JP6546450B2 - 道路地図情報処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、道路地図情報上の任意位置に形状点を設定することのできる道路地図情報処理装置に関する。

例えば、車両制御において、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して自車両の位置(自車位置)を測位し、その結果を道路地図情報に反映させて、自車位置及び自車前方の目標位置等の地図情報を得ることは不可欠となっている。この道路地図情報には、道路に含まれるノード（交差点、連結点等）を示すノード情報、各ノードを結ぶリンク（道路区間）を示すリンク情報が登録されている。

又、リンク情報は、道路形状の変化点に設定された形状点と、この形状点間を結ぶセグメントとを有し、各形状点は経度と緯度の座標情報を含み、各形状点を順番に直線で結んだセグメントは区間長及び傾きの各情報を含んでいる。

そして、各セグメントの傾きの変化からカーブ路等を推定することができ、更に、目的地までの経路を設定した際には、セグメントの区間長により、自車両の現在位置(自車位置)から各形状点までの距離、及び予め設定された道路種別毎の車速に基づいて各形状点の通過時刻や目的地への到達時刻を予測することができる。

一般に、ナビゲーション装置においては、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して測位した自車両の位置を地図上に反映した際には、当該自車位置に最も近い形状点を検出し、その情報を自車位置の情報として取得する。又、セットした目的地の情報も、その目的地に最も近い形状点を検索して目的地の情報として取得する。

例えば、特許文献１（特開２０１４−１２６３７２号公報）には、ＧＰＳ衛星から送信される電波等に基づいて自車位置を測定し、次いで、この自車位置から地図上に設定されている進路上の最も近い位置に自車位置を移動させるマップマッチング処理を行う技術が開示されている。

特開２０１４−１２６３７２号公報

上述した文献に開示されている技術では、道路地図上に自車位置を精度良くマップマッチングさせることはできるが、道路情報については自車両に最も近い位置の情報しか取得することができない。同様に、自車進行路前方の特定した目標点における地図情報についても、この目標点に最も近い点の情報しか得ることができない。

しかし、ナビゲーション装置では、モニタに表示された道路地図上に自車位置を表示し、更に、その通過点や到着点までの経路情報を表示するに過ぎないため、自車位置、及び目標点に最も近い位置の地図情報を自車位置及び目標点として表示しても、運転者に提供する情報として不足するものではない。

一方、道路地図情報から自車位置の情報、及び目標点の情報を得て車両制御を行おうとする場合、自車位置と目標点との一方、或いは双方が、形状点と形状点との間にある状態では、取得する情報の正確性に欠ける問題がある。

すなわち、形状点は、基本的に道路形状の変化点に設定されるため、直線路では数十メートルの比較的長い間隔で形状点が設定され、一方、カーブ路では短い間隔で形状点が設定されている。自車位置或いは目標点が形状点と形状点との間にある場合、直線路では最も近い形状点までの距離が比較的長くなり易く、一方、カーブ路では最も近い形状点までの距離は比較的短いが、路面形状の変化が大きいため、何れの場合においても、最も近い形状点の情報を取得して車両制御を行おうとした場合、高い制御精度を得るには限界がある。

本発明は、上記事情に鑑み、自車位置或いは目標点が道路地図情報の形状点と形状点との間にある場合であっても、正確な位置情報を得ることのできる道路地図情報処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、自車両の現在位置である自車位置を検出する測位手段と、道路形状の変化点に設けられて該道路形状を表す情報を有する形状点及び該形状点間の区間長を表す情報を有するセグメントが登録されている道路地図情報を記憶する記憶手段と、前記測位手段で測位した自車位置と前記道路地図情報とに基づき道路上の自車位置情報を取得する自車位置情報取得手段とを備える道路地図情報処理装置において、前記自車位置情報取得手段は、前記測位手段で測位した自車位置を前記道路地図情報の道路上にプロットして、該自車位置後方の第１形状点と前方の第２形状点とを検出する第１前後形状点検出手段と、前記第１前後形状点検出手段で検出した前記第１、第２形状点間を結ぶセグメントに対する前記自車位置の比率に応じて該自車位置上に設定する自車形状点を演算する自車形状点演算手段とを備え、更に自車進行路前方の道路地図上にプロットした目標点の情報を取得する目標点情報取得手段を備え、前記目標点情報取得手段は、前記目標点後方の第ｎ−１形状点と前方の第ｎ形状点とを検出する第２前後形状点検出手段と、前記第２前後形状点検出手段で検出した前記第ｎ−１、第ｎ形状点間を結ぶセグメントに対する前記目標点の比率に応じて該目標点上に設定する目標形状点を演算する目標形状点演算手段とを備える。

