JP2005233677A

JP2005233677A - 走行軌跡測定装置

Info

Publication number: JP2005233677A
Application number: JP2004040144A
Authority: JP
Inventors: Masami Wada; 正己和田; Toshihiro Ishigaki; 敏弘石垣
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】従来の走行軌跡測定装置と比較して信頼性の高い走行軌跡を得ることができる走行軌跡測定装置を提供する。
【解決手段】衛星電波に基づいて自己の絶対位置を算出する絶対位置算出手段１０と、絶対位置算出手段１０によって算出された絶対位置を表す絶対位置データを記憶する絶対位置データ記憶手段２０と、進行方向の変化を検出する進行方向検出手段５０と、進行方向検出手段５０による検出結果に基づいて絶対位置データ記憶手段２０から絶対位置データを取得する絶対位置データ取得手段６０と、進行方向検出手段５０による検出結果に基づいて近似線の種別を決定する近似線種別決定手段７０と、絶対位置データ取得手段６０によって取得された絶対位置データをプロット点とした最小二乗法演算を行うことによって近似線種別決定手段７０によって決定された近似線の係数を算出する最小二乗法演算手段３０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、衛星電波に基づいて移動体の位置を求めるＧＰＳ（Global Positioning System）を応用した走行軌跡測定装置に関するものである。

従来の走行軌跡測定装置は、図６に示すように、固定無線局や衛星からの電波を受信して緯度と経度とによって表される移動体の絶対位置を測定する絶対位置測定手段８０と、距離センサ８１と方向センサ８２とを有して移動体の相対的な移動量を測定する相対移動量測定手段８３と、絶対位置測定手段８０によって測定された絶対位置と相対移動量測定手段８３によって測定された相対的移動量から移動体の走行軌跡を求める演算手段８４とを備え、絶対位置および相対的移動量にそれぞれ基づいて重心位置と最小二乗法演算による直線近似とで進行方向を求め、求めた進行方向が一致するように距離センサ８１と方向センサ８２との特性を補正する（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の走行軌跡測定装置は、図７に示すように、移動体群９０の位置情報を取込む複数のセンサよりなるセンサ群９１と、時系列の位置情報の時間、またはセンサ情報の確度に応じて位置情報に重み付けを行った上で、時刻に関する２次関数近似の最小二乗法演算を行って移動体の軌跡を推定する移動体軌跡推定手段９２とを備え、走行軌跡の計算結果を補正する（例えば、特許文献２参照）。
特開平９−１４５３９４号公報（第２頁、第１図）特開平９−２５７９２４号公報（第２頁、第１図）

しかしながら、特許文献１に記載された走行軌跡測定装置においては、絶対位置および相対的移動量から得た速度と重心とにそれぞれ基づいた最小二乗法演算を行い、最小二乗法演算の結果が一致するように相対的移動量測定手段を構成する各センサの補正を行ってセンサの精度を高めてはいるものの、走行軌跡の演算に直接に最小二乗法演算を行っていないために走行軌跡の信頼性が低下するという問題があった。

また、特許文献２に記載された走行軌跡測定装置においては、移動体自らの自立航法センサの情報を得ることなく軌跡推定を行う為に時系列のデータに時間軸の重み付けをしなければならず、センサ群のデータ確度による重み付けも含めて、重み量を一意に決められず、また、決定した重み量の妥当性の検証が困難であるため、得られた走行軌跡の信頼性が低下するといった問題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、従来の走行軌跡測定装置と比較して信頼性の高い走行軌跡を得ることのできる走行軌跡測定装置を提供することを目的とする。

本発明の走行軌跡測定装置は、衛星電波に基づいて自己の絶対位置を算出する絶対位置算出手段と、前記絶対位置算出手段によって算出された絶対位置を表す絶対位置データを記憶する絶対位置データ記憶手段と、進行方向の変化を検出する進行方向検出手段と、前記進行方向検出手段による検出結果に基づいて前記絶対位置データ記憶手段から絶対位置データを取得する絶対位置データ取得手段と、前記進行方向検出手段による検出結果に基づいて近似線の種別を決定する近似線種別決定手段と、前記絶対位置データ取得手段によって取得された絶対位置データをプロット点とした最小二乗法演算を行うことによって前記近似線種別決定手段によって決定された近似線の係数を算出する最小二乗法演算手段とを備えた構成を有している。

