特開 2023-136585 前方監視システム及びその方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023136585

(43)【公開日】2023-09-29

(54)【発明の名称】前方監視システム及びその方法

(51)【国際特許分類】

   B61L 23/00 20060101AFI20230922BHJP

   G06T 7/00 20170101ALI20230922BHJP

   G06V 20/58 20220101ALI20230922BHJP

   G01S 17/931 20200101ALI20230922BHJP

【ＦＩ】

B61L23/00 A

G06T7/00 650B

G06V20/58

G01S17/931

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022042337

(22)【出願日】2022-03-17

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110002365

【氏名又は名称】弁理士法人サンネクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】工藤 匠

(72)【発明者】

【氏名】清水 拓

(72)【発明者】

【氏名】小田 篤史

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 究

【テーマコード（参考）】

5H161

5J084

5L096

【Ｆターム（参考）】

5H161AA01

5H161MM05

5H161MM12

5H161NN12

5J084AA04

5J084AA13

5J084AA14

5J084AB20

5J084AC02

5J084BA03

5J084BA48

5J084CA22

5J084CA26

5J084CA70

5J084EA22

5L096AA06

5L096BA02

5L096CA02

5L096FA66

5L096FA67

5L096FA69

5L096GA51

5L096JA03

5L096JA11

(57)【要約】

【課題】 センサで取得した軌道に対応する点群が不完全である場合でも、安定して軌道を認識することのできる前方監視システムを提供する。
【解決手段】 センサ出力から敷設面点群を除去する敷設面点群除去部と、除去した残りに含まれる情報である物体の断面形状に対し、コンピュータがメモリに記憶された軌道断面と比較することにより第１軌道候補物体を抽出する第１絞り込み部と、第１軌道候補物体の幅と軌道断面の幅を比較することにより第２軌道候補物体を検出する第２絞り込み部と、第２軌道候補物体を含む軌道物体を補完することにより軌道を認識する軌道曲線補完部と、を有し、センサ出力は、軌道に対応する点群と、軌道の敷設面に対応する点群と、を含んでおり、敷設面点群除去部は、センサ出力から物体の情報を抽出し、軌道曲線補完部は、抽出された物体を軌道と認識し、その近辺に障害物の有無判定を支援する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体を案内する軌道を捉えるセンサと、そのセンサ出力を処理するコンピュータと、を備えた前方監視システムであって、
前記センサ出力から敷設面点群を除去する敷設面点群除去部と、
前記除去した残りに含まれる情報である物体の断面形状に対し、前記コンピュータがメモリに記憶された軌道断面と比較することにより第１軌道候補物体を抽出する第１絞り込み部と、
前記第１軌道候補物体の幅と前記軌道断面の幅を比較することにより第２軌道候補物体を検出する第２絞り込み部と、
前記第２軌道候補物体を含む軌道物体を補完することにより前記軌道を認識する軌道曲線補完部と、
を有し、
前記センサ出力は、前記軌道に対応する点群と、前記軌道の敷設面に対応する点群と、を含んでおり、
前記敷設面点群除去部は、前記センサ出力から物体の情報を抽出し、
前記軌道曲線補完部は、前記抽出された物体の情報に基づいて、前記敷設面から突出した物体を軌道と認識し、
前記認識された前記軌道の近辺に走行障害物が有るか無いかの判定を支援する情報を出力する、
前方監視システム。

【請求項2】

前記軌道は複数のレールで構成され、
前記敷設面は地面であり、
前記敷設面点群除去部は、地面点群除去部であり、
前記第１軌道候補物体は、第１複数レール候補物体を含む複数物体であり、
前記第１絞り込み部は、前記複数物体の断面寸法とレール断面寸法を比較することにより前記第１複数レール候補物体を抽出し、
前記第２絞り込み部は、前記第１複数レール候補物体間の寸法と複数レール間の寸法を比較することにより第２レール候補物体を検出し、
前記軌道曲線補完部は、前記第２レール候補物体を含む複数の物体を補完することによりレールを検出するレール曲線補完部である、
請求項１に記載の前方監視システム。

【請求項3】

前記第１絞り込み部は、
レール断面寸法に基づいて作成される第１不完全テンプレートを有し、
該第１不完全テンプレートは、レール断面の縦横最大寸法に基づいて作成される長方形又は任意形状であり、
前記複数物体の断面寸法が、前記第１不完全テンプレートの範囲内である前記複数物体を、第１複数レール候補物体として抽出する、
請求項２に記載の前方監視システム。

【請求項4】

前記第１絞り込み部は、
レール断面形状に基づいて作成される第２不完全テンプレートを有し、
前記複数物体を構成する点群と、前記第２不完全テンプレートと、の適合率が所定値以上である複数物体を、第１複数レール候補物体として抽出する、
請求項２に記載の前方監視システム。

【請求項5】

前記第２絞り込み部は、
軌道軸予測線より前記第１複数レール候補物体の複数の代表位置を求め、
該複数の代表位置間の距離が、複数レール間の寸法に基づいて求められる所定距離である第１レール候補物体を第２レール候補物体とする、
請求項２に記載の前方監視システム。

【請求項6】

前記移動体は鉄道の車両であり、
所定区間より前記車両に近い１つ前の区間のレール検出結果を用いて作成した第１レール候補線に対し、所定範囲の前記第２レール候補物体を第３レール候補物体として抽出する第３絞り込み部をさらに有する、
請求項２に記載の前方監視システム。

