JP2004171269A

JP2004171269A - 移動体衝突予測装置および移動体衝突予測方法

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Publication number: JP2004171269A
Application number: JP2002336353A
Authority: JP
Inventors: Yasuro Fukawa; 泰朗府川
Original assignee: Enii Kk
Current assignee: Enii Kk
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】移動経路が予定されていない移動体同士の衝突を確実かつ効率的に予測する。
【解決手段】移動体衝突予測装置１０の制御装置５２は、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）受信装置１６、移動距離センサ２０および方位角センサ２８からそれぞれ移動体の位置、速度および移動方向を含む移動体情報を取得し、無線通信装置により他の移動体の移動体情報と交換する。また、装置５２は、再生装置３８から得られた地図データ上の道路形状を線分または２次曲線で近似し、自他の移動体の移動体情報を用いて、交差点を含む特定の領域に自他の移動体が到達する時刻が実質的に一致するか否かによって、衝突が予想されるか否かを判定する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体の衝突予測装置および衝突予測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特許文献１または特許文献２に示すように、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）やレーダーを利用する航空機または船舶の衝突防止装置が提案されている。また、特許文献３に記載のように、陸上を移動する車両などの移動体のナビゲーション装置についても、ＧＰＳを利用した従来技術がある。さらに、ＧＰＳを利用して無人の自動走行機械がある特定のエリアに侵入するのを防止する特許文献４に記載の従来技術や、無線監視手段を用いて各無人自走体が互いに衝突するのを防止する特許文献５に記載の従来技術もある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３０４８５６号公報
【特許文献２】
特開平１１−１２０４９９号公報
【特許文献３】
特許第３２６０６４５号公報
【特許文献４】
特開２００１−３３７７２４号公報
【特許文献５】
特開平５−１４３１５８号公報。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、レーダーを利用する従来技術では、移動体の左右方向から接近する他の移動体との衝突を防止するのは困難である。
【０００５】
ＧＰＳを利用する従来技術では、接近する方向に関係なく、近接した移動体を検知することはできる。しかし、従来技術では、単純に距離の近い移動体を検知すると衝突の可能性があると判定し、警報を発してしまう。移動体の速度・移動方向を考慮すれば、移動体同士が次第に離れてゆくことが明らかな場合や、移動体同士が将来実質的に同一位置に到達しても到達する時刻が異なり衝突する可能性のない場合も少なくない。このようなケースでは、本来警報を発する必要はない。
【０００６】
さらに、空や海を移動する航空機や船舶の場合は、予定の航路を変更できる自由度が高いが、車両などの陸上を移動する移動体は、通常、走行可能な範囲が道路に限られているため、移動経路を変更する自由度は相対的に低い。それだけに、単に互いの移動体の距離が接近しているか否かを問題とするのではなく、地図上の道路の形状を考慮し、特定の領域、例えば衝突の発生しやすい交差点に狙いを絞って衝突が起こるか否かを判定すれば効率的な衝突防止が可能となる。
【０００７】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、移動体同士の衝突を確実かつ効率的に予測する移動体衝突予測装置および移動体衝突予測方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、移動体の位置を検出するＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）受信手段と、移動体の速度を検出する速度検出手段と、移動体の移動方向を検出する移動方向検出手段とを含む移動体衝突予測装置において、さらに、移動体の位置、速度および移動方向を含む移動体情報を他の移動体の移動体衝突予測装置に送り、他の移動体の移動体情報を受け取る移動体情報交換手段と、移動体および他の移動体の移動体情報を用いて移動体と他の移動体との衝突が予想されるか否かを判定する衝突判定手段とを含む。
【０００９】
本発明によれば、ＧＰＳを利用した衛星航法系と自立航法系とを組み合わせて、確実かつ効率的な移動体衝突予測が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による移動体衝突予測装置の実施例を詳細に説明する。なお各図面において、本発明と直接関係のない要素は省略し、同様の要素は同一の符号で示すものとする。また信号はそれが送られる信号線の符号によって示すものとする。
【００１１】
図１は本発明による衝突予測装置の一例を示す機能ブロック図である。衝突予測装置１０は、図示しない移動体に装備されている。装置１０を装備する移動体は移動するものであればよい。したがって、航空機、船舶、車両などの無生物の他、人間などの生物に対して装備してもよい。その場合は、腕時計サイズの衝突予測装置を携帯し、車両との接触事故が回避可能となれば好ましい。
