JP6658230B2 - 位置捕捉システム - Google Patents

Description

本発明は、道路を走行中の車両が現在位置を捕捉する位置捕捉システムに関する。

従来より、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用する位置捕捉システムが知られている。ＧＰＳ受信機を搭載した車両であれば、ＧＰＳ衛星から電波を利用して自車の絶対位置を演算可能であり、絶対位置との対応付けがなされた地図上で自車の位置を表示できる（例えば特許文献１参照。）。

特開平１０−４７９８３号公報

しかしながら、ＧＰＳを利用する位置捕捉システムでは次のような問題がある。すなわち、ＧＰＳ衛星からの電波が到達しない状況や不安定な状況では、捕捉できる位置の精度が低下したり、位置の捕捉が不可能な状況となってしまうという問題がある。

本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、精度の高い位置捕捉システムを提供しようとするものである。

本発明は、走行経路上の特定箇所への接近を検知する接近検知手段と、
車両が走行する路面に配置された磁気マーカを検知するマーカ検知手段と、を備え、
前記特定箇所への接近を検知した状態で前記磁気マーカを検知したときに車両の位置を捕捉する位置捕捉システムにある。

本発明の位置捕捉システムでは、前記特定箇所への接近を検知した状態で前記磁気マーカを検知したときに車両の位置が捕捉される。この位置捕捉システムによれば、例えば衛星電波を受信できない状況であっても位置の捕捉が可能である。

ナビゲーションシステムに対する位置捕捉システムの組合せ例を示すブロック図。 特定箇所の一例として交差点を示す説明図。 車載カメラによる交差点の画像を例示する説明図。 車載カメラによる分岐路の画像を例示する説明図。 交差点の手前に磁気マーカを配置した例を示す説明図。

本発明の好適な態様を説明する。
車両の走行経路とは、予定された経路であっても良く、実際に車両が走行する、あるいは走行した経路であっても良い。
本発明の好適な一態様の位置捕捉システムは、前記特定箇所に対応して設置された前記磁気マーカの位置を示す位置情報を記憶する記憶手段を含む。
前記記憶手段が記憶するデータを参照すれば、前記特定箇所に対応する前記磁気マーカの位置情報を取得でき、これにより車両の位置を捕捉できる。

本発明の位置捕捉システムにおける接近検知手段は、前記特定箇所に対応して道路インフラ側に設けられた無線通信手段が送信する電波の受信に応じて前記特定箇所への接近を検知する手段であっても良い。

前記無線通信手段の電波の受信に応じて前記特定箇所への接近を検知する場合には、電波の受信可能エリアの中に、予め定められた個数の前記磁気マーカを設置すると良い。例えば設置数が１個であれば、電波を受信した状態下で前記磁気マーカを最初に検知したとき、前記特定箇所への到達を精度高く検知できる。例えば設置数が２個であれば、電波を受信した状態下で前記磁気マーカを２回検知できたとき、２回目の検知に応じて前記特定箇所への到達を検知できる。

本発明の位置捕捉システムにおける接近検知手段は、道路インフラ側の構成を認識することで前記特定箇所への接近を検知する手段であっても良い。
この場合には、前記特定箇所への接近検知を車両側で完結して実行できるようになる。例えば特定箇所が交差点の場合であれば、信号機や横断歩道などの道路インフラ側の構成を画像検出あるいは画像認識等することで交差点への接近を検知できる。例えば、特定箇所が分岐路であれば、走行領域を区画する道路インフラ側の構成である白線等の枝分かれ形状を画像検出等することで分岐路への接近を検知できる。

本発明の実施の形態につき、以下の実施例を用いて具体的に説明する。
（実施例１）
本例は、位置捕捉システムを組み合わせた車両用のナビゲーションシステムの例である。この内容について、図１〜図５を参照して説明する。
まず、ナビゲーションシステム３は、図１のごとく、ＧＰＳ衛星から送信された衛星電波を利用して車両の絶対位置（自車位置）を計測する測位手段３０１と、絶対位置が対応付けされた地図データを格納したデータベース３５と、自車位置周辺の地図を車載ディスプレイ３６に表示させる地図表示手段３０２と、を含む周知の車載システムである。

ナビゲーションシステム３は、測位手段３０１や地図表示手段３０２等としての機能を実現するナビゲーションユニット３０のほか、データベース３５としての機能を実現するためのハードディスク等の記憶装置を含めて構成されている。さらに、このナビゲーションユニット３０には、衛星電波を受信するＧＰＳアンテナ３２１のほか、自車位置の推定精度を向上するためのセンサ等として、車両の速度を検出する車速センサ３２２や、車両の角速度を検出するジャイロセンサ３２３等が電気的に接続されている。

ナビゲーションシステム３は、自車位置を演算等すると共に、データベース３５を参照して周辺の地図データを読み出して車載ディスプレイ３６に表示する。自車位置の演算に当たっては、衛星電波を利用した測位演算に補正演算を組み合わせることで演算精度を確保している。補正演算としては、地図データの道路上を車両が位置するという前提条件に基づく周知のマップマッチングによる補正演算や、車速センサ３２２で検出した車速を時間的に積分して得られる移動距離による補正演算等がある。さらに、本例のナビゲーションシステム３は、位置捕捉システム１が捕捉した位置を取り込むことで自車位置の精度をさらに高めている。

