず、また自律走行型か否かに拘わらず、移動体には自身の現在位置を把握するためのＧＰＳによる測位機能が搭載されているものがある。一方で、移動体はＧＰＳの電波が届かない場所でも移動可能であり、そのような場面を想定した様々な位置検出技術が提案されている。

　例えば、特許文献１には、加速度センサや角速度センサの検出信号から移動体の慣性移動量を算出し、その慣性移動量から移動体の位置を検出する自己位置検知装置が開示されている。この装置では、移動体の前方が視野となるようにして移動体に搭載したカメラにより撮像した画像情報に基づいて、移動体のカメラ相対移動量を算出し、慣性移動量により表わされている移動体の位置を、カメラ相対移動量により表わされている移動体の位置により補正している。これにより、ＧＰＳ等の電波を用いた絶対位置検知が困難な場所でも、また移動体の速度が遅い場合でも、高精度に自己位置が検知できる。

　特許文献２には、経路案内時に、ＧＰＳを利用せずに、ユーザの現在位置を推定する現在位置推定装置が開示されている。この現在位置推定装置は、複数の地物相互の相対的な位置関係についてユーザが視認した結果を入力する位置関係入力部と、各地物の位置を記録した地図データベースを参照する地図データベース参照部と、地図データベースを参照して、複数の地物について、相対的な位置関係で視認可能な範囲を特定することにより、ユーザの現在位置を推定する推定エンジンと、を備えている。

　特許文献３には、ＧＰＳ衛星が届かないような位置に駐車車両が移動されてしまったとしても、車両の移動を検出することが可能な車両移動判定装置が開示されている。この装置では、車両の駐車時に車両の周囲の一部をカメラに撮影させ、その後、車両の始動時において、車両の周囲の上記一部をカメラに撮影させ、両者の画像を比較することで、車両の駐車中に車両が移動されたか否かを判定している。

　特許文献４には、ＧＰＳ電波が利用できないところでも、所定の経路上のユーザの推定位置を表示して誤差の少ない経路案内を行うナビゲーションシステムが開示されている。このナビゲーションシステムは、推定位置を、ＧＰＳ測位情報に基づき推定位置を算出するＧＰＳモードと、歩数計から取得したユーザの進行距離情報と地磁気センサから取得した方位情報に基づき推定位置を算出する自律航法モードと、進行距離情報のみに基づき推定位置を算出する歩数計モードと、を備え、推定位置の算出時にＧＰＳ測位情報が取得可能であるときはＧＰＳモードに、ＧＰＳ測位情報が取得できないときは自律航法モードに、さらに、ＧＰＳ測位情報が取得できず且つ地磁気センサの動作が異常であるときは歩数計モードに切り替えている。

特開２００５－３１５７０９号公報特開２００７－２０５９４８号公報特開２００９－２８００４６号公報特開２０１２－２３００９２号公報

　しかしながら、特許文献４に記載の技術は、ＧＰＳ衛星からの電波が受信可能か受信不能かでモードを切り替え、且つＧＰＳモード以外のモードでは建物の位置などの周囲環境とは無関係に移動体が位置情報を取得するものであり、実際の電波の受信状態は一義的に利用可能／利用不能で分けられるものではないため、ＧＰＳによる測位情報を生かし切って周囲環境の経時的な変化に対応して精確に現在位置を検出できるとは言えない。

　なお、特許文献３に記載の技術は、車両が移動したか否かを判定することが可能であるだけで、車両の位置を検出できる技術ではない。また、特許文献１，２に記載の技術は、ＧＰＳによる測位結果を利用しない技術である。仮に、ＧＰＳによる測位結果を利用し、ＧＰＳ衛星からの電波が受信できなくなった場合にのみ、特許文献１，２に記載された技術を利用するように構成したとしても、電波の受信状態は一義的に利用可能／利用不能で分けられるものではないため、どのような場面にどちらの結果を利用すれば良い位置検出ができるのかについては分からず、最適な利用ができているとは言えない。

　また、特許文献１に記載の技術は、慣性移動量をカメラ相対移動量で表された移動体の位置で補正するものであり、補正のためには撮影された２枚の画像に同じ物体を含める必要があるため、基本的にカメラでの撮影間隔が長ければ補正に対応できる移動体のスピードも限られてくる、といった問題もある。また、特許文献２に記載の技術はユーザが視認結果を入力する必要があり、自律走行装置には適用できず、自動車等の運転者が必要な移動体では走行中に利用できない、といった問題もある。
　また、ＧＰＳ以外の衛星測位システムを用いた場合でも同様である。

　本発明は、上述のような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、衛星測位システムで測位した情報を用いて自己の現在位置を検出する移動体において、衛星からの電波の受信状態が悪い場面でも、精確に現在位置を求めることを可能にすることにある。

　上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、衛星測位システムで測位した測位位置を示す測位情報を取得する測位情報取得部を備えた移動体であって、複数の固定された物体の位置を示す物体情報を含む地図情報を記憶する記憶部と、前記物体を認識する物体認識部と、前記物体情報と該物体認識部での認識結果とに基づき前記物体に対する前記移動体の現在の相対位置を算出する相対位置算出部と、前記地図情報が示す地図上において前記物体の位置を検索して推定し、前記相対位置が示す前記移動体の前記地図上での現在の推定位置を求める位置推定部と、前記位置推定部で求められた現在の前記推定位置と前記測位情報が示す現在の前記測位位置とに対し、前記位置推定部での推定の尤度に応じた重み付けを行い、前記移動体の現在位置を確定する位置確定部と、を備えたことを特徴としたものである。

　第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記位置確定部は、前記尤度が増すに連れて前記測位位置の重みを軽くするような重み付けを行うことを特徴としたものである。

