JP2009103497A - 初期位置補正機能を有する単独ｇｐｓ測位による移動局の走行軌跡計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基準局を不要としてコストを低く抑え、移動局の走行軌跡を地図上に重ね合わせて表示できる移動局の走行軌跡計測装置を提供することである。
【解決手段】移動局の走行軌跡計測装置は、自動車１２や船舶等のようなビークルに搭載され、ＧＰＳ衛星群１０から発信されるＧＰＳ信号等に基づいてビークルの走行軌跡を計測する移動局１４を備える。さらに、地上の所定位置を基準として、走行中のビークルが初期位置ラインＬを通過する際に、当該ビークルとの距離Ｗを計測する距離計測手段２４と、距離計測手段２４によって計測された距離Ｗに基づいて初期位置ラインＬを通過する際におけるビークルの位置を特定し、特定した位置に基づいて移動局１４によって計測した走行軌跡の計測開始位置を補正する位置補正手段２８とを有する。計測開始位置を補正するので、ビークルの走行軌跡を地図上に重ね合わせて表示できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車や船舶等のようなビークル（vehicle）に搭載され、ＧＰＳ（Global Positioning System；汎地球測位システム）衛星群から発信されるＧＰＳ信号等に基づいてビークルの走行軌跡を計測する移動局を備えた移動局の走行軌跡計測装置に関する。

従来では、ＧＰＳ信号等に基づいて自動車の走行軌跡を計測する自動車走行軌跡計測装置に関する技術の一例が開示されている（例えば非特許文献１を参照）。この技術では、自動車の走行中に各種データ（例えばＧＰＳ信号や慣性データ等）を蓄積し、走行終了後に当該自動車の走行軌跡を求めている。

また、状況に応じて衛星航法受信機の受信感度を変更し、現在位置及び進行方向に係る誤差を補正する技術の一例が開示されている（例えば特許文献２を参照）。この技術によれば、ターンテーブル等によって車両の方向が変わる際にアクセサリスイッチがオフになっていて車両の進行方向に大きな誤差が生じても、その誤差を補正できる。したがって、道路地図データに基づいて移動軌跡を地図上に表示させることができる。

飯沼裕美他：自動車走行軌跡計測装置の開発および実用性確認試験結果、自動車技術会前刷集，No.1-99，9931894，p17-20 特開２００７−０５７２６１号公報

ビークルの走行軌跡を地図上に表示させようとすると、上述した従来技術を用いても地上の位置（座標値や地点等）が予め分かっている基準局（他に「基地局」「地上局」等とも呼ぶ。）が必要となる。もし基準局が無い場合は、新たに基準局を設置するか、ビークルを既知の位置から計測開始する必要がある。しかし、前者ではコストが嵩み、後者ではビークルを特定の位置に位置決めするのは運転操作テクニック上容易ではない。

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、基準局を不要としてコストを低く抑え、移動局の走行軌跡を地図上に重ね合わせて表示できる移動局の走行軌跡計測装置を提供することを目的とする。

（１）課題を解決するための手段（以下では単に「解決手段」と呼ぶ。）１は、自動車や船舶等のようなビークルに搭載され、ＧＰＳ衛星群から発信されるＧＰＳ信号等に基づいてビークルの走行軌跡を計測する移動局を備えた移動局の走行軌跡計測装置であって、地上の所定位置を基準として、走行中のビークルが初期位置ラインを通過する際に、当該ビークルとの距離を計測する距離計測手段と、前記距離計測手段によって計測された距離に基づいて前記初期位置ラインを通過する際におけるビークルの位置を特定し、特定した位置に基づいて前記移動局によって計測した走行軌跡の計測開始（または再開）位置を補正する位置補正手段とを有することを要旨とする。

計測開始位置は走行軌跡の計測を開始する位置を意味するが、走行軌跡の計測を再開する計測再開位置を含むものとする。解決手段１によれば、移動局によって計測されたビークルの走行軌跡はその計測開始位置が位置補正手段によって補正される。この補正により、計測開始位置から相対位置で記録されたビークルの走行軌跡を地図上に重ね合わせて表示することが可能になる。また、位置補正手段は距離計測手段によって計測された距離に基づいて初期位置ラインを通過する際におけるビークルの位置を特定する。こうしてビークルの位置が特定できるので、基準局が不要になってコストを低く抑えられる。

