(57)【要約】【課題】Ｇｒａｐｈ−ｂａｓｅｄ  ＳＬＡＭ技術を用いながら、比較的に精度の高い地図を作成する。【解決手段】地図作成装置は、センサが計測した環境情報を記憶する環境情報記憶部と、計測時のセンサ位置情報を記憶するセンサ位置情報記憶部と、センサ位置を規定するセンサノードと、センサノード間の相対的位置関係を規定するセンサエッジと、計測物の位置を規定する環境ノードと、環境ノードと対応するセンサノードの相対的位置関係を規定する環境エッジから構成されるグラフ構造データを生成するグラフ構造データ生成部と、計測物の位置の真値情報を記憶する真値情報記憶部と、真値情報が規定する計測物の位置と対応する環境ノードが規定する計測物の位置とのずれを規定する計測物エッジをグラフ構造データに追加する計測物エッジ追加部と、各エッジから算出される誤差関数の和が最小となるようにグラフ構造データを最適化するグラフ構造データ最適化部を備えている。【選択図】図１
2018084699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象領域の環境地図を作成する装置であって、
前記対象領域内の複数の計測点のそれぞれについて、センサによって計測された環境情報を記憶する環境情報記憶部と、
前記複数の計測点のそれぞれについて、計測時の前記センサの位置に関するセンサ位置情報を記憶するセンサ位置情報記憶部と、
前記環境情報及び前記センサ位置情報に基づいて、前記複数の計測点のそれぞれにおける前記センサの位置を規定するセンサノードと、隣接するセンサノード間における前記センサの相対的位置関係を規定するセンサエッジと、前記複数の計測点のそれぞれにおいて前記センサで計測された計測物の位置を規定する環境ノードと、前記環境ノードとその環境ノードに対応するセンサノードの相対的位置関係を規定する環境エッジとから構成されるグラフ構造データを生成するグラフ構造データ生成部と、
前記対象領域内に位置する前記計測物の中から選択された少なくとも１つの計測物の位置に関する真値情報を記憶する真値情報記憶部と、
前記真値情報と、その真値情報に対応する環境ノードに基づいて、前記真値情報が規定する計測物の位置と前記対応する環境ノードが規定する計測物の位置とのずれを規定する計測物エッジを前記グラフ構造データに追加する計測物エッジ追加部と、
前記計測物エッジが追加された前記グラフ構造データについて、各エッジから算出される誤差関数の和が最小となるように前記グラフ構造データを最適化するグラフ構造データ最適化部と、を備えている、地図作成装置。
【請求項２】
最適化された前記グラフ構造データ内の環境ノードを用いて環境地図を作成する環境地図作成部をさらに備える、請求項１に記載の地図作成装置。
【請求項３】
前記真値情報は、測量、測定及び図面の少なくとも１つから取得される、請求項１又は２に記載の地図作成装置。
【請求項４】
前記真値情報記憶部は、少なくとも３つの座標で示される真値情報を記憶している、請求項１〜３にいずれか一項に記載の地図作成装置。
【請求項５】
前記真値情報記憶部は、位置、姿勢及び形状で示される真値情報を記憶している、請求項１〜３にいずれか一項に記載の地図作成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する技術は、対象領域の環境地図を作成する地図作成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、移動体に対象領域内を自律的に移動させる場合、対象領域内の障害物（例えば、壁等）を記憶する環境地図が必要となる。対象領域内の環境地図を作成する技術としては、例えば、Ｇｒａｐｈ−ｂａｓｅｄ  ＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｌｏｃａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍａｐｐｉｎｇ）技術が知られている。Ｇｒａｐｈ−ｂａｓｅｄ  ＳＬＡＭ技術では、通常、レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）等のセンサを搭載した移動体を対象領域内で移動させ、移動経路上に設けた複数の計測点においてセンサにより環境情報を取得する。そして、地図作成装置を用いて、複数の計測点で取得した環境情報に基づいて環境地図を作成する。すなわち、地図作成装置には、複数の計測点のそれぞれについて、センサによって計測された環境情報と、各計測点における計測時のセンサの位置を規定するセンサ位置情報が入力される。次に、入力された環境情報とセンサ位置情報に基づいて、地図作成装置は、計測点のセンサ位置やセンサによって計測された計測物（対象領域内の障害物等）の位置を規定するノードと、関連する２つのノード間の相対的位置関係を規定するエッジから構成されるグラフ構造データを生成する。地図作成装置は、複数のエッジが表す想定誤差を最小化することによってグラフ構造データを最適化する。Ｇｒａｐｈ−ｂａｓｅｄ  ＳＬＡＭ技術を用いることによって、地図作成装置は、誤差の小さい環境地図を作成することができる。
