JP2007240322A - ナビゲーション装置及びナビゲーション表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳ等を使用したナビゲーションを行う場合において、衛星信号の受信可否情報を地図上に表示させるようにする。
【解決手段】測位衛星からの信号を受信して移動体の現在位置を算出し、算出された現在位置周辺の別位置における測位衛星からの信号受信の可否を、測位地点周辺建造物の三次元情報を用いて判断し、受信可否判定結果を、移動体の現在位置及び測位位置周辺の地図上に重畳して表示させるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＧＰＳなどの測位衛星から信号を受信して位置測位を行うナビゲーション装置及びナビゲーション表示方法に関する。

ＧＰＳ（Global Positioning System）とは、地球の周りの定まった軌道上を周回しているＧＰＳ衛星から発射される測位用の信号を地球上のＧＰＳ受信機が受信し、その受信点の緯度、経度、高さなどの測位情報を得ることのできるシステムである。衛星からの信号には、衛星自身の時刻情報や軌道情報に加え、軌道上のすべての衛星の概略の軌道情報も含まれており、ＧＰＳ受信機は、受信した信号に含まれる情報のうち、概略の軌道情報を基に衛星の飛来を予測し、衛星の時刻情報や軌道情報を基に受信点の位置を測位する。

ＧＰＳにより測位を行うためには、２次元の位置情報であれば少なくとも３機の衛星信号を捕捉する必要があり、３次元の位置情報を取得したい場合は４機の衛星信号を捕捉する必要がある。ＧＰＳを利用したナビゲーション装置においては、このようにして得られた受信点の測位情報を、図１４に示すように、地図上に表示する手法が用いられている。図１４が示すように、地図上の画面下方にＧＰＳにより得られた緯度、経度、高さ情報が表示されており、黒く塗りつぶされた三角形により受信点、つまりユーザの現在位置と移動方向が示されている。ユーザはこのような画面を見ることで、自分の所在地を容易に把握することができる。図１４の地図では縮尺が固定で表示されているが、縮尺を自由に変更して現在位置を表示させることで、ユーザは、より的確に現在位置を把握することが可能となる。

ＧＰＳを利用したナビゲーション装置としては、自動車に搭載させて使用するカーナビゲーション装置が有名であり、通称カーナビとして我々の生活に広く浸透している。最近では、歩行者を対象とし、ＧＰＳを携帯電話などに適用したヒューマン・ナビゲーション（通称マンナビ（登録商標））が注目を集めている。
いずれの場合においても、正確な測位情報を得るためには衛星信号の捕捉が重要であるが、車は衛星信号を比較的受信し易い道路の中央等を走ることが多いのに対し、歩行者は衛星信号が比較的届きにくい、ビルなどの建造物谷間や山間部などを通ることもあり、そういった場所では衛星信号を失う確率が高くなる。例えば、図１５に示されるように、ユーザＭ１の頭上に衛星が２機飛んでいる場合であっても、衛星Ｐ１からの信号は受信可能であるのに対し、衛星Ｐ２からの信号は建造物Ｂ１に遮られて受信が不可能となる。

特許文献１には、例えば携帯電話などの移動体端末において、通話可能エリア、つまり移動体通信網の利用の可否情報を、ナビゲーション装置上に表示させることについての開示がある。
特開２００２−２５２３３１号公報

ところが、ＧＰＳ等を利用したナビゲーション装置においては、一度衛星信号を失うと、いつ頃またはどのあたりで再び衛星信号の捕捉が可能となるかを予測することは難しく、また、衛星信号を失うタイミングを知る手段も無かった。図１６に示されるように、衛星Ｐ３からの信号はユーザＭ２の位置では受信が可能であるのに対し、ユーザＭ３の位置では、建造物Ｂ３に遮られて受信をする事ができない。このように、周囲の建造物の高さによっても衛星信号受信状況は異なる。この場合、ユーザＭ３はユーザＭ２の位置まで移動すれば衛星Ｐ３からの信号を再び受信可能となるが、ユーザＭ２にはそのことを知るすべがなく、ユーザＭ３のようなケースにおいては、ユーザは衛星信号捕捉が可能な位置を探して歩き回るか、再び受信可能になるまで待つしかなかった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ＧＰＳ等を使用したナビゲーションを行う場合において、測位用衛星信号の受信可否が判るようにすることを目的とする。

