JP4563708B2

JP4563708B2 - ナビゲーション装置、方法及びプログラム

Info

Publication number: JP4563708B2
Application number: JP2004094627A
Authority: JP
Inventors: 義之北村
Original assignee: Clarion Co Ltd
Current assignee: Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2024-03-29
Also published as: JP2005283211A

Description

本発明は、経路探索の端点となる最寄道路を適切に採択するナビゲーションの技術に関する。

近年普及のめざましいナビゲーションの技術は、予め用意された道路地図データをＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体から読み出したり携帯電話等の通信で取得して利用しながら、地図画面のカーソルや施設検索などで指定する目的地への経路を探索し、ＧＰＳ等で逐次検出する自車の位置、向き、前記経路を地図上に画面表示し、進行方向等の誘導案内を合成音声などで出力するものである。

この場合、前記目的地や自車位置等の出発地（以下「指定地点」と呼ぶ）は道路上とは限らず、経路探索での両端点となる最寄道路としては、出発地や目的地からの水平距離が最小の道路（実際には道路地図データを構成する道路区間リンク）を採択していた。
特開平８−１５９７９２

しかし、上記のような従来技術では、指定地点と最寄道路で地形上の高低差が大きかったり、最寄道路が高架部分なため乗り降りできない、などの具体的事情が平面的地図情報だけでは判別できず、採択され誘導案内される最寄道路と指定地点との間で必ずしも行き来できないという問題があった。

高さの点では、道路データが標高を伴う提案例もあるが、具体的位置座標との関連付けではなく上記課題とは無関係である。また、目的地の最寄道路には不適切として車両専用道路を最寄道路としての採択から除外する提案もあるが（例えば特許文献１）、現在地や出発地の具体的状況を考慮せず常時特定の制限をかけると、実情に即した利用を妨げ使い勝手に劣る難点があった。

本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するもので、その目的は、ナビゲーションの技術において、経路探索の端点となる最寄道路を適切に採択することである。

上記の目的を達成するため、本発明の一態様では（請求項１）、用意された道路地図データを用いて、目的地である指定地点に基づいて指定地点近傍から採択する最寄道路について経路を探索及び案内するナビゲーション装置において、前記道路地図データは、道路上の地点を含む各地点の標高情報を含み、前記標高情報を含む前記道路地図データに基づいて、前記指定地点から最も近い道路から順に、前記指定地点との標高差を計算し、その標高差が所定の基準値以内である場合に、前記経路の探索における前記最寄道路を採択する採択手段を備えることを特徴とする。本発明では、指定地点近くの道路の候補から、指定地点との標高差の小ささという地理的条件に基づいて経路探索の端点となる最寄道路を採択することにより、指定地点と実際に車両が確実に行き来できる適切な道路が経路の端点となる。また、前述の各装置において実行されるナビゲーション方法（請求項４）及びコンピュータを制御することによりナビゲーションを行うナビゲーションプログラム（請求項７）も本発明の一態様である。

本発明の他の態様では（請求項２，５，８）、さらに、与えられた前記指定地点について、前記道路地図データに前記標高情報が含まれない場合、その指定地点近傍の複数地点の前記標高情報から当該指定地点の標高を補間計算することを特徴とする。これらの態様では、さらに、道路地図データに標高情報がない指定地点についても標高情報がある登録地点の情報から補間計算することにより確実かつ広範囲に適用が可能となる。

本発明の他の態様では（請求項３，６，９）、さらに、前記補間計算において、補完しようとする指定地点を含む三角形を構成しそれぞれ前記道路地図データに前記標高情報が含まれる登録地点三点の水平位置座標及び標高情報に基づいて、３次元空間でそれら三点を通る面のパラメータを特定し、このパラメータ及び前記指定地点の水平位置座標から標高を補間計算することを特徴とする。これらの態様では、さらに、標高情報のある三点で特定される三角形のパラメータを使うことにより、単純なアルゴリズムで迅速に補間計算が完了する。

