JP2007192581A - 道路の曲率算定方法及びナビゲーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リンク上の任意の地点について精度よく曲率を推定できる「道路の曲率算定方法及びナビゲーション装置」を提供する。
【解決手段】予測点Ｘが、長さＬａのリンク２１１をｔ：（１-ｔ）に内分する位置に設定された場合（ｄ）、リンク２１１の予測点Ｘで分割される二つの部分のうちの、長さがｔＬａである部分に連結するリンク２１０の長さをＬｂ、長さが（１-ｔ）Ｌａである部分に連結するリンク２１２の長さをＬｃとして、｛（１-ｔ）（Ｌｂ+Ｌａ）+ｔ（Ｌａ+Ｌｃ）｝/２を、参照距離Ｌとする。そして、予測点Ｘからの道のり距離が参照距離Ｌとなる参照地点Ｐと参照地点Ｑを設定し、参照地点Ｐから予測点Ｘに向かうベクトルと、予測点Ｘから参照地点Ｑに向かうベクトルとの方位差θを求め、θ/Ｌを予測点Ｘに対応する現実の道路上の地点の曲率とする（ｅ）。
【選択図】図２

Description

本発明は、主として地図を用いた位置案内を行うナビゲーション装置における道路の曲率算定の技術に関するものである。

ナビゲーション装置において用いられる地図では、道路は、直線であるリンクを用いて、ノードで連結するリンクの集合として定義されていることが一般的である。
また、このようなリンクとノードを用いて、図５ａに示すように道路のカーブ部分５００は、図５ｂのように道路の道幅方向の中央位置に道のり方向に間隔をおいて配置したノード５０１と、配置した各ノード５０１間を連結するリンク５０２によって定義されていることが一般的である。

そして、このような道路を定義するリンク５０２上の各地点に対応する現実の道路上の地点の曲率を推定する技術としては、リンク上の順序に従って、順次リンク上の各地点に対応する現実の道路上の地点の曲率を推定する技術が知られている（たとえば、特許文献１）。

すなわち、この技術では、図５ｃに示すように道路５００を表すリンク上に一定間隔で地点Ｘｎ-３、Ｘｎ-２、Ｘｎ-１、Ｘｎ、Ｘｎ+１、Ｘｎ+２、Ｘｎ+３を設定する。そして、現在の道路５００上の進行方向が地点Ｘｎ-３からＸｎ+３に向かう方向である場合には、リンク上の各地点Ｘｉに対応する現実の道路上の地点の曲率を、リンク上の進行方向上の順序に従って、地点Ｘｎ-３、Ｘｎ-２、Ｘｎ-１、Ｘｎ、Ｘｎ+１、Ｘｎ+２、Ｘｎ+３の順に推定する。

また、この曲率の推定は、たとえば、地点Ｘｎに対応する現実の道路上の地点の曲率を推定を行う場合には、次のように行われる。
すなわち、まず、地点Ｘｎから進行方向と逆方向にリンクに沿った道のり距離Ｌ離れたリンク上の参照地点Ｐと、地点Ｘｎから進行方向にリンクに沿った道のり距離Ｌ離れたリンク上の参照地点Ｑとを設定する。
そして、参照地点Ｐから地点Ｘｎに向かうベクトルと、地点Ｘｎから参照地点Ｑに向かうベクトルとの方位角の差θを、地点Ｘｎに対応する現実の道路上の地点の曲率を表す指標として算定する。
ここで、この参照地点Ｐと参照地点Ｑを、地点Ｘｎに対して定める道のり距離Ｌは、前回曲率指標を算出した地点Ｘｎ-１について求めた曲率指標が表す曲率の逆数に比例する地点Ｘｎ-１に対応する現実の道路上の地点の曲率半径に応じて設定する。すなわち、予め複数の道のり距離候補を用意しておき、地点Ｘｎ-１に対応する現実の道路上の地点の曲率半径が大きいほど、大きい道のり距離Ｌが設定されるように、複数の道のり距離候補のうちから道のり距離Ｌとして用いる一つの道のり距離候補を選定して、道のり距離Ｌとして設定する。また、この技術では、曲率の推定を行うリンク上の最初の地点については予め定めた値を道のり距離Ｌとして設定している。
特許第3216461号公報

