JP2011002324A - 位置検出装置および位置検出プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】位置検出装置1は、GPS受信機21、角速度センサ22および車速センサ23を含む検知部20からの情報に基づき自車位置および誤差分散を計算し、その計算した自車位置、誤差分散、および地図情報DB600に記憶された地図データを用いて、自車位置周辺の道路データについてマップマッチング処理を行う。そして、位置検出装置1は、マップマッチング処理を行った各道路データのマップマッチング候補点のうち、最も尤度の高い候補点を地図上の自車位置に選定することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
図1に示すように、本実施形態に係る位置検出装置1は、制御部10と、検知部20と、表示部30と、入出力部40と、通信部50と、補助記憶部60と、メモリ部70とを備えて構成される。
なお、この制御部10の機能は、例えば位置検出装置1の補助記憶部60に格納されたプログラムをCPU(Central Processing Unit)がメモリ部70に展開し実行することで実現される。
また、マップマッチング制御部120は、地図データ取得部(読出部)121と、マップマッチング候補計算部122と、最尤選定部123とを備えている。
地図情報DB600には、ノード(交差点、交差点から所定間隔毎に区切った点等)およびリンク(ノードとノードとを接続する道路)に関する情報が記憶される。
図2(a)は、地図情報DB600に格納されている道路データの構成を示している。
地図情報DB600は道路データの集まりとして構成され、道路データはノードからノードまでのリンク単位で構成される。各道路データは、道路を特定するリンクID、その道路リンクの存在するメッシュID、道路リンクの始端(始点)のノードIDとその緯度・経度情報、道路リンクの終端(終点)のノードIDとその緯度・経度情報、対象となる道路リンクに接続する数を示す接続道路リンク数、他の道路リンクと接続するノードのノードIDを示す接続ノードIDとその接続ノードに接続する道路リンクのリンクID、および対象となる道路リンクの詳細情報を含んで構成される。
詳細情報は、道路リンク長、道路種別、車線数、一方通行の有無、リンクの角度、規制速度、道路リンクを構成する補間点の数および各補間点の緯度・経度の位置情報を含んで構成される。道路リンク長とは、道路リンクの始点から終点までの長さである。道路種別とは、道路のクラスを表し、例えば、高速道は「1」、都市内高速道は「2」、国道・県道は「3」、市道は「4」、それ以外は「5」として設定される。車線数は、その道路に存在する車線数を表す。一方通行の有無は、例えば、一方通行の場合は「1」、両側通行が可能な場合は「0」と設定される。リンクの角度は、リンクの始点から終点までの角度を表す。補間点とは、始点から終点までの線分で表現される道路リンクの形状を詳細に設定するためのものであり、緯度・経度の情報で構成される。
図3は、本実施形態に係る位置検出装置1の全体の動作手順を示すフローチャートである。
以下、それぞれの処理について具体的に説明する。
図4は、本実施形態に係る自車位置計算部110が行う自車位置計算処理の動作手順を示すフローチャートである。また、図5は、本実施形態に係る自車位置計算部110が行う自車位置計算処理を説明するためのダイナミクスモデルを示す図である。
を時刻tの予測値とすると、予測値の算出は以下の(式1)で示される。
GPS受信機21から得られた時刻tにおける測定値である自車位置の経度および緯度をxg(t)、yg(t)、車両の進行方向の並進速度をvg(t)、方位をθg(t)、角速度センサ22で検出される角速度をwj(t)、車速センサ23で検出される車両の進行方向の並進速度をvp(t)とし、観測ベクトルをY(t)とする。このとき観測に基づく更新処理は(式4)のようになる。
図6は、本実施形態に係るマップマッチング制御部120が行うマップマッチング処理の動作手順を示すフローチャートである。
マップマッチング処理は、自車位置計算部110が計算した、時刻tにおける自車位置(自車の絶対位置)とその誤差共分散行列を用いて、最も確からしい道路リンク上の自車位置を決定する処理である。
なお、この尤度算出処理については、後記する尤度算出処理の実施形態1〜4において詳細に説明する。
次に、図6のステップS601における、マップマッチング制御部120内の地図データ取得部121が行う道路データ取得処理について図7を参照して説明する。
図7は、本実施形態に係る地図データ取得部121が行う道路データ取得処理の動作手順を示すフローチャートである。
