JP4312093B2 - ナビゲーション装置、ナビゲーション方法及びナビゲーションプログラム - Google Patents

Description

本発明は、車速の検出精度を向上させることにより、地図上に表示される自車位置の精度を向上させるべく改良を施したナビゲーションの技術すなわちナビゲーション装置、方法及びナビゲーションプログラムに関するものである。

近年、自動車の一般化と情報処理技術の発達に伴い、車載用に代表されるナビゲーション装置が急速に普及している。このナビゲーション装置は、地磁気センサ、車速センサ及びＧＰＳセンサ等により逐次検出する自車の現在位置（緯度、経度等）を、ＤＶＤやＨＤＤ等に格納された道路地図データを用いて、表示装置の画面上に表示するとともに、道路地図データに含まれる経路データに基づいて、現在位置から指定された目的地への最適な誘導経路を計算して、特定の表示や音声合成などで誘導案内するものである。

このようなナビゲーション装置は、一般に、図４に示すように構成されており、ＧＰＳ受信機によって自車位置を測定する他律航法と、各種センサの検出値に基づいて自車位置を算出する自律航法とを組み合わせることによって、地図上のマップマッチングを展開して自車位置を表示している。

すなわち、絶対位置・方位検出部１は、該ナビゲーション装置が搭載された自動車（自車と呼ぶ）の現在位置すなわち自車位置について、地表での絶対的な位置座標や方位を計算するために、例えば、ＧＰＳ衛星から送られてくるＧＰＳ電波をアンテナやレシーバなどで受信するための部分である。相対方位検出部２は、ジャイロなどを使って自車の相対的な方位を検出するための部分である。また、車速検出部３は、自動車より得られる車速パルスを処理することで自車の速度を計算する部分である。

また、メインＣＰＵ及びその周辺回路４は、該ナビゲーション装置全体を制御する制御回路の役割を果たす部分である。また、メモリ群Ｍは、該ナビゲーション装置の動作に必要な各種のメモリであり、例えば、プログラム格納用のＲＯＭ５は本装置の起動時にメインＣＰＵによりアクセスされる。また、ワークエリアなどを提供するダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）６には、メインプログラムがロードされる。

また、ＳＲＡＭ（スタティックＲＡＭ）７は、現在位置、目的地、経路等の各種設定や道路地図データに含まれる情報等を取得し、記憶する記憶手段であり、表示用のＶＲＡＭ（ビデオＲＡＭ）８は、表示部１０に表示すべき画像のビットマップデータを格納する手段である。

また、表示部１０は、地図、操作メニュー、検索リスト及び地点情報など各種の情報を、図示しない液晶表示画面に表示する部分である。音声出力手段により、合成音声による案内と併用させることもできる。また、入力部１１は、ユーザがスイッチなどから命令などの情報を入力するための部分であり、ユーザインタフェース部９は、Ｉ／Ｏ制御回路やデバイスドライバなどを使って、表示部１０及び入力部１１と、メインＣＰＵ及びその周辺回路４とを結ぶユーザインタフェースである。

また、ＨＤＤ制御部１２は、ハードディスク（大容量記憶装置）に記録されたナビゲーションプログラムなど各種データをデータベースから読み出す手段である。また、ＦＭ多重受信及び処理部１３は、ＦＭ放送波を受信し、この放送波からＶＩＣＳサービスの交通情報など所望のデータを取り出す処理を行う部分であり、交通情報は渋滞情報を含む。また、光／電波ビーコン受信及び処理部１４は、路肩などに設置された光ビーコンや電波ビーコンから、各ビーコンの識別情報やＶＩＣＳサービスの交通情報などの情報を受信及び処理する部分である。

さらに、上記メインＣＰＵ及びその周辺回路４は、図４に示す下記の各部分としての役割を実現するように構成されている。すなわち、現在位置検出部４０は、自車位置を逐次計算するための手段であり、具体的には、ＧＰＳ航法測位と自律航法測位とを組み合わせることで自車位置を計算するように構成される。

