JP7464113B2 - Position measuring device, position measuring method, and program - Google Patents
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Description
本発明は、移動体の位置を高精度に計測する技術に関連するものである。 The present invention relates to technology for measuring the position of a moving object with high precision.
近年、航法衛星システム、GNSS(Global Navigation Satellite System)による測位が幅広いアプリケーションにおいて活用されている。In recent years, positioning using navigation satellite systems, such as the Global Navigation Satellite System (GNSS), has been used in a wide range of applications.
GNSSによる測位方式には、数メートル程度の測位精度が得られるコード測位(Code based positioning)方式や、センチメートル級の測位精度を実現する搬送波位相測位(Carrier-phase based positioning)方式がある。搬送波位相測位の方式としては、例えば、移動体にも対応したリアルタイムキネマティック(Real Time Kinematic)方式が使用される。GNSS positioning methods include code based positioning, which provides a positioning accuracy of a few meters, and carrier phase based positioning, which provides centimeter-level positioning accuracy. For example, the real time kinematic method, which is also compatible with moving objects, is used as a carrier phase positioning method.
GNSS測位を用いるアプリケーションの1つとして自動走行車両の測位がある。自動走行では車両の走行するレーンやレーン内の車両位置の判定が可能なサブメートル(数cm~数10cmオーダー)の絶対位置の測位精度が要求される。このため、主に搬送波位相測位方式が適用されることが想定される。One application that uses GNSS positioning is positioning for autonomous vehicles. Autonomous driving requires absolute positioning accuracy of sub-meter (order of a few centimeters to a few tens of centimeters) that can determine the lane in which the vehicle is driving and the vehicle's position within the lane. For this reason, it is expected that the carrier phase positioning method will mainly be applied.
GNSS測位では受信位置の周辺に高層の建造物等の構造物が存在する、アーバンキャニオンと呼ばれる受信環境において搬送波位相測位解の収束(Fix)率が低下するだけでなく、搬送波位相測位解が得られない場合に代替として使用されるコード測位解の精度が劣化する課題があった。また、車両等の移動体の測位においてはトンネル内や高架の下といった、一時的に航法衛星信号(以降、衛星信号)を受信できない環境が存在する。 In GNSS positioning, not only does the convergence (fix) rate of the carrier phase positioning solution decrease in a reception environment called an urban canyon, where high-rise buildings and other structures exist around the reception position, but there is also the issue of the accuracy of the code positioning solution, which is used as an alternative when a carrier phase positioning solution cannot be obtained, deteriorating. In addition, when positioning a moving object such as a vehicle, there are environments where navigation satellite signals (hereinafter referred to as satellite signals) cannot be received temporarily, such as inside tunnels or under overpasses.
上記の課題に対応するために、GNSS測位による絶対位置測位手段とこれを補う、IMU(Inertial Measurement Unit:慣性計測装置)等の相対位置測位手段とを組み合わせた、移動体の複合測位方式が提案されている。従来の技術では、衛星信号の受信が困難である、あるいは受信状態が劣化したと判断される場合に、リアクティブに絶対位置測位手段から相対測位手段に切り替える、又はリアクティブに相対測位手段の重み付けを高める動作を行う、複合測位方式の実現方法が一般的であった。In order to address the above issues, a composite positioning method for moving objects has been proposed that combines an absolute positioning means using GNSS positioning with a complementary relative positioning means such as an IMU (Inertial Measurement Unit). In conventional technology, when it is difficult to receive satellite signals or the reception state is judged to have deteriorated, the composite positioning method generally involves reactively switching from the absolute positioning means to the relative positioning means, or reactively increasing the weighting of the relative positioning means.
しかし、衛星信号の受信状態が劣化した際にリアクティブに絶対位置測位手段から相対測位手段に切り替える従来の方式では切り替えのタイミングによっては正確な絶対位置座標が得られず、その結果、切り替え後の相対測位手段による測位精度が継続的に劣化するという課題があった。However, in the conventional method of reactively switching from absolute positioning means to relative positioning means when the satellite signal reception deteriorates, accurate absolute position coordinates cannot be obtained depending on the timing of the switch, and as a result, there was an issue that the positioning accuracy of the relative positioning means after the switch continues to deteriorate.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、絶対位置測位手段と相対位置測位手段とを組み合わせた複合測位方式において、絶対位置測位手段から相対位置測位手段への切り替えに伴う測位精度の劣化を回避するための技術を提供することを目的とする。The present invention has been made in consideration of the above points, and aims to provide a technology for avoiding deterioration of positioning accuracy that occurs when switching from an absolute positioning means to a relative positioning means in a hybrid positioning method that combines an absolute positioning means and a relative positioning means.
開示の技術によれば、移動体の測位を行う位置計測装置であって、
絶対位置測位部により得られた前記移動体の第1測位結果と、相対位置測位部により得られた前記移動体の第2測位結果とを比較し、前記第1測位結果と前記第2測位結果との間の差異が第1閾値を超えるか否かを判定し、前記差異が前記第1閾値を超える場合に、前記相対位置測位部により得られた前記移動体の相対位置と、前記差異が前記第1閾値を超えた時点よりも過去に前記絶対位置測位部により得られた前記移動体の位置座標とに基づいて、前記差異が前記第1閾値を超えた後の前記移動体の位置座標を算出する測位制御部を備え、
前記測位制御部は、前記第1測位結果と前記第2測位結果との間の差異が、前記第1閾値よりも小さい第3閾値以下であった過去の時刻における前記絶対位置測位部により得られた前記移動体の位置座標を用いて、前記差異が前記第1閾値を超えた後の前記移動体の位置座標を算出する
位置計測装置が提供される。
According to the disclosed technique, there is provided a position measurement device for measuring the position of a moving object, comprising:
a positioning control unit that compares a first positioning result of the moving body obtained by an absolute position positioning unit with a second positioning result of the moving body obtained by a relative position positioning unit, determines whether or not a difference between the first positioning result and the second positioning result exceeds a first threshold, and, if the difference exceeds the first threshold, calculates a position coordinate of the moving body after the difference exceeded the first threshold based on the relative position of the moving body obtained by the relative position positioning unit and the position coordinate of the moving body obtained by the absolute position positioning unit prior to the point in time when the difference exceeded the first threshold,
The positioning control unit calculates the position coordinates of the moving object after the difference between the first positioning result and the second positioning result exceeds the first threshold, using the position coordinates of the moving object obtained by the absolute position positioning unit at a past time when the difference was equal to or smaller than a third threshold that is smaller than the first threshold.
