WO2021005687A1 - 位置推定装置および位置推定方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a technique for estimating the position of a moving body.
- the vehicle position information indicated by the vehicle information is acquired by using positioning satellites such as GPS (Global Positioning System), GNSS (Global Navigation Satellite System), and QZSS (Quasi-Zenith Satellite System).
- positioning satellites such as GPS (Global Positioning System), GNSS (Global Navigation Satellite System), and QZSS (Quasi-Zenith Satellite System).
- the position information acquired by using the positioning satellite includes errors in the ionosphere of the signal, multipath due to buildings and the like, and errors due to system delay.
- Techniques such as dead reckoning or map matching exist to mitigate the effects of this error.
- Dead reckoning is a technique for performing position estimation using an angular velocity obtained from a gyro sensor and a vehicle speed pulse obtained from a vehicle speed sensor.
- Map matching is a technology for estimating the position by associating the position of a vehicle with a road on map information. However, in either technique, an error occurs depending on the sensor accuracy or the map accuracy.
- Patent Document 1 states that when the accuracy of positioning deteriorates, the position of a vehicle located in the vicinity is acquired by communication between terminals, and the distance to the vehicle is calculated from the position information. Based on this, a technique for estimating the position is described.
- Patent Document 2 when performing position correction using a ground target whose position is accurate, position correction is performed by dividing into an area where position correction is performed and an area where position correction is not performed according to the driving environment.
- the technology to be used is described.
- Patent Document 1 when the position accuracy of the target vehicle, which is the target vehicle for position measurement, is lowered, the position information of the non-target vehicle having high position accuracy and the distance between the target vehicle and the non-target vehicle are used. The position of the target vehicle is corrected. However, since the position information with reduced accuracy is used to calculate the distance, the position cannot be estimated with high accuracy.
- an object of the present invention is to continuously estimate the position with high accuracy while the moving body is traveling.
- the position estimation device of the present invention is mounted on a mobile body, and is a moving body that is mounted by using either satellite positioning using a positioning satellite or radio wave positioning using wireless communication. It includes a position estimation unit that estimates the position of the body, and a positioning means selection unit that switches the positioning means that the position estimation unit uses to estimate the position of the target moving body based on the traveling environment or the surrounding environment of the target moving body.
- FIG. It is a block diagram which shows the structure of the position estimation apparatus of Embodiment 1.
- FIG. It is a figure which shows the hardware configuration of the storage device of Embodiment 1.
- FIG. It is a figure which shows the positioning means switching table. It is a figure which shows the switching example of the positioning means.
- It is a flowchart which shows the operation of the position estimation apparatus of Embodiment 1.
- It is a block diagram which shows the structure of the position estimation apparatus of Embodiment 2.
- FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the position estimation device 101 of the first embodiment.
- the position estimation device 101 is a device that estimates the position of the moving body.
- the target moving body whose position is estimated by the position estimating device 101 is also referred to as a target moving body.
- the target vehicle 200 is shown as an example of the target moving body.
- the target vehicle 200 is also referred to as a target vehicle.
- the position estimation device 101 is realized by the computer of the target vehicle 200.
- the position estimation device 101 is connected to a GNSS (Global Navigation Satellite System) receiver 20 and a mobile sensor 21 mounted on the target vehicle 200, and is configured to be available.
- the position estimation device 101 may be mounted on the target vehicle 200, the GNSS receiver 20 or the mobile sensor 21 in an integrated form or an inseparable form, and may be in a removable form or a separable form. It may be implemented in.
- the position estimation device 101 includes a processor 10, a storage device 15, a satellite positioning interface 11, a vehicle sensor interface 12, and a communication interface 13.
- the satellite positioning interface 11 is a receiver that receives data from the GNSS receiver 20.
- the standard of the satellite positioning interface 11 is USB (Universal Serial Bus) or RS-232C (Recommended Standard 232).
- the vehicle sensor interface 12 is a device for connecting the mobile sensor 21 to the processor 10.
- the moving body sensor 21 is a speed sensor, an acceleration sensor, an orientation sensor, an electric power steering (EPS: Electric Power Steering), or the like.
- EPS Electric Power Steering
- the vehicle sensor interface 12 is a sensor ECU (Electronic Control Unit).
- the communication interface 13 includes a receiver and a transmitter.
- the receiver receives the radio wave positioning information 23 from the peripheral mobile body and the base station, or detects the arrival angle of the radio wave or the time required for transmission / reception.
- the transmitter sends data.
- the communication interface 13 is a communication chip or a NIC (Network Interface Card).
- the communication interface 13 uses a communication protocol such as DSRC (Dedicated Short Range Communications) or IEEE802.11p dedicated to vehicle communication. Further, the communication interface 13 may use a mobile phone network such as LTE (Long Term Evolution, registered trademark) or a 5th generation mobile communication system (5G). Further, the communication interface 13 may use a wireless LAN such as IEEE802.11a / b / g / n or Bluetooth (registered trademark).
- the radio wave positioning information 23 includes position information positioned by cellular positioning, 5G positioning, or WiFi positioning in which position estimation is performed using LTE, 5G, wireless LAN, or the like. Further, the radio wave positioning information 23 includes position accuracy information in addition to position information.
- Cellular positioning, 5G positioning, and WiFi positioning are OTDOA (Observed Time Difference of Arrival) methods that perform position estimation using the received power of radio waves, the time difference required for transmission and reception, and the arrival angle of radio waves, and E-CID (Enhanced-).
- OTDOA Observed Time Difference of Arrival
- E-CID Enhanced-
- the CellID) method and the UTODA (Uplink-Time Difference of Arrival) method may be used, and the method is not limited thereto.
- the processor 10 is connected to other hardware via a signal line and controls these other hardware.
- the processor 10 is an IC (Integrated Circuit) for executing an instruction described in a program to execute processing such as data transfer, calculation, processing, control, or management.
- the processor 10 has an arithmetic circuit, registers, and a cache memory. Instructions and information are stored in registers and cache memory.
- the processor 10 is a CPU (Central Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), or a GPU (Graphics Processing Unit).
- the storage device 15 stores the map information 5 and the positioning means switching table 6. As shown in FIG. 2, the storage device 15 is realized by the memory 151 and the storage 152. Specifically, the memory 151 is a RAM (RandomAccessMemory). Specifically, the storage 152 is an HDD (Hard Disk Drive). The storage 152 is a portable storage medium such as an SD (Secure Digital, registered trademark) memory card, CF (Compact Flash Memory), NAND flash, flexible disk, optical disk, compact disk, Blu-ray (registered trademark) disk, or DVD. There may be.
- SD Secure Digital, registered trademark
- CF Compact Flash Memory
- NAND flash NAND flash
- the position estimation device 101 includes a position estimation unit 1, a position correction unit 2, and a positioning means selection unit 3 as functional components.
- the functions of the position estimation unit 1, the position correction unit 2, and the positioning means selection unit 3 are realized by software.
- the storage 152 of the storage device 15 stores a program that realizes the functions of each functional component of the position estimation device 101. This program is read into memory 151 by processor 10 and executed by processor 10. As a result, the functions of the position estimation unit 1, the position correction unit 2, and the positioning means selection unit 3 are realized.
- Information, data, signal values, and variable values indicating the processing results of the position estimation unit 1, the position correction unit 2, and the positioning means selection unit 3 are stored in the memory 151 or a register or cache memory in the processor 10. In the following description, it is assumed that the information, data, signal value, and variable value indicating the processing results of the position estimation unit 1, the position correction unit 2, and the positioning means selection unit 3 are stored in the memory 151.
- processors 10 Only one processor 10 is shown in FIG. However, the number of processors 10 may be plural, and the plurality of processors 10 may cooperate with each other to execute programs that realize the functions of the position estimation unit 1, the position correction unit 2, and the positioning means selection unit 3.
- the operation of the position estimation device 101 corresponds to the position estimation method of the first embodiment.
- FIG. 3 illustrates the positioning means switching table 6.
- the positioning means switching table 6 describes the environmental conditions when the position estimation device 101 switches the positioning means, an environment example that matches the conditions, and the positioning means used by the position estimation device 101.
- the position estimation device 101 uses satellite positioning.
- An open sky is a place where there is nothing to block the sky around.
- the accuracy of satellite positioning deteriorates, so that the position estimation device 101 uses radio wave positioning.
- Places where it is difficult to estimate the position by satellite positioning or dead reckoning include roads with many multipaths, roads with large irregularities on the road surface, and roads with large changes in altitude.
- the position estimation device 101 uses radio wave positioning. As a method of estimating the traveling environment, the position estimation device 101 may estimate by pre-reading a map, or may estimate using a traveling speed, the number of observation satellites, a gyro sensor, an acceleration sensor, or the like.
- Switching to radio wave positioning is limited to cases where the position accuracy of radio wave positioning is reliable.
- the position estimation device 101 performs position estimation by dead reckoning instead.
- the positioning means switching table 6 shown in FIG. 3 is an example.
- the position estimation device 101 may switch the positioning means according to other environments not illustrated in FIG. 3, or may use other positioning means not illustrated in FIG.
- the multipath environment A1 and the grade separation A2 exist in the traveling direction of the target vehicle 200.
