TWI674393B - 多定位系統切換與融合校正方法及其裝置 - Google Patents

多定位系統切換與融合校正方法及其裝置 Download PDF

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Abstract

本發明為一種多定位系統切換與融合校正方法及其裝置，包括第一感測裝置產生第一感測資訊至中央處理器，使其根據第一感測資訊與起始位置推算出目前位置的第一定位資訊，並傳遞至雲端下載對應的地圖資訊；接著第二感測裝置偵測特徵物件，並取得特徵物件與目前位置的距離資訊至中央處理器，以計算出在地圖資訊中的目前位置，並據其產生一第二定位資訊，最後根據權重分配表使第一定位資訊與第二定位資訊根據權重值融合計算，產生新第一定位資訊來取代第一定位資訊。本發明可給予不同定位資訊權重，使不同裝置產生的定位訊息互相融合，以進行校正定位資訊。

Description

多定位系統切換與融合校正方法及其裝置
本發明係有關一種定位系統，特別是指一種可融合多種定位訊號之多定位系統切換與融合校正方法及其裝置。
目前應於車輛上的定位技術，大多使用自衛星定位系統、慣性定位系統或電腦視覺定位系統等定位系統，以提供定位資訊給駕駛，或自動輔助駕駛系統(Advanced Driver Assistance System，ADAS或Autonomous Driving System，ADS)使用。
其中衛星定位系統係使用三角定位原理，如全球定位系統(Global Positioning System，GPS)、全球導航衛星系統(GLONASS)、北斗定位系統、伽利略定位系統等進行定位。雖衛星定位系統可提供絕對座標及航向角資訊，但卻容易受到天氣雲層遮擋等影響，或是在衛星訊號薄弱的地方，如地下室或隧道時則無法使用。
慣性定位系統則是使用慣性感測器，如加速度感測器、角速度感測器或輪速計等感測器偵測出距離、角度或速度等數據，並利用上述該等數據與上一時間點進行相對距離計算，以產生定位資訊。雖慣性定位系統不會受衛星訊號遮蔽或多路徑效應影響，但僅藉由車身動態推算連續位置，卻會隨使用時間增加，而逐漸產生累計誤差。
電腦視覺定位系統則是使用雷達(Lidar)或攝影機(Camera)辨識道路環境中的特徵物後，透過預先建立的圖資系統來進行檢索與比對，藉此估算出車輛目前位置。雖電腦視覺定位系統之技術能透過辨識環境特徵物，達到公分 級的定位精度，但需要建立良好的圖資系統及辨識方法，否則容易有誤判，且雷達及攝影機也容易受光線或氣候影響。
由上述可知，無論是慣性定位系統、衛星定位系統或電腦視覺定位系統皆可能不同的天候或環境等因素影響，使得檢測出來的定位資訊失準，因此若能適時地針對定位資訊進行校正，即能使產生的定位資訊更加準確，以有效降低駕駛或自動輔助駕駛系統的誤判，提升行車的安全性。
有鑑於此，本發明遂針對上述習知技術之缺失，提出一種定位校正方法及其系統，以有效克服上述之該等問題。
本發明之主要目的係在提供一種多定位系統切換與融合校正方法及其裝置，其可將多種感測裝置演算出產生的定位訊息互相融合，以針對目前環境進行有效的定位校正，使定位資訊達到最佳化。
本發明之另一目的係在提供一種多定位系統切換與融合校正方法及其裝置，其產生的定位資訊即使在不同環境因素下，仍可保有一定的精準度，可降低定位資訊的誤判。