【００１２】
衝突予測装置１０はその航法系として、衛星航法系１２と自立航法系１４とを含み、これらの航法系１２、１４から、移動体の位置、速度および移動方向を含む移動体情報が得られる。
【００１３】
衛星航法系１２は電波測位を用いて、移動体情報のうち、移動体の位置を検出するシステムである。衛星航法系１２はＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）受信装置１６を含み、これは、図示しないＧＰＳ衛星から発射される電波の到来時間を計測し、衛星からの距離を計算することによって、経度、緯度および高さを含む移動体の位置を検出する装置である。ＧＰＳ受信装置１６は、移動体の位置および時刻の測定のため、最低４個のＧＰＳ衛星を選択する必要がある。ＧＰＳ衛星には衛星ごとに異なるＰＮ（ＰｓｅｕｄｏＮｏｉｓｅ；疑似雑音）コードが割り当てられていて、ＧＰＳ受信装置１６は、異なる衛星から発射される電波を、このコード位相によって識別する。装置１６は移動体の位置を信号１８として出力する。
【００１４】
なおＧＰＳ受信装置１６には、地上に固定された図示しない基準局との間で無線通信を行う無線通信機を設けてもよい。これによれば、ＤＧＰＳ（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＧＰＳ）による、より精度の高い測位が可能である。あらかじめ正確な位置の分かっている基準局でＧＰＳによる測位を行い、その差分を補正値として移動体へ送信し、移動体では、ＧＰＳによる測位結果と補正値を用いて精度の向上を行う。
【００１５】
本実施例におけるＧＰＳ受信装置１６は、上述のコード位相を用いる方法に代えて、搬送波を用いたり、適切な地上波から得られる情報や後述の自立航法系１４からの情報を利用することにより、最終的には、移動体の位置を誤差数ｍｍ〜数ｃｍの精度で検出可能である。
【００１６】
自立航法系１４は各種センサを用いて、移動体情報のうち、移動体の速度および移動方向を検出するシステムである。自立航法系１４は移動距離センサ２０を含み、これは、移動体の移動距離を検出するセンサである。例えば移動体が車両である場合は、車輪の回転周期と同一の周期を有するパルスを信号２２として出力する。一方、時計装置２４は、時刻を発生する時計回路から成り、この回路により発生された時刻信号２６は制御装置５２に送られる。そして時刻信号２６を用いて単位時間あたりの車輪回転数を後述の制御装置５２が計算することにより、車両の速度が得られる。車両以外の移動体の場合も、同様に、しかるべき移動距離信号２２を出力する移動距離センサ２０と、時計装置２４とにより、移動体の速度が検出される。
【００１７】
自立航法系１４は方位角センサ２８を含み、これは、移動体の方位角を検出するセンサである。ここで「方位角」とは、例えば真北、すなわち地球の自転軸の方向に対して移動体がどちらの方向に向いているかという角度をいう。センサ２８は、本実施例ではサニャック効果と呼ばれる原理に基づいて位相差を検出する光ファイバジャイロを含む。このジャイロから出力される位相差信号３０から、後述の制御装置５２が移動体の方位角、すなわち、移動体の移動方向を検出する。なお方位角センサ２８は、移動体の方位角を検出できるものであれば、光ファイバジャイロ以外の慣性基準装置としてもよい。例えば加速度計としてよい。
【００１８】
なお、移動体情報は、移動体の位置、速度および移動方向以外の情報を含んでもよい。例えば自立航法系１４および時計装置２４からの情報を用いれば、移動体の加速度を算出することもできる。これを移動体情報に含めれば、加速中の移動体の将来の位置を予測することができる。
【００１９】
また、本実施例では、移動体情報のうち、移動体の速度および移動方向を、自立航法系１４の各センサ２０、２８によって取得しているが、これらの移動体情報は、衛星航法系１２に属するＧＰＳ受信装置１６を用いて取得してもよい。ＧＰＳ受信装置１６から得られる移動体の位置データ１８と時計装置２４から得られる時刻信号２６とを利用すれば、移動体の速度および移動方向は算出可能だからである。
【００２０】
衛星航法系１２は、無線通信装置３２を含み、これは、上述の各装置１６、２０、２８によって得られた移動体の位置、速度および移動方向を含む移動体情報を、制御装置５２を経由して信号３４として受信し、図示しない他の移動体の有する装置１０と同様の移動体衝突予測装置に送り、他の移動体の移動体情報を受け取る装置である。受け取った移動体情報は、信号３６として制御装置５２に提供される。
【００２１】
このような、他の移動体との移動体情報の交換は、無線通信方式によって行われる。移動体情報の交換は、一定時間ごとに行えばよい。たとえば１秒ごとに行い、制御装置５２に絶えず提供して更新すればよい。無線通信方式の具体例としては、ＶＩＣＳ（ＶｅｈｉｃｌｅＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ；道路交通情報通信システム）で利用されている電波ビーコン、光ビーコン、ＦＭ多重放送を利用する方式や、あるいはテレターミナルを利用する方式がある。また、本実施例における無線通信装置３２は、移動体が車両である場合は１００ｍ程度の伝送距離を確保できればよいため、最大で１００ｍの伝送距離を有するＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（ブルートゥース）を利用してもよい。
【００２２】
