(57)【要約】【課題】構成が簡単で、低コストで、処理時間も短い、道路位置及び道路幅のデータを生成するのに適した方法の実現。【解決手段】地図データを生成するために道路の端部の位置を検出する道路端部検出方法であって、車両１で道路を走行しながら、車両に搭載したＧＰＳ受信機２で走行位置を検出すると共に、車両に搭載したレーザレンジファインダ３で、レーザレンジファインダの検出面における走行中の道路の表面形状を検出し、表面形状を直線Ａ１，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｃ１で近似し、近似直線の交点を道路の端部と判定する。【選択図】図２
2008014814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地図データを生成するために道路の端部の位置を検出する道路端部検出方法であって、
車両で道路を走行しながら、前記車両に搭載したＧＰＳ受信機で走行位置を検出すると共に、前記車両に搭載したレーザレンジファインダで、前記レーザレンジファインダの検出面における走行中の道路の表面形状を検出し、
前記表面形状を直線で近似し、
近似直線の交点を道路の端部と判定することを特徴とする道路端部検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナビゲーションシステムや自動車シミュレータなどで使用される地図データを生成するために、道路の端部の位置を検出する道路端部検出方法に関し、特に車両で道路を走行しながら、道路の端部の位置を検出する道路端部検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車シミュレータなどでは道路の画像を表示しており、表示される画像は道路のビジュアルデータに基づいて生成される。また、近年普及の著しいナビゲーションシステムでも、道路の画像を表示することが行われ、同様にビジュアルデータに基づいて画像を生成している。表示する画像はできるだけ実際の道路状況に類似していることが望ましい。
【０００３】
ナビゲーションシステムでは、ＧＰＳ受信機、ジャイロ、速度（加速度）センサなどにより走行中の位置を検出し、地図に走行位置を表示している。ナビゲーションシステムは、あらかじめ作成された地図データを有しており、検出した走行位置と地図データの道路上の位置を比較し、検出した走行位置が道路から外れた時には道路上の位置に補正することが行われる。
【０００４】
近年、ＧＰＳ受信機による位置測定の精度が向上しており、それに伴って地図データの高精度化が求められている。例えば、ＧＰＳ受信機により正しい位置が測定されたとしても、地図データが不正確であると、道路外を走行していると判定されることになるので道路上に位置するように補正が行われるが、この補正のために分岐点などにおける表示に問題を生じる場合がある。
【０００５】
上記のような地図データは、航空測量、航空写真、地上での測量などに基づいて作成される。道路は新たに建設されたり、補修などが行われるため、それに応じて地図データも随時修正する必要がある。しかし、上記のような航空測量、航空写真、地上での測量などを頻繁に行うことはコスト面からも難しい。そこで、もっとも簡易な方法として、高精度のＧＰＳ受信機を搭載した車両で、実際に道路を走行して、その移動軌跡を検出して地図データを作成することが考えられる。この際、道路のビジュアルデータも合わせて収集することが望ましい。
【０００６】
特許文献１は、上記のようにＧＰＳ受信機を搭載した車両で、実際に道路を走行して地図データを作成する際に合わせて道路のビジュアルデータも収集する構成を記載している。特許文献１に記載された構成では、車両に、３台のラインカメラ、３台のレーザスキャナ、ＧＰＳ受信機及び慣性航法装置を設ける構成を記載している。このような構成により、高解像度のビジュアルデータを得ることができるが、構成が複雑で高コストである上、収集したデータを処理する装置も複雑で処理も長時間を要する。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３４０５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載された構成は、高解像度のビジュアルデータを得ることができるので、高解像度のビジュアルデータを必要とする市街地の道路のビジュアルデータを収集する場合などに適している。
【０００９】