ここで、ＧＰＳ航法測位は、人工衛星からの電波に基づいて絶対位置・方位検出部１で得られる情報を使って現在位置を計算するものである。また、自律航法測位は、地磁気及び自車の速度に基づいて相対方位検出部２及び車速検出部３から得られる情報を使って現在位置を計算するものである。

また、目的地指定部４１は、前記道路地図データを記録したデータベースからの施設検索や地図上でのカーソル指定などにより、目的地の指定すなわち入力を受け付ける手段である。経路設定部４２は、現在位置検出部４０により検出される現在位置から、目的地指定部４１により指定された目的地に到達するまでの経路を、道路地図データに基づいて計算し、結果として得られた経路を設定する手段である。

また、地図表示部４３は、算出された自車位置、経路及び道路地図データに基づいて、自車位置周辺の地図あるいは広域表示した地図を、表示部１０に三次元表示又は他の態様で表示する手段である。

案内制御部４４は、経路のうち表示する部分や点滅強調などの要素を決めたり、合成音声の併用などにより誘導案内を制御する手段である。すなわち、現在位置検出部４０と、経路設定部４２と、地図表示部４３と、案内制御部４４とは、ＨＤＤ制御部１２から読み出される道路地図データに基づいて、指定された目的地までの経路を探索及び誘導案内するナビゲーション手段を構成している。

また、本出願人が別途出願した特許文献１には、ナビゲーションシステムにおけるデッドレコニング測位解の補正に関する技術が示されている。
特開２００２−２１３９７９号公報

しかしながら、上記のような従来のナビゲーション装置においては、以下に述べるような理由から、自車位置が正しく表示されない場合があった。
すなわち、ＧＰＳ受信機は、ビルの密集地、高速道路の下などでは衛星からの電波を受信しづらくなり、そのために測位精度に劣化が生ずる。さらには、トンネルの中では電波を受信できないため測位ができないという問題点があった。

また、高速道路・有料道路の走行時においては、走行車両の速度が速いため、実際の自車位置に対して測位結果の表示位置が遅れる状態が生じていた。さらに、車速センサにおいては、路面状態やタイヤの状態に応じて車速パルス出力にばらつきが生じるため、車速に対する距離特性精度が低下するといった問題点があった。

このような原因による自車位置のずれ（ここでいう“ずれ”は、地図に対する“ずれ”）は、ある程度のずれであれば、地図へ自車位置を位置づけるマップマッチングにより地図上の正しい位置へ収束させられ、その結果、問題のない表示となる。

ところが、一般道路を走行している状況においては、マップマッチングの対象となるリンクノード点としては、例えば交差点等が用いられるが、高速道路を走行している状況においては、マップマッチングの対象となるリンクノード点としては、パーキングエリアやインターチェンジが用いられるため、一般道路に比べてリンクノード点が少なくなる。その結果、マップマッチング処理の精度が低下することがあった。

