JP6301828B2 - 誘導用線路に沿って移動する車両の速度及び位置を測定する装置、並びに対応する方法及びコンピュータプログラム製品 - Google Patents
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Description
・様々な技術に基づき、様々な種類の数量を測定する。これは測定された信号の複雑な処理アルゴリズムが必要となり、データ処理時間が比較的長くなる。
・(機関車の下部若しくは内部に)組み込まれるか又は(レールの間若しくは線路に沿って)地面に置かれ、装置がダメージを受ける。
・(特に保守に)コストがかかり、(特に列車が低速の場合に)不正確となり、ドリフトの影響を受ける。
・視覚的サーボ制御は、主な役割が機器パネルに表示される車両の速度の調整である、移動する車両の運転者の仕事であるだけではなく、運転者の挙動が危険であると考えられ、所要のレベルの安全性にもはや達しない場合に、緊急停止を引き起こすEVC(European Vital Computer。すなわち搭載コンピュータ)の仕事でもある。
・制御される数値は主に、移動する車両の速度及び加速度である。この車両の方向は軌道の曲率により制限される。
・シーンの画像は、単一のカメラにより取得され、見掛けの動きを解析するために安定化される。
・したがって、画像の安定化は、動いているあらゆる車両が、その車両に関連付けられたそれ自体の基準系を有するため、オドメトリを使わずにバランスの概念を提供する。
本発明の装置によれば、単眼視(monocular vision)の内蔵システムを通して、部分的には事前にわかっている鉄道環境において、内部の基準により列車の速度及び「移動距離(distance travelled)」を測定することができる。このため、本発明の装置は、構造化されている環境において得られた同じ系列の画像の処理を行う。本発明の装置は、リアルタイム又はほぼリアルタイムで、軌道の投影(視覚的シーン)に関連するプリミティブ(primitive)を画像から抽出し、追跡を実行し、画像におけるこれらのプリミティブのスクロールの動きを計算する。軌道のいくつかの実際の量(実際のシーン)の事前の情報により、車両の速度及び「移動距離」の計算が最終的に可能となる。
・速度及び位置の測定における精度及び信頼性の向上。
・製造業者から得ることが難しい特定のモデルではなく、パラメータが一般的で安定的なモデルに関連する、単純でロバストなアルゴリズムの高速実行。
図1に示しているように、本発明のセンサ装置100は、カバー1と、底板2と、着脱可能な自動較正装置9とを備えたコンパクトな筐体の形態をとるものである。
・シーンの事前の情報(一定の要素): ベルギーでは通常の線路の軌間ゲージが1.435mであること、構造化されたシーンにおいて重力による好ましい垂直状態、1秒あたり処理すべき画像の一定した数。
・列車について予期される挙動(制限のある要素): 局所的に一定である大きな曲率半径のカーブ、局所的に平坦な線路、列車の小さなローリングの動き及びピッチングの動き。
車両のモデルは、本発明のセンサ装置が設けられる列車に特有のものである(図8B〜図8E)。機関車は単純に、2つのボギー台車の回転の中心を結ぶセグメントにより、ワイヤフレームモデルに基づいて平面的に表現することができる。実際、機関車は、線路の走行レールによりガイドされる車両であるため、その空間的構成は、網内の位置に依存する。線路の路線形状曲線(alignment curve)の接線に対する車両のステアリング角は、ボギー台車間の実際の間隔に依存する。線路上の行程全体にわたり、ボギー台車は、前提として、常にレールの線の接線と直交する。機関車の同じ長手方向中心線に置かれた2つのボギー台車の各々の回転中心は概ね、線路の2本のレールから等距離にある同じ路線形状曲線を次々と辿る。
カメラは、後述する前提の単純化に基づいてモデル化される。カメラに特有のパラメータは一定である。カメラの傾斜角αは小さい(10度未満)。線路の主方向に対する水平偏向角ψは小さい(10度未満)。視軸に対するカメラの回転角θは、後述するように、修正デリチェフィルタ(modified Deriche filtering)を計算することにより、画像内で最大数のピクセルの角度に対応する。カメラの高さz0は一定である。