　第３の技術手段は、第１の技術手段において、前記位置確定部は、前記尤度が所定値以上である場合、前記測位位置の重みを無くし、前記尤度が前記所定値未満である場合、前記推定位置の重みを無くすことを特徴としたものである。

　第４の技術手段は、第１～第３のいずれか１の技術手段において、前記位置推定部は、前記物体の位置を検索するに際し、直前に前記位置確定部で確定された前記現在位置に基づき検索開始範囲及び／又は検索範囲を決定することを特徴としたものである。

　第５の技術手段は、第１～第４のいずれか１の技術手段において、前記物体情報は、前記物体認識部で事前に認識させた前記物体についての位置を示す情報を含むことを特徴としたものである。

　第６の技術手段は、第１～第５のいずれか１の技術手段において、前記物体情報は、前記物体についての高さを示す情報を含み、前記位置推定部は、前記推定位置の推定に使用した前記物体の高さが高い程、前記尤度を上げることを特徴としたものである。

　第７の技術手段は、第１～第６のいずれか１の技術手段において、前記物体認識部は、前記移動体の上空方向の視界の広さを検出し、前記位置推定部は、前記物体認識部で検出された前記視界の広さが狭い程、前記尤度を上げることを特徴としたものである。

　第８の技術手段は、第１～第７のいずれか１の技術手段において、前記位置確定部は、前記測位情報に含まれる或いは前記測位情報から算出される、測位に使用した衛星の数及び配置を示す情報に基づき、前記重み付けの係数を決定することを特徴としたものである。

　第９の技術手段は、第１～第８のいずれか１の技術手段において、前記地図情報は、前記測位情報取得部で取得できる前記測位情報の精度が所定精度より悪くなる領域を示す精度情報を含み、前記位置推定部は、前記精度情報に基づき前記位置確定部が前記重み付けの係数を決定することを特徴としたものである。

　第１０の技術手段は、第１～第９のいずれか１の技術手段において、前記記憶部は、前記地図情報の一部として前記移動体の予定走行経路を記憶し、前記移動体は、前記位置確定部で確定された前記現在位置に基づき、前記予定走行経路に沿った自律走行を行う駆動制御部を備えた自律走行装置であることを特徴としたものである。

　第１１の技術手段は、第１～第９のいずれか１の技術手段において、運転者による運転操作を受け付ける操作部と、前記位置確定部で確定された前記現在位置に基づき、前記地図上でのナビゲーションを行うナビゲーション部と、を備えたことを特徴としたものである。

　本発明によれば、衛星測位システムで測位した情報を用いて自己の現在位置を検出する移動体において、衛星からの電波の受信状態が悪い場面でも、精確に現在位置を求めることができる。

本発明の第１の実施形態に係る移動体の一構成例を示すブロック図である。図１Ａの移動体の一例を示す外観図である。図１Ａの移動体における位置確定部の詳細を説明するためのブロック図である。図１Ａの移動体の走行経路の一例を示す図である。図３の走行経路において移動体が撮影した上空の画像の一例を示す図である。本発明の第４の実施形態に係る移動体の一部の構成例を示すブロック図である。本発明の第８の実施形態に係る移動体の一構成例を示すブロック図である。

　本発明に係る移動体は、工場や公共施設の施設内、或いはそれらの施設や駐車場等の敷地内で移動させる移動体や、公道を走行する自動車や自動二輪車等の移動体などである。特に敷地内や施設内で自動的に移動させる移動体には、自律走行型の制御機構を有しているものがある。自動車等の運転者による運転を基本とする移動体も自律走行型の制御を搭載することで、自律走行、或いは運転者の運転補助としての自律走行が可能になる。また、本発明に係る移動体は、人や物を運搬する運搬目的だけでなく、移動しながら周囲を監視するためにも用いることができ、その場合の移動体は監視ロボットとも呼べる。以下、図面を参照しながら、本発明の様々な実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
　本発明の第１の実施形態について、図１Ａ～図３を参照しながら説明する。まず、図１Ａのブロック図、図１Ｂの外観図を参照しながら、本実施形態に係る移動体の一構成例について説明する。

　移動体１は、移動を行うための移動機構を備えたマシンであり、移動装置とも呼べる。図１Ａ，図１Ｂの例では、この移動機構は、駆動制御部１１と、駆動制御部１１により制御される車輪１２ａを含む駆動部１２で構成される。駆動部１２は、例えば図示しないエンジン及び／又はモータなどを備えている。無論、例示するような車輪１２ａに限らず、例えば履帯（キャタピラー（登録商標））などを駆動させてもよい。その他、移動体１にはバッテリ（充電池）が設けられる。充電池は、車両の各機能要素に対して電力を供給する部分であり、例えば走行機能、物体認識機能（物体距離検出機能の他、路面判定機能を設けてもよい）、測位情報取得機能、通信機能などの機能を実現する部位に電力を供給する部分である。充電池としては、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池、Ｎｉ－Ｃｄ電池、鉛電池、燃料電池、空気電池が用いられる。

　さらに、移動体１は、測位情報取得部１３、記憶部１４、及び物体認識部１５を備えると共に、相対位置算出部１０ａ、位置推定部１０ｂ、及び位置確定部１０ｃを備える。図１Ａでは移動体１を制御する主制御部１０に各部１０ａ～１０ｃを備えた例を挙げているが、これに限ったものではない。

