JP3613118B2

JP3613118B2 - 交通流シミュレータ及びナビゲーション端末

Info

Publication number: JP3613118B2
Application number: JP2000046711A
Authority: JP
Inventors: 徹永井; 忠明北村; 孝義横田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-02-18
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2020-02-18
Also published as: JP2001229483A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交通流シミュレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の交通流シミュレータとして、フロリダ大学のＭｃＴｒａｎｓが米国連邦高速道路局（ＦＨＷＡ：ＦｅｄｅｒａｌＨｉｇｈｗａｙＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ）のために開発した交通流シミュレーション・モデルＮＥＴＳＩＭがある。このシミュレータは、対象道路の接続関係をあらわすのに、交差点をノード、交差点間を結ぶ線分をリンク、として記述される。このネットワークデータの入力は、人間が図面から目で読み取った地点の座標を数値に換算し、その数値をテキストファイル形式で直接入力するか、道路の形状に適合する図形を人間の目で選び入力するものである。
【０００３】
また、財団法人日本交通管理協会発行の交通信号制御アルゴリズム評価用交通流シミュレータの取扱い説明書には、イメージスキャナーより読込んだ地図データ上に、リンクデータとノードデータを、適合する図形を人間が選んで入力することが記載されている。
【０００４】
また、特開平８−８３０４４号公報には、ネットワークデータを利用した交通流シミュレータについて記載されている。このネットワークデータは、予めノードデータとリンクデータが定義されているデジタル道路地図を利用している。
【０００５】
また、「地図画像からの道路ネットワークの自動抽出」電子情報通信学会論文誌情報・システムＩＩ−パターン処理（ＶＯＬ．Ｊ８２−Ｄ−ＩＩＮＯ．１１ＮＯＶＥＭＢＥＲ１９９９ｐｐ１９９０−１９９９）には、カーナビゲーションに用いるネットワークデータを経路探索の手法を用いて自動抽出することが記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の交通流シミュレータへのネットワークデータの入力は、予めノードデータとリンクデータが定義されているデジタル道路地図を利用するか、又は手入力で行なう方法しかなかった。
【０００７】
また、「地図画像からの道路ネットワークの自動抽出」電子情報通信学会論文誌情報・システムＩＩ−パターン処理（ＶＯＬ．Ｊ８２−Ｄ−ＩＩＮＯ．１１ＮＯＶＥＭＢＥＲ１９９９ｐｐ１９９０−１９９９）には、確かに、ネットワークデータを経路探索の手法を用いて自動抽出することが記載されているが、カーナビゲーションへの利用目的でネットワークデータを抽出しているため、シミュレーション対象領域の端点を抽出することを考慮していない。すなわち、この抽出方法では、交点と端点とを選択的に抽出することを考慮しておらず、特に、端点のうち、シミュレーション対象領域の境界点の抽出を考慮していないので、シミュレーション対象領域に流入する車両の設定を行なうことができず、交通流シミュレータに利用することができない。
【０００８】
以上のように、本発明の目的は、ノードデータとリンクデータが定義されていない道路地図から、シミュレーションに必要なネットワークデータ（ノードデータの交点情報と端点情報）を精度良く選択的に抽出することができる交通流シミュレータを提供することである。
【０００９】
また、本発明の他の目的はシミュレーション結果を、地図から読み取った景観とともに表示装置に表示させる手法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の態様として、デジタル化されたイメージ地図データから、道路データと景観データとを分離して抽出する手段と、前記道路データから、リンクデータ、交点データ、及び端点データとを抽出する手段と、その抽出された該ネットワークデータを使ってシミュレーションを行う交通流シミュレーション手段とを備えた構成とする交通流シミュレータがある。
【００１１】