【請求項7】

前記第３絞り込み部は、
前記所定区間より１つ前の区間に存在する複数の前区間レール物体を
左方のレール物体を含む左レールペアと、
右方のレール物体を含む右レールペアと、
に分離し、
前記所定区間より前記車両に近い１つ前の区間のレール検出結果と、前記左レールペアと、を用いて作成した左レール候補線に対し、所定範囲から前記第２レール候補物体を抽出し、
前記所定区間より前記車両に近い１つ前の区間のレール検出結果と、前記右レールペアと、を用いて作成した右レール候補線に対し、所定範囲から前記第２レール候補物体を抽出する、
請求項６に記載の前方監視システム。

【請求項8】

軌道軸予測線より求められる軌道軸推定位置に基づいて作成される複数の第２レール候補線と、
前記第２レール候補物体又は前記第２レール候補物体を構成する第２レール候補点群と、
の距離に基づいて作成される目的関数が最小である第２レール候補線を抽出し、
前記第２レール候補線と所定距離範囲から前記第２レール候補物体を第４レール候補物体として抽出する、
第４絞り込み部をさらに有する、
請求項２に記載の前方監視システム。

【請求項9】

前記第４絞り込み部は、
前記第２レール候補物体から前記第４レール候補物体を除外して他レール候補物体とし、
前記複数の第２レール候補線と、
前記他レール候補物体又は前記他レール候補物体を構成する他レール候補物体点群と、
の距離に基づいて作成される目的関数が所定値以下の他レール候補線を抽出し、
該他レール候補線と所定距離内の他レール候補物体を前記第４レール候補物体と認識する、
請求項８に記載の前方監視システム。

【請求項10】

所定範囲より１つ前の範囲における地面高さに対し、
所定範囲の地面高さが不連続に上昇した場合は前記軌道に交差する道路、又は前記敷設面を兼用する道路として検知し、
前記地面点群除去部が検出した地面より下方に突出した物体を抽出する、
請求項２に記載の前方監視システム。

【請求項11】

前記レールの途中に転てつ機がある場合の開通方向を判定可能であり、
左レールペアに対応する左レールペア点群の進行方向最近傍位置と、
右レールペアに対応する右レールペア点群の進行方向最近傍位置と、
の距離が所定値以上ならば、
左レールペア点群の進行方向最近傍位置と、
右レールペア点群の進行方向最近傍位置と、
のうち前記車両より遠隔な左レールペアの幅から右レールペアの幅を引いた差分を求め、
前記差分が正の値の場合は左レールが開通と判定し、
前記差分が負の値の場合は右レールが開通と判定する、
請求項７に記載の前方監視システム。

【請求項12】

左レールが開通であると判定された場合は、それ以降の区間に対し左レールのみをレール検出し、
右レールが開通であると判定された場合は、以降の区間に対し右レールのみをレール検出する、
請求項１１に記載の前方監視システム。

【請求項13】

前記センサは、取得点群がレイヤ単位で整理され、
前記センサの取り付け位置及び取り付け角度は、
想定される軌道方向に対するレイヤ方向の角度が所定範囲である、
請求項１に記載の前方監視システム。

【請求項14】

レールに沿って走行する車両に設置されるセンサと、
該センサにより取得した情報に基づいてレールを検出するレール検出部と、
該レール検出部により検出したレールに基づいて所定範囲を設定し、
該所定範囲内の障害物を検出する障害物判定部と、
を有する、
請求項２～１３の何れか１項に記載の前方監視システム。

【請求項15】

移動体を案内する軌道を捉えたセンサ出力をコンピュータで処理した情報に基づく前方監視方法であって、
前記コンピュータは、メモリに記憶されたプログラムを実行して形成された各機能部が情報処理することにより、
敷設面点群除去部が、前記軌道に対応する点群を含む前記センサ出力より検出された敷設面から突出した物体を抽出し、
第１絞り込み部が、前記物体の断面形状と、前記メモリに記憶された軌道断面と、を比較することにより第１軌道候補物体を抽出し、
第２絞り込み部が、前記第１軌道候補物体の幅と、前記軌道断面の幅と、を比較することにより第２軌道候補物体を検出し、
軌道曲線補完部が、検出された前記第２軌道候補物体を含む軌道物体を補完することにより前記軌道を検出し、
検出された前記軌道の近辺に走行障害物が有るか無いかの判定を支援する前方監視方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は前方監視システム及びその方法に関する。

【背景技術】

【0002】

走行する車両の前方を監視する技術では、車両走行に支障となる物体を検出して対応するため、自車走行領域の推定が必要である。自車走行領域は軌道に沿った立体として定義することができる。このような走行領域推定のため、センサによるレール検出方法が、特許文献１～３において提案されている。

【0003】

特許文献１では、センサ出力としてのカメラ画像データと、予め用意されたレールのテンプレート画像データやレールの輝度値の基準分布データと、をマッチングさせることにより、レール位置を推定する方法が開示されている。

【0004】

特許文献２では、軌道幅方向の所定範囲にわたって測距可能な測距センサから得られた測距データを用い、その測距データを処理して軌道の軌道幅方向におけるエッジを検出し、検出されたエッジ位置に基づいて軌道を推定する方法が開示されている。

【0005】

特許文献３では、位置推定手段で取得した経路情報や軌間を基に探索範囲を決定して抽出した点群と、レールテンプレートの点群と、をマッチングさせることにより、レール位置を確定させるほか、複数種類のテンプレートから適切なテンプレート選択することにより、正しくマッチングしてレール位置を確定させる方法も開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２０－００６７８８号公報

