JP3985622B2 - ナビゲーション装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナビゲーション装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車等の車両に搭載され、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれる位置測定装置や各種センサを使用して、前記車両の運転者等の使用者に対して、車両の位置を表示したり、目的地までの経路を探索して表示したりするナビゲーション装置が知られている。
【０００３】
また、該ナビゲーション装置が搭載された車両において、前記ナビゲーション装置が提供する道路状況データに対応させて駆動力制御を行うことができるようにした車両の駆動力制御装置も提供されている。この場合、例えば、車両がコーナ（カーブ）に差し掛かることが検出され、かつ、運転者の動作に基づく所定の条件が満たされると、駆動力制御としてシフトダウン等の車両を減速させるためのコーナ制御が行われる。そして、上限の変速段が決定され、該上限の変速段より上の変速段（高速側の変速段、変速比の小さい変速段等）が選択されないようになっている。
【０００４】
この場合、前記車両の駆動力制御装置は、前記ナビゲーション装置が提供する道路状況データ、車両の速度、アクセル開度等の種々のデータに基づいて演算を行い、制御用データを作成し、該制御用データに基づいて道路形状に合わせた制御を行うようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のナビゲーション装置においては、地図データに道路の標高、勾（こう）配等がデータとして含まれていない。そもそも、ナビゲーション装置は、車両の運転者等の使用者に対して、車両の位置を表示したり、目的地までの経路を探索して表示したりするためのものであるので、２次元的な地図の上に車両の位置や経路を表示すれば事足りるからである。しかし、車両の駆動力やサスペンションをより勾配に合わせて適切に制御したり、ハイブリッド車においてエネルギーを効率的に制御したり、標高に即してエンジンを制御したりする場合、道路の標高、勾配等に関するデータが必要になる。すなわち、坂道に直面してから行っていた制御をあらかじめ行うことによって、効率が良い走行や滑らかな走行を行うことができる。
【０００６】
そこで、道路の有無に関わらない地点の標高データ、例えば、国土地理院によって提供される地図に含まれる等高線を利用したり（特開２０００−１２３２９２号公報参照）、国土地理院によって公開されている５０〔ｍ〕メッシュのメッシュ標高データを利用して地図データを補正することが考えられる。しかしながら、前記等高線やメッシュ標高データなどの道路の有無に関わらず、設定された標高は、必ずしも実際の道路上の標高を正確に表していないので、そのまま利用することができない。すなわち、道路の有無に関わらない地点の標高データであるメッシュ標高データは、地図をそれぞれの経度と緯度における経線と緯線で縦横に格子状に分割し、該格子状に分割された地図の格子点にその位置における、すなわち、メッシュの節点における標高を測定したデータであるので、前記メッシュの節点が道路上に位置する場合には、道路上の標高を正確に把握することができるが、そうでない場合には、かなりの誤差が生じてしまう。例えば、道路が盛り土されて建設されていて前記メッシュの節点が周囲の平坦（たん）な箇所に位置する場合には、道路上の標高が前記メッシュの節点の標高よりも高くなり、道路が崖（がけ）を切り崩して建設されていて前記メッシュの節点が周囲の平坦な箇所に位置する場合には、道路上の標高が前記メッシュの節点の標高よりも低くなってしまう。これは、等高線の場合も同様である。また、道路の勾配を前記等高線やメッシュ標高データをそのまま利用して求めることができない。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題点を解決して、高い精度で道路の勾配を推測することができるナビゲーション装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明のナビゲーション装置においては、道路情報を記憶する道路情報記憶手段と、現在位置を検出する現在位置検出手段と、標高を明確に特定することができる特定点データを記憶する特定点データ記憶手段と、地形の標高を示す標高データを記憶する標高データ記憶手段と、前記現在位置検出手段によって検出された現在位置に基づいて、現在位置周辺の道路情報、特定点データ及び標高データを抽出し、道路の勾配を推測する道路勾配推測部とを有する。
【０００９】
本発明の他のナビゲーション装置においては、さらに、前記道路勾配推測部によって推測された道路の勾配に基づいて車両制御処理を行う。
【００１０】
本発明の更に他のナビゲーション装置においては、道路情報を記憶する道路情報記憶手段と、現在位置を検出する現在位置検出手段と、目的地までの経路を探索する経路探索手段と、標高を明確に特定することができる特定点データを記憶する特定点データ記憶手段と、地形の標高を示す標高データを記憶する標高データ記憶手段と、前記経路探索手段によって探索された経路情報、前記現在位置検出手段によって検出された現在位置、前記道路情報記憶手段に記憶された道路情報、前記特定点データ記憶手段に記憶された特定点データ、及び、前記標高データ記憶手段に記憶された標高データに基づき、経路上の道路の勾配を推測する道路勾配推測部とを有する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
図１は本発明の第１の実施の形態における道路情報推測装置の構成を機能の観点から示すブロック図、図２は本発明の第１の実施の形態における道路情報推測装置の詳細な構成を示す図である。
【００２９】
図２において、２０は道路情報推測装置であり、道路を走行する乗用車、トラック、バス、オートバイ、作業車等の車両に配設されている。また、４１は地球の周囲の軌道上を周回してＧＰＳ情報を発信するＧＰＳ衛星である。ここで、ＧＰＳ衛星は、実際には複数（例えば、６軌道上に２４個）であるが、図２においては、単一のＧＰＳ衛星４１がすべてのＧＰＳ衛星を代表するものとして示されている。
【００３０】
そして、前記道路情報推測装置２０において、２１は、地図の表示、自車位置としての車両の現在位置の認識、経路案内等のナビゲーション装置としての基本処理を実行するナビ制御装置である。また、２２は、道路の標高、勾配等の道路情報を推測するための処理を実行する道路情報推測制御装置であり、前記ナビ制御装置２１と各種情報の送受信を行うようになっている。そして、２３は、橋やトンネルのように道路に付随する構造物等であり実際の道路の標高、勾配等のデータが判明している箇所、すなわち、特定点データを格納する特定点データベースである。
【００３１】
また、２４は、前記ＧＰＳ衛星４１からのＧＰＳ情報を受信して、ナビ制御装置２１に送信するＧＰＳ受信装置であり、通常のナビゲーション装置において使用されるものと同様の構成を有する。そして、２５は、国土地理院によって公開されている５０〔ｍ〕メッシュのメッシュ標高データを格納する標高データベースである。また、２６は、車両のエンジン制御装置、変速比を制御する駆動力制御装置等の車両の各部を制御する車両制御装置と通信するための車両制御装置インターフェイスである。さらに、２７は、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）ディスプレイ、ホログラフィ装置等を備え、前記道路情報推測制御装置２２の指令に応じて道路の標高、勾配等の道路情報等を表示する表示装置である。なお、該表示装置２７は、ナビ制御装置２１の出力する、地図、経路、検索された施設等の情報も表示する。
【００３２】
そして、２８は、車両の状態を示す各種車両状態情報を各種センサから受信して、前記道路情報推測制御装置２２に送信するセンサ情報受信装置である。なお、前記各種車両状態情報は、道路情報推測制御装置２２を経由して、ナビ制御装置２１にも送信される。この場合、前記各種センサには、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ、運転者が操作するブレーキペダルの動きを検出するブレーキスイッチ、運転者が操作するステアリングの舵（だ）角を検出するステアリングセンサ、運転者が操作するウィンカースイッチの動きを検出するウィンカーセンサ、運転者が操作する変速機のシフトレバーの動きを検出するシフトレバーセンサ、車両の走行速度、すなわち、車速を検出する車速センサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、車両の向いている方位の変化を検出するジャイロ装置、気圧を検出する気圧計、車両の水平面に対する角度を検出する角度センサ等が含まれる。なお、前記各種車両状態情報は、アクセル開度、運転者が操作するブレーキペダルの動き、運転者が操作するステアリングの舵角、運転者が操作するウィンカースイッチの動き、運転者が操作する変速機のシフトレバーの動き、車両の走行速度、すなわち、車速、車両の加速度、車両方位変化、気圧、車両角度等を含んでいる。
【００３３】
また、２９は、道路を設計する場合の基準である道路設計基準に含まれる各種データ、すなわち、道路設計基準データを格納する道路設計基準データベースである。国内において、高速道路や国道などの主要道路をはじめとする道路は、道路設計基準に基づいて建設されている。ここで、該道路設計基準は、登坂路から降坂路に変化する道路区間や降坂路から登坂路に変化する道路区間において車両が滑らかに走行することができるようにするための設計基準を含んでいる。この場合、登坂路と降坂路とを結ぶ区間を所定の距離や曲率半径を有する形状の道路としたり、車両の運転者が所定の視界を確保することが道路としたりすることが規定されている。これにより、車両が安全に走行することができ、車両の運転者が精神的な圧迫や負担を感じることのない道路を建設することができる。
【００３４】
そして、前記データには、例えば、道路の縦断曲線に関するデータとしての縦断曲線データ、道路の縦断勾配に関するデータとしての縦断勾配データ等が含まれる。通常、道路設計基準データは、道路種別（国道、県道、主要地方道、一般道、高速道路等）、道路の等級、設計速度等に応じて数値が定められている。前記縦断曲線データの場合、縦断曲線の半径や長さの数値が、道路種別、道路の等級、設計速度、縦断曲線の曲線形（凸形曲線、凹形曲線等の区別）等に応じて定められている。そのため、ある位置における道路の縦断形状を道路設定基準データは特定することができる。また、前記縦断勾配データの場合、縦断勾配の数値は、道路種別、道路の等級、設計速度等に応じて定められている。
【００３５】
ここで、前記ナビ制御装置２１は、図示されないＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、半導体メモリ、磁気ディスク等の記憶手段、通信インターフェイス等を備える。そして、前記記憶手段には、地図データベース２１ａが格納されている。該地図データベース２１ａは、各種の地図データから成るデータベースであり、例えば、交差点データファイル、ノードデータファイル、道路データファイル、及び、各地域のホテル、ガソリンスタンド等の施設の情報が記録された施設情報データファイルを含むものである。そして、前記記憶手段には、経路を探索するためのデータの他、前記表示装置２７の画面に、探索された経路に沿って案内図を表示したり、次の交差点までの距離、次の交差点における進行方向等を表示したり、他の案内情報を表示したりするための各種データが記録される。なお、前記記憶手段には、所定の情報を音声出力するための各種データも記録される。また、前記記憶手段は、磁気テープ、磁気ディスク、磁気ドラム、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、光ディスク、ＭＯ、ＩＣカード、光カード、メモリカード等、あらゆる形態の記録媒体を含むものであり、取り外し可能な外部記憶媒体を使用することもできる。
【００３６】
そして、前記地図データベース２１ａにおける交差点データファイルには交差点データが、ノードデータファイルにはノードデータが、道路データファイルには道路データがそれぞれ記録され、前記交差点データ、ノードデータ及び道路データによって道路状況が前記表示装置２７の画面に表示される。なお、前記交差点データには、交差点の種類、すなわち、交通信号灯器の設置されている交差点であるか又は交通信号灯器の設置されていない交差点であるが含まれる。また、前記ノードデータは、前記地図データファイルに記録された地図データにおける少なくとも道路の位置及び形状を構成するものであり、実際の道路の分岐点（交差点、Ｔ字路等を含む）、ノード点、及び、各ノード点間を連結するリンクを示すデータから成る。さらに、前記ノード点は、少なくとも道路の屈曲点の位置を示す。
【００３７】
また、前記道路データには、道路自体について、幅員、カント、バンク、道路の車線数、該車線数の減少する地点、幅員の狭くなる地点等のデータが含まれる。なお、高速道路や幹線道路の場合、対向方向の車線のそれぞれが別個の道路データとして格納され、２条化道路として処理される。例えば、片側２車線以上の幹線道路の場合、２条化道路として処理され、上り方向の車線と下り方向の車線は、それぞれ、独立した道路として道路データに格納される。また、コーナについては、曲率半径、交差点、Ｔ字路、コーナの入口等のデータが含まれる。さらに、道路属性については、踏切、高速道路出入口ランプウェイ、高速道路の料金所、道路種別等のデータが含まれる。
【００３８】
さらに、前記ナビ制御装置２１の通信インターフェイスは、道路情報推測制御装置２２との間で通信を行うとともに、ＦＭ送信装置、電話回線網、インターネット、携帯電話網等との間で各種データの送受信を行うことができるものであることが望ましい。例えば、図示されない情報センサ等によって受信した渋滞等の道路情報、交通事故情報、ＧＰＳセンサの検出誤差を検出するＤ−ＧＰＳ情報等の各種データを受信するようになっていることが望ましい。
【００３９】
そして、前記ナビ制御装置２１は、ＧＰＳ受信装置２４及びセンサ情報受信装置２８から受信した情報に基づいて、目的地までの経路の探索、経路中の走行案内、地点、施設等の検索等の各種処理を実行し、地図を表示装置２７の画面に表示し、前記地図上に車両の現在位置、該現在位置から目的地までの経路、該経路に沿った案内情報等を表示する。なお、該案内情報は、発音手段によって音声出力されるようにしてもよい。
【００４０】
また、前記道路情報推測制御装置２２は、図示されないＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、半導体メモリ、磁気ディスク等の記憶手段、通信インターフェイス等を備える。ここで、前記記憶手段は、磁気テープ、磁気ディスク、磁気ドラム、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、光ディスク、ＭＯ、ＩＣカード、光カード、メモリカード等、あらゆる形態の記録媒体を含むものであり、取り外し可能な外部記憶媒体を使用することもできる。
【００４１】
そして、前記道路情報推測制御装置２２は、前記記憶手段に格納された制御プログラムに従って、前記ナビ制御装置２１の地図データベース２１ａから取得した地図データ、特定点データベース２３から取得した特定点データ、及び、標高データベース２５から取得したメッシュ標高データに基づいて、特定点間の道路の標高を推測する処理を行う。さらに、本実施の形態においては、前記特定点間の道路の勾配を推測する処理も行うようになっている。
【００４２】
この場合、メッシュ標高データとしては、国土地理院から公開されている５０〔ｍ〕メッシュ標高データを使用し、地図データとしてはナビ制御装置２１の地図データベース２１ａに格納されているデータを使用する。そして、前記５０〔ｍ〕メッシュ標高データと地図データとから道路の標高、勾配を推測する。
【００４３】
また、本実施の形態において、特定点は標高を明確に特定することができる道路上の点であり、特定点データは道路上の前記特定点の実際の標高である。具体的には、前記特定点は標高を明確に特定することができる道路上の構造物の少なくとも一部である。該構造物は、例えば、トンネルや橋などの構造物であり、標高に関する設計データ、実測データ等が入手可能なもの、すなわち、標高を明確に特定することができるものである。なお、前記構造物の長さ方向に渡るすべての箇所において、標高を特定することができる場合には、前記構造物の全体を特定点の集合として取り扱う。また、前記構造物の一部の箇所、例えば、トンネルの両端の出口、橋の両端部等だけにおいて標高を特定することができる場合には、該標高を特定することができる箇所だけを特定点として取り扱う。そして、前記特定点の標高を道路の標高、勾配を推測する上での固定値、すなわち、特定点データとして使用する。このように、固定値である特定点データを使用することによって、特定点データに合わせるように道路の他の箇所の標高を補正すればよいので、精度が高い標高推測を行うことができる。
【００４４】
本実施の形態において、道路情報推測装置２０は、図１に示されるように、機能の観点から、経路に対応する道路上の標高を明確に特定することができる特定点を設定する特定点設定部１２、地図データ、自車位置データ及び標高データに基づいて、道路の勾配を推測する道路勾配推測部１３、地図データ、自車位置データ及び標高データに基づいて、道路の標高を推測する道路標高推測部１４、地図データに含まれる道路上のノード点に関する情報を取得し、地図上の各ノード点の標高データをメッシュ標高データに基づいて算出するノード点標高算出処理部１５、及び、自車位置における道路上の標高を特定することができる自車位置データを設定する自車位置データ設定部１６を有するものである。
【００４５】
そして、道路情報推測装置２０の機能を具体的に説明すると、前記特定点設定部１２は、道路上の実際の標高を特定点データとして含む特定点を設定する。また、前記道路勾配推測部１３は、第１の補正標高データの標高が変化する位置を検出し、該位置に前記道路の縦断形状を挿入し、該道路の縦断形状と前記勾配データとを連続的に結ぶことにより道路の勾配を推測する。さらに、前記道路勾配推測部１３は、第１の補正標高データの標高が変化する山又は谷の位置を検出し、該位置に前記道路の縦断形状を挿入する。
【００４６】
