JP3660052B2

JP3660052B2 - 路上位置測定方法及びシステム並びにこれらに適する装置

Info

Publication number: JP3660052B2
Application number: JP10168696A
Authority: JP
Inventors: 兆五関根
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1996-04-23
Filing date: 1996-04-23
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2016-04-23
Also published as: JPH09287908A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路上を走行する車両等の移動体の位置を当該移動体の上で測定する路上位置測定方法及びシステム並びにこれらに適する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
道路上の車両の位置をその車両の上で測定する手段としては、ＧＰＳ（Global Positioning System ）受信機等のように航法衛星から送信される信号を利用する手段や、車載の加速度センサ、速度センサ、方位センサ等から得られる情報を積算する手段が、従来から用いられている。しかしながら、前者は航法衛星の見晴らし範囲外（トンネル内や高架下）では測定を実行できないという問題を有しており、後者は積算に伴い誤差が累積し正確な測定を実行できないという問題を有している。これらの問題を解決すべく、両手段を組み合わせ、更にはマップマッチングを組み合わせた車載測定器が既に実用化されてはいるものの、組み合わせ方によって異なる測定結果が得られることや、また一般に処理が複雑になりがちであること等、なお問題が残っている。
【０００３】
本発明の目的の一つは、漏洩ケーブル技術を利用することにより、トンネル内か否か等走行環境の如何によらず、またこれまでの走行距離等移動体の状態の如何によらず、常時正確な測定結果が得られるようにすることにある。本発明の目的の一つは、漏洩ケーブルの敷設態様及びこの漏洩ケーブルを用いた送信の方法を工夫することにより、比較的単純な信号処理にてかつ安定的に測定結果が得られるようにすることにある。本発明の目的の一つは、送信する信号の内容を工夫することにより、移動体の相対位置（例えば最寄りの送信機に対する位置）のみならず絶対位置（所定の基準点例えば特定の送信機に対する位置）をも測定可能にすることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
このような目的を達成するために、本発明の第１の構成に係る路上位置測定方法は、道路上を走行する移動体の位置の測定に先立ち、当該道路の延長方向に沿ってかつ互いに他のいずれかの漏洩ケーブルと少なくとも部分的に重複するよう複数の漏洩ケーブルを敷設しておくと共に、各漏洩ケーブルに対応して少なくとも１個ずつ送信機を設けておき、上記位置の測定に際しては、各送信機から対応する漏洩ケーブル上へと互いに同じ測定周期でかつ所定時間差を以て距離測定用パルス信号を送出することにより、上記道路上に当該漏洩ケーブルから距離測定用パルス信号を漏洩輻射させ、他方、上記移動体に搭載される積載測定器が、上記複数の漏洩ケーブルから漏洩輻射している距離測定用パルス信号を無線受信し、距離測定用パルス信号の受信間隔、送信機の間隔及び上記所定時間差に基づき、上記道路の延長方向に沿い上記漏洩ケーブル乃至送信機に対する上記移動体の相対位置を測定することを特徴とする。
【０００５】
本構成においては、漏洩ケーブルから漏洩輻射している距離測定用パルス信号が積載測定器により無線受信され、その結果を利用して移動体の位置が測定される。即ち、その積載測定器が受信する一連の距離測定用パルス信号の受信間隔は、主に、送信機同士の距離測定用パルス信号送信時間差及び漏洩ケーブル上を距離測定用パルス信号が伝搬するのに要する時間にて定まり、また後者即ち伝搬時間は主に送信機から移動体までの距離と送信機の間隔とにより定まるから、距離測定用パルス信号の受信間隔、送信機の間隔及び送信機同士の距離測定用パルス信号送信時間差がわかれば送信機から移動体までの距離即ち移動体の相対位置がわかる。本構成においては、このように漏洩ケーブル上の信号伝搬遅延を利用した原理に基づき移動体の相対位置測定が行われるため、移動体がトンネル内にいるか否か等走行環境の如何によらず、またこれまでの走行距離等移動体の状態の如何によらず、常時正確な測定結果が得られる。更に、上述の原理による相対位置検出論理は単純な数式等で表現できる。即ち、本構成においては、複雑な信号処理乃至演算は不要であり、その実施が容易である。
