JP4606445B2 - マップマッチング方法とそれを実施する装置 - Google Patents
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Description
しかし、道路網に定義したリンク番号は、道路の新設や変更等に伴って新しい番号に付け替える必要があり、それに応じて、各社で制作したデジタル地図データも更新しなければならないため、リンク番号で道路位置を特定する方式は、メンテナンスに多大な社会的コストが掛かることになる。
(b))または偏角統計予測値差分Δθj(図16(c))(ノードの偏角θjをそれ以前のノードの偏角(θj-1、θj-2・・)を用いて予測した予測値と、実際の偏角θjとの差
分)で表わし、これを可変長符号化して、受信側に、その符号化データと、始端の緯度・経度データとを送信する。受信側は、符号化されたデータを復号化して各ノードの位置データを復元し、マップマッチングを行って道路区間を特定する。
(1)図17(a)に示すように、デジタル地図上で、GPS受信機によって位置が与えられた点WP(ウエイポイント)の周辺のリンクを探索し、1番目のWP1を中心とするAメートル(250m程度)四方の中で車両の進行方位との差が±B°(例えば45°程度)以内の方位を持つリンクを検出し、このリンクを候補点(×印)に設定する。候補点のリンク数(n)は5〜8個程度とする。図17(b)では、WP1の候補点を1−1、1−2、1−3としている。
(3)この処理を最後のWPに達するまで繰り返す。
(4)各々の候補点間を道路リンクに沿って接続し、形状パターンを作成する。候補点間が道路に沿って接続しないケース(例えば、WP3の候補点3−3、3−2は、次のWP4の候補点と道路に沿って接続することができない)では、形状パターンを作成しない。(5)各々の形状パターンと、WP1、WP2、‥の形状とを比較し、最も似通った形状パターン、即ち、距離が近く、標準偏差等によって評価したWP1、WP2、‥の形状とのばらつきが小さいものを一つ選出する。
せとなるため、ノード数(=WP数)が多いと、処理量が膨大になり、長い処理時間が掛かることになる。また、対象道路の距離が長いと、地図データを展開するために多くのメモリ量を持つワークメモリが必要になる。
そのため、受信側では、受信した形状データを編集加工することにより、少ないメモリ使用量で、且つ、高速で、その形状をデジタル地図上に特定することが可能になる。
そのため、生成される形状パターンの数が減り、高速処理が可能になる。また、メモリ使用量は少なくて済む。
また、この場合、この一定距離を、地図データの最小ユニットの一辺の長さ以下に設定するようにしている。
こうすることで、最大でも4枚分のユニットの地図データをメモリに展開するだけでマップマッチングが実施できる。
こうすることで、後述する「階層型マップマッチング」の動作効率が上がる。
こうすることで、形状データを無駄に細かくすること無く、効率的に切断できる。
こうすることで、使用するユニットの枚数を減らすことができる。
こうすることで、ノードが局所的に密集している場合でも、生成される形状パターンの数を減らすことができ、総合的な処理量を削減できる。
こうすることで、交通情報と対象道路との整合性が取りやすい。
ノード数が減れば、生成される形状パターンの数が減り、高速処理が可能になる。
こうすることで、誤マッチングを生じさせないノードが選択できる。
こうすることで、線形形状の曲がり具合が大きければ、角度範囲を拡げて、真の線形形状が候補から漏れないようにし、線形形状の曲がり具合が小さければ、角度範囲を狭めて、候補点が徒に増えないようにすることができる。
こうすることで、角度範囲を適応的に設定できる。
こうすることで、既にマップマッチングが終了した区間の線形形状の誤差状況から、平均的な誤差発生状況を学習し、その学習結果に基づいて、以降の区間でのマップマッチングにおける候補点検索範囲や候補点検索方位範囲を適応的に設定することができる。
この装置は、多くのメモリを使わずに、高速でマップマッチングを行うことが可能である。
また、このマップマッチング方法を実施する本発明の装置は、少容量のメモリを用いて構成することができ、それにも関わらず、高速での処理が可能である。