為達上述之目的，本發明提供一種多定位系統切換與融合校正方法，步驟包括，首先選擇至少一第一感測裝置，以產生一第一感測資訊，並根據一起始位置與第一感測資訊推算出目前位置，產生一第一定位資訊；接著將第一定位資訊傳遞至一雲端資料庫，以根據第一定位資訊之位置，於雲端資料庫中下載對應的至少一地圖資訊；接著利用至少一第二感測裝置偵測周圍是否具有至少一特徵物件，若否，沒有偵測到特徵物件時，則回復至選擇至少一第一感測裝置，以產生第一感測資訊，並根據起始位置與第一感測資訊推算出目前位置，產生第一定位資訊之步驟；但若是，有偵測到特徵物件時，則取得特徵物件與目前位置的一距離資訊，並選擇對應具有特徵物件之地圖資訊，以進行根據地圖資訊 中特徵物件的位置與距離資訊，計算出在地圖資訊中的目前位置，並據其產生一第二定位資訊之步驟；最後根據至少一權重分配表取得對應第一感測裝置與第二感測裝置之權重值，使第一定位資訊與第二定位資訊根據權重值融合計算，產生一新第一定位資訊以取代第一定位資訊，並回復至將第一定位資訊傳遞至雲端資料庫之步驟。
其中權重分配表的產生方法包括下列步驟，首先複數感測裝置產生複數感測資訊，並分別根據起始位置推算出複數對比定位資訊；接著將複數對比定位資訊分別與一標準定位裝置之一標準定位資訊進行比對，以分別產生複數距離誤差值；接著儲存複數距離誤差值，並根據一信心度方程式計算每一距離誤差值之信心度值，信心度方程式如下所示：C=Pr(w<v(x))其中C為信心度值，w為距離誤差值，v(x)為一誤差容忍範圍；最後將信心度值越高的感測裝置給予越高的權重值，並將複數感測裝置及對應的權重值儲存，以產生權重分配表。
其中根據第一定位資訊之位置，於雲端資料庫中對應下載至少一地圖資訊之步驟中更包括，判斷雲端資料庫內是否具有對應第一定位資訊之位置的二維(2D)地圖資訊，若是，具有對應的二維地圖資訊，則下載至少一二維地圖資訊，並進入至少一第二感測裝置之感測裝置偵測周圍是否具有至少一特徵物件之步驟；但若否，沒有對應的二維地圖資訊時，則下載至少一三維(3D)地圖資訊，並直接以三維地圖資訊內對應第一定位資訊之位置成為新第一定位資訊後，以取代第一定位資訊，並進入將第一定位資訊傳遞至雲端資料庫之步驟。
另外，本發明亦提供一種多定位系統切換與融合校正裝置，其包括至少一第一感測裝置、至少一第二感測裝置以及一中央處理器，第一感測裝置可產生一第一感測資訊，第二感測裝置可偵測至少一特徵物件並取得特徵物件 與目前位置的一距離資訊。中央處理器電性連接第一感測裝置與第二感測裝置，以接收第一感測資訊與距離資訊，中央處理器可根據一起始位置與第一感測裝置之第一感測資訊推算出目前位置，以產生一第一定位資訊，並將第一定位資訊傳遞至一雲端資料庫，使雲端資料庫中可根據第一定位資訊之位置，將對應的至少一地圖資訊傳遞至中央處理器，使中央處理器根據地圖資訊中特徵物件的位置與距離資訊，計算出在地圖資訊中的目前位置，並據其產生一第二定位資訊，中央處理器再根據至少一權重分配表取得對應第一感測裝置與第二感測裝置之權重值，使第一定位資訊與第二定位資訊根據權重值融合計算，產生一新第一定位資訊以取代第一定位資訊。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
1‧‧‧多定位系統切換與融合校正裝置
10‧‧‧第一感測裝置
12‧‧‧第二感測裝置
14‧‧‧中央處理器
16‧‧‧雲端資料庫
2‧‧‧建立權重分配表系統
20‧‧‧感測裝置
22‧‧‧標準定位裝置
24‧‧‧中央處理裝置
第一圖係為本發明之系統方塊圖。
第二圖係為本發明之步驟流程圖。
第三圖係為本發明下載地圖資訊之步驟流程圖。
第四圖係為本發明建立權重分配表之系統方塊圖。
第五圖係為本發明建立權重分配表之步驟流程圖。
本發明之多定位系統切換與融合校正方法及其裝置可針對目前環境進行有效的定位校正，使定位資訊達到最佳化。請參照第一圖，以說明本發明多定位系統切換與融合校正裝置1之系統架構，本實施例之多定位系統切換與融合校正裝置1係裝設在一車輛上，以作為車輛的車機系統之定位裝置，定位校正系統1包括至少一第一感測裝置10、至少一第二感測裝置12、一中央處理器14 以及一雲端資料庫16，第一感測裝置10與第二感測裝置12皆電性連接中央處理器14，而中央處理器14更與雲端資料庫16連接。
