(57)【要約】【課題】レーザスキャナの姿勢を校正するための高精度のデータを入手することができる。【解決手段】レーザスキャナのキャリブレーション方法は、車体座標系に各レーザスキャナを校正するキャリブレーション装置を用いる方法であって、各レーザラインの交点にランドマークを配置し、キャリブレーション装置が、各レーザスキャナの走査により読み取った値に基づき、各レーザスキャナ座標系での各ランドマークの位置をそれぞれ導出し、当該各位置に基づき、車体座標系における各交点の位置を算出し、当該各交点の位置に基づき、右側前面レーザスキャナ、左側前面レーザスキャナ、右側側面レーザスキャナ、左側側面レーザスキャナの車体座標系における現状の三次元姿勢を示す値を算出する。【選択図】図７
2020064011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運搬機械の前面の左右それぞれに設けられた右側前面レーザスキャナ及び左側前面レーザスキャナからなる２つの前面レーザスキャナの姿勢と、前記運搬機械の左右両側面にそれぞれ設けられた右側側面レーザスキャナ及び左側側面レーザスキャナからなる２つの側面レーザスキャナの姿勢とを、前記運搬機械の姿勢を規定するための車体座標系を基準に校正するキャリブレーション装置を用いたレーザスキャナのキャリブレーション方法であって、
前記右側側面レーザスキャナの平坦路面上でのレーザラインと前記右側前面レーザスキャナの前記平坦路面上でのレーザラインとの交点である第１交点、前記右側前面レーザスキャナの前記レーザラインと前記左側前面レーザスキャナの前記平坦路面上でのレーザラインとの交点である第２交点、および、前記左側前面レーザスキャナの前記レーザラインと前記左側側面レーザスキャナの前記平坦路面上でのレーザラインとの交点である第３交点の各位置に、反射板であるランドマークをそれぞれ配置し、
前記キャリブレーション装置が、
前記各レーザスキャナの走査により読み取られた、前記ランドマークの反射光と前記平坦路面の反射光との光量差に基づき、前記各レーザスキャナの姿勢を規定している各レーザスキャナ座標系での前記各ランドマークの位置を、それぞれ導出し、
前記各レーザスキャナ座標系における前記各ランドマークの位置に基づき、前記第１交点、前記第２交点、前記第３交点の、前記車体座標系における位置を算出し、
前記車体座標系における前記第１交点、前記第２交点、前記第３交点の位置に基づき、前記右側前面レーザスキャナ、前記左側前面レーザスキャナの前記車体座標系における現状の三次元姿勢を示す値を算出し、
前記車体座標系における前記第１交点、前記第２交点、前記第３交点の位置に基づき、前記右側側面レーザスキャナ、前記左側側面レーザスキャナの前記車体座標系における現状の三次元姿勢を示す値を算出する、
ことを特徴とするレーザスキャナのキャリブレーション方法。
【請求項２】
請求項１に記載のキャリブレーション方法において、
前記各レーザスキャナの前記現状の三次元姿勢は、レーザスキャナの前記車体座標系における正面向き、および、前記平坦路面と交わることで前記レーザラインを形成するスキャン面の前記車体座標系における法線の向きとで示される、
ことを特徴とするレーザスキャナのキャリブレーション方法。
【請求項３】
請求項１に記載のキャリブレーション方法において、
前記キャリブレーション装置が、
前記レーザスキャナが路面を走査することで得られる、路面形状を示す計測点群から、回帰直線を算出し、
前記回帰直線に対する各計測点の残差を、計測点ごとに算出し、
前記残差の分散と閾値とを比較し、前記分散が前記閾値以上となる場合、警告指令を発する、
ことを特徴とするレーザスキャナのキャリブレーション方法。
【請求項４】
請求項１に記載のキャリブレーション方法において、
前記ランドマークを配置する際、前記レーザスキャナの受光器が、受光する光量に基づき前記平坦路面上のレーザラインに沿うようにトレースすることで、前記第１交点、前記第２交点、前記第３交点の位置を特定する、
ことを特徴とするレーザスキャナのキャリブレーション方法。
【請求項５】
請求項４に記載のキャリブレーション方法において、
前記ランドマークを配置する際、前記受光器を搭載した車輪型移動体が受光する光量に基づき前記平坦路面上でのレーザラインをトレースすることで、前記第１交点、前記第２交点、前記第３交点の位置を特定する、
ことを特徴とするレーザスキャナのキャリブレーション方法。
【請求項６】
請求項１に記載のキャリブレーション方法において、
前記ランドマークを配置する際、前記各レーザスキャナから照射されるレーザの波長域を撮影するカメラを搭載した飛行体を、前記運搬機械の上空に飛行させ、前記カメラからの映像に基づき、前記第１交点、前記第２交点、前記第３交点の位置を特定する、
ことを特徴とするレーザスキャナのキャリブレーション方法。
【請求項７】
請求項１に記載のキャリブレーション方法において、
前記ランドマークは、レーザ反射率が異なっている、ランドマークの外郭を形成する部材と、その内側を格子に組む複数の直線部材とにより構成されており、
前記キャリブレーション装置が、
前記各レーザスキャナの走査により読み取られた、前記ランドマークの各部材からの反射光の光量差に基づき、各レーザスキャナ座標系での前記第１交点、前記第２交点、前記第３交点の位置をそれぞれ導出する、
ことを特徴とするレーザスキャナのキャリブレーション方法。
【請求項８】
運搬機械であって、
前記運搬機械の前面の左右それぞれに設けられた右側前面レーザスキャナ及び左側前面レーザスキャナからなる２つの前面レーザスキャナと、
前記運搬機械の左右両側面にそれぞれ設けられた右側側面レーザスキャナ及び左側側面レーザスキャナからなる２つの側面レーザスキャナと、
前記各レーザスキャナの姿勢を、前記運搬機械の姿勢を規定するための車体座標系を基準に校正するレーザスキャナのキャリブレーション装置と、を有し、
前記キャリブレーション装置は、
前記各レーザスキャナが走査することで読み取った検出値を取得するレーザスキャナ検出値取得部であり、右側側面レーザスキャナの平坦路面上でのレーザラインと右側前面レーザスキャナの前記平坦路面上でのレーザラインとの交点である第１交点、前記右側前面レーザスキャナの前記レーザラインと左側前面レーザスキャナの前記平坦路面上でのレーザラインとの交点である第２交点、および、前記左側前面レーザスキャナの前記レーザラインと左側側面レーザスキャナの前記平坦路面上でのレーザラインとの交点である第３交点の各位置において、前記平坦路面についての反射光検出値を取得するレーザスキャナ検出値取得部と、
前記第１交点、前記第２交点、前記第３交点における反射光と前記平坦路面の反射光との光量差に基づき、前記各レーザスキャナの姿勢を規定している各レーザスキャナ座標系での前記第１交点、前記第２交点、前記第３交点の位置を、それぞれ導出する交点位置特定部と、
前記各レーザスキャナ座標系における前記第１交点、前記第２交点、前記第３交点の位置に基づき、前記第１交点、前記第２交点、前記第３交点の、前記車体座標系における位置を算出する交点位置算出部と、
前記車体座標系における前記第１交点、前記第２交点、前記第３交点の位置に基づき、前記右側前面レーザスキャナ、前記左側前面レーザスキャナの前記車体座標系における現状の三次元姿勢を示す値を算出する前面レーザスキャナ姿勢算出部と、
前記車体座標系における前記第１交点、前記第２交点、前記第３交点の位置に基づき、前記右側側面レーザスキャナ、前記左側側面レーザスキャナの前記車体座標系における現状の三次元姿勢を示す値を算出する側面レーザスキャナ姿勢算出部と、