他の移動体は複数存在しうるため、どの電波がどの移動体の移動体情報を示すものかを識別する必要がある。それらを識別する方法として、例えば、異なるＧＰＳ衛星から発射される電波を識別するために使用されるＰＮコードと類似のコード情報を各移動体に割り当てればよい。これによれば、異なる移動体から発射される電波を、このコード位相によって識別できる。
【００２３】
なお、時計装置２４は、既に述べた通り、時刻を発生する時計回路から成るものであり、すべての移動体の移動体衝突予測装置が有する時計装置は同期していて、共通の絶対時刻を刻む。また、図示しないＧＰＳ衛星がかかる時計装置を有し、ＧＰＳ衛星から発射される電波によって衝突予測装置１０が絶対時刻を得ることとしてもよい。その場合、装置１０のＧＰＳ受信装置１６を介して絶対時刻は制御装置５２に伝えられるから、装置１０は時計装置２４を搭載する必要がない。
【００２４】
衝突予測装置１０は再生装置３８を含み、これは移動体が移動可能な経路を制御装置５２に教える。再生装置３０は具体的には、経路データが記憶されたＣＤ−ＲＯＭ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｋ − ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）４０から経路データを読み出して信号４２として出力するＣＤ−ＲＯＭドライブ装置である。移動体が車両であれば、移動体が移動可能な経路は、地図データ上の道路である。一方、移動体が航空機や船舶であれば、移動体が移動可能な経路は、航路図データ上の航路である。
【００２５】
ここで経路データについて、道路を例として詳しく説明しておく。地図データは、１／１２５００、１／２５０００等の縮尺レベルに応じて適当な大きさの経度幅及び緯度幅に区切られ、道路は経度及び緯度の組み合わせで表現された頂点（ノード）の座標集合として記録されている。すなわち、地図データにおける道路は、２つのノードを接続する線分を複数連結して構成されたものである。
【００２６】
衝突予測装置１０は表示装置４４を含み、これは区画単位あるいはスクロールにて地図を表示し、あわせて自他の移動体の位置を地図上に表示する装置である。表示すべき地図データおよび自他の移動体の位置データは、制御装置５２から信号４６として受信する。
【００２７】
衝突予測装置１０は操作装置４８を含み、これは移動体の操縦者が衝突予測装置１０を操作する装置である。具体的には、装置４８は、操縦者の操作により制御装置５２に操作信号５０を与え、制御装置５２を介して、制御装置５２に接続された各種装置を操作する。例えば衝突予測機能をオン・オフすることができる。
【００２８】
衝突予測装置１０は制御装置５２を含み、これはこれに接続される各種装置を制御する装置である。また、制御装置５２は、衛星航法系１２のうち、ＧＰＳ受信装置１６からは移動体の位置データを取得し、無線通信装置３２からは他の移動体の位置データを取得し、いずれも表示装置に地図データとともに表示する。また制御装置５２は、自立航法系１４のセンサ２０、２８から移動体の速度および移動方向データを取得する。
【００２９】
制御装置５２は、時計装置２４から提供される時刻信号２６を用いて、１秒ないし数分の１秒程度の一定周期で、自己の移動体の位置、速度および移動方向を含む移動体情報を、無線通信装置３２に信号３４として送信する。この信号３４の送信を契機として、無線通信装置３２は他の移動体と移動体情報の交換を行う。
【００３０】
なお制御装置５２は、自立航法系１４から得た速度および移動方向を利用して、ＧＰＳ受信装置１６から得た位置データの測位精度を向上させてもよい。直前の測位によって得られた位置データにセンサ２０、２８から得られる自立航法系の移動体情報を加算すれば、ＧＰＳ受信装置１６から得られる次の経緯度より精密な位置データが得られる場合もあるからである。
【００３１】
制御装置５２は、自他の移動体の移動体情報を用いて自他の移動体の衝突が予想されるか否かを判定する衝突判定手段でもある。制御装置は、自他の移動体が将来到達し得る経路上の位置および時刻をそれぞれ検出し、自他の移動体が特定の領域に到達する時刻が実質的に一致するか否かによって、衝突が予想されるか否かを判定する。以下、この判定方法について説明する。
【００３２】
既に述べたように、再生装置３８から提供される地図データ４２における、移動体が移動可能な経路は、典型的には移動体を車両とした場合の道路であり、２つのノードを接続する線分を複数連結して構成されたものである。第１の判定方法は、以下に述べるように、２つの座標を結ぶ線分の集合を用いて近似された経路を用いて、自他の移動体の衝突が予想されるか否かを判定するものである。
【００３３】
地図データ４２は、道路などの地図情報を含む地図レイヤと、当該地図レイヤに座標値を与えるマトリクスレイヤとを含む。図２は地図データに記録されているある区画の地図レイヤを示す。図３は図２の地図レイヤにマトリクスレイヤを重ねた図を示す。同図では座標軸がそれぞれ東西南北の方向に伸びていて、Ｘ軸上の値は経度を示し、Ｙ軸上の値は緯度を示す。図４は道路を２つの座標を結ぶ線分の集合を用いて近似した図を示し、この線分の集合は地図データ４２にあらかじめ保存されていたものである。
【００３４】
移動体はＧＰＳ受信装置１６によって自己の位置座標、速度および移動方向を把握しているのであるから、連結された線分として表された道路のうち、どの線分の上に自己が位置し、その線分をどちらの方向に進んでいるかが分かる。ただしＧＰＳ受信装置１６から取得した自己の位置座標が正確に線分上の１点に一致しなくとも構わない。線分上の最も近接した座標を探してその地点に自己が位置するとみなせばよい。そして、自己が移動する方向に線分を次々にたどれば、何秒後にどの位置に自己が到達するかを予測することができる。線分がある座標で分岐していれば、自己が到達する地点の座標は複数考えられることになる。