【特許文献2】特開２０２０－１５５０４７号公報

【特許文献3】特開２０１６－２１２０３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１のカメラ画像によるレール検出では、夜間の性能低下が不可避である。また、特許文献２のレーザーレーダで形成される測距センサは、地上高が軌道と変わりない地上子のようなものを含める３つ以上の物体が検出された場合、軌道を正確に識別することは難しい。

【0008】

特許文献３の方法において、三次元レーザーレーダを用いても、自己位置が不定、又は不正確である場合、レール検出に失敗する可能性がある。また、レールの表面は鏡面反射率が高いため、レール頭頂面に照射されたレーザーが鏡面反射してセンサに戻って来ず、レール頭頂面の点群が抜け落ちるため、正しいマッチングが困難になる。また、形状が不完全なテンプレートを選択してマッチングしても、レール以外の物体にマッチすれば、レール位置の確定が困難である。

【0009】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、センサで取得した軌道に対応する点群が不完全である場合でも、安定して軌道を認識することのできる前方監視システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決する本発明は、移動体を案内する軌道を捉えるセンサと、そのセンサ出力を処理するコンピュータと、を備えた前方監視システムであって、センサ出力から敷設面点群を除去する敷設面点群除去部と、除去した残りに含まれる情報である物体の断面形状に対し、コンピュータがメモリに記憶された軌道断面と比較することにより第１軌道候補物体を抽出する第１絞り込み部と、第１軌道候補物体の幅と軌道断面の幅を比較することにより第２軌道候補物体を検出する第２絞り込み部と、第２軌道候補物体を含む軌道物体を補完することにより軌道を認識する軌道曲線補完部と、を有し、センサ出力は、軌道に対応する点群と、軌道の敷設面に対応する点群と、を含んでおり、敷設面点群除去部は、センサ出力から物体の情報を抽出し、軌道曲線補完部は、抽出された物体の情報に基づいて、敷設面から突出した物体を軌道と認識し、認識された軌道の近辺に走行障害物が有るか無いかの判定を支援する情報を出力する。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、センサで取得した軌道に対応する点群が不完全である場合でも、安定して軌道を認識することのできる前方監視システムを提供できる。これによれば、障害物判定における誤判定や未判定を低減するために、高精度のレール検出情報を出力し、車両運行の安全性を高めるための支援ができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施例１に係る前方監視システム（以下、「本システム」ともいう）による代表的な障害探知例を示す斜視図である。

【図2】実施例１の本システムの処理手順等を示すフローチャートである。

【図3】本システムに適用する座標系の説明図である。

【図4】実施例１の本システムで軌道中心推定を説明するための平面図である。

【図5】実施例１の本システムで物体抽出方法を説明するための正面断面図である。

【図6】実施例１の本システムでレール断面寸法による絞り込み処理を説明するための正面断面図である。

【図7】実施例１の本システムでレール間寸法による絞り込み処理を説明するための正面断面図である。

【図8】本発明の実施例２に係る本システム（実施例１以外も「本システム」という）の処理手順等を示すフローチャートである。

【図9】実施例２の本システムで軌道予測線による絞り込み処理を説明するための平面図である。

【図10】実施例２の本システムで曲線及び分岐に対応した軌道予測線による絞り込み処理を説明するための平面図である。

【図11】実施例３の本システムでレール断面寸法による絞り込み処理を説明するための正面断面図である。

【図12】実施例４の本システムで軌道予測線による絞り込み処理を説明するための平面図である。

【図13】実施例５の本システムで物体抽出方法を説明するための正面断面図である。

【図14】実施例６の本システムで物体抽出方法を説明するための正面断面図である。

【図15】実施例７の本システムで分岐判定方法を説明するための平面図である。

【図16】実施例８の本システムでセンサ設置方法を説明するための平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施例１～実施例８について図面を参照して説明する。なお、本発明はそれらの実施例に限定されない。以下、２本のレールで基本構成された軌道を代表例とし、本システムによる安定したレール（軌道）検出について説明する。本システムは、この代表例とは異なる軌道形態の新交通システムやモノレールにも適用できる。なお、本システムは、鉄道の駅間を運転する列車のほか、駅構内や車両基地内を移動する車両にも適用され、これら適用対象の全てをここでは車両という。

【実施例0014】

図１は、本システム１０による代表的な障害探知例を示す斜視図である。本システム１０は、図１の障害探知例に示すような軌道４０に案内されて走行する移動体（以下、「車両」ともいう）２０の安全運行を支援するものである。本システム１０は、前方監視センサ１０１、物体検出部１０３、レール検出部１０４、障害物判定部１０５より構成され、これらを車上装置としいて車両２０に搭載して構成されるが、センサ１０１以外は不図示の地上設備としても良い。

【0015】

本システム１０の各機能部は、コンピュータがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより形成される処理機能であり、視覚的に識別されるものでないため不図示のものも有る。そのため「～部」は、説明の便宜上の呼称であり、それに代えた「～処理」といった呼称でも実質同様の意味に解釈される。コンピュータは、１チップマイコンで足りるが、パーソナルコンピュータ等でも構わない。また、通信機能を利用して運行管理部、その他の地上設備に具備されたコンピュータの一部を兼用しても構わない。

【0016】

本システム１０は、前方監視センサ１０１が取得したデータをコンピュータで処理して障害物判定する。すなわち、本システム１０、及びそれを用いた前方監視方法（以下、「本方法」ともいう）は、前方監視センサ１０１にレーザーレーダを採用し、それによって取得した点群の中から地面より突出した点群を抽出してまとめた物体単位に対し、レール４０の外形特徴（以下、「寸法特性」ともいう）に当て嵌まる物体をレール４０だと推定する。

