JP4087861B2 - 車両マップ作成装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両マップ作成装置に関する。

近年、車両の増加に伴って、交通事故と渋滞という交通問題が深刻化しつつあり、この交通事故と渋滞という自動車交通問題を解決するために、情報通信システムを導入して、安全性の向上、渋滞問題の解決を図る研究、開発が行われている。

この情報通信システムには、耐干渉性、耐妨害性に優れたスペクトル拡散通信という方法を採用することが考えられている。ここでスペクトル拡散通信とは、ＰＮ符号を用いてフロントシート情報に変調をかけて通信を行う方法である。

従来、車両間双方向通信による道路交通システムでは、車両間双方向用送受信手段を搭載した搭載車両のみを対象としてそのシステムを構築することが考えられていた。

なお、従来から、道路交通システムに情報通信システムを用いるものは知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−２１４８８号公報

しかしながら、車両には、車両間双方向通信用送受信手段を搭載していない非搭載車両があり、現実の道路交通システムを考える場合には、搭載車両と非搭載車両とが混在して道路を走行していると考えるのが本質的であり、このような交通状況のもとでは、自車両を中心として他車両の位置、車両走行状態を把握するのは困難であり、車両間双方向通信による道路交通システムを構築する場合、混在状態での車両走行マップの作成が課題となる。

また、車両間双方向通信によるネットワークを構築する場合、自車両を中心としてその近傍に存在する車両の位置情報、速度情報、ブレーキを踏んだか否かのブレーキ情報等のフロントシート情報は重要であるが、自車両から遠く離れるに従って遠くに存在する車両のフロントシート情報は重要性が薄く、このことを考慮して車両間双方向通信によるネットワークを構築すべきである。

特に、フロントシート情報にＰＮ符号変調をかけて車両間双方向通信による道路交通システムを構築する場合、全車両に異なるＰＮ符号を対応させて各搭載車両を識別することにすると、数千万台、数億台の各搭載車両を識別するにたるコード長の大きなＰＮ符号（ロングコード長のＰＮ符号）を準備してフロントシート情報を送信することになるが、各車両毎にＰＮ変調されたフロントシート情報を復調して受信する場合には、各車両毎にこのＰＮ符号のコード長に対応する個数の相関検出回路を準備しなければならず、相関検出回路の個数がＰＮ符号のコード長が長くなるに伴って増加するため、実現可能性が乏しくなるという問題がある。

更に、自車両を中心にして自車両の近傍に存在する各車両の車両走行マップを作成する場合には、各車両の位置情報を正確に取得することが要求されるが、従来のＧＰＳシステムを用いて車両の位置情報を取得する方法では、自車両を中心として数ｍ以内に存在する各車両を識別してその位置を精密に取得することが困難である。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、搭載車両と非搭載車両とが混在している交通状況のもとでも自車両を中心として他車両の位置、走行状態を把握することができる実現可能性の高い車両マップ作成装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係わる車両マップ作成装置は、車両位置情報を少なくとも含む車両情報に車両識別のためのＰＮ符号変調を行うＰＮ符号発生回路と、前記車両位置情報を少なくとも含む車両情報に車両識別のためのＰＮ符号変調がかけられた送信信号を自車両から外部に無線出力する送信装置と、他車両に搭載された送信装置から無線出力されかつ車両位置情報を少なくとも含む車両情報に車両識別のためのＰＮ符号変調された送信信号を受信して相関検出回路を用いて復調することにより他車両の車両位置情報を取得する受信装置と、自車両から他車両までの距離と方向とを測定するための測距手段と、自車両に対する他車両の位置を表示した車両走行マップを作成する処理手段とを有する車両マップ作成装置において、
前記受信装置は車道に沿って設けられたビーコンよりショートコード長のＰＮ符号を割り当てられ、前記測距手段はＰＮ符号変調されたパルスを外部に向けて出力するＰＮ符号変調回路と、前記パルスの反射波を受信する受信回路と、該受信回路から出力される受信信号に基づき相関信号を検出する相関検出回路とを備え、パルスの送信開始時点から相関信号検出時点までの送受信時間と電波の速度とに基づき距離を測定し、前記測距手段に基づき取得された他車両までの距離と方向とにより前記送信装置が設けられていない他車両の自車両に対する車両位置情報を取得して車両走行マップを作成することを特徴とする。
本発明の請求項２に係わる車両マップ作成装置は、Ｍ系列パターンに従って前記道路に埋設された磁石の磁気を検出する磁気センサにより検出されたＭ系列パターンに基づき車両の位置を検出する位置決定手段を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、搭載車両と非搭載車両とが混在している交通状況のもとでも自車両を中心として他車両の位置、走行状態を把握することができる実現可能性の高い車両マップ作成装置を提供できる。
また、ＰＮ符号にショートコード長を用いているので、相関検出回路の個数の増加を抑制でき、大幅なコスト高となるのを防止できる。

