JP5087363B2 - 地理的形態の曲率に関するボーイング係数表示 - Google Patents

Description

本発明は、地理的データに関し、更に特定すれば、線状に伸びる地理的形態（道路など）がどの程度湾曲しているかをボーイング係数を用いて表す方法に関する。

車輌運転者に警報を発したり、車輌を取り巻く条件又は他の因子に基づいて車輌（又は、車輌の構成要素）の作動を変更したりする、様々な新しい車輌安全システムが開発されている。これらの新しい車輌安全システムのいくつかの例としては、自動前照灯照準装置、自動（又は、適応）クルーズコントロール、障害物警報装置、道路湾曲警報装置、交差点警報装置、走行車線逸脱警報装置、衝突警報装置、及び、適応変速シフト制御装置が含まれる。これらの車輌安全システムのいくつかは、車道の現在の状態と車輌周囲の環境とを検知するためにセンサ装置（例えば、レーダー及びカメラ）を使用する。また、これらの車輌安全システムのいくつかは、その構成要素としてデジタル地図データを使用する。デジタル地図データは、車輌前方及び周囲の道路位置及び形状を識別するために使用される。デジタル地図データは、道路沿いの比較的恒久的な物体又は形態を識別するためにも同じく使用することができる。

これらの車輌安全システムのいくつかにより使用されるデジタル地図データの種類の中には、道路の曲率を示すデータが含まれる。いくつかのデジタル地図データベースにおいては、ある与えられた場所における道路の曲率は、曲率半径値（又は、その逆数）によって表される。車輌安全システムのいくつかは、車輌の作動を変更するためにこれらの曲率半径データを使用する。例えば、車輌の自動クルーズコントロールシステムは、車輌の許容速度範囲を判断するために、車輌が走行している道路沿いの位置での道路の曲率を表すデータを使用する。許容速度範囲を判断した後、自動クルーズコントロールのアプリケーションは、必要に応じて車輌速度を調節する。
この種類の車輌安全システムに使用される地図データベースには、道路沿いの様々な地点での曲率半径を表すデータを含む、道路沿い地点の位置を表すデータが含まれる。この種類の地図データベースを形成する時には、道路が通過する一連の地点（「形状点」と称される）の座標を識別するデータを使用して曲率値が計算される。

曲率半径の計算値を使用して道路形状を表現することは、いくつかの車輌用アプリケーションに対しては十分であるが、しかし改良の余地はある。曲率半径の計算値は、ある与えられた形状点セットを近似するのに使用される関数の種類（例えば、区分的線形関数、ｂスプライン関数など）によって影響される可能性がある。更に、近似関数における僅かな変化が曲率値に大きな変化を生み出す場合がある。また、データ点の位置そのものの僅かな変化が計算曲率半径に大きな変化を生み出す場合もある。
従って、地理データベースにおける道路の幾何学的形状を表現する別の方法が必要である。

これら及び他の目的に対処するために、本発明は、道路などの線状に伸びる形態の曲率を表現する方法を含む。道路などの線状に伸びる形態の曲率は、ボーイング係数を使用して表現される。線状に伸びる形態に沿うある与えられた場所のボーイング係数は、その与えられた場所の両方の側の２点間の形態に沿う距離（又は、その距離の近似値）をこれらの同じ２点間の直線距離と比較することによって判断される。ボーイング係数データは、車輌が走行している道路などの線状に伸びる形態の曲率に関する情報を必要とする様々な車輌システムによって使用することができる。

Ｉ．定義
下記の用語が図１に図解されている。
「弦」は、道路セグメント上の任意の２つの地点を結ぶ直線セグメントを意味する。
「弦長」は、道路セグメント上の任意の２つの地点を結ぶ直線セグメントの長さを意味する。
「弧」は、道路セグメント上の任意の２つの地点間の道路セグメントの部分を意味する。
「弧長」は、道路セグメント上の任意の２つの地点間の道路セグメントの部分の長さ（又は、その近似値）を意味する。
本明細書で用いられる場合、「曲率」という言葉は、湾曲している線状に伸びる形態の一般的性質を意味し、特に断らない限り、数学的定義に限定されない。
「曲率半径」という用語の「曲率」という言葉は、その数学的意味を有すると理解される。

