特許 7534651 点群データの取得方法及び点群データ取得システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-06

(45)【発行日】2024-08-15

(54)【発明の名称】点群データの取得方法及び点群データ取得システム

(51)【国際特許分類】

   G01C 7/04 20060101AFI20240807BHJP

【ＦＩ】

G01C7/04

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021502246

(86)(22)【出願日】2020-02-25

(86)【国際出願番号】 JP2020007360

(87)【国際公開番号】W WO2020175438

(87)【国際公開日】2020-09-03

【審査請求日】2022-10-05

(31)【優先権主張番号】P 2019034970

(32)【優先日】2019-02-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000116655

【氏名又は名称】愛知製鋼株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129654

【弁理士】

【氏名又は名称】大池 達也

(72)【発明者】

【氏名】山本 道治

(72)【発明者】

【氏名】青山 均

【審査官】眞岩 久恵

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１０－５１０５５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１６９３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２６０１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５６７０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｃ １／００－１／１４

Ｇ０１Ｃ ５／００－１５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両の走行環境を表す３次元地図の元データとなる点群データをデータ収集車両が移動しながら取得する方法であって、
走行環境を構成する地物までの方位及び距離を表す点群データを取得する測距処理と、
車両の走行路に敷設されたマーカを検出し、検出されたマーカに対するデータ収集車両の車幅方向における横ずれ量を計測するマーカ検出処理と、
マーカに付設された情報提供部から固有情報を読み取る固有情報取得処理と、
いずれかのマーカの固有情報及び該いずれかのマーカに対するデータ収集車両の相対位置を表す相対位置情報を含むマーカ基準情報をひも付けて前記測距処理により取得された点群データを記録するデータ記録処理と、を含み、
前記マーカが検出された時のデータ記録処理では、マーカに対するデータ収集車両の車幅方向における偏差である横ずれ量が、前記相対位置情報として含まれるマーカ基準情報をひも付けて点群データが記録される一方、
前記マーカが未検出の時のデータ記録処理では、前回のマーカを検出したときのデータ収集車両の車幅方向における横ずれ量分のベクトルと、前回のマーカを検出したときのデータ収集車両の位置を基準とするデータ収集車両の相対位置を表すベクトルと、の和により特定される相対位置が、前記相対位置情報として含まれるマーカ基準情報をひも付けて点群データが記録される、点群データの取得方法。

【請求項2】

請求項１において、マーカが未検出のとき、前回のマーカを検出したときのデータ収集車両の位置を基準としたデータ収集車両の相対位置を、慣性航法によって推定する点群データの取得方法。

【請求項3】

請求項１または２において、前記固有情報は、マーカの識別情報である点群データの取得方法。

【請求項4】

車両の走行環境を表す３次元地図の元データとなる点群データをデータ収集車両が移動しながら取得する点群データ取得システムであって、
走行環境を構成する地物までの方位及び距離を表す点群データを取得する測距部と、
車両の走行路に敷設されたマーカと、
マーカを検出し、検出されたマーカに対するデータ収集車両の車幅方向における横ずれ量を計測するマーカ検出部と、
前記マーカの固有情報を提供するためにマーカに付設された情報提供部と、
前記マーカの固有情報を読み取る情報読取部と、
いずれかのマーカの固有情報及び該いずれかのマーカに対する相対位置を表す相対位置情報を含むマーカ基準情報をひも付けて前記測距部により取得された点群データを記録するデータ記録部と、を含み、
当該データ記録部は、前記マーカが検出された時は、マーカに対するデータ収集車両の車幅方向における偏差である横ずれ量が、前記相対位置情報として含まれるマーカ基準情報をひも付けて点群データを記録する一方、
前記マーカが未検出の時は、前回のマーカを検出したときのデータ収集車両の車幅方向における横ずれ量分のベクトルと、前回のマーカを検出したときのデータ収集車両の位置を基準とするデータ収集車両の相対位置を表すベクトルと、の和により特定される相対位置が、前記相対位置情報として含まれるマーカ基準情報をひも付けて点群データを記録するように構成されている点群データ取得システム。

【請求項5】

請求項４において、慣性航法によりデータ収集車両の運動を推定する慣性航法ユニットを含み、
当該慣性航法ユニットは、マーカが未検出のとき、前回のマーカが検出されたときのデータ収集車両の位置を基準とする相対位置を推定するように構成されている点群データ取得システム。

【請求項6】

請求項４または５において、前記固有情報は、マーカの識別情報である点群データ取得システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、道路を表す３次元地図の元データとなる点群データを取得するための方法及びシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、車両の運転負担を低減するための運転支援技術が各種提案され、実現されつつある。運転支援技術としては、例えば、自動ブレーキ機能におけるブレーキ制御や車線維持機能における操舵制御など、車両制御の一部を車両側が担う運転支援技術がある。さらに、操舵制御や調速制御などの車両制御のほぼ全てを車両側が実行し、ドライバー側の操作負担をゼロに近づけて自動運転を実現する高度な運転支援技術などの提案もある。

【0003】

高度な運転支援技術の実現には、車両側で前方の道路環境を精度高く把握できていることが必要である。自動運転を実現するため、縁石やガードレールや標識などに関する３次元情報を含む高精度な３次元地図に対する社会的な要請が高まっている。