また、前記道路標高推測部１４は、地図データ、自車位置データ及び標高データに基づいて、道路の標高を推測する。さらに、前記道路標高推測部１４は、自車位置から所定の推測範囲内において、前記算出されたノード点の標高と前記自車位置データに含まれる自車位置における道路上の標高とを連続的に結ぶように近似処理した第１の補正標高データを取得して道路上の標高を推測する。なお、前記道路標高推測部１４は、自車位置と道路上のノード点の位置とが一致する場合、該ノード点における前記算出されたノード点の標高を前記自車位置データに含まれる自車位置における道路上の標高に置き換える。また、前記道路標高推測部１４は、前記第１の補正標高データの標高が変化する山又は谷の位置を検出し、該位置に前記道路の縦断形状を挿入する。さらに、前記道路標高推測部１４は、前記勾配データと前記自車位置データに含まれる自車位置における標高とに基づいて第２の補正標高データを取得して道路の標高を推測する。
【００４７】
なお、本実施の形態における道路情報推測装置２０は、随時、道路勾配推測データ及び道路標高推測データを作成して、記憶手段に格納するようになっている。例えば、車両の運転者等の操作者が、図示されない入力装置を操作してナビ制御装置２１を作動させ、目的地を設定し、該目的地までの経路を探索させた場合、探索された経路に対応する道路について、道路勾配推測データ及び道路標高推測データを作成するようにしてもよい。また、車両の走行中に、車両の前方の所定距離範囲内の経路に対応する道路について、道路勾配推測データ及び道路標高推測データを作成するようにしてもよい。
【００４８】
また、本実施の形態における道路情報推測装置２０は、道路標高が変化する位置における道路の縦断形状を特定可能な道路設計基準データを道路設計基準データベース２９から読み込む道路設計基準データ読込部としても機能する。
【００４９】
さらに、各ノード点における前記道路勾配推測データ及び道路標高推測データをナビ制御装置２１の地図データベース２１ａに記録することもできる。この場合、道路情報推測装置２０が道路勾配・標高推測処理を実行した経路に関しては、前記道路勾配推測データ及び道路標高推測データが記録され蓄積されていくので、道路勾配・標高推測処理を繰り返して実行する必要がない。
【００５０】
次に、前記構成の道路情報推測装置の動作について説明する。なお、本実施の形態においては、自車位置データ設定部１６が自車位置における標高と、自車位置の進行方向前方の道路の標高を推測する範囲の始点として設定し、特定点設定部１２が特定点における標高と自車位置の進行方向前方の進路を推測する範囲の終点として設定し、道路標高推測部１３が、前記自車位置と特定間の道路上の各ノード点の標高データを取得し、該標高データを、前記自車位置と特定間の特定点データによって補正して、道路標高推測データを作成する場合の動作について説明する。
【００５１】
図３は本発明の第１の実施の形態における道路情報推測装置の動作を示すフローチャートである。
【００５２】
ここでは、道路情報推測装置２０の動作の全体的な流れについて説明する。まず、道路情報推測装置２０は、作動を開始すると、初期設定を実行する。この場合、ナビゲーションの基本処理を実行して、車両の現在位置としての自車位置の検出、目的地までの経路の探索、経路中の走行案内、地点、施設等の検索等を行い、地図を表示装置２７の画面に表示し、前記地図上に自車位置、該自車位置から目的地までの経路、該経路に沿った案内情報等を表示する。ここで、車両が走行している道路について、既に道路勾配推測データ及び道路標高推測データが作成され、地図データベース２１ａ等の記憶手段に記録されているのであれば、道路情報推測装置２０は、地図上の自車位置における前記道路勾配推測データ及び道路標高推測データを初期値として記憶手段から読み込み、実際の自車位置における標高及び勾配の自車位置データとして設定する。また、道路勾配推測データ及び道路標高推測データが記憶手段に記録されていないのであれば、道路情報推測装置２０は、自車位置における標高及び勾配を測定し、自車位置データとして設定する。この場合、自車位置における標高及び勾配を設定し、推測範囲の始点として設定する。ここで、自車位置における標高と勾配は、車載のセンサにより測定する。例えば、自車位置における標高は、ＧＰＳ受信装置、気圧計等により測定し、自車位置における勾配は、アクセル開度センサ、角度センサ等により測定する。そして、前記センサにより測定した標高と勾配を自車位置データとして設定する。
【００５３】
次に、前記道路情報推測装置２０は道路勾配・標高推測処理を実行する。この場合、ナビゲーション基本処理において検出された自車位置から目的地若しくは特定点まで、又は、自車位置の前方の所定距離範囲（例えば、車両の前方１〔ｋｍ〕までの範囲）内の経路に対応する道路上の各ノード点の地図上における標高を、標高データベース２５から取得した５０〔ｍ〕メッシュ標高データに基づいて算出する。そして、算出された各ノード点の標高データに基づき、道路上の標高を明確に特定することができる点である特定点の標高、すなわち、特定点データ及び道路設計の基準となる道路設計基準データを使用して、各ノード点における実際の道路の勾配を推測する。また、推定された勾配に基づいて、各ノード点における実際の道路の標高を推測する。この場合も、特定点の標高を特定点データとして使用する。
【００５４】
最後に、前記道路情報推測装置２０は表示処理及び車両制御処理を実行する。ここで、表示処理においては、推測された道路の標高や勾配を表示装置２７の画面に表示させるための処理を行う。例えば、道路の標高の変化を表す線を表示装置２７の画面に表示したり、経路を鳥瞰図（バードビュー）的に表示装置２７の画面に表示する場合に、道路に起伏を付けて表示したりすることができる。
【００５５】
また、車両制御処理においては、推測された道路の標高や勾配に適するエンジン出力としたり、変速比としたりするように、エンジン制御装置、駆動力制御装置等の車両制御装置を動作させるための制御信号を車両制御装置インターフェイス２６から出力させる。さらに、道路の標高や勾配の変化を予測した制御動作を行わせることもできる。また、車両がＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）やＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）である場合には、バッテリエネルギーを効率的に使用するように、車両制御装置を動作させるための制御信号を車両制御装置インターフェイス２６から出力させることもできる。
【００５６】
なお、前記道路勾配・標高推測処理は、所定の周期（例えば、数秒）、所定の走行距離（例えば、数ｋｍ）、又は、車両が特定点、又は、所定の推測範囲に到達する度に繰り返し実行される。
【００５７】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１ 初期設定を行う。
ステップＳ２ 道路勾配・標高推測処理を行う。
ステップＳ３ 表示処理及び車両制御処理を行い、処理を終了する。
【００５８】
次に、初期設定について詳細に説明する。
【００５９】
図４は本発明の第１の実施の形態における初期設定の動作を示すフローチャート、図５は本発明の第１の実施の形態における初期値読込処理の動作を示すフローチャートである。
【００６０】
まず、道路情報推測装置２０は、作動を開始すると、初期値読込処理を実行する。この場合、ナビゲーション基本処理によって検出された自車位置を読み込み、続いて、地図上の自車位置の存在する道路、すなわち、地図上の車両が位置する道路について、道路勾配推測データ及び道路標高推測データが地図データベース２１ａ等の記憶手段に記録されているか否かを判断する。そして、記録されている場合には、記憶手段から自車位置における道路勾配推測データ及び道路標高推測データを読み込み、自車位置における道路の実際の勾配及び標高を自車位置データとして設定する。
【００６１】
この場合、記憶手段に記憶されている自車位置における道路勾配推測データ及び道路標高推測データは、過去に走行した時に記憶した情報であるので、実際の道路の勾配と標高である。
【００６２】
また、記録されていない場合には、ナビ制御装置２１が自車位置の勾配及び標高を検出する。この場合、標高については、ＧＰＳ受信装置２４から受信した情報に基づいて実行する３次元測位の結果に含まれる標高データや、センサ情報受信装置２８から受信した気圧に基づいて検出する。また、勾配については、センサ情報受信装置２８から受信したアクセル開度、車速、車両方位変化、車両角度等に基づいて検出する。そして、ナビ制御装置２１が検出した標高及び勾配を自車位置の実際の標高及び勾配として設定する。なお、ナビ制御装置２１が検出した標高及び勾配の精度は、前記道路標高推測データ及び道路勾配推測データの精度よりも低いものである。
【００６３】
次に、フローチャートについて説明する。まず、初期設定の動作を示すフローチャートについて説明する。
ステップＳ１−１ 初期値読込処理を実行する。
ステップＳ１−２ 自車位置の実際の標高及び勾配を設定し、処理を終了する。
【００６４】
次に、初期値読込処理の動作を示すフローチャートについて説明する。
ステップＳ１−１−１ 道路勾配推測データ及び道路標高推測データが記憶手段に記録されているか否かを判断する。記録されている場合にはステップＳ１−１−２に進み、記録されていない場合にはステップＳ１−１−３に進む。
ステップＳ１−１−２ 道路勾配推測データ及び道路標高推測データを記憶手段から読み込み、処理を終了する。
ステップＳ１−１−３ ナビ制御装置２１が標高及び勾配を検出し、処理を終了する。
【００６５】
次に、道路勾配・標高推測処理について詳細に説明する。
【００６６】
図６は本発明の第１の実施の形態における道路勾配・標高推測処理の動作を示すフローチャートである。
【００６７】
まず、道路情報推測装置２０は、自車位置データ更新処理を実行する。この場合、ナビ制御装置２１によって検出される自車位置を受信して、車両が走行を開始した時点において、また、走行を開始した後は、所定の周期（例えば、数秒）、所定の走行距離（例えば、数ｋｍ）、又は、車両が特定点に到達する度に繰り返し自車位置を更新する。そして、自車位置の勾配及び標高として、車両が走行を開始した時点においては、初期設定において設定された勾配及び標高を使用し、走行を開始した後は、後述される勾配・標高推測処理によって得られる道路勾配推測データ及び道路標高推測データを使用する。
【００６８】
続いて、道路情報推測装置２０は、経路に対応する道路上の各ノード点の標高としての標高データを、標高データベース２５から取得した５０〔ｍ〕メッシュ標高データに基づいて算出するノード点標高算出処理を実行する。この場合、メッシュ標高データは、メッシュの節点における標高を測定したデータであるが、前記道路上の各ノード点は、必ずしもメッシュの節点に対応する位置に存在しないので、５０〔ｍ〕メッシュ標高データをそのまま使用することはできない。そこで、前記道路上の各ノード点における標高データを５０〔ｍ〕メッシュ標高データに基づいて算出する必要がある。
【００６９】
なお、ノード点標高算出処理において、道路情報推測装置２０は、ナビゲーション基本処理によって探索された経路の経路情報を読み込んでおく。前記経路は、例えば、自車位置から目的地、通過点若しくは特定点までの経路であってもよいし、自車位置の前方の所定距離範囲（例えば、車両の前方１〔ｋｍ〕までの範囲）内の経路である。
【００７０】
続いて、各ノード点における標高データを、自車位置データ及び特定点の特定点データによって補正し、道路の勾配の変曲点である山と谷の位置を特定し、道路設計基準データに基づいて、道路の勾配を推測して道路勾配推測データを作成するとともに、該道路勾配推測データから道路標高推測データを作成する勾配・標高推測処理を実行する。
【００７１】
ここで、前記ノード点標高算出処理によって算出された各ノード点の標高データには、かなりの誤差が含まれる可能性がある。例えば、道路が盛り土されて建設されていて前記メッシュの節点が周囲の平坦な箇所に位置する場合には、道路上の標高が前記メッシュの節点の標高よりも高くなり、道路が崖を切り崩して建設されていて前記メッシュの節点が周囲の平坦な箇所に位置する場合には、道路上の標高が前記メッシュの節点の標高よりも低くなってしまう。このように、道路上の各ノード点と周囲に存在するメッシュの節点との標高に大きな差がある場合、前記経路の標高算出処理によって算出された各ノード点の標高データには、かなりの誤差が含まれる。
【００７２】
ところで、実際の道路は道路設計基準に従って設計され、建設されている。そのため、道路の勾配を表す縦断勾配の数値や、道路の山と谷における道路形状を表す縦断曲線の半径や長さの数値を、道路設計基準データに含まれる縦断曲線データや縦断勾配データから定めることができる。この場合、特定点の標高や勾配は明確な値なので、前記経路の標高算出処理によって算出された各ノード点の標高を結ぶ曲線を、前記特定点の特定点データ、道路の山と谷の位置、並びに、縦断曲線データ及び縦断勾配データにより補正することによって、高い精度で道路の勾配を示す曲線を得ることができる。これにより、各ノード点における勾配を推測することができる。
【００７３】
そして、前記推定された勾配に基づいて各ノード点の標高を算出することができる。この場合、あるノード点の標高が与えられると、隣接するノード点との水平方向の距離と勾配とに基づいて、隣接するノード点の標高を算出することができる。
【００７４】
最後に、推測された勾配及び標高が所定の基準を満たしているか否かを確認し、満たしていない場合には修正を加えて、処理を終了する。
【００７５】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ２−１ 自車位置データ更新処理を実行する。
ステップＳ２−２ ノード点標高算出処理を実行する。
ステップＳ２−３ 勾配・標高推測処理を実行し、処理を終了する。
【００７６】
次に、ノード点標高算出処理について説明する。
【００７７】
図７は本発明の第１の実施の形態におけるメッシュの節点とノード点との位置関係を示す図、図８は本発明の第１の実施の形態における二つの節点からノード点の標高を求める方法を示す図、図９は本発明の第１の実施の形態における四つの節点からノード点の標高を求める方法を示す図、図１０は本発明の第１の実施の形態におけるノード点標高算出処理の動作を示すフローチャートである。
【００７８】
まず、道路情報推測装置２０は、ナビゲーション基本処理によって探索された経路の経路情報を読み込む。この場合、前記経路は、自車位置から目的地、通過点若しくは特定点までの経路であってもよいし、自車位置の前方の所定距離範囲（例えば、車両の前方１〔ｋｍ〕までの範囲）内の経路であってもよい。そして、前記経路情報には前記経路に該当する道路上の各ノード点に関する情報としてのノードデータが含まれる。なお、該ノードデータは、ナビ制御装置２１の地図データベース２１ａに地図データとして格納されている。
【００７９】
ここで、前記経路が長い場合、一度にすべての経路の経路情報を読み込むと膨大なデータ量となり、メモリ資源が不足するので、前記経路を所定の距離、例えば、約５〔ｋｍ〕毎に分割して、分割された経路に対応する経路情報を順次読み込むようにすることもできる。
【００８０】
続いて、道路情報推測装置２０は、読み込んだ経路情報に含まれる経路に対応する道路上の各ノード点と、標高データベース２５から取得した５０〔ｍ〕メッシュ標高データにおけるメッシュの節点との位置関係を判断する。この場合、図７に示されるように、水平面としてのｘ−ｙ平面上におけるそれぞれのノード点（図７における、ノード点１〜５）とメッシュの節点との位置関係を判断する。そして、ノード点の座標が、メッシュの節点の座標上にあるか否かを判断する。すなわち、それぞれのノード点について、そのｘ座標及びｙ座標がメッシュの節点のｘ座標及びｙ座標と一致するか否かを判断する。
【００８１】
そして、一致する場合、道路情報推測装置２０は第１標高算出処理を実行する。この場合、メッシュの節点の標高（ｚ座標）がそのまま該当するノード点の標高を表していると言えるので、道路情報推測装置２０は、メッシュの節点の標高を前記ノード点の標高として採用する。例えば、図７に示される例においては、ノード点２がメッシュの節点である点Ａと一致しているので、該点Ａの標高をノード点２の標高とする。そして、道路情報推測装置２０は、前記ノード点（図７に示される例におけるノード点２）に関する第１標高算出処理を終了し、次のノード点（図７に示される例におけるノード点３）について、ノード点標高算出処理を開始する。
【００８２】
一方、ノード点のｘ座標及びｙ座標がメッシュの節点のｘ座標及びｙ座標と一致しない場合、道路情報推測装置２０は、前記ノード点をｘ−ｙ平面に投影した点が、互いに隣り合う節点を結ぶ線分をｘ−ｙ平面に投影した線分上にあるか否かを判断する。例えば、図７に示される例においては、ノード点３はメッシュの節点を結ぶ線分上にないが、ノード点４がメッシュの節点である点Ｂと点Ｃとを結ぶ線分上にある。
【００８３】
そして、ノード点をｘ−ｙ平面に投影した点が、互いに隣り合う節点を結ぶ線分をｘ−ｙ平面に投影した線分上にあると判断した場合、道路情報推測装置２０は第２標高算出処理を実行する。該第２標高算出処理においては、互いに隣り合う節点の間では、標高がリニア（直線的）に変化するものであるとの仮定に基づいて、前記ノード点の標高を算出する。すなわち、３次元空間において、互いに隣り合う節点を結ぶ線分上に前記ノード点を投影した点のｚ座標、すなわち、標高を算出する。この場合、前記線分の両端のｘ座標、ｙ座標及びｚ座標から前記線分を表す式を決定することができるので、該線分上におけるノード点の位置を示すｘ座標及びｙ座標の数値を前記式に代入することによって、ノード点の標高を算出する。
【００８４】
例えば、図７に示される例におけるノード点４は、３次元空間において、図８に示されるように、メッシュの節点である点Ｂと点Ｃとを結ぶ線分ＢＣ上にある。そして、点Ｂ及び点Ｃのｘ座標、ｙ座標及びｚ座標から、線分ＢＣの両端（点Ｂ及び点Ｃ）の標高と線分ＢＣの傾斜とを算出することができ、また、ノード点４のｘ座標及びｙ座標から線分ＢＣ上におけるノード点４の位置も算出することができる。したがって、ノード点４のｚ座標、すなわち、標高も算出することができる。
【００８５】
また、ノード点をｘ−ｙ平面に投影した点が、互いに隣り合う節点を結ぶ線分をｘ−ｙ平面に投影した線分上にないと判断した場合、道路情報推測装置２０は第３標高算出処理を実行する。該第３標高算出処理においては、前記ノード点の周囲に存在する四つの節点を使用する。まず、３次元空間において、前記四つの節点の中から三つの節点を頂点とする三角形状の平面を二つ設定する。この場合、各頂点のｘ座標、ｙ座標及びｚ座標から前記平面を表す式を決定することができる。続いて、前記ノード点を前記二つの平面に投影した点の位置を示すｘ座標及びｙ座標の数値を前記式に代入することによって、前記二つの平面に投影した点のｚ座標、すなわち、標高をそれぞれ算出する。最後に、前記二つの平面に投影した点の標高の平均値を算出して、前記ノード点の標高とする。
【００８６】
