JP2015190871A - ナビゲーション装置、及びフリー状態判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】不要なフリー状態の継続を防止すること。【解決手段】マップマッチ処理により求めた地図データの道路のリンク上のマップマッチ位置に車両２の現在位置を表示するマッチ状態と、前記マップマッチ処理されていない位置に前記車両２の現在位置を表示するフリー状態とを、所定の状態判定条件に基づいて遷移するナビゲーション装置１において、勾配θを得る自車状態推定部２０を備え、前記所定の状態判定条件に基づく前記フリー状態への遷移が繰り返される場合、前記車両２の走行中に得られている勾配θのばらつきの状態に応じて前記マッチ状態に遷移する構成とした。【選択図】図４

Description

本発明は、ナビゲーション装置、及びフリー状態判定方法に関する。

車両等の移動体に用いられるナビゲーション装置では、移動体の現在位置と進行方向を地図と重ね合わせてモニタに表示する、いわゆるロケータ機能を有している。このロケータ機能の実行において、地図データの道路のリンク上の現在位置を求めるマップマッチ処理を行うナビゲーション装置も知られている。マップマッチ処理においては、リンク上で求める車両の現在位置は「マップマッチ位置」とも呼ばれている。

また車両に用いられるナビゲーション装置のマップマッチ処理では、デッドレコニングに用いられる車速センサ及びジャイロセンサや、ＧＰＳ受信装置などの測位手段に基づいて測位された自車位置（例えば、「推定位置」などと呼ばれる。）及び自車方位と、地図データとが用いられている。そして、例えば、推定位置とリンク上の候補位置との位置誤差や、自車方位とリンク方位との方位誤差が所定のマップマッチ条件を満たす（すなわち、所定の誤差閾値以下となる）リンクが、マップマッチ対象として選択される。

また、ナビゲーション装置では、現在位置を示す画像（例えば、「カーマーク」と呼ばれる。）を表示する際、マップマッチ位置に表示するか、マップマッチ位置ではなく自車位置（測位による位置）に表示するかの判定（以下、「フリー状態判定」とも呼ぶ。）が行われている。なお、マップマッチされている表示状態を「マッチ状態」、マップマッチされていない表示状態を「フリー状態」とも呼ぶ。
そして、ロケータ機能の実行時には、フリー状態判定の判定結果に基づいてマッチ状態とフリー状態と遷移し、現在位置のカーマークが現実に即した地図上の位置に表示されるようにしている。

このフリー状態判定の手法は、例えば、上記位置誤差や方位誤差などの自車両の各パラメータを所定の状態判定条件とした条件判定によって行われている。例えば地図データ上に記録されていない道路や駐車場等の建造物、私有地等を走行している場合、自車位置、及び自車方位と、マップマッチ対象のリンクとの間の位置誤差、及び方位誤差が大きくなる。この場合、位置誤差、及び方位誤差が上記状態判定条件に用いられる所定の許容値を超えているときには、フリー状態判定においてフリー状態と判定され、自車位置のカーマークがマップマッチ位置ではなく、そのまま自車位置に表示される。
これにより、例えば駐車場内を走行している場合などに、車両が走行していない道路にカーマークが重ねて表示されてしまう等の不都合が防止されるようになっている。

特開２０１１−２３２４号公報

ところで、従来のマップマッチ処理、及びフリー状態判定の手法は、リンクのデータが持つ方位、及び位置の精度やデッドレコニングの精度に影響されるため、これらの精度を考慮して、マップマッチ対象のリンクの選択、及びフリー状態判定をする必要がある。
しかしながら、地図データにあっては、道路属性として一般道として収録されているリンクでさえも、リンク自体が含む位置誤差、及び方位誤差が一様ではない。このため、リンクの位置誤差、及び方位誤差を一定値として見なしてマップマッチ処理、及びフリー状態判定が行われると、マップマッチ対象のリンクが適切に選択されず、またフリー状態判定が誤判定されることがある。
特にフリー状態判定の誤判定により、フリー状態が不要に継続されると、経路案内や経路誘導といったナビゲーションに支障が生じる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、不要なフリー状態の継続を防止できるナビゲーション装置、及びフリー状態判定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、マップマッチ処理により求めた地図データの道路のリンク上のマップマッチ位置に車両の現在位置を表示するマッチ状態と、前記マップマッチ処理されていない位置に前記車両の現在位置を表示するフリー状態との間を、所定の状態判定条件に基づいて遷移するナビゲーション装置において、勾配を得る勾配取得部を備え、前記所定の状態判定条件に基づく前記フリー状態への遷移が繰り返される場合、前記車両の走行中に得られている勾配のばらつきの状態に応じて前記マッチ状態に遷移することを特徴とする。

