JP3210483B2

JP3210483B2 - 車両位置修正方式

Info

Publication number: JP3210483B2
Application number: JP12119393A
Authority: JP
Inventors: 光二瀬脇
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 1993-05-24
Filing date: 1993-05-24
Publication date: 2001-09-17
Anticipated expiration: 2016-09-17
Also published as: JPH06331368A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両位置修正方式に係わ
り、特に、距離センサと方位センサを用いた自立航法に
ＧＰＳ（Grobal Positioning System)による３次元測位
機能を付加したナビゲーションシステムの車両位置修正
方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】ナビゲーション装置は、車両の現在位置
に応じた地図データをＣＤ−ＲＯＭ等の地図データ記憶
部から読み出してディスプレイ画面に描画すると共に、
車両位置マ−クを地図上で移動させ、あるいは車両位置
マークをディスプレイ画面の一定位置（例えばディスプ
レイ画面の中心位置）に固定表示し、車両の移動に応じ
て地図をスクロ−ル表示する。地図データは、(1) ノ−
ドデータや道路リンクデータ、交差点データ等からなる
道路レイヤと、(2) 地図上のオブジェクトを表示するた
めの背景レイヤと、(3) 市町村名などを表示するための
文字レイヤなどから構成され、ディスプレイ画面に表示
される地図画像は、背景レイヤと文字レイヤに基づいて
発生され、マップマッチング処理や誘導経路の探索処理
は道路レイヤに基づいて行われる。かかるナビゲ−ショ
ン装置において、車両の現在位置を測定することは不可
欠である。このため、従来は、車両に搭載した距離セン
サと方位センサを用いて車両位置を測定する測定法（自
立航法）と衛星を用いたＧＰＳによる測定法（衛星航
法）が実用化されている。自立航法による車両位置測定
は、比較的低コストで車両位置の測定ができるが、高精
度に位置測定ができない問題があり、マップマッチング
処理等の補正処理が必要になる。又、衛星航法は絶対的
な位置が検出可能である反面、トンネルやビルなど衛星
電波が遮られる場所では位置検出ができない欠点があ
る。

【０００３】自立航法によるナビゲーション装置では、
距離センサと相対方位センサの出力に基づき積算により
以下のようにして車両位置を検出する。図５は自立航法
による車両位置検出方法の説明図であり、距離センサは
車両がある単位距離Ｌ₀走行する毎にパルスを出力する
ものとし、また、基準方位（θ＝０）をＸ軸の正方向、
基準方位から反時計方向回りを＋方向とする。前回の車
両位置を点Ｐ₀（Ｘ₀，Ｙ₀）、点Ｐ₀での車両進行方向の
絶対方位をθ₀、単位距離Ｌ₀走行した時点での相対方位
センサの出力をΔθ₁であるとすると、車両位置の変化
分は、 ΔＸ＝Ｌ₀・cos（θ₀＋Δθ₁） ΔＹ＝Ｌ₀・sin（θ₀＋Δθ₁）となり、今回の点Ｐ₁での車両進行方向の絶対方位θ₁と
位置（Ｘ₁，Ｙ₁）は、 θ₁＝θ₀＋Δθ₁(1) Ｘ₁＝Ｘ₀＋ΔＸ＝Ｘ₀＋Ｌ₀・cosθ₁(2) Ｙ₁＝Ｙ₀＋ΔＹ＝Ｙ₀＋Ｌ₀・sinθ₁(3) としてベクトル合成により計算できる。従って、スター
ト地点での車両の絶対方位と位置座標を与えれば、その
後、車両が単位距離走行する毎に、(1)〜(3)式の計算を
繰り返すことにより車両位置をリアルタイムで検出で
き、車両位置マークや走行軌跡を道路上に表示できる。

【０００４】しかし、自立航法では走行するにつれて誤
差が累積して車両位置が道路から外れる。そこで、マッ
プマッチング処理により車両位置を道路データと照合し
て道路上に修正する。マップマッチングの方法は種々提
案されている。第１のマップマッチング方法は、走行軌
跡（所定走行距離毎の位置と方位）を保存しておき、該
走行軌跡と同形の地図上の道路を求め、該道路上のポイ
ントに車両位置マークをマップマッチングさせる方法で
ある。第２のマップマッチング方法は投影法による方法
である。図６〜図７は投影法によるマップマッチングの
説明図である。車両位置が点Ｐ_i-1（Ｘ_i-1，Ｙ_i-1）に
あり、車両方位がθ_i-1であったとする（図６では点Ｐ
_i-1は道路ＲＤaと一致していない場合を示す）。点Ｐ
_i-1より一定距離Ｌ₀（例えば５ｍ）走行したときの相対
方位がΔθ_iであれば、自立航法による車両位置の点
Ｐ_i′（Ｘ_i′，Ｙ_i′）とＰ_i′での車両方位θ_iは、次
式 θ_i＝θ_i-1＋Δθ_i Ｘ_i′＝Ｘ_i-1＋Ｌ₀・cosθ_i Ｙ_i′＝Ｙ_i-1＋Ｌ₀・sinθ_i により求められる。