【０００３】
ＬＲＦ等のセンサによって取得した環境情報に基づいて環境地図を作成する場合、センサの計測誤差等によって、作成された環境地図に誤差が生じる。このため、作成された環境地図を、真値情報を用いて修正する技術が知られている。例えば、特許文献１には、ＧＰＳ測位機能によって取得した真値情報を用いて地図の精度を向上させる技術が開示されている。特許文献１の技術では、まず、ＧＰＳ測位機能によって基準点（真値情報）を取得する。次に、地図作成装置は、３点の基準点によって囲まれた三角形に基づいて、元の地図において基準点に対応する３点によって囲まれる三角形を補正する。この補正は、３点の基準点によって囲まれた三角形ごとに行われる。３点の基準点によって囲まれた三角形ごとに元の地図を補正することによって、元の地図は部分ごとに精度の高い地図に変換される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４１７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
精度の高い環境地図を作成するためには、例えば、対象領域内に配置される計測物を測量機器で計測し、その計測データに基づいて地図を作成する方法がある。しかしながら、対象領域内に配置される多数の計測物を全て測量機器で計測することは、時間や手間がかかるという問題があった。
【０００６】
Ｇｒａｐｈ−ｂａｓｅｄ  ＳＬＡＭ技術では、対象領域内の計測物を測量機器で計測していないため、簡易に環境地図を作成できる。しかしながら、センサによって複数の計測点で計測物を計測するため、複数の計測点ごとに計測誤差が生じる。このため、Ｇｒａｐｈ−ｂａｓｅｄ  ＳＬＡＭ技術を用いた地図作成装置は、グラフ構造データの最適化によって比較的誤差の小さい環境地図を作成することができるものの、測量機器で計測したデータに基づいて作成した地図と比較すると作成された環境地図に歪みが生じるという問題があった。
【０００７】
また、特許文献１の技術では、ＧＰＳ測位機能によって取得した３点の基準点に基づいて元の地図を補正しているため、補正した部分については地図の精度を高くすることができる。しかしながら、３点の基準点によって囲まれた三角形ごとに元の地図を補正するため、部分ごとの地図の精度については高くすることができる一方、地図全体としては歪みが生じ易いという問題があった。
【０００８】
本明細書は、Ｇｒａｐｈ−ｂａｓｅｄ  ＳＬＡＭ技術を用いながら、比較的に精度の高い地図を作成する技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書に開示する地図作成装置は、対象領域の環境地図を作成する。地図作成装置は、対象領域内の複数の計測点のそれぞれについて、センサによって計測された環境情報を記憶する環境情報記憶部と、複数の計測点のそれぞれについて、計測時のセンサの位置に関するセンサ位置情報を記憶するセンサ位置情報記憶部と、環境情報及びセンサ位置情報に基づいて、複数の計測点のそれぞれにおけるセンサの位置を規定するセンサノードと、隣接するセンサノード間におけるセンサの相対的位置関係を規定するセンサエッジと、複数の計測点のそれぞれにおいてセンサで計測された計測物の位置を規定する環境ノードと、環境ノードとその環境ノードに対応するセンサノードの相対的位置関係を規定する環境エッジとから構成されるグラフ構造データを生成するグラフ構造データ生成部と、対象領域内に位置する計測物の中から選択された少なくとも１つの計測物の位置に関する真値情報を記憶する真値情報記憶部と、真値情報と、その真値情報に対応する環境ノードに基づいて、真値情報が規定する計測物の位置と対応する環境ノードが規定する計測物の位置とのずれを規定する計測物エッジをグラフ構造データに追加する計測物エッジ追加部と、計測物エッジが追加されたグラフ構造データについて、各エッジから算出される誤差関数の和が最小となるようにグラフ構造データを最適化するグラフ構造データ最適化部と、を備えている。
【００１０】
上記の地図作成装置では、真値情報と環境情報とのずれを規定する計測物エッジをグラフ構造データに追加することによって、グラフ構造データに真値情報が取込まれる。そして、真値情報が取込まれたグラフ構造データに含まれる誤差情報から算出される誤差関数の和が最小となるようにグラフ構造データを最適化する。これにより、従来のＧｒａｐｈ−ｂａｓｅｄ  ＳＬＡＭ技術を用いて作成した地図と比較して地図の精度を高くできる。また、計測物エッジを導入したグラフ構造データを全体として最適化するため、真値情報を用いて地図を部分的に補正する場合と比較して地図全体の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１に係る地図作成装置のシステム構成を示す図。