例えば、図５に示すように、高速道路を走行している場合や、ビルの密集地を走行している場合に、上記の問題点に起因して、実際の自車位置（図中、道路上の○位置）が表示上ではかなりずれた位置（図中、道路上の△位置）にマップマッチングされることがしばしば見受けられる。このように、自車位置が間違って地図上に表示されることで、使用者に種々の不具合を与えることとなっていた。なお、このような問題点は、一般道路を走行している場合においても起こり得ることは言うまでもない。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、車体本体に取り付けたカメラによって得られる情報に基づいて、車速センサによる車速誤差を補正して、精度の高い自律航法（デッドレコニング）による自車位置の算出及び表示を可能とした有用性の高いナビゲーションの技術すなわちナビゲーション装置、方法及びプログラムを提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１に記載のナビゲーション装置は、少なくとも車速パルスを用いたデッドレコニング測位機能とＧＰＳを用いた衛星測位機能を有するナビゲーション装置であって、該ナビゲーション装置を搭載した移動体の現在位置を、コンピュータ又は電子回路を用いて、予め備える道路地図データに基づいて表示するナビゲーション装置において、記移動体には、所定の位置に撮影手段が取り付けられ、前記移動体の車速を検出する車速検出部が、所定の車速センサより得られるデータから前記移動体の車速を計算する第１の車速検出部と、前記撮影手段から得られる走行距離確認用の被写体についての画像データを処理する画像データ処理部と、この画像データ処理部によって得られたデータから前記移動体の車速を算出する車速算出部とからなる第２の車速検出部と、前記第１の車速検出部によって求められた車速を、前記第２の車速検出部によって求められた車速に補正する車速補正部と、を備え、前記走行距離確認用の被写体が、道路近傍に設けられた距離確認用部材であり、前記画像データ処理部における処理が、計測対象となった最初の距離確認用部材から最後の距離確認用部材までの走行距離と、その間を走行するのに要した時間を計測するものであることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明を方法の観点から捉えたものであり、少なくとも車速パルスを用いたデッドレコニング測位機能とＧＰＳを用いた衛星測位機能を用いるナビゲーション方法であって、所定の位置に撮影手段が取り付けられた移動体の現在位置を、コンピュータ又は電子回路を用いて、予め備える道路地図データに基づいて表示するナビゲーション方法において、前記移動体の車速を検出する車速検出ステップが、所定の車速センサより得られるデータから前記移動体の車速を計算する第１の車速検出ステップと、前記撮影手段から得られる走行距離確認用の被写体についての画像データを処理するステップと、この画像データ処理によって得られたデータから前記移動体の車速を算出するステップとを含む第２の車速検出ステップと、前記第１の車速検出ステップにおいて求められた車速を、前記第２の車速検出ステップにおいて求められた車速に補正するステップと、を含み、前記走行距離確認用の被写体が、道路近傍に設けられた距離確認用部材であり、前記画像データの処理が、計測対象となった最初の距離確認用部材から最後の距離確認用部材までの走行距離と、その間を走行するのに要した時間を計測するものであることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１及び請求項２に記載の発明をコンピュータプログラムの観点から捉えたものであり、所定の位置に撮影手段が取り付けられた移動体の現在位置を、コンピュータを制御することにより、予め備える道路地図データに基づいて表示させるナビゲーションプログラムにおいて、前記コンピュータに、所定の車速センサより得られるデータから前記移動体についての第１の車速を計算させると共に、前記撮影手段から得られる走行距離確認用の被写体についての画像データを処理させ、この画像データ処理によって得られたデータから前記移動体についての第２の車速を算出させ、前記第１の車速を、前記第２の車速に補正させるものであり、前記走行距離確認用の被写体が、道路近傍に設けられた距離確認用部材であり、前記画像データの処理が、計測対象となった最初の距離確認用部材から最後の距離確認用部材までの走行距離と、その間を走行するのに要した時間を計測するものであることを特徴とする。

以上のような態様では、走行距離確認用の被写体として、道路近傍に設けられた距離確認用部材を用いて、より精度の高い車速を検出することができる。

以上のような本発明によれば、車体本体に取り付けたカメラによって得られる情報に基づいて、車速センサによる車速誤差を補正して、精度の高い自律航法（デッドレコニング）による自車位置の算出及び表示を可能とした有用性の高いナビゲーションの技術すなわちナビゲーション装置、方法及びプログラムを提供することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」と呼ぶ）について図面を参照して具体的に説明する。なお、本実施形態は、周辺装置を備えたコンピュータをプログラムで制御することで実現できるが、この場合のハードウェアやプログラムの実現態様は各種変更可能である。また、本発明は、ナビゲーション装置及び方法に加え、上記のようなプログラム、そのようなプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記憶媒体としても把握できる。従って、以下の説明では、本発明及び本実施形態の各機能を実現する仮想的回路ブロックを用いる。

