JP4209895B2 - ナビゲーション装置の初期位置決定方法 - Google Patents

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Description

本発明は、移動通信端末機の位置決定方法に関し、特に、移動通信端末機の位置を決定する無線測位の誤差を改善することで、測位の正確度を向上させるためのGPS衛星の配置を利用した歩行者ナビゲーション装置の初期位置決定方法に関する。
通常、移動体には、装置の位置を決定し、所望の目的地までの最適な経路を提供するナビゲーションシステムが搭載されている。このようなナビゲーションシステムは、GPS(Global Positioning System)を利用して移動体の位置を決定する。
GPSとは、約20.183Kmの高度を運行する24個の人工衛星を利用した汎世界的な位置決定システムのことである。GPSは、正確な位置を認知している衛星から発射された電波(言わば、GPS信号)を観測点に設置されたGPS受信機が受信した後、前記電波を受信するまでの所要時間を算出することにより、観測点の位置を求める衛星航法装置のことである。
したがって、通常のGPSナビゲーションシステムは、移動体の所定位置に設置されたGPSセンサー及びGPS受信機を有する。このようなナビゲーションシステムは、そのGPSセンサーが少なくとも4個の衛星から受信したGPS信号を分析して移動体の位置を決定した。ところが、このように移動体の位置を決定するGPSには多様な測位の誤差の要因がある。その誤差の要因には電離層遅延の誤差、衛星時計の誤差、マルチパス(multipath)の誤差などが含まれる。特に、GPSナビゲーションシステムは、衛星から移動体のGPS受信機までの電波到達時間を算出することによって位置を求める。よって、GPS信号が、都心の典型的な目的物(例えば、都心の高層ビルや街路樹等)により、遮断或いは反射して戻ってくる場合には、充分なGPS衛星信号を受信できないため、その誤差が一層大きくなる。
一方、GPS信号に含まれた位置の誤差は約5mであり、このような2次元の平面上における位置の誤差の推定は、衛星の配置により計算されるHDOP(Horizontal Dilution Of Precision)とGPS信号との乗算により行われる。一般に、周辺に高い地形地物がない場合のHDOPは2〜3の値を有し、このときの位置の誤差は10〜15mであることを推定できる。このようなHDOPは、GPS受信機が、特定方向の地形地物により遮断された方向の反対側の衛星のみからGPS信号を受信する場合には、その値が4〜5以上で増加し、このときの位置の誤差も20〜30mで増加する。
なお、車両用ナビゲーション装置の場合には、車両が道路上を走行するため、位置の誤差が30mであっても、地図データDBを参照すれば初期位置を道路上にマッチング(matching)することができる。詳しくは、通常、道路間のブロック間隔は30mを越えるので、GPSの位置の誤差が初期位置決定に大きい影響を与えない。これとは異なり、歩行者ナビゲーション装置(Personal Navigation System:以下、PNSという)の場合には、歩行者が道路の両側に位置した歩道上を通行するため、位置の誤差が30mに達する場合、道路中央線から歩道までの道路の幅が通常20m程度であることを勘案すれば、ユーザーが道路の両側の歩道のどちらに位置するかを感知することができない。
図1を参照してその具体例を詳細に説明する。図1は、従来のGPS測位の誤差により、PNSの初期位置決定にエラーが発生する場合を説明するための図である。
まず、図1に示すように、歩行者が図面符号10で示される歩道上に位置し、その歩道の周辺に高層ビルや高い街路樹などのような地形地物20がある場合を例として説明する。このとき、通常、道路中央線40から歩道までの距離は20mであることが好ましい。
図1を参照すれば、歩行者の初期位置を測定したい場合に、歩行者の周辺に目的物20(例えば、高層ビルや地形地物)が位置すれば、衛星からのGPS信号が、このような地形地物に影響を受けて反射或いは回折される。これにより、GPS受信機の位置の誤差が増加し、このような位置の誤差が歩行者を基準として半径30m以上となる場合には、歩行者の実際の位置が図面符号50で示される部分に位置することもできる。すると、歩行者の位置が道路中央線を越えたため、歩行者の実際の位置は反対側の歩道60に近く測定されて、PNSでは歩行者が反対側の歩道60上に位置すると見なして初期位置を決定することになる。
従来の歩行者ナビゲーション装置では、歩行者が、高層ビルや地形地物が位置した歩道の周辺を歩行する場合に、その高層ビルや地形地物により位置の誤差が多く発生して、初期位置決定の際、反対側の歩道上にいると見なされる恐れがある。さらに、歩行者の初期位置を道路の反対側の歩道にマッチングさせて経路案内を行う場合には、歩行者に大きい混乱を招いて経路案内サービスの品質を低下させる恐れがある。
