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成果報告書詳細
管理番号20170000000175
タイトル平成28年度成果報告書 次世代スマートデバイス開発プロジェクト IoT社会の実現に向けた電子・情報分野事業の周辺技術・関連課題における小規模研究開発 一般道自動運転システム用GNSS/IMU/LDV融合測位システムの研究開発
公開日2017/6/7
報告書年度2016 - 2016
委託先名測位衛星技術株式会社
プロジェクト番号P13005
部署名IoT推進部
和文要約件名:平成28年度成果報告書 次世代スマートデバイス開発プロジェクト/IoT社会の実現に向けた電子・情報分野事業の周辺技術・関連課題における小規模研究開発/一般道自動運転システム用GNSS//IMU/LDV融合測位システムの研究開発

GNSS衛星が確保できない状況でも高精度測位範囲を拡大するGNSS/IMUシステムの課題である、長時間のOutage(GNSS測位が確保できない時間)でも高精度測位を持続するために、正確な距離を計測する2軸レーザードップラーセンサーのデータに、IMUセンサーで計測される3次元姿勢データ(roll, pitch, yaw)で補正計算を行い、高精度測位を持続できるシステムの開発を行った。

具体的には、本課題に取り組むにあたり、下記の7項目を実施した。

1.LDVセンサー取付オフセット補正開発
GNSS測位が良好時の移動距離と、各左右舷のLDVから計測される移動距離の比から、LDVセンサー取り付けオフセット(進行方向に対する取付角度誤差)を求め、LDVセンサー観測値の補正を行うアルゴリズムの開発と検証を行い、目標である「進行方向に対する取付誤差5°未満を許容するキャリブレーションが可能である事」を確認した。
2.路形状による影響度補正シーケンス開発
IMUから計測される姿勢データから道路形状を判定し、2軸LDVから計測される位置の補正を行うシーケンスの開発と検証を行い、目標である「勾配のある道路走行においても自己位置推測可能な事」を確認した。
3. GNSS/IMU性能別(FOG/MEMS)の補正効果測定
2の補正効果について、高精度のFOG (Fiber-Optic Gyroscope)と低精度のMEMS (Micro Electro Mechanical Systems)で比較を行い、IMUの性能による精度の誤差の検証を行った。
4.効果測定(GNSS,GNSS-RTK,GNSS/IMUとの比較)
1 ー3を踏まえ、本システムの有効性の確認のためにGNSS、GNSS-RTK、GNSS/IMUとの比較を行い、
その有効性を確認した。
5.GNSS/IMU/LDV集約演算装置への組み込み
LDVセンサーオフセット補正、道路形状による影響度補正を加味した測位演算ファームウェアを開発し、GNSS/IMU/LDV集約演算装置に実装した。
6. 自動運転タスクに対するLDV2ch性能評価
GNSS/IMU/LDV集約演算装置の機能および性能が、自動運転タスクにおいて有効かの評価を行った。結果としては、目標である「GNSS衛星測位ができないOutage時間を10分として、システム精度50cm以内であること。」に対して、一部の走行データでは、Outage時間10分経過後に、目標値である50cm以内である事を確認したが、実用化に向けての課題も残った。
7.自動運転システムへの組み込み、公道実験
GNSS/IMU/LDV集約演算装置からの測位結果を自動運転システム用オープンソフトウエア「Autoware」への組込作業を行った。また、自動運転車両であるRoboCar PHVの後方バンパーの左右両側にLDVセンサー固定用の取付冶具を製作し、左右のLDVセンサーを取り付けた2地域での公道試験において、集約演算装置の有効性を確認した。
英文要約Title:R&D Project for the Next Generation Smart Device / Small-scale Research and Development of Peripheral Technologies of the field of electron, information business for the realization of the IoT society / Research and development of Implementation of GNSS/IMU/LDV central computation system for the urban road autonomous driving system (FY2016) Final Report

GNSS/IMU system's challenge is to expand the availability range of high accuracy positioning especially in environments without sufficient GNSS signals. In order to sustain the high accuracy at outage (GNSS positioning is not available for certain period of time)., we developed a data compensation system for two axes Laser Doppler Velocimeters (LDV) using three dimensional attitude data (Roll, Pitch, and Yaw) measured by the IMU sensor. The followings are our measures:
1. LDV sensor attachment offset compensation
We developed and evaluated an algorithm to compensate observed data of LDV sensor, calculating ratio between diving distances measured by GNSS receiver in a good GNSS signal condition and driving distance measured by LDV sensor with attachment offsets (angle errors toward the driving direction). Then, we confirmed allow 5% attachment error range allowance is feasible as our target.
2. Sequence to compensate the magnitude of influences of road shape
We developed and evaluated a sequence to compensate the position measurement data of two axes LDV sensor, estimating the road shape from attitude data measured by IMU. Then, we confirmed the sequence of self-positioning-estimation allowance driving roads with gradients of inclination is feasible as our target.
3. Compensation effectiveness comparison by different grades of GNSS/IMU (FOG/MES)
We compared compensation effectiveness between higher accuracy FOG (Fiber-Optic Gyroscope) and lower accuracy MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). Then, we evaluated the position accuracy errors by the performance of IMU.
4. Compensation effectiveness comparison by different types of measurement methods (GNSS, GNSS-RTK, GNSS/IMU))
Taking into a consideration of the above 1 to 3, We conducted compensation effectiveness comparison among GNSS, GNSS-RTK and GNSS/IMU and evaluated the feasibility
5. GNSS/IMU/LDV central computation implementation
We developed position computation firmware using the LDV sensor offset compensation, road shape magnitude of influences compensation and implemented it into the GNSS/IMU/LDV central computation equipment
6. Performance evaluation of KDV 2ch for the autonomous driving
We evaluated the feasibility and performances of the GNSS/IMU/LDV central computation equipment for the autonomous driving. As a result, we confirmed that the target of the system accuracy at 50 cm and lower at 10 minutes outrage or without GNSS positioning is achieved in some driving data sets. We also found further challenges for the practical realization.
7. Implementation into autonomous driving car and experiments on the public road
We loaded GNSS/IMU/LDV central computation equipment's positioning measurement data into “Autoware”, open source software for autonomous driving. We also made a tool to fix the LDV sensor at left and right side of the rear bumper of the autonomously driving RoboCar PHV. Then, we tested central computation equipment for feasibility at the public roads in two different regions.
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