しかし、郊外の道路や高速道路などでは、道路の周囲の精密なビジュアルデータは必要なく、走行に必要な情報である道路位置及び道路幅が正確であれば十分である。もちろん、特許文献１に記載された構成でも道路幅などのデータを収集することは可能であるが、上記のように特許文献１に記載された構成はより精密なビジュアルデータの収集を目的としており、高コストで処理時間が長いという問題がある。言い換えれば、特許文献１に記載された構成は、道路位置及び道路幅などの限られたデータを収集する場合にはオーバースオペックといえる。
【００１０】
本発明は、構成が簡単で、低コストで、処理時間も短い、道路位置及び道路幅のデータを生成するのに適した方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を実現するため、本発明の方法は、地図データを生成するために道路の端部の位置を検出する道路端部検出方法であって、車両で道路を走行しながら、車両に搭載したＧＰＳ受信機で走行位置を検出すると共に、車両に搭載したレーザレンジファインダで、レーザレンジファインダの検出面における走行中の道路の表面形状を検出し、表面形状を直線で近似し、近似直線の交点を道路の端部と判定することを特徴とする。
【００１２】
本発明では、ＧＰＳ受信機で走行位置を正確に検出すると共に、レーザレンジファインダで道路の端部（道路の範囲）を検出する。この時、レーザレンジファインダからのレーザが道路表面に照射される部分、すなわちレーザレンジファインダの検出面における道路の表面形状を直線で近似し、近似直線の交点を道路の端部と判定する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡単な構成で、道路の端部を容易に正確に検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施例の地図データ生成システムの概略構成を示す図である。図１の（Ａ）に示す車両１は、道路を走行して走行する道路の端点の位置を検出する。図１の（Ａ）に示すように、車両１の上部にはアンテナを含むＧＰＳ受信機２が設けられ、車両１の上部の前方部分にはレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）３が設けられ、ＧＰＳ受信機２及びＬＲＦ３の検出データが統合モジュール４に送られる。統合モジュール４における処理はリアルタイムで行う必要はないので、車両１にはＧＰＳ受信機２及びＬＲＦ３の検出データを記憶するデータ記憶装置を設け、走行終了後データ記憶装置のデータを統合モジュール４に送って処理することも可能である。
【００１５】
図１の（Ｂ）に示すように、ＧＰＳ受信機２は、５Ｈｚで、すなわち１秒間に５回、０．２秒ごとに位置データ、方位角及び縦揺れ角に関するデータを統合モジュール４に出力する。ＬＲＦ３は、検出平面（レーザ光線面）上を走査するようにレーザビームを出射し、レーザビームが照射された点までの距離データとその角度データを、１０Ｈｚで、すなわち１秒間に１０回、０．１秒ごとに統合モジュール４に出力する。統合モジュール４は、これらのデータに基づいて、道路の端点の位置を算出する。
【００１６】
図２は、本実施例における、ＬＲＦ３による道路の端点の位置検出の原理を説明する図である。ＬＲＦ３は、車両の上部前方に設けられ、その位置から前方斜め下に向けてレーザビームを出射する。レーザビームは、レーザ光線面内を走査するように偏向され、レーザビームが前方の物体に照射されて反射した光を捕らえ、照射点までの距離及び走査角度との関係から照射点の角度を検出する。従って、レーザ光線面と道路及びその周辺部分の表面との交点の位置、すなわち道路及びその周辺部分の表面形状が検出されることになる。
【００１７】
一般に、道路部分は平面に近い表面形状であり、その表面とレーザ光線面の交点はほぼ直線になる。また、道路の側部は各種の形状があるが、例えば、高速道路であればガードレールや、コンクリート壁、斜面になっている場合が多く、一般道路もこれに近い形状である。言い換えれば、道路の側部は道路面とは角度の異なる平面に近い形状をしている。このような角度の異なる平面とレーザ光線面との交点は、やはり直線になるが、道路部分とは異なる角度の直線である。
【００１８】
そこで、統合モジュール４では、０．１秒ごとのレーザ光線面と道路及びその側部の交点から、最小２乗法により近似直線を求め、所定以上の角度で交差する２直線の交点を道路の端点と判定する。例えば、図２においては、直線Ａ１，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｃ１は最小２乗法により求められた直線である。直線Ｂ２とＢ３は交角ｂが小さいので同じ直線と判定され、交角が小さい区間が十分に長いので道路部分と判定される。そして、直線Ａ１とＢ１の交角ａは大きいので、道路部分Ｂに対して直線Ａ１は側部と判定され、直線Ａ１の先端が道路の端点と判定される。同様に、直線Ｂ３とＣ１の交角ｃは大きいので、道路部分Ｂに対して直線Ｃは側部と判定され、直線Ｂ３の先端が道路の端点と判定される。
