JP6202538B2 - 運転支援方法、プログラム、および運転支援装置 - Google Patents
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Description
(1)本発明の一態様に係る運転支援方法は、加速度を取得する加速度取得部(例えば、実施形態での3次元加速度センサ14)および情報を提示する情報提示部(例えば、実施形態での表示装置16)を備える電子機器(例えば、上述した実施形態での運転支援装置10)が実行する運転支援方法であって、前記電子機器が、前記加速度取得部によって取得された前記加速度の周波数分析によって周波数に対応するパワースペクトルを算出するパワースペクトル算出ステップ(例えば、上述した実施形態でのステップS02およびステップS03)と、前記電子機器が、前記パワースペクトルの単回帰直線を演算し、所定周波数範囲での当該単回帰直線の傾きの大きさに基づく角度の情報を取得する角度情報取得ステップ(例えば、上述した実施形態でのステップS04)と、前記電子機器が、速度を取得する速度取得ステップ(例えば、上述した実施形態でのステップS05)と、前記電子機器が、前記角度のばらつき度合いに関連する値に含まれる所定時間における前記角度の分散と、前記速度に関連する値に含まれる所定時間における速度の相加平均との積を、渋滞予兆指標として算出する渋滞予兆指標算出ステップ(例えば、上述した実施形態でのステップS06からステップS08)と、前記電子機器が、所定時間内での前記渋滞予兆指標の変化に基づいて渋滞予兆を検知する渋滞予兆検知ステップ(例えば、上述した実施形態でのステップS09)と、前記情報提示部が、前記渋滞予兆検知ステップにおいて前記電子機器によって検知された前記渋滞予兆に基づいて渋滞予兆情報を提示する情報提示ステップ(例えば、上述した実施形態でのステップS10およびステップS11)と、を含む。
本実施形態による運転支援装置10は、例えば、車両などの移動体の乗員が携帯する携帯端末、または車両などの移動体に着脱可能に搭載された情報機器、または予め車両などの移動体に搭載されたナビゲーション装置などの電子機器、などである。
運転支援装置10は、アドフォックモードまたはインフラストラクチャモードなどの通信ネットワークを介した無線通信によって、外部装置に対して双方向通信可能である。運転支援装置10は、例えば、アドフォックモードの車車間通信によって他車両の運転支援装置10と双方向通信を行う。運転支援装置10は、例えば、インフラストラクチャモードの無線通信によって、基地局を介して外部装置と双方向通信を行う。
現在位置取得部13は、測位信号受信器12によって受信された測位信号を用いて運転支援装置10の現在位置を検出する。
表示装置16は、例えば、液晶表示装置などの各種のディスプレイであり、機器制御部17から出力される各種の情報を表示する。
機器制御部17は、速度算出部20と、入力データ算出部21と、周波数分析部22と、単回帰直線算出部23と、渋滞予兆指標算出部24と、渋滞予測部25と、を備えている。
図2に示すように、入力データ算出部21は、例えば、適宜の時刻tの加速度ベクターA(t)=(axt,ayt,azt)と、この時刻tよりもサンプリング周期ΔTだけ以前の時刻t−ΔTの加速度ベクターA(t−ΔT)=(axt−ΔT,ayt−ΔT,azt−ΔT)とによって、加速度ベクター差分ΔA=A(t)−A(t−ΔT)を算出する。そして、下記数式(1)に示すように、加速度ベクター差分ΔAのノルムutを算出する。
なお、3次元加速度センサ14によって検出されたX軸、Y軸、およびZ軸の各軸方向の加速度の情報を格納可能なバッファ(図示略)のバッファサイズ、つまり加速度の情報のサンプル数は、例えば表示装置16に表示される適宜の設定画面などにおいて操作者によって適宜に設定可能とされている。
例えば、周波数分析部22は、周波数分析に対する入力データの入出力点数および自己相関の遅れ数を用いて、入力データの自己相関を算出する。そして、自己相関に高速フーリエ変換を行なうことによって加速度スペクトルを算出する。なお、周波数分析に対する入力データの入出力点数および自己相関の遅れ数と、自己相関の入力値から平均値を引くか否かの選択とは、例えば表示装置16に表示される適宜の設定画面などにおいて操作者によって設定可能とされている。
