WO2021100865A1 - 位置推定方法及び位置推定システム - Google Patents

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distribution
road surface
vehicle
position estimation
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道治 山本
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Aichi Steel Corp
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    • G05D1/0274—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means using mapping information stored in a memory device

Definitions

  • the present invention relates to a position estimation method and a position estimation system for estimating the position of the own vehicle on a map.
  • Patent Document 1 various technologies for supporting vehicle driving such as lane-following driving and automatic driving have been proposed (see, for example, Patent Document 1), and technological development for realization is active.
  • advanced driving support such as automatic driving
  • a highly accurate three-dimensional map showing the driving environment has been proposed and used.
  • Patent Document 2 describes a highly accurate three-dimensional map including three-dimensional position information such as lane marks and curbs.
  • Such a high-precision three-dimensional map is effective for grasping the three-dimensional structure of the driving environment with high accuracy. Understanding the three-dimensional structure of the driving environment with high accuracy is indispensable for realizing lane-following driving and autonomous driving.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a method and a system for estimating the position of the own vehicle on a map.
  • One aspect of the present invention is a position estimation method for a vehicle including a magnetic sensor that measures magnetism acting from a road surface forming the surface of a track to estimate the position of the own vehicle.
  • the magnetic measurement process for acquiring the magnetic measurement value by the magnetic sensor and A magnetic distribution generation process that generates a measured magnetic distribution that represents the distribution of magnetic data based on the magnetic measurement values acquired by the magnetic measurement process, and By referring to a map associated with the road surface magnetic distribution representing the distribution of magnetic data based on the magnetic charge of each point on the road surface, a region of the road surface magnetic distribution corresponding to the measured magnetic distribution is specified, and the measurement is performed.
  • the position estimation method includes a position estimation process for estimating the position of the own vehicle based on the position on the map of the region corresponding to the magnetic distribution.
  • One aspect of the present invention is a position estimation system in which a vehicle including a magnetic sensor for measuring magnetism acting from the road surface side forming the surface of a track estimates its own vehicle position.
  • a storage unit that stores a map associated with the road surface magnetic distribution, which is the distribution of magnetic data based on the magnetic charge of each point on the road surface.
  • a magnetic distribution generator that acquires a magnetic measurement value by the magnetic sensor and generates a measurement magnetic distribution that is a distribution of magnetic data based on the magnetic measurement value.
  • a region corresponding to the measured magnetic distribution is specified, and the vehicle position is based on the position of the region corresponding to the measured magnetic distribution on the map. It is in a position estimation system that includes a position estimation unit that estimates.
  • the present invention is an invention for estimating the position of the own vehicle on a map.
  • the map to which the road surface magnetic distribution is associated can be collated with the measured magnetic distribution acquired on the vehicle side. If a region corresponding to the measured magnetic distribution can be specified in the road surface magnetic distribution, the position of the own vehicle can be estimated based on the position on the map of the region corresponding to the measured magnetic distribution.
  • FIG. 1 The figure explaining the structure of the map in Example 1.
  • FIG. 1 The front view of the vehicle in Example 1.
  • the block diagram which shows the structure which the vehicle has in Example 1.
  • the flow chart which shows the procedure of the position estimation method in Example 1.
  • FIG. The figure which illustrates the motion estimation result when the vehicle is a cornering state in Example 1.
  • FIG. 1 The explanatory view of the collation process between the conversion magnetic distribution based on the road surface magnetic distribution and the measurement magnetic distribution in Example 1.
  • FIG. The figure which illustrates the collation range of the one-dimensional magnetic distribution in Example 1.
  • the flow chart which shows the procedure of the position estimation method in Example 2.
  • FIG. The explanatory view which illustrates the change of the magnetic measurement value in the traveling direction when passing through a magnetic marker in Example 2.
  • FIG. The explanatory view which illustrates the distribution of the magnetic measurement value in the vehicle width direction by the magnetic sensor Cn arranged in the vehicle width direction in Example 2.
  • FIG. The figure which illustrates the measurement magnetic distribution in which the position of the magnetic marker is plotted in Example 2.
  • FIG. 2 The explanatory view of the collation processing of the measurement magnetic distribution in Example 2.
  • FIG. 3 The perspective view which shows the magnetic marker which attached the RF-ID tag in Example 3.
  • FIG. 3 The block diagram which shows the structure which the vehicle has in Example 3.
  • the magnetic gradient can be obtained, for example, by the difference between two magnetic charges or magnetic measurement values on the road surface.
  • the magnetic gradient can be obtained from the difference between the magnetic measurement values of adjacent magnetic sensors.
  • the magnetic gradient suppresses magnetic components that act uniformly or nearly uniformly on the magnetic sensor. Therefore, in the magnetic gradient, the magnetic component acting from the magnetic source existing relatively far away is suppressed, and the magnetic component acting from the magnetic source such as the road surface existing relatively close is relatively emphasized. .. Therefore, if a magnetic gradient is adopted as the magnetic data that constitutes the road surface magnetic distribution and the measured magnetic distribution, the influence of surrounding vehicles, guardrails, signboards, and other magnetic sources and the influence of geomagnetism can be suppressed, and the influence of geomagnetism can be suppressed.
  • the distribution reflects magnetism with high accuracy.
  • Example 1 This example is an example relating to a position estimation method and a position estimation system 1S for accurately estimating the position of the own vehicle on a map. This content will be described with reference to FIGS. 1 to 12.
  • the position estimation system 1S is a system that estimates the position of the own vehicle (own vehicle position) by using the distribution (magnetic distribution) of magnetic data based on the magnetic amount of each point on the road surface 100S (FIG. 2).
  • the road surface 100S forming the surface of the road (an example of a runway) 100 is formed of a pavement material. It is inevitable that magnetic materials such as metal powder will be mixed into the pavement material. Many of the manholes and bridge joints (expansion and contraction devices) exposed on the road surface 100S are made of metal and can be a magnetic source. Therefore, the magnitude of the magnetism at each point on the road surface 100S is not constant and varies in magnitude.
  • the magnetic distribution of the road surface 100S is similar to, for example, the variation in brightness of each point of the image obtained by photographing the road surface 100S from directly above with an imaging camera, that is, the brightness distribution and the mode of distribution are similar.
  • the target physical quantity of the magnetic distribution of the road surface 100S is different from the luminance distribution
  • the luminance distribution represents the magnetic pattern of the road surface 100S in the same manner as the luminance distribution represents the luminance pattern of the road surface 100S.
  • the position estimation system 1S of this example estimates the position of the own vehicle by using the road surface magnetic distribution, which is the distribution of magnetic data based on the magnetic charge of each point of the road surface 100S.
  • the magnetic charge itself is used as magnetic data. Therefore, the road surface magnetic distribution of this example is the distribution of magnetic data which is the magnetic charge of each point of the road surface 100S.
  • the road surface magnetic distribution M2 is associated with the structural map M1 showing the road structure and the like.
  • the structural map M1 and the road surface magnetic distribution M2 are associated with each other by position data representing an absolute position.
  • the position on the road surface magnetic distribution M2 uniquely corresponds to the position on the structural map M1. If a region having the same distribution pattern as the magnetic distribution of the road surface 100S measured by the vehicle can be specified in the road surface magnetic distribution M2, the position of the own vehicle on the map 1 can be estimated based on the position of the region.
  • This position estimation system 1S can be combined with, for example, an automatic driving system (not shown) for realizing automatic driving of a vehicle.
  • the automatic driving system grasps the structure of the driving environment ahead by using the own vehicle position estimated by the position estimation system 1S. For example, if a three-dimensional map is adopted, the three-dimensional structure of the driving environment in front can be grasped, and highly accurate automatic driving can be realized.
  • the road surface magnetic distribution M2 which represents the distribution of magnetic data that is the amount of magnetism at each point on the road surface 100S, includes, for example, a high-precision positioning system including an RTK-GPS unit and an IMU, and magnetic sensors arranged along the vehicle width direction. It can be generated by using a measurement vehicle (not shown) including the magnetic measurement unit.
  • RTK-GPS RealTimeKinematic Global Positioning System
  • IMU Inertial Measurement Unit
  • IMU Inertial Measurement Unit
  • the IMU is equipped with an electronic compass for measuring the direction, an acceleration sensor, a gyro sensor, and the like, and calculates a relative position with respect to a reference position.
  • an electronic compass for measuring the direction
  • an acceleration sensor for measuring the direction
  • a gyro sensor for measuring the direction
  • a relative position with respect to a reference position By using the relative position estimated by the IMU, highly accurate positioning can be realized even in a valley or tunnel of a building where GPS radio waves are unstable.
  • the magnetic measurement unit should be attached to the vehicle via a mechanism that automatically adjusts the height with the road surface 100S to a constant level. If the height of the magnetic measurement unit from the road surface 100S is constant, the magnetic distribution at each point on the road surface 100S can be measured with high accuracy.
  • a measurement vehicle not shown
  • high-precision positioning system such as an RTK-GPS unit or IMU
  • high-precision position data is added to the magnetic data, which is the magnetic amount of each point of the road surface 100S measured by the magnetic measurement unit.
  • the vehicle 5 constituting the position estimation system 1S is a map database (map DB) that stores a sensor array 2 in which a plurality of magnetic sensors Cn are arranged in the vehicle width direction and a map 1 (FIG. 1).
  • Map DB map database
  • the control unit 32 includes a GPS unit 351 that executes positioning calculations using GPS satellites, a steering steering angle sensor 353 that detects the steering direction, a vehicle speed sensor 355, and a height for measuring the height of the sensor array 2.
  • a sensor 357 or the like is connected.
  • the map DB 40 is an example of a storage unit that stores the map 1 to which the road surface magnetic distribution M2 is associated.
  • the height sensor 357 is an ultrasonic type distance measuring sensor.
  • the height sensor 357 is attached in the vicinity of the sensor array 2 so that the height of the sensor array 2 from the road surface 100S can be measured.
  • the height measured by the height sensor 357 is treated as the mounting height of the magnetic sensor Cn. It is also possible to arrange height sensors at two or more locations in the vehicle width direction so as to cope with the inclination of the vehicle body due to the roll. In this case, the mounting heights of the plurality of magnetic sensors Cn having different positions in the vehicle width direction can be grasped, and the inclination of the vehicle body can be specified.
  • the height sensor 357 may be a laser type distance measuring sensor.
  • the sensor array 2 is an elongated rod-shaped unit including 15 magnetic sensors Cn (n is an integer of 1 to 15) and a detection processing circuit 20 having a built-in CPU or the like (not shown).
  • 15 magnetic sensors Cn are arranged in a straight line at regular intervals (0.1 m).
  • the sensor array 2 is attached, for example, inside the front bumper of the vehicle 5 so as to face the road surface 100S along the vehicle width direction (FIGS. 2 and 4). In the case of the vehicle 5 of this example, the mounting height of the sensor array 2 based on the road surface 100S is 200 mm.
  • the magnetic sensor Cn measures the magnetism acting from the road surface 100S side.
  • the magnetic sensor Cn is a sensor that detects magnetism by utilizing the known MI effect (Magneto Impedance Effect) that the impedance of a magnetic sensor such as an amorphous wire changes sensitively according to an external magnetic field.
  • the magnetic sensor Cn of this example has a high-sensitivity detection performance in which the measurement range of the magnetic flux density is ⁇ 0.6 mT and the magnetic flux resolution within the measurement range is 0.02 ⁇ T.
  • magnetic sensors are arranged along the orthogonal biaxial directions, and it is possible to detect magnetism acting in these orthogonal biaxial directions.
  • the magnetic sensor Cn is incorporated in the sensor array 2 so that the sensor array 2 attached to the measuring vehicle 11 along the vehicle width direction can detect the magnetic components in the traveling direction and the vehicle width direction.
  • the magnetic component detection direction by the magnetic sensor Cn may be only one direction.
  • a magnetic sensor may be incorporated into the sensor array to detect magnetism acting in the vertical direction. It is also possible to employ a magnetic sensor that detects magnetism in three axial directions that are orthogonal to each other.
  • the detection processing circuit 20 (FIG. 3) is a circuit that controls the magnetic sensor Cn to detect magnetism and executes processing such as measuring the magnetic charge.