を有することを特徴とする運搬機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉱山用ダンプトラックなどの運搬機械に搭載されたレーザスキャナの姿勢を校正する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉱山における採掘作業では、安全性向上と低コスト化を目的に、無人機械が採掘作業を行うための技術が求められている。採掘作業のうち、坑道を掘らず地表から渦を巻くように地下めがけて掘り進み、地表付近の鉱物を採掘する露天掘りでは、最深部で土砂を掘り、採掘現場の外にある放土場に土砂を運搬する必要がある。
【０００３】
採掘現場の外に土砂を運搬する作業は、ダンプトラックなど土砂積載量の大きな巨大車両にて行われているが、土砂の単位時間当たりの運搬量は採掘の進捗に直結するため、ある程度の速度を維持しながらの土砂運搬が求められる。
【０００４】
土砂を高効率に採掘現場の外に運搬するためには、複数台の車両が運搬用の道路を何往復もする必要がある。また崖からの転落に対する対策として、道路端に盛土などで作られた路肩を検出し、道路からの逸脱を防ぐことが重要である。
【０００５】
採掘現場の外に運搬された土砂を排出する放土場は、鉱山領域内の所定の崖下に設定されていることがある。このとき、崖の手前には盛土などにより輪止めが設置されており、ダンプトラックは、輪止めに対して後ろ向きに走行し、盛土手前で停止する必要がある。
【０００６】
このようにダンプトラックは、車体の側方および後方に存在する盛土を検出し、その位置を精度よく計測することが求められており、またレーザスキャナの設置姿勢のキャリブレーションが重要となる。
【０００７】
例えば特許文献１には、車軸を基準とすることなく、外界認識センサの検出軸の調整を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１７−１６１４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示された技術では、キャリブレーションの対象としているのは、車体の進行方向とセンサの検出方向とのズレ角のみであり、ピッチ角などセンサの三次元姿勢は対象としていない。
【００１０】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、レーザスキャナのキャリブレーションを精度よく行うことができる技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のレーザスキャナのキャリブレーション方法は、運搬機械の前面の左右それぞれに設けられた右側前面レーザスキャナ及び左側前面レーザスキャナからなる２つの前面レーザスキャナの姿勢と、前記運搬機械の左右両側面にそれぞれ設けられた右側側面レーザスキャナ及び左側側面レーザスキャナからなる２つの側面レーザスキャナの姿勢とを、前記運搬機械の姿勢を規定するための車体座標系を基準に校正するキャリブレーション装置を用いたレーザスキャナのキャリブレーション方法であって、前記右側側面レーザスキャナの平坦路面上でのレーザラインと前記右側前面レーザスキャナの前記平坦路面上でのレーザラインとの交点である第１交点、前記右側前面レーザスキャナの前記レーザラインと前記左側前面レーザスキャナの前記平坦路面上でのレーザラインとの交点である第２交点、および、前記左側前面レーザスキャナの前記レーザラインと前記左側側面レーザスキャナの前記平坦路面上でのレーザラインとの交点である第３交点の各位置に、反射板であるランドマークをそれぞれ配置し、前記キャリブレーション装置が、前記各レーザスキャナの走査により読み取られた、前記ランドマークの反射光と前記平坦路面の反射光との光量差に基づき、前記各レーザスキャナの姿勢を規定している各レーザスキャナ座標系での前記各ランドマークの位置を、それぞれ導出し、前記各レーザスキャナ座標系における前記各ランドマークの位置に基づき、前記第１交点、前記第２交点、前記第３交点の、前記車体座標系における位置を算出し、前記車体座標系における前記第１交点、前記第２交点、前記第３交点の位置に基づき、前記右側前面レーザスキャナ、前記左側前面レーザスキャナの前記車体座標系における現状の三次元姿勢を示す値を算出し、前記車体座標系における前記第１交点、前記第２交点、前記第３交点の位置に基づき、前記右側側面レーザスキャナ、前記左側側面レーザスキャナの前記車体座標系における現状の三次元姿勢を示す値を算出する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、複数のレーザスキャナを組み合わせて障害物検出を行う場合において、レーザスキャナの姿勢を校正するための、高精度のデータを入手することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る自律走行システムの構成例を示す概略図である。
【図２】ダンプトラックにおけるレーザスキャナの配置を示す概略斜視図である。
【図３】車止め検出を示す模式図である。
【図４】路肩検出を示す模式図である。
【図５】車体座標系、レーザスキャナ座標系を例示する図である。
【図６】車体座標系、レーザスキャナ座標系を例示する図であり、レーザスキャナ座標系の詳細を例示する図である。
【図７】第１実施形態のキャリブレーション装置の構成例を示すブロック図である。
【図８】第１実施形態のキャリブレーション装置による処理を示すフローチャートである。
【図９】ランドマークの配置例を表す図である。
【図１０】実施形態のランドマークの設置位置を求める方法を説明する図である。
【図１１】実施形態の車輪型移動体を用いてランドマークの設置位置を求める方法を説明する図である。
【図１２】実施形態の飛行体を用いてランドマークの設置位置を求める方法を説明する図である。
【図１３】実施形態のレーザスキャナの検出値からランドマークの位置を求める方法を説明する図である。
【図１４】実施形態の車体座標系におけるランドマークの位置を算出する処理を説明する図である。
【図１５】実施形態の車体座標系におけるランドマークの位置を算出する処理を説明する図である。
【図１６】実施形態の車体座標系におけるランドマークの位置を算出する処理を説明する図である。
【図１７】実施形態の前面レーザスキャナの姿勢を算出する処理を説明する図である。
【図１８】実施形態の側面レーザスキャナの姿勢を算出する処理を説明する図である。
【図１９】実施形態の側面レーザスキャナの姿勢を算出する処理を説明する図である。
【図２０】実施形態のレーザスキャナをキャリブレーションするための回転行列を求める手法を説明する図である。
【図２１】実施形態のレーザスキャナをキャリブレーションするための回転行列を求める手法を説明する図である。
【図２２】実施形態のレーザスキャナをキャリブレーションするための回転行列を求める手法を説明する図である。
【図２３】実施形態のレーザスキャナをキャリブレーションするための回転行列を求める手法を説明する図である。
【図２４】第２実施形態のキャリブレーション装置の構成例を示すブロック図である。
【図２５】第２実施形態のキャリブレーション装置による処理を示すフローチャートである。
【図２６】第２実施形態の路面の平坦性を判定する態様を説明する図である。
【図２７】第３実施形態のランドマークを構成する各部材を示す図である。
【図２８】第３実施形態のランドマークを例示する図である。
【図２９】第３実施形態のランドマークを用いた態様を説明する図である。
【図３０】第３実施形態のランドマークを用いた態様を説明する図である。
【図３１】第３実施形態のランドマークをレーザスキャナが読み取った際の値を例示する図である。