この構成により、進行方向の変化に基づいて近似線の種別を決定し、進行方向の変化に基づいて取得された絶対位置を表す絶対位置データをプロット点とした最小二乗法演算を行うことによって近似線の係数を算出するため、従来の走行軌跡測定装置と比較して信頼性の高い走行軌跡を得ることができる。

また、本発明の走行軌跡測定装置は、衛星電波に基づいて自己の絶対位置を算出する絶対位置算出手段と、進行方向の変化を検出する進行方向検出手段と、前記絶対位置算出手段によって算出された絶対位置を表す絶対位置データを前記進行方向検出手段による検出結果と対応させて記憶する絶対位置データ記憶手段と、前記進行方向検出手段による検出結果に基づいて近似線の種別を決定する近似線種別決定手段と、前記進行方向検出手段による検出結果に基づいて前記絶対位置データ記憶手段から絶対位置データを取得し、取得した絶対位置データをプロット点とした最小二乗法演算を行うことによって前記近似線種別決定手段によって決定された近似線の係数を算出する最小二乗法演算手段とを備えた構成を有している。

この構成により、進行方向の変化に基づいて近似線の種別を決定し、進行方向の変化に基づいて取得された絶対位置を表す絶対位置データをプロット点とした最小二乗法演算を行うことによって近似線の係数を算出するため、従来の走行軌跡測定装置と比較して信頼性の高い走行軌跡を得ることができる。また、進行方向の変化の検出結果を絶対位置データと対応させて記憶させるため、絶対位置データを迅速に取得することができる。

また、本発明の走行軌跡測定装置は、前記最小二乗法演算手段は、前記近似線種別決定手段によって決定された近似線の種別が前回の最小二乗法演算時と同一のものである場合には、新たに取得された絶対位置データと共に前回の最小二乗法演算時にプロット点とした絶対位置データをプロット点とするようにした構成を有している。

この構成により、最小二乗法演算時のプロット点とする絶対位置データの量が多くなるため、より高精度な走行軌跡を得ることができる。

本発明は、進行方向の変化に基づいて近似線の種別を決定する近似線種別決定手段と、進行方向の変化に基づいて取得された絶対位置を表す絶対位置データをプロット点とした最小二乗法演算を行うことによって近似線の係数を算出する最小二乗法演算手段とを設けることにより、従来の走行軌跡測定装置と比較して信頼性の高い走行軌跡を得ることができる走行軌跡測定装置を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の走行軌跡測定装置を図１に示す。

図１において、走行軌跡測定装置１は、衛星電波や地上局からの補正情報を受信して自己の絶対位置を算出する絶対位置算出手段１０と、算出された絶対位置を表す絶対位置データを時系列に記憶する絶対位置データ記憶手段２０と、絶対位置データ記憶手段２０に格納された複数の絶対位置データに基づいて最小二乗法演算を行うことにより走行軌跡を求める最小二乗法演算手段３０と、姿勢や加速度を表す慣性データを生成する慣性データ生成手段４０と、慣性データから現在の進行方向の変化を検出する進行方向検出手段５０と、進行方向検出手段５０による検出結果に従って絶対位置データ記憶手段２０から絶対位置データを取得する絶対位置データ取得手段６０と、最小二乗法演算手段３０において最小二乗法演算すべき走行軌跡の近似線の種別を決定する近似線種別決定手段７０とを備えている。

絶対位置算出手段１０は、衛星電波や地上局からの補正情報を受信して自己が位置する緯度経度等の絶対位置を算出して、算出した絶対位置を表す絶対位置データを絶対位置データ記憶手段２０に時系列に格納するようになっている。絶対位置データ記憶手段２０は、絶対位置データを時系列に格納して行くと共に、絶対位置データ取得手段６０に要求された絶対位置データを出力するようになっている。

最小二乗法演算手段３０は、絶対位置データ取得手段６０によって取得された絶対位置データをプロット点とした最小二乗法演算を行うことによって近似線種別決定手段７０によって決定された近似線の係数を算出し、直線または曲線の走行軌跡を表す結果を出力するようになっている。

慣性データ生成手段４０は、自己の進行方向の相対的状態を慣性データとして進行方向検出手段５０に出力するようになっており、進行方向検出手段５０は、慣性データ生成手段４０によって出力された慣性データが事前に設定された事前設定値未満の変化量ならば直線走行を表す方向検出データを、事前設定値以上の慣性変化量ならばカーブ走行を表す方向検出データを絶対位置データ取得手段６０および近似線種別決定手段７０に出力するようになっている。