【図２】地図作成処理を示すフローチャート。
【図３】移動体に搭載されるセンサが対象領域内の計測物を計測する構成を模式的に示す図。
【図４】センサノード及びセンサエッジを模式的に示す図。
【図５】グラフ構造データを模式的に示す図。
【図６】測量器が対象領域内の計測物の特徴的な形状を示す地点を計測する構成を模式的に示す図。
【図７】実施例１に係る地図作成装置において、真値情報及び計測物エッジが追加されたグラフ構造データを模式的に示す図。
【図８】測量用レーザスキャナが対象領域内の計測物の特徴的な形状部分（マーカー）を計測する構成を模式的に示す図。
【図９】実施例２に係る地図作成装置において、真値情報及び計測物エッジを追加したグラフ構造データを模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。
【００１３】
（特徴１）本明細書に開示する地図作成装置は、最適化されたグラフ構造データ内の環境ノードを用いて環境地図を作成する環境地図作成部をさらに備えていてもよい。このような構成によると、真値情報が取込まれ、最適化されたグラフ構造データ内の環境ノードに基づいて、精度の高い地図を作成することができる。
【００１４】
（特徴２）本明細書に開示する地図作成装置では、真値情報は、測量、測定及び図面の少なくとも１つから取得されてもよい。
【００１５】
（特徴３）本明細書が開示する地図作成装置では、真値情報記憶部は、少なくとも３つの座標で示される真値情報を記憶していてもよい。このような構成によると、少なくとも３点の真値情報に基づいて計測物ノードを生成することができる。このため、より精度の高い環境地図を作成することができる。
【００１６】
（特徴４）本明細書が開示する地図作成装置では、真値情報記憶部は、位置、姿勢及び形状で示される真値情報を記憶していてもよい。このような構成によると、位置、姿勢及び形状を備える真値情報に基づいて計測物ノードを生成することができる。このため、より精度の高い環境地図を作成することができる。
【実施例１】
【００１７】
以下、実施例１に係る地図作成装置１０について説明する。地図作成装置１０は、対象領域の環境地図を作成する。地図作成装置１０は、例えば、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えたコンピュータによって構成することができる。コンピュータがプログラムを実行することで、地図作成装置１０は、図１に示すグラフ構造データ生成部１４、計測物エッジ追加部１８、グラフ構造データ最適化部２０、環境地図作成部２２等として機能する。地図作成装置１０の各部１４、１８、２０、２２の処理については、後で詳述する。
【００１８】
また、図１に示すように、地図作成装置１０は、環境計測データ記憶部１２と、真値情報記憶部１６を備えている。環境計測データ記憶部１２は、センサ５２によって計測された対象領域内の環境情報及びセンサ位置情報を記憶する。後述するようにセンサ５２は移動体５０に搭載される。移動体５０は対象領域内を移動しながら、センサ５２によって対象領域内の環境（例えば、壁等の計測物）を計測する。センサ５２によって取得された環境情報は、その環境情報が取得されたときのセンサ５２の位置と共に環境計測データ記憶部１２に記憶される。真値情報記憶部１６は、測量器５６によって計測された対象領域内の真値情報を記憶する。環境計測データ記憶部１２に記憶される環境情報及びセンサ位置情報と、真値情報記憶部１６に記憶される真値情報については、後で詳述する。
【００１９】
図２〜図７を参照して、地図作成装置１０が行う処理について説明する。図２は、地図作成装置１０が行う地図作成処理を示すフローチャートである。図２に示すように、まず、地図作成装置１０は、移動体５０から対象領域内の複数の計測地点Ａ〜Ｈ（図３参照）において計測された環境情報及びセンサ位置情報を取得し、環境計測データ記憶部１２に記憶する（Ｓ１０）。ここで、移動体５０によって環境情報を計測する手順について説明する。
【００２０】
移動体５０は、車輪駆動型の移動体である。移動体５０は、図示しない操作装置を備えており、例えば、ジョイスティック等のリモコンで操縦される。なお、本実施例では、移動体５０はリモコンで操縦されるが、このような構成に限定されない。例えば、移動体５０は、作業者がハンドル操作によって運転することによって移動してもよいし、作業者が手で押すことによって移動してもよい。また、移動体５０は飛翔体であってもよい。
【００２１】
