JP7748811B2 - Information processing device, control method, program, and storage medium - Google Patents
Information processing device, control method, program, and storage mediumInfo
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Description
本開示は、船舶の接岸時の処理に関する。 This disclosure relates to processing when a ship comes to berth.
従来から、船舶の接岸(着岸)に関する支援を行う技術が知られている。例えば、特許文献1には、船舶の自動接岸を行う自動接岸装置において、ライダから照射される光が接岸位置の周囲の物体に反射してライダにより受光できるように、船舶の姿勢を変化させる制御を行う手法が記載されている。 Technologies for assisting ships in docking (berthing) have been known for some time. For example, Patent Document 1 describes a method for controlling an automatic docking device that automatically docks ships by changing the ship's attitude so that light emitted from a lidar is reflected by objects around the docking position and received by the lidar.
自己位置推定及び地図データなどを行わず、センサの出力に基づき接岸を行う船舶の接岸支援においては、近傍に存在する構造物が接岸場所であるか否かなどの接岸状況を的確に判定して船舶制御などに反映させる必要がある。 When assisting ships that dock based on sensor output without using self-position estimation or map data, it is necessary to accurately determine the docking situation, such as whether nearby structures are suitable for docking, and reflect this information in ship control, etc.
本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、接岸状況を好適に判定可能な情報処理装置を提供することを主な目的とする。 This disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and its main objective is to provide an information processing device that can appropriately determine the docking situation.
請求項に記載の発明は、
船舶に設けられた計測装置が生成する、接岸場所が存在する方向の計測データを取得する取得手段と、
前記計測データから算出した法線ベクトルに基づき、前記計測データにより検出される前記接岸場所の面である検出面と、前記検出面の上端または下端に対応する前記計測装置の垂直視野角の垂直番号と、を特定する特定手段と、
前記特定手段による特定結果に基づき、接岸場所の接岸に関する接岸状況を判定する接
岸状況判定手段と、
を有する情報処理装置である。
The claimed invention is
an acquisition means for acquiring measurement data in a direction toward a berthing location, the measurement data being generated by a measurement device provided on the ship;
an identification means for identifying a detection plane, which is the plane of the docking location detected by the measurement data, and a vertical number of the vertical field of view angle of the measurement device corresponding to the upper end or lower end of the detection plane, based on a normal vector calculated from the measurement data;
a docking status determination means for determining a docking status regarding the docking location based on the result of identification by the identification means;
The information processing device has the following.
また、請求項に記載の発明は、
コンピュータが実行する制御方法であって、
船舶に設けられた計測装置が生成する、接岸場所が存在する方向の計測データを取得し、
前記計測データから算出した法線ベクトルに基づき、前記計測データにより検出される前記接岸場所の面である検出面と、前記検出面の上端または下端に対応する前記計測装置の垂直視野角の垂直番号と、を特定し、
前記検出面と前記垂直番号との特定結果に基づき、接岸場所の接岸に関する接岸状況を判定する、
制御方法である。
The claimed invention also includes:
A computer-implemented control method comprising:
Acquire measurement data in the direction of the docking location generated by a measuring device installed on the ship,
based on the normal vector calculated from the measurement data, a detection plane, which is the plane of the docking location detected by the measurement data, and a vertical number of the vertical field of view angle of the measurement device corresponding to the upper end or lower end of the detection plane are identified;
determining a docking situation regarding docking at a docking location based on the result of identifying the detection surface and the vertical number ;
It is a control method.
また、請求項に記載の発明は、
船舶に設けられた計測装置が生成する、接岸場所が存在する方向の計測データを取得し、
前記計測データから算出した法線ベクトルに基づき、前記計測データにより検出される前記接岸場所の面である検出面と、前記検出面の上端または下端に対応する前記計測装置の垂直視野角の垂直番号と、を特定し、
前記検出面と前記垂直番号との特定結果に基づき、接岸場所の接岸に関する接岸状況を判定する処理をコンピュータに実行させるプログラムである。
The claimed invention also includes:
Acquire measurement data in the direction of the docking location generated by a measuring device installed on the ship,
based on the normal vector calculated from the measurement data, a detection plane, which is the plane of the docking location detected by the measurement data, and a vertical number of the vertical field of view angle of the measurement device corresponding to the upper end or lower end of the detection plane are identified;
The program causes a computer to execute a process for determining the docking status of the docking location based on the result of identifying the detection surface and the vertical number .
本開示における好適な実施形態によれば、情報処理装置は、船舶に設けられた計測装置が生成する、接岸場所が存在する方向の計測データを取得する取得手段と、前記計測データから算出した法線ベクトルに基づき、前記計測装置の視野角に存在する前記接岸場所の面である視野内面と、前記計測データにより検出される前記接岸場所の面である検出面とを特定する特定手段と、前記特定手段による特定結果に基づき、接岸場所の接岸に関する接岸状況を判定する接岸状況判定手段と、を有する。この態様によれば、情報処理装置は、計測装置による接岸場所の面の検出状況に基づき、的確に接岸状況を判定することができる。 According to a preferred embodiment of the present disclosure, an information processing device includes an acquisition means for acquiring measurement data in the direction toward the docking location generated by a measurement device installed on the ship; an identification means for identifying, based on a normal vector calculated from the measurement data, an inner field of view, which is the surface of the docking location that exists within the field of view of the measurement device, and a detection surface, which is the surface of the docking location detected by the measurement data; and a docking status determination means for determining the docking status of the docking location based on the identification results by the identification means. According to this aspect, the information processing device can accurately determine the docking status based on the detection status of the surface of the docking location by the measurement device.
上記情報処理装置の一態様では、情報処理装置は、水面位置を基準として前記計測データから水面反射データを除去したデータに基づき前記法線ベクトルを算出する法線ベクトル算出手段を有する。この態様により、情報処理装置は、水面反射に起因して生成された、水面位置より下の位置を示す誤検出データを的確に除去したデータに基づき、接岸場所の法線ベクトルを的確に算出することができる。 In one aspect of the information processing device, the information processing device has a normal vector calculation means that calculates the normal vector based on data obtained by removing water surface reflection data from the measurement data using the water surface position as a reference. This aspect allows the information processing device to accurately calculate the normal vector of the docking location based on data obtained by accurately removing erroneous detection data that indicates a position below the water surface position and is generated due to water surface reflection.
上記情報処理装置の他の一態様では、情報処理装置は、ダウンサンプリング後の前記計測データを構成する計測点の各々に対し、前記法線ベクトルを算出する法線ベクトル算出手段を有する。この態様により、情報処理装置は、処理負荷を低減しつつ、必要な法線ベクトルを好適に算出することができる。 In another aspect of the information processing device, the information processing device includes a normal vector calculation means that calculates the normal vector for each measurement point that constitutes the downsampled measurement data. This aspect allows the information processing device to efficiently calculate the required normal vectors while reducing the processing load.
上記情報処理装置の他の一態様では、前記特定手段は、鉛直方向の法線ベクトルに基づき、前記接岸場所の上面が前記検出面となるか否か判定し、水平方向の法線ベクトルに基づき、前記接岸場所の側面が前記検出面となるか否か判定する。この態様により、情報処理装置は、接岸場所の上面と側面が夫々検出面となるか的確に判定することができる。 In another aspect of the information processing device, the identification means determines whether the top surface of the docking location is the detection surface based on a vertical normal vector, and determines whether the side surface of the docking location is the detection surface based on a horizontal normal vector. This aspect allows the information processing device to accurately determine whether the top surface and side surface of the docking location are each detection surfaces.
上記情報処理装置の他の一態様では、前記接岸状況判定手段は、前記上面と前記側面とが夫々前記視野内面となるか否か、及び、前記上面と前記側面とが夫々前記検出面となるか否かの組み合わせに基づき、前記接岸状況を判定する。この態様により、情報処理装置は、検出した物体の接岸場所としての適否等の接岸状況を好適に判定することができる。 In another aspect of the information processing device, the docking status determination means determines the docking status based on a combination of whether the top surface and the side surface are each within the field of view, and whether the top surface and the side surface are each within the detection surface. This aspect allows the information processing device to appropriately determine the docking status, such as whether the detected object is suitable as a docking location.
上記情報処理装置の他の一態様では、情報処理装置は、前記接岸状況の判定結果に基づき、前記接岸場所に関する信頼度を表す信頼度情報を生成する信頼度情報生成手段をさらに有する。この態様により、情報処理装置は、接岸等における船舶の制御に有用な信頼度情報を好適に生成することができる。 In another aspect of the information processing device, the information processing device further includes reliability information generation means for generating reliability information indicating the reliability of the berthing location based on the results of the determination of the berthing situation. This aspect enables the information processing device to suitably generate reliability information useful for controlling the ship during berthing, etc.
上記情報処理装置の他の一態様では、情報処理装置は、前記法線ベクトルに基づき、前記船舶から前記接岸場所までの距離である対岸距離を算出する対岸距離算出手段と、前記対岸距離に基づき、前記船舶の前記接岸場所に対する進入角度を算出する進入角度算出手段と、をさらに有し、前記信頼度情報生成手段は、前記対岸距離の時間変化に基づく前記対岸距離に関する信頼度と、前記進入角度の時間変化に基づく前記進入角度に関する信頼度とを含む前記信頼度情報を生成する。この態様により、情報処理装置は、対岸距離と進入角度を的確に算出し、かつ、これらの信頼度を含んだ信頼度情報を好適に生成することができる。 In another aspect of the information processing device, the information processing device further includes a shore distance calculation means for calculating the shore distance, which is the distance from the ship to the docking location, based on the normal vector, and an approach angle calculation means for calculating the approach angle of the ship relative to the docking location based on the shore distance, and the reliability information generation means generates the reliability information including a reliability of the shore distance based on a change in the shore distance over time, and a reliability of the approach angle based on a change in the approach angle over time. This aspect allows the information processing device to accurately calculate the shore distance and the approach angle, and to suitably generate reliability information including these reliabilities.
上記情報処理装置の他の一態様では、情報処理装置は、前記計測データに基づき、前記船舶に対する前記接岸場所における所定個数の近傍点を判定する近傍点探索手段と、前記近傍点から前記船舶に対する前記接岸場所における最近傍点を判定する最近傍点判定手段と、をさらに有し、前記対岸距離算出手段は、前記最近傍点と、前記法線ベクトルとに基づき、前記対岸距離を算出し、前記信頼度情報生成手段は、前記近傍点の分散に基づき、前記最近傍点に関する信頼度を含む前記信頼度情報を生成する。この態様により、情報処理装置は、対岸距離の算出に必要な接岸場所の最近傍点の探索を好適に実行し、かつ、最近傍点に関する信頼度を含んだ信頼度情報を好適に生成することができる。 In another aspect of the information processing device, the information processing device further includes a nearby point search means for determining a predetermined number of nearby points at the docking location relative to the ship based on the measurement data, and a nearest point determination means for determining the nearest point at the docking location relative to the ship from the nearby points, wherein the opposite shore distance calculation means calculates the opposite shore distance based on the nearest point and the normal vector, and the reliability information generation means generates the reliability information including the reliability of the nearest point based on the variance of the nearest points. This aspect allows the information processing device to preferably search for the nearest point to the docking location required for calculating the opposite shore distance, and preferably generate reliability information including the reliability of the nearest point.
本開示の他の好適な実施形態によれば、コンピュータが実行する制御方法であって、船舶に設けられた計測装置が生成する、接岸場所が存在する方向の計測データを取得し、前記計測データから算出した法線ベクトルに基づき、前記計測装置の視野角に存在する前記接岸場所の面である視野内面と、前記計測データにより検出される前記接岸場所の面である検出面とを特定し、前記視野内面と前記検出面との特定結果に基づき、接岸場所の接岸に関する接岸状況を判定する。コンピュータは、この制御方法を実行することで、計測装置による接岸場所の面の検出状況に基づき、的確に接岸状況を判定することができる。 According to another preferred embodiment of the present disclosure, a computer-implemented control method acquires measurement data in the direction of the docking location generated by a measurement device installed on a ship, identifies an inner field of view, which is the surface of the docking location present in the field of view of the measurement device, and a detection surface, which is the surface of the docking location detected by the measurement data, based on a normal vector calculated from the measurement data, and determines the docking status of the docking location based on the identification of the inner field of view and the detection surface. By executing this control method, the computer can accurately determine the docking status based on the detection status of the surface of the docking location by the measurement device.
