JP4667226B2 - Moving state detection device - Google Patents
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Description
本発明は、GPS等のGNSS(Global Navigation Satellite System)と加速度センサとを用いて移動体の状態を検出する移動状態検出装置に関する。 The present invention relates to a moving state detection apparatus that detects the state of a moving body using a global navigation satellite system (GNSS) such as GPS and an acceleration sensor.
従来、移動体の位置、速度、姿勢角(ロール,ピッチ,および方位)を算出する装置として、GPSとIMU(角速度センサおよび加速度センサ)とを組み合わせたGPS/IMU統合装置が開発されている。このGPS/IMU統合装置における演算には、位置,速度,姿勢角の観測値が必要である。これらの観測値のうち、位置,速度の観測値はGPSから得ることができる。また、姿勢角のうち、ロールとピッチの観測値は重力(加速度センサが検出)から得ることができる。しかしながら、姿勢角のもう一つのパラメータである方位の観測値を得ることは容易ではない。 Conventionally, a GPS / IMU integrated device combining GPS and IMU (angular velocity sensor and acceleration sensor) has been developed as a device for calculating the position, velocity, and attitude angle (roll, pitch, and azimuth) of a moving body. Calculations in this GPS / IMU integrated device require observed values of position, velocity, and attitude angle. Among these observation values, the observation values of position and velocity can be obtained from GPS. Of the posture angles, the observed values of roll and pitch can be obtained from gravity (detected by the acceleration sensor). However, it is not easy to obtain the observation value of the orientation, which is another parameter of the attitude angle.
例えば、高精度なRLG(Ring Laser Gyro)やFOG(Fiber Optic Gyro)を角速度センサとして用い、静止時に地球自転を検出し、これを用いて方位を計算する方法では、高価な角速度センサが必要となるため特にコスト面において実用的ではない。また、GPS等のGNSSで得られる移動体の速度情報を用いて移動体の進路方向を算出し、その進路方向を方位と見なす方法(以下、GPSによる方位検出とする。)では、移動体が後退した時に方位を誤って検出してしまうという問題がある。また、磁気センサを使用する方法では、磁気外乱の影響を受けやすく方位誤差が大きくなってしまうという問題がある。さらに、移動体上に複数個のGPSアンテナを固定設置してアンテナ間の位置関係から方位を検出する方法では、正確に方位を検出することができるが、コスト面や設置場所の都合等により実施できない場合がある。 For example, an expensive angular velocity sensor is required for a method that uses high-precision RLG (Ring Laser Gyro) or FOG (Fiber Optic Gyro) as an angular velocity sensor, detects the earth's rotation at rest, and uses this to calculate the direction. Therefore, it is not practical in terms of cost. Further, in the method of calculating the course direction of the moving body using the speed information of the moving body obtained by GNSS such as GPS and regarding the course direction as the direction (hereinafter referred to as direction detection by GPS), the moving body There is a problem that the direction is erroneously detected when retreating. In addition, the method using a magnetic sensor has a problem in that it tends to be affected by magnetic disturbance and the azimuth error becomes large. In addition, the method of detecting the azimuth from the positional relationship between the antennas by fixedly installing a plurality of GPS antennas on the moving body can accurately detect the azimuth, but it is carried out depending on the cost and installation location. There are cases where it is not possible.
このように、移動体の方位の観測量を得ることは困難であるが、これらの技術のうち、GPS測位装置で得られる速度情報を用いて方位を検出する技法は、最も簡易且つ低コストで方位を検出することができるものであると考えられる。 As described above, it is difficult to obtain the amount of observation of the azimuth of the moving body, but among these techniques, the technique of detecting the azimuth using the speed information obtained by the GPS positioning device is the simplest and low cost. It is considered that the direction can be detected.
ところで、特許文献1の発明の名称「ロケータ装置」には、車両が前進したか後退したかを判断するための技術が開示されている。特許文献1の図5に示すように、特許文献1は、加速度センサの出力信号と停止時の出力信号との差に着目し、その差が正の値であれば移動体が前進していると判定し、負の値であれば移動体が後退していると判定するものである。そのため、この手法を用いれば前述のGPSによる方位検出の欠点である、移動体が後退した時に方位を誤検出するという欠点を解決できる効果が期待できる。
しかしながら、特許文献1は、加速度センサの出力信号と停止時の出力信号との差に応じて車両の前進、後退を判定しているため、車両の加速時には問題は発生しないが、車両の減速時には問題が生じる。すなわち、車両の減速時には、車両が前進しているにもかかわらず加速度が負の値となり、移動体の前進、後退の判定を誤ってしまう。従って、この特許文献1の技法は、移動体が発進した直後にしか正確な判定を行うことができず、移動体が移動中に前進、後退の判定を行うと、仮に移動体が減速しているような場合にはその判定を誤ってしまう。 However, since Patent Document 1 determines whether the vehicle is moving forward or backward according to the difference between the output signal of the acceleration sensor and the output signal at the time of stopping, no problem occurs when the vehicle is accelerated. Problems arise. That is, when the vehicle decelerates, the acceleration becomes a negative value even though the vehicle is moving forward, and the determination of the moving body moving forward or backward is erroneous. Therefore, the technique of this Patent Document 1 can make an accurate determination only immediately after the moving body starts. If the moving body makes a forward / backward determination while moving, the moving body decelerates temporarily. In such a case, the determination is wrong.
特に、GPSによる方位検出を行う場合には、建物やトンネル等の障害物によって衛星からの電波が遮断されることがあり、電波を再受信後に再度方位検出を行う必要性が生じる。この時、移動体は走行中であるため、この特許文献1の技法では正確な前進、後退の判定を行うことができない。そのため、特許文献1の技法を用いたとしても前述したGPSによる方位検出の欠点を十分に解決することができない。 In particular, when performing azimuth detection using GPS, radio waves from satellites may be blocked by obstacles such as buildings and tunnels, which necessitates re-detection of azimuth after receiving radio waves again. At this time, since the moving body is running, the technique of Patent Document 1 cannot accurately determine forward and backward. For this reason, even if the technique of Patent Document 1 is used, the above-described drawback of the direction detection by GPS cannot be sufficiently solved.