【0004】

道路環境を表す３次元地図の生成には、道路環境を構成する縁石やガードレールや標識などの地物の各点までの距離や方位の情報を含む点群データが必要となる。そこで、点群データを取得するモービルマッピングシステム（Mobile Mapping System：ＭＭＳ）が提案されている（例えば特許文献１参照。）。このマッピングシステムは、レーザ光の反射時間を利用して対象物までの距離を計測するレーザスキャナや、車両の周辺画像を撮影するカメラなどを利用するシステムである。モービルマッピングシステムを搭載する車両であれば、道路を走行しながら３次元の点群データ及び前方画像の組合せを取得できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１８－１２８３６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

レーザスキャナとカメラとを精度高く位置合わせすれば、前方画像に対して距離情報を精度高く組み合わせることができる一方、点群データ等を取得した際のレーザスキャナやカメラの位置や軸方向が精度高く把握されていない場合、その点群データに基づく３次元地図の精度が低下するおそれがある。

【0007】

本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、高精度な３次元地図の元データになり得る高品質の点群データを取得するための方法及びシステムを提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様は、車両の走行環境を表す３次元地図の元データとなる点群データを移動しながら取得する方法であって、
走行環境を構成する地物までの方位及び距離を表す点群データを取得する測距処理と、
車両の走行路に敷設されたマーカを検出するマーカ検出処理と、
前記点群データを記録するデータ記録処理と、を含み、
該データ記録処理では、いずれかのマーカを基準とした位置的な情報、あるいは該位置的な情報に基づく情報を含むマーカ基準情報をひも付けて前記測距処理により取得された点群データを記録する点群データの取得方法にある。

【0009】

本発明の一態様は、車両の走行環境を表す３次元地図の元データとなる点群データを移動しながら取得する点群データ取得システムであって、
走行環境を構成する地物までの方位及び距離を表す点群データを取得する測距部と、
車両の走行路に敷設されたマーカを検出するマーカ検出部と、
いずれかのマーカを基準とした位置的な情報、あるいは該位置的な情報に基づく情報を含むマーカ基準情報をひも付けて前記測距部により取得された点群データを記録するデータ記録部と、を含む点群データ取得システムにある。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、マーカを基準とした位置的な情報等を含むマーカ基準情報をひも付けた点群データを記録可能である。マーカは、走行路に敷設されているため、その位置が変動するおそれは少ない。マーカ基準情報を利用すれば、点群データが取得された位置を精度高く特定できる。そして、取得された位置が精度高く特定された点群データに基づけば、高精度の３次元地図を作製可能である。

【0011】

本発明において記録される点群データは、マーカ基準情報がひも付けられたものであり、高精度の３次元地図を作製する際に有用である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施例１における、データ収集車両のシステム構成を示す説明図。

【図2】実施例１における、磁気マーカの斜視図。

【図3】実施例１における、ＲＦＩＤタグの正面図。

【図4】実施例１における、データ収集車両の電気的な構成を示すブロック図。

【図5】実施例１における、磁気マーカを通過する際の進行方向の磁気計測値の変化を例示する説明図。

【図6】実施例１における、車幅方向に配列された磁気センサＣｎによる車幅方向の磁気計測値の分布曲線を例示する説明図。

【図7】実施例１における、マーカ基準データ生成処理の流れを示すフロー図。

【図8】実施例１における、点群データ生成処理の流れを示すフロー図。

【図9】実施例１における、データ記録処理の流れを示すフロー図。

【図10】実施例２における、方位推定処理の流れを示すフロー図。

【図11】実施例２における、２つの磁気マーカを通過したときの横ずれ量の差分Ｏfdと、方位ずれ角Ｒｆと、の関係を示す説明図。

【図12】実施例２における、直線路に沿って車両が走行する状況を例示する説明図。

【図13】実施例２における、直線路を車両が斜行する状況を例示する説明図。

【図14】実施例２における、曲線路に沿って車両が走行する状況を例示する説明図。

【図15】実施例２における、曲線路を車両が斜行する状況を例示する説明図。

【図16】実施例３における、２つの磁気マーカに対する横ずれ量の差分Ｏfdと、方位ズレ角Ｒｆと、の関係を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の実施の形態につき、以下の実施例を用いて具体的に説明する。
（実施例１）
本例は、３次元地図の元データとなる点群データを移動しながら取得するモービルマッピングシステム１に関する例である。この内容について、図１～図９を参照して説明する。このモービルマッピングシステム１は、マーカが敷設された道路（走行路の一例）を対象としている。本例では、マーカの一例として、磁気発生源である磁気マーカ１０を採用している。

【0014】

点群データ取得システムの一例であるモービルマッピングシステム１（図１）は、走行環境を構成する地物までの方位及び距離を表す点群データを生成する点群データ生成ユニット３と、道路に敷設された磁気マーカ１０を検出するセンサユニット２（マーカ検出部の一例）と、点群データを記録するデータ記録部１３０（図４）と、を含めて構成されている。特に、モービルマッピングシステム１では、いずれかの磁気マーカ１０を基準とした位置的な情報を含むマーカ基準情報をひも付けた状態の点群データが記録される。

【0015】

まず、本例の磁気マーカ１０について説明する。磁気マーカ１０は、図１及び図２のごとく、道路（走行路）１１の路面１１Ｓに敷設されるマーカである。磁気マーカ１０は、左右のレーンマークで区分された車線の中央に沿って例えば１０ｍ間隔で配置されている。磁気マーカ１０は、直径２０ｍｍ、高さ２８ｍｍの柱状をなし、路面１１Ｓに設けた孔に収容された状態で敷設される。

