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JP6923748B2 - Self-position estimation device, self-position estimation method, program and storage medium - Google Patents
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Self-position estimation device, self-position estimation method, program and storage medium Download PDF

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Description

本発明は、点群の照合(マッチング)技術に関する。 The present invention relates to a point cloud matching technique.

従来から、レーザスキャナなどの計測装置を用いて計測した周辺物体の形状データを、予め周辺物体の形状が記憶された地図情報とマッチングすることで、車両の自己位置を推定する技術が知られている。例えば、特許文献1には、空間を所定の規則で分割したボクセル中における検出物が静止物か移動物かを判定し、静止物が存在するボクセルを対象として地図情報と計測データとのマッチングを行う自律移動システムが開示されている。 Conventionally, a technique for estimating the self-position of a vehicle by matching the shape data of a peripheral object measured using a measuring device such as a laser scanner with map information in which the shape of the peripheral object is stored in advance has been known. There is. For example, in Patent Document 1, it is determined whether a detected object in a voxel in which a space is divided according to a predetermined rule is a stationary object or a moving object, and matching of map information and measurement data is performed for the voxel in which the stationary object exists. The autonomous mobile system to be performed is disclosed.

国際公開WO2013/076829International release WO2013 / 076829

上記の手法では、道路周辺に存在する構造物が多く、かつ、変化に富んでいると、地図情報と計測データとが一致する場合と一致しない場合との違いが大きくなるためにマッチングしやすくなり、位置推定精度が高くなる。一方、周辺構造物が少なかったり、同じような構造物が連続していたりすると、地図情報と計測データとが一致する場合と一致しない場合との違いが小さくなるためマッチングしにくくなり、位置推定精度が低下しやすい。なお、マッチングしにくいとは、具体的には、マッチングに多くの時間がかかってしまったり、位置推定結果が不正確になってしまうことを意味する。 In the above method, if there are many structures around the road and there is a lot of variation, it becomes easier to match because the difference between the case where the map information and the measurement data match and the case where they do not match becomes large. , The position estimation accuracy is high. On the other hand, if there are few peripheral structures or similar structures are continuous, the difference between the case where the map information and the measurement data match and the case where they do not match becomes small, so it becomes difficult to match, and the position estimation accuracy becomes difficult. Is likely to decrease. In addition, difficult to match specifically means that it takes a lot of time for matching and the position estimation result becomes inaccurate.

本発明の解決しようとする課題としては、上記のものが一例として挙げられる。本発明は、周辺構造物が少ない、あるいは同じような構造物が連続しているようなエリアであっても、高精度で自己位置を推定することが可能な自己位置推定装置を提供することを目的とする。 As an example of the problem to be solved by the present invention, the above is given as an example. The present invention provides a self-position estimation device capable of estimating a self-position with high accuracy even in an area where there are few peripheral structures or similar structures are continuous. The purpose.

請求項1に記載の発明は、移動体の自己位置を推定する自己位置推定装置であって、所定サイズの3次元仮想領域単位で構成され、前記3次元仮想領域内に存在する物体に対して照射した光の反射光に対応する第1点群の特徴を示す第1点群特徴データを含む地図データを取得する地図データ取得手段と、前記3次元仮想領域毎に、当該3次元仮想領域内に存在する物体に対して照射した光の反射光を受光する計測部により計測して得た第2点群の特徴を示す第2点群特徴データを含む計測データを生成する計測データ生成手段と、前記3次元仮想領域毎の前記第1点群特徴データと前記第2点群特徴データとに基づいて、前記自己位置を推定する推定手段と、を備え、前記第1点群特徴データは前記第1点群の反射強度が反映されたデータであり、前記第2点群特徴データは前記第2点群の反射強度が反映されたデータであり、前記第1点群特徴データは、前記第1点群の各点の反射強度を用いて算出した前記第1点群の平均位置及び分散を含み、前記第2点群特徴データは、前記第2点群の各点の反射強度を用いて算出した前記第1点群の平均位置を含む
The invention according to claim 1 is a self-position estimation device that estimates the self-position of a moving body, and is configured for a three-dimensional virtual area unit of a predetermined size with respect to an object existing in the three-dimensional virtual area. A map data acquisition means for acquiring map data including the first point cloud feature data indicating the features of the first point cloud corresponding to the reflected light of the irradiated light, and in the three-dimensional virtual area for each of the three-dimensional virtual areas. A measurement data generation means for generating measurement data including a second point cloud feature data showing the features of the second point cloud obtained by measuring with a measuring unit that receives the reflected light of the light radiated to an object existing in the object. The first point cloud feature data includes an estimation means for estimating the self-position based on the first point cloud feature data and the second point cloud feature data for each three-dimensional virtual area. is data reflecting the intensity of the first point group is reflected, the second point group feature data Ri Ah in data reflection intensity of the second point group is reflected, the first point group feature data, the The 2nd point cloud feature data includes the average position and dispersion of the 1st point cloud calculated using the reflection intensity of each point of the 1st point cloud, and the 2nd point cloud feature data uses the reflection intensity of each point of the 2nd point cloud. The average position of the first point cloud calculated in the above is included .

請求項に記載の発明は、移動体の自己位置を推定する自己位置推定装置により実行される自己位置推定方法であって、所定サイズの3次元仮想領域単位で構成され、前記3次元仮想領域内に存在する物体に対して照射した光の反射光に対応する第1点群の特徴を示す第1点群特徴データを含む地図データを取得する地図データ取得工程と、前記3次元仮想領域毎に、当該3次元仮想領域内に存在する物体に対して照射した光の反射光を受光する計測部により計測して得た第2点群の特徴を示す第2点群特徴データを含む計測データを生成する計測データ生成工程と、前記3次元仮想領域毎の前記第1点群特徴データと前記第2点群特徴データとに基づいて、前記自己位置を推定する推定工程と、を備え、前記第1点群特徴データは前記第1点群の反射強度が反映されたデータであり、前記第2点群特徴データは前記第2点群の反射強度が反映されたデータであり、前記第1点群特徴データは、前記第1点群の各点の反射強度を用いて算出した前記第1点群の平均位置及び分散を含み、前記第2点群特徴データは、前記第2点群の各点の反射強度を用いて算出した前記第1点群の平均位置を含む
The invention according to claim 4 is a self-position estimation method executed by a self-position estimation device that estimates the self-position of a moving object, which is composed of a three-dimensional virtual area unit of a predetermined size and is composed of the three-dimensional virtual area. A map data acquisition step of acquiring map data including the first point cloud feature data indicating the features of the first point cloud corresponding to the reflected light of the light radiated to the object existing in the object, and each of the three-dimensional virtual areas. In addition, measurement data including a second point cloud feature data showing the features of the second point cloud obtained by measuring with a measuring unit that receives the reflected light of the light radiated to the object existing in the three-dimensional virtual area. A measurement data generation step for generating the above, and an estimation step for estimating the self-position based on the first point cloud feature data and the second point cloud feature data for each of the three-dimensional virtual areas. the first point group characteristic data is data reflecting the intensity of the first point group is reflected, the second point group feature data Ri Ah in data reflection intensity of the second point group is reflected, the first The one-point cloud feature data includes the average position and dispersion of the first point cloud calculated using the reflection intensity of each point of the first point cloud, and the second point cloud feature data includes the second point cloud. Includes the average position of the first point cloud calculated using the reflection intensity of each point .

請求項に記載の発明は、コンピュータを備え、移動体の自己位置を推定する自己位置推定装置により実行されるプログラムであって、所定サイズの3次元仮想領域単位で構成され、前記3次元仮想領域内に存在する物体に対して照射した光の反射光に対応する第1点群の特徴を示す第1点群特徴データを含む地図データを取得する地図データ取得手段、前記3次元仮想領域毎に、当該3次元仮想領域内に存在する物体に対して照射した光の反射光を受光する計測部により計測して得た第2点群の特徴を示す第2点群特徴データを含む計測データを生成する計測データ生成手段、前記3次元仮想領域毎の前記第1点群特徴データと前記第2点群特徴データとに基づいて、前記自己位置を推定する推定手段、として前記コンピュータを機能させ、前記第1点群特徴データは前記第1点群の反射強度が反映されたデータであり、前記第2点群特徴データは前記第2点群の反射強度が反映されたデータであり、前記第1点群特徴データは、前記第1点群の各点の反射強度を用いて算出した前記第1点群の平均位置及び分散を含み、前記第2点群特徴データは、前記第2点群の各点の反射強度を用いて算出した前記第1点群の平均位置を含むThe invention according to claim 5 is a program that includes a computer and is executed by a self-position estimation device that estimates the self-position of a moving object, and is configured in units of three-dimensional virtual areas of a predetermined size. A map data acquisition means for acquiring map data including the first point group feature data indicating the features of the first point group corresponding to the reflected light of the light irradiated to the object existing in the area, for each of the three-dimensional virtual areas. In addition, measurement data including the second point group feature data showing the features of the second point group obtained by measuring by the measuring unit that receives the reflected light of the light radiated to the object existing in the three-dimensional virtual area. The computer is made to function as a measurement data generation means for generating the above, and an estimation means for estimating the self-position based on the first point group feature data and the second point group feature data for each of the three-dimensional virtual areas. the first point group characteristic data is data reflecting the intensity of the first point group is reflected, the second point group feature data Ri Ah in data reflection intensity of the second point group is reflected, The first point group feature data includes the average position and dispersion of the first point group calculated using the reflection intensity of each point of the first point group, and the second point group feature data includes the second point group feature data. The average position of the first point group calculated by using the reflection intensity of each point of the point group is included .