さらに、特許文献1に開示された方法は自動車等の走行速度では使用可能であるが、歩行や耕運機等の速度では加速度センサの雑音成分のために判定を誤る恐れがある。そのため、これらの用途においては実用のための十分な信頼性を得ることができない。 Furthermore, although the method disclosed in Patent Document 1 can be used at a traveling speed of an automobile or the like, there is a risk of erroneous determination due to a noise component of the acceleration sensor at a speed of walking or a cultivator. Therefore, sufficient reliability for practical use cannot be obtained in these applications.
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、移動体の加速、減速にかかわらず、常に正確に移動体の移動状態を判定することができる移動状態検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a moving state detection device that can always accurately determine the moving state of a moving body regardless of acceleration and deceleration of the moving body. And
また、GPS等のGNSSで得られる移動体の速度情報から正確に移動体の方位を検出することができる移動状態検出装置を提供することを目的とする。 Moreover, it aims at providing the movement state detection apparatus which can detect the azimuth | direction of a moving body correctly from the speed information of the moving body obtained by GNSS, such as GPS.
前記課題を解決するために、本発明は、移動体速度を算出する速度算出部と、移動体の進行方向に対する運動加速度を検出する加速度センサと、移動体の前進、後退を判定する移動状態判定部とを備え、前記移動状態判定部が、移動体の運動加速度を単位時間だけ積分した値と前記単位時間における移動体速度の大きさの差分とに基づいて移動体の前進、後退を判定することを特徴とする。これにより、移動体の加速、減速にかかわらず、常に正確に移動体の移動状態を判定することができる。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a speed calculation unit that calculates a moving body speed, an acceleration sensor that detects motion acceleration in the traveling direction of the moving body, and a moving state determination that determines forward and backward movement of the moving body. And the moving state determination unit determines whether the moving body is moving forward or backward based on a value obtained by integrating the motion acceleration of the moving body for a unit time and a difference in the magnitude of the moving body speed in the unit time. It is characterized by that. Thereby, it is possible to always accurately determine the moving state of the moving body regardless of the acceleration and deceleration of the moving body.
この移動状態判定部による移動体の前進、後退の判定は、移動体の運動加速度を単位時間だけ積分した値と前記単位時間における移動体速度の大きさの差分との積の符号から移動体の前進、後退を判定する手法、及び移動体の運動加速度を単位時間だけ積分した値と前記単位時間における移動体速度の大きさの差分とをそれぞれ所定の閾値と比較し、その比較結果に基づいて移動体の前進、後退を判定する手法がある。 The moving state determination unit determines whether the moving body is moving forward or backward based on the sign of the product of the value obtained by integrating the movement acceleration of the moving body for a unit time and the difference in the magnitude of the moving body speed in the unit time. A method for determining forward and backward, and a value obtained by integrating the motion acceleration of the moving body for a unit time and a difference in the magnitude of the moving body speed in the unit time are respectively compared with a predetermined threshold, and based on the comparison result There is a method for determining whether the moving body is moving forward or backward.
また、本発明は、移動体速度の大きさから移動体が移動中であるか否かを判断する静止判定部を備え、前記判定部が前記静止判定部により移動体が移動中であると判断された場合に限り、移動体の前進、後退を判定することを特徴とする。 The present invention further includes a stationary determination unit that determines whether or not the moving body is moving from the magnitude of the moving body speed, and the determination unit determines that the moving body is moving by the stationary determination unit. It is characterized in that the forward / backward movement of the moving body is determined only when it is done.
また、本発明は、衛星からの測位用信号を受信し、受信した測位用信号に基づいて移動体の進路方向を計算し、前記移動状態判定部の判定結果が前進ならば該算出した進路方向を方位とみなし、判定結果が後退ならば該算出した進路方向の反対方向を方位とする方位検出部を備えることを特徴とする。これにより、移動体の前進、後退の判定結果を用いてGPS等のGNSSで得られる移動体の速度情報から正確な移動体方位を検出することが可能になる。 Further, the present invention receives a positioning signal from a satellite, calculates a course direction of the moving body based on the received positioning signal, and if the determination result of the moving state determination unit is forward, the calculated course direction Is provided as an azimuth, and if the determination result is a reverse, a azimuth detecting unit having a direction opposite to the calculated course direction is provided. Thereby, it becomes possible to detect an accurate moving body direction from the velocity information of the moving body obtained by GNSS such as GPS using the determination result of the moving body moving forward and backward.
本発明によれば、移動体の運動加速度を単位時間だけ積分した値と前記単位時間におけるGPS速度の大きさの差分を用いて移動体の前進、後退を判定することにより、移動体の加速、減速にかかわらず常に正確に移動体の移動状態を判定することができる。また、この判定結果を用いてGPS等のGNSSで得られる移動体の速度情報から正確な移動体方位を検出することが可能になる。 According to the present invention, the acceleration of the moving object is determined by determining whether the moving object is moving forward or backward using the difference between the value obtained by integrating the motion acceleration of the moving object for a unit time and the magnitude of the GPS speed in the unit time. Regardless of deceleration, the moving state of the moving body can always be accurately determined. Moreover, it becomes possible to detect an accurate moving body direction from the speed information of the moving body obtained by GNSS such as GPS using the determination result.
(実施の形態1) (Embodiment 1)
以下、本発明の実施の形態1による移動状態検出装置について図面を参照しながら説明する。
図1は本発明の実施の形態1による移動状態検出装置の構成を示すブロック図であり、図2は本発明の実施の形態1による移動状態検出装置の移動状態判定部の構成を示すブロック図である。
Hereinafter, a moving state detection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a movement state detection device according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a movement state determination unit of the movement state detection device according to Embodiment 1 of the present invention. It is.