  • the detection processing circuit 20 is configured by using a CPU (central processing unit) that executes various operations, and memory elements such as a ROM (read only memory) and a RAM (random access memory).
  • the detection processing circuit 20 controls the magnetic sensor Cn so that the magnetic measurement processing is executed at a frequency of 3 kHz.
  • the detection processing circuit 20 acquires magnetic components in the traveling direction and the vehicle width direction from each magnetic sensor Cn by magnetic measurement processing.
  • the detection processing circuit 20 synthesizes the magnetic component in the traveling direction and the magnetic component in the vehicle width direction by each magnetic sensor Cn. Then, the detection processing circuit 20 obtains the magnitude of the magnetism acting along the horizontal plane defined by the traveling direction and the vehicle width direction for each magnetic sensor Cn, and 15 magnetic measurement values of each magnetic sensor Cn. Output magnetic data to the outside.
  • the magnetic measurement value itself of the magnetic sensor Cn is adopted as magnetic data.
  • the sensor array 2 is attached to the vehicle 5 so that 15 magnetic sensors Cn are located along the vehicle width direction at intervals of 0.1 m.
  • the magnetic data which is the 15 magnetic measurement values of the magnetic sensor Cn output by the sensor array 2, has a magnetic distribution in a one-dimensional range of 1.5 m (0.1 ⁇ 15) width in the vehicle width direction (hereinafter, 1). It is called a dimensional magnetic distribution.)
  • the control unit 32 is a unit that executes calculations and the like for estimating the position of the own vehicle on the map 1 (see FIG. 1).
  • the control unit 32 includes an electronic board (not shown) on which memory elements such as ROM and RAM are mounted, in addition to a CPU that executes various calculations.
  • the control unit 32 has functions as a motion estimation unit 321, a magnetic distribution generation unit 323, a conversion processing unit 325, and a position estimation unit 327.
  • the motion estimation unit 321 executes a motion estimation process for estimating the motion of the vehicle 5. Although the details will be described later with reference to FIG. 6, the motion estimation unit 321 decomposes the motion of the vehicle 5 into a component of translational motion without orientation variation and a component of rotational motion with orientation variation. By doing so, the motion of the vehicle 5 is estimated.
  • the magnetic distribution generation unit 323 executes a magnetic distribution generation process for generating a two-dimensional measurement magnetic distribution based on the one-dimensional magnetic distribution acquired from the sensor array 2.
  • the magnetic distribution generation unit 323 uses the motion of the vehicle 5 estimated by the motion estimation unit 321 to generate a measured magnetic distribution.
  • This measured magnetic distribution is a two-dimensional distribution of the magnetic measurement values acquired by the magnetic measurement process.
  • the conversion processing unit 325 executes a conversion process for converting the road surface magnetic distribution M2 associated with the map 1 into a magnetic distribution suitable for collation with the measured magnetic distribution.
  • the conversion processing unit 325 converts the road surface magnetic distribution M2 into a magnetic distribution (appropriately referred to as a conversion magnetic distribution) of the mounting height of the magnetic sensor Cn by performing conversion processing.
  • the position estimation unit 327 executes a position estimation process for estimating the position of the own vehicle on the map 1.
  • the position estimation unit 327 specifies a region corresponding to the measured magnetic distribution with reference to the map 1, and estimates the position of the own vehicle based on the position of the corresponding region on the map 1.
  • the position estimation unit 327 specifies a region corresponding to the measured magnetic distribution in the road surface magnetic distribution M2 constituting the map 1.
  • the vehicle 5 repeatedly executes the processing flow shown in FIG. 5 while traveling to estimate the position of the own vehicle. While the vehicle 5 is traveling, the sensor array 2 executes a magnetic measurement process to acquire a one-dimensional magnetic distribution and inputs it to the control unit 32 (S101). The control unit 32 estimates the motion of the vehicle 5 based on the measured vehicle speed and the measured steering angle (S103, motion estimation process), and estimates the positional displacement of the one-dimensional region on the road surface facing the sensor array 2.
  • the control unit 32 stacks the one-dimensional magnetic distributions acquired by the sensor array 2 according to the positional displacement of the one-dimensional region on the road surface facing the sensor array 2 to generate a two-dimensional measured magnetic distribution (S105, Magnetic distribution generation processing). Further, the control unit 32 converts the road surface magnetic distribution M2 associated with the structural map M1 (see FIG. 1) into a converted magnetic distribution which is a magnetic distribution of the mounting height of the magnetic sensor Cn (S107, conversion process). ). Then, the control unit 32 estimates the position of the own vehicle by specifying the corresponding region of the measured magnetic distribution in the road surface magnetic distribution M2 (S109, position estimation process).
  • the magnetic measurement process is a process executed by the sensor array 2.
  • the sensor array 2 executes a magnetic measurement process by 15 magnetic sensors Cn at a frequency of 3 kHz.
  • the sensor array 2 acquires 15 magnetic measurement values by the magnetic sensor Cn at a frequency of 3 kHz, and inputs magnetic data, which are the 15 magnetic measurement values, to the control unit 32 at the same frequency.
  • the magnetic data which is the 15 magnetic measurement values input to the control unit 32 by the sensor array 2 is a one-dimensional discrete value distribution along the vehicle width direction.
  • the width of the one-dimensional magnetic distribution which is the distribution of the one-dimensional discrete values, is 1.5 m, which is equal to the range in which the magnetic sensor Cn is arranged in the sensor array 2.
  • the sensor array 2 links the identification information to the one-dimensional magnetic distribution and inputs it to the control unit 32.
  • the identification information associated with the one-dimensional magnetic distribution can be used to identify the one-dimensional magnetic distribution that constitutes the measured magnetic distribution.
  • the motion estimation process is a process executed by the control unit 32 (motion estimation unit 321) to estimate the motion of the vehicle 5.
  • the control unit 32 estimates the motion of the vehicle 5 by using the vehicle speed measured by the vehicle speed sensor 355 and the steering angle measured by the steering steering angle sensor 353. As will be described later, the control unit 32 of this example estimates the motion of the vehicle 5 by decomposing it into a component of translational motion and a component of rotational motion.
  • the control unit 32 estimates the movement of the vehicle 5 during the interval period (1/3000 seconds) of the magnetic measurement process executed at a frequency of 3 kHz using the measured vehicle speed and the measured steering angle.
  • the motion of the vehicle 5 is a motion of moving forward at the measured vehicle speed for 1/3000 seconds along the steering direction specified by the measured steering angle.
  • the center of the sensor array 2 (the position of the magnetic sensor C8) is set as a representative point of the vehicle 5, and the motion of the center of the sensor array 2 is estimated.
  • the movement of the center of the sensor array 2 is, for example, the movement Mo of the arc-shaped arrow in FIG.
  • This motion Mo can be decomposed into a vector V in the figure representing a component of translational motion and a turning angle R representing a component of rotational motion.
  • the motion Mo of the vehicle 5 is estimated by decomposing it into the vector V and the turning angle R. If the vector V and the turning angle R are determined with reference to the position of a certain vehicle, the position and orientation of the vehicle after displacement are uniquely determined.
  • the center of the sensor array 2 is set as a representative point of the vehicle 5. Therefore, the positional displacement of the one-dimensional region on the road surface 100S facing the sensor array 2 and the one-dimensional magnetic distribution, which is the magnetic distribution of this one-dimensional region, coincides with the motion Mo of the vehicle 5.
  • the one-dimensional region on the road surface 100S facing the sensor array 2 and the positional displacement of the one-dimensional magnetic distribution can be specified by the vector V estimated by the above motion estimation process and the turning angle R.
  • the magnetic distribution generation processing is executed by the control unit 32 (magnetic distribution generation unit 323) in order to generate the measured magnetic distribution which is the magnetic distribution on the road surface 100S measured by using the sensor array 2. It is a process.
  • the control unit 32 takes in the above-mentioned one-dimensional magnetic distribution composed of magnetic data which are 15 magnetic measurement values by the sensor array 2 at a frequency of 3 kHz, and generates a two-dimensional measurement magnetic distribution.
  • the measured magnetic distribution is acquired by the sensor array 2 of the vehicle 5 scanning the road surface 100S like a "line scanner".
  • the region of this measurement magnetic distribution is the region scanned by the sensor array 2.
  • the control unit 32 erases the one-dimensional magnetic distribution having the oldest acquisition time among the measured magnetic distributions. According to such a procedure, the magnetic distribution of the 1.5 m wide two-dimensional region extending along the traveling locus of the vehicle 5 from the one-dimensional region on the road surface 100S facing the sensor array 2 is measured. Can be generated as.
  • the number of times the one-dimensional magnetic distribution is incorporated is variable according to the vehicle speed so that the dimension of the measured magnetic distribution in the longitudinal direction (corresponding to the traveling direction of the vehicle) is a predetermined distance.
  • the dimension of the measured magnetic distribution in the longitudinal direction is preferably, for example, about 2 m to 10 m.
  • the positional relationship between the existing measured magnetic distribution A when incorporating the new one-dimensional magnetic distribution into the measured magnetic distribution and the newly incorporated one-dimensional magnetic distribution L2 will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
  • the positional relationship between the newest one-dimensional magnetic distribution L1 in the existing measured magnetic distribution A and the newly incorporated one-dimensional magnetic distribution L2 can be expressed by the vector V estimated by the motion estimation process and the turning angle R. ..
  • FIG. 7 shows the positional relationship between the one-dimensional magnetic distributions L1 and L2 when the vehicle 5 goes straight, for example.
  • the position of the one-dimensional magnetic distribution L2 newly incorporated into the measurement magnetic distribution A is determined by the vector V orthogonal to the longitudinal direction of the one-dimensional magnetic distribution L1.
  • FIG. 8 shows, for example, the positional relationship between L1 and L2 when the vehicle 5 travels on a curve.
  • the position and orientation (posture) of the one-dimensional magnetic distribution L2 are determined by rotating the one-dimensional range Lp determined by the vector V oblique to the one-dimensional magnetic distribution L1 by the amount of the turning angle R. ..
  • dir1 indicates a direction orthogonal to the one-dimensional magnetic distribution L1 and the one-dimensional range Lp
  • dir2 indicates a direction orthogonal to the one-dimensional magnetic distribution L2.
  • the turning angle R is the angle formed by dir1 and dir2.
  • a rectangular measured magnetic distribution A extending along the traveling locus H of the vehicle 5 with the one-dimensional magnetic distribution L2 in the region facing the sensor array 2 as an end. Is formed.
  • the measured magnetic distribution extending in a curve along the traveling locus H of the vehicle 5 with the one-dimensional magnetic distribution L2 in the region facing the sensor array 2 as the end. A is formed.
  • the conversion process is a process of converting the road surface magnetic distribution M2 (the magnetic distribution of the road surface) constituting the map 1 (see FIG. 1) into a mode that can be easily collated with the measured magnetic distribution A.
  • the control unit 32 executes a simulation for estimating the distribution of the magnetic charge acting on each point at a predetermined height from the road surface. By executing this simulation, the control unit 32 converts the road surface magnetic distribution M2 into a converted magnetic distribution M2D (see FIG. 11), which is a magnetic distribution of the mounting height of the magnetic sensor Cn.
  • the position estimation process is a process executed by the control unit 32 (position estimation unit 327) to estimate the position of the own vehicle on the map.
  • the control unit 32 identifies a region of the road surface magnetic distribution M2 corresponding to the measured magnetic distribution A by collating the converted magnetic distribution M2D based on the road surface magnetic distribution M2 with the measured magnetic distribution A (FIG. 11). Specifically, the control unit 32 executes a correlation calculation between the converted magnetic distribution M2D and the measured magnetic distribution A, and identifies a region of the converted magnetic distribution M2D that has a high degree of coincidence with the measured magnetic distribution A. If the correlation calculation between the converted magnetic distribution M2D and the measured magnetic distribution A is performed over the entire road surface 100S, the amount of calculation may become enormous. If the positioning position by the GPS unit 351 is referred to and the measurement magnetic distribution A is collated by limiting the measurement magnetic distribution A to a range close to the positioning position as a reference, the amount of calculation required for the above correlation calculation can be suppressed.
