JP6143474B2 - Position detection apparatus and program - Google Patents
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Description
本発明は、位置検出装置およびプログラムに関する。 The present invention relates to a position detection device and a program.
下記の特許文献1には、電波航法技術および慣性航法技術においてセンサ誤差から生じる自車位置の誤差を考慮してマップマッチングを行うことができる位置検出装置が開示されている。センサ誤差は、動的システムの位置および向きを推定するカルマンフィルタの更新過程で算出された誤差共分散行列で表される。
また、下記の特許文献2には、誤差の生成過程をランジュバン方程式でモデル化することによりシステム方程式を単純化し、有色の観測雑音をマルコフ過程でモデル化し白色雑音化することによって、カルマンフィルタの更新周期の制限の問題を解消することができるハイブリッド航法装置が開示されている。
Further, in
ところで、カルマンフィルタでは、システムに付随する雑音の性質はガウス分布に従うことが前提となっているが、ジャイロセンサには累積誤差があり、GPS信号の測定誤差には自己相関がある。このように、実際に計測される情報に含まれる誤差はガウス分布ではなく有色雑音の性質を有する場合が多い。 By the way, in the Kalman filter, it is assumed that the nature of noise accompanying the system follows a Gaussian distribution, but the gyro sensor has an accumulated error, and the measurement error of the GPS signal has an autocorrelation. As described above, the error included in the actually measured information often has the property of colored noise instead of Gaussian distribution.
この点において、上記特許文献1の位置検出装置は、センサ誤差を白色雑音とみなして演算しているため、算出された誤差の量が実際の誤差よりも低く見積もられる傾向があり、車両の現在位置の算出精度が低くなる場合がある。
In this respect, since the position detection device of
また、特許文献2の航法装置は、有色雑音をモデル化してカルマンフィルタ内で誤差を単独推定するものであり、推定された誤差には有色雑音のオフセット分が考慮されている。しかし、特許文献2の航法装置は、カルマンフィルタ内では、有色雑音の成分が行列式の要素として追加されるため、演算に用いられる行列のサイズ(要素数)が大きくなる。そのため、演算処理には大きな処理負荷がかかり、大きなメモリ空間も必要となるなど、多くの計算機リソースが必要となる。
Further, the navigation device of
移動体の位置を検出する位置検出装置は、移動体と共に移動するため、小型かつ軽量であることが求められており、電源としても大きなバッテリを搭載できないことが多い。そのため、そのような位置検出装置には、低い処理負荷や必要なメモリ量がすくないことが求められる。 Since the position detecting device for detecting the position of the moving body moves together with the moving body, it is required to be small and lightweight, and it is often impossible to mount a large battery as a power source. Therefore, such a position detection device is required to have a low processing load and a small memory capacity.
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、有色雑音を考慮した誤差を算出することができると共に、演算リソースの消費量を低く抑えることにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to be able to calculate an error in consideration of colored noise and to keep consumption of computing resources low.
上記課題を解決するための本発明の第一の態様は、例えば、移動体の位置を検出する位置検出装置であって、GPS信号に基づいて前記移動体の位置を算出し、GPS位置として出力するGPS位置算出部と、前記移動体に設けられた各センサから出力された情報を取得するセンサ情報取得部と、前記GPS位置算出部によって算出された前記GPS位置の情報と、前記センサ情報取得部によって取得されたセンサ情報とに基づいて前記移動体の位置および向きを示す情報、ならびに、これらの誤差共分散行列を算出する位置誤差算出部と、誤差の累積を示す誤差ベクトルを算出し、算出した誤差ベクトルの長さを示す情報をオフセットとして算出するオフセット算出部と、前記オフセット算出部によって算出されたオフセットに基づいて、前記位置誤差算出部によって算出された誤差共分散行列から求まる誤差楕円の面積が大きくなるように当該誤差共分散行列を補正する誤差共分散行列補正部と、前記位置誤差算出部によって算出された前記移動体の位置および向きを示す情報、および、前記誤差共分散行列補正部によって補正された誤差共分散行列を用いて、地図データに含まれる道路上に前記移動体が存在する確率を算出し、算出した確率に基づいて前記地図データに含まれる道路上に前記移動体の位置を推定するマップマッチ処理部とを備える。
A first aspect of the present invention for solving the above problem is, for example, a position detection device that detects the position of a moving body, and calculates the position of the moving body based on a GPS signal and outputs the position as a GPS position A GPS position calculation unit, a sensor information acquisition unit that acquires information output from each sensor provided in the moving body, the GPS position information calculated by the GPS position calculation unit, and the sensor information acquisition Information indicating the position and orientation of the moving body based on the sensor information acquired by the unit, a position error calculation unit for calculating the error covariance matrix, and an error vector indicating the accumulation of errors, an offset calculating section that calculates the information indicating the length of the calculated error vector as an offset, based on the calculated offset by the offset calculation section, The error covariance matrix correction unit that corrects the error covariance matrix so that the area of the error ellipse obtained from the error covariance matrix calculated by the position error calculation unit increases, and the position error calculation unit Using the information indicating the position and orientation of the moving object and the error covariance matrix corrected by the error covariance matrix correction unit, the probability that the moving object exists on the road included in the map data is calculated, A map match processing unit that estimates the position of the moving object on a road included in the map data based on the calculated probability.