【００３５】
本実施例では、移動体は、自己の移動する方向に出現する特定のノードの座標に到達する時刻を予測する。例えば現在ノード６０に位置し、矢印６２で示す方向に移動している移動体があるとする。この移動体の衝突予測装置１０の制御装置５２は、衛星航法系１２および自立航法系１４から取得した自他の移動体情報、すなわち自他の移動体の位置、速度および移動方向から、自己がノード６０の位置にあり、道路に沿って実質的に北方向に移動していることが分かる。また、同様に、他の移動体がどの位置に存在し、どの方向にいかなる速度で移動しているかも分かる。この自他の移動体の様子は表示装置４４に表示され、移動体の操縦者は確認可能である。制御装置５２は、再生装置３８から提供される線分で近似された道路データを参照して、自他の移動体が移動してゆく方向に存在する線分を次々にたどり、あらかじめ、特定のノードの座標に到達する時刻を予測する。
【００３６】
なお予測される到達時刻は、絶対時刻である。すなわち、何秒後に到達するか、ということでなく、何時何分何秒に到達する、ということが予測される。これにより、移動体情報の交換によるタイムラグによって発生する予測到達時刻の誤差が防止される。また衝突予測装置１０には、直線道路及び曲線道路の衝突防止補完機能として、光波測距儀などの行うビーム照射によって、道路を区画する壁などの特定の地点までの距離を測定する機能を設けてもよい。
【００３７】
図４のノード６４、６６、６８に示すように、路線の近似の必要上、交差点にはノードが必ず存在することとなる。移動体が将来到達するノードのうち、交差点に相当するノード６４、６６、６８への到達時刻は必ず予測される。制御装置５２は、このような交差点ノード６４、６６、６８への到達時刻を、自他の移動体について予測する。そして予測した到達時刻が実質的に一致する場合は、両者は交差点において衝突すると判定する。
【００３８】
本実施例では、既に述べたように、自他の移動体が「特定の位置」でなく「特定の領域」に到達する時刻が実質的に一致するか否かによって、衝突が予想されるか否かを判定する。移動体は交差点に近づくに従って用心のために減速するかも知れないし、操縦者の気まぐれで交差点をどの方向に曲がるかも交差点に到達するまでは不明である。このように、交差点という特定の位置への到達時刻だけで衝突が予想されるか否かを判定するには、不確定な要素が多い。そこで、本実施例では、自他の移動体が交差点の周辺のノードへ到達する時刻を比較する。「特定の」は各交差点ノード６４、６６、６８を意味し、「領域」はそれら交差点ノードを中心とした周辺のノードを含むノード群を意味する。例えば交差点ノードから分岐している各線分の他端のノードまでを１領域に含めてよい。しかしこれはあくまで一例であり、領域をどれだけ拡張しようと自由である。また、ノード単位で領域を区切らなくてもよい。例えば交差点ノードを実質的に中心とした円形や矩形やその他自由な形状の範囲内を１領域としてよい。
【００３９】
なお、衝突が生じるのは交差点だけではない。ある移動体に、同じ道路を走行していた他の移動体が追突することも考えられる。従って、同一の道路を同一の方向に向かって走行している自他の移動体について、追走する側の速度が相対的に高いためにあるノードに到達する時刻が実質的に一致する場合は、両者は追突する可能性があると判定する機能を設けてもよい。したがって、「特定の領域」は交差点を含むノード群に限定されるものではなく、予想される衝突の態様に鑑みて、自由に決定してよい。また、交差点でなくとも、事故の多発する位置の位置データを予め地図データが保持していれば、その位置を中心とした領域を「特定の領域」に含めてもよい。
【００４０】
上述してきたように、制御装置５２は、各ノードへの到達時刻が「実質的に」一致するか否かを判定する。これは、ノードのある地点だけで衝突・追突が発生するとは限らず、線分の途中の地点で衝突が発生することもあるからである。したがって、自他の移動体があるノードへ到達する到達時刻が正確に一致しなくとも、所定の幅を有する時間帯に到達すると予測されれば、制御装置５２は、そのノードの周辺で、移動体同士の衝突が予想されると判定する。例えば、あるノードへの自他の移動体の到達時刻が数秒の時間帯に含まれれば、実質的に一致すると判定してよい。ただし、この時間帯の設定はあくまで一例にすぎず、時間帯をどれだけ増減させようと自由である。
【００４１】
移動体が航空機や船舶などの場合は、地図レイヤに代えて、航路図レイヤを用いればよい。すなわち、予定の航路に沿って航行する場合は、航路図レイヤ上の航路をマトリクスレイヤ上に線分の集合として近似したものを用いればよい。ただし、移動可能な経路が道路に制限される車両と異なり、空や海を移動する航空機や船舶の場合は、予定の航路を変更できる自由度が高い。したがって、予定の航路を外れて航行する場合や、出発地および目的地のみを定めて航行する場合は、移動体の位置、速度および移動方向を含む移動体情報のみを用いて移動体同士が衝突するか否かの判断を行えばよく、必ずしも近似された線分の集合としての航路データを用いて衝突予測を行わなくてもよい。
【００４２】
次に、第２の判定方法を説明する。線分の集合としての経路データを利用した第１の判定方法より正確に、特定の地点への到達時刻を算出するために、第２の判定方法では、曲線道路を２次曲線その他の曲線によって近似する。
【００４３】
図５は図４に示す線分の集合によって近似した道路を、さらに直線または２次曲線によって近似した図である。このような近似の方法について、以下、説明する。図４に示すように、ある区画の道路データは、２つの座標を結ぶ線分の集合として表現されている。そこで制御装置５２は、当該区画に存在する任意の１つの座標値を出発点とし、出発点から線分が連結されている座標値を次々に探索する。例えば図４の地点６０に対応する座標値を出発点として矢印６２の指す方向へ探索を行ったとする。次々と南北に伸びる道路７０に沿った座標値が見つかる。すると、地点６４、６６、６８の座標値を含む座標値リストができる。制御装置５２は、このようにして得られた一連の座標値リストを、図１に示す記録・再生装置７２に、信号７４として記録する。