（２）解決手段２は、解決手段１に記載した移動局の走行軌跡計測装置であって、位置補正手段は、特定した位置に基づいて移動局によって計測した走行軌跡にかかる全ての位置を補正することを要旨とする。

解決手段２によれば、移動局によって計測されたビークルの走行軌跡は全ての位置が位置補正手段によって補正される。この補正により、絶対位置（例えば地球座標系の座標値）からなるビークルの走行軌跡を地図上に重ね合わせて表示することが可能になる。

（３）解決手段３は、解決手段１または２に記載した移動局の走行軌跡計測装置であって、距離計測手段は、ビークルの所定位置および地上の所定位置のうちでいずれか一方に備える反射部材と、他方に備える発光器および受光器と、前記発光器で発光してから前記反射部材で反射して前記受光器で受光するまでに要する時間を測って距離を求める距離算出手段とを有することを要旨とする。

解決手段３によれば、距離算出手段は発光器で発した光が反射部材を反射して受光器に受光されるまでの時間に基づいて、ビークルの所定位置と地上の所定位置との間の距離を求める。こうして求められる距離は精度が高いので、位置補正手段によって補正されるビークルの走行軌跡もまた精度を高めることができる。
なお、距離計測手段は光を利用して距離を求めたが、他の物理的手段を利用して距離を求めてもよい。他の物理的手段としては、例えば音波（特に超音波）を利用して距離を求める手段などが該当する。

（４）解決手段４は、解決手段１から３のいずれか一項に記載した移動局の走行軌跡計測装置であって、道路地図データを含む地図データが記憶された地図データ記憶手段と、前記地図データ記憶手段に記憶された地図データと、初期位置ラインを通過する際におけるビークルの位置を基準として位置補正手段によって補正された走行軌跡とを重ね合わせて表示する地図軌跡表示手段とを有することを要旨とする。

「道路地図データ」には、一般道路，高速道路，自動車専用道路に関する地図データのほか、サーキットコースやトレーニングコース等のように敷地内に設けられた道路に関する地図データを含む。「表示」は、例えば画面表示や印刷等が該当する。

解決手段４によれば、地図軌跡表示手段は初期位置ラインを通過する際におけるビークルの位置を基準として位置補正手段によって補正された走行軌跡とを重ね合わせて表示する。したがって、実際の走行軌跡とほぼ同じ走行軌跡を表示することが可能になる。

本発明によれば、初期位置ラインを通過する際におけるビークルの位置を特定できるので、基準局が不要になってコストを低く抑えられる。また、特定された位置に基づいてビークルの走行軌跡が補正されるので、ビークルの走行軌跡を地図上に重ね合わせて表示することが可能になる。

本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図５を参照しながら説明する。

まず図１には、本発明にかかる走行軌跡計測装置の構成例を模式的に表す。走行軌跡計測装置は、移動局１４，距離計測手段２４，サーバー２６などを有する。移動局１４は自動車や船舶，飛行機等のようなビークルに搭載されるのに対し、距離計測手段２４の一部（本例では反射部材２２）が地上の所定位置に固定される。ビークルは交通移動体を意味し、本例では自動車１２が該当する。

移動局１４は、ＧＰＳ衛星群１０（すなわち４つ以上のＧＰＳ衛星）からそれぞれ発信されるＧＰＳ信号等に基づいて自動車１２の走行軌跡を計測する。図示しないが、移動局１４は例えばＧＰＳ受信部，データ処理部，ＩＭＵ測定装置，データ送信部などを有する。ＧＰＳ受信部は、ＧＰＳ衛星群１０からそれぞれ発信されるＧＰＳ信号を受信する。ＩＭＵ測定装置は、自動車１２の姿勢角や加速度等を検出する。データ処理部はＩＭＵ測定装置で検出した姿勢角や加速度等に基づいて走行軌跡（相対移動量や絶対移動量等）を求める。データ送信部は、データ処理部が求めた走行軌跡や後述する距離計１６が求めた距離等を含む諸データをサーバー２６に送信する。

