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KR20210135753A - Method and apparatus for location estimation of lidar-based vehicles - Google Patents

Method and apparatus for location estimation of lidar-based vehicles Download PDF

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KR20210135753A
KR20210135753A KR1020200053784A KR20200053784A KR20210135753A KR 20210135753 A KR20210135753 A KR 20210135753A KR 1020200053784 A KR1020200053784 A KR 1020200053784A KR 20200053784 A KR20200053784 A KR 20200053784A KR 20210135753 A KR20210135753 A KR 20210135753A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cloud data
point cloud
lidar
vehicle
point
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020200053784A
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Korean (ko)
Inventor
이지혜
Original Assignee
주식회사 케이티
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 케이티 filed Critical 주식회사 케이티
Priority to KR1020200053784A priority Critical patent/KR20210135753A/en
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Abstract

A method for a vehicle position estimation apparatus operated by at least one processor to estimate a position of a vehicle passing through a tunnel using lidar mounted in the vehicle, includes the following steps of: generating a reference linear pattern indicating a basic structure of an entered tunnel based on distance information and vertical angle information of point cloud data collected through lidar; receiving the point cloud data collected through the lidar by scan timing during the movement of a vehicle and generating a linear pattern based on distance information and vertical angle information of the point cloud data by scan timing; recognizing an abnormal pattern different from the reference linear pattern through a comparison between the reference linear pattern and the linear pattern by scan timing, and calculating height values with respect to a vertical line of the point cloud data corresponding to the abnormal pattern; and estimating a spot, at which a calculated height value is matched within an error range, as the same structure in the tunnel among abnormal patterns recognized at different scan timings, and calculating a distance change value between the spot estimated as the same structure and a position of the lidar as a travel distance of the vehicle in response to the different scan timings.

Description

라이다 기반의 차량 위치 추정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR LOCATION ESTIMATION OF LIDAR-BASED VEHICLES}LIDAR-based vehicle location estimation method and apparatus

본 발명은 GPS 음영지역에서 라이다 기반의 차량 위치를 추정하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for estimating a lidar-based vehicle location in a GPS shadow area.

자율주행차량을 운행하거나 자율주행을 위한 정밀 지도를 만들기 위해서는 높은 정확도를 가지는 차량의 위치 측정 기술이 필수적이다. In order to operate an autonomous vehicle or create a precise map for autonomous driving, high-accuracy vehicle location measurement technology is essential.

이에, 가장 정확도다 높은 확인 시스템 중에 하나인 위성 항법 장치(Global Positioning System, GPS)를 이용하여 차량의 위치를 측정한다. 다만, 차량이 빌딩숲, 고가 도로 아래, 터널등과 같은 음영 지역을 주행하는 과정에서 위치 측정의 정확도를 유지하는 데에는 한계가 있다. 이를 해결하기 위해 라이다 센서, 카메라, 레이다 센서, 관성 센서 등을 차량에 장착하거나 차량 자체의 주행 정보(On Board Diagnostics, OBD)를 이용하여 정확한 차량의 위치를 측정하는 기술이 연구되고 있다. Accordingly, the position of the vehicle is measured using a global positioning system (GPS), which is one of the most accurate identification systems. However, there is a limit to maintaining the accuracy of location measurement while the vehicle is driving in a shaded area such as a forest of buildings, under an overpass, or a tunnel. In order to solve this problem, research is being conducted on a technology for installing a lidar sensor, a camera, a radar sensor, an inertial sensor, etc. on a vehicle or measuring the exact vehicle location using the vehicle's own driving information (On Board Diagnostics, OBD).

하지만, 차량 자체의 주행 정보(OBD)를 통해서 차량 자체에서 측정되는 속도, 엑셀 강도, 핸들 회전각, 브레이크 상태를 포함하는 차량 정보를 확인할 수 있지만 차량마다 차량 자체의 주행 정보(OBD)와 연동 여부가 상이하고, 특수 업무를 위해 제작된 차량의 경우 정보 제공이 어려운 경우가 많기 때문에 보편적으로 적용하기 어렵다. However, vehicle information including speed, accelerator strength, steering wheel rotation angle, and brake status measured in the vehicle itself can be checked through the vehicle's own OBD, but whether it is linked with the vehicle's own OBD It is difficult to apply universally because it is often difficult to provide information in the case of a vehicle manufactured for a different and special task.

또한, 라이다(LiDAR)로 스캔한 점군에 대해서 평면과 엣지의 기하에 대해 판단하고 시간에 따른 거리와 각도 변화에 따라 이동 경로를 판단하는 경우에는 평면과 엣지의 기하에 대한 판단을 하기 위해 특징점을 추출한다. 이때, 도로나 지하주차장에서는 건물의 면과 모서리를 특징점으로 추출하여 위치 추정의 성능을 내지만 터널과 같은 폐쇄 공간의 경우 면과 엣지의 구분이 모호하며, 이동 변화에 따른 특징점을 추출이 어렵기 때문에 성능이 매우 낮게 나타난다.In addition, when determining the geometry of the plane and the edge for a point cloud scanned with LiDAR and determining the movement path according to the distance and angle change over time, the feature point is to determine the geometry of the plane and the edge. to extract At this time, in a road or underground parking lot, the performance of location estimation is obtained by extracting the face and corner of the building as feature points, but in the case of a closed space such as a tunnel, the distinction between the face and the edge is ambiguous, and it is difficult to extract the feature points according to the movement change. As a result, the performance is very low.

그러므로 라이다(LiDAR)를 이용하는 경우, 대부분 실내 공간 또는 한정된 도로 환경에서 높은 성능을 가지며, 도로 폭이 넓거나 주변에 움직이는 이동체가 많은 경우에 상대적으로 라이다 센서에서 인지하는 특징점의 수가 감소되고 그에 따른 거리 또는 회전에 대한 측정 오차가 발생한다. 그리고 실제 도로 환경에 적용하기에는 주변에 이동하는 차량이 많아서 물리적으로 차선을 인지하기 어렵기 때문에 라이다 센서의 반사 특성에 기초한 차선 인식의 성능에 대한 안전성을 유지하기 힘들다. Therefore, in the case of using LiDAR, most of them have high performance in an indoor space or a limited road environment. Measurement errors for distances or rotations will occur. In addition, it is difficult to maintain the safety of the performance of lane recognition based on the reflection characteristics of the lidar sensor because it is difficult to physically recognize the lane because there are many moving vehicles in the actual road environment.

특히, 터널과 같은 폐쇄 공간의 경우 면과 엣지의 구분이 모호하며, 이동 변화에 따른 특징점을 추출이 어렵고, 가로수, 사람, 표시판 등의 다수의 객체를 인식할 수 있는 일반 도로와는 다르게 매우 한정적이므로 객체 인식을 통한 위치 추정 방식에도 한계가 있다.In particular, in the case of a closed space such as a tunnel, the distinction between surfaces and edges is ambiguous, it is difficult to extract feature points according to movement changes, and unlike general roads that can recognize a large number of objects such as street trees, people, and sign boards, it is very limited. Therefore, there is a limit to the method of estimating the position through object recognition.

해결하고자 하는 과제는 라이다가 장착된 차량이 터널에 진입하는 경우 라이다로부터 스캔 시점별 획득된 점군 데이터들에 기초하여 터널 내 동일 구조물을 추정하고 스캔 시점에 대응하여 라이다의 위치와 동일 구조물로 추정된 지점간의 거리 변화 값에 따라 차량의 위치를 추정하는 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved is that when a vehicle equipped with a lidar enters a tunnel, the same structure in the tunnel is estimated based on the point cloud data obtained from the lidar for each scan time, and the same structure as the position of the lidar is corresponding to the scan time. To provide a method for estimating the location of a vehicle according to a distance change value between points estimated as .

한 실시예에 따라 적어도 하나의 프로세서에 의해 동작하는 차량 위치 추정 장치가 차량에 탑재된 라이다를 이용하여 터널을 통과하는 상기 차량의 위치를 추정하는 방법으로서, 라이다를 통해 수집된 점군 데이터들의 수직각 정보와 거리 정보에 기초하여 진입한 터널의 기본 구조를 나타내는 기준 선형 패턴을 생성하는 단계, 차량이 이동하는 동안 스캔 시점별로 라이다를 통해 수집된 점군 데이터들을 입력받고 스캔 시점별 점군 데이터들의 수직각 정보와 거리 정보에 기초하여 선형 패턴을 생성하는 단계, 스캔 시점별 선형 패턴과 기준 선형 패턴을 비교하여 기준 선형 패턴과 상이한 이상 패턴을 인식하고, 이상 패턴에 해당하는 점군 데이터들의 수직선에 대한 높이 값들을 산출하는 단계, 그리고 서로 상이한 스캔 시점에서 인식된 이상 패턴들 중에서 산출된 높이 값이 오차 범위 내에 일치하는 지점을 터널 내 동일 구조물로 추정하고, 서로 상이한 스캔 시점에 대응하여 라이다의 위치와 동일 구조물로 추정된 지점과의 거리 변화 값을 차량의 이동 거리로 산출하는 단계를 포함한다.According to an embodiment, there is provided a method for estimating the position of the vehicle passing through a tunnel using a lidar mounted on the vehicle by a vehicle position estimating device operated by at least one processor, wherein the point cloud data collected through the lidar is Creating a reference linear pattern representing the basic structure of the entered tunnel based on vertical angle information and distance information. While the vehicle is moving, the point cloud data collected through LiDAR is input at each scan time point, and the generating a linear pattern based on vertical angle information and distance information Calculating the height values, and estimating a point where the calculated height values match within the error range among abnormal patterns recognized at different scan times as the same structure in the tunnel, and the position of the lidar corresponding to the different scan times and calculating a distance change value to a point estimated by the same structure as the moving distance of the vehicle.

점군 데이터들은, 각 점군 데이터마다 라이다의 스캔 시점, 반사 강도, 라이다와의 거리 정보, 거리 정보의 범위, 수평각 정보 그리고 수직각 정보를 포함할 수 있다. The point cloud data may include a scan time of the lidar, reflection intensity, distance information with the lidar, range of distance information, horizontal angle information, and vertical angle information for each point cloud data.

선형 패턴을 생성하는 단계는, 수직각 정보가 증가함에 따라 일정한 간격으로 거리 정보가 증가하는 점군 데이터들의 영역을 바닥면 영역으로 판단하고, 바닥면 영역의 수직각 정보 이상의 각도를 가지는 점군 데이터들을 연결하는 선형 패턴들을 획득할 수 있다. The generating of the linear pattern includes determining an area of the point cloud data in which distance information increases at regular intervals as the vertical angle information increases as the floor area, and connecting the point cloud data having an angle greater than or equal to the vertical angle information of the floor area. linear patterns can be obtained.

선형 패턴을 생성하는 단계는, 스캔 시점별 점군 데이터들의 수직각 정보와 반사 강도에 기초하여 선형 패턴을 생성하고, 점군 데이터들의 수직선에 대한 높이 값을 산출하는 단계는, 기준 선형 패턴의 반사 강도와 상이한 반사강도를 가지는 선형 패턴을 이상 패턴으로 인식할 수 있다. The generating of the linear pattern includes generating a linear pattern based on vertical angle information and reflection intensity of the point cloud data for each scan point, and calculating the height value for the vertical line of the point cloud data includes the reflection intensity of the reference linear pattern and the A linear pattern having different reflection intensities may be recognized as an abnormal pattern.

점군 데이터들의 수직선에 대한 높이 값들을 산출하는 단계는, 점군 데이터들마다 라이다의 수직각 정보와 라이다와의 거리 정보에 기초하여 라이다에 연결된 수평선과 직교하는 수직선에 대한 높이 값들을 산출할 수 있다. The step of calculating the height values for the vertical line of the point cloud data may include calculating the height values for the vertical line orthogonal to the horizontal line connected to the lidar based on the vertical angle information of the lidar and the distance information with the lidar for each point cloud data. can

차량의 이동 거리로 산출하는 단계는, 이상 패턴에 해당하는 점군 데이터들의 거리 정보 또는 반사 강도가 연속적으로 일정한 비율을 가지면 가장 높은 수직각 정보를 가지는 하나의 점군 데이터 이외의 다른 점군 데이터들을 제외할 수 있다. In the step of calculating the moving distance of the vehicle, if distance information or reflection intensity of the point cloud data corresponding to the abnormal pattern has a constant ratio continuously, other point cloud data other than one point cloud data having the highest vertical angle information can be excluded. have.

선형 패턴을 생성하는 단계는, 바닥면 영역을 판단하면, 바닥면 영역에서 차량의 위치를 기준으로 좌우에 대한 횡단 비율과 각 차선에 대한 차선의 폭을 추정하여 차량이 주행하는 차선 정보를 추정할 수 있다. In the step of generating the linear pattern, when the floor area is determined, information on the lane in which the vehicle travels can be estimated by estimating the cross ratio for left and right and the width of each lane based on the location of the vehicle in the floor area. can

선형 패턴을 생성하는 단계는, 횡단 비율과 바닥면 영역으로 판단한 수직각 정보가 동시에 변경되면 주행하는 차선이 변경된 것으로 판단할 수 있다. In the generating of the linear pattern, when vertical angle information determined by the crossing ratio and the floor area is simultaneously changed, it may be determined that the driving lane is changed.