- the target vehicle 200 is in a state where satellite positioning by communication with satellite G1 and radio wave positioning by communication with cellular base stations B1 and B2 are possible. Therefore, the target vehicle 200 uses satellite positioning in the open sky sections L1 and L3, and uses radio wave positioning in the section L2 including the multipath environment A1 and the section L4 including the grade separation A2.
- the section L2 is a section including the margin sections ⁇ L before and after the multipath environment A1.
- the section L4 is a section including the margin sections ⁇ L before and after the grade separation A2 in addition to the grade separation A2.
- the reason why the margin section ⁇ L is set in this way is that the position accuracy due to satellite positioning may deteriorate immediately before entering the multipath environment and grade separation.
- the length of the margin section ⁇ L may be different between the case of the multipath environment A1 and the case of the grade separation A2, and may be different before and after the multipath environment A1 or before and after the grade separation A2. ..
- the operation of the position estimation device 101 is roughly a position estimation process by satellite positioning and dead reckoning, a position estimation process by radio wave positioning, a determination process of positioning means switching conditions, and a position correction process. These processes are repeatedly executed while the target vehicle 200 is moving and temporarily stopped.
- the position estimation unit 1 acquires satellite positioning information from the GNSS receiver 20 mounted on the target vehicle 200 via the satellite positioning interface 11, and estimates the position of the target vehicle 200 based on the satellite positioning information (step S101). ..
- the satellite positioning information includes information such as the position, time, speed, traveling direction, number of observation satellites, accuracy of each data, positioning mode, and angle with each satellite of the target vehicle 200.
- the position estimation unit 1 stores the satellite positioning information in the memory 151 and notifies the positioning means selection unit 3.
- GNSS supports any or all of satellite positioning systems such as GPS (Global Positioning System), GLONASS, Galileo, and Quasi-Zenith Satellite (QZSS).
- the position correction unit 2 performs map matching and dead reckoning to correct the position of the target vehicle 200 estimated in step S101 (step S102). Specifically, the position correction unit 2 acquires the map information 5, and based on the position and orientation of the target vehicle 200 estimated by satellite positioning, determines the road estimated to be the closest to the current position of the target vehicle 200. The position of the target vehicle 200 is corrected by associating it with the current position. This is map matching. Further, the position correction unit 2 acquires the detection information of the gyro sensor and the acceleration sensor of the target vehicle 200 via the vehicle sensor interface 12, and calculates the movement amount and the movement angle of the target vehicle 200.
- the position correction unit 2 corrects the position of the target vehicle 200 based on the above-mentioned movement amount and movement angle, starting from the position by the latest satellite positioning until the satellite positioning information is updated.
- Map matching and dead reckoning are performed as a complement to position estimation during periods when satellite positioning is not performed, or as position estimation when satellite positioning is disabled.
- the corrected position information of the target vehicle 200 is written in the memory 151 by the position correction unit 2 and read out by the position estimation unit 1.
- Position correction by map matching and dead reckoning is performed based on the latest positioning satellite information, for example, every fixed time or every fixed distance traveled. Although the case where the position correction unit 2 performs both map matching and dead reckoning has been described above, only one of them may be performed.
- the positioning means selection unit 3 acquires the radio wave positioning information 23 via the communication interface 13 (step S103).
- the communication interface 13 communicates with a mobile base station, a WiFi access point, a beacon, or the like, and estimates the position of the target vehicle 200 from the time difference required for the communication, the arrival angle of the radio wave, or the reception strength of the radio wave.
- the position estimation by radio wave positioning is often performed by a mobile base station, an access point, a server, or the like, but the position estimation device 101 may perform the position estimation as described above.
- the positioning means selection unit 3 acquires the position information estimated by the radio wave positioning as the radio wave positioning information 23.
- the radio wave positioning method include, but are not limited to, the E-CID (Enhanced Cell ID) method and the OTDOA (Observed Time Difference Of Arrival) method used in LTE (Long Term Evolution).
- the positioning means selection unit 3 determines the positioning means to be used according to the positioning means switching table 6 (step S104). Specifically, the positioning means selection unit 3 uses the map matching result of step S102 to pre-read the map of the route on which the target vehicle 200 will travel, and sets the underground area, tunnel, grade separation, road gradient, etc. on the route. Alternatively, acquire the road altitude as the driving environment. Further, the positioning means selection unit 3 acquires the number of observation satellites from the satellite positioning information, and acquires the number of terminals around the target vehicle 200, the installation density of the base station, and the like from the radio wave positioning information 23. These correspond to the surrounding environment. The positioning means selection unit 3 determines the positioning means to be used according to the positioning means switching table 6 based on the traveling environment and the surrounding environment of the target vehicle 200 thus acquired.
- the positioning means selection unit 3 may receive position accuracy information of radio wave positioning and satellite positioning of the peripheral vehicle from the position estimation device 102 mounted on the peripheral vehicle traveling in front of the target vehicle 200. Then, the positioning means selection unit 3 predicts the future deterioration of the position accuracy of the target vehicle 200 from the position accuracy information of the surrounding vehicle, and if the deterioration of the position accuracy of the satellite positioning is predicted, the positioning is performed by radio wave positioning. The means may be switched.
- the positioning means selection unit 3 determines whether the position accuracy of the radio wave positioning is equal to or higher than the threshold value (step S105). Specifically, the positioning means selection unit 3 determines the position accuracy of the radio wave positioning from the position information and the position accuracy information acquired from the radio wave positioning information 23.
- the case where the position accuracy of radio wave positioning is equal to or more than the threshold value means, for example, the case where the variance 2 ⁇ is 0.5 m or less
- the case where the position accuracy of radio wave positioning is less than the threshold value means, for example, the case where the variance 2 ⁇ is 2.0 m or more.
- the position accuracy may be determined by probability or by positioning means in addition to the variance in the normal distribution.
- the positioning means selection unit 3 adopts the radio wave positioning as the positioning means and notifies the position estimation unit 1 of the radio wave positioning information 23 via the position correction unit 2. .. Then, the position estimation unit 1 estimates the position of the target vehicle 200 based on the radio wave positioning information 23 (step S106). In this way, the estimated position of the target vehicle 200 is updated.
- the position estimation unit 1 registers the position of the target vehicle 200 estimated in step S106 in the memory 151, and completes the process.
- the positioning means selection unit 3 determines that satellite positioning or dead reckoning is used as the positioning means in step S104, and when the position accuracy of radio wave positioning is less than the threshold value in step S105, the position estimation by the radio wave positioning information 23 is not performed. .. In this case, the position correction unit 2 may perform dead reckoning again to correct the position of the target vehicle 200. The corrected position of the target vehicle 200 is notified from the position correction unit 2 to the position estimation unit 1, and the position estimation unit 1 registers this in the memory 151 to complete the process.
- the position estimation device 101 performs position correction by dead reckoning based on satellite positioning, and performs position estimation by radio wave positioning when the position accuracy of satellite positioning deteriorates.
- the position estimation device 101 may perform position correction by dead reckoning based on radio wave positioning, and may perform position estimation by satellite positioning when the position accuracy of radio wave positioning deteriorates.
- the satellite positioning interface 11 is connected to the positioning means selection unit 3 and the communication interface 13 is connected to the position estimation unit 1 in FIG.
- the operation of the position estimation device 101 is described in ⁇ A-2. In the explanation of operation>, radio wave positioning and satellite positioning are replaced with each other.
- the position estimation device 101 may dynamically switch which of satellite positioning and radio wave positioning is used as a reference based on the accuracy information of both positionings.
- FIG. 4 shows an example in which when the target vehicle 200 enters a point that matches the switching condition of the positioning means switching table of FIG. 3, the positioning means is switched earlier by the margin section ⁇ L.
- the position estimation device 101 may preferentially use the position estimation by dead reckoning over the radio wave positioning in the margin section ⁇ L. Further, the position estimation device 101 may switch the positioning means to radio wave positioning when the target vehicle 200 enters the multipath environment A1 or the grade separation A2 without providing the margin section ⁇ L.
- the position estimation device 101 learns the past traveling results of the target vehicle 200, and based on the learning results, makes it possible to use the positioning means having the highest accuracy under the same traveling environment or the surrounding environment in the past.
- the positioning means switching table may be updated automatically.
- each functional component of the position estimation device 101 is realized by software. However, the functions of each functional component of the position estimation device 101 may be realized by hardware.
- the position estimation device 101 includes a satellite positioning interface 11, a vehicle sensor interface 12, a communication interface 13, and an electronic circuit.
- the electronic circuit is a dedicated electronic circuit that realizes the functions of the functional components of the position estimation device 101 and the functions of the storage device.
- each functional component As the electronic circuit, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, a logic IC, a GA (Gate Array), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and an FPGA (Field-Programmable Gate Array) are assumed. Will be done.
- the function of each functional component may be realized by one electronic circuit, or the function of each functional component may be distributed and realized in a plurality of electronic circuits.
- the processor 10, the storage device 15, and the electronic circuit are collectively referred to as a processing circuit.
- the position estimation device 101 of the first embodiment is mounted on a mobile body and is mounted on the mobile body by using either satellite positioning using a positioning satellite or radio wave positioning using wireless communication.