本発明の実施形態におけるマップマッチング方法では、道路形状データを受信した受信側が、少ないメモリ使用量で、且つ、短時間でマップマッチングができるように、道路形状データを編集加工し、この加工処理を施した道路形状データを用いてマップマッチングを実行する。受信側は、マップマッチングにおけるメモリ使用量を抑制し、処理時間を短縮するため、
(1)道路形状データの分割
(2)道路形状データからのノードの間引き
(3)候補点検索範囲の適応的設定
の各処理を実行する。各処理の概略について説明する。
圧縮効率を上げるために多数のノードが含まれている長い道路形状データを、受信側の都合に合わせて適宜切断し、分割した道路形状データ(「道路形状データブロック」と呼ぶ)の単位でマップマッチングを行う。
を2個のノードを含む3個の道路形状データブロックに分割してマップマッチングを行うと、形状パターンの組み合わせ数は、3×32=27個となり、処理量が減少する。
また、図2に模式的に示すように、道路形状データを切断して、道路形状データブロックを個別にマップマッチングした方が使用メモリ量は少なくて済む。一般に、マップマッチングに必要なメモリ量は、道路形状データの長さの2乗に比例して増える。例えば、道路形状データの最大長が10kmのとき、10km四方(100平方km)分の地図データを展開するメモリサイズが必要となるが、道路形状データの最大長が1kmのときは、1km四方(1平方km)のメモリで済むことになる。
一般に、ノードが密に設定されているほど、マップマッチングの精度は上がるが、その分、WP数が増えるため、形状パターンの組み合わせ数が指数的に増加し、処理性能を劣化させる。マップマッチング精度を落とす恐れが少ないノードを選択して間引くことにより、処理時間の短縮、及び、ワークメモリ使用量の削減を図ることができる。
従来のマップマッチング方法では、WPの候補点を抽出する際、車両の進行方位との角度差が±B°以内であることを候補点の条件にしており、この±B°を不変値(あらかじめ決められた値)としている。Bの値、即ち、検索方位に関する候補点検索範囲(「候補点検索方位範囲」)が小さいほど、WP候補点数が少なくなり、処理性能は向上するが、「真の道路」上に候補点が乗らない可能性が発生し、誤マッチングの可能性が高くなる。一方、Bの値を大きくすると精度は上がるが、候補点数が増え、処理性能が劣化する。
このように候補点検索範囲を適応的に可変にすることで、「真の道路」となる可能性が極めて低い道路を効率的に候補から除外することができ、マップマッチングの処理性能を高め、計算用のワークメモリ使用量を削減することができる。
この情報処理装置10は、情報提供装置から交通情報と対象道路の道路形状データとを受信し、マップマッチングを実施して対象道路を特定する、カーナビゲーション装置、PC、PDA、携帯電話等の情報端末であり、あるいは、プローブカー車載機から計測情報(交通情報)と走行軌跡を示す道路形状データとを受信し、マップマッチングを実施して走行軌跡を特定するプローブ情報収集センタ(情報収集配信センタ)等である。
形状データ切断部14は、復元された道路形状データを、次の(a−1)〜(a−6)いずれかの方法で切断する。
(a−1)道路形状データを、あらかじめ決めた固定距離で(または、固定距離以下となるように等分に)切る。
デジタル地図データベース17に格納されている地図データは、図4に示すように、通常、概ね10km×10km(正確なサイズは、場所により異なる)の2次メッシュをベースに4分割(長さ1/2)、16分割(1/4)、64分割(1/8)されたユニットで構成されており、各ユニットのデータ量が略同レベルになるように、各地のユニットが設定されている。最も小さい64分割サイズのユニットは、約1.25km四方の大きさである。
そのため、道路形状データを固定距離で切断する場合は、固定距離の長さを約1kmに設定する。こうすることで、分割した道路形状データブロックのマップマッチングは、最大でも4枚分のユニットの地図データを用いるだけで可能になる。
本発明者は、先に、「階層型マップマッチング」と言うマップマッチング方法を提案している。この方法では、道路種別を参考に地図データを階層化し、上位の階層は幹線道路のみを含み、階層が下がるに連れて、新たな道路種別の道路が順次追加された階層型の地図データを用いてマップマッチングを行う。この方法では、可能な限り上位の階層の地図データを用いてマップマッチングを行うことにより、処理時間を短縮できる。