【０００６】
また、本発明の第２の構成に係る路上位置測定方法は、第１の構成に係る路上位置測定方法において、上記送信機が、当該送信機に固有の識別情報を表す送信機識別用パルス信号を、上記距離測定用パルス信号の後に又は先行して、対応する漏洩ケーブル上へと送出することにより、上記道路上に当該漏洩ケーブルから送信機識別用パルス信号を漏洩輻射させ、上記移動体が、上記複数の漏洩ケーブルから漏洩輻射している送信機識別用パルス信号を無線受信し、この送信機識別用パルス信号から抽出した上記識別情報及び上記相対位置に基づき、上記移動体の絶対位置を測定することを特徴とする。このように、識別情報の送受信を実行することにより、積載測定器において送信機の位置を検出可能になり、これを前述の原理にて得た相対位置と結合することにより絶対位置を測定可能になる。
【０００７】
本発明の第３の構成に係る路側設備は、道路の延長方向に沿ってかつ互いに他のいずれかの漏洩ケーブルと少なくとも部分的に重複するよう設けられた複数の漏洩ケーブルと、各漏洩ケーブルに対応して少なくとも１個ずつ設けられ、対応する漏洩ケーブル上へと互いに同じ測定周期でかつ所定時間差を以て距離測定用パルス信号を送出することにより、上記道路上に当該漏洩ケーブルから距離測定用パルス信号を漏洩輻射させる送信機と、を備えることを特徴とする。また、本発明の第４の構成に係る積載測定器は、第３の構成に係る路側設備に含まれる上記複数の漏洩ケーブルから漏洩輻射している距離測定用パルス信号を、無線受信する手段と、相異なる漏洩ケーブルから漏洩輻射された距離測定用パルス信号の受信間隔、上記送信機の間隔及び上記所定時間差に基づき、上記道路の延長方向に沿い上記漏洩ケーブル乃至送信機に対する上記移動体の相対位置を測定する手段と、を備え、上記道路上を走行する移動体に搭載されることを特徴とする。これらの構成によれば、第１の構成を実施するのに適する路側設備及び積載測定器が得られる。
【０００８】
本発明の第５の構成に係る路上位置測定システムは、第３の構成に係る路側設備と、第４の構成に係る積載測定器と、を有し、上記送信機が、道路の延長方向に沿い互いに所定間隔となるよう配設され、上記複数の漏洩ケーブルが、対応する送信機から見て道路の上流方向と下流方向とに対称的に延びるよう敷設され、上記路側設備及び積載測定器が、第１又は第２の構成に係る路上位置測定方法を実行することを特徴とする。本構成においては、第１又は第２の構成と同様の作用効果を呈するシステムを実現できる。更に、漏洩ケーブルを上下流に対称的に延ばしているため、漏洩ケーブル及び送信機の台数が少なくて済む。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態に関し図面に基づき説明する。
【００１０】
図１に、本発明の一実施形態に係る路上位置測定システムの構成を示す。このシステムにおいては、道路の延長方向に沿い複数台の送信機１０が所定の間隔Ｄをもって間隔配設されている。各送信機１０は対応する漏洩ケーブル（例えば漏洩同軸ケーブル；ＬＣＸ）１２上にパルス信号を送出する。漏洩ケーブル１２は、対応する送信機１０から見て道路の上流側及び下流側にそれぞれＤだけ延びており、従って漏洩ケーブル１２の長さは２Ｄで表すことができる。但し、図１中最も上流側の漏洩ケーブル１２及び最も下流側の漏洩ケーブル１２に関しては上下流の一方にしか延びていないため、そのケーブル長はＤとなる。
【００１１】
また、このシステムにおいては、道路上を走行する車両１４に、測定器１６が搭載される。測定器１６は、図２に示される機能構成を有している。図２においては、漏洩ケーブル１２から漏洩輻射された信号を受信するための空中線１８及び受信機２０が設けられている。受信機２０の出力は受信時間差計数部２２及び送信機特定部２４に供給されている。受信時間差計数部２２は、受信機２０によって受信された信号のうち、後述の距離測定用パルス信号の受信時間差（受信間隔）を計数し、その結果を相対位置計算部２６に供給する。相対位置計算部２６は、受信時間差計数部２２にて計数された受信時間差に基づき、搭載に係る車両１４の相対位置、すなわち最寄りの送信機１０との距離を計算して、その結果を絶対位置計算部２８あるいは図中破線で示されるように出力部３０に供給する。