よって、本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、歩行者の初期位置決定の際、測位の誤差を改善して測位の正確度を向上できる方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、都心地域でGPS情報を利用して初期位置を正確に測定することで、経路案内サービスの品質を向上できる方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、GPS情報のうちで衛星の配置及び信号の強度を利用して電波障害物による測位の誤差を判断することで、歩行者の初期位置を決定する方法を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明は、ナビゲーション装置の経路情報の開始点における初期位置決定方法において、閾値以上のGPS信号の強度で受信されるGPS衛星の総数を算出するステップと、地図データDBに基づき、道路中央線を基準とした左右に少なくとも2領域に区分するステップと、前記算出されたGPS衛星の総数から前記2領域でのGPS衛星の数を算出するステップと、前記各領域でのGPS衛星の数を比較した結果に従い、前記ナビゲーション装置が前記2領域のどちらに位置するかを決定するステップとを含むことを特徴とする。
本発明によれば、歩行者の初期位置を正確に判定して経路探索及び歩行経路案内を行うことにより、歩行者に便宜を提供できる。また、本発明では、GPS衛星の配置及びGPS信号の強度のみを利用して、歩行者が道路の両側に位置した歩道のどちらに位置するかを判別でき、これにより、歩行経路上に横断徒歩や地下道があっても、正確に歩行者に歩行経路を提供できる。
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。図において、同一の構成要素については出来るだけ同一の参照符号を使用する。また、本発明の説明において、本発明に関連した公知機能や構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を不明瞭にすると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。
本発明は、ユーザーの現在位置を把握して、所望の目的地までの経路情報を提供する機能が具現される。このために、本発明は、航法装置が搭載された移動通信端末機で受信されるGPS衛星の配置(constellation)及びそのGPS信号の強度(SNR)を利用して、正確な初期位置を判断できる方法を提供する。これにより、正確度が一層向上した歩行者ナビゲーションサービスを提供できる。
すると、前記のような機能が具現された歩行者ナビゲーションサービスを提供するためのシステムの構成要素及びその動作を、図2を参照して説明する。図2は、本発明の実施形態による歩行者ナビゲーションサービスを提供するためのシステムの構成図である。
図2に示すように、歩行者が携帯する歩行者ナビゲーション装置(PNS:Personal Navigation System:以下,PNSと称する)200には、その装置の位置を決定し、所望の目的地までの最適な経路を提供するためのナビゲーションシステムが搭載されて利用される。このようなナビゲーションシステムは、通常、GPS(Global Positioning System)衛星210、220、230、240から受信されるGPS信号を利用して、歩行者ナビゲーション装置の位置を決定する。
PNS(200)は、歩行者が携帯した状態で各種地理情報を経路案内提供サーバー260から転送されるので、PNS(200)を携帯した歩行者の位置を地図上で表示することが可能となる。このようなPNS(200)は、現在位置を基準としたその地域の地図をディスプレイすると共に、所望の目的地までの最短距離情報を案内するためのナビゲーションシステムである。このために、PNS(200)は、その内部に地図データを内蔵し、自身の位置を測定するためのGPS受信機(図示せず)を備えることで、GPS衛星210、220、230、240から受信されるGPS信号を利用して自身の位置を測定し、これを基準点として特定地域の地図を歩行者にディスプレイする。そして、ナビゲーションシステムを利用して歩行者経路案内機能を提供する方法としては、PNS内部のメモリに地図データを格納して、歩行経路に従う地図を出力する方法と、経路案内提供サーバー260に格納されたデータを基地局250を介して無線で提供されて出力する方法とがある。
本発明の説明に先立ち、本発明で利用されるGPS方式について簡略に説明する。
PNSで初期位置を決定するには、上述したGPSを利用した方式が広く使用されている。初期位置は、ユーザーが、地図でタッチスクリーンや方向キーを利用して指定して決定でき、近辺の主要地点を入力して正確な初期位置を決定できる。ところが、自動で初期位置を決定するには、地域に関係なくGPS衛星情報を受信して絶対位置を計算するGPSの利用が必須的である。しかし、GPSは、GPS衛星から歩行者までの電波到達時間から位置を計算するので、高層ビル等により信号が遮断或いは反射して戻ってくる場合に、初期位置決定の際、その正確度が低減することになる。よって、歩行者が、道路を基準とした高層ビルや地形地物の周辺を過ぎても、正確にどちらの歩道上に位置するかを認知するアルゴリズムが必要になる。