  • the position estimation process is a process of calculating the mutual correlation coefficient normalized by the correlation calculation of Equation 1.
  • Equation 1 shows the degree of agreement between the converted magnetic distribution M2D and the measured magnetic distribution A when the measured magnetic distribution A is superimposed on the region represented by the specific coordinates (u, v) in the converted magnetic distribution M2D. It is an expression for calculating the mutual correlation coefficient representing.
  • Equation 1 is an arithmetic expression of the normalized intercorrelation coefficient, and the maximum intercorrelation coefficient 1 is obtained when the converted magnetic distribution M2D and the measured magnetic distribution A match.
  • f represents the converted magnetic distribution M2D
  • t represents the measured magnetic distribution A.
  • the regional size of the measured magnetic distribution A is Nx ⁇ Ny, and the regional size of the converted magnetic distribution M2D is sufficiently larger than the measured magnetic distribution A.
  • Equation 1 changing (u, v) means changing the region that overlaps with the measured magnetic distribution A in the transformed magnetic distribution M2D.
  • Calculating the intercorrelation coefficient for various coordinates (u, v) is equivalent to checking the degree of agreement while shifting the position of the measured magnetic distribution A with respect to the converted magnetic distribution M2D, for example, as shown in FIG. There is.
  • the region corresponding to the coordinates (u0, v0) when the intercorrelation coefficient closest to 1, which is the maximum correlation value is obtained. It can be specified as a corresponding region of the measured magnetic distribution A.
  • the vehicle position in the road surface magnetic distribution M2 can be estimated.
  • the road surface magnetic distribution M2 is associated with the structural map M1 (see FIG. 1) by position data representing an absolute position. Estimating the position of the own vehicle in the road surface magnetic distribution M2 is synonymous with estimating the position of the own vehicle on the map.
  • the position estimation system 1S of this example is a system that estimates the position of the own vehicle on the map by using the road surface magnetic distribution M2 which is the magnetic distribution of each point of the road surface 100S. If the position of the own vehicle on the map can be estimated, various types of driving support control including lane tracking control and automatic driving can be realized.
  • the magnitude of the magnetic amount varies depending on the magnetic material mixed in the pavement material forming the road surface 100S and the magnetic source such as a metal manhole or a bridge joint installed on the road surface 100S. It is formed. Since these magnetic sources are fixed in position on the road surface 100S, there is little positional variation.
  • the road surface magnetic distribution M2 derived from a magnetic source that is fixed in position the position of the own vehicle on the map can be estimated with high accuracy.
  • the use of the positioning position by the GPS unit 351 is effective.
  • the range for collating the measured magnetic distribution A in the road surface magnetic distribution M2 can be limited, and the amount of calculation required for the correlation calculation between the converted magnetic distribution M2D and the measured magnetic distribution A can be suppressed.
  • the collation range of the measured magnetic distribution A can be limited in the road surface magnetic distribution M2 (conversion magnetic distribution M2D), and the efficiency of the correlation calculation can be improved.
  • the range RS that is a candidate for the own vehicle position is determined based on the estimated own vehicle position P. It is good to set. Since this range RS is a candidate for the region where the sensor array 2 after displacement faces, it is sufficient to collate the one-dimensional magnetic distribution by the magnetic measurement process within this range RS. In this way, after estimating the position of the own vehicle, the position of the own vehicle can be estimated by collating the one-dimensional magnetic distribution within the range RS of FIG.
  • the one-dimensional magnetic distribution correlation calculation is more efficient than the two-dimensional magnetic distribution correlation calculation because the amount of calculation is smaller.
  • the measured magnetic distribution A or one-dimensional magnetic distribution in the road surface magnetic distribution M2 The position and posture of can be specified. For example, after the position of the own vehicle can be estimated, the estimated position of the own vehicle is used as a reference by specifying the position and orientation of the measured magnetic distribution A and the one-dimensional magnetic distribution in the road surface magnetic distribution M2. It is possible to grasp changes in relative position and orientation (vehicle orientation, posture). As described above, the configuration for estimating the position of the vehicle 5 by collating the road surface magnetic distribution M2 (converted magnetic distribution M2D) with the measured magnetic distribution A or the one-dimensional magnetic distribution can replace the IMU.
  • a configuration in which the positioning position by the GPS unit 351 is used in order to suppress the calculation amount of the position estimation process and efficiently execute the position estimation process is illustrated.
  • a communication unit such as a radio wave beacon or an infrared beacon installed on the roadside or the like. If the vehicle 5 is equipped with a receiving unit, the position of the own vehicle can be roughly grasped according to the reception of the beacon radio wave. Furthermore, it is also good to recognize the name of the intersection, the place name, etc. and roughly grasp the position of the own vehicle by processing the image captured by the front camera.
  • the position of the own vehicle may be roughly grasped by collating with the foreground image stored in the in-vehicle database or the database accessible via the Internet or the like. If the position of the own vehicle can be roughly grasped, the amount of calculation required for the correlation calculation in the position estimation process can be suppressed.
  • an automatic driving system is illustrated as a system to be combined with the position estimation system 1S. Instead of the automatic driving system, apply a deviation warning system that warns of deviation from the lane and a lane keeping system that automatically steers the steering wheel along the lane and generates steering assist force to avoid deviation from the lane. That is also good.
  • the server device may have the function of the map DB 40.
  • the vehicle 5 may transmit information necessary for estimating the position of the own vehicle to the server device.
  • the server device may have a function of executing magnetic distribution generation processing and position estimation processing.
  • the one-dimensional magnetic distribution may be transmitted from the vehicle 5 to the server device each time the magnetic measurement process is executed.
  • the server device can estimate the own vehicle position of the source vehicle by using the one-dimensional magnetic distribution received from the vehicle and reply.
  • the magnetic distribution is converted into the magnetic distribution of the mounting height of the magnetic sensor Cn (conversion magnetic distribution), and the collation with the measured magnetic distribution is performed.
  • conversion magnetic distribution it is also possible to convert the measured magnetic distribution into the magnetic distribution of the road surface 100S and perform collation with the road surface magnetic distribution M2.
  • the measured magnetic distribution may be directly collated without converting the road surface magnetic distribution M2.
  • the mounting height of the magnetic sensor Cn is measured using the height sensor 357 in order to convert it into the magnetic distribution of the mounting height of the magnetic sensor Cn based on the road surface magnetic distribution M2. Then, the road surface magnetic distribution M2 is converted into the magnetic distribution of the mounting height of the magnetic sensor Cn by the simulation in consideration of the mounting height, and the converted magnetic distribution is acquired.
  • a storage unit that stores the mounting height of the magnetic sensor Cn as a set value may be provided.
  • the ratio (attenuation factor, etc.) of the magnetic measurement values by the two magnetic sensors arranged along the vertical direction can be specified. Then, by executing a simulation calculation including the ratio of the magnetic measurement values of the two magnetic sensors whose height differences are known as variables, the road surface magnetic distribution M2 is converted into the magnetic distribution of the mounting height of the magnetic sensor Cn. it can.
  • a magnetic marker having a known magnetic charge may be installed on the road surface 100S.
  • the road surface may be paved using a pavement material mixed with a magnetic material such as iron oxide magnetic powder.
  • a magnetic material such as iron oxide magnetic powder.
  • the magnetic material in the pavement material is magnetized, and the undulations of the road surface magnetic distribution M2 tend to increase. If the undulations of the magnetic distribution are expanded, the magnetic distribution can be easily collated and the accuracy can be improved. It is also possible to non-uniformly magnetize the road surface paved with a pavement material mixed with a magnetic material. In this case, the undulations of the magnetic distribution can be further expanded, and the magnetic distribution can be easily collated. It is also possible to prepare a pavement material in which a magnetic material is mixed and a normal pavement material that does not contain a magnetic material. In this case, it is also possible to non-uniformly supply the two types of pavement materials to the road surface without mixing them. Since the composition ratio of the magnetic material differs depending on the position of the road surface, the undulations of the magnetic distribution can be expanded.
  • a predetermined pattern such as a checkered pattern in which a rectangular area with strong magnetism and a rectangular area with weak magnetism appear alternately. If the pattern formed by the strength of the magnetism is used, the matching between the magnetic distributions becomes easy, and the accuracy of the position estimation can be improved.
  • the road surface is magnetized so as to form a predetermined pattern, for example, by using a dividing line between a rectangular area having a large magnetic charge and a rectangular area having a small magnetic charge, matching of the measured magnetic distribution is efficient. Can be done well.
  • the collation may be executed on the premise that it matches the dividing line in the road surface magnetic distribution M2.
  • the predetermined pattern may be a pattern in which information can be read, such as a one-dimensional or two-dimensional barcode.
  • the measurement magnetic distribution which is a two-dimensional magnetic distribution obtained by accumulating the one-dimensional magnetic distributions by the magnetic measurement process, is collated. It is also possible to collate the temporal distribution of the magnetic measurement values by any one of the magnetic sensors Cn, that is, the one-dimensional distribution along the traveling locus of the vehicle. It is also possible to adopt a sensor array in which magnetic sensors are arranged two-dimensionally. In this case, the two-dimensional magnetic distribution measured by this sensor array can be collated. Alternatively, a plurality of sensor arrays having the same specifications as those of the sensor array 2 may be prepared and arranged at a plurality of locations in the traveling direction of the vehicle.
  • the plurality of sensor arrays may be mounted so as to be parallel to each other, or may be mounted so as to intersect each other in an L-shape or a cross shape.
  • the road surface magnetic distribution may be the distribution of the magnetic gradient, which is an example of magnetic data based on the magnetic charge at each point on the road surface.
  • the magnetic gradient can be obtained, for example, as the difference between the magnetic charges of adjacent points.
  • the measured magnetic distribution to be collated with the road surface magnetic distribution of the magnetic gradient should be the distribution of the magnetic gradient based on the magnetic measurement value.
  • the magnetic gradient can be obtained, for example, as the difference between the magnetic measurement values of the adjacent magnetic sensors among the magnetic sensors Cn constituting the sensor array 2.
  • the magnetic gradient suppresses magnetic components that act uniformly or nearly uniformly on the magnetic sensor. Therefore, in the magnetic gradient, the magnetic component acting from the magnetic source existing relatively far away is suppressed, and the magnetic component acting from the magnetic source such as the road surface existing relatively close is relatively emphasized. .. Therefore, when estimating the position by using the magnetic pattern of the road surface facing the magnetic sensor, it is preferable to use the distribution of the magnetic gradient. By using the distribution of the magnetic gradient, it is possible to suppress the influence of surrounding vehicles, guardrails, signboards and other magnetic sources, and the influence of geomagnetism, and improve the accuracy of position estimation.
  • the difference between the magnetic measurement values at different acquisition points into the difference per distance specified based on the vehicle speed information separately given. It is also possible to obtain the difference per distance for each of the two magnetic sensors, and further obtain the difference between the two magnetic sensors to obtain the magnetic gradient. In this case, the effect that the above magnetic gradient can be obtained without giving the interval of the magnetic markers arranged on the road in advance can be expected. Further, for example, in obtaining the magnetic gradient due to the difference between the magnetic measurement values at different time points by one magnetic sensor, it is also possible to obtain the magnetic gradient due to the difference per distance specified by the vehicle speed information separately given. In this case, it is less necessary to install two in-vehicle sensor units in the front and rear. If the magnetic gradient can be obtained from one sensor unit, the design burden for securing the mounting position of the sensor unit can be reduced, and at the same time, the mounting cost of the sensor unit can be expected to be reduced.
  • Example 2 This example is an application example of the position estimation system 1S to the road 100 on which the magnetic marker 10 is laid. This content will be described with reference to FIGS. 3, 13 to 18. As shown in FIG. 13, magnetic markers 10 are laid on the illustrated road 100, for example, every 10 m.
  • the sensor array 2 executes the magnetic measurement process (S101), and the control unit 32 executes the motion estimation process (S103), the magnetic distribution generation process (S105), and the position, as in the first embodiment.
  • the estimation process (S109) is executed (FIG. 14).