以下に、本発明に係わる車両マップ作成方法、車両マップ作成装置、これに用いる送信装置、受信装置を用いた車両間双方向通信による道路交通システムの発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明に係わる車両マップ作成方法、車両マップ作成装置、これに用いる送信装置、受信装置を用いた車両間双方向通信による道路交通システムの概要図を示し、１は自動車専用道路としての高速道路、２〜１４はこの高速道路１を走行中の車両を示している。各車両２〜１４は左から右に走行しているものとする。車両２〜４、８〜１０、１２〜１４は車両間双方向送受信装置が搭載された搭載車両、車両５〜７、１１は車両間双方向送受信装置が搭載されていない非搭載車両とし、搭載車両と非搭載車両とが混在した状態で高速道路１を走行中であると仮定する。

各搭載車両には図２に示す交通システム用回路が搭載されている。この交通システム用回路は、この車両間双方向通信による道路交通システムに必要な処理を行うための処理回路１５、自車両から各搭載車両に向けて自車両のフロントシート情報（車両位置情報、車両の速度情報、ブレーキ情報）を無線送信する送信手段（送信装置）１６、応答信号発生回路１６’、送信手段１６により送信されたフロントシート情報を受信する受信手段（受信装置）１７、自車両から他車両までの距離及び方向を測定するための測距手段１８、自車両の車両位置を検出するための車両位置検出手段１９、道路地図メモリ２０、自車両を中心として各車両の位置を表示する車両マップ表示手段２１から大略構成されている。

送信手段１６は搬送波回路２２、ＰＮ符号発生回路２３、変調回路２４、送信回路２５からなっている。受信手段１７は受信回路２６、相関検出回路２７（２７ａ〜２７ｇ）、復調回路２８（２８ａ〜２８ｇ）からなっている。測距手段１８はＰＮ符号変調回路２９、単一パルス発生回路３０、カウントパルス発生回路３１、計数回路３２、反射波受信回路３３、相関検出回路３４からなっている。車両位置検出手段１９は、磁気センサ３５、増幅兼用の波形整形回路３６、シフトレジスタ３７からなっている。

高速道路１には、車両走行方向に沿って所定間隔Ｌ１を開けて第１ビーコン３８、３９が設けられ、第１ビーコン３８、３９に対して車両走行方向に所定間隔Ｌ２を開けて第２ビーコン４０、４１が設けられている。間隔Ｌ１は例えば１Ｋｍであり、間隔Ｌ２は例えば１００ｍである。

第１ビーコン３８、３９は図３に示すように、ＰＮ符号割り当て発生回路４２、車両認識手段４３、応答信号検出回路４４、送受信回路４５を備えている。

ここでは、ＰＮ符号割り当て発生回路４２から発生するＰＮ符号にはショートコード長が用いられ、図１に一例として示す例では、７台の搭載車両、即ち、それぞれＰＮ１からＰＮ７のＰＮコードを有する車両の間で双方向通信が可能とされている。コード長Ｌを大きくすると（ロングコード長とすると）、相関検出回路２７の個数が増加してコスト高となり、また、自車両から遠くに存在する車両との交信は、自車両の走行に関してその必要性が薄いからである。

ＰＮ符号割り当て発生回路４２は搭載車両が通過する度にＭ系列パターンのコードを更新して搭載車両に向けてコード割り当て情報を送受信回路４５から送信する。このコード割り当て情報には専用搬送波が用いられ、搭載車両の受信回路２６はこのコード割り当て情報を受信する。処理回路１５はこのコード割り当て情報に基づいて自車両に割り当てられた通信コードを解読し、ＰＮ符号発生回路２３に出力する。と同時に応答信号発生回路１６’に応答信号送信指令を出力する。応答信号発生回路１６’は応答信号を第１ビーコン３８、３９に向けて出力する。