라이다에 설정된 스캔 주기마다 인식된 이상 패턴의 점군 데이터들 중에서 수직각 정보에 기초하여 거리 정보 또는 반사 강도가 일정한 비율을 가지면 점군 데이터들의 라이다의 수직각 정보, 라이다와의 거리 정보 그리고 높이 값들을 이용하여 이상 패턴의 점군 데이터들에 대한 간격을 산출하는 단계, 그리고 점군 데이터들에 대한 간격에 비례하여 라이다의 스캔 주기를 재설정하는 단계를 더 포함할 수 있다. If distance information or reflection intensity has a constant ratio based on vertical angle information among point cloud data of an abnormal pattern recognized for each scan period set in the lidar, vertical angle information of the point cloud data, distance information from the lidar, and height of the point cloud data The method may further include calculating an interval for the point cloud data of the abnormal pattern using the values, and resetting the scan period of the lidar in proportion to the interval for the point cloud data.

한 실시예에 따라 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 저장되고 프로세서에 의해 실행되는 프로그램으로서, 라이다를 통해 수집된 점군 데이터들의 수직각 정보와 거리 정보에 기초하여 진입한 터널의 기본 구조를 나타내는 기준 선형 패턴을 생성하는 동작, 차량이 이동하는 동안 스캔 시점별로 라이다를 통해 수집된 점군 데이터들을 입력받고 스캔 시점별 점군 데이터들의 수직각 정보와 거리 정보에 기초하여 선형 패턴을 생성하는 동작, 스캔 시점별 선형 패턴과 기준 선형 패턴을 비교하여 기준 선형 패턴과 상이한 이상 패턴을 인식하고, 이상 패턴에 해당하는 점군 데이터들의 수직선에 대한 높이 값들을 산출하는 동작, 그리고 서로 상이한 스캔 시점에서 인식된 이상 패턴들 중에서 산출된 높이 값이 오차 범위 내에 일치하는 지점을 터널 내 동일 구조물로 추정하고, 서로 상이한 스캔 시점에 대응하여 라이다의 위치와 동일 구조물로 추정된 지점과의 거리 변화 값을 차량의 이동 거리로 산출하는 동작을 실행하도록 기술된 명령들을 포함한다 . As a program stored in a computer-readable storage medium and executed by a processor according to an embodiment, a reference line indicating a basic structure of an entered tunnel based on vertical angle information and distance information of point cloud data collected through lidar An operation of generating a pattern, an operation of receiving the point cloud data collected through the lidar at each scan time point while the vehicle is moving, and generating a linear pattern based on the vertical angle information and distance information of the point cloud data at each scan time point; An operation of recognizing an abnormal pattern different from the reference linear pattern by comparing the linear pattern with the reference linear pattern, calculating height values for vertical lines of point cloud data corresponding to the abnormal pattern, and among abnormal patterns recognized at different scan points The point where the calculated height values match within the error range is estimated as the same structure in the tunnel, and the distance change value between the position of the lidar and the point estimated to be the same structure in response to different scan times is calculated as the moving distance of the vehicle. Contains instructions that are described to perform an action.

선형 패턴들을 획득하는 동작은, 수직각 정보가 증가함에 따라 일정한 간격으로 거리 정보가 증가하는 점군 데이터들의 영역을 바닥면 영역으로 판단하고, 바닥면 영역의 수직각 정보 이상의 각도를 가지는 점군 데이터들을 연결하는 선형 패턴들을 획득할 수 있다. The operation of obtaining the linear patterns is performed by determining an area of point cloud data in which distance information increases at regular intervals as vertical angle information increases as the floor area, and connecting point cloud data having an angle greater than or equal to the vertical angle information of the floor area. linear patterns can be obtained.

기준 선형 패턴은 터널의 기본 구조에 따른 라이다의 스캔 시점, 반사 강도, 라이다와의 거리 정보, 수평각 또는 수직각 정보를 포함하고, 점군 데이터들의 수직선에 대한 높이 값을 산출하는 동작은, 기준 선형 패턴의 반사 강도와 상이한 반사강도를 가지는 선형 패턴을 이상 패턴으로 인식할 수 있다. The reference linear pattern includes the scan timing of the lidar according to the basic structure of the tunnel, reflection intensity, distance information from the lidar, and horizontal or vertical angle information. A linear pattern having a reflection intensity different from the reflection intensity of the linear pattern may be recognized as an abnormal pattern.

차량의 이동 거리로 산출하는 동작은, 이상 패턴에 해당하는 점군 데이터들의 거리 정보 또는 반사 강도가 연속적으로 일정한 비율을 가지면 가장 높은 수직각 정보를 가지는 하나의 점군 데이터 이외의 다른 점군 데이터들을 제외할 수 있다. In the operation of calculating the moving distance of the vehicle, if distance information or reflection intensity of the point cloud data corresponding to the abnormal pattern has a constant ratio continuously, other point cloud data other than one point cloud data having the highest vertical angle information can be excluded. have.

본 발명에 따르면, 차량에 연동된 라이다를 활용하여 별도로 구축된 맵 정보 없이도 터널과 같은 폐쇄 공간에서 차량의 이동 거리와 위치를 정확하게 추정할 수 있다. According to the present invention, it is possible to accurately estimate the moving distance and location of the vehicle in a closed space such as a tunnel without separately constructed map information by utilizing the lidar linked to the vehicle.

본 발명에 따르면, 폐쇄 공간의 면과 엣지 구분이 모호하여 이동 거리를 추정하는데 활용하기 어려웠던 부분에 대해 점군 데이터들의 선형 패턴 중에서 이상 패턴을 선별하여 이동 거리를 추정함으로써, GPS 음영지역에서의 실제 이동 거리의 정확성을 향상시킬 수 있다. According to the present invention, actual movement in the GPS shaded area is estimated by selecting an anomaly pattern from linear patterns of point cloud data and estimating the movement distance for a part that is difficult to use in estimating the movement distance due to the ambiguous distinction between the face and the edge of the closed space. It can improve the accuracy of the distance.

도 1은 한 실시예에 따른 터널을 진입하는 라이다 센서를 장착한 차량의 차량 위치를 추정하는 장치를 나타낸 예시도이다.
도 2는 한 실시예에 따른 수집한 점군 데이터에 저장된 수직각 정보와 거리 정보의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 3은 한 실시예에 따른 라이다 센서를 통해 스캔한 점군 데이터들을 나타낸 예시도이다.
도 4는 한 실시예에 따른 차량의 이동거리 측정 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 한 실시예에 따른 이상 패턴의 주기를 판단하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6는 한 실시예에 따른 이상 패턴의 주기 중에서 제외하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 한 실시예에 따른 차량의 이동 거리 산출하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 한 실시예에 따른 컴퓨팅 장치의 하드웨어 구성도이다.
1 is an exemplary diagram illustrating an apparatus for estimating a vehicle location of a vehicle equipped with a lidar sensor entering a tunnel according to an exemplary embodiment.
2 is a graph illustrating a correlation between vertical angle information and distance information stored in the collected point cloud data according to an exemplary embodiment.
3 is an exemplary diagram illustrating point cloud data scanned through a lidar sensor according to an exemplary embodiment.
4 is a flowchart illustrating a method of measuring a moving distance of a vehicle according to an exemplary embodiment.
5 is an exemplary diagram for explaining a process of determining a period of an abnormal pattern according to an exemplary embodiment.
6 is an exemplary diagram for explaining a process of excluding from a period of an abnormal pattern according to an exemplary embodiment.
7 is an exemplary diagram for explaining a process of calculating a moving distance of a vehicle according to an exemplary embodiment.
8 is a hardware configuration diagram of a computing device according to an embodiment.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated. In addition, terms such as “…unit”, “…group”, and “module” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software. have.

명세서에서 차량은 라이다(LiDAR) 센서가 장착된 모든 종류 차량을 의미하며, 여기서 라이다는 차량의 정면에 장착되어 있는 것으로 가정하고 설명하지만, 반드시 해당 위치로 한정하는 것은 아니다. In the specification, a vehicle means any type of vehicle equipped with a LiDAR sensor, and here, it is assumed that the lidar is mounted on the front of the vehicle, but the description is not necessarily limited thereto.

라이다는 빛 탐지 및 범위 측정(Light Detection And Ranging) 또는 레이저 이미징, 탐지 및 범위 측정(Laser Imaging, Detection and Ranging)의 약자로 펄스 레이저를 목표물에 방출하고 빛이 돌아오기까지 걸리는 시간 및 강도를 측정해 거리, 방향, 속도, 온도, 물질 분포 및 농도 특성을 감지하는 기술이다. 라이다는 작업 수행 결과를 소위 ‘포인트 클라우드’와 같은 점군 데이터들로 산출한다. LiDAR stands for Light Detection And Ranging or Laser Imaging, Detection and Ranging, which measures the time and intensity it takes for a pulsed laser to be emitted at a target and the light to return. It is a technology that detects distance, direction, speed, temperature, material distribution and concentration characteristics by measuring. LiDAR calculates the results of work performance as point cloud data such as so-called 'point clouds'.

명세서에서는 터널과 같이, GPS 신호가 차폐된 영역에서의 라이다를 이용한 차량의 이동 거리 및 위치를 측정하는 방법에 대한 것으로, 차량이 터널에 진입하였거나 터널 내부에 주행 중인 것으로 가정한다. The specification relates to a method of measuring the moving distance and location of a vehicle using a lidar in an area where a GPS signal is shielded, such as a tunnel, and it is assumed that the vehicle has entered the tunnel or is driving in the tunnel.

일반적으로 차량이 터널로 진입했다는 판단은 카메라, 조도센서, GIS 정보 등을 기반으로 판단 가능한 부분으로 터널 진입 여부를 판단하는 기준에 대해서는 생략한다. In general, the determination that the vehicle has entered the tunnel is a part that can be determined based on camera, illuminance sensor, GIS information, etc., and the criteria for determining whether or not to enter the tunnel are omitted.

이하에서는 도 1을 이용하여 라이다 기반의 차량 위치 추정 장치에 대해서 상세하게 설명한다. Hereinafter, a lidar-based vehicle location estimation apparatus will be described in detail with reference to FIG. 1 .

도 1은 한 실시예에 따른 라이다 기반의 차량 위치를 추정하는 장치의 구조도이다. 1 is a structural diagram of an apparatus for estimating a vehicle position based on a lidar according to an embodiment.

도 1에 도시한 바와 같이, 차량 위치 추정 장치(100)는 적어도 하나의 프로세서에 의해 동작하는 컴퓨팅 장치로 차량에 장착된 라이다와 유무선 네트워크로 연결되어 데이터를 송수신한다. As shown in FIG. 1 , the vehicle location estimation apparatus 100 is a computing device operated by at least one processor, and is connected to a lidar mounted in the vehicle through a wired/wireless network to transmit and receive data.

컴퓨팅 장치는 본 발명을 수행하도록 작성된 소프트웨어 프로그램을 실행할 수 있는 장치이면 충분하다.A computing device suffices as a device capable of executing a software program written to carry out the present invention.

차량 위치 추정 장치(100)는 차량에 장착된 라이다로부터 설정된 스캔 시점마다 획득한 라이다 점군(포인트 클라우드)을 수집한다. The vehicle position estimating apparatus 100 collects a lidar point cloud (point cloud) obtained at each set scan time point from the lidar mounted on the vehicle.

그리고 차량 위치 추정 장치(100)는 라이다로부터 설정된 스캔 시점마다 1회 스캔된 프레임과 프레임을 구성하는 점군 데이터들을 수집할 수 있다. 여기서, 라이다는 설정된 상하/좌우의 스캔 범위에서 각각의 위치 방향으로 스캔하는 포인트(point) ID가 지정되어 있으며, 차량 위치 추정 장치(100)는 라이다의 1회 스캔을 통해 생성되는 점군 데이터들에 대해 각 프레임으로 정의할 수 있다In addition, the vehicle position estimation apparatus 100 may collect a frame scanned once for every scan time set by the lidar and point cloud data constituting the frame. Here, point IDs to be scanned in each location direction in the set up/down/left/right scan range of the lidar are designated, and the vehicle position estimating apparatus 100 provides point cloud data generated through one scan of the lidar. can be defined for each frame

그리고 라이다의 설정된 스캔 시점은 차량 위치 추정 장치(100)와의 통신을 통해 재설정 가능하다. And the set scan time of the lidar can be reset through communication with the vehicle location estimation apparatus 100 .

차량 위치 추정 장치(100)는 터널의 바닥 수직각을 기준으로 터널의 바닥면을 인식하고 터널 내부의 측면 그리고 상측면을 인식하여 공간 형상을 판단할 수 있다. The vehicle position estimating apparatus 100 may determine the spatial shape by recognizing the bottom surface of the tunnel based on the vertical angle of the bottom of the tunnel and recognizing the inner side and upper side of the tunnel.

이때 차량 위치 추정 장치(100)는 차량마다 장착되는 라이다의 위치에 대응하여 상이하게 도출되는 각도, 높이 등에 대해서 미리 설정된 기준 값에 따라 자동으로 변환할 수 있다. 다시 말해, 차량 위치 추정 장치(100)는 차량마다 장착된 라이다 높이 각도의 차이를 없애기 위해 설치 높이 각도에 따라 자동으로 캘리브레이션을 수행할 수 있다. In this case, the vehicle position estimating apparatus 100 may automatically convert the angle, height, etc. derived differently in response to the position of the lidar mounted on each vehicle according to a preset reference value. In other words, the vehicle position estimation apparatus 100 may automatically perform calibration according to the installation height angle in order to eliminate the difference in the height angle of the lidar mounted on each vehicle.

