JP6502694B2 - 路側通信機 - Google Patents
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Description
GPS受信機は、GPS衛星からのGPS信号を受信し自GPS受信機の位置を測位するとともに受信したGPS信号に含まれる時刻情報に同期した1PPS信号を出力する。
これによって、路側通信機は、エア同期よりもより高精度で同期することができるGPS同期を行いつつ、GPS受信機がGPS信号を受信できない場合には、補完的にエア同期を選択し、全体として高い精度を維持しながら時刻同期を行うことができる。
(1)一実施形態である路側通信機は、他の路側通信機と時刻同期を行う路側通信機であって、GPS受信機による測位の状態を示す測位状態情報に応じて、前記GPS受信機が出力する1PPS信号によるGPS同期と、前記他の路側通信機からの受信信号に含まれる時刻情報によるエア同期とを選択的に行う同期処理部を備えている。
この場合、処理部は、1PPS信号が与えられるか否かでGPS同期又はエア同期のいずれを行うかを選択することができるので、迅速に同期方式を切り替えることができ、同期のずれを少なくすることができる。
また、処理部は1PPS信号が与えられるか否かによって同期方式を選択するので、処理部以降の構成を、上記従来例にて示した、GPS衛星からのGPS信号を受信できなければ1PPS信号を出力しないGPS受信機を用いた路側通信機における、GPS受信機より後段の構成と同様の構成とすることができる。
以下、好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
〔1. システムの全体構成〕
図1は、実施形態に係る高度道路交通システム(ITS)の全体構成を示す概略斜視図である。本実施形態では、道路構造の一例として、南北方向と東西方向の複数の道路が互いに交差した碁盤目構造を想定している。
図1に示すように、本実施形態の高度道路交通システムは、交通信号機1、路側通信機2、車載通信機3、中央装置4、車載通信機3を搭載した車両5、及び、車両感知器や監視カメラ等よりなる路側センサ6を含む。
中央装置4は、自身が管轄するエリアの交通信号機1および路側通信機2とLAN(Local Area Network)を構成している。なお、中央装置4は、交通管制センターではなく道路上に設置してもよい。
高度道路交通システムにおいて、無線通信システムを構成する、複数の交差点それぞれに設置された複数の路側通信機2は、その周囲を走行する車両の車載通信機3との間で無線通信(路車間通信)が可能である。
また、各路側通信機2は、自己の送信波が到達する所定範囲内に位置する他の路側通信機2とも無線通信(路路間通信)が可能である。
また、同じく無線通信システムを構成する車載通信機3は、路側通信機2との間で無線通信(車路間通信)を行うとともに、キャリアセンス方式で他の車載通信機3と無線通信(車車間通信)が可能である。
路側通信機2及び車載通信機3は、同一周波数帯を通信に用いるが、上記のように路側通信機2と車載通信機3の送信時間帯が区別されていることで、路側通信機2による送信信号と、車載通信機3による送信信号との衝突を回避できる。
無線フレームは、路側通信機2が有するGPS受信機(後に説明する)が出力する1PPS信号に基づいて生成される。
図3に示すように、無線フレームは、路側機通信期間50を含んで構成されている。
路側機通信期間50は、路側通信機2に割り当てられるタイムスロットであり、この時間帯においては、路側通信機2による無線送信が許容される。一方、路側機通信期間50以外の期間は、車載通信機3によるキャリアセンス方式の無線送信用として開放する期間である。このため、路側通信機2は、路側機通信期間50以外の期間では無線送信を行わない。
複数の路側機通信期間50には、それぞれスロット番号iが付されている。このスロット番号iは、無線フレーム内でインクリメント又はデクリメントされる。
路側通信機2には、無線フレームに含まれる複数の路側機通信期間50の内の1又は複数が割り当てられる。路側通信機2はスロット番号iによっていずれの路側機通信期間50が自機2に割り当てられるかを認識することができる。