図3は、本発明の実施形態による高層ビルが位置した歩道上の歩行者のGPS信号の受信例を示す図である。
図3に示すように、歩行者が、目的物120の周辺の歩道、すなわち、図面符号110で示される場所に位置する場合に、GPS衛星130、131、132からのGPS信号は、特別な障害なしに歩行者が携帯しているPNSのGPS受信機に直接伝達され、GPS衛星141、142、143からのGPS信号は、目的物120の妨害によって一部だけが伝達され、残りは反射される。つまり、PNSに全てのGPS信号130、131、132、141、142、143が伝達されるものではない。ただし、GPS衛星141の場合には、GPS信号が反対側のビル122に反射してPNSに伝達されることもある。そのときは、信号の強度が10dBまで減少されるので、PNSではそのGPS信号が電波妨害を受けたGPS信号であることを認知できる。
まず、本発明の実施形態によって道路を基準として区分される両側に位置した歩道の何れか一つの上を歩行している場合に、その歩行者の初期位置を決定するには、道路中央線150を基準として領域を区分しなければならない。このとき、PNSは、道路中央線150を基準として2領域(Region1-160、Region2-170)に区分するために、自身の周辺道路の方向に対する情報を格納している地図DBを参照する。
前記のような方法により、道路中央線150を基準として区分された領域をそれぞれRegion1(160)、Region2(170)とすれば、PNSは、受信されるGPS衛星も各領域160、170によって2グループに区分できる。すると、PNSは、各領域160、170から受信されるGPS衛星の数を比較して、どちらの歩道に位置しているかを判断できる。
以下では、各領域に位置しているGPS衛星の数を算出するための過程を説明する。このために、本発明の実施形態によって道路を基準として区分された領域でのGPS衛星の数の算出過程を説明するための図である図4を参照する。
まず、GPS衛星の数は、PNSに受信されるGPS信号の強度が一定の強度以上であるGPS衛星に限り、当該GPS衛星を選択することにより算出される。このために、PNSは、GPS受信機に直接伝達される衛星のGPS信号の強度(SNR)の最小値(SNR_min)を設定後、それぞれのGPS衛星から受信されるGPS信号の強度を検出する。その後、PNSは、受信されるGPS信号の強度(SNR)を最小のGPS信号の強度(SNR_min)と比較する。そして、PNSは、信号の強度の比較によって最小のGPS信号の強度(SNR_min)より大きいGPS信号の強度(SNR)を持つ衛星をまず選択する。このような過程により、PNSでは、最小のGPS信号の強度(SNR_min)より大きい信号の強度を持つGPS衛星の総数が分かる。以下では、PNSに受信される所定の強度以上のGPS衛星の総数をNという。
仮りに、PNSで信号の強度を比較した結果、最小のGPS信号の強度(SNR_min)より大きい信号の強度を持つGPS衛星130、131、132、141の個数が、総4個であると仮定する。
すると、GPS衛星の配置とPNSの位置を2次元の平面上に表示すれば、図4のように示される。図4に示すように、各領域にはそれぞれのGPS衛星が配置されるが、PNSではどの領域にいくつのGPS衛星が位置するか知らない状態である。したがって、本発明によって道路中央線150を基準として区分されたRegion1(160)及びRegion2(170)に、各々いくつのGPS衛星が位置するかを知る方法を提示する。
まず、Region1(160)におけるGPS衛星の数を算出するために、平面上の真北(N)を基準として、歩行者の近辺の道路方向に対する時計方向への最初の角度をRoad_angle1といい、当該GPS衛星に対する時計方向への角度すなわち方位角をSat_angleという。その後、下記の数式のような方式を利用すれば、2つのRegion1(160)及びRegion2(170)でのGPS衛星の数を計算できる。
下記の数式において、N_region1はRegion1(160)でのGPS衛星の数をいい、N_region2はRegion2(170)でのGPS衛星の数をいう。ここで、PNSから受信されるGPS衛星の総数はN個であると既に知っているので、N_region1でのGPS衛星の数を求めると、N_region2でのGPS衛星の数は、GPS衛星の総数からN_region1でのGPS衛星の数を引くことによって得られる。
Figure 0004209895
まず、図4を参照して、Region1でのGPS衛星の数を計算すれば、次の通りである。図4において、GPS衛星130、131、132の各々に対する方位角はSat_angle1、Sat_angle2、Sat_angle3であり、真北を基準として道路に対する時計方向への最初の角度をRoad_angle1とすれば、Road_angle2=Road_angle1+180゜である。