【００１９】
図３は、統合モジュール４におけるレーザ光線面と道路及びその側部の交点（サンプリング点）から、道路の端点を判定する処理を示すフローチャートである。
【００２０】
ＬＲＦ３により、ステップ１０１に示すように０．１秒ごとのサンプリングごとにサンプリング点の座標（ｘ（ｉ），ｙ（ｉ））が得られる。ここでは、第１の直線部分がｉ＝１〜ｎまでであり、第２の直線部分がｉ＝ｎ＋１〜２ｎまでであるとする。
【００２１】
ステップ１０２では、その時点のｉ番目までのサンプリング点について最小２乗法を適用して２本の近似直線を求める。ステップ１０３ではすでに第１端点が求められているかを判定する。第１端点が求められていない場合には、ステップ１０４に進み、２本の近似直線の交角が第１の端点のための閾値より大きいかを判定する。もし、閾値以下であればステップ１０６に進んでｉの値を１だけ増加させてステップ１０１に戻り、上記の処理を繰り返す。もしステップ１０４で、２本の近似直線の交角が第１の端点と判定するための閾値より大きければ、ステップ１０５に進み、２本の２本の近似直線の交点（ｉ＝ｎ＝ｉ１）を第１端点の指標として、ステップ１０６に進んでｉの値を１だけ増加させてステップ１０１に戻る。
【００２２】
以下の処理は、ｉ＞ｉ１の交点を処理対象とする。ステップ１０２で、ｉ＞ｉ１の交点について最小２乗法を適用して２本の近似直線を求める。ステップ１０３ではすでに第１端点が求められているのでステップ１０７に進むと判定される。ステップ１０７では、次のサンプリング点が連続した道路であると判定される閾値より小さいかを判定する。閾値より小さい場合には道路面であるので、ステップ１０６に進んでｉの値を１だけ増加させてステップ１０１に戻り、上記の処理を繰り返す。ステップ１０７で閾値より大きいと判定された時には、道路面が終了した可能性があるので、ステップ１０８に進み、２本の近似直線の交角が道路面の端点と判定するための閾値より小さければ、ステップ１０６に進んで処理を繰り返す。ステップ１０８で２本の近似直線の交角が道路面の端点と判定するための閾値より大きいと判定された時には、ステップ１０９に進み、２本の近似直線の交点（ｉ＝ｎ＝ｉ２）を第２端点の指標とする。このようにして、道路の端点が求まる。
【００２３】
実施例では、以上のようにして道路の端点、すなわち道路幅を求める。車両の位置はＧＰＳ受信機２で正確に求められているので、ＬＲＦ３の位置を求めることができ、それに対するレーザ光線面でのサンプリング点までの距離及び角度により、道路端点の位置が求まる。
【００２４】
以下、ＧＰＳ受信機２及びＬＲＦ３により検出される位置座標から地図上の座標値を算出する処理を説明する。
【００２５】
図４は、地図上の座標系であるＥＮＵ（慣性）座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）に対する車体１の基準軸（ここでは前方方向）Ｘｓ軸の関係を示す。ＥＮＵ座標は、Ｘｉ軸を東方向、Ｙｉ軸を北方向、Ｚｉ軸を上方にとった座標系であり、方位角ψはＸｉから時計回りに計った車体１のＸｓ軸とのなす角である。
【００２６】
図５は、ＧＰＳ座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）とＬＲＦ座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の関係を示す図である。ＧＰＳ座標系は、車体１に取り付けたＧＰＳ受信機の位置を原点とする座標系である。上記のように、車体軸前方をＸｇ軸、左手方向をＹｇ軸、上方向をＺｇ軸とする。慣性座標系に対して、姿勢は縦揺れ角θ（ダウン方向が正）及び方位角ψで表せる。ここではロールは考慮しない。ＧＰＳ座標系の原点は、ＥＮＵ座標系で、（ｘ１（ｎ），ｙ１（ｎ），ｚ１（ｎ））とする。ここで、ｎは時刻である。
【００２７】
ＬＲＦ座標系のＸｓＹｓ平面は、車体１に取り付けたＬＲＦ（レーザレンジファインダ）から出射されるレーザビームが作る平面の座標系である。Ｙｇ軸と平行なＹｓ軸回りのピッチダウン方向にθｓ回転させた座標系である。ＥＮＵ座標系のＸｉＹｉ平面からは、θ＋θｓ回転させればよい。ＬＲＦ座標の原点位置は、ＧＰＳ座標系で（ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ）で表せる。１パルスのレーザビームは、ＬＲＦ座標系のＹｓ軸とのなす角ωで表せる。
【００２８】
次に、座標変換を考える。
【００２９】