ＰＮ符号発生回路２３はそのコード割り当て情報により与えられたＰＮコードに処理回路１５からのフロントシート情報を重畳して出力し、変調回路２４は搬送波回路２２からの搬送波を上記出力信号により変調をかけて送信回路２５に出力し、送信回路２５はＰＮコード変調された自車両のフロントシート情報を他車両に向けてブロードキャスト（無線送信）する。即ち、送信回路２５からは、ＰＮコード及びフロントシート情報の双方で変調された信号が出力される。

受信回路２６は他の搭載車両からブロードキャストされたフロントシート情報を受信し、相関検出回路２７により検出する。相関検出回路２７ａ〜２７ｇは各搭載車両から送信された送信情報の相関を検出し、各復調回路２８ａ〜２８ｇに出力する。各復調回路２８ａ〜２８ｇは復調信号を処理回路１５に出力し、処理回路１５はＰＮコード情報とフロントシート情報とに基づいてその搭載車両の少なくとも車両位置情報を抽出し、自車両に対する各搭載車両の相対位置を演算し、各搭載車両の相対位置情報をマップ表示手段２１に出力し、マップ表示手段２１は各搭載車両の位置を車両走行マップとして表示する。その処理回路１５は、マップ表示手段２１と共に自車両に対する他車両の位置を表示した車両走行マップを作成する処理手段としても機能する。

図１には、７台の搭載車両にＰＮコードが割り当てられていることを示すために、搭載車両２、３、８〜１０、１２、１３に割り当てられたＰＮ符号が１０進数で示されている。搭載車両２と搭載車両１３とには同じＰＮ符号が割り当てられているが、搭載車両２と搭載車両１３との車間距離は充分に離れており、かつ、双方向通信の範囲を車両の前後２００ｍ以内とすれば、混信することはないと考えられる。

第１ビーコン３８、３９は車両がこの第１ビーコン３８、３９を通過する毎に車両認識手段４３により車両及び搭載車両と非搭載車両との違いを認識し、また、応答信号検出回路４４は応答信号を受信することにより搭載車両にＰＮコードが割り当てられたか否かを検出する。 第１ビーコン３８は応答信号を受け取る毎にＰＮコードを変更して走行中の車両に送信する。非搭載車両からは応答信号がないため、ＰＮコードは変更されず、従って、非搭載車両にはＰＮコードは割り当てられないことになる。搭載車両と非搭載車両との識別は、応答信号の有無により識別されるため、非搭載車両には車両間双方向通信手段が搭載されているが、応答信号発生回路１６’に故障があるものも含まれる。

第１ビーコン３８は、割り当て完了と共に基地局のマップ作成手段４６に車両走行情報を送信すると共に、最初からＰＮ符号を後続の搭載車両に割り当てる。図１では、後続の車両１４が第１ビーコン３８を横切る際に、ＰＮ符号「１」が割り当てられることになる。マップ作成手段４６は、第１ビーコン３８からの車両走行情報に基づいて通過車両３〜１３の車両走行マップを作成し、第２ビーコン４０、４１に向けて車両走行マップを送信する。第２ビーコン４０、４１はその車両走行マップを走行中の車両に送信し、各搭載車両はその車両走行マップを受信回路により受信し、処理回路１５はその車両走行マップを処理してマップ表示手段２１に表示する。マップ表示手段２１は、その第２ビーコン４０、４１からの車両走行マップに基づいて各車両の位置を表示する。

ＰＮ符号変調回路２９はロングコード長のＰＮ符号に基づき変調信号を出力する。ここで、ロングコード長のＰＮ符号とは全車両を高精度に検出するに充分なコード長のＰＮ符号をいう。

単一パルス発生回路３０はＰＮ符号変調された単一パルス波を車両、障害物等の対象物に向けて出力する。単一パルス発生回路３０は指向性を有するものが用いられ、処理回路１５は単一パルス波発生信号を出力すると同時にカウントパルス発生回路３１にカウント開始信号を出力する。カウントパルス発生回路３１はクロック信号を計数回路３２に出力する。計数回路３２はクロック信号を計数する。

反射波受信回路３３は対象物により反射された単一パルス波の反射波を受信し、相関検出回路３４は反射波に基づき相関信号を検出し、計数回路３１は相関検出回路３４により検出された相関信号を計数終了信号として、単一パルス波の送信開始時点から相関信号検出時点までの送受信時間を測定し、処理回路１５は電波の速度と送受信時間とに基づき自車両から他車両までの距離を測定する。