例えば、進行方向検出手段５０は、慣性データ生成手段４０が有するセンサの出力、またはその時間微分もしくは時間積分の結果である慣性データが１０秒等の任意の単位時間あたり事前設定値１０度未満の変化量ならば直線走行を表す方向検出データを、事前設定値１０度以上の変化量ならばカーブ走行を表す方向検出データを出力するようになっている。なお、事前設定値は、１０度以外でもよい。

また、進行方向検出手段５０は、慣性データの単位時間あたりの変化量に基づいて方向検出データを出力する他に、２０ｍ等の任意の単位走行距離あたりの変化量に基づいて方向検出データを出力するようにしてもよい。

絶対位置データ取得手段６０は、進行方向検出手段５０によって出力された方向検出データに基づいて直線区間の絶対位置データまたは曲線区間の絶対位置データを絶対位置データ記憶手段２０から取得するようになっている。

近似線種別決定手段７０は、進行方向検出手段５０によって出力された方向検出データが直線走行を表す場合には直線を、カーブ走行を表す場合には曲線を、最小二乗法演算手段３０において最小二乗法演算すべき近似線の種別として決定するようになっている。

以上のように構成された走行軌跡測定装置１について図２乃至図４を用いてその動作を説明する。

直線区間を走行している場合には、まず、慣性データ生成手段４０によって生成された慣性データが事前設定値未満で直進中であると進行方向検出手段５０によって検出され、直線走行を表す方向検出データが絶対位置データ取得手段６０と近似線種別決定手段７０とに出力される。

次に、絶対位置データ記憶手段２０から直線区間を示す範囲の絶対位置データが絶対位置データ取得手段６０によって取得されると共に、最小二乗法演算手段３０によって行われる最小二乗法演算によって係数が算出される近似線の種別として直線が近似線種別決定手段７０によって決定される。

次に、絶対位置データ取得手段６０によって取得された絶対位置データをプロット点とした最小二乗法演算が最小二乗法演算手段３０によって行われることによって近似線種別決定手段７０によって決定された直線の近似線の係数が算出され、図２に示すように、破線で示した絶対位置データの軌跡から実線で示した走行軌跡が得られる。

一方、曲線区間を走行している場合には、まず、慣性データ生成手段４０によって生成された慣性データが事前設定値以上で直進中でないと進行方向検出手段５０によって検出され、カーブ走行を表す方向検出データが絶対位置データ取得手段６０と近似線種別決定手段７０とに出力される。

次に、絶対位置データ記憶手段２０から曲線区間を示す範囲の絶対位置データが絶対位置データ取得手段６０によって取得されると共に、最小二乗法演算手段３０によって係数が算出される近似線の種別として曲線が近似線種別決定手段７０によって決定される。

次に、絶対位置データ取得手段６０によって取得された絶対位置データをプロット点とした最小二乗法演算が最小二乗法演算手段３０によって行われることによって近似線種別決定手段７０によって決定された曲線の近似線の係数が算出され、図３に示すように、破線で示した絶対位置データの軌跡から実線で示した走行軌跡が得られる。

なお、本実施形態において、最小二乗法演算手段３０によって係数が算出される曲線の近似線は、二次関数で表現されるが、本発明においては、三次以上の高次関数で表現されるものでもよい。

図４は、直線区間を走行している場合と曲線区間を走行している場合との組合せの例を示している。

まず、自己の進行方向の相対的状態を表す慣性データが慣性データ生成手段４０によって生成され、生成された慣性データに基づいて進行方向検出手段５０によってＡ点までが直線区間であり、Ａ点からＢ点までが曲線区間であり、Ｂ点から直線区間であることが検出される。この結果として、図２および図３と同様に、図４において実線で示した走行軌跡が最小二乗法演算手段３０によって破線で示した絶対位置データの軌跡から得られる。なお、現在の位置がカーブの途中のＣ点であっても、それまでに得られた絶対位置データに基づきＡ点までの直線区間およびＡ点からＣ点までの曲線区間の正しい走行軌跡を得ることができる。

