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JP7016276B2 - 列車位置推定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、列車の位置を検知する装置に関する。
事前に定めた速度パターンに沿って列車を走行させるためには自車位置情報が必要である。自車位置を計測する方法として、速度センサで計測した速度を積分して距離を算出する方法があるが、列車の車輪径の偏差によって発生する積分誤差の蓄積を避けられない。そこで、位置情報を記憶した地上子を軌間に設置し、その上を列車が通過する際に位置情報を読み出すことによって、誤差を補正する方法が広く用いられている。
一方、地上子は軌間に設置するため、設置コストおよびメンテナンスコストを要するという課題がある。この方法の代わりに、カメラやＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ、Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）を用いて、現在の周辺形状データを取得し、事前に記憶した各位置における周辺形状データとの比較を行うことによって位置を算出するマップマッチング技術が開発されている。
マップマッチングによって位置を算出する際には、マッチング処理の負荷を軽減するために、データベースの探索範囲をGPSなど他の位置計測手段から求めた推定位置周辺に限定することが一般的である。
特許文献１では、データベースの探索範囲を、入力センサデータ上の特徴を使って、探索範囲を動的に限定する発明が開示されている。この特許文献１には「最新自己位置を中心に地図参照エリアを設定し、前記エリア内で現在の画像の類似画像を地図中の画像から検索し、その分布をもとに自己位置を推定することで、任意の走行環境において、自己位置推定の確度を向上し、処理負荷を低減できる。」と記載されている。
特開２０１６－１６２０１３号
しかしながら、推定位置の誤差が大きい場合には、正確な位置を算出することができなくなる。また、データベース上に特徴点をもつデータが多く存在している場合、不要に探索範囲を拡大してしまうため、マッチング処理に時間を要するという課題がある。
上記課題を解決するために、代表的な本発明の列車位置推定装置の一つは、走行路を走行する車両に設置され前記車両の現在地点における周辺形状を計測し、計測した周辺形状のデータを実測周辺形状データとして出力する周辺形状計測部と、前記車両に設置され予め計測した各位置における周辺形状のデータである対照周辺形状データを記憶する地図記憶部とを備え、前記実測周辺形状データと前記対照周辺形状データを比較して前記車両の位置を算出する列車位置推定装置であって、前記車両の起動時の位置の存在確率を記憶する起動位置推定部と、前記存在確率の高い順にその位置における前記対照周辺形状データを出力する地図読出区間決定装置と、前記実測周辺形状データと前記地図読出区間決定装置が出力した前記対照周辺形状データとを比較し、その差分が予め定めた閾値以下となる位置を出力するマッチング処理装置を備えることにより達成される。
本発明によれば、マップマッチング技術によって車両の起動時の位置を算出する際、車両の存在する確率の高い位置の周辺形状データを優先的に読み出して、現在の周辺形状データと比較することによって、その処理に要する時間を短縮できる。
第一の実施の形態における列車位置推定装置の構成例を示すブロック図。 第一の実施の形態における起動位置推定部が記憶する確率分布の例 第一の実施の形態におけるマッチング処理装置による比較の例 第一の実施の形態における位置推定の手順の例を示すフローチャート
以下、実施例について図面を参照して説明する。
本実施の形態では、マップマッチングに用いるデータベースの読み出しを、車両の存在する確率の高い位置から順番に行うことによって、マッチング処理に要する時間を短縮する方法について説明する。
まず、図１を用いて、列車位置推定装置の構成と各構成要素の役割を説明する。
車両１００は自車の周辺形状を計測する周辺形状計測部１０１を搭載している。周辺形状計測部１０１の搭載位置は、車両の周辺形状データが広範囲に計測できるように設置する。例えば、車両の前面もしくは車両の上部に設置する。