本開示の他の好適な実施形態によれば、船舶に設けられた計測装置が生成する、接岸場所が存在する方向の計測データを取得し、前記計測データから算出した法線ベクトルに基づき、前記計測装置の視野角に存在する前記接岸場所の面である視野内面と、前記計測データにより検出される前記接岸場所の面である検出面とを特定し、前記視野内面と前記検出面との特定結果に基づき、接岸場所の接岸に関する接岸状況を判定する処理をコンピュータに実行させるプログラムである。コンピュータは、このプログラムを実行することで、計測装置による接岸場所の面の検出状況に基づき、的確に接岸状況を判定することができる。好適には、上記プログラムは、記憶媒体に記憶される。 According to another preferred embodiment of the present disclosure, there is provided a program that causes a computer to execute a process of acquiring measurement data in the direction of the docking location generated by a measurement device installed on a ship, identifying an inner field of view, which is the surface of the docking location present in the field of view of the measurement device, and a detection surface, which is the surface of the docking location detected by the measurement data, based on a normal vector calculated from the measurement data, and determining the docking status of the docking location based on the identification of the inner field of view and the detection surface. By executing this program, the computer can accurately determine the docking status based on the detection status of the surface of the docking location by the measurement device. Preferably, the program is stored on 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。なお、任意の記号の上に「^」または「-」が付された文字を、本明細書では便宜上、「A^」または「A-」(「A」は任意の文字)と表す。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. For convenience, any symbol followed by a "^" or "-" will be represented in this specification as "A^" or " A- " (where "A" is any character).
(1)運転支援システムの概要
図1は、本実施例に係る運転支援システムの概略構成である。運転支援システムは、移動体である船舶と共に移動する情報処理装置1と、当該船舶に搭載されたセンサ群2とを有する。以後では、情報処理装置1と共に移動する船舶を「対象船舶」とも呼ぶ。
(1) Overview of the driving assistance system
1 shows a schematic configuration of a driving assistance system according to this embodiment. The driving assistance system includes an information processing device 1 that moves together with a ship, which is a moving body, and a sensor group 2 mounted on the ship. Hereinafter, the ship that moves together with the information processing device 1 will also be referred to as the "target ship."
情報処理装置1は、センサ群2と電気的に接続し、センサ群2に含まれる各種センサの出力に基づき、情報処理装置1が設けられた対象船舶の自動運転制御等の運転支援を行う。運転支援には、自動接岸(着岸)などの接岸支援も含まれる。ここで、「接岸」とは、岸壁に対象船舶を着ける場合の他、桟橋等の構造体に対象船舶を着ける場合も含まれる。また、以後では、「接岸場所」とは、接岸の対象となる岸壁、桟橋等の構造体の総称であるものとする。情報処理装置1は、対象船舶に設けられたナビゲーション装置であってもよく、船舶に内蔵された電子制御装置であってもよい。 The information processing device 1 is electrically connected to the sensor group 2 and, based on the output of various sensors included in the sensor group 2, provides operational support such as automatic operation control of the target ship on which the information processing device 1 is installed. Operational support also includes docking support such as automatic berthing (docking). Here, "docking" includes docking the target ship to a quay as well as docking the target ship to a structure such as a pier. Furthermore, hereafter, "docking location" is a general term for structures such as quays and piers that are the target for docking. The information processing device 1 may be a navigation device installed on the target ship, or an electronic control device built into the ship.
センサ群2は、対象船舶に設けられた種々の外界センサ及び内界センサを含んでいる。本実施例では、センサ群2は、ライダ(Lidar:Light Detection and Ranging、または、Laser Illuminated Detection And Ranging)3を少なくとも含んでいる。 The sensor group 2 includes various external and internal sensors installed on the target vessel. In this embodiment, the sensor group 2 includes at least a lidar (Light Detection and Ranging, or Laser Illuminated Detection and Ranging) 3.
ライダ3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次元の点群データを生成する。この場合、ライダ3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。レーザ光を照射する方向(走査位置)ごとに計測されるデータ(「計測点」又は「計測点データ」とも呼ぶ。)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応答遅延時間とに基づき生成される。なお、ライダ3は、上述したスキャン型のライダに限らず、2次元アレイ状のセンサの視野にレーザ光を拡散照射することによって3次元データを生成するフラッシュ型のライダであってもよい。ライダ3は、本発明における「計測装置」の一例である。 The LIDAR 3 emits a pulsed laser beam over a predetermined angular range in the horizontal and vertical directions to discretely measure the distance to an object in the external environment and generate three-dimensional point cloud data indicating the object's position. In this case, the LIDAR 3 includes an irradiation unit that emits laser light while changing the irradiation direction, a light receiving unit that receives reflected (scattered) light from the emitted laser light, and an output unit that outputs scan data based on the light receiving signal output by the light receiving unit. The data measured for each direction of laser light irradiation (scanning position) (also referred to as "measurement point" or "measurement point data") is generated based on the irradiation direction corresponding to the laser light received by the light receiving unit and the response delay time of the laser light determined based on the light receiving signal. The LIDAR 3 is not limited to the scanning LIDAR described above, but may also be a flash LIDAR that generates three-dimensional data by irradiating a diffused laser beam within the field of view of a two-dimensional array sensor. The LIDAR 3 is an example of a "measurement device" within the scope of this invention.
(2)情報処理装置の構成
図2は、情報処理装置1のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。情報処理装置1は、主に、インターフェース11と、メモリ12と、コントローラ13と、を有する。これらの各要素は、バスラインを介して相互に接続されている。
(2) Configuration of the information processing device
2 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of the information processing device 1. The information processing device 1 mainly includes an interface 11, a memory 12, and a controller 13. These elements are connected to each other via a bus line.
インターフェース11は、情報処理装置1と外部装置とのデータの授受に関するインターフェース動作を行う。本実施例では、インターフェース11は、センサ群2の各センサから出力データを取得し、コントローラ13へ供給する。また、インターフェース11は、例えば、コントローラ13が生成した対象船舶の制御に関する信号を、対象船舶の運転を制御する対象船舶の各構成要素に供給する。例えば、対象船舶は、エンジンや電気モータなどの駆動源と、駆動源の駆動力に基づき進行方向の推進力を生成するスクリューと、駆動源の駆動力に基づき横方向の推進力を生成するスラスターと、船舶の進行方向を自在に定めるための機構である舵等とを備える。そして、自動接岸などの自動運転時には、インターフェース11は、コントローラ13が生成した制御信号を、これらの各構成要素に供給する。なお、対象船舶に電子制御装置が設けられている場合には、インターフェース11は、当該電子制御装置に対し、コントローラ13が生成した制御信号を供給する。インターフェース11は、無線通信を行うためのネットワークアダプタなどのワイヤレスインターフェースであってもよく、ケーブル等により外部装置と接続するためのハードウェアインターフェースであってもよい。また、インターフェース11は、入力装置、表示装置、音出力装置等の種々の周辺装置とのインターフェース動作を行ってもよい。 The interface 11 performs interface operations related to the exchange of data between the information processing device 1 and external devices. In this embodiment, the interface 11 acquires output data from each sensor in the sensor group 2 and supplies it to the controller 13. The interface 11 also supplies, for example, signals related to the control of the target vessel generated by the controller 13 to each component of the target vessel that controls the operation of the target vessel. For example, the target vessel may include a drive source such as an engine or electric motor, a screw that generates forward thrust based on the drive force of the drive source, a thruster that generates lateral thrust based on the drive force of the drive source, and a rudder, which is a mechanism for freely determining the direction of travel of the vessel. During automatic operation, such as automatic docking, the interface 11 supplies control signals generated by the controller 13 to each of these components. If the target vessel is equipped with an electronic control device, the interface 11 supplies the control signals generated by the controller 13 to the electronic control device. The interface 11 may be a wireless interface, such as a network adapter, for wireless communication, or a hardware interface for connecting to an external device via a cable or the like. The interface 11 may also perform interface operations with various peripheral devices such as input devices, display devices, and sound output devices.
メモリ12は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリなどの各種の揮発性メモリ及び不揮発性メモリにより構成される。メモリ12は、コントローラ13が所定の処理を実行するためのプログラムが記憶される。なお、コントローラ13が実行するプログラムは、メモリ12以外の記憶媒体に記憶されてもよい。 Memory 12 is composed of various types of volatile and non-volatile memory, such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), a hard disk drive, and flash memory. Memory 12 stores programs that allow controller 13 to execute predetermined processes. Note that the programs executed by controller 13 may be stored in storage media other than memory 12.
また、メモリ12には、本実施例において情報処理装置1が実行する処理に必要な情報が記憶される。例えば、メモリ12には、接岸場所の位置に関する情報を含む地図データが含まれていてもよい。他の例では、メモリ12には、ライダ3が1周期分の走査を行った場合に得られる点群データに対してダウンサンプリングを行う場合のダウンサンプリングのサイズに関する情報が記憶される。 In addition, the memory 12 stores information necessary for the processing performed by the information processing device 1 in this embodiment. For example, the memory 12 may include map data including information regarding the location of the docking location. In another example, the memory 12 stores information regarding the downsampling size when downsampling is performed on the point cloud data obtained when the lidar 3 performs one scanning cycle.
コントローラ13は、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、TPU(Tensor Processing Unit)などの1又は複数のプロセッサを含み、情報処理装置1の全体を制御する。この場合、コントローラ13は、メモリ12等に記憶されたプログラムを実行することで、対象船舶の運転支援等に関する処理を行う。 The controller 13 includes one or more processors, such as a CPU (Central Processing Unit), GPU (Graphics Processing Unit), and TPU (Tensor Processing Unit), and controls the entire information processing device 1. In this case, the controller 13 executes programs stored in the memory 12, etc., to perform processing related to operational support for the target ship, etc.
また、コントローラ13は、機能的には、接岸場所検出部15と、接岸パラメータ算出部16と、を有する。接岸場所検出部15は、ライダ3が出力する点群データに基づき、接岸場所の検出に関する処理を行う。接岸パラメータ算出部16は、接岸場所への接岸に必要なパラメータ(「接岸パラメータ」とも呼ぶ。)の算出を行う。ここで、接岸パラメータには、接岸場所までの距離(対岸距離)、接岸場所への進入角度、接岸場所へ近づく速度(接岸速度)などが含まれる。また、接岸パラメータ算出部16は、接岸場所検出部15の処理結果及び接岸パラメータに基づき、接岸場所への接岸に関する信頼度を表す情報(「信頼度情報」とも呼ぶ。)を算出する。そして、コントローラ13は、「取得手段」、「特定手段」、「法線ベクトル算出手段」、「対岸距離算出手段」、「進入角度算出手段」、「近傍点探索手段」、「最近傍点判定手段」、「接岸状況判定手段」、「信頼度情報生成手段」及びプログラムを実行するコンピュータ等として機能する。 Functionally, the controller 13 also includes a docking location detection unit 15 and a docking parameter calculation unit 16. The docking location detection unit 15 performs processing related to docking location detection based on point cloud data output by the LIDAR 3. The docking parameter calculation unit 16 calculates parameters (also referred to as "docking parameters") required for docking at the docking location. Here, the docking parameters include the distance to the docking location (docking distance), the approach angle to the docking location, and the speed at which the vessel approaches the docking location (docking speed). The docking parameter calculation unit 16 also calculates information (also referred to as "reliability information") indicating the reliability of docking at the docking location based on the processing results of the docking location detection unit 15 and the docking parameters. The controller 13 functions as an "acquisition means," "identification means," "normal vector calculation means," "docking distance calculation means," "approach angle calculation means," "nearby point search means," "nearest neighbor point determination means," "docking situation determination means," "reliability information generation means," and a computer that executes programs.