以上のように、本発明では、ナビゲーションの技術において、経路探索の端点となる最寄道路を適切に採択することが可能となる。

次に、本発明を実施するための最良の実施形態である車載用のナビゲーション装置（「本装置」と呼ぶ）について図面に沿って説明する。なお、本装置は、周辺回路及び周辺装置を備えたコンピュータをナビゲーションプログラムが制御することによって実現でき、装置だけでなく、方法、プログラムとしても把握できる。また、従来と共通の事柄は再言しない。

〔１．構成〕
まず、本装置の構成を図１に示す。すなわち、ＧＰＳを用いる絶対位置・方位検出部１と、ジャイロ等を用いる相対方位検出部２と、車速パルスをＣＰＵ用に処理する車速検出部３は、自車の位置、方位（向き）、速度などに関する航法データを提供するセンサ群である。また、メインＣＰＵ及びその周辺回路（「ＣＰＵ」と呼ぶ）４は、本装置全体を制御する手段で、メモリ群Ｍを利用する。メモリ群Ｍは、ＢＩＯＳや起動ルーチン等の基本的プログラムを格納したＲＯＭ５、プログラムエリアやワークエリア用のダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）６、電源オフの間メモリ内容をバックアップするスタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）７、表示部１０用のビデオＲＡＭ（ＶＲＡＭ）８を含む。

また、本装置は、地図やメニューなどの情報を表示する液晶パネル等の表示部１０と、ユーザが各種情報を入力するためのタッチパネル、リモコンユニット、スイッチパネルなどの入力部１１と、これら表示部１０及び入力部１１などとＣＰＵ４を結ぶユーザインターフェース部９と、を備える。また、ディスク制御部１２は、ハードディスクやＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体にデータベースなどの形で格納した道路地図データにアクセスする補助記憶装置である。

この道路地図データは、道路を含む各地点すなわち道路、周囲の宅地等の土地、周囲の建物や各種施設や構造物等について、種類、平面（水平）位置座標に加え、標高情報を含む。標高は、海抜などの絶対標高、或いは、局地的な所定基準グラウンドレベルとの相対標高の、一方又は双方であり、道路等の高架部分についての絶対標高又は相対標高も含む。他の道路地図データとは別個のものとして、標高に関するデータベースを構成する場合、最も単純には、［緯度、経度、標高データ］のセットを容量の限り記憶したものとなるが、標高情報は道路地図データと一体に構成してもよい。

また、スピーカ１３は誘導案内等の合成音声出力に用いるもので、光／電波ビーコン受信及び処理部１４とＦＭ多重放送受信及び処理部１５はそれぞれ、路側ビーコンからの信号及びＦＭ放送波からＶＩＣＳなどのデータを受信しＣＰＵ４用に処理提供する部分である。ＣＰＵ４は、前記プログラムにしたがって図１に示す各機能要素（符号４０〜４６）を実現するが、それら各機能要素は本装置の上記各ハードウェア部分を利用することにより、以下の機能作用を果たす手段、処理を実現、実行するものである。

〔２．作用及び効果〕
〔２−１．基本的ナビゲーション処理〕
まず、従来に準じた基本的ナビゲーション処理として、現在位置計算部４０は、センサ群（１〜３）からの航法データを得て自車位置を計算する。また、以下の処理はディスク制御部１２に読み出させる道路地図データに基づく。まず、目的地指定受付部４１は施設検索や地図上のカーソル指定などで入力部１１から目的地の指定を受け付け、経路探索部４２は、出発地又は目的地である指定地点に基づいて指定地点近傍から採択する最寄道路を端点として、目的地への最適な経路を双方向探索などのアルゴリズムで探索し設定する。描画部４４は、表示部１０に周辺地図とともに自車位置及び前記経路を逐次表示し、案内部４３は、経路に沿った進行方向等の誘導案内をスピーカ１３からの合成音声や画面表示などにより出力する。

〔２−２．最寄道路の採択〕
経路探索にあたっては、採択部４５が、標高情報を含む道路地図データに基づいて、指定地点近傍の各道路についてその指定地点との標高差を計算し、その小ささに基づいて前記経路の探索における前記最寄道路を採択する。このように、指定地点近くの道路の候補から、指定地点との標高差の小ささという地理的条件に基づいて経路探索の端点となる最寄道路を採択することにより、指定地点と実際に車両が確実に行き来できる適切な道路が経路の端点となる。