本発明によれば、道路地図情報の道路上にプロットした任意位置上に設定する新たな形状点を、このプロットした任意位置を挟む後方形状点と前方形状点との間を結ぶセグメントに対する任意位置の比率に応じて演算するようにしたので、例えば、任意にプロットした位置が自車位置或いは自車位置前方の目標点であり、この自車位置或いは目標点が道路地図情報の形状点と形状点との間にある場合であっても、正確な位置情報を得ることができる。

道路地図情報処理装置を示す機能ブロック図 自車位置情報取得ルーチンを示すフローチャート 目標点情報取得ルーチンを示すフローチャート 自車両の自車位置の算出方法を示し、（ａ）は道路地図情報の形状点間に自車位置がある状態を示す概略図、（ｂ）は北方を基準とする自車両の進行方向を求める状態を示す概略図、（ｃ）は自車両の進行方向を前方に修正した状態を示す概略図 （ａ）は目標点距離の設定を示す説明図、（ｂ）は目標点に設定する目標形状点を算出する手順を示す説明図

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１に示す道路地図情報装置１は、車両（図示せず）に搭載されており、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ等を備える演算処理部２と、記憶手段としての記憶部３とを有している。演算処理部２での演算処理は、記憶部３やＲＯＭに予め記憶されているプログラムに従って実行される。

又、この演算処理部２の入力側に、複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信して自車両Ｍ（図４参照）の自車位置Ｐｍと基準方位（本実施形態では、真北Ｎ）に対する走行方位角θを算出するための情報を取得する、測位手段としてのＧＰＳ受信部１１、車両の状態を検出するジャイロセンサ１２、及び、自車両Ｍの車速を検出する車速センサ１３が接続されている。一方、この演算処理部２の出力側には、自動運転等の車両制御を実行する各種制御ユニット２１が接続される。

この制御ユニット２１では、自車進行路前方において現在の自車位置から何秒後の地図データを、車両制御のデータとして必要とするかの要求目標時間Ｔｉを求め、この要求目標時間Ｔｉを、道路地図情報装置１の演算処理部２へ出力する。

又、記憶部３はハードディスク等の大容量記憶媒体であり、地図に関する種々の情報を記憶する道路地図情報３ａ等が格納されている。道路地図情報３ａに登録されている道路情報には、交差点等の道路網表現上の結節点に設定されたノードと、ノードとノードとの間の道路区間を示すリンクと、リンク上における道路形状の変化点に設定された形状点とが含まれている。

ノードには、緯度、経度、高度等の位置座標を示すデータが登録されている。リンクには、道路の種別（高速道路、一般道路等）、区間距離等の道路情報を示すデータが登録されている。又、形状点には、変化点の緯度、経度、高度、道路曲率、道路方位角等、地理的位置及び道路形状を示すデータが登録されており、リンクは形状点間の道路区間長を示すセグメントを統合した値で表される。従って、リンクの端点を示すノードを形状点と看做せば、道路情報は形状点とセグメントとで表すことができる。そのため、本実施形態では、便宜的に、道路情報を形状点とセグメントとで表すことにする。

又、演算処理部２は、位置情報を取得する機能として、自車位置情報取得手段としての自車位置情報取得部２ａと、目標点情報取得手段としての目標点情報取得部３ｂとが備えられている。自車位置情報取得部２ａは、ＧＰＳ受信部１１で受信した複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ情報に基づき、現在の自車位置（緯度、経度、高度）Ｐｍを求め、記憶部３に格納されている道路地図情報３ａの道路上に自車位置Ｐｍをプロットする。その後、自車位置前後の形状点を検索し、この２つの形状点と自車位置Ｐｍとに基づき、自車形状点を作成する。