例えば、周波数分析部22は、サンプリング周期ΔTにて入力データ算出部21によって算出される入力データの入出力点数において自己相関の算出および高速フーリエ変換を行なうことによって、所定期間の加速度スペクトルを算出する。
例えば、カオス理論では渋滞の予測に対して高周波数よりも低周波数のパワースペクトルの影響が大きい。このため、図3に示すように、単回帰直線算出部23は、所定周波数fb以下の低周波領域(例えば、下限周波数fa以上かつ所定周波数fb以下の周波数領域)の加速度スペクトルに対して最小二乗法などによって単回帰直線Lを算出する。そして、算出した単回帰直線Lの傾き(つまり、周波数の軸方向を傾きがゼロであるとして、この軸方向に対する傾き)を角度(スペクトル角度)θの情報に変換する。
例えば、スペクトル角度θの絶対値が小さい場合は、運転支援装置10とともに移動する車両が先行車両から受ける衝撃波(振動、ゆらぎ)が小さい場合に相当し、先行車両に対する反応遅れが小さく、交通流に影響が弱い同調走行がし易い、すなわち渋滞に至る可能性が小さい場合に相当する。
逆に、スペクトル角度θの絶対値が大きい場合は、運転支援装置10とともに移動する車両が先行車両から受ける衝撃波(振動、ゆらぎ)が大きい場合に相当し、先行車両に対する反応遅れが大きく、同調走行が難しくなって交通流に影響を与え易い、すなわち渋滞に至る可能性が大きい場合に相当する。なお、ここで言う衝撃波(振動、ゆらぎ)とは、車両が加速および減速の動作を繰り返すことにより、この動作(前後の動き)を後方の車両に一種の振動として伝播させることを意味する。
例えば図4に示す時刻taから時刻tbの期間における加速度およびスペクトル角度θの変動および平均的挙動のように、車両の停止状態から適度な加速によって定速走行に移行する場合などにおいては、加速度の変動が小さい。そして、一時的にスペクトル角度θの絶対値が増大したとしても、直ぐにゼロに向かい収束するので、加速および減速の総パワーは小さな値となる。
また、例えば図4に示す時刻taから時刻tbの期間における加速度およびスペクトル角度θの変動および平均的挙動のように、車両の定速走行もしくはエンジンブレーキなどによって緩やかに減速する場合などにおいては、加速度の変動が小さい。そして、スペクトル角度θの絶対値は小さな値を維持するので、加速および減速の総パワーは小さな値となる。この場合、たとえ振動などによって一時的にスペクトル角度θの絶対値が増大したとしても、直ぐにゼロに向かい収束するので、加速および減速の総パワーは小さな値となる。また、例えば3次元加速度センサ14の検出誤差などに起因して一時的にスペクトル角度θの絶対値が増大したとしても、直ぐにゼロに向かい収束するので、加速および減速の総パワーは小さな値となる。
一方、例えば図4に示す時刻tbから時刻tcの期間における加速度およびスペクトル角度θの変動および平均的挙動のように、車両の急減速、または加速後に直ぐに減速する場合などにおいては、加速度の変動が大きい。そして、スペクトル角度θの絶対値は大きな値となり、ゼロに向かい収束するのに要する時間が長くなるので、加速および減速の総パワーは大きな値となる。
渋滞予兆指標算出部24は、単回帰直線算出部23によって算出された角度θのばらつき度合いに関連する値を算出する。渋滞予兆指標算出部24は、例えば、所定時間における角度θの分散σ(θ)を算出する。所定時間は、例えば、数分〜数十分程度である。
渋滞予兆指標算出部24は、下記数式(2)に示すように、速度Vの相加平均μ(V)と角度θの分散σ(θ)との積(=μ(V)×σ(θ))を、渋滞予測部25に入力する渋滞予兆指標Iとして算出する。
渋滞予測部25は、渋滞予兆指標Iが所定条件を満たすか否かを判定することによって、車両のエネルギー効率(燃費または電費など)が低下する傾向および渋滞が発生し易い状況であるか否かを判定する。渋滞予測部25は、例えば、所定時間内で渋滞予兆指標Iが所定値以上であるか否かを判定する。渋滞予測部25は、例えば、所定時間内で渋滞予兆指標Iが所定割合以上低下するか否かを判定する。渋滞予測部25は、例えば、所定時間内で渋滞予兆指標Iが極大となるか否かを判定する。