【0016】

磁気マーカ１０では、図２及び図３のごとく、無線により情報を出力する無線タグであるＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグ１５が、上向きの端面に取り付けられている。情報提供部の一例であるＲＦＩＤタグ１５は、無線による外部給電により動作し、磁気マーカ１０の固有情報の一例であるタグＩＤ（識別情報）を送信する。

【0017】

なお、本例の磁気マーカ１０が採用する磁石は、酸化鉄の磁粉を高分子材料中に分散させた磁石である。この磁石は、導電性が低く無線給電時に渦電流等が生じ難い。それ故、磁気マーカ１０に付設されたＲＦＩＤタグ１５は、無線伝送された電力を効率良く受電できる。

【0018】

情報提供部の一例をなすＲＦＩＤタグ１５は、例えばＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）フィルムから切り出したタグシート１５０（図３）の表面にＩＣチップ１５７が実装された電子部品である。タグシート１５０の表面には、ループコイル１５１及びアンテナ１５３の印刷パターンが設けられている。ループコイル１５１は、外部からの電磁誘導によって励磁電流が発生する受電コイルである。アンテナ１５３は、位置データ等を無線送信するための送信アンテナである。

【0019】

次に、データ収集車両５（図１）は、作業者の運転によって道路１１を走行しながら点群データを記録するモービルマッピングシステム１を構成している。データ収集車両５は、制御ユニット１３、点群データ生成ユニット３、マーカ検出部の一例であるセンサユニット２、情報読取部の一例であるタグリーダ３４、などを備えている。

【0020】

センサユニット２は、図１及び図４のごとく、センサアレイ２１とＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）２２とが一体化されたユニットである。センサユニット２は、例えば車幅方向に長い棒状を呈している。このセンサユニット２は、例えばフロントバンパーの内側において、路面１１Ｓと対面する状態で取り付けられる。本例のデータ収集車両５の場合、路面１１Ｓを基準としたセンサユニット２の取付け高さが２００ｍｍとなっている。

【0021】

センサアレイ２１は、車幅方向に沿って一直線上に配列された１５個の磁気センサＣｎ（ｎは１～１５の整数）と、図示しないＣＰＵ等を内蔵した検出処理回路２１２と、を備えている（図４参照。）。なお、センサアレイ２１では、１５個の磁気センサＣｎが１０ｃｍの等間隔で配置されている。

【0022】

磁気センサＣｎは、アモルファスワイヤなどの感磁体のインピーダンスが外部磁界に応じて敏感に変化するという公知のＭＩ効果（Magnet Impedance Effect）を利用して磁気を検出するセンサである。磁気センサＣｎでは、アモルファスワイヤなどの図示しない感磁体が直交する２軸方向に沿って配置されている。これにより磁気センサＣｎは、直交する２軸方向に作用する磁気の検出が可能である。本例では、進行方向及び車幅方向の磁気成分を検出できるように磁気センサＣｎがセンサアレイ２１に組み込まれている。

【0023】

センサアレイ２１の検出処理回路２１２は、磁気マーカ１０を検出するためのマーカ検出処理などを実行する演算回路である。この検出処理回路２１２は、各種の演算を実行するＣＰＵ（central processing unit）、ＲＯＭ（read only memory）やＲＡＭ（random access memory）などのメモリ素子、等を利用して構成されている。

【0024】

検出処理回路２１２は、各磁気センサＣｎが出力するセンサ信号を、例えば３ｋＨｚの頻度で取得してマーカ検出処理を実行する。例えば３ｋＨｚの頻度で磁気センサＣｎによる磁気計測を実施すれば、走行中の点群データの生成・記録に対応できる。検出処理回路２１２は、マーカ検出処理の検出結果を制御ユニット１３に入力する。マーカ検出処理では、磁気マーカ１０の検出に加えて、磁気マーカ１０に対するデータ収集車両５の横ずれ量の計測が行われる。検出処理回路２１２は、例えば、車幅方向に配列された磁気センサＣｎの磁気計測値の分布のうちのピーク値の車幅方向の位置を特定することで横ずれ量（相対位置情報の一例）を計測する。

【0025】

センサユニット２に組み込まれたＩＭＵ２２（図４）は、慣性航法によりデータ収集車両５の運動を推定する処理を実行する慣性航法ユニットである。ＩＭＵ２２は、方位を計測する電子コンパスである２軸磁気センサ２２１と、加速度を計測する２軸加速度センサ２２２と、角速度を計測する２軸ジャイロセンサ２２３と、を備えている。ＩＭＵ２２は、加速度、角速度、方位などの計測値を利用して運動（移動）を推定し、データ収集車両５が過去に所在した特定の位置を起点（基準）とした移動後（運動後）の相対位置を推定する。

【0026】

ＩＭＵ２２は、加速度の二階積分により時々刻々の変位量を演算すると共に、角速度の積分である方位の変化量や計測方位等を利用してデータ収集車両５の時々刻々の方位を精度高く算出する。そしてＩＭＵ２２は、データ収集車両５の方位に沿って変位量を積算することで基準位置に対する相対位置を演算する。ＩＭＵ２２が推定する相対位置を利用すれば、隣り合う磁気マーカ１０の中間にデータ収集車両５が位置するときにも自車位置の推定が可能になる。