距離計測手段２４は、距離計１６，発光器１８，受光器２０，反射部材２２などからなる。発光器１８（光源）は光（例えばレーザー光）を発光する。本例では、反射部材２２を確実に捉えるために常時発光する。受光器２０は反射部材２２で反射された光を受光する。反射部材２２は発光器１８が発した光を反射する機能を有し、地上の所定位置（本例は走行コースＣの脇）に設置されている。よって、地球座標系の座標値が予め分かっており、反射部材２２が光を反射可能なラインが一点鎖線で表す初期位置ラインＬになる。距離計１６は発光器１８および受光器２０を有し、発光器１８で発光してから反射部材２２で反射して受光器２０で受光するまでに要する時間を測って距離Ｗを求める。よって、距離計１６は距離計測手段に相当する。なお、距離計１６と移動局１４との間はデータを送受信可能に構成されている。

サーバー２６は建物等に設置され、位置補正手段２８，地図データ記憶手段３０，地図データ記憶手段３０などを有する。位置補正手段２８は、距離計測手段２４（具体的には距離計１６）によって計測された距離Ｗに基づいて初期位置ラインＬを通過する際における自動車１２の位置を特定し、特定した位置に基づいて移動局１４によって計測した走行軌跡の計測開始位置を補正する。地図データ記憶手段３０には、地図データ３２が記憶されている。本例の地図データ３２は敷地内に設けられた走行コースＣ（トレーニングコースに相当する。）に関するデータである。地図軌跡表示手段３４は、地図データ記憶手段３０に記憶された地図データ３２と、位置補正手段２８によって補正された走行軌跡とを重ね合わせて表示する。

端末機３６は移動局１４と通信可能に構成され、移動局１４に対して計測の開始や終了等を指示する。この端末機３６は携帯可能な装置（例えばＰＤＡや携帯電話機等）で構成するのが望ましい。

上述のように構成された走行軌跡計測装置において、自動車１２の走行軌跡を計測して補正し、さらには必要に応じて地図データ上に補正した走行軌跡を重ね合わせて表示するための処理について図２を参照しながら説明する。図２には走行軌跡計測処理の手続き例をフローチャートで表す。本例では、移動局１４でステップＳ１０〜ステップＳ１８が実行され、サーバー２６でステップＳ２０，Ｓ２２が実行される。

図２に表す走行軌跡計測処理では、まず端末機３６から開始指令を受け、かつ自動車１２が走行を開始するまで待機する（ステップＳ１０でＮＯ）。自動車１２が走行を開始すると（ステップＳ１０でＹＥＳ）、移動局１４はＧＰＳ衛星群１０からそれぞれ発信されるＧＰＳ信号等に基づいて自動車１２の走行軌跡を計測する〔ステップＳ１２〕。計測方法は周知であるので省略するが、例えばタイムディファレンシャルＧＰＳ測位方式によって行う。計測された走行軌跡のデータは、移動局１４のデータ送信部を通じてサーバー２６に送られる。ステップＳ１２の計測は、自動車１２が走行を終了（停止）して上記端末機３６から終了指令を受けるまで継続して行われる（ステップＳ１４，Ｓ１８でＮＯ）。

走行途中に自動車１２が初期位置ラインＬを通過すると、すなわち発光器１８から発した光が反射部材２２を反射して受光器２０で受光すると（ステップＳ１４でＹＥＳ）、距離計１６は自動車１２の所定位置（発光器１８等が設置された部位）と反射部材２２との間の距離Ｗを算出する〔距離算出手段に相当する；ステップＳ１６〕。算出された距離Ｗのデータは、移動局１４のデータ送信部を通じてサーバー２６に送られる。

その後、端末機３６から終了指令を受け、かつ自動車１２が走行を終了（停止）すると（ステップＳ１８でＹＥＳ）、ステップＳ１６で算出された距離Ｗに基づいて初期位置ラインＬを通過する際における自動車１２の位置（座標）を特定するとともに、当該特定した位置に基づいて移動局１４によって計測した走行軌跡を補正する〔ステップＳ２０〕。本例では、走行軌跡の計測開始位置のみを対象として補正を行う。こうした補正された走行軌跡を地図データ記憶手段３０に記憶された地図データ３２に重ね合わせて表示すると〔ステップＳ２２〕、走行コースＣをどのように走行したのかが一目瞭然に分かる。