  • the main difference from the first embodiment is that the sensor array 2 executes a marker detection process (S102) in addition to the magnetic measurement process (S101).
  • the sensor array 2 executes the marker detection process at a frequency of 3 kHz using the magnetic sensor Cn.
  • the magnetic sensor Cn is configured to measure the magnetic components in the traveling direction and the vehicle width direction of the vehicle. For example, when the magnetic sensor Cn moves in the traveling direction and passes directly above the magnetic marker 10, the magnetic measurement values in the traveling direction are positive and negative inverted before and after the magnetic marker 10 as shown in FIG. It changes so as to intersect zero at a position directly above 10. Therefore, while the vehicle is traveling, it can be determined that the sensor array 2 is located directly above the magnetic marker 10 when a zero cross Zc in which the positive and negative directions of the magnetism in the traveling direction detected by any of the magnetic sensors Cn occurs. ..
  • the detection processing circuit 212 determines that the magnetic marker 10 has been detected when the sensor array 2 is located directly above the magnetic marker 10 and a zero cross Zc of the magnetic measurement values in the traveling direction occurs.
  • a magnetic sensor having the same specifications as the magnetic sensor Cn moves along a virtual line in the vehicle width direction passing directly above the magnetic marker 10.
  • the magnetic measurement value in the vehicle width direction is reversed in positive and negative directions on both sides of the magnetic marker 10, and changes so as to intersect zero at a position directly above the magnetic marker 10.
  • the positive and negative of the magnetism in the vehicle width direction detected by the magnetic sensor Cn differs depending on which side is located via the magnetic marker 10.
  • the two magnetic sensors Cn adjacent to each other with the zero cross Zc in which the positive and negative of the magnetism in the vehicle width direction are reversed The position in the vehicle width direction of the magnetic marker 10 is the intermediate position or the position immediately below the magnetic sensor Cn in which the magnetism in the vehicle width direction to be detected is zero and the positive and negative of the magnetic sensor Cn on both outer sides are reversed. .. This position in the vehicle width direction indicates the relative position of the vehicle 5 with respect to the magnetic marker 10.
  • the sensor array 2 inputs marker detection information including information such as the detection and the position in the vehicle width direction to the control unit (reference numeral 32 in FIG. 3).
  • the position in the vehicle width direction is represented as a position in the one-dimensional direction in the one-dimensional magnetic distribution acquired by the magnetic measurement process.
  • the sensor array 2 associates the marker detection information with the identification information of the one-dimensional magnetic distribution when the magnetic marker 10 is detected.
  • the control unit that executes the magnetic distribution generation process plots the position of the magnetic marker 10 as the marker placement point 10P in the measurement magnetic distribution A (FIG. 17).
  • the measured magnetic distribution A in which the one-dimensional magnetic distribution is two-dimensionally accumulated along the traveling locus of the vehicle which one-dimensional magnetic distribution the marker placement point 10P is on is linked to the marker detection information. It can be identified by the identification information of the one-dimensional magnetic distribution obtained. Further, the position of the marker arrangement point 10P in the measurement magnetic distribution A in the vehicle width direction can be specified by the position in the vehicle width direction included in the marker detection information.
  • the position of the magnetic marker 10 is plotted as the marker placement point 10P as in the above measurement magnetic distribution A.
  • the road surface magnetic distribution M2 can be acquired by a measuring vehicle capable of executing the above marker detection process, in addition to the functions of the measuring vehicle exemplified in the first embodiment.
  • the converted magnetic distribution M2D which is a magnetic distribution obtained by converting the road surface magnetic distribution M2
  • the marker placement points 10P are plotted at the same positions as the marker placement points in the road surface magnetic distribution M2.
  • the control unit that executes the position estimation process collates the measured magnetic distribution A illustrated in FIG. 17 with the converted magnetic distribution M2D on which the marker placement points 10P are plotted.
  • the measurement magnetic distribution A includes a plot of marker placement points 10P representing the positions of the magnetic markers 10.
  • the correlation calculation may be performed only at the positions where the marker placement points P coincide with each other. That is, the position of the measured magnetic distribution A may be shifted in increments of 10 m with respect to the converted magnetic distribution M2D, and the amount of calculation for the correlation calculation can be significantly suppressed.
  • the region corresponding to the measured magnetic distribution A from the regions where the marker placement points 10P (positions of the magnetic markers 10) coincide with each other in the road surface magnetic distribution M2 or the converted magnetic distribution M2D. ..
  • the marker placement point 10P can be used as a magnetic singularity in the magnetic distribution.
  • Example 3 This example is an example based on the position estimation system of the first embodiment, and is an application example to a road in which a magnetic marker 10 is laid in a state where an absolute position can be specified. This content will be described with reference to FIGS. 19 to 21.