始めに、誤差共分散行列Σc(t)から、誤差楕円の長軸、短軸を求める。これは、誤差共分散行列の固有値問題を解き、最大の固有値が得られるベクトルを長軸のベクトル、それ以外を短軸のベクトルとすることから求める。このとき軸に対応する固有値が軸方向の誤差分散に相当する。この固有値問題は(式7)を解くことにより得られる。
ここで、長軸のベクトルをX1(t)、短軸のベクトルをX2(t)、長軸のベクトルの固有値をλ1、短軸のベクトルの固有値をλ2とする。自車位置計算部110においてカルマンフィルタを使用したため、自車位置の存在確率は、自車の絶対位置Xc(t)を中心とした2次元の正規分布になる。よって、正規分布の中心からの距離に応じて、自車位置の存在確率が決定できる。例えば中心からの距離が、標準偏差×1の場合、存在確率はおよそ68.3%、標準偏差×3の場合、99.7%となる。
図9は、本実施形態に係る地図データ取得部121が行うメッシュ探索処理の動作手順を示すフローチャートである。
この距離は例えば、予め設定しておいた確率の閾値から求めることができる。この長軸および短軸方向は、平均値が自車位置Xc(t)、
標準偏差が長軸の場合は、
短軸の場合は、
の正規分布となる。
次に、図6のステップ602におけるマップマッチング候補計算部122による尤度算出処理について説明する。
マップマッチング制御部120のマップマッチング候補計算部122は、始めに自車位置を道路リンク上へ射影する。この射影の方法は、例えば自車位置から道路リンクへ垂線を下ろし、垂線と道路リンクとの交点を道路上の自車位置とする方法である。
図10に示すように、道路リンクの始点の座標をXs(sx、sy)、終点の座標をXe(ex、ey)とし、道路リンクの方位をα、道路リンクと自車位置の角度をβ、道路上の自車位置を表す位置ベクトルをXl(t)とする。そして、道路上の自車位置は以下の(式8)で求めることができる。
次に、図6のステップ602におけるマップマッチング候補計算部122による尤度算出処理の実施形態2について説明する。
本実施形態2に係る尤度算出処理は、自車の絶対位置から、誤差楕円の長軸または短軸と道路リンクとの交点までのマハラノビス距離を求め、そのマハラノビス距離が最も短い点を、道路上の自車位置として決定し、その尤度を道路上の自車位置の尤度とする。
図11に示すように、道路リンクと誤差楕円の長軸または短軸の交点を、道路上の自車位置の座標Xl(t)とする。また、長軸、短軸と道路リンクとの交点が存在しない場合は、道路リンクの始点または終点で距離の近い方を道路上の自車位置として採用する。
係数k1が0以上1以下の場合(ステップS1205→Yes)、マップマッチング候補計算部122は、長軸との交点となる道路上の自車位置をマップマッチング候補点とする(ステップS1206)。
係数k2が0以上1以下の場合(ステップS1207→Yes)、マップマッチング候補計算部122は、短軸との交点となる道路上の自車位置をマップマッチング候補点とする(ステップS1208)。
一方、係数k2が0以上1以下でない場合(ステップS1207→No)、誤差楕円の長軸と短軸との交点が存在しないため、マップマッチング候補計算部122は、自車の絶対位置Xc(t)と道路リンクの始点、終点のマハラノビス距離を求め、最小となる方の道路上の自車位置をマップマッチング候補点とする(ステップS1209)。
次に、図6のステップS602におけるマップマッチング候補計算部122による尤度算出処理の実施形態3について説明する。
本実施形態3に係る尤度算出処理は、道路リンクが誤差楕円内に存在するか否かを判定し、誤差楕円内に存在する場合は、その誤差楕円内に存在する道路リンクにおいて、最も確率の高い点を、道路上の自車位置として決定し、その尤度を道路上の自車位置の尤度とする。
この尤度算出処理においては、始めに誤差楕円と対象となる道路リンクの交点を求める。ここでの誤差楕円の長軸、短軸の長さはそれぞれの標準偏差の3倍とし、存在確率は99.7%となる。
図13(b)は、道路リンクのノードの一方が誤差楕円に含まれる場合を示している。始点側が誤差楕円に含まれる場合は、始点側の交点の座標Ps(t)はXs(t)と同じになる。また、終点側が含まれる場合も同様である。
図13(c)は、誤差楕円と直線が接する場合である。このとき最も存在確率の高い点は接点になるため、この接点が道路上の自車位置となる。
次に、マップマッチング候補計算部122は、(式14)の係数kを0に設定する(ステップS1402)。
続いて、マップマッチング候補計算部122は、係数kに所定の数値ε(<1)を加え、(式14)から候補点の座標を求める(ステップS1403)。
そして、マップマッチング候補計算部122は、自車の絶対位置Xc(t)と候補点とのマハラノビス距離を算出する(ステップS1404)。
次に、マップマッチング候補計算部122は、係数kが1を超えたかどうかを判定する(ステップS1405)。そして、係数kが1を超えていない場合(ステップS1405→No)、ステップS1403へ戻り処理を続ける。一方、係数kが1を超えた場合(ステップS1405→Yes)、次のステップS1406へ進む。