【図３２】実施形態のキャリブレーション装置のハードウェア構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の実施形態では、便宜上必要があるときは、複数のセクションまたは実施形態に分割して説明する。以下の実施形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。尚、以下の実施形態において、その構成要素（処理ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合などを除き、必ずしも必須ではない。
【００１５】
以下、図面等を用いて、実施形態のレーザスキャナのキャリブレーション方法、運搬機械について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本実施形態に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【００１６】
（第１実施形態）
図１に、実施形態に係る自律走行システムの構成例を示す。自律走行システム１は、無人で走行する運搬機械（以下、ダンプトラックと称する）１００、交通管制システム２００を有し、これらが無線通信により相互にデータの送受信を行うことが可能となっている。また自律走行システム１は、ランドマーク５０を路面に設置する際に用いられるランドマーク設置位置特定装置６０を有している。ランドマーク設置位置特定装置６０の用い方については、後述する。尚、図１においては、ダンプトラック１００、ランドマーク設置位置特定装置６０を１台ずつ示しているが、自律走行システム１内にこれらが複数台設けられていてもよい。またダンプトラック１００は、オペレータが運転することで走行する運搬機械であってもよい。
【００１７】
交通管制システム２００は、ダンプトラック１００が自律走行を行うための経路情報を、当該ダンプトラック１００に送信するためのシステムであり、１台のコンピュータもしくは複数台のコンピュータにより構成されている。交通管制システム２００は、走行経路生成部２０１、通信装置２０２、車両情報記憶部２０３、地図情報記憶部２０４を有しており、これらは、コンピュータの演算処理装置が記憶装置に事前に記憶されているプログラムを演算実行することで、実現される。
【００１８】
走行経路生成部２０１は、ダンプトラック１００が自律走行を行う積込場と放土場との間の経路往復路走行経路を、地図情報記憶部３１１の地図情報と車両情報記憶部３１４の車両情報を参照して生成する。そして通信装置２０２は、生成した経路をダンプトラック１００に送信する。尚、交通管制システム２００が提供する機能や動作については、従前の技術が用いられる。
【００１９】
ダンプトラック１００は、自車両の位置から周囲に存在する物体までの距離および方向を計測する周囲環境認識装置１０１と、ダンプトラック１００の位置や姿勢を計測する自己位置計測装置１０２とを有する。またダンプトラック１００は、交通管制システム２００からのデータを受信する通信装置１０４を有する。ダンプトラック１００は、交通管制システム２００からのデータに基づき、また搬送路の路幅や対向車の存在などの周囲状況に基づき、ダンプトラック１００の速度や操舵角を変更する車体運動制御装置１０３を有する。
【００２０】
周囲環境認識装置１０１は、車止め検出装置であるレーザスキャナ２ａ、２ｂと、路肩検出装置であるレーザスキャナ３ａ、３ｂを有する。レーザスキャナ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂは、例えばレーザ光を扇状に投射し、物体からの反射光によって対象物までの距離と方向を測定するＬｉＤＡＲとする。
【００２１】
図２のように、レーザスキャナ２ａ、２ｂは、ダンプトラック１００の後方にある車止めまでの距離を検出するために、ダンプトラック１００の左右両側面に、それぞれ１台もしくは複数台ずつ設置されている側面レーザスキャナである。本実施形態では、ダンプトラック１００の左側側面に設置されているレーザスキャナをレーザスキャナ２ａ（左側側面レーザスキャナ）とし、右側側面に設置されているレーザスキャナをレーザスキャナ２ｂ（右側側面レーザスキャナ）とする。またレーザスキャナ３ａ、３ｂは、ダンプトラック１００の側方にある路肩の一部の位置を検出するためのレーザスキャナである。レーザスキャナ３ａ、３ｂは、ダンプトラック１００の前方左右に、それぞれ１台もしくは複数台ずつ設置されている前面レーザスキャナである。本実施形態では、ダンプトラック１００の前方左側に設置されているレーザスキャナをレーザスキャナ３ａ（左側前面レーザスキャナ）とし、前方右側に設置されているレーザスキャナをレーザスキャナ３ｂ（右側前面レーザスキャナ）とする。
【００２２】
周囲環境認識装置１０１は、周囲対象物相対位置計測装置４と、周囲環境記憶装置５と、キャリブレーション装置１０５とを有する。周囲対象物相対位置計測装置４は、レーザスキャナ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂから計測された、周囲に存在する物体の位置を示す値に基づき、ダンプトラック１００から車止めまでの距離や方向、路肩までの距離や方向を求める。周囲環境記憶装置５は、現場内に設けられる基準地点を原点とした現場座標系での、車止めおよび路肩の座標値を記憶する。
【００２３】
キャリブレーション装置１０５は、レーザスキャナ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂの姿勢を、正規の姿勢となるように校正するため数値データを算出する装置であり、キャリブレーションに使用するランドマーク５０とランドマーク設置位置特定装置６０とともに使用される。キャリブレーション装置１０５は、周囲対象物相対位置計測装置４の計測に用いられている路面推定処理結果を利用して、レーザスキャナ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂの現在の設置姿勢を推定するレーザスキャナ姿勢推定装置６を有する。またキャリブレーション装置１０５は、正規の姿勢にするための校正値（補正値）を記録する校正値記録装置７を有する。レーザスキャナ姿勢推定装置６により得られた校正値は、校正値記録装置７に記録される。
【００２４】
レーザスキャナ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂは、周囲対象物相対位置計測装置４と接続しており、周囲対象物相対位置計測装置４は、周囲環境記憶装置５とレーザスキャナ姿勢推定装置６とに接続している。またレーザスキャナ姿勢推定装置６と校正値記録装置７とが接続しており、校正値記録装置７は、当該校正値記録装置７に記録された値が周囲対象物相対位置計測装置４で使用できるように、周囲対象物相対位置計測装置４とも接続している。
【００２５】
自己位置計測装置１０２は、ダンプトラック１００の車輪回転速度を計測する車輪速計測部１４と、操舵角度を計測する操舵角計測部１５とを有する。自己位置計測装置１０２の自己位置演算装置１７は、車輪速計測部１４、操舵角計測部１５の計測結果から、ダンプトラック１００の速度と角速度、さらに、現場座標系での位置や姿勢を算出する。尚、ダンプトラック１００の位置や姿勢を、より高精度で計測するため、ダンプトラック１００の自己位置は、自己位置補正装置１６によって補正される。自己位置補正装置１６は、ＩＭＵ（慣性計測装置）やＧＰＳ（Global Positioning System）などで構成される。
【００２６】
