JP2023024080A - 速度推定システム、路面評価システム、コンピュータプログラム、速度推定方法、及び路面評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度な速度を算出可能な技術を提供する。
【解決手段】本開示の一側面によれば、全地球測位システム（ＧＰＳ）により計測される移動体１の位置に基づき算出された移動体の速度である第一速度Ｖ１と、加速度センサ２３により計測される移動体の加速度に基づき算出された移動体の速度である第二速度Ｖ２との差（Ｖ２－Ｖ１）が、ローパスフィルタ３８に入力される。それにより、第二速度Ｖ２に含まれる誤差成分の推定値として、ローパスフィルタの出力が取得される。第二速度Ｖ２から誤差成分の推定値を減算することにより、移動体の真の速度の推定値が算出される。
【選択図】図３

Description

本開示は、速度推定システム、路面評価システム、コンピュータプログラム、速度推定方法、及び路面評価方法に関する。

移動体の移動速度を、全地球測位システム（ＧＰＳ）により計測された移動体の位置に基づいて算出する技術が知られている。移動体の例には、四輪自動車等の車両が含まれる。移動体に搭載される電子機器は、移動体又は電子機器に搭載されたＧＰＳ受信機を用いて測位し、計測された位置の変化に基づき移動体の移動速度を算出する。移動体又は電子機器に搭載された加速度センサにより計測される加速度の積分に基づき、移動体の移動速度を算出する技術も知られている。

電子機器の例には、四輪自動車等の車両に搭載されるドライブレコーダ、及び、速度表示用のアプリケーションプログラムがインストールされたスマートフォンが含まれる。これらの電子機器では、上記した方法で移動速度が算出され得る。

正確な移動速度の情報を必要とする技術として、車両が走行する道路の路面の凹凸を評価する技術も知られている。車両は、路面の凹凸に応じて鉛直方向に振動するが、振動は、車両重量やサスペンションの減衰定数等の車両構造及び車両の走行速度の影響を受ける。

路面の凹凸を評価する従来システムは、車両の鉛直方向の振動情報と、車両の走行速度とに基づいて、路面の凹凸を評価する（例えば特許文献１，２参照）。路面の凹凸の評価指標として、国際ラフネス指数（ＩＲＩ）が知られており、路面評価は、例えばＩＲＩを算出することにより実現される。

路面評価に必要な車両の走行速度を取得するために、車軸の回転数に基づいて車両の走行速度を算出する車載速度計から速度データを取得することが考えられる。この場合には、データ取得のための設備を外付けする必要があり、路面評価手順が煩雑である。

特開２０１０－６６０４０号公報 特開２０１５－２８４５６号公報

ＧＰＳを用いて計測される位置には誤差が含まれる。従って、計測された位置の変化により算出される速度であるＧＰＳ速度にも誤差が含まれる。従来では、この誤差の影響を抑えるために、ＧＰＳ速度に対して移動平均処理を加えることが行われている。

しかしながら、ＧＰＳ速度に対して移動平均処理を加えると、速度の時間分解能が損なわれる。すなわち、短時間の速度変化に関する識別能力が失われ、変動する速度の極小値及び極大値の情報が損なわれる。

一方、加速度センサにより計測される加速度から、移動体の速度を算出する手法は、加
速度を積分する過程で、加速度センサの誤差が累積されて、時間経過と共に、速度誤差が大きくなるという欠点を有する。

すなわち、従来技術では、高精度で時間分解能の高い移動体の移動速度を、ＧＰＳや加速度センサを用いて算出することができない。一方、上記したような路面の凹凸評価システムにおける高精度なＩＲＩの算出には、高い時間分解能を有する高精度な車両の走行速度の情報が必要である。

そこで、本開示は、移動体の速度に関し、高い時間分解能を有する高精度な速度を算出可能な技術の提供を目的の一つとしている。

本開示の一側面によれば、速度推定システムが提供される。速度推定システムは、情報取得部と、第一速度算出部と、第二速度算出部と、誤差推定部と、速度推定部と、を備える。

情報取得部は、全地球測位システム（ＧＰＳ）により計測される移動体の位置、及び、加速度センサにより計測される移動体の加速度に関して、計測された複数の時点のそれぞれにおける位置及び加速度の情報を取得するように構成される。
第一速度算出部は、位置の時間変化に基づき移動体の速度を算出するように構成される。第二速度算出部は、加速度の時間変化に基づき移動体の速度を算出するように構成される。

誤差推定部は、第一速度算出部により算出された速度である第一速度Ｖ１と、第二速度算出部より算出された速度である第二速度Ｖ２との差（Ｖ２－Ｖ１）を、ローパスフィルタに入力し、第二速度Ｖ２に含まれる誤差成分の推定値として、ローパスフィルタの出力を取得するように構成される。

速度推定部は、第二速度Ｖ２から、第二速度Ｖ２に含まれる誤差成分の推定値を減算することにより、移動体の真の速度の推定値である速度推定値を算出するように構成される。

速度は、位置の微分に対応する。従って、ＧＰＳにより計測された位置に誤差が含まれる場合、位置に基づいて算出される速度には、比較的高い周波数の誤差成分が含まれる。また、速度は、加速度の積分に対応する。従って、加速度センサにより計測された加速度に誤差が含まれる場合、加速度に基づいて算出される速度には、加速度に含まれる誤差成分の累積に対応する比較的低い周波数の誤差成分が含まれる。