この測定を車両の周回り方向３６０度に所定角度毎に行うことにより、車両の周囲に存在する各車両までの距離と方向とが取得される。搭載車両については、搭載車両同志間の交信により車両位置情報を取得できるので、この測距手段１８により測定された車両までの距離及び方向は非搭載車の位置を決定するのに主として用いられる。

高速道路１には、図５、図６に示すように、所定間隔を開けて磁気マーカ（磁石）が埋設されている。磁気マーカはＮ極とＳ極とのいずれか一方が路面に向けられ、Ｎ極とＳ極とからなる極性の配列パターンがＭ系列パターンに従わされている。ここでは、磁極ＮはＭ系列パターンのチップ情報「０」に対応され、磁極Ｓはチップ情報「１」に対応されている。その図５には、ｍ＝８（ｍはシフトレジスタの段数）のＭ系列パターンに従って磁気マーカが埋設されている。この磁気マーカの連続する８チップを１つの２進コードとみなすと、２５６個の異なる位置に対応させることができる。例えば、ｍ＝１０とすると、１０２３個の位置に対応させることができ、１ｍ間隔で磁気マーカを埋設すると、１０２３ｍの間で、１ｍ毎に位置を特定できることになる。次数ｍを大きくとればとるほど、例えば次数ｍ＝１００もとれば、日本国内の高速道路を１ｍ間隔で網羅するに充分な大きさである。

磁気センサ３５は車両走行中に磁気を検出して検出信号を波形整形回路３６に向けて出力し、波形整形回路３６は検出信号に基づいて「０」又は「１」のクロック信号をシフトレジスタ３７に出力する。ここでは、シフトレジスタ３７はＭ系列パターンの次数ｍ＝８に対応する段数を有する。このシフトレジスタ３７は走行中にＭ系列パターンに対応する２進コードを取得する。

図５において、搭載車両が左から右に走行しているものとし、磁気センサ３５により８個の検出信号（Ｎ、Ｎ、Ｎ、Ｎ、Ｎ、Ｎ、Ｎ、Ｓ）が取得されているものとする。このとき、シフトレジスタ３７の内容は「１０００００００」となる。

車両が更に走行して、磁気センサ３５が次の磁気マーカ（極性Ｎ）を検出すると、シフトレジスタ３７の内容は「０１００００００」となり、最上位の段からチップ情報「０」の信号が処理回路１５に出力される。シフトレジスタ３７は磁気センサ３５により検出信号が検出されるたびに、最上位の段からチップ情報「０」又は「１」を処理回路１５に向けて出力する。

処理回路１５は、図７のフローチャートに示すように、カウントメモリの変数ｎに初期値「０」をセットし（Ｓ．１）、シフトレジスタ３７の最上位の段からの出力の有無を判断し（Ｓ．２）、変数ｎの内容を「＋１」ずつカウントアップする（Ｓ．３）。次に、処理回路１５は変数ｎが次数ｍ以下否かを判断し（Ｓ．４）、変数ｎが次数ｍよりも小さいときには、シフトレジスタ３７の最上位の段からの出力を時系列順にメモりに記憶し（Ｓ．５）、変数ｎが次数ｍと等しいか否かを判断し（Ｓ．６）、変数ｎと次数ｍとが一致していないときには、Ｓ．２に戻って、Ｓ．２ないしＳ．５の処理を繰り返し、変数ｎと次数ｍとが一致したときに、メモリに時系列順に記憶されている２進コード情報を道路地図メモリ２０に記憶されている２進コード情報と照合し、処理回路１５は自車両の車両位置情報を取得する（Ｓ．７）。処理回路１５は自車両の車両位置情報を車両マップ表示手段２１に表示し（Ｓ．８）、Ｓ．２に戻って、シフトレジスタ３７の出力の有無を検出する。

処理回路１５は、Ｓ．８の処理後、シフトレジスタ３７の出力が入力されると、変数ｎの内容に「＋１」を加えて（Ｓ．３）、変数ｎが次数ｍ以下であるか否かを判断し（Ｓ．４）、変数ｎが次数ｍよりも大きいときには、Ｓ．９に移行する。Ｓ．９においては、最上位に記憶されているメモリのビット情報を廃棄する。次に処理回路１５は、下位のメモリに記憶されているビット情報を上位のメモリに１個ずつずらせて（Ｓ．１０）、最下位のメモリに現に取得したシフトレジスタ３７の最上位の段の出力を記憶して（Ｓ．１１）、Ｓ．７に移行する。処理回路１５は、再び、メモリに時系列順に記憶されている２進コード情報を道路地図メモリ２０に記憶されている２進コード情報と照合して、車両位置情報を取得する。