例えば、図７に示される例におけるノード点３の周囲に存在する四つの節点である点Ａ、点Ｂ、点Ｃ及び点Ｄを使用する。この場合、ノード点３と点Ａ、点Ｂ、点Ｃ及び点Ｄとの位置関係は、３次元空間において、図９に示されるようになる。そして、点Ａ、点Ｂ及び点Ｃを頂点とする三角形状の平面△ＡＢＣ、並びに、点Ａ、点Ｂ及び点Ｄを頂点とする三角形状の平面△ＡＢＤを設定する。なお、三角形状の平面を設定する場合、二つの節点を結ぶ線分の中で、ノード点に最も近接する線分を辺に含むようにすることが望ましい。そのため、図９に示される例においては、ノード点３に最も近接する線分ＡＢを辺に含む平面△ＡＢＣ及び平面△ＡＢＤが設定されている。
【００８７】
この場合、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ及び点Ｄのｘ座標、ｙ座標及びｚ座標から、平面△ＡＢＣ及び平面△ＡＢＤにおけるすべての点のｚ座標、すなわち、標高を算出することができる。そのため、ノード点３を平面△ＡＢＣに投影した点の標高、及び、ノード点３を平面△ＡＢＤに投影した点の標高を算出し、二つの点の標高の平均値をノード点３の標高とすることができる。
【００８８】
このようにして、道路情報推測装置２０は、前記ノード点（図７に示される例におけるノード点３及びノード点４）に関する第２標高算出処理及び第３標高算出処理を終了し、次のノード点（図７に示される例におけるノード点５）について、ノード点標高算出処理を開始する。
【００８９】
なお、道路情報推測装置２０は、算出された各ノード点の標高を記憶手段に一時的に格納することができる。この場合、読み込んだ経路情報に対応付けて格納することもできる。
【００９０】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ２−２−１ 経路情報を読み込む。
ステップＳ２−２−２ ノード点の座標が５０〔ｍ〕メッシュ標高データのメッシュを構成する節点上に存在するか否かを判断する。存在する場合はステップＳ２−２−３に進み、存在しない場合はステップＳ２−２−４に進む。
ステップＳ２−２−３ 第１標高算出処理を実行してノード点の座標を算出し、、処理を終了する。
ステップＳ２−２−４ ノード点をｘ−ｙ平面に投影した互いに隣り合う点が、節点を結ぶ線分をｘ−ｙ平面に投影した線分上に存在するか否かを判断する。存在する場合はステップＳ２−２−５に進み、存在しない場合はステップＳ２−２−６に進む。
ステップＳ２−２−５ 第２標高算出処理を実行してノード点の地図上の位置である座標を算出し、処理を終了する。
ステップＳ２−２−６ 第３標高算出処理を実行してノード点の地図上の位置である座標を算出し、処理を終了する。
【００９１】
次に、勾配・標高推測処理について説明する。
【００９２】
図１１は本発明の第１の実施の形態におけるノード点の標高を結ぶ曲線を示す図、図１２は本発明の第１の実施の形態における疑似標高データの曲線を示す図、図１３は本発明の実施の形態における勾配・標高推測処理の動作を示すフローチャートである。なお、図１１及び１２においては、横軸に距離を、縦軸に標高を採っている。
【００９３】
ここでは、勾配を推測して道路勾配推測データを作成するとともに、該道路勾配推測データから道路標高推測データを作成する勾配と標高推測処理について説明する。
【００９４】
まず、道路情報推測装置２０は、経路の標高算出処理によって算出された各ノード点の位置における標高を読み込む。なお、一度にすべての経路のノード点の標高を読み込むと膨大なデータ量となり、メモリ資源が不足する場合には、経路を所定の距離、例えば、約５〔ｋｍ〕毎に分割して、分割された経路に対応するノード点の標高を順次読み込むようにすることもできる。
【００９５】
そして、道路情報推測装置２０は、読み込んだ各ノード点の位置における標高に基づいて、各ノード点の位置における標高を結ぶ曲線を作成すると、図１１に示されるようになる。なお、図１１に示される例においては、前記曲線を作成する範囲は、自車位置から特定点までの範囲、又は、所定の推測範囲である。そして、図１１において、曲線（ａ）は実際の道路の標高を示す曲線であり、曲線（ｂ）は経路の標高算出処理によって算出された各ノード点の位置における標高を結ぶ曲線（◆は各ノード点の標高を示している。）である。なお、■は自車位置、及び、道路上の標高を明確に特定することができる特定点としての橋、トンネル等の構造物におけるノード点の位置における標高を示している（図１１においては構造物が橋の場合を示している）。
【００９６】
続いて、道路情報推測装置２０は、自車位置データとしての自車位置の勾配及び標高を読み込み、該勾配及び標高の値を各ノード点の標高を結ぶ曲線に組み込む。これにより、該曲線において、自車位置に対応するノード点の標高の値が、経路の標高算出処理によって算出された値から、自車位置データとしての自車位置の標高の値に置き換えられることで補正される。また、自車位置とノード点の位置が一致する場合には、ノード点の標高を自車位置の標高に置き換えて補正する。
【００９７】
ところで、通常、橋の上やトンネル内のように道路上における各ノード点と周囲に存在するメッシュの節点との標高に大きな差がある場合（通常、橋は谷や川の上に架けられているので、周囲に存在するメッシュの節点は、橋上の道路上におけるノード点よりもかなり低い位置にある。また、トンネルの周囲は丘や山なので、周囲に存在するメッシュの節点は、トンネル内の道路上におけるノード点よりもかなり高い位置にある。）、前記経路の標高算出処理によって算出された各ノード点の標高には、かなりの誤差が含まれる。
【００９８】
そこで、道路情報推測装置２０は、特定点データベース２３から、特定点データとして特定点の標高を読み込んで、前記曲線（ｂ）に組み込む。ここでは、特定点としての構造物である橋について、標高を特定することができる場合について説明する。そして、特定点データに合致するように、前記曲線（ｂ）を修正する。この場合、前述されたような自車位置データとしての自車位置の標高の値、及び、固定値である特定点データを組み込む、すなわち、自車位置に対応するノード点の標高の値を自車位置データとしての自車位置の標高の値、又は特定点データとしての特定点の地図上の位置における標高に置き換えられることによって、前記特定点データに合わせるように道路の他の箇所の標高が補正される。
【００９９】
これにより、図１２における曲線（ｂ）で示されるような修正された標高データとしての疑似標高データ（◆は各ノード点の標高を示し、■は自車位置、及び、特定点としての橋、トンネル等の構造物におけるノード点の標高を示している。）を得ることができる。そして、前記疑似標高データは、記憶手段に一時的に格納される。なお、曲線（ａ）は実際の道路の標高を示す曲線である。
【０１００】
本実施の形態においては、道路の有無に関わらない地点の標高データに基づいて地図データに含まれる道路上のノード点の標高を算出するノード点標高算出処理部と、自車位置における道路上の標高を含む自車位置データを設定する自車位置データ設定部と、自車位置から所定の推測範囲内において、前記算出されたノード点の標高と前記自車位置データに含まれる自車位置における道路上の標高とを連続的に結ぶように近似処理した第１の補正標高データを取得して道路上の標高を推測する道路標高推測部とを有する。
【０１０１】
続いて、道路情報推測装置２０は、疑似標高データの曲線の近似処理によって得られる第１の補正標高データである近似曲線に基づいて、第１の補正標高データの変化する道路の山と谷との位置を検出する山谷検出処理を実行して、第１の補正標高データの変化から道路の山と谷とを特定する。さらに、道路情報推測装置２０は、道路設計基準データベース２９から取得した道路の縦断形状を特定することができる道路設計基準データに含まれる縦断形状である縦断曲線データ、縦断勾配データ、自車位置データや特定点データに基づいて、縦断形状である縦断曲線、縦断勾配、自車位置データや特定点データを連続的に結ぶことで道路の勾配を推測し、該道路の勾配と、自車位置データ、及び、道路設計基準データに基づいて道路の標高を推測する道路設計基準組込処理を実行する。これにより、道路勾配推測データ及び第２の補正標高データである道路標高推測データを得ることができる。
【０１０２】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ２−３−１ ノード点の標高を読み込む。
ステップＳ２−３−２ 自車位置データを読み込む。
ステップＳ２−３−３ 特定点データを組み込む。
ステップＳ２−３−４ 山谷検出処理を行う。
ステップＳ２−３−５ 道路設計基準組込処理を行い、処理を終了する。
【０１０３】
次に、山谷検出処理について説明する。
【０１０４】
図１４は本発明の第１の実施の形態における近似曲線を示す図、図１５は本発明の第１の実施の形態における山谷検出処理の動作を示すフローチャートである。なお、図１４においては、横軸に距離を、縦軸に標高を採っている。
【０１０５】
ところで、道路の設計基準には、道路の勾配が変化する箇所、すなわち、道路の勾配の変曲点である山と谷とには縦断曲線を設けるようになっている。そして、縦断曲線の形状を規定する半径や長さの数値は、道路の種別、等級、設計速度等に応じてあらかじめ定められている。そのため、道路の山と谷の位置を特定することができれば、道路設計基準データに含まれる縦断曲線データに基づいて、山と谷の位置における道路の勾配を特定することができる。
【０１０６】
そこで、本実施の形態においても同様の理由によって、道路情報推測装置２０は、山と谷との位置を特定するために山谷検出処理を実行するようになっている。
【０１０７】
この場合、道路情報推測装置２０は、前記疑似標高データを読み込み、山谷検出処理の対象範囲としての近似範囲を決定する。なお、本実施の形態において、該近似範囲は、自車位置から前方に位置する直近の特定点までの範囲とする。これにより、近似範囲の両端における標高が特定されるので、精度の高い近似曲線を得ることができる。なお、前記近似範囲は自車位置から特定点まででなくてもよく、自車位置から所定の距離、例えば、５〔ｋｍ〕先までの範囲であってもよい。
【０１０８】
ここで、前記疑似標高データは、実際の道路の標高を正確に示してはいないが、実際の道路と同様の傾向で登ったり下ったりしている。そのため、擬似標高データの登り下りに基づいて、実際の道路における山と谷の位置を特定することができる。
【０１０９】
そして、道路情報推測装置２０は、図１４に示されるように、前記疑似標高データを距離−標高平面上に展開し、最小二乗法によって近似する近似処理を実行する。ここで、近似に使用する関数としては、例えば、６次の多項式を使用するが、多項式の次数はいくらであってもよいが、前記近似範囲が広くなるほど次数を増加させてもよいし、前記メッシュ標高データ等に基づいて地形の特性である凹凸やその数を判定することによって次数を増減させてもよい。
【０１１０】
ここで、６次の多項式を使用して近似曲線を求める方法について説明する。
【０１１１】
まず、求める近似曲線を表す式（１）を次のように設定する。
【０１１２】
【数１】
【０１１３】
ただし、ｘは距離−標高平面における距離、ｙは距離−標高平面における標高である。
【０１１４】
そして、各ノード点の疑似標高データを示す点■の座標を（ｘi 、ｙi ）とすると、前記点■と近似曲線との標高に関する差ｄi は次の式（２）のように表される。
【０１１５】
【数２】
【０１１６】
なお、差ｄi の値は正になる場合と負になる場合とがあるので、前記差ｄi の絶対値に対応する値を得るために、前記差ｄi を２乗する。そして、前記近似範囲におけるすべての点■に関する差ｄi を２乗した数値の合計をＳｅとすると、Ｓｅは次の式（３）のように表される。
【０１１７】
【数３】
【０１１８】
次に、前記Ｓｅが最小となるような係数ａ0 〜ａ6 の数値を求めるために連立方程式をたてる。この場合、まず、式（３）を係数ａ0 〜ａ6 でそれぞれ偏微分して、次の式（４）〜（１１）を得る。
【０１１９】
【数４】
【０１２０】
【数５】
【０１２１】
【数６】
【０１２２】
【数７】
【０１２３】
【数８】
【０１２４】
【数９】
【０１２５】
【数１０】
【０１２６】
【数１１】
【０１２７】
続いて、前記（４）〜（１１）を０とおくと、係数ａ0 〜ａ6 を未知数とする７元の連立方程式となるので、該連立方程式を解いて、係数ａ0 〜ａ6 を求める。そして、求められた係数ａ0 〜ａ6 の値を代入した式（１）が近似曲線を表す式となる。
【０１２８】
これにより、図１４における曲線（ｃ）で示されるような第１の補正標高データである近似曲線を得ることができる。なお、図１４において、曲線（ａ）は実際の道路の標高を示す曲線であり、曲線（ｂ）は疑似標高データを結ぶ曲線（◆は各ノード点の疑似標高データを示している。）であり、■は自車位置、及び、特定点としての橋、トンネル等の構造物におけるノード点の標高を示している。
【０１２９】
図１４に示されるように、近似曲線（ｃ）における山と谷とは、実際の道路の標高を示す曲線（ａ）における山と谷とに一致している。したがって、前記近似曲線（ｃ）から山と谷の位置を推測することができる。なお、前記近似曲線では小さい谷や山などを無視してしまうので、近似範囲を広げすぎると、山と谷の位置を適切に推測することが困難になる。そのため、本実施の形態においては、前述されたように、自車位置から前方に位置する直近の特定点までの範囲を近似範囲として、山と谷の位置を推測するようになっている。
【０１３０】
続いて、道路情報推測装置２０は、前記近似曲線（ｃ）の変曲点を求めて第１の補正標高データの標高が変化する位置、すなわち、山と谷の位置を特定する。この場合、前記近似曲線（ｃ）を表す式を微分して０になる位置が山及び谷である。これにより、該山及び谷の位置を特定することができる。なお、山であるか谷であるかの判定は、前後の標高の傾きから判断する。山である場合、傾きは＋から−に、谷である場合、傾きは−から＋に変化する。
【０１３１】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ２−３−４−１ 擬似標高データを読み込む。
ステップＳ２−３−４−２ 山谷を推測する。
ステップＳ２−３−４−３ 山谷を特定し、処理を終了する。
【０１３２】
次に、道路設計基準組込処理について説明する。
【０１３３】
図１６は本発明の第１の実施の形態における縦断曲線を示す図、図１７は本発明の第１の実施の形態における勾配データである道路勾配推測データを示す図、図１８は本発明の第１の実施の形態における第２の補正標高道路標高推測データを示す図、図１９は本発明の第１の実施の形態における道路設計基準組込処理の動作を示すフローチャートである。なお、図１６及び１８においては、横軸に距離を、縦軸に標高を採り、図１７においては横軸に距離を、縦軸に勾配を採っている。
【０１３４】
まず、道路情報推測装置２０は、既に読み込んだ経路情報とともに道路データに含まれている道路種別に基づいて、経路に対応する道路が国道、県道、主要地方道、一般道、高速道路等の道路種別のいずれに該当するかを特定する、すなわち、道路種別を特定する。この場合、道路の等級、設計速度等も特定する。前述されたように、縦断曲線データの場合、縦断曲線の半径や長さの数値が、道路種別、道路の等級、設計速度、縦断曲線の曲線形（凸形曲線、凹形曲線等の区別）等に応じて定められ、また、縦断勾配データの場合、縦断勾配の数値は、道路種別、道路の等級、設計速度等に応じて定められている。そのため、経路に対応する道路の道路種別、道路の等級、設計速度等を特定することによって、道路設計基準データベース２９から、縦断曲線データ及び縦断勾配データを取得することが可能となる。本実施の形態においては、道路が高速道路であり、設計速度が８０〔ｋｍ／ｈ〕で設計されているものとする。
【０１３５】
続いて、道路情報推測装置２０は、道路設計基準データベース２９から、設計速度が８０〔ｋｍ／ｈ〕の高速道路の縦断曲線データを取得する。なお、縦断曲線は、道路の勾配としての縦断勾配が変移する場所、例えば、山や谷尾根などにおいて、運動量の変化によって車両が受ける衝撃を緩和するために、衝撃緩和曲線として使用されるものである。そのため、縦断曲線は、山谷検出処理において特定された山と谷の位置に挿入される。
【０１３６】
道路構造令によると、設計速度が８０〔ｋｍ／ｈ〕の道路の場合の縦断曲線半径は凸型（山）ではＲ＝３０００〔ｍ〕以上の曲線、凹型（谷）ではＲ＝２０００〔ｍ〕以上の曲線を用いる。そして、推奨は、凸型でＲ＝４５００〔ｍ〕以上、凹型でＲ＝３０００〔ｍ〕以上、また、それぞれの適応距離は２４０〔ｍ〕以上、１６０〔ｍ〕以上となっている。そこで、本実施の形態においては、凸型でＲ＝４５００〔ｍ〕を２４０〔ｍ〕、凹型でＲ＝３０００〔ｍ〕を１６０〔ｍ〕の縦断曲線を挿入する。
【０１３７】
続いて、道路情報推測装置２０は、経路に対応する道路の勾配と標高とを推測する。なお、自車位置における標高及び勾配、特定点としての橋及びトンネルの標高及び勾配、並びに、縦断曲線挿入地点での勾配は特定されているので、それ以外の箇所の勾配の変化を推測する。この場合、道路情報推測装置２０は、自車位置から特定点まで、特定点から縦断曲線まで、縦断曲線から次の縦断曲線まで、縦断曲線から特定点まで、又は、特定点から次の特定点までの範囲を推測範囲として、推測範囲毎に自車位置データや特定点データに含まれる勾配と縦断曲線の勾配を連続的に結ぶようにすることで、勾配を推測するようになっている。なお、前記推測範囲は自車位置から特定点まででなくてもよく、自車位置から所定の距離、例えば、５〔ｋｍ〕先までの範囲であってもよい。
【０１３８】
例えば、自車位置から凸型（山）に挿入された縦断曲線までの範囲の場合、図１６に示されるように、道路が登っていることが凸型の縦断曲線から判断することができる。なお、図において曲線（ａ）は実際の道路の標高を示す曲線であり、■は自車位置における標高、◆で示される点（ｂ）は各ノード点の標高を示している。そこで、自車位置での勾配を縦断曲線に向かう間に縦断曲線の勾配に合うように変化させる。なお、勾配の変化は、道路の設計速度が８０〔ｋｍ／ｈ〕なので最大勾配は４〔％〕である。そのため、登りの場合は、勾配を４〔％〕まで変化させることができる。この場合、勾配の値が急激に変化することはないので、勾配の値を低い値から徐々に上昇させ、次第に勾配の値が４〔％〕になるようにし、続いて、縦断曲線に近くなると勾配の値を徐々に低下させて、最終的に縦断曲線の勾配に近い値（例えば、１．７４〔％〕）になるように変化させる。
【０１３９】
そして、勾配の変化のさせ方は、一般的に、長い登り勾配の区間において、下に緩勾配、上に急勾配を設置するようになっている。これにより、登り勾配における車両の走行速度の低下を緩和することができる。
【０１４０】
このようにして、道路情報推測装置２０は、一つの推測範囲において、道路の勾配を推測した後、他のすべての次の推測範囲において同様の動作を繰り返して、経路に対応する道路のすべての範囲において勾配を推測する。