すなわち、第一速度Ｖ１は、移動体の真の速度に、比較的高い周波数の誤差成分ＥＨが含まれる速度計測値に対応し、第二速度Ｖ２は、移動体の真の速度に、比較的低い周波数の誤差成分ＥＬが含まれる速度計測値に対応する。速度の差（Ｖ２－Ｖ１）は、誤差成分の差（ＥＬ－ＥＨ）に対応し、ローパスフィルタの出力は、誤差成分ＥＬに近似する。

従って、第二速度からローパスフィルタの出力を減算することによれば、移動体の真の速度を高精度に推定することができる。しかも、この推定によれば、誤差成分にローパスフィルタを適用するため、速度の高周波数成分に関する情報劣化が生じないように、第一速度及び第二速度を用いて、真の速度を推定することができる。従って、本開示の一側面によれば、移動体の速度に関して、高い時間分解能を有する高精度な速度を算出可能である。

本開示の一側面によれば、移動体の位置を計測するためのＧＰＳ受信機、及び加速度センサが、速度推定システムに搭載され、全体として電子機器を構成し得る。

本開示の一側面によれば、上述した速度推定システムと、路面評価部と、を備える路面評価システムが提供されてもよい。速度推定システムは、路面を走行する車両の走行速度の推定値として、上述の速度推定値を算出するように構成され得る。

路面評価部は、速度推定システムにより算出された速度推定値と、車両の鉛直方向の振動情報とに基づき、車両が走行する路面の凹凸に関する評価指標を算出するように構成され得る。高精度で時間分解能の高い速度推定値に基づけば、路面の凹凸に関する評価指標を高精度に算出可能である。

本開示の一側面によれば、上述した速度推定システムにおける情報取得部、第一速度算出部、第二速度算出部、誤差推定部、及び速度推定部としての機能を、コンピュータに実現させるためのコンピュータプログラムが提供されてもよい。

本開示の一側面によれば、速度推定方法が提供されてもよい。速度推定方法は、コンピュータにより実行され得る。速度推定方法は、全地球測位システム（ＧＰＳ）により計測される移動体の位置に基づき、移動体の速度を算出することと、加速度センサにより計測される移動体の加速度に基づき、移動体の速度を算出することと、位置に基づき算出された移動体の速度である第一速度Ｖ１と、加速度に基づき算出された移動体の速度である第二速度Ｖ２との差（Ｖ２－Ｖ１）を、ローパスフィルタに入力し、第二速度Ｖ２に含まれる誤差成分の推定値として、ローパスフィルタの出力を取得することと、第二速度Ｖ２から誤差成分の推定値を減算することにより、移動体の真の速度の推定値を算出することと、を含み得る。

この速度推定方法によれば、移動体の速度に関して、高い時間分解能を有する高精度な速度を算出可能である。

本開示の一側面によれば、路面評価方法が提供されてもよい。路面評価方法は、上述の速度推定方法に従って移動体の真の速度の推定値を算出することによって、路面を走行する車両の走行速度の推定値を算出することと、車両の走行速度の推定値と、車両の鉛直方向の振動情報とに基づいて、車両が走行する路面の凹凸に関する評価指標を算出することと、を含み得る。

この路面評価方法によれば、高精度で時間分解能の高い車両の走行速度の情報に基づいて、路面の凹凸に関する評価指標を高精度に算出可能である。

車室内に持ち込まれて使用される携帯型の電子機器を示す図である。 電子機器の電気的構成を概略的に表すブロック図である。 プロセッサによる処理の実行により実現される速度推定システム及び路面評価システムの構成を概略的に表すブロック図である。 速度推定値を、真値と共に示す時間対速度のグラフである。 図５Ａは、速度推定システムの第一比較例を説明するブロック図であり、図５Ｂは、速度推定システムの第二比較例及び第三比較例を説明するブロック図である。 変形例における計測システム及びパーソナルコンピュータの構成を表すブロック図である。 変形例においてパーソナルコンピュータのプロセッサによる処理の実行により実現される機能を説明する機能ブロック図である。

以下に本開示の例示的実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１及び図２に示す本実施形態の携帯型の電子機器１０は、電子機器１０内にインストールされたコンピュータプログラムを、移動体の例である車両１に設置された環境で実行することにより、車両１の走行速度に関する速度推定システム３０、及び、車両１が走行する道路に関する路面評価システム５０として機能する。

電子機器１０の例には、スマートフォン及びタブレット端末が含まれる。電子機器１０は、例えばユーザにより車室内に持ち込まれ、車両１の走行中でも車室内で静止した状態にあるように、ダッシュボードＤＢ上に載置される。あるいは、電子機器１０は、汎用又は専用のホルダを介して、車室内で車両１に固定される。

図２に示すように電子機器１０は、プロセッサ１１と、メモリ１３と、ストレージ１５と、ユーザインタフェース１７と、通信インタフェース１９と、ＧＰＳ受信機２１と、加速度センサ２３とを備える。

プロセッサ１１は、コンピュータプログラムに従う処理を実行することにより、各種機能を実現する。メモリ１３は、ＲＡＭを備え、プロセッサ１１による処理実行時に作業領域として使用される。