  • a magnetic marker 10 having an RF-ID tag 15 attached to the surface is laid on the road surface (FIG. 19).
  • the vehicle 5 is provided with a tag reader 34 capable of communicating with the RF-ID tag 15 (FIG. 20).
  • the RF-ID tag 15 transmits position information indicating the absolute position of the corresponding magnetic marker 10.
  • the detection processing circuit 20 of the sensor array 2 can execute the marker detection processing illustrated in the second embodiment. As described above, according to the marker detection process, the magnetic marker 10 can be detected and the position of the vehicle 5 in the vehicle width direction with respect to the magnetic marker 10 can be measured.
  • the control unit 32 acquires the absolute position of the magnetic marker 10 by receiving the position information from the RF-ID tag 15 attached to the detected magnetic marker 10. Then, the position deviated from the absolute position of the magnetic marker 10 by the position of the magnetic marker 10 in the vehicle width direction measured by the marker detection process is specified as the own vehicle position (position at the center of the sensor array 2).
  • the control unit 32 identifies a region corresponding to the measured magnetic distribution by referring to the map including the road surface magnetic distribution M2, as in the configuration described in the first embodiment. Estimate the vehicle position. At this time, according to the steering angle measured by the steering angle sensor 353 and the vehicle speed measured by the vehicle speed sensor 355, the motion Mo of the vehicle 5 can be estimated as in the first embodiment (FIG. 21). By estimating the motion Mo of the vehicle 5, it is possible to estimate the arrival position of the vehicle 5 according to the elapsed time after passing through the magnetic marker 10.

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Abstract

走路の表面をなす路面側から作用する磁気を計測する磁気センサを備える車両が自車位置を推定する位置推定システムは、路面の各点の磁気量の分布である路面磁気分布（Ｍ２）が対応付けられた地図（１）を記憶する地図ＤＢと、磁気センサによる磁気計測値を取得し、磁気計測値の分布である計測磁気分布を生成する磁気分布生成部と、地図ＤＢが記憶する地図に対応付けられた路面磁気分布（Ｍ２）のうち計測磁気分布に対応する領域を特定し、計測磁気分布に対応する領域の地図上の位置に基づいて自車位置を推定する位置推定部と、を含んでいる。

Description

位置推定方法及び位置推定システム
　本発明は、地図上で自車両の位置を推定するための位置推定方法及び位置推定システムに関する。
　近年、車線追従走行や自動運転など、車両の運転を支援するための技術が各種提案され（例えば特許文献１参照。）、実現に向けての技術開発が盛んである。自動運転などの高度な運転支援を実現するため、走行環境を表す精度の高い３次元地図が提案され、活用されている。
　例えば、下記の特許文献２には、レーンマークや縁石などの３次元的な位置情報を含む高精度な３次元地図が記載されている。このような高精度の３次元地図は、走行環境の３次元構造を精度高く把握するために有効である。走行環境の３次元構造を高精度に把握することは、車線追従走行や自動運転などの実現に必須である。
特開２０１４－３４２５１号公報 特開２０１３－１８６７１８号公報
　高精度な３次元地図が利用可能であっても、その３次元地図における自車両の位置推定の精度が十分でない場合、３次元地図の高精度を十分に活かすことができず、高精度な運転支援を実現できないおそれがある。
　本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、地図上で自車両の位置を推定するための方法及びシステムを提供しようとするものである。
　本発明の一態様は、走路の表面をなす路面から作用する磁気を計測する磁気センサを備える車両が自車位置を推定するための位置推定方法であって、
　前記磁気センサによる磁気計測値を取得する磁気計測処理と、
　前記磁気計測処理により取得された磁気計測値に基づく磁気データの分布を表す計測磁気分布を生成する磁気分布生成処理と、
　路面の各点の磁気量に基づく磁気データの分布を表す路面磁気分布が対応付けられた地図を参照することにより、前記路面磁気分布のうち前記計測磁気分布に対応する領域を特定し、当該計測磁気分布に対応する領域の前記地図上の位置に基づいて前記自車位置を推定する位置推定処理と、を含む位置推定方法にある。
　本発明の一態様は、走路の表面をなす路面側から作用する磁気を計測する磁気センサを備える車両が自車位置を推定する位置推定システムであって、
　路面の各点の磁気量に基づく磁気データの分布である路面磁気分布が対応付けられた地図を記憶する記憶部と、
　前記磁気センサによる磁気計測値を取得し、該磁気計測値に基づく磁気データの分布である計測磁気分布を生成する磁気分布生成部と、
　前記記憶部が記憶する地図に対応付けられた路面磁気分布のうち前記計測磁気分布に対応する領域を特定し、当該計測磁気分布に対応する領域の前記地図上の位置に基づいて前記自車位置を推定する位置推定部と、を含む位置推定システムにある。
　本発明は、地図中で前記自車位置を推定するための発明である。前記路面磁気分布が対応付けされた前記地図は、車両側で取得される前記計測磁気分布の照合が可能である。前記路面磁気分布のうち前記計測磁気分布に対応する領域を特定できれば、その計測磁気分布に対応する領域の地図上の位置に基づいて自車位置を推定できる。
実施例１における、地図の構成を説明する図。 実施例１における、車両の正面図。 実施例１における、車両が備える構成を示すブロック図。 実施例１における、車両の上面図。 実施例１における、位置推定方法の手順を示すフロー図。 実施例１における、運動推定処理の説明図。 実施例１における、車両が直進状態のときの運動推定結果を例示する図。 実施例１における、車両がコーナリング状態のときの運動推定結果を例示する図。 実施例１における、車両が直進状態の計測磁気分布の領域を例示する図。 実施例１における、車両がコーナリング状態の計測磁気分布の領域を例示する図。 実施例１における、路面磁気分布に基づく変換磁気分布と計測磁気分布との照合処理の説明図。 実施例１における、１次元磁気分布の照合範囲を例示する図。 実施例２における、磁気マーカが敷設された道路の上面図。 実施例２における、位置推定方法の手順を示すフロー図。 実施例２における、磁気マーカを通過する際の進行方向の磁気計測値の変化を例示する説明図。 実施例２における、車幅方向に配列された磁気センサＣｎによる車幅方向の磁気計測値の分布を例示する説明図。 実施例２における、磁気マーカの位置がプロットされた計測磁気分布を例示する図。 実施例２における、計測磁気分布の照合処理の説明図。 実施例３における、ＲＦ-ＩＤタグが取り付けられた磁気マーカを示す斜視図。 実施例３における、車両が備える構成を示すブロック図。 実施例３における、磁気マーカを通過後の車両の到達位置が属する範囲を示す説明図。
　本発明において、路面磁気分布及び計測磁気分布を構成する磁気データとしては、磁気量あるいは磁気計測値そのもののほか、磁気勾配が好適である。磁気勾配は、例えば、路面上の２か所の磁気量あるいは磁気計測値の差分により求めることができる。例えば、磁気センサが配列されたセンサアレイを利用して路面上の磁気を計測する場合であれば、例えば、隣り合う磁気センサによる磁気計測値の差分により磁気勾配を求めることができる。また例えば、一の磁気センサによる異なる時点の磁気計測値の差分により時間的な磁気勾配を求めることも良い。さらに例えば、時間的な磁気勾配をなすこのような差分を２つの磁気センサについてそれぞれ求め、当該２つの磁気センサ間でさらに差分をとることで磁気勾配を求めることも考えられる。
　磁気勾配では、磁気センサに対して一様、あるいは一様に近く作用する磁気成分が抑制されている。それ故、磁気勾配では、比較的遠くに存在する磁気発生源から作用する磁気成分が抑制され、比較的近くに存在する路面等の磁気発生源から作用する磁気成分が相対的に強調されている。したがって、路面磁気分布及び計測磁気分布を構成する磁気データとして磁気勾配を採用すれば、周囲の車両や、ガードレールや、看板などの磁気発生源による影響や、地磁気による影響を抑制でき、路面上の磁気が精度高く反映された分布になる。
　本発明の実施の形態につき、以下の実施例を用いて具体的に説明する。
（実施例１）
　本例は、地図上で自車両の位置を精度高く推定するための位置推定方法及び位置推定システム１Ｓに関する例である。この内容について、図１～図１２を用いて説明する。
　位置推定システム１Ｓは、路面１００Ｓ（図２）の各点の磁気量に基づく磁気データの分布（磁気分布）を利用して自車両の位置（自車位置）を推定するシステムである。道路（走路の一例）１００の表面をなす路面１００Ｓは、舗装材料により形成されている。舗装材料には、金属粉などの磁性材料の混入が不可避である。路面１００Ｓに露出するマンホールや橋の継ぎ目（伸縮装置）などは金属製のものが多く、磁気発生源となり得る。それ故、路面１００Ｓの各点の磁気の大きさは、一定ではなく大小が生じている。
　路面１００Ｓの磁気分布は、例えば路面１００Ｓを撮像カメラで真上から撮影して得られる画像の各点の明るさのばらつき、すなわち輝度分布と分布の態様が似ている。路面１００Ｓの磁気分布は、対象とする物理量が輝度分布とは異なるが、輝度分布が路面１００Ｓの輝度的な模様を表すのと同様、路面１００Ｓの磁気的な模様を表している。本例の位置推定システム１Ｓは、路面１００Ｓの各点の磁気量に基づく磁気データの分布である路面磁気分布を利用して自車位置を推定する。なお、本例では、磁気量そのものを磁気データとして採用している。したがって、本例の路面磁気分布は、路面１００Ｓの各点の磁気量である磁気データの分布である。
　位置推定システム１Ｓが利用する地図１（図１）では、道路構造などが表された構造地図Ｍ１に対して路面磁気分布Ｍ２が対応付けられている。構造地図Ｍ１と路面磁気分布Ｍ２とは、絶対位置を表す位置データによって対応付けられている。路面磁気分布Ｍ２における位置は、構造地図Ｍ１上の位置に一意に対応している。車両が計測した路面１００Ｓの磁気分布と同じ分布パターンの領域を路面磁気分布Ｍ２の中で特定できれば、その領域の位置に基づいて地図１上での自車位置を推定できる。
　この位置推定システム１Ｓは、例えば車両の自動運転を実現するための自動運転システム（図示略）と組合せ可能である。例えば自動運転システムは、位置推定システム１Ｓが推定した自車位置を利用して、前方の走行環境の構造を把握する。例えば３次元地図を採用すれば、前方の走行環境の３次元構造を把握でき、高精度な自動走行を実現できる。
　路面１００Ｓの各点の磁気量である磁気データの分布を表す路面磁気分布Ｍ２は、例えば、ＲＴＫ-ＧＰＳユニットやＩＭＵなどを含む高精度な測位システムと、磁気センサが車幅方向に沿って配列された磁気計測ユニットと、を備える計測車両（図示略）を利用して生成可能である。ＲＴＫ-ＧＰＳ（RealTime Kinematic Global Positioning System）は、基準局を利用して測位精度をｃｍ単位まで高める公知のシステムである。ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）は、慣性航法により車両の相対位置を推定する公知のユニットである。ＩＭＵは、方位を計測する電子コンパス、加速度センサ、ジャイロセンサなどを備え、基準となる位置に対する相対位置を演算する。ＩＭＵが推定する相対位置を利用すれば、ＧＰＳ電波が不安定なビルの谷間やトンネル等であっても、高精度な測位を実現できる。