また、本発明の第二の態様は、例えば、コンピュータを、移動体の位置を検出する位置検出装置として機能させるプログラムであって、前記コンピュータに、GPS信号に基づいて前記移動体の位置を算出し、GPS位置として出力するGPS位置算出機能と、前記移動体に設けられた各センサから出力された情報を取得するセンサ情報取得機能と、前記GPS位置算出機能によって算出された前記GPS位置の情報と、前記センサ情報取得機能によって取得されたセンサ情報とに基づいて前記移動体の位置および向きを示す情報、ならびに、これらの誤差共分散行列を算出する位置誤差算出機能と、誤差の累積を示す誤差ベクトルを算出し、算出した誤差ベクトルの長さを示す情報をオフセットとして算出するオフセット算出機能と、前記オフセット算出機能によって算出されたオフセットに基づいて、前記位置誤差算出機能によって算出された誤差共分散行列から求まる誤差楕円の面積が大きくなるように補正する誤差共分散行列補正機能と、前記位置誤差算出機能によって算出された前記移動体の位置および向きを示す情報、および、前記誤差共分散行列補正機能によって補正された誤差共分散行列を用いて、地図データに含まれる道路上に前記移動体が存在する確率を算出し、算出した確率に基づいて前記地図データに含まれる道路上に前記移動体の位置を推定するマップマッチ処理機能とを実現させる。 The second aspect of the present invention is a program that causes a computer to function as a position detection device that detects the position of a moving object, for example, and causes the computer to calculate the position of the moving object based on a GPS signal. A GPS position calculation function for outputting as a GPS position, a sensor information acquisition function for acquiring information output from each sensor provided in the moving body, and the GPS position information calculated by the GPS position calculation function Information indicating the position and orientation of the moving body based on the sensor information acquired by the sensor information acquisition function, a position error calculation function for calculating the error covariance matrix, and an accumulation of errors calculates an error vector, and the offset calculation function of calculating the information indicating the length of the calculated error vector as an offset, the An error covariance matrix correction function for correcting the area of the error ellipse obtained from the error covariance matrix calculated by the position error calculation function based on the offset calculated by the offset calculation function; and the position error calculation Using the information indicating the position and orientation of the moving object calculated by the function and the error covariance matrix corrected by the error covariance matrix correction function, the moving object exists on the road included in the map data And a map match processing function for estimating the position of the moving body on the road included in the map data based on the calculated probability.
本発明の位置検出装置によれば、有色雑音を考慮した誤差を算出することができると共に、演算リソースの消費量を低く抑えることができる。 According to the position detection apparatus of the present invention, it is possible to calculate an error in consideration of colored noise and to reduce the consumption of computing resources.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態における位置検出装置として動作するナビゲーション装置10の構成の一例を示すハードウェア構成図である。ナビゲーション装置10は、演算処理部100と、記憶装置107と、音声入出力装置108と、入力装置111と、ROM装置115と、車速センサ116と、加速度センサ117と、ジャイロセンサ118と、GPS(Global Positioning System)受信装置119と、FM多重放送受信装置120と、ビーコン受信装置121とを備える。本実施形態におけるナビゲーション装置10は、例えば自動車等の車両に搭載される。
FIG. 1 is a hardware configuration diagram illustrating an example of a configuration of a
演算処理部100は、様々な処理を行う中心的ユニットである。演算処理部100は、例えば各種センサ(車速センサ116、加速度センサ117、ジャイロセンサ118)、GPS受信装置119、FM多重放送受信装置120等から出力される情報を基にして演算処理部100の現在位置を検出する。また、演算処理部100は、得られた現在位置の情報に基づいて、表示に必要な地図データを記憶装置107あるいはROM装置115から読み出す。
The
また、演算処理部100は、読み出した地図データをグラフィックス展開し、そこに現在位置を示すマークを重ねてディスプレイ106に表示する。また、演算処理部100は、記憶装置107またはROM装置115に記憶されている地図データ等を用いて、ユーザから指示された出発地点(または現在位置)と目的地点とを結ぶ最適な経路(推奨経路)を探索する。また、演算処理部100は、スピーカ110やディスプレイ106を用いてユーザを誘導する。
In addition, the