自己位置計測装置１０２において、車輪速計測部１４、操舵角計測部１５、自己位置補正装置１６は、自己位置演算装置１７に接続される。
【００２７】
車体運動制御装置１０３は、ダンプトラック１００の速度を低下させたり停止させたりする制動装置１８と、ダンプトラック１００の駆動輪の回転トルク指令値を制限する駆動トルク制限装置１９とを有する。車体運動制御装置１０３は、ダンプトラック１００の路肩からの距離を変更する操舵制御装置２０と、交通管制システム２００から得られる搬送路の経路や路幅の情報、対向車の情報を記録する地図データベース２２とを有する。また車体運動制御装置１０３は、地図データベース２２内の情報などに基づき、ダンプトラック１００の速度や進行方向を決定するため、制動装置１８の制動量と駆動トルク制限装置１９の制限量、操舵制御装置２０の制御量を算出する運搬機械制御装置２１を有する。
【００２８】
車体運動制御装置１０３において、運搬機械制御装置２１は、地図データベース２２、自己位置演算装置１７、周囲対象物相対位置計測装置４からの出力を入力する。そして運搬機械制御装置２１は、算出結果を制動装置１８、駆動トルク制限装置１９、操舵制御装置２０に出力する。
【００２９】
周囲対象物相対位置計測装置４と周囲環境記憶装置５、レーザスキャナ姿勢推定装置６、自己位置計測装置１０２は、例えば中央演算処理装置と記憶装置と入出力回路と通信回路からなるマイコン装置である。周囲環境記憶装置５の処理用に、別のマイコン装置を設ける構成にしてもよく、一つのマイコン装置で構成してもよい。また、運搬機械制御装置２１は、例えば複数のマイコン装置で構成される車載用コントローラであって、車載用コントローラ内部のソフトウェアによって、その機能を実現する。
【００３０】
図３および図４は、ダンプトラック１００による車止め検出と路肩検出を模式的に示した図である。
【００３１】
図３は、ダンプトラック１００が車止め３１を検出しながら後退する様子を示している。図３の矢印Ｄｉ１は、ダンプトラック１００の車体中心から車止めまでの最短距離である。矢印Ｄｉ１は、周囲対象物相対位置計測装置４がレーザスキャナ２ａ、２ｂから得られる値を入力し、演算することで求められる。また図３に示すように、本実施形態では、車止め３１と直角となる方向を基準としており、この方向に対しての車体向きをα１で示している。
【００３２】
図４は、ダンプトラック１００が搬送路の盛土３２を検出しながら走行する様子を示している。図４の矢印Ｄｉ２は、ダンプトラック１００の車体中心から路肩までの最短距離である。矢印Ｄｉ２は、周囲対象物相対位置計測装置４がレーザスキャナ３ａ、３ｂから得られる値を入力し、演算することで求められる。また図４のα２は、レーザスキャナ３ａ、３ｂの検出値に基づき得られる路肩の延設方向に対しての、車体の向きである。
【００３３】
図５および図６（ａ）は、車体座標系およびレーザスキャナ座標系を示した図であり、図６（ｂ）は、レーザスキャナ座標系の詳細を説明するための図である。ここで、図５および図６（ａ）に示されるΣＴは、車体座標系であり、ダンプトラック１００の中心を基準点とし、車体の長さ方向（ダンプトラック１００の進行方向）、幅方向、高さ方向を基準軸とした座標系となっている。図５や図６（ａ）に示されるΣ２ｂ、Σ３ｂは、レーザスキャナ２ｂ、レーザスキャナ３ｂのそれぞれのレーザスキャナ座標系である。尚、ここではレーザスキャナ２ａ、レーザスキャナ３ａについてのレーザスキャナ座標系を図示していないが、これらのレーザスキャナ座標系においても、Σ２ａ、Σ３ａとして規定されている。
【００３４】
図６（ｂ）は、レーザスキャナ３ｂのレーザスキャナ座標系Σ３ｂを例示している。レーザスキャナ座標系Σ３ｂは、レーザスキャナ３ｂの筐体内部の中心を基準点としており、レーザ光の走査方向をＹ軸としている。また、レーザの照射口である照射レンズ３００ｂを有する面を正面とする場合、レーザスキャナの正面向きをレーザスキャナ座標系Σ３ｂのＸ軸としている。またレーザスキャナ座標系Σ３ｂのＺ軸は、Ｙ軸とＸ軸により形成される面の法線方向として定義されている。その他のレーザスキャナ座標系Σ２ａ、Σ２ｂ、Σ３ａについても同じ定義となっている。尚、レーザスキャナ座標系のＸ軸は、レーザスキャナの装置構成上、レーザスキャナの中心位置と、走査範囲を二分割する中心位置ＣＰとを結んだ方向としても定義することができる。
【００３５】
ダンプトラック１００のような車体におけるレーザスキャナの搭載では、レーザスキャナの位置（ΣＴに対するΣ２ａ、Σ２ｂ、Σ３ａ、Σ３ｂの基準位置）に関しては、比較的高精度で設置することができる。一方、レーザスキャナの姿勢（ΣＴに対するΣ２ａ、Σ２ｂ、Σ３ａ、Σ３ｂの回転）に関しては、精度よく設置することは難しく、実際に取り付けられた姿勢によっては補正する必要がある。また、舗装されていない路面を走行する鉱山現場においては、路面状態が良好であるとはいえないため、振動によりレーザスキャナの姿勢が正規姿勢から次第にズレていく。本実施形態のキャリブレーション装置１０５は、ズレが発生している現状のレーザスキャナの姿勢を、車体座標系ΣＴで表されるよう、キャリブレーション処理を行う。このように車体座標系ΣＴを基準にして表すことで、各レーザスキャナの姿勢が正規姿勢となるように調整することが可能となる。
【００３６】
図７は、キャリブレーション装置１０５の内部構成を示す図であり、特にレーザスキャナ姿勢推定装置６の構成例を示す図である。キャリブレーション装置１０５は、上記のとおりレーザスキャナ姿勢推定装置６および校正値記録装置７を有する。レーザスキャナ姿勢推定装置６は、レーザスキャナ検出値取得部７０１、ランドマーク位置特定部７０２（交点位置特定部）、交点位置算出部７０３、前面レーザスキャナ姿勢算出部７０４、側面レーザスキャナ姿勢算出部７０５を有する。
【００３７】
本実施形態による処理について、図８のフローチャートを参照しつつ説明する。ここで、図８のステップＳ００４からＳ００７は、レーザスキャナ姿勢推定装置６によって処理され、そこで推定されたレーザスキャナ２ａ、２ｂおよびレーザスキャナ３ａ、３ｂの設置姿勢が校正値記録装置７に記録される。
【００３８】
まず、ステップＳ００１において、ダンプトラック１００は、４台のレーザスキャナ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ（図中ではこれらをＬＩＤＡＲと表記）が同一路面をスキャンできるように、平坦な位置に移動される。ここで、移動先のキャリブレーション実施エリアが事前に決まっていれば、交通管制システム２００からダンプトラック１００に指示を出し、ダンプトラック１００が運搬機械制御装置２１を用いて自らで当該キャリブレーション実施エリアへ移動してもよい。
【００３９】
次に、ステップＳ００２において、レーザスキャナ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂが路面にレーザ照射を行い、スキャンを開始する。
【００４０】
ステップＳ００３では、図９のように、レーザスキャナ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂから照射されたレーザライン（レーザスキャン面と路面との交線）同士が交わる交点に、ランドマークを作業員が設置する。ここでは、右側側面のレーザスキャナ２ｂと右前面のレーザスキャナ３ｂとから照射される各レーザラインの交点にランドマーク５１が設置され、右前面のレーザスキャナ３ｂと左前面のレーザスキャナ３ａから照射される各レーザラインの交点にランドマーク５２が設置される。また左前面のレーザスキャナ３ａと左側側面のレーザスキャナ２ａから照射される各レーザラインの交点にランドマーク５３が設置される。