　なお、主制御部１０は、駆動制御部１１の制御及び記憶部１４への読み書きを行い、測位情報取得部１３での取得や物体認識部１５での認識の制御も行うように構成することもできる。例えばこの主制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）、作業領域としてのＲＡＭ（Random Access Memory）、及び記憶装置などの制御デバイスで構成され、その一部又は全部を集積回路／ＩＣチップセットとして搭載することもできる。この記憶装置には、制御プログラム（各部１０ａ～１０ｃでの後述の処理を実行するためのプログラムを含む）をはじめ、各種設定内容などが記憶される。この記憶装置としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）など様々な装置が適用できる。

　測位情報取得部１３は、ＧＰＳで測位した測位位置を示すＧＰＳ測位情報を取得する部位であり、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するアンテナや受信したＧＰＳ信号を解析して測位情報（緯度、経度）を求める解析部などで構成される。アンテナは、図１Ｂで例示する測位情報取得部１３の位置のように移動体１の本体１６の適所に配置しておけばよい。但し、例示する配置に限らず、その感度が良くなるような位置にアンテナが設けられていればよい。なお、測位情報取得部１３は、ＤＧＰＳ（Differential GPS）の機能又はＲＴＫ－ＧＰＳ（Real Time Kinematic GPS）の機能を設けることや、無線通信部及び無線通信基地局との位置関係から位置を補正する機能を設けることで、コストは嵩むがその精度を上げることもできる。

　本実施形態に限らず、以下ではＧＰＳを用いる例を挙げて説明しているが、ＧＰＳと同様の他の衛星測位システム（地域航法衛星システム）を適用することもできる。他の衛星測位システムとしては、日本の準天頂衛星システム（Quasi-Zenith Satellite System：QZSS）、ロシアのＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）、ＥＵのガリレオ、中国の北斗、インドのＩＲＮＳＳ（Indian Regional Navigational Satellite System）などが挙げられる。

　上述の無線通信部等における無線通信のネットワークとしては、公衆に開放されているインターネットなどを利用してもよく、或いは、接続できる装置が限定される専用回線の無線ネットワークを利用してもよい。無線通信路での無線伝送方式としては、各種無線ＬＡＮ（Local Area Network）（ＷｉＦｉ（登録商標）認証の有無は問わない）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）　ＬＥ（Low Energy）などの規格に準じた方式が挙げられ、無線到達距離や伝送帯域などを考慮して使用すればよいが、例えば携帯電話網などを利用してもよい。

　記憶部１４は、地図情報１４ａを記憶する部位である。この地図情報１４ａには、複数の固定された物体の位置を示す物体情報も含まれている。また、地図情報１４ａには、通行可能な領域（道路や駐車場内の非駐車領域など）の位置を示す情報も含まれている。移動体１が監視ロボットである場合には、この地図情報１４ａは環境地図を示す情報であると言える。ここで、固定された物体（以下、単に物体と言う）には、建物等の不動産だけでなく、線路、植木や街路樹、壁や柱など、他の構造物を含めておけばよい。上記物体は、一般的に地物と呼ばれる概念のうち、実際に存在するものであって且つ通行可能な領域（道路等）を除いたものと言える。

　物体認識部１５は、物体を認識する部位である。物体認識部１５は、基本的に物体の移動体１に対する位置（移動体１から物体までの距離と方向）が認識できればよい。よって、物体認識部１５としては、移動体１に対する障害物の位置を検出するための障害物検知センサや、静止画又は動画を撮影するためのカメラなどが利用できる。なお、静止画を撮影するカメラでは撮影間隔を短くすることで移動体１の移動に対応できる。

　上記障害物検知センサは、他の移動体や障害物との衝突を避けるためにそれらを事前に検知するためのセンサであり、光や赤外線や他の電磁波や超音波などを能動的に発信し、その発信波の反射波を受信して障害物の位置を検知するアクティブセンサである。障害物検知センサとしては、例えば、ＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging又はLaser Imaging Detection and Ranging）、レーザレンジファインダ、電波レーダ（ミリ波レーダ等）、超音波センサなど、様々な種類のセンサが適用できる。また、障害物検知センサは、必要に応じて、モータによって左右に動かすメカニカルスキャン方式、或いは、複数のチャンネルを使って受信を行い、受信チャンネル間に発生する位相差を利用して検知角度を算出する電子スキャン方式を採用して、障害物の検知を行えばよい。なお、レーザレンジファインダは光飛行時間測距方式（ＴＯＦ：Time of Flight）を採用した測距センサであり、走査軸を１軸、２軸もたせることで、それぞれ２次元平面の計測、３次元的な計測が可能となる。また、ＬＩＤＡＲはレーザレンジファインダの一種であるとも言える。このように、物体認識部１５においてセンシングのために放射されるものとしては、レーザー、赤外線、可視光、超音波、電磁波などを用いることができる。但し、耐天候性の高さと測距精度が高いことから、レーザーを用いることが好ましい。

　また、物体認識部１５は図１Ｂで例示したように移動体１の前方に設けられることが好ましいが、他の部分に設けられていても進行方向の物体が認識できればよい。また、複数の物体認識部１５を別々の位置に設けること、及び／又は、複数種類の物体認識部１５を設けることで、物体の位置をより精確に認識させることができる。

　相対位置算出部１０ａは、上記物体情報と物体認識部１５での認識結果とに基づき、認識された物体に対する移動体１の現在の相対位置を算出する。なお、障害物検知センサには相対位置算出部１０ａの機能が組み込まれたものもある。物体の認識は移動体１の周辺環境（周辺状況）の認識を意味するため、物体認識部１５及び相対位置算出部１０ａは、周辺環境情報取得部を構成していると言える。