【0027】

タグリーダ３４（図４）は、磁気マーカ１０に付設されたＲＦＩＤタグ１５と無線で通信する通信ユニットである。センサユニット２が車体の前部に配置されている一方、タグリーダ３４は車体の後部に配置されている（図１）。このようなセンサユニット２及びタグリーダ３４の位置関係を利用すれば、センサユニット２により検出された磁気マーカ１０がタグリーダ３４に接近するタイミングを予測可能である。タグリーダ３４は、そのタイミングを予測してＲＦＩＤタグ１５の動作に必要な電力を無線で送電し、ＲＦＩＤタグ１５が送信するタグＩＤを受信する。

【0028】

点群データ生成ユニット３は、距離画像を取得する測距部３１と、前方画像を撮像するカメラ３３と、を含むユニットである。
測距部３１は、レーザ光を発光する光源、反射光を受光する受光部、発光から受光までの経過時間（反射時間）を計測する時間計測部、反射時間から距離を算出する距離算出部、を備えている。さらに、測距部３１は、レーザ光の発光方向を縦方向、横方向に走査させる光学機構部を備えている。光学機構部は、例えばレーザ光を反射して前方に投射するポリゴンミラー（多面鏡）を高速回転させることで、レーザ光の発光方向を物理的に変更する。この光学機構部を備える測距部３１は、前方の２次元的な測距エリア内の各点に距離データがひも付けられた距離画像を取得する（測距処理）。なお、測距部３１の中心軸、すなわち距離画像の中心を貫く軸はデータ収集車両５の前後方向に一致している。

【0029】

測距部３１によれば、路肩や、ガードレールや、標識や、信号など、走行環境を構成する地物の各点までの距離を特定できる。さらに、距離画像における座標位置は、方位を表している。つまり、点群データ生成ユニット３が取得する距離画像が、走行環境を構成する地物までの方位及び距離を表す点群データとなっている。

【0030】

カメラ３３は、前方画像を撮像して２次元的な画像データを取得するためのユニットである。カメラ３３は、データ収集車両５の前後方向の方位に対して光軸（中心軸）が一致するように設置されている。なお、データ収集車両５では、測距部３１の測距エリアと、カメラ３３による撮像エリアと、が一致するように、レーザ光の走査範囲（測距部３１）、及びカメラ３３の画角などが調整されている。

【0031】

制御ユニット１３（図４）は、センサユニット２、タグリーダ３４、点群データ生成ユニット３を制御する機能に加えて、点群データを記録するデータ記録部１３０としての機能を備えるユニットである。制御ユニット１３は、各種の演算を実行するＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリ素子、等が実装された電子基板（図示略）を備えている。制御ユニット１３には、ハードディスクドライブなどの記憶デバイスが接続されている。記憶デバイスの記憶領域には、点群データベース（点群ＤＢ）１３３が設けられている。点群データは、この点群ＤＢ１３３に記録される。

【0032】

次に、本例のモービルマッピングシステム１の動作の流れについて説明する。以下、（１）マーカ検出処理、（２）マーカ基準データ生成処理、（３）点群データ生成処理、（４）データ記録処理、の流れについて順番に説明する。

【0033】

（１）マーカ検出処理
データ収集車両５が道路１１を走行している間、センサユニット２（センサアレイ２１）が、磁気マーカ１０を検出するためのマーカ検出処理を繰り返し実行する。
上記のごとく、磁気センサＣｎは、データ収集車両５の進行方向及び車幅方向の磁気成分を計測可能である。例えばこの磁気センサＣｎが、進行方向に移動して磁気マーカ１０の真上を通過するとき、進行方向の磁気計測値は、図５のごとく磁気マーカ１０の前後で正負が反転すると共に、磁気マーカ１０の真上の位置でゼロを交差するように変化する。したがって、データ収集車両５の走行中では、いずれかの磁気センサＣｎが検出する進行方向の磁気について、その正負が反転するゼロクロスＺｃが生じたとき、センサユニット２が磁気マーカ１０の真上に位置すると判断できる。検出処理回路２１２（図４）は、このようにセンサユニット２が磁気マーカ１０の真上に位置し進行方向の磁気計測値のゼロクロスＺｃが生じたとき、磁気マーカ１０を検出したと判断する。

【0034】

また、例えば、磁気センサＣｎと同じ仕様の磁気センサについて、磁気マーカ１０の真上を通過する車幅方向の仮想線に沿う移動を想定すると、車幅方向の磁気計測値は、磁気マーカ１０を挟んだ両側で正負が反転すると共に、磁気マーカ１０の真上の位置でゼロを交差するように変化する。１５個の磁気センサＣｎを車幅方向に配列したセンサユニット２の場合には、図６の例の通り、磁気マーカ１０を介してどちらの側にあるかによって磁気センサＣｎが検出する車幅方向の磁気の正負が異なってくる。

【0035】

センサユニット２の各磁気センサＣｎの車幅方向の磁気計測値を例示する図６の分布曲線に基づけば、車幅方向の磁気の正負が反転するゼロクロスＺｃを利用して磁気マーカ１０の車幅方向の位置を特定可能である。隣り合う２つの磁気センサＣｎの中間（中央とは限らない）にゼロクロスＺｃが位置している場合には、ゼロクロスＺｃを挟んで隣り合う２つの磁気センサＣｎの中間の位置が、磁気マーカ１０の車幅方向の位置となる。あるいはいずれかの磁気センサＣｎの位置にゼロクロスＺｃが一致している場合、すなわち車幅方向の磁気計測値がゼロであって両隣りの磁気センサＣｎの磁気計測値の正負が反転している磁気センサＣｎが存在する場合には、その磁気センサＣｎの直下の位置が、磁気マーカ１０の車幅方向の位置となる。