また、演算処理部100は、数値演算および各デバイスを制御するといった様々な処理を実行するCPU(Central Processing Unit)101と、記憶装置107から読み出した地図データや演算データ等を格納するRAM(Random Access Memory)102と、プログラムやデータを格納するROM(Read Only Memory)103と、各種ハードウェアを演算処理部100と接続するためのI/F(インターフェイス)104とを有する。演算処理部100では、各デバイスがバス105で接続されている。
The
ディスプレイ106は、演算処理部100等で生成されたグラフィックス情報を表示するユニットである。ディスプレイ106は、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイなどで構成される。記憶装置107は、HDDや不揮発性メモリカードといった、少なくとも読み書きが可能な記憶媒体で構成される。この記憶媒体には、通常の経路探索装置に必要な地図データ(地図上の道路を構成するリンクのリンクデータを含む)であるリンクテーブル等が格納されている。
The
音声入出力装置108は、マイクロフォン109およびスピーカ110を有する。マイクロフォン109は、運転者等の搭乗者が発した音声を取得する。スピーカ110は、演算処理部100で生成されたユーザへのメッセージ等を音声信号として出力する。
The voice input /
マイクロフォン109とスピーカ110とは、当該ナビゲーション装置10が搭載された車両内の所定の部位に、別個に配されている。ただし、マイクロフォン109とスピーカ110とは、ナビゲーション装置10の筐体内に収納されていてもよい。ナビゲーション装置10は、マイクロフォン109およびスピーカ110を、それぞれ複数備えることができる。
The
入力装置111は、ユーザからの指示をユーザによる操作を介して受け付ける装置である。入力装置111は、方向キー112と、ダイヤルスイッチ113と、タッチパネル114とを有するが、その他のハードスイッチ(例えば縮尺変更キーなど)が設けられていてもよい。
The
ROM装置115は、CD-ROMやDVD-ROM等のROM(Read Only Memory)や、IC(Integrated Circuit)カードといった、少なくとも読み取りが可能な記憶媒体で構成されている。この記憶媒体には、例えば、動画データや、音声データなどが記憶されている。
The
車速センサ116、加速度センサ117、およびジャイロセンサ118は、ナビゲーション装置10で現在位置を検出するために使用されるセンサである。
The
車速センサ116は、車速を算出するのに用いられる信号を出力するセンサである。車速センサ116は、例えば、車輪の回転数を検出してパルス信号に変換し、所定の時間内におけるパルス信号数といった形で車速情報を出力する。
The
加速度センサ117は、車両の前後方向の加速度に応じて所定の検出信号を一定周期で出力するセンサである。加速度センサ117は、例えば、車両の加速度が増加している場合には正の信号を出力し、減速度が発生している場合には負の信号を出力する。
The
ジャイロセンサ118は、光ファイバジャイロや振動ジャイロ等で構成され、移動体の回転による角速度を検出するセンサである。
The
GPS受信装置119は、GPS衛星からの信号を受信し、受信した信号を演算処理部100に提供する。
The
FM多重放送受信装置120は、FM多重放送局から送られてくるFM多重放送信号を受信する。FM多重放送には、VICS(Vehicle Information Communication System:登録商標)情報の概略現況交通情報、規制情報、SA/PA(サービスエリア/パーキングエリア)情報、駐車場情報、天気情報などやFM多重一般情報としてラジオ局が提供する文字情報などがある。
The FM multiplex
ビーコン受信装置121は、VICS情報などの概略現況交通情報、規制情報、SA/PA情報、駐車場情報、天気情報や緊急警報などを受信する。ビーコン受信装置121は、例えば、光により通信する光ビーコン、電波により通信する電波ビーコン等を受信する。 The beacon receiving device 121 receives general current traffic information such as VICS information, regulation information, SA / PA information, parking lot information, weather information, emergency alerts, and the like. The beacon receiving device 121 receives, for example, an optical beacon that communicates by light, a radio beacon that communicates by radio waves, and the like.
図2は、記憶装置107内に格納されるリンクテーブル20のデータ構造の一例を示す概念図である。リンクテーブル20は、予め定められた地図領域であるメッシュ毎に、当該メッシュに含まれる道路を示すリンクに関する情報を含むメッシュデータ21を有する。それぞれのメッシュデータ21には、それぞれのメッシュを識別するメッシュID22および当該メッシュ内のリンクに関するデータであるリンクデータ23が含まれる。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of the data structure of the link table 20 stored in the
それぞれのリンクデータ23には、それぞれのリンクを識別するリンクID230、当該リンクの開始ノード座標231、当該リンクの終了ノード座標232、当該リンクの道路種別233、当該リンクのリンク長234、当該リンクの旅行時間235、当該リンクの開始ノードに接続されている他のリンクのリンクIDを示す開始接続リンク236、および当該リンクの終了ノードに接続されている他のリンクのリンクIDを示す終了接続リンク237等が格納されている。
Each
図3は、演算処理部100によって実現される位置検出機能30の機能構成の一例を示すブロック図である。位置検出機能30は、GPS位置算出部31、センサ情報取得部32、オフセット算出部33、位置誤差算出部34、誤差共分散行列補正部35、およびマップマッチ処理部36を有する。
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the position detection function 30 realized by the
GPS位置算出部31は、所定の時間間隔で(例えば1秒毎に)、GPS受信装置119から提供されたGPS信号に基づいて、ナビゲーション装置10が搭載された車両とGPS衛星間の距離およびその変化率を3個以上の衛星に対して測定することで、車両の位置(GPS位置)、速度、方位を示す位置情報、速度情報、および方位情報、ならびに、算出した車両位置の確かさを示す誤差情報を生成する。そして、GPS位置算出部31は、生成したこれらの情報をオフセット算出部33および位置誤差算出部34へそれぞれ出力する。
The GPS
センサ情報取得部32は、所定の時間間隔で(例えば0.2秒毎に)、車速センサ116、加速度センサ117、およびジャイロセンサ118のそれぞれから出力された情報を取得し、取得したこれらの情報を、オフセット算出部33および位置誤差算出部34へそれぞれ出力する。
The sensor
オフセット算出部33は、後述する手順により、誤差の累積を示す誤差ベクトルを算出し、算出した誤差ベクトルの長さを示す情報をオフセットとして誤差共分散行列補正部35へ出力する。