〔２−３．採択の具体的基準〕
標高の小ささに基づいて最寄道路を採択するさらに具体的な基準は自由であるが、例えば、図２のフローチャートに示すように、まず目的地側の最寄道路を特定する場合、目的地付近の各道路までの目的地からの距離を各水平位置座標（地点座標）によって求め（ステップ１）、また、各道路の地点座標（２次元データ）から、標高に関するデータベースを検索し、各該当位置の標高データを取得する（ステップ２）。

ここで、各道路は道路地図データの中で、ある程度の長さを持つ道路区間ごとのデータである道路リンクを単位に区別されるが、最寄道路の候補道路としての位置座標（地点座標）の基準ポイント（最寄ポイント）としては、例えば、目的地などの指定地点からその候補道路に下ろした垂線が候補道路につく位置が望ましい。

そして、指定地点である目的地から最も近い順に候補道路を順次選択し、すなわち、目的地に最も近い最寄ポイントから順に、目的地との標高差を求め（ステップ３）、選択した候補道路の最寄ポイントとその指定地点（目的地）との標高差が所定基準（例えば○メートルなどの一定値）内の場合に（ステップ４）その候補道路を目的地の最寄道路として採択する（ステップ５）。このように、候補道路を近い順に確認していき標高差が○メートル以内、といった基準内のものを最寄道路として選択することにより、不規則な地形でも指定地点から距離的に近い最寄道路が採択されやすく指定地点との行き来が容易になる。

続いて、出発地である自車位置側の最寄道路採択も同様に行ったうえ（ステップ６）両側の最寄道路を両端点として、従来と同様の経路探索を行うが（ステップ７）、目的地と出発地のどちらについて先に最寄道路を採択するかは自由である。

〔２−４．実例〕
ここで、本実施形態における最寄道路採択の実例を示す。例えば、図３のような水平配置のとき、目的地から最寄の道路までの距離を求めると、国道までは１０ｍ、一般道までは２０ｍとなり、距離は国道が近い。ところが実際は、図３に示した部分の国道は、図４に破線で示すように高架で、目的地と車両で行き来することは不可能である。

この場合、採択部４５が、構造物を含めた標高データを検索し、各地点、構造物の標高データを求めると、目的地の標高は２５．０ｍに対し、距離が遠い方の最寄の一般道は２５．２ｍで標高差はわずか０．２ｍにとどまるのに対し、距離が近いはずの最寄の国道は２９．５ｍで実に４．５ｍもの標高差がある。これらから、距離が近い国道は最寄道路として不適切であり、採択部４５は、２番目に近い一般道を目的地側の最寄道路として採択することとなる。

〔２−５．補間計算〕
また、補間計算部４６は、与えられた指定地点について、道路地図データに標高情報が含まれない場合、その指定地点近傍の複数地点の標高情報から当該指定地点の標高を補間計算する。このように、道路地図データに標高情報がない指定地点についても標高情報がある登録地点の情報から補間計算することにより確実かつ広範囲に適用が可能となる。

したがって、道路上を含めた任意の対象地点の標高は、次の二つの手法を使い分けるか組み合わせて得ることとなる。一つには、指定地点や最寄ポイントが構造物（例えば、平場道路、高架道路、橋梁等）上に位置している場合は、その構造物のデータ内に含まれる標高情報をそのまま用いることができる。このように直接には標高が得られない指定地点や最寄ポイントについては、標高のわかっている地点に基づく補完計算により求める。すなわち、図５に示すように、標高データで標高のわかっている地点を頂点とする三次元三角形の組み合わせで一定の領域内の地表面形状を表現すれば、その領域内なら任意の場所の標高を、その場所を含む三次元三角形の三頂点座標の標高から補間計算で得られる。