ＩＩ．概観
図２は、道路セグメント１０を示す。道路セグメント１０上の対を成す点１４の間に何本かの弦１２が引かれている（破線で）。図２から、ほぼ直線に近い道路セグメントの部分は、対応する弦長とほぼ等しい弧長を有することが理解できる。逆に、湾曲した道路セグメントの部分は、対応する弦長よりずっと大きな弧長を有する。このことは、道路セグメントの比較的直線的な部分に対しては、弦長に対する弧長の比は１に近く、道路セグメントの比較的湾曲した部分に対しては、弦長に対する弧長の比は１よりもかなり大であることを意味している。言い換えると、弦長に対する弧長の比は、道路セグメントの局所的な曲率を示す。

道路セグメントの曲率、弦長、及び、弧長の間のこの関係は、以下によって説明される。
Ａ／Ｃ〜κ
ここで、Ｃは弦長、Ａは弧長、また、κは曲率（つまり、「曲率」の数学的定義による）である。
本明細書においては、Ｃに対するＡの比は、「ボーイング係数」と呼ばれる。
「ボーイング係数」は、道路セグメントの２点間の部分がこれら同じ２点を結ぶ直線からどの程度湾曲するか又は曲がっているかを示す尺度である。
図３は、曲率によるボーイング係数の変化を示す。図３には、道路セグメント３８に沿う３つの代替経路３０、３２、及び、３４が示されている。これらの異なる経路の各々は、点４０及び４２間の異なる代替道路形態を表している。図３に示すように、曲率が大きいほどボーイング係数も大きくなる。

ＩＩＩ．実施形態
ボーイング係数は、道路の幾何学的形状を表すデータを使用する様々な車輌システム及びアプリケーションにより使用することができる。例えば、ボーイング係数は、自動クルーズコントロール・アプリケーションにより使用することができる。自動クルーズコントロール・アプリケーションによるボーイング係数の使用に関しては、図４及び図５に関連して説明される。
図４において、自動クルーズコントロールシステムを搭載した車輌５０は、道路セグメント５２に沿って走行する。自動クルーズコントロールシステムは、地図データベースに包含されたデータによって表された道路に対する車輌位置を表示するデータを取得する。この機能は、ＧＰＳ（全地球位置発見システム）や非天測位置推測法などの周知の車輌位置発見技術を用いて実行することができる。
車輌５０が道路セグメント５２に沿って走行すると、車輌５０の自動クルーズコントロール・アプリケーションは、道路のボーイング係数に基づいて車輌速度を調節する。図４において、矢印５４は、車輌の瞬間的な位置を表している。これらの位置に対応する弦５８も同じく示されている。

１つの実施形態によれば、各位置５４において、車輌の自動クルーズコントロール・アプリケーションは、車輌が位置する地点の両側に２点を選択する。自動クルーズコントロール・アプリケーションは、次に、これら２点を用いて弦長Ｃ，弧長Ａ，及び、ボーイング係数を計算する。図５に示すように、予期されることであるが、車輌が湾曲部の中に移動するとボーイング係数は増大し、車輌が湾曲部から出てくるとボーイング係数は減少する。車輌の自動クルーズコントロール・アプリケーションは、これらのボーイング係数の計算値を用い、それに応じて車輌速度を調節する。
車輌位置の両側の２点の選択は、それら２点から得られるボーイング係数がこれを使用するアプリケーションに適するように構成することができる。例えば、車輌位置からこの２点の各々への距離（又は、距離範囲）を構成することができる。
図５に示すように、いくつかの弧長及び弦長は、ボーイング係数が判断される連続する位置に関して部分的に重複する。上記で示す通り、ボーイング係数を判断するために使用される点の選択は、適切な曲率の尺度が得られるように構成することができる。弧長と弦長とが部分的に重複しないという制約はない。