また、他の態様としては、交点データと端点データとを有するノードデータと、リンクデータとを含むネットワークデータを使った交通流シミュレータであって、道路の形状を特定するパターンを保持している保持手段と、その保持しているパターンと、デジタル化されているイメージ地図データの道路の形状とのマッチングを行なう手段と、そのマッチングの結果、抽出された該ネットワークデータを使ってシミュレーションを行うシミュレーション手段と、そのシミュレーション結果を、前記ネットワークデータに基づいて作成される道路をあらわす画像と、車両をあらわす画像と、を使って表示装置に表示させる表示手段を設ける構成がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一つの形態を実現するハードウエア構成を説明する図である。
【００１３】
本発明で使用する交通流シミュレータは、デジタル化されたイメージ地図が保持されているデータベース１上のイメージ地図ファイルや、手書き地図２をあらかじめ決められたイメージファイル形式に変換するイメージ地図入力処理部３と、変換されたイメージ地図ファイルからノードデータとリンクデータを抽出する地図画像処理部４と、ノードデータとリンクデータをネットワークデータに変換するネットワークデータ変換部５と、抽出されたネットワークデータの不具合を編集するネットワークデータ編集部６と、抽出されたネットワークデータと編集されたネットワークデータを保持するネットワークデータベース７と、交通流シミュレーションを行なう際に必要なパラメータが保持されるパラメータデータベース８と、景観データが保持される景観データデータベース９と、ネットワークデータをもとに、計算機上で車両の流れを模擬する交通流シミュレータ１０と、シミュレーションの結果とイメージ地図データを合成して表示するアニメーション表示部１１と、アニメーション表示するディスプレイ１２とで構成される。
【００１４】
次に、本形態の処理の流れを、図２を用いて説明する。
【００１５】
まず、イメージ地図入力処理部３により、イメージ道路地図データベース１に、保存されている画像ファイル形式をモノクロ２５６色のＢＭＰ形式変換する。手書き地図２の図面の場合は、イメージスキャナー装置により図面情報を読込んで、モノクロ２５６色のＢＭＰ形式に変換する（２１）。
【００１６】
ここで、変換対象となるイメージデータのファイルは、ＧＩＦ／ＪＰＥＧ／
ＴＩＦＦ等のビットマップイメージ形式のファイルであり、カラー／モノクロどちらでも構わない。色数についても任意である。
【００１７】
次に、地図画像処理部４では、変換されたＢＭＰ形式のイメージファイルを読込んで、画像処理により交点データと端点データからなるノードデータを抽出し（２２）、ネットワークデータ変換部５によりノードデータとリンクデータからなる道路の接続関係を定義したネットワークデータを抽出する（２３）。
【００１８】
抽出されたネットワークデータに基づく道路の画像とイメージ地図データに基づくイメージ地図を合成して表示することにより、表示画面上でネットワークデータが正しく抽出されたかを確認することができる。
【００１９】
この結果、正しく抽出されなかった場合ネットワークデータ編集処理部６により、リンクデータやノードデータを表示画面上で追加したり削除したりすることで、所望のネットワークデータを作成する（２４）。
【００２０】
さらに、ネットワークデータ編集処理部６は、ネットワークデータのリンクデータに対して、上り・下りの方向を持つレーンデータを、あらかじめ指定したレーン数をもとに、付加する。
【００２１】
なお、付加されたレーン数が実際のレーン数と比較し、異なる場合には、レーン数の追加や削除を個別に行うことで所望のレーンデータを作成する（２５）。
【００２２】
最後に、アニメーション表示部１１では、交通流シミュレータ１０の処理結果を、イメージ地図データ上に重ね合わせてディスプレイ１２に表示する（２６）。
【００２３】
図３に示す地図画像処理の処理フローを図４に示すイメージ地図データを例に説明する。
【００２４】
図４に示す入力対象となるイメージ地図には、道路４４，建物４１，４２，
４３，地名４５，４６，４７がある。これらの地図は、使用するイメージファイルによって色数が異なるが、例えば、マイクロソフト社のＷｉｎｄｏｗｓに付属のペイントにより予め、モノクロ２５６色のｂｍｐ形式に変換しておくものとする。
【００２５】
まず、図４に示すモノクロ２５６色のｂｍｐ形式のファイルに対して、道路とそれ以外のデータに分離するために２値化のしきい値を変化させることにより、図５に示すように道路５１と、建物５２，５３，５４のデータ（道路データと建物データ）を切出す（３１）。
