JP7794663B2 - 自己位置演算装置 - Google Patents

Description

本発明は、モビリティの自己位置演算装置に関する。

車両等のモビリティの位置は、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System：全方位測位システム）の情報に基づいて演算される。モビリティの位置の演算には、モビリティに搭載されたＧＰＳ受信機がＧＰＳ衛星からの信号を受信することが必要である。衛星からの信号の受信状況が悪化すると、自己位置の演算精度が低下する。自己位置の演算技術として、例えば国際公開第２０１５／０９７９０５号公報には、予め求められたランドマークの位置と、ランドマークとダンプトラックとの相対位置とに基づいて、ダンプトラックの推定位置を補正する管理システムが記載されている。

国際公開第２０１５／０９７９０５号公報

しかしながら、上記技術は、鉱山全体にわたって多数のランドマークが配置されていることが前提の技術となる。また、鉱山では、例えば、ダンプトラック（大型の重機）とともに、ピックアップトラック（小型貨物自動車）等の他の小型モビリティが走行する状況も考えられる。ダンプトラックとピックアップトラックとが同じタイミングで同じ鉱山内を走行する場合、大型重機であるダンプトラックの影にピックアップトラックが入る可能性があり、ダンプトラックの影響でピックアップトラックのＧＰＳ信号の受信状況が悪化する可能性がある。このような点において、上記技術は改良の余地がある。

本発明の目的は、大きさの異なる複数種類のモビリティが走行する状況においても、自己位置演算の精度低下を抑制することができる自己位置演算装置を提供することである。

本発明の自己位置演算装置は、衛星から受信した信号に基づいて自モビリティの絶対位置を演算する位置演算部と、前記自モビリティの周辺を監視する周辺監視部と、前記自モビリティの周囲に位置する所定のモビリティである周囲モビリティの絶対位置情報を、通信ネットワークを介して取得する情報取得部と、前記信号の受信状況が悪化した場合に、前記周囲モビリティの絶対位置情報と前記周辺監視部の検出結果とに基づいて、前記周囲モビリティに対する前記自モビリティの相対位置を演算する相対位置演算部と、前記周囲モビリティの絶対位置情報及び前記相対位置演算部で演算された相対位置の情報に基づいて、前記位置演算部で演算された前記自モビリティの絶対位置情報を補正する補正部と、を備える。

本発明によれば、衛星からの信号の受信状況が悪化した場合、周囲モビリティの絶対位置情報と、周囲モビリティに対する自モビリティの相対位置とに基づいて、自モビリティの絶対位置情報が補正される。これにより、例えば、自モビリティが、周囲を走行する自モビリティより大型の他のモビリティの影響で、信号の受信状況が悪化した場合でも、当該大型モビリティとの相対位置に基づいて自モビリティの絶対位置情報が補正されるため、自己位置演算の精度低下は抑制される。

本実施形態の自己位置演算装置の構成図である。 本実施形態における周囲モビリティの特定について説明するための概念図である。 本実施形態の自己位置の補正に関する制御例を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態として、本発明の一実施形態である自己位置演算装置１を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記実施例の他、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。本開示におけるモビリティは、移動体ともいえ、車両や重機を含む概念である。

図１に示すように、本実施形態の自己位置演算装置１は、モビリティに設けられた装置であって、受信機２と、演算処理装置３と、無線通信機４と、周辺監視装置５と、を備えている。受信機２は、本実施形態ではＧＰＳ受信機であって、衛星（ＧＰＳ衛星）から受信した信号に基づいて自モビリティの絶対位置を演算する装置である。より詳細に、受信機２は、衛星から信号を受信するアンテナ部２１、及び衛星から受信した信号に基づいて自モビリティの絶対位置を演算する位置演算装置（「位置演算部」に相当する）２２を備えている。受信機２は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全球測位衛星システム）受信機であってもよい。

演算処理装置３は、少なくとも１つのプロセッサと少なくとも１つのメモリを備えるコンピュータ（例えば車載コンピュータ）又は電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。メモリには、各種プログラムや各種データが記憶されている。プロセッサは、メモリからプログラムを読み出して実行し、各種演算を実行する。演算処理装置３は、受信機２と通信可能に接続され、受信機２から位置情報を取得する。演算処理装置３は、自身のメモリ又は他のメモリに記憶された地図データを読み込み可能に構成されている。演算処理装置３は、無線通信機４及び通信ネットワークを介して、管制システム９と通信可能に構成されている。なお、モビリティ内の通信は、例えばモビリティが車両の場合、ＣＡＮ（car area network or controllable area network）によって行われる。