- Positioning means selection unit 3 that switches between the position estimation unit 1 that estimates the position of a target moving body and the positioning means that the position estimation unit 1 uses to estimate the position of the target moving body based on the traveling environment or the surrounding environment of the target moving body. And.
- the position estimation device 101 dynamically switches the positioning means based on the traveling environment and the surrounding environment of the moving body. Therefore, in a place where the position accuracy of a certain positioning means is lowered, another positioning with good position accuracy is performed. By switching to the means, highly accurate position estimation can be continued while the moving body is traveling.
- FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the position estimation device 102 according to the second embodiment.
- FIG. 6 shows a position estimation device 102 mounted on the target vehicle 200.
- the position estimation device 102 is mounted not only on the target vehicle 200 but also on peripheral vehicles traveling around the target vehicle 200, and the position information and the sensing information are communicated between the position estimation devices 102 mounted on each vehicle.
- the position estimation device 102 mounted on the target vehicle 200 corrects the position of the target vehicle 200 by using the position information and the sensing information of the peripheral vehicle received from the position estimation device 102 mounted on the peripheral vehicle.
- the position estimation device 102 includes a communication processing unit 4, a peripheral monitoring sensor interface 14, and a position correction selection table 7 in addition to the configuration of the position estimation device 101 of the first embodiment.
- the communication processing unit 4 is realized by the processor 10 executing a program stored in the memory 151.
- the position correction selection table 7 is stored in the storage device 15.
- the communication processing unit 4 acquires the position information of the target vehicle 200 estimated by the position estimation unit 1 by satellite positioning and the sensing information of the peripheral monitoring sensor 22 from the positioning means selection unit 3, and the peripheral vehicle via the communication interface 13. Send to.
- the peripheral vehicle is an example of a peripheral moving body.
- the communication processing unit 4 receives the position information of the peripheral vehicle by satellite positioning and the sensing information of the peripheral monitoring sensor 22 mounted on the peripheral vehicle from the position estimation device 102 mounted on the peripheral vehicle.
- the positioning means selection unit 3 of the second embodiment acquires the radio wave positioning information 23 via the communication processing unit 4.
- the peripheral monitoring sensor 22 is a sensor mounted on the target vehicle 200, and determines the distance, angle, position, accuracy, type, lane markings, signals, signs, etc. with obstacles such as automobiles, pedestrians, and bicycles. To detect.
- vehicles existing around the target vehicle 200 are also included in the obstacles.
- the information detected by the peripheral monitoring sensor 22 is collectively referred to as sensing information.
- the position information of satellite positioning, the position information of radio wave positioning, the mobile sensor information, and the sensing information managed by the position estimation device 102 are referred to as target information 24.
- the position information, the mobile sensor information, and the sensing information received from the peripheral vehicle are referred to as peripheral information 25.
- the peripheral monitoring sensor interface 14 is a device including a receiver that receives the sensing information of the peripheral monitoring sensor 22.
- the peripheral monitoring sensor interface 14 is specifically a sensor ECU, CAN (Controller Area Network), or RS-232C.
- the positioning means selection unit 3 acquires the sensing information of the peripheral monitoring sensor 22 via the peripheral monitoring sensor interface 14 and notifies the communication processing unit 4 and the position correction unit 2.
- step S203 the communication processing unit 4 acquires the position information of the target vehicle 200 and the sensing information of the peripheral monitoring sensor 22 (hereinafter, simply referred to as “sensing information”) from the positioning means selection unit 3, and communicates these information. It is transmitted to surrounding vehicles and base stations via the interface 13.
- the position information of the target vehicle 200 transmitted here is either satellite-positioned position information or position information corrected by at least one of map matching or dead reckoning based on satellite positioning.
- the positioning means selection unit 3 receives the position information and the sensing information of the peripheral vehicle from the position estimation device 102 mounted on the peripheral vehicle via the communication processing unit 4.
- the position information of the surrounding vehicles received here is either satellite-positioned position information or position information corrected by at least one of map matching or dead reckoning based on satellite positioning. Further, the positioning means selection unit 3 receives radio wave positioning information via the communication processing unit 4 (step S204).
- the positioning means selection unit 3 grasps the position accuracy of radio wave positioning from the position accuracy information included in the radio wave positioning information 23, and grasps the position accuracy of satellite positioning based on the positioning means switching table 6. Then, the positioning means selection unit 3 determines whether or not the position accuracy of at least one of radio wave positioning and satellite positioning deteriorates now or in the future (step S205). Deterioration of the position accuracy of satellite positioning is typically estimated by estimating the traveling environment using map look-ahead, traveling speed, number of observation satellites, gyro sensor, acceleration sensor, or the like.
- step S205 If it is determined in step S205 that there is no deterioration in the current or future position accuracy, the position correction based on the position relative to the surrounding vehicle is not performed, and the position estimation device 102 ends the process.
- the positioning means selection unit 3 refers to the position correction selection table 7 based on the target information 24, the peripheral information 25, and the radio wave positioning information 23.
- the moving body and the position correction method are selected (step S206).
- the position correction unit 2 corrects the position of the target vehicle 200 based on the relative positions of the target vehicle 200 and the surrounding vehicles (step S207). The detailed procedure of this position correction will be described later in FIG.
- the position correction unit 2 notifies the position estimation unit 1 of the corrected position information, and completes the process.
- the position correction selection table 7 will be described with reference to FIG.
- the position correction selection table 7 it is determined whether the reference moving body is the target vehicle or the peripheral vehicle according to the position accuracy of the target vehicle 200 and the peripheral vehicle by satellite positioning.
- the reference moving body is a moving body that serves as a reference when performing position correction. Further, in the position correction selection table 7, the position correction method is determined according to the sensing accuracy and the radio wave positioning accuracy of the peripheral monitoring sensor 22.
- the positioning means selection unit 3 selects the peripheral vehicle as the reference moving body according to the position correction selection table 7.
- the positioning means selection unit 3 selects both sensing and radio wave positioning as the position correction method according to the position correction selection table 7.
- the positioning means selection unit 3 selects dead reckoning as the position correction method according to the position correction selection table 7.
- the position correction selection table 7 shown in FIG. 8 is an example.
- the positioning means selection unit 3 may select a reference moving body or a position correction method according to a traveling place or other conditions. Further, the positioning means selection unit 3 may select another positioning means not listed in the position correction selection table 7 of FIG. 8 as the position correction method.
- FIG. 9 shows the relative positional relationship between the target vehicle 200 and the peripheral vehicle 201 grasped by the position information of satellite positioning.
- satellite positioning By satellite positioning, the latitude xa and longitude ya of the target vehicle 200 are obtained, and the latitude xb and longitude yb of the peripheral vehicle 201 are obtained. From this information, the relative distance dp and the relative angle ⁇ p of the target vehicle 200 and the peripheral vehicle 201 are calculated.
- FIG. 10 shows the relative positional relationship between the target vehicle 200 and the peripheral vehicle 201 grasped by the sensing information.
- the peripheral monitoring sensor 22 mounted on the target vehicle 200 detects the relative distance ds and the relative angle ⁇ s with the peripheral vehicle 201.
- FIG. 11 shows the relative positional relationship between the target vehicle 200 and the peripheral vehicle 201 grasped by the radio wave positioning information 23.
- the relative distance dr of both vehicles is calculated from the transmission / reception time difference ⁇ that occurs in the communication between the target vehicle 200 and the peripheral vehicle 201.
- the radio wave arrival angle from the peripheral vehicle 201 is the relative angle ⁇ r of both vehicles.
- the positioning means selection unit 3 sets the position of the target vehicle 200 by positioning with high position accuracy among satellite positioning and radio wave positioning (step S301). This process corresponds to the process of steps S104 to S106 of FIG. 5 described in the first embodiment.
- the positioning means selection unit 3 receives the peripheral information 25 from the plurality of peripheral vehicles 201, and extracts the peripheral vehicle 201 with good position accuracy by referring to the peripheral information 25 (step S302).
- the positioning means selection unit 3 selects a reference moving body and a position correction method based on the position correction selection table 7 from the satellite positioning accuracy, sensing accuracy, and radio wave positioning accuracy of the target vehicle 200 and the peripheral vehicle 201 (). Step S303). In the following description, it is assumed that sensing is selected as the position correction method in this step.
- the position correction unit 2 calculates the relative distance dp and the relative angle ⁇ p of both vehicles from the satellite positioning information of the target vehicle 200 and the peripheral vehicle 201 (step S304).
- the position correction unit 2 calculates the relative distance and the relative angle between the target vehicle 200 and the peripheral vehicle 201 based on the reference moving body and the position correction method selected in step S303, and estimates the position of the target vehicle 200 ( Step S305). Specifically, when the reference moving body is the peripheral vehicle 201, the position correction unit 2 uses the sensing information or the radio wave positioning information in the peripheral vehicle 201 to determine the relative distance and the relative angle between the peripheral vehicle 201 and the target vehicle 200. The position that satisfies the above relative distance and relative angle is estimated as the position of the target vehicle 200 from the position of the satellite positioning of the peripheral vehicle 201. In this step, the position of the target vehicle 200 estimated using the sensing information is A ′, and the position of the target vehicle 200 estimated using the radio wave positioning information is A ′′. In the following description, it is assumed that the position A'is estimated in this step.