【０１４１】
続いて、道路情報推測装置２０は、推測された勾配に基づいて、経路に対応する道路の標高を推測する。この場合、各ノード点における標高、道路上の標高を特定することがことができる特定点データ又は、自車位置データは次の式（１２）によって求めることができる。
ノード点の標高＝特定点データ又は自車位置データの標高＋勾配×特定点データ又は自車位置データからの水平方向の距離・・・式（１２）
このようにして、道路情報推測装置２０は、一つの推測範囲において、道路の標高を推測した後、他のすべての次の推測範囲において同様の動作を繰り返して、経路に対応する道路のすべての範囲において標高を推測する。
【０１４２】
続いて、道路情報推測装置２０は、推測された道路の勾配及び標高の数値、すなわち、推測結果を確認する。
【０１４３】
ここで、推測範囲が縦断曲線から特定点、特定点から特定点のような場合、特定点データとしての特定点における標高を特定することができるので、推測した標高と特定点での標高とのつながりが適当であるか否かを判断することができる。ある位置における標高とその他の位置における標高の値を比較して登り下りとなっているかを判断することによって、適切であるかを判断する。
【０１４４】
例えば、登り坂であるのに、あるノード点における標高より次のノード点である特定点の標高が低い場合は、推測した勾配の変化が適切でないと判断することができる。また、下り坂であるのに、あるノード点における標高より次のノード点である特定点の標高が高い場合は、推測した勾配の変化が適切でないと判断することができる。さらに、例えば、あるノード点における標高と次のノード点である特定点の標高との差が５〔ｍ〕以上ある場合は、推測した勾配の変化が適切でないと判断することができる。
【０１４５】
このような場合、推測した勾配の変化が適切でない、すなわち、推測結果が不適切であると判断することができるので、道路の勾配及び標高を推測し直すようになっている。そして、道路の勾配を推測する際に使用した勾配の値を変更して、推測した標高と特定点での標高とのつながりが適当になるように、勾配を推測し直すようになっている。例えば、前述されたように、設計速度が８０〔ｋｍ／ｈ〕の高速道路の場合、道路の最大勾配が４〔％〕であるが、道路の勾配を推測する際に、勾配の最大値を４〔％〕ではなく３〔％〕として、勾配を推測し直すことによって、推測された標高が適切になるようにすることができる。
【０１４６】
また、道路設計基準においては、特例として勾配を７〔％〕まで使用することができるので、必要な場合、勾配の最大値として特例で認められる７〔％〕までの値を使用してもよい。しかし、特例の場合には、勾配が５〔％〕の区間の距離は６００〔ｍ〕、勾配が６〔％〕の区間の距離は５００〔ｍ〕、勾配が７〔％〕の区間の距離は４００〔ｍ〕までと制限があるので、勾配の最大値が４〔％〕を超える区間の長さが、前記の数値以上にならないようにする。なお、この前記区間の制限距離は車両（特にトラック等）が登る場合に、高速道路における許容下限速度に低下するまでの距離である（設計速度が８０〔ｋｍ／ｈ〕の道路では、許容下限速度は４０〔ｋｍ／ｈ〕）。つまり、このように、縦断曲線を挿入するとは、道路を建設する際の設計基準である道路設計基準で規定される道路の種別などに応じた勾配の長さや勾配を推測した曲線に適用させ、推測した曲線を補正することである。
【０１４７】
そして、道路の勾配及び標高を推測し直す場合、道路情報推測装置２０は、道路設計基準に基づいて勾配及び標高の推測を行うが、特定点における特定点データは実際の道路の構造を示しているので、特定点データを優先して、特定点周辺の道路の勾配及び標高を変化させるようになっている。すなわち、この場合、特定点データを設計基準に基づいて補正するのではなく特定点の両端の道路の勾配及び標高の値を他の標高を特定することができる箇所との関係を道路設計基準を満たすように変化させる。
【０１４８】
このようにして、道路標高推測部１４において、自車位置データの標高とノード点の標高を連続的に結ぶように近似処理した第１の補正標高データを得ることで道路の標高を推測する。そして、推測した補正標高データの標高が変化する位置、すなわち、山と谷の位置を検出し、検出された該山と谷の位置に道路の縦断形状を特定することができる道路設計基準データである縦断曲線や縦断勾配を挿入する。そして、挿入した該縦断曲線や縦断勾配と、自車位置データに更に含まれる自車位置における勾配である勾配データと特定点データに更に含まれる特定点における勾配である勾配データと連続的に結び、道路の勾配を推測する。その後、推測結果を確認して、図１７に示されるような道路の勾配である道路勾配推測データを得ることができる。なお、図１７において、曲線（ａ）は実際の道路の勾配を示す点であり、■で示される点（ｂ）は各ノード点における勾配データである道路勾配推測データを示す点である。また、同様に、図１８に示されるように、勾配データと自車位置データと特定点データと道路設計基準データから第２の補正標高データである道路標高推測データを得ることができる。なお、図１８において、曲線（ａ）は各ノード点における実際の道路の標高を示す点であり、◆で示される点（ｂ）は各ノード点における第２の補正標高データである実際の道路標高推測データを示す点であり、■は自車位置、及び、特定点としての橋、トンネル等の構造物におけるノード点の標高を示す点である。
【０１４９】
そして、前記道路勾配推測データ及び道路標高推測データは、記憶手段に格納されたようになっている。このように、道路の有無に関わらない地点の標高データである、例えば、メッシュ標高データから地図データに含まれる道路上のノードの標高を算出し、算出されたノード点の標高と自車位置データの標高や特定点の標高を連続的に結ぶように近似処理して第１の補正標高データを得ることで道路の標高を推測する。そして、第１の補正標高データの標高が変化する位置、すなわち、山及び谷の位置を検出し、検出した位置に道路の縦断形状を特定することができる道路設計基準データの縦断曲線や縦断勾配を挿入し、挿入された縦断形状と自車位置データに更に含まれる自車位置における勾配である勾配データと特定点データに更に含まれる特定点における勾配である勾配データとを連続的に結ぶことで道路の勾配を推測し、道路の実際の勾配である道路推測データを得ることができる。そして、推測された道路の勾配である道路推測データと自車位置の標高データ又は特定点の標高データに基づいて、例えば、式（１２）を使用して実際の道路の標高である第２の補正標高データを得ることで実際の道路の標高を推測する。また、本実施の形態においては、設計速度が８０〔ｋｍ／ｈ〕の高速道路を例にして勾配及び標高の推測について説明したが、道路の種別や設計速度によって設計基準が異なるので、他の道路の場合、それぞれの種別や設計速度に合わせた設計基準データを使用して、道路の勾配及び標高の推測を行う。
【０１５０】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ２−３−５−１ 道路種別を特定する。
ステップＳ２−３−５−２ 縦断曲線を挿入する。
ステップＳ２−３−５−３ 道路の勾配を推測する。
ステップＳ２−３−５−４ 道路の標高を推測する。
ステップＳ２−３−５−５ 推測を確認し、処理を終了する。
【０１５１】
このように、本実施の形態において、道路情報推測装置２０は、地図データに基づくナビゲーション基本処理によって設定された経路に対応する道路上の各ノード点の標高を、メッシュ標高データに基づいて算出し、自車位置データ及び特定点データに置き換えることで組み込み、それに伴い道路の他の箇所の標高を補正した自車位置及び特定点データで補正した第１の補正標高データが得られ、このデータから山及び谷の位置を特定し、道路設計基準データである縦断曲線データ及び縦断勾配データに基づいて補正し、すなわち、道路設計基準データで規定されている勾配や勾配の長さに適合するように変化させて置き換え、道路の勾配を推測し、続いて、道路の標高を推測する。そして、実際の道路の標高を特定することができる位置での標高と勾配の変化の関係が実際の道路と同じ傾向であるかによって、推測結果を確認し、該推測結果が不適切である場合には、道路の勾配及び標高を推測し直すようになっている。
【０１５２】
そのため、道路上の各ノード点の勾配を高い精度で推測することができ、各ノード点における信頼性の高い勾配データを道路勾配推測データとして得ることができる。
【０１５３】
また、道路情報推測装置２０は、経路における道路上の各ノード点の標高を前記道路勾配推測データに基づいて算出することによって、高い精度で道路の標高を示す道路標高推測データ曲線を得ることができる。
【０１５４】
さらに、各ノード点における前記道路勾配推測データ及び道路標高推測データをナビ制御装置２１の地図データベース２１ａに記録することもできる。この場合、道路情報推測装置２０が道路勾配・標高推測処理を実行した経路に関しては、前記道路標高推測データ及び道路標高勾配データが記録され蓄積されていくので、道路勾配・標高推測処理を繰り返して実行する必要がない。
【０１５５】
これにより、ナビ制御装置２１が出力する経路情報に、道路の勾配や標高を含めることができるので、各種の用途に利用することができる。
【０１５６】
例えば、前記道路情報推測装置２０は、表示処理において、道路の標高の変化を表す線を表示装置２７の画面に表示したり、経路を鳥瞰図的に表示装置２７の画面に表示する場合に、道路に起伏を付けて表示したりすることができる。これにより、道路走行中の車両を運転する運転者は、登坂や降坂に差し掛かったり視野に入ったりする前に、あらかじめ坂道の存在や勾配等を知ることができるので、運転中の不安を解消することができる。
【０１５７】
また、前記道路情報推測装置２０は、車両制御処理において、推測された道路の勾配や標高に適するエンジン出力としたり、変速比としたりするように、エンジン制御装置、駆動力制御装置等の車両制御装置を動作させるための制御信号を車両制御装置インターフェイス２６から出力させる。さらに、道路の勾配や標高の変化を予測した制御動作を行わせることもできる。また、車両がＥＶやＨＥＶである場合には、バッテリエネルギーを効率的に使用するように、車両制御装置を動作させるための制御信号を車両制御装置インターフェイス２６から出力させることもできる。
【０１５８】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、前記第１の実施の形態と同じ構成を有するもの及び同じ動作については、その説明を省略する。
【０１５９】
図２０は本発明の第２の実施の形態における道路標高の近似曲線を示す図、図２１は本発明の第２の実施の形態における道路勾配の近似曲線を示す図である。
【０１６０】
前記第１の実施の形態において、道路情報推測装置２０は、自車位置データと特定点データとの特定点間の範囲における各ノード点の標高を結ぶ曲線をフィルタ処理し、該曲線の変化を滑らかにして、道路の標高を推定するのに対し、本実施の形態において、道路情報推測装置２０は、少なくとも自車位置を含む範囲における各ノード点の標高を結ぶ曲線の変化を滑らかにして、道路の標高を推定する。すなわち、本実施の形態において、自車位置データ設定部１６が、自車位置における標高と道路の標高を推測する範囲として設定する。道路標高推測部１３は、少なくとも自車位置を含む範囲の道路上の各ノード点の標高データを取得し、該標高データを、前記特定点の特定点データによって補正して、道路標高推測データを作成する。なお、道路の標高を推定する処理は、前記第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【０１６１】
これにより、図２０における曲線（ｄ）で示されるような近似曲線を得ることができる。なお、図２０において、曲線（ａ）は実際の道路の標高を示す曲線であり、曲線（ｂ）は疑似標高データ（▲は各ノード点の疑似標高データを示している。）であり、（ｃ）は特定点としての橋の存在する区間を示している。そして、図２０に示されるように、橋の上のように道路上における各ノード点と周囲に存在するメッシュ標高データにおけるメッシュの節点との標高に大きな差がある場合、前記経路の標高算出処理によって算出された各ノード点の標高には、かなりの誤差が含まれることが分かる。なお、前記特定点は、道路上の標高を特定することができる特定点であれば何でもよく、例えば、トンネルであってもよい。
【０１６２】
また、道路情報推測装置２０は、少なくとも一つの特定点を含む範囲において前記近似曲線の勾配に基づいて、道路の勾配を推定する。なお、道路の勾配を推定する処理は、前記第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。これにより、図２１における曲線（ｂ）で示されるような近似曲線を形成する近似勾配データを得ることができる。なお、図２１において、曲線（ａ）は実際の道路の勾配を示す曲線である。
【０１６３】
このように、本実施の形態において、道路情報推測装置２０は、少なくとも一つの特定点を含む範囲における道路の標高及び勾配を推定する、すなわち、一つの特定点の前後の範囲をにおける道路の標高及び勾配を推定するようになっている。そのため、通常、特定点として取り扱うことのできる橋やトンネルのような構造物がわずかしか存在しない地域、すなわち、特定点の間隔が広い地域であっても、特定点データに基づいて道路の標高及び勾配を高い精度で推定することができる。
【０１６４】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【０１６５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ナビゲーション装置においては、道路情報を記憶する道路情報記憶手段と、現在位置を検出する現在位置検出手段と、標高を明確に特定することができる特定点データを記憶する特定点データ記憶手段と、地形の標高を示す標高データを記憶する標高データ記憶手段と、前記現在位置検出手段によって検出された現在位置に基づいて、現在位置周辺の道路情報、特定点データ及び標高データを抽出し、道路の勾配を推測する道路勾配推測部とを有する。
【０１６７】
他のナビゲーション装置においては、道路情報を記憶する道路情報記憶手段と、現在位置を検出する現在位置検出手段と、目的地までの経路を探索する経路探索手段と、標高を明確に特定することができる特定点データを記憶する特定点データ記憶手段と、地形の標高を示す標高データを記憶する標高データ記憶手段と、前記経路探索手段によって探索された経路情報、前記現在位置検出手段によって検出された現在位置、前記道路情報記憶手段に記憶された道路情報、前記特定点データ記憶手段に記憶された特定点データ、及び、前記標高データ記憶手段に記憶された標高データに基づき、経路上の道路の勾配を推測する道路勾配推測部とを有する。
【０１６８】
この場合、高い精度で道路の勾配を推測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における道路情報推測装置の構成を機能の観点から示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における道路情報推測装置の詳細な構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における道路情報推測装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施の形態における初期設定の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施の形態における初期値読込処理の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施の形態における道路勾配・標高推測処理の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第１の実施の形態におけるメッシュの節点とノード点との位置関係を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における二つの節点からノード点の標高を求める方法を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における四つの節点からノード点の標高を求める方法を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態におけるノード点標高算出処理の動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第１の実施の形態におけるノード点の標高を結ぶ曲線を示す図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態における疑似標高データの曲線を示す図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態における勾配・標高推測処理の動作を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第１の実施の形態における近似曲線を示す図である。
【図１５】本発明の第１の実施の形態における山谷検出処理の動作を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第１の実施の形態における縦断曲線を示す図である。
【図１７】本発明の第１の実施の形態における勾配データである道路勾配推測データを示す図である。
【図１８】本発明の第１の実施の形態における第２の補正標高道路標高推測データを示す図である。
【図１９】本発明の第１の実施の形態における道路設計基準組込処理の動作を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の第２の実施の形態における道路標高の近似曲線を示す図である。
【図２１】本発明の第２の実施の形態における道路勾配の近似曲線を示す図である。
【符号の説明】
１２ 特定点設定部
１３ 道路勾配推測部
１４ 道路標高推測部
１５ ノード点標高算出処理部
１６ 自車位置データ設定部
２０ 道路情報推測装置
２１ ナビ制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナビゲーション装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車等の車両に搭載され、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれる位置測定装置や各種センサを使用して、前記車両の運転者等の使用者に対して、車両の位置を表示したり、目的地までの経路を探索して表示したりするナビゲーション装置が知られている。
【０００３】