本発明によれば、不要なフリー状態の継続が防止される、という効果を奏する。

本発明の実施形態に係るナビゲーション装置の概略図である。 地図ＤＢの概略図である。 制御装置の機能構成の概略図である。 フリー状態判定部の機能的構成の概略図である。 フリー状態判定処理のフローチャートである。 （Ａ）は起伏に富んだ地形に作られた道路を走行するときの勾配の変化を説明するための図であり、（Ｂ）は当該道路の走行中に検出される勾配の分布の傾向を説明する概略図である。 （Ａ）は下り坂の道路を走行するときの勾配の変化を説明するための図であり、（Ｂ）は当該道路の走行中に検出される勾配の分布の傾向を説明する概略図である。 （Ａ）は高低差を有した建造物内を走行しているときの勾配の変化を説明するための図であり、（Ｂ）は当該道路の走行中に検出される勾配の分布の傾向を説明する概略図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るナビゲーション装置１の概略図である。
このナビゲーション装置１は、車両２（例えば図６）に搭載される車載型の機器として構成され、同図に示すように、制御装置１００と、ディスプレイ１１０と、入力装置１２０（タッチパネル１２１、ハードスイッチ１２２）と、音声入出力装置１３０（スピーカ１３１、マイクロフォン１３２）と、記憶装置１４０と、インタフェース（Ｉ／Ｆ）装置１５０と、車速センサ１６０と、ジャイロセンサ１６１と、ＧＰＳ（Ｇｒｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信装置１６２と、ＦＭ放送受信装置１７０と、ビーコン受信装置１７１と、通信装置１７２と、車内通信装置１８０と、を備える。

制御装置１００は、所定のプログラムを実行してナビゲーション装置１の各種デバイスを統合的に制御し、経路案内機能や経路誘導機能といった、ナビゲーション装置としての様々な機能を実現するユニットである。

制御装置１００は、例えば、各種演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０１と、実行対象のプログラムやデータを格納するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０２と、プログラムやデータを予め格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１０３と、他のデバイスを制御するためのインタフェース（Ｉ／Ｆ）１０４と、を備える。

ディスプレイ１１０は、制御装置１００によって生成されたグラフィックス情報を表示するユニットである。ディスプレイ１１０は、例えば、液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、有機ＥＬディスプレイ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｄｉ ｓｐｌａｙ）などである。

入力装置１２０は、ユーザの指示をユーザの操作により受け付けるためのユニットである。入力装置１２０は、タッチパネル１２１、ハードスイッチ１２２などで構成される。

タッチパネル１２１は、例えば、ディスプレイ１１０の表示面に貼られた透過性のある操作パネルである。タッチパネル１２１は、例えば、ディスプレイ１１０に表示された画像のＸＹ座標と対応したタッチ位置を特定し、タッチ位置を座標に変換して制御装置１００に出力する。タッチパネル１２１は、例えば、感圧式または静電式の入力検出素子などにより構成される。ハードスイッチ１２２は、例えば、ダイヤルスイッチ、スクロールキー、キーボード、ボタンなどである。

音声入出力装置１３０は、音声出力装置としてスピーカ１３１と、音声入力装置としてマイクロフォン１３２とを備える。スピーカ１３１は、制御装置１００で生成された音声信号を出力する。マイクロフォン１３２は、ユーザその他の搭乗者から発せられた音声などのナビゲーション装置１の外部の音声を取得し、制御装置１００に出力する。

スピーカ１３１とマイクロフォン１３２とは、例えば、車両の所定の部位に、別個に配置されている。スピーカ１３１とマイクロフォン１３２とは、一体の筐体に収納されていてもよい。また、ナビゲーション装置１は、スピーカ１３１およびマイクロフォン１３２を、それぞれ複数備えていてもよい。

記憶装置１４０には、制御装置１００が各種処理を実行するために必要なプログラムやデータが格納される。これらの情報は、例えば、ＣＰＵ１０１によってＲＡＭ１２０上に読み出されて使用される。記憶装置１４０は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）により構成される。記憶装置１４０は、ＤＶＤ−ＲＯＭなどの可搬型の記憶媒体を読み出すドライブ、フラッシュＲＯＭ、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）などであってもよい。

記憶装置１４０には、例えば、図２（地図ＤＢ１４００の概略図）に示すような地図ＤＢ（Ｄａｔａｂａｓｅ＝データベース）１４００が格納される。地図ＤＢ１４００は、地図上の区画された領域であるメッシュの識別コード（メッシュＩＤ）１４１０ごとに、そのメッシュ領域に含まれる道路を構成する各道路のリンクのリンクデータ１４１１を含む。リンクデータ１４１１は、リンクの識別コード（リンクＩＤ）１４１２ごとに、当該リンクを構成する２つのノード（開始ノード及び終了ノード）の座標情報１４１３、当該リンクを含む道路の種別（例えば、有料道路、一般道路など）を示す種別情報１４１４、当該リンクの長さを示すリンク長情報１４１５、当該リンクのリンク旅行時間１４１６、前記２つのノードにそれぞれ接続するリンクのリンクＩＤ（接続リンクＩＤ）１４１７、を含む。当咳リンクの方位を示すリンク方位情報、当該リンクを含む道路の道路幅を示す道路幅情報、などを含んでいてもよい。