鉄道環境における軌道は、列車の速度により、ある前提、特に基礎構造についての前提を可能とする特徴を有している。線路は局所的に平坦であり、その曲率Cは局所的に一定である。線路の幅e[P1]は一定かつ既知である(2本のレールの間隔に相当)。レールは、一定かつ既知の幅Lを有する連続した線である。鉄道の切替えは、乗客が受ける可能性のある遠心力の影響を低減するために、螺旋型歪み曲線(spiral strain curve)(コルニュ螺旋又はクロソイド)と呼ばれる線路遷移曲線(track transition curve)を辿る。正面図は、水平エッジ及び垂直エッジが互いに平行するものである。線路に沿った同じシリーズの支柱の幾何学的特徴(連続した2本の支柱間の間隔、線路からの距離、幅、高さ、形状)は、一定である。
本発明の装置を構成するに際し、横断する各国の鉄道環境におけるシーンの事前情報は、線路ゲージ等のあるパラメータの入力を必要とする。
上述したように、本発明の装置は、ビデオカメラを有する視覚システムを有する。視覚システムの認識モードは、視覚、バランス、シーン解釈、画像における動きの解析、及び判断に関して人間モデルにより近いが、その動作の限界は、市場にある技術により定められる。ビデオカメラが提供するデータの解釈は、1つ以上のオドメトリセンサを用いる手法に比べて大きく単純化される。
・十分な高さ(h>10ピクセル)を有すること。
・傾斜の限度を超えていない(|d|≦2ピクセル)こと。
軌道のモデルの選択と、画像における該軌道の透視投影の原理と、画像内でレールにより形作られる連続した線のコントラストと、最後に本発明の適用そのものに関するリアルタイムの制約とにより、レールを検出する最良かつ最速の方法は、処理領域として、上述した垂直な特徴の抽出の場合のような多角形の関心領域ではなく、画像においてその数及び配置が各反復において定められ調整される単純な水平線を用いることができる。これは、測定された列車の速度、画質情報(エントロピー)、画像内の線路の消失点と水平線との間の高さの差、線路について測定された曲率といったある基準に基づいてなされる。
各画像の取得時に、有用な視覚的キューが認識され位置の特定がなされ、次に、同じ系列内の以前の画像の対応部分(counterpart)とマッチングされ、画像における見掛けの動き又は光学的なフローが推定される。
実際のシーンと画像(視覚的シーン)との間に存在する双対性(duality)の関係において、機関車とカメラモデルの関連付け(図7)により、絶対座標系における投影中心の座標及び画像平面の中心の座標を特定することができる。画像平面における、カメラに関連付けられたシーンの任意の点の投影の座標は、絶対座標系で表現され、次に、カメラに関連付けられている基準座標系で表現される。
C: 線路の局所的な曲率
ψ: 線路の主方向に対する光軸の水平偏向角
x0: 線路の路線形状曲線(curve of alignment)に対するカメラの投影中心の横座標(abscissa)
a)視覚的情報に基づく動き制御
ある行程において、移動する列車は、線路の切替えにより定められる一つの方向に移動する。その間、列車の速度及び加速度は、動作の***分(緊急ブレーキ)についてETCSを頼りに運転を担当する運転者により制御される。
そして、図3の原理に基づく手法は、モデルを初期化するステップE1と、モデルにより検出ゾーンの位置を予測するステップE2と、各ゾーンにおいてレールを検出するステップE3と、検出されたレール部分の位置に基づいてモデルのパラメータを更新するステップE4とを含んでいる。
機関車が移動する線路に沿った、レールの両側にある基盤は、垂直な要素で表される(図11A)。カメラに最も近い2つの垂直要素の下端部の、画像内での見掛けの動きにより、ナビゲーション軌跡(navigation corridor)が定められる(図11B)。
本発明の一実施形態によれば、本発明の装置は、車両が移動する環境を構造化し、軌道上を移動する車両の速度及び「移動距離」の計算に使用された1つ以上の要素を表示するモジュールを備えている。
Claims (17)
- 昼夜を問わず、気候条件とは無関係に、軌道に沿って移動する車両(200)の速度及び位置の少なくとも一方を測定する装置(100)であって、
前記車両(200)の環境の一連のデジタル画像を提供する少なくとも1つの画像捕捉装置(4)と、
前記画像捕捉装置(4)から提供された2つの画像間の、プリミティブと呼ばれる少なくとも1つの視覚的キューの見掛けの動きを特定し、少なくとも1つの該視覚的キューの見掛けの動きを特定する手段であって、
複数のモデルの組み合わせを用いて、提供された前記画像を単純化し、単純化された画像において少なくとも1つの前記視覚的キューの検出を可能とする手段と、
前記視覚的キューが後続の画像において位置するであろう画像ゾーンを予測する手段と、