　位置推定部１０ｂは、地図情報１４ａを参照して移動体１の地図上での現在の推定位置を求める。より具体的には、位置推定部１０ｂは、地図情報１４ａが示す地図上において上記認識された物体の位置を検索（照合）して推定し、上記相対位置が示す移動体１の上記地図上での現在の推定位置を求める。この検索には、画像マッチング（マップマッチングとも言う）の手法が適用でき、以下の説明ではこの検索を画像マッチングとも呼ぶ。また、画像マッチングの手法は問わないが、物体の位置又は物体の表面上の点を特徴点して抽出し、そのパターンをマッチングさせるパターンマッチングを行うことが好ましい。

　このとき、もし物体が１つしか認識できなかった場合でも、例えばその物体の表面における水平方向の２点を結ぶ線分の角度は認識できるため、画像マッチングは可能である。よって、物体が１つでも存在すれば、移動体１に対する物体の距離だけでなく方位も推定できることになる。なお、位置推定部１０ｂで物体の位置を検索後に、相対位置算出部１０ａで移動体１の相対位置を算出し、その結果から位置推定部１０ｂが推定位置を求めるような手順を採用してもよい。

　位置推定部１０ｂでは、画像マッチングによる推定を行っているため、その一致度合い（一致率）が、その推定の尤度を表す一つの指標となる。尤度が高いと、位置推定部１０ｂにおける自己位置の推定結果が信頼できることを意味し、逆に尤度が低いとその推定結果が信頼できないことを意味する。そして、一致度合い或いは尤度は、認識に使用した地図情報１４ａの精確さ（特に、認識された物体の存在する領域における精確さ）や認識された物体の数など、推定に使用した情報量に依存することになる。

　例えば、広大な砂漠や広場など、周囲３６０度にわたって環境に変化がない状況下では、自己位置を推定する特徴点を見つけられずに（情報量が足りずに）推定の精度が劣化する（つまり尤度が低くなる）。しかし、このような状況下では、ＧＰＳ衛星から移動体１への障害物が無くなるため、ＧＰＳ測位情報の精度が高い。逆に、高い建物が周りにある状況下では、推定の精度が上がる（つまり尤度が高くなる）。このような状況下では、ＧＰＳ測位情報は、建物に反射した電波を受信することや、衛星が見えなくなることがあるため、その精度を悪化させる。これらの点を考慮し、位置確定部１０ｃは次のように現在位置を確定する。

　すなわち、位置確定部１０ｃは、位置推定部１０ｂで求められた現在の推定位置とＧＰＳ測位情報が示す現在の測位位置とに対し、位置推定部１０ｂでの推定の尤度に応じた重み付けを行い、移動体１の現在位置を確定（決定）する。そして、このようにして確定する現在位置は、ＧＰＳ衛星からの電波の受信状態が悪い場面でも精確な位置となる。

　次に、図２及び図３を参照しながら、本実施形態における位置確定部１０ｃのより具体的な例について説明する。図２は、図１Ａの移動体における位置確定部の詳細を説明するためのブロック図、図３は、図１Ａの移動体の走行経路の一例を示す図である。

　上述した尤度に応じた重み付けとは、尤度に応じた重み付け係数で重み付けすることを意味する。よって、位置確定部１０ｃは、図２に示すように尤度を入力し、重み付け係数を算出する重み付け係数算出部２１と、その重み付け係数と共にＧＰＳ測位情報及び推定位置を入力し、現在位置を算出する重み付け実行部２２と、を有する。

　例えば、尤度Ｋ（０＜Ｋ≦１）をそのまま推定位置の重み付け係数に用い、測位位置側の重み付け係数としてその残余（１－Ｋ）を用い、現在位置を求める。この計算は、次式のように緯度、経度それぞれに対して実行すればよい。測位位置側の重み付け係数として（１－Ｋ）を用いる理由は、尤度Ｋが大きいことが移動体１の周囲に物体が多く（推定位置の信頼度が高く）、ＧＰＳ信号の受信を妨げ、ＧＰＳ測位情報の信頼性が低下している可能性があるためである。

（現在位置の緯度）＝（１－Ｋ）×（ＧＰＳ測位位置の緯度）＋Ｋ×（推定位置の緯度）
（現在位置の経度）＝（１－Ｋ）×（ＧＰＳ測位位置の経度）＋Ｋ×（推定位置の経度）

　これらの式は、ＧＰＳ測位情報の信頼度をα（０＜α≦１）としたとき、下式を意味する。
（現在位置の緯度）＝α×（ＧＰＳ測位位置の緯度）＋（１－α）×（推定位置の緯度）
（現在位置の経度）＝α×（ＧＰＳ測位位置の経度）＋（１－α）×（推定位置の経度）

　この例のように、位置確定部１０ｃは、尤度が増すに連れて測位位置の重みを軽くするような（つまり測位位置の信頼度を下げるような）重み付けを行うことが好ましい。よって、尤度の指標と言える画像マッチングの一致率（照合率）がｋ（％）であれば、ＧＰＳ測位位置の信頼度αは例えば１－ｋ／１００とすればよい。但し、尤度Ｋやαの求め方はこれに限らない。無論、尤度Ｋに応じた推定位置側の信頼度βを規定し、推定位置側の重み付け係数をβ、測位位置側の重み付け係数を１－βとするなどしてもよい。

　図３で例示する地図３０は、物体（建物又は他の障害物）３１ａ～３１ｄ及び物体（街路樹又は植木）３１ｅが道路３２に沿って存在する領域の地図を示している。このような地図が地図情報１４ａに含まれることになる。そして、この道路３２上に移動体１が時系列で移動体１ａの位置から、移動体１ｂの位置、移動体１ｃの位置へと実際に移動するシーンを想定して説明する。