本発明は、測位衛星からの信号を受信して移動体の現在位置を算出し、算出された現在位置周辺の別位置における測位衛星からの信号受信の可否を、測位地点周辺の３次元地図情報を用いて判断し、受信可否判定結果を、移動体の現在位置及び測位位置周辺の地図上に重畳して表示させるようにしたものである。

このようにしたことで、衛星信号の受信可否情報を地図上に表示させることが可能となる。

本発明によると、衛星信号の受信可否情報を地図上に表示させることが可能となり、ユーザが自己の移動方向に照らし合わせ、今後どの位置で衛星信号を失うかの予測を立て易い表示が行われることになる。

この場合、ユーザが衛星信号を失うポイントを避け、より精度の良い測位情報を得ながら目的地を目指すためのルートを提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態を、図１〜図１３を参照して説明する。

本例においては、ＧＰＳを使用したナビゲーション装置を携帯電話端末に適用したものである。図１は、本例の携帯電話端末１００の構成例を示した図である。本例の携帯電話端末１００は、電波基地局と無線通信を行うための通信用アンテナ１０１を備え、そのアンテナ１０１が無線電話通信用の通信回路１０２に接続してあり、制御部１２０の制御で、基地局との間で無線通信を行うようにしてある。通信回路１０２で通話用の通信を行う際には、受信した音声データをスピーカ１０４に供給して出力させる。このスピーカ１０４から出力させる際には、図示しない音声処理部でスピーカ出力用の処理が行われる。また、マイクロフォン１０３が拾って得た音声データは、その送信時に、図示しない音声処理部でマイクロフォン１０３の出力を送信用の音声データとする音声処理が行われる。無線ＬＡＮ（Local Area Network）通信用アンテナ１０８は、無線ＬＡＮのアクセスポイントが設置された公衆無線ＬＡＮスポットにおいて、無線ＬＡＮ信号を受信する。無線ＬＡＮ通信用アンテナ１０８は、無線ＬＡＮ用通信回路１０９に接続してあり、制御部１２０の制御で、無線ＬＡＮアクセスポイントとの無線通信を行うようにしてある。振動再生部１１０は、制御部１２０に制御されており、制御部１２０からの出力信号を受信した場合に所定の時間振動を発生させる。

この携帯電話端末１００は、液晶ディスプレイなどで構成された表示部１０７と、複数の操作キーなどで構成された操作部１０６とを備える。表示部１０７には、メール文、ウェブにアクセスさせた画面の表示などが行われるほか、ユーザを目的地までナビゲートする地図情報の表示も行われる。操作部１０６は、電話番号やメール文などの入力操作、各種モード設定が行われるほか、表示部１０７に表示された地図の縮尺の変更や表示範囲の変更などが行える。ジャイロ制御部１５０は、ジャイロ１５１からの信号を制御し、角度情報や、ユーザが移動している場合は移動の角速度情報、角加速度情報などを得て、表示部１０７に出力する。このとき、得た角速度、角加速情報を基に、ユーザの進む方向や回転に合わせて東西南北の方向を表示させたり、地図の方位を進行方向に合わせて変えて表示させたりしてもよい。ＧＰＳ制御部１６０は、ＧＰＳ衛星からの衛星信号を受信するＧＰＳアンテナ１６１を備え、ＧＰＳアンテナ１６１が受信した衛星信号から現在位置の算出するほか、取得した衛星の軌道情報をもとに、与えられた時刻や場所における各衛星の位置を算出する。