ここで、上述したステップＳ２０の補正を実現するための計算例について、図３を参照しながら説明する。図３において、自動車１２は位置Ｐｓから計測を開始し、初期位置ラインＬを通過した後、走行コースＣを走行すると仮定する。また図３には、Ｎ軸（北方向），Ｅ軸（東方向）およびＨ軸（鉛直方向）からなる地球座標系と、ｘ軸，ｙ軸およびｚ軸からなる車両座標系とを併せて表示している。ただし、Ｈ軸およびｚ軸については図３の前後方向なので図示を省略している。平地の場合はＨ軸およびｚ軸に変化が無いので、以下では特に明示しない限りＨ軸およびｚ軸の記載を省略する。

地球座標系については図４（Ａ）に表すように、Ｎ軸（北方向）を基準とするＨ軸回りの方位角を回転角（姿勢角）ψとする。また、図３に表すように反射部材２２の設置位置を原点Ｐoeすなわち座標値（０，０）と仮定する。
車両座標系については図４（Ｂ）に表すように、ｘ軸回りを回転角（姿勢角）φとし、ｙ軸回りを回転角（姿勢角）θとし、ｚ軸回りを回転角ψとする。また、図３に表すように自動車１２に備えた移動局１４の設置位置を原点Ｐocすなわち座標値（０，０）と仮定する。

計測開始位置Ｐsの座標値を（Ｎs，Ｅs）とする。計測開始位置Ｐsから走行し始めた自動車１２が初期位置ラインＬを通過するとき、距離計１６によって距離Ｗを求められるので、当該距離Ｗに基づいて距離計１６の通過位置Ｐ_Fが求められる。通過位置Ｐ_Fの座標値（Ｎ_F，Ｅ_F）は距離Ｗを用いると、下記式（１）のように表される。
また本例では、距離計１６は移動局１４からみて距離「ｌ」だけ離れた位置Ｐｌに配置している。すなわち移動局１４を中心とするｘ軸上に距離計１６を配置しているので、座標値（lx，０）となる。よって初期位置ラインＬを通過するとき、移動局１４の位置Ｐｅは座標値（Ｎs＋Ｎo，Ｅs＋Ｅo）を用いると、下記式（２）のように表される。この式を整理して計測開始位置Ｐsを補正する式に変形すると、下記式（３）のように表される。

初期位置ラインＬを通過した後に走行コースＣを走行する自動車１２の走行位置Ｐtで計測された座標値を（Ｎt，Ｅt）とすると、地球座標系に補正した座標値は（Ｎs＋Ｎt，Ｅs＋Ｅt）になる。こうして補正された走行軌跡では、自動車１２は式（３）で表す計測開始位置Ｐsすなわち座標値（Ｎs，Ｅs）から走行を開始し、初期位置ラインＬを通過する際には式（１）で表す通過位置Ｐ_Fすなわち座標値（Ｎ_F，Ｅ_F）を通り、走行コースＣ上は走行位置Ｐtすなわち座標値（Ｎs＋Ｎt，Ｅs＋Ｅt）を通ることになる。

なお、上記では簡単のために二次元平面上の算出方法を説明したが、三次元空間における車両座標系から地球座標系への変換は下記式（４）に従って行えばよい。例えば自動車１２の走行位置Ｐtで計測された座標値を（Ｎt，Ｅt，Ｈt）とすると、地球座標系に変換して補正した座標値は（Ｎs＋Ｎt，Ｅs＋Ｅt，Ｈs＋Ｈt）になる。式中に表すΔ^-1は変換行列である。

