(57)【要約】【課題】移動体にレーザレーダを搭載して地面や壁面に照射し、移動しながら目標物の位置を計測しようとする場合、複数のレーザレーダを用いることは多いが、レーザレーダを単に平行に並べて設置すると、移動速度によって計測点の密度にムラが発生したり、走行に平行な方向と垂直な方向とで計測点の密度差が大きい、という問題があった。【解決手段】レーザレーダ同士に角度を持たせて設置することにより、計測点の密度のムラや方向による密度差の大きさを軽減することができる。【選択図】  図７
2011196916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を走査して、路面および前記路面周辺の道路地物までの距離及びその方位について示す方位・距離データを取得するレーザレーダ（ＬＲＦ［Ｌａｓｅｒ  Ｒａｎｇｅ  Ｆｉｎｄｅｒ］）を２台以上搭載した計測車両であって、
一の前記レーザレーダがレーザ光を走査した前記路面上の走査線は、他のレーザレーダがレーザ光を走査した前記路面上の走査線とは非平行であることを特徴とする計測車両。
【請求項２】
前記レーザレーダは、一方向のみ走査する一次元のレーザレーダであることを特徴とする請求項１記載の計測車両。
【請求項３】
少なくとも車両前方と車両後方に１台ずつ、前記レーザレーダが搭載されていることを特徴とする請求項１記載の計測車両。
【請求項４】
計測車両が移動中に、一の前記レーザレーダがレーザ光を走査する走査範囲と、他のレーザレーダがレーザ光を走査する走査範囲とは、範囲が重なっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の計測車両。  
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか記載の計測車両であって、更に、前記計測車両の３軸方向の傾き（ピッチ角、ロール角、ヨー角）を示す角速度データを取得するジャイロと、前記計測車両の走行位置を示す測位データを取得するＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）と、を備えた計測車両と、
前記方位・距離データと前記角速度データと前記測位データとに基づき、前記道路地物の位置を算出する計算機と、
からなることを特徴とする道路地物計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はレーザレーダを用いた計測車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、カーナビゲーションシステムなどに代表されるＧＩＳ（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）とＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を組み合わせた製品の普及が著しい。また、一方で、ＧＩＳとＧＰＳによる位置情報をＩＴＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）の安全運転へ応用することが期待されており、道路上・道路脇の地物の位置情報は有効な情報であると考えられている。
また一方で、道路周辺の地物の情報を記録した道路管理台帳の高精度化、高度化が望まれている。しかしながら、１／５００のスケールでキロポスト、標識、ガードレール、白線などの道路上・道路脇の地物の位置を記録する道路管理台帳の作成には、高い精度を持つ測量を行う必要があるため、ＧＰＳと距離・角度を計測するトータルステーションとを用いた静止測量が行われている。また、国道には往復３０ｋｍの区間に計測対象となる地物が約２０００も存在していることもある。そのため、全国の道路管理台帳の高度化・高精度化には莫大な費用と時間とを要する。