なお、コントローラ13が実行する処理は、プログラムによるソフトウェアで実現することに限ることなく、ハードウェア、ファームウェア、及びソフトウェアのうちのいずれかの組み合わせ等により実現してもよい。また、コントローラ13が実行する処理は、例えばFPGA(Field-Programmable Gate Array)又はマイコン等の、ユーザがプログラミング可能な集積回路を用いて実現してもよい。この場合、この集積回路を用いて、コントローラ13が本実施例において実行するプログラムを実現してもよい。 The processing performed by the controller 13 is not limited to being realized by software programs, but may also be realized by any combination of hardware, firmware, and software. Furthermore, the processing performed by the controller 13 may also be realized using a user-programmable integrated circuit, such as an FPGA (Field-Programmable Gate Array) or a microcomputer. In this case, the program executed by the controller 13 in this embodiment may be realized using this integrated circuit.
(3)接岸支援処理
次に、情報処理装置1が実行する接岸支援処理について説明する。概略的には、情報処理装置1は、接岸場所が存在する方向において計測されたライダ3の点群データに基づき、ライダの視野角(即ちレーザ光による走査範囲)に存在する面と点群データにより検出される面とを特定し、その特定結果に基づき、接岸場所に関する信頼度を決定する。
(3) Berthing support processing
Next, we will explain the docking assistance process executed by the information processing device 1. In summary, based on point cloud data of the lidar 3 measured in the direction in which the docking location exists, the information processing device 1 identifies a surface present in the field of view of the lidar (i.e., the scanning range of the laser light) and a surface detected by the point cloud data, and determines the reliability of the docking location based on the identification result.
(3-1)機能ブロック
図3は、接岸支援処理に関する接岸場所検出部15及び接岸パラメータ算出部16の機能ブロック図である。接岸場所検出部15は、機能的には、法線ベクトル算出ブロック20と、視野・検出面特定ブロック21と、法線数特定ブロック22と、平均・分散算出ブロック23と、接岸状況判定ブロック24とを有する。また、接岸パラメータ算出部16は、機能的には、近傍点探索ブロック25と、最近傍判定ブロック26と、対岸距離算出ブロック27と、進入角度算出ブロック28と、接岸速度算出ブロック29と、信頼度情報生成ブロック30とを有する。
(3-1) Functional Blocks
3 is a functional block diagram of the docking location detection unit 15 and the docking parameter calculation unit 16 related to the docking assistance process. The docking location detection unit 15 functionally includes a normal vector calculation block 20, a field of view/detection plane specification block 21, a normal number specification block 22, a mean/variance calculation block 23, and a docking situation determination block 24. The docking parameter calculation unit 16 functionally includes a neighboring point search block 25, a nearest neighbor determination block 26, a docking distance calculation block 27, an approach angle calculation block 28, a docking speed calculation block 29, and a reliability information generation block 30.
法線ベクトル算出ブロック20は、接岸場所が存在する方向に対してライダ3が生成する点群データに基づき、接岸場所が形成する面(「接岸面」とも呼ぶ。)の法線ベクトルを算出する。この場合、法線ベクトル算出ブロック20は、例えば、対象船舶において接岸側を計測範囲に含むライダ3が生成する点群データに基づき、上述の法線ベクトルを算出する。ライダ3の計測範囲及び接岸場所の方向に関する情報は、例えばメモリ12等に予め登録されていてもよい。 The normal vector calculation block 20 calculates the normal vector of the plane formed by the docking location (also called the "docking surface") based on point cloud data generated by the LIDAR 3 in the direction in which the docking location is located. In this case, the normal vector calculation block 20 calculates the above-mentioned normal vector based on point cloud data generated by the LIDAR 3, for example, whose measurement range includes the docking side of the target ship. Information regarding the measurement range of the LIDAR 3 and the direction in which the docking location is located may be pre-registered, for example, in memory 12.
この場合、法線ベクトル算出ブロック20は、好適には、点群データのダウンサンプリングと、レーザ光が水面で反射することで得られたデータ(「水面反射データ」とも呼ぶ。)の除去と、を夫々行うとよい。 In this case, the normal vector calculation block 20 preferably downsamples the point cloud data and removes data obtained by the laser light reflecting off the water surface (also called "water surface reflection data").
この場合、まず、法線ベクトル算出ブロック20は、ライダ3が生成する点群データに対し、水面位置より下方に存在するデータを、水面反射データ(即ち誤検出データ)として除去する。なお、法線ベクトル算出ブロック20は、例えば、周辺に水面以外の物体が存在しないときにライダ3が生成する点群データの高さ方向の平均値等に基づき、水面位置を推定する。そして、法線ベクトル算出ブロック20は、水面反射データを除去後の点群データに対し、所定サイズの格子空間毎に計測点を統合する処理であるダウンサンプリングを行う。そして、法線ベクトル算出ブロック20は、ダウンサンプリング後の点群データにより示される各計測点について、周辺の複数の計測点を用いて法線ベクトルを算出する。なお、ダウンサンプリングは、水面で反射したデータの除去の前に実行されてもよい。 In this case, the normal vector calculation block 20 first removes data that exists below the water surface position from the point cloud data generated by the LIDAR 3 as water surface reflection data (i.e., false detection data). The normal vector calculation block 20 estimates the water surface position, for example, based on the average height value of the point cloud data generated by the LIDAR 3 when there are no objects other than the water surface in the vicinity. The normal vector calculation block 20 then performs downsampling on the point cloud data after the water surface reflection data has been removed, which is a process of integrating measurement points for each grid space of a predetermined size. The normal vector calculation block 20 then calculates the normal vector for each measurement point indicated by the point cloud data after downsampling, using multiple surrounding measurement points. Downsampling may be performed before removing data reflected by the water surface.
視野・検出面特定ブロック21は、ライダ3の視野角内に存在する接岸場所の面(「視野内面」とも呼ぶ。)と、法線ベクトル算出ブロック20が算出した法線ベクトルに基づき検出した接岸場所の面(「検出面」とも呼ぶ。)との特定を行う。この場合、視野・検出面特定ブロック21は、視野内面及び検出面として、接岸場所の上面又は/及び側面が含まれているか否かの特定を行う。具体的な特定方法については図5~図7を参照して説明する。 The field of view/detection surface identification block 21 identifies the surface of the docking location that exists within the field of view of the lidar 3 (also referred to as the "inner field of view") and the surface of the docking location detected based on the normal vector calculated by the normal vector calculation block 20 (also referred to as the "detection surface"). In this case, the field of view/detection surface identification block 21 identifies whether the inner field of view and detection surface include the top and/or side surfaces of the docking location. Specific identification methods are described with reference to Figures 5 to 7.
法線数特定ブロック22は、法線ベクトル算出ブロック20が算出した法線ベクトルのうち、鉛直方向の法線ベクトルと、それに垂直な方向(即ち水平方向)の法線ベクトルとを夫々抽出し、鉛直方向の法線ベクトルの本数と、水平方向の法線ベクトルの本数とを算出する。ここでは、法線数特定ブロック22は、鉛直方向の法線ベクトルを、接岸場所の上面の計測点に対する法線、水平方向の法線ベクトルを、接岸場所の側面の計測点に対する法線を表すものとみなし、夫々の本数を接岸場所に関する信頼度の一指標として算出している。 The normal number identification block 22 extracts the vertical normal vectors and the normal vectors perpendicular to them (i.e., the horizontal direction) from the normal vectors calculated by the normal vector calculation block 20, and calculates the number of vertical normal vectors and the number of horizontal normal vectors. Here, the normal number identification block 22 considers the vertical normal vectors to represent normals to measurement points on the top surface of the docking location, and the horizontal normal vectors to represent normals to measurement points on the side of the docking location, and calculates the number of each as an indicator of the reliability of the docking location.
平均・分散算出ブロック23は、法線ベクトル算出ブロック20が算出した法線ベクトルのうち、鉛直方向の法線ベクトルと、それに垂直な方向(即ち水平方向)の法線ベクトルとを夫々抽出し、鉛直方向の法線ベクトルの平均及び分散と、水平方向の法線ベクトルの平均及び分散を算出する。 The mean/variance calculation block 23 extracts the vertical normal vectors and the normal vectors perpendicular to them (i.e., the horizontal direction) from the normal vectors calculated by the normal vector calculation block 20, and calculates the mean and variance of the vertical normal vectors and the mean and variance of the horizontal normal vectors.
接岸状況判定ブロック24は、同一の点群データに基づき特定又は算出された、視野・検出面特定ブロック21、法線数特定ブロック22、平均・分散算出ブロック23の各処理結果を、当該点群データの生成時点での接岸場所の検出状況を表す判定結果として取得する。そして、接岸状況判定ブロック24は、視野・検出面特定ブロック21、法線数特定ブロック22、平均・分散算出ブロック23の各処理結果を、接岸場所の検出状況の判定結果として、信頼度情報生成ブロック30に供給する。 The docking situation determination block 24 acquires the processing results of the field of view/detection plane determination block 21, the number of normals determination block 22, and the average/variance calculation block 23, which were identified or calculated based on the same point cloud data, as a determination result representing the detection status of the docking location at the time the point cloud data was generated.The docking situation determination block 24 then supplies the processing results of the field of view/detection plane determination block 21, the number of normals determination block 22, and the average/variance calculation block 23 to the reliability information generation block 30 as a determination result of the detection status of the docking location.
近傍点探索ブロック25は、距離が短い点を複数個探索することにより、対象船舶に対する接岸場所の所定個数分の近傍点を、点群データを構成する計測点から検出する。最近傍判定ブロック26は、近傍点探索ブロック25が検出した所定個数分の近傍点から、最近傍点を判定する処理を行う。 The neighboring point search block 25 searches for multiple points with short distances to detect a predetermined number of neighboring points of the target ship's docking location from the measurement points that make up the point cloud data. The nearest neighbor determination block 26 performs processing to determine the nearest point from the predetermined number of neighboring points detected by the neighboring point search block 25.
対岸距離算出ブロック27は、最近傍判定ブロック26が判定した最近傍点に基づき、対象船舶と接岸場所との最短距離に相当する対岸距離を算出する。進入角度算出ブロック28は、対岸距離算出ブロック27が算出した対岸距離に基づき、あるいは平均・分散算出ブロック23が算出した法線ベクトルの平均値に基づき、接岸場所に対する対象船舶の進入角度を算出する。接岸速度算出ブロック29は、対岸距離算出ブロック27が算出した対岸距離に基づき、接岸場所に対象船舶が近づく速度である接岸速度を算出する。 The shore distance calculation block 27 calculates the shore distance, which corresponds to the shortest distance between the target vessel and the berthing location, based on the nearest point determined by the nearest neighbor determination block 26. The approach angle calculation block 28 calculates the approach angle of the target vessel relative to the berthing location based on the shore distance calculated by the shore distance calculation block 27 or the average value of the normal vector calculated by the mean/variance calculation block 23. The berthing speed calculation block 29 calculates the berthing speed, which is the speed at which the target vessel approaches the berthing location, based on the shore distance calculated by the shore distance calculation block 27.
信頼度情報生成ブロック30は、接岸状況判定ブロック24、近傍点探索ブロック25、最近傍判定ブロック26、対岸距離算出ブロック27及び進入角度算出ブロック28の処理結果に基づき、信頼度情報を生成する。信頼度情報の詳細については後述する。 The reliability information generation block 30 generates reliability information based on the processing results of the docking situation determination block 24, nearby point search block 25, nearest neighbor determination block 26, opposite shore distance calculation block 27, and approach angle calculation block 28. Details of the reliability information will be described later.
(3-2)法線ベクトルに関する演算
次に、法線ベクトル算出ブロック20、法線数特定ブロック22及び平均・分散算出ブロック23の処理の具体例について図4を参照して説明する。
(3-2) Operations related to normal vectors
Next, a specific example of the processing of the normal vector calculation block 20, the normal number specification block 22, and the mean/variance calculation block 23 will be described with reference to FIG.