移動体５０は、センサ５２と記憶部５４を備えている。本実施例では、移動体５０が搭載するセンサ５２は、レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）である。ＬＲＦは、レーザ光を射出し、射出したレーザ光が物体で反射して返ってくるまでの時間を計測する。ＬＲＦで計測された時間から、ＬＲＦから物体までの距離が計測される。また、ＬＲＦからレーザ光を射出した方向（すなわち、物体から反射されるレーザ光の入射角度）は既知であるため、ＬＲＦに対する物体の方位を決定することができる。ＬＲＦは、計測地点から見た壁や柱等（以下、「計測物６２」という）の位置、姿勢及び形状等の環境情報を計測することができる。ＬＲＦで計測された環境情報は記憶部５４に記憶される。また、移動体５０は、車輪の回転角を検出するセンサ（例えば、エンコーダ）を備えている。このセンサによって車輪の回転角を検出することで、移動体５０の移動方向及び移動量を算出することができる。このため、移動体５０は、算出された移動体５０の移動方向及び移動量に基づいて、各計測地点における移動体５０の姿勢及び位置を算出することができる。移動体５０へのセンサ（ＬＲＦ）５２の設置状態は既知であるため、算出された各計測地点における移動体５０の姿勢及び位置に基づいて、各計測地点におけるセンサ５２の姿勢及び位置を算出することができる。記憶部５４には、各計測点においてセンサ５２で計測された環境情報に対応付けて、その計測点におけるセンサ５２の姿勢及び位置が記憶される。本実施例では、センサ５２が計測する環境情報及び算出されるセンサ位置情報を合わせて「環境計測データ」と称することがある。なお、センサ５２はＬＲＦに限定されるものではない。センサ５２は、環境情報を計測できればよく、例えば、センサ５２は画像情報によって計測物６２を計測するものであってもよい。センサ５２によって計測された計測物６２の環境情報は、移動体５０の記憶部５４に時系列で記憶される。また、センサ５２の位置及び姿勢も上記の方法（いわゆる、オドメトリ）に限られず、例えば、ＧＰＳセンサ等を用いて検出するようにしてもよい。
【００２２】
図３は、移動体５０に搭載されるセンサ５２が、対象領域内の計測物６２を計測する状態を模式的に示している。移動体５０は、対象領域内に設定される移動経路６０上を移動する。対象領域内には、壁や柱等（すなわち、計測物６２）が配置されており、センサ５２は、計測地点から計測物６２までの距離及び計測物の形状等を計測する。図３に示される矢印は、移動体５０が計測地点Ｂに移動したときにセンサ５２から計測物６２ａに射出されるレーザと、移動体５０が計測地点Ｄに移動したときにセンサ５２から計測物６２ｂ、６２ｃに射出されるレーザを示している。なお、以下の明細書において、計測物６２を区別する必要があるときは計測物６２ａ、６２ｂ、６２ｃのように沿字のアルファベットを用いて記載し、区別する必要のないときは単に計測物６２と記載する場合がある。また、他の構成要素についても同一構成のものについて区別する必要がないときは、上記と同様に沿字のアルファベットを省略して単に数字で記載することがある。
【００２３】
図３に示すように、例えば、センサ５２は、地点Ｂにおいて計測可能な計測物６２ａの環境情報を計測し、また、移動体５０（詳細には、移動体５０に搭載された演算装置）は地点Ｂにおける計測時のセンサ位置情報を算出する。計測された環境情報と算出されたセンサ位置情報は記憶部５４に記憶される。また、移動体５０が地点Ｄに移動すると、センサ５２は、地点Ｄにおいて計測可能な計測物６２ｂの環境情報及び計測物６２ｃの環境情報を計測し、また、地点Ｄにおける計測時のセンサ位置情報が算出される。このようにして、移動体５０は、移動経路６０上を移動し、センサ５２は、対象領域内の計測物６２を計測し、その計測物６２を計測した地点のセンサ位置情報が算出される。計測された環境情報と算出されたセンサ位置情報は、時系列順に記憶部５４に蓄積される。記憶部５４に蓄積された環境情報とセンサ位置情報は、地図作成装置１０に入力され、環境計測データ記憶部１２に記憶される。なお、環境計測データ記憶部１２は、「環境情報記憶部」及び「センサ位置情報記憶部」の一例である。
【００２４】
次に、地図作成装置１０では、環境計測データ記憶部１２に記憶された環境情報及びセンサ位置情報に基づいて、グラフ構造データ生成部１４が対象領域内のグラフ構造データを生成する（Ｓ１２）。グラフ構造データは、センサノード３０、センサエッジ３２、環境ノード３４及び環境エッジ３６によって構成される。グラフ構造データ生成部１４は、環境情報及びセンサ位置情報に基づいてセンサノード３０、センサエッジ３２、環境ノード３４及び環境エッジ３６を生成し、生成したセンサノード３０及び環境ノード３４がセンサエッジ３２及び環境エッジ３６により関連付けられたグラフ構造データを生成する。
【００２５】