これらの携帯電話端末１００内の各ブロックは、制御ライン１３０を介して制御部１２０などと接続してあり、またデータライン１４０を介してデータ転送を行える構成としてあり、メモリ１０５に必要なデータを記憶させるようにしてある。制御部１２０は、携帯電話端末１００内の各部の制御を行う。メモリ１０５には、携帯電話端末として必要な制御データなどのデータだけでなく、この端末装置に実装されたアプリケーションプログラムのデータについても記憶される。メモリ１０５には、ＲＯＭ（Read Only Memory）などの不揮発性メモリや、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリ、またはフラッシュメモリなどの不揮発性ＲＡＭが用いられるものとする。ＨＤＤ（Hard disk drive）１７０は、外部機器インターフェース部１７１を介してデータライン１４０に接続されており、制御部１２０により実行されるプログラムやプログラムの実行に必要なデータを格納している。後述する３次元地図情報を、メモリ１０５やＨＤＤ１７０に記憶させるようにしてもよい。

次に、本例の携帯電話端末に内蔵されたナビゲーション機能についての機能ブロックを、図２を参照して説明する。ＧＰＳ信号受信部１０は、ＧＰＳ衛星より信号を受信し、基地局信号受信部２０は携帯電話やＰＨＳ（Personal Handyphone System）の基地局より信号を受信し、無線ＬＡＮ信号受信部３０は、公衆無線ＬＡＮスポットなどで無線信号を受信する。基地信号受信部２０と無線ＬＡＮ信号受信部３０は、ＧＰＳ信号受信部１０が衛星信号を必要数獲得できなかった場合にユーザの現在位置算出を行う、補完的な役割を果たす。ＧＰＳ信号受信部１０が衛星信号を３つ捕捉できなかった場合は、現在位置特定のために必要な情報が揃わないことになるが、基地局信号受信部２０や無線ＬＡＮ信号受信部３０がそれぞれの基地局の情報を活用することにより、ユーザの位置をある程度特定することが可能となる。図３に、基地局からの信号を基に、ユーザの現在位置を特定する場合の説明図を示してある。図３においては、ユーザが基地局Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３の三箇所の基地局からの信号を受信できる場所に位置している例が示してあり、この場合、各基地局の位置情報や各基地局から出される信号の強さなどから、黒丸で示される現在位置を算出することが可能である。

図２の説明に戻ると、位置算出部４０は、上述した各信号から、信号の受信点つまり現在位置を算出する。位置算出部４０は、現在位置の算出だけでなく、ＧＰＳ信号受信部１０が受信した衛星信号に含まれる軌道情報から、ユーザの頭上を通過する他の衛星の位置も算出する。受信可否判定部５０は、位置算出部４０から出力される現在位置情報及び衛星の位置情報と、算出された現在位置の周辺の３次元地図情報と、ジャイロ制御部１５０より入力されるジャイロ測位情報を基に、現在地の周辺におけるＧＰＳ衛星信号の受信可否を判定する。受信可否判定結果は、地図表示部５０が、現在地周辺の３次元地図情報とともに表示部１０７に表示する。音声再生部７０、振動再生部１１０は受信可否判定結果を音声または振動によりユーザに伝えたい場合などに、必要に応じて設けるようにすればよい。例えば、ユーザの進行方向１００ｍ先の地点に衛星信号を失うポイントがある場合に、「あと１００ｍ進むと信号が受信できなくなります」といった音声を音声再生部７０から出力し、ユーザの注意を喚起してもよい。あるいは、単にビープ音のみを出力させてもよい。また、同様の場合に、振動再生部１１０により振動を発生させ、ユーザに伝えるようにしてもよい。