図1において、本発明の実施の形態1による移動状態検出装置は、GPSアンテナ1と、GPS受信機2と、加速度センサ3と、角速度センサ4と、静止判定部5と、移動状態判定部6と、方位検出部7とからなる。
In FIG. 1, the movement state detection apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a GPS antenna 1, a
GPSアンテナ1は、衛星から送信される測位用信号を受信する受信部である。なお、本発明の実施形態では、GPSを例に挙げて説明するが、アンテナが受信する電波はGPS衛星から送信される測位用信号に限らず、GLONASS衛星、GALILEO衛星、或いは、準天頂衛星等の測位用衛星から送信される測位用信号であればよく、他のGNSSシステムにおいても本発明を同様に適用することが可能である。 The GPS antenna 1 is a receiving unit that receives a positioning signal transmitted from a satellite. In the embodiment of the present invention, GPS will be described as an example. However, the radio wave received by the antenna is not limited to a positioning signal transmitted from a GPS satellite, but a GLONASS satellite, a GALILEO satellite, a quasi-zenith satellite, or the like. Any positioning signal transmitted from the positioning satellite may be used, and the present invention can be similarly applied to other GNSS systems.
GPS受信機2は、受信部1で受信した測位用信号に基づいて、移動体の位置や速度を算出する演算処理部である。なお、このGPS受信機2で得られる移動体速度は移動体の速度に関するベクトル情報であり、移動体速度の大きさとその方向を含む。なお、以下の説明ではGPS受信機2で得られる移動体速度を適宜GPS速度と表現する。
The
加速度センサ3は、移動体の進行方向に対する運動加速度を検出するためのものであり、ここでは、前進方向に加速した場合を正、減速した場合を負、また、後進方向に加速した場合を負、減速した場合を正の加速度値として検出するものとする。 The acceleration sensor 3 is for detecting the motion acceleration in the traveling direction of the moving body. Here, the acceleration is positive when the vehicle is accelerated in the forward direction, negative when the vehicle is decelerated, and negative when the vehicle is accelerated in the backward direction. The case where the vehicle is decelerated is detected as a positive acceleration value.
角速度センサ4は、移動体の進行方向に対する角速度を検出するためのものである。ここで検出される角速度情報は、移動体が回転運動した時や、GPSアンテナ1により衛星からの測位用信号が受信できない時に、後述する方位検出部7で方位追従を行うために使用される。そのため、このような機能が要求されない場合には角速度センサ4は省略可能である。
The angular velocity sensor 4 is for detecting an angular velocity with respect to the traveling direction of the moving body. The angular velocity information detected here is used for azimuth tracking by the
静止判定部5は、移動体速度の大きさに基づいて移動体が移動中であるか否かを判断するものである。なお、静止判定部5が使用する移動体速度の大きさは、公知の種々の技法で検出される移動体の速度情報を用いることができ、例えば、前述のGPS受信機2で算出したGPS速度の大きさの他、加速度センサ出力の積分値や車輪速センサから得られる移動体速度の大きさ等を用いることができる。また、本移動状態検出装置がGPS/IMU統合装置に組み込まれている場合には、静止判定部5はGPS/IMUの統合のメリットを生かして加速度センサ出力に含まれる加速度バイアス値を除去した移動体速度を取得することができる。そのため、このようなGPS/IMU統合装置においては、衛星からの信号が受信できている間はGPS速度を利用し、それ以外の場合には、加速度センサ出力を積分して得られる正確な移動体速度を用いることが好ましいと考えられる。
なおここでは、静止判定部5にGPS受信機2で算出したGPS速度が与えられるものとして説明する。
The
Here, the description will be made assuming that the GPS speed calculated by the
移動状態判定部6は、移動体が停止、前進、後退の何れの状態にあるかを判定する演算処理部であり、図2に示すように移動状態判定部6aは、加速度積分部21と、速度差分部22と、積算部23と、判定部24とからなる。
The moving state determination unit 6 is an arithmetic processing unit that determines whether the moving body is in a stopped, forward, or backward state. As illustrated in FIG. 2, the moving state determination unit 6a includes an
加速度積分部21は、加速度センサ3から出力される運動加速度の単位時間(例えば0.2秒)あたりの積分値を算出する。
The
速度差分部22は、加速度積分部21が積分値を算出した単位時間(例えば0.2秒)の開始から終了時までの移動体速度の大きさの差分、すなわち、(終了時点の移動体速度)−(開始時点の移動体速度)を算出する。なお、速度差分部22が使用する移動体速度は、静止判定部5で使用する移動体速度と同様に、公知の種々の技法で検出される移動体の速度情報を用いることができ、例えば、前述のGPS受信機2で算出したGPS速度の大きさの他、加速度センサ出力の積分値や車輪速センサから得られる移動体速度の大きさやGPS/IMU統合装置から得られる速度情報等を用いることができる。
なおここでは、速度差分部22にGPS受信機2で算出したGPS速度が与えられるものとして説明する。
The
In the following description, it is assumed that the GPS speed calculated by the
積算部23は、加速度積分部21の出力結果と速度差分部22の出力結果とからそれらの積を算出する。判定部24は、静止判定部5の出力から移動体が停止しているか否かを判定するとともに、積算部23で得た積の符号から移動体の前進、後退を判定する。
The
図3は、移動状態判定部6における移動体の前進、後退判定処理を説明するための説明図である。図3において、向かって左側は移動体が前進中に加速、減速した場合の加速度積分部21、速度差分部22、及び積算部23から出力される値の符号を示し、向かって右側は移動体が後退中に加速、減速した場合の加速度積分部21、速度差分部22、及び積算部23から出力される値の符号を示す。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the forward / backward determination process of the moving body in the movement state determination unit 6. In FIG. 3, the left side shows signs of values output from the
図3に示すように、移動体が前方向に加速している際には、加速度積分部21から出力される「運動加速度の積分値」及び速度差分部22から出力される「GPS速度の時間差分」はともに正の値となる。そのため、積算部23から出力される積算値は正の値となる。また、移動体が前方向に減速している際には、加速度積分部21から出力される「運動加速度の積分値」及び速度差分部22から出力される「GPS速度の時間差分」はともに負の値となる。そのため、積算部23から出力される積算値は正の値となる。すなわち、移動体が前進中には、「運動加速度の積分値」と「GPS速度の時間差分」の積が常に正の値となる。
As shown in FIG. 3, when the moving body is accelerating forward, the “integration value of motion acceleration” output from the
一方で、移動体が後ろ方向に加速している際には、加速度積分部21から出力される「運動加速度の積分値」は負の値となるが、速度差分部22から出力される「GPS速度の時間差分」は正の値となる。そのため、積算部23から出力される積算値は負の値となる。また、移動体が後ろ方向に減速している際には、加速度積分部21から出力される「運動加速度の積分値」は正の値となるが、速度差分部22から出力される「GPS速度の時間差分」は負の値となる。そのため、積算部23から出力される積算値は負の値となる。すなわち、移動体が後退中には、「運動加速度の積分値」と「GPS速度の時間差分」の積が常に負の値となる。
On the other hand, when the moving body is accelerating backward, the “integration value of motion acceleration” output from the
このように、「運動加速度の積分値」と「GPS速度の時間差分」の積の符号を見ることにより移動体の前進、後退を判定することができる。 Thus, the forward and backward movement of the moving body can be determined by looking at the sign of the product of “integrated value of motion acceleration” and “time difference of GPS speed”.