【0017】

物体検出部１０３は、車両前方の物体位置を推定し、レール検出部１０４は車両前方のレール４０の位置を推定する。つぎに障害物判定部１０５は、レール位置推定結果に基づいて車両走行領域５０を推定し、物体位置推定結果が車両走行領域５０内か否かを判定する。

【0018】

前方監視センサ（以下、「センサ」又は「レーザーレーダ」ともいう）１０１は、車両２０に設置されて、前方の点群情報を取得する。物体検出部１０３は、センサ１０１のセンサ出力に基づいて、車両２０の前方の物体位置を推定する。物体検出部１０３は、センサ１０１と、それとは異なる性質の第２前方監視センサ１０２と、少なくとも何れかのデータを用いて物体を検出しても良い。

【0019】

第２前方監視センサ１０２は、センサ１０１と同様の目的で、冗長性を持たせるために、性質の異なるセンサ１０２として、例えば、カメラやミリ波レーダ等が挙げられる。レール検出部１０４は、センサ１０１の点群情報を入力とし、車両前方のレール４０を検出する機能を有する。

【0020】

障害物判定部１０５は、物体検出部１０３とレール検出部１０４の結果に基づいて、検出した物体が障害物であるか否かを判定する機能を有する。より具体的には、物体の位置が図１の物体３０１のように、車両走行領域５０の範囲内であれば、車両走行の支障になるため、障害物判定部１０５が障害物であると判定する。逆に、図１の物体３０２のように、車両走行領域５０の範囲外であれば、車両走行の支障とならないため、障害物判定部１０５が障害物ではないと判定する。

【0021】

車両走行領域５０とは、車両２０が今後走行する二次元又は三次元の領域である。車両走行領域５０に存在する物体３０１は、車両２０との衝突リスクがあるとみなし、障害物と判定する。車両走行領域５０の算出方法の一例として、レール検出結果を用いて２本のレール４０の中間線を軌道軸５０１として求め、その軌道軸５０１から距離５０２だけ離れた領域までを車両走行領域５０とする方法がある。距離５０２は、例えば、建築限界や車両限界等の法定基準に基づいて計算すると良い。

【0022】

つぎに、本システム１０の動作を説明する。図２は、図１の本システム１０の処理手順等を示すフローチャートであり、点群データＤ１０１と、点群座標データ取得処理Ｓ１０１と、軌道中心点推定処理Ｓ１０２と、区間内点群抽出処理Ｓ１０３と、地面点群除去処理を伴う物体抽出処理Ｓ１０４と、レール断面寸法による絞込み処理Ｓ１０５（第１絞り込み）と、レール間寸法による絞込み処理Ｓ１０６（第２絞り込み）と、所定点群処理完了したか否か？の判断Ｓ１０７と、レール曲線補完処理Ｓ１０８と、レール推定曲線Ｄ１０２と、を示している。

【0023】

以下、これらの各処理はＳ符号のみで示す。この図２において、特にＳ１０１～Ｓ１０８は、レール検出部１０４の動作を明示している。なお、Ｓ１０７がＹｅｓならＳ１０８へ進み、ＮｏならＳ１０２へ戻る。レール検出部１０４は、まずＳ１０１により、センサ１０１から入力される点群データＤ１０１を取得し、図３で定義する車両固定三次元ｘｙｚ座標系Σ０（以下、「座標系Σ０」と略す）に変換する。

【0024】

図３は、本システム１０に適用する座標系Σ０の定義についての説明図である。座標系Σ０は、レール４０に沿った方向のｘ軸と、枕木方向のｙ軸と、天頂方向のｚ軸と、を有する右手座標系である。さらに原点Ｏは、ｘ原点を車両前面位置とし、ｙ原点を車両前面のｙ方向中点とし、ｚ原点を車両台枠（不図示）のｚ方向最下面位置と規定する。

【0025】

本システム１０は、以降の処理Ｓ１０２～Ｓ１０６において、推定軌道中心に基づいて検査区間を定義し、検査区間内の点群を用いてレール４０を検出し、レール検出結果を用いて、つぎの検査区間の軌道中心点を推定する、という動作を車両近傍から遠方まで繰り返すことにより、その範囲にあるレール４０を全て検出する。検査区間とは、推定軌道中心点を起点として一定距離範囲の領域であり、レール４０、又はｘ軸に沿って、概ね等間隔に定義される。

【0026】

図４は、実施例１の本システム１０による軌道中心点推定処理Ｓ１０２を説明するための平面図である。Ｓ１０２における推定軌道中心及び検査区間の算出方法は、図４（Ｇ２０）に示すように、車両２０に対して最近傍の場合と、そうでない場合図４（Ｇ２１）とで異なる。

【0027】

まず、車両最近傍の場合（Ｇ２０）、座標系Σ０におけるｙ原点は、２本のレール４０の間であることが多い。さらに、車両２０に対するレール４０のｚ方向位置の変動要因は、空気ばね等の懸架装置による車両２０の上下動程度である。そのため、車両２０とレール４０のｚ方向の相対位置は、概ね一定と見なせる。

【0028】

したがって、本システム１０は、推定軌道中心のｙ座標をｙ＝０とし、ｚ座標については、車両２０の静止時におけるレール頭頂面のｚ位置とし、ｘ位置をｘ＝０とすることにより、Ａ０を起点とした一定範囲を定義する。本システム１０は、このような座標の定義において、左右レール４０を含む点群の座標を取得（以下、単に「取得」という）することができる。