次に、図４のフローチャートを参照して、本例のナビゲーション装置で衛星信号の受信可否を判断し、受信可否判断結果を地図上に表示させる場合の処理例を説明する。まず、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ衛星信号をＧＰＳ信号受信部１０が受信し（ステップＳ１）、受信した映像信号から衛星軌道情報を取得する（ステップＳ２）。次に、ステップＳ２にて取得した衛星軌道情報に含まれる、衛星の現在の位置情報や衛星全体の軌道情報を基に、位置算出部４０が現在位置を計算する（ステップＳ３）。現在位置算出後は、現在位置周辺の３次元地図情報を取得する（ステップＳ４）。この場合の３次元地図情報とは、図５に例示されるような山や谷などの高さ情報を含む数値地図情報や、図６に例示されるような建造物の大きさや高さ情報を含む３次元地図情報を指している。図５、図６は共に市販あるいは無料で使うことが可能なフリーソフトウェアとして提供されている地図閲覧ソフトを用いて、指定した地点の周囲の地図情報を３次元で表示させたものである。
これらの情報は予めメモリ１０５やＨＤＤ１７０に格納しておいてもよく、ネットワーク経由でサーバよりダウンロードするようにしてもよい。もしくは、ナビゲーション装置を使用するタイミングで、インターネットからダウンロードしたりするようにしてもよい。このとき、必ずしも３次元地図情報のすべてを機器内に保存、もしくはダウンロードする必要はなく、ユーザが訪問する場所など、必要な場所に関する情報のみを用意するようにしてもよい。３次元地図情報が保持する数値情報の詳細については後述する。

次に、ステップＳ５では、受信可否判定部５０が、衛星からの衛星信号が現在地周辺の指定地点の地勢形状により遮断されるか否かの判断を行う。この場合の指定地点とは任意に設けられるものであり、例えば図７に例示する地図のように、メッシュで領域が区切られた地図上に設定する場合であれば、現在位置を示す三角印を含んだ領域Ｃａに隣接もしくは近接する１領域が選択される。指定地点として選択する領域の数（範囲）については、ナビゲーション装置の処理能力に応じて適宜変更可能であるものとする。

ステップＳ５にて、指定地点周辺の地勢形状により衛星信号が遮断されると判断した場合は、指定時点における衛星信号受信不可の判断を下す（ステップＳ７）。ステップＳ５にて、指定地点周辺の地勢形状により、衛星信号は遮られないと判断した場合は、次に指定地点周辺の建造物などの３次元形状によって衛星信号が遮断されるか否かの判断を行う（ステップＳ６）。指定地点周辺の３次元地図情報により、衛星信号が遮られると判断した場合は、指定時点における衛星信号受信不可の判断を下す（ステップＳ７）。ステップＳ６にて、指定地点周辺の３次元地図情報により、指定地点において建造物等が衛星信号を遮断することはないと判断した場合は、指定地点での衛星信号受信可能の判断を下す（ステップＳ８）。

ステップＳ５及びステップＳ６での衛星信号の受信可否の判断は、指定地点と衛星とを結ぶ直線上に障害物が存在するか否かの判断であり、ステップＳ４により取得された３次元地図情報の高さ情報を用いて、指定地点の数だけ検証を行う。３次元地図情報の高さ情報には、指定地点周辺の地形の起伏情報と建造物の高さ情報とがあり、地形の起伏を判断材料としているのがステップＳ５であり、建造物の高さを判断材料としているのがステップＳ６である。もし、ステップＳ４で取得した３次元地図情報から、指定地点の周囲には建造物が存在しないと判断された場合は、周囲の建造物による衛星信号の遮断を判断するステップＳ６を抜かすようにしてもよい。

次に、指定地点周辺の、衛星信号受信可否の判断が必要とされるすべての地点において、上述したステップにより衛星信号受信可否の判断が行われたかの判断を行う（ステップＳ９）。ステップＳ７で、指定地点での衛星信号受信不可の判定がされた場合も、同様にステップＳ９の判断に移る。判定を行うべき地点がまだ残っている場合は、次の指定地点を調査対象とし（ステップＳ１０）、ステップＳ５へ戻る。ステップＳ９にて、すべての指定地点における調査が完了したと判断した場合は、地図表示部６０が、調査を行った指定地点における衛星信号の受信可否情報を現在地周囲の地図に重畳させて表示させる（ステップＳ１１）。

図８及び図９に、ステップＳ１０で地図表示部６０に表示させる衛星信号受信可否情報の表示例を示してある。両図において、三角印はユーザの現在位置と進行方向を示しており、地図の下方には緯度、経度、高さの数値が、現在位置の数値情報として表示されている。図８において、Ａｒ１やＡｒ２などのブラシで塗りつぶされた部分は、周囲の３次元情報から判断して衛星信号の受信が出来ないと予測される場所である。なお、衛星信号受信可否情報は、衛星の移動やユーザの移動などにより時間の経過と共に変化するものであり、表示内容は都度変化させるものとする。