運転支援システムの概略構成である。This is a schematic configuration of the driving support system. 車載機及びサーバ装置のブロック構成を示す。The block configuration of the in-vehicle device and the server device is shown. ボクセルデータのデータ構造の例を示す。An example of the data structure of voxel data is shown. 基本的なボクセルデータ及びスキャンデータの例を示す。An example of basic voxel data and scan data is shown. ボクセルデータの2次元正規分布とスキャンデータの平均値の例を示す。An example of a two-dimensional normal distribution of voxel data and an average value of scan data is shown. 第1実施例におけるボクセルデータ及びスキャンデータの例を示す。An example of voxel data and scan data in the first embodiment is shown. 反射強度平均値を用いたマッチングの例を示す。An example of matching using the average reflection intensity is shown. 自車位置推定処理のフローチャートである。It is a flowchart of the own vehicle position estimation process. 第2実施例によるボクセルデータの2次元正規分布の例を示す。An example of a two-dimensional normal distribution of voxel data according to the second embodiment is shown.

本発明の1つの好適な実施形態では、移動体の自己位置を推定する自己位置推定装置は、所定サイズの3次元仮想領域単位で構成され、前記3次元仮想領域内に存在する物体に対して照射した光の反射光に対応する第1点群の特徴を示す第1点群特徴データを含む地図データを取得する地図データ取得手段と、前記3次元仮想領域毎に、当該3次元仮想領域内に存在する物体に対して照射した光の反射光を受光する計測部により計測して得た第2点群の特徴を示す第2点群特徴データを含む計測データを生成する計測データ生成手段と、前記3次元仮想領域毎の前記第1点群特徴データと前記第2点群特徴データとに基づいて、前記自己位置を推定する推定手段と、を備え、前記第1点群特徴データは前記第1点群の反射強度が反映されたデータであり、前記第2点群特徴データは前記第2点群の反射強度が反映されたデータである。 In one preferred embodiment of the present invention, the self-position estimation device for estimating the self-position of a moving body is configured in units of a three-dimensional virtual area of a predetermined size, and with respect to an object existing in the three-dimensional virtual area. A map data acquisition means for acquiring map data including the first point group feature data indicating the features of the first point group corresponding to the reflected light of the irradiated light, and in the three-dimensional virtual area for each of the three-dimensional virtual areas. A measurement data generation means for generating measurement data including a second point group feature data showing the features of the second point group obtained by measuring with a measuring unit that receives the reflected light of the light radiated to an object existing in. The first point group feature data is provided with an estimation means for estimating the self-position based on the first point group feature data and the second point group feature data for each of the three-dimensional virtual regions. The data reflects the reflection intensity of the first point group, and the second point group feature data is data that reflects the reflection intensity of the second point group.

上記の自己位置推定装置は、所定サイズの3次元仮想領域単位で構成され、3次元仮想領域内に存在する物体に対して照射した光の反射光に対応する第1点群の特徴を示す第1点群特徴データを含む地図データを取得する。第1点群特徴データは第1点群の反射強度が反映されたデータある。また、自己位置推定装置は、3次元仮想領域毎に、当該3次元仮想領域内に存在する物体に対して照射した光の反射光を受光する計測部により計測して得た第2点群の特徴を示す第2点群特徴データを含む計測データを生成する。第2点群特徴データは、第2点群の反射強度が反映されたデータである。そして、自己位置推定装置は、3次元仮想領域毎の第1点群特徴データと第2点群特徴データとに基づいて、移動体の自己位置を推定する。この自己位置推定装置は、点群の反射強度を利用して自己位置を推定するので、周辺構造物が少ない、あるいは同じような構造物が連続しているようなエリアであっても、高精度で自己位置を推定することができる。 The above-mentioned self-position estimation device is composed of a three-dimensional virtual area unit of a predetermined size, and shows the characteristics of a first point cloud corresponding to the reflected light of the light applied to an object existing in the three-dimensional virtual area. Acquire map data including 1-point cloud feature data. The first point cloud feature data is data that reflects the reflection intensity of the first point cloud. Further, the self-position estimation device is a second point cloud obtained by measuring each three-dimensional virtual area by a measuring unit that receives reflected light of light radiated to an object existing in the three-dimensional virtual area. The measurement data including the second point cloud feature data showing the feature is generated. The second point cloud feature data is data that reflects the reflection intensity of the second point cloud. Then, the self-position estimation device estimates the self-position of the moving body based on the first point cloud feature data and the second point cloud feature data for each three-dimensional virtual area. Since this self-position estimation device estimates the self-position using the reflection intensity of the point cloud, it is highly accurate even in an area where there are few peripheral structures or similar structures are continuous. The self-position can be estimated with.

上記の自己位置推定装置の一態様では、前記第1点群特徴データは、前記第1点群の平均位置、前記1点群の分散、及び、前記第1点群の平均反射強度を含み、前記第2点群特徴データは、前記第2点群の平均位置、及び、前記第2点群の平均反射強度を含む。 In one aspect of the self-position estimation device, the first point cloud feature data includes the average position of the first point cloud, the dispersion of the one point cloud, and the average reflection intensity of the first point cloud. The second point cloud feature data includes the average position of the second point cloud and the average reflection intensity of the second point cloud.

上記の自己位置推定装置の他の一態様では、前記推定手段は、前記第1点群の平均反射強度及び前記第2点群の平均反射強度を重み付け値として用いた評価式により、前記3次元仮想領域毎の前記第1点群特徴データと前記第2点群特徴データとのマッチング結果を求める。 In another aspect of the self-position estimation device, the estimation means is three-dimensionally based on an evaluation formula using the average reflection intensity of the first point cloud and the average reflection intensity of the second point cloud as weighted values. The matching result of the first point cloud feature data and the second point cloud feature data for each virtual area is obtained.

上記の自己位置推定装置の他の一態様では、前記第1点群特徴データは、前記第1点群の各点の反射強度を用いて算出した前記第1点群の平均位置及び分散を含み、前記第2点群特徴データは、前記第2点群の各点の反射強度を用いて算出した前記第1点群の平均位置を含む。 In another aspect of the self-position estimation device, the first point cloud feature data includes the average position and dispersion of the first point cloud calculated using the reflection intensity of each point in the first point cloud. , The second point cloud feature data includes the average position of the first point cloud calculated using the reflection intensity of each point of the second point cloud.

本発明の他の好適な実施形態では、移動体の自己位置を推定する自己位置推定装置により実行される自己位置推定方法は、所定サイズの3次元仮想領域単位で構成され、前記3次元仮想領域内に存在する物体に対して照射した光の反射光に対応する第1点群の特徴を示す第1点群特徴データを含む地図データを取得する地図データ取得工程と、前記3次元仮想領域毎に、当該3次元仮想領域内に存在する物体に対して照射した光の反射光を受光する計測部により計測して得た第2点群の特徴を示す第2点群特徴データを含む計測データを生成する計測データ生成工程と、前記3次元仮想領域毎の前記第1点群特徴データと前記第2点群特徴データとに基づいて、前記自己位置を推定する推定工程と、を備え、前記第1点群特徴データは前記第1点群の反射強度が反映されたデータであり、前記第2点群特徴データは前記第2点群の反射強度が反映されたデータである。この自己位置推定方法は、点群の反射強度を利用して自己位置を推定するので、周辺構造物が少ない、あるいは同じような構造物が連続しているようなエリアであっても、高精度で自己位置を推定することができる。 In another preferred embodiment of the present invention, the self-position estimation method executed by the self-position estimation device for estimating the self-position of the moving body is configured in units of three-dimensional virtual areas of a predetermined size, and the three-dimensional virtual area is described. A map data acquisition step of acquiring map data including the first point cloud feature data indicating the features of the first point cloud corresponding to the reflected light of the light radiated to the object existing in the object, and each of the three-dimensional virtual areas. In addition, measurement data including the second point cloud feature data showing the features of the second point cloud obtained by measuring by the measuring unit that receives the reflected light of the light radiated to the object existing in the three-dimensional virtual area. A measurement data generation step for generating the above, and an estimation step for estimating the self-position based on the first point cloud feature data and the second point cloud feature data for each of the three-dimensional virtual areas. The first point cloud feature data is data that reflects the reflection intensity of the first point cloud, and the second point cloud feature data is data that reflects the reflection intensity of the second point cloud. Since this self-position estimation method estimates the self-position using the reflection intensity of the point cloud, it is highly accurate even in an area where there are few peripheral structures or similar structures are continuous. The self-position can be estimated with.