このようにすることで、マップマッチング候補計算部122は、マハラノビス距離が最小となるマップマッチング候補点を決定し、そのマハラノビス距離に基づく尤度を設定することができる。
次に、図6のステップS602におけるマップマッチング候補計算部122による尤度算出処理の実施形態4について説明する。
本実施形態4に係る尤度算出処理は、道路リンクの車線情報や、道路種別の情報から、道路リンクの幅Xwを求め、道路リンクとその幅Xwと自車の絶対位置の情報とから道路上の自車位置を決定する。この道路リンク幅Xwは、例えば、道路車線別の1車線あたりの道路幅をあらかじめ定義しておくことで、道路リンクの車線情報から得られる車線数との積で求めることができる。
図15(a)は、自車の絶対位置Xc(t)から道路リンクへの垂線の足を下ろした点を道路上の自車位置Xl(t)とし、道路リンク幅Xwのときのマップマッチング処理を示している。
図15(b)に示すように、自車の絶対位置を中心として、道路リンクへの垂線方向にXc_x軸を、道路リンクと並行にXc_y軸をとる。誤差楕円は自車の絶対位置Xc(t)を中心に正規分布をとる。Xc(t)から垂線の足までの距離はLとする。リンクの分布関数は(式15)のように定義する。
次に、マップマッチング候補計算部122は、ステップS1601で求めた道路リンクの幅Xwから道路リンクの分布関数を求める(ステップS1602)。
続いて、マップマッチング候補計算部122は、自車の絶対位置Xc(t)から道路リンクへ垂線の足を下ろした点である道路上の自車位置Xl(t)を求める(ステップS1603)。
そして、マップマッチング候補計算部122は、誤差楕円と道路リンクの分布関数の重複する面積を求めて、その面積を尤度とする(ステップS1604)。
この面積は、誤差楕円の正規分布と道路リンクの分布関数との交点を求めることで、算出することができる。
また、地図情報に誤差が含まれる場合、図17に示すように、道路の分布関数の誤差を考慮したものにしてもよい。図17は、マップマッチング候補計算部122が行う尤度算出処理の実施形態4の変形例を、誤差楕円を用いて説明するための図である。
図17(b)に示すように、自車の絶対位置を中心として、道路リンクへの垂線方向にXc_x軸を、道路リンクと並行にXc_y軸をとる。誤差楕円は自車の絶対位置Xc(t)を中心に正規分布をとる。このとき道路リンクの分布関数は(式16)のようになる。
なお、(式16)の他に、道路リンクの分布関数は、道路リンクを中心とした正規分布でもよい。また、候補となる道路上の自車位置を、長軸、短軸と道路リンクとの交点とする場合も、(式11)を用いることで同様に算出できる。
図6に戻り、ステップS604において、最尤選定部123は、ステップS602で各道路リンクにおいて算出した尤度を全て比較し、最大尤度となる道路リンクのマップマッチング候補点を、道路上の自車位置と選定する。そして、道路上の自車位置に関する情報と最大尤度となる道路リンクの情報をメモリ部70の自車位置情報700に記憶する。
この自車位置情報700は、マップマッチング制御部120により算出された道路上の自車位置の情報を記憶する。
そして、経路誘導、交通情報の取得、周辺施設の検索等において必要な道路上の自車位置に関する情報は、この自車位置情報700の情報が利用される。
10 制御部
20 検知部
21 GPS受信機
22 角速度センサ
23 車速センサ
30 表示部
40 入出力部
50 通信部
60 補助記憶部
70 メモリ部
110 自車位置計算部(位置算出部)
120 マップマッチング制御部
121 地図データ取得部(読出部)
122 マップマッチング候補計算部
123 最尤選定部
130 表示制御部
600 地図情報DB
700 自車位置情報
Claims (6)
- 道路情報を含む地図情報を記憶する記憶部と、
移動体の現在位置を算出するための情報を検知する検知部と、
前記検知部で検知された情報から移動体の位置および前記検知部で検知された情報から移動体の誤差に関わる分散を算出する位置算出部と、
前記位置算出部で算出された移動体の位置に関わる道路の道路情報を前記記憶部から読み出す読出部と、
前記位置算出部によって算出された移動体の位置および前記位置算出部によって算出された移動体の誤差に関わる分散と、前記読出部によって読み出された道路情報と、から道路上に移動体が存在する存在確率を算出する存在確率算出部と、
前記存在確率算出部で算出された存在確率のうち、最も存在確率が高い位置を選択する選択部と、
前記選択部で選択した位置を移動体の位置とするマップマッチング処理部と、
を備えることを特徴とした位置検出装置。 - 道路情報を含む地図情報を記憶する記憶部と、