- the positioning means selection unit 3 selects the target vehicle 200 as the reference moving body, and the position correction unit 2 selects the sensing information in the target vehicle 200.
- the relative distance and relative angle between the peripheral vehicle 201 and the target vehicle 200 are calculated using the radio wave positioning information, and the position where the above relative distance and relative angle are satisfied from the satellite positioning position of the target vehicle 200 is the position of the peripheral vehicle 201. Estimate as. An example is shown in the case where the sensing accuracy and the radio wave positioning accuracy are high, but when one of them is inferior, the position correction unit 2 performs position correction using information with good accuracy.
- the position correction unit 2 confirms whether the position A and the position A'are separated from each other (step S306).
- the position correction unit 2 determines, for example, whether the position A and the position A'are separated by a certain distance or more.
- the present invention is not limited to this, and the position correction unit 2 may make a probabilistic determination by using the determination results a plurality of times.
- step S306 the position correction unit 2 does not perform the position correction by the position A', but performs the position correction by dead reckoning and completes the process (step S307).
- step S306 the position correction unit 2 corrects the current position A by the position A'(step S308).
- FIG. 13 shows an example of the correction process in step S308 when the peripheral vehicle 201 is used as the reference moving body and the sensing and radio wave positioning are used as the position correction methods.
- the position correction unit 2 calculates the position A of the target vehicle 200 from the relative distance dp and the relative angle ⁇ p of the target vehicle 200 and the peripheral vehicle 201.
- the positioning means selection unit 3 calculates the position A'of the target vehicle 200 from the relative distance ds and the relative angle ⁇ s of the target vehicle 200 and the peripheral vehicle 201.
- the positioning means selection unit 3 calculates the position A ′′ of the target vehicle 200 from the relative distance dr and the relative angle ⁇ r of the target vehicle 200 and the peripheral vehicle 201.
- the position correction unit 2 sets the center of gravity of A, A', A''as the position of the target vehicle 200.
- This position correction method is an example.
- the positioning means selection unit 3 may weight A, A', A'' from the position accuracy or the past probability, or may correct the position by a Kalman filter or a particle filter.
- the position correction unit 2 notifies the position estimation unit 1 of the current position of the target vehicle 200 corrected in this way.
- the position estimation device 102 corrects the position of the target vehicle 200 by using the relative position with one peripheral vehicle 201.
- the position correction process of the position estimation device 102 in that case will be described with reference to the flowchart of FIG.
- the positioning means selection unit 3 sets the position of the target vehicle 200 by positioning with high position accuracy among satellite positioning and radio wave positioning (step S401). This step is the same as step S301 of FIG.
- the positioning means selection unit 3 receives peripheral information 25 from a plurality of peripheral vehicles 201, and extracts N peripheral vehicles 201 with good position accuracy by referring to the peripheral information 25 (step S402).
- N is an integer of 3 or more.
- the positioning means selection unit 3 performs the processes of steps S403 to S405 for the N peripheral vehicles 201 extracted in step S402.
- Step S403 is the same as step S303 in FIG.
- the position correction unit 2 calculates the relative distance between the target vehicle 200 and the peripheral vehicle 201 from the satellite positioning information (step S404).
- the position correction unit 2 calculates the relative distance between the target vehicle 200 and the peripheral vehicle 201 using the position correction method selected in step S403 (step S405).
- the position correction unit 2 performs position correction by three-point survey (step S406). That is, the position correction unit 2 estimates the position of the target vehicle 200 having a relative distance Dn between the target vehicle 200 and the plurality of peripheral vehicles 201 by using the relative distance Dn between the target vehicle 200 and the plurality of peripheral vehicles 201. .. The relative distance Dn is different for each peripheral vehicle 201. Specifically, the position correction unit 2 draws a circle having a radius Dn centered on the position of the peripheral vehicle 201, and among the intersections of the circles, the intersection that does not deviate from the current position A is set as the position of the target vehicle 200. ..
- the position of the target vehicle 200 is estimated using only the relative distance Dn, but the position of the target vehicle 200 can be set within a specific range by considering the relative angle in addition to the relative distance Dn. It may be calculated by limiting to. In this case, in step S304 and step S305, the position correction unit 2 calculates the relative angle in addition to the relative distance Dn.