【００４１】
ランドマーク５１、５２、５３は反射板であり、反射光が顕著な値となるような素材である再帰反射材で構成されている。すなわちランドマーク５１、５２、５３は、各交点でスキャン結果を顕著な値となるように設置される。ランドマーク５１、５２、５３は、レーザ受光器の受光面と同程度の大きさであり、薄いシート状のもので、その形状は四角形でも円形でもよい。
【００４２】
ここで、ランドマーク５１、５２、５３を設置するためのランドマーク設置位置特定装置６０について、図１０を参照しつつ説明する。ランドマーク設置位置特定装置６０として、本実施形態では、レーザ測量やレーザ墨出などで使用されているレーザ受光器を採用する。図１０は、ランドマーク設置位置特定装置６０の使用態様を例示した図である。ランドマーク設置位置特定装置６０は、各レーザスキャナから照射されたレーザが、レーザ検出面６１上に示された基準線６２の上下どちらに当たっているかを、表示部６３の矢印６４で示す機器である。作業員は、ランドマーク設置位置特定装置６０を路面付近で繰り返しレーザスキャン面を横切らせながら、レーザスキャン面と路面との交線（レーザライン）をトレースする。この動作によりレーザライン同士の交点を見つけ、当該位置にランドマークを設置する。
【００４３】
また図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、車輪型移動体６５に上記のランドマーク設置位置特定装置６０などを搭載してもよい。車輪型移動体６５は、レーザの受光位置が右側ならば左方向へ、左側ならば右方向へと、走行方向や角速度を変化させながらトレースする。例えば図１１（ｂ）に示すように、車輪型移動体６５がレーザスキャナ２ｂのレーザラインＬ１上を走行する場合、レーザスキャナ３ｂのレーザラインＬ２との交点に差し掛かると受光強度が高い値を示す。この位置を交点としてランドマーク５１が設置されることで、路面上に照射されたレーザラインＬ１、Ｌ２の交点を見つけることができる。
【００４４】
さらに、図１２のように、各レーザスキャナから照射されるレーザの波長域の撮影が可能なカメラ６６Ａを飛行体６６に搭載させ、当該飛行体６６をダンプトラック１００の上空に飛行させることで、各レーザラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を検出することができる。飛行体６６は、より強度の強い位置を交点として求めてもよい。尚、飛行体６６に搭載されたカメラ６６Ａからのリアルタイム映像は、作業員が携帯しているノートＰＣなどの端末装置に送信され、画面上に映し出される。作業員は、この映し出された映像で交点位置を確認しながら、ランドマーク５１、５２、５３を配置する。
【００４５】
図８のフローチャートの説明に戻る。次にステップＳ００４において、レーザスキャナ姿勢推定装置６のレーザスキャナ検出値取得部７０１は、周囲対象物相対位置計測装置４を介して４台のレーザスキャナ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂで検出される路面計測データ（反射光検出値）を取得する。そしてランドマーク位置特定部７０２は、反射強度の光量差に基づき、交点に設置されたランドマークを検出し、レーザスキャナ座標系でのランドマークの位置、すなわち各レーザラインの交わる交点位置を特定する。
【００４６】
図１３には、レーザスキャナ３ｂによるランドマーク検出の様子を示している。図１３（ａ）は、レーザスキャナ３ｂで取得した距離、角度データで表される計測点群を、極座標から直交座標（Ｘ３ｂ，Ｙ３ｂ）へ変換して、レーザスキャナ座標系Σ３ｂにプロットした結果を示した図である。図１３（ｂ）は、これら点群のそれぞれの反射強度の大きさＥをΣ３ｂのＹ３ｂ座標に対してプロットしたグラフである。ここでランドマーク位置特定部７０２は、反射強度が局所的に大きい値５４、５５を示す位置を、ランドマーク５１、５２の設置位置であるものと判定する。すなわちランドマーク位置特定部７０２は、図１３（ｂ）から値５４、５５を示すＹ３ｂ上の座標値Ｙ５１、Ｙ５２を求める。そしてランドマーク位置特定部７０２は、図１３（ａ）に示す関係から、座標値Ｙ５１、Ｙ５２に対応するＸ５１、Ｘ５２の各座標値を求める。ランドマーク位置特定部７０２は、このようにして得られた位置座標（Ｘ５１，Ｙ５１）および（Ｘ５２，Ｙ５２）を、レーザスキャナ座標系Σ３ｂにおけるランドマーク５１、５２の位置、すなわちレーザラインの交点として取得する。ランドマーク位置特定部７０２は、同手法によりその他の交点についても求める。
【００４７】
図８のフローチャートの説明に戻る。ステップＳ００５において、レーザスキャナ姿勢推定装置６の交点位置算出部７０３は、各交点の車体座標系における位置を算出する。交点位置算出部７０３の処理について、図１４、図１５、図１６を用いて説明する。
【００４８】
交点位置算出部７０３は、上記のレーザスキャナ座標系におけるランドマーク５１、５２、５３の位置、およびレーザスキャナ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂの車体座標系における設置位置（この設置点をそれぞれＰ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ａ、Ｐ３ｂとする）に基づき、図１４に示すランドマークを結ぶ直線で作られる三角形Ｔの頂点Ａ（第１交点）、頂点Ｂ（第２交点）、頂点Ｃ（第３交点）の、車体座標系における位置を算出する。尚、図１４においては、三角形Ｔの頂点Ａ、Ｂ、Ｃが、レーザスキャナ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂから照射されるレーザラインの交点となっている。
【００４９】
頂点Ａ、Ｂ、Ｃの位置の算出方法はいくつかあるが、ここで一例を以下に示す。まず、求めたいパラメータは、頂点Ａ、Ｂ、Ｃの３次元位置座標である。
【００５０】
図１５（ａ）において、Ｐ３ｂから直線ＡＢへ下ろした垂線の足をＨＡＢとし、Ｐ３ａから直線ＢＣへ下ろした垂線の足をＨＢＣとすると、以下の４つの式が導出される。ここでｈＡＢはＰ３ｂと直線ＡＢとの間の距離、ｈＢＣはＰ３ａと直線ＢＣとの間の距離、ｒＡＢは頂点Ａと頂点Ｂとの間の距離、ｒＢＣは頂点Ｂと頂点Ｃの間の距離である。またβＡは、直線ＡＢとＡＰ３ｂとのなす角、βＢは直線ＢＣとＢＰ３ａとのなす角である。
【数１】
2020064011.tif 000003
【００５１】
尚、ｈＡＢ、ｒＡＢ、βＡは、図１５（ｂ）のように、レーザスキャナ座標系でのＡ、Ｂの座標を用いて、幾何学的に算出することができ、ｈＢＣ、ｒＢＣ、βＢについても同手法により求めることができる。
【００５２】
次に、図１６において、Ａ、Ｂ、Ｃから直線Ｐ２ｂＰ３ｂ、Ｐ３ｂＰ３ａ、Ｐ３ａＰ２ａへ下ろした垂線の足を、それぞれ、ＰＡ、ＰＢ、ＰＣとすると、以下の６つの式が導出される。
【数２】
2020064011.tif 000004
【００５３】
ここで、線分Ｐ２ｂＰ３ｂ、Ｐ３ｂＰ３ａ、Ｐ３ａＰ２ａの長さは設計値であることから、線分ＡＰ２ｂ、ＡＰ３ｂの長さ、線分ＢＰ３ｂ、ＢＰ３ａの長さ、線分ＣＰ３ａ、ＣＰ２ａの長さは、各レーザスキャナの検出データから求めることができる。したがって、図１６における三角形ＡＰ２ｂＰ３ｂ、ＢＰ３ｂＰ３ａ、ＣＰ３ａＰ２ａは、三辺が既知の三角形となり、ｈＡ、ｈＢ、ｈＣの値は、幾何学演算を行うことで導出される。
【００５４】