【００２６】
建物データの抽出には、図５の２値化した画像をもとに、面積を有する図形に対してラベリング処理を行い、ラベリングされた各図形に対して面積フィルタ
（一定の面積を有する図形を抽出し、抽出した図形を、建物をあらわす図形として定義付けるフィルタ）により一定の大きさの図形要素を抽出し、図形要素が占める画素の画素数から建物かどうか判定し、図７のような建物７１，７２，７３の外形を建物データとして抽出する。
【００２７】
次に、切出した道路５１に対し、細線化処理により図６の破線６２に示す道路線分データ（道路の外形を線分で表現した情報）を求める（３２）。
【００２８】
次に、求められた図６に示す細線化画像から、ノードデータを抽出する。ノードは、大きく交点と端点に分類され、交点は、いわゆる道路の分岐点（交差点，道路の合流・分岐点等の端点以外のノード）を表し、端点は（交通流シミュレーションを行なう領域の境界と道路との境界点等の）シミュレーションを行なう際の車両がその領域に出現する点を表す。又、このノードデータを抽出とは、交点データ及び端点データを抽出することを意味する。
【００２９】
この交点データの抽出は、図８に示すように線分の合流した点をまず抽出し、その抽出した点に対して、予め保持しておいたｎ×ｎの画素パターンをテンプレートとしてマッチングを行なうことで抽出する。例えば、４差路交差点の場合、図８のパターン８１のように４差路交差点を簡略化したパターンで抽出し、３差路交差点の場合もパターン８２のように、３差路交差点を簡略化したパターンで抽出する。
【００３０】
なお、単純化する場合には、３×３の画素中に、４画素以上が検出された場合に交点と判断する（３３）。
【００３１】
端点データ７も交点データ同様に、図８のパターン８３のように、簡略化された２画素が検出された場合に端点データとして抽出する（３４）。
【００３２】
前述の抽出によって求められた交点データ及び端点データにラベリング処理を行い、画素位置からノードデータ（ノード座標）を求めることができる（３５）。
【００３３】
リンクデータの抽出は、図６に示すように例えば交点６１に対して、図９に示すように交点９１を中心とした半径９２の円を定義する。半径は少なくとも交点において交差する各線分が分離して抽出できる距離とする。ここで、先に定義した半径９２の円と交差する線分の交点を例えば反時計回りに順に検出し、最初に見つかった交点９３をもとに、中心９１から交点９３方向の延長上に線分探索を行い、端点９４を検出することができる。これにより、交点９１と端点９４を結ぶリンクデータが抽出できる。同様な処理を、反時計回りに繰り返すことによりノード９１とノード９７を結ぶリンクと、ノード９１とノード９６を結ぶリンクと、ノード９１とノード９５を結ぶ４つのリンクデータを抽出することができる（３６）。以上のような処理により、図１０に示すようなノードデータとリンクデータからなるネットワークデータが抽出できる。
【００３４】
図１１は、図１０のネットワークデータにおけるノード座標を格納したノードデータのデータ構造の例を示したものであり、ノード番号とノードの位置を示す（ｘ，ｙ）の座標値で構成される。
【００３５】
図１２は、図１０のネットワークデータにおける道路の接続関係を定義したリンクデータのデータ構造の例を示したものであり、リンクデータは、リンク番号と、始点ノード番号，終点ノード番号により構成される。この他、シミュレーション上、交差点を基準に考える必要があるため、交差点（交点）における識別番号や、交差路の数，信号機設置の有無等の情報もイメージ地図データから抽出する際に付加される。
【００３６】
図１３は、図５の２値化されたイメージ地図データから抽出された建物５２，５３，５４のデータ構造の例を示したものであり、建物の番号と、矩形座標の代表点である２つの対角点と、立体表示の際の高さ情報で構成される。ここで、高さ情報に関しては予め設定した標準値の高さ情報を保持しておき、イメージ地図データからの抽出を行なう際に保持手段から読み出し、不可する。このことにより、３次元のアニメーション表示の際に立体の建物を表示することができる。また、実際の建物の高さがイメージ地図データから読み取れる場合には、設定値を個別に置換する。このことで正確な建物の表示が可能になる。
【００３７】
図１４は、抽出されたネットワークデータをイメージ地図データ上に重ね合わせて、ディスプレイに画面表示した例を示したものであり、これによりネットワークデータが正しく抽出されたかどうか画面上で確認することができる。
【００３８】