ＩＶ．代替実施形態
Ａ．予め計算されたボーイング係数データの使用
１つの代替的実施形態によれば、自動クルーズコントロールなどの車輌安全システムは、道路沿いの地点に対するボーイング係数を含む地図データベースを使用する。この代替的実施形態によれば、道路沿い地点でのボーイング係数の値は、データベース開発者により予め計算されて地理データベースに記憶されている。道路沿い地点に対するボーイング係数の計算値を含む地理データベースは、車輌に装備されて、自動クルーズコントロールなどの車輌安全システムにより使用される。
車輌安全システムが使用する地図データベースにボーイング係数の計算値を記憶する利点は、これらの値を車輌で計算する必要性が排除されることである。

Ｂ．ボーイング係数の計算
ボーイング係数が計算できる異なるいくつかの方法がある。ボーイング係数を計算する１つの方法は、図６に関連して説明される。
図６は、道路６０の一部分を示す。この道路に沿って形状点６２、６４、６６、６８、及び、７０がある。これらの形状点は、その道路の場所の地理的座標が知られている地点である。これらの場所の地理的座標は、様々なデータ収集方法を用いて測定してもよい。例えば、これらの位置の地理的座標は、ＧＰＳ装置を用いて測定される場合がある。代替的に、これらの位置の地理的座標は、航空写真から測定してもよい。

１つの代替実施形態によれば、ボーイング係数の値は、各形状点に関して決められる。この代替実施形態によれば、ある与えられた形状点でのボーイング係数値は、その与えられた形状点からその与えられた形状点にすぐ隣接する２つの形状点までの距離の和をその２つの隣接形状点の間の直線距離と比較することによって近似することができる。この代替実施形態によれば、弧長は、２つの「弦長」を用いて近似される。

例えば、６６と標記した形状点に対するボーイング係数を判断するために、形状点６４から形状点６６までの距離は、形状点６６から形状点６８までの距離に加算される。次に、形状点６６でのボーイング係数を決めるために、この和は、形状点６４から６８と標記された形状点までの距離で割り算される。残りの形状点でのボーイング係数も同様な方法で判断することができる。ボーイング係数値は、次に、その形状点座標と共に地理データベースに記憶することができる。代替的に、この方法を用いて、車輌のアプリケーションによりその実行時に、ボーイング係数を必要に応じて進行中に計算することができる。

別の代替実施形態によれば、ある与えられた形状点でのボーイング係数の近似値は、その与えられた形状点にすぐ隣接する形状点よりも遠い追加の形状点までの距離を考慮に入れることにより決めることができる。図７は、この実施形態を示している。図７には、図６に示すのと同じ道路部分が示されている。図７において、地点６６でのボーイング係数は、地点６２から地点６４までの直線距離、地点６４から地点６６までの直線距離、地点６６から地点６８までの直線距離、及び、地点６８から地点７０までの直線距離を最初に加算し、次に、これらの距離の和を地点６２と地点７０との間の直線距離で割ることにより地点６６でのボーイング係数をもたらすことによって近似される。この代替実施形態によれば、弧長は、４つの「弦長」を用いて近似される。

図７においては、ボーイング係数が判断される地点の両側に２つの地点が選ばれた。代替的に、ボーイング係数が判断される地点のいずれの側にも任意数の地点を選ぶことができる。
更に別の代替実施形態によれば、ボーイング係数が判断される道路沿いの地点から、これに隣接するボーイング係数を判断するのに使用される地点までの距離は、車輌が走行した通りの実際距離であることができる。車輌が走行した通りの実際距離は、走行距離計又は速度パルスデータを用いて収集することができ、又は、航空写真又は衛星写真を調べることにより測定することができる。