なお、上記の地図ＤＢ１４００の構成は、一例であり、上記の構成に限られない。また、一般的な地図ＤＢに含まれる情報を排除するものではない。例えば、地図ＤＢ１４００には、施設情報、地図描画データ、施設などの地図構成物の画像データなどが含まれていてもよい。

図１に戻って、Ｉ／Ｆ装置１５０は、携帯端末や可搬型の記憶媒体などの外部デバイスと接続して、情報の送受信を行う装置である。Ｉ／Ｆ装置１５０は、例えば、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）インタフェースである。

車速センサ１６０、ジャイロセンサ１６１、ＧＰＳ受信装置１６２、及び加速度センサ１６３は、車両２の位置等の車両情報を検出、測定するために使用され、これらの全部、或いは複数を組み合わせて、車両２の位置を測位する機能部が構成されている。これらは、車内通信装置１８０及び車内通信ネットワーク（不図示）を介して制御装置１００に接続されてもよい。

車速センサ１６０は、車速を算出するために用いる車速データを出力するセンサである。ジャイロセンサ１６１は、光ファイバジャイロや振動ジャイロ等で構成され、移動体の回転による角速度を検出するセンサである。ＧＰＳ受信装置１６２は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信し、移動体とＧＰＳ衛星間の距離とその距離の変化率を３個以上の衛星に対して測定することで、車両２の現在位置や進行速度を測定する。また加速度センサ１６３はＧセンサとも呼ばれ、車両２の前後方向の加速度に応じた信号を出力する。

これら車速センサ１６０、ジャイロセンサ１６１、ＧＰＳ受信装置１６２、及び加速度センサ１６３で検出された各種データは、制御装置１００に送られて使用される。
特に、制御装置１００は、加速度センサ１６３の出力に応じた検出加速度から車両２の走行の実加速度を引くことで、道路の勾配を計算によって求めており、加速度センサ１６３と制御装置１００とによって、走行時の勾配を取得する機能部が構成されている。

ＦＭ放送受信装置１７０は、ＦＭ放送局から送られる電波を受信する。ＦＭ放送受信装置１７０は、例えば、概略現況交通情報、規制情報、ＳＡ／ＰＡ（サービスエリア／パーキングエリア）情報、災害情報などを受信する。

ビーコン受信装置１７１は、道路に設置されたビーコン装置から送られる電波を受信する装置である。ビーコン受信装置１７１は、例えば、現況交通情報、規制情報、ＳＡ／ＰＡ情報、災害情報などを受信する。

通信装置１７２は、無線通信によりネットワークと接続し、情報の送受信を行う装置である。通信装置１７２は、例えば、ネットワーク上のサーバから、交通情報、規制情報、ＳＡ／ＰＡ情報、災害情報などを受信する。

車内通信装置１８０は、車内通信ネットワークと接続して通信を行う装置である。車内通信装置１８０は、例えば、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）（不図示）などと接続され、各種情報を受信する。車内通信ネットワークは、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）やＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）などの規格に準拠したネットワークである。

なお、図１のナビゲーション装置１の構成は、本願発明の特徴を説明するにあたって主要構成の一例を説明したのであって、上記の構成に限られない。また、一般的なナビゲーション装置が備える構成を排除するものではない。

図３は、制御装置１００の機能構成の概略図である。
図示するように、制御装置１００は、センサ情報処理部１０と、自車状態推定部２０と、マップマッチング処理部３０と、フリー状態判定部４０と、を有する。なお、制御装置１００は、この他にも、ディスプレイ１１０の表示を制御する表示制御部や、経路案内や経路探索をする経路誘導部などの一般的なナビゲーション装置が備える機能的構成を有している。
上記の各機能部は、例えば、記憶装置１４０に記憶されている所定のプログラムをＲＡＭ１０２にロードしてＣＰＵ１０１で実行することで実現可能である。

上記の所定のプログラムは、例えば、通信装置１７２を介してネットワークから、記憶装置１４０にダウンロードされ、それから、ＲＡＭ１０２上にロードされてＣＰＵ１０１により実行されるようにしてもよい。また、通信装置１７２を介してネットワークから、ＲＡＭ１０２上に直接ロードされ、ＣＰＵ１０１により実行されるようにしてもよい。また、例えば、Ｉ／Ｆ装置１５０に接続された記憶媒体から、記憶装置１４０あるいはＲＡＭ１０２にロードされるようにしてもよい。