　磁気計測ユニットは、路面１００Ｓとの高さを一定に自動調整する機構を介して車両に取り付けると良い。磁気計測ユニットの路面１００Ｓからの高さを一定にすれば、路面１００Ｓの各点の磁気分布を精度高く計測可能である。ＲＴＫ-ＧＰＳユニットやＩＭＵなどの高精度な測位システムを有する計測車両（図示略）であれば、磁気計測ユニットが計測した路面１００Ｓの各点の磁気量である磁気データに、高精度の位置データが対応付けられた路面磁気分布Ｍ２を生成可能である。
　位置推定システム１Ｓを構成する車両５は、図２及び図３のごとく、磁気センサＣｎが車幅方向に複数配列されたセンサアレイ２、地図１（図１）を格納する地図データベース（地図ＤＢ）４０、各種の演算を実行する制御ユニット３２等を備えている。さらに、制御ユニット３２には、ＧＰＳ衛星を利用した測位演算等を実行するＧＰＳユニット３５１、操舵方向を検出するステアリング舵角センサ３５３、車速センサ３５５、センサアレイ２の高さを計測するための高さセンサ３５７等が接続されている。地図ＤＢ４０は、路面磁気分布Ｍ２が対応付けられた地図１を記憶する記憶部の一例である。
　高さセンサ３５７は、超音波式の測距センサである。高さセンサ３５７は、センサアレイ２の路面１００Ｓからの高さを計測できるよう、センサアレイ２の近傍に取り付けられている。高さセンサ３５７が計測する高さは、磁気センサＣｎの取付高さとして取り扱いされる。なお、ロールによる車体の傾きに対応できるよう、車幅方向の２か所以上に高さセンサを配置することも良い。この場合には、車幅方向の位置が異なる複数の磁気センサＣｎの取付高さをそれぞれ把握でき、これにより、車体の傾きを特定できる。なお、高さセンサ３５７は、レーザ式の測距センサであっても良い。
　センサアレイ２は、１５個の磁気センサＣｎ（ｎは１～１５の整数）と、図示しないＣＰＵ等を内蔵した検出処理回路２０と、を備える細長い棒状のユニットである。センサアレイ２では、１５個の磁気センサＣｎが一定の間隔（０．１ｍ）を空けて一直線上に配列されている。センサアレイ２は、例えば車両５のフロントバンパーの内側において、路面１００Ｓと対面する状態で車幅方向に沿うように取り付けられる（図２、図４）。本例の車両５の場合、路面１００Ｓを基準としたセンサアレイ２の取付け高さが２００ｍｍとなっている。磁気センサＣｎは、路面１００Ｓ側から作用する磁気を計測する。
　磁気センサＣｎは、アモルファスワイヤなどの感磁体のインピーダンスが外部磁界に応じて敏感に変化するという公知のＭＩ効果（Magneto Impedance Effect）を利用して磁気を検出するセンサである。本例の磁気センサＣｎは、磁束密度の測定レンジが±０．６ｍＴであって、測定レンジ内の磁束分解能が０．０２μＴという高感度の検出性能を有している。
　磁気センサＣｎでは、直交する２軸方向に沿って感磁体が配置され、これら直交する２軸方向に作用する磁気の検出が可能となっている。本例では、車幅方向に沿って計測車両１１に取り付けられたセンサアレイ２が進行方向及び車幅方向の磁気成分を検出できるよう、磁気センサＣｎがセンサアレイ２に組み込まれている。
　なお、磁気センサＣｎによる磁気成分の検出方向は１方向のみであっても良い。この場合、鉛直方向に作用する磁気を検出するように磁気センサをセンサアレイに組み込むことも良い。互いに直交する３軸方向の磁気を検出する磁気センサを採用することも良い。
　検出処理回路２０（図３）は、磁気センサＣｎを制御して磁気を検出し、磁気量を計測する処理などを実行する回路である。この検出処理回路２０は、各種の演算を実行するＣＰＵ（central processing unit）のほか、ＲＯＭ（read only memory）やＲＡＭ（random access memory）などのメモリ素子等を利用して構成されている。検出処理回路２０は、３ｋＨｚの頻度で磁気計測処理が実行されるように磁気センサＣｎを制御する。検出処理回路２０は、磁気計測処理により各磁気センサＣｎから進行方向及び車幅方向の磁気成分を取得する。
　検出処理回路２０は、各磁気センサＣｎによる進行方向の磁気成分と車幅方向の磁気成分とを合成する。そして、検出処理回路２０は、進行方向と車幅方向とにより規定される水平面に沿って作用する磁気の大きさを磁気センサＣｎ毎に求め、各磁気センサＣｎの磁気計測値である１５個の磁気データを外部に出力する。ここで、本例では、磁気センサＣｎの磁気計測値そのものを磁気データとして採用している。
　上記の通り、センサアレイ２は、０．１ｍ間隔で１５個の磁気センサＣｎが車幅方向に沿って位置するように車両５に取り付けられる。センサアレイ２が出力する磁気センサＣｎの１５個の磁気計測値である磁気データは、車幅方向の１．５ｍ（０．１×１５）幅の１次元的な範囲の磁気分布（以下、１次元磁気分布という。）を示している。
　制御ユニット３２は、地図１（図１参照。）上で自車位置を推定するための演算等を実行するユニットである。制御ユニット３２は、各種の演算を実行するＣＰＵのほか、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリ素子等が実装された電子基板（図示略）を備えている。制御ユニット３２は、運動推定部３２１、磁気分布生成部３２３、変換処理部３２５、位置推定部３２７、としての機能を備えている。
　運動推定部３２１は、車両５の運動を推定する運動推定処理を実行する。詳しくは図６を参照して後述するが、運動推定部３２１は、車両５の運動を、向きの変動を伴わない並進運動の成分と、向きの変動である回転運動の成分と、に分解することで車両５の運動を推定する。
　磁気分布生成部３２３は、センサアレイ２から取得する１次元磁気分布に基づいて２次元的な計測磁気分布を生成するための磁気分布生成処理を実行する。磁気分布生成部３２３は、運動推定部３２１が推定した車両５の運動を利用し、計測磁気分布を生成する。この計測磁気分布は、磁気計測処理により取得された磁気計測値の２次元的な分布である。
　変換処理部３２５は、地図１に対応付けられた路面磁気分布Ｍ２を、計測磁気分布との照合に適した磁気分布に変換するための変換処理を実行する。変換処理部３２５は、路面磁気分布Ｍ２に変換処理を施すことで、磁気センサＣｎの取付高さの磁気分布（適宜、変換磁気分布という。）に変換する。
　位置推定部３２７は、地図１上で自車位置を推定する位置推定処理を実行する。位置推定部３２７は、地図１を参照して計測磁気分布に対応する領域を特定し、この対応する領域の地図１上の位置に基づいて自車位置を推定する。具体的には、位置推定部３２７は、地図１を構成する路面磁気分布Ｍ２のうち、計測磁気分布に対応する領域を特定する。
　車両５は、図５の処理フローを走行中に繰り返し実行し、自車位置を推定する。車両５の走行中では、センサアレイ２が磁気計測処理を実行して１次元磁気分布を取得し、制御ユニット３２に入力する（Ｓ１０１）。制御ユニット３２は、計測車速、計測操舵角に基づいて車両５の運動を推定し（Ｓ１０３、運動推定処理）、センサアレイ２が対面する路面上の１次元領域の位置的な変位を推定する。
　制御ユニット３２は、センサアレイ２が対面する路面上の１次元領域の位置的な変位に従って、センサアレイ２が取得した１次元磁気分布を積み上げて２次元的な計測磁気分布を生成する（Ｓ１０５、磁気分布生成処理）。また、制御ユニット３２は、構造地図Ｍ１（図１参照。）に対応付けられた路面磁気分布Ｍ２を、磁気センサＣｎの取付高さの磁気分布である変換磁気分布に変換する（Ｓ１０７、変換処理）。そして、制御ユニット３２は、路面磁気分布Ｍ２のうちの計測磁気分布の対応領域を特定することで、自車位置を推定する（Ｓ１０９、位置推定処理）。
　次に、図５の処理フローを構成する（Ａ）磁気計測処理、（Ｂ）運動推定処理、（Ｃ）磁気分布生成処理、（Ｄ）変換処理、（Ｅ）位置推定処理、の内容を説明する。
（Ａ）磁気計測処理
　磁気計測処理は、センサアレイ２が実行する処理である。センサアレイ２は、１５個の磁気センサＣｎによる磁気計測処理を３ｋＨｚの頻度で実行する。センサアレイ２は、磁気センサＣｎによる１５個の磁気計測値を３ｋＨｚの頻度で取得し、１５個の磁気計測値である磁気データを同じ頻度で制御ユニット３２に入力する。上記のごとく、センサアレイ２が制御ユニット３２に入力する１５個の磁気計測値である磁気データは、車幅方向に沿う１次元的な離散値の分布である。この１次元的な離散値の分布である１次元磁気分布の幅は、センサアレイ２において磁気センサＣｎが配置された範囲に等しい１．５ｍである。なお、センサアレイ２は、１次元磁気分布に対して識別情報をひも付けて、制御ユニット３２に入力する。１次元磁気分布にひも付けられた識別情報は、計測磁気分布を構成する１次元磁気分布を識別するために利用可能である。
（Ｂ）運動推定処理
　運動推定処理は、車両５の運動を推定するために制御ユニット３２（運動推定部３２１）が実行する処理である。制御ユニット３２は、車速センサ３５５による計測車速、ステアリング舵角センサ３５３による計測操舵角を利用し、車両５の運動を推定する。後述する通り、本例の制御ユニット３２は、並進運動の成分と、回転運動の成分と、に分解することで、車両５の運動を推定する。
　制御ユニット３２は、３ｋＨｚの頻度で実行される磁気計測処理のインターバル期間（１／３０００秒間）における車両５の運動を、計測車速及び計測操舵角を利用して推定する。この車両５の運動は、計測操舵角で特定される操舵方向に沿って、１／３０００秒間の間、計測車速の速度で前進する運動である。なお、本例の制御ユニット３２は、センサアレイ２の中央（磁気センサＣ８の位置）を車両５の代表点に設定し、センサアレイ２の中央の運動を推定する。
　車両５がカーブを走行するとき、センサアレイ２の中心の運動は、例えば図６中の円弧状の矢印の運動Ｍｏである。この運動Ｍｏは、並進運動の成分を表す同図中のベクトルＶと、回転運動の成分を表す回頭角Ｒと、に分解できる。運動推定処理では、ベクトルＶと回頭角Ｒとに分解することで車両５の運動Ｍｏが推定される。ある車両の位置を基準としてベクトルＶと回頭角Ｒとが定まれば、変位後の車両の位置及び姿勢が一意に定まる。
　上記のごとく本例では、車両５の代表点としてセンサアレイ２の中央を設定している。それ故、センサアレイ２に対面する路面１００Ｓ上の１次元領域、及びこの１次元領域の磁気分布である１次元磁気分布の位置的な変位は、車両５の運動Ｍｏと一致する。センサアレイ２に対面する路面１００Ｓ上の１次元領域、及び１次元磁気分布の位置的な変位は、上記の運動推定処理で推定したベクトルＶと回頭角Ｒとにより特定可能である。
（Ｃ）磁気分布生成処理
　磁気分布生成処理は、センサアレイ２を用いて計測した路面１００Ｓ上の磁気分布である計測磁気分布を生成するために制御ユニット３２（磁気分布生成部３２３）が実行する処理である。制御ユニット３２は、センサアレイ２による１５個の磁気計測値である磁気データで構成される上記の１次元磁気分布を３ｋＨｚの頻度で取り込み、２次元的な計測磁気分布を生成する。
　計測磁気分布は、車両５のセンサアレイ２が”ラインスキャナー”のように路面１００Ｓを走査して取得される。この計測磁気分布の領域は、センサアレイ２が走査した領域である。制御ユニット３２は、新たな１次元磁気分布を取得して計測磁気分布に組み入れる際、この計測磁気分布のうち、取得時点が最も古い１次元磁気分布を消去する。このような手順によれば、センサアレイ２に対面する路面１００Ｓ上の１次元領域を起点とし、車両５の走行軌跡に沿って延びる１．５ｍ幅の２次元領域の磁気分布を、計測磁気分布として生成できる。なお、本例では、計測磁気分布の長手方向（車両の進行方向に相当。）の寸法が所定距離になるように、車速に応じて１次元磁気分布の組み入れ回数を可変としている。計測磁気分布の長手方向の寸法は、例えば２ｍ～１０ｍ程度が良い。
　新たな１次元磁気分布を計測磁気分布に組み入れる際の既存の計測磁気分布Ａと、新たに組み入れる１次元磁気分布Ｌ２と、の位置関係について、図７及び図８を用いて説明する。既存の計測磁気分布Ａの中の最も新しい１次元磁気分布Ｌ１と、新たに組み入れる１次元磁気分布Ｌ２と、の位置関係は、運動推定処理で推定されたベクトルＶと回頭角Ｒとにより表現できる。
　図７は、例えば車両５が直進する場合の１次元磁気分布Ｌ１とＬ２との位置関係を示している。この場合には、１次元磁気分布Ｌ１の長手方向に対して直交するベクトルＶによって、計測磁気分布Ａに新たに組み入れる１次元磁気分布Ｌ２の位置が定まる。図８は、例えば車両５がカーブを走行する場合のＬ１とＬ２との位置関係を示している。この場合には、１次元磁気分布Ｌ１に対して斜行するベクトルＶによって定まる１次元範囲Ｌｐを、回頭角Ｒの分だけ回転させることで１次元磁気分布Ｌ２の位置及び向き（姿勢）が定まる。図８中のｄｉｒ１は、１次元磁気分布Ｌ１、１次元範囲Ｌｐに直交する方向を示し、ｄｉｒ２は、１次元磁気分布Ｌ２に直交する方向を示している。回頭角Ｒは、ｄｉｒ１とｄｉｒ２とのなす角である。
　車両５が直進する場合は、図９のごとく、センサアレイ２に対面する領域の１次元磁気分布Ｌ２を端部とし、車両５の走行軌跡Ｈに沿って延在する長方形状の計測磁気分布Ａが形成される。車両５がカーブを進行中の場合は、図１０のごとく、センサアレイ２に対面する領域の１次元磁気分布Ｌ２を端部とし、車両５の走行軌跡Ｈに沿って曲線的に延びる計測磁気分布Ａが形成される。
（Ｄ）変換処理