すなわち、図４に示すように、グラフ構造データ生成部１４は、まず、環境計測データ記憶部１２が記憶するセンサ位置情報に基づいて、各計測地点Ａ〜Ｈにおける計測時のセンサ５２の位置や姿勢を規定するセンサノード３０ａ〜３０ｈをそれぞれ生成する。なお、隣接する計測地点の間隔は、対象領域内に設置されている複数の計測物６２の環境情報を計測できる間隔であればよい。隣接する計測地点の間隔が狭すぎると、計測地点の数が多くなり、後述するように各計測地点の姿勢誤差の蓄積が大きくなる。このため、隣接する計測地点の間隔は、対象領域内に設置される複数の計測物６２を計測することができる範囲で広くすることができる。
【００２６】
次に、グラフ構造データ生成部１４は、環境計測データ記憶部１２に記憶される時系列に蓄積されたセンサ位置情報及び環境情報に基づいて、隣接するセンサノード３０間におけるセンサ５２の相対的位置関係を規定するセンサエッジ３２を生成する。センサエッジ３２は、センサエッジ３２の両端にある２つのセンサノード３０の各姿勢についての制約を表しており、具体的には、運動誤差の共分散行列と相対位置・姿勢変換行列から表される公知の方法を用いて表すことができる。
【００２７】
例えば、グラフ構造データ生成部１４は、環境計測データ記憶部１２に記憶される時系列に蓄積された計測地点Ａ、Ｂの環境情報及びセンサ位置情報から、計測地点Ａ、Ｂ間のセンサ５２の移動量（すなわち、移動体５０が地点Ａ、Ｂ間を移動したことによって移動したセンサ５２の移動量）を算出する。この移動量と計測地点Ａ、Ｂのセンサ位置情報から、グラフ構造データ生成部１４は、センサノード３０ａとセンサノード３０ｂとを連結するセンサエッジ３２ａを生成する。センサエッジ３２ａは、センサノード３０ａ、３０ｂ間におけるセンサ５２の相対的位置関係を規定する。すなわち、センサエッジ３２ａは、センサ５２が計測地点Ａから計測地点Ｂまで移動したという事象を表している。同様にして、グラフ構造データ生成部１４は、時系列に蓄積された計測地点Ｂ、Ｃの環境情報及びセンサ位置情報から、センサノード３０ｂとセンサノード３０ｃとを連結するセンサエッジ３２ｂを生成する。このようにして、グラフ構造データ生成部１４は、全ての隣接するセンサノード３０間に、センサエッジ３２を生成ずる。
【００２８】
次に、グラフ構造データ生成部１４は、環境情報に基づいて、各計測地点Ａ〜Ｈにおいて計測された計測物６２の特徴（例えば、位置、姿勢及び形状等）を規定する環境ノード３４を生成する。また、グラフ構造データ生成部１４は、環境情報及びセンサ位置情報に基づいて、環境ノード３４とその環境ノード３４を規定する環境情報を計測した位置のセンサノード３０との相対的位置関係を規定する環境エッジ３６を生成する。環境エッジ３６は、センサノード３０とそのセンサノード３０の位置から計測された環境情報によって規定された環境ノード３４との間の姿勢の制約を表している。具体的には、環境エッジ３６は、計測誤差の共分散行列と相対位置・姿勢変換行列から表される公知の方法を用いて表すことができる。
【００２９】
具体的には、図５に示すように、グラフ構造データ生成部１４は、計測地点Ｂにおいてセンサ５２によって計測された環境情報から、環境ノード３４ａを生成する。環境ノード３４ａは、計測地点Ｂから計測された計測物６２ａの特徴（例えば、位置、姿勢及び形状等）を規定している。また、グラフ構造データ生成部１４は、計測地点Ｂにおける環境情報及びセンサ位置情報から、センサノード３０ｂと環境ノード３４ａの間に環境エッジ３６ａを生成する。環境エッジ３６ａは、環境ノード３４ａとセンサノード３０ｂの相対的位置関係を規定している。すなわち、環境エッジ３６ａは、計測地点Ｂから環境ノード３４ａを計測したという事象を表している。同様にして、グラフ構造データ生成部１４は、計測地点Ｃにおいてセンサ５２によって計測された環境情報から、環境ノード３４ｂを生成する。また、グラフ構造データ生成部１４は、計測地点Ｃにおける環境情報及びセンサ位置情報から、センサノード３０ｃと環境ノード３４ｂの間に環境エッジ３６ｂを生成する。環境エッジ３６ｂは、環境ノード３４ｂとセンサノード３０ｃとの相対的位置関係を規定しており、計測地点Ｃから環境ノード３４ｂを計測したという事象を表している。
【００３０】
上記の説明から明らかなように、計測物６２ａは、計測地点Ｂから計測されると共に、計測地点Ｃからも計測される。しかしながら、図５に示すように、計測地点Ｂから計測した計測物６２ａの特徴を規定する環境ノード３４ａと、計測地点Ｃから計測した計測物６２ａの特徴を規定する環境ノード３４ｂが一致しないことがある。これは、計測地点Ｂからセンサ５２によって計測された環境情報の姿勢誤差等と、計測地点Ｃからセンサ５２によって計測された環境情報の姿勢誤差等の蓄積によるものである。
【００３１】