〔１．構成〕
本発明は、図４に示した従来のナビゲーション装置における車速検出部の構成に改良を施したものであって、図１に示したように構成されている。なお、その他の構成は図４に示した従来型と同様であるので、説明は省略する。

すなわち、車速検出部３０は、自動車本体より得られる車速パルスを処理することで自車の速度を計算する第１の車速検出部３１と、自車の所定の位置に取り付けられたカメラＣから得られる画像データを処理する画像データ処理部３２１と、この画像データ処理部３２１によって得られたデータ、例えば、白線部の両端を自車が通過する時間、あるいはその平均値と白線部の長さから車速を算出する車速算出部３２２とからなる第２の車速検出部３２と、前記第１の車速検出部３１によって求められた車速を、前記第２の車速検出部３２によって求められた車速に補正する車速補正部３３とから構成されている。

なお、本実施形態においては、走行距離確認用の被写体として、道路上に設けられた白線部あるいは走行距離確認用看板等を用い、車両前方に設置されたカメラＣによってそれらを撮影し、その部分を通過する時間を計測することにより、車速を求めることができるように構成されている。なお、カメラの設置場所は、走行距離確認用被写体を捉えることができる位置であれば、特に限定されるものではない。

すなわち、図２に示すように、高速道路または有料道路等において、片側２車線もしくはそれ以上の車線がある場合に、道路中央あるいは隣接する車線の間に、それらの境界を示すセンターラインが設置されている。通常、このようなセンターラインには、所定の長さの白線部と無白線部が交互に設けられている。なお、この白線部と無白線部の長さは規格に基づいて決められており、例えば、有料道路では白線部の長さは１２メートル、無白線部の長さは８メートルと決められている。

このようなセンターラインが設置されている道路を走行している場合に、車両前方に設置されたカメラＣによって、その視野内に入る映像よりセンターラインの白線部が検知されたとき、第２の車速検出部３２に設けられた画像データ処理部３２１がその画像データを取得し、白線部の両端を検出すると共に、車両がその両端を通過する時間Ｔａを計測する。1本の白線のみでは計算精度が低いため、所定本数（ｎ回数）計測してその平均時間、Ｔａ ａｖｅ＝（Ｔａ１＋Ｔａ２＋Ｔａ３＋…＋Ｔａｎ）／ｎを算出する。続いて、車速算出部３２２において、前記算出された平均時間と白線部の長さより車速を算出する。

なお、短い距離を走行した程度では、従来と同様の方法で車速を測定する第１の車速検出部３１による車速誤差は、自車の現在位置を地図上に表示するに際しては大きな影響を及ぼすには至らず、また頻繁に行う補正処理は、他の処理（例えば、画面への地図描画等）のパフォーマンス低下にもつながるため、第１の車速検出部３１から得られる車速を補正する処理は、任意に設定された所定の距離を走行するたびに行うように構成されている。

また、計測時において、急激な車両速度の変化が生じた場合には、そのデータは無効とする。これにより、車速センサ等の検出値に基づいて算出された車速に誤差が生じた場合でも、適宜に車速の補正が実施されるので、デッドレコニングによる自車位置の誤差を低減することが可能となる。

また、上述したように、走行距離確認用の被写体として白線部を用いることができるだけでなく、道路近傍に設けられている距離確認用看板を用いることもできる。例えば、片側１車線の道路等、センターラインが白線／無白線となっていない場所においては、上記の手段が採用できない。従って、その場合には、道路側部等に設けられた距離確認用看板をカメラによって捕捉しても良い。

なお、この場合、距離確認用看板は、センターラインの白線とは異なり、ある程度の距離毎にしか設置されていないため、この看板による車速が検出された場合には、直ちに補正処理が実行されるように構成されている。