The offset
位置誤差算出部34は、例えばカルマンフィルタ(「拡張カルマンフィルタ」と呼ばれるものを含む)によって構成され、誤差のある測定値を用いて、車両等の移動体の位置や方位などを特定する情報を算出する。本実施形態に係る位置誤差算出部34は、車両の位置情報、速度情報、方位情報、誤差情報や自律情報といった複数の情報を受け付けて、これらの平均と分散を求めることにより、車両の位置および向きを示す情報、ならびに、これらの情報の誤差を示す誤差共分散行列を算出する。そして、位置誤差算出部34は、算出したこれらの情報を誤差共分散行列補正部35へ出力する。
The position
誤差共分散行列補正部35は、後述する手順により、位置誤差算出部34によって算出された誤差共分散行列を、オフセット算出部33によって算出されたオフセットを用いて補正し、補正後の誤差共分散行列を、位置誤差算出部34によって算出された車両の位置および向きを示す情報と共にマップマッチ処理部36へ出力する。
The error covariance
マップマッチ処理部36は、記憶装置107内のリンクテーブル20を参照し、誤差共分散行列補正部35から受け取った車両の位置および向きを示す情報ならびに補正後の誤差共分散行列を用いて、車両が存在している最も確からしいリンク上の位置を特定する。そして、マップマッチ処理部36は、特定した位置近傍の地図データを記憶装置107から読み出してグラフィックス展開し、表示された地図上で特定された位置にカーマークを重ねてディスプレイ106に表示する。
The map
図4は、位置検出機能30によって実行される位置検出処理の一例を示すフローチャートである。位置検出機能30は、例えば所定の時間間隔で(例えば1秒毎に)、本フローチャートに示す処理を実行する。 FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of the position detection process executed by the position detection function 30. The position detection function 30 executes the processing shown in this flowchart, for example, at predetermined time intervals (for example, every second).
なお、これとは別に、GPS位置算出部31は、所定の時間間隔でナビゲーション装置10が搭載された車両のGPS位置等を算出し、これらの情報をオフセット算出部33および位置誤差算出部34に提供しており、センサ情報取得部32は、所定の時間間隔で各センサから出力された情報を取得してオフセット算出部33および位置誤差算出部34に提供している。
Separately from this, the GPS
まず、オフセット算出部33は、図5において後述する手順により、誤差の累積を示す誤差ベクトルを算出し、算出した誤差ベクトルの長さを示す情報をオフセットとして算出し、算出したオフセットを示す値を誤差共分散行列補正部35へ送る(S100)。
First, the offset
次に、位置誤差算出部34は、GPS位置算出部31によって算出されたGPS位置を含む位置情報、速度情報、方位情報、および誤差情報、ならびに、各センサから出力された情報を用いて、これらの平均と分散を求めることにより、車両の位置および向きを示す情報、ならびに、これらの情報の誤差を示す誤差共分散行列を算出する(S200)。そして、位置誤差算出部34は、算出したこれらの情報を誤差共分散行列補正部35へ送る。
Next, the position
なお、ステップS100における処理と、ステップS200における処理とは、ステップS300が実行される前までに終了していればよく、本フローチャートに示す順番に限定されない。 Note that the processing in step S100 and the processing in step S200 are not limited to the order shown in this flowchart, as long as they are completed before step S300 is executed.
次に、誤差共分散行列補正部35は、図10において後述する手順により、位置誤差算出部34によって算出された誤差共分散行列を、オフセット算出部33によって算出されたオフセットを用いて補正し(S300)、補正後の誤差共分散行列を、位置誤差算出部34によって算出された車両の位置および向きを示す情報と共にマップマッチ処理部36へ送る。
Next, the error covariance
次に、マップマッチ処理部36は、記憶装置107内のリンクテーブル20を参照し、誤差共分散行列補正部35から受け取った車両の位置および向きを示す情報ならびに補正後の誤差共分散行列を用いて、車両が存在している最も確からしいリンク上の位置にカーマークを重ねてディスプレイ106に表示し(S400)、位置検出機能30は、本フローチャートに示す位置検出処理を終了する。
Next, the map
図5は、オフセット算出(S100)における処理の一例を示すフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of processing in offset calculation (S100).
ここで、オフセット算出の処理を説明する前に、各センサによって測定されたセンサデータとGPS位置算出部31によって算出されたGPS位置の時間的な関係を図示すると、例えば図6のようになる。オフセット算出部33および位置誤差算出部34では、例えば図6に示すように、センサ情報取得部32によって取得された各センサデータおよびGPS位置算出部31によって算出されたGPS位置の情報を保持している。
Here, before explaining the offset calculation process, the temporal relationship between the sensor data measured by each sensor and the GPS position calculated by the GPS
図6に示す例では、センサデータおよびGPS位置の情報は、新しい順に図6の上から下へ格納されている。また、最新のGPS位置Pnextを示すGPS信号の受信時刻をGnext、その1つ前のGPS位置Psyncを示すGPS信号の受信時刻をGsync、さらにその1つ前のGPS位置Pprevを示すGPS信号の受信時刻をGprevと定義する。 In the example shown in FIG. 6, the sensor data and the GPS position information are stored from the top to the bottom of FIG. Also, the reception time of the GPS signal indicating the latest GPS position P next is G next , the reception time of the GPS signal indicating the previous GPS position P sync is G sync , and the previous GPS position P prev is The reception time of the indicated GPS signal is defined as G prev .