- the position estimation device 102 of the second embodiment receives satellite positioning information of the peripheral moving body and sensing information by the peripheral monitoring sensor 22 mounted on the peripheral moving body from the peripheral moving body traveling around the target moving body.
- the communication processing unit 4 is provided.
- the position correction unit 2 selects at least one of the sensing information and radio wave positioning by wireless communication between the target moving body and the peripheral moving body as the position correction method, and the target moving body and the peripheral moving body based on the selected position correction method.
- the position of the target moving body estimated by the position estimation unit 1 is corrected based on the satellite positioning information of the surrounding moving body and the relative distance. As described above, according to the position estimation device 102, the position of the target moving body can be estimated with high accuracy by correcting the position of the target moving body by the relative distance to the peripheral moving body.
- the position estimation device 102 corrects the position of the target moving body by the relative distance to three or more peripheral moving bodies, the position accuracy is improved.
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Abstract
本発明は、移動体の走行中に継続して高精度に位置を推定することを目的とする。位置推定装置(101)は、移動体に搭載され、測位衛星を用いた衛星測位と、無線通信を用いた電波測位の、いずれかの測位手段を用いて、搭載された移動体である対象移動体(200)の位置を推定する位置推定部(1)と、対象移動体(200)の走行環境または周辺環境に基づき、位置推定部(1)が対象移動体の位置の推定に用いる測位手段を切り替える測位手段選択部(3)と、を備える。
Description
この発明は、移動体の位置を推定する技術に関する。
車両情報が示す車両の位置情報は、GPS(Global Positioning System)とGNSS(Global Navigation Satellite System)、QZSS(Quasi-Zenith Satellite System)といった測位衛星を利用して取得される。しかし、測位衛星を利用して取得された位置情報には、信号の電離層における遅延、ビル等によるマルチパス、およびシステム遅延に起因する誤差が含まれる。この誤差の影響を軽減するために、デッドレコニングまたはマップマッチング等の技術が存在する。デッドレコニングは、ジャイロセンサから得られる角速度および車速センサから得られる車速パルスを用いて位置推定を実施する技術である。マップマッチングは、車両の位置を地図情報上の道路に紐づけることで位置を推定する技術である。しかし、いずれの技術でもセンサ精度または地図精度に依存して誤差が発生する。
こうした問題に対して、特許文献1には、位置測位の精度が劣化した場合、端末間の通信によって周辺に位置する車両の位置を取得し、位置情報から当該車両との距離を算出した結果に基づいて、位置を推定する技術が記載されている。
また、特許文献2では、位置が正確な地上目標物を用いた位置補正をする際、走行環境に応じて、位置補正を実施するエリアと位置補正を実施しないエリアに分けて、位置補正を実施する技術が記載されている。
特許文献1の技術によれば、位置測定対象の車両である対象車両の位置精度が低下した際に、位置精度が高い非対象車両の位置情報と、対象車両と非対象車両との距離に基づいて、対象車両の位置を補正する。しかし、距離を算出するために精度が低下した位置情報を用いているため、位置を高精度に推定することができない。
特許文献2の技術によれば、走行環境に応じて位置補正を実施するか否かを判断する。位置補正は、道路上に設置された基準物体に基づいて実施されるため、有効に実施できる場所が限られている。
本発明はこれらの問題に鑑み、移動体の走行中に継続して高精度に位置を推定することを目的とする。
本発明の位置推定装置は、移動体に搭載され、測位衛星を用いた衛星測位と、無線通信を用いた電波測位の、いずれかの測位手段を用いて、搭載された移動体である対象移動体の位置を推定する位置推定部と、対象移動体の走行環境または周辺環境に基づき、位置推定部が対象移動体の位置の推定に用いる測位手段を切り替える測位手段選択部と、を備える。
本発明によれば、対象移動体の走行環境または周辺環境に基づき、測位手段を切り替えて位置推定を行うことにより、移動体の走行中、高精度な位置推定を継続することができる。本発明の目的、特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
<A.実施の形態1>
<A-1.構成>
図1は、実施の形態1の位置推定装置101の構成を示すブロック図である。位置推定装置101は、移動体の位置を推定する装置である。位置推定装置101が位置を推定する対象の移動体を対象移動体とも称する。図1では、対象車両200を対象移動体の例として示している。なお、対象車両200を対象車両とも称する。
<A-1.構成>
図1は、実施の形態1の位置推定装置101の構成を示すブロック図である。位置推定装置101は、移動体の位置を推定する装置である。位置推定装置101が位置を推定する対象の移動体を対象移動体とも称する。図1では、対象車両200を対象移動体の例として示している。なお、対象車両200を対象車両とも称する。
位置推定装置101は、対象車両200が有するコンピュータにより実現される。位置推定装置101は、対象車両200に搭載されたGNSS(Global Navigation Satellite System)受信機20および移動体センサ21に接続され、これらを利用可能に構成されている。位置推定装置101は、対象車両200、GNSS受信機20または移動体センサ21に対して、一体化した形態または分離不可能な形態で実装されても良いし、取り外し可能な形態または分離可能な形態で実装されても良い。
位置推定装置101は、プロセッサ10、記憶装置15、衛星測位インタフェース11、車両センサインタフェース12、および通信インタフェース13を備えている。
衛星測位インタフェース11は、GNSS受信機20からデータを受信するレシーバーである。衛星測位インタフェース11の規格は、USB(Universal Serial Bus)またはRS-232C(Recommended Standard 232)などである。
車両センサインタフェース12は、プロセッサ10に移動体センサ21を接続するための装置である。移動体センサ21は、速度センサ、加速度センサ、方位センサ、または電動パワーステアリング(EPS:Electric Power Steering)等である。車両センサインタフェース12は、具体的には、センサECU(Electronic Control Unit)である。
通信インタフェース13は、レシーバーとトランスミッターを含む。レシーバーは、周辺移動体および基地局から電波測位情報23を受信し、もしくは電波の到来角度または送受信に要する時間を検知する。トランスミッターはデータを送信する。通信インタフェース13は、具体的には、通信チップまたはNIC(Network Interface Card)である。通信インタフェース13は、車両通信専用のDSRC(Dedicated Short Range Communications)またはIEEE802.11p等の通信プロトコルを用いる。また、通信インタフェース13は、LTE(Long Term Evolution、登録商標)または第5世代移動通信システム(5G)等の携帯電話網を用いてもよい。また、通信インタフェース13は、IEEE802.11a/b/g/n等の無線LANまたはBluetooth(登録商標)を用いてもよい。
電波測位情報23は、LTE、5G、または無線LANなどを用いて位置推定が実施されるセルラー測位、5G測位、またはWiFi測位により、測位された位置情報を含む。また、電波測位情報23は、位置情報の他、位置精度情報を含む。セルラー測位、5G測位、およびWiFi測位は、電波の受信電力、送受信に要する時間差、および電波到来角度などを用いて位置推定を実施するOTDOA(Observed Time Difference of Arrival)方式、E-CID(Enhanced-Cell ID)方式、およびUTODA(Uplink-Time Difference of Arrival)方式を利用してもよいし、これに限定したものではない。
プロセッサ10は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。プロセッサ10は、プログラムに記述された命令を実行して、データの転送、計算、加工、制御、または管理などの処理を実行するためのIC(Integrated Circuit)である。プロセッサ10は、演算回路、レジスタ、およびキャッシュメモリを有する。レジスタおよびキャッシュメモリには、命令及び情報が格納される。プロセッサ10は、具体的には、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、またはGPU(Graphics Processing Unit)である。
記憶装置15は、地図情報5と測位手段切替テーブル6を記憶する。図2に示すように、記憶装置15は、メモリ151とストレージ152によって実現される。メモリ151は、具体的には、RAM(Random Access Memory)である。ストレージ152は、具体的には、HDD(Hard Disk Drive)である。また、ストレージ152は、SD(Secure Digital、登録商標)メモリカード、CF(Compact Flash Memory)、NANDフラッシュ、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ(登録商標)ディスク、またはDVDといった可搬記憶媒体であってもよい。