そこで、情報収集時間および費用の縮減を目的としてＭＭＳ（Ｍｏｂｉｌｅ  Ｍａｐｐｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）が注目され研究開発が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２００８/０９９９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１に記載されるようなレーザレーダを用いた計測装置において、一方向のみ走査する一次元のレーザレーダ（レーザスキャナ）を搭載して地面や壁面に照射し移動しながら目標物の位置を計測しようとする場合、移動体が高速で走行する際にはレーザの点密度が低下する、あるいは点密度にむらが生じるという問題があった。
【０００５】
この発明は係る課題を解決するためになされたもので、車両が高速に移動した場合であっても、点密度の低下や点密度にむらが生じることを抑えて計測可能な計測車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る計測車両は、レーザ光を走査して、路面および前記路面周辺の道路地物までの距離及びその方位について示す方位・距離データを取得するレーザレーダ（ＬＲＦ［Ｌａｓｅｒ  Ｒａｎｇｅ  Ｆｉｎｄｅｒ］）を２台以上搭載した計測車両であって、一の前記レーザレーダがレーザ光を走査した前記路面上の走査線は、他のレーザレーダがレーザ光を走査した前記路面上の走査線とは非平行である。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の計測車両によれば、レーザレーダを用いて地物を計測する場合に、車両が高速に移動した場合であっても、点密度の低下や点密度にむらが生じることを抑えて計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る計測車両１０２の機能構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係るレーザレーダ２４０ａ、２４０ｂを天板に搭載した搭載例である。
【図３】実施の形態１に係る計測車両１０２を上方からみた模式図である。
【図４】実施の形態１に係る計測車両１０２を側方からみた模式図である。
【図５】実施の形態１に係るレーザレーダ２４０ａ、２４０ｂが路面に照射したレーザの照射点を示した図である。
【図６】実施の形態１に係るレーザレーダ２４０ａ、２４０ｂの照射点で、点密度に密度の高い箇所、低い箇所ができる一例である。
【図７】実施の形態１に係るレーザレーダ２４１ａ、２４１ｂを天板に搭載した別の例である。
【図８】実施の形態１に係るレーザレーダ２４１ａ、２４１ｂが路面に照射したレーザの照射点の点群を示した図である。
【図９】実施の形態１に係るレーザレーダ２４１ａ、２４１ｂが路面に照射したレーザの照射点の点群を示した図である（車両速度が高速の場合）。
【図１０】実施の形態２に係る計測車両１０２を上方からみた模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における計測車両１０２と、計測車両１０２が出力する出力データを用いて道路地物を計測する道路地物計測装置（計算機）１００の機能構成を示す図である。計測車両１０２と道路地物計測装置（計算機）１００とにより道路地物計測システムが完成する。なお、道路地物計測装置（計算機）１００については、特許文献１に記載されているものであり、ここでは詳細な説明は省略する。
【００１０】
実施の形態１における計測車両１０２は、オドメトリ装置２００、３台のジャイロ２１０（測位部、姿勢検出部、ＧＰＳジャイロの一部）、３台のＧＰＳ２２０（測位部、姿勢検出部、ＧＰＳジャイロの一部）、カメラ２３０（撮像部）、車両前方に設けられ車両前方に向けてレーザ光を照射するレーザレーダ２４０ａ（光走査部、レーザスキャナ、ＬＲＦ［Ｌａｓｅｒ  Ｒａｎｇｅ  Ｆｉｎｄｅｒ］）、車両後方に設けられ車両後方に向けてレーザ光を照射するレーザレーダ２４０ｂ（光走査部、レーザスキャナ、ＬＲＦ［Ｌａｓｅｒ  Ｒａｎｇｅ  Ｆｉｎｄｅｒ］）とを備える。