本発明の他の好適な実施形態では、コンピュータを備え、移動体の自己位置を推定する自己位置推定装置により実行されるプログラムは、所定サイズの3次元仮想領域単位で構成され、前記3次元仮想領域内に存在する物体に対して照射した光の反射光に対応する第1点群の特徴を示す第1点群特徴データを含む地図データを取得する地図データ取得手段、前記3次元仮想領域毎に、当該3次元仮想領域内に存在する物体に対して照射した光の反射光を受光する計測部により計測して得た第2点群の特徴を示す第2点群特徴データを含む計測データを生成する計測データ生成手段、前記3次元仮想領域毎の前記第1点群特徴データと前記第2点群特徴データとに基づいて、前記自己位置を推定する推定手段、として前記コンピュータを機能させ、前記第1点群特徴データは前記第1点群の反射強度が反映されたデータであり、前記第2点群特徴データは前記第2点群の反射強度が反映されたデータである。このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記の自己位置推定装置を実現することができる。このプログラムは、記憶媒体に記憶して取り扱うことができる。 In another preferred embodiment of the present invention, the program executed by the self-position estimation device including a computer and estimating the self-position of the moving body is configured in a three-dimensional virtual area unit of a predetermined size, and the three-dimensional virtual is described. A map data acquisition means for acquiring map data including the first point group feature data indicating the features of the first point group corresponding to the reflected light of the light irradiated to the object existing in the area, for each of the three-dimensional virtual areas. In addition, measurement data including the second point group feature data showing the features of the second point group obtained by measuring by the measuring unit that receives the reflected light of the light radiated to the object existing in the three-dimensional virtual area. The computer is made to function as a measurement data generation means for generating the above, and an estimation means for estimating the self-position based on the first point group feature data and the second point group feature data for each of the three-dimensional virtual areas. The first point group feature data is data that reflects the reflection intensity of the first point group, and the second point group feature data is data that reflects the reflection intensity of the second point group. By executing this program on a computer, the above-mentioned self-position estimation device can be realized. This program can be stored and handled in a storage medium.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[運転支援システムの概要]
図1は、実施例に係る運転支援システムの概略構成を示す。運転支援システムは、車両と共に移動する車載機1と、地図情報の配信を行うサーバ装置2と、を備える。なお、図1では、サーバ装置2と通信を行う車載機1及び車両が1組のみ表示されているが、実際には、異なる位置に複数の車載機1及び車両の組が存在する。
[Overview of driving support system]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a driving support system according to an embodiment. The driving support system includes an in-vehicle device 1 that moves with the vehicle and a server device 2 that distributes map information. In FIG. 1, only one set of the on-board unit 1 and the vehicle communicating with the server device 2 is displayed, but in reality, there are a plurality of sets of the on-board unit 1 and the vehicle at different positions.

車載機1は、ライダ(Lidar:Light Detection and Ranging、または、Laser Illuminated Detection And Ranging)などの外界センサ、ジャイロセンサや車速センサなどの内界センサと電気的に接続し、これらの出力に基づき、車載機1が搭載される車両の位置(「自車位置」とも呼ぶ。)の推定を行う。そして、車載機1は、自車位置の推定結果に基づき、設定された目的地への経路に沿って走行するように、車両の自動運転制御などを行う。 The on-board unit 1 is electrically connected to an external sensor such as a lidar (Light Detection and Ringing or Laser Illuminated Detection And Ringing), and an internal sensor such as a gyro sensor or a vehicle speed sensor, and is based on these outputs. The position of the vehicle on which the on-board unit 1 is mounted (also referred to as “own vehicle position”) is estimated. Then, based on the estimation result of the position of the own vehicle, the vehicle-mounted device 1 performs automatic driving control of the vehicle so as to travel along the route to the set destination.

車載機1は、ボクセルデータを含む地図データベース(DB:DataBase)10を記憶する。ボクセルデータは、3次元空間を複数の領域に分割した場合の各領域(「ボクセル」とも呼ぶ。)ごとに静止構造物の位置情報等を記録したデータである。ボクセルデータは、各ボクセル内の静止構造物の計測された点群データを正規分布により表したデータを含み、後述するように、NDT(Normal Distributions Transform)を用いたスキャンマッチングに用いられる。車載機1は、ライダが計測した点群データと、当該点群データが属するボクセルに対応するボクセルデータとに基づき、NDTに基づくスキャンマッチングを行う。そして、車載機1は、マッチング結果に基づいて自車位置の推定結果を修正しつつ、自動運転制御などを行う。なお、以下の説明では、NDTスキャンマッチングに用いられる地図を「ND地図」とも呼ぶ。また、ND地図のボクセルデータを作成するために使用された点群データを「地図作成用点群データ」と呼び、スキャンマッチングの際にライダ30が計測した点群データを「スキャンデータ」と呼んで両者を区別する。 The vehicle-mounted device 1 stores a map database (DB: DataBase) 10 including voxel data. The voxel data is data in which position information and the like of a stationary structure are recorded for each region (also referred to as “voxel”) when the three-dimensional space is divided into a plurality of regions. The voxel data includes data representing the measured point cloud data of the stationary structures in each voxel by a normal distribution, and is used for scan matching using NDT (Normal Distributions Transfer) as described later. The in-vehicle device 1 performs scan matching based on NDT based on the point cloud data measured by the rider and the voxel data corresponding to the voxel to which the point cloud data belongs. Then, the vehicle-mounted device 1 performs automatic driving control and the like while correcting the estimation result of the position of the own vehicle based on the matching result. In the following description, the map used for NDT scan matching is also referred to as "ND map". Further, the point cloud data used to create the voxel data of the ND map is called "map creation point cloud data", and the point cloud data measured by the rider 30 at the time of scan matching is called "scan data". Distinguish between the two.

サーバ装置2は、複数の車両の車載機1とデータ通信を行う。サーバ装置2は、複数の車両の車載機1に配信するための地図情報を記憶した配信地図DB20を記憶し、その地図情報には各ボクセルに対応するボクセルデータが含まれている。 The server device 2 performs data communication with the on-board units 1 of a plurality of vehicles. The server device 2 stores a distribution map DB 20 that stores map information for distribution to the in-vehicle devices 1 of a plurality of vehicles, and the map information includes voxel data corresponding to each voxel.

[車載機の構成]
図2(A)は、車載機1の機能的構成を表すブロック図を示す。図2(A)に示すように、車載機1は、主に、通信部11と、記憶部12と、センサ部13と、入力部14と、制御部15と、出力部16とを有する。通信部11、記憶部12、センサ部13、入力部14、制御部15及び出力部16は、バスラインを介して相互に接続されている。
[Configuration of in-vehicle device]
FIG. 2A shows a block diagram showing a functional configuration of the vehicle-mounted device 1. As shown in FIG. 2A, the vehicle-mounted device 1 mainly includes a communication unit 11, a storage unit 12, a sensor unit 13, an input unit 14, a control unit 15, and an output unit 16. The communication unit 11, the storage unit 12, the sensor unit 13, the input unit 14, the control unit 15, and the output unit 16 are connected to each other via a bus line.

通信部11は、制御部15の制御に基づき、サーバ装置2から配信される地図情報を受信する。また、通信部11は、サーバ装置2から要求があった場合に、センサ部13による計測データをサーバ装置2へ送信する。また、通信部11は、車両を制御するための信号をサーバ装置2から受信したり、車両の状態に関する信号をサーバ装置2へ送信したりする。 The communication unit 11 receives the map information distributed from the server device 2 under the control of the control unit 15. Further, the communication unit 11 transmits the measurement data by the sensor unit 13 to the server device 2 when requested by the server device 2. Further, the communication unit 11 receives a signal for controlling the vehicle from the server device 2 and transmits a signal regarding the state of the vehicle to the server device 2.

記憶部12は、制御部15が実行するプログラムや、制御部15が所定の処理を実行する為に必要な情報を記憶する。また、記憶部12は、ND地図のボクセルデータを記憶する地図DB10を有する。記憶部12に記憶されるND地図のボクセルデータは、サーバ装置2の配信地図DBからダウンロードされたものである。 The storage unit 12 stores a program executed by the control unit 15 and information necessary for the control unit 15 to execute a predetermined process. In addition, the storage unit 12 has a map DB 10 that stores voxel data of the ND map. The voxel data of the ND map stored in the storage unit 12 is downloaded from the distribution map DB of the server device 2.

センサ部13は、ライダ30と、カメラ31と、GPS受信機32と、ジャイロセンサ33と、速度センサ34とを含む。ライダ30は、水平方向および垂直方向の所定の角度範囲に対してパルスレーザを出射することで、外界に存在する物体までの距離を離散的に測定し、当該物体の位置を示す3次元の点群データであるスキャンデータを生成する。この場合、ライダ30は、照射方向を変えながらレーザ光を照射する照射部と、照射したレーザ光の反射光(散乱光)を受光する受光部と、受光部が出力する受光信号に基づくスキャンデータを出力する出力部とを有する。スキャンデータは、受光部が受光したレーザ光に対応する照射方向と、上述の受光信号に基づき特定される当該レーザ光のその照射方向での物体までの距離とに基づき生成される。 The sensor unit 13 includes a rider 30, a camera 31, a GPS receiver 32, a gyro sensor 33, and a speed sensor 34. The rider 30 discretely measures the distance to an object existing in the outside world by emitting a pulsed laser with respect to a predetermined angle range in the horizontal direction and the vertical direction, and a three-dimensional point indicating the position of the object. Generate scan data, which is group data. In this case, the rider 30 has an irradiation unit that irradiates the laser beam while changing the irradiation direction, a light receiving unit that receives the reflected light (scattered light) of the irradiated laser light, and scan data based on the light receiving signal output by the light receiving unit. It has an output unit that outputs. The scan data is generated based on the irradiation direction corresponding to the laser light received by the light receiving unit and the distance of the laser light specified based on the above-mentioned light receiving signal to the object in the irradiation direction.