ストレージ１５は、例えばフラッシュメモリにより構成され、各種コンピュータプログラム及びデータを記憶する。ストレージ１５は、具体的には、プロセッサ１１に速度推定システム３０及び路面評価システム５０としての機能を実現させるためのコンピュータプログラムを記憶する。コンピュータプログラムは、例えば外部のサーバ装置から提供され、電子機器１０内にインストールされる。

ユーザインタフェース１７は、ユーザに対する情報表示用のディスプレイ及びユーザからの操作を受け付けるためのディスプレイ上のタッチパネルを備える。通信インタフェース１９は、セルラー網や無線ＬＡＮ等の通信ネットワークを通じて、外部装置と通信可能に構成される。

ＧＰＳ受信機２１は、全地球測位システム（ＧＰＳ）を構成するＧＰＳ衛星からの衛星信号に基づき、ＧＰＳ受信機２１の位置、換言すれば電子機器１０の位置を計測し、計測された位置Ｐを出力するように構成される。計測される位置Ｐは、電子機器１０が車両１に固定されている場合、車両１の位置Ｐに対応する。

加速度センサ２３は、三軸加速度センサであり、加速度センサ２３の三次元加速度、換言すれば電子機器１０の三次元加速度を計測し、計測された三次元加速度に基づき、鉛直方向加速度Ａｖ及び水平方向加速度Ａｈを出力するように構成される。鉛直方向加速度Ａｖ及び水平方向加速度Ａｈは、電子機器１０が車両１に固定されている場合、車両１の鉛直方向加速度Ａｖ及び水平方向加速度Ａｈに対応する。

プロセッサ１１は、上記コンピュータプログラムの実行によって、図３に示す速度推定システム３０、及び、路面評価システム５０として機能する。速度推定システム３０は、ＧＰＳ速度算出部３１と、ＡＣＣ速度算出部３３と、差分算出部３５と、誤差推定部３７と、速度推定部３９とを備える。路面評価システム５０は、速度推定システム３０に加えて、振動分析部５１と、路面評価部５５とを備える。

すなわち、プロセッサ１１は、コンピュータプログラムの実行により、ＧＰＳ速度算出
部３１と、ＡＣＣ速度算出部３３と、差分算出部３５と、誤差推定部３７と、速度推定部３９と、振動分析部５１と、路面評価部５５として機能する。

ＧＰＳ速度算出部３１は、ＧＰＳ受信機２１により計測された対象期間の各時点における位置Ｐを微分処理することにより、位置Ｐの時間変化に基づく、対象期間の各時点における電子機器１０の水平方向移動速度Ｖ１を算出する。二地点間の移動距離は、各地点の位置Ｐから例えばヒュベニ（Ｈｕｂｅｎｙ）の式を用いて算出され得る。ここでいう対象期間は、路面評価のために必要な情報を収集する期間であり、電子機器１０が車両１に持ち込まれ、車両１が走行している期間に対応する。

以下では、ＧＰＳ受信機２１により計測された位置Ｐの時間変化に基づいて算出される電子機器１０の水平方向移動速度Ｖ１のことを、ＧＰＳ速度Ｖ１と表現する。ＧＰＳ速度Ｖ１は、電子機器１０が車室内で静止している状態にあることを前提とすれば、車両１の走行速度に対応する。

ＡＣＣ速度算出部３３は、加速度センサ２３により計測された対象期間の各時点における水平方向加速度Ａｈを積分処理することにより、水平方向加速度Ａｈの時間変化に基づく、対象期間の各時点における電子機器１０の水平方向移動速度Ｖ２を算出する。

以下では、水平方向加速度Ａｈの積分に基づいて算出される電子機器１０の水平方向移動速度Ｖ２のことを、ＡＣＣ速度Ｖ２と表現する。ＡＣＣ速度Ｖ２もまた、電子機器１０が車室内で静止している状態にあることを前提とすれば、車両１の走行速度に対応する。

差分算出部３５は、ＡＣＣ速度算出部３３により算出されたＡＣＣ速度Ｖ２と、ＧＰＳ速度算出部３１により算出されたＧＰＳ速度Ｖ１とを取得する。差分算出部３５は更に、ＡＣＣ速度Ｖ２とＧＰＳ速度Ｖ１との差Ｅ＝Ｖ２－Ｖ１を、対象期間の各時点について算出し、算出した各時点の差Ｅを、誤差推定部３７に入力する。

誤差推定部３７は、ローパスフィルタ３８を備える。誤差推定部３７は、差分算出部３５から入力される差Ｅの時系列データを、ローパスフィルタ３８に入力することにより、各時点のＡＣＣ速度Ｖ２に含まれる誤差成分Ｎ＿ＡＣＣを推定するように構成される。

ローパスフィルタ３８は、差Ｅの高周波成分を減衰させ、低周波成分を通過させるように構成される。ローパスフィルタ３８は、例えば、カットオフ周波数０．３ＨｚのチェビシェフＩＩ型フィルタとして設計される。

ローパスフィルタ３８の出力に、フィルタ位相特性による遅延が生じないように、誤差推定部３７は、差Ｅの時系列データを、時間反転して、ローパスフィルタ３８に二回入力する。すなわち、差Ｅの時系列データは、一度ローパスフィルタ３８に通された後、時間反転されて、ローパスフィルタ３８に再入力される。