周辺形状計測部１０１は、現在地点での車両付近の周辺形状を、２次元もしくは３次元の座標情報として計測する機能を有する。周辺形状を計測する手段には、例えばＬｉＤＡＲが挙げられる。ＬｉＤＡＲは、各方向に光線を照射し、光線が物体に反射して返ってくるまでの時間から距離を計算することによって、現在の車両付近の周辺形状を計測することができる。なお、現在の車両付近の周辺形状を計測する手段はＬｉＤＡＲに限るものではなく、ミリ波レーダやカメラを用いてもよい。
地図記憶部１０２は、各位置での周辺形状データ（地図）を保持し出力する機能を有する。各位置での周辺形状データは、事前に周辺形状データを位置ごとに計測することによって取得できる。例えば、移動前の地点と現在の地点の周辺形状データの差分から算出した移動距離から、各位置での周辺形状データを作成する手法であるＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ）を用いてもよい。
起動位置推定部１０３は、車両が線路上の各位置に存在する確率の分布である確率分布を記憶する機能を有する。図２に起動位置推定部１０３が記憶する確率分布の例を示す。車両が各位置に存在する確率分布は、列車のダイヤ・運行計画や実測の走行データ、車両の滞泊情報から算出する。一般的には駅や留置線周辺の確率が高くなる。この確率分布はあらかじめ算出しても良いし、起動位置推定部１０３が（リアルタイムに、又は、あらかじめ）算出しても良い。
確率分布の算出の例として、滞泊可能駅と留置線の情報、及び、列車のダイヤにおいて滞泊する列車が設定されているか、から求めるものを挙げる。
列車のダイヤにおいて滞泊する列車が設定されている滞泊可能駅または留置線について、列車が存在する確率（以下、滞泊計画有駅の列車存在確率と呼ぶ）を高くする。列車のダイヤにおいて滞泊する列車が設定されていない滞泊可能駅または留置線については列車が存在する確率（以下、滞泊計画無駅の列車存在確率と呼ぶ）を滞泊計画有駅の列車存在確率より低くする。滞泊可能でない駅、または留置線以外の線については列車が存在する確率を滞泊計画有駅の列車存在確率及び滞泊計画無駅の列車存在確率より低くする。
列車が存在する確率が同じになる場合は、一定の規則に従った順序（例えば起点に近い順序）により優先度を設定し、列車が存在する確率の大きさの比較をするとき、同じ確率になった場合はこの優先度の順序に従って比較を行う。すなわち、列車が存在する確率が同じになる場合は優先度の高い方が確率が高いとする。
あるいは、実測の走行データより、走行路の各地点ごと（例えば停車可能な駅、留置線、車庫、等）に列車が存在する時間を算出し、１日の内にそれぞれの地点ごとにどの割合でその地点に滞在しているかを算出し、列車の存在確率としても良い。
地図読出区間決定装置１０４は、存在する確率が高い位置の順番に、地図記憶部１０２から出力された地図を、マッチング処理装置１０５へ出力する機能を有する。
マッチング処理装置１０５は、周辺形状計測部１０１から出力された現在地点の周辺形状データと、地図読出区間決定装置１０４から出力された各位置での周辺形状データとを比較し差分を計算する。図３にマッチング処理装置１０５における比較処理の例を示す。周辺形状計測部１０１から出力された現在地点の周辺形状データと、地図読出区間決定装置１０４から出力された周辺形状データを比較し、差分を計算する。そして、その差分が予め定めた閾値より小さい場合に、その位置を推定位置として出力する。
差分を計算する方法として、地図空間を一定の大きさの格子に区切り、各格子での一致率・不一致率を計算する手法であるＮＤＴ（Ｎｏｒｍａｌ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）がある。なお、図３では２次元の周辺形状データのマッチング処理の例を用いて説明したが、本実施例は周辺形状データの計測を２次元に限るものではなく、３次元の周辺形状データのマッチング処理に対しても同様に適用できる。
以上が、列車位置推定装置の構成と各構成要素の役割の説明である。
次に、本実施例を用いた時の、位置推定の手順の例を図４のフローチャートを用いて説明する。
この処理は車両１００の起動時に実施するが、これに限定するものではなく、必要に応じて実施してもよい。