其中第一感測裝置10與第二感測裝置12可為慣性感測裝置或光學感測裝置，本實施例舉例第一感測裝置10係為慣性感測裝置，如角速度感測裝置，或可為全球定位(Global Positioning System，GPS)感測裝置，第二感測裝置12則為光學感測裝置，如攝影感測裝置或雷感測器(Lidar seneor)。中央處理器14為計算機裝置以進行資料的處理，且中央處理器14內存有至少一權重分配表，權重分配表內設有包括有複數感測裝置，以及對應每一個感測裝置的權重值。雲端資料庫16則為設置在遠端的計算機裝置，雲端資料庫16內存有多張不同地點以及不同類型的地圖資訊，如每一個不同地點都可能存有一組二維的車道線地圖資訊、道路號誌地圖資訊，或三維的三維點雲圖或色彩(RGB-D)地圖資訊。
本實施例舉例中央處理器14內存有複數權重分配表，使不同地點的地圖資訊可被對應分配不同的權重分配表，因此本案即可針對不同環境地點的地圖資訊給予不同的權重分配表，以給予感測裝置不同的權重分配。
在說明完本發明之架構，接下來請參照第一圖與第二圖，以詳細說明本發明定位校正方法之步驟流程，首先請參照步驟S10，選擇至少一第一感測裝置10，使第一感測裝置10產生一第一感測資訊並傳遞至中央處理器14，本實施例舉例第一感測裝置10為角速度感測裝置，因此中央處理器14即可根據一起始位置，及第一感測資訊之距離、速度及角度等資訊推算出車輛所在的目前位置，以產生一第一定位資訊。
接下來進入步驟S12，中央處理器14將第一定位資訊傳遞至雲端資料庫16中，並進入步驟S14，雲端資料庫16再根據第一定位資訊的位置，於雲端資料庫16中下載對應的至少一地圖資訊，其中在下載地圖資訊之步驟更包括可判斷雲端資料庫16內是否具有對應二維(2D)地圖資訊。詳細說明如下，請配合 參照第三圖，在下載地圖資訊時，首先請參步驟S142，雲端資料庫16判斷所有的二維(2D)地圖資訊中，是否具有包含到第一定位資訊之前方15公尺的範圍的二維地圖資訊，若否，雲端資料庫16中沒有符合第一定位資訊的二維地圖資訊時，則進入步驟S144，雲端資料庫16直接提供包含有第一定位資訊的至少一三維(3D)地圖資訊給中央處理器14進行下載，由於三維地圖資訊的定位精準度較高，故中央處理器14可直接以三維地圖資訊內，對應第一定位資訊之位置成為新第一定位資訊，以取代第一定位資訊，並回復至步驟S12，將第一定位資訊傳遞至雲端資料庫16中之步驟；但若是，雲端資料庫16判斷具有符合的二維地圖資訊時，則進入步驟S146，雲端資料庫16提供所有符合的二維地圖資訊給中央處理器14進行下載，並進入下一步驟S16。因此，步驟S14的判斷步驟可根據第一定位資訊判斷雲端是否具有可下載的二維地圖資訊使用，若雲端中具有二維地圖資訊可使用，就不需用到下載資料量較大的三維地圖資訊，如點雲圖等，因此本發明之方法具有能減少下載資料量的特點。
接下來請回復參照第一圖與第二圖，並請參照步驟S16，中央處理器14下載到符合的二維地圖資訊之後，利用至少一第二感測裝置12偵測周圍是否具有至少一特徵物件，其中特徵物件可為車道線或道路號誌等，本實施例舉例第二感測裝置12為攝影感測裝置，因此可拍攝到前方的影像，使中央處理器14根據所拍攝到的影像，偵測前方是否具有車道線或道路號誌等特徵物件，若否，沒有偵測到特徵物件時，則回復至步驟S10，使第一感測裝置10產生第一感測資訊，並根據起始位置與第一感測資訊推算出目前位置，以產生一第一定位資訊之步驟；但若是，中央處理器14判斷有偵測到特徵物件時，則進入步驟S18，第二感測裝置12可取得特徵物件與目前位置的一距離資訊，以將距離資訊傳遞至中央處理器14，中央處理器14並選擇對應具有特徵物件之地圖資訊；舉例來說，本實施例舉例特徵物件為道路號誌，中央處理器14可取得道路號誌與目前位置的 距離，以產生距離資訊，並且從雲端資料庫16下載的多張地圖資訊中，找到具有道路號誌的道路號誌地圖資訊，並進入下一步驟S20。