センサ情報処理部１０は、所定のタイミングで（例えば、所定の走行距離ごとに）、車速センサ１６０、ジャイロセンサ１６１、ＧＰＳ受信装置１６２、及び加速度センサ１６３から出力される信号を取得し、それぞれの信号をデータ化し、車速検出データ、ジャイロ検出データ、ＧＰＳ受信データ、及び加速度検出データのそれぞれをＲＡＭ１０２のバッファ領域に保存する。

自車状態推定部２０は、センサ情報処理部１０によってＲＡＭ１０２のバッファ領域に保存された各データに基づいて、所定のタイミングで（例えば、所定の走行距離ごとに）、平面座標上の自車位置（推定位置）、自車方位、自車速度、路面傾斜角（道路の勾配）、及び高度変化量（相対置）といった、走行に伴って変化する自車状態に関するパラメータを算出して測定し、また各パラメータの誤差の共分散行列（以下、誤差共分散行列と言う）を求める。これらのパラメータ、及び誤差共分散行列の算出方法は既存の方法で実現できるため説明を省略する。

マップマッチング処理部３０は、自車状態推定部２０により算出された各パラメータ、及び誤差共分散行列と、地図ＤＢ１４００とを用いて、所定のタイミングで（例えば、所定の走行距離ごとに）、マップマッチ位置を特定する。

例えば、マップマッチング処理部３０は、地図ＤＢ１４００を参照して、自車状態推定部２０により算出された自車位置からの距離が予め設定された許容範囲内のリンクであって、かつ、自車状態推定部２０により算出された自車方位との方位誤差が予め設定された許容角度以内の１又は複数のリンクの候補を抽出し、各リンク上に候補位置を算出する。
そして、各候補位置について、当該自車方位と当該候補位置があるリンクのリンク方位との方位誤差と、当該自車位置から当該候補位置があるリンクまでの距離である位置誤差とに基づいて、所定の尤度関数を用いて当該候補位置の尤度を算出する。それから、各候補位置の尤度に基づいて、各候補位置の中から１つのマップマッチ位置を特定する。例えば、最も尤度の高い候補位置を、マップマップ位置として特定する。

フリー状態判定部４０は、車両走行時に間欠的に、マップマッチング処理部３０により算出されたマップマップ位置に現在位置を表示するか、自車状態推定部２０により算出された自車位置に表示するかのフリー状態判定を所定の状態判定条件の成否に基づいて行う。このフリー状態判定の判定タイミングは、地図上に表示した現在位置と、現実の位置との差によって経路案内や経路探索等のナビゲーションの信頼性に支障を生じさせない頻度で行われ、例えば走行距離が一定距離（例えば１０メートル等）に達するごとに行われる。

制御装置１００は、経路案内や経路誘導等のナビゲーション機能の実行には、地図、現在位置などの各種情報を、ディスプレイ１１０に出力して表示させる。例えば、制御装置１００は、所定のタイミングで（例えば、所定の走行距離ごとに）、自車状態推定部２０により算出された自車位置から所定範囲内の地図データを、地図ＤＢ１４００から取得し、表示する。また、制御装置１００は、ロケータ機能の実行時において、経路誘導する経路情報がある揚合は、当該経路情報を地図データに重ねて表示する。

また、制御装置１００は、少なくともロケータ機能を実行している間、フリー状態判定によりフリー状態と判定された場合、自車状態推定部２０により算出された自車位置に現在位置を例えばカーマーカ等で表示するフリー状態に遷移する。一方、マッチ状態と判定された場合、マップマッチング処理部３０により特定されたマップマップ位置に現在位置をカーマーカ等で表示するマッチ状態に遷移する。

なお、図３は、本願発明を理解容易にするために制御装置１００の機能構成を主な処理内容に応じて分類した概略図であり、制御装置１００の構成は、処理内容に応じてさらに多くの構成要素に分類することもできる。また、１つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。また、各構成要素の処理は、１つのハードウェアで実行されてもよいし、複数のハードウェアで実行されてもよい。また、各構成要素の処理は、１つのプログラムで実現されてもよいし、複数のプログラムで実現されてもよい。

次いでフリー状態判定部４０について更に詳述する。
図４は、フリー状態判定部４０の機能的構成の概略図である。
同図に示すように、フリー状態判定部４０は、自車状態取得処理部６０と、ＧＰＳ情報取得処理部６１と、マッチング情報取得処理部６２と、相対高度算出処理部６３と、勾配データ処理部６４と、フリー状態判定処理部６５と、を有し、これらはフリー状態判定のタイミングに合わせて動作する。

自車状態取得処理部６０は、上記自車状態推定部２０で算出された自車速度、路面傾斜角（道路の勾配）、及び高度変化量を取得する。自車速度に基づき、車両２が走行中か否か、及び走行距離が求められる。