【００４４】
上述の座標値の探索においては、以下の規則１〜４を用いて、各道路の座標値リストを作成する。
【００４５】
規則１：ある座標を介して隣接する線分が３本以上ある場合は当該座標を交差点と判断する。隣接する線分が２本であっても、各線分を座標値探索方向を有するベクトルと考え、ベクトル間に４５度以上の方向差がある場合は、当該座標は交差点であると判断する。
【００４６】
規則１を適用した場合、交差点と判断されるノードを図６ないし図８に例示する。図６はＴ字路を示し、図７は十字路を示し、図８は急カーブの道路を示す。図６に示すノード８２はその座標を介して隣接する線分が３本あり、図７に示すノード８４はその座標を介して隣接する線分が４本あるため、それぞれ、規則１により、交差点と判断される。
【００４７】
図８に示すノード８６は、一般的な意味での交差点ではない。しかし、規則１に規定の座標値探索方向が矢印８８の方向であれば、ノード８６を介して隣接する２つの線分は、図９に示すように、２つのベクトル９０、９２として考えられ、これらベクトル間の方向差αが４５度以上である。したがって、ノード８６も規則１によって交差点と判断される。このように判断し、交差点での衝突が予測されるか否かを判定すれば、一般的な意味での交差点に限られず、急カーブなど、見通しの悪い道路での正面衝突や追突の危険性にも本発明が適用できる。なお規則１に述べた「４５度以上の方向差」は、交差点か否かの判断基準の一例にすぎない。方向差は自由に増減させてよいし、全く別の判断基準によって交差点か否かを判断してもよい。
【００４８】
規則２：交差点の座標値で座標値リストを分断し、それぞれ別々のリストとする。
【００４９】
図４において、ノード６０から矢印６２の方向に座標値探索が行われた場合、規則１によって交差点と判定されるのは、ノード６４、６６、６８である。そこで次に規則２を適用すると、これら交差点ノード６４、６６、６８でリストは分断され、次のような８つに分断された座標値リストＡ〜Ｈが出来上がる。
リストＡ：（Ｘ６０，Ｙ６０）・・・（Ｘ６４，Ｙ６４）
リストＢ：（Ｘ６４，Ｙ６４）・・・（Ｘ１００，Ｙ１００）
リストＣ：（Ｘ６４，Ｙ６４），（Ｘ６６，Ｙ６６）
リストＤ：（Ｘ６６，Ｙ６６）・・・（Ｘ１０２，Ｙ１０２）
リストＥ：（Ｘ６６，Ｙ６６）・・・（Ｘ１０４，Ｙ１０４）
リストＦ：（Ｘ６６，Ｙ６６）・・・（Ｘ６８，Ｙ６８）
リストＧ：（Ｘ６８，Ｙ６８）・・・（Ｘ１０６，Ｙ１０６）
リストＨ：（Ｘ６８，Ｙ６８）・・・（Ｘ１０８，Ｙ１０８）
各リストのＸ座標およびＹ座標の添え字は、図４に示すノードの符号を示している。例えばリストＡはノード６０からノード６４までの道路を表すリストであり、リストＢはノード６４からノード１００までの道路を表すリストである。このようにリストを分断したのは、リストごとに直線または２次曲線によって近似するためである。
【００５０】
規則３：各リストにおいて、連続して線分の方向が実質的に不変である部分は、直線道路とみなし、直線で近似する。
【００５１】
規則３によれば、上述のリストのうち、リストＡ、Ｃ、Ｄ、Ｆ、Ｇ、Ｈは直線道路とみなされ、直線で近似される。その他のリストＢ、Ｅも、部分的に直線で近似される部分があるかも知れない。近似の一般式はＹ＝ａＸ＋ｂであり、ａ，ｂは定数である。規則３を適用するのは、直線で近似できる道路は可能な限り直線によって近似して、計算時間を節約するためである。規則３の「方向が実質的に不変」とは、リストされている座標値に沿って各線分をベクトルと見た場合に、ベクトル間の方向差がたかだか２〜３度の範囲にあることをいう。ただし、この方向差の許容値は、自由に変更してよい。
【００５２】
規則４：直線によって近似できない部分は、２次曲線によって近似する。
【００５３】
上述の例で言えば、リストＢ、Ｅを規則４によって２次曲線で近似する。一般式は放物線を表すＹ＝ａＸ^２であり、ａは定数である。放物線を平行移動させ、さらにマトリクスレイヤの原点を中心として回転移動させることにより、あらゆる形態の道路を近似可能である。リスト上に変曲点がある場合は１つの２次曲線で近似するのが不可能であるため、変曲点でさらにリストを分断してそれぞれ２次曲線で近似する。そのような近似も不可能であれば、第１の判定方法と同様に、ノード間を線分によって近似してもよい。
【００５４】
また、近似曲線は２次曲線に限られない。正弦曲線や余弦曲線、あるいはベジエ（Ｂｅｚｉｅｒ）曲線やスプライン曲線によって近似してもよい。
【００５５】
このように、前出の図５は、リストＡ〜Ｈとして表現された図４の線分を、リストごとに、以上の方法で直線または２次曲線によって近似した図である。制御装置５２によるこのような近似結果は、同装置５２から記録・再生装置７２に記録される。地図データに含まれるすべての道路について、予め近似計算して記録しておいてもよいし、移動体がある地図データ中のある区画に入った場合に、当該区画内の道路データを近似することとしてもよい。
【００５６】