管制システム９は、サーバとして機能するコンピュータで構成され、複数のモビリティの位置情報を取得し記憶している。管制システム９は、例えば、モビリティ外の施設内に配置されている。管制システム９と複数のモビリティとは、通信ネットワーク（例えばローカル無線基地局等で構築されたネットワーク）を介して通信可能となっている。管制システム９には、各モビリティから、ＧＰＳで測位された位置に基づく自己の絶対位置情報（以下「ＧＰＳデータ」ともいう）が送信される。したがって、管制システム９は、各モビリティにおいて衛星からの信号の受信状況が良好である場合、登録されたすべてのモビリティのＧＰＳデータを取得する。

管制システム９は、例えば、各モビリティのＧＰＳデータ及び目的地情報に基づいて、各モビリティの目標ルートを演算し、各モビリティに目標ルートに関する情報を送信する。演算処理装置３は、例えば自動運転制御装置として機能する場合、管制システム９から送信される目標ルートの情報に基づいて、自動運転時における自モビリティの挙動（例えば、駆動力、制動力、及び転舵角）を制御する。

周辺監視装置（「周辺監視部」に相当する）５は、自モビリティの周辺を監視する装置であって、例えばライダー（ＬｉＤＡＲ：Light Detection and Ranging, or Laser Imaging Detection and Ranging）を含んで構成されている。本実施形態の周辺監視装置５は、例えば、１つ以上のライダー、自モビリティの周辺を撮像する１つ以上のカメラ、及び自モビリティと自モビリティ周辺の物体との距離を測定する１つ以上のレーダーを備えている。周辺監視装置５は、自モビリティと周辺の物体（例えば障害物や他のモビリティ）との位置関係を演算するために、自モビリティと自モビリティ周辺の物体との距離を測定するための装置ともいえる。例えば、周辺監視装置５の検出結果と３次元地図データとに基づいて、より精度の高い自己位置の演算が可能となる。演算処理装置３は、所定の識別条件及び周辺監視装置５の検出結果（例えば物体の形状等の認識データ）に基づいて、その物体が何であるかを識別（特定、認識）することができる。

演算処理装置３は、機能として、送信部３１と、情報取得部３２と、相対位置演算部３３と、補正部３４と、を備えている。送信部３１は、無線通信機４及び通信ネットワークを介して、管制システム９に自モビリティの絶対位置情報（ＧＰＳデータ）を送信する。無線通信機４は、管制システム９と自モビリティとを通信可能にする通信装置である。送信部３１が送信する絶対位置の情報は、信号の受信状況が悪化していない場合、すなわち信号の受信レベルが閾値以上である場合、受信機２が演算した絶対位置の情報である。

情報取得部３２は、自モビリティの周囲に位置する所定のモビリティである周囲モビリティの絶対位置情報を、通信ネットワークを介して取得する。本実施形態では、所定のモビリティとして、すなわち周囲モビリティとして、ダンプトラック（大型重機）が設定されている。つまり、本実施形態の情報取得部３２が取得する情報は、自モビリティの周囲に位置するダンプトラックの絶対位置情報（ＧＰＳデータ）である。

情報取得部３２が周囲モビリティの絶対位置情報を取得するタイミングは、例えば、常時（所定間隔毎）でもよいし、所定のタイミングであってもよい。所定のタイミングは、例えば、受信機２の信号の受信状況が悪化したタイミングであってもよい。この場合、例えば、情報取得部３２は、受信機２の信号の受信状況が悪化した場合、管制システム９に情報要求信号を送信してもよい。管制システム９は、例えば、常時又は情報要求信号の受信に応じて、自己位置演算装置１に、周囲モビリティの絶対位置情報を送信する。管制システム９は、自モビリティのＧＰＳデータ（自モビリティの受信状況が正常時のデータ又は悪化した後のデータ）に基づいて、周囲モビリティを特定する。

相対位置演算部３３は、受信機２の信号の受信状況が悪化した場合に、周囲モビリティの絶対位置情報と周辺監視装置５の検出結果とに基づいて、周囲モビリティに対する自モビリティの相対位置を演算する。相対位置演算部３３は、周辺監視装置５が検出した検出範囲（監視可能範囲）内における物体の位置と形状の情報に基づいて、管制システム９から取得した絶対位置情報に対応するモビリティを特定する。相対位置演算部３３は、周囲モビリティの判断条件（例えばダンプトラックの形状）に基づいて、周辺監視装置５が検出した物体の識別を実行し、検出された物体の中からダンプトラックを特定する。