まず、オフセット算出部33は、受信時刻Gprevにおける車両のGPS位置Pprev(Xgn-2,Ygn-2,θgn-2)を基準として、受信時刻Gprevから受信時刻Gsyncまでのセンサデータを用いて、ナビゲーション装置10が搭載された車両のデッドレコニングを行い、受信時刻Gsyncにおける車両の位置PDR(XDR,YDR)および向きDDRを算出する(S101)。
First, the offset
オフセット算出部33は、例えば図7に示すように、受信時刻Gprevから受信時刻Gsyncまでのセンサデータを時系列につなげて受信時刻Gsyncにおける車両の位置PDR(XDR,YDR)および向きDDRを算出する。受信時刻Gsyncにおける車両の向きDDRは、受信時刻Gprevにおける車両の向きθgn-2と角度θDRをなしている。
For example, as shown in FIG. 7, the offset
次に、オフセット算出部33は、受信時刻Gprevにおける車両の位置Pprevから、受信時刻Gnextにおける車両の位置PnextまでのGPS位置の変化から、受信時刻GsyncのGPS信号から算出されたGPS位置Psyncにおける向きDGPSを算出する(S102)。オフセット算出部33は、例えば図8に示すように、GPS位置PprevからGPS位置Psyncに至るベクトルM1の向きと、GPS位置PsyncからGPS位置Pnextに至るベクトルM2の向きとの中間の向きをDGPSとして算出する。図8に示した例では、ベクトルM1とベクトルM2とのなす角θGPSの1/2の角度となる方向を、GPS位置Psyncにおける向きDGPSとして算出している。
Next, offset
次に、オフセット算出部33は、差分ベクトルEi(EXi,EYi)を算出する(S103)。オフセット算出部33は、例えば図9に示すように、ステップS101において算出した車両の位置PDR(XDR,YDR)を、受信時刻GsyncにおけるGPS位置Psyncに一致させる。そして、オフセット算出部33は、ステップS101において算出した車両の向きDDRを、ステップS102において算出した向きDGPSに一致させるように回転させる。
Next, the offset
そして、オフセット算出部33は、ステップS101において位置PDR(XDR,YDR)の算出基準となっていた受信時刻Gprevにおける回転および平行移動させた後の位置を位置P'prevとして算出する。受信時刻GsyncにおけるGPS位置PsyncをX−Y座標の原点とすると、位置P'prevは(−XDR,−YDR)の位置に算出される。そして、オフセット算出部33は、GPS位置Pprevから位置P'prevに至るベクトルを差分ベクトルEi(EXi,EYi)として算出する。
Then, the offset
次に、オフセット算出部33は、過去に算出した所定数(例えば10個)の差分ベクトルEiのベクトル和をとり差分ベクトルEを算出し、算出した差分ベクトルEの長さをdoffsetとして誤差共分散行列補正部35へ送り、オフセット算出部33は、本フローチャートに示したオフセット算出の処理を終了する。
Next, the offset
図10は、誤差共分散行列の補正(S300)の処理の一例を示すフローチャートである。 FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of the error covariance matrix correction (S300) process.
まず、誤差共分散行列補正部35は、位置誤差算出部34から出力された誤差共分散行列に基づいて、誤差楕円の長軸erraおよび短軸errbの長さをそれぞれ算出する(S301)。
First, the error covariance
次に、誤差共分散行列補正部35は、誤差楕円の長軸erraに、ステップS100においてオフセット算出部33が算出したdoffsetを加算して、補正後の長軸err'aを算出する(S302)。
Next, the error covariance
次に、誤差共分散行列補正部35は、以下の算出式(1)により、誤差楕円の短軸errbについても長軸と同じ比率で延伸させ、補正後の短軸err'bを算出する(S303)。
err'b=errb×err'a/erra ・・・(1)
Next, the error covariance
err ′ b = err b × err ′ a / err a (1)
このように、長軸と短軸とを同じ比率で延伸させることにより、誤差楕円の面積を大きくする補正を行うことで誤差の分布特性に与える影響を少なくすることができる。 In this way, by extending the major axis and the minor axis at the same ratio, it is possible to reduce the influence on the error distribution characteristics by performing correction to increase the area of the error ellipse.