図１０は図５において近似された各道路を、等間隔の基準点で区切った図である。移動体は、例えば地点１１０に自己が位置する場合に、同地点１１０を起点として、直線または２次曲線によって近似された道路に、一定の間隔で基準点を設けることができる。例えば５ｍ間隔に基準点を設けることができるが、間隔は自由に増減させてよい。基準点の設置方法は、一旦記録・再生装置７２に記録された近似された道路データを、制御装置５２が信号１１２として読み出し、等間隔に基準点を設ければよい。この基準点は、移動体同士の衝突を予測する際の目安となるもので、ある基準点に、現在の速度で何秒後に到達するか、ということを計算することができる。例えば、現在時速６０ｋｍであれば、分速１ｋｍであるから、１５秒後には２５０ｍ先へ進むことができる。すなわち、５ｍ間隔で基準点を設けた場合には、５０個先の基準点に到達することが分かる。
【００５７】
基準点の設置方法は、現在自分のいる位置から、直線または２次曲線で近似された路線をたどり、等間隔にプロットすればよい。近似した時には交差点６４、６６、６８で分断され、別リストとして別個に直線に近似されたリストＡ、Ｃ、Ｆ、Ｈも、一連の直線道路であると判定できるため、交差点６４、６６、６８の位置に関係なく、図１０に示す南北に伸びる道路７０の路線を基準点でプロットしたように、一定の間隔で基準点を設けてよい。その他のリストＢ、Ｄ、Ｅ、Ｇに対応する路線は、交差点６４、６６、６８をそれぞれ起点として基準点をプロットすればよい。なお、基準点の設置方法は上述したものに限られるものではなく、衝突予測の目安となるものであれば、どのような方法で設置してもよい。
【００５８】
このように、図１０に示す交差点および基準点を設置した後は、第１の判定方法において移動体の移動する方向に出現する各ノードに移動体が到達する時刻を予測したのと同様に、第２の判定方法においても、移動体の移動する方向に出現する交差点または基準点に移動体が到達する時刻を予測すればよい。そして制御装置５２は、これも第１の判定方法と同様であるが、自他の移動体について「特定の領域」に到達する時刻が「実質的に」一致するか否かによって、前記衝突が予想されるか否かを判定する。
【００５９】
再び図１を参照されたい。衝突予測装置１０は記録・再生装置７２を含み、これは上述したように、第２の判定方法によって再生装置３８から提供された座標集合としての道路情報を制御装置５２が加工した結果を信号７４として受信して記録し、また、制御装置５２の求めに応じて、その記録内容を信号１１２として制御装置５２に提供する装置である。具体的には、装置７２は、第２の判定方法によって直線および２次曲線で近似した路線データを記録する。またその近似された路線データを基準点によって等間隔に区切った結果を記録する。
【００６０】
これら記録・再生装置７２に記録された内容は、必要に応じて制御装置５２に読み出され、移動体同士の衝突の予測に利用され、あるいは表示装置４４に表示される。
【００６１】
衝突予測装置１０は音声装置１２０を含み、これは、第１または第２の判定方法による制御装置５２の判定の結果衝突が予想される場合に、制御装置５２から制御信号１２２を受けて警報を発する警報手段である。この警報によって移動体の操縦者は衝突が予想されたことを知り、移動体の速度または移動方向を変更して、移動体同士の衝突を防止する。
【００６２】
衝突予測装置１０は駆動系１３０を含み、これは、第１または第２の判定方法による制御装置５２の判定の結果衝突が予想される場合に、制御装置５２から駆動コントロール信号１３２を受けて、自動的に移動体の速度または移動方向を変更するシステムである。これにより、移動体同士の衝突が防止される。
【００６３】
図１の実施例では音声装置１２０および駆動系１３０の両方を備えているが、操縦者が乗っている有人の移動体の場合には、これらのうちいずれか一方のみを備えれば、移動体同士の衝突は防止可能である。ただし工場内で互いに干渉しないように稼動すべき産業用ロボットなど、無人の移動体の衝突を防止する場合には、音声装置１２０による警報を与えても意味がないため、駆動系１３０が必須の要素となる。
【００６４】
以上のように構成された本発明による移動体衝突予測装置の動作を、以下、説明する。図１１および図１２は、有人の移動体に設けられた衝突予測装置１０の動作を示すフローチャートである。まず装置１０は、ステップＳ２００に示すように、ＧＰＳ衛星から自己の移動体情報を取得する。移動体情報のうち、移動体の位置はＧＰＳ受信装置１６によって検出し、移動体の速度は移動距離センサ２０および時計装置２４によって検出し、移動体の移動方向は方位角センサ２８によって検出する。これら移動体情報を検出する各装置は、制御装置５２の制御によって、移動体情報を検出する。
【００６５】
次に装置１０は、ステップＳ２０２に示すように、他の移動体に自己の移動体情報を無線送信する。これは無線通信装置３２によって行う。無線通信装置３２は、同装置の伝送距離の範囲内にある他の移動体に自己の移動体情報を無線送信する。航空機の場合は、例えばボーイング７４７の飛行速度が時速９００ｋｍ程度であるから数分後の衝突を回避するために数十ｋｍの範囲の他の航空機に無線送信する。一方、陸上や海上を移動する移動体の場合は、１００ｍ程度の他の移動体に無線送信すれば、衝突を回避できる。
【００６６】
自己の移動体情報を無線送信した後、装置１０は、ステップＳ２０４に示すように、他の移動体の移動体情報を無線受信する。そしてステップＳ２０６に示すように、他の移動体を発見したか否かを判断する。無線通信の伝送距離によっては、必要以上に遠方の他の移動体の移動体情報を取得することもできるが、そうした移動体の移動体情報を参照して、衝突の可否を判定する必要がないと分かれば、発見された移動体に含めなくてよい。
【００６７】
ステップＳ２０６に示すように、自己の近辺に衝突するかも知れない他の移動体を発見しなかった場合には、ステップＳ２００に戻り、再度移動体情報の交換を続ける。一方、そのような他の移動体を発見した場合には、ステップＳ２０８に示すように、自他の移動体の移動体情報を用いて自他の移動体の衝突が予想されるか否かを判定する。図１３は、図１の表示装置４４に表示される、図２に示した道路に自他の移動体を重ねて表示した図である。図１３の例では、自己の移動体３００と、発見した他の移動体３０２、３０４、３０６が表示装置に表示される。一例として、これらの自他の移動体の衝突が予想されるか否かを判定する。