【0029】

車両最近傍の場合における検査区間の定義については、図４（Ｇ２０）のように、Ａ０を起点とし、ｙの正負方向に距離Ｄｙ０だけ離れた位置までと、ｘの正方向に距離Ｄｘ０だけ離れた位置までと、を含む領域とすればよい。

【0030】

つぎに図４（Ｇ２１）を用い、最近傍より奥の位置における推定軌道中心Ａｉの算出方法を説明する。推定軌道中心Ａｉは、図４（Ｇ２１）のように、左右レール検出結果Ｇ２１１の中点とする。この推定軌道中心Ａｉは、検査区間Ｄｉより車両２０に近く、検査区間Ｄｉに対して１つ手前の検査区間Ｄｉ－１における左右レール検出結果Ｇ２１１の中点である。

【0031】

左右レール検出結果Ｇ２１１は、検査区間Ｄｉ－１における左右レール検出結果の代表点の組で良い。あるいは、左右レール検出結果の代表点に対応する点群における、左レール４０の最遠方点と、右レール４０の最遠方点と、の組を左右レール検出結果Ｇ２１１としても良い。

【0032】

検査区間Ｄｉの算出方法については、図４（Ｇ２１）のように、検査区間Ｄｉに対応する座標系Σｉを定義し、推定軌道中心Ａｉを起点とし、その起点Ａｉからｙｉの正負方向に距離Ｄｙｉと、ｘｉの正方向に距離Ｄｘｉと、それぞれの距離までを含む領域とすればよい。

【0033】

座標系Σｉの向きについては、座標系Σ０と各軸が平行であっても良い。あるいは、座標系Σ０に対して回転させても良い。回転させる場合、検査区間Ｄ０，Ｄ１，…，Ｄｉ－１（図１６参照）におけるレール検出結果に基づいて、軌道軸予測線ｙｉ＝ｃｉの原点Ａｉを作成する。その原点Ａｉにおいて検出された曲線レールとの接線方向がｘｉ軸となる。

【0034】

このように回転させた座標系のｙｉ軸は、レール４０がカーブしている場合、座標系Σ０のｙ軸よりもレール４０の枕木方向と平行に近い。軌間は枕木方向のレール間距離と概ね等しいことから、後段の処理で行う軌間を用いたレール候補絞り込み処理を行う場合、複数レール候補のｙ方向距離よりも、前段で絞り込まれたレール候補のｙｉ方向距離を用いる方がより正確であることが見込まれる。以上がＳ１０２の動作である。

【0035】

つぎに、Ｓ１０３により、Ｓ１０２で算出された検査区間に存在する点群を、レール４０を含む区間内点群として抽出する。さらに、Ｓ１０４により、区間内点群の中で地面に相当する点群を除去し、地面より突出した複数物体Ｃｏｉ（図５）を検出する。

【0036】

図５は、実施例１の本システム１０で物体抽出方法を説明するための正面断面図であり、図２のＳ１０４における地面点群の除去方法、及び地面より突出した複数物体Ｃｏｉを検出する方法を説明するための図である。図５に示すように、まずＳ１０４では、Σｉ座標系のｙｉ軸と、ｚｉ軸と、よりなる二次元平面に、●及び〇で示す区間内点群を投影する。つぎにＳ１０４では、地面に相当する〇を繋いだ直線又は曲線ｌｇｉを識別する。

【0037】

本システム１０は、図５において、さらに直線又は曲線ｌｇｉとのｚｉ方向距離が閾値Δｚｇ以下の点群と、直線又は曲線ｌｇｉよりもｚｉ座標が小さい点群とを、区間内点群から除去する。これにより、本システム１０は、地面に相当する〇で示した点群を除去し、地面より突出している●で示した点群Ｃｐｉを抽出することができる。

【0038】

本システム１０は、直線又は曲線ｌｇｉについて、例えば、地面より突出している点群と比べて、地面に相当する点群の点数の方が多い傾向にあることに着目し、地面より突出している点群Ｃｐｉを外れ値として除去する曲線算出方法を用いても曲線ｌｇｉ等を検出しても良い。あるいは、既知の点数の延長線上にある単回帰直線として、直線又は曲線ｌｇｉを検出しても良い。

【0039】

つぎに、地面より突出した複数物体Ｃｏｉの算出方法を説明する。本システム１０は、地面より突出した複数物体Ｃｏｉについて、地面より突出している点群Ｃｐｉを点間距離でグルーピングし、複数物体単位にまとめることによって求める。例えば、点群Ｃｐｉの点間距離が所定の閾値Ｄ以下の点は、同一物体を構成するとみなすことにより、グルーピングを行う方法がある。以上がＳ１０４の動作である。

【0040】

つぎに、本システム１０の第１絞り込み処理（Ｓ１０５，Ｓ１０６）のうち、図６に示すＳ１０５を説明する。図６は、レール断面寸法による絞り込み処理（Ｓ１０５）を説明するための正面断面図である。Ｓ１０５では、複数物体Ｃｏｉの中からレール断面の寸法特性を有する物体を抽出し、第１レール候補物体Ｃｏ１ｉを取得する。

【0041】

図２、図８（Ｓ１０５）及び図６に示すように、本システム１０は、レール断面の寸法特性を模擬した第１不完全テンプレートＴ１（図６）を用いて、第１絞り込み処理（Ｓ１０５）を行う。すなわち、本システム１０は、複数物体Ｃｏｉの中で、第１不完全テンプレートＴ１の範囲に収まる物体は、レール断面の寸法特性を有するとみなし、第１レール候補物体Ｃｏ１ｉを抽出する。