　まず、移動体１が移動体１ａの位置に存在する場面では、物体が周囲に存在しないため、尤度に対応する一致率が０％か数％となる一方で、ＧＰＳ測位情報が示す地図上の緯度経度３３ａが移動体１ａの実際の位置と重なることになる。無論、ここでは物体認識部１５が物体３１ａ，３１ｃなどを認識できる性能をもっていない例を想定している。この場合、ＧＰＳ測位情報の信頼度αは１となり、現在位置がＧＰＳの測位位置に確定される。

　移動体１が移動体１ｂの位置に存在する場面では、物体が周囲に多数存在するため、尤度に対応する一致率が１００％（又はそれに近い値）となる一方で、ＧＰＳ測位情報が示す地図上の緯度経度３３ｂが移動体１ｂの実際の位置とはかなりズレることになる。この場合、ＧＰＳ測位情報の信頼度αは０（又は０に近い値）となり、現在位置が位置推定部１０ｂでの推定位置（又はそれ付近）に確定される。

　移動体１が移動体１ｃの位置に存在する場面では、物体が周囲に少数存在するため、尤度に対応する一致率が例えば５０％となり、ＧＰＳ測位情報が示す地図上の緯度経度３３ｃが移動体１ｃの実際の位置と若干ズレることになる。この場合、ＧＰＳ測位情報の信頼度αは例えば０．５となり、現在位置が位置推定部１０ｂでの推定位置とＧＰＳ測位情報が示す位置との中間の位置に確定される。

　また、位置確定部１０ｃは、上記尤度Ｋが所定値以上である場合、上記測位位置の重みを無くし（現在位置を推定位置に確定する）、尤度Ｋが上記所定値未満である場合、上記推定位置の重みを無くす（現在位置を測位位置に確定する）ように重み付けを行ってもよい。所定値としては、例えば７０％など予め決めた高めの値であればよい。

　次に、その他の応用例について説明する。
　位置推定部１０ｂは、画像マッチングを実行するに際し、直前に位置確定部１０ｃで確定された現在位置に基づき、検索開始範囲及び／又は検索範囲を決定するようにすることが好ましい。これにより、画像マッチングの速度を上げるだけでなく、決定した検索開始範囲に近いものを優先的に検索結果として抽出したり、決定した検索範囲内に絞りこんで検索したりすることで、画像マッチングの精度（つまり推定の精度）も上げることができる。特に、確定された現在位置だけでなく、移動体１の速度（及び磁気センサ等の他のセンサから得た移動体１の進行方向）も加味して、これらの範囲を決めることで、より画像マッチングの精度を上げることができる。

　この例からも分かるように、移動体１は、地磁気を計測する磁気センサなどを備え、その磁気センサが向いている方向を検知することで移動体１の進行方向を検知して、検知結果を主制御部１０に出力して進行方向の修正に利用するように構成することもできる。

　また、画像マッチングに使用する地図情報１４ａの物体情報は、物体認識部１５で事前に認識させた物体についての位置を示す情報を含むことが好ましい。つまり、実際の走行時の画像マッチングに用いるために、走行する予定の経路上で物体認識部１５（移動体１に搭載しておくことが好ましいが非搭載でもよい）による物体認識を実行し、その物体認識結果と認識した位置を関連付けて格納しておく。これにより、画像マッチングでの一致率が上がり、精度が向上する。

　例えば駐車場や敷地内などの或る特定領域内の監視用に移動体１を用いる場合には、予定走行経路が決まっているため非常に有益となる。つまり、移動体１が、記憶部１４に地図情報１４ａの一部として移動体１の予定走行経路を記憶し、位置確定部１０ｃで確定された現在位置（地図上の現在位置）に基づき、上記予定走行経路に沿った自律走行を行う駆動制御部１１を備えた自律走行装置である場合には、特に有益となる。無論、このような予定走行経路に沿った自律走行を行う例は、物体情報として事前認識された物体の位置を示す情報を含まない例にも適用できる。

　また、このような事前の物体認識は、上述した例に限ったものではない。移動体１は、実際の走行時に物体認識部１５での物体認識を実行し、その際に位置確定部１０ｃで確定した現在位置とその物体とを関連付け、物体情報として登録するような学習機能をもたせてもよい。また、近年ではカメラやレーザレンジファインダ等の物体認識結果に基づく自己位置推定と地図の作成とを同時に行うＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）技術の開発が盛んに行われており、このＳＬＡＭ技術により、物体情報を含む地図情報１４ａを作成するようにしてもよい。

（第２の実施形態）
　本発明の第２の実施形態について、主に図３を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、第１の実施形態との重複箇所の説明を基本的に省略するが、例えば第１の実施形態で説明した様々な応用例が適用できる。

　本実施形態では、地図情報１４ａにおける物体情報は、物体についての高さ（例えば図３の高さＨａ～Ｈｅ）を示す情報を含むこと、つまり地図情報１４ａが３次元地図の情報であることが好ましい。ここで、高さの情報は移動体１から認識できる物体の表面積の少なさを表すものである。特に、物体認識部１５で事前に認識させた物体についての高さを示す情報であることがより好ましい。

　そして、本実施形態における位置推定部１０ｂは、上記推定位置の推定に使用した物体の高さが高い程、上記尤度Ｋを上げるようにする。具体的に説明すると、まず移動体１の周囲に高いビル等の物体が存在した場合、物体での反射波の影響によりＧＰＳの精度が悪化する。しかし、本実施形態では、地図情報１４ａの一部として保持された高さ情報に基づき推定に使用した物体の高さが高い程、測位位置への重み付けを軽くし推定位置への重み付けを重くして現在位置の確定を行う。よって、例えば移動体１が図３の移動体１ｂのような物体（ビル等）３１ａ～３１ｃに囲まれた位置を走行中も、物体認識に基づく精確な推定結果が存在するため、現在位置を精度良く決定することができる。