処理回路１５は、車両走行によりこれらの一連の処理Ｓ．１〜Ｓ．１１を繰り返すことにより、自車両の位置を決定する位置決定手段として機能する。

このようにして、取得された各搭載車両の車両位置情報と非搭載車両の車両位置情報とに基づいて、処理回路１５は車両位置マップ情報を作成し、マップ表示手段２１に自車両を中心とした車両マップ情報を図８に示すように表示する。

図８においては、搭載車両４を自車両として前後に数台の車両が走行中であることが「×」印で示されている。

ここで、図１に示す車両４に着目すると、搭載車両４は後続の非搭載車両７が非搭載車両５、６の影に隠れていて、非搭載車両７の位置を特定できないが、搭載車両４は後続の搭載車両８又は搭載車両９と交信することにより搭載車両８、９の車両マップ情報を取得し、これにより、他車両の影に隠れていて測距手段１８により位置を特定できない非搭載車両７の位置を特定することができる。

各搭載車両は第２ビーコン４０から第２ビーコン４１の間では、車両間双方向通信と測距手段とにより各車両の位置を取得して、各車両位置情報をマップ表示するが、走行中に自車両の有するマップ情報が怪しくなることを避けるために、第２ビーコンからの正確な車両マップ情報を受け取り、マップ情報の更新を行う。

本発明に係わる車両マップ作成方法及び車両マップ作成装置を用いた車両間双方向通信による道路交通システムの概要図である。 図１に示す車両間双方向通信システムに使用する車両に搭載された回路の全体図である。 図１に示す第１ビーコンの内部構成を示す概略図である。 ＰＮ符号割り当て発生回路の一例としてのシフトレジスタを示す図である。 道路に埋め込まれた磁気マーカの極性の配列の一例を概念的に示す図である。 車両走行による磁気マーカの検出の一例を示す図である。 磁気マーカにより得られた検出信号に基づいて車両位置を特定するための手順を示すフローチャートである。 マップ表示手段に表示された車両走行マップの一例を示す図である。

符号の説明

１…高速道路
２〜１４…車両
１５…処理回路（処理手段）
１６…送信手段（送信装置）
１７…受信手段（受信装置）
１８…測距手段
２１…車両マップ表示手段（処理手段）

Claims (2)

1. 車両位置情報を少なくとも含む車両情報に車両識別のためのＰＮ符号変調を行うＰＮ符号発生回路と、前記車両位置情報を少なくとも含む車両情報に車両識別のためのＰＮ符号変調がかけられた送信信号を自車両から外部に無線出力する送信装置と、他車両に搭載された送信装置から無線出力されかつ車両位置情報を少なくとも含む車両情報に車両識別のためのＰＮ符号変調された送信信号を受信して相関検出回路を用いて復調することにより他車両の車両位置情報を取得する受信装置と、自車両から他車両までの距離と方向とを測定するための測距手段と、自車両に対する他車両の位置を表示した車両走行マップを作成する処理手段とを有する車両マップ作成装置において、
   前記受信装置は車道に沿って設けられたビーコンよりショートコード長のＰＮ符号を割り当てられ、前記測距手段はＰＮ符号変調されたパルスを外部に向けて出力するＰＮ符号変調回路と、前記パルスの反射波を受信する受信回路と、該受信回路から出力される受信信号に基づき相関信号を検出する相関検出回路とを備え、パルスの送信開始時点から相関信号検出時点までの送受信時間と電波の速度とに基づき距離を測定し、前記測距手段に基づき取得された他車両までの距離と方向とにより前記送信装置が設けられていない他車両の自車両に対する車両位置情報を取得して車両走行マップを作成することを特徴とする車両マップ作成装置。
2. Ｍ系列パターンに従って前記道路に埋設された磁石の磁気を検出する磁気センサにより検出されたＭ系列パターンに基づき車両の位置を検出する位置決定手段を備えている請求項１に記載の車両マップ作成装置。

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