【０００５】このとき、(a) 点Ｐ_i′から垂線を降ろす
ことのできるリンクであって、点Ｐ_i′での車両方位θ_i
とリンクの成す角度が一定値以内で、かつ、点Ｐ_i′か
らリンクに降ろした垂線の長さが一定距離以内となって
いるものを探す。ここでは道路ＲＤa上の方位θa₁のリ
ンクＬＫa₁（ノードＮa₀とＮa₁を結ぶ直線）と道路ＲＤ
b上の方位θb₁のリンクＬＫb₁（ノードＮb₀とＮb₁を結
ぶ直線）となる。ついで、(b) 点Ｐ_i′からリンクＬＫa
₁，ＬＫb₁に降ろした垂線ＲＬia、ＲＬibの長さを求
め、短い方のリンクをマッチング候補とする。ここでは
リンクＬＫa₁となる。(c) そして、点Ｐ_i-1と点Ｐ_i′を
結ぶ走行軌跡ＳＨiを垂線ＲＬiaの方向に点Ｐ_i _-1がリン
クＬＫa₁上（またはリンクＬＫa₁の延長線上）に来るま
で平行移動して、点Ｐ_i-1とＰ_i′の移動点ＰＴ_i-1とＰ
Ｔ_i′を求め、(d) 最後に、点ＰＴ_i-1を中心にＰＴ_i′
がリンクＬＫa₁上（またはリンクＬＫa₁の延長線上）に
来るまで回転移動して移動点を求め、修正車両位置Ｐ_i
（Ｘ_i，Ｙ_i）とする。なお、修正車両位置Ｐ_iでの車両
方位はθ_iのままとされる。また、図７の如く、前回の
車両位置である点Ｐ_i-1が道路ＲＤaにあるときは、移動
点ＰＴ_i-1は点Ｐ_i-1と一致する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、自立航法で
は誤差が大きくなって車両位置が道路から大きく外れる
と、車両位置を実際の道路上の現在位置にマップマッチ
ングできない。すなわち、第１のマップマッチング方法
では走行軌跡と同形の道路を探すことができなくなり、
又、第２の方法ではマッチングさせるための条件を満足
する道路を探すことができなくなる。このようにマップ
マッチングが不可能になると、ナビゲーションは意味を
なさず、自動車を一旦停めて車両位置マークを地図上の
実際の車両位置に位置決めしてナビゲーションを再開し
なければならない。しかし、かかる方法では極めて操作
性能が悪い。そこで、自立航法のナビゲーションシステ
ムにＧＰＳを組み込み、マップマッチングが不可能にな
ったら、ＧＰＳから得られる位置データ、方位データを
用いて車両位置を自動車の現在位置にマップマッチング
させると共に、車両の走行方位を修正することが考えら
れる。

【０００７】しかし、前述のように、ＧＰＳによれば絶
対的な位置は検出可能であるが、トンネルやビルなど衛
星電波が遮られる場所では正確な位置検出ができず、し
かも、受信衛星の切り替わりやＳＡ（Selectable Avail
ability)の切り替え時にＧＰＳにより検出した位置に”
飛び”が起こる。このように、ＧＰＳで測定した位置や
方位に多くの誤差が含まれる時点で、自立航法によるマ
ップマッチングが不可能になると、誤差を含んだＧＰＳ
による位置データ、方位データを用いて車両位置及び走
行方位を修正することになり、実際の地図上の車両位置
に車両位置マークを正しくマップマッチングができず、
しかも走行方位も実際の走行方位と異なってしまう。以
上から、本発明の目的は、自立航法によるマップマッチ
ングが不可能になった時、正しいＧＰＳによる位置デー
タ、方位データを用いて車両位置及び走行方位を修正で
きる車両位置修正方式を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれ
ば、自立航法により車両位置及び走行方位を算出する車
両位置・方位計算部、ＧＰＳより得られる位置データを
用いて演算した車速と自立航法センサより得られる車速
との差を求め、該差がしきい値以下であるか判断する速
度差監視部、マップマッチングが不可能になった時、前
記速度差がしきい値以下の場合にＧＰＳより得られる位
置データ、方位データを用いて車両位置、走行方位を修
正し、速度差がしきい値を越える時には、しきい値以下
になるのを待ってＧＰＳより得られる位置データ、方位
データを用いて車両位置、車両進行方位を修正するマッ
プマッチング処理部により達成される。