方位検出部7は、GPS受信機2で算出したGPS速度情報から進路方向を計算し、移動状態判定部6の判定結果が前進ならば該算出した進路方向を方位とする。一方で、判定結果が後退ならば該算出した進路方向の反対方向を方位とする。また、判定結果が静止ならば方位は変化しなかったものとする。また、方位検出部7は、角速度センサ4からの出力を受け、移動体が回転運動した時や、GPSアンテナ1により衛星からの測位用信号が受信できない時に、検出された角速度情報に基づいて方位追従を行う。
The
次に、本発明の動作について説明する。
GPSアンテナ1で受信された衛星からの測位用信号は、GPS受信機2に出力される。GPS受信機2では、受信した測位用信号を用いて演算処理が行われ、GPS速度が算出される。算出されたGPS速度は、静止判定部移5、動状態判定部6及び方位検出部7にそれぞれ出力される。なお、静止判定部移5及び動状態判定部6がGPS速度以外の移動体速度を使用する場合には、他の速度算出部から移動体速度の大きさを取得する。
Next, the operation of the present invention will be described.
A positioning signal from the satellite received by the GPS antenna 1 is output to the
静止判定部5は取得した移動体速度の大きさに基づいて移動体が移動中であるか否かの判断を行う。
The
図4は、静止判定部5の処理内容を説明するためのフローチャートである。
図4に示すように、静止判定部5は、先ずGPS速度が計算できているか否かを判断する(ステップS101)。GPSアンテナ1による電波の受信状況が悪く、衛星からの信号が受信できない場合には、GPS受信機2によりGPS速度を算出することができない。この様な場合には静止判定フラグを未決定とする(ステップS106)。なお、速度差分部22がGPS速度に加えて他の方法により算出した移動体速度を使用する場合、或いはGPS速度以外の移動体速度を使用する場合には、他の方法により移動体速度を得ることができるか否かを判定し、移動体速度を得ることができない場合には静止判定フラグを未決定(ステップS106)にする。
FIG. 4 is a flowchart for explaining the processing content of the
As shown in FIG. 4, the
次に、静止判定部5は、GPS速度を取得する(ステップS102)と、取得した移動体速度の大きさが所定の閾値(以下、第1の閾値とする。)より小さいか否かを判断する(ステップS103)。判断の結果、取得したGPS速度の大きさが第1の閾値より小さい場合には移動体が停止していると判定して静止判定フラグをON(ステップS104)にする。一方で、GPS速度の大きさが第1の閾値以上の場合には、移動体が移動していると判定して静止判定フラグをOFF(ステップS105)にする。
Next, when the
なお、この静止判定部5で行うステップS102の判定は、検出された移動体速度の速度誤差の影響を除去するためのものであり、ここで用いる第1の閾値は静止時の速度誤差の範囲を超えない程度の値、例えば0.01m/sに設定する。
Note that the determination in step S102 performed by the
移動状態判定部6は、GPS受信機1で算出されたGPS速度及び加速度センサ2で検出された移動体の進行方向に対する運動加速度、及び静止判定部5で判定された静止判定フラグを受け、移動体が停止、前進、後退の何れの状態にあるかを判定する。以下に移動状態判定部6aの加速度積分部21、速度差分部22、積算部23及び判定部24が行う処理内容について図5を用いて詳細に説明する。
The movement state determination unit 6 receives the GPS speed calculated by the GPS receiver 1 and the movement acceleration of the moving body detected by the
図5は移動状態判定部の処理内容を説明するためのフローチャートである。
先ず、判定部24はGPS速度が計算できているか否かを判断する(ステップS201)。
FIG. 5 is a flowchart for explaining the processing contents of the movement state determination unit.