相対位置演算部３３は、周辺監視装置５の検出結果からダンプトラックと識別される物体を特定し、特定した物体と管制システム９から取得した絶対位置情報とを対応付ける。続いて、相対位置演算部３３は、周辺監視装置５の検出結果に基づいて、特定した物体（ダンプトラック）と自モビリティとの位置関係、すなわちダンプトラックに対する自モビリティの相対位置を演算する。より具体的に、相対位置演算部３３は、モビリティ間の距離と、モビリティ同士の離間方向とを演算する。

周辺監視装置５によりダンプトラックと識別される物体が複数検出された場合、相対位置演算部３３は、自モビリティのＧＰＳデータ（受信状況悪化直前又は悪化後のデータ）と、情報取得部３２が取得した複数の周囲モビリティの情報とを比較し、検出物体と取得情報とを対応付ける。

例えば図２に示すように、相対位置演算部３３は、周辺監視装置５の検出結果に基づいて、自モビリティの近接した右側に位置するダンプトラックと、自モビリティから比較的遠く且つ左前方に位置するダンプトラックとを認識する。相対位置演算部３３は、モビリティ間の方向（座標）と離間距離に基づいて、情報取得部３２が取得した一方のダンプトラックのＧＰＳデータを、認識した一方の物体（ダンプトラック）に対応付け、他方のダンプトラックのＧＰＳデータを、認識した他方の物体（ダンプトラック）に対応付ける。なお、相対位置演算部３３は、少なくとも一方の認識物体（ダンプトラック）と、取得したＧＰＳデータとを対応付けできればよい。このように、相対位置演算部３３は、周囲モビリティの絶対位置情報と周辺監視装置５の検出結果とに基づいて、周辺監視装置５で検出された物体の中から周囲モビリティに対応する物体を特定する。

相対位置演算部３３は、周辺監視装置５の検出結果に基づいて、周囲モビリティと認識した物体と自モビリティとの距離、及び自モビリティから周囲モビリティと認識した物体に向かう方向（反対方向でもよい）を演算する。このように、相対位置演算部３３は、周辺監視装置５の検出結果に基づいて、周囲モビリティと認識した物体に対する自モビリティの相対位置（例えば離間距離及び離間方向）を演算する。

補正部３４は、周囲モビリティの絶対位置情報、及び相対位置演算部３３が演算した相対位置の情報に基づいて、受信機２で演算された自モビリティの絶対位置情報を補正する。補正部３４は、基準となる周囲モビリティのＧＰＳデータと、周囲モビリティに対する自モビリティの相対位置とに基づいて、自モビリティの絶対位置を演算する。補正部３４が演算した絶対位置と、受信機２の演算結果とで差がある場合、補正部３４は、自身の演算結果を自モビリティの絶対位置と認識し、受信機２の演算結果を補正する。自己位置演算装置１は、補正後の絶対位置を自モビリティの絶対位置として認識する。送信部３１は、補正後の絶対位置情報を管制システム９に送信する。送信部３１の送信データには、絶対位置情報の他に、補正済みであることや、受信レベルが閾値未満であること等が含まれてもよい。

本実施形態の自己位置演算処理の流れについて図３を参照して説明する。この説明において、管制システム９に登録されているモビリティは、ダンプトラックとピックアップトラックであるとする。また、説明において、自モビリティはピックアップトラックであり、周囲モビリティとしてダンプトラックが設定されているものとする。

自己位置演算装置１は、受信機２の信号の受信レベルが閾値未満であるか否かを判定する（Ｓ１）。受信レベルが閾値未満となる状況としては、例えば、自モビリティが自モビリティよりも大型の他のモビリティの近くを走行している状況（例えば両モビリティが並走している状況）、又は自モビリティが鉱山の土壁の近くを走行している状況等が挙げられる。このような状況は、自モビリティが他のモビリティ又は土壁の影に入っている状況ともいえる。例えば、タイヤの直径が２ｍ以上のダンプトラックの影にピックアップトラックが存在した場合（ある方向から見てダンプトラックの後ろにピックアップトラックが隠れている場合）、ピックアップトラックのＧＰＳ信号の受信レベルは低下する可能性がある。一方で、ダンプトラック等の大型モビリティは、他のモビリティの影に隠れる可能性が低く、信号の受信レベルは低下しにくい。したがって、大型のモビリティは、相対位置の演算の基準に適している。