【0036】

検出処理回路２１２は、センサユニット２の中央の位置（磁気センサＣ８の位置）に対する磁気マーカ１０の車幅方向の位置の偏差を、磁気マーカ１０に対するデータ収集車両５の横ずれ量として計測する。例えば、図６の場合であれば、ゼロクロスＺｃの位置がＣ９とＣ１０との中間辺りのＣ９．５に相当する位置となっている。上記のように磁気センサＣ９とＣ１０の間隔は１０ｃｍであるから、磁気マーカ１０に対するデータ収集車両５の横ずれ量は、車幅方向においてセンサユニット２の中央に位置するＣ８を基準として（９．５－８）×１０＝１５ｃｍとなる。

【0037】

（２）マーカ基準データ生成処理
マーカ基準データを生成する処理の内容について、図７を参照して説明する。なお、マーカ基準データは、いずれかのマーカを基準とした位置的な情報である相対位置情報を含むマーカ基準情報の一例である。

【0038】

マーカ基準データ生成処理では、制御ユニット１３による制御により、上記のマーカ検出処理Ｐ１が周期的に実行される。上記の通りデータ収集車両５の走行中の点群データの生成・記録に対応できるよう、制御ユニット１３は、３ｋＨｚの周波数でマーカ検出処理Ｐ１が実行されるようにセンサアレイ２１を制御する。なお、このマーカ検出処理Ｐ１では、検出された磁気マーカ１０に対するデータ収集車両５の横ずれ量（相対位置情報の一例）が計測される。

【0039】

磁気マーカ１０が検出された場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、制御ユニット１３による制御によりタグリーダ３４がタグＩＤ読取処理Ｐ２を実行する。制御ユニット１３は、固有情報取得処理の一例であるタグＩＤ読取処理Ｐ２によって読み取ったタグＩＤ、マーカ検出処理Ｐ１で計測された横ずれ量（相対位置情報）を含むマーカ基準データを生成する（Ｓ１０２）。このように生成されたマーカ基準データは、所定の書込エリアに書き込みされて、随時、最新のものに書き換えられる（Ｓ１０３）。

【0040】

一方、磁気マーカ１０が未検出の場合は（Ｓ１０１：ＮＯ）、制御ユニット１３は、前回磁気マーカを検出したときの自車位置を基準としてＩＭＵ２２が推定した相対位置を利用し、当該磁気マーカを基準とした自車両の相対位置の推定処理を実行する（Ｓ１１２）。

【0041】

具体的には、制御ユニット１３は、前回の磁気マーカが検出されたときに計測された横ずれ量、及びＩＭＵ２２が推定した相対位置に基づき、前回検出された磁気マーカに対する自車両の相対位置を推定する。前回検出された磁気マーカを基準とした自車両の相対位置は、前回の磁気マーカが検出されたときの横ずれ量分の車幅方向のベクトルと、前回磁気マーカを検出したときの自車位置を基準とする相対位置（ＩＭＵ２２が推定する相対位置）を表すベクトルと、の和により特定される。

【0042】

そして、制御ユニット１３は、ステップＳ１１２において推定した相対位置のデータ（相対位置情報）及び直前のタグＩＤ読取処理Ｐ２で読み取られたタグＩＤ、を含むマーカ基準データを生成する（Ｓ１０２）。そして、生成されたマーカ基準データは、所定の書込エリアに書き込みされて、随時、最新のものに書き換えられる（Ｓ１０３）。なお、タグＩＤ読取処理Ｐ２で読み取られたタグＩＤは、新たなタグＩＤ読取処理Ｐ２の実行により上書きされるまで、そのまま保持される。

【0043】

（３）点群データ生成処理
点群データ生成処理の流れについて、図８のフロー図を参照して説明する。点群データ生成ユニット３（図４）は、制御ユニット１３による点群データ要求信号（後述）を受信すると（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、測距部３１を制御し、点群データである距離画像を取得する（Ｓ２０２）。また、点群データ生成ユニット３は、カメラ３３を制御して前方の撮像画像を取得する（Ｓ２０３）。そして、点群データ生成ユニット３は、撮像画像と共に、点群データ（距離画像）を出力する（Ｓ２０４）。

【0044】

（４）データ記録処理
データ記録処理の内容について、図９のフロー図を参照して説明する。制御ユニット１３は、データ収集車両５の移動距離が所定量に到達する毎に（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、点群データ生成ユニット３に向けて点群データ要求信号を出力する（Ｓ３０２）。なお、本例は、所定量として１０ｃｍを設定した例である。上記のステップＳ３０１の判断によれば、例えば１０ｃｍといった一定距離毎の点群データを取得できる。

【0045】

制御ユニット１３は、点群データを取得すると（Ｓ３０３）、上記のマーカ基準データの読出を実行する（Ｓ３０４）。ここで、上記のごとく、マーカ基準データを生成するマーカ検出処理Ｐ１は３ｋＨｚの周波数で実行される。この３ｋＨｚの周波数は、点群データを取得する周波数に対して十分に速い。したがって、上記のステップＳ３０４で読み出されたマーカ基準データの生成時点は、ステップＳ３０３で取得された点群データの生成時点と同時とみなすことができる。