このように、本発明の第１の実施形態の走行軌跡測定装置１によれば、進行方向の変化に基づいて近似線の種別を決定する近似線種別決定手段７０と、進行方向の変化に基づいて取得された絶対位置を表す絶対位置データをプロット点とした最小二乗法演算を行うことによって近似線の係数を算出する最小二乗法演算手段３０とを設けることにより、従来の走行軌跡測定装置と比較して信頼性の高い走行軌跡を得ることができる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施形態の走行軌跡測定装置を図５に示す。なお、本発明の第２の実施の形態における走行軌跡測定装置においては、本発明の第１の実施の形態における走行軌跡測定装置１の構成要素と同一の構成要素に同一の符号を付して、その説明を省略する。

図５において、走行軌跡測定装置２は、絶対位置算出手段１０と、算出された絶対位置データを時系列に記憶する絶対位置データ記憶手段２１と、絶対位置データ記憶手段２１に格納された複数の絶対位置データに基づいて最小二乗法演算を行うことにより走行軌跡を求める最小二乗法演算手段３１と、慣性データ生成手段４０と、進行方向検出手段５０と、最小二乗法演算手段３１に対して最小二乗法演算すべき走行軌跡の近似線の種別を決定する近似線種別決定手段７１とを備えている。

絶対位置データ記憶手段２１は、絶対位置算出手段１０によって算出された絶対位置データと、絶対位置データを取得したときの進行方向検出手段５０による検出結果を表す方向検出データとを対応させて格納し、最小二乗法演算手段３１に要求された絶対位置データおよび対応する方向検出データを出力するようになっている。

近似線種別決定手段７１は、絶対位置データ記憶手段２１に記憶された方向検出データが直線走行を表す場合には直線を、カーブ走行を表す場合には曲線を、最小二乗法演算手段３１に対して最小二乗法演算すべき近似線の種別として決定するようになっている。

最小二乗法演算手段３１は、絶対位置データ記憶手段２１に最小二乗法演算のプロット点として絶対位置データを要求すると共に、取得した絶対位置データと共に取得された方向検出データに従って絶対位置データを分類し、方向検出データが直線走行を表す範囲では絶対位置データをプロット点として直線の近似線の係数を算出し、方向検出データが曲線走行を表す範囲では絶対位置データをプロット点として曲線の近似線の係数を算出し、直線または曲線の走行軌跡を表す結果を出力するようになっている。

以上のように構成された走行軌跡測定装置２についてその動作を説明する。

直線区間を走行している場合には、まず、慣性データ生成手段４０によって生成された慣性データが事前設定値未満で直進中であると進行方向検出手段５０によって検出され、直線走行を表す方向検出データが絶対位置データと対応して絶対位置データ記憶手段２１に記憶される。

次に、絶対位置データ記憶手段２１から直線区間を示す範囲の絶対位置データが最小二乗法演算手段３１によって取得されると共に、最小二乗法演算手段３１によって行われる最小二乗法演算によって係数が算出される近似線の種別として直線が近似線種別決定手段７１によって決定される。

次に、最小二乗法演算手段３１によって取得された絶対位置データをプロット点とした最小二乗法演算が最小二乗法演算手段３１によって行われることによって近似線種別決定手段７１によって決定された直線の近似線の係数が算出され、走行軌跡が得られる。

一方、曲線区間を走行している場合には、まず、慣性データ生成手段４０によって生成された慣性データが事前設定値以上で直進中でないと進行方向検出手段５０によって検出され、カーブ走行を表す方向検出データが絶対位置データと対応して絶対位置データ記憶手段２１に記憶される。

次に、絶対位置データ記憶手段２１から曲線区間を示す範囲の絶対位置データが最小二乗法演算手段３１によって取得されると共に、最小二乗法演算手段３１によって係数が算出される近似線の種別として曲線が近似線種別決定手段７１によって決定される。

次に、最小二乗法演算手段３１によって取得された絶対位置データをプロット点とした最小二乗法演算が最小二乗法演算手段３１によって行われることによって近似線種別決定手段７１によって決定された曲線の近似線の係数が算出され、走行軌跡が得られる。

このように、本発明の第２の実施形態の走行軌跡測定装置２によれば、進行方向の変化に基づいて近似線の種別を決定する近似線種別決定手段７１と、進行方向の変化に基づいて取得された絶対位置を表す絶対位置データをプロット点とした最小二乗法演算を行うことによって近似線の係数を算出する最小二乗法演算手段３１とを設けることにより、従来の走行軌跡測定装置と比較して信頼性の高い走行軌跡を得ることができる。