【００１２】
他方、送信機特定部２４は、受信機２０によって受信された信号のうち後述の通信機識別用パルス信号をデコードし、その信号を送信した送信機１０がどの送信機かを特定する。送信機特定部２４による特定の結果は送信機位置計算部３２に供給され、送信機位置計算部３２はこれに基づき当該送信機１０の位置を計算する。絶対位置計算部２８は、前述のように相対位置計算部２６から供給されている相対位置と、送信機位置計算部３２により計算された送信機１０の位置とに基づき、搭載に係る車両１４の絶対位置、例えばある特定の送信機１０を基準とした位置すなわち当該特定の送信機１０の位置からの走行距離を、計算する。出力部３０は、絶対位置計算部２８によって得られた絶対位置あるいは走行距離を文字映像あるいは音声等により出力し、または相対位置計算部２６によって得られた相対位置を同様にして出力する。なお、進行方向判定部３４は、送信機特定部２４により得られる情報を時系列的に監視することにより、相対位置計算部２６にて使用すべき演算公式を特定する。
【００１３】
図３に、本実施形態における位置測定の原理を示す。特に、図３（ａ）に示されているのは、各送信機１０による信号送信タイミングである。この図に示されるように、各送信機１０は、所定の測定周期Ｔを単位として、所定の送信動作を繰り返す。さらに、この測定周期Ｔ内には、距離測定用パルス信号をパルス繰返周期Ｔｒ（Ｔｒ＞Ｄ／Ｃ、Ｃは漏洩ケーブル１２上での信号伝搬速度）にて繰り返し合計Ｐ回送信する距離測定期間と、この距離測定期間に続き、送信機識別用パルス信号を送信する送信機識別期間とが含まれている。
【００１４】
そのうち距離測定期間においては、図３（ｂ）に示されるような形式にて、距離測定用パルス信号が各送信機１０から送信される。すなわち、図１に示される複数の送信機１０の内相隣接する２個の送信機１０は、そのうち一方が距離測定用パルス信号を送信した後所定のパルス送信時間差Ｔｄ（Ｔｒ−Ｄ／Ｃ＞Ｔｄ＞Ｄ／Ｃ）を経過した時点で他方が距離測定用パルス信号を送信する、といった手順で、距離測定用パルス信号を対応する漏洩ケーブル１２上に送出する。このようなタイミングで距離測定用パルス信号が漏洩ケーブル１２上に送出されると、図３（ｃ）に示されるようなタイミングで、この距離測定用パルス信号が測定器１６により受信される。すなわち、一方の送信機１０から送出された距離測定用パルス信号は対応する漏洩ケーブル１２上への送出からＴＬ１だけ経過した後に測定器１６により受信され、他方の送信機１０により対応する漏洩ケーブル１２上の送出された距離測定用パルス信号はこの送出からＴＬ２だけ経過した後に測定器１６により受信される。この受信遅延ＴＬ１及びＴＬ２は、主に、漏洩ケーブル１２上における距離測定用パルス信号の伝搬によって生じるものである。従って、今、車両１４が下流側の送信機１０から見て距離Ｌ（Ｄ≧Ｌ≧０）の位置にあるとすると、受信遅延ＴＬ１及びＴＬ２は
【数１】
ＴＬ１＝Ｌ／Ｃ
ＴＬ２＝（Ｄ−Ｌ）／Ｃ
と表される。なお、具体的な数値例としては、Ｄ＝５００ｍ、Ｃ＝３×１０⁸ｍ／ｓと仮定すると、Ｔ＝１ｍｓ、Ｔｒ＝１０μｓ、Ｔｄ＝３ｍｓ、Ｐ＝５０等の組合せを掲げることができる。
【００１５】
このように、主に漏洩ケーブル１２上における伝搬遅延によって受信遅延ＴＬ１及びＴＬ２が生ずるため、測定器１６における距離測定用パルス信号の受信間隔は
【数２】

と表される値となる（図３（ｃ）を参照）。前述の受信時間差計数部２２は、この時間差ｔ及びｔ´を計数し、相対位置計算部２６に与える。相対位置計算部２６は、時間差ｔ又はｔ´に基づき距離Ｌすなわち相対位置を求める。Ｌを求めるに際しては、ｔを利用するのかｔ´を利用するのかにより、算出公式が異なる。すなわち、ｔを使用する際には、
【数３】
Ｌ＝（Ｄ−Ｃ・ｔ＋Ｃ・Ｔｄ）／２
の式を、またｔ´を利用する時には、
【数４】
Ｌ＝（Ｄ＋Ｃ・ｔ´−Ｃ・Ｔｒ＋ＣＴｄ）／２