그리고 차량 위치 추정 장치(100)는 정의된 프레임에 기초하여 상하, 좌우 각도가 미리 지정된 특정 포인트에 따라 일직선 상의 거리 변화에 따른 형상을 추출할 수 있다. 다시 말해, 차량 위치 추정 장치(100)는 점군 데이터들마다 저장된 수직각 정보와 거리 정보에 기초하여 선형 패턴들을 생성한다. In addition, the vehicle position estimating apparatus 100 may extract a shape according to a change in distance on a straight line according to a specific point to which vertical, horizontal, and vertical angles are previously designated based on the defined frame. In other words, the vehicle position estimation apparatus 100 generates linear patterns based on vertical angle information and distance information stored for each point cloud data.

여기서, 수직각 정보는 라이다의 수직각 정보이며, 거리 정보는 송출된 레이저가 반사되는 지점과 라이다와의 거리 정보를 의미한다. Here, the vertical angle information is vertical angle information of the lidar, and the distance information means distance information between the point where the emitted laser is reflected and the lidar.

다시 말해, 라이다를 통해 수집된 점군 데이터들에는 라이다의 스캔 시점, 반사 강도, 라이다와의 거리 정보, 거리 정보의 범위, 수평각 정보 그리고 수직각 정보가 저장되며, 차량 위치 추정 장치(100)는 이러한 점군 데이터들에 저장된 정보를 이용하여 선형 패턴을 생성할 수 있다. In other words, in the point cloud data collected through the lidar, the scan timing of the lidar, the reflection intensity, the distance information with the lidar, the range of the distance information, the horizontal angle information, and the vertical angle information are stored, and the vehicle position estimation apparatus 100 ) may generate a linear pattern using information stored in these point cloud data.

이때, 차량 위치 추정 장치(100)는 터널 최초 진입시, 점군 데이터들의 수직각 정보와 거리 정보에 기초하여 생성된 선형 패턴을 기준 선형 패턴으로 생성할 수 있다. In this case, the vehicle position estimating apparatus 100 may generate a linear pattern generated based on vertical angle information and distance information of point cloud data as a reference linear pattern when first entering the tunnel.

상세하게는 기준 선행 패턴은 차량이 종단(앞/뒤) 방향으로 이동하는 터널 내부에서 특징점을 추출하기 위해 기준이 되는 정보로, 미리 설정된 시간 동안 동일한 선형 패턴이 유지되면 해당 선형 패턴을 기준 선형 패턴으로 생성할 수 있다.In detail, the reference preceding pattern is information that serves as a reference for extracting feature points from inside the tunnel in which the vehicle moves in the longitudinal (front/back) direction. can be created with

이때, 라이다는 이러한 터널의 기준 선형 패턴을 생성하기 위해 횡방향으로 스캔한 후, 터널 기준 선형 패턴을 생성한 후에는 종방향으로 스캔할 수 있다. In this case, the lidar may scan in the lateral direction to generate the reference linear pattern of the tunnel and then scan in the longitudinal direction after generating the reference linear pattern in the tunnel.

다시 말해, 차량 위치 추정 장치(100)는 차량이 터널에 진입한 후, 기준 선형 패턴을 생성하기 전까지 횡방향으로 스캔하도록 라이다의 스캔 방향을 설정하고, 기준 선형 패턴이 생성되면 라이다의 스캔 방향을 종방향으로 설정할 수 있다. In other words, the vehicle position estimating apparatus 100 sets the scan direction of the lidar to scan in the lateral direction until the reference linear pattern is generated after the vehicle enters the tunnel, and when the reference linear pattern is generated, the scan of the lidar You can set the direction to vertical.

한편, 기준 선형 패턴은 GPS 폐쇄 지역에 대응하여 미리 설정된 정보일 수 있다. 예를 들어, 각 터널마다 기준 선형 패턴이 미리 설정되어 저장될 수 있으며, 차량이 터널을 진입할 때, 기기 또는 서버에 접속하여 해당 터널에 대응하여 저장된 기준 선형 패턴을 수집할 수 있다. Meanwhile, the reference linear pattern may be information set in advance corresponding to the GPS closed area. For example, a reference linear pattern may be preset and stored for each tunnel, and when a vehicle enters a tunnel, it may access a device or a server to collect the stored reference linear pattern corresponding to the tunnel.

이러한 기준 선형 패턴을 생성 또는 수집하는 구성은 추후에 사용자에 의해 용이하게 변경 및 설계 가능하다. A configuration for generating or collecting such a reference linear pattern can be easily changed and designed by a user later.

그리고 차량이 터널을 통과하는 동안 스캔 시점별로 수집된 점군 데이터들을 이용하여 스캔 시점별 점군 데이터들의 수직각 정보와 거리 정보에 기초하여 실시간으로 선형 패턴을 생성할 수 있다. In addition, a linear pattern may be generated in real time based on vertical angle information and distance information of the point cloud data for each scan point using the point cloud data collected for each scan point while the vehicle passes through the tunnel.

이처럼 차량 위치 추정 장치(100)는 기준 선행 패턴과 실시간 생성된 선형 패턴을 비교하여 기준 선행 패턴과 오차 범위 이상으로 상이한 선행 패턴을 이상 패턴으로 인식한다. As such, the vehicle position estimating apparatus 100 compares the reference preceding pattern with the linear pattern generated in real time, and recognizes a preceding pattern that is different from the reference preceding pattern by more than an error range as an abnormal pattern.

이상 패턴은 터널 공간과 같이 면과 엣지의 구분이 모호하며, 이동 변화에 따른 특징점을 추출하기 어려운 환경에서 이동거리를 산출하고자 할 때 기준점으로 이용하기 위한 패턴으로, 특이점을 가지는 점군 데이터들을 의미한다. The abnormal pattern is a pattern to be used as a reference point when calculating the movement distance in an environment where the distinction between surfaces and edges is ambiguous, such as in tunnel space, and it is difficult to extract feature points according to movement changes. .

다시 말해, 이상 패턴은 라이다에서 송출한 레이저가 터널 내부에 특이점이 될 수 있는 표지판, 환풍 기구, 설치된 구조물에 의해 반사되어 오는 점군 데이터들을 의미한다. In other words, the abnormal pattern refers to point cloud data that is reflected by a sign, a ventilation mechanism, and an installed structure that can become a singularity in the tunnel by the laser emitted from the lidar.

그러므로 차량 위치 추정 장치(100)는 동일한 수직각을 기준으로 기준 선형 패턴의 거리 정보와 선형 패턴의 거리 정보가 상이하거나 반사 강도(intensity)가 상이하면 해당 선형 패턴을 이상 패턴으로 인식할 수 있다. Therefore, the vehicle position estimating apparatus 100 may recognize the corresponding linear pattern as an abnormal pattern when distance information of the reference linear pattern and distance information of the linear pattern are different or reflection intensity is different based on the same vertical angle.

차량 위치 추정 장치(100)는 1회 스캔을 통한 하나의 프레임마다 비교를 통해 이상 패턴을 인식할 수 있다. 그리고 차량 위치 추정 장치(100)는 인식한 이상 패턴에 대한 스캔 시점, 라이다의 수평각 또는 수직각 정보, 라이다와의 거리 정보, 반사 강도 등을 연동되는 데이터베이스에 저장할 수 있다. The vehicle position estimating apparatus 100 may recognize an abnormal pattern through comparison for each frame through one scan. In addition, the vehicle position estimating apparatus 100 may store a scan time of the recognized abnormal pattern, horizontal or vertical angle information of the lidar, distance information with the lidar, reflection intensity, and the like in an interlocked database.

그리고 차량 위치 추정 장치(100)는 이상 패턴에 해당하는 점군 데이터들의 수직선에 대한 높이 값들을 산출한다. In addition, the vehicle position estimating apparatus 100 calculates height values with respect to the vertical line of the point cloud data corresponding to the abnormal pattern.

여기서, 높이 값은 점군 데이터들마다 라이다의 수직각 정보와 라이다와의 거리 정보를 삼각함수에 적용하여 산출한 값으로, 라이다에 연결된 수평선과 직교하는 수직선에 대한 높이 값을 의미한다. Here, the height value is a value calculated by applying the vertical angle information of the lidar and the distance information to the lidar for each point cloud data to a trigonometric function, and means a height value for a vertical line orthogonal to the horizontal line connected to the lidar.

차량 위치 추정 장치(100)는 해당 라이다의 정밀도 값에 기초하여 설정된 오차 범위(예를 들어 +/-0.01mm) 이내에 각각 산출된 높이 값이 일치하는 지 확인한다. 이러한 오차 범위는 연동되는 라이다의 종류, 특성, 정밀도 등에 의해 설정가능하며, 추후에 사용 환경에 의해 용이하게 변경 및 설정가능하다. The vehicle position estimating apparatus 100 checks whether the calculated height values match within an error range (eg, +/-0.01 mm) set based on the precision value of the corresponding lidar. This error range can be set by the type, characteristic, precision, etc. of the interlocking lidar, and can be easily changed and set later by the use environment.

다시 말해, 차량 위치 추정 장치(100)는 제1 스캔 시점을 가지는 이상 패턴과 제2 스캔 시점을 가지는 이상 패턴을 비교하여 각각 산출된 높이 값이 오차 범위 내에 일치하는 지점을 터널 내 동일 구조물로 추정할 수 있다.In other words, the vehicle position estimating apparatus 100 compares the abnormal pattern having the first scan time and the abnormal pattern having the second scan time, and estimates a point where the calculated height values match within the error range as the same structure in the tunnel. can do.

그리고 차량 위치 추정 장치(100)는 서로 상이한 스캔 시점에 대응하여 동일 구조물로 추정된 지점과의 거리 변화 값을 차량의 이동 거리로 산출한다. In addition, the vehicle position estimating apparatus 100 calculates a distance change value from a point estimated to be the same structure in response to different scan times as the moving distance of the vehicle.

상세하게는 차량 위치 추정 장치(100)는 라이다의 수직각 정보와 송출된 레이저가 반사되어 돌아온 거리 정보, 그리고 반사 지점의 높이 값을 삼각함수에 적용하여 라이다의 위치와 라이다에 연결된 수평선과 직교하는 수직선의 교점간의 길이를 산출할 수 있다. In detail, the vehicle position estimating apparatus 100 applies the vertical angle information of the lidar, the distance information where the emitted laser is reflected and returned, and the height value of the reflection point to the trigonometric function to apply the position of the lidar and the horizontal line connected to the lidar It is possible to calculate the length between the intersections of vertical lines orthogonal to .

이와 같은 방법으로 차량 위치 추정 장치(100)는 서로 다른 시점에서 동일 구조물로 추정된 지점과 라이다 위치와의 거리 값들을 산출하고, 산출된 거리 값들의 변화값을 차량의 이동 거리로 산출할 수 있다. In this way, the vehicle position estimating apparatus 100 may calculate distance values between a point estimated to be the same structure at different time points and a lidar position, and calculate a change value of the calculated distance values as the moving distance of the vehicle. have.

그리고 차량 위치 추정 장치(100)는 차량의 이동 거리를 적용하여 차량이 터널 안에서 위치하는 위치 정보를 추정할 수 있다. In addition, the vehicle location estimation apparatus 100 may estimate location information on which the vehicle is located in the tunnel by applying the moving distance of the vehicle.

또한, 차량 위치 추정 장치(100)는 터널의 바닥 수직각을 기준으로 인삭한 터널의 바닥면 영역과 차선의 폭에 기초하여 바닥면 영역에서 차량의 위치를 기준으로 좌우에 대한 횡단 비율과 차선의 폭에 따라 차량의 주행하는 차선 정보를 추정할 수 있다. In addition, the vehicle position estimating apparatus 100 is based on the width of the lane and the floor area of the tunnel cut based on the vertical angle of the floor of the tunnel, the cross ratio of the left and right and the lane based on the position of the vehicle in the floor area According to the width, information on the driving lane of the vehicle may be estimated.

한편, 차량에 연동되는 라이다(미도시함)은 3D 라이다 센서를 모두 포함하며, 미리 설정된 수평각 및 수직각의 범위 내에서 스캔을 통해 점군 데이터들을 생성하여 차량 위치 추정 장치(100)로 전송한다. On the other hand, the lidar (not shown) linked to the vehicle includes all 3D lidar sensors, and generates point cloud data through a scan within a range of preset horizontal and vertical angles and transmits them to the vehicle position estimation apparatus 100 . do.

예를 들어, 라이다는 수평각으로 360도, 수직각으로 30도 가 설정되어 스캔을 수행가능하며, 약 0.05초 내지 0.2초 사이의 스캔 주기 중에서 설정된 스캔 주기로 횡방향 스캔 또는 종방향 스캔 등을 수행할 수 있다. For example, the lidar can perform a scan by setting 360 degrees as a horizontal angle and 30 degrees as a vertical angle. can do.

이러한 스캔 주기는 차량 위치 추정 장치(100)와의 통신을 통해 재설정 가능하다. Such a scan period can be reset through communication with the vehicle location estimation apparatus 100 .

도 2는 한 실시예에 따른 수집한 점군 데이터에 저장된 수직각 정보와 거리 정보의 상관관계를 나타낸 그래프이다. 2 is a graph illustrating a correlation between vertical angle information and distance information stored in the collected point cloud data according to an exemplary embodiment.