如步驟S20所示，中央處理器14判斷地圖資訊中特徵物件的位置與距離資訊，以計算出在地圖資訊中的目前位置，並據其產生至少一第二定位資訊；舉例來說，中央處理器14可由道路號誌地圖資訊中，搜尋對應第二感測裝置12所偵測到的道路號誌，以取得道路號誌地圖資訊中該道路號誌所在之位置的座標點後，根據距離資訊推算出在道路號誌地圖資訊中車輛目前所在位置的座標點，以將此座標點作為第二定位資訊。最後進入步驟S22，中央處理器14選擇對應地圖資訊所搭配的權重分配表，以取得第一感測裝置10與第二感測裝置12之權重值，使第一定位資訊與第二定位資訊根據權重值融合計算，產生一新第一定位資訊以取代第一定位資訊，並回復至將第一定位資訊傳遞至雲端資料庫16之步驟；舉例來說，中央處理器14選擇該地點之道路號誌地圖資訊搭配的權重分配表，以取得權重分配表內第一感測裝置10與第二感測裝置12之權重值，以提供第一定位資訊與第二定位資訊根據權重值融合計算，產生一新第一定位資訊以取代第一定位資訊。
由上述可知，本發明所使用的地圖資訊可根據定位資訊進行地圖資訊的雙向切換，當載有多定位系統切換與融合校正裝置1的車輛離開當下位置時，感測裝置仍可持續判斷第一定位資訊，以並根據第一定位資訊進行地圖資訊的切換。
接下來請參照第四圖以及第五圖，以詳細說明上述權重分配表如何取得，首先請參照第四圖，以說明建立權重分配表所使用之系統，建立權重分配表系統2亦安裝在一車輛上，其可根據車輛移動至不同的地點，以建立不同地點之地圖資訊所搭配的權重分配表。建立權重分配表系統2包括複數感測裝置20，其包括了上述的第一感測裝置10以及第二感測裝置12。一標準定位裝置22可 為實時動態載波相位差分技術(Real Time Kinematic，RTK)定位裝置，標準定位裝置22可偵測目前所在的位置產生一標準定位資訊。除此之外，標準定位裝置22亦可為慣性定位裝置或光學定位裝置，由於實時動態載波相位差分技術訊號會受到衛星屏蔽影響，而導致無法透過計算距離誤差值產生信心度參數，此時則可使用可慣性定位裝置或光學定位裝置產生標準定位資訊，因此標準定位裝置22並不以實時動態載波相位差分技術(Real Time Kinematic，RTK)定位裝置為限制，仍可使用慣性定位裝置或光學定位裝置等定位裝置。一中央處理器24可為計算機裝置，電性連接複數感測裝置20以及標準定位裝置22，以作為資料處理之裝置。
接下來請配合參照第五圖，以說明權重分配表的產生方法步驟，首先進入步驟S30，在一地點範圍內，利用複數感測裝置20產生複數感測資訊，並分別根據起始位置推算出複數對比定位資訊，舉例來說，當感測裝置20為加速度感測裝置時，中央處理器24即可根據一起始位置以及感測資訊之距離、速度及角度等資訊推算出目前位置之對比定位資訊；但當感測裝置20為影像感測裝置時，影像感測裝置感測前方的特徵物件，並取得目前位置與特徵物件的距離資訊後，即可根據地圖資訊中的特徵物件的對應位置以及距離資訊推算處目前位置之對比定位資訊。
接著進入步驟S32，中央處理器24將複數對比定位資訊分別與標準定位裝置22所產生的一標準定位資訊進行比對，以分別產生複數距離誤差值。接著進入步驟S34，中央處理器24將儲存複數距離誤差值，並根據一信心度方程式計算每一距離誤差值之信心度值，信心度方程式如下所示：C=Pr(w<v(x))其中C為信心度值，w為距離誤差值，v(x)為一誤差容忍範圍。