なお、渋滞予兆指標Iの大きさに対する所定値、および渋滞予兆指標Iの低下割合に対する所定割合の各データは、例えば表示装置16に表示される適宜の設定画面などにおいて操作者によって設定可能とされている。
また、渋滞予測部25は、渋滞予兆指標算出部24によって逐次に算出される渋滞予兆指標Iの時系列データに基づき、所定時間内ごとに渋滞予兆指標Iが所定割合以上低下したか否かを判定する。渋滞予測部25は、例えば図7に示す時刻t3から時刻t5までの期間のように、渋滞予兆指標Iが所定割合以上低下した場合には、渋滞予兆を検知したと判定する。
また、渋滞予測部25は、渋滞予兆指標算出部24によって逐次に算出される渋滞予兆指標Iの時系列データに対して、例えば2以上の任意の自然数nによるn次関数などを用いて、時間(x)などを変数とする曲線関数(y)のあてはめを行ない、極大が存在するか否かを判定する。渋滞予測部25は、例えば図6に示す時刻t1から時刻t4までの期間のように、渋滞予兆指標Iの時系列データが極大となる場合には、渋滞予兆を検知したと判定する。
この判定結果が「NO」の場合、機器制御部17は、ステップS01の判定処理を繰り返し実行する。
一方、この判定結果が「YES」の場合、機器制御部17は、処理をステップS02に進める。
次に、ステップS02において、入力データ算出部21は、3次元加速度センサ14によって検出されたX軸、Y軸、およびZ軸の各軸方向の加速度を用いて3次元空間における加速度ベクターAを算出する。そして、サンプリング周期ΔTの時間間隔をおいた2つの異なるタイミングの加速度ベクターAの差分(加速度ベクター差分)ΔAのノルムuを入力データとして算出する。
次に、ステップS04において、単回帰直線算出部23は、加速度スペクトルの所定周波数範囲での単回帰直線を算出し、この単回帰直線の傾きを角度(スペクトル角度)θの情報に変換する。
そして、ステップS06において、渋滞予兆指標算出部24は、所定時間に亘って速度算出部20によって逐次に算出された速度Vを用いて、速度Vの相加平均μ(V)を算出する。渋滞予兆指標算出部24は、所定時間に亘って単回帰直線算出部23によって算出された角度θを用いて、角度θの分散σ(θ)を算出する。
そして、ステップS07において、渋滞予兆指標算出部24は、速度Vの相加平均μ(V)と角度θの分散σ(θ)との積(=μ(V)×σ(θ))を、渋滞予測部25に入力する渋滞予兆指標Iとして算出する。
これらの判定結果の全てが「NO」の場合、渋滞予測部25は、処理をステップS10に進める。
一方、これらの判定結果の少なくとも何れかが「YES」の場合、渋滞予測部25は、処理をステップS09に進める。
また、ステップS10において、渋滞予測部25は、渋滞予兆を検知していないこと、渋滞が発生し易い状況ではないこと、および交通流の渋滞傾向への変化を示す状態でないこと、などを示す情報(通常情報)を、表示装置16およびスピーカなどによって操作者に報知する。そして、渋滞予測部25は、処理をエンドに進める。
さらに、渋滞予測部25は、渋滞の直前状態において渋滞予兆指標Iが急激に低下するので、渋滞予兆指標Iが所定割合以上低下する場合には、渋滞予兆を検知したと判定することにより、渋滞予兆を簡便に精度良く検知することができる。
さらに、渋滞予測部25は、渋滞予兆に起因して渋滞予兆指標Iの時系列データにあてはめられる曲線関数が極大となるので、渋滞予兆指標Iが極大となる場合には、渋滞予兆を検知したと判定することにより、渋滞予兆を簡便に精度良く検知することができる。渋滞発生には周期性があるので、一定時間間隔ごとに渋滞予兆指標Iを算出して、渋滞予兆指標Iの履歴から極大を抽出することによって、渋滞予兆を簡便に検知することができる。
この変形例のサーバ装置31は、サーバ通信装置32と、サーバ制御部33と、地図データ記憶部34と、範囲渋滞予測部35と、を備えている。