位置推定装置101は、機能構成要素として、位置推定部1、位置補正部2、および測位手段選択部3を備えている。位置推定部1、位置補正部2、および測位手段選択部3の機能は、ソフトウェアにより実現される。記憶装置15のストレージ152には、位置推定装置101の各機能構成要素の機能を実現するプログラムが記憶されている。このプログラムは、プロセッサ10によりメモリ151に読み込まれ、プロセッサ10によって実行される。これにより、位置推定部1、位置補正部2、および測位手段選択部3の機能が実現される。
位置推定部1、位置補正部2、および測位手段選択部3の処理結果を示す情報、データ、信号値、および変数値は、メモリ151、もしくはプロセッサ10内のレジスタまたはキャッシュメモリに記憶される。以下の説明では、位置推定部1、位置補正部2、および測位手段選択部3の処理結果を示す情報、データ、信号値、および変数値はメモリ151に記憶されるものとする。
図1においてプロセッサ10は1つだけ示されている。しかし、プロセッサ10は複数でもよく、複数のプロセッサ10が、位置推定部1、位置補正部2、および測位手段選択部3の各機能を実現するプログラムを連携して実行してもよい。
<A-2.動作>
次に、位置推定装置101の動作を説明する。位置推定装置101の動作は、実施の形態1の位置推定方法に相当する。
次に、位置推定装置101の動作を説明する。位置推定装置101の動作は、実施の形態1の位置推定方法に相当する。
図3は、測位手段切替テーブル6を例示している。測位手段切替テーブル6には、位置推定装置101が測位手段を切り替える際の環境条件、条件に合致する環境例、および位置推定装置101が利用する測位手段が記載されている。例えば、オープンスカイのように衛星測位の精度が良い場所では、位置推定装置101は衛星測位を利用する。オープンスカイとは、周辺に上空を遮蔽するものが存在しない場所のことである。また、地下、トンネル、または立体交差など、衛星が見えない場所では、衛星測位の精度が劣化するため、位置推定装置101は電波測位を利用する。衛星測位またはデッドレコニングによる位置推定が難しい場所として、マルチパスが多い道路、路面の凹凸が大きい道路、または高度変化が大きい道路がある。このような走行環境でも、位置推定装置101は電波測位を利用する。位置推定装置101は、走行環境を推定する方法として、地図を先読みして推定してもよいし、走行速度、観測衛星数、ジャイロセンサ、または加速度センサ等を用いて推定してもよい。
なお、電波測位への切り替えは、電波測位による位置精度が信頼できる場合に限定される。電波測位の精度が低い場合、位置推定装置101はデッドレコニングによる位置推定を代わりに実施する。
図3に示した測位手段切替テーブル6は一例である。位置推定装置101は図3に例示されていない他の環境に応じて測位手段を切り替えてもよいし、図3に例示されていない他の測位手段を利用してもよい。
図4を参照して、位置推定装置101による測位手段の切替例を説明する。図4において、対象車両200の進行方向にマルチパス環境A1と立体交差A2が存在する。対象車両200は、衛星G1との通信による衛星測位、およびセルラー基地局B1,B2との通信による電波測位が可能な状況にある。従って、対象車両200は、オープンスカイの区間L1,L3では衛星測位を利用し、マルチパス環境A1を含む区間L2と立体交差A2を含む区間L4では電波測位を利用する。区間L2は、マルチパス環境A1に加えて、その前後のマージン区間ΔLを含む区間である。区間L4も同様に、立体交差A2に加えて、その前後のマージン区間ΔLを含む区間である。このようにマージン区間ΔLが設定されているのは、マルチパス環境および立体交差に入る直前から、衛星測位による位置精度が劣化する可能性があるためである。なお、マージン区間ΔLの長さは、マルチパス環境A1に対する場合と立体交差A2に対する場合とで異なっていても良いし、マルチパス環境A1の前後、または立体交差A2の前後で異なっていても良い。
次に図5のフローチャートを用いて、位置推定装置101の全体的な動作を説明する。
位置推定装置101の動作は、大まかに、衛星測位およびデッドレコニングによる位置推定処理、電波測位による位置推定処理、測位手段切替条件の判定処理、および位置補正処理である。これらの処理は、対象車両200の移動中と一時停止中に繰り返し実行される。
まず、位置推定部1は、対象車両200に搭載されたGNSS受信機20から衛星測位インタフェース11を介して衛星測位情報を取得し、衛星測位情報により対象車両200の位置を推定する(ステップS101)。衛星測位情報には、対象車両200の位置、時刻、速度、進行方向、観測衛星数、各データの精度、測位モード、および各衛星との角度等の情報が含まれる。位置推定部1は、衛星測位インタフェース11から衛星測位情報を受信する度に、衛星測位情報をメモリ151に蓄積すると共に、測位手段選択部3に通知する。なお、GNSSは、GPS(Global Positioning System)、GLONASS、Galileo、準天頂衛星(QZSS)等の衛星測位システムのいずれか、もしくは全てに対応する。
次に、位置補正部2が、マップマッチングとデッドレコニングを実施し、ステップS101で推定された対象車両200の位置を補正する(ステップS102)。具体的には、位置補正部2は、地図情報5を取得し、衛星測位により推定された対象車両200の位置および方位を基に、対象車両200の現在位置に最も近いと推定される道路を現在位置に紐づけることにより、対象車両200の位置を補正する。これがマップマッチングである。また、位置補正部2は、車両センサインタフェース12を介して対象車両200のジャイロセンサと加速度センサの検知情報を取得し、対象車両200の移動量と移動角度を算出する。そして、位置補正部2は、衛星測位情報が更新されるまでの間、直近の衛星測位による位置を起点とし、上記の移動量と移動角度に基づき対象車両200の位置を補正する。マップマッチングとデッドレコニングは、衛星測位が実施されない期間の位置推定の補完として、または衛星測位が無効な場合の位置推定として実施される。
こうして、補正された対象車両200の位置の情報は、位置補正部2によりメモリ151に書き込まれ、位置推定部1に読み出される。マップマッチングとデッドレコニングによる位置補正は、例えば一定時間毎または一定距離走行する毎に、直近の測位衛星情報に基づき行われる。なお、上記では位置補正部2がマップマッチングとデッドレコニングの両方を実施する場合を説明したが、いずれか一方のみを実施しても良い。
その後、測位手段選択部3は、通信インタフェース13を経由して、電波測位情報23を取得する(ステップS103)。
通信インタフェース13は、携帯基地局、WiFiアクセスポイント、またはビーコンなどと通信を行い、その際の通信に要する時間差、電波の到来角度、または電波の受信強度から、対象車両200の位置を推定する。なお、電波測位による位置推定は、携帯基地局、アクセスポイント、またはサーバなどで実施されることが多いが、上記のとおり位置推定装置101が実施してもよい。以下の説明では、電波測位により推定された位置情報を測位手段選択部3が電波測位情報23として取得することを想定する。電波測位の方式として、LTE(Long Term Evolution)で利用されているE-CID(Enhanced Cell ID)方式およびOTDOA(Observed Time Difference Of Arrival)方式が挙げられるが、これに限らない。
次に、測位手段選択部3は、測位手段切替テーブル6に沿って利用測位手段を判定する(ステップS104)。具体的には、測位手段選択部3は、ステップS102のマップマッチング結果を用いて、対象車両200がこれから走行する経路の地図を先読みし、経路上の地下領域、トンネル、立体交差、道路勾配、または道路高度などを走行環境として取得する。また、測位手段選択部3は、衛星測位情報から観測衛星数を取得し、電波測位情報23から、対象車両200の周辺の端末数または基地局の設置密度などを取得する。これらが周辺環境に相当する。測位手段選択部3は、こうして取得した対象車両200の走行環境と周辺環境に基づき、測位手段切替テーブル6に沿って利用測位手段を判定する。
また、測位手段選択部3は、対象車両200の前方を走行する周辺車両に搭載された位置推定装置102から、当該周辺車両の電波測位および衛星測位の位置精度情報を受信しても良い。そして、測位手段選択部3は、当該周辺車両の位置精度情報から対象車両200の将来の位置精度の劣化を予測し、衛星測位の位置精度の劣化が予測される場合には、電波測位に測位手段を切り替えても良い。
測位手段選択部3は、ステップS104において電波測位を利用測位手段と判定すると、電波測位の位置精度が閾値以上であるかを判断する(ステップS105)。具体的には、測位手段選択部3は、電波測位情報23から取得した位置情報および位置精度情報から、電波測位の位置精度を判定する。ここで、電波測位の位置精度が閾値以上の場合とは、例えば分散2σが0.5m以下の場合をいい、電波測位の位置精度が閾値未満の場合とは、例えば分散2σが2.0m以上の場合をいう。但し、位置精度は正規分布における分散の他に、確率で判断してもよいし、測位手段で判断してもよい。
ステップS105において電波測位の位置精度が閾値以上であれば、測位手段選択部3は、測位手段として電波測位を採用し、電波測位情報23を位置補正部2を介して位置推定部1に通知する。そして、位置推定部1は電波測位情報23により対象車両200の位置を推定する(ステップS106)。こうして、対象車両200の推定位置が更新される。位置推定部1はステップS106で推定した対象車両200の位置をメモリ151に登録し、処理を完了する。
ステップS104において測位手段選択部3が衛星測位またはデッドレコニングを利用測位手段と判定した場合と、ステップS105において電波測位の位置精度が閾値未満である場合、電波測位情報23による位置推定は行われない。この場合、位置補正部2は、再びデッドレコニングを実施して対象車両200の位置を補正しても良い。補正された対象車両200の位置は、位置補正部2から位置推定部1に通知され、位置推定部1はこれをメモリ151に登録して、処理を完了する。
<A-3.変形例>
上記の説明において、位置推定装置101は衛星測位を基準としてデッドレコニングによる位置補正を行うとともに、衛星測位の位置精度が低下した場合には、電波測位による位置推定を行った。しかし、位置推定装置101は電波測位を基準としてデッドレコニングによる位置補正を行うとともに、電波測位の位置精度が低下した場合に、衛星測位による位置推定を行っても良い。
上記の説明において、位置推定装置101は衛星測位を基準としてデッドレコニングによる位置補正を行うとともに、衛星測位の位置精度が低下した場合には、電波測位による位置推定を行った。しかし、位置推定装置101は電波測位を基準としてデッドレコニングによる位置補正を行うとともに、電波測位の位置精度が低下した場合に、衛星測位による位置推定を行っても良い。
この場合、位置推定装置101の構成は、図1において、衛星測位インタフェース11が測位手段選択部3に接続され、通信インタフェース13が位置推定部1に接続される。また、位置推定装置101の動作は、<A-2.動作>の説明において、電波測位と衛星測位を読み替えたものとなる。
また、位置推定装置101は、衛星測位と電波測位のうちどちらを基準とするかを、両測位の精度情報に基づいて、動的に切り替えてもよい。
図4では、対象車両200が図3の測位手段切替テーブルの切替条件に合致する地点に進入する際、マージン区間ΔLの分だけ早めに測位手段を切り替える例を示した。しかし、位置推定装置101は、マージン区間ΔLにおいて電波測位よりデッドレコニングによる位置推定を優先して利用してもよい。また、マージン区間ΔLを設けず、位置推定装置101は対象車両200がマルチパス環境A1または立体交差A2に進入した時点で、測位手段を電波測位に切り替えても良い。