これにより、誤差推定部３７は、ローパスフィルタ３８の出力として、高周波成分が減衰した差Ｅ（以下、差ＬＰＦ（Ｅ）と表現する）であって、位相特性による遅延を実質含まない差ＬＰＦ（Ｅ）の時系列データを、ローパスフィルタ３８から取得する。

誤差推定部３７は、当該時系列データに含まれる各時点の差ＬＰＦ（Ｅ）を、対応する時点のＡＣＣ速度Ｖ２に含まれる誤差成分Ｎ＿ＡＣＣの推定値Ｎ２として出力する。

ここで、差ＬＰＦ（Ｅ）の技術的意味について説明する。ＧＰＳ速度Ｖ１及びＡＣＣ速度Ｖ２は、ＧＰＳ速度Ｖ１に含まれる誤差成分Ｎ＿ＧＰＳ及びＡＣＣ速度Ｖ２に含まれる
誤差成分Ｎ＿ＡＣＣを加味し、次のように表すことができる。

Ｖ１＝Ｖ０＋Ｎ＿ＧＰＳ
Ｖ２＝Ｖ０＋Ｎ＿ＡＣＣ
Ｖ０は、ＧＰＳ速度Ｖ１及びＡＣＣ速度Ｖ２に対応する電子機器１０の水平方向移動速度の真値を表す。

従って、ローパスフィルタ３８通過前の差Ｅ＝Ｖ２－Ｖ１は、誤差成分Ｎ＿ＧＰＳ，Ｎ＿ＡＣＣを用いて次のように表すことができる。
Ｅ＝Ｎ＿ＡＣＣ－Ｎ＿ＧＰＳ

ここで、誤差成分Ｎ＿ＡＣＣは、誤差成分Ｎ＿ＧＰＳよりも比較的低周波の誤差成分である。一方、誤差成分Ｎ＿ＧＰＳは、誤差成分Ｎ＿ＡＣＣよりも比較的高周波の誤差成分である。

誤差成分Ｎ＿ＡＣＣは、加速度センサ２３により計測される水平方向加速度Ａｈに含まれる誤差に起因する。ＡＣＣ速度Ｖ２は、水平方向加速度Ａｈの積分により算出されることから、ＡＣＣ速度Ｖ２の誤差成分Ｎ＿ＡＣＣは、水平方向加速度Ａｈの誤差成分の積分に対応する。すなわち、誤差成分Ｎ＿ＡＣＣは、長時間にわたる誤差の累積に対応するトレンド成分であり、低周波の誤差成分である。

一方、誤差成分Ｎ＿ＧＰＳは、ＧＰＳ受信機２１により計測される位置Ｐに含まれる誤差に起因する。ＧＰＳ速度Ｖ１は、位置Ｐの微分に対応することから、誤差成分Ｎ＿ＧＰＳは、位置Ｐに含まれる誤差成分の変動に対応した高周波成分として現れる。

このように、誤差成分Ｎ＿ＡＣＣ及び誤差成分Ｎ＿ＧＰＳは、互いに主成分の周波数帯の異なる誤差成分である。従って、適切なカットオフ周波数を有するローパスフィルタ３８に差Ｅを入力すると、差Ｅからは、ＧＰＳ速度Ｖ１に関する誤差成分Ｎ＿ＧＰＳだけが選択的に除去される。これにより、ローパスフィルタ３８の出力に対応する差ＬＰＦ（Ｅ）は、ＡＣＣ速度Ｖ２の誤差成分Ｎ＿ＡＣＣに近似する。

ＬＰＦ（Ｅ）≒Ｎ＿ＡＣＣ
この原理を利用して、誤差推定部３７は、差ＬＰＦ（Ｅ）の時系列データに含まれる各時点の差ＬＰＦ（Ｅ）を、対応する時点のＡＣＣ速度Ｖ２に含まれる誤差成分Ｎ＿ＡＣＣの推定値Ｎ２として出力する。

速度推定部３９は、対象期間の各時点におけるＡＣＣ速度Ｖ２の誤差成分Ｎ＿ＡＣＣの推定値Ｎ２を、対応する時点のＡＣＣ速度Ｖ２から減算することにより、電子機器１０の水平方向速度の真値Ｖ０の推定値である速度推定値Ｖａを算出する。

Ｖａ＝Ｖ２－Ｎ２
算出された各時点での速度推定値Ｖａは、車両１の走行速度として、ＧＰＳ受信機２１により計測された対応する時点の位置Ｐと共に路面評価システム５０の路面評価部５５に入力される。

路面評価システム５０の振動分析部５１は、加速度センサ２３から入力される鉛直方向加速度Ａｖに基づいて、鉛直方向振動の振幅及び周波数を含む車両１の振動を説明する振動情報を生成し、路面評価部５５に入力する。

路面評価部５５は、車両１の走行速度と、振動分析部５１から入力される振動情報と、
予め与えられた車両１の振動モデルと、に基づいて、車両１が走行する道路の各地点での路面の凹凸に関する評価指標である国際ラフネス指数（ＩＲＩ）を算出する。ＩＲＩの算出するための振動モデルの構築については、既知の技術を活用することができる。振動モデルは、車両重量やサスペンションの減衰係数などの車両１の構造パラメータを含む。