移動体の現在位置を算出するための情報を検知する検知部と、
前記検知部で検知された情報から移動体の位置および前記検知部で検知された情報から移動体の誤差に関わる分散を算出する位置算出部と、
前記位置算出部で算出された移動体の位置に関わる道路の道路情報を前記記憶部から読み出す読出部と、
移動体の位置を中心とした楕円状の誤差分散を算出する誤差分散算出部と、
前記誤差分散算出部で算出された楕円状の誤算分散について、少なくとも長軸または短軸を算出する軸算出部と、
前記読出部によって読み出された道路情報と、少なくとも前記軸算出部で算出された長軸または短軸と、の交点を算出する交点算出部と、
前記交点算出部で算出された交点と、移動体の位置と、から存在確率を算出する交点存在確率算出部と、
前記交点存在確率算出部で算出された存在確率のうち、最も存在確率が高い位置を選択する選択部と、
前記選択部で選択した位置を移動体の位置とするマップマッチング処理部と、
を備えることを特徴とした位置検出装置。 - 道路情報を含む地図情報を記憶する記憶部と、
移動体の現在位置を算出するための情報を検知する検知部と、
前記検知部で検知された情報から移動体の位置および前記検知部で検知された情報から移動体の誤差に関わる分散を算出する位置算出部と、
前記位置算出部で算出された移動体の位置に関わる道路の道路情報を前記記憶部から読み出す読出部と、
移動体の位置を中心とした誤差に関わる分散を算出する誤差分散算出部と、
前記読出部で読み出された道路情報から道路分布関数を算出する道路分布関数算出部と、
前記誤算分散算出部で算出された誤差に関わる分散と、前記道路分布関数算出部で算出された道路分布関数と、が重複している部分を抽出する重複部分抽出部と、
前記重複部分抽出部で抽出された重複部分に基づいて、移動体の位置を決める移動体マッチング処理部と、
を備えることを特徴とした位置検出装置。 - 移動体の位置を決定する位置検出装置のコンピュータで実行される位置検出プログラムであって、
前記コンピュータに、
道路情報を含む地図情報を記憶するステップと、
移動体の現在位置を算出するための情報を検知するステップと、
前記検知された情報から移動体の位置および前記検知された情報から移動体の誤差に関わる分散を算出するステップと、
前記算出された移動体の位置に関わる道路の道路情報を前記記憶された地図情報から読み出すステップと、
前記算出された移動体の位置および前記算出された移動体の誤差に関わる分散と、前記読み出された道路情報と、から道路上に移動体が存在する存在確率を算出するステップと、
前記算出された存在確率のうち、最も存在確率が高い位置を選択するステップと、
前記選択した位置を移動体の位置とするステップと、
を実行させることを特徴とする位置検出プログラム。 - 移動体の位置を決定する位置検出装置のコンピュータで実行される位置検出プログラムであって、
前記コンピュータに、
道路情報を含む地図情報を記憶するステップと、
移動体の現在位置を算出するための情報を検知するステップと、
前記検知された情報から移動体の位置および前記検知された情報から移動体の誤差に関わる分散を算出するステップと、
前記算出された移動体の位置に関わる道路の道路情報を前記記憶された地図情報から読み出すステップと、
移動体の位置を中心とした楕円状の誤差分散を算出するステップと、
前記算出された楕円状の誤算分散について、少なくとも長軸または短軸を算出するステップと、
前記読み出された道路情報と、少なくとも前記算出された長軸または短軸と、の交点を算出するステップと、
前記算出された交点と、移動体の位置と、から存在確率を算出するステップと、
前記算出された存在確率のうち、最も存在確率が高い位置を選択するステップと、
前記選択した位置を移動体の位置とするステップと、
を実行させることを特徴とする位置検出プログラム。 - 移動体の位置を決定する位置検出装置のコンピュータで実行される位置検出プログラムであって、
前記コンピュータに、
道路情報を含む地図情報を記憶するステップと、
移動体の現在位置を算出するための情報を検知するステップと、
前記検知された情報から移動体の位置および前記検知された情報から移動体の誤差に関わる分散を算出するステップと、
前記算出された移動体の位置に関わる道路の道路情報を前記記憶された地図情報から読み出すステップと、
移動体の位置を中心とした誤差に関わる分散を算出するステップと、
前記読み出された道路情報から道路分布関数を算出するステップと、
前記算出された誤差に関わる分散と、前記算出された道路分布関数と、が重複している部分を抽出するステップと、
前記抽出された重複部分に基づいて、移動体の位置を決めるステップと、
を実行させることを特徴とする位置検出プログラム。
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