入力部14は、ユーザが操作するためのボタン、タッチパネル、リモートコントローラ、音声入力装置等であり、経路探索のための目的地を指定する入力、自動運転のオン及びオフを指定する入力などを受け付け、生成した入力信号を制御部15へ供給する。出力部16は、例えば、制御部15の制御に基づき出力を行うディスプレイやスピーカ等である。 The input unit 14 is a button, a touch panel, a remote controller, a voice input device, etc. for the user to operate, and accepts an input for designating a destination for route search, an input for designating on / off of automatic operation, and the like. , The generated input signal is supplied to the control unit 15. The output unit 16 is, for example, a display, a speaker, or the like that outputs under the control of the control unit 15.

制御部15は、プログラムを実行するCPUなどを含み、車載機1の全体を制御する。例えば、制御部15は、ライダ30から出力されるスキャンデータと、当該スキャンデータデータが属するボクセルに対応するND地図のボクセルデータとに基づき、NDTに基づくスキャンマッチングを行うことで自車位置の推定を行う。また、制御部15は、必要に応じて、サーバ装置2からND地図のボクセルデータをダウンロードする。さらに、制御部15は、サーバ装置2から要求があった場合には、センサ部30による計測データ、例えばライダ30によるスキャンデータなどをサーバ装置2へ送信する。 The control unit 15 includes a CPU that executes a program and the like, and controls the entire vehicle-mounted device 1. For example, the control unit 15 estimates the position of the own vehicle by performing scan matching based on the NDT based on the scan data output from the rider 30 and the voxel data of the ND map corresponding to the voxel to which the scan data data belongs. I do. Further, the control unit 15 downloads voxel data of the ND map from the server device 2 as needed. Further, when the server device 2 requests, the control unit 15 transmits the measurement data by the sensor unit 30, for example, the scan data by the rider 30, to the server device 2.

上記の構成において、車載機1は本発明の自己位置推定装置の一例であり、制御部15は本発明の地図データ取得手段及び計測データ生成手段の一例であり、ライダ30は本発明の計測部の一例である。 In the above configuration, the vehicle-mounted device 1 is an example of the self-position estimation device of the present invention, the control unit 15 is an example of the map data acquisition means and the measurement data generation means of the present invention, and the rider 30 is the measurement unit of the present invention. This is an example.

[サーバ装置の構成]
図2(B)は、サーバ装置2の概略構成を示す。図2(B)に示すように、サーバ装置2は、通信部21と、記憶部22と、制御部25とを有する。通信部21、記憶部22、及び制御部25は、バスラインを介して相互に接続されている。
[Server device configuration]
FIG. 2B shows a schematic configuration of the server device 2. As shown in FIG. 2B, the server device 2 includes a communication unit 21, a storage unit 22, and a control unit 25. The communication unit 21, the storage unit 22, and the control unit 25 are connected to each other via a bus line.

通信部21は、制御部25の制御に基づき、車載機1と各種データの通信を行う。記憶部22は、サーバ装置2の動作を制御するためのプログラムを保存したり、サーバ装置2の動作に必要な情報を保持したりする。また、記憶部22は、ND地図のボクセルデータを含む配信地図DB20を記憶している。 The communication unit 21 communicates various data with the vehicle-mounted device 1 based on the control of the control unit 25. The storage unit 22 stores a program for controlling the operation of the server device 2 and holds information necessary for the operation of the server device 2. In addition, the storage unit 22 stores the distribution map DB 20 including the voxel data of the ND map.

制御部25は、図示しないCPU、ROM及びRAMなどを備え、サーバ装置2内の各構成要素に対して種々の制御を行う。例えば、制御部25は、車載機1からの要求に応じて、配信地図20に含まれるボクセルデータを車載機1へ送信する。 The control unit 25 includes a CPU, ROM, RAM, and the like (not shown), and performs various controls on each component in the server device 2. For example, the control unit 25 transmits the voxel data included in the distribution map 20 to the vehicle-mounted device 1 in response to a request from the vehicle-mounted device 1.

[基本スキャンマッチング]
次に、本実施例におけるNDTに基づくスキャンマッチングについて説明する。
(1)ボクセルデータ
まず、NDTに基づくスキャンマッチングに用いるボクセルデータについて説明する。図3(A)は、ND地図のボクセルデータのデータ構造の例を示す。
[Basic scan matching]
Next, scan matching based on NDT in this embodiment will be described.
(1) Voxel data First, voxel data used for scan matching based on NDT will be described. FIG. 3A shows an example of the data structure of voxel data of the ND map.

ボクセルデータは、地図作成用点群データから生成され、ボクセル内の点群を正規分布で表現する場合のパラメータの情報を含む。本実施例では、ボクセルデータは、図3(A)に示すように、「ボクセルID」と、「ボクセル座標」と、「平均ベクトル」と、「共分散行列」と、「点群数情報」とを含む。なお、ボクセルは本発明の3次元仮想領域の一例であり、ボクセルデータは本発明の第1点群特徴データの一例である。 The voxel data is generated from the point cloud data for cartography, and includes parameter information when the point cloud in the voxel is represented by a normal distribution. In this embodiment, as shown in FIG. 3A, the voxel data includes "voxel ID", "voxel coordinates", "mean vector", "covariance matrix", and "point cloud number information". And include. The voxel is an example of the three-dimensional virtual area of the present invention, and the voxel data is an example of the first point cloud feature data of the present invention.

「ボクセル座標」は、各ボクセルの中心位置などの基準となる位置の絶対的な3次元座標を示す。なお、各ボクセルは、空間を格子状に分割した立方体であり、予め形状及び大きさが定められているため、ボクセル座標により各ボクセルの空間を特定することが可能である。ボクセル座標は、ボクセルIDとして用いられてもよい。 "Voxel coordinates" indicate the absolute three-dimensional coordinates of a reference position such as the center position of each voxel. Since each voxel is a cube in which the space is divided in a grid pattern and the shape and size are predetermined, it is possible to specify the space of each voxel by the voxel coordinates. The voxel coordinates may be used as the voxel ID.

「平均ベクトル」及び「共分散行列」は、対象のボクセル内での点群を正規分布で表現する場合のパラメータに相当する平均ベクトル及び共分散行列を示す。任意のボクセル内の任意の点「i」の座標をX(i)とし、ボクセル内での点群数を「M」とすると、ボクセル内データX(i)における平均ベクトル「μ」及び共分散行列「V」は以下の式(1)〜(3)により表される。The "mean vector" and "covariance matrix" indicate the mean vector and covariance matrix corresponding to the parameters when the point cloud in the target voxel is represented by a normal distribution. Any arbitrary coordinate of the point "i" in the voxel and X M (i), when the point number set in the voxel and "M", the average vector in voxel data X M (i) "μ" and The covariance matrix "V" is represented by the following equations (1) to (3).

Figure 0006923748
Figure 0006923748

「点群数情報」は、対応する平均ベクトル及び共分散行列の算出に用いた点群の数を示す情報である。点群数情報は、具体的な点群の数を示す情報であってもよく、点群数のレベル(例えば、大、中、小など)を示す情報であってもよい。 The "point cloud number information" is information indicating the number of point clouds used in the calculation of the corresponding average vector and the covariance matrix. The point cloud number information may be information indicating a specific number of point clouds, or may be information indicating the level of the point cloud number (for example, large, medium, small, etc.).

図4(A)は、ボクセルデータの一例を示す。ボクセルデータは、ボクセルIDにより規定されるボクセル毎に、ボクセル座標、平均ベクトル、共分散行列を含む。ボクセル座標は、x方向、y方向、z方向における座標M、M、Mを含む。平均ベクトルは、x方向、y方向、z方向における平均ベクトルμ、μ、μを含む。共分散行列は、式(3)で示す行列を構成する各要素を含む。FIG. 4A shows an example of voxel data. The voxel data includes voxel coordinates, an average vector, and a covariance matrix for each voxel defined by the voxel ID. Voxel coordinates include x-direction, y-direction, the coordinate M x in the z-direction, M y, and M z. The average vector includes the average vectors μ x , μ y , and μ z in the x, y, and z directions. The covariance matrix includes each element constituting the matrix represented by the equation (3).

(2)スキャンデータ
図4(B)は、ライダ30によるスキャンデータの一例を示す。図4(B)は1つのボクセルに対応するスキャンデータを示している。スキャンデータは、ライダ30により計測された点群データであり、各点群データに割り当てられたスキャンデータ番号毎に、平均ベクトルLを有する。なお、スキャンデータは、本発明の第2点群特徴データの一例である。
(2) Scan data FIG. 4 (B) shows an example of scan data by the rider 30. FIG. 4B shows scan data corresponding to one voxel. The scan data is point cloud data measured by the rider 30, and has an average vector L for each scan data number assigned to each point cloud data. The scan data is an example of the second point cloud feature data of the present invention.