【0046】

制御ユニット１３は、ステップＳ３０３で取得した点群データに対して、ステップＳ３０４で読み出したマーカ基準データをひも付ける処理を実行する（Ｓ３０５）。そして制御ユニット１３は、マーカ基準データがひも付けされたその点群データを点群ＤＢ１３３に記録する（Ｓ３０６）。なお、点群データに対してひも付けられるマーカ基準データには、少なくとも、直近で検出された磁気マーカ１０のタグＩＤ（マーカ特定情報）、その磁気マーカ１０に対する相対位置のデータ、が含まれている。

【0047】

以上のように構成されたモービルマッピングシステム１は、走行環境を表す点群データを記録するに当たって、磁気マーカ１０の位置を基準とした相対位置のデータを含むマーカ基準データを点群データにひも付ける。このマーカ基準データによれば、点群データが取得されたときのデータ収集車両５の位置、すなわち点群データの取得地点を精度高く特定できる。取得地点が精度高く特定された点群データは、高精度な３次元地図を作製するための有効な元データとなる。

【0048】

なお、３次元地図の作成に際して点群データの取得地点を特定する際、マーカ特定情報であるタグＩＤと、対応する磁気マーカ１０の敷設位置（絶対位置）のデータと、がひも付けられたマーカデータベース（マーカＤＢ）を利用すると良い。点群データにひも付けられたマーカ基準データには、基準となる磁気マーカ１０のマーカ特定情報であるタグＩＤが含まれている。このタグＩＤを利用して上記のマーカＤＢを参照すれば、基準となる磁気マーカ１０の絶対位置を取得できる。さらに、マーカ基準データには、基準となる磁気マーカ１０に対する相対位置のデータが含まれている。磁気マーカ１０の絶対位置を基準とすれば、マーカ基準データ中の相対位置のデータを利用して、点群データの取得地点（絶対位置）を精度高く特定可能である。なお、車線に沿ってデータ収集車両５が走行しているという前提の下では、点群データの中心方向が車線方向に一致していると取り扱うことが可能である。

【0049】

なお、本例では、磁気マーカ１０の固有情報であるタグＩＤを含むマーカ基準データを例示している。これに代えて、あるいは加えて磁気マーカ１０の敷設位置を含むマーカ基準データであっても良い。この場合には、磁気マーカ１０の敷設位置が磁気マーカ１０の固有情報の一例となる。このとき、磁気マーカ１０の敷設位置と相対位置のデータとの組合せによるマーカ基準データとすると良い。例えば、データ収集車両５の制御ユニット１３が上記と同様のマーカＤＢを参照可能であれば、タグＩＤを利用して対応する磁気マーカ１０の敷設位置を取得可能である。あるいは、磁気マーカ１０の敷設位置を表す位置データを送信するＲＦＩＤタグ１５を採用しても良い。

【0050】

磁気マーカ１０を基準として特定された車両位置（データ収集車両５の位置）のデータをマーカ基準データとして採用し、点群データにひも付けることも良い。車両位置は、磁気マーカ１０の敷設位置を基準として横ずれ量などの相対位置の分だけ、ずらした位置として特定できる。車両位置は、磁気マーカ１０を基準とした相対位置のデータに演算処理を施した加工情報である。この車両位置の情報は、磁気マーカ１０を基準とした位置的な情報に基づく情報の一例である。

【0051】

本例では、点群データの一例として、レーザ光を利用した測距部３１による距離画像を例示している。測距部３１としては、ミリ波などの電波を利用する測距部や、ステレオ視による視差を利用して距離を計測する測距部などがある。これらの測距部のいずれかを採用しても良く、複数を組み合わせることも良い。
本例では、マーカとして磁気マーカ１０を例示したが、道路１１に配設された各種のマーカに代えることができる。例えば、路面１１Ｓに印刷されたマーカであっても良く、キャッツアイのようなマーカであっても良い。

【0052】

以上のように構成された本例のモービルマッピングシステム１によれば、データ収集車両５が道路１１を走行しながら、精度の高い点群データを効率良く取得できる。そして、点群データを効率良く取得できれば、３次元地図の作製コストを抑制できる。

【0053】

ここで、マーカとしての磁気マーカが優れている点を説明する。磁気マーカを利用すれば、例えば、路面に印刷されたマーカや、キャッツアイのようなマーカなどと比べて、読み取り精度や読み取り確実性の点で有利である。例えば、キャッツアイなどのマーカは、車線の区画線であるレーンマークに設けられている場合が多い。レーンマークに設けられたキャッツアイの場合、車幅方向において車両から離れて位置するため、検出の確実性が十分でなかったり、キャッツアイと車両との距離の計測精度を十分に確保できないおそれがある。一方、車線の中央などに配置された磁気マーカの場合は、車両の直下に位置するため、検出が比較的容易であると共に、磁気マーカに相対する車両の位置の計測精度の確保が比較的容易である。また、外部に磁気を発生する磁気マーカは、雪や汚れ等が付着しても車両側で検出可能である。一方、キャッツアイなどのマーカは、雪や汚れ等の付着によって検出の難易度が一気に高まる。