A position measurement device is provided.
開示の技術によれば、絶対位置測位手段と相対位置測位手段とを組み合わせた複合測位方式において、絶対位置測位手段から相対位置測位手段への切り替えに伴う測位精度の劣化を回避することができる。 According to the disclosed technology, in a hybrid positioning method that combines an absolute positioning means and a relative positioning means, it is possible to avoid the deterioration of positioning accuracy that occurs when switching from an absolute positioning means to a relative positioning means.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態(本実施の形態)を説明する。以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限定されるわけではない。Hereinafter, an embodiment of the present invention (the present embodiment) will be described with reference to the drawings. The embodiment described below is merely an example, and the embodiment to which the present invention is applied is not limited to the following embodiment.
以下の実施の形態では、測位を行う対象となる移動体として、道路を走行する車両を挙げているが、これは一例である。本発明は道路を走行する車両に限らない移動体全般に適用することが可能である。In the following embodiment, a vehicle traveling on a road is given as the moving object to be positioned, but this is just one example. The present invention can be applied to moving objects in general, not limited to vehicles traveling on roads.
(装置構成)
図1に、本実施の形態における位置計測装置100の機能構成図を示す。図1に示すように、本実施の形態における位置計測装置100は、絶対位置測位部110、相対位置測位部120、出力部130、測位制御部140、データ格納部150を有する。
(Device configuration)
1 shows a functional configuration diagram of a
絶対位置測位部110は、GNSS搬送波位相測位受信機である。ただし、位置計測装置100の用途に応じて、絶対位置測位部110として、搬送波位相測位方式以外の方式(コード測位方式等)の衛星信号受信機を用いてもよい。また、絶対位置測位部110は搬送波位相測位を実施する上で必要となる、基準局の観測データ及び位置データを収集する機能を備えるものとする。The
相対位置測位部120は、車速パルス計測機、IMU、車載カメラ、LiDAR(Light Detection and Ranging)、GNSSドップラーシフト計測機、等である。車速パルス計測機により、車両の速さ、つまり、単位時間に進む距離がわかる。IMUに搭載された3軸のジャイロと3方向の加速度計によって、3次元の角速度と加速度が求められる。車載カメラにより撮影された画像データ中の物体の動きにより車両の相対位置を求めることができる。LiDARでは、レーザー光を走査しながら対象物に照射してその散乱や反射光を観測することで、対象物までの距離を計測し、車両の相対位置を求めることができる。GNSSドップラーシフト計測機では、受信した衛星信号の搬送波の周波数変化分を計測することで速度情報を取得し、これを時間積分することにより、車両位置の相対変位を求めることができる。The relative
相対位置測位部120は、車速パルス計測機、IMU、車載カメラ、LiDAR、GNSSドップラーシフト計測機、等の測位手段のうちの複数の測位手段であってもよいし、1つの測位手段であってもよい。相対位置測位部120が複数の測位手段を有する場合に、複数の測位手段のそれぞれで得られた測位結果のうち、最も精度の良い測位結果を選択して出力する仕組みが備えられていてもよいし、それぞれで得られた測位結果の全て又は一部をカルマンフィルタ等によりカップリングして出力する仕組みが備えられていてもよい。The relative
また、相対位置測位部120には、GNSS信号へ時刻同期することで得られる高精度クロック信号が絶対位置測位部110から供給されるとともに、相対位置測位部120での測位を行う時間帯(絶対位置測位部110による測位結果の信頼性が低い時間帯)には、相対位置測位部120は、GNSS信号への時刻同期に依らず、ホールドオーバ(発振器による自走動作)により、クロック信号の精度を維持することが可能である。In addition, the relative
測位制御部140は、後述する手順の処理を制御する。データ格納部150には、測位に用いるパラメータ等が格納されている。例えば、後述する変位計測期間や各種の閾値はパラメータの例である。また、データ格納部150には、絶対位置測位部110と相対位置測位部120のそれぞれの、測位を実施した正確な時刻情報(タイムスタンプ)と共に現時点から過去のある時点までの期間分の測位結果(位置、方位、変位等)が格納されている。The
出力部130は、測位制御部140により得られた測位解である、現在位置を出力する。現在位置は(x,y,z)の3次元座標で表されるが、出力される情報は、地理座標系や投影座標系による3次元座標そのものであってもよいし、その他の情報であってもよい。例えば、自動走行車両の制御部への制御信号が出力されてもよいし、地図上に位置を示した画像情報が出力されてもよい。The
位置計測装置100は、物理的にまとまった1つの装置であってもよいし、いくつかの機能部が物理的に分離していて、分離された複数の機能部がネットワークにより接続された装置であってもよい。例えば、測位制御部140がプログラムにより動作するコンピュータであり、その他の機能部が、位置計測装置100の外部にある装置であってもよい。The
また、位置計測装置100はその全体が移動体に搭載されて使用されてもよいし、一部の機能がネットワーク上(例えばクラウド上)に備えられ、残りの機能が移動体に搭載されて使用されてもよい。例えば、測位制御部140がクラウド上に備えられ、残りの機能が移動体に搭載されて使用されてもよい。In addition, the
また、例えば、移動体に備えたGNSS搬送波位相測位受信機から観測データ(Raw dataとも呼ばれる)を出力し、当該観測データをクラウド上に設けた搬送波位相測位演算処理機能部に送信することで、搬送波位相測位演算をクラウド上で実施してもよい。この場合、クラウド上の搬送波位相測位演算処理機能部から測位制御部140へ測位演算結果が入力される。In addition, for example, observation data (also called raw data) may be output from a GNSS carrier phase positioning receiver provided in a moving object, and the observation data may be transmitted to a carrier phase positioning calculation processing function unit provided in the cloud, thereby performing carrier phase positioning calculation on the cloud. In this case, the positioning calculation result is input from the carrier phase positioning calculation processing function unit on the cloud to the
(ハードウェア構成例)
図2は、本実施の形態における位置計測装置100、あるいは、位置計測装置100における測位制御部140として使用することができるコンピュータのハードウェア構成例を示す図である。図2のコンピュータは、それぞれバスBで相互に接続されているドライブ装置1000、補助記憶装置1002、メモリ装置1003、CPU1004、インタフェース装置1005、表示装置1006、入力装置1007、及び出力装置1008等を有する。
(Hardware configuration example)
Fig. 2 is a diagram showing an example of the hardware configuration of a computer that can be used as the
当該コンピュータでの処理を実現するプログラムは、例えば、CD-ROM又はメモリカード等の記録媒体1001によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体1001がドライブ装置1000にセットされると、プログラムが記録媒体1001からドライブ装置1000を介して補助記憶装置1002にインストールされる。但し、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体1001より行う必要はなく、ネットワークを介して他のコンピュータよりダウンロードするようにしてもよい。補助記憶装置1002は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。