路面評価部５５は更に、算出したＩＲＩを、対応する時点の位置情報と関連付けて記録した路面データＲＤを生成する。路面データＲＤは、例えば、通信インタフェース１９を介して、外部装置に送信される。これにより、外部装置では、複数の車両から収集された路面データＲＤが蓄積される。路面データＲＤは、例えば道路ネットワークの保守管理に利用され得る。

ここで、図４を用いて、本実施形態で算出される速度推定値Ｖａの精度及び時間分解能を説明する。図４は、車両１の走行速度に関する時間対速度のグラフであり、真の速度を実線で示し、ＧＰＳ受信機２１から得られた位置に基づく車両１の走行速度を一点鎖線で示す。更に、図４は、一点鎖線の走行速度にローパスフィルタを適用して得られた高周波成分除去後の走行速度を二点鎖線で示し、実施形態の手法で算出された速度推定値Ｖａを破線で示す。

なお、実線で示される真の速度は、実際には、車両１のＯＢＤ（オンボードダイアグノーシス）端子を通じて車両１内のＥＣＵから取得した車速を曲線補間して算出される速度に対応する。

図４の一点鎖線で示される走行速度は、ＧＰＳ受信機２１から得られた位置Ｐにヒュベニ（Ｈｕｂｅｎｙ）の式を適用して算出される移動距離の単位時間当たりの変化に対応する。図４の二点鎖線で示される走行速度の算出に用いられる上記ローパスフィルタは、チェビシェフＩＩ型のローパスフィルタであり、カットオフ周波数０．３Ｈｚのローパスフィルタである。

図４は、車両１が減速し、再加速する過程での速度の時間変化を示している。図４からから理解できるように、ＧＰＳ速度Ｖ１にローパスフィルタを適用して得られる高周波成分除去後のＧＰＳ速度Ｖ１は、３５秒付近にある真の極小値を正確に表さない。

３５秒付近では、真の速度が時速約５ｋｍであるところ、高周波成分除去後のＧＰＳ速度Ｖ１は、時速約７．５ｋｍを示しており、真の速度に対して約５０％の誤差を含む。すなわち、ＧＰＳ速度Ｖ１にローパスフィルタを適用する手法では、時間的に細かな車両１の速度変動を捉えることができない。

これに対し、本実施形態の手法で算出される速度推定値Ｖａ（図４における破線）は、真の極小値を精度よく捉えている。高精度で高い時間分解能を有する速度推定値Ｖａは、ＩＲＩの適切な算出に役立ち、正確な路面評価に貢献する。

本開示者らは、本実施形態の手法が有意義であることを、更に別の比較実験により確認している。本実施形態と比較される別手法の例は、以下に詳細を説明する第一比較例から第三比較例である。

＜第一比較例＞
第一比較例の推定手法は、次の通りである。
（１）図５Ａに示すように、ＧＰＳ速度Ｖ１をローパスフィルタに通して誤差成分Ｎ＿ＧＰＳが減衰したＧＰＳ速度Ｖ１であるＧＰＳ速度ＬＰＦ（Ｖ１）を得る。

（２）図５Ａに示すように、ＡＣＣ速度Ｖ２をハイパスフィルタに通して誤差成分Ｎ＿ＡＣＣが減衰したＡＣＣ速度Ｖ２であるＡＣＣ速度ＨＰＦ（Ｖ２）を得る。

（３）ＧＰＳ速度ＬＰＦ（Ｖ１）とＡＣＣ速度ＨＰＦ（Ｖ２）との重み付け平均により、真値Ｖ０の推定値Ｖａ１＝αＬＰＦ（Ｖ１）＋（１－α）ＨＰＦ（Ｖ２）を算出する。推定値Ｖａ１が、上記実施形態の速度推定値Ｖａと比較される値である。

＜第二比較例＞
第二比較例の推定手法は、次の通りである。
（１）図５Ｂに示すように、ＧＰＳ速度Ｖ１とＡＣＣ速度Ｖ２との差（Ｖ１－Ｖ２）を算出し、差（Ｖ１－Ｖ２）をカルマンフィルタに通して誤差成分Ｎ＿ＧＰＳの推定値Ｎ１を得る。

（２）ＧＰＳ速度Ｖ１を誤差成分Ｎ＿ＧＰＳの推定値Ｎ１で減算して、真値Ｖ０の推定値Ｖａ２＝Ｖ１－Ｎ１を算出する。推定値Ｖａ２が、上記実施形態の速度推定値Ｖａと比較される値である。

＜第三比較例＞
第三比較例の推定手法は、次の通りである。
（１）図５Ｂに示すように、ＧＰＳ速度Ｖ１とＡＣＣ速度Ｖ２との差（Ｖ１－Ｖ２）を算出し、差（Ｖ１－Ｖ２）をパーティクルフィルタに通して誤差成分Ｎ＿ＧＰＳの推定値Ｎ１を得る。

（２）ＧＰＳ速度Ｖ１を誤差成分Ｎ＿ＧＰＳの推定値Ｎ１で減算して、真値Ｖ０の推定値Ｖａ３＝Ｖ１－Ｎ１を算出する。推定値Ｖａ３が、上記実施形態の速度推定値Ｖａと比較される値である。