【００１１】
図２は、ＧＰＳ２２０、ジャイロ２１０、レーザレーダ２４０ａ、２４０ｂを計測車両１０２の天板に搭載した搭載例である。オドメトリ装置２００、３台のジャイロ２１０、３台のＧＰＳ２２０、カメラ２３０、２台のレーザレーダ２４０ａ、２４０ｂ（それぞれ、計測センサの一例である）は計測車両１０２（以下、車両とする）の天板１０３（基台）に搭載される。なお、図２の＋Ｚ方向が車両１０２の前方向に相当する。Ｚ軸のことを以下、車両軸ともいい、車両軸の方向（＋Ｚ方向）と車両の前方向とは一致していて、車両はこの車両軸の方向に走行する。
オドメトリ装置２００はオドメトリ手法を実行し車両の走行距離を示す距離データを算出する。
３台のジャイロ２１０は車両の３軸方向の傾き（ピッチ角、ロール角、ヨー角）を示す角速度データを算出する。
３台のＧＰＳ２２０は車両の走行位置（座標）を示す測位データを算出する。
オドメトリ装置２００とジャイロ２１０とＧＰＳ２２０とはＧＰＳ／デッドレコニング複合演算により車両の位置、姿勢を測定する。
カメラ２３０は撮影を行い時系列の画像データを出力する。
レーザレーダ２４０ａとレーザレーダ２４０ｂは、車体の前方と後方に各々１台ずつ設置され、横方向に光軸を振りながらレーザをななめ下方向に所定の周期で照射して、路面までの距離を各方位について示す方位・距離データ（以下、ＬＲＦデータとする）を算出する。
【００１２】
次に、本発明の車両１０２が出力する出力データを用いて、道路地物を計測する道路地物計測装置（計算機）１００について、概略を説明する。
道路地物計測装置１００は距離データ、角速度データ、測位データ、画像データ、方位・距離データに基づいてユーザの指定した地物の位置を算出する。
道路地物計測装置１００は車両位置姿勢（３軸）演算部１１０、カメラ位置姿勢演算部１３０、カメラＬＯＳ演算部１４０、路面形状モデル生成部１５０、レーザレーダ位置姿勢演算部１６０、路面モデル対応点探索部１７０、地物識別装置３００、観測データ入力部１９１、観測データ記憶部１９９を備える。
車両位置姿勢（３軸）演算部１１０は距離データ、角速度データ、測位データに基づいて車両の位置と姿勢（車両位置姿勢）を算出する。
地物識別装置３００は画像データに基づいて静止物の３次元モデルを生成し、静止物の３次元モデルと後述するＬＲＦデータに基づく路面形状モデルとを比較して静止物の路面形状モデルを生成する。また、地物識別装置３００は路面形状モデルを構成するレーザ計測点群をグループ分けし、レーザ計測点群が形成する形状に基づいて各グループが示す地物の種類を識別する。また、地物識別装置３００は画像と静止物の路面形状モデルと地物の種別とを重畳表示してユーザに提供する。そして、地物識別装置３００はユーザに指定された地物の画像上の位置を計測画像点として入力する。
カメラ位置姿勢演算部１３０は車両位置姿勢とカメラ取付オフセットとに基づいてカメラ２３０の位置と姿勢（カメラ位置姿勢）を算出する。カメラ取付オフセットは車両軸（直交座標）に対するカメラ２３０の取り付け軸のズレの量を示す。カメラ取付オフセットは図４のカメラ２３０と天板１０３との関係に対応する値である。
カメラＬＯＳ演算部１４０（ベクトル算出部の一例）はユーザが画像上で指定した計測画像点とカメラ位置姿勢とに基づいてカメラから計測画像点に向けた視線方向（ＬＯＳ：Ｌｉｎｅ  Ｏｆ  Ｓｉｇｈｔ）の角度（ＬＯＳベクトル）を算出する。