도 2는 수직각의 가장 밑에서부터 스캔한 정보를 추출하였을 때 1회 스캔으로 획득한 하나의 프레임에 대한 각 점군 데이터들의 수직각 정보와 거리 정보를 비교한 그래프이다. 도 2는 상단부가 둥근 형태를 가지는 터널에 대한 점군 데이터들이 수직각과 거리 정보의 관계를 나타낸다. 2 is a graph comparing vertical angle information and distance information of each point cloud data for one frame acquired by one scan when information scanned from the bottom of the vertical angle is extracted. FIG. 2 shows the relationship between vertical angle and distance information of point cloud data for a tunnel having a round upper end.

일반적으로 바닥면은 평평하게 형성되기 때문에, 바닥면이 평평하다는 전제에 따라 수직각이 증가함에 따라 일정한 간격으로 거리가 증가하는 패턴으로 나타낸다. In general, since the bottom surface is formed to be flat, it is represented by a pattern in which the distance increases at regular intervals as the vertical angle increases under the premise that the bottom surface is flat.

다시 말해 도 2의 가 영역과 같이, 일정한 기울기를 가지는 직선 형태로 바닥면 영역이 형성된다. 실제 바닥면 영역이 경사를 이루고 있을 수 있지만, 바닥면 영역이 경사진 상황에서도 바닥면 영역은 일정한 형태의 증가하는 직선으로 나타난다. In other words, like the region of FIG. 2 , the bottom surface area is formed in a straight line shape having a constant inclination. Although the actual floor area may be inclined, the floor area appears as an increasing straight line in a constant shape even in a situation where the floor area is inclined.

그러므로 차량 위치 추정 장치(100)는 수직각 정보가 증가함에 따라 거리 정보가 일정한 간격으로 증가되는 영역을 바닥면 영역으로 판단한다. Therefore, as the vertical angle information increases, the vehicle position estimation apparatus 100 determines an area in which distance information is increased at regular intervals as the floor area.

다음으로 차량 위치 추정 장치(100)는 바닥면 영역의 수직각(θ) 이상의 각도에서 터널의 측면과 사측 정면을 확인할 수 있다. Next, the vehicle position estimating apparatus 100 may identify the side and oblique fronts of the tunnel at angles greater than or equal to the vertical angle θ of the floor area.

예를 들어, 거리는 동일하다는 조건 하에 터널의 중앙 영역에서 차량이 주행하는 경우에는 도 3의 나와 같이, 터널의 측면은 수직각 정보가 증가하더라도 거리 정보는 일정한 형태를 나타낸다. For example, when the vehicle travels in the central region of the tunnel under the condition that the distance is the same, as shown in FIG. 3 , the distance information on the side of the tunnel shows a constant shape even though the vertical angle information increases.

이는 터널의 벽면 형태가 반원일 때 도 2의 나와 같은 형상이 나타난다. When the shape of the wall of the tunnel is a semicircle, the same shape as shown in FIG. 2 appears.

한편, 터널의 상측 정면 영역에 대해서는 도 2의 다와 같이 바닥면 영역의 수직각(θ) 이상의 각도에서 역으로 거리 정보가 감소하는 형태로 나타난다. On the other hand, for the upper front area of the tunnel, as shown in FIG. 2 , the distance information is reversely decreased at an angle equal to or greater than the vertical angle θ of the floor area.

도 2의 다의 직선이 나의 직선보다 짧은 이유는 라이다의 거리 인식 한계로 인해 정면 방향으로 스캔되는 경우 차량 바로 위의 상부 영역에 대한 데이터를 얻을 수 없기 때문이다. The reason why the straight line of Da in FIG. 2 is shorter than my straight line is that data for the upper region directly above the vehicle cannot be obtained when scanning in the front direction due to the distance recognition limit of the lidar.

이에 도 2의 다의 점선 화살표가 시작되는 점은 가장 멀리 위치하는 횡단면을 나타내고 화살표의 끝 지점은 라이다 센서와 상대적으로 가까운 횡단면을 나타낸다. Accordingly, the starting point of the dotted arrow in FIG. 2 indicates the cross-section located the furthest, and the end point of the arrow indicates the cross-section relatively close to the lidar sensor.

이때, 터널의 형상에 따라 도 2의 나와 다의 사이의 영역은 곡선 또는 직선으로 나타날 수 있다. At this time, depending on the shape of the tunnel, the area between me and Da in FIG. 2 may appear as a curved line or a straight line.

예를 들어, 차량이 정중앙이 아닌 차선에서 주행하고 있거나 반타원형의 터널의 형상인 경우 곡선으로 나타날 수 있고, 터널이 사각의 형상을 가지면 직선으로 나타날 수 있다. For example, if the vehicle is traveling in a lane other than the center or has a semi-elliptical shape of a tunnel, it may appear as a curved line, and if the tunnel has a rectangular shape, it may appear as a straight line.

이처럼 차량 위치 추정 장치(100)는 바닥면 영역으로 판단한 수직각 정보(θ) 에 기초하여 수직각 정보(θ) 이하이면 바닥면 영역으로 판단하고, 수직각 정보(θ) 이상인 경우, 터널의 측면 영역 또는 상측 정면 영역으로 판단할 수 있다. As such, the vehicle position estimating apparatus 100 determines a floor area if the vertical angle information θ is less than or equal to the vertical angle information θ based on the vertical angle information θ determined as the floor area area, and when the vertical angle information θ is greater than the vertical angle information θ, the side surface of the tunnel It can be determined as a region or an upper frontal region.

다시 말해, 차량 위치 추정 장치(100)는 도 2의 다와 같이 터널의 기본 구조에 대응하여 일정한 형상을 가지는 기준 선형 패턴을 생성하며, 기준 선형 패턴을 기준으로 상이한 이상 패턴을 인식할 수 있다. In other words, the vehicle position estimating apparatus 100 may generate a reference linear pattern having a predetermined shape corresponding to the basic structure of the tunnel as shown in FIG. 2 , and may recognize different abnormal patterns based on the reference linear pattern.

이러한 패턴을 실제 라이다로부터 획득한 점군 데이터를 도시하면 도 3과 같다. Fig. 3 shows the point cloud data obtained from the actual lidar for such a pattern.

도 3은 한 실시예에 따른 라이다 센서를 통해 스캔한 점군 데이터들을 나타낸 예시도이다. 3 is an exemplary diagram illustrating point cloud data scanned through a lidar sensor according to an exemplary embodiment.

도 3의 (a)는 사각 형상을 가지는 터널이고, (b)는 반원형 형상을 가지는 터널에 대한 이미지이다. 3 (a) is a tunnel having a rectangular shape, (b) is an image of a tunnel having a semicircular shape.

차량 위치 추정 장치(100)는 도 3의 (a)와 같이, 실시간으로 라이다로부터 점군 데이터를 수집할 수 있다. 그리고 차량 위치 추정 장치(100)는 수집된 점군 데이터들로 구성된 터널의 형상에 기초하여 A-> B 방향 또는 B-> A 방향으로 기준 선형 패턴을 비교한다. The vehicle location estimation apparatus 100 may collect point cloud data from the lidar in real time as shown in FIG. 3A . In addition, the vehicle location estimation apparatus 100 compares the reference linear pattern in the A->B direction or B->A direction based on the shape of the tunnel composed of the collected point cloud data.

도 3의 형상은 송출된 레이저 펄스가 반사하는 지점에 기초하기 때문에, 패턴의 형상이 상이하다는 것은 일정한 수직각 정보를 가지고 송출되는 레이저 펄스가 서로 다른 높이의 구조물에 반사되는 것을 의미한다. Since the shape of FIG. 3 is based on the point at which the emitted laser pulse is reflected, the difference in the shape of the pattern means that the laser pulses emitted with constant vertical angle information are reflected on structures having different heights.

그러므로 차량 위치 추정 장치(100)는 실시간으로 수신하는 라이다의 점군 데이터에 대응하여 인식되는 상측 정면 영역(A-B)의 점군 데이터들과 기준 선형 패턴을 형성하는 점군 데이터와 서로 비교하여 오차 범위보다 상이한 부분을 탐색한다. Therefore, the vehicle position estimating apparatus 100 compares the point cloud data of the upper front area AB recognized corresponding to the point cloud data of the lidar received in real time with the point cloud data forming the reference linear pattern, which is different than the error range. explore the part

도 3의 (a)를 보면 좌측 선형 패턴들은 B 영역에서는 우측의 기준 선형 패턴과 동일하지만, A 영역에서는 우측의 기준 선형 패턴과 상이하게 선형 패턴이 단절된 부분을 확인할 수 있다. Referring to (a) of FIG. 3 , the left linear patterns are the same as the right reference linear pattern in the region B, but it can be seen that the linear pattern is disconnected differently from the right reference linear pattern in the A region.

이때, 각 단절된 부분은 터널의 상면에 표지판, 환풍 기구, 설치된 구조물 등에 해당되기 때문에 기준 선형 패턴과 다르게 나타나는 것으로 추정 가능하다. At this time, it can be estimated that each disconnected part is different from the reference linear pattern because it corresponds to a sign, a ventilation mechanism, a structure installed on the upper surface of the tunnel, and the like.

이와 마찬가지로 차량 위치 추정 장치(100)는 도 4의 (b)에서도 동일하게 좌측에 위치하는 상측 정면 영역(A-B)의 점군 데이터들과 우측에 위치하는 기준 선형 패턴을 형성하는 점군 데이터와 서로 비교하여 오차 범위보다 상이한 부분을 탐색한다. Similarly, the vehicle position estimation apparatus 100 compares the point cloud data of the upper front area AB located on the left and the point cloud data forming the reference linear pattern located on the right in the same manner as in FIG. Search for a part that is different than the error range.

이때, 선형 패턴들을 형성하는 점군 데이터에는 라이다와의 거리 정보 이외에도 반사 강도를 가지고 있으며, 반사강도가 상이한 점군 데이터들이 검색되면 해당 패턴을 이상 패턴으로 인식할 수 있다. In this case, the point cloud data forming the linear patterns has a reflection intensity in addition to distance information from the lidar, and when point cloud data having different reflection intensities is found, the corresponding pattern may be recognized as an abnormal pattern.

예를 들어, 각각의 점군 데이터에는 1회 스캔으로 획득한 프레임에 따라, 프레임 ID와 포인트 ID에 대응하여 다음 수학식 1과 같이 정보들이 저장될 수 있다. For example, in each point cloud data, information may be stored as shown in Equation 1 in response to a frame ID and a point ID according to a frame acquired through one scan.

[수학식 1] [Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

각각의 프레임은 점군 데이터들을 가지며, 스캔 시간, 포인트 ID, 범위, 반사 강도(intensity)의 정보를 가진다. 그리고 각 포인트는 각자 고유의 수평, 수직각의 정보를 가진다. 이외에도 각 점군 데이터들마다 라이다 센서와 송출된 레이저 펄스를 반사하는 지점간의 거리 정보를 포함한다. 여기서, 수평각 또는 수직각의 정보는 라이다 센서의 스캔 범위내의 각도 정보를 의미한다. Each frame has point cloud data, and information of scan time, point ID, range, and reflection intensity. And each point has its own horizontal and vertical angle information. In addition, each point cloud data includes distance information between the lidar sensor and the point that reflects the laser pulse emitted. Here, the horizontal angle or vertical angle information means angle information within the scan range of the lidar sensor.

도 4는 한 실시예에 따른 차량의 이동거리 측정 방법을 설명하는 흐름도이다. 4 is a flowchart illustrating a method of measuring a moving distance of a vehicle according to an exemplary embodiment.

도 4에 도시한 바와 같이, 차량 위치 추정 장치(100)는 라이다를 통해 수집된 점군 데이터들의 수직각 정보와 거리 정보에 기초하여 진입한 터널의 기본 구조를 나타내는 기준 선형 패턴을 생성한다(S110). As shown in FIG. 4 , the vehicle location estimation apparatus 100 generates a reference linear pattern representing the basic structure of the entered tunnel based on vertical angle information and distance information of the point cloud data collected through the lidar (S110). ).

먼저, 차량 위치 추정 장치(100)는 라이다의 점군 데이터들을 통해 터널의 바닥면 영역을 판단한다. 이는 차량의 높이, 수평 정도가 각 차량마다 다를 수 있기 때문에, 차량 위치 추정 장치(100)는 바닥 수직각의 임계치를 기준으로 바닥면 영역을 먼저 인식해야 한다. First, the vehicle location estimation apparatus 100 determines the floor area of the tunnel through the point cloud data of the lidar. Since the height and horizontal degree of the vehicle may be different for each vehicle, the vehicle position estimating apparatus 100 must first recognize the floor area based on the threshold of the floor vertical angle.

상세하게는 차량 위치 추정 장치(100)는 수직각 정보가 증가함에 따라 일정한 간격으로 거리가 증가하는 패턴을 가지는 영역을 바닥면 영역으로 인식할 수 있다. In detail, the apparatus 100 for estimating the vehicle position may recognize an area having a pattern in which the distance increases at regular intervals as vertical angle information increases as the floor area.

그리고 차량 위치 추정 장치(100)는 상측 정면 영역에서의 각 점군 데이터들의 라이다 수직각 정보와 라이다와의 거리 정보에 기초하여 선형 패턴을 생성한다. In addition, the vehicle position estimating apparatus 100 generates a linear pattern based on the lidar vertical angle information of each point cloud data in the upper front area and the distance information with the lidar.