【0054】

さらに、車両側で計測できる位置的な精度の点において、電波を無線出力する電波マーカよりも磁気マーカの方が有利である。例えば磁気マーカを車両が通過する際、車両の進行方向に相当する長手方向に沿う磁気の作用方向が反転し、磁気センサによる磁気計測値の正負が入れ替わる。また、車両の車幅方向に相当する横方向に沿う磁気の作用方向が磁気マーカの左右で反転する。そのため、磁気マーカに対して磁気センサが左右いずれにあるかによって磁気センサによる磁気計測値の正負が異なってくる。例えば、磁気マーカを中心とした磁気の作用方向の反転を利用すれば、位置精度高く磁気マーカを検出可能である。一方、電波マーカは、電波が届く比較的広い範囲で検出可能である一方、位置を高精度に特定することが難しい。

【0055】

（実施例２）
本例は、実施例１のモービルマッピングシステムに基づき、点群データの中心方向を表す基準方位に係る情報をマーカ基準情報に加えたモービルマッピングシステム１の例である。この内容について、図１及び図１０～図１５を参照して説明する。
本例のモービルマッピングシステム１は、車線の中央に沿って磁気マーカ１０が２ｍ（マーカスパンＳ＝２ｍ）毎に配置された道路を想定している。このモービルマッピングシステム１では、２つの磁気マーカ１０を利用して点群データの基準方位が推定される。なお、本例では、点群データの中心方向を表す基準方位として、測距部３１の中心軸を例示する。

【0056】

本例の制御ユニット（図１中の符号１３）は、データ収集車両５の方位（前後方向、向き、車体の中心軸の方位）を推定する方位推定部としての機能を備えている。方位推定部としての制御ユニットは、車線方向に対するデータ収集車両５の方位（車体の向き）の偏差である方位ずれ角を、隣り合う２つの磁気マーカ１０を利用して推定する（方位推定処理）。

【0057】

本例の構成では、点群データを取得する測距部３１の中心軸に対してデータ収集車両５の方位が一致するように調整されており、両者の関係が既知になっている。したがって、データ収集車両５の方位を把握できれば、点群データの基準方位を特定できる。特に、データ収集車両５の中心軸に対して測距部３１の中心軸が一致するように調整された本例の構成の場合では、データ収集車両５の方位が、そのまま点群データの中心方向を表す基準方位になる。

【0058】

制御ユニット１３は、データ収集車両５の方位を推定するために、図１０の方位推定処理を実行する。この方位推定処理は、２つの磁気マーカ１０に対する横ずれ量の差分を演算するステップ（Ｓ４０１）と、２つの磁気マーカ１０の位置を結ぶ線分方向Ｍｘ（図１１参照。）に対する進行方向の偏差である方位ずれ角Ｒｆを演算するステップ（Ｓ４０２）と、を含む処理である。ここで、２つの磁気マーカ１０は、車線の中央に沿って敷設されている。したがって、隣り合う２つの磁気マーカ１０の位置を結ぶ線分方向Ｍｘは、車線方向（道路の方向）に略一致する。

【0059】

ステップＳ４０１では、図１１のごとく、隣り合う２つの磁気マーカ１０をデータ収集車両５が通過したとき、１つ目の磁気マーカ１０に対する横ずれ量Ｏf1と、２つ目の磁気マーカ１０に対する横ずれ量Ｏf2と、の差分Ｏfdを次式により演算する。なお、同図の場合、Ｏf1とＯf2とで正負が異なることから、差分に応じてＯfdの絶対値は、Ｏf1及びＯf2の絶対値を超える値となる。なお、図１１では、制御ユニット１３等の図示を省略している。

【数1】

【0060】

続くステップＳ４０２では、図１１のごとく、２つの磁気マーカ１０の位置を結ぶ線分方向Ｍｘ（車線方向に一致）に対するデータ収集車両５の方位Ｄｉｒのなす角（旋回方向の角度の偏差）である方位ずれ角Ｒfを演算する。この方位ずれ角Ｒfは、横ずれ量の差分Ｏfd及びマーカスパンＳを含む次式により算出される。

【数2】

【0061】

例えば直線路に沿ってデータ収集車両５が走行している場合（図１２）、データ収集車両５の向きが車線方向に沿うことになる。この場合には、２つの磁気マーカ１０の位置を結ぶ線分方向Ｍｘに対するデータ収集車両５の方位Ｄｉｒのなす角である方位ずれ角Ｒｆがゼロに近くなる。一方、データ収集車両５の向きが車線方向に沿っていない場合には（図１３）、線分方向Ｍｘに対してデータ収集車両５の方位Ｄｉｒがずれて、方位ずれ角Ｒｆが大きくなる。

【0062】

例えば曲線路に沿って車両５が走行している場合には（図１４）、曲線路である車線の接線方向に、２つの磁気マーカ１０の位置を結ぶ線分方向Ｍｘが一致し、この線分方向Ｍｘに対するデータ収集車両５の方位Ｄｉｒのなす角である方位ずれ角Ｒｆがゼロとなる。一方、曲線路である車線を斜行する場合には（図１５）、曲線路である車線の接線方向に対するデータ収集車両５の方位Ｄｉｒのずれが大きくなり方位ずれ角Ｒｆが大きくなる。

【0063】

上記のごとく、点群データを取得する測距部３１の中心軸は、測距部３１が取得する点群データの中心を表す基準方位となっている。また、本例の構成では、測距部３１の中心軸が、データ収集車両５の方位Ｄｉｒに略一致している。したがって、線分方向Ｍｘに対するデータ収集車両５の方位的なずれを表す方位ずれ角Ｒｆは、車線方向に相当する上記の線分方向Ｍｘに対する点群データの基準方位の方位的なずれに相当する。