次に、誤差共分散行列補正部35は、補正後の長軸err'aおよび短軸err'bを用いて、誤差共分散行列を再度作成する(S304)。そして、誤差共分散行列補正部35は、作成した補正後の誤差共分散行列を、位置誤差算出部34から受け取った車両の位置および向きの情報と共にマップマッチ処理部36へ送り、誤差共分散行列補正部35は、本フローチャートに示した誤差共分散行列の補正の処理を終了する。
Next, the error covariance
ここで、例えば図11(a)に示すように、有色性の雑音の影響により符号44の位置に現在位置の候補点が算出された場合、白色雑音として誤差が見積もられると、例えば誤差楕円は符号43のような大きさで算出される。
Here, for example, as shown in FIG. 11A, when a candidate point of the current position is calculated at the position of
そして、マップマッチ処理部36が、少なくとも一部が誤差楕円に含まれるようなリンクについて尤度を算出し、その中で最も確からしいリンクを決定するとすれば、たとえ実際の車両の位置がリンク41で示される道路上にある場合であっても、リンク41は尤度の算出対象から除外されてしまう。そのため、カーマーク42の位置が、実際には走行していない道路を示すリンク40上に算出されてしまう場合がある。
Then, if the map
これに対して、本実施形態のナビゲーション装置10では、各センサの誤差を累積し、累積した誤差に基づいて、誤差楕円の面積が大きくなるように誤差共分散行列を補正する。これにより、例えば図11(b)に示すように、リンク41の一部が補正後の誤差楕円に含まれることになり、カーマーク42の位置は、実際には走行している道路を示すリンク41上に算出される可能性が高まる。
On the other hand, in the
以上、本発明の実施の形態について説明した。 The embodiment of the present invention has been described above.
上記説明から明らかなように、本実施形態のナビゲーション装置10によれば、有色雑音を考慮した誤差を算出することができると共に、演算リソースの消費量を低く抑えることができる。
As is clear from the above description, according to the
例えば、特許文献2における航行装置では、有色雑音の成分がカルマンフィルタ内で行列式の要素として追加されるため、演算に用いられる行列のサイズ(要素数)が大きくなり、多くの計算機リソースが必要となる。
For example, in the navigation device in
これに対して、本実施形態のナビゲーション装置10では、カルマンフィルタによる行列演算とは別個に、各センサの誤差を累積し、累積した誤差に基づいて誤差共分散行列を補正する。これにより、サイズの大きな行列の演算に必要な多くのリソースを確保する必要がなく、オフセットの計算も行列演算ほど多くのリソースを必要としないため、リソースの限られた組込み機器において精度の高い位置検出を実現することができる。
On the other hand, in the
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。 In addition, this invention is not limited to above-described embodiment, Many deformation | transformation are possible within the range of the summary.
例えば、上記した実施形態において、誤差共分散行列補正部35は、オフセット算出部33が算出したdoffsetを誤差楕円の長軸に加算したが、本発明はこれに限られず、誤差楕円の短軸に加算してもよい。短軸にdoffsetを加算した場合、誤差共分散行列補正部35は、長軸を同じ比率で延伸させる。また、誤差共分散行列補正部35は、誤差楕円の長軸または短軸以外の方向に、オフセット算出部33が算出したdoffset分、誤差楕円を拡大することにより、誤差楕円の面積を大きくするようにしてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the error covariance
また、誤差共分散行列補正部35は、オフセット算出部33が算出したdoffsetを、誤差楕円の長軸および短軸にそれぞれ加算してもよく、長軸または短軸のいずれか一方にdoffsetを加算した場合には、他方の軸の長さを変更しないようにしてもよい。
Further, the error covariance
また、上記した実施形態は、車両に搭載されるナビゲーション装置10を例に説明したが、本発明はこれに限られず、位置検出機能30を有する装置であれば、汎用コンピュータや携帯情報端末等であってもよい。また、各センサやGPS受信装置を移動体と共に移動させ、それらの機器からの情報を無線通信により位置検出機能30を有する外部のコンピュータへ送信し、当該外部のコンピュータが位置検出機能30の処理を実行して地図上にカーマークを重ねた画像を作成し、作成した画像を無線通信により移動体へ送信して移動体の画面に表示させるようにしてもよい。
Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated the
なお、上記したナビゲーション装置10内の各構成要素は、本実施形態に係るナビゲーション装置10の構成の理解を容易にするために、主な処理内容に応じて機能別に区分したものである。そのため、構成要素の区分方法やその名称によって、本願発明が制限されることはない。本実施形態に係るナビゲーション装置10の構成は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に区分することもできるし、1つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように区分することもできる。また、それぞれの処理は、ソフトウェアによる処理として実現されてもよく、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の専用のハードウェアにより実現されてもよい。
In addition, each component in the above-mentioned
10:ナビゲーション装置、100:演算処理部、101:CPU、102:RAM、103:ROM、104:I/F、105:バス、106:ディスプレイ、107:記憶装置、108:音声入出力装置、109:マイクロフォン、110:スピーカ、111:入力装置、112:方向キー、113:ダイヤルスイッチ、114:タッチパネル、115:ROM装置、116:車速センサ、117:加速度センサ、118:ジャイロセンサ、119:GPS受信装置、120:FM多重放送受信装置、121:ビーコン受信装置、20:リンクテーブル、21:メッシュデータ、22:メッシュID、23:リンクデータ、230:リンクID、231:開始ノード座標、232:終了ノード座標、233:道路種別、234:リンク長、235:旅行時間、236:開始接続リンク、237:終了接続リンク、30:位置検出機能、31:GPS位置算出部、32:センサ情報取得部、33:オフセット算出部、34:位置誤差算出部、35:誤差共分散行列補正部、36:マップマッチ処理部、40:リンク、41:リンク、42:カーマーク、43:誤差楕円、44:候補点、45:補正後の誤差楕円、46:カーマーク 10: navigation device, 100: arithmetic processing unit, 101: CPU, 102: RAM, 103: ROM, 104: I / F, 105: bus, 106: display, 107: storage device, 108: voice input / output device, 109 : Microphone, 110: speaker, 111: input device, 112: direction key, 113: dial switch, 114: touch panel, 115: ROM device, 116: vehicle speed sensor, 117: acceleration sensor, 118: gyro sensor, 119: GPS reception Device: 120: FM multiplex broadcast receiver, 121: beacon receiver, 20: link table, 21: mesh data, 22: mesh ID, 23: link data, 230: link ID, 231: start node coordinates, 232: end Node coordinates, 233: road type, 234: link length 235: travel time, 236: start connection link, 237: end connection link, 30: position detection function, 31: GPS position calculation unit, 32: sensor information acquisition unit, 33: offset calculation unit, 34: position error calculation unit, 35: error covariance matrix correction unit, 36: map match processing unit, 40: link, 41: link, 42: car mark, 43: error ellipse, 44: candidate point, 45: error ellipse after correction, 46: car mark