Ｃ．他の代替実施形態
別の代替実施形態においては、ボーイング係数の値は、形状点データなどの道路の幾何学的形状を表すデータを用いて、進行中に車両において計算することができる。
本明細書に記述された新しい方法は、様々な車輌用アプリケーションの強さと効率とを改善するために現存の曲率半径手法と組み合わせて使用することができる。
上記の実施形態において、ボーイング係数データは、道路の曲率を表すために使用された。代替実施形態においては、ボーイング係数データは、河川、鉄道線路、境界線、飛翔経路、及び、フェリーなど、他の種類の線状に伸びる形態の曲率を表すのに使用することができる。

Ｖ．利点
曲率を表すのにボーイング係数を用いることによりいくつかの利点がもたらされる。第１に、道路などの線状に伸びる地理的形態の曲率を表すのにボーイング係数を用いることは、大きな誤差を生じがちな曲率半径値の計算を要しない。更に、線状に伸びる形態の曲率を表すのにボーイング係数を用いることは、曲率半径値を使用するよりも計算集約度が低い。それに加えて、ボーイング係数は、形状点（区分的線形近似）や多項スプライン制御点などのセットとして記憶されるデータから得ることができる。
以上の詳細な説明は、限定的よりもむしろ例証的であると見なされるように意図されており、また、全ての同等事項を含む添付請求項が本発明の範囲を形成するように意図されていることを理解されたい。

本明細書の用語のいくつかを説明するのに使用される図である。 道路沿いの異なる位置でのボーイング係数を説明するのに使用される図である。 ボーイング係数が曲率に応じて変化する様子を示す図である。 自動クルーズコントロールシステムを搭載した車輌が道路セグメントに沿って走行する場合について説明するための図である。 図４の点線円で囲まれた区域の拡大部分を示す図である。 代替実施形態の操作を示す図である。 別の代替実施形態の操作を示す図である。

符号の説明

６０ 道路
６２、６４、６６、６８、７０ 形状点

Claims (6)

1. 道路の２つの地点間で前記道路がどの程度湾曲しているかを示す割合に基づいて車輌を制御する自動クルーズコントロールシステムを備えた車輌システムであって、
   前記自動クルーズコントロールシステムは、
   道路に沿った地点を示す形状点データを取得する段階と、
   前記形状点データから道路に沿う２つの地点を選ぶ段階と、
   前記２つの地点間の前記道路に沿う距離の近似値（Ａ）と前記２つの地点間の直線距離（Ｃ）との比を計算することによってボーイング係数を求める段階と、
   によって前記割合を決定し、
   前記自動クルーズコントロールシステムは、
   前記車輌の速度を調節するために前記ボーイング係数を使用することを特徴とする、車輌システム。
2. 前記ボーイング係数を記憶する地理データベースを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の車輌システム。
3. 前記２つの地点は形状点であり、前記比を計算することは、前記道路沿った地点を示す形状点データを使用して実行されることを特徴とする請求項１に記載の車輌システム。
4. 地理データベースと、
   前記地理データベースから道路に沿った地点を示す形状点データを取得し、２つの地点間の道路セグメントに沿う距離の近似値（Ａ）を前記２つの地点間の直線距離（Ｃ）の比を計算することによってボーイング係数を求め、前記ボーイング係数を求めた結果を前記２つの地点間の前記道路セグメントの曲率を示すものとして地理データベースに記憶する自動クルーズコントロールシステムと、
   を含み、
   自動クルーズコントロールシステムは、車輌の速度を調節するのに前記結果を用いることを特徴とする、車輌システム。
5. 道路に沿った地点を示す形状点データを取得し、道路に沿う２つの地点間の距離（Ａ）と前記２つの地点間の直線距離（Ｃ）との比を計算することによってボーイング係数を求め、前記道路に対する車輌の位置を判断し、前記ボーイング係数を用いて前記車輌の速度を調節する自動クルーズコントロールシステムを含むことを特徴とする、車輌システム。
6. 前記計算は、前記車輌に配置された地理データベースに包含された前記形状点データを用いて実行されることを特徴とする請求項５に記載の車輌システム。

Images