The program that realizes the processing on the computer is provided by a
メモリ装置1003は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置1002からプログラムを読み出して格納する。CPU1004は、メモリ装置1003に格納されたプログラムに従って、位置計測装置100あるいは測位制御部140等に係る機能を実現する。インタフェース装置1005は、ネットワークに接続するためのインタフェースとして用いられる。表示装置1006はプログラムによるGUI(Graphical User Interface)等を表示する。入力装置1007はキーボード及びマウス、ボタン、又はタッチパネル等で構成され、様々な操作指示を入力させるために用いられる。出力装置1008は演算結果を出力する。When an instruction to start a program is received, the
(位置計測装置100の動作概要)
以下、移動体としての車両に位置計測装置100が搭載された場合における位置計測装置100の動作例を図3~図5を用いて説明する。
(Overview of Operation of Position Measurement Device 100)
An example of the operation of the
本実施の形態に係る技術の効果を分かり易くするために、まず、図3を用いて本実施の形態に係る技術を用いない場合の動作について説明する。 In order to make it easier to understand the effects of the technology of this embodiment, we will first use Figure 3 to explain the operation when the technology of this embodiment is not used.
図3に示す車両は、絶対位置測位部と相対位置測位部とを補完的に使用し、両者をリアクティブに切り替える従来方式の位置計測装置を搭載している車両である。 The vehicle shown in Figure 3 is equipped with a conventional position measurement device that uses an absolute position measurement unit and a relative position measurement unit in a complementary manner and reactively switches between the two.
図3上で上斜め右方向に進行する車両がAで示す地点付近に到達するまでは、位置計測装置は絶対位置測位部で測位を行っている。Aの地点付近において、衛星信号の受信状態が劣化したため、位置計測装置は、測位手段を絶対位置測位部から相対位置測位部に切り替え、以降は絶対位置測位部によって最後に測位された位置(B)からの、相対位置測位部によって計測される相対位置(相対変位)で得られる位置座標を測位解として出力する(図3中の実線矢印)。 In Figure 3, the position measurement device measures its position using the absolute position measurement unit until the vehicle traveling diagonally upward to the right reaches the vicinity of point A. As the satellite signal reception deteriorates near point A, the position measurement device switches its positioning means from the absolute position measurement unit to the relative position measurement unit, and thereafter outputs, as the position solution, the position coordinates obtained from the relative position (relative displacement) measured by the relative position measurement unit from the position last measured by the absolute position measurement unit (B) (solid arrow in Figure 3).
この従来方式では、図3に示すとおり、切り替え時点の車両の位置(A)と、そのときの絶対測位結果(B)との間に生じた誤差が、その後の相対測位に基づく測位結果において継続的に引き継がれてしまい、測位精度が継続的に劣化してしまう。 As shown in Figure 3, in this conventional method, the error that occurs between the vehicle position at the time of switching (A) and the absolute positioning result at that time (B) is continuously carried over to the positioning results based on subsequent relative positioning, resulting in a continuous deterioration in positioning accuracy.
上記の問題を解決する本実施の形態に係る動作例を図4を参照して説明する。図4の車両は、本実施の形態に係る位置計測装置100を搭載しているので、ここでは車両を参照する場合に車両(位置計測装置100)と表記する。An example of operation of this embodiment, which solves the above problem, will be described with reference to Figure 4. The vehicle in Figure 4 is equipped with a
本実施の形態における車両(位置計測装置100)は、絶対位置測位部110と相対位置測位部120を補完的に使用するのではなく、両者を常時、アクティブに動作させ、互いに監視することにより測位性能を向上させている。In this embodiment, the vehicle (position measuring device 100) does not use the absolute
図4上で上斜め右方向に進行する車両(位置計測装置100)は、Cに示す位置の下側では、絶対位置測位部110による測位結果を出力している。
A vehicle (position measurement device 100) traveling diagonally upward and to the right in Figure 4 is outputting positioning results by the absolute
絶対位置測位部110と相対位置測位部120はそれぞれ、ある期間(後述する変位計測期間)毎の車両(位置計測装置100)の変位を計測する。測位制御部140は、絶対位置測位部110により計測した変位と相対位置測位部120により計測した変位とを変位計測期間毎に比較し、両者の差異が所定の閾値(ここでは「閾値TH1」とする)を超えたタイミングで、結果の出力に用いる測位手段を絶対位置測位部110から相対位置測位部120に切り替える。図4の例では、車両(位置計測装置100)がBに示す地点に位置しているときにこのタイミングになっている。The absolute
相対位置測位部120への切り替え後、測位制御部140は、変位の差分が所定の閾値(ここでは「閾値TH3」とする。閾値TH3<閾値TH1。)よりも小さい変位計測期間内の(例えば最後の)時刻に遡り、その時刻の絶対測位結果の位置座標に、その位置座標を起点とする、相対位置測位部120により計測され、データ格納部150に格納された、相対変位を加えた位置座標を測位結果として出力する。図4では、その時刻(遡った時刻)での位置をAで示し、その位置からの相対変位に基づく測位結果の出力を実線で示している。After switching to the relative
上記の切り替え動作を行うことで、図3で示したような誤差が継続してしまうという課題が解決され、図4に示すように精度の良い測位結果を得ることができる。すなわち、衛星信号の受信状態に依存せず、安定した絶対測位性能を実現することができる。 By performing the above switching operation, the problem of continuing errors as shown in Figure 3 is resolved, and highly accurate positioning results can be obtained as shown in Figure 4. In other words, stable absolute positioning performance can be achieved without depending on the satellite signal reception state.