Claims (7)
GPS信号に基づいて前記移動体の位置を算出し、GPS位置として出力するGPS位置算出部と、
前記移動体に設けられた各センサから出力された情報を取得するセンサ情報取得部と、
前記GPS位置算出部によって算出された前記GPS位置の情報と、前記センサ情報取得部によって取得されたセンサ情報とに基づいて前記移動体の位置および向きを示す情報、ならびに、これらの誤差共分散行列を算出する位置誤差算出部と、
誤差の累積を示す誤差ベクトルを算出し、算出した誤差ベクトルの長さを示す情報をオフセットとして算出するオフセット算出部と、
前記オフセット算出部によって算出されたオフセットに基づいて、前記位置誤差算出部によって算出された誤差共分散行列から求まる誤差楕円の面積が大きくなるように当該誤差共分散行列を補正する誤差共分散行列補正部と、
前記位置誤差算出部によって算出された前記移動体の位置および向きを示す情報、および、前記誤差共分散行列補正部によって補正された誤差共分散行列を用いて、地図データに含まれる道路上に前記移動体が存在する確率を算出し、算出した確率に基づいて前記地図データに含まれる道路上に前記移動体の位置を推定するマップマッチ処理部と
を備えることを特徴とする位置検出装置。 A position detection device for detecting the position of a moving body,
A GPS position calculation unit that calculates a position of the moving body based on a GPS signal and outputs the position as a GPS position;
A sensor information acquisition unit for acquiring information output from each sensor provided in the moving body;
Information indicating the position and orientation of the moving body based on the GPS position information calculated by the GPS position calculation unit and the sensor information acquired by the sensor information acquisition unit, and error covariance matrices thereof A position error calculation unit for calculating
An offset calculation unit that calculates an error vector indicating an accumulation of errors and calculates information indicating the length of the calculated error vector as an offset;
Error covariance matrix correction for correcting the error covariance matrix so that the area of the error ellipse obtained from the error covariance matrix calculated by the position error calculation unit is increased based on the offset calculated by the offset calculation unit And
Using the information indicating the position and orientation of the moving body calculated by the position error calculation unit and the error covariance matrix corrected by the error covariance matrix correction unit, the road is included on the road included in the map data. A position detection apparatus comprising: a map match processing unit that calculates a probability that a moving object exists and estimates a position of the moving object on a road included in the map data based on the calculated probability.
前記GPS位置算出部は、所定時間毎に前記GPS位置を算出し、
前記オフセット算出部は、
第一のタイミングにおいて算出された前記GPS位置を基準位置として、当該第一のタイミングよりも前記所定時間後のタイミングである第二のタイミングまでの間に取得したセンサ情報を累積して、当該第二のタイミングにおける前記移動体の位置および向きを算出し、
前記第一のタイミングにおいて算出された前記GPS位置から、前記第二のタイミングで算出された前記GPS位置までを結ぶ第一のベクトルの向きと、当該第二のタイミングで算出された前記GPS位置から、当該第二のタイミングよりも前記所定時間後のタイミングである第三のタイミングで算出された前記GPS位置までを結ぶ第二のベクトルの向きとの中間の向きを示す第一の方向を算出し、
前記センサ情報に基づいて算出した前記第二のタイミングにおける前記移動体の位置と、当該第二のタイミングで算出された前記GPS位置とを一致させると共に、前記センサ情報に基づいて算出した前記第二のタイミングにおける前記移動体の向きを前記第一の方向に一致させるように、前記第一のタイミングから前記第二のタイミングまでの間に取得したセンサ情報の軌跡を移動させ、
移動後の前記基準位置と、前記第一のタイミングにおいて算出された前記GPS位置との差に基づいて前記オフセットを算出することを特徴とする位置検出装置。 The position detection device according to claim 1,
The GPS position calculation unit calculates the GPS position every predetermined time,
The offset calculation unit
Using the GPS position calculated at the first timing as a reference position, the sensor information acquired until the second timing which is the timing after the predetermined time from the first timing is accumulated, Calculate the position and orientation of the moving body at the second timing,
From the GPS position calculated at the first timing to the direction of the first vector connecting from the GPS position calculated at the second timing to the GPS position calculated from the GPS position calculated at the second timing Calculating a first direction indicating an intermediate direction between the second vector connecting to the GPS position calculated at the third timing which is a timing after the predetermined time from the second timing. ,
The position of the mobile body at the second timing calculated based on the sensor information is matched with the GPS position calculated at the second timing, and the second calculated based on the sensor information Moving the trajectory of sensor information acquired between the first timing and the second timing so that the orientation of the moving body at the timing matches the first direction,
The position detecting device, wherein the offset is calculated based on a difference between the reference position after movement and the GPS position calculated at the first timing.