また、位置推定装置101は、対象車両200の過去の走行結果を学習し、学習結果に基づき、過去に同一の走行環境または周辺環境の下で最も精度が良かった測位手段を利用可能なように、測位手段切替テーブルを自動で更新しても良い。
位置推定装置101の各機能構成要素の機能はソフトウェアで実現される。しかし、位置推定装置101の各機能構成要素の機能はハードウェアで実現されてもよい。各機能構成要素の機能がハードウェアで実現される場合、位置推定装置101は、衛星測位インタフェース11と、車両センサインタフェース12と、通信インタフェース13と、電子回路とを備える。電子回路は、位置推定装置101の各機能構成要素の機能及び記憶装置の機能を実現する専用の電子回路である。
電子回路には、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ロジックIC、GA(Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)が想定される。各機能構成要素の機能を1つの電子回路で実現してもよいし、各機能構成要素の機能を複数の電子回路に分散させて実現してもよい。
また、位置推定装置101の各機能構成要素のうち、一部の機能がハードウェアで実現され、他の機能がソフトウェアで実現されてもよい。プロセッサ10と記憶装置15と電子回路とを、総称して処理回路という。
<A-4.効果>
実施の形態1の位置推定装置101は、移動体に搭載され、測位衛星を用いた衛星測位と、無線通信を用いた電波測位の、いずれかの測位手段を用いて、搭載された移動体である対象移動体の位置を推定する位置推定部1と、対象移動体の走行環境または周辺環境に基づき、位置推定部1が対象移動体の位置の推定に用いる測位手段を切り替える測位手段選択部3と、を備える。このように、位置推定装置101は、移動体の走行環境および周辺環境に基づいて、動的に測位手段を切り替えるため、ある測位手段の位置精度が低下する場所では、他の位置精度の良い測位手段に切り替えることによって、移動体の走行中、高精度な位置推定を継続することができる。
実施の形態1の位置推定装置101は、移動体に搭載され、測位衛星を用いた衛星測位と、無線通信を用いた電波測位の、いずれかの測位手段を用いて、搭載された移動体である対象移動体の位置を推定する位置推定部1と、対象移動体の走行環境または周辺環境に基づき、位置推定部1が対象移動体の位置の推定に用いる測位手段を切り替える測位手段選択部3と、を備える。このように、位置推定装置101は、移動体の走行環境および周辺環境に基づいて、動的に測位手段を切り替えるため、ある測位手段の位置精度が低下する場所では、他の位置精度の良い測位手段に切り替えることによって、移動体の走行中、高精度な位置推定を継続することができる。
<B.実施の形態2>
<B-1.構成>
図6は、実施の形態2の位置推定装置102の構成を示すブロック図である。図6では、対象車両200に搭載された位置推定装置102を示している。しかし、位置推定装置102は対象車両200の他、対象車両200の周辺を走行する周辺車両にも搭載されており、各車両に搭載された位置推定装置102間で位置情報とセンシング情報が通信される。対象車両200に搭載された位置推定装置102は、周辺車両に搭載された位置推定装置102から受信した、周辺車両の位置情報とセンシング情報を用いて、対象車両200の位置補正を行う。
<B-1.構成>
図6は、実施の形態2の位置推定装置102の構成を示すブロック図である。図6では、対象車両200に搭載された位置推定装置102を示している。しかし、位置推定装置102は対象車両200の他、対象車両200の周辺を走行する周辺車両にも搭載されており、各車両に搭載された位置推定装置102間で位置情報とセンシング情報が通信される。対象車両200に搭載された位置推定装置102は、周辺車両に搭載された位置推定装置102から受信した、周辺車両の位置情報とセンシング情報を用いて、対象車両200の位置補正を行う。
位置推定装置102は、実施の形態1の位置推定装置101の構成に加えて、通信処理部4、周辺監視センサインタフェース14、および位置補正選択テーブル7を備える。通信処理部4は、プロセッサ10がメモリ151に格納されたプログラムを実行することにより実現する。位置補正選択テーブル7は、記憶装置15に格納される。
通信処理部4は、位置推定部1が衛星測位により推定した対象車両200の位置情報と、周辺監視センサ22のセンシング情報とを、測位手段選択部3から取得し、通信インタフェース13経由で周辺車両に送信する。ここで、周辺車両は周辺移動体の一例である。また、通信処理部4は、周辺車両に搭載された位置推定装置102から、衛星測位による周辺車両の位置情報と、周辺車両に搭載された周辺監視センサ22のセンシング情報とを受信する。また、実施の形態2の測位手段選択部3は、通信処理部4を介して電波測位情報23を取得する。
周辺監視センサ22は、対象車両200に搭載されたセンサであり、自動車、歩行者、自転車などの障害物との距離、角度、位置、精度、種別および道路上の区画線、信号、標識などを検出する。ここで、対象車両200の周辺に存在する車両も障害物に含まれる。これら周辺監視センサ22が検出する情報を総称してセンシング情報と称する。また、位置推定装置102が管理する衛星測位の位置情報、電波測位の位置情報、移動体センサ情報、およびセンシング情報を対象情報24と称する。また、周辺車両から受信する位置情報、移動体センサ情報、およびセンシング情報を周辺情報25と称する。
周辺監視センサインタフェース14は、周辺監視センサ22のセンシング情報を受信するレシーバーを含む装置である。周辺監視センサインタフェース14は、具体的にはセンサECU、CAN(Controller Area Network)、またはRS-232Cである。測位手段選択部3は、周辺監視センサインタフェース14を経由して周辺監視センサ22のセンシング情報を取得し、通信処理部4と位置補正部2に通知する。
<B-2.動作>
次に図7のフローチャートを用いて、位置推定装置102の全体的な動作を説明する。図7におけるステップS201およびステップS202は、図5のステップS101およびステップS102と同様である。ステップS203において、通信処理部4は、測位手段選択部3から対象車両200の位置情報と周辺監視センサ22のセンシング情報(以下、単に「センシング情報」と称する)を取得し、これらの情報を通信インタフェース13経由で周辺車両および基地局に送信する。ここで送信される対象車両200の位置情報は、衛星測位された位置情報か、あるいは衛星測位を基にマップマッチングまたはデッドレコニングの少なくともいずれかにより補正された位置情報である。
次に図7のフローチャートを用いて、位置推定装置102の全体的な動作を説明する。図7におけるステップS201およびステップS202は、図5のステップS101およびステップS102と同様である。ステップS203において、通信処理部4は、測位手段選択部3から対象車両200の位置情報と周辺監視センサ22のセンシング情報(以下、単に「センシング情報」と称する)を取得し、これらの情報を通信インタフェース13経由で周辺車両および基地局に送信する。ここで送信される対象車両200の位置情報は、衛星測位された位置情報か、あるいは衛星測位を基にマップマッチングまたはデッドレコニングの少なくともいずれかにより補正された位置情報である。
次に、測位手段選択部3は、通信処理部4を経由して、周辺車両に搭載されている位置推定装置102から周辺車両の位置情報およびセンシング情報を受信する。ここで受信される周辺車両の位置情報は、衛星測位された位置情報か、あるいは衛星測位を基にマップマッチングまたはデッドレコニングの少なくともいずれかにより補正された位置情報である。また、測位手段選択部3は通信処理部4を経由して電波測位情報を受信する(ステップS204)。
次に、測位手段選択部3は、電波測位情報23に含まれる位置精度情報から電波測位の位置精度を把握し、測位手段切替テーブル6に基づいて衛星測位の位置精度を把握する。そして、測位手段選択部3は、電波測位と衛星測位の少なくともいずれかの位置精度が現在または将来において劣化するか否かを判定する(ステップS205)。衛星測位の位置精度の劣化は、典型的には、地図の先読み、走行速度、観測衛星数、ジャイロセンサ、または加速度センサなどを用いて、走行環境を推定することにより推定される。
ステップS205において現在または将来の位置精度に劣化なしと判定されれば、周辺車両との相対位置に基づく位置補正は行われず、位置推定装置102は処理を終了する。
一方、ステップS205において現在または将来の位置精度に劣化ありと判定されれば、測位手段選択部3は、対象情報24、周辺情報25および電波測位情報23に基づいて、位置補正選択テーブル7から基準移動体と位置補正方法を選択する(ステップS206)。
次に、位置補正部2は、対象車両200と周辺車両の相対位置に基づき、対象車両200の位置を補正する(ステップS207)。この位置補正の詳細手順は図12で後述する。位置補正部2は、補正した位置情報を位置推定部1に通知し、処理を完了する。
図8を参照して、位置補正選択テーブル7を説明する。位置補正選択テーブル7では、対象車両200および周辺車両の衛星測位による位置精度に応じて、基準移動体を対象車両と周辺車両のいずれにするかが定められている。基準移動体とは、位置補正を実施する際の基準となる移動体のことである。また、位置補正選択テーブル7では、周辺監視センサ22のセンシング精度と電波測位精度に応じて位置補正方法が定められている。
例えば、対象車両200の位置精度が悪く、周辺車両の位置精度が良い場合、測位手段選択部3は、位置補正選択テーブル7に沿って周辺車両を基準移動体として選択する。また、センシング精度と電波測位精度が良い場合、測位手段選択部3は、位置補正選択テーブル7に沿ってセンシングと電波測位の両方を位置補正方法として選択する。一方、センシング精度と電波測位精度が悪い場合、測位手段選択部3は、位置補正選択テーブル7に沿ってデッドレコニングを位置補正方法として選択する。
なお、図8に示す位置補正選択テーブル7は一例である。測位手段選択部3は、走行場所または他の条件に応じて基準移動体または位置補正方法を選択しても良い。また、測位手段選択部3は、図8の位置補正選択テーブル7に記載されていない他の測位手段を位置補正方法として選択しても良い。
次に、図9から図11を参照して、対象車両200と周辺車両201との相対的な位置関係を説明する。図9は、衛星測位の位置情報により把握される対象車両200と周辺車両201との相対的な位置関係を示している。衛星測位により、対象車両200の緯度xaと経度yaが得られ、周辺車両201の緯度xbと経度ybが得られる。これらの情報から、対象車両200と周辺車両201の相対距離dpと相対角度θpが算出される。
図10は、センシング情報により把握される対象車両200と周辺車両201との相対的な位置関係を示している。対象車両200に搭載された周辺監視センサ22は、周辺車両201との相対距離dsと、相対角度θsを検出する。
図11は、電波測位情報23により把握される対象車両200と周辺車両201との相対的な位置関係を示している。対象車両200と周辺車両201との通信において発生する送受信時間差τから、両車両の相対距離drが算出される。また、周辺車両201からの電波到来角度が両車両の相対角度θrとなる。
次に、図12を参照して、図7のステップS207における位置補正処理を説明する。まず、測位手段選択部3は、衛星測位と電波測位のうち位置精度の高い測位による位置を、対象車両200の位置Aと設定する(ステップS301)。この処理は、実施の形態1で説明した図5のステップS104からステップS106の処理に相当する。
そして、測位手段選択部3は、複数の周辺車両201から周辺情報25を受信し、それらの周辺情報25を参照して位置精度の良い周辺車両201を抽出する(ステップS302)。