以下に示す表は、真値Ｖ０に対する速度推定誤差に関し、所定期間における誤差の二乗平均及び絶対値平均を示す。速度推定は、車両１が約４０ｋｍ／ｈまで加速し、その後、直ちに減速する車両１の加減速運動時の車両１の走行速度について行われた。

表頭「ＧＰＳ」のカラムは、所定期間におけるＧＰＳ速度Ｖ１の真値Ｖ０からの誤差の二乗平均及び絶対値平均を示し、表頭「ＧＰＳ＋移動平均」のカラムは、ＧＰＳ速度Ｖ１の移動平均の真値Ｖ０からの誤差の二乗平均及び絶対値平均を示す。

表頭「第一比較例」「第二比較例」「第三比較例」「本実施形態」の各カラムは、順に、所定期間における推定値Ｖａ１，Ｖａ２，Ｖａ３，Ｖａの真値Ｖ０からの誤差の二乗平均及び絶対値平均を示す。

表から理解できるように、ＧＰＳ速度Ｖ１及びＧＰＳ速度Ｖ１の移動平均のような単純な速度推定だけではなく、第一から第三比較例と比較しても、本実施形態の速度推定手法は、速度の推定精度が高い。カルマンフィルタやパーティクルフィルタを用いた第二及び第三比較例は、誤差分布がガウス分布であるという仮定が組み込まれていることが十分な精度向上に至らない原因であると考えられる。

以上、本実施形態の電子機器１０について説明したが、本実施形態によれば、車両１とは独立した電子機器１０を車室内に持ち込んで、車室内に電子機器１０を設置し、車両１を運転する程度で、電子機器１０を通じて、路面の凹凸に関する情報を収集することができる。すなわち、本実施形態の電子機器１０は、専用車で路面評価する技術や、車両内のＥＣＵやセンサ等からケーブルを通じてデータ収集する技術よりも簡単に路面評価を行うことができる点で、大変優れている。

本開示が、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採り得ることは言うまでもない。例えば、上記実施形態の速度推定技術は、路面評価への適用に限定されない。電子機器１０の移動履歴を記録するために、速度推定値Ｖａは、算出されてもよい。ドライブレコーダやサイクルメータでの速度表示に、上記実施形態の速度推定技術は活用されてもよい。

上記実施形態の速度推定技術は、車両１とは独立した電子機器１０が搭載するＧＰＳ受信機２１及び加速度センサ２３を用いて電子機器１０の速度推定を行うことにより、車両１の速度推定を行うものである。しかしながら、電子機器１０は、内蔵のＧＰＳ受信機２１及び加速度センサ２３ではない車両１に固定された外部のＧＰＳ受信機及び加速度センサから取得した情報に基づいて車両の走行速度を推定するように構成されてもよい。

上記実施形態において電子機器１０の単体で実現される速度推定は、電子機器１０とサーバ装置との連携によって実現されてもよい。例えば、電子機器１０は、サーバ装置に、ＧＰＳ受信機２１により計測された位置及び加速度センサ２３により計測された加速度の情報を提供してもよい。サーバ装置は、提供された情報に基づいて、電子機器１０と同様の手法で、電子機器１０の速度推定値Ｖａを、車両１の走行速度として算出してもよい。

すなわち、車両外の電子機器によって、本開示の速度推定システム及び路面評価システムとしての機能が実現されてもよい。

車両１に搭載される電子機器１０では、位置Ｐ、水平方向加速度Ａｈ、及び鉛直方向加速度Ａｖの記録のみが行われてもよい。この記録データが、パーソナルコンピュータに取り込まれて、パーソナルコンピュータによりＧＰＳ速度算出部３１と、ＡＣＣ速度算出部
３３と、差分算出部３５と、誤差推定部３７と、速度推定部３９と、振動分析部５１と、路面評価部５５としての機能が実現されてもよい。

図６に示す変形例によれば、車両１には、ＧＰＳ受信機６１と、加速度センサ６３と、データ記録部６５とを備える計測システム６０が搭載される。第一例によれば、車両１に搭載された電子機器１０が、データ記録部６５として機能し得る。第二例によれば、車両１に搭載された電子機器１０が、計測システム６０として機能し得る。

第一例によれば、ＧＰＳ受信機６１及び加速度センサ６３は、電子機器１０とは別に車両１に搭載され、電子機器１０に有線又は無線接続されたＧＰＳ受信機及び加速度センサであり得る。第二例によれば、ＧＰＳ受信機６１及び加速度センサ６３は、電子機器１０に搭載されたＧＰＳ受信機２１及び加速度センサ２３であり得る。第一例及び第二例によれば、電子機器１０のプロセッサ１１、メモリ１３、及びストレージ１５が、データ記録部６５として機能し得る。

ストレージ１５は、データ記録部６５の主な機能をプロセッサ１１に実現させるためのコンピュータプログラムを記憶することができ、更に、車両１の位置及び加速度に関する計測データＭＤの記録に使用され得る。この例において、電子機器１０には、速度推定システム３０及び路面評価システム５０としての機能を実現するためのコンピュータプログラムがインストールされていなくてもよい。