図６に示すように、ＬＲＦ座標系をＧＰＳ座標系に変換するには、Ｙｓ軸回りにθｓ回転させてＸｓ軸をＸｇ軸に、Ｚｓ軸をＺｇ軸に一致させる。この時の変換式は式（１）のようになり、係数項をＧ（θｓ）で表すと、式（２）のようになる。
【００３０】
【数１】
2008014814.tif 000003
【００３１】
【数２】
2008014814.tif 000004
【００３２】
次に、図７に示すように、ＧＰＳ座標系をＥＮＵ座標系に変換するには、Ｙｇ軸回りにθ回転させ、Ｚｇ軸回りにψ回転させてＸｇ軸をＸｉ軸に、Ｙｇ軸をＹｉ軸に一致させる。この時の変換式は式（３）のようになる。
【００３３】
【数３】
2008014814.tif 000005
【００３４】
従って、ＬＲＦ座標系からＥＮＵ座標系への変換式は式（４）のようになり、係数項をＥ（ψ，θ，θｓ）で表すと、式（５）のようになる。
【００３５】
【数４】
2008014814.tif 000006
【００３６】
【数５】
2008014814.tif 000007
【００３７】
ＬＲＦの座標値は、ＬＲＦ座標系で［ｘｔ，ｙｔ，ｏ］T（ｔ＝１，…，３６０）なので、時刻ｎでは、ＥＮＵ座標系に関して次の式（６）で表される。
【００３８】
【数６】
2008014814.tif 000008
【００３９】
ただし、連続する時刻ｎ，ｎ＋１では、次の式（７）の線形補間で求まるとする。
【００４０】
【数７】
2008014814.tif 000009
【００４１】
ここで、式（７）のＬは１走査ごとの距離限界内のＬＲＦのデータ個数である。
【００４２】
次に、最小２乗法により直線を算出して交角を求める処理を図８を参照して説明する。
【００４３】
サンプリング点Ｄ１〜Ｄ６の座標点（ｘｉ，ｙｉ）を通る直線ｙ＝ａｘ＋ｂを最小２乗法で算出するとする。この直線の係数（ａ，ｂ）は、式（８）に示す誤差の２乗和Ｊを最小にすることにより求めることができる。
【００４４】
【数８】
2008014814.tif 000010
【００４５】
従って、係数（ａ，ｂ）は、式（８）を偏微分して０とおいた式（９）の連立方程式の解である。
【００４６】
【数９】
2008014814.tif 000011
【００４７】
つまり、係数（ａ，ｂ）は式（１０）の線形方程式の解である。
【００４８】
【数１０】
2008014814.tif 000012
【００４９】
従って、係数（ａ，ｂ）は次の式（１１）により表される。
【００５０】
【数１１】
2008014814.tif 000013
【００５１】
第１直線は（ｘｉ，ｙｉ）（ｉ＝１，２，…，ｎ)から求め、第２直線は（ｘｉ，ｙｉ）（ｉ＝ｎ＋１，ｎ＋２，…，２ｎ)から求めるとする。道路端点は、この２直線の交角が所定の閾値以上になった点とする。
【００５２】
従って、図９に示すように、交角φは、２直線の傾きａの係数をａ１，ａ２とすると、
φ＝φ1−φ2＝ｔａｎ-1ａ１−ｔａｎ-1ａ２
ただし、φ1、φ2は０°〜３６０°である。
【００５３】
従って、交角が１８０°以上になる時も存在する。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、車両を走行させて道路幅を検出する場合に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施例の地図データ生成システムの構成を示す図である。
【図２】本発明による道路端点の検出原理を説明する図である。
【図３】実施例におけるＬＲＦのデータから道路端点を算出する処理を示すフローチャートである。
【図４】ＥＮＵ（慣性）座標系とＧＰＳ座標系の関係を示す図である。
【図５】ＧＰＳ座標系とＬＲＦ座標系を示す図である。
【図６】ＬＲＦ座標系からＧＰＳ座標系への変換を説明する図である。
【図７】ＧＰＳ座標系からＥＮＵ（慣性）座標系への変換を説明する図である。
【図８】最小２乗法により直線を算出して交角を求める処理を説明する図である。
【図９】算出した２直線からの交角の算出を説明する図である。
【符号の説明】
【００５６】
１    車両
２    ＧＰＳ受信機
３    レーザレンジファインダ
４    統合モジュール
【図１】
2008014814.tif 000014
【図２】
2008014814.tif 000015
【図３】
2008014814.tif 000016
【図４】
2008014814.tif 000017
【図５】
2008014814.tif 000018
【図６】
2008014814.tif 000019
【図７】
2008014814.tif 000020
【図８】
2008014814.tif 000021
【図９】
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