ＧＰＳ情報取得処理部６１は、上記センサ情報処理部１０によってＲＡＭ１０２のバッファ領域に保存されたＧＰＳ受信データを取得し、このＧＰＳ受信データに基づいてＧＰＳ測位状態を示すデータを取得する。

ＧＰＳ測位状態を示すデータはＧＰＳ測位の精度の指標となるデータであり、ＧＰＳ測位情報のデータとして、このナビゲーション装置１では、ＧＰＳの連続測位回数、及び信号強度が用いられている。すなわち、ＧＰＳの連続測位回数が多いほど、また信号強度が大きいほど、ＧＰＳ測位状態は良好であり測位結果の精度が良いものと判定される。例えば、山間部やビル陰、立体駐車場、地下駐車場などではＧＰＳの信号強度が低下し受信され難くなりＧＰＳ測位状態は悪くなる傾向がある。

マッチング情報取得処理部６２は、マップマッチング処理部３０で算出された位置誤差、方位誤差、及びリンクに対する尤度を取得する。

相対高度算出処理部６３は、フリー状態に遷移している間、フリー状態の開始のタイミングの高度と現在の高度の相対値である相対高度を算出する。具体的には、相対高度算出処理部６３は、マッチ状態からフリー状態に遷移すると、マッチ状態に遷移するまで、自車状態取得処理部６０によって順次に取得される高度変化量（相対置）を、初期値がゼロの相対高度に加算して逐次に相対高度を更新し、マッチ状態に遷移するときには相対高度をゼロに初期化する。

勾配データ処理部６４は、上記自車状態推定部２０から取得した勾配情報をＲＡＭ１０２のバッファ領域に勾配データとしてバッファリングし、過去の規定回数分の勾配データに基づいて、車両が道路を走行中か否かを判定する。この判定については後に詳述する。
フリー状態判定処理部６５は、マッチング情報取得処理部６２で取得した位置誤差、方位誤差、及びＧＰＳ受信状態等の各パラメータが所定の状態判定条件を満たすか否かに基づいて、マッチ状態に遷移するか、或いはフリー状態に遷移するかのフリー状態判定を行う。

図５は、フリー状態判定処理のフローチャートである。
フリー状態判定部４０は、車両２が走行している間、相対高度算出処理部６３によって相対高度を逐次算出し（ステップＳａ１）、その一方で、フリー状態判定のタイミングが到来すると（ステップＳａ２）、上述の通り、位置誤差、方位誤差、及びＧＰＳ受信状態等の各パラ−メタを用いた所定の状態判定条件に基づいてフリー状態判定を行う（ステップＳａ３）。

フリー状態判定の結果がマッチ状態である場合（ステップＳａ４：マッチ状態）、フリー状態判定部４０はフリー状態判定の結果として「マッチ状態」を出力し（ステップＳａ５）、相対高度をゼロに初期化し（ステップＳａ６）、次のフリー状態判定のタイミングに備えて処理手順をステップＳａ１に戻す。
判定の結果が「マッチ状態」となることで、ナビゲーション装置１では、マップマッチング処理部３０がマップマッチ位置を特定し、マップマッチ位置に車両２の現在位置を地図上で重ねて表示する上記マッチ状態に遷移する。

一方、フリー状態判定の結果が「フリー状態」である場合（ステップＳａ４：フリー状態）、前回のフリー状態判定の結果が「フリー状態」であるか否か、すなわちフリー状態への遷移が繰り返し行われるか否かを判定する（ステップＳａ７）。なお、フリー状態への遷移の繰り返されていると判定する繰返し回数には、例えば２回以上の適宜の値を設定できる。

前回のフリー状態判定の結果が「マッチ状態」だった場合など、フリー状態への遷移が繰り返されていない場合（ステップＳａ７：Ｎｏ）、フリー状態判定部４０は、フリー状態判定の結果として「フリー状態」を出力し（ステップＳａ９）、次のフリー状態判定のタイミングに備えて処理手順をステップＳａ２に戻す。なお、この場合、フリー状態中の相対高度差を測定するために、当該相対高度差の初期化は行われない。

これに対して、フリー状態への遷移が繰り返される場合（ステップＳａ７：Ｙｅｓ）、不要なフリー状態が継続するのを抑制すべく、フリー状態判定部４０は次の処理を実行する。

すなわち、車両２が道路から逸れて駐車場等の建造物に進入し、これによりフリー状態と判定されるが、ＧＰＳ受信状態等が悪い環境下では、車両２が建造物から出車してもフリー状態判定に誤判定が生じ、フリー状態への遷移が不要に継続してしまう場合がある。
この場合、建造物が立体駐車場や地下駐車場等のように入口と出口に高度差を有するときは、入車時と出車時の高度差が略ゼロになることから、これを利用して、フリー状態判定が誤判定であった場合でも、出車に伴いマッチ状態に速やかに遷移させることができる。