一方、目標点情報取得部３ｂは、制御ユニット２１からの要求目標時間と車速センサ１３で検出した車速とに基づき、自車位置から目標点までの距離（目標点距離）を求め、次いで、目標点距離前後の形状点を検索し、この２つの形状点と目標点距離とに基づき、目標点での形状点を作成する。

上述した自車位置情報取得部２ａでは、具体的には、図２に示す自車位置情報取得ルーチンに従って自車位置情報を取得する。一方、目標点情報取得部３ｂでは、具体的には、図３に示す目標点情報取得ルーチンに従って目標形状点を取得する。

先ず、図２の自車位置情報取得ルーチンについて、図４を参照しながら説明する。このルーチンでは、先ず、ステップＳ１で、ＧＰＳ受信部１１で受信したＧＰＳ情報を取得し、続く、ステップＳ２で、ＧＰＳ情報に基づき自車両Ｍの自車位置（緯度、経度、高度）Ｐｍを測位する。

次いで、ステップＳ３へ進み、記憶部３に格納されている道路地図情報３ａを読込み、この道路地図情報３ａの道路上に、測位した自車位置Ｐｍをプロットする（図４(a)参照）。その後、ステップＳ４へ進み、ＧＰＳ情報に基づき自車両Ｍの、予め設定された基準方位（Ｎ）に対する走行方位角θ（図４(b)参照）を求め、道路地図を、自車両Ｍを基準とする座標（ｘ，ｙ）に変換する。

すなわち、図４（ｂ）に示す真北（Ｎ）を基準とする道路地図情報３ａを、図４（ｃ）に示すように自車両Ｍの進行方向が上方となるように座標を走行方位角θだけ回転（アフィン変換）させて、自車両Ｍの進行方向をy軸とする新たな座標系を設定する。従って、自車位置Ｐｍの座標は（０，０）である。

これに対し、各形状点ｉの座標（ｘ，ｙ）は、
ｘ＝ｌｏｎ・ｃｏｓθ−ｌａｔ・ｓｉｎθ
ｙ＝ｌｏｎ・ｓｉｎθ＋ｌａｔ・ｃｏｓθ
となる。ここで、緯度ｌａｔ、経度ｌｏｎは、道路地図に登録されている形状点ｉ（図５(b)では第１〜第５形状点ｉ_1〜ｉ_5）の地理的位置を示し、車両制御に適した距離情報に変換したデータである。

その後、ステップＳ５へ進み、自車両Ｍの座標点を挟む後方形状点である第１形状点ｉ_1と前方形状点である第２形状点ｉ_2とを検出する。尚、上述したステップＳ３〜Ｓ５の処理が、本発明の第１前後形状点検出手段(第１ステップ)に対応している。

次いで、ステップＳ６へ進み、第１、第２形状点ｉ_1，ｉ_2間のセグメントＬ_z1に対する第１形状点ｉ_1と自車位置Ｐｍとのｙ軸方向間の区間長（Ｌ_ｚ１−ｙ）の比率（自車区間変化率）Ｋ_zeroを、
Ｋ_zero＝（Ｌ_z1−ｙ）／Ｌ_z1
から求める。

その後、ステップＳ７へ進み、自車区間変化率（傾き）Ｋ_zeroと第１、第２形状点ｉ_1，ｉ_2とに基づいて、自車両Ｍの自車位置Ｐｍ上に設定する自車形状点ｉ_0を、
ｉ_0＝Ｋ_zero・（ｉ_2−ｉ_1）＋ｉ_1
から求める。尚、自車形状点ｉ_0には、緯度、経度、高度、道路曲率、道路方位角等の情報が含まれている。又、自車両Ｍの自車位置Ｐｍが既存の形状点上にある場合は、Ｋ_zero＝０となり、従って、自車形状点ｉ_0は第１形状点ｉ_1の値となる。又、ステップＳ６，Ｓ７での処理が、本発明の自車形状点演算手段(第２ステップ)に対応している。

次いで、ステップＳ８へ進み、自車形状点ｉ_0と第２形状点ｉ_2との間の自車セグメントＬ_ｚ0を、
Ｌ_ｚ0＝（ｘ^２＋ｙ^２）^１／２
から求めて、ルーチンを抜ける。尚、このステップでの処理が、本発明の自車セグメント演算手段に対応している。