受信レベルが閾値未満である場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）、自己位置演算装置１は、周辺監視装置５の検出結果に基づいて、周囲のダンプトラックを認識し（Ｓ２）、ダンプトラックに対する自モビリティの相対位置を演算する（Ｓ３）。自己位置演算装置１は、管制システム９から自モビリティの周囲のダンプトラックのＧＰＳデータを取得し、認識したダンプトラックとＧＰＳデータとを対応付ける（Ｓ４）。自己位置演算装置１は、周囲モビリティのＧＰＳデータと演算した相対位置とに基づいて、自モビリティの絶対位置を演算する（Ｓ５）。自己位置演算装置１は、演算した絶対位置情報に基づいて、受信機２で演算されたＧＰＳデータを補正する（Ｓ６）。受信レベルが閾値未満である状況では、相対位置は所定時間毎に更新（演算）され、周囲モビリティのＧＰＳデータも所定時間毎に更新（取得）され、それらに応じて自モビリティの絶対位置情報も更新（演算）される。

（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、衛星からの信号の受信状況が悪化した場合、周囲モビリティの絶対位置情報と、周囲モビリティに対する自モビリティの相対位置とに基づいて、自モビリティの絶対位置情報が補正される。これにより、例えば、自モビリティが、周囲を走行する自モビリティより大型の他のモビリティの影響で、信号の受信状況が悪化した場合でも、当該大型モビリティに対する相対位置に基づいて自モビリティの絶対位置情報が補正され、自己位置演算の精度低下は抑制される。

各モビリティの絶対位置情報は、管制システム９に集約され、例えば各モビリティからの要求等に応じて管制システム９から各モビリティの自己位置演算装置１に送信される。管制システム９により、周囲モビリティの情報のよりスムーズで統一的な取得が可能となる。

（その他）
本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、管制システム９は、信号の受信状況が良好（例えば受信レベルが閾値以上）である周囲モビリティの絶対位置情報のみを、自己位置演算装置１に送信するように構成されてもよい。つまり、管制システム９は、周囲モビリティとして、信号の受信状況が悪化していないモビリティを選択してもよい。あるいは、自己位置演算装置１は、管制システム９から取得した周囲モビリティの絶対位置情報のうち、受信レベルが良好であるもののみを相対位置演算に用いるように構成されてもよい。この場合、自己位置演算装置１は、例えば、管制システム９から周囲モビリティの絶対位置情報と、ＧＰＳ信号の受信状況（受信レベル）に関する情報とを取得する。つまり、この場合、管制システム９には、例えば、各モビリティから絶対位置情報（ＧＰＳデータ）と受信レベルに関する情報（特性情報）とが送信される。これにより、自己位置演算装置１は、精度の高いＧＰＳデータを、相対位置演算の基準の絶対位置情報として用いることができる。換言すると、自己位置の演算精度を向上させることができる。

また、所定のモビリティ（周囲モビリティ）として、複数型（複数種類）のモビリティが設定されてもよい。この場合、例えば、情報取得部３２は、管制システム９から周囲モビリティの特性情報及びＧＰＳデータを取得する。特性情報は、周囲モビリティの型又は種類に関する情報を含んでいる。つまり、自己位置演算装置１は、特性情報により、周囲モビリティがどんなモビリティ（例えばダンプトラック、ピックアップトラック、又は中型トラック等）であるかが把握できる。例えば、自己位置演算装置１は、自モビリティの周囲にダンプトラックが存在すると認識している場合、特性情報がダンプトラックであるＧＰＳデータを管制システム９から取得してもよい。

また、自己位置演算装置１は、受信レベルが閾値未満で且つ周辺監視装置５により自モビリティから所定距離以内の範囲に周囲モビリティが検出されている場合、自モビリティが周囲モビリティの影に入ったと判断し、周囲モビリティに対する自モビリティの相対位置に基づく自己位置演算を実行するように構成されてもよい。これにより、より確実に受信機２が周囲モビリティの影響を受けた場面で、自己位置が補正される。

また、所定のモビリティ（周囲モビリティ）として、自モビリティよりも大型のモビリティが設定されることが好ましい。大型のモビリティは、ＧＰＳ信号の受信に関して他のモビリティから影響を受けにくく、そのＧＰＳデータの精度は高いと推定できる。また、情報取得部３２は、周囲モビリティの絶対位置情報の他に、周囲モビリティの体格の大きさに関する情報を取得してもよい。相対位置演算部３３は、周囲モビリティが複数である場合、複数の周囲モビリティのうち最も体格が大きい周囲モビリティに対して相対位置を演算するように構成されてもよい。体格の大きさに応じて相対位置演算の優先度が設定されてもよい。