レーザレーダ位置姿勢演算部１６０は車両位置姿勢とレーザレーダ取付オフセットとに基づいてレーザレーダ２４０ａと２４０ｂの位置と姿勢（レーザレーダ位置姿勢）を算出する。レーザレーダ取付オフセットは車両軸（直交座標）に対するレーザレーダ２４０ａ、２４０ｂの取り付け軸の各々のズレの量を示す。レーザレーダ取付オフセットは図２のレーザレーダ２４０ａと天板１０３、およびレーザレーダ２４０ｂと天板１０３との関係に対応する値であり、各レーザレーダのデータが格納されている
路面形状モデル生成部１５０は方位・距離データとレーザレーダ位置姿勢とに基づいて車両が走行した平坦でない路面の形状（曲面、傾斜、凹凸など）を示す路面形状モデル（三次元点群モデル）を生成する。
路面モデル対応点探索部１７０（地物位置算出部の一例）は計測画像点に対するＬＯＳベクトルと路面形状モデルとに基づいてユーザが指定した地物の位置を算出する。路面モデル対応点探索部１７０は路面の曲面、傾斜、凹凸などを考慮することにより高い精度で地物位置を算出することができる。
距離データ、角速度データ、測位データ、画像データ、方位・距離データを観測データとする。
観測データ入力部１９１は車両１０２で取得された観測データを入力して観測データ記憶部１９９に記憶する。
観測データ記憶部１９９は車両１０２で取得された観測データ、レーザレーダ取付オフセット、カメラ取付オフセットおよび観測データに基づいて生成された各種データを記憶する。道路地物計測装置１００が備える各部および地物識別装置３００が備える各部は使用するデータを観測データ記憶部１９９から入力して各種処理を行い、生成したデータを観測データ記憶部１９９に記憶する。
なお、図１では車両１０２と道路地物計測装置（計算機）とは別の構成として記載されているが、道路地物計測装置（計算機）が車両１０２に含まれて一の構成となっていても構わない。
【００１３】
図３は実施の形態１に係る車両１０２を上方からみた模式図であり、車両の天板（基台）上に搭載された２台のレーザレーダ２４０ａ、２４０ｂの配置関係を説明するものである。図３でレーザレーダ２４０以外のＧＰＳ２２０やジャイロ２１０などは省略している。
【００１４】
レーザレーダ２４０ａは車両１０２前方に設けられ、車両前方の下方向に向けてレーザ光４ａを所定の周期で走査方向に沿って照射する。レーザレーダ２４０ａは車両１０２の前方向（＋Ｚ軸（車両軸）方向）に対して斜め下に向けてＺ軸に略垂直な方向にレーザ光４ａを走査する（図４参照）。
４ａ_１、４ａ_１、…、４ａ_ｎの各々は路面に周期的に照射されたレーザ光の照射点であり、４ａ_１、４ａ_１、…、４ａ_ｎの順にレーザ光が走査されている。レーザ光の照射点（４ａ_１、４ａ_１、…、４ａ_ｎ）を結んだ線（走査線）は、路面の形状を平坦としたときに、先に説明したように＋Ｚ軸に対して略垂直な方向となる。
【００１５】
一方、レーザレーダ２４０ｂは車両１０２後方に設けられ、車両後方の下方向に向けてレーザ光４ｂを所定の周期で走査方向に沿って照射する。レーザレーダ２４０ｂは車両１０２の後方向（＋Ｚ軸（車両軸）の逆方向）に対して斜め下に向けてＺ軸に略垂直な方向にレーザ光４ａを走査する（図４参照）。
４ｂ_１、４ｂ_１、…、４ｂ_ｎの各々は路面に周期的に照射されたレーザ光の照射点であり、４ｂ_１、４ｂ_１、…、４ｂ_ｎの順にレーザ光が走査されている。レーザ光の照射点（４ｂ_１、４ｂ_１、…、４ｂ_ｎ）を結んだ線（走査線）は、路面の形状を平坦としたときに、先に説明したようにＺ軸に対して略垂直な方向となる。
【００１６】
図５は、レーザレーダ２４０ａ、２４０ｂが路面に向けて照射したレーザ照射点の点群の一例を示した図である。
このように複数のレーザレーダを設け、各レーザレーダが計測対象である路面をレーザ光で照射するようにしたことで、レーザの点密度を上げることができる。
また、複数のレーザレーダを車両前方と車両後方に設けるようにしたことで、複数の計測センサを搭載する車両天板のレイアウトを容易にすることができる。
【００１７】