上述のようにして求められた補正後の走行軌跡を、地図データ記憶手段３０に記憶された地図データ３２に重ね合わせて表示した例を図５に示す。図５の表示例では、走行コースＣ上の走行する自動車１２の走行軌跡Ｔが表示（画面表示や印刷等）されている。また、表示窓３２ａには走行途中における走行コースＣが部分的に拡大されて表示されている。本例では走行軌跡Ｔのみを表示しているが、移動局１４が自動車１２の走行に関する各種データ（例えば速度，加速度，慣性力等）を計測してサーバー２６に送信した場合には、これらのデータを併せて表示してもよい。

上述した実施の形態によれば、以下に表す各効果を得ることができる。
（１）移動局１４によって計測された自動車１２の走行軌跡は、位置補正手段２８によって計測開始位置Ｐsを補正した（図２のステップＳ２０を参照）。この補正により、計測開始位置Ｐsから相対位置で記録された自動車１２の走行軌跡を地図上に重ね合わせて表示できる（図５を参照）。また、位置補正手段２８は距離計測手段２４によって計測された距離Ｗに基づいて初期位置ラインＬを通過する際における自動車１２の位置を特定した（図２のステップＳ１８を参照）。こうして自動車１２の位置が特定できるので、基準局が不要になってコストを低く抑えられる。
なお、上述した実施の形態では計測開始位置Ｐs（初期位置ラインＬを通過する際における自動車１２の位置）を補正の対象としたが、走行軌跡の計測を一旦停止した後に再開するときの計測再開位置を補正の対象とした場合でも同様の作用効果が得られる。

（２）上述した実施の形態では、走行軌跡の計測開始位置Ｐsのみを対象として補正を行ったが、移動局１４によって計測された自動車１２の走行軌跡は全ての位置を対象として補正してもよい（図２のステップＳ２０を参照）。この補正により、絶対位置（例えば地球座標系の座標値）からなる自動車１２の走行軌跡を地図上に重ね合わせて表示できる。

（３）発光器１８で発した光が反射部材２２を反射して受光器２０に受光されるまでの時間に基づいて、自動車１２の所定位置（距離計１６が備えられた位置）と地上の所定位置（反射部材２２の設置位置）との間の距離Ｗを求めた（図２のステップＳ１６を参照）。こうして求められた距離Ｗは精度が高いので（誤差は２[cm]以下）、位置補正手段２８によって補正される自動車１２の走行軌跡もまた精度を高めることができる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

（１）上述した実施の形態では、距離計測手段２４は光を利用して、すなわち発光器１８，受光器２０および反射部材２２を用いて距離Ｗを求めたが（図３を参照）、他の物理的手段を利用して距離Ｗを求めてもよい。他の物理的手段としては、例えば音波（特に超音波）を利用して距離Ｗを求める手段などが該当する。他の物理的手段で距離Ｗを求めたとしても、従来よりも精度を高めながらも、自動車１２の走行軌跡を地図上に重ね合わせて表示できる。

（２）上述した実施の形態では、自動車１２に距離計１６を備え、走行コースＣの脇に反射部材２２を設置した（図１，図３を参照）。この形態に代えて、自動車１２に反射部材２２を備え、走行コースＣの脇に距離計１６を設置してもよい。また、発光器１８および受光器２０について、いずれか一方を自動車１２に備え、他方を走行コースＣの脇に設置してもよい。なお、走行コースＣの脇に代わる位置（例えば建物，電柱や鉄塔を含む柱，橋脚，ブリッジ等）に設置してもよい。いずれにせよ、発光器１８から発した光が反射部材２２で反射して受光器２０で受光できる構成であればよい。特に走行コースＣの脇やこれに代わる位置がビークル（自動車１２）よりも上方ならば、複数台の自動車１２がほぼ同時に初期位置ラインＬを通過しても、個別に距離Ｗを算出することができる。

（３）上述した実施の形態では、移動局１４に対して計測の開始や終了等を指示する装置として端末機３６を適用した（図１を参照）。この形態に代えて（あるいは加えて）、端末機３６の機能をサーバー２６の一部として構成したり、サーバー２６とは別個のサーバーやコンピュータで構成してもよい。いずれにせよ、移動局１４に対して指示可能な構成であればよい。こうすれば端末機３６に代わって（あるいは加わって）、サーバー２６等からも指示することが可能になる。