（第３の実施形態）
　本発明の第３の実施形態について、主に図３，図４を併せて参照しながら説明する。図４は、図３の走行経路において移動体１ｂが撮影した上空の画像の一例を示す図である。なお、本実施形態では、第１の実施形態との重複箇所の説明を基本的に省略するが、例えば第１の実施形態で説明した様々な応用例が適用できる。

　本実施形態における物体認識部１５は、移動体１の上空方向の視界の広さを検出するようにする。ここで、上空方向の視界の広さは、第２の実施形態で説明した高さと同様に、移動体１から認識できる物体の表面積の少なさを表すものである。本実施形態では移動体１の上面側に物体認識部１５を設けることが好ましく、そのため進行方向用の物体認識部１５と合わせて複数個の物体認識部１５を設けることが好ましいと言える。

　そして、本実施形態における位置推定部１０ｂは、物体認識部１５で検出された上記視界の広さが狭い程、尤度Ｋを上げるようにする。具体的に説明すると、まず物体認識部１５として例えばカメラを用いた場合、画像認識により空（人工物でない）部分の割合が多いと上空の視界が拓けていると分かり、例えばＬＩＤＡＲを用いた場合、上方向の距離データが無限遠（物体が無い）の部分の割合が多いと上空の視界が拓けていると分かる。

　従って、移動体１が例えば図３の移動体１ｂの位置で認識した物体（例えば撮影した画像又は検知した距離の２次元表現の画像（奥行画像））は、図４で例示する画像４０のようになる。このうち上空領域４１は、物体が存在しない場合に比べて広く、移動体１は自身の上空の視界が遮られた状況（上空の視界の拓け度合いが低い状況）に位置していることになる。そして、この状況では物体での反射波の影響によりＧＰＳの精度が悪化する。

　よって、本実施形態では、上記視界の広さが狭い程、尤度Ｋを上げることで、測位位置への重み付けを軽くし推定位置への重み付けを重くして現在位置の確定を行う。このような処理により、例えば移動体１が図３の移動体１ｂのような物体（ビル等）３１ａ～３１ｃに囲まれた位置を走行中も、物体認識に基づく精確な推定結果が存在するため、現在位置を精度良く決定することができる。

　また、本実施形態は第２の実施形態との併用も可能であり、その場合、高さと視界の広さを変数とする所定の関数に基づき、尤度Ｋを求めるか、或いは直接重み付け係数を求めるようにすればよい。

（第４の実施形態）
　本発明の第４の実施形態について、図５を参照しながら説明する。図５は、本発明の第４の実施形態に係る移動体の一部の構成例を示すブロック図である。なお、本実施形態では、第１の実施形態との重複箇所の説明を基本的に省略するが、例えば第１の実施形態で説明した様々な応用例が適用でき、また第２，第３の実施形態との併用も可能である。

　本実施形態における位置確定部１０ｃは、測位に使用したＧＰＳ衛星の数及び配置を示す情報（以下、衛星配置情報と言う）に基づき、重み付け係数を決定する。このような構成例について説明する。図５に移動体１の一部を例示するが、測位情報取得部１３は、ＧＰＳ信号受信部５１、ＧＰＳ座標算出部５２、及びＤＯＰ（Dilution Of Precision）値算出部５３を有する。位置推定部１０ｂは、位置座標推定部５４及び尤度算出部５５を有する。位置確定部１０ｃは、図２で例示したように重み付け係数算出部２１及び重み付け実行部（乗算部）２２を有する。

　位置推定部１０ｂでは、位置座標推定部５４が画像マッチングにより推定位置（推定位置の座標）を算出し、尤度算出部５５がその算出過程から尤度Ｋを算出する。

　一方で、測位情報取得部１３では、ＧＰＳ信号受信部５１がＧＰＳ衛星からの電波を受信し、ＧＰＳ座標算出部（解析部）５２がその受信した信号を解析してＧＰＳ測位座標を算出する。また、ＤＯＰ値算出部５３がその受信した信号を解析して、或いはそのＧＰＳ測位座標の算出過程から、ＤＯＰ値を算出する。

　このように、上記衛星配置情報は、測位情報取得部１３で取得したＧＰＳ測位情報に含まれる情報、或いはＧＰＳ測位情報から算出できる情報であり、例えばＧＰＳの衛星配置の悪化度を示す指標値、つまりＧＰＳ精度の劣化の程度を表す指標値であるＤＯＰ値を用いることができる。ＤＯＰ値が大きくなる程、ＧＰＳ精度が低くなる。また、ＤＯＰ値としては０～１の値が用いられることがあるが、これに限ったものではない。また、ＤＯＰ値には、幾何学的精度低下率、水平精度低下率、垂直程度低下率など多くの指標値があり、いずれの値を採用してもよいし、複数の値を採用してもよい。

　また、ＤＯＰ値等の衛星配置情報は、移動体１の上方の視界の広さを表す指標であると言え、移動体１の周囲の物体の多さや高さと関係があり、よって推定の容易さと関係がある。一般的に、ＤＯＰ値が高い場合には、衛星が固まっているなど、衛星の配置が悪いため、測位位置の信頼度は低く、逆に推定位置の信頼度が高くなる。

　従って、本実施形態のように衛星配置情報に基づき重み付け係数を決定することは、現在位置の精度向上のために有益であると言える。位置確定部１０ｃでは、重み付け係数算出部２１が尤度算出部５５から尤度Ｋを入力すると共にＤＯＰ値算出部５３からＤＯＰ値を入力し、それらの値から重み付け係数を算出する。一例を挙げると、推定位置側の重み付け係数γとしてＫ×ＤＯＰ値を用い、ＧＰＳ測位位置側の重み付け係数を１－γとすればよい。なお、Ｋ、ＤＯＰ値として０から１の間の値を用いた例を挙げているが、これに限らず、その場合には、正規化（規格化）しておけばよい。