図９は、衛星信号受信可否情報をメッシュ領域単位で表示させた例である。メッシュで区切られた各領域のうち、Ａｒ３、Ａｒ４などの濃色で示された領域が、周囲の３次元情報から判断して衛星信号の受信が出来ないと予測される場所である。この場合、衛星信号受信可否の判断は、各領域のうちの１点において行えば十分であると考えられ、例えば各領域の中心点や大きな道がある地点などを代表点とし、代表点における衛星信号可否判断結果を、各領域における衛星信号受信可否結果として表示させればよい。

次に、図５と図６で例示した３次元地図情報のデータに含まれる項目や形態について説明する。まずは、３次元地図情報の保持するデータの説明に先立ち、その生成の過程について図１０〜図１３を参照して説明する。まず図１０に示されるように、実際の地図データにおいて、３次元データを作成したい地域を２次元のメッシュ領域に区切る。この場合のメッシュ領域は、例えば縦（南北）１０００ｍｘ横（東西）１０００ｍ等の単位で構成される。次に、１つのマスの左下、左上、右下、右上の四隅には実際の経度・緯度情報が割り当てられる。例えば、図１１に示される１マスにおいては、左上には図中に表示された経度・緯度情報が割り振ってある。

１マス中に建造物の情報を持たせたい場合は、建造物を四角柱で表現し、図１２のように縦、横、高さの情報を定義する。１マスの中においては、実際の位置情報とは無関係にローカルな座標を割り当てることが可能であり、建造物として表現された四角柱を１マス内にて回転、縮小、拡大して、実際に建造物が配置されている位置に配置することができる。図１３に、この場合の配置換えの様子を２次元の図で示してある。ある物体を回転、縮小、拡大には、アフィン変換の行列演算が用いられるのが一般的であり、この行列の要素を記述することで、各建造物をメッシュ内のどの位置に対してどのように変換して配置するかが決定される。

このようにして作成された３次元データのデータ構成は、例えば下記のようなものとなる。
メッシュ領域１の四隅の経度・緯度情報
建造物１の座標変換行列、モデルデータ、テクスチャデータ・・・
建造物２の座標変換行列、モデルデータ、テクスチャデータ・・・
（以下、建造物の数だけ記述が続く）

メッシュ領域２の四隅の経度・緯度情報
建造物１の座標変換行列、モデルデータ、テクスチャデータ・・・
建造物２の座標変換行列、モデルデータ、テクスチャデータ・・・
（以下、建造物の数だけ記述が続く）

モデルデータとは、建造物の縦、横、高さ情報であり、テクスチャデータとは、建造物を３次元で表現する際に見栄えを良くする目的で、その建造物に付与された色や画像、窓枠といった画像データである。本例において、衛星の受信可否判断を行う際に用いるのは、モデルデータであるが、地図表示部６０で受信可否判断結果を表示させる際に、ユーザの現在位置特定がより容易になるよう、テクスチャデータを表示させてもよい。

このように構成することで、ユーザは地図上で衛星信号受信可否情報を確認することができるようになるため、事前に衛星信号を失う地点を予測できるほか、目的地までの道のりの途中で実際に衛星信号を失った場合でも、どの地点で再び衛星信号の捕捉が可能になるかを予測することができるようになる。

この場合、ユーザは地図上で衛星信号受信不可の表示がされている地点を避けて通れば、目的地までの道で衛星信号を失う可能性も低くなり、より正確な情報を得ながら精度良く目的地を目指すことも可能となる。

なお、ここまで説明した実施の形態では、ユーザが位置する現在位置の周辺における衛星信号受信可否を判断する構成としたが、ジャイロによる測位情報などを使用してユーザの移動方向を予測し、所定の時間経過後にユーザが位置していると想定される地点における衛星信号受信可否を判断し、表示させるようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、携帯電話端末にナビゲーション機能を内蔵させた例としたが、測位衛星からの衛星信号を受信して測位を行う仕組みをもつ端末であればどのような形態のものにも適用可能であり、専用のナビゲーション端末に適用してもよい。