しかしながらこの場合であっても、複数のレーザレーダ（図２の例では、車両前方と後方に設置したレーザレーダ２４０ａ、２４０ｂ）の各レーザレーダの照射タイミングや車両の車速を調整して制御しない限り、路面上のレーザの点密度には、密度の高い場所、低い場所ができてしまう。
図６は、密度の高い場所、低い場所ができた計測点群の一例である。図６は車両の移動速度が速い場合の計測点群（４ａ、４ｂ）、図７は移動速度が遅い場合の計測点群（４ａ、４ｂ）を示す。このように速度が速い場合など速度によっては、図のように、計測点の密度が高い箇所２０、密度が低い箇所２１のムラが発生する可能性がある。また、走行方向と垂直方向の点密度は高いが、走行方向と平行方向の点密度は速度によって変わってくるという問題も生じる。
【００１８】
図７は、実施の形態１における車両１０２を上方からみた別の実施例であり、天板（基台）上に搭載された２台のレーザレーダ２４１ａ、２４１ｂの配置関係を説明するものである。図７でレーザレーダ２４１以外のＧＰＳ２２０やジャイロ２１０などは省略している。
【００１９】
レーザレーダ２４１ａは車両１０２前方に設けられ、車両前方の下方向に向けてレーザ光４ａを所定の周期で走査方向に沿って照射する。
ここで、レーザレーダ２４１ａは、車両１０２の前方向（＋Ｚ軸（車両軸）方向）に対して角度θａを有する方向にレーザ光４ａを走査する。
４ａ_１、４ａ_１、…、４ａ_ｎの各々は路面に周期的に照射されたレーザ光の照射点であり、４ａ_１、４ａ_１、…、４ａ_ｎの順にレーザ光が走査されている。レーザ光の照射点（４ａ_１、４ａ_１、…、４ａ_ｎ）を結んだ線（走査線）は、先に説明したようにＺ軸に対して、角度θａを有する。
【００２０】
一方、レーザレーダ２４１ｂは車両１０２後方に設けられ、車両後方の下方向に向けてレーザ光４ｂを所定の周期で走査方向に沿って照射する。
ここで、レーザレーダ２４１ｂは、車両１０２の後ろ方向（−Ｚ軸方向）に対して角度θｂ（≠θａ）を有する方向にレーザ光４ｂを走査する。
角度θａと角度θｂは予め定められた値であり、例えばレーザレーダ２４０を車両の天板上で傾けて設置することで角度θａ、角度θｂを設定することができる。なお、傾けて設置した設置条件はレーザレーダ取付オフセットに反映される。
４ｂ_１、４ｂ_１、…、４ｂ_ｎの各々は路面に周期的に照射されたレーザ光の照射点であり、４ｂ_１、４ｂ_１、…、４ｂ_ｎの順にレーザ光が走査されている。レーザ光の照射点（４ｂ_１、４ｂ_１、…、４ｂ_ｎ）を結んだ線（走査線）は、先に説明したように−Ｚ軸に対して、角度θｂ（≠θａ）を有する。
【００２１】
図８は、レーザレーダ２４１ａ、２４１ｂが路面に照射したレーザの照射点の点群を示した図である。
図８のようにレーザレーダ２４１ａの照射点は、＋Ｚ軸に対して角度θａの角度の走査線上に点群をなす。また、レーザレーダ２４１ｂの照射点は、−Ｚ軸に対して角度θｂの角度の走査線上に点群をなす。
ここで角度θａと角度θｂとは等しい角度ではない（θａ−θｂ≠０）ことからレーザレーダ２４１ａの走査線とレーザレーダ２４１ｂの走査線は平行でなく（非平行）、レーザレーダ２４１ａと２４１ｂとが照射した各々の走査線は菱形の形状をなすことになる。
【００２２】
図９は、同じくレーザレーダ２４１ａ、２４１ｂが路面に照射したレーザの照射点の点群を示した図である。ここで図９では、レーザレーダ２４１ａ、２４１ｂを搭載して移動する車両の走行速度が図８のときの速度と比べ高速である点が異なっている。
図９のようにレーザレーダ２４１ａの照射点は、＋Ｚ軸に対して角度θａの角度の走査線上に点群をなす。また、レーザレーダ２４１ｂの照射点は、−Ｚ軸に対して角度θｂの角度の走査線上に点群をなす。
ここで角度θａと角度θｂとは等しい角度ではない（θａ−θｂ≠０）ことからレーザレーダ２４１ａの走査線とレーザレーダ２４１ｂの走査線は平行でなく（非平行）、レーザレーダ２４１ａと２４１ｂとが照射した各々の走査線は菱形の形状をなすことになる。
【００２３】