しかし、図3中の期間51は、路側通信機2−2による時刻を基準とすれば路側機通信期間50と認識される一方、路側通信機2−1による時刻を基準とすれば路側機通信期間50と認識される。
よって、図3に示すように、路側通信機2−2に同期した車載通信機は、路側機通信期間50以外の期間であると認識するため、無線送信可能と判断する。しかし、路側通信機2−1は、自らが路側機通信期間50と判断する期間で無線送信を行う。
このため、期間51内で前記車載通信機が無線送信を行ったとすると、同じタイミングで無線送信を行う路側通信機2−1との間で干渉が生じる。
各路側通信機2は、上記2つの方式の同期方式を選択的に実行することで、互いの無線フレームのタイミングを一致させる。
図4は、本実施形態に係る路側通信機2の構成を示すブロック図である。
路側通信機2は、図4に示すように、無線通信用アンテナ10が接続された無線通信機11と、GPS信号受信用アンテナ12が接続されたGPS受信機13と、通信制御処理を行う通信処理装置14と、を備えている。
GPS受信機13は、1又は複数のGPS衛星15から送信されるGPS信号を受信して自機(GPS受信機)13の位置を特定(測位)する機能を有している。また、GPS受信機13は、受信したGPS信号に含まれる時刻情報に同期した1PPS信号を出力するとともに、GPS受信機13による測位に関する情報を出力する機能を有している。GPS受信機13は、これら1PPS信号と、自機13の測位に関する情報とを通信処理装置14に与える。
GPS受信機13は、GPS衛星15からのGPS信号を受信し自機13の位置を測位する場合には受信したGPS信号に含まれる時刻情報に同期した1PPS信号を出力する。
一方、GPS信号を受信できない場合には、GPS受信機13は、GPS信号に含まれる時刻情報に同期した1PPS信号を出力することができない。
しかし、本実施形態のGPS受信機13は、一度GPS衛星15からのGPS信号を受信すると、それ以降にGPS信号を受信できなくなったとしても自機13の内部クロックに基づいて生成した信号を1PPS信号として出力することができる。
よって、GPS受信機13は、GPS信号を受信し測位したか否かに関わらず、1PPS信号を出力するように構成されている。
NMEAフォーマットデータは、GPS受信機13が測位した結果である位置情報の他、測位品質や、使用衛星数、GPS信号の受信状況等といった自機13による測位の状態を示す測位状態情報を含んでいる。
例えば、NMEAフォーマットに含まれている$GPGGA(GPS Fix Data)センテンスは、下記に示すように、パラメータ〈1〉〜パラメータ〈12〉を含んだデータとして定義されている。
「$GPGGAセンテンス」
$GPGGA,〈1〉,〈2〉,〈3〉,〈4〉,〈5〉,〈6〉,〈7〉,〈8〉,〈9〉,〈10〉,〈11〉,〈12〉*hh
各パラメータ〈1〉〜〈12〉の内容は、以下の通りである。
〈1〉:測位時のUTC(協定世界時:Coordinated universal time)時刻 hhmmss.s形式で表される。
〈2〉:緯度 ddmm.mmmm形式で表される。
〈3〉:北緯又は南緯 「N」又は「S」で表される。
〈4〉:経度 ddmm.mmmm形式で表される。
〈5〉:東経又は西経 「E」又は「W」で表される。
〈6〉:測位品質 「0」:不測位 「1」:単独測位 「2」:DGPS測位 「6」:推定測位
〈7〉:使用衛星数
〈8〉:水平精度低下率HDOP(Horizontal Dilution of Precision)
〈9〉:アンテナの海抜高さ(メートル)
〈10〉:ジオイド高さ(メートル)
〈11〉:DGPSデータのエイジ(Age)(秒)
〈12〉:差動基準地点ID
*hh :チェックサム
図6は、第1実施形態に係る路側通信機2における、GPS受信機13及び通信処理装置14の要部を示したブロック図である。
通信処理装置14は、GPS同期又はエア同期のいずれを行うかを選択して時刻同期を実行する同期処理部20を機能的に備えている。
同期処理部20には、GPS受信機13が出力する1PPS信号及びNMEAフォーマットデータが与えられる。
同期処理部20は、GPS同期又はエア同期のいずれを行うかを選択する選択処理を行う選択処理部21を機能的に備えている。