道路形状データが64分割サイズのユニットのエリアにおける道路を表している場合は、64分割サイズの一辺の長さ(約1km)の単位で道路形状データを切断し、16分割サイズのユニットのエリアにおける道路を表している場合は、16分割サイズの一辺の長さ(2.5km)の単位で道路形状データを切断する。そのため、デジタル地図データベース17の地図データを参照して、道路形状データの両端、または中点の緯度・経度から、当該道路形状データが収まるエリアのユニットサイズを求め、切断の単位長さを決定する。
道路形状データを、その箇所のユニットサイズに合わせて切断する際に、そのユニットの境界(左右・上下)の緯度・経度をデジタル地図データベース17から求め、この境界線沿いに(または境界を参考にして)道路形状データを切断する。こうすることで、デジタル地図データベース17から読み出すユニットの数を減らすことができ、ユニットデータを展開するメモリ量を減少させることができる。
都市部の密集地の道路や山間部の峠道などでは、沢山のノードが局部的に密集しているケースがある。この場合、道路形状データを固定距離で切断すると、一部の道路形状データブロックに多数のノードが含まれる可能性が生じる。
情報送信装置が、交通情報の対象道路を単位長さに切断し、その単位に区分した交通情報を符号化して送信して来る場合は、道路形状データを交通情報の分割位置に合わせて切断する。
道路形状データを切断する際に問題となるのは、道路形状データに紐付けされた交通情報との対応である。つまり、道路形状データブロックと対応するように、適切に交通情報も再編集する必要がある。交通情報は、情報送信装置の地図データを基準に対象道路に位置付けられて作成されているため、これを単に距離で切断すると、マップマッチング後の対象道路ブロックの道なり距離とずれる可能性がある。情報送信装置が交通情報を単位長さに区分して送信して来る場合は、道路形状データを交通情報の分割位置に合わせて切断することにより、交通情報との対応が余計な計算なしに非常にとりやすくなる。
ノード間引き処理部15は、道路形状データブロックに含まれるノードを間引く処理を行う。
ノードを間引く際の基本的な考え方は、次の(b−1)(b−2)(b−3)の通りである。
(b−1)ノードの偏角の値が、ある一定値以下であれば間引く。
(b−2)ノード間距離が、ある一定値以下であれば間引く。
(b−3)周辺部の道路密度を考慮し、道路密度が高いときは、誤マッチングを生じないようにノードの間引きは控える。道路密度が低いときは、誤マッチングの恐れが少ないためノードを間引く。
例えば、間引き条件は、次のように設定する。
“周辺道路密度P1のとき、(1)ノードの偏角の絶対値がα1未満、且つ、(2)ノード間隔がβ1未満、であればノードを間引く”
なお、周辺道路密度P1は、対象ノード周辺の単位面積当たりの道路延長を示す値(ランク分けした値)である。また、このP1は、対象ノードが存在するユニットのサイズを示す値(ランク分けした値)でもある。つまり、道路密度によりユニットサイズが違うので、ユニットサイズをチェックすると周辺道路密度が推定できる。
ノード1は、始端のため残す(a)。ノード2は、偏角が一定値α1以上あるため残す(α1:概ね1°〜2°)(b)。ノード3は、偏角が一定値α1以内、且つ、ノード間隔がβ1以内のため削除する(c)。ノード4は、偏角がα1以内であるが、ノード間隔がβ1以上のため残す(c)。ノード5は、偏角が一定値α1以内、且つ、ノード間隔がβ1以内のため削除する(d)。ノード6は、偏角が一定値α1以上あるため残す(e)。ノード7は、終端のため残す(e)。
間引き対象の道路形状データブロックを取得し(ステップ1)、ノード番号n=1のノードから順に(ステップ2)、ノードnの情報を取得し(ステップ3)、間引いても差し支え無いノードか否かを判定する(ステップ4)。
・始終端
・ブロックコードや、イベント発生位置など、マップマッチングに使用する形状以外の目的のための位置を明示したノード(イベント発生点、属性変化点、ブロック化の端点位置など)