いま、ボクセル内での点群数を「N」とすると、各ボクセル内のスキャンデータX(j)の平均値Lは以下の式で与えられる。Now, assuming that the number of point clouds in the voxels is "N", the average value L of the scan data XL (j) in each voxel is given by the following equation.

Figure 0006923748
Figure 0006923748

(3)スキャンマッチング
次に、ND地図のボクセルデータを用いたNDTによるスキャンマッチングについて説明する。いま、推定パラメータとして、x方向移動ベクトルt、y方向移動ベクトルt、z方向移動ベクトルt、及び、方位方向(xy平面)の回転角(即ちヨー角)tΨを用いる。なお、ピッチ角及びロール角は道路勾配や振動により生じるもので、無視できる程度に小さいものとする。上記の推定パラメータを用いて、ライダ30により計測されたスキャンデータの任意の点の座標を座標変換すると、座標変換後の座標は以下の式(5)により得られる。
(3) Scan Matching Next, scan matching by NDT using voxel data of an ND map will be described. Now, as the estimation parameters, the x-direction movement vector t x , the y-direction movement vector ty , the z-direction movement vector t z , and the rotation angle (that is, the yaw angle) t Ψ in the directional direction (xy plane) are used. The pitch angle and roll angle are caused by the road gradient and vibration, and shall be small enough to be ignored. When the coordinates of an arbitrary point in the scan data measured by the rider 30 are subjected to coordinate transformation using the above estimation parameters, the coordinates after the coordinate transformation are obtained by the following equation (5).

Figure 0006923748
Figure 0006923748

車載機1は、座標変換後の点群の座標と、ボクセルデータに含まれる平均ベクトルμ及び共分散行列Vとを用い、以下の式(6)により示されるインデックス番号kのボクセルの評価関数「E(k)」、及び、式(7)により示されるマッチングの対象となる全てのボクセルを対象とした総合的な評価関数「E」(以下、「総合評価関数」とも呼ぶ。)を算出する。 The in-vehicle device 1 uses the coordinates of the point group after the coordinate conversion, the average vector μ included in the voxel data, and the covariance matrix V, and uses the voxel evaluation function “ E (k) ”and a comprehensive evaluation function“ E ”(hereinafter, also referred to as“ comprehensive evaluation function ”) for all voxels to be matched represented by the equation (7) are calculated. ..

Figure 0006923748
Figure 0006923748

なお、ライダ30により得られる点群データの座標と、ボクセルデータの平均ベクトルの座標は、事前に設定した基準位置を原点とした座標系に統一する必要がある。よってマッチングに先立って、必要に応じて両者の座標変換を行う。 The coordinates of the point cloud data obtained by the rider 30 and the coordinates of the average vector of the voxel data need to be unified into a coordinate system having a preset reference position as the origin. Therefore, prior to matching, the coordinates of both are transformed as necessary.

そして、車載機1は、総合評価関数Eが最大となるときの推定パラメータ、即ち、移動ベクトルt、t、t及び回転角度tΨを用いて推定自車位置を修正する。Then, the in-vehicle device 1 corrects the estimated own vehicle position by using the estimation parameters when the comprehensive evaluation function E is maximized, that is, the movement vectors t x , ty , t z, and the rotation angle t Ψ.

図5は、ND地図のボクセルデータと、ライダ30により得られたスキャンデータとの関係を概念的に示す。なお、説明の便宜上、図5は2次元の表示としている。図5(A)は、4つのボクセルB1〜B4のボクセルデータを示す。各ボクセルにおいて、丸印Dmは地図作成用の計測整備車両で走行したときにライダにより計測した地図作成用点群データである。これらの地図作成用点群データに基づき、式(1)と式(2)により作成した2次元正規分布がグラデーションにより示されている。図5(A)に示す正規分布の平均、分散は、ボクセルデータにおける平均ベクトル、共分散行列にそれぞれ対応する。 FIG. 5 conceptually shows the relationship between the voxel data of the ND map and the scan data obtained by the rider 30. For convenience of explanation, FIG. 5 is a two-dimensional display. FIG. 5A shows voxel data of four voxels B1 to B4. In each voxel, the circle Dm is the map creation point cloud data measured by the rider when traveling in the measurement and maintenance vehicle for map creation. Based on these map-making point cloud data, the two-dimensional normal distribution created by the equations (1) and (2) is shown by gradation. The mean and variance of the normal distribution shown in FIG. 5 (A) correspond to the mean vector and covariance matrix in the voxel data, respectively.

図5(B)は、ライダにより計測したスキャンデータの点群Dsを図5(A)に重ねて表示したものである。また、図5(C)は、図5(B)に表示したスキャンデータの点群Dsから算出したスキャンデータの平均値Lを重ねて表示したものである。 FIG. 5B shows the point cloud Ds of the scan data measured by the rider superimposed on FIG. 5A. Further, FIG. 5C is an superimposed display of the average value L of the scan data calculated from the point cloud Ds of the scan data displayed in FIG. 5B.

[反射強度を用いたスキャンマッチング]
次に、本実施例の特徴である反射強度を用いたスキャンマッチングについて説明する。上記した基本のスキャンマッチングは、周辺構造物が少なかったり、同じような構造物が連続していたりすると、地図情報と計測データとが一致する場合と一致しない場合との違いが小さくなるためマッチングしにくくなる。そこで、本実施例では、ライダにより計測した点群データの反射強度を利用してスキャンマッチングを行う。
[Scan matching using reflection intensity]
Next, scan matching using the reflection intensity, which is a feature of this embodiment, will be described. The basic scan matching described above matches when there are few peripheral structures or when similar structures are continuous, because the difference between the case where the map information and the measurement data match and the case where they do not match becomes small. It becomes difficult. Therefore, in this embodiment, scan matching is performed using the reflection intensity of the point cloud data measured by the rider.

(第1実施例)
第1実施例は、ND地図のボクセルデータに反射強度の平均値を含め、その平均値とライダ30により計測したスキャンデータの反射強度の平均値とを用いてスキャンマッチングを行うものである。図3(B)は第1実施例に係るND地図のボクセルデータのデータ構造の例を示し、図6(A)は第1実施例に係るボクセルデータの例を示す。また、図6(B)は、第1実施例に係るスキャンデータの例を示す。図4(A)、4(B)と比較するとわかるように、ボクセルデータには、各ボクセル内に含まれる点群の反射強度の平均値Iが含まれている。また、ライダ30により計測されたスキャンデータ側においても、ボクセル内にあるスキャンデータの反射強度の平均値Iが算出される。
(First Example)
In the first embodiment, the average value of the reflection intensity is included in the voxel data of the ND map, and the scan matching is performed using the average value and the average value of the reflection intensity of the scan data measured by the rider 30. FIG. 3B shows an example of the data structure of the voxel data of the ND map according to the first embodiment, and FIG. 6A shows an example of the voxel data according to the first embodiment. Further, FIG. 6B shows an example of scan data according to the first embodiment. Figure 4 (A), 4 (B ) as can be seen when compared to, the voxel data includes average value I M of the reflection intensity of the point group included in each voxel. Also in the scan data side measured by the rider 30, the average value I L of the reflection intensity of the scan data in the voxel is calculated.

車載機1は、スキャンマッチングの評価関数に、ボクセルデータの反射強度平均値Iとスキャンデータの反射強度平均値Iを重み付け値として用いる。具体的に、車載機1は、あるボクセルkの評価関数E(k)を式(8)とし、全てのボクセルの総合評価関数Eを式(9)により求める。Vehicle device 1, the evaluation function of the scan matching, using the reflection intensity average value I L of the reflection intensity average value I M and the scan data of the voxel data as a weighted value. Specifically, the vehicle-mounted device 1 uses the evaluation function E (k) of a certain voxel k as the equation (8), and obtains the comprehensive evaluation function E of all the voxels by the equation (9).

Figure 0006923748
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式(8)の評価関数には、ボクセルデータの反射強度平均値Iとスキャンデータの反射強度平均値Iの積「I・I」が重み付け値として含まれている。この評価関数を用いることにより、反射強度の高いオブジェクト(例えば道路標識や白線など)を含むボクセルの評価関数値と、反射強度の高いオブジェクトを含まないボクセルの評価関数値とに差異が生まれる。これについて、簡単な例を挙げて説明する。The evaluation function of equation (8), the product of the reflection intensity average value I L of the average value I M and the scan data reflection intensity of the voxel data "I M · I L" is included as a weighting value. By using this evaluation function, there is a difference between the evaluation function value of a voxel containing an object with high reflection intensity (for example, a road sign or a white line) and the evaluation function value of a voxel containing no object with high reflection intensity. This will be described with a simple example.