また、該ナビゲーション装置が搭載された車両において、前記ナビゲーション装置が提供する道路状況データに対応させて駆動力制御を行うことができるようにした車両の駆動力制御装置も提供されている。この場合、例えば、車両がコーナ（カーブ）に差し掛かることが検出され、かつ、運転者の動作に基づく所定の条件が満たされると、駆動力制御としてシフトダウン等の車両を減速させるためのコーナ制御が行われる。そして、上限の変速段が決定され、該上限の変速段より上の変速段（高速側の変速段、変速比の小さい変速段等）が選択されないようになっている。
【０００４】
この場合、前記車両の駆動力制御装置は、前記ナビゲーション装置が提供する道路状況データ、車両の速度、アクセル開度等の種々のデータに基づいて演算を行い、制御用データを作成し、該制御用データに基づいて道路形状に合わせた制御を行うようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のナビゲーション装置においては、地図データに道路の標高、勾（こう）配等がデータとして含まれていない。そもそも、ナビゲーション装置は、車両の運転者等の使用者に対して、車両の位置を表示したり、目的地までの経路を探索して表示したりするためのものであるので、２次元的な地図の上に車両の位置や経路を表示すれば事足りるからである。しかし、車両の駆動力やサスペンションをより勾配に合わせて適切に制御したり、ハイブリッド車においてエネルギーを効率的に制御したり、標高に即してエンジンを制御したりする場合、道路の標高、勾配等に関するデータが必要になる。すなわち、坂道に直面してから行っていた制御をあらかじめ行うことによって、効率が良い走行や滑らかな走行を行うことができる。
【０００６】
そこで、道路の有無に関わらない地点の標高データ、例えば、国土地理院によって提供される地図に含まれる等高線を利用したり（特開２０００−１２３２９２号公報参照）、国土地理院によって公開されている５０〔ｍ〕メッシュのメッシュ標高データを利用して地図データを補正することが考えられる。しかしながら、前記等高線やメッシュ標高データなどの道路の有無に関わらず、設定された標高は、必ずしも実際の道路上の標高を正確に表していないので、そのまま利用することができない。すなわち、道路の有無に関わらない地点の標高データであるメッシュ標高データは、地図をそれぞれの経度と緯度における経線と緯線で縦横に格子状に分割し、該格子状に分割された地図の格子点にその位置における、すなわち、メッシュの節点における標高を測定したデータであるので、前記メッシュの節点が道路上に位置する場合には、道路上の標高を正確に把握することができるが、そうでない場合には、かなりの誤差が生じてしまう。例えば、道路が盛り土されて建設されていて前記メッシュの節点が周囲の平坦（たん）な箇所に位置する場合には、道路上の標高が前記メッシュの節点の標高よりも高くなり、道路が崖（がけ）を切り崩して建設されていて前記メッシュの節点が周囲の平坦な箇所に位置する場合には、道路上の標高が前記メッシュの節点の標高よりも低くなってしまう。これは、等高線の場合も同様である。また、道路の勾配を前記等高線やメッシュ標高データをそのまま利用して求めることができない。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題点を解決して、高い精度で道路の勾配を推測することができるナビゲーション装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明のナビゲーション装置においては、道路情報を記憶する道路情報記憶手段と、現在位置を検出する現在位置検出手段と、標高を明確に特定することができる特定点データを記憶する特定点データ記憶手段と、地形の標高を示す標高データを記憶する標高データ記憶手段と、前記現在位置検出手段によって検出された現在位置に基づいて、現在位置周辺の道路情報、特定点データ及び標高データを抽出し、道路の勾配を推測する道路勾配推測部とを有する。
【０００９】
本発明の他のナビゲーション装置においては、さらに、前記道路勾配推測部によって推測された道路の勾配に基づいて車両制御処理を行う。
【００１０】
本発明の更に他のナビゲーション装置においては、道路情報を記憶する道路情報記憶手段と、現在位置を検出する現在位置検出手段と、目的地までの経路を探索する経路探索手段と、標高を明確に特定することができる特定点データを記憶する特定点データ記憶手段と、地形の標高を示す標高データを記憶する標高データ記憶手段と、前記経路探索手段によって探索された経路情報、前記現在位置検出手段によって検出された現在位置、前記道路情報記憶手段に記憶された道路情報、前記特定点データ記憶手段に記憶された特定点データ、及び、前記標高データ記憶手段に記憶された標高データに基づき、経路上の道路の勾配を推測する道路勾配推測部とを有する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
図１は本発明の第１の実施の形態における道路情報推測装置の構成を機能の観点から示すブロック図、図２は本発明の第１の実施の形態における道路情報推測装置の詳細な構成を示す図である。
【００２９】
図２において、２０は道路情報推測装置であり、道路を走行する乗用車、トラック、バス、オートバイ、作業車等の車両に配設されている。また、４１は地球の周囲の軌道上を周回してＧＰＳ情報を発信するＧＰＳ衛星である。ここで、ＧＰＳ衛星は、実際には複数（例えば、６軌道上に２４個）であるが、図２においては、単一のＧＰＳ衛星４１がすべてのＧＰＳ衛星を代表するものとして示されている。
【００３０】
そして、前記道路情報推測装置２０において、２１は、地図の表示、自車位置としての車両の現在位置の認識、経路案内等のナビゲーション装置としての基本処理を実行するナビ制御装置である。また、２２は、道路の標高、勾配等の道路情報を推測するための処理を実行する道路情報推測制御装置であり、前記ナビ制御装置２１と各種情報の送受信を行うようになっている。そして、２３は、橋やトンネルのように道路に付随する構造物等であり実際の道路の標高、勾配等のデータが判明している箇所、すなわち、特定点データを格納する特定点データベースである。
【００３１】
また、２４は、前記ＧＰＳ衛星４１からのＧＰＳ情報を受信して、ナビ制御装置２１に送信するＧＰＳ受信装置であり、通常のナビゲーション装置において使用されるものと同様の構成を有する。そして、２５は、国土地理院によって公開されている５０〔ｍ〕メッシュのメッシュ標高データを格納する標高データベースである。また、２６は、車両のエンジン制御装置、変速比を制御する駆動力制御装置等の車両の各部を制御する車両制御装置と通信するための車両制御装置インターフェイスである。さらに、２７は、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）ディスプレイ、ホログラフィ装置等を備え、前記道路情報推測制御装置２２の指令に応じて道路の標高、勾配等の道路情報等を表示する表示装置である。なお、該表示装置２７は、ナビ制御装置２１の出力する、地図、経路、検索された施設等の情報も表示する。
【００３２】
そして、２８は、車両の状態を示す各種車両状態情報を各種センサから受信して、前記道路情報推測制御装置２２に送信するセンサ情報受信装置である。なお、前記各種車両状態情報は、道路情報推測制御装置２２を経由して、ナビ制御装置２１にも送信される。この場合、前記各種センサには、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ、運転者が操作するブレーキペダルの動きを検出するブレーキスイッチ、運転者が操作するステアリングの舵（だ）角を検出するステアリングセンサ、運転者が操作するウィンカースイッチの動きを検出するウィンカーセンサ、運転者が操作する変速機のシフトレバーの動きを検出するシフトレバーセンサ、車両の走行速度、すなわち、車速を検出する車速センサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、車両の向いている方位の変化を検出するジャイロ装置、気圧を検出する気圧計、車両の水平面に対する角度を検出する角度センサ等が含まれる。なお、前記各種車両状態情報は、アクセル開度、運転者が操作するブレーキペダルの動き、運転者が操作するステアリングの舵角、運転者が操作するウィンカースイッチの動き、運転者が操作する変速機のシフトレバーの動き、車両の走行速度、すなわち、車速、車両の加速度、車両方位変化、気圧、車両角度等を含んでいる。
【００３３】
また、２９は、道路を設計する場合の基準である道路設計基準に含まれる各種データ、すなわち、道路設計基準データを格納する道路設計基準データベースである。国内において、高速道路や国道などの主要道路をはじめとする道路は、道路設計基準に基づいて建設されている。ここで、該道路設計基準は、登坂路から降坂路に変化する道路区間や降坂路から登坂路に変化する道路区間において車両が滑らかに走行することができるようにするための設計基準を含んでいる。この場合、登坂路と降坂路とを結ぶ区間を所定の距離や曲率半径を有する形状の道路としたり、車両の運転者が所定の視界を確保することが道路としたりすることが規定されている。これにより、車両が安全に走行することができ、車両の運転者が精神的な圧迫や負担を感じることのない道路を建設することができる。
【００３４】
そして、前記データには、例えば、道路の縦断曲線に関するデータとしての縦断曲線データ、道路の縦断勾配に関するデータとしての縦断勾配データ等が含まれる。通常、道路設計基準データは、道路種別（国道、県道、主要地方道、一般道、高速道路等）、道路の等級、設計速度等に応じて数値が定められている。前記縦断曲線データの場合、縦断曲線の半径や長さの数値が、道路種別、道路の等級、設計速度、縦断曲線の曲線形（凸形曲線、凹形曲線等の区別）等に応じて定められている。そのため、ある位置における道路の縦断形状を道路設定基準データは特定することができる。また、前記縦断勾配データの場合、縦断勾配の数値は、道路種別、道路の等級、設計速度等に応じて定められている。
【００３５】
ここで、前記ナビ制御装置２１は、図示されないＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、半導体メモリ、磁気ディスク等の記憶手段、通信インターフェイス等を備える。そして、前記記憶手段には、地図データベース２１ａが格納されている。該地図データベース２１ａは、各種の地図データから成るデータベースであり、例えば、交差点データファイル、ノードデータファイル、道路データファイル、及び、各地域のホテル、ガソリンスタンド等の施設の情報が記録された施設情報データファイルを含むものである。そして、前記記憶手段には、経路を探索するためのデータの他、前記表示装置２７の画面に、探索された経路に沿って案内図を表示したり、次の交差点までの距離、次の交差点における進行方向等を表示したり、他の案内情報を表示したりするための各種データが記録される。なお、前記記憶手段には、所定の情報を音声出力するための各種データも記録される。また、前記記憶手段は、磁気テープ、磁気ディスク、磁気ドラム、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、光ディスク、ＭＯ、ＩＣカード、光カード、メモリカード等、あらゆる形態の記録媒体を含むものであり、取り外し可能な外部記憶媒体を使用することもできる。
【００３６】
そして、前記地図データベース２１ａにおける交差点データファイルには交差点データが、ノードデータファイルにはノードデータが、道路データファイルには道路データがそれぞれ記録され、前記交差点データ、ノードデータ及び道路データによって道路状況が前記表示装置２７の画面に表示される。なお、前記交差点データには、交差点の種類、すなわち、交通信号灯器の設置されている交差点であるか又は交通信号灯器の設置されていない交差点であるが含まれる。また、前記ノードデータは、前記地図データファイルに記録された地図データにおける少なくとも道路の位置及び形状を構成するものであり、実際の道路の分岐点（交差点、Ｔ字路等を含む）、ノード点、及び、各ノード点間を連結するリンクを示すデータから成る。さらに、前記ノード点は、少なくとも道路の屈曲点の位置を示す。
【００３７】
また、前記道路データには、道路自体について、幅員、カント、バンク、道路の車線数、該車線数の減少する地点、幅員の狭くなる地点等のデータが含まれる。なお、高速道路や幹線道路の場合、対向方向の車線のそれぞれが別個の道路データとして格納され、２条化道路として処理される。例えば、片側２車線以上の幹線道路の場合、２条化道路として処理され、上り方向の車線と下り方向の車線は、それぞれ、独立した道路として道路データに格納される。また、コーナについては、曲率半径、交差点、Ｔ字路、コーナの入口等のデータが含まれる。さらに、道路属性については、踏切、高速道路出入口ランプウェイ、高速道路の料金所、道路種別等のデータが含まれる。
【００３８】
さらに、前記ナビ制御装置２１の通信インターフェイスは、道路情報推測制御装置２２との間で通信を行うとともに、ＦＭ送信装置、電話回線網、インターネット、携帯電話網等との間で各種データの送受信を行うことができるものであることが望ましい。例えば、図示されない情報センサ等によって受信した渋滞等の道路情報、交通事故情報、ＧＰＳセンサの検出誤差を検出するＤ−ＧＰＳ情報等の各種データを受信するようになっていることが望ましい。
【００３９】
そして、前記ナビ制御装置２１は、ＧＰＳ受信装置２４及びセンサ情報受信装置２８から受信した情報に基づいて、目的地までの経路の探索、経路中の走行案内、地点、施設等の検索等の各種処理を実行し、地図を表示装置２７の画面に表示し、前記地図上に車両の現在位置、該現在位置から目的地までの経路、該経路に沿った案内情報等を表示する。なお、該案内情報は、発音手段によって音声出力されるようにしてもよい。
【００４０】
また、前記道路情報推測制御装置２２は、図示されないＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、半導体メモリ、磁気ディスク等の記憶手段、通信インターフェイス等を備える。ここで、前記記憶手段は、磁気テープ、磁気ディスク、磁気ドラム、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、光ディスク、ＭＯ、ＩＣカード、光カード、メモリカード等、あらゆる形態の記録媒体を含むものであり、取り外し可能な外部記憶媒体を使用することもできる。
【００４１】
そして、前記道路情報推測制御装置２２は、前記記憶手段に格納された制御プログラムに従って、前記ナビ制御装置２１の地図データベース２１ａから取得した地図データ、特定点データベース２３から取得した特定点データ、及び、標高データベース２５から取得したメッシュ標高データに基づいて、特定点間の道路の標高を推測する処理を行う。さらに、本実施の形態においては、前記特定点間の道路の勾配を推測する処理も行うようになっている。
【００４２】
この場合、メッシュ標高データとしては、国土地理院から公開されている５０〔ｍ〕メッシュ標高データを使用し、地図データとしてはナビ制御装置２１の地図データベース２１ａに格納されているデータを使用する。そして、前記５０〔ｍ〕メッシュ標高データと地図データとから道路の標高、勾配を推測する。
【００４３】
また、本実施の形態において、特定点は標高を明確に特定することができる道路上の点であり、特定点データは道路上の前記特定点の実際の標高である。具体的には、前記特定点は標高を明確に特定することができる道路上の構造物の少なくとも一部である。該構造物は、例えば、トンネルや橋などの構造物であり、標高に関する設計データ、実測データ等が入手可能なもの、すなわち、標高を明確に特定することができるものである。なお、前記構造物の長さ方向に渡るすべての箇所において、標高を特定することができる場合には、前記構造物の全体を特定点の集合として取り扱う。また、前記構造物の一部の箇所、例えば、トンネルの両端の出口、橋の両端部等だけにおいて標高を特定することができる場合には、該標高を特定することができる箇所だけを特定点として取り扱う。そして、前記特定点の標高を道路の標高、勾配を推測する上での固定値、すなわち、特定点データとして使用する。このように、固定値である特定点データを使用することによって、特定点データに合わせるように道路の他の箇所の標高を補正すればよいので、精度が高い標高推測を行うことができる。
【００４４】
本実施の形態において、道路情報推測装置２０は、図１に示されるように、機能の観点から、経路に対応する道路上の標高を明確に特定することができる特定点を設定する特定点設定部１２、地図データ、自車位置データ及び標高データに基づいて、道路の勾配を推測する道路勾配推測部１３、地図データ、自車位置データ及び標高データに基づいて、道路の標高を推測する道路標高推測部１４、地図データに含まれる道路上のノード点に関する情報を取得し、地図上の各ノード点の標高データをメッシュ標高データに基づいて算出するノード点標高算出処理部１５、及び、自車位置における道路上の標高を特定することができる自車位置データを設定する自車位置データ設定部１６を有するものである。
【００４５】
そして、道路情報推測装置２０の機能を具体的に説明すると、前記特定点設定部１２は、道路上の実際の標高を特定点データとして含む特定点を設定する。また、前記道路勾配推測部１３は、第１の補正標高データの標高が変化する位置を検出し、該位置に前記道路の縦断形状を挿入し、該道路の縦断形状と前記勾配データとを連続的に結ぶことにより道路の勾配を推測する。さらに、前記道路勾配推測部１３は、第１の補正標高データの標高が変化する山又は谷の位置を検出し、該位置に前記道路の縦断形状を挿入する。
【００４６】
また、前記道路標高推測部１４は、地図データ、自車位置データ及び標高データに基づいて、道路の標高を推測する。さらに、前記道路標高推測部１４は、自車位置から所定の推測範囲内において、前記算出されたノード点の標高と前記自車位置データに含まれる自車位置における道路上の標高とを連続的に結ぶように近似処理した第１の補正標高データを取得して道路上の標高を推測する。なお、前記道路標高推測部１４は、自車位置と道路上のノード点の位置とが一致する場合、該ノード点における前記算出されたノード点の標高を前記自車位置データに含まれる自車位置における道路上の標高に置き換える。また、前記道路標高推測部１４は、前記第１の補正標高データの標高が変化する山又は谷の位置を検出し、該位置に前記道路の縦断形状を挿入する。さらに、前記道路標高推測部１４は、前記勾配データと前記自車位置データに含まれる自車位置における標高とに基づいて第２の補正標高データを取得して道路の標高を推測する。
【００４７】