차량 위치 추정 장치(100)는 해당 터널을 진입 시 최초 획득된 선형 패턴에 기초하여 미리 설정된 시간 동안 유지되는 패턴을 기준 선형 패턴으로 저장할 수 있다. 여기서, 기준 선형 패턴은 표지판, 구조물, 간판, 전등, 신호등 등 터널 내부에 특이점을 인식하기 위한 판단 기준이 된다. The vehicle position estimating apparatus 100 may store a pattern maintained for a preset time based on a linear pattern initially acquired when entering a corresponding tunnel as a reference linear pattern. Here, the reference linear pattern becomes a criterion for recognizing a singularity inside a tunnel such as a sign, a structure, a sign, an electric light, a traffic light, and the like.

다음으로 차량 위치 추정 장치(100)는 차량이 이동하는 동안 스캔 시점별로 라이다를 통해 수집된 점군 데이터들의 수직각 정보와 거리 정보에 기초하여 선형 패턴을 생성한다(S120). Next, the vehicle position estimating apparatus 100 generates a linear pattern based on vertical angle information and distance information of point cloud data collected through the lidar for each scan time point while the vehicle is moving ( S120 ).

차량 위치 추정 장치(100)는 바닥면 영역의 수직각(θ) 이상의 각도를 가지는 수직각 정보를 가지는 점군 데이터들을 이용하여 선형 패턴을 생성할 수 있다. The vehicle position estimation apparatus 100 may generate a linear pattern using point cloud data having vertical angle information having an angle greater than or equal to the vertical angle θ of the floor area.

다시 말해, 터널의 바닥면을 제외한 상측 중앙 영역을 기준으로 선형 패턴을 생성할 수 있으며, 경우에 따라서 터널의 측면 영역에 대해서도 선형 패턴을 생성할 수 있다. In other words, a linear pattern may be generated based on the upper central region excluding the bottom surface of the tunnel, and in some cases, a linear pattern may also be generated on the side region of the tunnel.

다음으로 차량 위치 추정 장치(100)는 스캔 시점별 선형 패턴과 기준 선형 패턴을 비교하여 기준 선형 패턴과 상이한 이상 패턴을 인식하고, 이상 패턴에 해당하는 점군 데이터들의 수직선에 대한 높이 값들을 산출한다(S130). Next, the vehicle position estimating apparatus 100 compares the linear pattern for each scan point with the reference linear pattern, recognizes an abnormal pattern different from the reference linear pattern, and calculates height values for the vertical line of point cloud data corresponding to the abnormal pattern ( S130).

먼저, 차량 위치 추정 장치(100)는 동일한 수직각 정보를 기준으로 거리 정보가 상이하거나 반사 강도가 상이한 선형패턴을 이상 패턴으로 인식할 수 있다. First, the vehicle position estimating apparatus 100 may recognize a linear pattern having different distance information or different reflection intensity based on the same vertical angle information as an abnormal pattern.

예를 들어, 내부 벽면의 동일한 구조로 설치된 터널에서 거리 정보가 동일하더라도 타일이나 유리 등과 같이 주변과 다른 반사 강도를 가지게 되면, 특정 주기 범위 내에서 다른 반사 강도를 나타내는 지점과의 거리를 측정할 수 있기 때문에 이동 경로를 추정하는 판단 기준이 될 수 있다. 그러므로 차량 위치 추정 장치(100)는 점군 데이터들의 거리 정보 또는 반사 강도 중에서 적어도 하나의 값이 상이하면 해당 선형 패턴을 이상 패턴으로 인식할 수 있다. For example, in a tunnel installed with the same structure on the inner wall, even if the distance information is the same, if it has a different reflective intensity from the surroundings, such as tiles or glass, it is possible to measure the distance to a point showing different reflective intensity within a specific period range. Therefore, it can be a criterion for estimating the movement path. Therefore, when at least one of distance information or reflection intensity of the point cloud data is different, the vehicle position estimation apparatus 100 may recognize the corresponding linear pattern as an abnormal pattern.

그리고 차량 위치 추정 장치(100)는 각각의 이상 패턴을 형성하는 점군 데이터들을 이용하여 점군 데이터들의 수직선에 대한 높이 값들을 산출한다. In addition, the vehicle position estimating apparatus 100 calculates height values for a vertical line of the point cloud data by using the point cloud data forming each abnormal pattern.

차량 위치 추정 장치(100)는 점군 데이터들마다 라이다의 수직각 정보와 라이다와의 거리 정보를 삼각함수에 적용하여 각 점군 데이터들에서부터 라이다에 연결된 수평선과 직교하는 수직선에 대한 높이 값들을 산출할 수 있다. The vehicle position estimation apparatus 100 applies the vertical angle information of the lidar and the distance information to the lidar for each point cloud data to a trigonometric function to obtain height values for a vertical line orthogonal to a horizontal line connected to the lidar from each point cloud data. can be calculated.

한편, 차량 위치 추정 장치(100)는 이상 패턴에 해당하는 점군 데이터들의 라이다의 수직각 정보에 기초하여 라이다와의 거리 정보 또는 반사 강도가 일정한 비율을 가지는지 확인한다. Meanwhile, the vehicle position estimating apparatus 100 checks whether distance information or reflection intensity from the lidar has a constant ratio based on the vertical angle information of the lidar of the point cloud data corresponding to the abnormal pattern.

라이다의 수직각 정보에 기초하여 거리 정보 또는 반사 강도가 일정한 비율을 가지는 경우, 차량의 이동으로 수직각 정보가 변하면 거리 정보가 해당 비율만큼 변하기 때문에, 각 지점을 특정할 수 없다. When the distance information or the reflection intensity has a constant ratio based on the vertical angle information of the lidar, when the vertical angle information changes due to the movement of the vehicle, since the distance information changes by the corresponding ratio, each point cannot be specified.

다시 말해, 라이다의 수직각 정보에 기초하여 거리 정보 또는 반사 강도가 일정한 비율을 가지는 경우, 각 점군 데이터들에서부터 라이다에 연결된 수평선과 직교하는 수직선에 대한 높이 값들은 모두 동일한 높이를 가진다. In other words, when distance information or reflection intensity has a constant ratio based on vertical angle information of the lidar, height values for a vertical line orthogonal to a horizontal line connected to the lidar from each point cloud data have the same height.

그러므로 차량 위치 추정 장치(100)는 연속적으로 거리 정보 또는 반사 강도가 일정한 비율을 가지는 점군 데이터들을 확인하면, 하나의 점군 데이터 이외의 다른 점군 데이터들은 제외한다. Therefore, when the vehicle position estimating apparatus 100 continuously checks point cloud data having a constant ratio of distance information or reflection intensity, other point cloud data other than one point cloud data is excluded.

다음으로 차량 위치 추정 장치(100)는 서로 상이한 스캔 시점에서 인식된 이상 패턴들 중에서 산출된 높이 값이 오차 범위 내에 일치하는 지점과 라이다의 위치와의 거리 변화 값을 차량의 이동 거리로 산출한다(S140). Next, the vehicle position estimating apparatus 100 calculates a distance change value between the position of the lidar and the point at which the calculated height value from among the abnormal patterns recognized at different scan points coincides within the error range as the moving distance of the vehicle. (S140).

차량 위치 추정 장치(100)는 연속적이거나 일정 범위 이내의 서로 상이한 스캔 시점에서 인식된 이상 패턴들 중에서 높이 값이 일치하는 지점을 터널 내 동일 구조물로 추정한다. The vehicle position estimating apparatus 100 estimates a point having the same height value among abnormal patterns recognized at successive or different scan points within a predetermined range as the same structure in the tunnel.

이때, 차량 위치 추정 장치(100)는 하나의 높이 값으로 동일 구조물을 추정할 수 있지만, 하나 이상의 높이 값들을 이용하여 해당 높이 값의 패턴들 중 일부가 일치하는 경우, 동일한 높이 값들 중에서 하나를 선택하여 거리 차이 값을 산출할 수 있다. In this case, the vehicle position estimating apparatus 100 may estimate the same structure with one height value, but when some of the patterns of the corresponding height values match using one or more height values, one of the same height values is selected. Thus, the distance difference value can be calculated.

다시 말해, 점군 데이터들의 높이 값이 제1 시점에서 1-3-4-3-1 로 산출된 이상 패턴과 제2 시점에서 4-3-1로 산출된 이상 패턴을 비교하는 경우, 동일한 지점이 4-3-1로, 일부 패턴이 일치하기 때문에, 제1 시점에서 제2 시점까지의 이동 거리를 높이값 4를 기준으로 산출할 수 있다. In other words, when the height value of the point cloud data is compared with the abnormal pattern calculated as 1-3-4-3-1 at the first time point and the abnormal pattern calculated as 4-3-1 at the second time point, the same point is In 4-3-1, since some patterns match, the moving distance from the first viewpoint to the second viewpoint may be calculated based on the height value 4 .

그리고 차량 위치 추정 장치(100)는 추정된 동일 구조물을 기준점으로 설정하고, 라이다의 위치와 동일 구조물로 추정된 지점과의 거리 변화 값을 산출한다. In addition, the vehicle position estimating apparatus 100 sets the estimated same structure as a reference point, and calculates a distance change value between the position of the lidar and the estimated point of the same structure.

상세하게는 차량 위치 추정 장치(100)는 라이다의 수직각 정보와 거리 정보, 그리고 반사 지점의 높이 값을 삼각함수에 적용하여 라이다의 위치와 라이다에 연결된 수평선과 직교하는 수직선의 교점간의 길이를 산출할 수 있다. In detail, the vehicle position estimating apparatus 100 applies the vertical angle information, the distance information of the lidar, and the height value of the reflection point to the trigonometric function to determine the distance between the position of the lidar and the intersection of the vertical line orthogonal to the horizontal line connected to the lidar. length can be calculated.

다시 말해, 차량 위치 추정 장치(100)는 라이다의 위치와 동일 구조물로 추정된 지점(교점)과의 길이를 각 스캔 시점마다 산출하고, 산출된 길이의 차이값을 차량의 이동 거리로 산출한다. In other words, the vehicle position estimating apparatus 100 calculates a length between the position of the lidar and a point (intersection) estimated to be the same structure for each scan time point, and calculates a difference between the calculated lengths as the moving distance of the vehicle. .

설명의 편의상 차량의 거리 정보에 기초하여 설명하였지만, 이는 거리 정보뿐 아니라 반사 강도가 상이한 선형 패턴이 인식되면 위치 추정 가능한 이상 패턴으로 인식될 수 있다. Although the description has been made based on distance information of the vehicle for convenience of description, when a linear pattern having different reflection intensity as well as distance information is recognized, it may be recognized as an abnormal pattern capable of estimating a position.

한편 차량 위치 추정 장치(100)는 양단의 바닥면 비율과 차선의 폭의 판단으로 좌우 대비 통해 현재 차량이 주행하는 차선 정보를 유추할 수 있다. Meanwhile, the vehicle position estimating apparatus 100 may infer information on the lane in which the vehicle currently travels by comparing the left and right sides by determining the ratio of the floor surfaces of both ends and the width of the lane.

이때, 차량이 이동 중 차선을 변경되어 벽면 기준 횡단면의 굴절 비율이 변경되면, 바닥면의 횡단 비율과 바닥면에 대한 기준각이 동시에 변경된다. At this time, when the lane is changed while the vehicle is moving and the refraction ratio of the reference cross-section of the wall surface is changed, the cross-section of the floor and the reference angle with respect to the floor are simultaneously changed.

그러므로 차량 위치 추정 장치(100)는 차량의 차선 변경을 인식하고 새로운 벽면 기준 횡단면을 생성하여 지속적으로 좌우, 앞뒤의 이동 거리 판단할 수 있다. Therefore, the vehicle position estimating apparatus 100 may recognize the lane change of the vehicle, generate a new wall reference cross-section, and continuously determine the left, right, front and rear movement distances.

이하에서는 도 5 내지 도 7을 이용하여 이상 패턴을 인식하는 과정과 차량의 이동거리를 산출하는 구성에 대해서 상세하게 설명한다. Hereinafter, a process for recognizing an abnormal pattern and a configuration for calculating a moving distance of a vehicle will be described in detail with reference to FIGS. 5 to 7 .

설명의 편의상 도 5 내지 도 7에서는 터널 상부의 구조물들을 동일한 형태로 반복적으로 도시하였지만, 반드시 구조물의 형태 또는 간격을 한정하는 것은 아니다. For convenience of explanation, although structures above the tunnel are repeatedly illustrated in the same shape in FIGS. 5 to 7 , the shape or spacing of the structures is not necessarily limited.

도 5는 한 실시예에 따른 이상 패턴의 주기를 판단하는 과정을 설명하기 위한 예시도이고 도 6는 한 실시예에 따른 이상 패턴의 주기 중에서 제외하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다. 5 is an exemplary diagram for explaining a process of determining a period of an abnormal pattern according to an embodiment, and FIG. 6 is an exemplary diagram for explaining a process of excluding from a period of an abnormal pattern according to an embodiment.

도 5의 (a)는 하나의 프레임(1회 스캔으로 획득한 점군데이터들)에서 수직각 정보에 따라 P(이상 패턴의 지점)를 형상화한 도면으로, P(P1, P1', P2, P3)는 돌출된 구조물에 의해 반사된 지점들을 나타낸다. 그리고 도 5의 (b)는 수직각 정보에 따른 거리 정보를 가지는 점군 데이터들을 나타낸 그래프이고, (c)는 (b)의 점군 데이터들의 높이 값을 나타낸 그래프이다. FIG. 5(a) is a diagram in which P (a point of an abnormal pattern) is shaped according to vertical angle information in one frame (point cloud data acquired through one scan), P(P1, P1', P2, P3) ) indicates the points reflected by the protruding structure. In addition, (b) of FIG. 5 is a graph showing point cloud data having distance information according to vertical angle information, and (c) is a graph showing height values of the point cloud data of (b).