の式を、それぞれ用いるべきである。いずれの式を用いるのかを決定するために、相対位置計算部２６は、進行方向判定部３４の出力を参照する。すなわち進行方向判定部３４は、上述の原理により送信機特定部２４から得られる送信機特定の結果を利用して、車両１４がある送信機１０の位置を通過した時点で、この車両１４の進行方向を検出する。相対位置計算部２６は、進行方向判定部３４の出力を利用し、受信時間差計数部２２によって得られているのはｔかそれともｔ´かを判定し、その結果に応じて上述の２式のうちいずれかを採用する。
【００１６】
また、図３（ａ）に示されている送信機識別期間は、下流側の送信機１０から送信機識別用パルス信号を送信する期間と、上流側の送信機１０から送信機識別用パルス信号を送出する期間とに分かれている。送信機識別用パルス信号の繰返し周期も、距離測定用パルス信号におけるそれすなわちＴｒと同じ周期とすることができる。送信機識別用パルス信号は送信に係る送信機１０がどの送信機１０であるのかを識別するための信号すなわち識別情報を搬送する信号である。この識別情報は、図１に示される送信機１０を個々別々に区別できるようコード化されていなければならない。例えば、送信機１０が合計Ｎ個設けられておりまた識別情報が二値符号化により生成されるとすると、識別情報を表現するのに必要なビット数Ｍは
【数５】
Ｍ≧ｌｏｇ₂Ｎ
となるから、送信機識別用パルス信号の個数も最大でＭとなる。なお、数値例としては、Ｎ＝１０００とした時には、ｌｏｇ₂１０２４＝１０であるから、Ｍ＝１０という数値を好ましい値として掲げることができる。
【００１７】
前述の送信機特定部２４は、この送信機識別用パルス信号をデコードすることにより、下流側及び上流側の送信機がどの送信機であるかを特定する識別情報を抽出し、これを送信機位置計算部３２及び進行方向判定部３４に供給する。進行方向判定部３４は、前述のようにこの識別情報を時系列的に監視することにより、車両１４の進行方向を判定する。他方、送信機位置計算部３２は、この識別情報を通信に係る送信機１０の位置に換算する。この通信にあたっては、例えば、識別情報と、送信機１０の位置座標とを対応付けるテーブルを用いても構わないし、あるいは、あらかじめ識別情報が道路の延長方向に沿った始点からの送信機１０の距離を表すように設定されているのであれば、識別情報に係る代数演算により送信機１０の位置を求めるようにしてもよい。絶対位置計算部２８は、このようにして得られた送信機１０の位置と、前述のように相対位置計算部２６により得られた相対位置とを加算し、これにより絶対位置を求める。
【００１８】
このように、本実施形態によれば、道路に沿って漏洩ケーブル１２を付設し、この漏洩ケーブル１２から漏洩輻射させる信号を車両１４に搭載した測定器１６にて受信し、その結果に基づき車両１４の位置を測定するようにしたため、車両１４がトンネル内にいるのか否か等に左右されることなく車両１４の位置を測定することができ、従って、ＧＰＳ等に比べ位置測定不能となる状況が発生しにくいシステムが得られる。また、上述の原理による位置測定は、漏洩ケーブル１２から漏洩輻射される信号の受信によっているため、積算演算等を伴うことがないから、車載の加速度センサ、速度センサ、方位センサ等から得られる情報を積算する方法に比べ、測定の誤差を低減することができる。従って、例えば、ＶＩＣＳ（車両情報通信システム）等を介し道路上の事故車両の位置が車両１４に知らされているとき、この車両１４がその事故車両に追突する等の２次災害を確実に防止することができ、高速道路等における車両交通の安全性をさらに高めることができる。
【００１９】
加えて、位置測定に係る演算式は単純であり、実施は容易でかつ安定な結果が得られる。また、送信機識別用パルス信号を利用して送信に係る送信機１０を特定し、その結果を利用して車両１４の絶対位置、例えばある特定の送信機１０を基点とした車両１４の位置あるいは走行距離を求めるようにしたため、相対位置のみならず絶対位置を求められるという点でも、使用性の高いシステムが得られる。
【００２０】
なお、以上の説明では道路上を走行する移動体の例として車両を掲げたが、本発明の適用対象となる移動体は車両に限定されるものではない。さらに、送信機１０をある一定の間隔Ｄで配設する例を示したが、この間隔は一定である必要はなく、車両１４側にて送信機１０の配設間隔があらかじめ分かっておればよい。
【００２１】