このように、本実施形態では、自車位置Ｐｍにおける自車形状点ｉ_0を、その前後の道路地図情報３ａに登録されている第１、第２形状点ｉ_1，ｉ_2間のセグメントＬ_z1と第１形状点ｉ_1から自車位置Ｐｍまでの区間長（Ｌ_ｚ１−ｙ）の比率（自車区間変化率）Ｋ_zeroに基づいて比例的に設定するようにしたので、自車位置Ｐｍにおける自車形状点ｉ_0を正確に求めることができる。

次に、目標点情報取得部３ｂで実行される、図３に示す目標点情報取得ルーチンについて、図５を参照しながら説明する。

このルーチンでは、先ず、ステップＳ１１で制御ユニット２１から送信される要求目標時間を読込む。例えば、制御ユニット２１が操舵制御等にて運転支援制御を行うものである場合、制御ユニット２１では、先ず、目標時間を設定し、この目標時間に自車両Ｍが通過する走行路上の目標点を求め、目標点を通過させるための操舵制御等を行う。

従って、制御ユニット２１では、例えば、自車両Ｍの自車位置Ｐｍと目標点とが、道路地図情報３ａに登録されている形状点と形状点との間にある場合であっても、高精度な操舵制御を行うには正確な位置情報（緯度、経度、高度、道路曲率等）を取得する必要がある。

制御ユニット２１では、設定した目標時間を要求目標時間として道路地図情報装置１の演算処理部２へ送信する。

次いで、ステップＳ１２へ進み、車速センサ１３で検出した車速を読込み、ステップＳ１３で、要求目標時間と車速とに基づき自車両Ｍの自車位置Ｐｍから目標点Ｐｔまでの距離（目標点距離）Ｌ_tを、
Ｌ_t＝要求目標時間・車速
から算出する（図５(a)参照）。

その後、ステップＳ１４へ進み、自車セグメントＬ_z0と、これに連続する前方のセグメントを順次加算して、総セグメントΣＬ_zを求める（ΣＬ_z←Ｌ_z0＋Ｌ_z2…＋Ｌ_z(n-1)）。

次いで、この総セグメントΣＬ_zと目標点距離Ｌ_tとを順次比較し、目標点距離Ｌ_tを超えた総セグメントΣＬ_zが検出された場合(Ｌ_t＜ΣＬ_z)、この総セグメントΣＬ_zを目標区間距離Ｌ_tgtとして設定する（Ｌ_tgt←ΣＬ_z：図５(a)参照）。

そして、ステップＳ１５へ進み、プロットされている目標点Ｐｔを挟む後方形状点である第ｎ−１形状点ｉ_(n-1)と前方形状点である第ｎ形状点ｉ_nとを検索する。尚、このステップでの処理が、本発明の第２前後形状点検出手段(第１ステップ)に対応している。

その後、ステップＳ１６へ進み、第ｎ、第ｎ−１形状点ｉ_n，ｉ_(n-1)間のセグメントＬ_z(n-1)に対する目標区間距離Ｌ_tgtと目標点距離Ｌ_tとの間の区間長（Ｌ_tgt−Ｌ_t）の比率（自車区間変化率）Ｋ_tgtを、
Ｋ_tgt＝（Ｌ_tgt−Ｌ_t）／Ｌ_z(n-1)
から求める。

そして、ステップＳ１７で、目標点区間変化率（傾き）Ｋ_tgtと、第ｎ形状点ｉ_n、及び第ｎ−１形状点ｉ_(n-1)に基づいて、目標点Ｐｔ上に設定する目標形状点ｉ_tgtを、
ｉ_tgt＝Ｋ_tgt・（ｉ_n−ｉ_(n-1)）＋ｉ_(n-1)
から求めて、ルーチンを抜ける。

尚、目標形状点ｉ_tgtには、緯度、経度、高度、道路曲率、道路方位角等の情報が含まれている。又、目標点Ｐｔが第ｎ−１形状点i_(n-1)上にプロットされている場合、Ｋ_tgt＝０となるため、目標点Ｐｔの目標形状点ｉ_tgtは、第ｎ−１形状点ｉ_(n-1)の値となる。又、ステップＳ１６，Ｓ１７での処理が、本発明の目標形状点演算手段(第２ステップ)に対応している。