この例では、ノード１４１，１４３とリンク１４２が重ねて表示することにより誤って抽出されたことが確認できる。この場合正しいデータに修正しなければならないが、図１５に示すような、操作コマンドを用い例えば、ノード１４１と、１４３については、ノード削除コマンド１５２により削除する。実際には、コマンド操作により、図１１のノード座標テーブル中の当該ノード座標１１１，
１１２が削除される。同様に、リンク１４２の削除は、リンク削除コマンド１５１のコマンド操作により、図１２のリンク１２１が削除される。
【００３９】
ノードデータとリンクデータで構成されるネットワークデータの編集が完了すると、今度は実際に車両を走行させるために必要となるレーンデータに変換する必要がある。
【００４０】
レーンデータのデータ構造の詳細については、特開平８−８３０４４号「シミュレーション装置」に記載の通りであるため、ここでは前処理としてリンクデータをもとに、予め設定されたレーン数に暫定的に変換し、変換後に実際のレーン数をもとに各レーン毎のレーン数を設定する方式について説明する。図１６の例は、図１０の中の各リンクデータに対し、上りと下り方向それぞれ１車線の設定をすることで、図１６の１レーンデータ構成のレーンデータが得られたことを示す。
【００４１】
ここで、設定値が２の場合は、片側２車線で、３の場合は片側３車線構成というようになる。レーン数の個別の修正については、例えば、片側１レーン構成のレーンデータに対し、図１７に示すようにレーンの削除の場合、図１８のレーン削除操作コマンド１８２を選択し、図１７の表示画面上の当該レーン１７３，
１７４を選択することで、レーンデータの削除ができる。
【００４２】
同様に、レーンの追加の場合には、図１８のレーン追加コマンド１８１を選択し、図１７の表示画面上の当該レーン１７１，１７２を選択することでレーンデータの追加ができる。このとき、追加あるいは削除時のレーン数は、当該レーンをマウス等のポイント指定で、押した回数によりレーン数が決まる。レーン数の表示画面についても連動して更新される。
【００４３】
図１９は、アニメーション表示処理の詳細フローを示す図である。
【００４４】
まず、ネットワークデータを抽出する前のイメージ地図データを読込んでディスプレイ１２画面上に描画し（１９１）、次にレーン数を考慮したネットワークデータをイメージ地図データに重ね合わせて描画する（１９２）。景観表示が必要な場合には、景観データを読込み同様に重ね合わせて表示する（１９３）。
【００４５】
そして、シミュレーションの実行により得られる（１９４）、車両２０１の走行位置や信号機２０２の灯色情報をイメージ地図データの上に重ね合わせて表示することで、図２０に示すようなイメージ地図による景観情報を伴った、２次元のアニメーション表示が実現できる。
【００４６】
ここで、アニメーション表示上必要となる車両の走行位置や信号機の灯色情報については、例えば、先に述べたＮＥＴＳＩＭや特開平８−８３０４４号「シミュレーション装置」に記載の交通流シミュレータにより算出されるものとする。
【００４７】
図２１は、２次元のアニメーションをもとに、車両２１２や信号機２１３データを立体化し、例えば図４のイメージ地図データから先に抽出した建物２０１の高さ情報を、図１３のから取り出すことにより景観データの立体化が可能になる。これにより、交通流シミュレーションの結果を、３次元のアニメーションとして表示できるため、住民説明や関係機関への説明等第３者への理解を容易にすることができる。
【００４８】
また、３次元化することで走行中の車両から、表示版や標識がどのように見えるか等を評価するような景観シミュレーションにも応用できる。
【００４９】
また、本発明の他の態様としては、ナビゲーション端末が考えられる。
【００５０】
地図データに基づく地図と、その地図上にナビゲーション端末の位置を表示させるための構造は、従来のナビゲーション端末と同様であるが、これまで説明してきた交通流シミュレータの手段をナビゲーション装置に搭載させる。
【００５１】
つまり、従来のナビゲーション端末に対して、ナビゲーション用の地図データから、シミュレータ用のネットワークデータを作り、そのネットワークデータに基づいてシミュレーションを行い、そのシミュレーション結果を予測した交通流や周りの道路を通行する車両の交通流を、予め作成した車両の画像を用いて、表示する手段を設ける。
【００５２】
この構成を設けることで、送信されてくる過去の情報だけでなく、将来の交通流の予測を利用しても行なうことができる。
【００５３】