さて、前述したリンク上の各地点に対応する現実の道路上の地点の曲率を推定する技術によれば、曲率の推定を行うリンク上の最初の地点については予め定めた値を道のり距離Ｌとして設定しているため、この最初の地点については精度よく曲率を推定することができない。そして、他の地点についても、リンク上の位置に従って順番に、リンク上の各地点に対応する現実の道路上の地点の曲率の推定を行って行かなければ道のり距離Ｌを適切に設定して精度よく曲率を推定することができない。

また、この技術では、道のり距離Ｌを、前回曲率指標を算出した地点について求めた曲率半径に応じて設定するため、今回曲率を推定する地点に対応する現実の道路の曲率が、前回算出した曲率指標が表す曲率と大きく異なるような場合には、道のり距離Ｌを適切に設定して精度よく曲率を推定することができない。

そこで、本発明は、リンク上の任意の地点について精度よく対応する道路上の地点における道路の曲率を推定することを課題とする。

前記課題達成のために、直線であるリンクを用いて道路を表現した地図を定義する地図データを記憶した地図データ記憶部と、前記自動車の位置に対応するリンク上の位置を現在位置として算出する現在位置算出手段と、前記地図データに基づいて前記リンク上の地点に対応する現実の道路上の地点における道路の曲率を算定する曲率算定手段とを備えた、自動車に搭載されるナビゲーション装置を、前記曲率算定手段において、前記対応する現実の道路上の地点における道路の曲率を算定する前記リンク上の地点を推定地点として、当該推定地点周辺のリンクの平均的な長さに応じて定まる距離を参照距離として設定すると共に、設定した推定地点からのリンクに沿った道のり距離が参照距離となる二つの地点を第１参照地点と第２参照地点として設定し、第１参照地点から推定地点に向かう方向と、推定地点から第２参照地点に向かう方向との方位差を求め、前記参照距離に対して求めた方位差が生じるものとして、当該推定地点に対応する現実の道路上の地点における道路の曲率を算定するように構成したものである。

ここで、より具体的には、前記曲率算定手段は、前記参照距離を、前記推定地点がリンクの連結点上に存在する場合には、当該連結点で連結されている二つのリンクの平均長に応じて設定するように構成したり、前記推定地点が長さＬａの第１のリンクをｔ（ただし、０＜ｔ＜１）：（１-ｔ）に内分する位置に存在する場合には、推定地点で分割される第１のリンクの二つの部分のうちの、長さがｔＬａである部分に連結する第２のリンクの長さをＬｂ、長さが（１-ｔ）Ｌａである部分に連結する第３のリンクの長さをＬｃとして、｛（１-ｔ）（Ｌｂ+Ｌａ）+ｔ（Ｌａ+Ｌｃ）｝/２によって求まる長さに応じて、前記参照距離を設定するように構成してもよい。

これらのようなナビゲーション装置によれば、対応する現実の道路上の地点の曲率を算定するリンク上の推定地点の周辺のリンクの平均的な長さに応じて参照距離を設定する。ここで、道路を一定の近似性をもってリンクで表現する場合、推定地点に対応する現実の道路上の地点の周辺部分の曲率の変化が大きいときには当該周辺部分を表すリンク長は短くなる。

したがって、推定地点周辺のリンクの平均的な長さに応じて参照距離を設定することにより、推定地点と同じリンク上に第１参照地点及び第２参照地点が設定されてしまって曲率を求めることができなくなってしまったり、推定地点が位置するリンクと大きく離れたリンク上に第１参照地点や第２参照地点が設定されてしまって推定地点に対応する現実の道路上の地点の曲率とかけはなれた曲率が算出されてしまうことを抑制することができる。

なお、このようなナビゲーション装置における、前記曲率算定手段は、ユーザに対して前方の急カーブを予告するために用いることができる。すなわち、この場合には、ナビゲーション装置にさらに予告手段を設け、前記曲率算定手段において、現在位置算出部が算出した現在位置の前記自動車の進行方向上前方のリンク上の地点の曲率を算定すると共に、予告手段において、前記曲率算定手段が算出した曲率が所定のレベルより大きい場合に、当該ナビゲーション装置のユーザに対して、前方にカーブが存在する旨を表す出力を行うようにすればよい。