図7は、式(8)において用いられている「I・I」の値の算出例を示す図である。いま、車両が矢印の方向に走行し、車両の左側方に反射強度が比較的一様な壁などのオブジェクトがあるものとする。この壁の部分がボクセルBM1〜BM6に対応し、それらのうちボクセルBM4の反射強度平均値Iが「1.0」であり、他のボクセルBM1〜BM3、BM5〜BM6の反射強度平均値Iは全て「0.1」であると仮定する。即ち、ボクセルBM4のみが他のボクセルBM1〜BM3、BM5〜BM6よりも高い反射強度を有している。Figure 7 is a diagram showing an example of calculating the value of the "I M · I L" as used in equation (8). Now, it is assumed that the vehicle travels in the direction of the arrow and there is an object such as a wall on the left side of the vehicle with a relatively uniform reflection intensity. Portion of the wall corresponds to the voxel B M1 .about.B M6, a reflection intensity average value I M of those voxels B M4 is "1.0", the other voxel B M1 ~B M3, B M5 ~B reflection intensity average value I M is all M6 assumed to be "0.1". That is, only voxel B M4 has higher reflection intensity than other voxels B M1 to B M3 and B M5 to B M6.

さて、車両がこの壁の前を通過し、横方向からライダで壁をスキャンしてスキャンデータを生成し、図示のように複数のボクセル単位のスキャンデータBLa〜BLeを得たものとする。得られたスキャンデータにおいては、ボクセルBLdの反射強度平均値Iが「1.0」であり、それ以外のボクセルBLa〜BLc、BLeの反射強度Iは「0.1」であるとする。なお、説明の簡単のため、ボクセルデータとスキャンデータとは、車両の進行方向の移動のみによりマッチングできるものとする。Now, it is assumed that the vehicle passes in front of this wall, scans the wall from the side with a rider to generate scan data, and obtains scan data B La to B Le for each voxel as shown in the figure. .. In the obtained scan data, a reflection intensity average value I L voxel B Ld is "1.0", and the other voxels B La .about.B Lc, reflection intensity I L of B Le is "0.1" Suppose that For the sake of simplicity, it is assumed that the voxel data and the scan data can be matched only by moving in the traveling direction of the vehicle.

この場合、図7からわかるように、スキャンデータのボクセルBLa〜BLeが、それぞれボクセルデータのボクセルBM1〜BM5に対応すると判断するのが正しい。これを、「I・I」の値を使用する式(8)の評価関数を用いて判断するとどうなるかを検討する。In this case, as can be seen from FIG. 7, it is correct to determine that the voxels B La to B Le of the scan data correspond to the voxels B M1 to B M5 of the voxel data, respectively. This, to consider what will happen when it is determined by using the evaluation function of the equation (8) to use the value of "I M · I L".

まず、仮にスキャンデータのボクセルBLa〜BLeが、ボクセルデータのボクセルBM1〜BM5にそれぞれ対応する(以下、「第1の対応関係」と呼ぶ。)ものとすると、そのときの「I・I」の値は、
・I=0.1×0.1+0.1×0.1+0.1×0.1
+1.0×1.0+0.1×0.1=1.04
となる。
First, assuming that the voxels B La to B Le of the scan data correspond to the voxels B M1 to B M5 of the voxel data, respectively (hereinafter, referred to as "first correspondence"), "I" at that time. M · I L value of "is,
IMIL = 0.1 × 0.1 + 0.1 × 0.1 + 0.1 × 0.1
+1.0 x 1.0 + 0.1 x 0.1 = 1.04
Will be.

一方、仮にスキャンデータのボクセルBLa〜BLeが、ボクセルデータのボクセルBM2〜BM6にそれぞれ対応する(以下、「第2の対応関係」と呼ぶ。)ものとすると、そのときの「I・I」の値は、
・I=0.1×0.1+0.1×0.1+1.0×0.1
+0.1×1.0+0.1×0.1=0.23
となる。式(8)の評価関数値が大きくなるのは、「I・I」の値が大きい方、即ち、第1の対応関係の方であり、これは図7に示すように正しい対応関係であることがわかる。
On the other hand, assuming that the voxels B La to B Le of the scan data correspond to the voxels B M2 to B M6 of the voxel data, respectively (hereinafter, referred to as "second correspondence"), "I" at that time. M · I L value of "is,
IMIL = 0.1 × 0.1 + 0.1 × 0.1 + 1.0 × 0.1
+0.1 x 1.0 + 0.1 x 0.1 = 0.23
Will be. The value of the evaluation function in Eq. (8) becomes larger in the one with the larger value of "IM / IL ", that is, in the first correspondence, which is the correct correspondence as shown in FIG. It can be seen that it is.

因みに、図7において、壁のボクセルBM4の部分の反射強度が周囲と同様であり、ボクセルデータのボクセルBM4の反射強度平均値Iが周囲と同様に「0.1」であった場合、ライダにより得られるスキャンデータのボクセルBLdの反射強度平均値Iも「0.1」となる。この場合、第1の対応関係と第2の対応関係のいずれにおいても、「I・I」の値は、
・I=0.1×0.1+0.1×0.1+0.1×0.1
+0.1×0.1+0.1×0.1=0.05
となって一致してしまい、第1の対応関係と第2の対応関係のいずれが正しいかを判別することは難しい。
Incidentally, in FIG. 7, the reflection intensity of the portion of voxels B M4 wall is the same as the ambient, when the reflection intensity average value I M voxel B M4 voxel data were similar to the surrounding "0.1" , the reflection intensity average value I L voxel B Ld scan data obtained by the rider is also "0.1". In this case, in both the first correspondence and the second correspondence, the value of "IMIL" is
IMIL = 0.1 × 0.1 + 0.1 × 0.1 + 0.1 × 0.1
+0.1 x 0.1 + 0.1 x 0.1 = 0.05
It is difficult to determine which of the first correspondence and the second correspondence is correct.

このように、第1実施例では、周辺構造物が少なかったり、同じような構造物が連続していたりしても、スキャンマッチングにおいてボクセルデータとスキャンデータの反射強度平均値を利用し、それらの積を重み付け値として評価関数に含めることにより、道路標識や白線などの反射強度の高いオブジェクトを含むボクセルのマッチング精度を向上させることができる。その結果、車両の自己位置推定精度を向上させることが可能となる。 As described above, in the first embodiment, even if there are few peripheral structures or similar structures are continuous, the average value of the reflection intensity of the voxel data and the scan data is used in the scan matching, and those are used. By including the product as a weighted value in the evaluation function, it is possible to improve the matching accuracy of voxels containing objects with high reflection intensity such as road signs and white lines. As a result, it is possible to improve the self-position estimation accuracy of the vehicle.

図8は、第1実施例による自車位置推定処理のフローチャートである。この処理は、車載機1の制御部15が予め用意されたプログラムを実行することにより実施される。なお、車載機1はこの処理を繰り返し実行する。 FIG. 8 is a flowchart of the own vehicle position estimation process according to the first embodiment. This process is performed by the control unit 15 of the vehicle-mounted device 1 executing a program prepared in advance. The vehicle-mounted device 1 repeatedly executes this process.

まず、車載機1は、1時刻前の推定自車位置があるか否かを判定する(ステップS10)。1時刻前の推定自車位置がある場合(ステップS10:Yes)、車載機1はそれを自車位置の初期値に設定する(ステップS11)。一方、1時刻前の推定自車位置が無い場合(ステップS10:No)、車載機1は、GPS受信機32等の出力に基づき、自車位置の初期値を設定する(ステップS12)。次に、車載機1は、速度センサ34から車体速度を取得すると共に、ジャイロセンサ33からヨー方向の角速度を取得する(ステップS13)。そして、車載機1は、ステップS13の取得結果に基づき、車両の移動距離と車両の方位変化を計算する(ステップS14)。 First, the vehicle-mounted device 1 determines whether or not there is an estimated own vehicle position one time ago (step S10). If there is an estimated own vehicle position one time ago (step S10: Yes), the vehicle-mounted device 1 sets it as the initial value of the own vehicle position (step S11). On the other hand, when there is no estimated vehicle position one hour before (step S10: No), the vehicle-mounted device 1 sets an initial value of the vehicle position based on the output of the GPS receiver 32 or the like (step S12). Next, the vehicle-mounted device 1 acquires the vehicle body speed from the speed sensor 34 and the angular velocity in the yaw direction from the gyro sensor 33 (step S13). Then, the vehicle-mounted device 1 calculates the moving distance of the vehicle and the change in the orientation of the vehicle based on the acquisition result in step S13 (step S14).

次に、車載機1は、自車位置の初期値に、ステップS14で計算した移動距離と方位変化を加算し、予測自車位置を算出する(ステップS15)。そして、車載機1は、ステップS15で算出した予測自車位置に基づき、地図DB10を参照して、自車位置周辺に存在するボクセルのボクセルデータを取得する(ステップS16)。このボクセルデータには、図6(A)に示すように反射強度平均値Iが含まれている。さらに、車載機1は、ステップS15で算出した予測自車位置に基づき、ライダ30から得られたスキャンデータをボクセルごとに分割する(ステップS17)。この際、図6(B)に示すように、ボクセル内のスキャンデータの反射強度平均値Iが算出される。Next, the in-vehicle device 1 adds the movement distance and the directional change calculated in step S14 to the initial value of the own vehicle position to calculate the predicted own vehicle position (step S15). Then, the in-vehicle device 1 refers to the map DB 10 based on the predicted vehicle position calculated in step S15, and acquires voxel data of voxels existing around the vehicle position (step S16). The voxel data includes reflection intensity average value I M, as shown in FIG. 6 (A). Further, the vehicle-mounted device 1 divides the scan data obtained from the rider 30 for each voxel based on the predicted own vehicle position calculated in step S15 (step S17). At this time, as shown in FIG. 6 (B), the reflection intensity average value I L of the scan data in the voxel is calculated.