選択処理部21は、GPS受信機13から与えられたNMEAフォーマットデータに含まれる、GPS受信機13による測位の状態を示す測位状態情報を参照する。選択処理部21は、この測位状態情報に応じてGPS同期又はエア同期のいずれを行うかを選択する。
まず選択処理部21は、GPS受信機13からのNMEAフォーマットデータを受け付けたか否かを判断する(ステップS11)。
NMEAフォーマットデータを受け付けていないと判断する場合、選択処理部21は、再度、ステップS11に戻り、GPS受信機13からのNMEAフォーマットデータを受け付けたか否かを判断する。よって、選択処理部21は、NMEAフォーマットデータを受け付けるまでステップS11を繰り返すことで、NMEAフォーマットデータが出力されるのを待つ。
さらに、選択処理部21は、「測位品質」が「0」以外であるか否かを判断する(ステップS12)。
また、測位状態情報である「測位品質」は、「0」である場合、GPS受信機13による測位が行われていないことを示しており、「0」以外である場合、GPS受信機13による測位が行われていることを示している。つまり、「測位品質」は、GPS受信機13による測位が行われたか否かを示している。
過去所定の第2期間の間で受け付けた複数の「測位品質」に「0」以外の情報が含まれていないと判断する場合、選択処理部21は、時刻同期の方式としてエア同期を選択し(ステップS15)、再度ステップS11に戻る。
なお、ステップS14における「直近」とは、このステップS14の処理前に実行されたステップS11においてNMEAデータ(「測位品質」)を受け付けたときを指す。
つまり、同期処理部20は、「測位品質」に応じて時刻同期の方式を適切に選択することができる。
これにより、選択処理部21は、たとえGPS受信機13から1PPS信号が与えられていたとしても、GPS同期を選択することはない。よって、同期処理部20は、GPS受信機13の内部クロックに基づいて生成された1PPS信号によって時刻同期を行うことはない。
なお、第2期間は、GPS受信機13による測位が継続的に行われていないと判断することができる期間に設定されている。
これにより、選択処理部21は、路側通信機2の周囲環境の一時的な変動によって一時的にGPS受信機13がGPS信号を受信できずに「測位品質」が「0」となっても、GPS同期を維持し、エア同期が選択されるのを防止できる。
過去所定の第2期間の間で受け付けた複数の「測位品質」に「0」が含まれていると判断する場合、選択処理部21は、時刻同期の方式としてエア同期を選択し(ステップS15)、再度ステップS11に戻る。
このように、できるだけ「測位品質」が良好であると判断できる場合にGPS同期を選択しそれ以外ではエア同期を選択するように構成してもよい。
図9は、第2実施形態に係る路側通信機2における、GPS受信機13及び通信処理装置14の要部を示したブロック図である。
本実施形態は、同期処理部20が、選択処理部21の他に、スイッチ部25を備えている点で第1実施形態と相違している。
スイッチ部25は、GPS受信機13からの1PPS信号を選択処理部21に与えるか否かをNMEAフォーマットデータに含まれる「測位品質」に応じて切り替える。
よって、GPS受信機13から与えられる「測位品質」が「0」である場合、1PPS信号は、選択処理部21に与えられることはない。
選択処理部21は、スイッチ部25からの1PPS信号を受け付けたか否かを判断する(ステップS21)。
1PPS信号を受け付けたと判断すると、選択処理部21は、時刻同期の方式としてGPS同期を選択し(ステップS22)、再度ステップS21に戻る。
なお、選択処理部21は、ステップS21における1PPS信号を受け付けたか否かの判断を1秒間隔で行う。1PPS信号は、1秒間隔のパルス信号であり、1秒間隔で判断を行うことで、1PPS信号を受け付けたか否かを確実に判断することができる。
過去所定の第1期間の間に1PPS信号を受け付けていないと判断する場合、選択処理部21は、時刻同期の方式としてエア同期を選択し(ステップS24)、再度ステップS21に戻る。