図4(A)は、対象船舶の船体を基準とした船体座標系の一例を示す。図4(A)に示すように、ここでは、対象船舶の正面(前進)方向を「x」座標、対象船舶の側面方向を「y」座標、対象船舶の高さ方向を「z」座標とする。そして、ライダ3が計測した、ライダ3を基準とした座標系の計測データは、図4(A)に示す船体座標系に変換される。なお、移動体に設置されたライダを基準とした座標系の点群データを移動体の座標系に変換する処理については、例えば、国際公開WO2019/188745などに開示されている。 Figure 4(A) shows an example of a hull coordinate system based on the hull of the target ship. As shown in Figure 4(A), the front (forward) direction of the target ship is the "x" coordinate, the lateral direction of the target ship is the "y" coordinate, and the height direction of the target ship is the "z" coordinate. The measurement data measured by the LIDAR 3 in the coordinate system based on the LIDAR 3 is converted into the hull coordinate system shown in Figure 4(A). Note that the process of converting point cloud data in a coordinate system based on a LIDAR installed on a moving body into the coordinate system of the moving body is disclosed, for example, in International Publication WO2019/188745.
図4(B)は、接岸場所である構造物50に対し、ライダ3が計測した計測位置を表す計測点及び計測点に基づき算出した法線ベクトルを明示した構造物50の斜視図である。図4(B)では、計測点を丸により示し、法線ベクトルを矢印により示している。ここでは、構造物50の上面及び側面の両方がライダ3により計測できた例が示されている。 Figure 4(B) is a perspective view of the structure 50, which is the docking location, clearly showing measurement points representing measurement positions measured by the lidar 3 and normal vectors calculated based on the measurement points. In Figure 4(B), measurement points are indicated by circles, and normal vectors are indicated by arrows. This shows an example in which both the top and side surfaces of the structure 50 were measured by the lidar 3.
図4(B)に示すように、法線ベクトル算出ブロック20は、構造物50の側面及び上面の計測点に対する法線ベクトルを算出する。法線ベクトルは、対象とする平面や曲面に垂直なベクトルであるため、面として構成可能な複数の計測点を用いて算出される。したがって、縦横が所定長の格子あるいは半径が所定長の円を設定し、その内部に存在する計測点を用いて計算する。この場合、法線ベクトル算出ブロック20は、計測点毎に法線ベクトルを算出してもよく、所定間隔毎に法線ベクトルを算出してもよい。そして、法線数特定ブロック22は、z成分が所定の閾値より大きい法線ベクトルを、鉛直方向を向いた法線ベクトルであると判定する。なお、法線ベクトルは、単位ベクトル化されているものとする。また、z成分が所定の閾値未満となる法線ベクトルを、水平方向を向いた法線ベクトルであると判定する。そして、法線数特定ブロック22は、鉛直方向の法線ベクトルの本数(ここでは5本)と水平方向の法線ベクトル(ここでは4本)とを特定する。さらに、平均・分散算出ブロック23は、鉛直方向の法線ベクトルの平均及び分散と、水平方向の法線ベクトルの平均及び分散を算出する。なお、エッジ部分は、その周辺の計測点が上面であったり側面であったりするため、斜めの方向になる。 As shown in Figure 4(B), the normal vector calculation block 20 calculates normal vectors for measurement points on the side and top surfaces of the structure 50. Because normal vectors are vectors perpendicular to the target plane or curved surface, they are calculated using multiple measurement points that can be configured as a surface. Therefore, a grid of predetermined length and width or a circle of predetermined radius is set, and calculations are performed using measurement points located within the grid. In this case, the normal vector calculation block 20 may calculate normal vectors for each measurement point, or may calculate normal vectors at predetermined intervals. The normal number determination block 22 then determines that normal vectors whose z-component is greater than a predetermined threshold are normal vectors pointing in the vertical direction. Note that normal vectors are assumed to be unit vectors. Furthermore, normal vectors whose z-component is less than a predetermined threshold are normal vectors pointing in the horizontal direction. The normal number determination block 22 then determines the number of vertical normal vectors (here, five) and the number of horizontal normal vectors (here, four). Furthermore, the mean/variance calculation block 23 calculates the mean and variance of the vertical normal vectors and the mean and variance of the horizontal normal vectors. Note that for edge portions, the measurement points around them are on the top or side, so the directions are oblique.
(3-3)視野内面及び検出面の特定
視野内面及び検出面の特定処理について、具体的な接岸状況を表す接岸状況A~接岸状況Eに場合分けして説明する。
(3-3) Identifying the inner field of view and detection surface
The process of identifying the inner field of view and the detection surface will be explained below by dividing the process into docking situations A to E, which represent specific docking situations.
(3-3-1)接岸状況A:接岸場所の側面及び上面の両方が視野内面及び検出面
図5は、視野内面及び検出面として接岸場所である構造物50の上面及び側面の両方が含まれる接岸状況を表す図である。図5において、破線51は、推定された水面位置を表す。そして、破線51より下方に存在する丸は、水面位置より下方に存在する計測点として除去された計測点を表す。また、構造物50の上面及び側面に存在する丸は、法線ベクトル算出ブロック20が算出した法線ベクトルに対応する計測点を表す。
(3-3-1) Berthing situation A: Both the side and top surfaces of the berthing location are within the field of view and the detection surface.
5 is a diagram showing a docking situation in which both the top and side surfaces of a structure 50, which is the docking location, are included as the inner field of view and detection surface. In FIG. 5, a dashed line 51 indicates the estimated water surface position. Circles below the dashed line 51 indicate measurement points that have been removed as measurement points below the water surface position. Circles on the top and side surfaces of the structure 50 indicate measurement points corresponding to the normal vectors calculated by the normal vector calculation block 20.
この場合、視野・検出面特定ブロック21は、法線ベクトル算出ブロック20が算出する法線ベクトルに基づき、構造物50の上面及び側面の両方を検出面として検出する。例えば、視野・検出面特定ブロック21は、鉛直方向の法線ベクトルの本数が所定個数以上の場合に、構造物50の上面が検出されたと判定し、水平方向の法線ベクトルの本数が所定個数以上の場合に、構造物50の側面が検出されたと判定する。上述の所定個数は、例えば予めメモリ12等に記憶されている。なお、視野・検出面特定ブロック21は、平均・分散算出ブロック23が算出する法線ベクトルの平均又は/及び分散に対して閾値を設けることで、構造物50の上面・側面の検出判定を行ってもよい。この場合、例えば、視野・検出面特定ブロック21は、鉛直方向の法線ベクトルの平均と鉛直方向を表すベクトルとの差が予め定めた閾値以内であって、鉛直方向の法線ベクトルの分散が閾値以内の場合に、上面が検出面として含まれると判定する。同様に、視野・検出面特定ブロック21は、水平方向の法線ベクトルの平均と鉛直方向を表すベクトルとの差が予め定めた閾値以内であって、水平方向の法線ベクトルの分散が閾値以内の場合に、側面が検出面として含まれると判定する。 In this case, the field of view/detection surface identification block 21 detects both the top and side surfaces of the structure 50 as detection surfaces based on the normal vectors calculated by the normal vector calculation block 20. For example, the field of view/detection surface identification block 21 determines that the top surface of the structure 50 has been detected if the number of vertical normal vectors is equal to or greater than a predetermined number, and determines that the side surface of the structure 50 has been detected if the number of horizontal normal vectors is equal to or greater than a predetermined number. The predetermined number is stored in advance, for example, in memory 12. The field of view/detection surface identification block 21 may also determine whether the top or side surface of the structure 50 has been detected by setting a threshold value for the average and/or variance of the normal vectors calculated by the average/variance calculation block 23. In this case, for example, the field of view/detection surface identification block 21 determines that the top surface is included as a detection surface if the difference between the average of the vertical normal vectors and the vector representing the vertical direction is within a predetermined threshold value and the variance of the vertical normal vectors is within a threshold value. Similarly, the field of view/detection surface identification block 21 determines that a side surface is included as a detection surface if the difference between the average of the horizontal normal vectors and the vector representing the vertical direction is within a predetermined threshold, and the variance of the horizontal normal vectors is within a threshold.
また、視野・検出面特定ブロック21は、図5の例において、構造物50の上面及び側面が検出面として検出されたことから、構造物50の上面及び側面の両方がライダ3の視野角内に存在すると判定する。 Furthermore, in the example of Figure 5, the field of view/detection surface identification block 21 determines that both the top and side surfaces of the structure 50 are within the field of view of the lidar 3, since both the top and side surfaces of the structure 50 are detected as detection surfaces.
そして、図5に示される接岸状況Aでは、視野内面及び検出面として接岸場所である構造物50の上面及び側面の両方が含まれることから、接岸場所が正確に検出されており、接岸場所の検出に関する信頼度が高いことが推定される。 In docking situation A shown in Figure 5, the inner field of view and detection surface include both the top and side surfaces of structure 50, which is the docking location, so the docking location is accurately detected, and it is estimated that the reliability of the detection of the docking location is high.
(3-3-2)接岸状況B:接岸場所の両面が視野内面かつ側面のみ検出面
図6(A)は、視野内面が上面及び側面であるのに対し、検出面が側面のみである接岸状況を表す図である。
(3-3-2) Berthing situation B: Both sides of the berthing location are inside the field of view and only the sides are detected
FIG. 6A is a diagram showing a docking situation in which the inner field of view is the top and side surfaces, while the detection surface is only the side surface.
図6(A)に示される接岸状況の場合、視野・検出面特定ブロック21は、法線ベクトル算出ブロック20が算出する法線ベクトルに基づき、構造物50の側面を検出面として検出する。例えば、視野・検出面特定ブロック21は、水平方向の法線ベクトルの本数が所定本数以上存在し、鉛直方向の法線ベクトルの本数が所定本数未満しか存在しないことから、構造物50の側面を検出面として検出する。一方、視野・検出面特定ブロック21は、構造物50の側面を検出した走査位置より上方を計測可能な走査位置が存在する(言い換えると、構造物50の側面を検出したデータの最上位の垂直番号(図6(B)において後述する)が垂直視野角の上端の番号ではない)ことから、視野内面が上面及び側面の両方を含むと判定する。図6(B)は、1回の走査周期においてライダ3が生成するデータの配列の一例を示す。ライダ3が生成する各データは、レーザ光の出射方向に応じた垂直番号(ここでは1~m)と水平番号(ここでは1~n)との組により特定される。図6(B)の例では、垂直番号が1番のデータが垂直視野角の上端の番号であるものとする。この場合、図6(A)の例では、視野・検出面特定ブロック21は、構造物50の側面を検出したデータの最上位の垂直番号が1番ではない場合に、視野内面が上面及び側面の両方を含むと判定する。 In the case of the docking situation shown in Figure 6(A), the field of view/detection plane identification block 21 detects the side of the structure 50 as the detection plane based on the normal vectors calculated by the normal vector calculation block 20. For example, the field of view/detection plane identification block 21 detects the side of the structure 50 as the detection plane because there are a predetermined number or more horizontal normal vectors and a predetermined number or less vertical normal vectors. On the other hand, the field of view/detection plane identification block 21 determines that the inner field of view includes both the top and side surfaces because there is a scanning position that can measure above the scanning position that detected the side of the structure 50 (in other words, the highest vertical number (described later in Figure 6(B)) of the data that detected the side of the structure 50 is not the number at the top of the vertical field of view). Figure 6(B) shows an example of the array of data generated by the lidar 3 in one scanning cycle. Each piece of data generated by the lidar 3 is identified by a combination of a vertical number (here, 1 to m) and a horizontal number (here, 1 to n) that correspond to the emission direction of the laser light. In the example of Figure 6(B), the data with vertical number 1 is the number at the top of the vertical field of view. In this case, in the example of Figure 6(A), if the highest vertical number in the data detecting the side of the structure 50 is not 1, the field of view/detection surface identification block 21 determines that the inner field of view includes both the top and side surfaces.
そして、図6(A)に示される接岸状況では、視野内面が上面及び側面の両方を含むものの、接岸場所の側面のみしか検出できていないため、接岸場所の検出に関する信頼度が図5の場合と比べて低いことが推定される。 In the docking situation shown in Figure 6(A), although the inner field of view includes both the top and side surfaces, only the side surfaces of the docking location are detected, so it is estimated that the reliability of detecting the docking location is lower than in the case of Figure 5.
(3-3-3)接岸状況C:接岸場所の両面が視野内面かつ上面のみ検出面
図6(C)は、視野内面が上面及び側面であるのに対し、検出面が上面のみである接岸状況を表す図である。
(3-3-3) Berthing situation C: Both sides of the berthing location are inside the field of view and only the top surface is the detection surface
FIG. 6C is a diagram showing a docking situation in which the inner surface of the field of view is the top surface and the side surface, while the detection surface is only the top surface.