【0064】

データ記録部としての制御ユニット１３は、車線方向に対する点群データの基準方位の方位的なずれである方位ずれ角Ｒｆ（点群データの基準方位を表す情報の一例）を含むマーカ基準データを、点群データにひも付ける。方位ずれ角Ｒｆに基づけば、車線方向Ｍｘを基準として点群データが示す各点の方位を演算等により精度高く特定可能である。各点の方位が精度高く特定されている点群データは、高精度な３次元地図を作製するために極めて有用である。

【0065】

データ収集車両５が車線に沿って走行しながら点群データを記録する際、データ収集車両５の方位（向き）が車線方向に完全に一致していれば、車線方向と点群データの基準方位との関係（方位差など）が一定になる。しかし、データ収集車両５の実際の走行では、走行軌跡のわずかな蛇行が不可避であるため、データ収集車両５の方位が車線方向からずれることがある。そして、データ収集車両５の方位が車線方向からずれると、点群データの基準方位と車線方向との関係が不安定になる。

【0066】

これに対して、点群データの基準方位を表す情報を含む本例のマーカ基準情報によれば、点群データの基準方位と線分方向Ｍｘとの関係を精度高く特定可能である。線分方向Ｍｘに対する点群データの基準方位の相対的な関係を特定できれば、データ収集車両５の方位と車線方向（線分方向Ｍｘに略一致）とのずれを許容できるようになる。上記の点群データの基準方位の情報を含むマーカ基準データがひも付けられた点群データによれば、データ収集中にデータ収集車両５が蛇行しても、精度の高い３次元地図を作製可能である。

【0067】

なお、磁気マーカ１０の固有情報であるタグＩＤと、対応する磁気マーカ１０の敷設位置（絶対位置）のデータと、がひも付けられたマーカＤＢをデータ収集車両５に設けることも良い。この場合には、制御ユニット１３が、２つの磁気マーカ１０の位置を結ぶ線分方向Ｍｘの絶対方位を算出可能である。そして、線分方向Ｍｘの絶対方位を把握できれば、方位ずれ角Ｒｆを利用して点群データの各点の絶対方位を算出できる。この場合には、点群データの絶対的な基準方位を、マーカ基準データに含めることが可能になる。

【0068】

なお、本例では、点群データの基準方位として、測距部３１の中心軸に相当する中心方向を例示している。点群データの基準方位は、基準となる方位であれば良く、中心方向であることは必須の要件ではない。
車両方位と点群データの基準方位との一致は必須ではない。また、中心軸の方向が異なる測距部を複数設けることも良い。
その他の構成要件及び作用効果については、実施例１と同様である。

【0069】

（実施例３）
本例は、実施例２のモービルマッピングシステムに基づいて、データ収集車両５の前後に設けたセンサユニット２を利用して方位ずれ角Ｒｆを取得するモービルマッピングシステム１の例である。この内容について、図１６を参照して説明する。

【0070】

本例のデータ収集車両５では、４ｍの間隔をあけてセンサユニット２が配置されている。前後のセンサユニット２の間隔である４ｍは、１つおきの２つの磁気マーカ１０の間隔４ｍ（マーカスパンＳ１とする。）と同一である。４ｍ間隔で配置されたセンサユニット２によれば、１つの磁気マーカ１０を挟んで隣り合う２つの磁気マーカ１０をほぼ同じタイミングで検出できる。

【0071】

図１６のように、前側のセンサユニット２が計測した横ずれ量をＯf1、後ろ側のセンサユニットが計測した横ずれ量をＯf2とし、両者の差分をＯfdとしたとき、方位ずれ角Ｒｆは、次式で演算可能である。

【数3】

【0072】

なお、４ｍ間隔の前後のセンサユニット２の中央に、センサユニットを追加して配置することも良い。この場合には、前側のセンサユニット２と中央のセンサユニットとの組み合わせ、及び後ろ側のセンサユニット２と中央のセンサユニットとの組み合わせのうちの少なくともいずれか一方で、２ｍ間隔で隣り合う磁気マーカ１０を同じタイミングで検出して横ずれ量を計測できるようになる。速度に応じて、２ｍ間隔の２つの磁気マーカ１０を利用するか、４ｍ間隔の２つの磁気マーカ１０を利用するか、を切り換えることも良い。
なお、その他の構成及び作用効果については、実施例２と同様である。

【0073】

以上、実施例のごとく本発明の具体例を詳細に説明したが、これらの具体例は、特許請求の範囲に包含される技術の一例を開示しているにすぎない。言うまでもなく、具体例の構成や数値等によって、特許請求の範囲が限定的に解釈されるべきではない。特許請求の範囲は、公知技術や当業者の知識等を利用して前記具体例を多様に変形、変更あるいは適宜組み合わせた技術を包含している。

【符号の説明】

【0074】

１ モービルマッピングシステム（点群データ取得システム）
１０ 磁気マーカ（マーカ）
１１ 道路（走行路）
１１Ｓ 路面
１３ 制御ユニット（データ記録部、方位推定部）
１３０ データ記録部
１３３ 点群ＤＢ（点群データベース）
１５ ＲＦＩＤタグ（情報提供部）
２ センサユニット（マーカ検出部）
２１ センサアレイ
２２ ＩＭＵ
３ 点群データ生成ユニット
３１ 測距部
３３ カメラ
３４ タグリーダ（情報読取部）
５ データ収集車両

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】