【0042】

第１不完全テンプレートＴ１は、レール断面の寸法に基づいて作成される図形であり、例えば、レール断面の縦横最大寸法にマージンを加算した長方形である。また、第１不完全テンプレートＴ１の下辺の中点は、地面に相当する直線又は曲線ｌｇｉ上に位置づけられた設定とする。その設定であれば、本システム１０は、レール断面と同様の寸法を有する第１レール候補物体Ｃｏ１ｉを抽出する。このとき、本システム１０は、第１不完全テンプレートＴ１を用いてセンサ出力を処理する。第１不完全テンプレートＴ１は、地面から浮いている点群の中からノイズを除去する効果がある。

【0043】

また、本システム１０は、レール断面の輪郭を完成させるには欠損のあるレール点群であっても、第１不完全テンプレートＴ１の範囲内とみなすように認識できる。よって、本システム１０によれば、特許文献３で課題となっていた頭頂面レール部分が欠けている点群についても、レール候補として残すことにより、レール４０として安定した認識ができる。以上がＳ１０５の動作である。つぎに、第１レール候補物体Ｃｏ１ｉ間の距離と軌間を比較することにより、レール間寸法による絞り込み処理（Ｓ１０６）を行い、第２レール候補物体Ｃｏ２ｉ（図９）を抽出する。

【0044】

図７は、実施例１の本システム１０により、レール４０の軌間寸法による絞り込み処理（図２及び図８のＳ１０６であり、本発明でいう第２絞り込みに相当）を説明するための正面断面図である。本システム１は、複数の第１レール候補物体Ｃｏ１ｉ相互の実測距離が、既知の軌間にマッチするか否かを比較する。まず、軌間は左レール４０内側と、右レール４０内側と、の距離であることから、第１レール候補物体Ｃｏ１ｉにおける、レール４０内側と考えられる位置を算出する必要がある。

【0045】

そこで、本システム１０は、図７のように、推定軌道中心Ａｉを通り、ｚｉ軸に平行な軌道中心線ｙｉ＝Ｃｉを作成し、その軌道中心線ｙｉ＝Ｃｉに対し、ｙｉ座標が大きい物体を左レール物体、ｙｉ座標が小さい物体を右レール物体とみなし。すなわち、本システム１０は、ｙｉ座標が全てＣｉより大きい第１レール候補物体Ｃｏ１ｉを左レール４０と推定される物体Ｃｏ１ｉ（ｌ）とし、ｙｉ座標が全てＣｉより小さい第１レール候補物体Ｃｏ１ｉを右レール４０と推定される物体Ｃｏ１ｉ（ｒ）とする。

【0046】

なお、本システム１０は、物体Ｃｏ１ｉの中で、ｙｉ座標がＣｉを跨るものについて、レール４０であるはずがないと判断して除外する。つぎに、本システム１０は、左レール４０と推定される物体Ｃｏ１ｉ（ｌ）のｙｉ方向最小値を物体Ｃｏ１ｉ（ｌ）Ａの代表点とし、右レール４０と推定される物体Ｃｏ１ｉ（ｒ）のｙｉ方向最大値を物体Ｃｏ１ｉ（ｒ）の代表点とすることにより、左右レール４０の内側の点候補を求めることができる。

【0047】

最後に、本システム１０は、全ての物体Ｃｏ１ｉ（ｌ）と物体Ｃｏ１ｉ（ｒ）の組に対し、代表点の距離が軌間に基づいて作成した距離範囲内である組を抽出し、第２レール候補物体Ｃｏ２ｉ（図９）とする。第２レール候補物体Ｃｏ２ｉは、右レール物体Ｃｏ１２ｉ（ｒ）と左レール物体Ｃｏ１２ｉ（ｌ）との一対をなす。

【0048】

ここで、図７を用いて、右レール物体Ｃｏ１２ｉ（ｒ）と、左レール物体Ｃｏ１２ｉ（ｌ）の抽出方法を説明する。図７の例示において、左レール物体は、Ｃｏ１ｉ（ｌ）Ａと、Ｃｏ１ｉ（ｌ）Ｂと、の２つであり、右レール物体はＣｏ１ｉ（ｒ）で１つである。

【0049】

左側の物体Ｃｏ１ｉ（ｌ）Ａの代表点Ｃｒ１ｉ（ｌ）Ａと、右側の物体Ｃｏ１ｉ（ｒ）の代表点Ｃｒ１ｉ（ｒ）と、の距離は軌間に等しいとの認定範囲内である。また、中間よりも左寄りの物体Ｃｏ１ｉ（ｌ）Ｂの代表点Ｃｒ１ｉ（ｌ）Ｂと、物体Ｃｏ１ｉ（ｒ）の代表点Ｃｒ１ｉ（ｒ）と、の距離は近過ぎて認定範囲外である。この図７で例示したような場合、本システム１０は、物体Ｃｏ１ｉ（ｌ）Ａを左レール物体Ｃｏ１２ｉ（ｌ）、物体Ｃｏ１ｉ（ｒ）を右レール物体Ｃｏ１２ｉ（ｒ）と認定する。

【0050】

本システム１０は、軌間による第２絞り込み処理を行うことにより、第１絞り込み処理によって抽出された第１レール候補物体Ｃｏ１ｉの中で、レール断面と同様の縦横寸法や地面からの高さを有し、かつレール４０ではない物体をさらに除去することができるため、レール検出の成功率が向上し、より安定したレール検出が可能となる。以上がＳ１０６の動作である。