在產生每一個感測裝置的信心度之後，最後進入步驟S36，將中 央處理器24將信心度值越高的感測裝置20給予越高的權重值，並將複數感測裝置20及對應的權重值儲存，以產生權重分配表。
接著使用者即可移動至下一個地點範圍，再次使用上述權重分配表的產生方法，產生另一份權重分配表。因此，本發明可針對不同地點的地圖資訊產生不同的權重分配表，使本發明在校正定位資訊時，可針對不同環境及感測裝置取得不同的權重，令本發明之校正定位資訊時能有效根據目前環境對定位裝置進行校正，使定位資訊達到最佳化。
綜上所述，本發明可使多種感測裝置演算出產生的定位訊息互相融合，以針對目前環境進行有效的定位校正，使定位資訊達到最佳化，且產生的定位資訊即使在不同環境因素下，仍可保有一定的精準度，降低定位資訊的誤判。
唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

Claims (17)

  1. 一種多定位系統切換與融合校正方法，包括下列步驟： 選擇至少一第一感測裝置，以產生一第一感測資訊，並根據一起始位置與該第一感測資訊推算出目前位置，產生一第一定位資訊； 將該第一定位資訊傳遞至一雲端資料庫； 根據該第一定位資訊之位置，於該雲端資料庫中下載對應的至少一地圖資訊； 利用至少一第二感測裝置偵測周圍是否具有至少一特徵物件： 若否，則回復至選擇至少一該第一感測裝置，以產生該第一感測資訊，並根據該起始位置與該第一感測資訊推算出目前位置，產生該第一定位資訊之步驟；及 若是，取得該特徵物件與目前位置的一距離資訊，並選擇對應具有該特徵物件之該地圖資訊，並進入下一步驟； 根據該地圖資訊中該特徵物件的位置與該距離資訊，計算出在該地圖資訊中的目前位置，並據其產生一第二定位資訊；以及 根據至少一權重分配表取得對應該第一感測裝置與該第二感測裝置之權重值，使該第一定位資訊與第二定位資訊根據該權重值融合計算，產生一新第一定位資訊以取代該第一定位資訊，並回復至將該第一定位資訊傳遞至該雲端資料庫之步驟。
  2. 如請求項1所述之多定位系統切換與融合校正方法，其中該權重分配表的產生方法包括下列步驟： 複數感測裝置產生複數感測資訊，並分別根據該起始位置推算出複數對比定位資訊； 將該等對比定位資訊分別與一標準定位裝置之一標準定位資訊進行比對，以分別產生複數距離誤差值； 儲存該等距離誤差值，並根據一信心度方程式計算每一該距離誤差值之信心度值，該信心度方程式如下所示：
    Figure TWI674393B_C0001
    其中該
    Figure TWI674393B_C0002
    為該信心度值，該
    Figure TWI674393B_C0003
    為該距離誤差值，該
    Figure TWI674393B_C0004
    為一誤差容忍範圍；以及 將該信心度值越高的該感測裝置給予越高的該權重值，並將該等感測裝置及對應的該權重值儲存，以產生該權重分配表。
  3. 如請求項2所述之多定位系統切換與融合校正方法，其中該標準定位裝置係為實時動態載波相位差分技術(Real Time Kinematic，RTK)定位裝置。
  4. 如請求項1所述之多定位系統切換與融合校正方法，其中該特徵物件係為車道線或道路號誌。
  5. 如請求項1所述之多定位系統切換與融合校正方法，其中根據該第一定位資訊之位置，於該雲端資料庫中對應下載至少一該地圖資訊之步驟中更包括，判斷該雲端資料庫內是否具有對應該第一定位資訊之位置的二維(2D)地圖資訊： 若是，則下載至少一該二維地圖資訊，並進入至少一該第二感測裝置之該感測裝置偵測周圍是否具有至少一該特徵物件之步驟；及 若否，則下載至少一三維(3D)地圖資訊，並直接以該三維地圖資訊內對應該第一定位資訊之位置成為該新第一定位資訊後，以取代該第一定位資訊，並進入將該第一定位資訊傳遞至該雲端資料庫之步驟。