まず、GPS衛星132が位置した領域を判断するために、PNSは、そのGPS衛星132に対する方位角Sat_angle1がRoad_angle1とRoad_angle2との間に該当するかを判断する。判断の結果、GPS衛星132に対する方位角Sat_angle1が、Road_angle1より大きくてRoad_angle2より小さいと、そのGPS衛星132はRegion1(160)に位置しているものである。これにより、GPS衛星130、131に対するそれぞれの方位角Sat_angle2、Sat_angle3が、Road_angle1より大きくてRoad_angle2より小さいと、そのGPS衛星131、132もRegion1(160)に位置しているものである。一方、GPS衛星141に対する方位角がSat_angle4の場合、この方位角Sat_angle4はRoad_angle1とRoad_angle2との間に該当していないので、GPS衛星141はRegion1(160)に位置する衛星ではない。
前述したような方法により、Region1(160)には図面符号130、131、132で示されるGPS衛星が位置していることが分かる。よって、PNSから受信される総4個のGPS衛星の数から、Region1(160)でのGPS衛星の数である3を引くと、Region2(170)でのGPS衛星の数は1個となる。したがって、N_region1>N_region2となるため、道路を基準として何れか一方の衛星から受信される信号が遮断されていると判定できる。このとき、その道路を基準とした両側の歩道のどちらに歩行者が位置するかを決定するには、2領域での比較結果を利用すべきである。ところが、その比較結果値が大きい領域での衛星の数が、少なくても3個以上の場合に限って初期位置が決定される。以上では、N_region1が3、N_region2が1であるため、N_region1>N_region2となり、また、そのときのN_region1での最小のGPS衛星の数が3以上であるため、結果として、歩行者の初期位置は道路を基準としてRegion2(170)の歩道であると決定される。これにより、PNSは、Region2(170)の歩道を基準として経路案内の際、横断報道や地下道などを正確に適用できる歩行経路案内サービスを歩行者に提供できる。
一方、本発明の他の実施形態では、前述した方法をより制限して初期位置決定の確率を高める方法として、まず、一般のHDOP(Horizontal Dilution Of Precision)を利用して歩行者の位置の誤差を推定後、推定した誤差値が道路中央線から歩道までの距離を越える場合に、前述したGPS信号の強度及びGPS衛星の配置を利用した初期位置決定方法を適用できる。このとき、道路中央線から歩道までの距離は道路の車線数に基づいて計算でき、道路の車線数は通常の地図データDBに格納されている。
以下、前述した本発明の実施形態によって歩行者の初期位置を決定するための制御の流れを、図5を参照して説明する。図5は、本発明の実施形態により歩行者の初期位置決定の過程を説明するためのフローチャートである。
まず、PNSは、段階S500においてGPS信号の強度を測定し、段階S505において測定されたGPS信号の強度が最小の信号の強度を示す閾値以上であるかを判断する。判断の結果、測定されたGPS信号の強度が閾値以上である場合に、PNSは、段階S510において閾値以上のGPS信号の強度を持つ当該GPS衛星を選択し、そのときに受信されるGPS衛星の総数をNとして設定する。すると、PNSは、段階S515において道路中央線を基準としてRegion1、Region2に領域を区分する。そして、PNSは、段階S520において平面上の真北を基準とした道路の角度Road_angleを算出し、段階S525において選択されたGPS衛星に対する方位角Sat_angleを算出する。その後、PNSは、段階S530において道路中央線を基準として区分された2領域の何れか一つでのGPS衛星の数を算出するために、それぞれのGPS衛星に対するSat_angleがRoad_angleとRoad_angle+180゜範囲に該当するかを判断する。このとき、前記何れか一つの領域は道路の角度を利用して決定されるが、その領域は道路に対する角度より大きくて、その道路に対する角度+180゜より小さい範囲に該当する領域である。