【0051】

つぎにＳ１０７により、処理対象の点群に対して処理が完了しているかを判定し、処理が完了していない場合はＳ１０２に戻り、つぎの検査区間Ｄｉ＋１に対しても第２レール候補物体Ｃｏ２ｉ＋１（ｒ）を算出する。処理が完了した場合はＳ１０８に移行し、Ｓ１０８においてレール検出結果を算出する。Ｓ１０８では、各検査区間Ｄ０，Ｄ１，…，Ｄｎ（図１６参照）において算出した全ての第２レール候補物体Ｃｏ２ｉ，Ｃｏ１２０，Ｃｏ１２１…，Ｃｏ１２ｎを補完することにより結び、レール検出結果を出力する。

【0052】

第２レール候補物体Ｃｏ２ｉ（図９）の補完は、左右レール４０それぞれに対して行う。すなわち、本システム１０は、各検査区間Ｄ０、Ｄ１，…，Ｄｎにおける全ての右レール物体Ｃｏ２０（ｒ），Ｃｏ２１（ｒ），…，Ｃｏ２ｎ（ｒ）を用いて補完曲線を求めることにより、右レール曲線を抽出する。

【0053】

同様に、本システム１０は、各検査区間における全ての左レール物体Ｃｏ２０（ｌ），Ｃｏ２１（ｌ），…，Ｃｏ２ｎ（ｌ）を用いて補完曲線を求めることにより、左レール曲線を抽出する。右レール曲線と左レール曲線を統合し、レール検出結果であるレール推定曲線Ｄ１０２（図２）として出力する。

【実施例0054】

実施例２では、実施例１の構成に対して軌道予測線による絞り込み部を追加して高性能化したレール検出方法について、図８～図１０を用いて説明する。図８の本システム１０は、レール検出性能のノイズ耐性を向上し、かつ、分岐における左右レールペアの検出もできる。

【0055】

図８は本システム１０で軌道予測線による絞り込み処理、特にレール検出部１０４の動作を示すフローチャートである。実施例２（図８）では、実施例１（図２）のＳ１０６とＳ１０７との間に、軌道予測線による絞り込み処理Ｓ１０９（本発明でいう第３絞り込み）が追加されている。このＳ１０９では、レール間寸法による絞り込み部が出力した第２レール候補物体Ｃｏ２ｉを、軌道予測線を用いて、さらなる絞り込み処理と分岐の判定を行い、第３レール候補物体Ｃｏ３ｉを出力する。

【0056】

軌道予測線とは、現在の検査区間Ｄｉより前の検査区間Ｄ０，Ｄ１，…，Ｄｉ－１のレール検出結果を用いて算出される、検査区間Ｄｉにおけるレール４０の推定位置を表す直線又は曲線である。

【0057】

図９は、実施例２の本システム１０で軌道予測線による絞り込み処理Ｓ１０９を説明するための平面図である。図９において、軌道予測線の作成方法、及び軌道予測線による第２レール候補物体Ｃｏ２ｉの絞り込み処理Ｓ１０９を例示する。まず、軌道予測線の算出方法はつぎのとおりである。

【0058】

すなわち、本システム１０は、現在の検査区間Ｄｉより前の区間Ｄ０，Ｄ１，…，Ｄｉ－１において算出された第３レール候補物体Ｃｏ３０，Ｃｏ３１，…，Ｃｏ３ｉ－１に含まれる左レール物体Ｃｏ３０（ｌ），Ｃｏ３１（ｌ），…，Ｃｏ３ｉ－１（ｌ）を補完する。

【0059】

また、本システム１０は、左レール４０の補完線Ｓｐｌ（ｌ）の外挿線Ｓｐｌｅ（ｌ）算出する。また、本システム１０は、右レール物体Ｃｏ３０（ｒ），Ｃｏ３１（ｒ），…，Ｃｏ３ｉ－１（ｒ）を補完することにより算出された右レール４０の補完線Ｓｐｌ（ｒ）の外挿線Ｓｐｌｅ（ｒ）を、軌道予測線として作成する。

【0060】

実施例２の本システム１０は、軌道予測線算出のために、現在の検査区間Ｄｉの前後の区間Ｄ０，Ｄ１，…，Ｄｉ－１の第３レール候補物体も使用しているが、検査区間Ｄｉより手前Ｌ点（不図示）の区間Ｄｉ－Ｌ，…，Ｄｉ－１のみを用いてもよい。

【0061】

つぎに、第２レール候補物体Ｃｏ２ｉの絞り込み処理を説明する。検査区間Ｄｉにおいて、外挿線Ｓｐｌｅ（ｌ），Ｓｐｌｅ（ｒ）との距離が閾値Δｙｒ以内である第２レール候補物体Ｃｏ２ｉを、第３レール候補物体Ｃｏ３ｉとして抽出する。この時、実施例２のように、抽出された物体の個数が左レール物体Ｃｏ３ｉ（ｌ）で１個、右レール物体Ｃｏ３ｉ（ｒ）で１個の場合は分岐が発生していないと判定する。

【0062】

図１０は、実施例２の本システム１０で曲線及び分岐に対応した軌道予測線による絞り込み処理を説明するための平面図である。一方、図１０のように抽出された物体の個数が左レール物体Ｃｏ３ｉ（ｌ）で２個（Ｇ３１）、右レール物体Ｃｏ３ｉ（ｒ）で２個（Ｇ３２）の場合、本システム１０は、分岐が発生していると判定する。また、本システム１０は、第３レール候補物体Ｃｏ３ｉにおいて、左レールペアＰ３ｉ（ｐ＝ｌ）と右レールペアＰ３ｉ（ｐ＝ｒ）で区別する。