　ここで例示したように、位置確定部１０ｃは、ＤＯＰ値が増すに連れて測位位置の重みを軽くするような（つまり測位位置の信頼度を下げるような）重み付けを行えばよい。若しくは、位置確定部１０ｃは、ＤＯＰ値が所定値（例えば最大値の５０％）以上である場合、上記測位位置の重みを無くし（現在位置を推定位置に確定する）、ＤＯＰ値がその所定値未満である場合、上記推定位置の重みを無くす（現在位置を測位位置に確定する）ように重み付けを行ってもよい。

　なお、上記衛星配置情報は、第１～第３の実施形態で説明したような重み付け係数の決定条件に加える決定条件であると言える。但し、決定の手順は問わず、例えば第１～第３の実施形態で説明したような決定条件に従って重み付け係数を決定した後、衛星配置情報に基づいてそれを修正するようにしてもよい。

　重み付け係数の決定後、重み付け実行部（乗算部）２２が、その重み付け係数を用いて、ＧＰＳ座標（測位座標）算出部５２から入力した測位座標と位置座標推定部５４から入力した推定位置座標とに対し、例えば下式により重み付けを行って、現在位置の座標を算出（決定）する。

（現在位置の緯度）＝（１－γ）×（ＧＰＳ測位位置の緯度）＋γ×（推定位置の緯度）
（現在位置の経度）＝（１－γ）×（ＧＰＳ測位位置の経度）＋γ×（推定位置の経度）

（第５の実施形態）
　第４の実施形態で説明した衛星配置情報を用いた重み付け手法は、尤度を用いない場合にも適用できる。このような構成例を第５の実施形態として、簡単に説明する。

　本実施形態に係る移動体は、第１の実施形態等で説明した移動体１と同様に、測位情報取得部１３、記憶部１４、物体認識部１５、相対位置算出部１０ａ、及び位置推定部１０ｂを備えるが、位置確定部１０ｃの処理が若干異なる。

　本実施形態における位置確定部１０ｃは、位置推定部１０ｂで求められた現在の推定位置とＧＰＳ測位情報が示す現在の測位位置とに対し、衛星配置情報に応じた重み付け（重み付け係数の算出）を行い、移動体の現在位置を確定する。例えばＤＯＰ値が低いと、測位位置側の重み付け係数を高くして推定位置側の重み付け係数を低くする。逆に、ＤＯＰ値が高いと、測位位置側の重み付け係数を低くして推定位置側の重み付け係数を高くする。本実施形態のように衛星配置情報に基づき重み付けを実行することは、現在位置の精度向上のために有益であると言える。

（第６の実施形態）
　本発明の第６の実施形態について説明する。なお、本実施形態では、第１の実施形態との重複箇所の説明を基本的に省略するが、例えば第１の実施形態で説明した様々な応用例が適用でき、また第２～第５のいずれの実施形態と併用することができる。

　本実施形態では、地図情報１４ａに、測位情報取得部１３で取得できるＧＰＳ測位情報の精度が所定精度より悪くなる領域を示す精度情報を含めるようにする。この精度情報を地図情報１４ａに埋め込むタイミングは、例えば、第１の実施形態で説明した物体認識部１５での事前の物体認識と同様のタイミングでよく、よって地図情報１４ａの最初の作成時（マップ構築時）であってもよいし、精度情報の学習機能をもたせてもよい。精度情報の学習機能をもたせる場合には、例えば、位置確定部１０ｃで確定した現在位置とその際に用いたＧＰＳ測位情報が示す測位位置との差を誤差として、その現在位置における精度情報とすればよい。

　この精度情報は、測位情報取得部１３で取得した現在のＧＰＳ測位情報の信頼度を示す情報として利用でき、また移動体１の上方の視界の広さを表す指標であるため、移動体１の周囲の物体の多さや高さと関係があり、よって推定の容易さとも関係がある。従って、本実施形態における位置確定部１０ｃは、上記精度情報に基づき重み付け係数を決定する。そして、このように精度情報に基づき重み付け係数を決定することは、現在位置の精度向上のために有益であると言える。

　重み付け係数の決定に際しては、位置確定部１０ｃは、精度情報が示す精度が増すに連れて測位位置の重みを重くするような（つまり測位位置の信頼度を上げるような）重み付けを行う。若しくは、位置確定部１０ｃは、精度情報が示す精度が所定値（例えば最高値の５０％）以上である場合、上記推定位置の重みを無くし（現在位置を測位位置に確定する）、精度がその所定値未満である場合、上記測位位置の重みを無くす（現在位置を推定位置に確定する）ように重み付けを行ってもよい。また、精度情報としては、精度が悪いことを示す「０」と精度が良いことを示す「１」の２値のみを採用し、前者の場合には推定位置に確定し、後者の場合には測位位置に確定するようにしてもよい。

　なお、上記精度情報は、第１～第４の実施形態で説明したような重み付け係数の決定条件に加える決定条件であると言える。但し、決定の手順は問わず、例えば第１～第４の実施形態で説明したような決定条件に従って重み付け係数を決定した後、精度情報に基づいてそれを修正するようにしてもよい。

（第７の実施形態）
　第６の実施形態で説明した精度情報を用いた重み付け手法は、尤度を用いない場合にも適用できる。このような構成例を第７の実施形態として、簡単に説明する。