図6(C)に示される接岸状況の場合、視野・検出面特定ブロック21は、法線ベクトル算出ブロック20が算出する法線ベクトルに基づき、構造物50の側面を上面として検出する。一方、視野・検出面特定ブロック21は、構造物50の上面を検出した走査位置より下方を計測可能な走査位置が存在する(言い換えると、構造物50の上面を検出したデータの最下位の垂直番号が垂直視野角の下端の番号(図6(B)ではm番)ではない)ことから、視野内面が上面及び側面の両方を含むと判定する。 In the case of the docking situation shown in Figure 6(C), the field of view/detection surface identification block 21 detects the side of the structure 50 as the top surface based on the normal vector calculated by the normal vector calculation block 20. On the other hand, the field of view/detection surface identification block 21 determines that the inner field of view includes both the top surface and the side surface because there is a scanning position that can measure below the scanning position that detected the top surface of the structure 50 (in other words, the lowest vertical number of the data that detected the top surface of the structure 50 is not the number at the bottom of the vertical field of view (number m in Figure 6(B))).
そして、図6(C)に示される接岸状況では、視野内面が上面及び側面の両方を含むものの、接岸場所の上面にみしか検出できていないため、接岸場所の検出に関する信頼度は、図5及び図6(A)の場合と比べて低いことが推定される。 In the docking situation shown in Figure 6(C), although the inner field of view includes both the top and side surfaces, only the top surface of the docking location is detected, so the reliability of detecting the docking location is estimated to be lower than in the cases of Figures 5 and 6(A).
(3-3-4)接岸状況D:視野内面及び検出面が共に側面のみ
図7(A)は、視野内面及び検出面が共に側面のみである接岸状況を表す図である。
(3-3-4) Berthing situation D: The inner field of view and the detection surface are both side only
FIG. 7A is a diagram showing a docking situation in which the inner field of view and the detection surface are both side surfaces.
図7(A)に示される接岸状況の場合、視野・検出面特定ブロック21は、法線ベクトル算出ブロック20が算出する法線ベクトルに基づき、構造物50の側面の一部を検出面として検出する。また、視野・検出面特定ブロック21は、構造物50の側面を検出した走査位置より上方を計測可能な走査位置が存在しない(言い換えると、構造物50の側面を検出したデータの最上位の垂直番号が垂直視野角の上端の番号(図6(B)では1番)である)ことから、視野内面が側面の一部のみを含むと判定する。そして、図7(A)に示される接岸状況では、接岸場所の側面の一部のみしか検出できていないため、接岸場所の検出に関する信頼度が図5等の場合と比べて低いことが推定される。 In the case of the docking situation shown in Figure 7(A), the field of view/detection plane identification block 21 detects part of the side of the structure 50 as the detection plane based on the normal vector calculated by the normal vector calculation block 20. Furthermore, the field of view/detection plane identification block 21 determines that the inner field of view includes only part of the side because there is no scanning position capable of measuring above the scanning position where the side of the structure 50 was detected (in other words, the highest vertical number in the data detecting the side of the structure 50 is the number at the top of the vertical field of view (number 1 in Figure 6(B))). Furthermore, in the docking situation shown in Figure 7(A), because only part of the side of the docking location was detected, it is estimated that the reliability of the detection of the docking location is lower than in cases such as Figure 5.
(3-3-5)接岸状況E:視野内面及び検出面が共に上面のみ
図7(B)は、視野内面及び検出面が共に上面のみである接岸状況を表す図である。
(3-3-5) Berthing situation E: The inner field of view and the detection surface are both on the upper surface only
FIG. 7B is a diagram showing a docking situation in which the inner field of view and the detection surface are both only the upper surface.
図7(B)に示される接岸状況の場合、視野・検出面特定ブロック21は、法線ベクトル算出ブロック20が算出する法線ベクトルに基づき、構造物50の上面のみを検出面として検出する。また、視野・検出面特定ブロック21は、構造物50の側面を検出した走査位置より下方を計測可能な走査位置が存在しない(言い換えると、構造物50の上面を検出したデータの最下位の垂直番号が垂直視野角の下端の番号(図6(B)ではm番)である)ことから、視野内面が上面のみを含むと判定する。そして、図7(B)に示される接岸状況では、構造物50の上面の一部しか検出できず、接岸場所の検出に関する信頼度が図5等の場合と比べて低いことが推定される。また、この場合、最近傍点が対岸距離を算出する際の構造物50の基準位置とはならず、対岸距離が正確に計算できない。 In the docking situation shown in Figure 7(B), the field of view/detection plane identification block 21 detects only the top surface of the structure 50 as the detection plane based on the normal vector calculated by the normal vector calculation block 20. Furthermore, the field of view/detection plane identification block 21 determines that the inner field of view includes only the top surface because there is no scanning position that can measure below the scanning position that detected the side of the structure 50 (in other words, the lowest vertical number of the data that detected the top surface of the structure 50 is the number at the bottom of the vertical field of view (number m in Figure 6(B))). Furthermore, in the docking situation shown in Figure 7(B), only a portion of the top surface of the structure 50 can be detected, and it is estimated that the reliability of detecting the docking location is lower than in cases such as Figure 5. Furthermore, in this case, the nearest point does not serve as the reference position of the structure 50 when calculating the distance to the opposite bank, so the distance to the opposite bank cannot be calculated accurately.
(3-4)最近傍点探索
次に、近傍点探索ブロック25及び最近傍判定ブロック26の処理の具体例について、図8(A)及び図8(B)を参照して説明する。図8(A)は、ライダ3により計測した構造物50の計測点及びその中の近傍点を明示した構造物50の斜視図である。図8(B)は、ライダ3により計測した構造物50の計測点及びその中の最近傍点を明示した構造物50の斜視図である。
(3-4) Nearest point search
Next, a specific example of the processing of the neighbor point search block 25 and the nearest neighbor determination block 26 will be described with reference to Fig. 8(A) and Fig. 8(B). Fig. 8(A) is a perspective view of a structure 50, clearly indicating the measurement points of the structure 50 measured by the LIDAR 3 and the nearest points therein. Fig. 8(B) is a perspective view of a structure 50, clearly indicating the measurement points of the structure 50 measured by the LIDAR 3 and the nearest points therein.
近傍点探索ブロック25は、ライダ3から取得される点群データの距離情報に基づき、所定個数の近傍点を探索する。図8(A)の例では、近傍点探索ブロック25は、6個分の近傍点を求めている。この場合、好適には、近傍点探索ブロック25は、点群データにおいて、水面位置と推定できる高さ付近よりも下方の位置を表すデータを、レーザ光が水面に反射することで得られた水面反射データ(即ち誤検出データ)として除去するとよい。 The nearby point search block 25 searches for a predetermined number of nearby points based on the distance information in the point cloud data acquired from the LIDAR 3. In the example of Figure 8 (A), the nearby point search block 25 finds six nearby points. In this case, the nearby point search block 25 preferably removes data in the point cloud data that represents a position below the height at which the water surface position can be estimated, as water surface reflection data (i.e., false detection data) obtained by the laser light reflecting off the water surface.
最近傍判定ブロック26は、近傍点探索ブロック25が求めた近傍点のうち最も近い距離を示すものを最近傍点の候補とし、当該候補とその他の近傍点との座標の差(例えば他の各近傍点との距離の平均)を算出する。そして、最近傍判定ブロック26は、上述の差が所定の閾値未満である場合、当該候補を最近傍点とみなす。岸壁付近では、波や風が強いと、波しぶきや浮遊物を偶然捉えてしまうこともある。よって上述の閾値は、ノイズ又は接岸場所以外の物の計測点であるか否かを判定するための閾値であって、例えば予めメモリ12等に記憶されている。一方、最近傍判定ブロック26は、上述の差が所定の閾値以上である場合、当該候補はノイズ又は他の物の計測点である可能性が高いと判定し、当該候補を最近傍点とみなさない。この場合、最近傍判定ブロック26は、上述の候補の次に距離が近い近傍点を新たな候補とみなし、上述の差の算出及び閾値との比較を行い、最近傍点の判定を行う。なお、近傍点探索ブロック25が探索した複数の近傍点の座標の分散は、最近傍探索の信頼度の設定に用いられる。 The nearest neighbor determination block 26 determines the nearest neighbor among the neighboring points found by the neighboring point search block 25 as a nearest neighbor candidate and calculates the coordinate difference between the candidate and the other neighboring points (e.g., the average distance between the candidate and the other neighboring points). If the difference is less than a predetermined threshold, the nearest neighbor determination block 26 considers the candidate to be the nearest neighbor. Strong waves or winds near a quay can accidentally capture sea spray or floating objects. Therefore, the threshold is used to determine whether the measurement point is noise or an object other than a docked location, and is stored in advance, for example, in memory 12. On the other hand, if the difference is greater than or equal to the predetermined threshold, the nearest neighbor determination block 26 determines that the candidate is likely to be noise or a measurement point of another object, and does not consider the candidate to be the nearest neighbor. In this case, the nearest neighbor determination block 26 considers the next nearest neighbor after the candidate as a new candidate, calculates the difference, compares it with the threshold, and determines whether the candidate is the nearest neighbor. The variance of the coordinates of multiple neighboring points searched by the neighboring point search block 25 is used to set the reliability of the nearest neighbor search.
(3-5)対岸距離、進入角度、接岸速度の算出
次に、接岸距離、進入角度、接岸速度の算出について説明する。以後では、代表例として、対象船舶の前方と後方の2か所にライダ3が設置されている場合について説明する。
(3-5) Calculation of distance to shore, approach angle, and approaching speed
Next, calculation of the approach distance, approach angle, and approach speed will be described. As a representative example, a case where the LIDAR 3 is installed at two locations, one in front of the target ship and one in the rear of the target ship, will be described below.
図9(A)は、対岸距離の第1の算出方法の概要を表す図である。この例では、接岸場所である構造物50に対して対象船舶が平行ではない(角度がある)ため、最近傍点までの距離が最短距離となっていない。 Figure 9 (A) is a diagram showing an overview of the first calculation method for the distance to the opposite shore. In this example, the target vessel is not parallel to the structure 50 where it docks (there is an angle), so the distance to the nearest point is not the shortest distance.
第1の算出方法では、対岸距離算出ブロック27は、前方のライダ3の点群データに基づき求められた最近傍点と、後方のライダ3の点群データに基づき求められた最近傍点とを通る直線の式を生成する。この直線式は、対象船舶側の構造物50の側面と平行な直線となる。そして、対岸距離算出ブロック27は、その直線式が示す直線との距離を各ライダ3からの最短距離とみなし、これらの最短距離を対岸距離とみなす。なお、対岸距離算出ブロック27は、ライダ3ごとの最短距離を対岸距離とみなす代わりに、対岸距離をライダ3毎の最短距離のうち短い距離を対岸距離として定めてもよく、これらの最短距離の平均を対岸距離として定めてもよい。 In the first calculation method, the shore distance calculation block 27 generates an equation for a straight line passing through the nearest point determined based on the point cloud data of the front RIDER 3 and the nearest point determined based on the point cloud data of the rear RIDER 3. This equation is a line parallel to the side of the structure 50 on the target vessel side. The shore distance calculation block 27 then considers the distance to the line indicated by the equation to be the shortest distance from each RIDER 3, and considers these shortest distances to be the shore distance. Note that instead of considering the shortest distance for each RIDER 3 to be the shore distance, the shore distance calculation block 27 may determine the shortest distance among the shortest distances for each RIDER 3 as the shore distance, or may determine the average of these shortest distances as the shore distance.
第1の算出方法によれば、対岸距離算出ブロック27は、接岸場所に対して対象船舶の角度がある場合であっても、対岸距離を好適に算出することができる。 According to the first calculation method, the shore distance calculation block 27 can appropriately calculate the shore distance even when the target vessel is at an angle to the berthing location.
図9(B)は、対岸距離の第2の算出方法の概要を表す図である。この例においても、接岸場所である構造物50に対して対象船舶が平行ではない(角度がある)ため、最近傍点までの距離が最短距離となっていない。 Figure 9 (B) is a diagram showing an overview of the second calculation method for the distance to the opposite shore. In this example, too, the target vessel is not parallel to the structure 50 where it will be docked (there is an angle), so the distance to the nearest point is not the shortest distance.