ここで、三次元座標を（ｘ，ｙ，ｚ）のように表し、例えば（０，１０，２）は座標（０，１０）の地点は標高「２」、同様に（３，７，６）は座標（３，７）の地点は標高「６」が予め登録されていることを表すとする。この場合、これら二点のように標高を含む三次元座標情報が予め登録されている登録地点についてはその標高をそのまま用いればよいが、登録地点間のように標高情報が登録されていない地点については、近くの登録地点の標高情報からその地点の標高を補完計算により求める必要がある。

例えば、図６のｘ−ｙ平面に例示するように、登録地点イ（０，６）は標高「６」、登録地点ロ（１０，０）は標高「０」のとき、地点イ，ロの中間地点ハ（５，３）の標高ｚは地点イ，ロの情報に基づく計算で「３」と推測できる。この考え方を３次元空間に適用すれば、標高が未知の任意の地点について、登録情報に基づき標高の算出が可能となる。

〔２−６．補間計算の具体例〕
上記のような補間計算を、補完しようとする指定地点を含む個々の三角形において行うさらに具体的な例としては、それぞれ道路地図データに標高情報が含まれる登録地点三点を三角形の各頂点とし、それら三点の水平位置座標及び標高情報に基づいて、３次元空間でそれら三点を通る面のパラメータを特定し、このパラメータ及び指定地点の水平位置座標から標高を補間計算する。このように、標高情報のある三点で特定される三角形のパラメータを使うことにより、単純なアルゴリズムで迅速に補間計算が完了する。

これらに必要な計算処理の実装アルゴリズムは知られたものから自由に選択可能で本発明の本質ではないので、以下に手法の一例のみ示す。この例では、三頂点から連立方程式の解法で特定される３次元ｘ−ｙ−ｚ空間における平面の方程式を変形することにより、標高ｚの計算式

ｚ＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃ

を得る。図６の例ではこのパラメータはａ＝０，ｂ＝１，ｃ＝０すなわち、

ｚ＝０ｘ＋１ｙ＋０

であり、これに地点ハ（５，３）のｘ＝５，ｙ＝３をあてはめれば

ｚ＝０×５＋１×３＋０
＝０＋３
＝３ …標高

となる。

類例として仮に、図６の原点が標高「３」の点ニ（０，０，３）の場合、三元連立一次方程式の変形

０ａ＋６ｂ＋ｃ＝６ …点イ
１０ａ＋０ｂ＋ｃ＝０ …点ロ
０ａ＋０ｂ＋ｃ＝３ …点ニ

と表すことができ、解は

ａ＝−０．３
ｂ＝０．５
ｃ＝３

となるから、面の方程式を変形して標高ｚの計算式を得ると

ｚ＝−０．３ｘ＋０．５ｙ＋３

となる。

〔３．他の実施形態〕
なお、本発明は上記実施形態には限定されず、以下に例示するような他の実施形態も含む。例えば、最寄道路の採択は、出発地や目的だけでなく、中継地点や立寄り地点にも適用可能である。

また、標高の小ささに基づいて最寄道路を採択する前記所定基準の他の例として、指定地点と候補道路について、その標高差を水平距離で除した勾配率を用いてもよい。このように、標高差の絶対量ではなく勾配率を基準にすることにより、所定地点と道路が遠くても円滑に最寄道路が採択される。

さらに、指定地点から所定水平距離内の候補道路のうち標高差又は勾配率が最小のものを採択するようにしてもよい。このように、所定距離内という有限な候補から標高差や勾配率が最小という単純な基準で最寄道路を選ぶことにより、実装容易となり処理も迅速化される。

本発明の実施形態の構成を示す機能ブロック図。本発明の実施形態における処理手順の一例を示すフローチャート。本発明の実施形態における水平的な道路配置を例示する概念図。本発明の実施形態における実際の道路配置を例示する概念図。本発明の実施形態において、三角形を組合せで地形を表現する例を示す図。本発明の実施形態における補間計算を示す概念図。