また、以上のような前記曲率算定手段における曲率算定の技術は、リンクによって道路を表す地図を取り扱う任意の装置において、リンク上の地点に対応する現実の道路上の地点の曲率を推定するために適用することできる。

以上のように、本発明によれば、リリンク上の任意の地点について精度よく対応する道路上の地点における道路の曲率を推定することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係るナビゲーションシステムの構成を示す。なお、本ナビゲーションシステムは自動車に搭載されるものである。
図示するように、ナビゲーションシステムは、ナビゲーション装置１と、スピーカ２と、操作部３と、表示装置４と、ＧＰＳ受信機５と、走行状態センサ６とを備えて構成される。ここで、走行状態センサ６は、自動車の車速を検出する車速センサや自動車の進行方位角変化速度を検出する角速度センサなどの、自動車の走行状態を検出するセンサ群である。

そして、ナビゲーション装置１は、地図を表す地図データを記憶したＤＶＤドライブやＨＤＤなどの記憶装置である地図データ記憶部１１、現在位置算出部１２、ルート探索部１３、案内音声を生成しスピーカ２に出力する案内音声生成部１４、メモリ１５、制御部１６、案内画像生成部１７、操作部３や表示装置４を用いたＧＵＩをユーザに提供するＧＵＩ制御部１８を有する。

また、地図データ記憶部１１に記憶された地図データは、図２ａに示すように、直線であるリンク２０１を用いて、道路２００を、ノード２０２で連結するリンク２０１の集合として定義している。
但し、以上のナビゲーション装置１は、ハードウエア的には、マイクロプロセッサや、メモリや、その他のグラフィックプロセッサやジオメトリックプロセッサ等の周辺デバイスを有する一般的な構成を備えたＣＰＵ回路であって良く、この場合、以上に示したナビゲーション装置１の各部は、マイクロプロセッサが予め用意されたプログラムを実行することにより具現化するプロセスとして実現されるものであって良い。また、この場合、このようなプログラムは、記録媒体や適当な通信路を介して、ナビゲーション装置１に提供されるものであって良い。

さて、このような構成において、ナビゲーション装置１の現在位置算出部１２は、以下の処理を繰り返し行う。
すなわち、現在位置算出部１２は、ＧＰＳ受信機５や走行状態センサ６の出力から推定される現在の自動車の位置と、地図データ記憶部１１から読み出した地図データを用いたマップマッチング処理を行って、現在位置として最も確からしい座標と、現在の進行方向として最も確からしい方向とを、それぞれ現在位置、現在進行方位として算定し、メモリ１５に設定する
また、制御部１６は、ユーザの目的地設定要求に応じて、ユーザから操作部３、ＧＵＩ制御部１８を介して目的地の設定を受け付け、これをメモリ１５にセットし、目的地までの推奨ルートをルート探索部１３に探索させる。ルート探索部１３は、地図データ記憶部１１から読み出した地図データに基づいて、メモリ１５に設定されている現在位置から目的地までの最小コストの経路を、距離最小などの所定のコストモデルに基づいて推奨ルートとして算出し、算出した推奨ルートのデータを、メモリ１５にセットする。

また、制御部１６は、メモリ１５にセットされた現在位置が目的地近傍となったならば、目的地到着と判定し、メモリ１５にセットされている推奨ルートをクリアする処理も行う。
また、制御部１６は、以下の案内画像生成処理を繰り返す。
すなわち、制御部１６は、現在位置またはユーザより指定された位置を基準位置として設定し、メモリ１５にセットされた現在進行方位またはユーザによって選定された方位が上になるように表示方位を設定し、予め成されたユーザ設定や初期設定に応じて地図縮尺を設定する。そして、基準位置周辺の、表示方位と地図縮尺とに応じて定まる所定の大きさの地理的範囲を地図表示範囲として決定する。