なお、本実施の形態における道路情報推測装置２０は、随時、道路勾配推測データ及び道路標高推測データを作成して、記憶手段に格納するようになっている。例えば、車両の運転者等の操作者が、図示されない入力装置を操作してナビ制御装置２１を作動させ、目的地を設定し、該目的地までの経路を探索させた場合、探索された経路に対応する道路について、道路勾配推測データ及び道路標高推測データを作成するようにしてもよい。また、車両の走行中に、車両の前方の所定距離範囲内の経路に対応する道路について、道路勾配推測データ及び道路標高推測データを作成するようにしてもよい。
【００４８】
また、本実施の形態における道路情報推測装置２０は、道路標高が変化する位置における道路の縦断形状を特定可能な道路設計基準データを道路設計基準データベース２９から読み込む道路設計基準データ読込部としても機能する。
【００４９】
さらに、各ノード点における前記道路勾配推測データ及び道路標高推測データをナビ制御装置２１の地図データベース２１ａに記録することもできる。この場合、道路情報推測装置２０が道路勾配・標高推測処理を実行した経路に関しては、前記道路勾配推測データ及び道路標高推測データが記録され蓄積されていくので、道路勾配・標高推測処理を繰り返して実行する必要がない。
【００５０】
次に、前記構成の道路情報推測装置の動作について説明する。なお、本実施の形態においては、自車位置データ設定部１６が自車位置における標高と、自車位置の進行方向前方の道路の標高を推測する範囲の始点として設定し、特定点設定部１２が特定点における標高と自車位置の進行方向前方の進路を推測する範囲の終点として設定し、道路標高推測部１３が、前記自車位置と特定間の道路上の各ノード点の標高データを取得し、該標高データを、前記自車位置と特定間の特定点データによって補正して、道路標高推測データを作成する場合の動作について説明する。
【００５１】
図３は本発明の第１の実施の形態における道路情報推測装置の動作を示すフローチャートである。
【００５２】
ここでは、道路情報推測装置２０の動作の全体的な流れについて説明する。まず、道路情報推測装置２０は、作動を開始すると、初期設定を実行する。この場合、ナビゲーションの基本処理を実行して、車両の現在位置としての自車位置の検出、目的地までの経路の探索、経路中の走行案内、地点、施設等の検索等を行い、地図を表示装置２７の画面に表示し、前記地図上に自車位置、該自車位置から目的地までの経路、該経路に沿った案内情報等を表示する。ここで、車両が走行している道路について、既に道路勾配推測データ及び道路標高推測データが作成され、地図データベース２１ａ等の記憶手段に記録されているのであれば、道路情報推測装置２０は、地図上の自車位置における前記道路勾配推測データ及び道路標高推測データを初期値として記憶手段から読み込み、実際の自車位置における標高及び勾配の自車位置データとして設定する。また、道路勾配推測データ及び道路標高推測データが記憶手段に記録されていないのであれば、道路情報推測装置２０は、自車位置における標高及び勾配を測定し、自車位置データとして設定する。この場合、自車位置における標高及び勾配を設定し、推測範囲の始点として設定する。ここで、自車位置における標高と勾配は、車載のセンサにより測定する。例えば、自車位置における標高は、ＧＰＳ受信装置、気圧計等により測定し、自車位置における勾配は、アクセル開度センサ、角度センサ等により測定する。そして、前記センサにより測定した標高と勾配を自車位置データとして設定する。
【００５３】
次に、前記道路情報推測装置２０は道路勾配・標高推測処理を実行する。この場合、ナビゲーション基本処理において検出された自車位置から目的地若しくは特定点まで、又は、自車位置の前方の所定距離範囲（例えば、車両の前方１〔ｋｍ〕までの範囲）内の経路に対応する道路上の各ノード点の地図上における標高を、標高データベース２５から取得した５０〔ｍ〕メッシュ標高データに基づいて算出する。そして、算出された各ノード点の標高データに基づき、道路上の標高を明確に特定することができる点である特定点の標高、すなわち、特定点データ及び道路設計の基準となる道路設計基準データを使用して、各ノード点における実際の道路の勾配を推測する。また、推定された勾配に基づいて、各ノード点における実際の道路の標高を推測する。この場合も、特定点の標高を特定点データとして使用する。
【００５４】
最後に、前記道路情報推測装置２０は表示処理及び車両制御処理を実行する。ここで、表示処理においては、推測された道路の標高や勾配を表示装置２７の画面に表示させるための処理を行う。例えば、道路の標高の変化を表す線を表示装置２７の画面に表示したり、経路を鳥瞰図（バードビュー）的に表示装置２７の画面に表示する場合に、道路に起伏を付けて表示したりすることができる。
【００５５】
また、車両制御処理においては、推測された道路の標高や勾配に適するエンジン出力としたり、変速比としたりするように、エンジン制御装置、駆動力制御装置等の車両制御装置を動作させるための制御信号を車両制御装置インターフェイス２６から出力させる。さらに、道路の標高や勾配の変化を予測した制御動作を行わせることもできる。また、車両がＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）やＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）である場合には、バッテリエネルギーを効率的に使用するように、車両制御装置を動作させるための制御信号を車両制御装置インターフェイス２６から出力させることもできる。
【００５６】
なお、前記道路勾配・標高推測処理は、所定の周期（例えば、数秒）、所定の走行距離（例えば、数ｋｍ）、又は、車両が特定点、又は、所定の推測範囲に到達する度に繰り返し実行される。
【００５７】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１ 初期設定を行う。
ステップＳ２ 道路勾配・標高推測処理を行う。
ステップＳ３ 表示処理及び車両制御処理を行い、処理を終了する。
【００５８】
次に、初期設定について詳細に説明する。
【００５９】
図４は本発明の第１の実施の形態における初期設定の動作を示すフローチャート、図５は本発明の第１の実施の形態における初期値読込処理の動作を示すフローチャートである。
【００６０】
まず、道路情報推測装置２０は、作動を開始すると、初期値読込処理を実行する。この場合、ナビゲーション基本処理によって検出された自車位置を読み込み、続いて、地図上の自車位置の存在する道路、すなわち、地図上の車両が位置する道路について、道路勾配推測データ及び道路標高推測データが地図データベース２１ａ等の記憶手段に記録されているか否かを判断する。そして、記録されている場合には、記憶手段から自車位置における道路勾配推測データ及び道路標高推測データを読み込み、自車位置における道路の実際の勾配及び標高を自車位置データとして設定する。
【００６１】
この場合、記憶手段に記憶されている自車位置における道路勾配推測データ及び道路標高推測データは、過去に走行した時に記憶した情報であるので、実際の道路の勾配と標高である。
【００６２】
また、記録されていない場合には、ナビ制御装置２１が自車位置の勾配及び標高を検出する。この場合、標高については、ＧＰＳ受信装置２４から受信した情報に基づいて実行する３次元測位の結果に含まれる標高データや、センサ情報受信装置２８から受信した気圧に基づいて検出する。また、勾配については、センサ情報受信装置２８から受信したアクセル開度、車速、車両方位変化、車両角度等に基づいて検出する。そして、ナビ制御装置２１が検出した標高及び勾配を自車位置の実際の標高及び勾配として設定する。なお、ナビ制御装置２１が検出した標高及び勾配の精度は、前記道路標高推測データ及び道路勾配推測データの精度よりも低いものである。
【００６３】
次に、フローチャートについて説明する。まず、初期設定の動作を示すフローチャートについて説明する。
ステップＳ１−１ 初期値読込処理を実行する。
ステップＳ１−２ 自車位置の実際の標高及び勾配を設定し、処理を終了する。
【００６４】
次に、初期値読込処理の動作を示すフローチャートについて説明する。
ステップＳ１−１−１ 道路勾配推測データ及び道路標高推測データが記憶手段に記録されているか否かを判断する。記録されている場合にはステップＳ１−１−２に進み、記録されていない場合にはステップＳ１−１−３に進む。
ステップＳ１−１−２ 道路勾配推測データ及び道路標高推測データを記憶手段から読み込み、処理を終了する。
ステップＳ１−１−３ ナビ制御装置２１が標高及び勾配を検出し、処理を終了する。
【００６５】
次に、道路勾配・標高推測処理について詳細に説明する。
【００６６】
図６は本発明の第１の実施の形態における道路勾配・標高推測処理の動作を示すフローチャートである。
【００６７】
まず、道路情報推測装置２０は、自車位置データ更新処理を実行する。この場合、ナビ制御装置２１によって検出される自車位置を受信して、車両が走行を開始した時点において、また、走行を開始した後は、所定の周期（例えば、数秒）、所定の走行距離（例えば、数ｋｍ）、又は、車両が特定点に到達する度に繰り返し自車位置を更新する。そして、自車位置の勾配及び標高として、車両が走行を開始した時点においては、初期設定において設定された勾配及び標高を使用し、走行を開始した後は、後述される勾配・標高推測処理によって得られる道路勾配推測データ及び道路標高推測データを使用する。
【００６８】
続いて、道路情報推測装置２０は、経路に対応する道路上の各ノード点の標高としての標高データを、標高データベース２５から取得した５０〔ｍ〕メッシュ標高データに基づいて算出するノード点標高算出処理を実行する。この場合、メッシュ標高データは、メッシュの節点における標高を測定したデータであるが、前記道路上の各ノード点は、必ずしもメッシュの節点に対応する位置に存在しないので、５０〔ｍ〕メッシュ標高データをそのまま使用することはできない。そこで、前記道路上の各ノード点における標高データを５０〔ｍ〕メッシュ標高データに基づいて算出する必要がある。
【００６９】
なお、ノード点標高算出処理において、道路情報推測装置２０は、ナビゲーション基本処理によって探索された経路の経路情報を読み込んでおく。前記経路は、例えば、自車位置から目的地、通過点若しくは特定点までの経路であってもよいし、自車位置の前方の所定距離範囲（例えば、車両の前方１〔ｋｍ〕までの範囲）内の経路である。
【００７０】
続いて、各ノード点における標高データを、自車位置データ及び特定点の特定点データによって補正し、道路の勾配の変曲点である山と谷の位置を特定し、道路設計基準データに基づいて、道路の勾配を推測して道路勾配推測データを作成するとともに、該道路勾配推測データから道路標高推測データを作成する勾配・標高推測処理を実行する。
【００７１】
ここで、前記ノード点標高算出処理によって算出された各ノード点の標高データには、かなりの誤差が含まれる可能性がある。例えば、道路が盛り土されて建設されていて前記メッシュの節点が周囲の平坦な箇所に位置する場合には、道路上の標高が前記メッシュの節点の標高よりも高くなり、道路が崖を切り崩して建設されていて前記メッシュの節点が周囲の平坦な箇所に位置する場合には、道路上の標高が前記メッシュの節点の標高よりも低くなってしまう。このように、道路上の各ノード点と周囲に存在するメッシュの節点との標高に大きな差がある場合、前記経路の標高算出処理によって算出された各ノード点の標高データには、かなりの誤差が含まれる。
【００７２】
ところで、実際の道路は道路設計基準に従って設計され、建設されている。そのため、道路の勾配を表す縦断勾配の数値や、道路の山と谷における道路形状を表す縦断曲線の半径や長さの数値を、道路設計基準データに含まれる縦断曲線データや縦断勾配データから定めることができる。この場合、特定点の標高や勾配は明確な値なので、前記経路の標高算出処理によって算出された各ノード点の標高を結ぶ曲線を、前記特定点の特定点データ、道路の山と谷の位置、並びに、縦断曲線データ及び縦断勾配データにより補正することによって、高い精度で道路の勾配を示す曲線を得ることができる。これにより、各ノード点における勾配を推測することができる。
【００７３】
そして、前記推定された勾配に基づいて各ノード点の標高を算出することができる。この場合、あるノード点の標高が与えられると、隣接するノード点との水平方向の距離と勾配とに基づいて、隣接するノード点の標高を算出することができる。
【００７４】
最後に、推測された勾配及び標高が所定の基準を満たしているか否かを確認し、満たしていない場合には修正を加えて、処理を終了する。
【００７５】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ２−１ 自車位置データ更新処理を実行する。
ステップＳ２−２ ノード点標高算出処理を実行する。
ステップＳ２−３ 勾配・標高推測処理を実行し、処理を終了する。
【００７６】
次に、ノード点標高算出処理について説明する。
【００７７】
図７は本発明の第１の実施の形態におけるメッシュの節点とノード点との位置関係を示す図、図８は本発明の第１の実施の形態における二つの節点からノード点の標高を求める方法を示す図、図９は本発明の第１の実施の形態における四つの節点からノード点の標高を求める方法を示す図、図１０は本発明の第１の実施の形態におけるノード点標高算出処理の動作を示すフローチャートである。
【００７８】
まず、道路情報推測装置２０は、ナビゲーション基本処理によって探索された経路の経路情報を読み込む。この場合、前記経路は、自車位置から目的地、通過点若しくは特定点までの経路であってもよいし、自車位置の前方の所定距離範囲（例えば、車両の前方１〔ｋｍ〕までの範囲）内の経路であってもよい。そして、前記経路情報には前記経路に該当する道路上の各ノード点に関する情報としてのノードデータが含まれる。なお、該ノードデータは、ナビ制御装置２１の地図データベース２１ａに地図データとして格納されている。
【００７９】
ここで、前記経路が長い場合、一度にすべての経路の経路情報を読み込むと膨大なデータ量となり、メモリ資源が不足するので、前記経路を所定の距離、例えば、約５〔ｋｍ〕毎に分割して、分割された経路に対応する経路情報を順次読み込むようにすることもできる。
【００８０】
続いて、道路情報推測装置２０は、読み込んだ経路情報に含まれる経路に対応する道路上の各ノード点と、標高データベース２５から取得した５０〔ｍ〕メッシュ標高データにおけるメッシュの節点との位置関係を判断する。この場合、図７に示されるように、水平面としてのｘ−ｙ平面上におけるそれぞれのノード点（図７における、ノード点１〜５）とメッシュの節点との位置関係を判断する。そして、ノード点の座標が、メッシュの節点の座標上にあるか否かを判断する。すなわち、それぞれのノード点について、そのｘ座標及びｙ座標がメッシュの節点のｘ座標及びｙ座標と一致するか否かを判断する。
【００８１】
そして、一致する場合、道路情報推測装置２０は第１標高算出処理を実行する。この場合、メッシュの節点の標高（ｚ座標）がそのまま該当するノード点の標高を表していると言えるので、道路情報推測装置２０は、メッシュの節点の標高を前記ノード点の標高として採用する。例えば、図７に示される例においては、ノード点２がメッシュの節点である点Ａと一致しているので、該点Ａの標高をノード点２の標高とする。そして、道路情報推測装置２０は、前記ノード点（図７に示される例におけるノード点２）に関する第１標高算出処理を終了し、次のノード点（図７に示される例におけるノード点３）について、ノード点標高算出処理を開始する。
【００８２】
一方、ノード点のｘ座標及びｙ座標がメッシュの節点のｘ座標及びｙ座標と一致しない場合、道路情報推測装置２０は、前記ノード点をｘ−ｙ平面に投影した点が、互いに隣り合う節点を結ぶ線分をｘ−ｙ平面に投影した線分上にあるか否かを判断する。例えば、図７に示される例においては、ノード点３はメッシュの節点を結ぶ線分上にないが、ノード点４がメッシュの節点である点Ｂと点Ｃとを結ぶ線分上にある。
【００８３】
そして、ノード点をｘ−ｙ平面に投影した点が、互いに隣り合う節点を結ぶ線分をｘ−ｙ平面に投影した線分上にあると判断した場合、道路情報推測装置２０は第２標高算出処理を実行する。該第２標高算出処理においては、互いに隣り合う節点の間では、標高がリニア（直線的）に変化するものであるとの仮定に基づいて、前記ノード点の標高を算出する。すなわち、３次元空間において、互いに隣り合う節点を結ぶ線分上に前記ノード点を投影した点のｚ座標、すなわち、標高を算出する。この場合、前記線分の両端のｘ座標、ｙ座標及びｚ座標から前記線分を表す式を決定することができるので、該線分上におけるノード点の位置を示すｘ座標及びｙ座標の数値を前記式に代入することによって、ノード点の標高を算出する。
【００８４】
例えば、図７に示される例におけるノード点４は、３次元空間において、図８に示されるように、メッシュの節点である点Ｂと点Ｃとを結ぶ線分ＢＣ上にある。そして、点Ｂ及び点Ｃのｘ座標、ｙ座標及びｚ座標から、線分ＢＣの両端（点Ｂ及び点Ｃ）の標高と線分ＢＣの傾斜とを算出することができ、また、ノード点４のｘ座標及びｙ座標から線分ＢＣ上におけるノード点４の位置も算出することができる。したがって、ノード点４のｚ座標、すなわち、標高も算出することができる。
【００８５】
また、ノード点をｘ−ｙ平面に投影した点が、互いに隣り合う節点を結ぶ線分をｘ−ｙ平面に投影した線分上にないと判断した場合、道路情報推測装置２０は第３標高算出処理を実行する。該第３標高算出処理においては、前記ノード点の周囲に存在する四つの節点を使用する。まず、３次元空間において、前記四つの節点の中から三つの節点を頂点とする三角形状の平面を二つ設定する。この場合、各頂点のｘ座標、ｙ座標及びｚ座標から前記平面を表す式を決定することができる。続いて、前記ノード点を前記二つの平面に投影した点の位置を示すｘ座標及びｙ座標の数値を前記式に代入することによって、前記二つの平面に投影した点のｚ座標、すなわち、標高をそれぞれ算出する。最後に、前記二つの平面に投影した点の標高の平均値を算出して、前記ノード点の標高とする。
【００８６】
例えば、図７に示される例におけるノード点３の周囲に存在する四つの節点である点Ａ、点Ｂ、点Ｃ及び点Ｄを使用する。この場合、ノード点３と点Ａ、点Ｂ、点Ｃ及び点Ｄとの位置関係は、３次元空間において、図９に示されるようになる。そして、点Ａ、点Ｂ及び点Ｃを頂点とする三角形状の平面△ＡＢＣ、並びに、点Ａ、点Ｂ及び点Ｄを頂点とする三角形状の平面△ＡＢＤを設定する。なお、三角形状の平面を設定する場合、二つの節点を結ぶ線分の中で、ノード点に最も近接する線分を辺に含むようにすることが望ましい。そのため、図９に示される例においては、ノード点３に最も近接する線分ＡＢを辺に含む平面△ＡＢＣ及び平面△ＡＢＤが設定されている。
【００８７】