【０００９】

【作用】マップマッチングが不可能になった時、ＧＰＳ
より得られる位置データを用いて演算した車速と距離セ
ンサより得られる車速との差を求め、該差がしきい値以
下であるか判断し、速度差がしきい値以下の場合にＧＰ
Ｓより得られるデータ（位置データ、方位データ）を用
いて車両位置、走行方位を修正し、速度差がしきい値を
越える時には、しきい値以下になるのを待ってＧＰＳデ
ータ（位置データ、方位データ）を用いて車両位置、車
両進行方位を修正する。このように、速度差がしきい値
以下の場合にのみＧＰＳデータを用いて車両位置、方位
の修正をするようにしたから、ＧＰＳデータに信頼が持
て、正確な位置、方位の修正ができる。又、自立航法に
よるマップマッチングが不可能になっても、正しいＧＰ
Ｓデータ（位置データ、方位データ）を用いて車両位置
及び走行方位を修正するため、以後、正しくマップマッ
チングを行なうことができる。

【００１０】

【実施例】

全体の構成図１は本発明の一実施例であるナビゲーションシステム
の構成図であり、１は地図情報を記憶するＣＤ−ＲＯ
Ｍ、２は操作盤、３は衛星からの電波を受信して車両の
現在位置を測定するＧＰＳ受信機、４は各衛星からの電
波を受信するマルチビームアンテナ、５は自立航法用セ
ンサであり、５ａは振動ジャイロ等車両の回転角度を検
出する相対方位センサ（角度センサ）、５ｂは所定走行
距離毎に１個のパルスを発生する距離センサ、６は地図
や車両位置マークの描画処理、最適経路探索処理、マッ
プマッチング処理等を行うマイコン構成のシステムコン
トローラ、７はディスプレイ装置である。

【００１１】地図情報地図情報は、(1) 道路レイヤと、(2) 地図上のオブジェ
クトを表示するための背景レイヤと、(3) 市町村名など
を表示するための文字レイヤなどから構成されている。
このうち、道路レイヤは図２に示すように道路リンクデ
ータＲＬＤＴ、ノードデータＮＤＤＴ、交差点データＣ
ＲＤＴを有している。道路リンクデータＲＬＤＴは該当
道路の属性情報を与えるもので、道路リンク上の全ノ−
ド数、道路を構成する各ノ−ドの番号、道路番号（道路
名）、道路の種別（国道、高速道路、その他の別）等の
データより構成されている。又、交差点データＣＲＤＴ
は地図上の各交差点毎に、該交差点に連結するリンク上
のノードのうち該交差点に最も近いノ−ド（交差点構成
ノ−ドという）の集合であり、ノ−ドデータＮＤＤＴは
道路を構成する全ノ−ドのリストであり、ノ−ド毎に位
置情報（経度、緯度）、該ノ−ドが交差点であるか否か
の交差点識別フラグ、ノ−ドが交差点であれば交差点デ
ータを指し、交差点でなければ該ノ−ドが属する道路リ
ンクを指すポインタ等で構成されている。

【００１２】操作盤操作盤２は車両位置マークを地図に対して相対的に移動
させるジョイスティック、地図検索キー、拡大／縮小キ
ー、最適経路検索キー等の各種キーを備えている。ＧＰＳ受信機ＧＰＳ受信機３は図３に示すように、マルチビ−ムアン
テナ４により受信された各衛星からの電波を所定の中間
周波信号に変換し、かつ増幅する周波数変換・増幅器３
ａと、各衛星からの電波よりＧＰＳに割り当てられたチ
ャンネル信号を選択・検波する受信機３ｂと、該チャン
ネル信号をデジタルデータ（時刻符号データ等）に復号
する復号器３ｃと、処理部３ｄを備えている。処理部３
ｄは復号データに基づいて三次元測位あるいは二次元測
位処理を行って車両位置、方位、車速を計算して出力す
る。尚、方位は現車両位置と１サンプリング時間ΔＴ前
の車両位置を結んだ方向であり、車速は現車両位置と１
サンプリング時間ΔＴ前の車両位置間距離をサンプリン
グ時間で除算したものである。