〔２．作用〕
以上のような構成を有する本実施形態のナビゲーション装置における車速検出部３０の処理の詳細を、図３のフローチャートを参照して説明する。
まず、上記のような白線部／無白線部とからなるセンターライン、あるいは距離確認用の看板が設置されている道路を走行している場合に、車両前方に設置されたカメラＣによって、その視野内に入る映像よりセンターラインの白線部、あるいは距離確認用の看板のいずれかが検知されたとき、第２の車速検出部３２に設けられた画像データ処理部３２１がその画像データを取得する（ステップ３０１）。そして、ステップ３０２において、検知されたものが白線であるか、距離確認用看板であるかが判断され、白線が検知された場合にはステップ３０３に進み、距離確認用看板が検知された場合にはステップ３１０に進む。

続いて、検知されたのが白線部か、無白線部かが判断される（ステップ３０３）。そして、検知されたのが白線部の場合、その白線部の両端を検出すると共に、車両がその両端を通過する時間Ｔａを計測し（ステップ３０４）、その計測結果を記憶する（ステップ３０５）。

次に、所定回数計測したか否かが判断され（ステップ３０６）、未だ所定回数に達していない場合には、ステップ３０３に戻り、ステップ３０３〜ステップ３０６の処理を繰り返す。一方、所定回数（ｎ回数）計測した場合には、ステップ３０７に進み、記憶されたｎ回数分のデータから平均時間を算出する。すなわち、Ｔａ ａｖｅ＝（Ｔａ１＋Ｔａ２＋Ｔａ３＋…＋Ｔａｎ）／ｎを算出する。そして、この平均時間と白線部の長さより車速を算出し（ステップ３０８）、第１の車速検出部３１から得られる車速を補正する（ステップ３０９）。

また、ステップ３０２において、検知されたのが距離確認用の看板である場合には、距離確認用看板に描かれている文字を認識・記憶して、計測対象となった最初の距離確認用看板から最後の距離確認用看板までの走行距離と、その間を走行するのに要した時間を測定し（ステップ３１０）、計測結果を記憶して（ステップ３１１）、その後は上記ステップ３０８に戻り、ステップ３０９の処理を行う。

〔３．効果〕
以上のような本実施形態によれば、第１の車速検出部３１によって、車速センサ等の検出値に基づいて算出された車速に誤差が生じた場合でも、第２の車速検出部３２によって求められたより精度の高い車速に基づいて、適宜に車速の補正が実施されるので、デッドレコニングによる自車位置の誤差を低減することが可能となる。

〔４．他の実施形態〕
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、第２の車速検出部３２における車速算出の対象となる走行距離確認用の被写体としては、距離（長さ）が固定的に明白な設置物等があれば、それをターゲットとして捕捉しても良い。

また、本発明は、車内にナビゲーション用のデータを置く、いわゆるオンボード型ではなく、無線通信ネットワークを介して最新のデータの提供を受けることができる、いわゆるオフボード型のナビゲーションシステムにも適用可能である。この場合、通信ネットワークを介して接続される車外のサーバ等が、上記の処理の全部若しくは一部を行うことができ、処理結果を車内のコンピュータが取得することにより、車内における処理負担を軽減させることができる。なお、本発明は、車載用には限定されず、他の移動手段や携帯用のナビゲーションにも適用可能である。

本発明に係るナビゲーション装置の構成を示す機能ブロック図。 車体に取り付けられたカメラによる撮像状態を示す図。 本発明に係るナビゲーション装置における処理の手順を示すフローチャート。 従来のナビゲーション装置の構成を示す機能ブロック図。 従来のナビゲーション装置において、実際の自車位置と表示上の自車位置に“ずれ”が生じた状況を示す図。