この場合、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ及び点Ｄのｘ座標、ｙ座標及びｚ座標から、平面△ＡＢＣ及び平面△ＡＢＤにおけるすべての点のｚ座標、すなわち、標高を算出することができる。そのため、ノード点３を平面△ＡＢＣに投影した点の標高、及び、ノード点３を平面△ＡＢＤに投影した点の標高を算出し、二つの点の標高の平均値をノード点３の標高とすることができる。
【００８８】
このようにして、道路情報推測装置２０は、前記ノード点（図７に示される例におけるノード点３及びノード点４）に関する第２標高算出処理及び第３標高算出処理を終了し、次のノード点（図７に示される例におけるノード点５）について、ノード点標高算出処理を開始する。
【００８９】
なお、道路情報推測装置２０は、算出された各ノード点の標高を記憶手段に一時的に格納することができる。この場合、読み込んだ経路情報に対応付けて格納することもできる。
【００９０】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ２−２−１ 経路情報を読み込む。
ステップＳ２−２−２ ノード点の座標が５０〔ｍ〕メッシュ標高データのメッシュを構成する節点上に存在するか否かを判断する。存在する場合はステップＳ２−２−３に進み、存在しない場合はステップＳ２−２−４に進む。
ステップＳ２−２−３ 第１標高算出処理を実行してノード点の座標を算出し、、処理を終了する。
ステップＳ２−２−４ ノード点をｘ−ｙ平面に投影した互いに隣り合う点が、節点を結ぶ線分をｘ−ｙ平面に投影した線分上に存在するか否かを判断する。存在する場合はステップＳ２−２−５に進み、存在しない場合はステップＳ２−２−６に進む。
ステップＳ２−２−５ 第２標高算出処理を実行してノード点の地図上の位置である座標を算出し、処理を終了する。
ステップＳ２−２−６ 第３標高算出処理を実行してノード点の地図上の位置である座標を算出し、処理を終了する。
【００９１】
次に、勾配・標高推測処理について説明する。
【００９２】
図１１は本発明の第１の実施の形態におけるノード点の標高を結ぶ曲線を示す図、図１２は本発明の第１の実施の形態における疑似標高データの曲線を示す図、図１３は本発明の実施の形態における勾配・標高推測処理の動作を示すフローチャートである。なお、図１１及び１２においては、横軸に距離を、縦軸に標高を採っている。
【００９３】
ここでは、勾配を推測して道路勾配推測データを作成するとともに、該道路勾配推測データから道路標高推測データを作成する勾配と標高推測処理について説明する。
【００９４】
まず、道路情報推測装置２０は、経路の標高算出処理によって算出された各ノード点の位置における標高を読み込む。なお、一度にすべての経路のノード点の標高を読み込むと膨大なデータ量となり、メモリ資源が不足する場合には、経路を所定の距離、例えば、約５〔ｋｍ〕毎に分割して、分割された経路に対応するノード点の標高を順次読み込むようにすることもできる。
【００９５】
そして、道路情報推測装置２０は、読み込んだ各ノード点の位置における標高に基づいて、各ノード点の位置における標高を結ぶ曲線を作成すると、図１１に示されるようになる。なお、図１１に示される例においては、前記曲線を作成する範囲は、自車位置から特定点までの範囲、又は、所定の推測範囲である。そして、図１１において、曲線（ａ）は実際の道路の標高を示す曲線であり、曲線（ｂ）は経路の標高算出処理によって算出された各ノード点の位置における標高を結ぶ曲線（◆は各ノード点の標高を示している。）である。なお、■は自車位置、及び、道路上の標高を明確に特定することができる特定点としての橋、トンネル等の構造物におけるノード点の位置における標高を示している（図１１においては構造物が橋の場合を示している）。
【００９６】
続いて、道路情報推測装置２０は、自車位置データとしての自車位置の勾配及び標高を読み込み、該勾配及び標高の値を各ノード点の標高を結ぶ曲線に組み込む。これにより、該曲線において、自車位置に対応するノード点の標高の値が、経路の標高算出処理によって算出された値から、自車位置データとしての自車位置の標高の値に置き換えられることで補正される。また、自車位置とノード点の位置が一致する場合には、ノード点の標高を自車位置の標高に置き換えて補正する。
【００９７】
ところで、通常、橋の上やトンネル内のように道路上における各ノード点と周囲に存在するメッシュの節点との標高に大きな差がある場合（通常、橋は谷や川の上に架けられているので、周囲に存在するメッシュの節点は、橋上の道路上におけるノード点よりもかなり低い位置にある。また、トンネルの周囲は丘や山なので、周囲に存在するメッシュの節点は、トンネル内の道路上におけるノード点よりもかなり高い位置にある。）、前記経路の標高算出処理によって算出された各ノード点の標高には、かなりの誤差が含まれる。
【００９８】
そこで、道路情報推測装置２０は、特定点データベース２３から、特定点データとして特定点の標高を読み込んで、前記曲線（ｂ）に組み込む。ここでは、特定点としての構造物である橋について、標高を特定することができる場合について説明する。そして、特定点データに合致するように、前記曲線（ｂ）を修正する。この場合、前述されたような自車位置データとしての自車位置の標高の値、及び、固定値である特定点データを組み込む、すなわち、自車位置に対応するノード点の標高の値を自車位置データとしての自車位置の標高の値、又は特定点データとしての特定点の地図上の位置における標高に置き換えられることによって、前記特定点データに合わせるように道路の他の箇所の標高が補正される。
【００９９】
これにより、図１２における曲線（ｂ）で示されるような修正された標高データとしての疑似標高データ（◆は各ノード点の標高を示し、■は自車位置、及び、特定点としての橋、トンネル等の構造物におけるノード点の標高を示している。）を得ることができる。そして、前記疑似標高データは、記憶手段に一時的に格納される。なお、曲線（ａ）は実際の道路の標高を示す曲線である。
【０１００】
本実施の形態においては、道路の有無に関わらない地点の標高データに基づいて地図データに含まれる道路上のノード点の標高を算出するノード点標高算出処理部と、自車位置における道路上の標高を含む自車位置データを設定する自車位置データ設定部と、自車位置から所定の推測範囲内において、前記算出されたノード点の標高と前記自車位置データに含まれる自車位置における道路上の標高とを連続的に結ぶように近似処理した第１の補正標高データを取得して道路上の標高を推測する道路標高推測部とを有する。
【０１０１】
続いて、道路情報推測装置２０は、疑似標高データの曲線の近似処理によって得られる第１の補正標高データである近似曲線に基づいて、第１の補正標高データの変化する道路の山と谷との位置を検出する山谷検出処理を実行して、第１の補正標高データの変化から道路の山と谷とを特定する。さらに、道路情報推測装置２０は、道路設計基準データベース２９から取得した道路の縦断形状を特定することができる道路設計基準データに含まれる縦断形状である縦断曲線データ、縦断勾配データ、自車位置データや特定点データに基づいて、縦断形状である縦断曲線、縦断勾配、自車位置データや特定点データを連続的に結ぶことで道路の勾配を推測し、該道路の勾配と、自車位置データ、及び、道路設計基準データに基づいて道路の標高を推測する道路設計基準組込処理を実行する。これにより、道路勾配推測データ及び第２の補正標高データである道路標高推測データを得ることができる。
【０１０２】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ２−３−１ ノード点の標高を読み込む。
ステップＳ２−３−２ 自車位置データを読み込む。
ステップＳ２−３−３ 特定点データを組み込む。
ステップＳ２−３−４ 山谷検出処理を行う。
ステップＳ２−３−５ 道路設計基準組込処理を行い、処理を終了する。
【０１０３】
次に、山谷検出処理について説明する。
【０１０４】
図１４は本発明の第１の実施の形態における近似曲線を示す図、図１５は本発明の第１の実施の形態における山谷検出処理の動作を示すフローチャートである。なお、図１４においては、横軸に距離を、縦軸に標高を採っている。
【０１０５】
ところで、道路の設計基準には、道路の勾配が変化する箇所、すなわち、道路の勾配の変曲点である山と谷とには縦断曲線を設けるようになっている。そして、縦断曲線の形状を規定する半径や長さの数値は、道路の種別、等級、設計速度等に応じてあらかじめ定められている。そのため、道路の山と谷の位置を特定することができれば、道路設計基準データに含まれる縦断曲線データに基づいて、山と谷の位置における道路の勾配を特定することができる。
【０１０６】
そこで、本実施の形態においても同様の理由によって、道路情報推測装置２０は、山と谷との位置を特定するために山谷検出処理を実行するようになっている。
【０１０７】
この場合、道路情報推測装置２０は、前記疑似標高データを読み込み、山谷検出処理の対象範囲としての近似範囲を決定する。なお、本実施の形態において、該近似範囲は、自車位置から前方に位置する直近の特定点までの範囲とする。これにより、近似範囲の両端における標高が特定されるので、精度の高い近似曲線を得ることができる。なお、前記近似範囲は自車位置から特定点まででなくてもよく、自車位置から所定の距離、例えば、５〔ｋｍ〕先までの範囲であってもよい。
【０１０８】
ここで、前記疑似標高データは、実際の道路の標高を正確に示してはいないが、実際の道路と同様の傾向で登ったり下ったりしている。そのため、擬似標高データの登り下りに基づいて、実際の道路における山と谷の位置を特定することができる。
【０１０９】
そして、道路情報推測装置２０は、図１４に示されるように、前記疑似標高データを距離−標高平面上に展開し、最小二乗法によって近似する近似処理を実行する。ここで、近似に使用する関数としては、例えば、６次の多項式を使用するが、多項式の次数はいくらであってもよいが、前記近似範囲が広くなるほど次数を増加させてもよいし、前記メッシュ標高データ等に基づいて地形の特性である凹凸やその数を判定することによって次数を増減させてもよい。
【０１１０】
ここで、６次の多項式を使用して近似曲線を求める方法について説明する。
【０１１１】
まず、求める近似曲線を表す式（１）を次のように設定する。
【０１１２】
【数１】
ただし、ｘは距離−標高平面における距離、ｙは距離−標高平面における標高である。
【０１１４】
そして、各ノード点の疑似標高データを示す点■の座標を（ｘi 、ｙi ）とすると、前記点■と近似曲線との標高に関する差ｄi は次の式（２）のように表される。
【０１１５】
【数２】
なお、差ｄi の値は正になる場合と負になる場合とがあるので、前記差ｄi の絶対値に対応する値を得るために、前記差ｄi を２乗する。そして、前記近似範囲におけるすべての点■に関する差ｄi を２乗した数値の合計をＳｅとすると、Ｓｅは次の式（３）のように表される。
【０１１７】
【数３】
次に、前記Ｓｅが最小となるような係数ａ0 〜ａ6 の数値を求めるために連立方程式をたてる。この場合、まず、式（３）を係数ａ0 〜ａ6 でそれぞれ偏微分して、次の式（４）〜（１１）を得る。
【０１１９】
【数４】
【数５】
【数６】
【数７】
【数８】
【数９】
【数１０】
【数１１】
続いて、前記（４）〜（１１）を０とおくと、係数ａ0 〜ａ6 を未知数とする７元の連立方程式となるので、該連立方程式を解いて、係数ａ0 〜ａ6 を求める。そして、求められた係数ａ0 〜ａ6 の値を代入した式（１）が近似曲線を表す式となる。
【０１２８】
これにより、図１４における曲線（ｃ）で示されるような第１の補正標高データである近似曲線を得ることができる。なお、図１４において、曲線（ａ）は実際の道路の標高を示す曲線であり、曲線（ｂ）は疑似標高データを結ぶ曲線（◆は各ノード点の疑似標高データを示している。）であり、■は自車位置、及び、特定点としての橋、トンネル等の構造物におけるノード点の標高を示している。
【０１２９】
図１４に示されるように、近似曲線（ｃ）における山と谷とは、実際の道路の標高を示す曲線（ａ）における山と谷とに一致している。したがって、前記近似曲線（ｃ）から山と谷の位置を推測することができる。なお、前記近似曲線では小さい谷や山などを無視してしまうので、近似範囲を広げすぎると、山と谷の位置を適切に推測することが困難になる。そのため、本実施の形態においては、前述されたように、自車位置から前方に位置する直近の特定点までの範囲を近似範囲として、山と谷の位置を推測するようになっている。
【０１３０】
続いて、道路情報推測装置２０は、前記近似曲線（ｃ）の変曲点を求めて第１の補正標高データの標高が変化する位置、すなわち、山と谷の位置を特定する。この場合、前記近似曲線（ｃ）を表す式を微分して０になる位置が山及び谷である。これにより、該山及び谷の位置を特定することができる。なお、山であるか谷であるかの判定は、前後の標高の傾きから判断する。山である場合、傾きは＋から−に、谷である場合、傾きは−から＋に変化する。
【０１３１】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ２−３−４−１ 擬似標高データを読み込む。
ステップＳ２−３−４−２ 山谷を推測する。
ステップＳ２−３−４−３ 山谷を特定し、処理を終了する。
【０１３２】
次に、道路設計基準組込処理について説明する。
【０１３３】
図１６は本発明の第１の実施の形態における縦断曲線を示す図、図１７は本発明の第１の実施の形態における勾配データである道路勾配推測データを示す図、図１８は本発明の第１の実施の形態における第２の補正標高道路標高推測データを示す図、図１９は本発明の第１の実施の形態における道路設計基準組込処理の動作を示すフローチャートである。なお、図１６及び１８においては、横軸に距離を、縦軸に標高を採り、図１７においては横軸に距離を、縦軸に勾配を採っている。
【０１３４】
まず、道路情報推測装置２０は、既に読み込んだ経路情報とともに道路データに含まれている道路種別に基づいて、経路に対応する道路が国道、県道、主要地方道、一般道、高速道路等の道路種別のいずれに該当するかを特定する、すなわち、道路種別を特定する。この場合、道路の等級、設計速度等も特定する。前述されたように、縦断曲線データの場合、縦断曲線の半径や長さの数値が、道路種別、道路の等級、設計速度、縦断曲線の曲線形（凸形曲線、凹形曲線等の区別）等に応じて定められ、また、縦断勾配データの場合、縦断勾配の数値は、道路種別、道路の等級、設計速度等に応じて定められている。そのため、経路に対応する道路の道路種別、道路の等級、設計速度等を特定することによって、道路設計基準データベース２９から、縦断曲線データ及び縦断勾配データを取得することが可能となる。本実施の形態においては、道路が高速道路であり、設計速度が８０〔ｋｍ／ｈ〕で設計されているものとする。
【０１３５】
続いて、道路情報推測装置２０は、道路設計基準データベース２９から、設計速度が８０〔ｋｍ／ｈ〕の高速道路の縦断曲線データを取得する。なお、縦断曲線は、道路の勾配としての縦断勾配が変移する場所、例えば、山や谷尾根などにおいて、運動量の変化によって車両が受ける衝撃を緩和するために、衝撃緩和曲線として使用されるものである。そのため、縦断曲線は、山谷検出処理において特定された山と谷の位置に挿入される。
【０１３６】
道路構造令によると、設計速度が８０〔ｋｍ／ｈ〕の道路の場合の縦断曲線半径は凸型（山）ではＲ＝３０００〔ｍ〕以上の曲線、凹型（谷）ではＲ＝２０００〔ｍ〕以上の曲線を用いる。そして、推奨は、凸型でＲ＝４５００〔ｍ〕以上、凹型でＲ＝３０００〔ｍ〕以上、また、それぞれの適応距離は２４０〔ｍ〕以上、１６０〔ｍ〕以上となっている。そこで、本実施の形態においては、凸型でＲ＝４５００〔ｍ〕を２４０〔ｍ〕、凹型でＲ＝３０００〔ｍ〕を１６０〔ｍ〕の縦断曲線を挿入する。
【０１３７】
続いて、道路情報推測装置２０は、経路に対応する道路の勾配と標高とを推測する。なお、自車位置における標高及び勾配、特定点としての橋及びトンネルの標高及び勾配、並びに、縦断曲線挿入地点での勾配は特定されているので、それ以外の箇所の勾配の変化を推測する。この場合、道路情報推測装置２０は、自車位置から特定点まで、特定点から縦断曲線まで、縦断曲線から次の縦断曲線まで、縦断曲線から特定点まで、又は、特定点から次の特定点までの範囲を推測範囲として、推測範囲毎に自車位置データや特定点データに含まれる勾配と縦断曲線の勾配を連続的に結ぶようにすることで、勾配を推測するようになっている。なお、前記推測範囲は自車位置から特定点まででなくてもよく、自車位置から所定の距離、例えば、５〔ｋｍ〕先までの範囲であってもよい。
【０１３８】
例えば、自車位置から凸型（山）に挿入された縦断曲線までの範囲の場合、図１６に示されるように、道路が登っていることが凸型の縦断曲線から判断することができる。なお、図において曲線（ａ）は実際の道路の標高を示す曲線であり、■は自車位置における標高、◆で示される点（ｂ）は各ノード点の標高を示している。そこで、自車位置での勾配を縦断曲線に向かう間に縦断曲線の勾配に合うように変化させる。なお、勾配の変化は、道路の設計速度が８０〔ｋｍ／ｈ〕なので最大勾配は４〔％〕である。そのため、登りの場合は、勾配を４〔％〕まで変化させることができる。この場合、勾配の値が急激に変化することはないので、勾配の値を低い値から徐々に上昇させ、次第に勾配の値が４〔％〕になるようにし、続いて、縦断曲線に近くなると勾配の値を徐々に低下させて、最終的に縦断曲線の勾配に近い値（例えば、１．７４〔％〕）になるように変化させる。
【０１３９】
そして、勾配の変化のさせ方は、一般的に、長い登り勾配の区間において、下に緩勾配、上に急勾配を設置するようになっている。これにより、登り勾配における車両の走行速度の低下を緩和することができる。
【０１４０】
このようにして、道路情報推測装置２０は、一つの推測範囲において、道路の勾配を推測した後、他のすべての次の推測範囲において同様の動作を繰り返して、経路に対応する道路のすべての範囲において勾配を推測する。
【０１４１】
続いて、道路情報推測装置２０は、推測された勾配に基づいて、経路に対応する道路の標高を推測する。この場合、各ノード点における標高、道路上の標高を特定することがことができる特定点データ又は、自車位置データは次の式（１２）によって求めることができる。
ノード点の標高＝特定点データ又は自車位置データの標高＋勾配×特定点データ又は自車位置データからの水平方向の距離・・・式（１２）
このようにして、道路情報推測装置２０は、一つの推測範囲において、道路の標高を推測した後、他のすべての次の推測範囲において同様の動作を繰り返して、経路に対応する道路のすべての範囲において標高を推測する。
【０１４２】
続いて、道路情報推測装置２０は、推測された道路の勾配及び標高の数値、すなわち、推測結果を確認する。
【０１４３】