以上の結果から、未知数９個（頂点Ａ、Ｂ、Ｃの３軸位置座標）に対して、１０個の方程式を導出することができた。交点位置算出部７０３は、上記各数式を用い、また例えば最小二乗法を用いてＡ、Ｂ、Ｃの座標位置を求める。これに加え、Ｐ２ｂ、Ｐ３ｂ、Ｐ３ａ、Ｐ２ａが車体座標系における位置座標で表すことができるため、交点位置算出部７０３は、頂点Ａ、Ｂ、Ｃの、車体座標系における位置座標を求めることができる。
【００５５】
図８のフローチャートの説明に戻る。次にステップＳ００６において、レーザスキャナ姿勢推定装置６の前面レーザスキャナ姿勢算出部７０４は、前面左右のレーザスキャナ３ａ、３ｂの設置位置と、上記交点を結ぶ直線からなる三角形Ｔとの位置関係から、左右のレーザスキャナ３ａ、３ｂの三次元姿勢を算出する。
【００５６】
まず、図１７（ａ）において、Ｐ３ｂからレーザスキャナ座標系のＸ３ｂ軸方向に伸ばした直線と直線ＡＢの交点をＯｘ３ｂとする。ここで、車体座標系でのＯｘ３ｂの位置は、車体座標系の原点をＯとして、
【数３】
2020064011.tif 000005
と表すことができる。ここで、ｒＡＯは点Ａと点Ｏｘ３ｂとの間の距離であり、図１７（ｂ）のように、レーザスキャナ座標系での点Ａの位置と、直線ＡＢのＸ３ｂ軸切片の位置との間の距離から求めることができる。尚、図１７（ｂ）において、点Σ３ｂ（点Ｐ３ｂの位置）と点Ａとの位置関係は、ステップＳ００５により既に求められている。また、レーザスキャナ座標系のＸ３ｂ軸方向は、上記図６（ｂ）での説明のとおり、レーザスキャナがスキャンする走査範囲の中心としており、この中心位置は、レーザスキャナの製造段階などで既に決まっている（レーザスキャナの走査範囲（走査角度）が例えば１２０°と規定されている場合、走査開始から６０°走査した位置が中心位置であるなど）。このことから、当該中心での読み取り値が、点Σ３ｂ（点Ｐ３ｂ）と点Ｏｘ３ｂ（Ｘ３ｂ軸と直線ＡＢとの交点）との距離を示すものとなる。以上により、レーザスキャナ座標系における点Ａおよび点Ｏｘ３ｂの各位置が求められるため、点Ａと点Ｏｘ３ｂとの距離を示すｒＡＯを導出することも可能となる。
【００５７】
また図１７（ａ）において、Ｐ３ａからレーザスキャナ座標系のＸ３ｂ軸方向に伸ばした直線と直線ＢＣとの交点を、Ｏｘ３ａとすると、車体座標系の原点Ｏに対するＯｘ３ａの位置（車体座標系）は、上記と同手法により以下のとおりとなる。
【数４】
2020064011.tif 000006
ここで、ｒＣＯは、上記同様に、レーザスキャナ座標系での頂点Ｃの位置と、直線ＢＣのＸ３ａ軸切片の位置との間の距離から求めることができる。
【００５８】
上記の手法を用いて演算することで、前面レーザスキャナ姿勢算出部７０４は、車体座標系における点Ｏｘ３ｂ、点Ｏｘ３ａを算出することができ、また次のとおり、現状のレーザスキャナの向き（Ｘ軸）を車体座標系で表すことができる。
【数５】
2020064011.tif 000007
【００５９】
また、レーザスキャナ３ｂより照射されるスキャン面（図１７（ａ）での点Ｐ３ｂ、点Ａ、点Ｂにより形成される面）の法線ベクトルをｎ３ｂとする。またレーザスキャナ３ａにより照射されるスキャン面（図１７（ａ）での点Ｐ３ａ、点Ｂ、点Ｃにより形成される面）の法線ベクトルをｎ３ａとする。この場合、法線ベクトルｎ３ｂ、ｎ３ａは、以下のとおりとなる。
【数６】
2020064011.tif 000008
ここで、点Ｐ３ｂ、点Ｐ３ａ、点Ａ、点Ｂ、点Ｃは、いずれも車体座標系で表されるため、法線ベクトルｎ３ｂ、ｎ３ａも、車体座標系で表される。
【００６０】
このようにして前面レーザスキャナ姿勢算出部７０４は、車体座標系での現状のレーザスキャナの正面向き（Ｘ軸）、および現状のスキャン面の向き（法線ベクトル）を算出することができる。よって前面レーザスキャナ姿勢算出部７０４は、左右前面のレーザスキャナ３ｂ、３ａの車体座標系における現状での三次元姿勢を求めることができる。
【００６１】
図８の説明に戻る。ステップＳ００７において、レーザスキャナ姿勢推定装置６の側面レーザスキャナ姿勢算出部７０５は、三角形Ｔが路面上にあることを利用して、左右側面のレーザスキャナ２ｂ、２ａのスキャン面と路面との交線である図１８（ａ）、（ｂ）に示す直線ＡＨＡ、直線ＣＨＣを算出する。ここで、ＨＡ、ＨＣは、Ｐ２ｂ、Ｐ２ａから各レーザライン（図１８では直線ＡＨＡ、直線ＣＨＣで示されるライン）へ下ろした垂線の足である。
【００６２】
このとき直線ＡＨＡ、ＣＨＣは、三角形Ｔ（ＡＢＣ）がなす平面上の直線であることから、４つのパラメータｍＡ、ｍＣ、ｎＡ、ｎＣを用いて、
【数７】
2020064011.tif 000009
で表すことができる。ここで、上記の方程式は、ｘ成分、ｙ成分、ｚ成分で示されるベクトルであるため、計６つの方程式が得られたことになる。
【００６３】
また、Ｐ２ｂと直線ＡＨＡとの間の距離ｈ２ｂ、Ｐ２ａと直線ＣＨＣとの間の距離ｈ２ａ、直線ＡＨＡと直線ＡＰ２ｂとのなす角αＡ、および直線ＣＨＣと直線ＣＰ２ａとのなす角αＣを用いて、次の４つの方程式を得ることができる。尚、ｈ２ｂ、ｈ２ａ、αＡ、αＣは、レーザスキャナの計測値に基づき得ることができる。
【数８】
2020064011.tif 000010
【００６４】
以上の結果から、未知数１０個（ＨＡ、ＨＣの位置座標、４つの未知パラメータｍＡ、ｍＣ、ｎＡ、ｎＣ）に対して、１０個の方程式を得ることができた。側面レーザスキャナ姿勢算出部７０５は、この連立方程式の解としてＨＡ、ＨＣの位置座標を求める。また上記の各数式は、いずれも車体座標系における位置座標で表されるため、ＨＡ、ＨＣも、車体座標系で表すことができる。
【００６５】
次にステップＳ００７において、側面レーザスキャナ姿勢算出部７０５は、左右側面のレーザスキャナ２ａ、２ｂのスキャン面と路面との交線が、上記ランドマークを結ぶ直線からなる三角形Ｔが作る平面上に存在するように、左右側面のレーザスキャナ２ａ、２ｂの三次元姿勢を算出する。図１９（a）において、Ｐ２ｂからレーザスキャナ座標系のＸ２ｂ軸方向に伸ばした直線とレーザスキャナ２ｂ（直線ＡＨＡ）の交点をＯｘ２ｂとする。ここで、車体座標系でのＯｘ２ｂの位置は、車体座標系の原点をＯとして、
【数９】
2020064011.tif 000011
と求めることができる。ここで、ｓＡＯは、図１９（ｂ）のように、レーザスキャナ座標系での頂点Ａの位置と、直線ＡＨＡのＸ２ｂ軸切片の位置との間の距離から求めることができる（図１７と同様の手法となる）。
【００６６】
同様に、車体座標系でのＯｘ２ａの位置は、車体座標系の原点をＯとして、下記により求めることができる。
【数１０】
2020064011.tif 000012
【００６７】
上記の手法を用いて演算することで、側面レーザスキャナ姿勢算出部７０５は、車体座標系における点Ｏｘ２ｂ、点Ｏｘ２ａを算出することができ、また次のとおり、現状のレーザスキャナの向き（Ｘ軸の方向を示すベクトル）を車体座標系で表すことができる。
【数１１】
2020064011.tif 000013
【００６８】
また、レーザスキャナ２ｂより照射されるスキャン面（図１９（ａ）での点Ｐ２ｂ、点Ａ、点ＨＡにより形成される面）の法線ベクトルをｎ２ｂとする。またレーザスキャナ２ａにより照射されるスキャン面（図１９（ａ）での点Ｐ２ａ、点Ｃ、点ＨＣにより形成される面）の法線ベクトルをｎ２ａとする。この場合、法線ベクトルｎ２ｂ、ｎ２ａは、以下のとおりとなる。
【数１２】
2020064011.tif 000014
ここで、点Ｐ２ｂ、点Ｐ２ａ、点Ａ、点Ｂ、点ＨＡ、点ＨＣは、いずれも車体座標系で表されるため、法線ベクトルｎ２ｂ、ｎ２ａも、車体座標系で表される。
【００６９】