判断の結果、Road_angleとRoad_angle+180゜範囲に該当するSat_angleを持つGPS衛星に対しては、Region1に位置していると見なす。これにより、PNSは、段階S535においてRegion1でのGPS衛星の数を算出し、Region1で算出された衛星の数をN_region1として設定する。その後、PNSは、段階S540においてRegion2でのGPS衛星の数を算出するが、既に受信された衛星の総数がNとして設定されているため、N_region2でのGPS衛星の数は衛星の総数NからN_region1を引けばいい。このように、N_region1及びN_region2が求められると、PNSは、段階S545においてN_region1、N_region2の大きさを比較する。その後、PNSは、段階S550において比較結果に従う初期位置を決定する。詳しくは、N_region1、N_region2の比較結果により、何れか一つの領域でのGPS衛星の数が多い場合に、歩行者はそのGPS衛星の数が多い領域の反対側の歩道上に位置していると見なされる。このとき、GPS衛星の数が多いと判断される領域で受信されるGPS衛星の数は、最小3個以上でなければならない。
以上で説明した本発明は、本発明が属する技術分野における通常の知識を持った者において、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で多様に置換、変形及び変更が可能であるため、上述した実施形態及び添付図面により限定されるものではない。
従来のGPSの測位の誤差によってPNSの初期位置決定にエラーが発生する場合を説明するための図である。 本発明の実施形態によって歩行者ナビゲーションサービスを提供するためのシステムの構成図である。 本発明の実施形態によって高層ビルが位置した歩道上の歩行者のGPS信号の受信例を示す図である。 本発明の実施形態によって道路を基準として区分された領域でのGPS衛星の数の算出過程を説明するための図である。 本発明の実施形態によって歩行者の初期位置決定の過程を説明するためのフローチャートである。
符号の説明
200 PNS(歩行者ナビゲーション装置)
210,220,230,240 GPS衛星
250 基地局
260 経路案内提供サーバー

Claims (8)

  1. ナビゲーション装置の経路情報の開始点における初期位置決定方法において、
    閾値以上のGPS信号の強度で受信されるGPS(Global Positioning System)衛星の総数を算出するステップと、
    地図データDBに基づき、道路中央線を基準とした左右に少なくとも2領域に区分するステップと、
    前記算出されたGPS衛星の総数から前記2領域でのGPS衛星の数を算出するステップと、
    前記各領域でのGPS衛星の数を比較した結果に従い、前記ナビゲーション装置が前記2領域のどちらに位置するかを決定するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 記位置を決定するステップは、
    前記各領域でのGPS衛星の数を比較するステップと、
    前記比較の結果、大きい値を持つ領域の反対側に前記ナビゲーション装置が位置していることを決定するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記大きい値を持つ領域で算出されるGPS衛星の数は、少なくとも3個以上であること
    を特徴とする請求項2に記載の方法。
  4. 前記少なくとも2領域でのGPS衛星の数を算出するステップは、
    地図データDBに基づき、真北を基準として、道路に対する角度及びそれぞれのGPS衛星に対する方位角を算出するステップと、
    前記算出された道路に対する角度を利用して、それぞれの領域に対する範囲を決定するステップと、
    前記算出されたGPS衛星に対する方位角が、当該領域に対する範囲内に含まれるかを判断するステップと、
    仮に、当該GPS衛星に対して算出された方位角が、与えられた領域に対して当該領域の範囲内に含まれると、前記与えられた領域に位置したGPS衛星であると判断するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  5. 前記2領域の何れか一つは、前記道路に対する角度より大きく、前記道路に対する角度+180゜より小さい範囲に該当する領域であること
    を特徴とする請求項4に記載の方法。
  6. 前記範囲内に前記算出されたGPS衛星に対する方位角が含まれるかを判断するステップは、それぞれの当該GPS衛星に対する方位角が、道路に対する角度より大きくて、道路に対する角度+180゜より小さいかを判断するステップであること
    を特徴とする請求項4に記載の方法。
  7. HDOP(Horizontal Dilution Of Precision)を利用して前記位置の誤差を推定するステップと、
    前記推定した誤差値が、前記道路中央線から歩道までの距離を超過するかを判断するステップと、
    前記判断の結果、超過する場合に受信されるGPS信号の強度を測定するステップと、
    をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  8. 前記道路中央線から歩道までの距離は、地図データDBに格納された道路の車線数に基づいて計算されること
    を特徴とする請求項7に記載の方法。
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