また、情報取得部３２は、周囲モビリティの絶対位置情報を、管制システム９ではなく、例えば、周囲モビリティから直接的に取得してもよい。例えば自モビリティと周囲モビリティとの無線通信（通信ネットワーク）により、情報取得部３２は、周囲モビリティから絶対位置情報（ＧＰＳデータ）を取得することができる。これによっても、相対位置に基づいて自モビリティの絶対位置を演算することができる。この構成では、管制システム９や送信部３１は省略できる。また、管制システム９は、例えばモビリティ内に配置されてもよい。また、受信レベルの悪化の判断は、受信レベルの大小でなく、自モビリティの走行位置（壁沿い等）に基づいて判断（推定）されてもよい。

１…自己位置演算装置、２…受信機、２１…アンテナ部、２２…位置演算装置（位置演算部）、３…演算処理装置、３１…送信部、３２…情報取得部、３３…相対位置演算部、３４…補正部、４…無線通信機、５…周辺監視装置（周辺監視部）、９…管制システム。

Claims (9)

1. 衛星から受信した信号に基づいて自モビリティの絶対位置を演算する位置演算部と、
   前記自モビリティの周辺を監視する周辺監視部と、
   前記自モビリティの周囲に位置する所定のモビリティである周囲モビリティの絶対位置情報を取得する情報取得部と、
   前記信号の受信状況が悪化した場合に、前記周囲モビリティの絶対位置情報と前記周辺監視部の検出結果とに基づいて、前記周囲モビリティに対する前記自モビリティの相対位置を演算する相対位置演算部と、
   前記周囲モビリティの絶対位置情報及び前記相対位置演算部で演算された相対位置の情報に基づいて、前記位置演算部で演算された前記自モビリティの絶対位置情報を補正する補正部と、
   を備え、
   前記所定のモビリティは、前記自モビリティよりも大型のモビリティである、
   自己位置演算装置。
2. 衛星から受信した信号に基づいて自モビリティの絶対位置を演算する位置演算部と、
   前記自モビリティの周辺を監視する周辺監視部と、
   前記自モビリティの周囲に位置する所定のモビリティである周囲モビリティの絶対位置情報を取得する情報取得部と、
   前記信号の受信状況が悪化した場合に、前記周囲モビリティの絶対位置情報と前記周辺監視部の検出結果とに基づいて、前記周囲モビリティに対する前記自モビリティの相対位置を演算する相対位置演算部と、
   前記周囲モビリティの絶対位置情報及び前記相対位置演算部で演算された相対位置の情報に基づいて、前記位置演算部で演算された前記自モビリティの絶対位置情報を補正する補正部と、
   を備え、
   前記情報取得部は、前記周囲モビリティの体格の大きさに関する情報を取得し、
   前記相対位置演算部は、前記周囲モビリティが複数である場合、複数の前記周囲モビリティのうち最も体格が大きい前記周囲モビリティに対して前記相対位置を演算する、
   自己位置演算装置。
3. 複数のモビリティの絶対位置情報を取得する管制システムに、前記自モビリティの絶対位置情報を送信する送信部を備え、
   前記情報取得部は、前記周囲モビリティの絶対位置情報を前記管制システムから取得する、
   請求項１又は２に記載の自己位置演算装置。
4. 前記相対位置演算部は、前記信号の受信レベルが所定の閾値未満である場合、前記相対位置を演算する、
   請求項１～３の何れか一項に記載の自己位置演算装置。
5. 前記相対位置演算部は、前記周囲モビリティの絶対位置情報と前記周辺監視部の検出結果とに基づいて、前記周辺監視部で検出された物体の中から前記周囲モビリティに対応する物体を特定する、
   請求項１～４の何れか一項に記載の自己位置演算装置。
6. 前記情報取得部は、前記周囲モビリティの型又は種類に関する情報を取得し、
   前記相対位置演算部は、前記周囲モビリティの特性情報及び絶対位置情報に基づいて、前記周辺監視部で検出された物体の中から前記周囲モビリティに対応する物体を特定する、
   請求項１～５の何れか一項に記載の自己位置演算装置。
7. 前記情報取得部は、前記周囲モビリティでの前記信号の受信状況に関する情報を取得し、
   前記相対位置演算部は、前記周囲モビリティが複数である場合、複数の前記周囲モビリティのうち、前記信号の受信状況が悪化していない前記周囲モビリティに対して前記相対位置を演算する、
   請求項１～６の何れか一項に記載の自己位置演算装置。
8. 前記情報取得部は、前記周囲モビリティの体格の大きさに関する情報を取得し、
   前記相対位置演算部は、前記周囲モビリティが複数である場合、複数の前記周囲モビリティのうち最も体格が大きい前記周囲モビリティに対して前記相対位置を演算する、
   請求項１に記載の自己位置演算装置。
9. 前記管制システムは、前記周囲モビリティとして、前記信号の受信状況が悪化していないモビリティを選択する、
   請求項３に記載の自己位置演算装置。