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
Ｍ…メモリ
５…ＲＯＭ
６…ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）
７…スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）
８…ビデオＲＡＭ（ＶＲＡＭ）
９…ユーザインターフェイス
１０…表示部
１１…入力部
１２…ＣＤ−ＲＯＭ制御部
１３…スピーカ
１４…光／電波ビーコン受信及び処理部
１５…ＦＭ多重放送受信及び処理部
４１…目的地指定受付部
４２…経路探索部
４３…案内部
４４…描画部
４５…採択部
４６…補間計算部

Claims

用意された道路地図データを用いて、目的地である指定地点に基づいて指定地点近傍から採択する最寄道路について経路を探索及び案内するナビゲーション装置において、
前記道路地図データは、道路上の地点を含む各地点の標高情報を含み、
前記標高情報を含む前記道路地図データに基づいて、前記指定地点から最も近い道路から順に、前記指定地点との標高差を計算し、
その標高差が所定の基準値以内である場合に、前記経路の探索における前記最寄道路を採択する採択手段を備えることを特徴とするナビゲーション装置。
与えられた前記指定地点について、前記道路地図データに前記標高情報が含まれない場合、その指定地点近傍の複数地点の前記標高情報から当該指定地点の標高を補間計算する補間手段を備えることをことを特徴とする請求項１記載のナビゲーション装置。
前記補間手段は、補完しようとする指定地点を含む三角形を構成しそれぞれ前記道路地図データに前記標高情報が含まれる登録地点三点の水平位置座標及び標高情報に基づいて、３次元空間でそれら三点を通る面のパラメータを特定し、このパラメータ及び前記指定地点の水平位置座標から標高を補間計算することを特徴とする請求項２記載のナビゲーション装置。
用意された道路地図データを用いて、目的地である指定地点に基づいて指定地点近傍から採択する最寄道路について経路を探索及び案内するナビゲーション装置を用いたナビゲーション方法において、
前記道路地図データは、道路上の地点を含む各地点の標高情報を含み、
前記標高情報を含む前記道路地図データに基づいて、前記ナビゲーション装置が前記指定地点から最も近い道路から順に、前記指定地点との標高差を計算するステップと、
その標高差が所定の基準値以内である場合に、前記ナビゲーション装置が前記経路の探索における前記最寄道路として採択するステップとを備えることを特徴とするナビゲーション方法。
前記ナビゲーション装置は、与えられた前記指定地点について、前記道路地図データに前記標高情報が含まれない場合、その指定地点近傍の複数地点の前記標高情報から当該指定地点の標高を補間計算するステップとを備えることを特徴とする請求項４記載のナビゲーション方法。
前記標高を補間計算するステップは、補完しようとする指定地点を含む三角形を構成しそれぞれ前記道路地図データに前記標高情報が含まれる登録地点三点の水平位置座標及び標高情報に基づいて、３次元空間でそれら三点を通る面のパラメータを特定し、このパラメータ及び前記指定地点の水平位置座標から標高を補間計算するステップであることを特徴とする請求項５記載のナビゲーション方法。
コンピュータを制御することにより、用意された道路地図データを用いて、目的地である指定地点に基づいて指定地点近傍から採択する最寄道路について経路を探索及び案内するナビゲーションプログラムにおいて、
前記道路地図データは、道路上の地点を含む各地点の標高情報を含み、
そのプログラムは前記コンピュータに、
前記標高情報を含む前記道路地図データに基づいて、前記指定地点から最も近い道路から順に、前記指定地点との標高差を計算させ、
その標高差が所定の基準値以内である場合に、前記経路の探索における前記最寄道路として採択処理を実行させることを特徴とするナビゲーションプログラム。
与えられた前記指定地点について、前記道路地図データに前記標高情報が含まれない場合、その指定地点近傍の複数地点の前記標高情報から当該指定地点の標高を補間計算する補間処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項７記載のナビゲーションプログラム。
前記補間処理において前記コンピュータに、補完しようとする指定地点を含む三角形を構成しそれぞれ前記道路地図データに前記標高情報が含まれる登録地点三点の水平位置座標及び標高情報に基づいて、３次元空間でそれら三点を通る面のパラメータを特定させ、このパラメータ及び前記指定地点の水平位置座標から標高を補間計算させることを特徴とする請求項８記載のナビゲーションプログラム。