（４）上述した実施の形態では、地図データ３２は敷地内に設けられた走行コースＣに関するデータを適用した（図５を参照）。この形態に代えて（あるいは加えて）、敷地内に設けられた他の道路（例えばサーキットコース等）や、一般道路，高速道路，自動車専用道路に関するデータを適用してもよい。こうしたデータを適用することにより、実際に即した走行軌跡Ｔを画面表示や印刷等により表示することができる。

（５）上述した実施の形態では、車両座標系から地球座標系に座標変換を行って、地図データ３２に走行軌跡Ｔを重ね合わせて表示した（図５を参照）。この形態に代えて、地球座標系から車両座標系に座標変換を行って、地図データ３２に走行軌跡Ｔを重ね合わせて表示する構成としてもよい。この場合は、地図データ３２の特定点を自動車１２が初期位置ラインＬを通過する際の通過位置Ｐ_Fすなわち座標値（Ｎ_F，Ｅ_F）に位置合わせする必要がある。また、三次元空間における地球座標系から車両座標系への変換は下記式（５）に従って行えばよい。式中に表すΔは変換行列である。

（６）上述した実施の形態では、初期位置ラインＬを通過する際に特定した自動車１２の位置（座標）に基づいて計測開始位置Ｐsを補正した（図２のステップＳ２０を参照）。この形態に代えて（あるいは加えて）、異なる座標系の原点または基準点の照合に適用してもよい。例えば立体交差があるレーシングコースや走行コース等の道路において、立体交差下を通過して生じるサイクルスリップ回復後の始点座標の決定に使用できる。

走行軌跡計測装置の構成例を表す模式図である。 走行軌跡計測処理の手続き例を表すフローチャートである。 補正方法を説明する図である。 座標系の一例を表す図である。 地図データと走行軌跡とを重ね合わせて表示した例を表す図である。

符号の説明

１０ ＧＰＳ衛星群
１２ 自動車（ビークル）
１４ 移動局
１６ 距離計（距離算出手段を含む）
１８ 発光器
２０ 受光器
２２ 反射部材
２４ 距離計測手段
２６ サーバー
２８ 位置補正手段
３０ 地図データ記憶手段
３２ 地図データ
３４ 地図軌跡表示手段
３６ 端末機
Ｃ 走行コース
Ｌ 初期位置ライン
Ｔ 走行軌跡
Ｗ 距離
θ，φ，ψ 姿勢角
Ｐ_F 通過位置
Ｐs 計測開始位置
Ｐt 走行位置

Claims (4)

1. 自動車や船舶等のようなビークルに搭載され、ＧＰＳ衛星群から発信されるＧＰＳ信号等に基づいてビークルの走行軌跡を計測する移動局を備えた移動局の走行軌跡計測装置であって、
   地上の所定位置を基準として、走行中のビークルが初期位置ラインを通過する際に、当該ビークルとの距離を計測する距離計測手段と、
   前記距離計測手段によって計測された距離に基づいて前記初期位置ラインを通過する際におけるビークルの位置を特定し、特定した位置に基づいて前記移動局によって計測した走行軌跡の計測開始位置を補正する位置補正手段とを有する移動局の走行軌跡計測装置。
2. 請求項１に記載した移動局の走行軌跡計測装置であって、
   位置補正手段は、特定した位置に基づいて移動局によって計測した走行軌跡にかかる全ての位置を補正する移動局の走行軌跡計測装置。
3. 請求項１または２に記載した移動局の走行軌跡計測装置であって、
   距離計測手段は、ビークルの所定位置および地上の所定位置のうちでいずれか一方に備える反射部材と、他方に備える発光器および受光器と、前記発光器で発光してから前記反射部材で反射して前記受光器で受光するまでに要する時間を測って距離を求める距離算出手段とを有する移動局の走行軌跡計測装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載した移動局の走行軌跡計測装置であって、
   道路地図データを含む地図データが記憶された地図データ記憶手段と、
   前記地図データ記憶手段に記憶された地図データと、初期位置ラインを通過する際におけるビークルの位置を基準として位置補正手段によって補正された走行軌跡とを重ね合わせて表示する地図軌跡表示手段とを有する移動局の走行軌跡計測装置。

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