【００１３】システムコントローラシステムコントローラ６は、地図データを一時的に記憶
する地図データバッファメモリ６ａ、地図読み出し制御
部６ｂ、ＧＰＳ受信機３により測定された最新のいくつ
かの位置データ、方位データ、車速データを記憶するデ
ータ記憶部６ｃ、自立航法用センサー出力に基づいて車
両位置、走行方位を計算する車両位置・方位計算部６
ｄ、車両位置を修正する車両位置修正部６ｅ、車両位置
マーク発生部６ｆ、車両位置周辺の地図を車両位置マー
クと共にディスプレイ装置7に表示させる地図描画制御
部６ｇ、速度差監視部６ｈを有している。地図読み出し
制御部６ｂは車両現在位置を入力され、該車両現在位置
に応じた地図データをＣＤ−ＲＯＭ１から読み出して地
図データバッファメモリ６ａに記憶する。車両位置・方
位計算部６ｄは角度センサ５ａ及び距離センサ５ｂの出
力に基づいて(1)〜(3)式により車両現在位置及び走行方
位を計算する。車両位置修正部６ｅは、所定時間毎の車
両位置及び走行方位を走行軌跡として記憶する走行軌跡
記憶部6e-1と、地図データバッファメモリ６ａに読み出
されている道路データと走行軌跡データを用いてマップ
マッチング処理を行って車両位置を修正するマップマッ
チング処理部6e-2を有している。車両位置マーク発生部
６ｆは車両位置データを入力され、地図の車両現在位置
上に車両位置マークを発生する。地図描画制御部６ｇは
地図バッファメモリ６ａと車両位置マーク発生部６ｆよ
り車両現在位置周辺の地図データと車両位置マークデー
タを読み取ってディスプレイ装置７に入力する。速度差
監視部６ｈは、ＧＰＳにより得られた位置データに基づ
いて計算された車速Ｖgpsと距離センサ５ｂの出力に基
づいて計算された車速Ｖcsとの差がしきい値(例えば５K
m/h)以下であるかを判断する。

【００１４】ディスプレイ装置ディスプレイ装置７は、ＣＲＴコントローラ８、ビデオ
ＲＡＭ（Ｖ−ＲＡＭ）９、読み出し制御部１０、ＣＲＴ
１１等を有し、ＣＲＴ画面（スクリーン）に所望の地図
及び車両位置マークを表示する。全体の動作図４は本発明のマップマッチングの処理フロー図であ
る。車両位置・方位計算部６ｄは角度センサ５ａ及び距
離センサ５ｂの出力を用いて、所定時間毎に車両の現在
位置及び走行方位を演算して車両位置修正部６ｅに入力
する。車両位置修正部６ｅの走行軌跡記憶部6e-1は車両
位置・方位計算部６ｄから入力される車両位置及び方位
を順次記憶する(ステップ１０１）。マップマッチング
処理部6e-2は車両の所定走行距離毎に記述の方法により
マップマッチング処理を行い、マッチングが可能であれ
ば（ステップ１０２）、車両現在位置、走行方位を修正
し、修正値を車両位置・方位計算部６ｄ及び車両位置マ
ーク発生部６ｆに入力する（ステップ１０３）。車両位
置マーク発生部６ｆは修正された車両現在位置上に表示
されるように車両位置マークを発生し、地図描画制御部
６ｇは車両位置マーク発生部６ｆより車両位置マークデ
ータを読み取ってディスプレイ装置７に入力し、地図上
の修正位置に表示する（ステップ１０４）。以後、初め
に戻って処理を繰り返す。なお、車両位置・方位計算部
６ｄは修正された車両現在位置及び走行方位を基準にし
て以後(1)〜(3)式により位置データ及び走行方位を計算
する。