データ記録部６５は、計測データＭＤとして、ＧＰＳ受信機６１により計測された対象期間における各時点の位置Ｐの時系列データ、及び、加速度センサ６３により計測された対象期間における各時点の水平方向加速度Ａｈ及び鉛直方向加速度Ａｖの時系列データを記録する。ＧＰＳ受信機６１及び加速度センサ６３が車両１に固定されているとき、これらの時系列データが示す位置Ｐ、水平方向加速度Ａｈ、及び鉛直方向加速度Ａｖは、車両１の位置Ｐ、水平方向加速度Ａｈ、及び鉛直方向加速度Ａｖに対応する。

位置Ｐの時系列データは、各時点の位置Ｐにタイムコードが関連付けたデータであり得る。水平方向加速度Ａｈ及び鉛直方向加速度Ａｖの時系列データは、各時点の水平方向加速度Ａｈ及び鉛直方向加速度Ａｖにタイムコードが関連付けられたデータであり得る。タイムコードは、位置Ｐ、水平方向加速度Ａｈ及び鉛直方向加速度Ａｖの計測時刻を同一時間軸で示すコードであり得る。

本変形例によれば、データ記録部６５又はストレージ１５は、着脱可能な携帯型の記録メディアを備えていてもよく、計測データＭＤは、この記録メディアに記録され得る。あるいは、データ記録部６５は、外部のクラウドサーバに、計測データＭＤをアップロードすることにより、計測データＭＤを記録してもよい。

本変形例によれば更に、車両１には搭載されないパーソナルコンピュータ７０が、図７に示す情報取得部８０と、ＧＰＳ速度算出部８１と、ＡＣＣ速度算出部８３と、差分算出部８５と、誤差推定部８７と、速度推定部８９と、振動分析部９１と、路面評価部９５として機能する。

図６に示すパーソナルコンピュータ７０は、プロセッサ７１、メモリ７３、ストレージ７５、メディアリーダ７６、ユーザインタフェース７７、及び通信インタフェース７９を備える。メディアリーダ７６は、計測システム６０から取り外された記録メディアを装着可能であり、装着された記録メディア内の計測データＭＤを読み取り可能である。

プロセッサ７１は、ユーザインタフェース７７を通じて入力されるユーザからの実行指
令に基づき、ストレージ７５に記録されたコンピュータプログラムを実行することにより、図７に示す情報取得部８０と、ＧＰＳ速度算出部８１と、ＡＣＣ速度算出部８３と、差分算出部８５と、誤差推定部８７と、速度推定部８９と、振動分析部９１と、路面評価部９５として機能する。

ＧＰＳ速度算出部８１、ＡＣＣ速度算出部８３、差分算出部８５、誤差推定部８７、速度推定部８９、振動分析部９１、及び、路面評価部９５は、それぞれ、上述した電子機器１０のＧＰＳ速度算出部３１、ＡＣＣ速度算出部３３、差分算出部３５、誤差推定部３７、速度推定部３９、振動分析部５１、及び、路面評価部５５と同様に機能し得る。

情報取得部８０は、ユーザから指定された場所、特には記録メディア又はクラウドサーバから、計測データＭＤとして、位置Ｐの時系列データ、並びに、水平方向加速度Ａｈ及び鉛直方向加速度Ａｖの時系列データを取得する。

情報取得部８０は、位置Ｐの時系列データを、ＧＰＳ速度算出部８１に入力し、水平方向加速度Ａｈの時系列データを、ＡＣＣ速度算出部８３に入力し、鉛直方向加速度Ａｖの時系列データを、振動分析部９１に入力する。

ＧＰＳ速度算出部８１は、位置Ｐの時系列データから特定される各時点の位置Ｐの微分により、位置Ｐの時間変化に基づいた各時点の車両１の第一速度Ｖ１を算出する。ＡＣＣ速度算出部８３は、水平方向加速度Ａｈの時系列データから特定される水平方向加速度Ａｈの積分により、水平方向加速度Ａｈの時間変化に基づいた各時点の車両１の第二速度Ｖ２を算出する。

差分算出部８５は、ＡＣＣ速度算出部８３により算出されたＡＣＣ速度Ｖ２と、ＧＰＳ速度算出部８１により算出されたＧＰＳ速度Ｖ１との差Ｅ＝Ｖ２－Ｖ１を、対象期間の各時点について算出し、算出した各時点の差Ｅを、誤差推定部８７に入力する。

誤差推定部８７は、差分算出部８５から入力される差Ｅの時系列データを、ローパスフィルタ８８に入力する。ローパスフィルタ８８は、上述のローパスフィルタ３８と同様に構成される。誤差推定部３７は、ローパスフィルタ８８の出力である差ＬＰＦ（Ｅ）の時系列データに含まれる各時点の差ＬＰＦ（Ｅ）を、対応する時点のＡＣＣ速度Ｖ２に含まれる誤差成分Ｎ＿ＡＣＣの推定値Ｎ２として出力する。

速度推定部８９は、対象期間の各時点におけるＡＣＣ速度Ｖ２の誤差成分Ｎ＿ＡＣＣの推定値Ｎ２を、対応する時点のＡＣＣ速度Ｖ２から減算することにより、車両１の水平方向速度、すなわち車両１の走行速度に関する速度推定値Ｖａを算出する。