第2の算出方法では、対岸距離算出ブロック27は、前方のライダ3と後方のライダ3との夫々について、ライダ3から最近傍点までのベクトルと、当該最近傍点における法線ベクトルとの内積を算出する。そして、対岸距離算出ブロック27は、ライダ3毎の内積の算出結果を、各ライダ3に対する最短距離とみなし、これらの最短距離から対岸距離を定める。第2の算出方法によっても、対岸距離算出ブロック27は、接岸場所に対する対象船舶の方向によらずに対岸距離を好適に算出することができる。 In the second calculation method, the shore distance calculation block 27 calculates the dot product of the vector from the rider 3 to the nearest point and the normal vector at that nearest point for each of the front and rear riders 3. The shore distance calculation block 27 then considers the dot product calculation result for each rider 3 to be the shortest distance for each rider 3, and determines the shore distance from these shortest distances. Even with the second calculation method, the shore distance calculation block 27 can preferably calculate the shore distance regardless of the direction of the target vessel relative to the berthing location.
次に、接岸速度の算出方法について説明する。接岸速度算出ブロック29は、前方のライダ3と後方のライダ3との夫々で求めた対岸距離(最短距離)の時間変化を接岸速度として算出する。 Next, we will explain how to calculate the docking speed. The docking speed calculation block 29 calculates the docking speed as the change over time in the distance to the shore (shortest distance) determined for each of the front rider 3 and the rear rider 3.
図10は、接岸速度の算出方法の概要を表す図である。ここで、「df」は前方のライダ3の対岸距離(最短距離)を表し、「dr」は後方のライダ3の対岸距離(最短距離)を表し、「t」は現在の処理時刻、「t-1」は直前の処理時刻を表し、「Δt」は直前の対岸距離の算出時刻との時間間隔を表す。 10 is a diagram showing an outline of a method for calculating the docking speed, where "d f " represents the distance to the shore (shortest distance) of the front rider 3, "d r " represents the distance to the shore (shortest distance) of the rear rider 3, "t" represents the current processing time, "t-1" represents the immediately preceding processing time, and "Δt" represents the time interval from the immediately preceding calculation time of the distance to the shore.
ここで、接岸速度算出ブロック29は、前時刻と現時刻との対岸距離の差を時間間隔で割る場合に、ノイズの増加に対応するため、フィルタを挿入する。具体的には、接岸速度算出ブロック29は、時定数「τ」とラプラス演算子「s」とを用いて、以下の式により、前方のライダ3に対する接岸速度「vf」と、後方のライダ3に対する接岸速度「vr」とを算出する。 Here, the docking speed calculation block 29 inserts a filter to deal with an increase in noise when dividing the difference in the distance to the shore between the previous time and the current time by the time interval. Specifically, the docking speed calculation block 29 calculates the docking speed " vf " for the front rider 3 and the docking speed "vr" for the rear rider 3 using the following equations, using a time constant "τ" and a Laplace operator " s ".
これにより、接岸速度算出ブロック29は、ノイズの影響を勘案して接岸速度を好適に算出することができる。 This allows the docking speed calculation block 29 to appropriately calculate the docking speed, taking into account the effects of noise.
次に、進入角度の算出方法について説明する。第1の算出方法では、進入角度算出ブロック28は、正接を規定する2つの引数から逆正接(アーク・タンジェント)を求める関数である「atan2」を用いて進入角度を算出する。具体的には、進入角度算出ブロック28は、接岸場所の側面の法線ベクトルの平均から、関数atan2の計算により、進入角度を算出する。 Next, we will explain how to calculate the approach angle. In the first calculation method, the approach angle calculation block 28 calculates the approach angle using the function "atan2," which is used to find the arc tangent from two arguments that define the tangent. Specifically, the approach angle calculation block 28 calculates the approach angle by using the function atan2 to calculate the average of the normal vectors of the side of the berthing location.
図11(A)は、進入角度の第1の算出方法の概要を表す図である。「nf」は、前方のライダ3の点群データに基づき算出された、接岸場所である構造物50の対象船舶側の側面の法線ベクトルを表す。また、「nr」は、後方のライダ3の点群データに基づき算出された、接岸場所である構造物50の対象船舶側の側面の法線ベクトルを表す。また、それぞれの法線ベクトルの成分は「nf=[nxf,nyf,nzf]T」、「nr=[nxr,nyr,nzr]T」とする。 11(A) is a diagram showing an overview of the first calculation method for the approach angle. " nf " represents the normal vector of the side of the structure 50, which is the docking location, facing the target ship, calculated based on the point cloud data of the front lidar 3. Also, " nr " represents the normal vector of the side of the structure 50, which is the docking location, facing the target ship, calculated based on the point cloud data of the rear lidar 3. Also, the components of each normal vector are " nf = [ nxf , nyf , nzf ] T " and " nr = [ nxr , nyr , nzr ] T ".
この場合、進入角度算出ブロック28は、前方のライダ3の点群データに基づき算出される進入角度「Ψf」、及び、後方のライダ3の点群データに基づき算出される進入角度「Ψr」を、以下の式に基づき算出する。 In this case, the approach angle calculation block 28 calculates the approach angle "Ψ f " calculated based on the point cloud data of the front rider 3 and the approach angle "Ψ r " calculated based on the point cloud data of the rear rider 3 based on the following equations.
また、進入角度算出ブロック28は、進入角度の第2の算出方法として、対象船舶の方向と、最近傍点を結ぶ直線式が表す直線のなす角度に基づき、進入角度を算出する。図11(B)は、進入角度の第2の算出方法の概要を表す図である。最近傍点を結んだ直線は、図9(A)に示す直線と同一であり、接岸場所である構造物50の対象船舶側の側面と平行となる。ここで、直線の方向ベクトルを「L=[Lx,Ly,Lz]T」とすると、進入角度は、最近傍点を結んだ直線と進行方向とのなす角に相当することから、進入角度算出ブロック28は、進入角度「Ψ」を以下の式に基づき、好適に算出することができる。 Furthermore, as a second calculation method for the approach angle, the approach angle calculation block 28 calculates the approach angle based on the angle between the direction of the target ship and the straight line represented by the straight-line equation connecting the nearest points. Figure 11 (B) is a diagram showing an overview of the second calculation method for the approach angle. The straight line connecting the nearest points is the same as the straight line shown in Figure 9 (A) and is parallel to the side of the structure 50, which is the berthing location, facing the target ship. Here, if the directional vector of the straight line is "L = [ Lx , Ly , Lz ] T ", the approach angle corresponds to the angle between the straight line connecting the nearest points and the direction of travel, and therefore the approach angle calculation block 28 can suitably calculate the approach angle "Ψ" based on the following equation.
(3-6)信頼度情報の生成
信頼度情報生成ブロック30は、接岸場所の検出時の視野角、接岸場所の面検出、法線ベクトルの本数及び分散等の各要素に対してフラグを生成し、生成したフラグのベクトルを信頼度情報として生成する。以後では、フラグは、「1」の場合には対応する要素の信頼度が高く、「0」の場合には対応する要素の信頼度が低いことを表すものとする。
(3-6) Generation of reliability information
The reliability information generation block 30 generates a flag for each element such as the field of view when detecting the docking location, the surface detection of the docking location, the number and variance of normal vectors, etc., and generates a vector of the generated flag as reliability information. Hereinafter, a flag of "1" indicates that the reliability of the corresponding element is high, and a flag of "0" indicates that the reliability of the corresponding element is low.
図12は、信頼度情報生成ブロック30が生成する信頼度情報のデータ構造の一例を示す。図12に示すように、信頼度情報は、「上面」、「側面」、「近傍点」、「距離」、「角度」の項目を有する。また、項目「上面」は、サブ項目「視野角」、「検出」、「法線数」、「分散」を有し、項目「側面」は、「視野角」、「検出」、「法線数」、「分散」のサブ項目を有する。また、項目「近傍点」は、サブ項目「分散」を有し、項目「距離」は、サブ項目「変化量」、「変化率」を有し、項目「角度」は、サブ項目「変化量」を有する。 Figure 12 shows an example of the data structure of reliability information generated by the reliability information generation block 30. As shown in Figure 12, the reliability information has the following items: "Top surface," "Side surface," "Nearby points," "Distance," and "Angle." The "Top surface" item has the sub-items "Viewing angle," "Detection," "Number of normals," and "Variance," while the "Side surface" item has the sub-items "Viewing angle," "Detection," "Number of normals," and "Variance." The "Nearby points" item has the sub-item "Variance," the "Distance" item has the sub-items "Amount of change" and "Rate of change," and the "Angle" item has the sub-item "Amount of change."
ここで、信頼度情報生成ブロック30は、項目「上面」のサブ項目「視野角」には、接岸場所の上面が視野角の範囲内である場合に「1」、上面が視野角外である場合に「0」となるフラグを登録する。また、信頼度情報生成ブロック30は、項目「上面」のサブ項目「視野角」には、接岸場所の上面が検出面である場合に「1」、上面が検出面でない場合に「0」となるフラグを登録する。また、信頼度情報生成ブロック30は、項目「上面」のサブ項目「法線数」には、接岸場所の上面に対する法線ベクトルの本数が所定の閾値(例えば10本)以上の場合に「1」、当該本数が閾値未満の場合に「0」となるフラグを登録する。また、信頼度情報生成ブロック30は、項目「上面」のサブ項目「分散」には、接岸場所の上面に対する法線ベクトルのx,y,z成分の分散がいずれも所定の閾値(例えば1.0)未満の場合に「1」、当該いずれかの分散が閾値以上の場合に「0」となるフラグを登録する。また、信頼度情報生成ブロック30は、項目「側面」の各サブ項目においても、項目「上面」の各サブ項目と同一規則により定めたフラグを登録する。 Here, the reliability information generation block 30 registers a flag in the "Viewing angle" sub-item of the "Top surface" item that is "1" if the top surface of the docking location is within the viewing angle range, and a flag that is "0" if the top surface is outside the viewing angle. The reliability information generation block 30 also registers a flag in the "Viewing angle" sub-item of the "Top surface" item that is "1" if the top surface of the docking location is the detection surface, and a flag that is "0" if the top surface is not the detection surface. The reliability information generation block 30 also registers a flag in the "Number of normals" sub-item of the "Top surface" item that is "1" if the number of normal vectors to the top surface of the docking location is equal to or greater than a predetermined threshold (e.g., 10), and a flag that is "0" if the number is less than the threshold. Furthermore, the reliability information generation block 30 registers a flag in the "Variance" sub-item of the "Top Surface" item that is set to "1" if the variances of the x, y, and z components of the normal vector relative to the top surface of the docking location are all below a predetermined threshold (e.g., 1.0), and a flag set to "0" if any of the variances is equal to or greater than the threshold. The reliability information generation block 30 also registers flags in each sub-item of the "Side Surface" item, determined according to the same rules as for each sub-item of the "Top Surface" item.