また、以上説明した実施の形態では、測位衛星としてＧＰＳを使用した場合を例に挙げて説明を行ったが、ＧＰＳ以外の測位衛星を使用したナビゲーション装置にも適用可能である。

本発明の一実施の形態による携帯電話端末の構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態による携帯電話端末のナビゲーション用構成の機能ブロックを示したブロック図である。 本発明の一実施の形態による現在位置の特定に基地局の情報を利用する場合の例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態による処理例を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態による地勢形状を含む３次元地図情報の例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態による建造物を含む３次元地図情報の例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態による地図上のメッシュ領域を示す説明図ある。 本発明の一実施の形態による衛星信号受信可否判断結果の表示例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態による衛星信号受信可否判断結果の表示例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態による地図をメッシュ領域に区切る例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態による区切られたメッシュ領域に付与された位置情報の例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態による四角柱で表現された建造物に付与する情報の例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態による区切られたメッシュ領域内に建造物を配置する例を示す説明図である。 従来のナビゲーション装置による現在位置表示例を示す説明図である。 測位衛星からの衛星信号受信の例を示す説明図である。 測位衛星からの衛星信号受信の例を示す説明図である。

符号の説明

１０…ＧＰＳ信号受信部、２０…基地局信号受信部、３０…無線ＬＡＮ信号受信部、４０…位置算出部、５０…受信可否判定部、６０…地図表示部、７０…音声再生部、１００…携帯電話端末、１０１…通信用アンテナ、１０２…通信回路、１０３…マイクロフォン、１０４…スピーカ、１０５…メモリ、１０６…操作部、１０７…表示部、１０８…無線ＬＡＮ通信用アンテナ、１０９…無線ＬＡＮ用通信回路、１１０…振動再生部、１２０…制御部、１３０…制御ライン、１４０…データライン、１５０…ジャイロ制御部、１５１…ジャイロ、１６０…ＧＰＳ制御部、１６１…ＧＰＳアンテナ、１７０…ＨＤＤ、１７１…外部機器インターフェース部、Ｓｔ…基地局、Ｃａ…メッシュ領域、Ａｒ…衛星信号受信不可位置、Ｂ…建造物、Ｐ…衛星、Ｍ…ユーザ

Claims (5)

1. 測位衛星からの信号を受信する信号受信部と、
   前記信号受信部から受信した信号を基に現在位置を算出する位置算出部と、
   前記位置算出部で算出された現在位置の周辺における前記測位衛星からの信号受信の可否を、測位地点周辺の３次元地図情報を用いて判定する受信可否判定部と、
   前記位置算出部で算出された現在位置周辺の地図を、前記受信可否判定部の判定結果と共に表示する地図表示部とを備えたことを特徴とする
   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において、
   前記受信可否判定部による受信不可判定の条件には、前記測位衛星からの信号が測位地点周囲の地形形状または建築物により遮断されて受信できない場合を含むことを特徴とする
   ナビゲーション装置。
3. 請求項２記載のナビゲーション装置において、
   前記受信可否判定部の受信可否判定結果を音声によって報知する音声再生部を備えることを特徴とする
   ナビゲーション装置。
4. 請求項２記載のナビゲーション装置において、
   前記受信可否判定部の受信可否判定結果を振動によって報知する振動再生部を備えることを特徴とする
   ナビゲーション装置。
5. 測位衛星からの信号を受信する信号受信処理と、
   前記信号受信部から受信した信号を基に現在位置を算出する位置算出処理と、
   前記位置算出部で算出された現在位置の周辺における前記測位衛星からの信号受信の可否を、測位地点周辺の３次元地図情報を用いて判定する受信可否判定処理と、
   前記位置算出部で算出された現在位置周辺の地図を、前記受信可否判定部の判定結果と共に表示する地図表示処理とを行うことを特徴とする
   ナビゲーション表示方法。