First, the
GPSアンテナ1による電波の受信状況が悪く、衛星からの信号が受信できない場合には、GPS受信機2によりGPS速度を算出することができない。この様な場合には、移動体の状態を未決定とする(ステップS213)。なお、速度差分部22がGPS速度に加えて他の方法により算出した移動体速度を使用する場合、或いはGPS速度以外の移動体速度を使用する場合には、他の方法により移動体速度を得ることができるか否かを判定し、移動体速度を得ることができない場合には移動体の状態を未決定(ステップS213)とすればよい。
When the reception status of the radio wave by the GPS antenna 1 is poor and a signal from the satellite cannot be received, the GPS speed cannot be calculated by the
次に、加速度積分部21と速度差分部22が動作する。加速度積分部21は、加速度センサ3から出力される運動加速度の単位時間あたりの積分値を算出し(ステップS202)、算出した「運動加速度の積分値」を積算部23に出力する。一方で、速度差分部22は、加速度積分部21が積分値を算出した単位時間の開始時点から終了時点までのGPS速度の大きさの差分を算出(ステップS203)し、算出した「GPS速度の時間差分」を積算部23に出力する。
Next, the
次に、積算部23によってそれぞれ対応する時間の「運動加速度の積分値」と「GPS速度の時間差分」の積が算出される(ステップS204)。この算出結果は判定部24に出力される。
Next, a product of “integrated value of motion acceleration” and “time difference of GPS speed” for each corresponding time is calculated by the integrating unit 23 (step S204). The calculation result is output to the
判定部24では、ステップS205からステップS213までの処理が行われる。先ず、判定部24は、静止判定部5から出力された静止判定フラグに基づいて移動体が停止しているか否かの判断を行う(ステップS205)。この時、静止判定フラグがONの場合には、移動体が停止していると判定し、その旨を方位検出部7に出力する(ステップS206)。
In the
一方で、静止判定フラグがONでない場合には、前回の判定において移動体の前進・後退の判定が済んでいるか否かの判断を行う(ステップS207)。すなわち、前回の前進、後退の判定に誤りがないとすると、移動体の状態が前進から後退、或いは後退から前進に変移する際には必ず一度停止状態を挟むため、前回の判定が前進、或いは後退の判定を維持しても移動体の状態判定に誤りは生じない。そこでこの判断ステップでは、判定部24の処理負担を軽減すべく前回の判定において移動体の前進、後退を判定済みの場合には、前回の判定結果を維持するようにしている。
On the other hand, if the stationary determination flag is not ON, it is determined whether or not the moving object has been determined to move forward or backward in the previous determination (step S207). That is, if there is no error in the previous forward / reverse determination, a stop state is always included once when the state of the moving body changes from forward to backward, or from backward to forward, so the previous determination is forward or Even if the reverse determination is maintained, no error occurs in the determination of the state of the moving object. Therefore, in this determination step, in order to reduce the processing load of the
ステップS207の判断の結果、既に判定済みの場合には、前回の判定を維持する(ステップS208)。もちろん、このステップS207、ステップS208の処理を行わず、移動体が停止以外の場合には毎回移動体の前進、後退を判定するようにしてもよい。また、前進または後退との判定が連続して所定回数(例えば、5回)続いた場合に、前進、後退の判定を確定させるようにしても良い。 If the result of determination in step S207 has already been determined, the previous determination is maintained (step S208). Of course, the processing of step S207 and step S208 may not be performed, and the forward and backward movements of the moving body may be determined every time when the moving body is not stopped. Further, the forward / reverse determination may be confirmed when the forward / reverse determination continues continuously for a predetermined number of times (for example, 5 times).
次に、判定部24は、積算部23で算出した「運動加速度の積分値」と「GPS速度の時間差分」の積が所定の閾値(以下、第2の閾値とする。)以上であるか否かを判断する(ステップS209)。判断の結果、積算部23で算出した積が第2の閾値以上の場合には、移動体が前進していると判定する(ステップS210)。
Next, the
積算部23で算出した積が第2の閾値より小さい場合には、さらに、積算部23で算出した積にマイナス1を乗じた値と第2の閾値を比較する(ステップS211)。比較した結果、積算部23で算出した積にマイナス1を乗じた値が第2の閾値以上の場合には、移動体が後退していると判定する(ステップS212)。一方で、積算部23で算出した積にマイナス1を乗じた値が第2の閾値より小さい場合には、移動体の進行方向を判定できないとして未決定との判定を行う(ステップS213)。
If the product calculated by the
なお、この判定部24で使用する第2の閾値は、観測誤差等の影響を除去するためのものであり、静止時における「運動加速度の積分値」と「GPS速度の時間差分」の積を超えない程度の値、すなわち「運動加速度の積分値」と「GPS速度の時間差分」の雑音成分の積を超えない程度の値(例えば0.02(m/s)2)に設定する。
The second threshold value used in the
このようにして移動状態判定部6で得られた移動状態の判定結果は、方位検出部7に出力される。
The determination result of the movement state obtained by the movement state determination unit 6 in this way is output to the
方位検出部7では、移動状態判定部6の判定結果が未決定の場合を除き、移動体の停止、前進、後退のいずれかの判定結果に基づいて、移動体の方位を検出する。すなわち、GPS受信機2で算出したGPS速度情報から進路方向を計算し、方位検出部7は移動状態判定部6の判定結果が前進ならば該算出した進路方向を方位とする。一方で、判定結果が後退ならば該算出した進路方向の反対方向を方位とする。また、判定結果が静止ならば方位は変化しなかったものとする。また、移動体が回転運動した時や、GPSアンテナ1により衛星からの測位用信号が受信できない時には、方位検出部7は、角速度センサ4からの出力を受け、検出された角速度情報に基づいて方位追従を行う。
The
ところで、GPS受信機2で得られるGPS速度は、前述のように移動体の速度に関するベクトル情報であり移動体速度の方向に関する情報を含む。しかし、この方向に関する情報は移動体速度が低速の場合には正確な方向が得られないという欠点を有する。そのため、移動体速度が低速の場合には、GPS速度を利用した方位検出部7による方位の検出結果に誤りが発生する可能性がある。
By the way, the GPS speed obtained by the
そこで、図5を用いて説明した移動状態判定部6の判定部24の処理に図6のステップS311で示す判断ステップを追加し、GPS速度が所定の閾値(第3の閾値)以上の場合にのみ移動体の前進、後退を判定させ、それ以外の場合には移動体の進行方向を判定できないとして未決定の判定を行うようにしてもよい。これにより、方位検出部7は、所定のGPS速度が得られた場合にのみ方位検出を行って方位検出結果を出力するようになり、より正確な方位検出を行うことが可能になる。なお、この判定部24で使用する第3の閾値は、GPS速度から方位情報が正確に得られる値、例えば歩行時の速度を超えない程度の値(例えば0.5m/s)に設定する。
Therefore, a determination step shown in step S311 of FIG. 6 is added to the processing of the
以上のように、本発明の実施の形態1による移動状態検出装置によれば、「運動加速度の積分値」と「GPS速度の時間差分」の積の符号に基づいて移動体の前進、後退を判定することにより、移動体の加速、減速にかかわらず、常に正確に移動体の移動状態を判定することができる。また、この判定結果を用いてGPS等のGNSSで得られる移動体の速度情報から正確な移動体方位を検出することが可能になる。 As described above, according to the moving state detection apparatus according to the first embodiment of the present invention, the moving body moves forward and backward based on the sign of the product of “integrated value of motion acceleration” and “time difference of GPS speed”. By determining, the moving state of the moving body can always be accurately determined regardless of the acceleration and deceleration of the moving body. Moreover, it becomes possible to detect an accurate moving body direction from the speed information of the moving body obtained by GNSS such as GPS using the determination result.