図９と図８を比較すると、車両の速度が高速となった図９においても、点密度の低下や点密度のむらが抑えられていることがわかる。特に、図６で示した点群と比較すると、点密度のむらが抑えられてことがわかる。
このように本実施の形態の計測車両では、車両速度が高速となった場合であっても走査線を結んだ菱形の大きさが通常速度（図８）のときよりも小さくなるだけであり、路面上で、レーザの点密度の高い場所、低い場所が出来にくく、点密度のむらを抑えることができる。
【００２４】
以上のように本実施の形態の計測車両では、２台のレーザレーダを、１台はレーザ光４ａが車両１０２の前方向（＋Ｚ軸（車両軸）方向）に対して所定の角度θａで走査するように設置し、他の１台はレーザ光４ｂが車両１０２の後ろ方向（−Ｚ軸方向）に対して所定の角度θｂ（θａ≠θｂ）で走査するように設置した。このように設置したとき２台のレーザレーダが照射したレーザ光の照射点は、菱形をなすように点群を構成する。
そして本実施の形態の計測車両は、車両が高速で移動した場合であっても、レーザ点群は菱形の形状を維持することから、点密度の低下や点密度のむらを生じることなく対象物を計測することが可能である。
【００２５】
なお、角度θａ、θｂについてはこれらの角度が等しい値でなければ本発明の効果を奏するが、θａ−θｂ＝９０°を基本として適切な値を状況に応じて選択し設定するようにすればよい。
【００２６】
実施の形態２．
実施の形態１では２台のレーザレーダ２４１ａ、２４１ｂを車両の左右中央付近に設置したが、実施の形態１のようにレーザ光が走査する走査線を傾けた場合には、レーザレーダを車両の左右中央からどちらか一方に移動させて設置するようにしてもよい。
図１０は実施の形態２に係る車両１０２を上方からみた模式図であり、天板（基台）上に搭載された２台のレーザレーダ２４２ａ、２４２ｂの配置関係を説明するものである。
このように２台のレーザレーダ２４２ａ、２４２ｂを、向きを傾けながら車両の左右中心位置からオフセットさせて車両に設置することで、計測対象（この場合、路面）にレーザ光が照射されない箇所を減らすことができる。
【００２７】
実施の形態３．
実施の形態１、２では２台のレーザレーダ２４１ａ、２４１ｂを、１台は車両前方向、他の１台は車両後方向に向けて設置したが、車両前部あるいは車両後部のどちらか一方に２台のレーザレーダを設置するようにしてもよい。車両の天板（基台）上の車両前部、あるいは車両後部に他の計測センサーがあってレーザレーダの設置が困難なときであっても、効率よく、点密度の低下や点密度のむらを生じることなく計測することが可能となる。
【００２８】
なお、実施の形態１〜３では車両に搭載されるレーザレーダが２台の場合を説明したが、当然ながら３台以上を搭載してもよく、更に高精度な計測を行うことができる。
【符号の説明】
【００２９】
４ａ  レーザレーダ２０４ａのレーザ点群、４ｂ  レーザレーダ２０４ｂのレーザ点群、４ａ_１、４ａ_２、…、４ａ_ｎ  レーザレーダ２０４ａの照射ポイント、４ｂ_１、４ｂ_２、…、４ｂ_ｎ：レーザレーダ２０４ｂの照射ポイント、１０２  移動体（車両）、２４０ａ  ２４１ａ  ２４２ａ  レーザレーダ、２４０ｂ  ２４１ｂ  ２４２ｂ  レーザレーダ、２０  密度が高い箇所、２１  密度が低い箇所。
【図１】
2011196916.tif 000003
【図２】
2011196916.tif 000004
【図３】
2011196916.tif 000005
【図４】
2011196916.tif 000006
【図５】
2011196916.tif 000007
【図６】
2011196916.tif 000008
【図７】
2011196916.tif 000009
【図８】
2011196916.tif 000010
【図９】
2011196916.tif 000011
【図１０】
2011196916.tif 000012