前記画像ゾーンにおいて前記視覚的キューのうちの1つを抽出する手段と、
現在の画像及び以前の画像において前記視覚的キューの実際の位置を比較することにより、動きを推定する手段と
を有する手段と、
少なくとも1つの前記視覚的キューの見掛けの動きに基づいて、前記車両(200)の速度及び位置の少なくとも一方を推定する手段と
を備えた装置(100)。 - 少なくとも1つの前記画像捕捉装置(4)が、ビュー撮影装置と温度カメラと磁気カメラとを含む群に属するものである、請求項1に記載の装置(100)。
- 少なくとも1つの前記視覚的キューが、曲率半径と軌間ゲージと路線形状とを含む前記軌道の幾何学的特徴のうちの少なくとも1つを表すものである、請求項1又は2に記載の装置(100)。
- 少なくとも1つの前記視覚的キューが、前記軌道に沿って置かれている少なくとも1つの物体の少なくとも1つの幾何学的特徴を表すものであり、前記物体の幾何学的特徴は支柱の垂直度を含むものである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の装置(100)。
- 前記複数のモデルが、前記車両(200)のモデルと前記環境のモデルと前記画像捕捉装置(4)のモデルとを含むものである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の装置(100)。
- 追跡及び予測する手段がカルマンフィルタを用いるものである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の装置(100)。
- 前記画像捕捉装置(4)の傾斜を表す信号を生成する傾斜センサと、
生成された前記信号に依存する角度で、前記画像捕捉装置(4)から提供された画像を回転させる手段と
を備えた請求項1〜6のいずれか一項に記載の装置(100)。 - 前記傾斜センサがデリチェフィルタを用いるものである、請求項7に記載の装置(100)。
- 現実の空間における前記画像捕捉装置(4)の動きを、前記画像における少なくとも1つの前記キューの動きと関連付ける相互行列を用いる請求項1〜8のいずれか一項に記載の装置(100)。
- 前記画像捕捉装置(4)を較正する手段を備えた請求項1〜9のいずれか一項に記載の装置(100)。
- 前記画像捕捉装置(4)から提供される前記環境のデジタル画像を表示する手段を備えた請求項1〜10のいずれか一項に記載の装置(100)。
- 前記画像が、少なくとも1つのLCD画面と、前記車両のフロントガラスと、前記車両のフロントガラスの前に置かれた透明ミラーとのいずれかに表示されるものである、請求項11に記載の装置(100)。
- 所与のルートを入力する手段を備えた請求項1〜12のいずれか一項に記載の装置(100)。
- 交通網の少なくとも1つの地図を記憶する手段を備えた請求項13に記載の装置(100)。
- 前記車両(200)の地理的位置を示す手段を備えた請求項13又は14に記載の装置(100)。
- 昼夜を問わず、気候条件とは無関係に、軌道に沿って移動する車両(200)の速度及び位置の少なくとも一方を測定する方法であって、
画像捕捉装置(4)が前記車両の環境の一連のデジタル画像を取得するステップと、
前記画像捕捉装置(4)から提供された2つの画像間の、プリミティブと呼ばれる少なくとも1つの視覚的キューの見掛けの動きを特定し、少なくとも1つの該視覚的キューの見掛けの動きを特定するステップであって、
複数のモデルの組み合わせを用いて、提供された前記画像を単純化し、単純化された画像において少なくとも1つの前記視覚的キューの検出を可能とするステップと、
前記視覚的キューが後続の画像において位置するであろう画像ゾーンを予測するステップと、
前記画像ゾーンにおいて前記視覚的キューのうちの1つを抽出するステップと、
現在の画像及び以前の画像において前記視覚的キューの実際の位置を比較することにより、動きを推定するステップと
を含むステップと、
少なくとも1つの前記視覚的キューの見掛けの動きから、前記車両の速度及び位置の少なくとも一方を推定するステップと
を含む方法。 - 通信ネットワークからダウンロード可能であり、及び/又はコンピュータ可読媒体に記憶され、及び/又はマイクロプロセッサにより実行可能なコンピュータプログラム製品であって、
請求項1〜15のいずれか一項に記載の装置(100)において、請求項16に記載の方法を実行するためのプログラムコード命令を含むコンピュータプログラム製品。
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