도 5의 (a)에서 구조물에 의해 반사된 지점인 P1, P2, P1', P3 , P1'의 수직각 정보와 거리 정보에 기초하여 표시한 (b)를 보면 기준 선형 패턴과는 거리 값이 서로 상이한 지점으로 표시된 것을 알 수 있다. Referring to (b), which is displayed based on the vertical angle information and distance information of points P1, P2, P1', P3 , and P1' that are reflected by the structure in (a) of FIG. 5 , the distance value is different from the reference linear pattern. It can be seen that they are marked with different points.

이를 통해 차량 위치 추정 장치(100)는 상이한 지점으로 형성된 이상 패턴을 인식하는데, (b)에서 P1와 P1'은 라이다와의 거리 정보가 달라도 그 변화 비율이 동일한 반면, P2와 P3에 대해서는 상이한 형상을 가진다.Through this, the vehicle position estimating apparatus 100 recognizes an abnormal pattern formed at different points. In (b), P1 and P1' have the same change ratio even if the distance information from the lidar is different, whereas P2 and P3 are different. have a shape

상세하게는 P1과 P1’은 서로 다른 구조물에 의해 감지된 지점이라고 하더라도 동일한 높이에 위치하는 구조물에 대한 선형 패턴으로 차량이 이동함에 따라 P1지점이 아닌 P1’지점을 감지하더라도 P1 지점과 P1’지점을 구분하기 어렵다. In detail, even if P1 and P1' are points detected by different structures, as the vehicle moves in a linear pattern with respect to structures located at the same height, even if point P1' is detected instead of point P1, point P1 and point P1' difficult to distinguish

이때, 차량 위치 추정 장치(100)는 P1 지점 이외의 P1'지점을 제외할 수 있다. 다만, P1 지점과 P1'지점 사이에 P2 또는 P3 지점이 감지되었기 때문에, 하나의 지점이 아닌 인접한 지점을 포함하는 패턴의 형식으로 구분할 수도 있다. In this case, the vehicle location estimation apparatus 100 may exclude the point P1' other than the point P1. However, since the point P2 or P3 is detected between the point P1 and the point P1', it may be distinguished in the form of a pattern including an adjacent point instead of a single point.

예를 들어, 제1 시점에서 P1, P2, P1',P3, P1'의 지점이 인식되고 제2 시점에서 P1',P3,P1'의 지점이 인식되는 경우, 차량 위치 추정 장치(100)는 제1 시점의 P1과 제2 시점의 P1'에 대해서 동일한 구조물로 인식할 수 있지만, 인접한 지점의 값(각 P2와 P3)을 고려하여 서로 다른 구조물로 인식할 수 있다. For example, when the points of P1, P2, P1', P3, and P1' are recognized at the first time point and the points of P1', P3, P1' are recognized at the second time point, the vehicle location estimation apparatus 100 is P1 at the first time point and P1' at the second time point may be recognized as the same structure, but may be recognized as different structures in consideration of the values of adjacent points (P2 and P3, respectively).

다시 말해, 비연속적으로 점군 데이터들의 거리 정보 또는 반사 강도가 일정한 비율을 가지는 경우, 인접한 지점의 정보를 포함하여 동일 구조물 여부를 추정할 수 있다. In other words, when distance information or reflection intensity of the point cloud data discontinuously has a constant ratio, it is possible to estimate whether the structure is the same including information on adjacent points.

이에 제1 시점와 제2 시점에서 높이 값이 오차 범위 내에서 동일한 P1’(H1)-P3(H3)-P1’(H1)에 대해서 각 시점에서 감지된 공통된 지점으로 인식할 수 있다. Accordingly, P1'(H1)-P3(H3)-P1'(H1) having the same height value at the first time point and the second time point within the error range may be recognized as a common point sensed at each time point.

그러므로 차량 위치 추정 장치(100)는 동일한 P1'-P3-P1'지점 중에서 하나의 지점을 선택하여 해당 지점과 라이다의 위치와의 거리 변화 값을 차량의 이동 거리로 산출할 수 있다.Therefore, the vehicle position estimating apparatus 100 may select one point from among the same points P1'-P3-P1' and calculate a distance change value between the corresponding point and the position of the lidar as the moving distance of the vehicle.

한편, 차량 위치 추정 장치(100)는 도 5의 (a)에서 P1과 P1'를 통해 동일 구조물이 얼마의 거리를 두고 위치하는 지 추정할 수 있다. 이는 라이다에서 송출하는 각각의 점군 데이터에 저장된 수직/수평각 정보와 거리정보를 통해 P1과 P1'간의 간격을 추정할 수 있다. Meanwhile, the vehicle location estimation apparatus 100 may estimate how far the same structure is located through P1 and P1' in FIG. 5A . This can estimate the distance between P1 and P1' through vertical/horizontal angle information and distance information stored in each point cloud data transmitted from LiDAR.

또한, 반복되는 구조물이 수십미터 단위로 이격되어 한 프레임에서 해당 구조물들이 동시에 스캔되지 않는 경우에도 차량 위치 추정 장치(100)는 초기 프레임에 이상 패턴으로 저장된 시간 정보, 거리 정보, 반사 정보, 또는 라이다의 수직각 정보 등과 다음 프레임에 이상 패턴으로 저장된 시간 정보, 거리 정보 반사 정, 또는 라이다의 수직각 정보 등을 이용하여 해당 동일한 구조물의 간격을 추정할 수 있다.In addition, even when repeated structures are spaced apart by several tens of meters and the corresponding structures are not scanned at the same time in one frame, the vehicle position estimation apparatus 100 stores time information, distance information, reflection information, or It is possible to estimate the distance of the same structure by using the vertical angle information of Ida, time information stored as an abnormal pattern in the next frame, distance information reflection positive information, or vertical angle information of lidar.

이처럼 동일한 구조물의 간격을 추정하게 되면, 차량 위치 추정 장치(100)는 라이다의 소비 전력 및 연산 부하를 줄이기 위해 필요에 따라 라이다의 스캔 주기를 재설정할 수 있다. When the distance between the same structures is estimated in this way, the vehicle location estimation apparatus 100 may reset the scan period of the lidar as necessary to reduce power consumption and computational load of the lidar.

예를 들어, 차량 위치 추정 장치(100)는 터널 진입 시에는 스캔 주기를 가장 빠른 제1 스캔 주기로 설정하여 이상 패턴들을 획득한 후, 라이다에 설정된 스캔 주기마다 거리 정보 또는 반사 강도가 일정한 비율로 같은 값을 가지는 이상 패턴들을 인식하면 이상 패턴들의 간격인 구조물의 간격을 추정할 수 있다. 그러면 차량 위치 추정 장치(100)는 구조물의 간격에 비례하여 라이다의 스캔 주기를 재설정할 수 있다. For example, when entering a tunnel, the vehicle location estimation apparatus 100 sets the scan period as the fastest first scan period to acquire abnormal patterns, and then sets distance information or reflection intensity at a constant rate for each scan period set in the lidar. By recognizing abnormal patterns having the same value, it is possible to estimate the spacing of the structures, which is the interval between the abnormal patterns. Then, the vehicle location estimation apparatus 100 may reset the scan period of the lidar in proportion to the distance between the structures.

상세하게는 구조물의 간격이 크다면, 차량 위치 추정 장치(100)는 라이다의 스캔 주기를 제1 스캔 주기보다 느린 제2 스캔 주기로 재설정가능하다. In detail, if the distance between the structures is large, the vehicle location estimation apparatus 100 may reset the scan period of the lidar to a second scan period that is slower than the first scan period.

반면, 도6의 (a)와 같이, 유의미한 패턴들이 기준 횡단면 정보와 상이하더라도 비율의 차이를 제외하고 동일한 형상을 가지면 동일 구조물이라고 판단되므로 일정한 간격만큼 상이하게 위치하더라도 실제로 이동 거리를 산출할 때 활용되기 어렵다. On the other hand, as shown in (a) of FIG. 6 , even if the meaningful patterns are different from the reference cross-sectional information, if they have the same shape except for the difference in the ratio, it is determined that they are the same structure. hard to be

도 6의(a)는 기준 선형 패턴과 상이한 이상 패턴들이 모두 유사한 구조물의 높이에서 획득된 것으로, (b)와 같이 상이한 정도가 일정한 비율을 가지며, 연속적으로 나타나기 때문에, 각 수직각 정보에 따른 높이값을 나타내면 (c)와 같이 동일한 높이 H1으로 나타난다. 6(a) shows that the abnormal patterns different from the reference linear pattern are all obtained at the height of a similar structure, and as shown in (b), the different degrees have a constant ratio and appear continuously, so the height according to each vertical angle information When the value is expressed, it appears as the same height H1 as in (c).

그러므로 점군 데이터들이 연속적으로 거리 정보 또는 반사 강도가 일정한 비율로 같은 값을 가지면 차량 위치 추정 장치(100)는 이상 패턴들 중에서 하나를 제외한 다른 패턴들을 이동 거리를 산출하는 과정에서 제외한다. 이때, 차량 위치 추정 장치(100)는 가장 높은 수직각 정보를 가지는 하나의 이상 패턴을 선택할 수 있다.Therefore, when the point cloud data successively have the same distance information or reflection intensity at a constant ratio, the vehicle position estimating apparatus 100 excludes other patterns except for one of the abnormal patterns from the process of calculating the moving distance. In this case, the vehicle position estimating apparatus 100 may select one abnormal pattern having the highest vertical angle information.

도 6과 같은 경우, P1에 해당하는 이상 패턴 이외에 P1’로 표시된 다른 이상 패턴들을 제외할 수 있다. In the case of FIG. 6 , in addition to the abnormal pattern corresponding to P1, other abnormal patterns indicated by P1' may be excluded.

다음으로 도 7은 한 실시예에 따른 차량의 이동 거리 산출하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다. Next, FIG. 7 is an exemplary diagram for explaining a process of calculating a moving distance of a vehicle according to an exemplary embodiment.

도 7의 (a)는 차량이 x1 지점에 있을 때, 라이다로부터 획득한 P1, P2, P1`의 점군 데이터들을 나타내며, (b)는 차량이 x2 지점에 있을 때, 라이다로부터 획득한 P2, P1’에 대한 점군 데이터들을 나타낸다. 7(a) shows the point cloud data of P1, P2, and P1` obtained from the lidar when the vehicle is at the x1 point, and (b) is the P2 obtained from the lidar when the vehicle is at the x2 point. , represents the point cloud data for P1'.

그리고 도 7의 (c)는 차량이 x1 지점에서 x2 지점으로 이동한 상태를 나타낸다. And, (c) of FIG. 7 shows a state in which the vehicle moves from the point x1 to the point x2.

차량 위치 추정 장치(100)는 x1 지점에서 판단한 이상 패턴에 포함된 점군 데이터들(P1,P2,P1’)을 별도로 저장하고, x2 지점에서 판단한 이상 패턴에 포함된 점군 데이터들(P2,P1’)를 별도로 저장한다. The vehicle location estimation apparatus 100 separately stores the point cloud data P1, P2, P1' included in the abnormal pattern determined at the point x1, and the point cloud data P2, P1' included in the abnormal pattern determined at the point x2. ) are stored separately.

그리고 차량 위치 추정 장치(100)는 x1 지점 또는 x2 지점에서 이상 패턴에 포함된 점군 데이터들의 높이 값을 비교하여 오차 범위 이내에 동일한 높이 값을 가지는 P2 지점을 확인한다. In addition, the vehicle position estimating apparatus 100 compares the height values of the point cloud data included in the abnormal pattern at the x1 point or the x2 point to check the P2 point having the same height value within the error range.

이에 차량 위치 추정 장치(100)는 x1 지점에 대응하는 라이다 스캔 시점에서 P2 지점에 대한 점군 데이터에 저장된 라이다의 수직각 정보, 라이다와의 거리 정보 그리 높이 값(H2)을 삼각함수에 입력하여 P2 지점에서 라이다까지의 거리 값을 산출한다. 그리고 차량 위치 추정 장치(100)는 x2 지점에 대응하는 라이다 스캔 시점에서 P2 지점에 대한 점군 데이터에 저장된 라이다의 수직각 정보, 라이다와의 거리 정보 그리 높이 값(H2)을 삼각함수에 입력하여 P2 지점에서 라이다까지의 거리 값을 산출한다.Accordingly, the vehicle position estimating apparatus 100 applies the vertical angle information of the lidar stored in the point cloud data for the P2 point at the lidar scan time corresponding to the x1 point, the distance information with the lidar, and the height value (H2) to the trigonometric function. Input to calculate the distance value from point P2 to lidar. And the vehicle position estimating apparatus 100 calculates the vertical angle information of the lidar stored in the point cloud data for the P2 point at the lidar scan time corresponding to the x2 point, the distance information with the lidar, and the height value (H2) to the trigonometric function. Input to calculate the distance value from point P2 to lidar.

이에 차량 위치 추정 장치는 X1-P2 의 거리 값에서 X2-P2의 거리 값의 차이로 차량의 실제 주행거리(D)를 산출할 수 있다. Accordingly, the apparatus for estimating the vehicle location may calculate the actual driving distance D of the vehicle as a difference between the distance value of X1-P2 and the distance value of X2-P2.