ステップＳ１１で、周辺形状計測部１０１から現在地点の周辺形状データを出力する。
ステップＳ１２で、地図読出区間決定装置１０４は、起動位置推定部１０３からの確率分布データに基づいて、確率分布の高い位置の順番に地図記憶部１０２から周辺形状データを読み出す。
ステップＳ１３で、マッチング処理装置１０５は、現在地点の周辺形状データと地図読出区間決定装置１０４から出力された周辺形状データとを比較し、差分を算出する。
ステップＳ１４で、差分が予め定めた閾値を比較し、差分が閾値よりも小さい場合はステップＳ１５に進み、差分が閾値よりも大きい場合はステップＳ１２に戻り、次の順番の地図を読み出す。
ステップＳ１５で、ステップＳ１４で判定した位置を推定位置として出力する。
以上が列車位置推定装置の処理の流れの説明である。
以上説明したように、本実施の形態によれば、マップマッチング技術によって車両の起動時の位置を算出する際、車両の存在する確率分布の高い位置の周辺形状データを優先的に読み出して、現在の周辺形状データと比較することによって、その処理に要する時間を短縮できる。
また、本実施の位置推定の手順は、車両の起動時のみならず、車両が現在位置の情報を消失したときや、現在位置の情報を更新するとき等、必要に応じて実施しても良い。
例えば、起動位置推定部１０３は、以前に車両が現在位置の情報を消失した位置を記憶し、それぞれの位置毎に現在位置の情報を消失する確率を算出し、それを車両が線路上の各位置に存在する確率の分布である確率分布として出力してもよい。
これにより、車両が現在位置の情報を消失したとき再度現在地を算出するのに要する時間を短縮することができる。
１００ 車両
１０１ 周辺形状計測部
１０２ 地図記憶部
１０３ 起動位置推定部
１０４ 地図読出区間決定装置
１０５ マッチング処理装置

Claims (5)

  1. 走行路を走行する車両に設置され前記車両の現在地点における周辺形状を計測し、計測した周辺形状のデータを実測周辺形状データとして出力する周辺形状計測部と、
    前記車両に設置され予め計測した各位置における周辺形状のデータである対照周辺形状データを記憶する地図記憶部とを備え、前記実測周辺形状データと前記対照周辺形状データを比較して前記車両の位置を算出する列車位置推定装置であって、
    前記車両が存在しうるそれぞれの位置における存在確率を記憶する起動位置推定部と、
    前記存在確率の高い順にその位置における前記対照周辺形状データを出力する地図読出区間決定装置と、
    前記実測周辺形状データと前記地図読出区間決定装置が出力した前記対照周辺形状データとを比較し、その差分が予め定めた閾値以下となる位置を出力するマッチング処理装置
    を備えることを特徴とする列車位置推定装置。
  2. 請求項１に記載の列車位置推定装置において、
    前記周辺形状計測部が、レーザー光を照射しその反射光が戻ってくるまでの時間から、物体までの距離を計測することによって周辺形状を計測する
    ことを特徴とする列車位置推定装置。
  3. 請求項１乃至請求項２のいずれか一つに記載の列車位置推定装置において、
    前記地図記憶部が、事前に各位置において前記周辺形状計測部で計測した周辺形状のデータを前記対照周辺形状データとして記憶する
    ことを特徴とする列車位置推定装置。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の列車位置推定装置において、
    前記起動位置推定部が、前記車両のダイヤ、運行計画、走行データ又は滞泊情報から前記存在確率を算出する
    ことを特徴とする列車位置推定装置。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の列車位置推定装置において、
    前記起動位置推定部は、前記車両が前記車両の前記位置の情報を消失した前記位置である位置情報消失位置を記憶し、それぞれの前記位置情報消失位置を前記車両が存在しうるそれぞれの前記位置として前記存在確率を算出する
    ことを特徴とする列車位置推定装置。
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