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2による移動状態検出装置について説明する。本発明の実施の形態2による移動状態検出装置は、図2で示した移動状態判定部6aに加算部31を追加したものであり、他の部分については前記実施の形態1と同様であるためここでは説明を省略する。
(Embodiment 2)
Next, a moving state detection apparatus according to
図7は、本発明の実施の形態2による移動状態検出装置の移動状態判定部の構成を示すブロック図である。なお、前述した図2と同一の構成要素については同一の符号を付し、ここでは説明を省略する。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a movement state determination unit of the movement state detection device according to
加算部31は、積算部23で得た解の大きさが所定の閾値(第2の閾値)以上になるまで累積加算するものである。
The adding
図8は、移動状態判定部6bの処理内容を示すフローチャートである。なお、前記図5又は図6で示した処理ステップと同様の処理内容については同一の符号を付し、ここでは説明を省略する。 FIG. 8 is a flowchart showing the processing contents of the movement state determination unit 6b. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the process content similar to the process step shown in the said FIG. 5 or FIG. 6, and description is abbreviate | omitted here.
本発明の実施の形態2では、ステップS204の処理の後、加算部31が、該加算部31内のメモリに記憶している保持値に対して今回算出された積の大きさを加算する処理を行う(ステップS401)。そして、この加算処理後の値を用いて図5又は図6で示したステップS205以降の処理が行われる(ステップS402)。
In the second embodiment of the present invention, after the process of step S204, the adding
すなわち、このステップS402の処理は、一回分の「運動加速度の積分値」と「GPS速度の時間差分」の積が図5、図6で示す第2の閾値より小さい場合であっても、複数回分の積の累積加算値が第2の閾値を超えるような時には、その値を用いて移動体の前進、後退の判定を行うようにしたものである。これにより、例えば、連続して同一符号の積の値が得られるような場合には、得られた積の値が小さい場合であっても移動体の前進、後退の判定が行われ、より高頻度に移動体の前進、後退の判定が行えるようになる。 That is, even if the process of step S402 is a case where the product of “integrated value of motion acceleration” and “time difference of GPS speed” for one time is smaller than the second threshold shown in FIG. 5 and FIG. When the cumulative addition value of the product of the batch exceeds the second threshold value, the forward / backward determination of the moving body is performed using the value. Thereby, for example, in the case where the product value of the same sign is obtained continuously, the moving body is judged to move forward and backward even if the obtained product value is small, It is possible to determine whether the moving body is moving forward or backward at a frequency.
次に、加算部31は、図5又は図6で示したステップS205以降の処理(ステップS402)によって、判定部24が「停止」、「前進」、或いは「後退」のいずれかの判定を行ったか否かを判断する(ステップS403)。判断の結果、判定部24が「停止」、「前進」、或いは「後退」のいずれかの判定を行った場合には、加算部31が保持する保持値をクリア(ゼロにリセット)する(ステップS404)。これにより、「運動加速度の積分値」と「GPS速度の時間差分」の積の値が無限に累積加算されることを防ぐことができる。一方で、判定部24において「停止」、「前進」、或いは「後退」のいずれの判定も得られなかった場合、すなわち判定部24が「未決定」の判定を行った場合には、ステップS401で加算部31が加算処理を行った後の加算結果を加算部31が保持する保持値として更新する(ステップS405)。
Next, the adding
以上のように、本発明の実施の形態2による移動状態検出装置によれば、移動状態判定部6に、積算部23で得た解の大きさが第2の閾値以上になるまで、積算部23の解を累積加算する加算部31を設け、判定部24が、加算部31の解が第2の閾値以上になった時に加算部31の解の符号から移動体の状態を判定するようにしてことにより、観測誤差等の影響により判断を誤ることを防止するとともに、より高頻度で移動状態の判断を行うことが可能になる。
As described above, according to the moving state detection device of the second embodiment of the present invention, the accumulating unit until the moving state determining unit 6 determines that the solution obtained by the accumulating
(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3による移動状態検出装置について説明する。本発明の実施の形態3による移動状態検出装置は、図2で示した移動状態判定部6において、判断部41が「運動加速度の積分値」と「GPS速度の時間差分」の積を用いないで移動体の前進、後退を判断するものである。
(Embodiment 3)
Next, a moving state detection apparatus according to Embodiment 3 of the present invention will be described. In the moving state detection apparatus according to Embodiment 3 of the present invention, in the moving state determination unit 6 shown in FIG. 2, the determination unit 41 does not use the product of “integral value of motion acceleration” and “time difference of GPS speed”. This determines whether the moving body is moving forward or backward.
図9は、本発明の実施の形態3による移動状態検出装置の移動状態判定部の構成を示すブロック図である。なお、前記図2で示した移動状態判定部6aと同一の構成要素については同一の符号を付し、ここでは説明を省略する。 FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a movement state determination unit of the movement state detection device according to the third embodiment of the present invention. The same components as those of the movement state determination unit 6a shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted here.