(位置計測装置100の動作フロー)
次に、図5のフローチャートを参照して、位置計測装置100の動作例をより詳細に説明する。なお、最後に「変形例」を説明するが、「変形例」の説明の前までに説明する例を「基本例」と呼ぶ。
(Operation flow of the position measurement device 100)
Next, an example of the operation of the
まず、S101において、位置計測装置100に変位計測期間、及び閾値(閾値TH1、閾値TH2、閾値TH3等)を設定する。変位計測期間及び閾値はデータ格納部150に格納され、測位制御部140から参照される。変位計測期間と閾値に関しては、例えば、相対位置測位部120の精度に基づいて決定することとしてよい。First, in S101, a displacement measurement period and thresholds (threshold TH1, threshold TH2, threshold TH3, etc.) are set in the
相対位置測位部120の精度が高ければ、相対位置測位部120で計測する変位の測位結果は、比較的長時間の期間の変位であっても誤差が小さいので、相対位置測位部120の精度が低い場合よりも、同じ閾値の設定値に対する変位計測期間を長時間とすることができる。If the accuracy of the
図5の例において、最初の状態として絶対位置測位部110の測位の信頼性が高いとする。S102おいて、絶対位置測位部110と相対位置測位部120の両方が測位を実行する。測位制御部140は、絶対位置測位部110の測位結果(車両の位置座標)を出力部130に出力し、出力部130は絶対位置測位部110の測位結果を出力する。In the example of Figure 5, it is assumed that the reliability of the positioning by the absolute
また、絶対位置測位部110と相対位置測位部120の両方が測位を実行する中で、測位制御部140は、それぞれの測位結果をデータ格納部150に格納する。具体的には、絶対位置測位部110については絶対位置の座標と測定時刻がデータ格納部150に格納され、相対位置測位部120については、例えば、ある測定時刻における絶対位置測位部110の測位結果(車両の位置座標)を起点とする相対位置(相対変位と呼んでもよい)と、その相対位置の測定時刻がデータ格納部150に格納される。In addition, while both the absolute
上記の測位結果は、例えば、測定周期の時間毎の絶対位置測位部110と相対位置測位部120のそれぞれの測位結果がデータ格納部150に格納される。The above positioning results, for example, the positioning results of the absolute
絶対位置測位部110と相対位置測位部120はそれぞれ、変位計測期間毎の車両(位置計測装置100)の変位も計測している。測位制御部140は、絶対位置測位部110と相対位置測位部120のそれぞれが計測した変位についても、変位計測期間毎にデータ格納部150に格納している。The absolute
例えば、時刻t1から時刻t2がある変位計測期間である場合、時刻t1で測位された車両(位置測定装置100)の位置がPt1、時刻t2で測位された車両(位置測定装置100)の位置がPt2であるとすると、当該変位計測期間での変位は、Pt1からPt2へのベクトルで表され、それが格納される。For example, if a displacement measurement period is from time t1 to time t2, and the position of the vehicle (position measuring device 100) measured at time t1 is Pt1, and the position of the vehicle (position measuring device 100) measured at time t2 is Pt2, then the displacement during that displacement measurement period is represented by a vector from Pt1 to Pt2, and this is stored.
なお、予め定めた期間以上過去のデータは自動的にデータ格納部150から削除することとしてよい。
In addition, data older than a predetermined period of time may be automatically deleted from the
S103において、測位制御部140は、最新の変位計測期間に絶対位置測位部110により計測された変位と、当該変位計測期間に相対位置測位部120により計測された変位とを比較する。具体的には、変位間の差異を算出する。In S103, the
例えば、絶対位置測位部110により計測された変位をV1=(x1,y1,z1)、相対位置測位部120により計測された変位をV2=(x2,y2,z2)とすると、差異は、V1-V2の大きさ、すなわち((x1-x2)2+(y1-y2)2+(z1-z2)2)1/2で算出できる。
For example, if the displacement measured by the absolute
S104において、測位制御部140は、「変位計測期間内の変位の差異が予め設定した閾値TH1を上回り、かつ、絶対位置測位部110の測位結果の信頼性が低下した」か、どうかを判定する。In S104, the
絶対位置測位部110の測位結果の信頼性が低下したか、どうかについては、衛星信号の受信状態(電波強度、CNR(Carrier-to-Noise ratio:搬送波対雑音比)、良好に受信できる衛星の数、等)に基づいて判断してもよいし、搬送波位相測位の収束(Fix)状態、サイクルスリップの発生状況、等に基づき判断することとしてもよい。Whether the reliability of the positioning results of the absolute
なお、S104の判定条件「変位計測期間内の変位の差異が予め設定した閾値TH1を上回り、かつ、絶対位置測位部110の測位結果の信頼性が低下した」のうち、「絶対位置測位部110の測位結果の信頼性が低下した」を条件から除くこととしてもよい。相対位置測位部120の信頼性が十分に高ければ、「変位計測期間内の変位の差異が予め設定した閾値TH1を上回る」ことで、「絶対位置測位部110の測位結果の信頼性が低下した」と推定することができるためである。In addition, among the judgment condition of S104 "The difference in displacement within the displacement measurement period exceeds the preset threshold value TH1, and the reliability of the positioning result of the absolute
S104の判定がYesとなる場合、S105に進む。S104の判定がNoとなる場合、S102に戻る。S102に戻った場合、次の変位計測期間でのS104の判定が実行される。なお、S104の判定に関しては、N回(Nは予め定めた1以上の整数)の連続する変位計測期間で条件を満たした場合にS105に進むこととしてもよい。If the determination in S104 is Yes, proceed to S105. If the determination in S104 is No, return to S102. If returning to S102, the determination in S104 is executed in the next displacement measurement period. Note that with regard to the determination in S104, the process may proceed to S105 if the condition is satisfied in N consecutive displacement measurement periods (N is a predetermined integer of 1 or more).