　変換処理は、地図１（図１参照。）を構成する路面磁気分布Ｍ２（路面の磁気分布）を、計測磁気分布Ａと照合し易い態様に変換する処理である。制御ユニット３２は、路面から所定高さの各点に作用する磁気量の分布を推定するシミュレーションを実行する。制御ユニット３２は、このシミュレーションを実行することで路面磁気分布Ｍ２を、磁気センサＣｎの取付け高さの磁気分布である変換磁気分布Ｍ２Ｄ（図１１参照。）に変換する。
（Ｅ）位置推定処理
　位置推定処理は、地図上で自車位置を推定するために制御ユニット３２（位置推定部３２７）が実行する処理である。制御ユニット３２は、路面磁気分布Ｍ２に基づく変換磁気分布Ｍ２Ｄと計測磁気分布Ａとを照合することで（図１１）、路面磁気分布Ｍ２のうち計測磁気分布Ａに対応する領域を特定する。具体的には、制御ユニット３２は、変換磁気分布Ｍ２Ｄと計測磁気分布Ａとの相関演算を実行し、変換磁気分布Ｍ２Ｄのうち計測磁気分布Ａと一致度が高い領域を特定する。なお、路面１００Ｓの全域で、変換磁気分布Ｍ２Ｄと計測磁気分布Ａとの相関演算を実施しようとすると演算量が膨大になる可能性がある。ＧＰＳユニット３５１による測位位置を参照し、その測位位置を基準とする近傍の範囲に限定して計測磁気分布Ａの照合を実行すれば、上記の相関演算に要する演算量を抑制できる。
　位置推定処理は、数式１の相関演算により正規化された相互相関係数を算出する処理である。数式１は、変換磁気分布Ｍ２Ｄの中の特定の座標（ｕ，ｖ）に代表される領域に対して計測磁気分布Ａを重ね合わせたとき、変換磁気分布Ｍ２Ｄと計測磁気分布Ａとの一致度を表す相互相関係数を演算する式である。特に、数式１は、正規化された相互相関係数の演算式であり、変換磁気分布Ｍ２Ｄと計測磁気分布Ａとが一致するときに最大の相互相関係数１が得られる。
（数１）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　ここで、ｆは、変換磁気分布Ｍ２Ｄを表し、ｔは、計測磁気分布Ａを表している。計測磁気分布Ａの領域的な大きさは、Ｎｘ×Ｎｙであり、変換磁気分布Ｍ２Ｄの領域的な大きさは、計測磁気分布Ａよりも十分に大きい。
　数式１において、（ｕ，ｖ）を変更することは、計測磁気分布Ａと重ね合わせる領域を変換磁気分布Ｍ２Ｄの中で変更することを意味している。さまざまな座標（ｕ，ｖ）について相互相関係数を算出することは、例えば図１１のごとく、変換磁気分布Ｍ２Ｄに対して計測磁気分布Ａの位置をずらしながら一致度を調べることに相当している。さまざまな座標（ｕ，ｖ）について算出された相互相関係数のうち、最大相関値である１に最も近い相互相関係数が得られたときの座標（ｕ0，ｖ0）に対応する領域を、計測磁気分布Ａの対応領域として特定できる。路面磁気分布Ｍ２に基づく変換磁気分布Ｍ２Ｄのうちの計測磁気分布Ａの対応領域を特定できれば、路面磁気分布Ｍ２における自車位置を推定できる。路面磁気分布Ｍ２は、絶対位置を表す位置データによって構造地図Ｍ１（図１参照。）に対応付けられている。路面磁気分布Ｍ２において自車位置を推定することは、地図上で自車位置を推定することと同義である。
　各座標（ｕ，ｖ）において相関演算を実行する際、計測磁気分布Ａを回転させ、回転角毎の相互相関係数を算出することも良い。このとき、道路１００の方向に対して車両５の進行方向が角度的にずれるレーンチェンジなどの走行状況を想定して、相互相関を実行する回転角の範囲を制限すると良い。計測磁気分布Ａを回転させて相互相関係数を算出すれば、道路１００に沿って車両５が走行する場合だけでなく、レーンチェンジ等の最中でも自車位置の推定が可能になる。座標毎、回転角毎の相互相関係数を算出する場合には、車両５の位置だけでなく車両５の方位（姿勢）を推定できる。
　以上のように、本例の位置推定システム１Ｓは、路面１００Ｓの各点の磁気分布である路面磁気分布Ｍ２を利用して地図上での自車位置を推定するシステムである。地図上での自車位置を推定できれば、車線追従制御や自動運転を含めて各種の運転支援制御を実現できる。
　地図１を構成する路面磁気分布Ｍ２では、路面１００Ｓを形成する舗装材料に混入した磁性材料や、路面１００Ｓに設置された金属製のマンホールや橋の継ぎ目などの磁気発生源によって磁気量の大小が形成される。これらの磁気発生源は路面１００Ｓ上で位置的に固定されているため、位置的な変動が少ない。位置的に固定されている磁気発生源に由来する路面磁気分布Ｍ２を利用すれば、地図上での自車位置を精度高く推定できる。
　なお、上記の通り、位置推定処理を最初に実行する際は、例えば、ＧＰＳユニット３５１による測位位置の利用が有効である。測位位置を利用すれば、路面磁気分布Ｍ２の中で計測磁気分布Ａを照合する範囲を限定でき、変換磁気分布Ｍ２Ｄと計測磁気分布Ａとの相関演算に要する演算量を抑制できる。さらに、自車位置を推定した後は、車両５の運動推定により、変位後の自車位置を予測すると良い。変位後の自車位置を予測すれば、路面磁気分布Ｍ２（変換磁気分布Ｍ２Ｄ）の中で、計測磁気分布Ａの照合範囲を限定でき、相関演算の効率を向上できる。
　さらに、自車位置を推定した後は、例えば図１２のごとく、推定済みの自車位置Ｐを基準として、自車位置（本例ではセンサアレイ２の中央の位置）の候補となる範囲ＲＳを設定すると良い。この範囲ＲＳは、変位後のセンサアレイ２が対面する領域の候補であるので、この範囲ＲＳの中で、磁気計測処理による１次元磁気分布を照合すれば良い。このように、自車位置の推定後は、図１２の範囲ＲＳの中で１次元磁気分布を照合することで、自車位置を推定可能である。１次元的な磁気分布の相関演算は、２次元的な磁気分布の相関演算よりも演算量が少なく効率的である。
　路面磁気分布Ｍ２（変換磁気分布Ｍ２Ｄ）と、車両５が取得した計測磁気分布Ａや１次元磁気分布と、を照合すれば、路面磁気分布Ｍ２の中での計測磁気分布Ａや１次元磁気分布の位置や姿勢を特定できる。例えば自車位置を推定できた後であれば、路面磁気分布Ｍ２の中での計測磁気分布Ａや１次元磁気分布の位置や姿勢を特定することで、推定済みの自車位置を基準とした相対位置や方位（車両の向き、姿勢）の変化を把握できる。このように、路面磁気分布Ｍ２（変換磁気分布Ｍ２Ｄ）と、計測磁気分布Ａや１次元磁気分布と、を照合して車両５の位置を推定する構成は、ＩＭＵを代替できる。
　本例では、位置推定処理の演算量を抑制して、位置推定処理を効率よく実施するために、ＧＰＳユニット３５１による測位位置を利用する構成を例示している。ＧＰＳの利用に代えて、路側等に設置される電波ビーコンや赤外線ビーコン等の通信ユニットを利用することも良い。車両５が受信ユニットを装備していれば、ビーコン電波の受信に応じて大まかな自車位置を把握できる。さらにまた、前方カメラによる撮像画像に処理を施すことで、交差点の名称や地名等を認識して自車位置を大まかに把握することも良い。あるいは、車載データベース、あるいはインターネット等を介してアクセス可能なデータベースに格納された前景画像との照合により、自車位置を大まかに把握することも良い。自車位置を大まかに把握できれば、位置推定処理での相関演算等に要する演算量の抑制を図ることができる。
　本例では、位置推定システム１Ｓと組み合わせるシステムとして、自動運転システムを例示している。自動運転システムに代えて、車線からの逸脱を警報する逸脱警報システムや、車線に沿ってハンドルを自動操舵したり車線からの逸脱を回避するための操舵アシスト力を発生させるレーンキープシステムを適用することも良い。
　なお、インターネット等の通信回線に接続可能な車両５であれば、地図ＤＢ４０の機能をサーバ装置に持たせることも良い。車両５は、自車位置を推定するために必要な情報をサーバ装置に送信すると良い。磁気分布生成処理や位置推定処理を実行する機能をサーバ装置に持たせても良い。この場合、磁気計測処理を実行する毎に、車両５からサーバ装置に１次元磁気分布を送信すれば良い。サーバ装置は、車両から受信した１次元磁気分布を利用して送信元の車の自車位置を推定し、返信できる。
　本例では、路面磁気分布Ｍ２に基づいて、磁気センサＣｎの取付高さの磁気分布に変換し（変換磁気分布）、計測磁気分布との照合を実施している。これに代えて、計測磁気分布を路面１００Ｓの磁気分布に変換し、路面磁気分布Ｍ２との照合を実施することも良い。あるいは、路面磁気分布Ｍ２を変換等せず、計測磁気分布を直接照合しても良い。
　路面磁気分布Ｍ２を元にして、磁気センサＣｎの取付高さの磁気分布に変換するため、高さセンサ３５７を用いて磁気センサＣｎの取付高さを計測している。そして、この取付高さを考慮したシミュレーションにより、路面磁気分布Ｍ２を、磁気センサＣｎの取付高さの磁気分布に変換して変換磁気分布を取得している。高さセンサ３５７に代えて、磁気センサＣｎの取付高さを設定値として記憶する記憶部を設けることも良い。
　高さが異なる２つ以上の磁気センサを、鉛直方向に沿って配置することも良い。この場合には、鉛直方向に沿って配置された２つの磁気センサによる磁気計測値の比率（減衰率など）を特定できる。そして、高さの差が既知である２つの磁気センサの磁気計測値の比率を変数として含むシミュレーション演算を実行することで、路面磁気分布Ｍ２を、磁気センサＣｎの取付高さの磁気分布に変換できる。
　さらに例えば、磁気量が既知の磁気マーカを路面１００Ｓに設置することも良い。この場合は、磁気マーカについて磁気センサＣｎが計測する磁気量の減衰率を求めると良い。磁気量の減衰率を利用すれば、路面磁気分布に基づいて、磁気センサＣｎの取付高さの磁気分布に変換できる。
　なお、酸化鉄の磁粉などの磁性材料が混入する舗装材料を利用して舗装された路面であっても良い。この場合には、舗装材料中の磁性材料が磁化されて、路面磁気分布Ｍ２の起伏が大きくなる傾向になる。磁気分布の起伏が拡大すれば、磁気分布の照合が容易となり精度を向上できる。なお、磁性材料が混入する舗装材料によって舗装された路面を、不均一に磁化することも良い。この場合には、磁気分布の起伏を一層拡大でき、磁気分布の照合が容易となる。磁性材料が混入する舗装材料と、磁性材料を含まない通常の舗装材料と、を準備することも良い。この場合、２種類の舗装材料を混合することなく不均一に路面に供給することも良い。路面の位置に応じて磁性材料の構成比に違いが生じるため、これにより磁気分布の起伏を拡大できる。
　磁性材料が混入する舗装材料を利用して路面を舗装した後、路面を磁化することも良い。例えば、磁気の強い矩形エリアと、磁気の弱い矩形エリアと、が交互に現れる市松模様などの所定パターンをなすように路面を磁化することも良い。磁気の強弱が形成する模様を利用すれば磁気分布間の照合が容易となり、位置推定の精度を向上できる。また、所定パターンをなすように路面を磁化する場合には、例えば、磁気量の大きい矩形エリアと、磁気量の小さい矩形エリアと、の区分線を利用することで、計測磁気分布の照合を効率良く実行できる。例えば、計測磁気分布に区分線が含まれる場合、路面磁気分布Ｍ２の中の区分線との一致を前提として照合を実行すれば良い。所定パターンは、１次元あるいは２次元のバーコードなど、情報を読み出し可能なパターンであっても良い。
　さらに、磁性材料が混入する舗装材料によって舗装された路面１００Ｓにおいて、磁気的な特異点が現れるように路面１００Ｓを磁化することも良い。このように酸化鉄の磁粉などで磁気的な特異点を作れば、磁気分布間の照合が容易となる。特異点の一致を前提とすれば、磁気分布間の照合の際、特異点が不一致の組合せを排除でき、照合を効率良く実行できる。
　また、磁性材料が混入する舗装材料と、磁性材料を含まない通常の舗装材料と、を準備することも良い。この場合、エリア毎に舗装材料の種類を切り替えることも良い。この場合には、エリア毎に磁性材料の粗密ができるため、磁気分布の起伏を拡大でき、磁気分布の照合を容易にできる。
　本例では、磁気計測処理による１次元磁気分布を積み上げた２次元的な磁気分布である計測磁気分布の照合を実行している。磁気センサＣｎのうちのいずれか一つによる磁気計測値の時間的な分布、すなわち車両の走行軌跡に沿う１次元的な分布を照合することも良い。磁気センサが２次元的に配列されたセンサアレイを採用することも良い。この場合には、このセンサアレイにより計測された２次元的な磁気分布の照合が可能になる。あるいは、上記のセンサアレイ２と同じ仕様のセンサアレイを複数用意し、車両の進行方向における複数の箇所に配置することも良い。この場合には、相対的な位置関係が既知である複数の１次元磁気分布を取得できる。これら複数の１次元磁気分布の照合を実行することも良い。複数のセンサアレイは、互いに平行をなすように取り付けても良いし、Ｌ字状、十字状をなすように交差するように取り付けても良い。
　なお、路面磁気分布は、路面の各点の磁気量に基づく磁気データの一例である磁気勾配の分布とすることも良い。磁気勾配は、例えば、隣り合う点の磁気量の差分として求めることができる。また、磁気勾配の路面磁気分布と照合する計測磁気分布は、磁気計測値に基づく磁気勾配の分布とするのが良い。磁気勾配は、例えば、センサアレイ２を構成する磁気センサＣｎのうち、隣り合う磁気センサによる磁気計測値の差分として求めることができる。
　磁気勾配では、磁気センサに対して一様、あるいは一様に近く作用する磁気成分が抑制されている。それ故、磁気勾配では、比較的遠くに存在する磁気発生源から作用する磁気成分が抑制され、比較的近くに存在する路面等の磁気発生源から作用する磁気成分が相対的に強調されている。したがって、磁気センサが対面する路面の磁気模様を利用して位置を推定するに当たっては、磁気勾配の分布の利用が好適である。磁気勾配の分布を利用すれば、周囲の車両や、ガードレールや、看板などの磁気発生源による影響や、地磁気による影響を抑制でき、位置推定の精度を向上できる。