次に、測位手段選択部3は、対象車両200と周辺車両201の衛星測位精度、センシング精度および電波測位精度から、位置補正選択テーブル7に基づいて、基準移動体と位置補正方法を選択する(ステップS303)。以下の説明では、本ステップで位置補正方法としてセンシングが選択されたものとする。
そして、位置補正部2は、対象車両200と周辺車両201の衛星測位情報から、両車両の相対距離dpと相対角度θpを算出する(ステップS304)。
次に、位置補正部2は、ステップS303で選択した基準移動体と位置補正方法に基づき、対象車両200と周辺車両201の相対距離と相対角度を算出し、対象車両200の位置を推定する(ステップS305)。具体的には、基準移動体が周辺車両201である場合、位置補正部2は、周辺車両201におけるセンシング情報または電波測位情報を用いて、周辺車両201と対象車両200の相対距離および相対角度を算出し、周辺車両201の衛星測位の位置から上記の相対距離および相対角度を満たす位置を対象車両200の位置として推定する。なお、本ステップでセンシング情報を用いて推定される対象車両200の位置をA´とし、電波測位情報を用いて推定される対象車両200の位置をA´´とする。以下の説明では、本ステップで位置A´が推定されたものとする。
また、対象車両200の位置精度が良く、周辺車両201の位置精度が悪い場合、測位手段選択部3は対象車両200を基準移動体に選択し、位置補正部2は、対象車両200におけるセンシング情報または電波測位情報を用いて、周辺車両201と対象車両200の相対距離および相対角度を算出し、対象車両200の衛星測位の位置から上記の相対距離および相対角度を満たす位置を周辺車両201の位置として推定する。なお、センシング精度および電波測位精度が高い場合の例を示したが、いずれか一方の精度が悪い場合には、位置補正部2は、精度が良い情報を用いた位置補正を実施する。
そして、位置補正部2は、位置Aと位置A´が乖離しているかを確認する(ステップS306)。本ステップで位置補正部2は、例えば、位置Aと位置A´とが一定距離以上離れているかを判断する。しかし、これに限定せず、位置補正部2は複数回の判定結果を用いて、確率的な判断を行ってもよい。
ステップS306において位置Aと位置A´が乖離していなければ、位置補正部2は位置A´による位置補正を実施せず、デッドレコニングによる位置補正を実施して処理を完了する(ステップS307)。
一方、ステップS306において現在位置Aと位置A´が乖離していれば、位置補正部2は、位置A´によって現在位置Aを補正する(ステップS308)。
図13は、周辺車両201を基準移動体とし、センシングと電波測位を位置補正方法とする場合の、ステップS308における補正処理の一例を示している。位置補正部2は、対象車両200と周辺車両201の相対距離dpと相対角度θpから、対象車両200の位置Aを算出する。そして、測位手段選択部3は、対象車両200と周辺車両201の相対距離dsと相対角度θsから、対象車両200の位置A´を算出する。また、測位手段選択部3は、対象車両200と周辺車両201の相対距離drと相対角度θrから、対象車両200の位置A´´を算出する。
位置補正部2は、A、A´、A´´の重心を対象車両200の位置とする。なお、この位置補正方法は一例である。例えば、測位手段選択部3は、位置精度または過去の確率からA、A´、A´´に重み付けを行ってもよいし、カルマンフィルタまたはパーティクルフィルタにより位置を補正してもよい。位置補正部2は、こうして補正した対象車両200の現在位置を位置推定部1に通知する。
<B-3.変形例>
上記の例で、位置推定装置102は、1台の周辺車両201との相対位置を用いて対象車両200の位置を補正した。しかし、上記の例で周辺車両201は複数台あっても良い。つまり、位置推定装置102は、複数台の周辺車両201との相対位置を用いて対象車両200の位置を補正しても良い。図14のフローチャートに沿って、その場合の位置推定装置102の位置補正処理を説明する。
上記の例で、位置推定装置102は、1台の周辺車両201との相対位置を用いて対象車両200の位置を補正した。しかし、上記の例で周辺車両201は複数台あっても良い。つまり、位置推定装置102は、複数台の周辺車両201との相対位置を用いて対象車両200の位置を補正しても良い。図14のフローチャートに沿って、その場合の位置推定装置102の位置補正処理を説明する。
まず、測位手段選択部3は、衛星測位と電波測位のうち位置精度の高い測位による位置を、対象車両200の位置Aと設定する(ステップS401)。本ステップは、図12のステップS301と同様である。次に、測位手段選択部3は、複数の周辺車両201から周辺情報25を受信し、それらの周辺情報25を参照して位置精度の良いN台の周辺車両201を抽出する(ステップS402)。ここで、Nは3以上の整数とする。そして、測位手段選択部3は、ステップS402で抽出したN台の周辺車両201について、ステップS403からステップS405の処理を行う。
ステップS403は、図12のステップS303と同様である。ステップS403の後、位置補正部2は、対象車両200と周辺車両201の衛星測位情報から、両車両の相対距離を算出する(ステップS404)。ステップS404の後、位置補正部2は、ステップS403で選択された位置補正方法を用いて、対象車両200と周辺車両201の相対距離を算出する(ステップS405)。
N台の周辺車両201についてステップS403からステップS405の処理が終わると、位置補正部2は、3点測量による位置補正を行う(ステップS406)。つまり、位置補正部2は、対象車両200と複数の周辺車両201との相対距離Dnを利用して、N台の周辺車両201との間に相対距離Dnを有する対象車両200の位置を推定する。なお、相対距離Dnは周辺車両201毎に異なる。具体的には、位置補正部2は、周辺車両201の位置を中心とした半径Dnの円を描き、円の交点のうち、現在位置Aから乖離していない交点を対象車両200の位置とする。
なお、上記の例では、相対距離Dnのみを利用して対象車両200の位置を推定しているが、相対距離Dnに加えて相対角度も考慮することにより、対象車両200の位置を特定の範囲に限定して算出しても良い。この場合、ステップS304とステップS305において位置補正部2は、相対距離Dnに加えて相対角度も算出する。
<B-4.効果>
実施の形態2の位置推定装置102は、対象移動体の周辺を走行する周辺移動体から、周辺移動体の衛星測位情報と、周辺移動体に搭載された周辺監視センサ22によるセンシング情報とを受信する通信処理部4を備える。位置補正部2は、センシング情報と、対象移動体と周辺移動体との無線通信による電波測位の少なくともいずれかを位置補正方法として選択し、選択した位置補正方法に基づき対象移動体と周辺移動体との相対距離を算出し、周辺移動体の衛星測位情報と相対距離とに基づき、位置推定部1が推定した対象移動体の位置を補正する。このように、位置推定装置102によれば、周辺移動体との相対距離により対象移動体の位置を補正することで、対象移動体の位置を高精度に推定することができる。
実施の形態2の位置推定装置102は、対象移動体の周辺を走行する周辺移動体から、周辺移動体の衛星測位情報と、周辺移動体に搭載された周辺監視センサ22によるセンシング情報とを受信する通信処理部4を備える。位置補正部2は、センシング情報と、対象移動体と周辺移動体との無線通信による電波測位の少なくともいずれかを位置補正方法として選択し、選択した位置補正方法に基づき対象移動体と周辺移動体との相対距離を算出し、周辺移動体の衛星測位情報と相対距離とに基づき、位置推定部1が推定した対象移動体の位置を補正する。このように、位置推定装置102によれば、周辺移動体との相対距離により対象移動体の位置を補正することで、対象移動体の位置を高精度に推定することができる。
また、位置推定装置102は、3台以上の周辺移動体との相対距離により対象移動体の位置を補正する場合、位置精度が向上する。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
1 位置推定部、2 位置補正部、3 測位手段選択部、4 通信処理部、5 地図情報、6 測位手段切替テーブル、7 位置補正選択テーブル、10 プロセッサ、11 衛星測位インタフェース、12 車両センサインタフェース、13 通信インタフェース、14 周辺監視センサインタフェース、15 記憶装置、20 GNSS受信機、21 移動体センサ、22 周辺監視センサ、23 電波測位情報、24 対象情報、25 周辺情報、101,102 位置推定装置、151 メモリ、152 ストレージ、200 対象車両、201 周辺車両。
Claims (10)
- 移動体に搭載され、
測位衛星を用いた衛星測位と、無線通信を用いた電波測位の、いずれかの測位手段を用いて、搭載された前記移動体である対象移動体の位置を推定する位置推定部と、
前記対象移動体の走行環境または周辺環境に基づき、前記位置推定部が前記対象移動体の位置の推定に用いる前記測位手段を切り替える測位手段選択部と、を備える、
位置推定装置。 - 前記位置推定部が推定した前記対象移動体の位置を、マップマッチングとデッドレコニングの少なくともいずれかにより補正する位置補正部をさらに備える、
請求項1に記載の位置推定装置。 - 前記測位手段選択部は、前記衛星測位または前記電波測位による前記対象移動体の位置と、地図情報とを基に、前記対象移動体が将来走行する経路の前記走行環境または前記周辺環境を取得し、前記対象移動体が将来走行する経路の前記走行環境または前記周辺環境に基づき、前記測位手段を切り替える、
請求項1または請求項2に記載の位置推定装置。 - 前記測位手段選択部は、前記走行環境または前記周辺環境と前記測位手段との対応関係を定めた測位手段切替テーブルに沿って、前記測位手段の切り替えを行う、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の位置推定装置。 - 前記測位手段選択部は、前記測位手段切替テーブルに定められた前記走行環境または前記周辺環境から予め定められた距離だけ手前の位置を前記対象移動体が走行するタイミングで、前記走行環境または前記周辺環境に対応する前記測位手段への切り替えを行う、
請求項4に記載の位置推定装置。 - 前記対象移動体の周辺を走行する周辺移動体から、前記周辺移動体の衛星測位情報と、前記周辺移動体に搭載された周辺監視センサによるセンシング情報とを受信する通信処理部をさらに備え、
前記位置補正部は、前記センシング情報と、前記対象移動体と前記周辺移動体との無線通信による電波測位の少なくともいずれかを位置補正方法として選択し、選択した前記位置補正方法に基づき前記対象移動体と前記周辺移動体との相対距離を算出し、前記周辺移動体の前記衛星測位情報と前記相対距離とに基づき、前記位置推定部が推定した前記対象移動体の位置を補正する、
請求項2に記載の位置推定装置。 - 前記位置補正部は、前記センシング情報の位置精度と、前記対象移動体と前記周辺移動体との無線通信による電波測位の位置精度とに基づき、前記位置補正方法を選択する、
請求項6に記載の位置推定装置。 - 前記周辺移動体は3台以上である、
請求項6または請求項7に記載の位置推定装置。 - 前記測位手段選択部は、前記対象移動体の周辺を走行する周辺移動体のうち、前記対象移動体の前方を走行する前記周辺移動体の位置精度にも基づき、前記測位手段を切り替える、
請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の位置推定装置。 - 測位衛星を用いた衛星測位と、無線通信を用いた電波測位の、いずれかの測位手段を用いて、対象移動体の位置を推定し、
前記対象移動体の走行環境または周辺環境に基づき、前記対象移動体の位置の推定に用いる前記測位手段を切り替える、
位置推定方法。
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