判定部41は、静止判定部5の出力から移動体が停止しているか否かを判定するとともに、加速度積分部21から出力される「運動加速度の積分値」と速度差分部22から出力される「GPS速度の時間差分」とをそれぞれ少なくとも1つの閾値と比較し、その比較結果から移動体の前進、後退を判定するものである。
The determination unit 41 determines whether or not the moving body is stopped from the output of the
以下、この判定部41が行う判定処理の一例について図10を用いて説明する。
図10は、移動状態判定部6cの処理内容を示すフローチャートである。なお、前記図5で示した処理ステップと同様の処理内容については同一の符号を付し、ここでは説明を省略する。
Hereinafter, an example of the determination process performed by the determination unit 41 will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a flowchart showing the processing contents of the movement state determination unit 6c. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the process content similar to the process step shown in the said FIG. 5, and description is abbreviate | omitted here.
判定部41は、移動体の前進、後退の判定を行うために予め定められた条件1、或いは条件2を満たすか否かの判断を行う(ステップS501、S502)。
The determination unit 41 determines whether or not a predetermined condition 1 or
この条件1及び条件2は、例えば、下記表1のように設定する。
これにより、「運動加速度の積分値」と「GPS速度の時間差分」の積を用いないで移動体の前進、後退を判断することができるとともに、移動体の前進、後退を判断するための閾値を「運動加速度の積分値」、「GPS速度の時間差分」毎に設定できるので、観測誤差等の誤差要因を除去したより正確な判定処理を行うことが可能になる。 This makes it possible to determine whether the moving body is moving forward or backward without using the product of “integrated value of motion acceleration” and “time difference between GPS speeds”, as well as a threshold value for determining moving body forward and backward. Can be set for each “integral value of motion acceleration” and “time difference of GPS speed”, so that more accurate determination processing can be performed by removing error factors such as observation errors.
なお、本発明の実施の形態3では、図5の処理内容を変形して判定部41が行う処理内容を説明したが、図11に示すように図6のステップS301の処理をさらに追加し、一定以上のGPS速度が得られた場合にのみ、移動体の状態を判定するようにしてもよい。 In the third embodiment of the present invention, the processing content performed by the determination unit 41 by modifying the processing content in FIG. 5 has been described. However, as shown in FIG. 11, the processing in step S301 in FIG. The state of the moving body may be determined only when a GPS speed above a certain level is obtained.
また、本発明の実施の形態3においても、前述した実施の形態2のように加算部をさらに設け、「運動加速度の積分値」及び「GPS速度の時間差分」のそれぞれの累積加算値と所定の閾値とをそれぞれ比較するようにしても良い。 Also in the third embodiment of the present invention, an adder is further provided as in the second embodiment described above, and the cumulative addition value of each of “integral value of motion acceleration” and “time difference of GPS speed” is set to a predetermined value. These threshold values may be compared with each other.
以上のように、本発明の実施の形態3による移動状態検出装置によれば、加速度積分部21から出力される「運動加速度の積分値」と速度差分部22から出力される「GPS速度の時間差分」とをそれぞれ少なくとも1つの閾値と比較し、その比較結果から移動体の前進、後退を判定するようにしたことにより、移動体の加速、減速にかかわらず、常に正確に移動体の移動状態を判定することができる。また、この判定結果を用いてGPS等のGNSSで得られる移動体の速度情報から正確な移動体方位を検出することが可能になる。
As described above, according to the moving state detection apparatus of the third embodiment of the present invention, the “integration value of motion acceleration” output from the
なお、前述した実施形態1、2は最良の実施形態の一例であって、本発明の要旨を損なわない範囲で種々の変更が可能であり、本発明は前述した実施形態に限定されるものではない。 The first and second embodiments described above are examples of the best embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. The present invention is not limited to the above-described embodiments. Absent.
1 GPSアンテナ
2 GPS受信機
3 加速度センサ
4 角速度センサ
5 静止判定部
6 移動状態判定部
7 方位検出部
21 加速度積分部
22 速度差分部
23 積算部
24、41 判定部
31 加算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
移動体速度を算出する速度算出部と、
移動体の進行方向に対する運動加速度を検出する加速度センサと、
移動体の前進、後退を判定する移動状態判定部と、
前記受信部で受信した測位用信号に基づいて移動体の進路方向を計算し、前記移動状態判定部の判定結果が前進ならば該算出した進路方向を方位とみなし、判定結果が後退ならば該算出した進路方向の反対方向を方位とする方位検出部とを備え、
前記移動状態判定部は、前記検出した運動加速度の単位時間における積分値を算出する加速度積分部と、前記算出した移動体速度に基づいて前記単位時間の開始から終了時までの移動体速度の大きさの差分を算出する速度差分部と、前記加速度積分部の出力結果と前記速度差分部の出力結果に基づいて、移動体の前進、後退を判定する判定部とを有することを特徴とする移動状態検出装置。 At least one receiving unit for receiving a positioning signal transmitted from a satellite;
A speed calculator for calculating the moving body speed;
An acceleration sensor for detecting motion acceleration in the traveling direction of the moving body;
A moving state determination unit for determining forward and backward movement of the moving body;
Based on the positioning signal received by the receiving unit, the path direction of the moving body is calculated. If the determination result of the moving state determination unit is forward, the calculated path direction is regarded as the direction. An azimuth detection unit having a direction opposite to the calculated course direction as a direction,
The moving state determining unit includes an acceleration integrating unit that calculates an integral value of the detected motion acceleration in unit time, and a magnitude of the moving body speed from the start to the end of the unit time based on the calculated moving body speed. A speed difference unit that calculates a difference in height; and a determination unit that determines whether the moving body is moving forward or backward based on an output result of the acceleration integration unit and an output result of the speed difference unit. State detection device.