次いで、ノード(n−1)→ノードn間の偏角絶対値αと、ノード間距離βとを算出し(ステップ6)、α<α1、且つ、β<β1であるか否かを判定し(ステップ7)、Yesであれば、そのノードnを間引く(ステップ8)。Noであれば間引かない。こうした処理を全てのノードについて逐次行う(ステップ9、ステップ10)。
候補点検索範囲決定部16は、ノード間引き処理部15が間引き処理した道路形状データブロックに対して、マップマッチングにおける候補点検索範囲を適応的に決定し、その検索範囲からノードの候補点を検索し、設定する。
候補点検索範囲決定部16が候補点検索方位範囲を決定する際の基本的な考え方は、次の(c−1)または(c−2)と、(c−3)とである。
(c−1)着目するノードの前後数十〜数百mの道路形状データの状況(曲がり具合)を見て、当該ノードの候補点検索方位範囲を決定する。
(c−2)着目するノードの今後マップマッチングしていく方向の道路形状データの曲がり具合を見て、当該ノードの候補点検索方位範囲を決定する。
(c−3)道路密度を考慮する。
候補点設定対象の道路形状データブロックを取得し(ステップ11)、ノード番号n=1のノードから順に(ステップ12)、ノードnの前後であらかじめ決めた固定区間長内に存在する各ノードの情報を取得し(ステップ13)、それらの各ノードと隣接ノードとの間の偏角絶対値を算出し、この偏角絶対値の統計値(最大値・平均値等)を算出する(ステップ14)。ノードn周辺の道路密度も考慮して、候補点検索時の方位範囲Bを、例えば、次式、
B=統計値×τ+γ (τ、γは、道路密度に応じて決めたパラメータ)
によって決定する(ステップ15)。
切断形状補正・交通情報重畳部20は、対象道路ブロックが隣の対象道路ブロックと接続するように、各対象道路ブロックの端における“ずれ”を補正する。
切断形状補正・交通情報重畳部20は、交通情報編集部19がブロック単位に編集した交通情報を取得して、端点を補正した対象道路ブロックに重畳し、ブロック単位の交通情報を再現する。
データを受信すると(ステップ21)、形状データ切断部14が、道路形状データの切断単位を決定し(ステップ22)、道路形状データを道路形状データブロックに切断する。交通情報編集部19は、各々の道路形状データブロックと整合が取れるように交通情報を編集する(ステップ23)。なお、道路形状データが前述する(a−6)(道路形状データを、交通情報の分割単位に合わせて切断する)の方式で切断される場合は、交通情報の編集は必要がない。
の緯度・経度を(X2,Y2)とするとき、X=(X1+X2)/2、Y=(Y1+Y2)/
2と最も近い道路上の地点X’,Y’を対象道路ブロックの端点とする処理である。
切断形状補正・交通情報重畳部20は、端点を補正した各対象道路ブロックに対して、交通情報編集部19が編集した交通情報を重畳して、ブロック単位の交通情報を再現する(ステップ30)。
(1)道路形状データの分割
(2)道路形状データからのノードの間引き
(3)候補点検索範囲の適応的設定
を行うことにより、処理効率が向上し、処理時間が短縮され、また、使用メモリ量が少なくて済む。
本発明の第2の実施形態では、図3の情報処理装置10の候補点検索範囲決定部16で行われる候補点検索範囲の適応的設定処理に関する他の方法について説明する。
受信側が送信側から送られた道路形状データを用いてマップマッチングを行い、自己のデジタル地図上で道路区間を特定する場合は、送信側が道路形状データの作成に用いたデジタル地図データと受信側がマップマッチングに用いたデジタル地図データとが似通っていれば、WPとそれから特定される対象道路(「真の道路」)上の候補点との差異は小さくなり、似通っていなければ、この差異は大きくなる。
そのため、受信側では、送信側の地図データの状況(縮尺や地図作成ルール等)に応じて、マップマッチングにおける候補点検索範囲を変えることができる筈である。
候補点検索範囲の設定に関する各種パラメータ(WPからの距離、τ、γ等)を初期値にリセットし(ステップ31)、最初(M=1)の道路形状データMに着目して(ステップ32)、道路形状データMを分割し(ステップ33)、その最初(Mn=M1)の道路形状データブロックMnを対象として(ステップ34)、そのブロックMnの道路形状データを取得し(ステップ35)、マップマッチングを行い(ステップ36)、マップマッチングが成功したか否かを判定する(ステップ37)。適切な候補点が得られず、マップマッチングに失敗したときは、検索範囲が拡がるようにパラメータを変更し(ステップ38)、マップマッチングをやり直す。