ここで、推測範囲が縦断曲線から特定点、特定点から特定点のような場合、特定点データとしての特定点における標高を特定することができるので、推測した標高と特定点での標高とのつながりが適当であるか否かを判断することができる。ある位置における標高とその他の位置における標高の値を比較して登り下りとなっているかを判断することによって、適切であるかを判断する。
【０１４４】
例えば、登り坂であるのに、あるノード点における標高より次のノード点である特定点の標高が低い場合は、推測した勾配の変化が適切でないと判断することができる。また、下り坂であるのに、あるノード点における標高より次のノード点である特定点の標高が高い場合は、推測した勾配の変化が適切でないと判断することができる。さらに、例えば、あるノード点における標高と次のノード点である特定点の標高との差が５〔ｍ〕以上ある場合は、推測した勾配の変化が適切でないと判断することができる。
【０１４５】
このような場合、推測した勾配の変化が適切でない、すなわち、推測結果が不適切であると判断することができるので、道路の勾配及び標高を推測し直すようになっている。そして、道路の勾配を推測する際に使用した勾配の値を変更して、推測した標高と特定点での標高とのつながりが適当になるように、勾配を推測し直すようになっている。例えば、前述されたように、設計速度が８０〔ｋｍ／ｈ〕の高速道路の場合、道路の最大勾配が４〔％〕であるが、道路の勾配を推測する際に、勾配の最大値を４〔％〕ではなく３〔％〕として、勾配を推測し直すことによって、推測された標高が適切になるようにすることができる。
【０１４６】
また、道路設計基準においては、特例として勾配を７〔％〕まで使用することができるので、必要な場合、勾配の最大値として特例で認められる７〔％〕までの値を使用してもよい。しかし、特例の場合には、勾配が５〔％〕の区間の距離は６００〔ｍ〕、勾配が６〔％〕の区間の距離は５００〔ｍ〕、勾配が７〔％〕の区間の距離は４００〔ｍ〕までと制限があるので、勾配の最大値が４〔％〕を超える区間の長さが、前記の数値以上にならないようにする。なお、この前記区間の制限距離は車両（特にトラック等）が登る場合に、高速道路における許容下限速度に低下するまでの距離である（設計速度が８０〔ｋｍ／ｈ〕の道路では、許容下限速度は４０〔ｋｍ／ｈ〕）。つまり、このように、縦断曲線を挿入するとは、道路を建設する際の設計基準である道路設計基準で規定される道路の種別などに応じた勾配の長さや勾配を推測した曲線に適用させ、推測した曲線を補正することである。
【０１４７】
そして、道路の勾配及び標高を推測し直す場合、道路情報推測装置２０は、道路設計基準に基づいて勾配及び標高の推測を行うが、特定点における特定点データは実際の道路の構造を示しているので、特定点データを優先して、特定点周辺の道路の勾配及び標高を変化させるようになっている。すなわち、この場合、特定点データを設計基準に基づいて補正するのではなく特定点の両端の道路の勾配及び標高の値を他の標高を特定することができる箇所との関係を道路設計基準を満たすように変化させる。
【０１４８】
このようにして、道路標高推測部１４において、自車位置データの標高とノード点の標高を連続的に結ぶように近似処理した第１の補正標高データを得ることで道路の標高を推測する。そして、推測した補正標高データの標高が変化する位置、すなわち、山と谷の位置を検出し、検出された該山と谷の位置に道路の縦断形状を特定することができる道路設計基準データである縦断曲線や縦断勾配を挿入する。そして、挿入した該縦断曲線や縦断勾配と、自車位置データに更に含まれる自車位置における勾配である勾配データと特定点データに更に含まれる特定点における勾配である勾配データと連続的に結び、道路の勾配を推測する。その後、推測結果を確認して、図１７に示されるような道路の勾配である道路勾配推測データを得ることができる。なお、図１７において、曲線（ａ）は実際の道路の勾配を示す点であり、■で示される点（ｂ）は各ノード点における勾配データである道路勾配推測データを示す点である。また、同様に、図１８に示されるように、勾配データと自車位置データと特定点データと道路設計基準データから第２の補正標高データである道路標高推測データを得ることができる。なお、図１８において、曲線（ａ）は各ノード点における実際の道路の標高を示す点であり、◆で示される点（ｂ）は各ノード点における第２の補正標高データである実際の道路標高推測データを示す点であり、■は自車位置、及び、特定点としての橋、トンネル等の構造物におけるノード点の標高を示す点である。
【０１４９】
そして、前記道路勾配推測データ及び道路標高推測データは、記憶手段に格納されたようになっている。このように、道路の有無に関わらない地点の標高データである、例えば、メッシュ標高データから地図データに含まれる道路上のノードの標高を算出し、算出されたノード点の標高と自車位置データの標高や特定点の標高を連続的に結ぶように近似処理して第１の補正標高データを得ることで道路の標高を推測する。そして、第１の補正標高データの標高が変化する位置、すなわち、山及び谷の位置を検出し、検出した位置に道路の縦断形状を特定することができる道路設計基準データの縦断曲線や縦断勾配を挿入し、挿入された縦断形状と自車位置データに更に含まれる自車位置における勾配である勾配データと特定点データに更に含まれる特定点における勾配である勾配データとを連続的に結ぶことで道路の勾配を推測し、道路の実際の勾配である道路推測データを得ることができる。そして、推測された道路の勾配である道路推測データと自車位置の標高データ又は特定点の標高データに基づいて、例えば、式（１２）を使用して実際の道路の標高である第２の補正標高データを得ることで実際の道路の標高を推測する。また、本実施の形態においては、設計速度が８０〔ｋｍ／ｈ〕の高速道路を例にして勾配及び標高の推測について説明したが、道路の種別や設計速度によって設計基準が異なるので、他の道路の場合、それぞれの種別や設計速度に合わせた設計基準データを使用して、道路の勾配及び標高の推測を行う。
【０１５０】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ２−３−５−１ 道路種別を特定する。
ステップＳ２−３−５−２ 縦断曲線を挿入する。
ステップＳ２−３−５−３ 道路の勾配を推測する。
ステップＳ２−３−５−４ 道路の標高を推測する。
ステップＳ２−３−５−５ 推測を確認し、処理を終了する。
【０１５１】
このように、本実施の形態において、道路情報推測装置２０は、地図データに基づくナビゲーション基本処理によって設定された経路に対応する道路上の各ノード点の標高を、メッシュ標高データに基づいて算出し、自車位置データ及び特定点データに置き換えることで組み込み、それに伴い道路の他の箇所の標高を補正した自車位置及び特定点データで補正した第１の補正標高データが得られ、このデータから山及び谷の位置を特定し、道路設計基準データである縦断曲線データ及び縦断勾配データに基づいて補正し、すなわち、道路設計基準データで規定されている勾配や勾配の長さに適合するように変化させて置き換え、道路の勾配を推測し、続いて、道路の標高を推測する。そして、実際の道路の標高を特定することができる位置での標高と勾配の変化の関係が実際の道路と同じ傾向であるかによって、推測結果を確認し、該推測結果が不適切である場合には、道路の勾配及び標高を推測し直すようになっている。
【０１５２】
そのため、道路上の各ノード点の勾配を高い精度で推測することができ、各ノード点における信頼性の高い勾配データを道路勾配推測データとして得ることができる。
【０１５３】
また、道路情報推測装置２０は、経路における道路上の各ノード点の標高を前記道路勾配推測データに基づいて算出することによって、高い精度で道路の標高を示す道路標高推測データ曲線を得ることができる。
【０１５４】
さらに、各ノード点における前記道路勾配推測データ及び道路標高推測データをナビ制御装置２１の地図データベース２１ａに記録することもできる。この場合、道路情報推測装置２０が道路勾配・標高推測処理を実行した経路に関しては、前記道路標高推測データ及び道路標高勾配データが記録され蓄積されていくので、道路勾配・標高推測処理を繰り返して実行する必要がない。
【０１５５】
これにより、ナビ制御装置２１が出力する経路情報に、道路の勾配や標高を含めることができるので、各種の用途に利用することができる。
【０１５６】
例えば、前記道路情報推測装置２０は、表示処理において、道路の標高の変化を表す線を表示装置２７の画面に表示したり、経路を鳥瞰図的に表示装置２７の画面に表示する場合に、道路に起伏を付けて表示したりすることができる。これにより、道路走行中の車両を運転する運転者は、登坂や降坂に差し掛かったり視野に入ったりする前に、あらかじめ坂道の存在や勾配等を知ることができるので、運転中の不安を解消することができる。
【０１５７】
また、前記道路情報推測装置２０は、車両制御処理において、推測された道路の勾配や標高に適するエンジン出力としたり、変速比としたりするように、エンジン制御装置、駆動力制御装置等の車両制御装置を動作させるための制御信号を車両制御装置インターフェイス２６から出力させる。さらに、道路の勾配や標高の変化を予測した制御動作を行わせることもできる。また、車両がＥＶやＨＥＶである場合には、バッテリエネルギーを効率的に使用するように、車両制御装置を動作させるための制御信号を車両制御装置インターフェイス２６から出力させることもできる。
【０１５８】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、前記第１の実施の形態と同じ構成を有するもの及び同じ動作については、その説明を省略する。
【０１５９】
図２０は本発明の第２の実施の形態における道路標高の近似曲線を示す図、図２１は本発明の第２の実施の形態における道路勾配の近似曲線を示す図である。
【０１６０】
前記第１の実施の形態において、道路情報推測装置２０は、自車位置データと特定点データとの特定点間の範囲における各ノード点の標高を結ぶ曲線をフィルタ処理し、該曲線の変化を滑らかにして、道路の標高を推定するのに対し、本実施の形態において、道路情報推測装置２０は、少なくとも自車位置を含む範囲における各ノード点の標高を結ぶ曲線の変化を滑らかにして、道路の標高を推定する。すなわち、本実施の形態において、自車位置データ設定部１６が、自車位置における標高と道路の標高を推測する範囲として設定する。道路標高推測部１３は、少なくとも自車位置を含む範囲の道路上の各ノード点の標高データを取得し、該標高データを、前記特定点の特定点データによって補正して、道路標高推測データを作成する。なお、道路の標高を推定する処理は、前記第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【０１６１】
これにより、図２０における曲線（ｄ）で示されるような近似曲線を得ることができる。なお、図２０において、曲線（ａ）は実際の道路の標高を示す曲線であり、曲線（ｂ）は疑似標高データ（▲は各ノード点の疑似標高データを示している。）であり、（ｃ）は特定点としての橋の存在する区間を示している。そして、図２０に示されるように、橋の上のように道路上における各ノード点と周囲に存在するメッシュ標高データにおけるメッシュの節点との標高に大きな差がある場合、前記経路の標高算出処理によって算出された各ノード点の標高には、かなりの誤差が含まれることが分かる。なお、前記特定点は、道路上の標高を特定することができる特定点であれば何でもよく、例えば、トンネルであってもよい。
【０１６２】
また、道路情報推測装置２０は、少なくとも一つの特定点を含む範囲において前記近似曲線の勾配に基づいて、道路の勾配を推定する。なお、道路の勾配を推定する処理は、前記第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。これにより、図２１における曲線（ｂ）で示されるような近似曲線を形成する近似勾配データを得ることができる。なお、図２１において、曲線（ａ）は実際の道路の勾配を示す曲線である。
【０１６３】
このように、本実施の形態において、道路情報推測装置２０は、少なくとも一つの特定点を含む範囲における道路の標高及び勾配を推定する、すなわち、一つの特定点の前後の範囲をにおける道路の標高及び勾配を推定するようになっている。そのため、通常、特定点として取り扱うことのできる橋やトンネルのような構造物がわずかしか存在しない地域、すなわち、特定点の間隔が広い地域であっても、特定点データに基づいて道路の標高及び勾配を高い精度で推定することができる。
【０１６４】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【０１６５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ナビゲーション装置においては、道路情報を記憶する道路情報記憶手段と、現在位置を検出する現在位置検出手段と、標高を明確に特定することができる特定点データを記憶する特定点データ記憶手段と、地形の標高を示す標高データを記憶する標高データ記憶手段と、前記現在位置検出手段によって検出された現在位置に基づいて、現在位置周辺の道路情報、特定点データ及び標高データを抽出し、道路の勾配を推測する道路勾配推測部とを有する。
【０１６７】
他のナビゲーション装置においては、道路情報を記憶する道路情報記憶手段と、現在位置を検出する現在位置検出手段と、目的地までの経路を探索する経路探索手段と、標高を明確に特定することができる特定点データを記憶する特定点データ記憶手段と、地形の標高を示す標高データを記憶する標高データ記憶手段と、前記経路探索手段によって探索された経路情報、前記現在位置検出手段によって検出された現在位置、前記道路情報記憶手段に記憶された道路情報、前記特定点データ記憶手段に記憶された特定点データ、及び、前記標高データ記憶手段に記憶された標高データに基づき、経路上の道路の勾配を推測する道路勾配推測部とを有する。
【０１６８】
この場合、高い精度で道路の勾配を推測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における道路情報推測装置の構成を機能の観点から示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における道路情報推測装置の詳細な構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における道路情報推測装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施の形態における初期設定の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施の形態における初期値読込処理の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施の形態における道路勾配・標高推測処理の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第１の実施の形態におけるメッシュの節点とノード点との位置関係を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における二つの節点からノード点の標高を求める方法を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における四つの節点からノード点の標高を求める方法を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態におけるノード点標高算出処理の動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第１の実施の形態におけるノード点の標高を結ぶ曲線を示す図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態における疑似標高データの曲線を示す図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態における勾配・標高推測処理の動作を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第１の実施の形態における近似曲線を示す図である。
【図１５】本発明の第１の実施の形態における山谷検出処理の動作を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第１の実施の形態における縦断曲線を示す図である。
【図１７】本発明の第１の実施の形態における勾配データである道路勾配推測データを示す図である。
【図１８】本発明の第１の実施の形態における第２の補正標高道路標高推測データを示す図である。
【図１９】本発明の第１の実施の形態における道路設計基準組込処理の動作を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の第２の実施の形態における道路標高の近似曲線を示す図である。
【図２１】本発明の第２の実施の形態における道路勾配の近似曲線を示す図である。
【符号の説明】
１２ 特定点設定部
１３ 道路勾配推測部
１４ 道路標高推測部
１５ ノード点標高算出処理部
１６ 自車位置データ設定部
２０ 道路情報推測装置
２１ ナビ制御装置
Claims (3)
- （ａ）道路情報を記憶する道路情報記憶手段と、
（ｂ）現在位置を検出する現在位置検出手段と、
（ｃ）標高を明確に特定することができる特定点データを記憶する特定点データ記憶手段と、
（ｄ）地形の標高を示す標高データを記憶する標高データ記憶手段と、
（ｅ）前記現在位置検出手段によって検出された現在位置に基づいて、現在位置周辺の道路情報、特定点データ及び標高データを抽出し、道路の勾配を推測する道路勾配推測部とを有することを特徴とするナビゲーション装置。 - 前記道路勾配推測部によって推測された道路の勾配に基づいて車両制御処理を行う請求項１に記載のナビゲーション装置。
- （ａ）道路情報を記憶する道路情報記憶手段と、
（ｂ）現在位置を検出する現在位置検出手段と、
（ｃ）目的地までの経路を探索する経路探索手段と、
（ｄ）標高を明確に特定することができる特定点データを記憶する特定点データ記憶手段と、
（ｅ）地形の標高を示す標高データを記憶する標高データ記憶手段と、
（ｆ）前記経路探索手段によって探索された経路情報、前記現在位置検出手段によって検出された現在位置、前記道路情報記憶手段に記憶された道路情報、前記特定点データ記憶手段に記憶された特定点データ、及び、前記標高データ記憶手段に記憶された標高データに基づき、経路上の道路の勾配を推測する道路勾配推測部とを有することを特徴とするナビゲーション装置。
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