また、絶対位置測位部110において衛星信号が受信できない、あるいは絶対位置測位部110の故障などの原因により、絶対位置測位部110から測位結果が出力できない場合には、S104の判定は直ちにYesとなる。
In addition, if the absolute
S105に進んだ場合(つまり、「変位計測期間内の変位の差異が予め設定した閾値TH1を上回り、かつ、絶対位置測位部110の測位結果の信頼性が低下した」場合)、測位制御部140は、当該変位計測期間よりも以前(過去)の変位計測期間(「変位の差異<閾値TH3」となる変位計測期間)の例えば最後の時刻に絶対位置測位部110で計測した位置座標に、その位置座標を測定した時刻からある時刻までに相対位置測位部120により計測された相対変位を加えた位置座標を、その相対変位の測定時刻(上記の「ある時刻」)における測位解(車両の位置座標)として算出する。If the process proceeds to S105 (i.e., if "the difference in displacement within the displacement measurement period exceeds the preset threshold TH1 and the reliability of the positioning result of the absolute
それ以降、相対位置測位部120により順次計測される相対変位を時間で積分すること(加えること)で、相対位置測位部120による測位結果が得られる度にその時点における測位解を得ることができる。After that, by integrating (adding) the relative displacements measured sequentially by the relative
例えば、変位の差異が閾値TH1を上回った変位を計測した変位計測期間を変位計測期間4とし、その1つ前の変位計測期間を変位計測期間3とし、その1つ前の変位計測期間を変位計測期間2とし、その1つ前の変位計測期間を変位計測期間1とする。図6に変位計測期間1~変位計測期間4を示す。For example, the displacement measurement period in which the displacement difference exceeded the threshold value TH1 is set as displacement measurement period 4, the displacement measurement period immediately before that is set as displacement measurement period 3, the displacement measurement period immediately before that is set as
ここで、図6に示すように、変位計測期間1が時刻t1から時刻t2までの期間であるとし、変位計測期間1での測位結果による変位の差異が「変位の差異<閾値TH3」を満たすとする。変位計測期間2と変位計測期間3はいずれも「変位の差異<閾値TH3」を満たさない。
As shown in Figure 6, displacement measurement period 1 is the period from time t1 to time t2, and the difference in displacement due to the positioning results in displacement measurement period 1 satisfies "difference in displacement < threshold value TH3". Neither
このとき、測位制御部140は、変位計測期間1内の時刻(ここでは例として時刻t2とする)における絶対位置計測部110による測位結果(車両の位置座標)をデータ格納部150から読み出し、更に、相対位置測位部120により計測された時刻t2から時刻t3までの相対変位をデータ格納部150から読み出し、当該位置座標に当該相対変位を加えることで、時刻t3における測位結果(車両の位置座標)を得ることができる。At this time, the
上記の時刻t2から時刻t3の期間は、変位計測期間2であってもよいし、時刻t3は、変位計測期間2の中のある時刻であってもよいし、t2以降のその他の時刻でもよい。いずれにしても、データ格納部150に格納されている相対位置測位部120により計測された過去の相対変位を累積して加えていくとともに、リアルタイムに順次得られる相対変位を加えていくことで、現在の測位結果(つまり、「差異>閾値TH1」を検知した時刻よりも後の時刻の測位結果)を得ることができる。The period from time t2 to time t3 above may be
図5のS106で使用する閾値を閾値TH2とする。閾値TH2≦閾値TH1である。S106において、測位制御部140は、「変位計測期間内の変位の差異が予め設定した閾値TH2以下、かつ、絶対位置測位部110の測位結果の信頼性が十分に高い」か、どうかを判定する。The threshold used in S106 in Figure 5 is threshold TH2. Threshold TH2 is equal to or less than threshold TH1. In S106, the
絶対位置測位部110の測位結果の信頼性が十分に高いか、どうかについては、前述したように、衛星信号の受信状態(電波強度、CNR、良好に受信できる衛星の数、等)に基づいて判断してもよいし、搬送波位相測位の収束(Fix)状態、サイクルスリップの発生状況、等に基づき判断することとしてもよい。As described above, whether the positioning results of the absolute
なお、S106の判定条件「変位計測期間内の変位の差異が予め設定した閾値TH2以下、かつ、絶対位置測位部110の測位結果の信頼性が十分に高い」のうち、「絶対位置測位部110の測位結果の信頼性が十分に高い」を条件から除くこととしてもよい。相対位置測位部120の信頼性が十分に高ければ、「変位計測期間内の変位の差異が予め設定した閾値TH2以下」となることで、「絶対位置測位部110の測位結果の信頼性が十分に高い」と推定することができるためである。In addition, among the judgment condition of S106 "The difference in displacement within the displacement measurement period is equal to or less than the preset threshold value TH2, and the reliability of the positioning result of the absolute
S106の判定がYesとなる場合、S102に進み、絶対位置測位部110の測位解を位置計測装置100の出力とするモードに戻る。S106の判定がNoとなる場合、S105に戻り、相対位置測位部120の測位解を使用するモードを継続する。If the determination in S106 is Yes, proceed to S102 and return to the mode in which the positioning solution of the
なお、S106の判定に関して、M回(Mは予め定めた1以上の整数)の連続する変位計測期間で条件を満たした場合にS102に戻ることとしてもよい。In addition, with regard to the judgment in S106, if the condition is satisfied for M consecutive displacement measurement periods (M is a predetermined integer of 1 or more), the process may return to S102.
また、閾値TH1、TH2は両測位手段の切戻しに伴う動作不安定を避けるための保護バッファ値を設ける等の目的でそれぞれ、任意に設定することができる。 In addition, the thresholds TH1 and TH2 can each be set arbitrarily for purposes such as providing a protective buffer value to avoid operational instability due to switching back of both positioning means.
(変形例1(動作の変形例))
上記の図5のS104、S106における判定に関して、下記の方法で判定を行うこととしてもよい。
(Modification 1 (Modification of Operation))
The determination in steps S104 and S106 in FIG. 5 may be performed in the following manner.