このようにして側面レーザスキャナ姿勢算出部７０５は、車体座標系での現状のレーザスキャナの向き（Ｘ軸の方向を示すベクトル）、および現状のスキャン面の向き（法線ベクトル）を算出することができる。よって側面レーザスキャナ姿勢算出部７０５は、左右側面のレーザスキャナ２ｂ、２ａの車体座標系における現状での三次元姿勢を求めることができる。
【００７０】
前面レーザスキャナ姿勢算出部７０４、側面レーザスキャナ姿勢算出部７０５により算出されたレーザスキャナ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂの現状の姿勢を示すベクトルは、校正データとして校正値記録装置７に記録される。尚、三次元姿勢のデータとしては、３次元座標系のデータもしくは極座標系のデータで記録されるものとする。
【００７１】
以下では、このようにして得られたレーザスキャナ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂの現状の姿勢（レーザスキャナ座標系ΣＰ）を、車体座標系ΣＴに対応づけるための回転量を求める方法について言及する。
【００７２】
図２０において、レーザスキャナの位置をＰ（ｘ，ｙ，ｚ）、スキャン面の法線ベクトルをｎ、レーザスキャナ座標系ΣＰのＸ座標軸（ｘｓ）とレーザスキャナの計測点群がなす直線との交点をＯ（ｘ０，ｙ０，ｚ０）とする。
【００７３】
また、Ｏ（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を通り車体座標系のｘＴｙＴ平面と平行な平面に対してＰ（ｘ，ｙ，ｚ）から下ろした足をＰ’（ｘ，ｙ，ｚ０）とし、Ｐ’から直線ＰＯへの足をＨとする。
【００７４】
ここで、レーザスキャナ座標系ΣＰの回転量は、ΣＰが車体座標系ΣＴに一致するように回転させたときの回転量から求めることができる。まず、法線ベクトルｎと直線Ｐ’Ｈのなす角をθｘとすると、
【数１３】
2020064011.tif 000015
となり、図２１のようにレーザスキャナ座標系をそのｘｓ軸まわりにθｘ回転させる。ここで、回転後の新たな座標系を（ｘｓ，ｙ’ｓ，ｚ’ｓ）とする。
【００７５】
次に、直線ＰＯと直線Ｐ’Ｏのなす角をθＹとすると、
【数１４】
2020064011.tif 000016
となり、図２２のようにレーザスキャナ座標系をそのｙ’ｓ軸まわりにθＹ回転させる。ここで、回転後の新たな座標系を（ｘ’ｓ，ｙ’ｓ，ｚ’’ｓ）とする。
【００７６】
最後に、直線Ｐ’Ｏと車体座標系ｘＴ軸のなす角をθＺとすると、
【数１５】
2020064011.tif 000017
となり、図２３のようにレーザスキャナ座標系をそのＺ’’ｓ軸まわりにθＺ回転させる。ここで、回転後の新たな座標系を（ｘ’’ｓ，ｙ’’ｓ，ｚ’’ｓ）とする。このとき、回転後のレーザスキャナ座標系（ｘ’’ｓ，ｙ’’ｓ，ｚ’’ｓ）と車体座標系の姿勢が一致する。レーザスキャナの姿勢は、これらθＸ、θＹ、θＺで表すことができ、回転行列をＲ（θ）とすると、レーザスキャナで取得した計測点の座標（ｘｓ，ｙｓ）を車体座標系の座標（ｘＴ，ｙＴ，ｚＴ）に変換する式は、次式となる。
【数１６】
2020064011.tif 000018
【００７７】
上記手法をレーザスキャナ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂに適用することで、４台のレーザスキャナの姿勢、すなわち、車体座標系ΣＴに対するレーザスキャナ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂのレーザスキャナ座標系Σ２ａ、Σ２ｂ、Σ３ａ、Σ３ｂの向きの算出を行うことができる。
【００７８】
尚、図２０〜図２３を用いて説明した処理を、レーザスキャナ３ａ、３ｂについては前面レーザスキャナ姿勢算出部７０４が行い、レーザスキャナ２ａ、２ｂについては側面レーザスキャナ姿勢算出部７０５が行ってもよい。この場合、得られた回転行列Ｒ（θｘ）、Ｒ（θｙ）、Ｒ（θｚ）は、校正データとして校正値記録装置７に記録される。
【００７９】
校正値記録装置７に記録された校正データは、例えばダンプトラック１００の運転席に備えられた表示装置で表示されたり、交通管制システム２００に送信されたりする。最終的には、この校正データに対して例えばレーザスキャナを下方向に規定値分向けるなど、現場それぞれに適合した補正が別途行われる。各レーザスキャナは、当該補正後の向きとなるように、調整される。
【００８０】
（第２実施形態）
第１実施形態では、オペレータや交通管制システム２００が、平坦と想定される場所まで誘導することで、ダンプトラック１００が平坦路面に移動している。しかしながら、車体が大きいとキャリブレーション実施エリアもその分大きくなり、路面が平坦であるかどうかを、人の目で判断することが難しい。そこで、第２実施形態のレーザスキャナ姿勢推定装置６は、図２４に示すように、路面状態特定部２５０１が設けられる。
【００８１】
図２５は、路面状態特定部２５０１の動作を含めたフローチャートであり、図２６は路面状態特定部２５０１の動作を説明するための図である。ステップＳ２０１において、路面状態特定部２５０１は、レーザスキャナ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂの４台で計測した、路面形状を示す各計測点Ｑｉから、回帰直線Ｌを算出する（図２６参照）。
【００８２】
そしてステップＳ２０２において、路面状態特定部２５０１は、回帰直線Ｌに対する各計測点Ｑｉの残差σｉをそれぞれ求めて、その分散（平方和Σｉσｉ２）を算出する。路面状態特定部２５０１は、この分散が事前に設定した閾値Ｄｔｈ未満（Σｉσｉ２＜Ｄｔｈ）であるかを判定する。閾値Ｄｔｈ未満である場合（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）、路面状態特定部２５０１は、キャリブレーションを実施するのに適した場所であるとみなして、ステップＳ２０３に処理を進める。尚、ステップＳ２０３〜Ｓ２０７の処理は、上記第１実施形態のステップＳ００３〜００７と同様である。また一方で、閾値Ｄｔｈ以上である場合（Ｓ２０２：Ｎｏ）、路面状態特定部２５０１は、キャリブレーションに不適な場所であるとして警告指令をスピーカに向けて出力し、当該スピーカがブザー音などの警告を発してこの旨を報知する（Ｓ２０８）。
【００８３】
このようなチェックを行い、実施場所を選定することで、後工程のキャリブレーション作業の精度を高めることができる。
【００８４】
（第３実施形態）
上記第１、第２実施形態では、レーザスキャナ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂから路面上に照射された各レーザラインの交点位置を、作業員やドローンが調べ、その交点にランドマーク５０を配置する態様例を説明した。第３実施形態では、作業員等の支援作業をさらに低減させつつ、上記交点の位置を算出することができる態様について説明する。
【００８５】
第３実施形態で使用するランドマークは、図２７に示すように、レーザ反射率の異なる部材７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂで構成された直線状シート７１、７３（直線部材）を用いる。また第３実施形態で使用するランドマークは、部材７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂとレーザ反射率が異なる部材である円状シート７５を用いる。図２８は、これら各部材を用いて作成したランドマーク７０を示す図である。ランドマーク７０の円状シート７５は、ランドマークの外郭を形成しており、その内側は、直線状シート７１、７３を格子に組んだ構成となっている。