なお、この変形例において運転支援装置10は、3次元加速度センサ14によって検出されたX軸、Y軸、およびZ軸の各軸方向の加速度に基づいた情報を、サーバ装置31に送信可能である。この情報は、例えば、速度算出部20によって算出された速度V、単回帰直線算出部23によって算出されたスペクトル角度θ、および渋滞予兆指標算出部24によって算出された渋滞予兆指標Iの情報などを含む。さらに、この情報は、現在位置取得部13によって取得された現在位置の履歴などを含んでいる。
地図データは、例えば、運転支援装置10の現在位置の情報に基づくマップマッチングの処理に必要とされる道路上の位置座標を示す道路座標データと、誘導経路の算出に必要とされる道路地図データと、を備えている。道路地図データは、例えば、ノード、リンク、リンクコスト、道路形状、舗装の有無、路面の凹凸の有無、および車両の走行状態などの道路状態、並びに道路種別などを備えている。ノードは、交差点および分岐点などの道路上の所定の地点の緯度および経度からなる座標点である。リンクは、各ノード間を結ぶ線であり、地点間を接続する道路区間である。リンクコストは、リンクに対応する道路区間の距離または道路区間の移動に要する時間を示す情報である。
この判定結果が「NO」の場合、サーバ制御部33は、ステップS21の処理を繰り返し実行する。
一方、この判定結果が「YES」の場合、サーバ制御部33は、処理をステップS22に進める。
この判定結果が「YES」の場合、つまりスタンドアローン動作の実行指示が無い場合、サーバ制御部33は、処理をステップS23に進める。このステップS23において、サーバ制御部33は、後述するネットワーク動作を実行し、処理を終了させる。
一方、この判定結果が「NO」の場合、サーバ制御部33は、処理をステップS24に進める。このステップS24において、サーバ制御部33は、スタンドアローン動作として、上述した実施形態でのステップS01からステップS20の処理を実行する。
先ず、図11に示すステップS31において、機器制御部17は、所定の通信インジケータ表示を、表示装置16に表示する。機器制御部17は、通信インジケータ表示を、運転支援装置10が、無線通信ネットワークシステムなどの通信ネットワークに接続され、この通信ネットワークを介して、通信不良など無しに、サーバ装置31に適正に接続可能であることを示す表示とする。
この判定結果が「NO」の場合、機器制御部17は、ステップS32の判定処理を繰り返し実行する。
一方、この判定結果が「YES」の場合、機器制御部17は、処理をステップS33に進める。
次に、ステップS33において、入力データ算出部21は、3次元加速度センサ14によって検出されたX軸、Y軸、およびZ軸の各軸方向の加速度を用いて3次元空間における加速度ベクターAを算出する。そして、サンプリング周期ΔTの時間間隔をおいた2つの異なるタイミングの加速度ベクターAの差分(加速度ベクター差分)ΔAのノルムuを入力データとして算出する。
次に、ステップS35において、単回帰直線算出部23は、加速度スペクトルの所定周波数範囲での単回帰直線を算出し、この単回帰直線の傾きを角度(スペクトル角度)θの情報に変換する。
次に、ステップS36において、速度算出部20は、3次元加速度センサ14によって検出されたX軸、Y軸、およびZ軸の各軸方向の加速度を用いて、運転支援装置10の速度Vを算出する。そして、渋滞予兆指標算出部24は、所定時間に亘って速度算出部20によって逐次に算出された速度Vを用いて、速度Vの相加平均μ(V)を算出する。渋滞予兆指標算出部24は、所定時間に亘って単回帰直線算出部23によって算出された角度θを用いて、角度θの分散σ(θ)を算出する。そして、渋滞予兆指標算出部24は、速度Vの相加平均μ(V)と角度θの分散σ(θ)との積(=μ(V)×σ(θ))を、渋滞予兆指標Iとして算出する。
次に、ステップS38において、機器制御部17は、サーバ装置31によって検知された適宜の位置範囲内の渋滞予兆の情報を、サーバ装置31から受信したか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合、機器制御部17は、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「YES」の場合、機器制御部17は、処理をステップS39に進める。