この例において、位置計測装置100の絶対位置測位部110は、GNSSレシーバ・アンテナ(GNSSレシーバとGNSSアンテナの組)を複数台備える。移動基地局方式と同様にして、複数台のGNSSレシーバ・アンテナが搬送波位相測位を行うことで、絶対位置測位部110は、GNSSアンテナ間の相対位置を計測することができる。例えば、GNSSアンテナ1とGNSSアンテナ2があるとして、GNSSアンテナ1の位置座標を(0,0,0)とした場合のGNSSアンテナ2の相対的な位置座標(x,y,z)を計測できる。In this example, the
GNSSアンテナ1とGNSSアンテナ2は車両(位置計測装置100)に固定されているので、測位制御部140は、GNSSアンテナ1からGNSSアンテナ2へのベクトルにより、車両(位置計測装置100)の方位(進行方向)を求めることができる。Since GNSS antenna 1 and
変形例1における図5のS104の判定、S105の測位解の算出において、それぞれ閾値TH4、閾値TH6(閾値TH4>閾値TH6)を用いることとする。S104において、測位制御部140は、絶対位置測位部110により測位された方位と、相対位置測位部120により測位された方位(変位の方向成分)とを比較し、差異(角度の差異)が閾値TH4を上回れば、S105に進む。S105における処理は前述したとおりの処理と同様であり、過去の方位の差異が閾値TH6以下である時刻に絶対位置測位部110により得られた位置座標に、相対位置測位部120により得られた相対変位を加えていくことで測位結果を得ることができる。In the judgment of S104 in FIG. 5 in the first modified example, and in the calculation of the positioning solution in S105, the threshold value TH4 and the threshold value TH6 (threshold value TH4>threshold value TH6) are used, respectively. In S104, the
S104の判定において、「差異(角度の差異)が閾値TH4を上回り、かつ、絶対位置測位部110の測位結果の信頼性が低下した」ことを条件としてもよい。In the judgment of S104, the condition may be that "the difference (angle difference) exceeds the threshold value TH4 and the reliability of the positioning result of the absolute
また、絶対位置測位部110において衛星信号が受信できない、あるいは絶対位置測位部110の故障などの原因により、絶対位置測位部110から測位結果が出力できない場合には、S104の判定は直ちにYesとなる。
In addition, if the absolute
変形例のS106の判定において、閾値TH5(閾値TH5≦閾値TH4)を用いることとする。S106において、測位制御部140は、絶対位置測位部110により測位された方位と、相対位置測位部120により測位された方位(変位の方向成分)とを比較し、差異(角度の差異)が閾値TH5以下であれば、S102に戻る。S106の判定がNoとなる場合、S105に戻る。In the judgment of S106 of the modified example, a threshold value TH5 (threshold value TH5≦threshold value TH4) is used. In S106, the
S106の判定において、「差異(角度の差異)が閾値TH5以下であり、かつ、絶対位置測位部110の測位結果の信頼性が十分に高い」ことを条件としてもよい。In the judgment of S106, the condition may be that "the difference (angle difference) is less than or equal to threshold value TH5 and the reliability of the positioning result of the absolute
また、S104、S106の判定においては変位の差異に基づく基本例と同様に、複数回の連続する変位計測期間で条件を満たした場合としてもよい。また、閾値TH4、TH5は両測位手段の切戻しに伴う動作不安定を避けるための保護バッファ値を設ける等の目的でそれぞれ、任意に設定することができる。In addition, in the judgments of S104 and S106, similar to the basic example based on the difference in displacement, the condition may be satisfied in multiple consecutive displacement measurement periods. In addition, the thresholds TH4 and TH5 can be set arbitrarily for the purpose of providing a protective buffer value to avoid operational instability due to the switching back of both positioning means.
なお、変位の差異による判断と方位の差異による判断の両方を行って、両方の判断結果のAND又はORで条件判断することとしてもよい。 In addition, it is also possible to make a judgment based on both the difference in displacement and the difference in orientation, and then make a condition judgment by ANDing or ORing the results of both judgments.
絶対位置測位部110(GNSS受信機等)による絶対位置測位結果は衛星信号の受信環境により変動するが、相対位置測位部120は衛星信号の受信環境への依存性が小さいため、相対位置測位部120による測定は、絶対位置測位部110の測定結果の有効性を評価する手段として有効である。
The absolute position positioning results obtained by the absolute position positioning unit 110 (e.g., a GNSS receiver) vary depending on the satellite signal reception environment, but the relative
つまり、移動体におけるGNSSによる絶対位置測位では周囲の建造物で発生する衛星信号の反射波・回折波(マルチパス)により、しばしば測位結果が不連続に変動する傾向があるのに対し、相対位置測位部120(IMU等)による相対位置測位ではこのような外部環境の影響を受けにくい。また、衛星信号のドップラーシフトに基づく速度計測による相対変位測位においても同様に、周囲の建造物による反射波・回折波の影響は衛星信号による測位と比較して小さい。In other words, in absolute positioning using GNSS in a moving object, the positioning results often tend to fluctuate discontinuously due to reflected and diffracted waves (multipath) of the satellite signal generated by surrounding buildings, whereas relative positioning using the relative positioning unit 120 (IMU, etc.) is less susceptible to such external environment effects. Similarly, in relative displacement positioning using speed measurement based on the Doppler shift of the satellite signal, the effects of reflected and diffracted waves from surrounding buildings are smaller than those of positioning using satellite signals.
なお、測位制御部140において絶対位置測位部110による測位結果と相対位置測位部120による測位結果とを拡張カルマンフィルタ等によりカップリングすることとしてもよい。これにより、絶対測位から相対測位、あるいは、相対測位から絶対測位への切り替え時において、測位結果の不連続な変化をより低減して(スムージングして)出力することができる。また、測位制御部140において、過去の測位結果の出力値から現在時刻あるいは未来の時刻の測位の出力値を推定(予測)する機能を備えてもよい。In addition, the
(変形例2(構成の変形例))
前述したように、搬送波位相測位演算をクラウド上で行ってもよい。図7はその場合のシステム構成例である。
(Modification 2 (Modification of Configuration))
As described above, the carrier phase positioning calculation may be performed on the cloud. Fig. 7 shows an example of the system configuration in this case.