具体的には、フリー状態判定部４０は、先ず、フリー状態となった時点と現在の相対高度差が略ゼロとなり高度差が解消されたか否かを判定する（ステップＳａ１０）。相対高度差がゼロである場合（ステップＳａ１０：Ｙｅｓ）、建造物等から車両２が出車して道路に進入したものと推定できるため、フリー状態判定部４０は、フリー状態判定の結果を「マッチ状態」に変えるべく処理手順を上記ステップＳａ５に進め、フリー状態判定結果としてマッチ状態を出力し（ステップＳａ５）、相対高度差をゼロに初期化し（ステップＳａ６）、次のフリー状態判定のタイミングに備えて処理手順をステップＳａ２に戻す。
これにより、例えば車両２が建造物に入った後、そこから出て道路に進入したような場合に、フリー状態判定に誤判定が生じたとしても、誤判定にかかわらず、フリー状態が直ちに解除されてマップ状態に遷移することとなる。
なお、ステップＳａ１０の判定において、相対高度差がゼロでなくとも、ゼロを間に含む許容の範囲内であれば、相対高度差がゼロとなったものと見なしても良い。

一方、相対高度差がゼロでない場合には（ステップＳａ１０：Ｎｏ）、フリー状態が繰り返されることになるものの、この場合、次のような問題がある。
すなわち、車両２が入車した建造物が立体駐車場や地下駐車場などであり、入口と出口に高低差を有していた場合には、車両２が建造物から出車しても入車時との間の高低差が解消されることはなく、この場合には、フリー状態への遷移が不要に繰り返されてしまうことになる。

さらに、ＧＰＳ測位状態が悪い山間部やビル陰の道路、地図データのリンクの精度が比較的低い山道等は、フリー状態判定に誤判定を生じ易い環境下の道路であり、このような環境下の道路を車両２が走行している場合には、次のような問題もある。
すなわち、このような環境下では、道路を走行中にフリー状態と誤判定されると、このフリー状態の誤判定は環境が改善されるまで継続することが多い。そして、走行中の道路が下り坂や登り坂といった場合、走行に伴う相対高度差がゼロになることがないため、ステップＳａ１０における相対高度差の判定でもフリー状態が解除されず、結局は、環境が改善されるまでフリー状態への遷移が繰り返し継続されてしまうことになる。

そこで、これらの問題を解消するために、フリー状態判定部４０は、フリー状態への遷移が繰り返される場合には、相対高度差がゼロでないときでも（ステップＳａ１０：Ｎｏ）、走行している箇所の勾配のばらつきの状態に基づいて、フリー状態の継続の可否を判定することとしている。

詳述すると、例えば起伏に富んだ地形に作られた道路（例えば山間部の山道）では、図６（Ａ）に示すように、車両２の道路走行時に得られる勾配θは一様ではなく、図６（Ｂ）に示すように、走行中に得られた勾配θの分布が比較的散らばる傾向にある。また山道であっても、図７（Ａ）のように、長い下り坂や登り坂である場合は、図７（Ｂ）に示すように、走行中に得られた勾配θの分布は、ある一定の傾斜角度αの近傍に集まる傾向がある。

一方、立体駐車場や地下駐車場等の高低差を有した建造物内を車両２が走行しているときは、図８（Ａ）に示すように、フラット面の走行時に検出される水平角度（θ＝０度）と、各階に通じる登り坂、及び下り坂の走行時に検出される正、及び負の傾斜角度βとの概ね３つの勾配θが得られる傾向にある。さらに、建造物内では、登り坂、及び下り坂の長さはフラットな面の走行距離に対して短いことから、図８（Ｂ）に示すように、走行中に得られた勾配θの分布は、正、及び負の傾斜角度βよりも、フラットな面における水平角度（θ＝０度）の近傍に集まる傾向がある。
また高低差が少ない建造物内、地図データに記録されていない平らな道路、或いは道路ではない平らな敷地内の走行中でも、走行中に得られた勾配の分布はフラットな面における水平角度（θ＝０度）の近傍に集まる傾向がある。

このように、フリー状態判定に誤判定が生じる環境下を車両２が走行している場合には、起伏に富んだ道路、或いは上り又は下り坂の道路を走行しているときと、比較的フラットな面が多い建造物や広い敷地内を走行しているときとで、その走行中に得られる勾配のばらつきの状態が異なるため、勾配のばらつきの状態に基づいて、車両２が道路を走行しているのか否かを判定できる。

勾配のばらつきの状態は、統計学における任意の手法を用いて定量化することができ、このナビゲーション装置１では、走行中に得られた一群の勾配の平均、及び分散が用いることとしている。
具体的には、建造物内、地図データに記録されていない平らな道路、或いは道路ではない平らな敷地内を車両２が走行中しているときには、勾配θの平均値の絶対値は水平角度（θ＝０度）の近傍の値である所定の平均閾値以下となり、かつ、勾配のばらつきは小さいため分散は所定の分散閾値以下になる。