次に、ステップS39において、機器制御部17は、サーバ装置31から受信した渋滞予兆の情報を提示するように表示装置16およびスピーカなどを制御する。そして、機器制御部17は、処理をリターンに進める。
また、渋滞予兆指標算出部24は、角度θのばらつき度合いに関連する値として、角度θの分散σ(θ)を算出するとしたが、これに限定されない。渋滞予兆指標算出部24は、角度θのばらつき度合いに関連する値として、例えば、標準偏差などを用いてもよい。
実施形態の変形例において運転支援装置10は、車両に搭載される速度センサから速度の情報を取得してもよい。
実施形態の変形例において渋滞予測部25は、所定時間内ごとに渋滞予兆指標Iの減少度合いの絶対値または相対値が所定値以上であるか否かを判定してもよい。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
Claims (15)
- 加速度を取得する加速度取得部および情報を提示する情報提示部を備える電子機器が実行する運転支援方法であって、
前記電子機器が、前記加速度取得部によって取得された前記加速度の周波数分析によって周波数に対応するパワースペクトルを算出するパワースペクトル算出ステップと、
前記電子機器が、前記パワースペクトルの単回帰直線を演算し、所定周波数範囲での当該単回帰直線の傾きの大きさに基づく角度の情報を取得する角度情報取得ステップと、
前記電子機器が、速度を取得する速度取得ステップと、
前記電子機器が、前記角度のばらつき度合いに関連する値に含まれる所定時間における前記角度の分散と、前記速度に関連する値に含まれる所定時間における速度の相加平均との積を、渋滞予兆指標として算出する渋滞予兆指標算出ステップと、
前記電子機器が、所定時間内での前記渋滞予兆指標の変化に基づいて渋滞予兆を検知する渋滞予兆検知ステップと、
前記情報提示部が、前記渋滞予兆検知ステップにおいて前記電子機器によって検知された前記渋滞予兆に基づいて渋滞予兆情報を提示する情報提示ステップと、
を含む、
ことを特徴とする運転支援方法。 - 前記加速度取得部が、3次元空間の直交座標系を成す第1から第3軸の各軸方向の加速度の情報を取得する加速度取得ステップを含み、
前記電子機器が、前記パワースペクトル算出ステップにおいて、前記各軸方向の加速度の情報を用いて前記3次元空間における加速度のベクターを算出し、2つの異なるタイミングの前記ベクターの差分のノルムを入力データとして算出し、前記入力データの自己相関を算出し、前記自己相関にフーリエ変換を行なうことによって前記パワースペクトルを算出する、
ことを特徴とする請求項1に記載の運転支援方法。 - 前記電子機器が、前記渋滞予兆検知ステップにおいて、前記所定時間内で前記渋滞予兆指標が所定値以上である場合に前記渋滞予兆を検知する、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の運転支援方法。 - 前記電子機器が、前記渋滞予兆検知ステップにおいて、前記所定時間内で前記渋滞予兆指標が所定割合以上低下した場合に前記渋滞予兆を検知する、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の運転支援方法。 - 前記電子機器が、前記渋滞予兆検知ステップにおいて、前記所定時間内で前記渋滞予兆指標が極大となる場合に前記渋滞予兆を検知する、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の運転支援方法。 - 加速度を取得する加速度取得部および情報を提示する情報提示部を備える電子機器のコンピュータに、
前記加速度取得部によって取得された前記加速度の周波数分析によって周波数に対応するパワースペクトルを算出するパワースペクトル算出ステップと、
前記パワースペクトルの単回帰直線を演算し、所定周波数範囲での当該単回帰直線の傾きの大きさに基づく角度の情報を取得する角度情報取得ステップと、