  6. 如請求項5所述之多定位系統切換與融合校正方法，其中該三維地圖資訊係為三維點雲地圖資訊或色彩(RGB-D)地圖資訊。
  7. 如請求項5所述之多定位系統切換與融合校正方法，其中該二維地圖資訊係為車道線定位地圖資訊、道路號誌地圖資訊。
  8. 如請求項1所述之多定位系統切換與融合校正方法，其中該第一感測裝置為慣性感測裝置；該第二感測裝置為光學感測裝置。
  9. 一種多定位系統切換與融合校正裝置，包括： 至少一第一感測裝置，產生一第一感測資訊； 至少一第二感測裝置，偵測至少一特徵物件並取得該特徵物件與目前位置的一距離資訊；以及 一中央處理器，電性連接該第一感測裝置與該第二感測裝置，以接收該第一感測資訊與該距離資訊，該中央處理器可根據一起始位置與該第一感測資訊推算出目前位置，產生一第一定位資訊，並將該第一定位資訊傳遞至一雲端資料庫，使該雲端資料庫中可根據該第一定位資訊之位置，將對應的至少一地圖資訊傳遞至該中央處理器，該中央處理器根據該地圖資訊中該特徵物件的位置與該距離資訊，計算出在該地圖資訊中的目前位置，並據其產生一第二定位資訊，該中央處理器再根據至少一權重分配表取得對應該第一感測裝置與該第二感測裝置之權重值，使該第一定位資訊與第二定位資訊根據該權重值融合計算，產生一新第一定位資訊以取代該第一定位資訊。
  10. 如請求項9所述之多定位系統切換與融合校正裝置，其中該權重分配表內包括複數感測裝置，及對應的該權重值。
  11. 如請求項9所述之多定位系統切換與融合校正裝置，其中該權重分配表係利用複數感測裝置產生複數感測資訊，並分別根據該起始位置推算出複數對比定位資訊，使該等對比定位資訊分別與一標準定位裝置之一標準定位資訊進行比對，以分別產生複數距離誤差值；並根據一信心度方程式計算每一該距離誤差值之信心度值，該信心度方程式如下所示：
    Figure TWI674393B_C0001
    其中該
    Figure TWI674393B_C0002
    為該信心度值，該
    Figure TWI674393B_C0003
    為該距離誤差值，該
    Figure TWI674393B_C0004
    為一誤差容忍範圍；最後將該信心度值越高的該感測裝置給予越高的該權重值，並將該等感測裝置及對應的該權重值儲存，以產生該權重分配表。
  12. 如請求項11所述之多定位系統切換與融合校正裝置，其中該標準定位裝置係為實時動態載波相位差分技術(Real Time Kinematic，RTK)定位裝置。
  13. 如請求項9所述之多定位系統切換與融合校正裝置，其中該特徵物件係為車道線或道路號誌。
  14. 如請求項9所述之多定位系統切換與融合校正裝置，其中該中央處理器更可由該雲端資料庫下載至少一二維(2D)地圖資訊或至少一三維(3D)地圖資訊，當該中央處理器係下載該三維地圖資訊，該中央處理器則可在該三維地圖資訊內取得對應該第一定位資訊之位置，成為該新第一定位資訊，以取代該第一定位裝置。
  15. 如請求項14所述之多定位系統切換與融合校正裝置，其中該三維地圖資訊係為三維點雲地圖資訊或色彩(RGB-D)地圖資訊。
  16. 如請求項14所述之多定位系統切換與融合校正裝置，其中該二維地圖資訊係為車道線定位地圖資訊、道路號誌地圖資訊。
  17. 如請求項9所述之多定位系統切換與融合校正裝置，其中該第一感測裝置為慣性感測裝置；該第二感測裝置為光學感測裝置。
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