또한, 차량 위치 추정 장치(100)는 도 7의 (a)에서 각 점군 데이터들의 거리 정보와 반사 정보, 수직각 정보 등을 통해 삼각함수 등을 이용하면 P1, P2, P1`의 서로간의 거리 정보를 구할 수 있으며, P1과 P1`의 구조물 간격도 구할 수 있다. In addition, when the vehicle position estimation apparatus 100 uses a trigonometric function through distance information, reflection information, and vertical angle information of each point cloud data in FIG. can be obtained, and the structure spacing between P1 and P1` can also be obtained.

한편, 차량 위치 추정 장치(100)는 산출된 차량의 이동 거리와 라이다 스캔의 시점의 차이값을 이용하여 차량의 이동 속도를 추정할 수 있다. Meanwhile, the vehicle position estimating apparatus 100 may estimate the moving speed of the vehicle by using a difference value between the calculated moving distance of the vehicle and the time point of the lidar scan.

차량 위치 추정 장치(100)가 차량의 실제 주행 속도에 대한 정보가 없기 때문에 초기부터 차량의 주행 속도에 기초하여 라이다 스캔 주기를 설정하거나 이상 패턴을 산출하는 데 이용하기 어렵지만 속도를 추정한 후에는 이상 패턴을 인식하기 위한 가이드 라인을 제공할 수 있다. Since the vehicle location estimating apparatus 100 does not have information on the actual driving speed of the vehicle, it is difficult to set the lidar scan period based on the driving speed of the vehicle from the beginning or use it to calculate an abnormal pattern, but after estimating the speed A guideline for recognizing an abnormal pattern may be provided.

일반적으로 동일한 이상 패턴들이 있는 상황에서 차량 속도의 가변에 따라 이상 패턴들의 인식이 달라질 수 있다. In general, in a situation in which the same abnormal patterns exist, recognition of abnormal patterns may vary according to a change in vehicle speed.

예를 들어, 터널에서 차량이 느린 속도로 주행하는 경우 특징이 되는 구조물이 밀집되어 형성되더라도 각각의 구조물에 대한 선형 패턴이 인식되기 때문에, 밀집된 구조물이더라도 이상 패턴이 될 수 있다. 반면에 차량이 빠른 속도로 주행하는 경우, 특징이 되는 구조물이 밀집되어 있는 경우, 각 구조물을 인식할 수 없고, 일정 거리 이상 간격이 떨어져 있는 특징이 되는 구조물에 대해서도 이상 패턴으로 인식하기 어려울 수 있다. For example, when a vehicle travels at a slow speed in a tunnel, even if a characteristic structure is densely formed, a linear pattern for each structure is recognized, so even a dense structure may be an abnormal pattern. On the other hand, when the vehicle travels at a high speed, when the characteristic structures are dense, each structure cannot be recognized, and it may be difficult to recognize as an abnormal pattern even for the characteristic structures separated by a certain distance or more. .

이처럼 차량의 속도, 라이다 스캔 주기, 특징이 되는 구조물 반복 주기간의 관계에 대해 다음 표 1를 이용하여 상세하게 설명한다. As such, the relationship between the vehicle speed, the lidar scan period, and the characteristic structure repetition period will be described in detail using Table 1 below.

표 1은 차량이 시속 36km/h~108km/h로 주행 한다는 가정으로 VLP-16 라이다 모델의 경우 0.2초~0.05초 사이로 스캔(미리 정의됨)을 1회씩 수행하는 경우 이상 패턴으로 인식되는 반복되는 구조물 간격에 대한 최소 거리를 측정한 표이다. Table 1 shows that the repetition recognized as an anomaly pattern when scanning (predefined) is performed once between 0.2 and 0.05 seconds for the VLP-16 lidar model, assuming that the vehicle travels at a speed of 36 km/h to 108 km/h. This is a table measuring the minimum distance for the structure spacing.

이동속도
(km/h)
speed
(km/h)
이동속도
(m/s)
speed
(m/s)
라이다 최소 스캔주기(s)LiDAR Minimum Scan Period(s) 라이다 최대 스캔주기(s)LiDAR Max Scan Period(s) 최소 구조물 반복주기(m)Minimum structure repetition period (m) 최대 구조물 반복 주기(m)Maximum structure repetition period (m)
3636 1010 0.20.2 0.050.05 22 0.50.5 39.639.6 1111 0.20.2 0.050.05 2.22.2 0.550.55 43.243.2 1212 0.20.2 0.050.05 2.42.4 0.60.6 46.846.8 1313 0.20.2 0.050.05 2.62.6 0.650.65 50.450.4 1414 0.20.2 0.050.05 2.82.8 0.70.7 5454 1515 0.20.2 0.050.05 33 0.750.75 57.657.6 1616 0.20.2 0.050.05 3.23.2 0.80.8 61.261.2 1717 0.20.2 0.050.05 3.43.4 0.850.85 64.864.8 1818 0.20.2 0.050.05 3.63.6 0.90.9 68.468.4 1919 0.20.2 0.050.05 3.83.8 0.950.95 7272 2020 0.20.2 0.050.05 44 1One 75.675.6 2121 0.20.2 0.050.05 4.24.2 1.051.05 79.279.2 2222 0.20.2 0.050.05 4.44.4 1.11.1 82.882.8 2323 0.20.2 0.050.05 4.64.6 1.151.15 86.486.4 2424 0.20.2 0.050.05 4.84.8 1.21.2 9090 2525 0.20.2 0.050.05 55 1.251.25 93.693.6 2626 0.20.2 0.050.05 5.25.2 1.31.3 97.297.2 2727 0.20.2 0.050.05 5.45.4 1.351.35 100.8100.8 2828 0.20.2 0.050.05 5.65.6 1.41.4 104.4104.4 2929 0.20.2 0.050.05 5.85.8 1.451.45 108108 3030 0.20.2 0.050.05 66 1.51.5

표 1에서와 같이, 차량의 이동 속도가 빨라질수록 자연적으로 스캔 간격이 멀어져서 구조물 또한 세밀하게 인식할 수 없게 된다.As shown in Table 1, as the moving speed of the vehicle increases, the scan interval naturally increases, so that the structure cannot be recognized in detail.

그러므로 표 1에서와 같이 이상 패턴으로 나타나는 구조물이 반복적으로 측정된 간격(구조물의 반복 주기)은 이동속도(m/s) * 스캔주기(s)로 나타낼 수 있다. Therefore, as shown in Table 1, the interval (repetition period of the structure) at which structures appearing as abnormal patterns are repeatedly measured can be expressed as movement speed (m/s) * scan period (s).

다시 말해, 이동속도 10m/s이고 라이다 최대(빠른) 스캔 주기 0.05s를 곱하면 최대 반복 구조물 주기가 0.5m로 나오게 된다. 이 의미는 반복되는 구조물의 간격이 0.5m이상이면 이상 패턴으로 인식이 될 수 있다는 것을 의미한다. 그리고 0.5m이하의 간격으로 설치되어 있는 구조물은 실제 떨어져 있는 간격이 존재하더라도 이동 속도와 스캔 주기로 인해 라이다는 구조물이 아닌 단면으로 판단하게 되어 무의미한 패턴이 된다.In other words, if the movement speed is 10m/s and the maximum (fast) LiDAR scan period is multiplied by 0.05s, the maximum repeating structure period is 0.5m. This means that if the interval between the repeated structures is 0.5m or more, it can be recognized as an abnormal pattern. In addition, structures installed at intervals of 0.5 m or less, even if there is an actual separation, due to the movement speed and scan cycle, the lidar is judged as a cross-section rather than a structure, and it becomes a meaningless pattern.

그리고 표 1에서 100km/h 이상의 이동 속도이면서 라이다 스캔 주기가 0.2초일 때 구조물 간격이 최소 6m이상은 떨어져있어야 이상 패턴으로 인식 할 수 있다. And in Table 1, when the moving speed of 100 km/h or more and the lidar scan cycle is 0.2 seconds, the structure must be at least 6 m apart to be recognized as an abnormal pattern.

이처럼 차량 위치 추정 장치(100)는 차량의 이동 속도를 추정하면, 설정된 라이다의 스캔 주기에 따라 1 차적으로 반복 구조물의 간격에 대한 이상 패턴을 조건을 설정할 수 있다. As such, when the vehicle position estimating apparatus 100 estimates the moving speed of the vehicle, the condition for an abnormal pattern for the interval of the repeating structure may be primarily set according to the set LiDAR scan period.

표 1을 분석한 결과를 토대로 차량 위치 추정 장치(100)는 차량의 이동속도, 라이다 스캔 주기, 반복 구조물의 간격에 대한 이상 패턴(a)과 무의미 패턴(b)을 판단하는 조건을 다음 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. Based on the analysis result of Table 1, the vehicle position estimation apparatus 100 calculates the conditions for determining the abnormal pattern (a) and the meaningless pattern (b) for the moving speed of the vehicle, the lidar scan period, and the interval of the repeating structure using the following math It can be expressed as Equation 2.

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, V_car(m/s)은 이동속도, Lidar_frequency(s)는 라이다의 스캔 주기, Pattern(m)은 구조물(패턴) 간격을 의미한다. Here, V_car(m/s) is the movement speed, Lidar_frequency(s) is the scan period of the lidar, and Pattern(m) is the structure (pattern) interval.

수학식 2와 같이, 차량 위치 추정 장치(100)는 차량의 이동 속도 정보와 라이다 스캔 주기에 대한 정보를 이용하여 1차적으로 구조물의 간격을 이용하여 이상 패턴 또는 무의미한 패턴을 분류할 수 있다. As shown in Equation 2, the vehicle position estimating apparatus 100 may first classify an abnormal pattern or a meaningless pattern by using the distance between the structures using the vehicle moving speed information and the lidar scan period information.

수학식 2는 이상 패턴 또는 무의미한 패턴을 구분하는 가이드 라인과 같은 개념으로 적용될 수 있다. Equation 2 may be applied as a concept such as a guideline for discriminating an abnormal pattern or a meaningless pattern.

이때, 차량 위치 추정 장치(100)는 차량의 주행 정보(OBD:On Board Diagnostics)를 수집하는 경우, 차량의 속도를 수집하고 구조물의 간격을 추정하게 되면 수학식 2의 조건에 맞는 이상 패턴들 중에서 S130 단계에 따른 이상 패턴을 인식할 수 있다. At this time, when the vehicle location estimating apparatus 100 collects vehicle driving information (OBD: On Board Diagnostics), when the vehicle speed is collected and the distance between structures is estimated, among the abnormal patterns satisfying the condition of Equation 2 An abnormal pattern according to step S130 may be recognized.

도 8은 한 실시예에 따른 컴퓨팅 장치의 하드웨어 구성도이다.8 is a hardware configuration diagram of a computing device according to an embodiment.

도 8을 참고하면, 차량 위치 추정 장치(100)는 적어도 하나의 프로세서에 의해 동작하는 컴퓨팅 장치(300)로, 본 발명의 동작을 실행하도록 기술된 명령들(instructions)이 포함된 프로그램을 실행한다. Referring to FIG. 8 , the vehicle location estimation apparatus 100 is a computing device 300 operated by at least one processor, and executes a program including instructions described to execute the operation of the present invention. .

컴퓨팅 장치(300)의 하드웨어는 적어도 하나의 프로세서(310), 메모리(320), 스토리지(330), 통신 인터페이스(340)를 포함할 수 있고, 버스를 통해 연결될 수 있다. 이외에도 입력 장치 및 출력 장치 등의 하드웨어가 포함될 수 있다. 컴퓨팅 장치(300)는 프로그램을 구동할 수 있는 운영 체제를 비롯한 각종 소프트웨어가 탑재될 수 있다.The hardware of the computing device 300 may include at least one processor 310 , a memory 320 , a storage 330 , and a communication interface 340 , and may be connected through a bus. In addition, hardware such as an input device and an output device may be included. The computing device 300 may be loaded with various software including an operating system capable of driving a program.

프로세서(310)는 컴퓨팅 장치(300)의 동작을 제어하는 장치로서, 프로그램에 포함된 명령들을 처리하는 다양한 형태의 프로세서(310)일 수 있고, 예를 들면, CPU(Central Processing Unit), MPU(Micro Processor Unit), MCU(Micro Controller Unit), GPU(Graphic Processing Unit) 등 일 수 있다. 메모리(320)는 본 발명의 동작을 실행하도록 기술된 명령들이 프로세서(310)에 의해 처리되도록 해당 프로그램을 로드한다. 메모리(320)는 예를 들면, ROM(read only memory), RAM(random access memory) 등 일 수 있다. 스토리지(330)는 본 발명의 동작을 실행하는데 요구되는 각종 데이터, 프로그램 등을 저장한다. 통신 인터페이스(340)는 유/무선 통신 모듈일 수 있다.The processor 310 is a device for controlling the operation of the computing device 300 , and may be a processor 310 of various types for processing instructions included in a program, for example, a central processing unit (CPU), an MPU ( It may be a micro processor unit), a micro controller unit (MCU), a graphic processing unit (GPU), or the like. The memory 320 loads the corresponding program so that the instructions described to execute the operation of the present invention are processed by the processor 310 . The memory 320 may be, for example, read only memory (ROM), random access memory (RAM), or the like. The storage 330 stores various data, programs, etc. required for executing the operation of the present invention. The communication interface 340 may be a wired/wireless communication module.

본 발명의 차량 위치 추정 장치는 라이다 센서만을 활용하여 폐쇄 공간인 터널에서 차량의 이동 거리와 위치를 정확하게 추정할 수 있다. The apparatus for estimating the vehicle location of the present invention can accurately estimate the moving distance and location of the vehicle in the tunnel, which is a closed space, by using only the lidar sensor.