同様にして、グラフ構造データ生成部１４は、計測地点Ａから計測した計測物６２ｅの特徴を規定する環境ノード３４ｃを生成し、環境ノード３４ｃとセンサノード３０ａの相対的位置関係を規定する環境エッジ３６ｃを生成する。また、グラフ構造データ生成部１４は、計測地点Ｄから計測した計測物６２ｂの特徴を規定する環境ノード３４ｄを生成し、環境ノード３４ｄとセンサノード３０ｄの相対的位置関係を規定する環境エッジ３６ｄを生成する。さらに、グラフ構造データ生成部１４は、計測地点Ｄから計測した計測物６２ｃの特徴を規定する環境ノード３４ｅを生成し、環境ノード３４ｅとセンサノード３０ｄの相対的位置関係を規定する環境エッジ３６ｅを生成する。このようにして、グラフ構造データ生成部１４は、各計測地点から計測した計測物６２の特徴を規定する環境ノード３４を生成し、環境ノード３４とその環境ノード３４とを関連付ける環境エッジ３６を生成する。センサノード、センサエッジ、環境ノード及び環境エッジを生成する際には、グラフ構造データ内に仮の原点を設定し、仮の原点を基準に環境情報及びセンサ位置情報を座標変換すればよい。
【００３２】
グラフ構造データ生成部１４は、生成したセンサノード３０、センサエッジ３２、環境ノード３４及び環境エッジ３６から、対象領域内のグラフ構造データを生成する。また、グラフ構造データ生成部１４は、グラフ構造データ内の地点Ｉ〜Ｋに対応する地点（以下、「グラフ構造データ内の地点Ｉ〜Ｋ」ともいう）について、仮の原点を基準とする座標を算出する。地点Ｉ〜Ｋは、グラフ構造データを構成する環境ノード３４のうち、凹凸がある等の特徴的な形状となっている部分に対応する計測物６２の形状を示す地点である。すなわち、地点Ｉ〜Ｋは、計測物６２の特徴的な形状を示す地点となる。例えば、地点Ｉは、計測物６２ｅの角部と一致する地点を示しており、地点Ｊは、計測物６２ｂの角部と一致する地点を示しており、地点Ｋは、計測物６２ｃの角部と一致する地点を示している。図５に示す実施例においては、仮の原点（０，０）を基準にすると、グラフ構造データ内の地点Ｉの座標は（９，１０）となり、グラフ構造データ内の地点Ｊの座標は（５３，１０）となり、グラフ構造データ内の地点Ｋの座標は（５０，−５）となっている。
【００３３】
次に、地図作成装置１０は、真値情報記憶部１６に、対象領域内の計測物６２の特徴的な形状を示す地点Ｉ〜Ｋの真値情報を記憶させる（Ｓ１４）。真値情報記憶部１６は、真値情報を測量器５６から取得する。
【００３４】
真値情報は、基本測量や公共測量に用いられる測量器５６によって計測される。測量器５６は、図示しないレーザセンサを備えており、反射板までの距離を計測することによって、反射板が設置される位置を精度良く測量する。なお、本実施例では、真値情報は、測量器５６を用いて計測しているが、このような構成に限定されない。真値情報を計測する精度が高い方法であればよく、例えば、ＡＲマーカーやＱＲコード（登録商標）等をカメラで計測してもよいし、ＧＰＳ測量や航空測量を用いてもよい。また、メジャーやコンベックス等を用いて測定してもよいし、ＣＡＤ図等の座標値を示す図面を用いてもよい。
【００３５】
測量器５６を用いて計測する際は、まず、図６に示すように、対象領域内の地点Ｉ〜Ｋに図示しない反射板をそれぞれ設置する。次いで、測量器５６を用いて、地点Ｉ〜Ｋに設置される反射板の位置（すなわち、測量器５６からの距離と方位）を計測する。そして、計測結果を用いて、グラフ構造データの仮の原点の位置と対応する位置を真値の原点として、計測地点Ｉ〜Ｋの座標を算出する。例えば、図６では、測量器５６の計測結果に基づいて算出される地点Ｉの座標は（１０，８）となり、測量器５６の計測結果に基づいて算出される地点Ｊの座標は（５５，８）となり、測量器５６の計測結果に基づいて算出される地点Ｉの座標は（５０．４，−７．３）となる。なお、本実施例では、測量器５６によって３つの地点Ｉ〜Ｋを計測しているが、測量器５６によって計測する地点の数はこれに限定されない。例えば、測量器５６を用いて３つより多くの地点を計測してもよい。真値情報記憶部１６は、測量器５６から地点Ｉ〜Ｋの真値情報を取得し記憶する。また、本実施例では、ステップＳ１４はステップＳ１２の後に行われているが、これに限定されない。ステップＳ１４は，ステップＳ１０の前に行われてもよいし、ステップＳ１０とステップＳ１２の間に行われてもよい。
【００３６】
次に、地図作成装置１０は、計測物エッジ追加部１８によって、計測物エッジ３８をグラフ構造データ内に追加する（Ｓ１６）。計測物エッジ３８は、真値情報による計測物６２の位置と、その位置に対応するグラフ構造データ内の位置とのずれを規定する。図７に示すように、計測物エッジ追加部１８は、まず、真値情報記憶部１６に記憶される地点Ｉ〜Ｋの真値の座標を、グラフ構造データ生成部１４によって生成されたグラフ構造データに追加する。次いで、計測物エッジ追加部１８は、追加された地点Ｉ〜Ｋの真値の座標と、グラフ構造データ内の地点Ｉ〜Ｋの座標に基づいて、両座標のずれを規定する計測物エッジ３８を生成する。計測物エッジ追加部１８は、生成した計測物エッジ３８をグラフ構造データに追加する。
【００３７】