【００８６】
また、図２９（ａ）に示すＬ１（破線）は、いずれかのレーザスキャナから路面上に照射されたレーザラインであるものとする。このレーザラインＬ１を横軸ｙｓとし、レーザラインを構成する各スポット光に対応するレーザ反射強度を縦軸にとったグラフを図２９（ｂ）に示す。レーザラインＬ１は、ランドマーク座標系のｘＬ軸に対する傾きθ１と、ランドマーク座標系の原点からの距離ｄ１を用いて表される。直線Ｌ１の傾きθ１は、ランドマーク７０の直線７１（＝直線状シート７１）の間隔ｎ１と、図２９（ｂ）から求めた直線７１を構成する部材７４ａの間隔ｍ１とから、次式で求めることができる。
【数１７】
2020064011.tif 000019
ここでθ１の符号は、図２９（ｂ）において、円状シート７５の２つの検出点群の中心ｙｃに対して、直線７１の検出点群の位置がどちらに寄っているかで判断できる。
【００８７】
また、距離ｄ１は、円状シート７５の半径Ｄ１と、図２９（ｂ）から求めた円状シート７５とレーザラインＬ１との交点間の距離ｔ１とを用いて次式で求めることができる。
【数１８】
2020064011.tif 000020
【００８８】
レーザラインＬ１と交差する、他のレーザスキャナから路面上に照射されたレーザライン（ここではＬ２とする）に関しても、図２９に示す手法で求めることができる。すなわち、ランドマーク座標系のｘＬ軸に対するレーザラインＬ２の傾きθ２、ランドマーク座標系の原点からレーザラインＬ２までの距離ｄ２は、以下のとおりとなる。
【数１９】
2020064011.tif 000021
ここで、ｎ２はランドマーク７０の直線７１（＝直線状シート７１）の間隔、ｍ２は直線７１を構成する部材７４ａまたは部材７４ｂの間隔である。また、Ｄ２は円状シート７５の半径、ｔ２は円状シート７５とレーザラインＬ２との交点間の距離である。
【００８９】
次に、レーザラインＬ１、Ｌ２の交点の求め方について、図３０を用いて説明する。尚、図３０は、図２９のレーザラインＬ１の角度を異ならせた図となっている。ランドマーク座標系でのレーザラインＬ１とレーザラインＬ２の交点Ｃｃ（ｘｃｃ，ｙｃｃ）は、それぞれの直線パラメータであるθ１、ｄ１、θ２、ｄ２から、次式により求めることができる。
【数２０】
2020064011.tif 000022
【００９０】
さらに、円状シート７５とレーザラインＬ１、Ｌ２とのそれぞれの交点Ｐ１、Ｐ２から、点Ｃｃまでの距離ｃ１、ｃ２は、次式で求めることができる。
【数２１】
2020064011.tif 000023
最後に、図３１（ａ）、（ｂ）のように、円状シート７５に相当する反射強度の検出位置から、距離ｃ１、ｃ２離れた位置として、それぞれのレーザスキャナ座標系でのレーザラインＬ１、Ｌ２の交点Ｃｃの位置を求めることができる。図３１（ａ）を例にして説明すると、レーザスキャナ姿勢推定装置６のランドマーク位置特定部７０２は、レーザスキャナによって走査されたレーザラインＬ２上におけるレーザ反射率の高い位置Ｐ２の座標値を検出することができる。ランドマーク位置特定部７０２は、レーザラインＬ２上においてこの交点Ｐ２から距離ｃ２離れた位置を求めることで、交点を導出することができる。またランドマーク位置特定部７０２は、図３１（ｂ）に示すように、レーザラインＬ１上におけるレーザ反射率の高い位置Ｐ１の座標値も、同様に検出することができ、Ｐ１の位置から距離ｃ１離れた位置を交点とする。このようにして求めた２つの交点の位置が、仮に異なっている場合、ランドマーク位置特定部７０２は、これら交点の中間の位置を正規の交点の位置とする。
【００９１】
以上により、各レーザスキャナのスキャン面上での交点の位置を検出することができる。
【００９２】
（キャリブレーション装置のハードウェア構成）
最後に、図３２を用いて上記各実施形態で説明したキャリブレーション装置１０５のハードウェア構成例を説明する。キャリブレーション装置１０５は、図３２に示すように従前のコンピュータと同様のハードウェア構成となっている。
【００９３】
ＣＰＵ３２０１（ＣＰＵ：Central Processing Unit）は、ＲＯＭ３２０３（ＲＯＭ：Read Only Memory）やストレージ３２０４に記憶されているプログラムを、ＲＡＭ３２０２（ＲＡＭ：Random Access Memory）に展開して演算実行する処理装置である。ＣＰＵ３２０１は、プログラムを演算実行することで、キャリブレーション装置１０５の内部の各ハードウェアを統括的に制御する。ＲＡＭ３２０２は揮発性メモリであり、ＣＰＵ３２０１との間で直接的にデータの入出力を行うワークメモリである。ＲＡＭ３２０２は、ＣＰＵ３２０１がプログラムを演算実行している間、必要なデータを一時的に記憶する。
【００９４】
ＲＯＭ３２０３は不揮発性メモリであり、ＣＰＵ３２０１で実行されるファームウェアを記憶している。ストレージ３２０４は、フラッシュメモリ、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ハードディスクドライブなどの補助記憶装置である。ストレージ３２０４は、ＣＰＵ３２０１が演算実行するプログラムや、パラメータなどの制御データを不揮発的に記憶する。
【００９５】
接続Ｉ／Ｆ３２０５は、各種周辺機器などと接続するためのインターフェイス群であり、例えば周囲対象物相対位置計測装置４との接続や、表示装置、ブザーなどとの接続を担う。
【００９６】
キャリブレーション装置１０５は、このような構成を有しているが、一部もしくは全てを、例えばＡＳＩＣなどの集積回路で実装してもよい。尚、一部もしくは全てが集積回路などで実装されている場合においても、当該構成はコンピュータの一形態とみなされる。また、図７、図２４に示す各ブロックは、ＣＰＵ３２０１が、プログラムを演算実行することで実現されるものとする。
【００９７】
尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
【符号の説明】
【００９８】
１：自律走行システム
２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ：レーザスキャナ
４：周囲対象物相対位置計測装置
５：周囲環境記憶装置
６：レーザスキャナ姿勢推定装置
７：校正値記録装置
１４：車輪速計測部
１５：操舵角計測部
１６：自己位置補正装置
１７：自己位置演算装置
１８：制動装置
１９：駆動トルク制限装置
２０：操舵制御装置
２１：運搬機械制御装置
２２：地図データベース
５０、５１、５２、５３：ランドマーク
６０：ランドマーク設置位置特定装置
６１：レーザ検出面
６２：基準線
６３：表示部
６４：矢印
６５：車輪型移動体
６６：飛行体
７０：ランドマーク
７１、７３：直線状シート
７５：円状シート
１００：ダンプトラック
１０１：周囲環境認識装置
１０２：自己位置計測装置
１０３：車体運動制御装置
１０４：通信装置
１０５：キャリブレーション装置
２００：交通管制システム
２０１：走行経路生成部
２０２：通信装置
２０３：車両情報記憶部
２０４：地図情報記憶部
３００ｂ：照射レンズ
３１１：地図情報記憶部
３１４：車両情報記憶部
７０１：レーザスキャナ検出値取得部
７０２：ランドマーク位置特定部
７０３：交点位置算出部
７０４：前面レーザスキャナ姿勢算出部
７０５：側面レーザスキャナ姿勢算出部
２５０１：路面状態特定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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