・Diにおける最大誤差DmaxのP倍に設定する。
・Diの平均Daverage+2σに設定する(母数全体の98%が候補点検索範囲に入る水準)。
・Daverage+P・σに設定する(Pは、母数全体のN%が候補点検索範囲に入るように調整する定数)。
なお、地図間の距離誤差の発生状況は、高速道路か否か、本線か連絡路か等々の道路属性により変わるケースが多いため、候補点検索範囲のパラメータ調整は、道路属性等の分類単位に行うという方法も考えられる。
また、本発明の装置は、交通情報を受信して再現するカーナビゲーション装置、PC、PDA、携帯電話等の情報端末、あるいは、プローブカー情報を収集するプローブ情報収集センタ等、マップマッチングを実施する多くの装置に適用することができる。
11 形状データ・交通情報受信部
12 符号化データ復号部
13 形状データ復元部
14 形状データ切断部
15 ノード間引き処理部
16 候補点検索範囲決定部
17 デジタル地図データベース
18 形状パターン生成・評価部
19 交通情報編集部
20 切断形状補正・交通情報重畳部
21 情報活用部
Claims (2)
- 情報受信装置が、情報送信装置から対象道路区間におけるノードの位置データ列によって表される道路形状データを受信して、デジタル地図上に前記道路形状データに対応する対象道路区間を特定する方法であって、
前記情報受信装置の受信部が、前記ノードの位置データ列によって表される道路形状データを受信するステップと、
前記情報受信装置の候補点検索範囲決定部が、前記道路形状データに含まれるノードのうち、前記デジタル地図上で位置を特定する着目ノード(Pj)において、前記着目ノード(Pj)の位置データに対応する前記デジタル地図上の候補点を検索する範囲を、前記着目するノード(Pj)と隣接するノード(Pj-1)とを結ぶ直線の絶対方位と、前記着目ノード(Pj)と隣接するノード(Pj+1)とを結ぶ直線の絶対方位との差分である偏角(θj)の絶対値が大きくなるほど大きい範囲に設定するステップと、
前記情報受信装置のマップマッチング処理部が、前記設定された検索範囲に含まれるデジタル地図上の候補点と、前記着目ノード(Pj)の位置データとのマッチングを行い、前記着目ノード(Pj)の位置データに対応する前記デジタル地図上の位置を特定するステップと、
前記候補点検索範囲決定部および前記マップマッチング処理部が、各々が実施する前記ステップと同様の処理ステップで、順次隣接するノードに対しても位置の特定を行い、前記道路形状データに対応する前記対象道路区間を前記デジタル地図上で特定するステップと、
を備える方法。 - 情報送信装置から対象道路区間におけるノードの位置データ列によって表される道路形状データを受信して、デジタル地図上に前記道路形状データに対応する対象道路区間を特定する情報受信装置であって、
前記ノードの位置データ列によって表される道路形状データを受信する受信部と、
前記道路形状データに含まれるノードのうち、前記デジタル地図上で位置を特定する着目ノード(Pj)において、前記着目ノード(Pj)の位置データに対応する前記デジタル地図上の候補点を検索する範囲を、前記着目するノード(Pj)と隣接するノード(Pj-1)とを結ぶ直線の絶対方位と、前記着目ノード(Pj)と隣接するノード(Pj+1)とを結ぶ直線の絶対方位との差分である偏角(θj)の絶対値が大きくなるほど大きい範囲に設定する候補点検索範囲決定部と、
前記設定された検索範囲に含まれるデジタル地図上の候補点と、前記着目ノード(Pj)の位置データとのマッチングを行い、前記着目ノード(Pj)の位置データに対応する前記デジタル地図上の位置を特定するマップマッチング処理部と、を備え、
前記候補点検索範囲決定部および前記マップマッチング処理部が、各々が実施する前記ステップと同様の処理ステップで、順次隣接するノードに対しても位置の特定を行い、前記道路形状データに対応する前記対象道路区間を前記デジタル地図上で特定する、
情報受信装置。
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