ネットワーク300上に絶対位置測位装置200が備えられる。この絶対位置測位装置200は、例えば、クラウド上の仮想マシンで実装される。An
絶対位置測位装置200は、絶対位置測位演算部210、観測データ受信部220、測位結果送信部230を備える。観測データ受信部220が、位置計測装置100により衛星信号を観測して得られた観測データを受信する。絶対位置測位演算部210が当該観測データを用いて測位演算を実行する。測位結果送信部230は、得られた測位結果を位置計測装置100に送信する。The
図7に示す位置計測装置100は、図1の構成と比較して、絶対位置測位部110を備えずに、観測データ取得送信部160と測位結果受信部170を備える。観測データ取得送信部160は、衛星信号を観測して、観測データを絶対位置測位装置200に送信する。測位結果受信部170は、絶対位置測位装置200から測位結果を受信し、測位結果を測位制御部140に渡す。
Compared to the configuration in Figure 1, the
絶対位置測位に関する処理以外の処理内容は、これまでに説明した処理内容と同じである。絶対位置測位により得る変位に関しては、クラウド上の絶対位置測位装置200が測定して、位置の測位結果とともに、位置計測装置100に送信してもよいし、位置計測装置100の測位制御部140が、絶対位置から変位を算出してもよい。また、クラウド上に備えられた絶対位置測位装置を「絶対位置測位部」と称してもよい。The processing contents other than the processing related to absolute positioning are the same as the processing contents described so far. The displacement obtained by absolute positioning may be measured by the
また、前述したように、測位制御部140がクラウド上に備えられてもよい。例えば、図7の構成において、測位制御部140が位置計測装置100ではなく、絶対位置測位装置200に備えられてもよいし、絶対位置測位演算を行う手段は位置計測装置100に残し、測位制御部140のみをクラウド上に備えてもよい。As described above, the
(実施の形態の効果)
以上説明したように、本実施の形態によれば、絶対位置測位手段と相対位置測位手段とを組み合わせた複合測位方式において、絶対位置測位手段から相対位置測位手段への切り替えに伴う測位精度の劣化を回避することができる。これにより、衛星信号の受信状態に依存せず、安定した絶対測位性能を実現することができる。
(Effects of the embodiment)
As described above, according to this embodiment, in a composite positioning method that combines an absolute positioning means and a relative positioning means, it is possible to avoid deterioration of positioning accuracy that occurs when switching from an absolute positioning means to a relative positioning means, thereby achieving stable absolute positioning performance that is not dependent on the reception state of satellite signals.
(実施の形態のまとめ)
本実施の形態において、少なくとも、下記の各項に記載された位置計測装置、位置計測方法、及びプログラムが提供される。
(第1項)
移動体の測位を行う位置計測装置であって、
絶対位置測位部により得られた前記移動体の第1測位結果と、相対位置測位部により得られた前記移動体の第2測位結果とを比較し、前記第1測位結果と前記第2測位結果との間の差異が第1閾値を超えるか否かを判定し、前記差異が前記第1閾値を超える場合に、前記相対位置測位部により得られた前記移動体の相対位置と、前記差異が前記第1閾値を超えた時点よりも過去に前記絶対位置測位部により得られた前記移動体の位置座標とに基づいて、前記差異が前記第1閾値を超えた後の前記移動体の位置座標を算出する測位制御部
を備える位置計測装置。
(第2項)
前記第1測位結果は、予め定めた変位計測期間において前記絶対位置測位部により得られた前記移動体の変位であり、前記第2測位結果は、前記変位計測期間において前記相対位置測位部により得られた前記移動体の変位である
第1項に記載の位置計測装置。
(第3項)
前記第1測位結果は、前記絶対位置測位部により得られた前記移動体の方位であり、前記第2測位結果は、前記相対位置測位部により得られた前記移動体の方位である
第1項又は第2項に記載の位置計測装置。
(第4項)
前記測位制御部は、前記第1測位結果と前記第2測位結果との間の差異が、前記第1閾値よりも小さい第3閾値以下であった過去の時刻における前記絶対位置測位部により得られた前記移動体の位置座標を用いて、前記差異が前記第1閾値を超えた後の前記移動体の位置座標を算出する
第1項ないし第3項のうちいずれか1項に記載の位置計測装置。
(第5項)
前記測位制御部は、前記差異が前記第1閾値を超えた後において、前記第1測位結果と前記第2測位結果との間の差異が、第2閾値以下であると判定した場合に、前記絶対位置測位部により得られた前記移動体の位置座標を出力する
第1項ないし第4項のうちいずれか1項に記載の位置計測装置。
(第6項)
移動体の測位を行う位置計測装置が実行する位置計測方法であって、
絶対位置測位部により得られた前記移動体の第1測位結果と、相対位置測位部により得られた前記移動体の第2測位結果とを比較し、前記第1測位結果と前記第2測位結果との間の差異が第1閾値を超えるか否かを判定し、前記差異が前記第1閾値を超える場合に、前記相対位置測位部により得られた前記移動体の相対位置と、前記差異が前記第1閾値を超えた時点よりも過去に前記絶対位置測位部により得られた前記移動体の位置座標とに基づいて、前記差異が前記第1閾値を超えた後の前記移動体の位置座標を算出する
位置計測方法。
(第7項)
コンピュータを、第1項ないし第5項のうちいずれか1項に記載の位置計測装置における測位制御部として機能させるためのプログラム。
(Summary of the embodiment)
In the present embodiment, at least the position measuring device, the position measuring method, and the program described in the following items are provided.
(Section 1)
A position measurement device for measuring the position of a moving object,
a positioning control unit that compares a first positioning result of the moving body obtained by an absolute position positioning unit with a second positioning result of the moving body obtained by a relative position positioning unit, determines whether a difference between the first positioning result and the second positioning result exceeds a first threshold, and if the difference exceeds the first threshold, calculates the position coordinates of the moving body after the difference exceeded the first threshold based on the relative position of the moving body obtained by the relative position positioning unit and the position coordinates of the moving body obtained by the absolute position positioning unit prior to the point at which the difference exceeded the first threshold.
(Section 2)
2. The position measuring device according to claim 1, wherein the first positioning result is a displacement of the moving body obtained by the absolute position measuring unit during a predetermined displacement measurement period, and the second positioning result is a displacement of the moving body obtained by the relative position measuring unit during the displacement measurement period.
(Section 3)
3. The position measuring device according to claim 1, wherein the first positioning result is an orientation of the moving body obtained by the absolute position measuring unit, and the second positioning result is an orientation of the moving body obtained by the relative position measuring unit.