図７では、グラフ構造データ内の地点Ｉの座標は（９，１０）となっている一方、追加した真値情報による地点Ｉの座標は（１０，８）となっている。計測物エッジ３８ａは、この両座標のずれを規定している。同様にして、計測物エッジ３８ｂは、グラフ構造データ内の地点Ｊの座標（５３，１０）と、追加した真値情報による地点Ｊの座標（５５，８）のずれを規定している。計測物エッジ３８ｃは、グラフ構造データ内の地点Ｋの座標（５０，−５）と、追加した真値情報による地点Ｋの座標（５０．４，−７．３）のずれを規定している。計測物エッジ３８を追加することによって、グラフ構造データに真値情報を取り込むことができる。
【００３８】
次に、地図作成装置１０は、グラフ構造データ最適化部２０によって、真値情報及び計測物エッジ３８が追加されたグラフ構造データを最適化する（Ｓ１８）。具体的には、グラフ構造データ最適化部２０は、グラフ構造データ内のセンサエッジ３２、環境エッジ３６及び計測物エッジ３８に基づいて算出される誤差関数の和が最小となるようにグラフ構造データを最適化する。誤差関数は、Ｇｒａｐｈ−ｂａｓｅｄ  ＳＬＡＭ技術で用いられている、公知の方法を用いて生成することができ、また、最適化方法についても、最急降下法や共役勾配法等の最小二乗法等の公知の方法を用いることができる。グラフ構造データ最適化部２０は、まず、グラフ構造データ内の全てのエッジ（センサエッジ３２、環境エッジ３６及び計測物エッジ３８）から誤差関数を算出し、これら算出された誤差関数を加算し、次いで、この誤差関数の和が最小となるように最適化する。最適化されたグラフ構造データでは、真値の原点がグラフ構造データの原点となる。センサエッジ３２及び環境エッジ３６に加え、計測物エッジ３８を用いて最適化することによって、真値情報を取り込んだグラフ構造データを最適化することができる。
【００３９】
最後に、地図作成装置１０は、環境地図作成部２２によって、グラフ構造データ最適化部２０によって最適化されたグラフ構造データに基づいて環境地図を作成させる（Ｓ２０）。具体的には、環境地図作成部２２は、グラフ構造データ最適化部２０によって最適化されたグラフ構造データを構成する環境ノード３４を用いて環境地図を作成する。グラフ構造データ最適化部２０によって最適化されたグラフ構造データに基づいて環境地図を作成することによって、環境地図全体の精度を高めることができる。
【００４０】
本実施例の地図作成装置１０は、真値情報が規定する計測物６２の位置と、その位置に対応するグラフ構造データ内の位置とのずれを規定する計測物エッジ３８をグラフ構造データに追加する。これによって、グラフ構造データに真値情報を取込むことができる。また、真値情報が取り込まれたグラフ構造データの各エッジ３２、２６、２８に基づいて算出される誤差関数の和が最小となるようにグラフ構造データを最適化する。これによって、環境地図全体の精度を高めることができる。
【実施例２】
【００４１】
上述の実施例１では、真値情報記憶部１６が記憶する真値情報は、測量器５６によって計測された対象領域内の地点Ｉ〜Ｋの座標であったが、このような構成に限定されない。例えば、真値情報記憶部１６が記憶する真値情報は、位置及び姿勢等に関する情報を含む、対象領域内の特徴的な形状部分の情報であってもよい。以下、本実施例では、真値情報として用いる位置及び姿勢等に関する情報を含む特徴的な形状部分を「マーカー」と称することがある。図２、図８及び図９を参照して、本実施例において地図作成装置１０が行う処理について説明する。なお、本実施例では、図２のステップＳ１０とステップＳ１２については実施例１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４２】
地図作成装置１０は、真値情報記憶部１６に、対象領域内の計測物６２が備える特徴的な形状部分（すなわち、マーカー）の真値情報を記憶させる（Ｓ１４）。真値情報記憶部１６は、真値情報を測量用レーザスキャナ５８（基本測量や公共測量に用いられる機器の一種）から取得することができる。
【００４３】
測量用レーザスキャナ５８は、図示しないレーザセンサを備えており、レーザセンサから計測物６２までの距離を計測する。測量用レーザスキャナ５８のレーザセンサが計測物６２を測量する高さは、移動体５０のセンサ５２が計測物６２を計測する高さと同一となっている。測量用レーザスキャナ５８は、計測物６２の形状を計測することができる。なお、本実施例では、真値情報は、測量用レーザスキャナ５８を用いて計測しているが、このような構成に限定されない。真値情報を座標だけでなく位置及び姿勢に関する情報を含む形状として計測することができる計測機器であれば用いることができる。
【００４４】