【００６８】
図１３の場合、各移動体３００、３０２、３０４、３０６は、それぞれ、矢印６２、３１０、３１２、３１４で示す方向に移動しているとする。移動体３００が予想すべきは、自己の移動方向に位置する交差点その他の基準点への自他の移動体の到達時刻である。
【００６９】
図１４は、既に述べた第２の判定方法によって路線を直線および２次曲線によって近似し、基準点を設置した図１０に、自他の移動体の位置を重ねて表示したものである。移動体３００は、自己の現在の位置１１０から移動方向６２に向かって出現する特定の領域３２０、３２２、３２４について、自他の移動体の衝突が予想されるか否かを判定する。この特定の領域は、線分の座標の集合として表現されていた路線データのうち、少なくとも、交差点６４、６６、６８を含む。すなわち、３本以上の線分を結合する点または実質的に直線状でない２本の線分を結合する点を含む。したがって、交差点は衝突の可否の判定の対象となる。ここでいう「実質的に直線状でない２本の線分を結合する点」とは、第２の判定方法の規則１で述べた、「隣接する線分が２本であっても、各線分を座標値探索方向を有するベクトルと考え、ベクトル間に４５度以上の方向差がある場合は、当該座標は交差点であると判断する」との判断によって交差点とされたものをいう。なお図１４にはかかる急カーブに相当する交差点は例示されていない。必要であれば図７および図８を参照されたい。
【００７０】
図１４の例では、特定の領域を、各交差点６４、６６、６８に隣接する基準点までの領域としている。無論、この特定の領域の決定方法は一例にすぎず、自由に変更してよい。例えば移動体の速度が高い場合には、特定の領域は拡大した方が安全性が高い。図１４では、他の移動体３０２はその移動方向３１０から見て、移動体３００と領域３２０で衝突することは考えられない。一方、他の移動体３０４、３０６は、それぞれ領域３２２、３２４で移動体３００と衝突する可能性がある。このように、単純に移動体同士の距離が近いか否かだけ判断するのではなく、自他の移動体の移動体情報に鑑みて、真に衝突が予測されるか否かを判定する。これにより、効率的に衝突予測が可能となり、無駄な警報を発せずに済む。
【００７１】
判定の結果、衝突が予想されない場合はステップＳ２００に戻り、再度移動体情報の交換を続ける。衝突が予想される場合は、Ｓ２１０に示すように、警報信号を音声装置１２０から発する。これによって、移動体３００の操縦者の注意を喚起し、移動体同士の衝突を防止する。また、ステップＳ２１２に示すように制御装置５２から駆動コントロール信号１３２を駆動系１３０に送り、自動的に移動体３００の速度または移動方向を変更する。これによっても、移動体同士の衝突が防止される。
【００７２】
なおステップＳ２１０およびＳ２１２は、いずれか一方だけ設けることとしてもよい。ただし無人の移動体の場合は、警報信号を発するステップＳ２１０は必要なく、駆動コントロール信号を与えるステップＳ２１２は必須である。
【００７３】
次にステップＳ２１４、Ｓ２１６、Ｓ２１８に示すように、他の移動体３０２、３０４、３０６と再び移動体情報の交換を行い、自他の移動体の移動体情報を用いて自他の移動体の衝突が予想されるか否かを判定する。判定の結果、衝突が予想されない場合はステップＳ２００に戻り、再度移動体情報の交換を続ける。衝突が予想される場合は、ステップＳ２２０に示すように、再び駆動コントロール信号駆動系１３０に送り、今度は、自動的に移動体３００を停止させる。これにより、確実に衝突が防止される。ただし航空機など、空中を移動する移動体にあっては、停止させるわけにはいかない。したがって、ステップＳ２２０に移行する代わりに、再びステップＳ２１０に戻ってもよい。この場合は、再び警報信号を音声装置１２０から発し、駆動コントロール信号１３２を駆動系１３０に送って自動的に移動体の速度または移動方向を変更する。これらの措置を、移動体の衝突が予想されなくなるまで繰り返す。
【００７４】
以上、本発明による移動体衝突予測装置の動作をその実施例を用いて説明した。本発明は、言うまでもなく、上述の構成・動作を有する実施例に限定されるものではない。自己の移動体情報を他の移動体のそれと交換し、衝突が予想されるか否かを判定して必要な措置をとるという本発明の思想を有するものであれば、上述の実施例は自由に改変してよい。例えば衝突が予想される場合に、これを回避せず、操縦者を自動的に脱出させる措置をとってもよい。
【００７５】
【発明の効果】
このように本発明によれば、交差点での出会い頭の衝突など、人間の注意力のみでは予測困難な移動体同士の衝突を予測することができる。また一般的な交差点だけでなく、見通しの悪い急カーブでも衝突の予測が可能である。さらに、レーダーによる移動体の衝突予測装置は左右からの移動体の衝突の防止がしにくいところ、ＧＰＳを利用する本発明にはそのような欠点がなく、移動体同士の位置確認と移動予測による衝突防止は簡便で確実である。
【００７６】
本発明によれば、自他の移動体が特定の領域に到達する時刻が実質的に一致するか否かによって衝突を予測するため、移動体が移動する経路が予定されている特許文献４および特許文献５に記載の技術とは異なり、移動体同士の経路が予定されていず、操縦者の気まぐれで決定されても、安全性の高い衝突判定を行うことができる。
【００７７】
本発明によれば、単に距離が近接しているか否かによって衝突判定を行うのではなく、移動体の位置、速度および移動方向を含む移動体情報を用いて判定を行うため、無駄な衝突警報をしなくて済み、確実かつ効率的な衝突判定を行うことができる。