速度を取得する速度取得ステップと、
前記角度のばらつき度合いに関連する値に含まれる所定時間における前記角度の分散と、前記速度に関連する値に含まれる所定時間における速度の相加平均との積を、渋滞予兆指標として算出する渋滞予兆指標算出ステップと、
所定時間内での前記渋滞予兆指標の変化に基づいて渋滞予兆を検知する渋滞予兆検知ステップと、
前記渋滞予兆検知ステップにおいて検知した前記渋滞予兆に基づいて渋滞予兆情報を前記情報提示部に提示させる情報提示ステップと、
を実行させる、
ことを特徴とするプログラム。 - 前記電子機器のコンピュータに、
3次元空間の直交座標系を成す第1から第3軸の各軸方向の加速度の情報を前記加速度取得部に取得させる加速度取得ステップを実行させ、
前記パワースペクトル算出ステップにおいて、前記各軸方向の加速度の情報を用いて前記3次元空間における加速度のベクターを算出させ、2つの異なるタイミングの前記ベクターの差分のノルムを入力データとして算出させ、前記入力データの自己相関を算出させ、前記自己相関にフーリエ変換を行なうことによって前記パワースペクトルを算出させる、
ことを特徴とする請求項6に記載のプログラム。 - 前記電子機器のコンピュータに、
前記渋滞予兆検知ステップにおいて、前記所定時間内で前記渋滞予兆指標が所定値以上である場合に前記渋滞予兆を検知させる、
ことを特徴とする請求項6または請求項7に記載のプログラム。 - 前記電子機器のコンピュータに、
前記渋滞予兆検知ステップにおいて、前記所定時間内で前記渋滞予兆指標が所定割合以上低下した場合に前記渋滞予兆を検知させる、
ことを特徴とする請求項6または請求項7に記載のプログラム。 - 前記電子機器のコンピュータに、
前記渋滞予兆検知ステップにおいて、前記所定時間内で前記渋滞予兆指標が極大となる場合に前記渋滞予兆を検知させる、
ことを特徴とする請求項6または請求項7に記載のプログラム。 - 加速度を取得する加速度取得部と、
情報を提示する情報提示部と、
前記加速度取得部によって取得された前記加速度の周波数分析によって周波数に対応するパワースペクトルを算出するパワースペクトル算出部と、
前記パワースペクトルの単回帰直線を演算し、所定周波数範囲での当該単回帰直線の傾きの大きさに基づく角度の情報を取得する角度情報取得部と、
速度を取得する速度取得部と、
前記角度のばらつき度合いに関連する値に含まれる所定時間における前記角度の分散と、前記速度に関連する値に含まれる所定時間における速度の相加平均との積を、渋滞予兆指標として算出する渋滞予兆指標算出部と、
所定時間内での前記渋滞予兆指標の変化に基づいて渋滞予兆を検知する渋滞予兆検知部と、
を備え、
前記情報提示部は、
前記渋滞予兆検知部によって検知された前記渋滞予兆に基づいて渋滞予兆情報を提示する、
ことを特徴とする運転支援装置。 - 前記加速度取得部は、3次元空間の直交座標系を成す第1から第3軸の各軸方向の加速度の情報を取得し、
前記パワースペクトル算出部は、前記各軸方向の加速度の情報を用いて前記3次元空間における加速度のベクターを算出し、2つの異なるタイミングの前記ベクターの差分のノルムを入力データとして算出し、前記入力データの自己相関を算出し、前記自己相関にフーリエ変換を行なうことによって前記パワースペクトルを算出する、
ことを特徴とする請求項11に記載の運転支援装置。 - 前記渋滞予兆検知部は、前記所定時間内で前記渋滞予兆指標が所定値以上である場合に前記渋滞予兆を検知する、
ことを特徴とする請求項11または請求項12に記載の運転支援装置。 - 前記渋滞予兆検知部は、前記所定時間内で前記渋滞予兆指標が所定割合以上低下した場合に前記渋滞予兆を検知する、
ことを特徴とする請求項11または請求項12に記載の運転支援装置。 - 前記渋滞予兆検知部は、前記所定時間内で前記渋滞予兆指標が極大となる場合に前記渋滞予兆を検知する、
ことを特徴とする請求項11または請求項12に記載の運転支援装置。
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