なお、本発明は基本的にハードウェアとして記載しているが記録媒体に記録されたプログラムをインストールすることで、実現できる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、ノードデータとリンクデータが、記載されていない地図データから交通流シミュレータに入力されるネットワークデータを自動的に抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の全体システム構成を示す図である。
【図２】本発明の全体処理フローを示す図である。
【図３】地図画像処理の処理フローを説明する図である。
【図４】イメージ地図データの例を示す図である。
【図５】イメージ地図データを２値化した図である。
【図６】２値化データを細線化処理した図である。
【図７】２値化データから建物を抽出した図である。
【図８】交点及び端点探索用のテンプレートを示す図。
【図９】交点及び端点からなるリンクデータの抽出処理を示す図である。
【図１０】線分情報からネットワークデータへの変換を示す図である。
【図１１】リンクデータのデータ構造の例を示す図である。
【図１２】ノードデータのデータ構造の例を示す図である。
【図１３】景観データのデータ構造の例を示す図である。
【図１４】ネットワークデータの修正の例を示す図である。
【図１５】ネットワークデータの編集コマンドの例を示す図である。
【図１６】ネットワークデータからレーンデータへの変換を示す図である。
【図１７】レーンデータの修正の例を示す図である。
【図１８】レーンデータの編集コマンドの例を示す図である。
【図１９】アニメーション表示処理のフローを示す図である。
【図２０】２次元のアニメーション表示の例を示す図である。
【図２１】３次元のアニメーション表示の例を示す図である。
【符号の説明】
１…イメージ道路地図ＤＢ、２…手書き地図、３…イメージ地図入力処理部、４…地図画像処理部、５…ネットワーク変換部、６…ネットワークデータ編集部、７…ネットワークデータＤＢ、８…交通流パラメータＤＢ、９…景観データ
ＤＢ、１０…交通シミュレータ、１１…アニメーション表示部、１２…ディスプレイ。

Claims

交点データと端点データとを含むノードデータと、リンクデータと、で構成されるネットワークデータを使った交通流シミュレータであって、
デジタル化されたイメージ地図データから、道路データと建物データを分離して抽出する手段と、
前記道路データから、交差路の数および信号機設置の有無の情報を格納する領域を含むリンクデータ，交点データ、及び端点データとを選択的に抽出する手段と、
抽出された交点データと端点データに基づくノードデータと前記リンクデータからネットワークデータを抽出するネットワークデータ変換手段と、
抽出された前記ネットワークデータを使って交通流シミュレーションを行なうシミュレーション手段と、
前記ネットワークデータに基づいて作成される道路をあらわす画像と、前記シミュレーション手段によるシミュレーション結果に基づく車両の走行位置をあらわす画像及び信号機の灯色情報と、前記建物データによる建物の外形を、前記イメージ地図データ上に重ねて、当該イメージ地図データを背景としたシミュレーション結果を表示装置に表示させる表示手段を設けたことを特徴とする交通流シミュレータ。
請求項１において、
前記イメージ地図データとシミュレーション結果とを合成して前記表示手段に表示させる手段では、前記信号機の灯色情報は、前記道路データから信号機設置の情報が抽出された交差路に表示させることを特徴とする交通流シミュレータ。
交点データと端点データとを有するノードデータと、リンクデータとを含むネットワークデータを使った交通流シミュレータであって、
道路の交点および端点を特定するパターンを保持している保持手段と、
デジタル化されているイメージ地図データから分離して抽出した道路の形状データと前記保持手段に保持されているパターンとをマッチングすることでノードデータを抽出し、更に交差路の数および信号機設置の有無の情報を格納する領域を設けたリンクデータを抽出する手段と、
抽出されたノードデータとリンクデータからネットワークデータを抽出するネットワークデータ変換手段と、
抽出された該ネットワークデータを使ってシミュレーションを行なうシミュレーション手段と、
前記ネットワークデータに基づいて作成される道路をあらわす画像と、前記シミュレーション手段によるシミュレーション結果に基づく車両の走行位置をあらわす画像及び信号機の灯色情報と、前記イメージ地図データから抽出した建物データによる建物の外形を、前記イメージ地図データ上に重ねて、当該イメージ地図データを背景としたシミュレーション結果を表示装置に表示させる表示手段を設けたことを特徴とする交通流シミュレータ。