次に、車載機1は、評価関数を用いてNDTスキャンマッチングの計算を行う。具体的には、車載機1は、式(8)及び式(9)に基づき、評価関数E及び総合評価関数Eを算出し、総合評価関数Eが最大となる推定パラメータ、即ち、移動ベクトルt、t、tz及び回転角度tΨを算出する(ステップS18)。そして、車載機1は、得られた移動ベクトルt、t、t及び回転角度tΨに基づいて、推定自車位置を修正する(ステップS19)。こうして、自車位置推定処理は終了する。Next, the vehicle-mounted device 1 calculates the NDT scan matching using the evaluation function. Specifically, the in-vehicle device 1 calculates the evaluation function Ek and the comprehensive evaluation function E based on the equations (8) and (9), and the estimated parameter that maximizes the comprehensive evaluation function E, that is, the movement vector. t x, t y, and calculates the tz and rotation angle t [psi (step S18). Then, the vehicle-mounted device 1 corrects the estimated own vehicle position based on the obtained movement vectors t x , ty , t z, and the rotation angle t Ψ (step S19). In this way, the own vehicle position estimation process is completed.

(第2実施例)
第2実施例では、第1実施例と同様にボクセルデータとスキャンデータの反射強度を利用するが、ボクセル内の点群の各点の反射強度を用いて平均ベクトルや共分散行列などのパラメータを算出する点で第1実施例と異なる。
(Second Example)
In the second embodiment, the reflection intensities of the voxel data and the scan data are used as in the first embodiment, but the reflection intensities of each point of the point cloud in the voxel are used to set parameters such as the mean vector and the covariance matrix. It differs from the first embodiment in that it is calculated.

具体的には、まず、地図作成用点群データからND地図のボクセルデータを生成する際に、各点の反射強度I(i)を用いて、以下の式(10)により平均ベクトルを算出し、式(11)により共分散行列を算出する。Specifically, first, when generating voxel data of an ND map from the point cloud data for map creation, the average vector is calculated by the following equation (10) using the reflection intensity IM (i) of each point. Then, the covariance matrix is calculated by the equation (11).

Figure 0006923748
なお、ND地図のボクセルデータは、図3(A)に示すデータ構造を有し、その内容は図4(A)に示すものとなる。
Figure 0006923748
The voxel data of the ND map has the data structure shown in FIG. 3 (A), and the contents thereof are as shown in FIG. 4 (A).

また、ライダによるスキャンデータについても、各ボクセル内の各点の反射強度I(j)を用いて、以下の式(12)により平均値ベクトルLを算出する。Also, for the scan data by the rider, the average value vector L is calculated by the following equation (12) using the reflection intensity IL (j) of each point in each voxel.

Figure 0006923748
そして、車載機1は、式(6)の評価関数E(k)及び式(7)の総合評価関数Eを用いてスキャンマッチングを行う。
Figure 0006923748
Then, the vehicle-mounted device 1 performs scan matching using the evaluation function E (k) of the equation (6) and the comprehensive evaluation function E of the equation (7).

式(10)〜(12)により得たND地図のボクセルデータ及びスキャンデータは、3次元的な位置情報に対して反射強度の特徴を加えた表現となる。例えば、ほぼ平らな道路面の場合は、点群の位置としてはxy平面上で一様であるため、x方向とy方向の平均や分散は一定である。しかし、白線や横断歩道など、反射強度の高い部分があると、それによりx方向とy方向の平均ベクトルや共分散行列に特徴が生まれる。 The voxel data and scan data of the ND map obtained by the formulas (10) to (12) are expressions in which the characteristic of the reflection intensity is added to the three-dimensional position information. For example, in the case of a substantially flat road surface, the position of the point cloud is uniform on the xy plane, so that the average and variance in the x and y directions are constant. However, if there is a part with high reflection intensity such as a white line or a pedestrian crossing, the mean vector and covariance matrix in the x and y directions are characterized by this.

図9は、あるND地図のボクセルデータの2次元正規分布を示す。図9(A)は、反射強度を利用せずに算出した2次元正規分布51を示す。複数の点Dmの反射強度は考慮されないため、各点Dmの位置に基づいて正規分布51が得られる。これに対し、図9(B)は、第2実施例により各点Dmの反射強度を用いて算出した2次元正規分布52を示す。この例では、複数の点Dmに反射強度の高い点Dmxが含まれていることにより、正規分布52は正規分布51よりも点Dmxの方向に偏った分布となり、反射強度の高い部分の特徴を反映したものとなる。 FIG. 9 shows a two-dimensional normal distribution of voxel data of a certain ND map. FIG. 9A shows a two-dimensional normal distribution 51 calculated without using the reflection intensity. Since the reflection intensity of the plurality of points Dm is not taken into consideration, the normal distribution 51 is obtained based on the position of each point Dm. On the other hand, FIG. 9B shows a two-dimensional normal distribution 52 calculated by using the reflection intensity of each point Dm according to the second embodiment. In this example, since the plurality of points Dm include the points Dmx having high reflection intensity, the normal distribution 52 becomes a distribution biased in the direction of the point Dmx more than the normal distribution 51, and the feature of the portion having high reflection intensity is characterized. It will be reflected.

このように、第2実施例では、ND地図のボクセルデータにおいて各点の反射強度を用いて平均ベクトルと共分散行列を算出するとともに、ライダ30によるスキャンデータについても各点の反射強度を用いて平均値ベクトルを算出する。よって、道路周辺が形状的に変化の乏しい環境であっても、反射強度に変化があれば、その反射強度により平均ベクトル、共分散行列などのパラメータに特徴を持たせることができ、スキャンマッチング時の一致と不一致の違いが大きくなる。従って、スキャンマッチングの精度が向上し、その結果、自車位置推定精度を向上させることができる。 As described above, in the second embodiment, the average vector and the covariance matrix are calculated using the reflection intensity of each point in the voxel data of the ND map, and the reflection intensity of each point is also used for the scan data by the rider 30. Calculate the average value vector. Therefore, even in an environment where there is little change in shape around the road, if there is a change in the reflection intensity, parameters such as the average vector and covariance matrix can be characterized by the reflection intensity, and at the time of scan matching. The difference between a match and a mismatch is large. Therefore, the accuracy of scan matching is improved, and as a result, the accuracy of own vehicle position estimation can be improved.

第2実施例における自車位置推定処理は、基本的に図8に示す第1実施例の場合と同様である。但し、ステップS16において地図DB10から取得するボクセルデータは、図4(A)に示すデータ構造及び内容を有するが、その平均ベクトルμ及び共分散行列Vはそれぞれ前述の式(10)、(11)により算出されたものとなっている。また、ステップS17においては、車載機1は、各ボクセル内の各点の反射強度I(j)を用いて平均値ベクトルLを算出する。そして、ステップS18では、式(6)、(7)の評価関数を用いてスキャンマッチングが行われる。The own vehicle position estimation process in the second embodiment is basically the same as that in the first embodiment shown in FIG. However, the voxel data acquired from the map DB 10 in step S16 has the data structure and contents shown in FIG. 4 (A), and the average vector μ and the covariance matrix V are the above-mentioned equations (10) and (11), respectively. It is calculated by. Further, in step S17, the vehicle-mounted device 1 calculates the average value vector L using the reflection intensity IL (j) of each point in each voxel. Then, in step S18, scan matching is performed using the evaluation functions of the equations (6) and (7).

(変形例)
上記の第1実施例と第2実施例を組み合わせて実施してもよい。その場合、ND地図のボクセルデータは、図6(A)に示すようにボクセル内の各点の反射強度の平均値である反射強度平均値Iを含む。また、図6(B)に示すように、ライダによるスキャンデータについても、各点の反射強度に基づいて反射強度平均値Iを算出する。これに加えて、ボクセルデータに含まれる平均ベクトルμ及び共分散行列Vは、それぞれ前述の式(10)、(11)で示すように各点の反射強度I(i)を用いて算出されたものとなっている。また、ライダによるスキャンデータの平均ベクトルLも、前述の式(12)に示すようにボクセル内の各点の反射強度I(j)を用いて算出される。そして、これらのボクセルデータとスキャンデータを用いて、式(8)、(9)により総合評価関数Eが最大となるようにスキャンマッチングを行う。
(Modification example)
The above-mentioned first embodiment and the second embodiment may be combined and carried out. In that case, the voxel data of the ND map, including the average value is reflected intensity average value I M of the reflection intensity of each point in the voxel, as shown in FIG. 6 (A). Further, as shown in FIG. 6B, the average reflection intensity IL is calculated based on the reflection intensity of each point for the scan data by the rider. In addition to this, the average vector μ and the covariance matrix V included in the voxel data are calculated using the reflection intensity IM (i) at each point as shown by the above equations (10) and (11), respectively. It has become a thing. Further, the average vector L of the scan data by the rider is also calculated by using the reflection intensity IL (j) of each point in the voxel as shown in the above equation (12). Then, using these voxel data and scan data, scan matching is performed so that the comprehensive evaluation function E is maximized by the equations (8) and (9).