これとは逆に、山間部を走行中には、起伏に富んだ箇所では、勾配θの平均値の絶対値は、登りと下りで勾配θが相殺されるため水平角度（θ＝０度）に比較的近くなり所定の平均閾値以下となる一方で、勾配のばらつきは大きくなることから分散は上記所定閾値を超えることになる。
また道路が長い下り坂や登り坂では、勾配θの平均値の絶対値は、上記所定の平均閾値には収まらず、坂道の勾配に応じた角度となる一方で、勾配のばらつきは小さいため分散は上記所定の分散閾値以下となる。

すなわち、走行中に得られた勾配θの平均の絶対値が所定の平均閾値以下であり、かつ、分散が所定の分散閾値以下である場合には走行箇所が道路ではなく、そうでない場合には、走行箇所が道路であると高い確度で判定できるのである。

そこで、このナビゲーション装置１では、前掲図５のフリー状態判定処理において、フリー状態への遷移が繰り返される場合であり、なおかつ相対高度差がゼロでないときには（ステップＳａ１０：Ｎｏ）、勾配データ処理部６４が直近規定回数分の勾配データに基づいて、勾配の平均値、及ぶ分散をばらつきの状態として算出する（ステップＳａ１１）。そして勾配データ処理部６４は、勾配の平均の絶対値が所定の平均閾値以下であり、かつ分散が所定の分散閾値以下である場合（ステップＳａ１２：Ｙｅｓ）、走行箇所が道路ではないと判定し、これとは逆に、勾配の平均の絶対値が所定の平均閾値を超え、又は分散が所定の分散閾値を超えている場合（ステップＳａ１２：Ｎｏ）、走行箇所が道路であると判定する。

勾配データ処理部６４によって走行箇所が道路ではないと判定された場合には、フリー状態を解除する必要がないため、フリー状態判定部４０は、処理手順をステップＳａ９に進め、フリー状態判定結果として「フリー状態」を出力し（ステップＳａ９）、次のフリー状態判定のタイミングに備えて処理手順をステップＳａ２に戻す。
これにより、山道等の道路を走行していない間は、フリー状態への遷移が適切に継続される。

一方、勾配データ処理部６４によって走行箇所が道路であると判定された場合、フリー状態判定部４０は、フリー状態を解除し、速やかにマッチ状態に遷移させるために次の処理をする。
詳述すると、この場合は、ステップＳａ３における所定の状態判定条件に基づき「フリー状態」と判定されていることから、次回のフリー状態判定における誤判定の再発防止のために、この所定の状態判定条件において「マッチ状態」と判定されるようにする必要がある。
そこで、フリー状態判定部４０は、上記所定の状態判定条件に用いられている方位誤差や位置誤差を変更し、「マッチ状態」と判定されるようにする（ステップＳａ１３）。例えばフリー状態判定部４０は、山道走行時においては、自車状態推定部２０により算出された方位誤差を所定補正値だけ減算し、方位誤差の値が小さくなるように変更する。これにより、リンクデータの精度が比較的低い山道を走行しているときでも、リンクデータの精度、或いはＧＰＳ測位状態の悪さに起因した方位誤差が所定補正値によって補正されるので、「マッチ状態」と判定されるようになる。
なお、所定補正値の値は、地図データにおける走行箇所近傍の道路のリンクデータの精度に応じて変えることができる。また、方位誤差、及び位置誤差の両方、又はいずれか一方を補正しても良い。

その後、フリー状態判定部４０は、マッチ状態へ遷移させるべく処理手順を上記ステップＳａ５に進め、フリー状態判定結果として「マッチ状態」を出力し（ステップＳａ５）、相対高度差をゼロに初期化し（ステップＳａ６）、次のフリー状態判定のタイミングに備えて処理手順をステップＳａ２に戻す。
これにより、山道等のフリー状態判定に誤判定が生じ易い環境下を走行中でも、道路を走行中にはフリー状態からマッチ状態に速やかに遷移し、フリー状態への遷移が不要に継続されるのが防止される。

なお、上記図５のフローチャートの処理単位は、フリー状態判定部４０の処理を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分割したものである。処理単位の分割の仕方や名称によって、本願発明が制限されることはない。フリー状態判定部４０の処理は、処理内容に応じて、さらに多くの処理単位に分割することもできる。また、１つの処理単位がさらに多くの処理を含むように分割することもできる。また、同様のフリー状態判定が行えれば、上記のフローチャートの処理順序も、図示した例に限られるものではない。