또한 차량 위치 추정 장치는 획득한 라이다 형상의 이상 패턴에 기초하여 이동 거리와 인식 주기에 따른 시간 변화값에 따라 차량의 속도와 차선 단위의 정밀한 위치 추정이 가능하다In addition, the vehicle position estimating device is capable of accurately estimating the speed of the vehicle and the lane unit based on the obtained abnormal pattern of the lidar shape according to the moving distance and the time change value according to the recognition period.

이와 같이, 차량 위치 추정 장치(100)는 터널 내부에서 차량의 이동 거리 및 주행 차선 정보를 추정함으로써, 자율 주행 또는 V2X에 활용가능하다. In this way, the vehicle location estimation apparatus 100 can be utilized for autonomous driving or V2X by estimating the moving distance and driving lane information of the vehicle inside the tunnel.

또한, 기존에 자율주행 차량에 부착된 GPS, IMU와 결합이 용이하며, 이를 통해 높은 정확도의 위치 추정이 가능하다. In addition, it is easy to combine with the GPS and IMU attached to the existing autonomous vehicle, and through this, it is possible to estimate the location with high accuracy.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.The embodiment of the present invention described above is not implemented only through the apparatus and method, but may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium in which the program is recorded.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improved forms of the present invention are also provided by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims. is within the scope of the right.

Claims (13)

적어도 하나의 프로세서에 의해 동작하는 차량 위치 추정 장치가 차량에 탑재된 라이다를 이용하여 터널을 통과하는 상기 차량의 위치를 추정하는 방법으로서,
상기 라이다를 통해 수집된 점군 데이터들의 수직각 정보와 거리 정보에 기초하여 진입한 터널의 기본 구조를 나타내는 기준 선형 패턴을 생성하는 단계,
상기 차량이 이동하는 동안 스캔 시점별로 상기 라이다를 통해 수집된 점군 데이터들을 입력받고 스캔 시점별 점군 데이터들의 수직각 정보와 거리 정보에 기초하여 선형 패턴을 생성하는 단계,
스캔 시점별 선형 패턴과 상기 기준 선형 패턴을 비교하여 상기 기준 선형 패턴과 상이한 이상 패턴을 인식하고, 상기 이상 패턴에 해당하는 점군 데이터들의 수직선에 대한 높이 값들을 산출하는 단계, 그리고
서로 상이한 스캔 시점에서 인식된 이상 패턴들 중에서 산출된 높이 값이 오차 범위 내에 일치하는 지점을 터널 내 동일 구조물로 추정하고, 서로 상이한 스캔 시점에 대응하여 상기 라이다의 위치와 상기 동일 구조물로 추정된 지점과의 거리 변화 값을 상기 차량의 이동 거리로 산출하는 단계
를 포함하는 차량 위치 추정 방법.
A method for estimating the location of the vehicle passing through a tunnel using a lidar mounted on the vehicle, by a vehicle location estimation device operated by at least one processor,
generating a reference linear pattern representing a basic structure of an entered tunnel based on vertical angle information and distance information of the point cloud data collected through the lidar;
receiving the point cloud data collected through the lidar at each scan time point while the vehicle is moving, and generating a linear pattern based on vertical angle information and distance information of the point cloud data for each scan time point;
Comparing the linear pattern for each scan point with the reference linear pattern, recognizing an abnormal pattern different from the reference linear pattern, and calculating height values for a vertical line of point cloud data corresponding to the abnormal pattern; and
A point in which the calculated height value coincides within an error range among abnormal patterns recognized at different scan times is estimated to be the same structure in the tunnel, and the position of the lidar and the same structure estimated to be the same structure in response to different scan times are estimated. calculating a distance change value from a point as a moving distance of the vehicle
A vehicle location estimation method comprising a.
제1항에서,
상기 점군 데이터들은,
각 점군 데이터마다 상기 라이다의 스캔 시점, 반사 강도, 상기 라이다와의 거리 정보, 상기 거리 정보의 범위, 수평각 정보 그리고 수직각 정보를 포함하는 차량 위치 추정 방법.
In claim 1,
The point cloud data are
A vehicle position estimation method including a scan time point of the lidar, reflection intensity, distance information with respect to the lidar, a range of the distance information, horizontal angle information, and vertical angle information for each point cloud data.
제2항에서,
상기 선형 패턴을 생성하는 단계는,
상기 수직각 정보가 증가함에 따라 일정한 간격으로 거리 정보가 증가하는 점군 데이터들의 영역을 상기 바닥면 영역으로 판단하고,
상기 바닥면 영역의 수직각 정보 이상의 각도를 가지는 점군 데이터들을 연결하는 선형 패턴들을 획득하는 차량 위치 추정 방법.
In claim 2,
The step of generating the linear pattern comprises:
determining an area of point cloud data in which distance information increases at regular intervals as the vertical angle information increases as the floor area;
A vehicle position estimation method for obtaining linear patterns connecting point cloud data having an angle greater than or equal to the vertical angle information of the floor area.
제3항에서,
상기 선형 패턴을 생성하는 단계는,
스캔 시점별 점군 데이터들의 수직각 정보와 반사 강도에 기초하여 선형 패턴을 생성하고,
상기 점군 데이터들의 수직선에 대한 높이 값을 산출하는 단계는,
상기 기준 선형 패턴의 반사 강도와 상이한 반사강도를 가지는 선형 패턴을 이상 패턴으로 인식하는 차량 위치 추정 방법.
In claim 3,
The step of generating the linear pattern comprises:
A linear pattern is generated based on the vertical angle information and reflection intensity of the point cloud data for each scan point,
Calculating a height value for a vertical line of the point cloud data includes:
A vehicle position estimation method for recognizing a linear pattern having a reflection intensity different from that of the reference linear pattern as an abnormal pattern.
제4항에서,
상기 점군 데이터들의 수직선에 대한 높이 값들을 산출하는 단계는,
상기 점군 데이터들마다 상기 라이다의 수직각 정보와 상기 라이다와의 거리 정보에 기초하여 상기 라이다에 연결된 수평선과 직교하는 수직선에 대한 높이 값들을 산출하는 차량 위치 추정 방법.
In claim 4,
The step of calculating height values for the vertical line of the point cloud data includes:
A vehicle position estimation method for calculating height values of a vertical line orthogonal to a horizontal line connected to the lidar based on vertical angle information of the lidar and distance information from the lidar for each of the point cloud data.
제5항에서,
상기 차량의 이동 거리로 산출하는 단계는,
상기 이상 패턴에 해당하는 점군 데이터들의 거리 정보 또는 반사 강도가 연속적으로 일정한 비율을 가지면 가장 높은 수직각 정보를 가지는 하나의 점군 데이터 이외의 다른 점군 데이터들을 제외하는 차량 위치 추정 방법.
In claim 5,
Calculating the moving distance of the vehicle comprises:
When distance information or reflection intensity of the point cloud data corresponding to the abnormal pattern has a continuous constant ratio, the vehicle position estimation method excludes other point cloud data other than one point cloud data having the highest vertical angle information.
제3항에서,
상기 선형 패턴을 생성하는 단계는,
상기 바닥면 영역을 판단하면, 상기 바닥면 영역에서 상기 차량의 위치를 기준으로 좌우에 대한 횡단 비율과 각 차선에 대한 차선의 폭을 추정하여 상기 차량이 주행하는 차선 정보를 추정하는 차량 위치 추정 방법.
In claim 3,
The step of generating the linear pattern comprises:
When determining the floor area, the vehicle position estimation method for estimating lane information in which the vehicle travels by estimating the cross ratio for left and right and the width of each lane on the basis of the location of the vehicle in the floor area .
제7항에서,
상기 선형 패턴을 생성하는 단계는,
상기 횡단 비율과 상기 바닥면 영역으로 판단한 수직각 정보가 동시에 변경되면 주행하는 차선이 변경된 것으로 판단하는 차량 위치 추정 방법.
In claim 7,
The step of generating the linear pattern comprises:
When the vertical angle information determined by the crossing ratio and the floor area is changed at the same time, the vehicle position estimation method for determining that the driving lane is changed.
제1항에서,
상기 라이다에 설정된 스캔 주기마다 인식된 이상 패턴의 점군 데이터들 중에서 수직각 정보에 기초하여 거리 정보 또는 반사 강도가 일정한 비율을 가지면 상기 점군 데이터들의 라이다의 수직각 정보, 라이다와의 거리 정보 그리고 높이 값들을 이용하여 이상 패턴의 점군 데이터들에 대한 간격을 산출하는 단계, 그리고
점군 데이터들에 대한 간격에 비례하여 상기 라이다의 스캔 주기를 재설정하는 단계를 더 포함하는 차량 위치 추정 방법.
In claim 1,
If distance information or reflection intensity has a constant ratio based on vertical angle information among point cloud data of an abnormal pattern recognized for each scan period set in the lidar, vertical angle information of the lidar and distance information of the lidar of the point cloud data And calculating an interval for the point cloud data of the abnormal pattern using the height values, and
The method of estimating the vehicle position further comprising the step of resetting the scan period of the lidar in proportion to the interval for the point cloud data.
컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 저장되고 프로세서에 의해 실행되는 프로그램으로서,
라이다를 통해 수집된 점군 데이터들의 수직각 정보와 거리 정보에 기초하여 진입한 터널의 기본 구조를 나타내는 기준 선형 패턴을 생성하는 동작,
상기 차량이 이동하는 동안 스캔 시점별로 상기 라이다를 통해 수집된 점군 데이터들을 입력받고 스캔 시점별 점군 데이터들의 수직각 정보와 거리 정보에 기초하여 선형 패턴을 생성하는 동작,
스캔 시점별 선형 패턴과 상기 기준 선형 패턴을 비교하여 상기 기준 선형 패턴과 상이한 이상 패턴을 인식하고, 상기 이상 패턴에 해당하는 점군 데이터들의 수직선에 대한 높이 값들을 산출하는 동작, 그리고
서로 상이한 스캔 시점에서 인식된 이상 패턴들 중에서 산출된 높이 값이 오차 범위 내에 일치하는 지점을 터널 내 동일 구조물로 추정하고, 서로 상이한 스캔 시점에 대응하여 상기 라이다의 위치와 상기 동일 구조물로 추정된 지점과의 거리 변화 값을 상기 차량의 이동 거리로 산출하는 동작
을 실행하도록 기술된 명령들을 포함하는 프로그램.
A program stored in a computer-readable storage medium and executed by a processor, comprising:
An operation of generating a reference linear pattern representing the basic structure of an entered tunnel based on vertical angle information and distance information of point cloud data collected through lidar;
An operation of receiving the point cloud data collected through the lidar at each scan time point while the vehicle is moving and generating a linear pattern based on vertical angle information and distance information of the point cloud data at each scan point point;
Comparing the linear pattern for each scan point with the reference linear pattern, recognizing an abnormal pattern different from the reference linear pattern, and calculating height values for a vertical line of point cloud data corresponding to the abnormal pattern; and
A point in which the calculated height value coincides within an error range among abnormal patterns recognized at different scan times is estimated to be the same structure in the tunnel, and the position of the lidar and the same structure estimated to be the same structure in response to different scan times are estimated. Calculating a distance change value from a point as a moving distance of the vehicle
A program comprising instructions written to execute a program.
제10항에서
상기 선형 패턴들을 획득하는 동작은,
상기 수직각 정보가 증가함에 따라 일정한 간격으로 거리 정보가 증가하는 점군 데이터들의 영역을 상기 바닥면 영역으로 판단하고,
상기 바닥면 영역의 수직각 정보 이상의 각도를 가지는 점군 데이터들을 연결하는 선형 패턴들을 획득하는 프로그램.
in paragraph 10
The operation of obtaining the linear patterns is,
determining an area of point cloud data in which distance information increases at regular intervals as the vertical angle information increases as the floor area;
A program for obtaining linear patterns connecting point cloud data having an angle greater than or equal to the vertical angle information of the floor area.
제11항에서,
상기 기준 선형 패턴은 상기 터널의 기본 구조에 따른 상기 라이다의 스캔 시점, 반사 강도, 상기 라이다와의 거리 정보, 수평각 또는 수직각 정보를 포함하고,
상기 점군 데이터들의 수직선에 대한 높이 값을 산출하는 동작은,
상기 기준 선형 패턴의 반사 강도와 상이한 반사강도를 가지는 선형 패턴을 이상 패턴으로 인식하는 프로그램.
In claim 11,
The reference linear pattern includes a scan timing of the lidar according to the basic structure of the tunnel, reflection intensity, distance information from the lidar, and horizontal or vertical angle information,
The operation of calculating a height value for a vertical line of the point cloud data includes:
A program for recognizing a linear pattern having a reflection intensity different from that of the reference linear pattern as an abnormal pattern.
제12항에서,
상기 차량의 이동 거리로 산출하는 동작은,
상기 이상 패턴에 해당하는 점군 데이터들의 거리 정보 또는 반사 강도가 연속적으로 일정한 비율을 가지면 가장 높은 수직각 정보를 가지는 하나의 점군 데이터 이외의 다른 점군 데이터들을 제외하는 프로그램.
In claim 12,
The operation of calculating the moving distance of the vehicle is,
A program for excluding other point cloud data other than one point cloud data having the highest vertical angle information when distance information or reflection intensity of the point cloud data corresponding to the abnormal pattern has a constant ratio continuously.
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