さらに、以上の説明では、距離測定期間の後に下流側に係る送信機識別期間が続きさらに上流側に係る送信機識別期間が続く例を示したが、これら３種類の期間の前後関係は変更することが可能である。また、具体的な数値例も示したが、本発明はかかる数値例に限定されるものではない。漏洩ケーブル１２の詳細な構造に関しては、各種先行技術文献に示されておりかつ当業者にとって公知のものを、いずれも採用することができる。加えて、本発明に係る測定器は、従来の測定器、例えばＧＰＳ受信機又は推測航法等を用いた受信機との併用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る路上位置測定システムの構成を示す送信機及び漏洩ケーブル配置図である。
【図２】この実施形態における測定器の機能構成を示すブロック図である。
【図３】この実施形態における位置測定及び送信機特定の原理を示すタイミングチャートであり、特に（ａ）は各送信機による送信タイミングを、（ｂ）は距離測定用パルス信号の送信タイミングを、（ｃ）は距離測定用パルス信号の受信タイミングをそれぞれ示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０送信機、１２漏洩ケーブル、１４車両、１６測定器、２０受信機、２２受信時間差計数部、２４送信機特定部、２６相対位置計算部、２８絶対位置計算部、３０出力部、３２送信機位置計算部、３４進行方向判定部、Ｄ送信機間隔、Ｌ車両の相対位置（送信機との距離）、Ｔ測定周期、Ｔｒパルス繰返周期、Ｔｔパルス送信時間差、ＴＬ１、ＴＬ２受信遅延、Ｐ距離測定用パルス信号の個数、Ｍ送信機識別用パルス信号の個数、Ｃ漏洩ケーブル上での信号伝搬速度、Ｎ送信機の個数、ｔ，ｔ´ パルス受信時間差。

Claims

道路上を走行する移動体の位置の測定に先立ち、当該道路の延長方向に沿ってかつ互いに他のいずれかの漏洩ケーブルと少なくとも部分的に重複するよう複数の漏洩ケーブルを敷設しておくと共に、各漏洩ケーブルに対応して少なくとも１個ずつ送信機を設けておき、
上記位置の測定に際しては、各送信機から対応する漏洩ケーブル上へと互いに同じ測定周期でかつ所定時間差を以て距離測定用パルス信号を送出することにより、上記道路上に当該漏洩ケーブルから距離測定用パルス信号を漏洩輻射させ、
他方、上記移動体に搭載される積載測定器が、上記複数の漏洩ケーブルから漏洩輻射している距離測定用パルス信号を無線受信し、距離測定用パルス信号の受信間隔即ち時間差、上記送信機の間隔及び上記所定時間差に基づき、上記道路の延長方向に沿い上記漏洩ケーブル乃至送信機に対する上記移動体の相対位置を測定することを特徴とする路上位置測定方法。
請求項１記載の路上位置測定方法において、
上記送信機が、当該送信機に固有の識別情報を表す送信機識別用パルス信号を、上記距離測定用パルス信号の後に又は先行して、対応する漏洩ケーブル上へと送出することにより、上記道路上に当該漏洩ケーブルから送信機識別用パルス信号を漏洩輻射させ、
上記移動体が、上記複数の漏洩ケーブルから漏洩輻射している送信機識別用パルス信号を無線受信し、この送信機識別用パルス信号から抽出した上記識別情報及び上記相対位置に基づき、上記移動体の絶対位置を測定することを特徴とする路上位置測定方法。
道路の延長方向に沿ってかつ互いに他のいずれかの漏洩ケーブルと少なくとも部分的に重複するよう設けられた複数の漏洩ケーブルと、
各漏洩ケーブルに対応して少なくとも１個ずつ設けられ、対応する漏洩ケーブル上へと互いに同じ測定周期でかつ所定時間差を以て距離測定用パルス信号を送出することにより、上記道路上に当該漏洩ケーブルから距離測定用パルス信号を漏洩輻射させる送信機と、
を備えることを特徴とする路側設備。
請求項３記載の路側設備に含まれる上記複数の漏洩ケーブルから漏洩輻射している距離測定用パルス信号を、無線受信する手段と、
相異なる漏洩ケーブルから漏洩輻射された距離測定用パルス信号の受信間隔即ち時間差、上記送信機の間隔及び上記所定時間差に基づき、上記道路の延長方向に沿い上記漏洩ケーブル乃至送信機に対する上記移動体の相対位置を測定する手段と、
を備え、上記道路上を走行する移動体に搭載されることを特徴とする積載測定器。
請求項３記載の路側設備と、請求項４記載の積載測定器と、を有し、
上記送信機が、道路の延長方向に沿い互いに所定間隔となるよう配設され、上記複数の漏洩ケーブルが、対応する送信機から見て道路の上流方向と下流方向とに対称的に延びるよう敷設され、
上記路側設備及び積載測定器が、請求項１又は２記載の路上位置測定方法を実行することを特徴とする路上位置測定システム。