そして、案内画像生成部１７に、決定した地図表示範囲内の地図を含む案内画像の描画を指示する。案内画像生成部１７は、制御部１６から案内画像の描画の指示を受けると、地図データ記憶部１１に記憶されている地図データ基づいて、地図表示範囲の地図を表す、設定された表示縮尺の表示方位を上とする地図画像を描画する。また、案内画像生成部１７は、メモリ１５にセットされた現在位置が地図表示範囲に含まれる場合には、現在位置を地図画像上で表す、メモリ１５にセットされた現在進行方位を向いた現在位置マークを、地図画像上に描画する。また、案内画像生成部１７は、推奨ルートのデータがメモリ１５にセットされている場合には、地図表示範囲中の、推奨ルートの現在位置より目的地側の部分を表す推奨ルート図形を地図画像上に描画する。また、案内画像生成部１７は、メモリ１５にセットされた目的地が地図表示範囲に含まれる場合、目的地の位置を示す目的地マークも地図画像上に描画する。

そして、案内画像生成部１７は、以上の各描画を行った画像を案内画像とし、ＧＵＩ制御部１８を介して表示装置４に表示する。
図３は、このようにして表示された案内画像の例を示すものであり、図示するように案内画像は、地図画像３０１上に、現在位置マーク３０２や推奨ルート図形３０３や目的地マーク３０４が表示されたものになる。
ここで、制御部１６は、さらに、ユーザに対して急カーブの接近を警告する急カーブ警告処理も行う。
図４に、この急カーブ警告処理の手順を示す。
図示するように、この処理において、制御部１６は、まず、現在、メモリ１５に推奨ルートが設定されているかどうかを調べ（ステップ４０２）、推奨ルートが設定されている場合には推奨ルートを対象経路に設定し（ステップ４０４）、推奨ルートが設定されていない場合には、メモリ１５に設定されている現在位置を地図データとより求まる現在走行中の路線を対象経路に設定する（ステップ４１８）。

そして、対象経路を表すリンク上を、メモリ１５に設定されている現在位置から、メモリ１５に設定されている現在進行方位に整合する方向に、所定の道のり距離（たとえば、５００ｍ）進んだ位置に予測点Ｘを設定する（ステップ４０６）。
そして、予測点Ｘに対応する現実の道路上の地点の曲率を算定する（ステップ４０８）。この予測点Ｘに対応する現実の道路上の地点の曲率の算定処理の詳細については後述する。
そして、求めた曲率と予め定めたしきい値Ｔｈを比較する（ステップ４１０）。なお、このしきい値Ｔｈは、自動車の車速が大きいほど小さくなるように定めてもよい。
そして、求めた曲率がしきい値Ｔｈ以下であれば（ステップ４１０）、ステップ４０２からの処理に戻る。一方、求めた曲率が予め定めたしきい値Ｔｈより大きければ（ステップ４１０）、案内音声生成部１４に、たとえば、「５００ｍ先に急なカーブがあります。」といったような前方の急カーブの存在を通知する音声の生成と、スピーカ２への出力を行わせる（ステップ４１２）。

そして、メモリ１５に設定された現在位置に基づいて、予測点Ｘの自動車の通過の発生と（ステップ４１４）、自動車の参照経路を逸脱した参照経路外の他のリンクへの進出の発生と（ステップ４１６）を監視し、いずれかが発生したならばステップ４０２からの処理に戻る。

ここで、ステップ４０８で行う予測点Ｘに対応する現実の道路上の地点の曲率の算定処理の詳細について説明する。
まず、予測点Ｘが、図２ｂに示すように、長さＬｂのリンク２１０と長さＬａのリンク２１１とを連結するノード上に設定された場合について説明する。
この場合には、まず、予測点Ｘの両側のリンク２１０とリンク２１１の長さの平均の長さ
（Ｌｂ+Ｌａ）/２を、参照距離Ｌとする。したがって、この参照距離Ｌは、予測点Ｘ周辺のリンクの平均的な長さを表している。

そして、図２ｃに示すように、予測点Ｘからの道のり距離が参照距離Ｌとなる参照地点Ｐと参照地点Ｑを設定し、参照地点Ｐから予測点Ｘに向かうベクトルと、予測点Ｘから参照地点Ｑに向かうベクトルとの方位差θを求め、θ/Ｌを予測点Ｘに対応する現実の道路上の地点の曲率とする。