　なお、例えば、取得時点が異なる磁気計測値の差分を、別途与えられる車速情報に基づいて特定される距離当たりの差分に変換することも良い。２つの磁気センサについてそれぞれ距離当たりの差分を求めておき、当該２つの磁気センサ間でさらに差分をとって磁気勾配を求めることも良い。この場合には、路上に配置された磁気マーカの間隔を予め与えることなく、上記の磁気勾配を求めることができるという効果を期待できる。さらに例えば、一の磁気センサによる異なる時点の磁気計測値の差分による磁気勾配を求めるに当たって、別途与えられる車速情報により特定される距離当たりの差分による磁気勾配を求めることも良い。この場合には、車載のセンサユニットを前後に２台設置する必要性が少なくなる。一つのセンサユニットで磁気勾配を求めることができれば、センサユニットの搭載位置を確保するための設計上の負担を軽減できると同時に、センサユニットの搭載コストを低減できるという効果を期待できる。
（実施例２）
　本例は、磁気マーカ１０が敷設された道路１００に対する位置推定システム１Ｓの適用例である。この内容について、図３、図１３～図１８を参照して説明する。
　例示する道路１００には、図１３のごとく、例えば１０ｍ毎に磁気マーカ１０が敷設されている。この道路１００を車両が走行する際、実施例１と同様、センサアレイ２によって磁気計測処理（Ｓ１０１）が実行され、制御ユニット３２によって運動推定処理（Ｓ１０３）、磁気分布生成処理（Ｓ１０５）、位置推定処理（Ｓ１０９）が実行される（図１４）。実施例１との主たる相違点は、センサアレイ２が磁気計測処理（Ｓ１０１）に加えて、マーカ検出処理（Ｓ１０２）を実行する点にある。センサアレイ２は、磁気センサＣｎを用いて３ｋＨｚの頻度でマーカ検出処理を実行する。
　実施例１で説明した通り、磁気センサＣｎは、車両の進行方向及び車幅方向の磁気成分を計測するように構成されている。例えばこの磁気センサＣｎが、進行方向に移動して磁気マーカ１０の真上を通過するとき、進行方向の磁気計測値は、図１５のごとく磁気マーカ１０の前後で正負が反転すると共に、磁気マーカ１０の真上の位置でゼロを交差するように変化する。したがって、車両の走行中では、いずれかの磁気センサＣｎが検出する進行方向の磁気について、その正負が反転するゼロクロスＺｃが生じたとき、センサアレイ２が磁気マーカ１０の真上に位置すると判断できる。検出処理回路２１２は、このようにセンサアレイ２が磁気マーカ１０の真上に位置し、進行方向の磁気計測値のゼロクロスＺｃが生じたとき、磁気マーカ１０を検出したと判断する。
　また例えば、磁気センサＣｎと同じ仕様の磁気センサについて、磁気マーカ１０の真上を通過する車幅方向の仮想線に沿う移動を想定してみる。車幅方向の磁気計測値は、磁気マーカ１０を挟んだ両側で正負が反転すると共に、磁気マーカ１０の真上の位置でゼロを交差するように変化する。１５個の磁気センサＣｎを車幅方向に配列したセンサアレイ２の場合には、磁気マーカ１０を介してどちらの側にあるかによって磁気センサＣｎが検出する車幅方向の磁気の正負が異なってくる（図１６）。
　センサアレイ２の各磁気センサＣｎの車幅方向の磁気計測値を例示する図１６の分布に基づけば、車幅方向の磁気の正負が反転するゼロクロスＺｃを挟んで隣り合う２つの磁気センサＣｎの中間の位置、あるいは検出する車幅方向の磁気がゼロであって両外側の磁気センサＣｎの正負が反転している磁気センサＣｎの直下の位置が、磁気マーカ１０の車幅方向の位置となる。この車幅方向の位置は、磁気マーカ１０に対する車両５の相対位置を示している。
　センサアレイ２は、上記のように磁気マーカ１０を検出したとき、検出した旨、車幅方向の位置などの情報を含むマーカ検出情報を制御ユニット（図３中の符号３２）に入力する。車幅方向の位置は、磁気計測処理により取得される１次元磁気分布中、１次元方向の位置として表される。センサアレイ２は、このマーカ検出情報に対して、磁気マーカ１０を検出したときの１次元磁気分布の識別情報をひも付ける。
　磁気分布生成処理（Ｓ１０５）を実行する制御ユニットは、計測磁気分布Ａにおいて磁気マーカ１０の位置をマーカ配置点１０Ｐとしてプロットする（図１７）。１次元磁気分布を車両の走行軌跡に沿って２次元的に積み上げた計測磁気分布Ａの中で、マーカ配置点１０Ｐがいずれの１次元磁気分布の上にあるかは、マーカ検出情報にひも付けられた１次元磁気分布の識別情報によって特定可能である。また、計測磁気分布Ａの中のマーカ配置点１０Ｐの車幅方向の位置は、マーカ検出情報に含まれる車幅方向の位置により特定可能である。
　ここで、本例で計測磁気分布Ａを照合する対象の路面磁気分布Ｍ２では、上記の計測磁気分布Ａと同様、磁気マーカ１０の位置がマーカ配置点１０Ｐとしてプロットされている。この路面磁気分布Ｍ２は、実施例１で例示した計測車両の機能に加えて、上記のマーカ検出処理を実行可能な計測車両によって取得できる。そして、路面磁気分布Ｍ２を変換した磁気分布である変換磁気分布Ｍ２Ｄでは、路面磁気分布Ｍ２におけるマーカ配置点と同じ位置に、マーカ配置点１０Ｐがプロットされる。
　位置推定処理（Ｓ１０９）を実行する制御ユニットは、マーカ配置点１０Ｐがプロットされた変換磁気分布Ｍ２Ｄに対して、図１７で例示した計測磁気分布Ａを照合する。図１７のごとく、計測磁気分布Ａには、磁気マーカ１０の位置を表すマーカ配置点１０Ｐのプロットが含まれている。変換磁気分布Ｍ２Ｄに対して計測磁気分布Ａを照合するに当たっては、図１８のごとく、マーカ配置点１０Ｐが一致する１０ｍ毎の各位置で相互相関係数を求めると良い。このようにマーカ配置点１０Ｐのプロットがある変換磁気分布Ｍ２Ｄと計測磁気分布Ａとの組み合わせの場合、マーカ配置点Ｐが相互に一致する位置のみで相関演算を実施すれば良い。つまり、変換磁気分布Ｍ２Ｄに対し、１０ｍ刻みで計測磁気分布Ａの位置をずらせば良く、相関演算のための演算量を格段に抑制できる。
　つまり、この場合には、路面磁気分布Ｍ２あるいは変換磁気分布Ｍ２Ｄのうちマーカ配置点１０Ｐ（磁気マーカ１０の位置）が一致している領域の中から計測磁気分布Ａに対応する領域を特定すると良い。マーカ配置点１０Ｐが一致している領域に限定すれば、計測磁気分布Ａを照合する回数を格段に少なくでき、計測磁気分布Ａに対応する領域を効率良く特定できる。マーカ配置点１０Ｐは、磁気分布の中の磁気的な特異点として活用できる。
　なお、その他の構成及び作用効果は実施例１と同様である。
（実施例３）
　本例は、実施例１の位置推定システムに基づく例であって、絶対位置を特定可能な状態で磁気マーカ１０が敷設された道路への適用例である。この内容について、図１９～図２１を参照して説明する。
　本例では、ＲＦ-ＩＤタグ１５が表面に貼り付けられた磁気マーカ１０が路面に敷設されている（図１９）。車両５には、実施例１の構成に加えて、ＲＦ-ＩＤタグ１５と通信可能なタグリーダ３４が設けられている（図２０）。ＲＦ-ＩＤタグ１５は、対応する磁気マーカ１０の絶対位置を表す位置情報を送信する。
　センサアレイ２の検出処理回路２０は、実施例２で例示したマーカ検出処理を実行可能である。上記のごとく、マーカ検出処理によれば、磁気マーカ１０を検出すると共に、磁気マーカ１０に相対する車両５の車幅方向の位置を計測可能である。
　磁気マーカ１０が検出されたとき、制御ユニット３２は、検出した磁気マーカ１０に付設されたＲＦ-ＩＤタグ１５から位置情報を受信することで、その磁気マーカ１０の絶対位置を取得する。そして、マーカ検出処理によって計測された磁気マーカ１０の車幅方向の位置の分だけ、磁気マーカ１０の絶対位置からずらした位置を自車位置（センサアレイ２の中央の位置）として特定する。
　一方、制御ユニット３２は、磁気マーカ１０が非検知の場合、実施例１で説明した構成と同様に、路面磁気分布Ｍ２を含む地図を参照して、計測磁気分布に対応する領域を特定し自車位置を推定する。このとき、ステアリング舵角センサ３５３が計測した操舵角、車速センサ３５５が計測した車速によれば、実施例１と同様、車両５の運動Ｍｏを推定できる（図２１）。車両５の運動Ｍｏを推定すれば、磁気マーカ１０を通過した後の経過時間に応じた車両５の到達位置の推定が可能である。この到達位置が属する地図上の範囲ＲＳを選択し、この範囲ＲＳに限定して計測磁気分布の照合を実行する場合であれば、路面磁気分布Ｍ２あるいは変換磁気分布Ｍ２Ｄのうち計測磁気分布Ａに対応する領域を効率良く特定できる。
　なお、その他の構成及び作用効果については実施例１と同様である。
　以上、実施例のごとく本発明の具体例を詳細に説明したが、これらの具体例は、特許請求の範囲に包含される技術の一例を開示しているにすぎない。言うまでもなく、具体例の構成や数値等によって、特許請求の範囲が限定的に解釈されるべきではない。特許請求の範囲は、公知技術や当業者の知識等を利用して前記具体例を多様に変形、変更あるいは適宜組み合わせた技術を包含している。
　１Ｓ　位置推定システム
　１　地図
　１０　磁気マーカ
　２　センサアレイ
　３２　制御ユニット
　３２１　運動推定部
　３２３　磁気分布生成部
　３２５　変換処理部
　３２７　位置推定部
　３５１　ＧＰＳユニット
　３５３　ステアリング舵角センサ
　３５５　車速センサ
　３５７　高さセンサ
　４０　地図データベース（記憶部）
　５　車両
　Ａ　計測磁気分布
　Ｃｎ　磁気センサ
　Ｍ１　構造地図
　Ｍ２　路面磁気分布
　Ｍ２Ｄ　変換磁気分布

Claims (14)

  1. 　走路の表面をなす路面から作用する磁気を計測する磁気センサを備える車両が自車位置を推定するための位置推定方法であって、
    　前記磁気センサによる磁気計測値を取得する磁気計測処理と、
    　前記磁気計測処理により取得された磁気計測値に基づく磁気データの分布を表す計測磁気分布を生成する磁気分布生成処理と、
    　路面の各点の磁気量に基づく磁気データの分布を表す路面磁気分布が対応付けられた地図を参照することにより、前記路面磁気分布のうち前記計測磁気分布に対応する領域を特定し、当該計測磁気分布に対応する領域の前記地図上の位置に基づいて前記自車位置を推定する位置推定処理と、を含む位置推定方法。
  2. 　請求項１において、前記磁気計測値に基づく磁気データ、及び前記路面の各点の磁気量に基づく磁気データは、磁気勾配であって、前記計測磁気分布及び前記路面磁気分布は、磁気勾配の分布である位置推定方法。
  3. 　請求項１または２において、前記路面磁気分布を、前記磁気センサの取付高さの分布に変換する変換処理を含み、
    　前記位置推定処理において、前記変換処理による変換後の分布と前記計測磁気分布とを照合して、前記計測磁気分布に対応する領域を特定する位置推定方法。
  4. 　請求項１または２において、前記計測磁気分布を、路面の高さの分布に変換する変換処理を含み、
    　前記位置推定処理において、前記変換処理による変換後の分布と前記路面磁気分布とを照合して、前記計測磁気分布に対応する領域を特定する位置推定方法。
  5. 　請求項３または４において、前記変換処理は、取付高さが異なる２つの磁気センサによる磁気計測値の比率に応じて分布を変換する処理である位置推定方法。
  6. 　請求項３～５のいずれか１項において、前記変換処理は、路面に敷設された磁気的な強度が既知の磁気発生源である磁気マーカについて前記磁気センサが取得した磁気計測値の大きさに応じて分布を変換する処理である位置推定方法。
  7. 　請求項１～６のいずれか１項において、前記走路には、絶対位置を特定可能な状態で磁気発生源としての磁気マーカが間隔を空けて敷設されており、
    　前記位置推定処理において、前記磁気マーカが車両によって検知された場合に、当該磁気マーカの絶対位置を基準として自車位置を推定する一方、
    　前記磁気マーカが非検知の場合には、前記計測磁気分布に対応する領域の前記地図上の位置に基づいて前記自車位置を推定する位置推定方法。
  8. 　請求項７において、前記磁気マーカが非検知の場合、いずれかの磁気マーカを検知した後の車両の到達位置を推定すると共に当該到達位置が属する前記地図上の範囲を選択し、当該地図上の範囲の中で前記計測磁気分布に対応する領域を特定する位置推定方法。
  9. 　請求項１～８のいずれか１項において、前記路面磁気分布及び前記計測磁気分布では、路面に敷設された磁気マーカの位置が特定されており、
    　前記位置推定処理では、前記路面磁気分布のうち前記磁気マーカの位置が一致している領域の中から前記計測磁気分布に対応する領域を特定する位置推定方法。
  10. 　走路の表面をなす路面側から作用する磁気を計測する磁気センサを備える車両が自車位置を推定する位置推定システムであって、
    　路面の各点の磁気量に基づく磁気データの分布である路面磁気分布が対応付けられた地図を記憶する記憶部と、
    　前記磁気センサによる磁気計測値を取得し、該磁気計測値に基づく磁気データの分布である計測磁気分布を生成する磁気分布生成部と、
    　前記記憶部が記憶する地図に対応付けられた路面磁気分布のうち前記計測磁気分布に対応する領域を特定し、当該計測磁気分布に対応する領域の前記地図上の位置に基づいて前記自車位置を推定する位置推定部と、を含む位置推定システム。
  11. 　請求項１０において、前記路面は、磁性材料の粉末である磁粉が分散する舗装材料よりなる舗装の表面であり、該舗装の中に分散している前記磁粉は、前記路面の磁気分布が所定パターンをなすように磁化されている位置推定システム。
  12. 　請求項１０または１１において、前記走路に沿って磁気マーカが敷設されている位置推定システム。
  13. 　請求項１２において、前記路面磁気分布及び前記計測磁気分布では、前記磁気マーカの位置が特定され、
    　前記位置推定部は、前記路面磁気分布のうち前記磁気マーカの位置が一致している領域の中から前記計測磁気分布に対応する領域を特定するように構成されている位置推定システム。
  14. 　請求項１０～１３のいずれか１項において、前記磁気計測値に基づく磁気データ、及び前記路面の各点の磁気量に基づく磁気データは、磁気勾配であって、記計測磁気分布及び前記路面磁気分布は、磁気勾配の分布である位置推定システム。
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