【0063】

実施例２では、検査区間Ｄｉにおいて、第３レール候補物体Ｃｏ３ｉのうち、左レールペアＰ３ｉ（ｐ＝ｌ）に属する左レール物体をＣｏ３ｉ（ｌ，ｐ＝ｌ）と呼び、右レール物体をＣｏ３ｉ（ｒ，ｐ＝ｌ）呼ぶ。また、検査区間Ｄｉにおいて、右レールペアＰ３ｉ（ｐ＝ｒ）に属する左レール物体をＣｏ３ｉ（ｌ，ｐ＝ｒ）と呼び、右レール物体をＣｏ３ｉ（ｒ，ｐ＝ｒ）と呼ぶ。さらに、分岐が発生していない区間においては、ｐ＝ｒ，ｐ＝ｌの表記を省略し、左レール物体をＣｏ３ｉ（ｌ）、右レール物体をＣｏ３ｉ（ｒ）と呼ぶ。

【0064】

検査区間Ｄｉで分岐判定が行われた場合、つぎの検査区間Ｄｉ＋１は左レールペアを推定するための検査区間Ｄｉ＋１（ｐ＝ｌ）と、右レールペアを推定するための検査区間Ｄｉ＋１（ｐ＝ｒ）に分けてレール検出する。具体的には、左レールペアの検査区間Ｄｉ＋１（ｐ＝ｌ）では、Ｓ１０２における軌道中心点は左レールペアの左レール候補物体Ｃｏ３ｉ（ｌ，ｐ＝ｌ）と左レールペアの右レール候補物体Ｃｏ３ｉ（ｒ，ｐ＝ｌ）に基づいて行う。

【0065】

さらに、Ｓ１０９では、検査区間Ｄ０，Ｄ１，…，Ｄｉと、左レールペア検査区間Ｄｉ（ｐ＝ｌ）において検出した第３レール候補物体Ｃｏ３ｉと、を用いて軌道予測線を算出する。右レールペアの検査区間Ｄｉ＋１（ｐ＝ｒ）におけるＳ１０２の軌道中心点は、右レールペアの左レール候補物体Ｃｏ３ｉ（ｌ，ｐ＝ｒ）と、右レールペアの右レール候補物体Ｃｏ３ｉ（ｒ，ｐ＝ｒ）と、に基づいて算出する（Ｓ１０２）。

【0066】

さらに、Ｓ１０９では、検査区間Ｄ０，Ｄ１，…，Ｄｉと、右レールペア検査区間Ｄｉ（ｐ＝ｒ）において検出した第３レール候補物体Ｃｏ３ｉを用い、軌道予測線を算出する。

【0067】

実施例２において、レール曲線補完部は、第２レール候補物体Ｃｏ２０、Ｃｏ２１，…，Ｃｏ２ｉ，Ｃｏ２ｎではない。レール曲線補完部は、各検査区間で算出した第３レール候補物体Ｃｏ３０，Ｃｏ２１，…，Ｃｏ２ｎに対し、左レール４０、右レール４０それぞれに対して曲線補完処理し、レール検出結果としてレール推定曲線を出力する（Ｓ１０７）。

【0068】

Ｓ１０９において、検査区間Ｄｉにおいて分岐が存在すると判定された場合、つぎの第１～第４に示す対象それぞれに対して曲線補完処理し、レール検出結果としてレール推定曲線を出力する。

【0069】

第１の対象は、左レールペアの左レール候補物体Ｃｏ３０（ｌ），Ｃｏ３１（ｌ），…，Ｃｏ３ｂ－１（ｌ），Ｃｏ３ｂ（ｌ，ｐ＝ｌ），…，Ｃｏ３ｎ（ｌ，ｐ＝ｌ）である。

【0070】

第２の対象は、右レール候補物体Ｃｏ３０（ｒ），Ｃｏ３１（ｒ），…，Ｃｏ３ｂ－１（ｒ），Ｃｏ３ｂ（ｒ，ｐ＝ｌ），…Ｃｏ３ｎ（ｒ，ｐ＝ｌ）である。

【0071】

第３の対象は、右レールペアの左レール候補物体Ｃｏ３０（ｌ），Ｃｏ３１（ｌ），…，Ｃｏ３ｂ－１（ｌ），Ｃｏ３ｂ（ｌ，ｐ＝ｒ），…，Ｃｏ３ｎ（ｌ，ｐ＝ｒ）である。

【0072】

第４の対象は、右レール候補物体Ｃｏ３０（ｒ），Ｃｏ３１（ｒ），…，Ｃｏ３ｂ－１（ｒ），Ｃｏ３ｂ（ｒ，ｐ＝ｒ），…，Ｃｏ３ｎ（ｒ，ｐ＝ｒ）である。

【0073】

軌道予測線による絞り込み処理を追加することにより、第２レール候補物体Ｃｏ２ｉに含まれる、軌間と同様の幅を有するレール４０以外の物体ペアを除外することができ、レール検出の成功率をさらに向上させることができ、より安定したレール検出が可能となる。

【0074】

また、レール４０分岐判定処理を追加することによりレール４０の分岐が発生した場合においてもレール検出を行うことができ、安定したレール検出が可能となる。さらに、左レールペアと右レールペアに分けて検出を行っていることから、他の手段によって分岐の開通方向が与えられた場合、開通方向のレール４０のみを検出することも可能である。