以上説明したように、本実施形態によれば、フリー状態判定において、フリー状態への遷移が繰り返される場合には、車両２の走行中に得られている勾配θのばらつきの状態に応じてマッチ状態へ遷移させる構成とした。
これにより、フリー状態判定の状態判定条件に用いられる方位誤差や位置誤差等のパラメータの精度を悪くするような環境下を走行しているときでも、勾配θのばらつきの状態に基づいて、車両２の走行箇所が道路か否かが高い確度で判定されるので、道路を走行中にフリー状態が不要に継続することなく、速やかにマッチ状態へと遷移させることができる。

また、本実施形態によれば、フリー状態判定において、フリー状態への遷移が繰り返される場合、フリー状態へ遷移したときとの間の高度差が解消されているときにはマッチ状態に遷移する構成とした。
これにより、高低差を有する建造物等に入車してフリー状態に遷移しても、その建造物から出車して道路に進入したときには、速やかにマッチ状態へと遷移させることができる。

これに加え、上述の通り、フリー状態への遷移が繰り返される場合には、車両２の走行中に得られている勾配θのばらつきの状態に応じてマッチ状態へ遷移させるので、建造物から出車したときに高度差が解消されないような場合でも、速やかにマッチ状態へと遷移させることができる。

また本実施形態によれば、勾配θのばらつきの状態に応じてマッチ状態に遷移するときには、所定の状態判定条件に用いられる値を、当該所定の状態判定条件の判定に基づきマッチ状態への遷移が行われるように補正する構成とした。
これにより、所定の状態判定条件に基づく誤判定が継続するのを防止できる。

また、本実施形態によれば、勾配θのばらつきの状態を、車両２の走行中に得ている複数の勾配θの平均値、及び分散によって求め、勾配θの平均値の絶対値が所定平均閾値以下、かつ、分散が所定分散閾値以下である場合に、前記マッチ状態に遷移する構成とした。
この構成によれば、車両２の走行箇所が、山間部などの起伏に富んだ道路や、下り坂やの登り坂の道路であるのか、或いは、フラットな面が多い建造物や私有地等の敷地内であるのかを高い確度で識別できる。これにより、フリー状態判定に誤判定が生じ易い、例えば山間部を走行中であっても、走行箇所が道路である場合には、速やかにマッチ状態に遷移させることができる。

なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を例示するものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能であることは勿論である。

１ ナビゲーション装置
２ 車両
１０ センサ情報処理部
２０ 自車状態推定部（勾配取得部）
３０ マップマッチング処理部
４０ フリー状態判定部
６０ 自車状態取得処理部
６１ ＧＰＳ情報取得処理部
６２ マッチング情報取得処理部
６３ 相対高度算出処理部
６４ 勾配データ処理部（勾配算出部）
６５ フリー状態判定処理部
１００ 制御装置
１１０ ディスプレイ
１６３ 加速度センサ
１４１１ リンクデータ
１４１３ 座標情報

Claims (5)

1. マップマッチ処理により求めた地図データの道路のリンク上のマップマッチ位置に車両の現在位置を表示するマッチ状態と、前記マップマッチ処理されていない位置に前記車両の現在位置を表示するフリー状態とを、所定の状態判定条件に基づいて遷移するナビゲーション装置において、
   勾配を得る勾配取得部を備え、
   前記所定の状態判定条件に基づく前記フリー状態への遷移が繰り返される場合、前記車両の走行中に得られている勾配のばらつきの状態に応じて前記マッチ状態に遷移する
   ことを特徴とするナビゲーション装置。
2. 前記フリー状態に遷移したときの高度との間の高度差を算出する相対高度算出処理部を備え、
   前記所定の状態判定条件に基づく前記フリー状態への遷移が繰り返される場合、前記高度差が解消されているときには前記マッチ状態に遷移する
   ことを特徴とする請求項１に記載のナビゲーション装置。
3. 前記勾配のばらつきの状態に応じて前記マッチ状態に遷移するときには、
   前記所定の状態判定条件に用いられる値を、当該所定の状態判定条件の判定に基づき前記マッチ状態への遷移が行われるように補正する
   ことを特徴とする請求項１に記載のナビゲーション装置。
4. 前記勾配のばらつきの状態を、前記車両の走行中に得ている複数の前記勾配の平均値、及び分散によって求め、
   前記勾配の平均値の絶対値が所定平均閾値以下、かつ、分散が所定分散閾値以下である場合に、前記マッチ状態に遷移する
   ことを特徴とする請求項１に記載のナビゲーション装置。
5. マップマッチ処理により求めた地図データの道路のリンク上のマップマッチ位置に車両の現在位置を表示するマッチ状態と、前記マップマッチ処理されていない位置に前記車両の現在位置を表示するフリー状態との間を、所定の状態判定条件に基づいて判定するフリー状態判定方法において、
   前記所定の状態判定条件に基づく判定の結果が繰り返し前記フリー状態となる場合、前記車両の走行中に得られている勾配のばらつきの状態に応じて前記判定の結果をマッチ状態にする
   ことを特徴とするフリー状態判定方法。

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