また、信頼度情報生成ブロック30は、項目「近傍点」のサブ項目「分散」には、近傍点探索ブロック25が探索した近傍点のx,y,z成分の分散がいずれも閾値(例えば1.0)未満の場合に「1」、当該いずれかの分散が閾値以上の場合に「0」となるフラグを登録する。また、信頼度情報生成ブロック30は、項目「距離」のサブ項目「変化量」には、対岸距離算出ブロック27が算出する対岸距離の1時刻前からの変化量が所定の閾値(例えば1.0m)未満である場合に「1」、当該変化量が閾値以上の場合に「0」となるフラグを登録する。また、信頼度情報生成ブロック30は、項目「距離」のサブ項目「変化率」には、対岸距離算出ブロック27が算出する対岸距離の1時刻前からの変化率が所定の閾値(例えば±10%)未満である場合に「1」、当該変化率が閾値以上の場合に「0」となるフラグを登録する。また、信頼度情報生成ブロック30は、項目「角度」のサブ項目「変化量」には、進入角度算出ブロック28が算出する進入角度の1時刻前からの変化量が所定の閾値(例えば1.0度)未満である場合に「1」、当該変化量が閾値以上の場合に「0」となるフラグを登録する。 The reliability information generation block 30 also registers a flag in the "Variance" sub-item of the "Nearby Point" item that is set to "1" if the variances of the x, y, and z components of the nearby points searched by the nearby point search block 25 are all less than a threshold (e.g., 1.0), and a flag that is set to "0" if any of the variances is equal to or greater than the threshold. The reliability information generation block 30 also registers a flag in the "Change" sub-item of the "Distance" item that is set to "1" if the change in the opposite bank distance calculated by the opposite bank distance calculation block 27 from one hour before is less than a predetermined threshold (e.g., 1.0 m), and a flag that is set to "0" if the change is equal to or greater than the threshold. The reliability information generation block 30 also registers a flag in the "Change Rate" sub-item of the "Distance" item that is set to "1" if the change rate in the opposite bank distance calculated by the opposite bank distance calculation block 27 from one hour before is less than a predetermined threshold (e.g., ±10%), and a flag that is set to "0" if the change rate is equal to or greater than the threshold. Additionally, in the "Change" sub-item of the "Angle" item, the reliability information generation block 30 registers a flag that is set to "1" if the change in the approach angle calculated by the approach angle calculation block 28 from one time before is less than a predetermined threshold (e.g., 1.0 degrees), and to "0" if the change is equal to or greater than the threshold.
なお、上述の各閾値は、例えば、メモリ12等に予め記憶された適合値に設定される。また、信頼度情報は、ライダ3毎に生成されてもよい。 Note that each of the above thresholds is set to a suitable value pre-stored in memory 12, for example. Furthermore, reliability information may be generated for each rider 3.
このようなデータ構造を有する信頼度情報によれば、算出した対岸距離、接岸速度、進入角度の信頼度を把握することが可能となる。なお、信頼度情報の各サブ項目が「1」の場合に、最も信頼度が高いことになる。そして、情報処理装置1は、この信頼度情報に基づき、接岸時の駆動源の出力の調整などを行う。例えば、情報処理装置1は、信頼度情報が示す各サブ項目の合計値に応じて、接岸時の対象船舶の速度の上限値等を決定してもよい。この場合、情報処理装置1は、例えば、上述の合計値が小さいほど、接岸場所に関する情報の信頼性が低く、慎重に接岸する必要があると判断し、接岸時の対象船舶の速度の上限値を小さくする。 Reliability information with this data structure makes it possible to grasp the reliability of the calculated distance to berth, berthing speed, and approach angle. Note that a value of "1" for each sub-item of the reliability information indicates the highest reliability. The information processing device 1 then adjusts the output of the drive source when berthing based on this reliability information. For example, the information processing device 1 may determine the upper limit of the target vessel's speed when berthing based on the total value of each sub-item indicated by the reliability information. In this case, the information processing device 1 determines that the smaller the total value, the less reliable the information regarding the berthing location is and the more careful berthing is required, and reduces the upper limit of the target vessel's speed when berthing.
(3-7)処理フロー
図13は、本実施例における接岸支援処理の概要を表すフローチャートの一例である。情報処理装置1は、図13のフローチャートの処理を繰り返し実行する。
(3-7) Processing flow
13 is an example of a flowchart showing an outline of the docking support process in this embodiment. The information processing device 1 repeatedly executes the process of the flowchart in FIG.
まず、情報処理装置1は、接岸場所方向の点群データを取得する(ステップS11)。この場合、情報処理装置1は、例えば、対象船舶において接岸側を計測範囲に含むライダ3が生成する点群データを取得する。また、情報処理装置1は、取得した点群データのダウンサンプリング及び水面で反射したデータの除去をさらに行ってもよい。 First, the information processing device 1 acquires point cloud data in the direction of the docking location (step S11). In this case, the information processing device 1 acquires point cloud data generated by, for example, a lidar 3 on the target ship whose measurement range includes the docking side. The information processing device 1 may also further downsample the acquired point cloud data and remove data reflected by the water surface.
次に、情報処理装置1の接岸場所検出部15は、ステップS11で取得された点群データに基づき、法線ベクトルを算出する(ステップS12)。さらに、接岸場所検出部15は、ステップS12において、法線ベクトルの本数及び法線ベクトルの分散等の算出を行う。また、接岸場所検出部15は、ステップS12の処理結果に基づき、視野内面及び検出面の特定を行う(ステップS13)。 Next, the docking location detection unit 15 of the information processing device 1 calculates normal vectors based on the point cloud data acquired in step S11 (step S12). Furthermore, in step S12, the docking location detection unit 15 calculates the number of normal vectors, the variance of the normal vectors, etc. Furthermore, the docking location detection unit 15 identifies the inner field of view and the detection plane based on the processing results of step S12 (step S13).
次に、接岸パラメータ算出部16は、ステップS11で取得した点群データ及びステップS12で算出された法線ベクトルの情報等に基づき、接岸パラメータを算出する(ステップS14)。この場合、接岸パラメータ算出部16は、接岸場所の近傍点及び最近傍点を算出し、その算出結果を用いて対岸距離、進入角度、接岸速度などをさらに算出する。 Next, the berthing parameter calculation unit 16 calculates berthing parameters based on the point cloud data acquired in step S11 and the normal vector information calculated in step S12 (step S14). In this case, the berthing parameter calculation unit 16 calculates the neighboring points and nearest points of the berthing location, and then uses the calculation results to further calculate the distance to the berth, approach angle, berthing speed, etc.
そして、接岸パラメータ算出部16は、ステップS13での視野内面及び検出面の特定結果及びステップS14での接岸パラメータの算出結果に基づき、信頼度情報を生成する(ステップS15)。その後、情報処理装置1は、信頼度情報に基づく船舶の制御を行う(ステップS16)。これにより、情報処理装置1は、接岸状況を的確に反映した信頼度に基づいて、接岸に関する船舶の制御を的確に実行することができる。 Then, the docking parameter calculation unit 16 generates reliability information based on the results of identifying the inner field of view and the detection surface in step S13 and the results of calculating the docking parameters in step S14 (step S15). The information processing device 1 then controls the ship based on the reliability information (step S16). This allows the information processing device 1 to accurately control the ship regarding docking based on reliability that accurately reflects the docking situation.
そして、情報処理装置1は、対象船舶が接岸(着岸)したか否か判定する(ステップS17)。この場合、情報処理装置1は、例えば、センサ群2の出力信号又はインターフェース11を介したユーザ入力等に基づき、対象船舶が接岸したか否か判定する。そして、情報処理装置1は、対象船舶が接岸したと判定した場合(ステップS17;Yes)、フローチャートの処理を終了する。一方、情報処理装置1は、対象船舶が着岸していない場合(ステップS17;No)、ステップS11へ処理を戻す。 The information processing device 1 then determines whether the target ship has come alongside (docking) (step S17). In this case, the information processing device 1 determines whether the target ship has come alongside (docking) based on, for example, the output signal of the sensor group 2 or user input via the interface 11. If the information processing device 1 determines that the target ship has come alongside (step S17; Yes), it terminates the processing of the flowchart. On the other hand, if the target ship has not come alongside (step S17; No), the information processing device 1 returns the processing to step S11.
(4)変形例
視野・検出面特定ブロック21の特定結果は、信頼度情報の生成に利用される場合に限定されない。これに代えて、情報処理装置1は、視野・検出面特定ブロック21の特定結果を、信頼度情報生成以外の種々の用途に用いてもよい。以後では、視野・検出面特定ブロック21の特定結果に基づいて、接岸状況の的確な把握及び接岸の可否判定等を行う例について、接岸状況毎(接岸状況A~接岸状況E)に図14~図16を参照して説明する。視野・検出面特定ブロック21の特定結果に基づく接岸状況の把握及び接岸の可否判定等は、例えば、接岸状況判定ブロック24により実行される。
(4) Modified Example
The results of the identification by the field of view/detection surface identification block 21 are not limited to being used for generating reliability information. Alternatively, the information processing device 1 may use the results of the identification by the field of view/detection surface identification block 21 for various purposes other than generating reliability information. Hereinafter, examples of accurately grasping the docking situation and determining whether or not docking is possible based on the results of the identification by the field of view/detection surface identification block 21 will be described for each docking situation (docking situation A to docking situation E) with reference to Figures 14 to 16. The grasping of the docking situation and the determination of whether or not docking is possible based on the results of the identification by the field of view/detection surface identification block 21 are performed, for example, by the docking situation determination block 24.
[接岸状況A]
図5に示される接岸状況Aの場合、情報処理装置1は、接岸場所の側面及び上面の両方が視野内面及び検出面となり、上面と側面を持つという接岸場所の特徴を把握できる。よって、情報処理装置1は、接岸場所(桟橋、岸壁)であることを正しく認識することができる。また、情報処理装置1は、接岸場所の高さもわかるため接岸(着岸)可能か否かの判定も行うことができる。また、情報処理装置1は、接岸場所までの距離計測(即ち対岸距離の算出)も精度良く実施することができる。
[Bornelling situation A]
In the case of docking situation A shown in Figure 5, the information processing device 1 can grasp the characteristic of the docking location, that is, both the side and top surfaces of the docking location become the inner field of view and the detection surface, and thus can grasp the docking location's characteristic of having a top surface and a side surface. Therefore, the information processing device 1 can correctly recognize that it is a docking location (pier, quay). Furthermore, since the information processing device 1 knows the height of the docking location, it can also determine whether or not docking (docking) is possible. Furthermore, the information processing device 1 can accurately measure the distance to the docking location (i.e., calculate the distance to the opposite shore).
[接岸状況B]
図6(A)に示される接岸状況Bの場合、情報処理装置1は、接岸場所の両面が視野内面かつ側面のみ検出面と判定する。この場合、上面に水が溜まっている接岸場所を検出したか又は杭・生け簀の囲いなど上面がほとんどないものを検出したのいずれかが当てはまる。
[Borne-docking situation B]
In the case of docking situation B shown in Fig. 6(A), the information processing device 1 determines that both sides of the docking location are inside the field of view and that only the side is the detection surface. In this case, either a docking location with accumulated water on the top surface or an object with almost no top surface, such as a stake or a fish pen enclosure, has been detected.
図14(A)は、接岸状況Bにおいて、上面に水溜まり51が形成されている構造物50が存在する例を示す。図14(B)は、接岸状況Bにおいて、上面がほとんど存在しない構造物55が存在する例を示す。図14(A)の例では、構造物50には水溜まり51が形成されているものの、対象船舶は接岸可能となっている。一方、図14(B)の例では、構造物55には上面がほとんど存在しないため、対象船舶の接岸が困難となる。 Figure 14(A) shows an example in which a structure 50 with a puddle of water 51 formed on its upper surface exists in docking situation B. Figure 14(B) shows an example in which a structure 55 with almost no upper surface exists in docking situation B. In the example of Figure 14(A), a puddle of water 51 has formed on structure 50, but the target vessel can dock. On the other hand, in the example of Figure 14(B), structure 55 has almost no upper surface, making it difficult for the target vessel to dock.
以上を勘案し、情報処理装置1は、接岸状況Bの場合は、検出した構造物が接岸場所ではない可能性もあると判定することができる。 Taking the above into consideration, the information processing device 1 can determine that in docking situation B, the detected structure may not be the docking location.
[接岸状況C]
図6(B)に示される接岸状況Cの場合、情報処理装置1は、接岸場所の両面が視野内面かつ上面のみ検出面と判定する。この場合、接岸場所の側面に多量の水分が付着しているであるか,あるいは防舷材が設置されていることが考えられる。そして、前者の場合には、ライダ3が生成する点群データより対岸距離が計測できるが、後者の場合には、防舷材までの距離が計測できない。
[Borne-docking situation C]
In the case of docking situation C shown in Figure 6(B), the information processing device 1 determines that both sides of the docking location are within the field of view and only the top surface is the detection surface. In this case, it is possible that a large amount of moisture is attached to the side of the docking location, or that fenders have been installed. In the former case, the distance to the opposite shore can be measured from the point cloud data generated by the lidar 3, but in the latter case, the distance to the fenders cannot be measured.