1 車載機
2 サーバ装置
10 地図DB
20 配信地図DB
11、21 通信部
12、22 記憶部
15、25 制御部
13 センサ部
14 入力部
16 出力部
1 On-board unit 2 Server device 10 Map DB
20 Distribution map DB
11, 21 Communication unit 12, 22 Storage unit 15, 25 Control unit 13 Sensor unit 14 Input unit 16 Output unit

Claims (6)

移動体の自己位置を推定する自己位置推定装置であって、
所定サイズの3次元仮想領域単位で構成され、前記3次元仮想領域内に存在する物体に対して照射した光の反射光に対応する第1点群の特徴を示す第1点群特徴データを含む地図データを取得する地図データ取得手段と、
前記3次元仮想領域毎に、当該3次元仮想領域内に存在する物体に対して照射した光の反射光を受光する計測部により計測して得た第2点群の特徴を示す第2点群特徴データを含む計測データを生成する計測データ生成手段と、
前記3次元仮想領域毎の前記第1点群特徴データと前記第2点群特徴データとに基づいて、前記自己位置を推定する推定手段と、
を備え、
前記第1点群特徴データは前記第1点群の反射強度が反映されたデータであり、前記第2点群特徴データは前記第2点群の反射強度が反映されたデータであり、
前記第1点群特徴データは、前記第1点群の各点の反射強度を用いて算出した前記第1点群の平均位置及び分散を含み、
前記第2点群特徴データは、前記第2点群の各点の反射強度を用いて算出した前記第1点群の平均位置を含む自己位置推定装置。
It is a self-position estimation device that estimates the self-position of a moving body.
It is composed of three-dimensional virtual area units of a predetermined size, and includes first point cloud feature data showing the features of the first point cloud corresponding to the reflected light of the light applied to the object existing in the three-dimensional virtual area. Map data acquisition means to acquire map data and
The second point cloud showing the characteristics of the second point cloud obtained by measuring with the measuring unit that receives the reflected light of the light radiated to the object existing in the three-dimensional virtual area for each of the three-dimensional virtual areas. Measurement data generation means for generating measurement data including feature data,
An estimation means for estimating the self-position based on the first point cloud feature data and the second point cloud feature data for each of the three-dimensional virtual areas, and
With
The first point group, wherein the data is data reflecting the intensity of the first point group is reflected, the second point group feature data Ri Ah in data reflection intensity of the second point group is reflected,
The first point cloud feature data includes the average position and variance of the first point cloud calculated using the reflection intensity of each point of the first point cloud.
The second point cloud feature data is a self-position estimation device including the average position of the first point cloud calculated by using the reflection intensity of each point of the second point cloud.
前記3次元仮想領域毎の前記第1点群特徴データは、前記第1点群の各点の反射強度を反映した分布を有し、The first point cloud feature data for each of the three-dimensional virtual regions has a distribution that reflects the reflection intensity of each point in the first point cloud.
前記3次元仮想領域毎の前記第2点群特徴データは、前記第2点群の各点の反射強度を反映した分布を有する請求項1に記載の自己位置推定装置。The self-position estimation device according to claim 1, wherein the second point cloud feature data for each three-dimensional virtual region has a distribution that reflects the reflection intensity of each point in the second point cloud.
前記3次元仮想領域毎の前記第1点群特徴データにおける分布は、前記第1点群の少なくとも一点の反射強度が高い又は各点の反射強度に差がある場合に当該反射強度に応じて形状を変化させ、 The distribution in the first point cloud feature data for each of the three-dimensional virtual regions is shaped according to the reflection intensity when the reflection intensity of at least one point of the first point group is high or there is a difference in the reflection intensity of each point. To change,
前記3次元仮想領域毎の前記第2点群特徴データにおける分布は、前記第2点群の少なくとも一点の反射強度が高い又は各点の反射強度に差がある場合に当該反射強度に応じて形状を変化させる請求項2に記載の自己位置推定装置。The distribution in the second point cloud feature data for each of the three-dimensional virtual regions is shaped according to the reflection intensity when the reflection intensity of at least one point of the second point group is high or the reflection intensity of each point is different. The self-position estimation device according to claim 2.
移動体の自己位置を推定する自己位置推定装置により実行される自己位置推定方法であって、
所定サイズの3次元仮想領域単位で構成され、前記3次元仮想領域内に存在する物体に対して照射した光の反射光に対応する第1点群の特徴を示す第1点群特徴データを含む地図データを取得する地図データ取得工程と、
前記3次元仮想領域毎に、当該3次元仮想領域内に存在する物体に対して照射した光の反射光を受光する計測部により計測して得た第2点群の特徴を示す第2点群特徴データを含む計測データを生成する計測データ生成工程と、
前記3次元仮想領域毎の前記第1点群特徴データと前記第2点群特徴データとに基づいて、前記自己位置を推定する推定工程と、
を備え、
前記第1点群特徴データは前記第1点群の反射強度が反映されたデータであり、前記第2点群特徴データは前記第2点群の反射強度が反映されたデータであり、
前記第1点群特徴データは、前記第1点群の各点の反射強度を用いて算出した前記第1点群の平均位置及び分散を含み、
前記第2点群特徴データは、前記第2点群の各点の反射強度を用いて算出した前記第1点群の平均位置を含む自己位置推定方法。
A self-position estimation method performed by a self-position estimation device that estimates the self-position of a moving object.
It is composed of three-dimensional virtual area units of a predetermined size, and includes first point cloud feature data showing the features of the first point cloud corresponding to the reflected light of the light applied to the object existing in the three-dimensional virtual area. Map data acquisition process to acquire map data and
The second point cloud showing the characteristics of the second point cloud obtained by measuring with the measuring unit that receives the reflected light of the light radiated to the object existing in the three-dimensional virtual area for each of the three-dimensional virtual areas. A measurement data generation process that generates measurement data including feature data,
An estimation step of estimating the self-position based on the first point cloud feature data and the second point cloud feature data for each of the three-dimensional virtual areas, and
With
The first point group, wherein the data is data reflecting the intensity of the first point group is reflected, the second point group feature data Ri Ah in data reflection intensity of the second point group is reflected,
The first point cloud feature data includes the average position and variance of the first point cloud calculated using the reflection intensity of each point of the first point cloud.
The second point cloud feature data is a self-position estimation method including the average position of the first point cloud calculated by using the reflection intensity of each point of the second point cloud.
コンピュータを備え、移動体の自己位置を推定する自己位置推定装置により実行されるプログラムであって、
所定サイズの3次元仮想領域単位で構成され、前記3次元仮想領域内に存在する物体に対して照射した光の反射光に対応する第1点群の特徴を示す第1点群特徴データを含む地図データを取得する地図データ取得手段、
前記3次元仮想領域毎に、当該3次元仮想領域内に存在する物体に対して照射した光の反射光を受光する計測部により計測して得た第2点群の特徴を示す第2点群特徴データを含む計測データを生成する計測データ生成手段、
前記3次元仮想領域毎の前記第1点群特徴データと前記第2点群特徴データとに基づいて、前記自己位置を推定する推定手段、
として前記コンピュータを機能させ、
前記第1点群特徴データは前記第1点群の反射強度が反映されたデータであり、前記第2点群特徴データは前記第2点群の反射強度が反映されたデータであり、
前記第1点群特徴データは、前記第1点群の各点の反射強度を用いて算出した前記第1点群の平均位置及び分散を含み、
前記第2点群特徴データは、前記第2点群の各点の反射強度を用いて算出した前記第1点群の平均位置を含むプログラム。
A program that is equipped with a computer and is executed by a self-position estimation device that estimates the self-position of a moving object.
It is composed of three-dimensional virtual area units of a predetermined size, and includes first point cloud feature data showing the features of the first point cloud corresponding to the reflected light of the light applied to the object existing in the three-dimensional virtual area. Map data acquisition means to acquire map data,
The second point cloud showing the characteristics of the second point cloud obtained by measuring with the measuring unit that receives the reflected light of the light radiated to the object existing in the three-dimensional virtual area for each of the three-dimensional virtual areas. Measurement data generation means for generating measurement data including feature data,
An estimation means for estimating the self-position based on the first point cloud feature data and the second point cloud feature data for each of the three-dimensional virtual regions.
To make the computer function as
The first point group, wherein the data is data reflecting the intensity of the first point group is reflected, the second point group feature data Ri Ah in data reflection intensity of the second point group is reflected,
The first point cloud feature data includes the average position and variance of the first point cloud calculated using the reflection intensity of each point of the first point cloud.
The second point cloud feature data is a program including the average position of the first point cloud calculated by using the reflection intensity of each point of the second point cloud.
請求項に記載のプログラムを記憶した記憶媒体。 A storage medium that stores the program according to claim 5.
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