次に、図２ｄに示すように、予測点Ｘが、長さＬａのリンク２１１をｔ：（１-ｔ）に内分する位置に設定された場合について説明する。ただし、０＜ｔ＜１である。
この場合には、まず、リンク２１１の予測点Ｘで分割される二つの部分のうちの、長さがｔＬａである部分に連結するリンク２１０の長さをＬｂ、長さが（１-ｔ）Ｌａである部分に連結するリンク２１２の長さをＬｃとして、
｛（１-ｔ）（Ｌｂ+Ｌａ）+ｔ（Ｌａ+Ｌｃ）｝/２
を、参照距離Ｌとする。なお、予測点Ｘが設定されたリンクの両端点のうちのいずれかの端点が、当該端点において、予測点Ｘが設定されたリンクに連結するリンクが存在しないものである場合には、当該端点に長さ０のリンクが連結しているものとして、上記参照距離Ｌを求めるようにする。

ここで、この参照距離Ｌは、予測点Ｘが設定された長さＬａのリンク２１１と当該リンクの一方に連結する長さＬｂのリンク２０１の長さの平均値と、予測点Ｘが設定された長さＬａのリンク２１１と当該リンクの他方に連結する長さＬｃのリンク２１２の長さの平均値の、平均値を求めたリンクを連結するノードへの予測点Ｘの近さの度合いを重みとして用いた加重平均となっている。したがって、この参照距離Ｌも、予測点Ｘ周辺のリンクの平均的な長さを表すものとなる。

そして、図２ｅに示すように、予測点Ｘからの道のり距離が参照距離Ｌとなる参照地点Ｐと参照地点Ｑを設定し、参照地点Ｐから予測点Ｘに向かうベクトルと、予測点Ｘから参照地点Ｑに向かうベクトルとの方位差θを求め、θ/Ｌを予測点Ｘに対応する現実の道路上の地点の曲率とする。

さて、本実施形態では、以上のように、予測点Ｘ周辺のリンクの平均的な長さを参照距離Ｌとして設定する。一方で、道路を一定の近似性をもってリンクで表現する場合、予測点Ｘに対応する現実の道路上の地点の周辺部分の曲率の変化が大きいと当該周辺部分を表すリンク長は短くなる。

したがって、本実施形態で示したように、予測点Ｘ周辺のリンクの平均的な長さに応じて参照距離Ｌを設定することにより、予測点Ｘと同じリンク上に参照地点Ｐや参照地点Ｑが設定されてしまって曲率を求めることができなくなってしまったり、予測点Ｘが位置するリンクと大きく離れたリンク上に参照地点Ｐや参照地点Ｑが設定されてしまって予測点Ｘに対応する現実の道路上の地点の曲率とかけはなれた曲率が算出されてしまうことを抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。
なお、本実施形態で示した道路を表すリンク列上の地点に対応する現実の道路上の地点の曲率を推定する技術は、ナビゲーション装置１において、急カーブの警告の他に、現在位置の算出その他の各種用途に用いることができる。また、当該技術は、ナビゲーション装置１以外の、リンク列によって道路を表す地図を取り扱う任意の装置において、リンク上の地点に対応する現実の道路上の地点の曲率を推定するために用いることができる。

本発明の実施形態に係るナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る曲率算出法を示す図である。 本発明の実施形態に係るナビゲーション装置の表示画面例を示す図である。 本発明の実施形態に係るナビゲーション装置の急カーブ警告処理を示すフローチャートである。 従来の曲率算出法を示す図である。

符号の説明

１…ナビゲーション装置、２…スピーカ、３…操作部、４…表示装置、５…ＧＰＳ受信機、６…走行状態センサ、１１…地図データ記憶部、１２…現在位置算出部、１３…ルート探索部、１４…案内音声生成部、１５…メモリ、１６…制御部、１７…案内画像生成部、１８…ＧＵＩ制御部。

Claims (7)