(Section 4)
The positioning control unit calculates the position coordinates of the moving body after the difference between the first positioning result and the second positioning result exceeds the first threshold, using the position coordinates of the moving body obtained by the absolute position positioning unit at a past time when the difference between the first positioning result and the second positioning result was equal to or less than a third threshold that is smaller than the first threshold.
(Section 5)
The position measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein the positioning control unit outputs the position coordinates of the moving body obtained by the absolute position measuring unit when it determines that the difference between the first positioning result and the second positioning result is equal to or less than a second threshold value after the difference exceeds the first threshold value.
(Section 6)
A position measurement method executed by a position measurement device that measures the position of a moving object, comprising:
A position measurement method comprising: comparing a first positioning result of the moving body obtained by an absolute position positioning unit with a second positioning result of the moving body obtained by a relative position positioning unit; determining whether a difference between the first positioning result and the second positioning result exceeds a first threshold; and, if the difference exceeds the first threshold, calculating the position coordinates of the moving body after the difference exceeded the first threshold based on the relative position of the moving body obtained by the relative position positioning unit and the position coordinates of the moving body obtained by the absolute position positioning unit prior to the point at which the difference exceeded the first threshold.
(Section 7)
A program for causing a computer to function as a positioning control unit in the position measurement device according to any one of claims 1 to 5.
以上、本実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the present embodiment has been described above, the present invention is not limited to such a specific embodiment, and various modifications and variations are possible within the scope of the gist of the present invention as described in the claims.
100 位置計測装置
110 絶対位置測位部
120 相対位置測位部
130 出力部
140 測位制御部
150 データ格納部
160 観測データ取得送信部
170 測位結果受信部
200 絶対位置測位装置
210 絶対位置測位演算部
220 観測データ受信部
230 測位結果送信部
300 ネットワーク
1000 ドライブ装置
1001 記録媒体
1002 補助記憶装置
1003 メモリ装置
1004 CPU
1005 インタフェース装置
1006 表示装置
1007 入力装置
1008 出力装置
REFERENCE SIGNS
1005
Claims (5)
絶対位置測位部により得られた前記移動体の第1測位結果と、相対位置測位部により得られた前記移動体の第2測位結果とを比較し、前記第1測位結果と前記第2測位結果との間の差異が第1閾値を超えるか否かを判定し、前記差異が前記第1閾値を超える場合に、前記相対位置測位部により得られた前記移動体の相対位置と、前記差異が前記第1閾値を超えた時点よりも過去に前記絶対位置測位部により得られた前記移動体の位置座標とに基づいて、前記差異が前記第1閾値を超えた後の前記移動体の位置座標を算出する測位制御部を備え、
前記測位制御部は、前記第1測位結果と前記第2測位結果との間の差異が、前記第1閾値よりも小さい第3閾値以下であった過去の時刻における前記絶対位置測位部により得られた前記移動体の位置座標を用いて、前記差異が前記第1閾値を超えた後の前記移動体の位置座標を算出する
位置計測装置。 A position measurement device for measuring the position of a moving object,
a positioning control unit that compares a first positioning result of the moving body obtained by an absolute position positioning unit with a second positioning result of the moving body obtained by a relative position positioning unit, determines whether or not a difference between the first positioning result and the second positioning result exceeds a first threshold, and, if the difference exceeds the first threshold, calculates a position coordinate of the moving body after the difference exceeded the first threshold based on the relative position of the moving body obtained by the relative position positioning unit and the position coordinate of the moving body obtained by the absolute position positioning unit prior to the point in time when the difference exceeded the first threshold,
The positioning control unit calculates the position coordinates of the moving body after the difference between the first positioning result and the second positioning result exceeds the first threshold, using the position coordinates of the moving body obtained by the absolute position positioning unit at a past time when the difference was equal to or smaller than a third threshold that is smaller than the first threshold.
請求項1に記載の位置計測装置。 2. The position measuring device according to claim 1, wherein the first positioning result is a displacement of the moving body obtained by the absolute position measuring unit during a predetermined displacement measurement period, and the second positioning result is a displacement of the moving body obtained by the relative position measuring unit during the displacement measurement period.
請求項1又は2に記載の位置計測装置。 The position measuring device according to claim 1 or 2, wherein the first positioning result is an orientation of the moving object obtained by the absolute position measuring unit, and the second positioning result is an orientation of the moving object obtained by the relative position measuring unit.
絶対位置測位部により得られた前記移動体の第1測位結果と、相対位置測位部により得られた前記移動体の第2測位結果とを比較し、前記第1測位結果と前記第2測位結果との間の差異が第1閾値を超えるか否かを判定し、前記差異が前記第1閾値を超える場合に、前記相対位置測位部により得られた前記移動体の相対位置と、前記差異が前記第1閾値を超えた時点よりも過去に前記絶対位置測位部により得られた前記移動体の位置座標とに基づいて、前記差異が前記第1閾値を超えた後の前記移動体の位置座標を算出する測位制御ステップを備え、
前記測位制御ステップにおいて、前記第1測位結果と前記第2測位結果との間の差異が、前記第1閾値よりも小さい第3閾値以下であった過去の時刻における前記絶対位置測位部により得られた前記移動体の位置座標を用いて、前記差異が前記第1閾値を超えた後の前記移動体の位置座標を算出する
位置計測方法。 A position measurement method executed by a position measurement device that measures the position of a moving object, comprising:
a positioning control step of comparing a first positioning result of the moving body obtained by an absolute position positioning unit with a second positioning result of the moving body obtained by a relative position positioning unit, determining whether or not a difference between the first positioning result and the second positioning result exceeds a first threshold, and, if the difference exceeds the first threshold, calculating a position coordinate of the moving body after the difference exceeded the first threshold based on the relative position of the moving body obtained by the relative position positioning unit and the position coordinate of the moving body obtained by the absolute position positioning unit prior to the point in time when the difference exceeded the first threshold,
the position measurement method, in the position measurement control step, calculating the position coordinates of the moving body after the difference between the first position measurement result and the second position measurement result exceeds the first threshold value by using the position coordinates of the moving body obtained by the absolute position measurement unit at a past time when the difference between the first position measurement result and the second position measurement result was equal to or smaller than a third threshold value that is smaller than the first threshold value.
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