符号の説明

１…絶対位置・方位検出部
２…相対方位検出部
３…車速検出部
４…メインＣＰＵ及びその周辺回路
５…ＲＯＭ
６…ＤＲＡＭ
７…ＳＲＡＭ
８…ＶＲＡＭ
９…ユーザインタフェース部
１０…表示部
１１…入力部
１２…ＨＤＤ制御部
１３…ＦＭ多重受信及び処理部
１４…光／電波ビーコン受信及び処理部
３０…車速検出部
３１…第１の車速検出部
３２…第２の車速検出部
３２１…画像データ処理部
３２２…車速算出部
３３…車速補正部
４０…現在位置検出部
４１…目的地指定部
４２…経路設定部
４３…地図表示部
４４…案内制御部
Ｍ…メモリ群

Claims (3)

1. 少なくとも車速パルスを用いたデッドレコニング測位機能とＧＰＳを用いた衛星測位機能を有するナビゲーション装置であって、
   該ナビゲーション装置を搭載した移動体の現在位置を、コンピュータ又は電子回路を用いて、予め備える道路地図データに基づいて表示するナビゲーション装置において、
   前記移動体には、所定の位置に撮影手段が取り付けられ、
   前記移動体の車速を検出する車速検出部が、
   所定の車速センサより得られるデータから前記移動体の車速を計算する第１の車速検出部と、
   前記撮影手段から得られる走行距離確認用の被写体についての画像データを処理する画像データ処理部と、この画像データ処理部によって得られたデータから前記移動体の車速を算出する車速算出部とからなる第２の車速検出部と、
   前記第１の車速検出部によって求められた車速を、前記第２の車速検出部によって求められた車速に補正する車速補正部と、を備え、
   前記走行距離確認用の被写体が、道路近傍に設けられた距離確認用部材であり、
   前記画像データ処理部における処理が、計測対象となった最初の距離確認用部材から最後の距離確認用部材までの走行距離と、その間を走行するのに要した時間を計測するものであることを特徴とするナビゲーション装置。
2. 少なくとも車速パルスを用いたデッドレコニング測位機能とＧＰＳを用いた衛星測位機能を用いるナビゲーション方法であって、
   所定の位置に撮影手段が取り付けられた移動体の現在位置を、コンピュータ又は電子回路を用いて、予め備える道路地図データに基づいて表示するナビゲーション方法において、
   前記移動体の車速を検出する車速検出ステップが、
   所定の車速センサより得られるデータから前記移動体の車速を計算する第１の車速検出ステップと、
   前記撮影手段から得られる走行距離確認用の被写体についての画像データを処理するステップと、この画像データ処理によって得られたデータから前記移動体の車速を算出するステップとを含む第２の車速検出ステップと、
   前記第１の車速検出ステップにおいて求められた車速を、前記第２の車速検出ステップにおいて求められた車速に補正するステップと、を含み、
   前記走行距離確認用の被写体が、道路近傍に設けられた距離確認用部材であり、
   前記画像データの処理が、計測対象となった最初の距離確認用部材から最後の距離確認用部材までの走行距離と、その間を走行するのに要した時間を計測するものであることを特徴とするナビゲーション方法。
3. 所定の位置に撮影手段が取り付けられた移動体の現在位置を、コンピュータを制御することにより、予め備える道路地図データに基づいて表示させるナビゲーションプログラムにおいて、
   前記コンピュータに、
   所定の車速センサより得られるデータから前記移動体についての第１の車速を計算させると共に、
   前記撮影手段から得られる走行距離確認用の被写体についての画像データを処理させ、この画像データ処理によって得られたデータから前記移動体についての第２の車速を算出させ、
   前記第１の車速を、前記第２の車速に補正させるものであり、
   前記走行距離確認用の被写体が、道路近傍に設けられた距離確認用部材であり、
   前記画像データの処理が、計測対象となった最初の距離確認用部材から最後の距離確認用部材までの走行距離と、その間を走行するのに要した時間を計測するものであることを特徴とするナビゲーションプログラム。

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