なお、ステップS23における「直近」とは、このステップS23の処理前に実行されたステップS21において1PPS信号を受け付けたか否かを判断したときを指す。
よって、上記ステップS21において1PPS信号を受け付けた場合、GPS受信機13による測位が行われていると判断することができるので、GPS受信機13がGPS信号を確実に受信し、GPS信号に含まれる時刻情報に同期した1PPS信号を出力していると判断することができる。よってこの場合、同期処理部20は、GPS同期を選択することができ(ステップS22)、GPS信号に含まれる時刻情報に同期した1PPS信号に基づいた時刻同期を行うことができる。
このように、同期処理部20は、1PPS信号が与えられたか否かによって時刻同期の方式を適切に選択することができる。
この場合、選択処理部21は、ステップS23において、過去所定の第1期間の間に1PPS信号を受け付けていなければ、その間、GPS受信機13による測位が継続的に行われておらずGPS信号も受信していないと判断することができる。よって、この場合、選択処理部21は、ステップS24に進み、同期処理部20にエア同期を実行させることができる。
なお、第1期間は、GPS受信機13による測位が継続的に行われていないと判断することができる期間に設定されている。
また、選択処理部21は1PPS信号が与えられるか否かによって同期方式を選択するので、選択処理部21以降の構成を、上記従来例にて示した、GPS衛星からのGPS信号を受信できなければ1PPS信号を出力しないGPS受信機を用いた路側通信機における、GPS受信機より後段の構成と同様の構成とすることができる。
これにより、精度の低い信号を用いることによって時刻同期の精度を低下させてしまうのを防止することができる。
これにより、選択処理部21は、路側通信機の周囲環境の一時的な変動によって選択処理部21へ向けた1PPS信号が一時的に遮断されたとしても、GPS同期を維持し、エア同期が選択されるのを防止できる。
2 路側通信機
3 車載通信機
4 中央装置
5 車両
6 路側センサ
7 有線通信回線
8 ルータ
10 無線通信用アンテナ
11 無線通信機
12 GPS信号受信用アンテナ
13 GPS受信機
14 通信処理装置
15 GPS衛星
20 同期処理部
21 選択処理部
25 スイッチ部
A1〜A5 交差点
B1〜B5 交差点
C1〜C5 交差点
D1〜D5 交差点
Claims (5)
- 他の路側通信機と時刻同期を行う路側通信機であって、
GPS受信機による測位の状態を示す測位状態情報に応じて、前記GPS受信機が出力する1PPS信号によるGPS同期と、前記他の路側通信機からの受信信号に含まれる時刻情報によるエア同期とを選択的に行う同期処理部を備えており、
前記GPS受信機は、受信したGPS信号によって測位し前記GPS信号に基づいた前記1PPS信号を出力した場合、その後の前記GPS受信機の測位状態に関わらず、前記1PPS信号の出力を継続する路側通信機。 - 前記同期処理部は、前記1PPS信号が与えられるか否かによって前記GPS同期又は前記エア同期のいずれを行うかを選択する処理部と、
前記GPS受信機からの前記1PPS信号を前記処理部に与えるか否かを前記測位状態情報に応じて切り替えるスイッチと、
を備えている請求項1に記載の路側通信機。 - 前記処理部は、過去所定の第1期間の間に前記1PPS信号が与えられていない場合、前記エア同期を選択し、前記第1期間の間に前記1PPS信号が与えられている場合、前記GPS同期を選択する請求項2に記載の路側通信機。
- 前記同期処理部は、前記測位状態情報が、前記GPS受信機による測位が行われていないことを示している情報以外の情報である場合、GPS同期を選択する請求項1に記載の路側通信機。
- 前記同期処理部は、過去所定の第2期間の間における前記測位状態情報に、前記GPS受信機による測位が行われていないことを示している情報以外の情報が含まれていない場合、前記エア同期を選択し、前記第2期間の間における前記測位状態情報に、前記GPS受信機による測位が行われていないことを示している情報以外の情報が含まれている場合、前記GPS同期を選択する請求項4に記載の路側通信機。
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