【００７８】
本発明によれば、無生物だけでなく、人間に小型の無線送受信機能つきＧＰＳ装置を保持させることにより、対人の衝突も防ぐことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による衝突予測装置の一例を示す機能ブロック図である。
【図２】図１に示す再生装置から提供される地図レイヤを示す図である。
【図３】図２に示す地図レイヤにマトリクスレイヤを重ねた図である。
【図４】道路を２つの座標を結ぶ線分の集合を用いて近似した図である。
【図５】図４に示す線分の集合によって近似した道路を、さらに直線または２次曲線によって近似した図である。
【図６】Ｔ字路において交差点と判断されるノードを示す図である。
【図７】十字路において交差点と判断されるノードを示す図である。
【図８】急カーブの道路において交差点と判断されるノードを示す図である。
【図９】図８に示す線分をベクトルとして表した図である。
【図１０】図５において近似された各道路を、等間隔の基準点で区切った図である。
【図１１】本発明による移動体衝突予測装置の動作の前半を示すフローチャートである。
【図１２】本発明による移動体衝突予測装置の動作の後半を示すフローチャートである。
【図１３】図２に示す道路に自他の移動体の位置を重ねて表示した図である。
【図１４】図１０に示す道路に自他の移動体の位置を重ねて表示した図である。
【符号の説明】
１０衝突予測装置
１６ＧＰＳ受信装置
３２無線通信装置
５２制御装置
１２０音声装置
１３０駆動系
３００、３０２、３０４、３０６移動体

Claims

移動体の位置を検出するＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）受信手段と、該移動体の速度を検出する速度検出手段と、該移動体の移動方向を検出する移動方向検出手段とを含む移動体衝突予測装置において、該装置はさらに、
該移動体の位置、速度および移動方向を含む移動体情報を他の移動体の移動体衝突予測装置に送り、該他の移動体の移動体情報を受け取る移動体情報交換手段と、
該移動体および他の移動体の移動体情報を用いて該移動体と他の移動体との衝突が予想されるか否かを判定する衝突判定手段とを含むことを特徴とする移動体衝突予測装置。
請求項１に記載の装置において、該装置はさらに、前記判定の結果衝突が予想される場合に警報を発する警報手段を含み、
これによって、移動体同士の衝突を防止することを特徴とする移動体衝突予測装置。
請求項１に記載の装置において、該装置はさらに、前記判定の結果衝突が予想される場合に前記移動体の速度または移動方向を変更する駆動手段を含み、
これによって、移動体同士の衝突を防止することを特徴とする移動体衝突予測装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載の装置において、前記移動体情報交換手段は、無線通信方式によって移動体情報を交換する無線通信手段であることを特徴とする移動体衝突予測装置。
請求項１ないし４のいずれかに記載の装置において、該装置はさらに、前記移動体が移動可能な経路を前記衝突判定手段に教える経路情報提供手段を含み、前記衝突判定手段は、前記移動体と他の移動体とが特定の領域に将来到達する時刻が実質的に一致するか否かによって、衝突が予想されるか否かを判定することを特徴とする移動体衝突予測装置。
移動体の位置をＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）受信手段によって検出する工程と、該移動体の速度を検出する工程と、該移動体の移動方向を検出する工程とを含む移動体衝突予測方法において、該方法はさらに、
該移動体の位置、速度および移動方向を含む移動体情報を他の移動体に送り、該他の移動体の移動体情報を受け取る工程と、
該移動体および他の移動体の移動体情報を用いて該移動体と他の移動体との衝突が予想されるか否かを判定する工程とを含むことを特徴とする移動体衝突予測方法。
請求項６に記載の方法において、該方法はさらに、前記判定の結果衝突が予想される場合に警報を発する工程を含み、
これによって、移動体同士の衝突を防止することを特徴とする移動体衝突予測方法。
請求項６に記載の方法において、該方法はさらに、前記判定の結果衝突が予想される場合に前記移動体の速度または移動方向を変更する工程を含み、
これによって、移動体同士の衝突を防止することを特徴とする移動体衝突予測方法。
請求項６ないし８のいずれかに記載の方法において、前記移動体の移動体情報を他の移動体に送り、該他の移動体の移動体情報を受け取る工程は、無線通信方式によって行うことを特徴とする移動体衝突予測方法。
請求項６ないし９のいずれかに記載の方法において、該方法はさらに、前記移動体が移動可能な経路を前記衝突判定手段に教える工程を含み、前記衝突が予想されるか否かを判定する工程は、前記移動体と他の移動体とが特定の領域に将来到達する時刻が実質的に一致するか否かによって行うことを特徴とする移動体衝突予測方法。
請求項１０に記載の方法において、前記移動体が移動可能な経路は、２つの座標を結ぶ線分の集合を用いて近似し、該近似した経路を用いて、前記衝突が予想されるか否かを判定する工程を行うことを特徴とする移動体衝突予測方法。
請求項１１に記載の方法において、前記近似した経路の一部をさらに２次曲線によって近似し、該近似した経路を用いて、前記衝突が予想されるか否かを判定する工程を行うことを特徴とする移動体衝突予測方法。
請求項１０ないし１２のいずれかに記載の方法において、前記特定の領域は、３本以上の前記線分を結合する点または実質的に直線状でない２本の前記線分を結合する点を含むことを特徴とする移動体衝突予測方法。