また、進行方向の変化を検出する進行方向検出手段５０による検出結果を絶対位置データと対応させて記憶する絶対位置データ記憶手段２１を設けることにより、絶対位置データを迅速に取得することができる。

なお、本発明の第１の実施形態の走行軌跡測定装置１を構成する最小二乗法演算手段３０、および本発明の第２の実施形態の走行軌跡測定装置２を構成する最小二乗法演算手段３１は、近似線種別決定手段７０または近似線種別決定手段７１によって決定された近似線の種別が前回の最小二乗法演算時と同一のものである場合には、新たに取得された絶対位置データと共に前回の最小二乗法演算時にプロット点とした絶対位置データをプロット点とするようにしてもよい。これにより、絶対位置データの量が多ければ演算時間が長引くが、絶対位置データの量が多くなるため、より高精度な走行軌跡を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる走行軌跡測定装置は、進行方向の変化に基づいて近似線の種別を決定する近似線種別決定手段と、進行方向の変化に基づいて取得された絶対位置を表す絶対位置データをプロット点とした最小二乗法演算を行うことによって近似線の係数を算出する最小二乗法演算手段とを設けることにより、従来の走行軌跡測定装置と比較して信頼性の高い走行軌跡を得ることができる走行軌跡測定装置を提供することができるという効果を有し、衛星電波に基づいて移動体の位置を求めるＧＰＳを応用した走行軌跡測定装置等として有用である。

本発明の第１の実施の形態における走行軌跡測定装置のブロック図本発明の第１の実施の形態における直進走行時の絶対位置データと走行軌跡の説明図本発明の第１の実施の形態におけるカーブ走行時の絶対位置データと走行軌跡の説明図本発明の第１の実施の形態における直進走行とカーブ走行とが混在する場合の絶対位置データと走行軌跡の説明図本発明の第２の実施の形態における走行軌跡測定装置のブロック図従来の走行軌跡測定装置のブロック図従来の別の走行軌跡測定装置のブロック図

符号の説明

１、２走行軌跡測定装置
１０絶対位置算出手段
２０、２１絶対位置データ記憶手段
３０、３１最小二乗法演算手段
４０慣性データ生成手段
５０進行方向検出手段
６０絶対位置データ取得手段
７０、７１近似線種別決定手段
８０絶対位置測定手段
８１距離センサ
８２方向センサ
８３相対移動量測定手段
８４演算手段
９０移動体群
９１センサ群
９２移動体軌跡推定手段

Claims

衛星電波に基づいて自己の絶対位置を算出する絶対位置算出手段と、
前記絶対位置算出手段によって算出された絶対位置を表す絶対位置データを記憶する絶対位置データ記憶手段と、
進行方向の変化を検出する進行方向検出手段と、
前記進行方向検出手段による検出結果に基づいて前記絶対位置データ記憶手段から絶対位置データを取得する絶対位置データ取得手段と、
前記進行方向検出手段による検出結果に基づいて近似線の種別を決定する近似線種別決定手段と、
前記絶対位置データ取得手段によって取得された絶対位置データをプロット点とした最小二乗法演算を行うことによって前記近似線種別決定手段によって決定された近似線の係数を算出する最小二乗法演算手段とを備えたことを特徴とする走行軌跡測定装置。
衛星電波に基づいて自己の絶対位置を算出する絶対位置算出手段と、
進行方向の変化を検出する進行方向検出手段と、
前記絶対位置算出手段によって算出された絶対位置を表す絶対位置データを前記進行方向検出手段による検出結果と対応させて記憶する絶対位置データ記憶手段と、
前記進行方向検出手段による検出結果に基づいて近似線の種別を決定する近似線種別決定手段と、
前記進行方向検出手段による検出結果に基づいて前記絶対位置データ記憶手段から絶対位置データを取得し、取得した絶対位置データをプロット点とした最小二乗法演算を行うことによって前記近似線種別決定手段によって決定された近似線の係数を算出する最小二乗法演算手段とを備えたことを特徴とする走行軌跡測定装置。
前記最小二乗法演算手段は、前記近似線種別決定手段によって決定された近似線の種別が前回の最小二乗法演算時と同一のものである場合には、新たに取得された絶対位置データと共に前回の最小二乗法演算時にプロット点とした絶対位置データをプロット点とするようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の走行軌跡測定装置。