振動分析部９１は、鉛直方向加速度Ａｖの時系列データに基づいて車両１の振動情報を生成し、路面評価部９５に入力する。路面評価部９５は、速度推定部８９から入力される車両１の走行速度に関する速度推定値Ｖａと、振動分析部５１から入力される振動情報と、車両１の振動モデルと、に基づいて、ＩＲＩを算出し、算出したＩＲＩを、対応する時点の位置情報と関連付けて記録した路面データＲＤを生成する。

こうした変形例によれば、既存のスマートフォン等の電子機器を用いて計測システム６０を構築し、低コストに高精度な速度推定及び路面評価を実現可能である。

更なる別例として、ＧＰＳ速度Ｖ１及びＡＣＣ速度Ｖ２の記録が車両１に搭載された電子機器１０にて行われ、この記録データがパーソナルコンピュータに取り込まれて、パーソナルコンピュータにより差分算出部３５と、誤差推定部３７と、速度推定部３９と、振
動分析部５１と、路面評価部５５としての機能が実現されてもよい。

この他、本開示の速度推定技術は、三次元速度の推定に適用されてもよい。本開示の速度推定技術は、四輪自動車及び二輪自動車等の自動車にかぎらず、自転車及びドローンなどの種々の移動体の速度推定に用いられ得る。

上記実施形態における１つの構成要素が有する機能は、複数の構成要素に分散して設けられてもよい。複数の構成要素が有する機能は、１つの構成要素に統合されてもよい。上記実施形態の構成の一部は、省略されてもよい。上記実施形態の構成の少なくとも一部は、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換されてもよい。特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…車両、１０…電子機器、１１，７１…プロセッサ、１３，７３…メモリ、１５，７５…ストレージ、１７，７７…ユーザインタフェース、１９，７９…通信インタフェース、２１，６１…ＧＰＳ受信機、２３，６３…加速度センサ、３０…速度推定システム、３１，８１…ＧＰＳ速度算出部、３３，８３…ＡＣＣ速度算出部、３５，８５…差分算出部、３７，８７…誤差推定部、３８，８８…ローパスフィルタ、３９，８９…速度推定部、５０…路面評価システム、５１，９１…振動分析部、５５，９５…路面評価部、６０…計測システム、６５…データ記録部、７０…パーソナルコンピュータ、７６…メディアリーダ、８０…情報取得部、ＭＤ…計測データ、ＲＤ…路面データ。

Claims (6)

1. 全地球測位システム（ＧＰＳ）により計測される移動体の位置、及び、加速度センサにより計測される前記移動体の加速度に関して、計測された複数の時点のそれぞれにおける前記位置及び前記加速度の情報を取得するように構成される情報取得部と、
   前記位置の時間変化に基づき前記移動体の速度を算出するように構成される第一速度算出部と、
   前記加速度の時間変化に基づき前記移動体の速度を算出するように構成される第二速度算出部と、
   前記第一速度算出部により算出された速度である第一速度Ｖ１と、前記第二速度算出部より算出された速度である第二速度Ｖ２との差（Ｖ２－Ｖ１）を、ローパスフィルタに入力し、前記第二速度Ｖ２に含まれる誤差成分の推定値として、前記ローパスフィルタの出力を取得するように構成される誤差推定部と、
   前記第二速度Ｖ２から前記誤差成分の推定値を減算することにより、前記移動体の真の速度の推定値である速度推定値を算出するように構成される速度推定部と、
   を備える速度推定システム。
2. 前記移動体の位置を計測するためのＧＰＳ受信機及び前記加速度センサが、前記速度推定システムに搭載されており、全体として電子機器を構成する請求項１記載の速度推定システム。
3. 路面を走行する車両の走行速度の推定値として、前記速度推定値を算出するように構成される請求項１又は請求項２記載の速度推定システムと、
   前記速度推定システムにより算出された前記速度推定値と、前記車両の鉛直方向の振動情報とに基づき、前記車両が走行する前記路面の凹凸に関する評価指標を算出するように構成される路面評価部と、
   を備える路面評価システム。
4. 請求項１又は請求項２記載の速度推定システムにおける前記情報取得部、前記第一速度算出部、前記第二速度算出部、前記誤差推定部、及び前記速度推定部としての機能を、コンピュータに実現させるためのコンピュータプログラム。
5. コンピュータにより実行される速度推定方法であって、
   全地球測位システム（ＧＰＳ）により計測される移動体の位置に基づき、前記移動体の速度を算出することと、
   加速度センサにより計測される前記移動体の加速度に基づき、前記移動体の速度を算出することと、
   前記位置に基づき算出された前記移動体の速度である第一速度Ｖ１と、前記加速度に基づき算出された前記移動体の速度である第二速度Ｖ２との差（Ｖ２－Ｖ１）を、ローパスフィルタに入力し、前記第二速度Ｖ２に含まれる誤差成分の推定値として、前記ローパスフィルタの出力を取得することと、
   前記第二速度Ｖ２から前記誤差成分の推定値を減算することにより、前記移動体の真の速度の推定値を算出することと、
   を含む速度推定方法。
6. コンピュータにより実行される路面評価方法であって、
   請求項５記載の速度推定方法に従って前記移動体の真の速度の推定値を算出することによって、路面を走行する車両の走行速度の推定値を算出することと、
   前記車両の走行速度の推定値と、前記車両の鉛直方向の振動情報とに基づいて、前記車両が走行する路面の凹凸に関する評価指標を算出することと、
   を含む路面評価方法。

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