【００１５】一方、車両位置・方位計算部６ｄにより計
算された車両位置、走行方位が実際の走行道路から大き
くはずれてマップマッチングが不可能になると、ステッ
プ１０２において「ＮＯ」となる。かかる場合、マップ
マッチング処理部6e-2はＧＰＳにより測定された車速Ｖ
gpsと自立航法センサ５出力に基づいて測定された車速
Ｖcsの差がしきい値以下であるか判断し（ステップ１０
５）、しきい値以上の場合には、しきい値以下になるま
で待つ。しきい値以下であれば、データ記憶部６ｃに記
憶されているＧＰＳデータ（位置データ、方位データ）
に基づいて車両現在位置及び走行方位を修正し、修正し
た車両現在位置及び走行方位データを車両位置・方位計
算部６ｄ及び車両位置マーク発生部６ｆに入力する（ス
テップ１０６）。このように、速度差がしきい値以下の
場合にのみＧＰＳデータを用いて車両位置、方位を修正
するのは、速度差がしきい値以下の場合には車両がトン
ネルやビルなど衛星電波が遮られる場所に位置しておら
ず、しかも、受信衛星の切り替わりやＳＡの切り替えが
生じておらず、ＧＰＳデータに信頼が持てるとみなせる
からである。

【００１６】位置及び方位の修正に際しては、ＧＰＳに
より得られている最新の位置データ及び方位を車両の現
在位置及び走行方位とすることができる。又、走行方位
については、速度差がしきい値以下の複数の地点におけ
るＧＰＳ方位θgpsと、同一地点において自立航法によ
り測定されている複数の走行方位θcsとの差の平均値θ
offを次式 θoff＝（１／ｎ）・Σ（θgps−θcs）ｎはサンプル数により演算し、現走行方位に該平均角度
θoff分だけ加算して修正することもできる。車両位置
マーク発生部６ｆは修正された車両現在位置上に表示さ
れるように車両位置マークを発生し、地図描画制御部６
ｇは車両位置マーク発生部６ｆより車両位置マークデー
タを読み取ってディスプレイ装置７に入力し、地図上の
修正位置に表示する（ステップ１０４）。以後、初めに
戻って処理を繰り返す。以上、本発明を実施例により説
明したが、本発明は請求の範囲に記載した本発明の主旨
に従い種々の変形が可能であり、本発明はこれらを排除
するものではない。

【００１７】

【発明の効果】以上本発明によれば、マップマッチング
が不可能になった時、ＧＰＳより得られる位置データを
用いて演算した車速と距離センサより得られる車速との
差を求め、該差がしきい値以下であるか判断し、差がし
きい値以下の時には、ＧＰＳデータ（位置データ、方位
データ）を用いて車両位置、車両進行方位を修正し、差
がしきい値を越える時には、しきい値以下になるのを待
ってＧＰＳデータ（位置データ、方位データ）を用いて
車両位置、車両進行方位を修正するように構成したか
ら、自立航法によるマップマッチングが不可能になった
時、正しいＧＰＳデータを用いて車両位置及び走行方位
を修正でき、又、以後、正しくマップマッチングを行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のナビゲーションシステムの構成図であ
る。

【図２】地図情報における道路レイヤ説明図である。

【図３】ＧＰＳ受信機の構成図である。

【図４】マップマッチングの処理フロー図である。

【図５】自立航法による位置及び方位算出の説明図であ
る。

【図６】投影法によるマップマッチングの説明図（その
１）である。

【図７】投影法によるマップマッチングの説明図（その
２）である。

【符号の説明】

３・・ＧＰＳ受信機５ａ・・角度センサ５ｂ・・距離センサ６ｄ・・車両位置・方位計算部６ｅ・・車両位置修正部 6e-1・・走行軌跡記憶部 6e-2・・マップマッチング処理部６ｈ・・速度差監視部７・・ディスプレイ装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 21/00 G01S 5/02 G01S 5/14 G09B 29/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】地図データに基づいてディスプレイ画面
に地図を描画すると共に、自立航法により車両位置、走
行方位を測定して車両位置マークを地図上に表示し、マ
ップマッチングにより車両位置を道路上に修正する車両
位置修正方式において、通常時、自立航法により車両位置、走行方位を測定し、
マップマッチングにより車両現在位置、車両進行方位を
修正し、マップマッチングが不可能になった時、ＧＰＳより得ら
れる位置データを用いて演算した車速と自立航法センサ
より得られる車速との差がしきい値以下であるか判断
し、差がしきい値以下の時には、ＧＰＳより得られる位置デ
ータ、方位データを用いて車両位置、車両進行方位を修
正し、差がしきい値を越える時には、しきい値以下になるのを
待ってＧＰＳより得られる位置データ、方位データを用
いて車両位置、車両進行方位を修正する、ことを特徴と
する車両位置修正方式。