　本実施形態における位置確定部１０ｃは、位置推定部１０ｂで求められた現在の推定位置とＧＰＳ測位情報が示す現在の測位位置とに対し、精度情報に応じた重み付け（重み付け係数の算出）を行い、移動体の現在位置を確定する。例えばＧＰＳ精度が高いことを精度情報が示していた場合には、測位位置側の重み付け係数を高くして推定位置側の重み付け係数を低くする。逆に、ＧＰＳ精度が低いことを精度情報が示していた場合には、測位位置側の重み付け係数を低くして推定位置側の重み付け係数を高くする。本実施形態のように精度情報に基づき重み付けを実行することは、現在位置の精度向上のために有益であると言える。

（第８の実施形態）
　本発明の第８の実施形態について、図６を参照しながら説明する。図６は、本発明の第８の実施形態に係る移動体の一構成例を示すブロック図である。なお、本実施形態では、第１の実施形態との重複箇所の説明を基本的に省略するが、例えば第１の実施形態で説明した様々な応用例が適用でき、また第２～第７のいずれの実施形態と併用することができる。

　第１の実施形態では、移動体１が自律走行装置である例を挙げて説明した。図６で例示する本実施形態に係る移動体６は、図１の各部１１～１５に加え、運転者による運転操作を受け付ける操作部６１と、位置確定部１０ｃで確定された現在位置に基づき、地図情報１４ａが示す地図上でのナビゲーションを行うナビゲーション部６２と、を備える。操作部６１は、ハンドルやアクセル、ブレーキなどで構成される。

　ナビゲーション部６２は、例えば、図３で例示した地図３０のような地図を表示させ（但し、移動体の位置は現在位置の一か所）、例えば運転者や同乗者が事前に登録した目的地に向かうように（目的地への予定走行経路に沿うように）、音声及びルート表示により案内すればよい。よって、ナビゲーション部６２は、画像表示部及び／又は音声出力部を備える。なお、本実施形態においても、自律走行機能をもたせてもよく、その場合、自律走行を運転者の運転で補う、若しくは運転者の運転の不備を自律走行で補うようにすればよい。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，６…移動体、１０…主制御部、１０ａ…相対位置算出部、１０ｂ…位置推定部、１０ｃ…位置確定部、１１…駆動制御部、１２…駆動部、１２ａ…車輪、１３…測位情報取得部、１４…記憶部、１４ａ…地図情報、１５…物体認識部、１６…本体、２１…重み付け係数算出部、２２…重み付け実行部、３０…地図、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ…物体、３２…道路、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ…緯度経度、４０…画像、４１…上空領域、５１…ＧＰＳ信号受信部、５２…ＧＰＳ座標算出部、５２…ＧＰＳ座標算出部、５３…ＤＯＰ値算出部、５４…位置座標推定部、５５…尤度算出部、６１…操作部、６２…ナビゲーション部。

Claims

　衛星測位システムで測位した測位位置を示す測位情報を取得する測位情報取得部を備えた移動体であって、
　複数の固定された物体の位置を示す物体情報を含む地図情報を記憶する記憶部と、
　前記物体を認識する物体認識部と、
　前記物体情報と該物体認識部での認識結果とに基づき前記物体に対する前記移動体の現在の相対位置を算出する相対位置算出部と、
　前記地図情報が示す地図上において前記物体の位置を検索して推定し、前記相対位置が示す前記移動体の前記地図上での現在の推定位置を求める位置推定部と、
　前記位置推定部で求められた現在の前記推定位置と前記測位情報が示す現在の前記測位位置とに対し、前記位置推定部での推定の尤度に応じた重み付けを行い、前記移動体の現在位置を確定する位置確定部と、
を備えたことを特徴とする移動体。
　前記位置確定部は、前記尤度が増すに連れて前記測位位置の重みを軽くするような重み付けを行うことを特徴とする請求項１に記載の移動体。
　前記位置確定部は、前記尤度が所定値以上である場合、前記測位位置の重みを無くし、前記尤度が前記所定値未満である場合、前記推定位置の重みを無くすことを特徴とする請求項１に記載の移動体。
　前記位置推定部は、前記物体の位置を検索するに際し、直前に前記位置確定部で確定された前記現在位置に基づき検索開始範囲及び／又は検索範囲を決定することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の移動体。
　前記物体情報は、前記物体認識部で事前に認識させた前記物体についての位置を示す情報を含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の移動体。
　前記物体情報は、前記物体についての高さを示す情報を含み、
　前記位置推定部は、前記推定位置の推定に使用した前記物体の高さが高い程、前記尤度を上げることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の移動体。
　前記物体認識部は、前記移動体の上空方向の視界の広さを検出し、
　前記位置推定部は、前記物体認識部で検出された前記視界の広さが狭い程、前記尤度を上げることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の移動体。
　前記位置確定部は、前記測位情報に含まれる或いは前記測位情報から算出される、測位に使用した衛星の数及び配置を示す情報に基づき、前記重み付けの係数を決定することを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の移動体。
　前記地図情報は、前記測位情報取得部で取得できる前記測位情報の精度が所定精度より悪くなる領域を示す精度情報を含み、
　前記位置確定部は、前記精度情報に基づき前記重み付けの係数を決定することを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の移動体。
　前記記憶部は、前記地図情報の一部として前記移動体の予定走行経路を記憶し、
　前記移動体は、前記位置確定部で確定された前記現在位置に基づき、前記予定走行経路に沿った自律走行を行う駆動制御部を備えた自律走行装置であることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の移動体。
　運転者による運転操作を受け付ける操作部と、
　前記位置確定部で確定された前記現在位置に基づき、前記地図上でのナビゲーションを行うナビゲーション部と、
を備えたことを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の移動体。