そして、演算処理部２の自車位置情報取得部２ａで設定した自車形状点ｉ_0、及び目標点情報取得部２ｂで設定した目標形状点ｉ_tgtを制御ユニット２１へ送信する。制御ユニット２１では、この自車形状点ｉ_0、及び目標形状点ｉ_tgtに含まれている情報に基づいて操舵制御等の車両制御を実行する。

このように、本実施形態では、目標点Ｐｔにおける目標形状点ｉ_tgtを、その前後の道路地図情報３ａに登録されている第ｎ−１、第ｎ形状点ｉ_n，ｉ_(n-1)間のセグメントＬ_z(n-1)と第ｎ−１形状点ｉ_(n-1)から目標点Ｐｔまでの区間長（Ｌ_tgt−Ｌ_t）の比率（目標点区間変化率）Ｋ_tgtに基づいて比例的に設定するようにしたので、目標点Ｐｔにおける目標形状点ｉ_tgtを正確に求めることができる。

その結果、自車位置Ｐｍと目標点Ｐｔとの少なくとも一方が道路地図情報３ａに設定されている形状点と形状点との間にプロットされた場合であっても、このブロットした位置に形状点ｉ_0，ｉ_tgtが設定されるので、正確な位置情報を得ることができ、制御ユニット２１では、この形状点ｉ_0，ｉ_tgtに基づいて、運転支援制御等の車両制御を高精度に実施させることができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えば、自車位置Ｐｍは、周知の自律航法システム、或いは慣性航法システム等を用いた測位手段やカメラ等により撮影された画像による道路情報取得手段で検出した位置情報に基づいて求めるようにしても良い。

１…道路地図情報装置、
２…演算処理部、
２ａ…自車位置情報取得部、
３…記憶部、
３ａ…道路地図情報、
３ｂ…目標点情報取得部、
１１…ＧＰＳ受信部、
１２…ジャイロセンサ、
１３…車速センサ、
２１…制御ユニット、
ｉ…形状点、
Ｋ_zero…自車区間変化率、
Ｋ_tgt…目標点区間変化率、
Ｌ…セグメント、
Ｌ_tgt…目標区間距離、
Ｌ_t…目標点距離、
ｌａｔ…緯度、
ｌｏｎ…経度、
Ｍ…自車両、
Ｐｍ…自車位置、
Ｐｔ…目標点、
Ｔｉ…要求目標時間、
θ…走行方位角、
ΣＬ_z…総セグメント

Claims (2)

1. 自車両の現在位置である自車位置を検出する測位手段と、
   道路形状の変化点に設けられて該道路形状を表す情報を有する形状点及び該形状点間の区間長を表す情報を有するセグメントが登録されている道路地図情報を記憶する記憶手段と、
   前記測位手段で測位した自車位置と前記道路地図情報とに基づき道路上の自車位置情報を取得する自車位置情報取得手段と
   を備える道路地図情報処理装置において、
   前記自車位置情報取得手段は、
   前記測位手段で測位した自車位置を前記道路地図情報の道路上にプロットして、該自車位置後方の第１形状点と前方の第２形状点とを検出する第１前後形状点検出手段と、
   前記第１前後形状点検出手段で検出した前記第１、第２形状点間を結ぶセグメントに対する前記自車位置の比率に応じて該自車位置上に設定する自車形状点を演算する自車形状点演算手段と
   を備え、
   更に自車進行路前方の道路地図上にプロットした目標点の情報を取得する目標点情報取得手段を備え、
   前記目標点情報取得手段は、
   前記目標点後方の第ｎ−１形状点と前方の第ｎ形状点とを検出する第２前後形状点検出手段と、
   前記第２前後形状点検出手段で検出した前記第ｎ−１、第ｎ形状点間を結ぶセグメントに対する前記目標点の比率に応じて該目標点上に設定する目標形状点を演算する目標形状点演算手段と
   を備えることを特徴とする道路地図情報処理装置。
2. 前記自車位置情報取得手段は、
   前記自車形状点と前記第２形状点との間を結ぶセグメントを演算する自車セグメント演算手段を備えることを特徴とする請求項１記載の道路地図情報処理装置。

Images