図８に示すように、測量用レーザスキャナ５８によって計測された情報から、対象領域内の地点Ｉを含む計測物６２ｅの一部分の形状６４ａに関する情報（以下、マーカー６４ａともいう）、地点Ｊを含む計測物６２ｅの一部分の形状６４ｂに関する情報（以下、マーカー６４ｂともいう）、地点Ｋを含む計測物６２ｃの一部分の形状６４ｃに関する情報（以下、マーカー６４ｃともいう）を抽出する。このとき、対象領域内において、グラフ構造データの仮の原点の位置と対応する位置を真値の原点として、マーカー６４ａ〜６４ｃについて算出する。マーカー６４ａは、地点Ｉを含む計測物６２ｅの一部分の位置、姿勢及び形状等を規定しており、マーカー６４ｂは、地点Ｊを含む計測物６２ｂの一部分の位置、姿勢及び形状等を規定しており、マーカー６４ｃは、地点Ｋを含む計測物６２ｃの一部分の位置、姿勢及び形状を規定している。真値情報記憶部１６は、測量用レーザスキャナ５８からマーカー６４ａ〜６４ｃに関する情報を取得して記憶する。なお、本実施例では、測量用レーザスキャナ５８によって計測された情報から３つのマーカー６４ａ〜６４ｃを抽出しているが、これに限定されない。例えば、測量用レーザスキャナ５８によって計測された情報から３つより多くのマーカーを抽出してもよい。
【００４５】
次に、地図作成装置１０は、計測物エッジ追加部１８によって、計測物エッジ３８をグラフ構造データ内に追加する（Ｓ１６）。計測物エッジ３８は、真値情報による計測物６２の位置と、その位置に対応するグラフ構造データ内の位置とのずれを規定する。
【００４６】
図９に示すように、計測物エッジ追加部１８は、真値情報記憶部１６に記憶されるマーカー６４ａ〜６４ｃに関する情報を、グラフ構造データ生成部１４によって生成されたグラフ構造データに追加する。計測物エッジ追加部１８は、追加されたマーカー６４と、グラフ構造データ内のマーカー６４に対応する部分を含む環境ノード３４に基づいて、マーカー６４と対応する環境ノード３４とのずれ（すなわち、位置と姿勢のずれ）を規定する計測物エッジ３８を生成する。具体的には、マーカー６４ａと地点Ｉを含む計測物６２ｅの特徴を規定する環境ノード３４ｃに基づいて、両者のずれを規定する計測物エッジ３８ｄを生成する。マーカー６４ｂと地点Ｊを含む計測物６２ｂの特徴を規定する環境ノード３４ｄに基づいて、両者のずれを規定する計測物エッジ３８ｅを生成する。マーカー６４ｃと地点Ｋを含む計測物６２ｃの特徴を規定する環境ノード３４ｅに基づいて、両者のずれを規定する計測物エッジ３８ｆを生成する。計測物エッジ３８は、追加されたマーカー６４と対応する環境ノード３４との間の姿勢の制約を表す情報行列が含まれる。この情報行列の算出には、パターンマッチングやＩＣＰ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｃｌｏｓｅｓｔ  Ｐｏｉｎｔ）等の公知の方法を用いることができる。計測物エッジ追加部１８は、生成した計測物エッジ３８をグラフ構造データに追加する。計測物エッジ３８を追加することによって、グラフ構造データに真値情報を取り込むことができる。
【００４７】
次に、地図作成装置１０は、グラフ構造データ最適化部２０に、真値情報及び計測物エッジ３８が追加されたグラフ構造データを最適化させる（Ｓ１８）。そして、地図作成装置１０は、環境地図作成部２２に、グラフ構造データ最適化部２０によって最適化されたグラフ構造データに基づいて環境地図を作成させる（Ｓ２０）。なお、本実施例では、ステップＳ１８とステップＳ２０の処理については実施例１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４８】
本実施例においても、地図作成装置１０は、真値情報が規定する計測物６２の一部を示すマーカー６４と、そのマーカー６４に対応する環境ノード３４とのずれを規定する計測物エッジ３８をグラフ構造データに追加することによって、グラフ構造データに真値情報を取込むことができる。また、真値情報が取り込まれたグラフ構造データの各エッジ３２、２６、２８に基づいて算出される誤差関数の和が最小となるようにグラフ構造データを最適化する。これによって、環境地図全体の精度を高めることができる。
【００４９】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５０】
１０：地図作成装置
１２：環境計測データ記憶部
１４：グラフ構造データ生成部
１６：真値情報記憶部
１８：計測物エッジ追加部
２０：グラフ構造データ最適化部
２２：環境地図作成部
３０：センサノード
３２：センサエッジ
３４：環境ノード
３６：環境エッジ
３８：計測物エッジ
５０：移動体
５２：センサ
５４：移動体の記憶部
５６：測量器
５８：測量用レーザスキャナ
６０：移動体の移動経路
６２：計測物
６４：マーカー
【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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