図15(A)は、接岸状況Cにおいて、側面に付着水56が形成されている構造物50が存在する例を示す。図15(B)は、接岸状況Cにおいて、側面に防舷材57が設けられている構造物50が存在する例を示す。ここで、図15(B)の例では、防舷材57は通常黒色であるため、反射光がライダ3に到達せず、ライダ3により防舷材57を検出することが困難となり、対岸距離(ここでは防舷材までの距離)を計測できない。 Figure 15(A) shows an example of a structure 50 with adhering water 56 on its side in docking situation C. Figure 15(B) shows an example of a structure 50 with fenders 57 on its side in docking situation C. In the example of Figure 15(B), the fenders 57 are usually black, so the reflected light does not reach the lidar 3, making it difficult for the lidar 3 to detect the fenders 57 and preventing the distance to the shore (here, the distance to the fenders) from being measured.
以上を勘案し、情報処理装置1は、接岸状況Cの場合には、正確な対岸距離を算出できない接岸場所(桟橋、岸壁)の可能性があると判定する。なお、接岸状況Cにおいても、情報処理装置1は、対岸距離の変化を計測することで、接岸場所に対する速度である接岸速度を算出することができる。 Taking the above into consideration, in the case of docking situation C, the information processing device 1 determines that there is a possibility that the docking location (pier, quay) is such that the distance to the shore cannot be calculated accurately. Even in docking situation C, the information processing device 1 can calculate the docking speed, which is the speed relative to the docking location, by measuring the change in the distance to the shore.
また、図6(B)に示される接岸状況Cの場合、情報処理装置1は、側面が薄い桟橋が接岸場所である可能性もあると判定することもできる。その場合、情報処理装置1は、接岸場所に近づきながらライダ3による計測を継続することで,側面が検出されるようになれば、桟橋であると判定することができる。図16(A)及び図16(B)は、接岸状況Cにおいて桟橋58が存在する例を示す。図16(A)の例では、情報処理装置1は、ライダ3により桟橋58の側面を検出することができていない。しかしながら、桟橋58にさらに接近した状況を表す図16(B)の例では、情報処理装置1は、ライダ3により桟橋58の側面を検出することができている。そして、この場合、情報処理装置1は、桟橋58が桟橋であると判定することができる。 Furthermore, in the case of docking situation C shown in Figure 6(B), the information processing device 1 can also determine that a pier with thin sides may be the docking location. In this case, the information processing device 1 can continue measurements using the LIDAR 3 while approaching the docking location, and if the side is detected, can determine that it is a pier. Figures 16(A) and 16(B) show an example in which a pier 58 is present in docking situation C. In the example of Figure 16(A), the information processing device 1 is unable to detect the side of the pier 58 using the LIDAR 3. However, in the example of Figure 16(B), which shows a situation where the pier 58 is approached even closer, the information processing device 1 is able to detect the side of the pier 58 using the LIDAR 3. In this case, the information processing device 1 can determine that the pier 58 is a pier.
[接岸状況D]
図7(A)に示される接岸状況Dの場合、情報処理装置1は、視野内面及び検出面が共に側面のみであると判定する。そして、この場合、情報処理装置1は、検出した接岸場所の側面がどこまでの高さなのかを把握することができない。なお、この場合、検出した接岸場所は、接岸できる高さの岸壁である可能性もあるが、接岸できない高さの岸壁である可能性もある。従って、情報処理装置1は、接岸状況Dの場合には、対岸距離は計測できたとしても、検出した構造物が接岸可能な場所ではない可能性があると判定することができる。
[Bornelling situation D]
In the case of docking situation D shown in Figure 7 (A), the information processing device 1 determines that both the inner field of view and the detection surface are only side surfaces. In this case, the information processing device 1 is unable to determine the height of the side surface of the detected docking location. Note that in this case, the detected docking location may be a quay high enough to allow docking, but may also be a quay too high to allow docking. Therefore, in the case of docking situation D, the information processing device 1 can determine that the detected structure may not be a place where docking is possible, even if the distance to the shore can be measured.
[接岸状況E]
図7(B)に示される接岸状況Eの場合、情報処理装置1は、視野内面及び検出面が共に上面のみであると判定する。この場合、情報処理装置1は、検出した上面がどこまで手前方向に延びているのかを知ることができない。この場合、検出データから距離を求めることはできず、かつ、接岸場所に非常に接近している可能性もある。この場合、情報処理装置1は、検出した構造物から対象船舶を遠ざけるように対象船舶の運転制御を行う、又は、検出した構造物から対象船舶を遠ざけることを促す対象船舶の運転案内情報の出力を表示部等に行う。これにより、情報処理装置1は、接岸場所の側面及び上面の両方をライダ3の視野角に入れて接岸場所の検出判定を好適に行うことができる。
[Borne-docking situation E]
In the case of docking situation E shown in Figure 7 (B), the information processing device 1 determines that both the inner field of view and the detected surface are only the upper surface. In this case, the information processing device 1 cannot determine how far the detected upper surface extends toward the front. In this case, it is not possible to determine the distance from the detection data, and the target vessel may be very close to the docking location. In this case, the information processing device 1 controls the operation of the target vessel to move the target vessel away from the detected structure, or outputs driving guidance information for the target vessel to a display unit or the like, urging the target vessel to move away from the detected structure. This allows the information processing device 1 to include both the side and upper surfaces of the docking location in the field of view of the lidar 3, thereby enabling it to appropriately detect and determine the docking location.
以上説明したように、本実施例に係る情報処理装置1のコントローラ13は、対象船舶に設けられたライダ3が生成する、接岸場所が存在する方向の点群データを取得する。そして、コントローラ13は、点群データから算出した法線ベクトルに基づき、ライダ3の視野角に存在する接岸場所の面である視野内面と、点群データにより検出される接岸場所の面である検出面とを特定する。そして、コントローラ13は、特定結果に基づき、接岸場所の接岸に関する接岸状況を判定する。これにより、情報処理装置1は、接岸状況を的確に把握することができる。 As described above, the controller 13 of the information processing device 1 according to this embodiment acquires point cloud data in the direction of the docking location, generated by the LIDAR 3 installed on the target vessel. Then, based on the normal vector calculated from the point cloud data, the controller 13 identifies the inner field of view, which is the surface of the docking location present in the field of view of the LIDAR 3, and the detection surface, which is the surface of the docking location detected by the point cloud data. Then, based on the identification results, the controller 13 determines the docking status regarding the docking location. This allows the information processing device 1 to accurately grasp the docking status.
なお、上述した実施例において、プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータであるコントローラ等に供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記憶媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記憶媒体(例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ)、光磁気記憶媒体(例えば光磁気ディスク)、CD-ROM(Read Only Memory)、CD-R、CD-R/W、半導体メモリ(例えば、マスクROM、PROM(Programmable ROM)、EPROM(Erasable PROM)、フラッシュROM、RAM(Random Access Memory))を含む。 In the above-described embodiments, the program can be stored using various types of non-transitory computer-readable media and supplied to a computer controller or the like. Non-transitory computer-readable media includes various types of tangible storage media. Examples of non-transitory computer-readable media include magnetic storage media (e.g., flexible disks, magnetic tapes, hard disk drives), magneto-optical storage media (e.g., magneto-optical disks), CD-ROMs (Read Only Memory), CD-Rs, CD-R/Ws, and semiconductor memories (e.g., mask ROMs, PROMs (Programmable ROMs), EPROMs (Erasable PROMs), flash ROMs, and RAMs (Random Access Memory)).
以上、実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。すなわち、本願発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。また、引用した上記の特許文献等の各開示は、本書に引用をもって繰り込むものとする。 The present invention has been described above with reference to examples, but the present invention is not limited to the above examples. Various modifications to the configuration and details of the present invention that are understandable to those skilled in the art can be made within the scope of the present invention. In other words, the present invention naturally includes various modifications and alterations that a person skilled in the art would be able to make in accordance with the entire disclosure, including the claims, and the technical ideas. Furthermore, the disclosures of the above-cited patent documents and other documents are incorporated herein by reference.
1 情報処理装置
2 センサ群
3 ライダ
1 Information processing device 2 Sensor group 3 Lidar
Claims (10)
前記計測データから算出した法線ベクトルに基づき、前記計測データにより検出される前記接岸場所の面である検出面と、前記検出面の上端または下端に対応する前記計測装置の垂直視野角の垂直番号と、を特定する特定手段と、
前記特定手段による特定結果に基づき、接岸場所の接岸に関する接岸状況を判定する接岸状況判定手段と、
を有する情報処理装置。 an acquisition means for acquiring measurement data in a direction toward a berthing location, the measurement data being generated by a measurement device provided on the ship;
an identification means for identifying a detection plane, which is the plane of the docking location detected by the measurement data, and a vertical number of the vertical field of view angle of the measurement device corresponding to the upper end or lower end of the detection plane, based on a normal vector calculated from the measurement data;
a docking status determination means for determining a docking status regarding the docking location based on the result of identification by the identification means;
An information processing device having the above.
前記対岸距離に基づき、前記船舶の前記接岸場所に対する進入角度を算出する進入角度算出手段と、
をさらに有し、
前記信頼度情報生成手段は、前記対岸距離の時間変化に基づく前記対岸距離に関する信頼度と、前記進入角度の時間変化に基づく前記進入角度に関する信頼度とを含む前記信頼度情報を生成する、請求項5に記載の情報処理装置。 a shore distance calculation means for calculating a shore distance, which is a distance from the ship to the berthing location, based on the normal vector;
an approach angle calculation means for calculating an approach angle of the vessel with respect to the berthing location based on the distance to the shore;
and
6. The information processing device according to claim 5, wherein the reliability information generating means generates the reliability information including a reliability of the opposite bank distance based on a time change of the opposite bank distance and a reliability of the approach angle based on a time change of the approach angle .
前記近傍点から前記船舶に対する前記接岸場所における最近傍点を判定する最近傍点判定手段と、
をさらに有し、
前記対岸距離算出手段は、前記最近傍点と、前記法線ベクトルとに基づき、前記対岸距離を算出し、
前記信頼度情報生成手段は、前記近傍点の分散に基づき、前記最近傍点に関する信頼度を含む前記信頼度情報を生成する、請求項6に記載の情報処理装置。 a neighboring point search means for determining a predetermined number of neighboring points at the docking location relative to the vessel based on the measurement data;
a nearest point determining means for determining a nearest point at the docking location relative to the ship from the nearest point;
and
the opposite bank distance calculation means calculates the opposite bank distance based on the nearest point and the normal vector;
The information processing apparatus according to claim 6 , wherein the reliability information generating means generates the reliability information including the reliability of the nearest neighbor point based on a variance of the neighboring points.
船舶に設けられた計測装置が生成する、接岸場所が存在する方向の計測データを取得し、
前記計測データから算出した法線ベクトルに基づき、前記計測データにより検出される前記接岸場所の面である検出面と、前記検出面の上端または下端に対応する前記計測装置の垂直視野角の垂直番号と、を特定し、
前記検出面と前記垂直番号との特定結果に基づき、接岸場所の接岸に関する接岸状況を判定する、
制御方法。 A computer-implemented control method comprising:
Acquire measurement data in the direction of the docking location generated by a measuring device installed on the ship,
based on the normal vector calculated from the measurement data, a detection plane, which is the plane of the docking location detected by the measurement data, and a vertical number of the vertical field of view angle of the measurement device corresponding to the upper end or lower end of the detection plane are identified;
determining a docking situation regarding docking at a docking location based on the result of identifying the detection surface and the vertical number ;
Control method.
前記計測データから算出した法線ベクトルに基づき、前記計測データにより検出される前記接岸場所の面である検出面と、前記検出面の上端または下端に対応する前記計測装置の垂直視野角の垂直番号と、を特定し、
前記検出面と前記垂直番号との特定結果に基づき、接岸場所の接岸に関する接岸状況を判定する処理をコンピュータに実行させるプログラム。 Acquire measurement data in the direction of the docking location generated by a measuring device installed on the ship,
based on the normal vector calculated from the measurement data, a detection plane, which is the plane of the docking location detected by the measurement data, and a vertical number of the vertical field of view angle of the measurement device corresponding to the upper end or lower end of the detection plane are identified;
A program that causes a computer to execute a process of determining the docking status of the docking location based on the result of identifying the detection surface and the vertical number .
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