1. 直線であるリンクを用いて道路を表現した地図を定義する地図データを記憶した地図データ記憶部と、前記自動車の位置に対応するリンク上の位置を現在位置として算出する現在位置算出手段と、前記地図データに基づいて、前記リンク上の地点に対応する現実の道路上の地点における道路の曲率を算定する曲率算定手段とを備えた、自動車に搭載されるナビゲーション装置であって、
   前記曲率算定手段は、前記対応する現実の道路上の地点における道路の曲率を算定する前記リンク上の地点を推定地点として、当該推定地点周辺のリンクの平均的な長さに応じて定まる距離を参照距離として設定すると共に、設定した推定地点からのリンクに沿った道のり距離が参照距離となる二つの地点を第１参照地点と第２参照地点として設定し、第１参照地点から推定地点に向かう方向と、推定地点から第２参照地点に向かう方向との方位差を求め、前記参照距離に対して求めた方位差が生じるものとして、当該推定地点に対応する現実の道路上の地点における道路の曲率を算定することを特徴とするナビゲーション装置。
2. 請求項１記載のナビゲーション装置であって、
   予告手段を備え、
   前記曲率算定手段は、現在位置算出部が算出した現在位置の前記自動車の進行方向上前方のリンク上の地点の曲率を算定し、
   前記予告手段は、前記曲率算定手段が算出した曲率が所定のレベルより大きい場合に、当該ナビゲーションのユーザに対して、前方にカーブが存在する旨を表す出力を行うことを特徴とするナビゲーション装置。
3. 請求項１または２記載ナビゲーション装置であって、
   前記曲率算定手段は、前記参照距離を、前記推定地点がリンクの連結点上に存在する場合には、当該連結点で連結されている二つのリンクの平均長に応じて設定することを特徴とするナビゲーション装置。
4. 請求項１または２記載ナビゲーション装置であって、
   前記曲率算定手段は、前記推定地点が長さＬａの第１のリンクをｔ（ただし、０＜ｔ＜１）：（１-ｔ）に内分する位置に存在する場合には、推定地点で分割される第１のリンクの二つの部分のうちの、長さがｔＬａである部分に連結する第２のリンクの長さをＬｂ、長さが（１-ｔ）Ｌａである部分に連結する第３のリンクの長さをＬｃとして、
   ｛（１-ｔ）（Ｌｂ+Ｌａ）+ｔ（Ｌａ+Ｌｃ）｝/２
   によって求まる長さに応じて、前記参照距離を設定することを特徴とするナビゲーション装置。
5. 道路を直線であるリンクの連結によって表現した地図データに基づいて、前記リンク上の地点に対応する現実の道路上の地点における道路の曲率を算定する曲率算定方法であって、
   前記対応する現実の道路上の地点における道路の曲率を算定する前記リンク上の地点を推定地点として、当該推定地点周辺のリンクの平均的な長さに応じて定まる距離を参照距離として設定するステップと、
   推定地点からのリンクに沿った道のり距離が参照距離となる二つの地点を第１参照地点と第２参照地点として設定するステップと、
   第１参照地点から推定地点に向かう方向と、推定地点から第２参照地点に向かう方向との方位差を求め、前記参照距離に対して求めた方位差が生じるものとして、当該推定地点に対応する現実の道路上の地点における道路の曲率を算定するステップとを有することを特徴とする道路上地点の曲率算定方法。
6. 請求項５記載の道路上地点の曲率算定方法であって、
   前記参照距離は、前記推定地点がリンクの連結点上に存在する場合には、当該連結点で連結されている二つのリンクの平均長に応じて設定することを特徴とする道路上地点の曲率算定方法。
7. 請求項５または６記載の道路上地点の曲率算定方法であって、
   前記推定地点が長さＬａの第１のリンクをｔ（ただし、０＜ｔ＜１）：（１-ｔ）に内分する位置に存在する場合には、推定地点で分割される第１のリンクの二つの部分のうちの、長さがｔＬａである部分に連結する第２のリンクの長さをＬｂ、長さが（１-ｔ）Ｌａである部分に連結する第３のリンクの長さをＬｃとして、
   ｛（１-ｔ）（Ｌｂ+Ｌａ）+ｔ（Ｌａ+Ｌｃ）｝/２
   によって求まる長さに応じて、前記参照距離を設定することを特徴とする道路上地点の曲率算定方法。