前記方位検出部は、前記速度検出部で算出した移動体速度の大きさが所定の閾値以上である場合にのみ移動体の方位を出力することを特徴とする移動状態検出装置。 The movement state detection apparatus according to claim 1,
The azimuth detecting unit outputs the azimuth of the moving body only when the moving body speed calculated by the speed detecting unit is equal to or greater than a predetermined threshold.
移動体の進行方向に対する運動加速度を検出する加速度センサと、
移動体の前進、後退を判定する移動状態判定部とを備え、
前記移動状態判定部は、前記検出した運動加速度の単位時間における積分値を算出する加速度積分部と、前記算出した移動体速度に基づいて前記単位時間の開始から終了時までの移動体速度の大きさの差分を算出する速度差分部と、前記加速度積分部の出力結果と前記速度差分部の出力結果に基づいて、移動体の前進、後退を判定する判定部とを有することを特徴とする移動状態検出装置。 A speed calculator for calculating the moving body speed;
An acceleration sensor for detecting motion acceleration in the traveling direction of the moving body;
A moving state determination unit that determines whether the moving body is moving forward or backward,
The moving state determining unit includes an acceleration integrating unit that calculates an integral value of the detected motion acceleration in unit time, and a magnitude of the moving body speed from the start to the end of the unit time based on the calculated moving body speed. A speed difference unit that calculates a difference in height; and a determination unit that determines whether the moving body is moving forward or backward based on an output result of the acceleration integration unit and an output result of the speed difference unit. State detection device.
移動体の進行方向に対する運動加速度を検出する加速度センサと、
移動体の前進、後退を判定する移動状態判定部とを備え、
前記移動状態判定部は、前記検出した運動加速度の単位時間における積分値を算出する加速度積分部と、前記算出した移動体速度に基づいて前記単位時間の開始から終了時までの移動体速度の大きさの差分を算出する速度差分部と、前記加速度積分部の出力結果と前記速度差分部の出力結果とからそれらの積を算出する積算部と、前記積算部で得た積の符号から移動体の前進、後退を判定する判定部とを有することを特徴とする移動状態検出装置。 A speed calculator for calculating the moving body speed;
An acceleration sensor for detecting motion acceleration in the traveling direction of the moving body;
A moving state determination unit that determines whether the moving body is moving forward or backward,
The moving state determining unit includes an acceleration integrating unit that calculates an integral value of the detected motion acceleration in unit time, and a magnitude of the moving body speed from the start to the end of the unit time based on the calculated moving body speed. A moving body based on a speed difference unit that calculates a difference in height, an integration unit that calculates a product of the product from an output result of the acceleration integration unit and an output result of the speed difference unit, and a product sign obtained by the integration unit And a determination unit that determines whether the vehicle is moving forward or backward.
移動体の進行方向に対する運動加速度を検出する加速度センサと、
移動体の前進、後退を判定する移動状態判定部とを備え、
前記移動状態判定部は、単位時間における前記検出した運動加速度の積分値を算出する加速度積分部と、前記算出した移動体速度に基づいて前記単位時間の開始から終了時までの移動体速度の大きさの差分を算出する速度差分部と、前記加速度積分部の出力結果及び前記速度差分部の出力結果をそれぞれ少なくとも1つの閾値と比較し、その比較結果より移動体の前進、後退を判定する判定部とを有することを特徴とする移動状態検出装置。 A speed calculator for calculating the moving body speed;
An acceleration sensor for detecting motion acceleration in the traveling direction of the moving body;
A moving state determination unit that determines whether the moving body is moving forward or backward,
The moving state determination unit includes an acceleration integration unit that calculates an integral value of the detected motion acceleration in a unit time, and a magnitude of the moving body speed from the start to the end of the unit time based on the calculated moving body speed. A speed difference unit that calculates a difference in height, an output result of the acceleration integration unit, and an output result of the speed difference unit, each of which is compared with at least one threshold value, and a determination that determines whether the moving body is moving forward or backward based on the comparison result And a moving state detecting device.
移動体速度の大きさから移動体が移動中であるか否かを判断する静止判定部を備え、
前記判定部は、前記静止判定部により移動体が移動中であると判断された場合に、移動体の前進、後退を判定することを特徴とする移動状態検出装置。 In the movement state detection apparatus in any one of Claim 1 to 5,
A stationary determination unit for determining whether or not the moving body is moving from the size of the moving body speed,
The determination unit is configured to determine whether the moving body is moving forward or backward when the stationary determination unit determines that the moving body is moving.
前記判定部は、前記積算部で得た積の大きさ、或いは前記加速度積分部及び前記速度差分部の出力結果の大きさが所定の閾値以上の場合に、移動体の状態判定を行うことを特徴とする移動状態検出装置。 In the movement state detection apparatus according to claim 4 or 5,
The determination unit performs the state determination of the moving body when the magnitude of the product obtained by the integration unit, or the output results of the acceleration integration unit and the speed difference unit is equal to or greater than a predetermined threshold. A moving state detection device.
前記移動状態判定部は、前記積算部で得た積の大きさ、或いは前記加速度積分部及び前記速度差分部の出力結果の大きさが所定の閾値以上になるまで前記積算部で得た積、或いは前記加速度積分部及び前記速度差分部の出力結果を累積加算する加算部を有し、
前記判定部は、前記加算部の出力結果が前記所定の閾値以上になった時に、該累積加算した値を用いて移動体の状態判定を行うことを特徴とする移動状態検出装置。
In the movement state detection apparatus according to claim 7,
The moving state determination unit is the product obtained by the integration unit until the magnitude of the product obtained by the integration unit, or the magnitude of the output result of the acceleration integration unit and the speed difference unit is equal to or greater than a predetermined threshold, Alternatively, an addition unit that cumulatively adds the output results of the acceleration integration unit and the speed difference unit,
The determination unit is configured to determine a state of a moving body using the cumulative addition value when an output result of the addition unit is equal to or greater than the predetermined threshold.
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