前記オフセット算出部は、
前記第一のベクトルと前記第二のベクトルとのなす角の1/2の角度となる方向を前記第一の方向として算出することを特徴とする位置検出装置。 The position detection device according to claim 2,
The offset calculation unit
A position detection apparatus that calculates a direction that is ½ of an angle formed by the first vector and the second vector as the first direction.
前記オフセット算出部は、
前記所定時間毎に取得された前記センサ情報および算出された前記GPS位置を用いて、前記第一のタイミングにおいて算出された前記GPS位置から、前記基準位置までのベクトルを算出し、前記所定時間毎に連続して算出された所定数の当該ベクトルを加算して求めたベクトルの長さをオフセットとして算出することを特徴とする位置検出装置。 The position detection device according to claim 2 or 3,
The offset calculation unit
Using the sensor information acquired every predetermined time and the calculated GPS position, a vector from the GPS position calculated at the first timing to the reference position is calculated, and every predetermined time A position detection device that calculates the length of a vector obtained by adding a predetermined number of vectors calculated consecutively as an offset.
前記誤差共分散行列補正部は、
前記位置誤差算出部によって算出された誤差共分散行列から求まる誤差楕円の長軸または短軸の長さに、前記オフセット算出部によって算出されたオフセットを加算することにより、当該誤差楕円の面積が大きくなるように補正することを特徴とする位置検出装置。 The position detection device according to any one of claims 1 to 4,
The error covariance matrix correction unit includes:
By adding the offset calculated by the offset calculator to the length of the major or minor axis of the error ellipse obtained from the error covariance matrix calculated by the position error calculator, the area of the error ellipse is increased. A position detecting device characterized by correcting so as to become.
前記誤差共分散行列補正部は、
前記誤差楕円の長軸または短軸のいずれか一方の長さに前記オフセットを加算した場合に、他方の軸の長さを、当該一方の軸と同じ比率で延伸させることを特徴とする位置検出装置。 The position detection device according to claim 5,
The error covariance matrix correction unit includes:
Position detection characterized by extending the length of the other axis at the same ratio as the one axis when the offset is added to the length of either the major axis or the minor axis of the error ellipse apparatus.
前記コンピュータに、
GPS信号に基づいて前記移動体の位置を算出し、GPS位置として出力するGPS位置算出機能と、
前記移動体に設けられた各センサから出力された情報を取得するセンサ情報取得機能と、
前記GPS位置算出機能によって算出された前記GPS位置の情報と、前記センサ情報取得機能によって取得されたセンサ情報とに基づいて前記移動体の位置および向きを示す情報、ならびに、これらの誤差共分散行列を算出する位置誤差算出機能と、
誤差の累積を示す誤差ベクトルを算出し、算出した誤差ベクトルの長さを示す情報をオフセットとして算出するオフセット算出機能と、
前記オフセット算出機能によって算出されたオフセットに基づいて、前記位置誤差算出機能によって算出された誤差共分散行列から求まる誤差楕円の面積が大きくなるように補正する誤差共分散行列補正機能と、
前記位置誤差算出機能によって算出された前記移動体の位置および向きを示す情報、および、前記誤差共分散行列補正機能によって補正された誤差共分散行列を用いて、地図データに含まれる道路上に前記移動体が存在する確率を算出し、算出した確率に基づいて前記地図データに含まれる道路上に前記移動体の位置を推定するマップマッチ処理機能と
を実現させることを特徴とするプログラム。 A program that causes a computer to function as a position detection device that detects the position of a moving object,
In the computer,
A GPS position calculation function for calculating the position of the moving body based on a GPS signal and outputting the position as a GPS position;
A sensor information acquisition function for acquiring information output from each sensor provided in the moving body;
Information indicating the position and orientation of the moving body based on the GPS position information calculated by the GPS position calculation function and the sensor information acquired by the sensor information acquisition function, and their error covariance matrix A position error calculation function for calculating
An offset calculation function for calculating an error vector indicating an accumulation of errors and calculating information indicating the length of the calculated error vector as an offset;
Based on the offset calculated by the offset calculation function, an error covariance matrix correction function that corrects the error ellipse area obtained from the error covariance matrix calculated by the position error calculation function,
Using the information indicating the position and orientation of the moving body calculated by the position error calculation function and the error covariance matrix corrected by the error covariance matrix correction function, the road is included on the road included in the map data. A program that calculates a probability that a moving object exists and implements a map match processing function that estimates a position of the moving object on a road included in the map data based on the calculated probability.
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