位置捕捉システム１の構成の説明に先だって、まず、位置捕捉システム１を適用する道路環境等について説明する。位置捕捉システム１は、約１００ｍ毎に磁気マーカ５１が配置された道路に適用される。特に、図２に例示する交差点５や分岐路等の特定箇所については、停止線５０２の位置や分岐開始点の位置に設置された磁気マーカ５１の絶対位置が特定されていると共に、特定箇所の識別情報をヒモ付けて絶対位置を表す位置情報が管理されている必要がある。なお、特定箇所の磁気マーカ５１の設置については、約１００ｍ毎という磁気マーカ５１の設置間隔よりも、停止線５０２等の所定位置への設置が優先される。それ故、特定箇所の磁気マーカ５１については、隣合う他の磁気マーカ５１との間隔が１００ｍよりも長くなったり短くなったりする場合がある。

位置捕捉システム１は、図１のごとく、道路インフラ側に設けられる無線通信手段の一例をなす電波ビーコン５２（図２参照。）の電波（ビーコン電波）の受信に応じて交差点（特定箇所）への接近を検知する接近検知手段１０１、磁気マーカ５１の位置を示す位置情報を記憶する記憶手段の一例をなすデータベース１５と、磁気マーカ５１の検知に応じて自車位置を特定する位置特定手段１０２と、を含めて構成されている。

位置捕捉システム１は、上記の接近検知手段１０１や位置特定手段１０２等としての機能を実現する位置捕捉ユニット１０のほか、データベース１５としての機能を実現するためのハードディスク等の記憶装置を含めて構成されている。位置捕捉ユニット１０には、路面に設置された磁気マーカ５１（図２参照。）を検知するマーカ検知ユニット（マーカ検知手段）１２２や、電波ビーコン５２（図２）との間で無線通信を実行する通信ユニット１２１等が電気的に接続されている。

マーカ検知ユニット１２２は、磁気マーカ５１が発生する磁気を検出する磁気センサを含めて構成され、磁気センサが出力する信号により磁気マーカ５１を検知するユニットである。磁気センサとしては、例えば、ホール素子や磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）や磁気抵抗効果素子を利用したセンサ、フラックスゲートセンサなど様々なタイプを利用できる。車両に設置される磁気センサの位置は、道路の路面とは少なくとも１００ｍｍ程度の距離があるため、離れていても路面に配置された磁気マーカ５１が発する磁気を容易に検出できる性能を有する磁気センサを採用する必要がある。

通信ユニット１２１は、例えば交差点５（図２）などの走行経路上の特定箇所に設置された電波ビーコン５２から送信されて来るビーコン電波を受信し、路車間通信を実現するためのユニットである。ビーコン電波には、運転を支援するための交通情報のほか、電波ビーコン５２が設置された特定箇所の識別情報が含まれている。車両側では、ビーコン電波に含まれる識別情報に基づき、電波ビーコン５２が設置された特定箇所を一意に特定可能である。

無線通信手段の一例をなす電波ビーコン５２による路車間通信の通信範囲（受信可能エリア）は、電波ビーコン５２を中心とした半径約７０ｍの範囲となっている。これに対して、磁気マーカ５１は上記の通り約１００ｍの間隔を空けて配置されているため、路車間通信の通信範囲に配置される磁気マーカ５１は１個となる。なお、片側１車線の対面通行の道路であれば、路車間通信の通信範囲内に配置される磁気マーカ５１が車線毎に１個ずつとなる。

位置捕捉システム１の記憶手段をなすデータベース１５は、ナビゲーションシステム３が利用する地図データの記憶手段をなすデータベース３５との間で、ハードディスク等の記憶装置を共用している。位置捕捉システム１のデータベース１５には、特定箇所に対応する磁気マーカ５１の絶対位置を表す位置情報が、特定箇所の識別情報をヒモ付けて格納されている。

次に、以上のような構成の位置捕捉システム１を利用したナビゲーションシステム３の動作を説明する。
車両側では、衛星電波を利用して自車位置が測位され、周辺の地図が車載ディスプレイ３６に表示される。車載ディスプレイ３６の図示しない画面上では自車位置が中央下寄りに表示され、車両の移動に応じて画面に表示される地図がスクロールする。そして、このような地図のスクロールにより、画面上での表示位置がほぼ一定の自車位置が地図の中で相対的に移動する。

ナビゲーションシステム３では、地図データにおける道路上に自車位置が位置するように自車位置が補正される（マップマッチング）。さらに、車速センサ３２２で計測した車速を積分した移動距離の分、道路に沿って車両が移動したものとして自車位置が補正される（移動距離による補正）。

マップマッチングによれば、自車位置を道路上に規制することで測位誤差をある程度補正でき、道路以外の場所に車両が位置する状況を未然に回避できる。さらに、ジャイロセンサ３２３により右折等の車両挙動が検出されれば、車両が交差点に位置しているものと判断されて自車位置が補正される。このようなマップマッチングと、移動距離による補正と、を組み合わせれば、衛星電波を受信できないトンネルの中や、受信状態が良好でなくなるビルの谷間の道路等を走行中であっても、地図上で自車位置をある程度の精度で表示可能である。

しかし、空気圧やタイヤスリップ等に起因する車速センサ３２２の計測誤差は不可避であり、右折や左折等を伴わない道なり走行が長時間に渡った場合、計測誤差が時間的に積分（累積）されて移動距離の誤差が大きくなるおそれがある。移動距離の誤差が大きくなれば、自車位置の推定精度が低下し、実際の車両の位置と地図上に表示された自車位置とにずれが生じてくる可能性が高い。

このような状況において、本例の位置捕捉システム１が有用となる。この位置捕捉システム１によれば、次に説明する通り、特定箇所の一例である交差点５（図２）を直進通過する際に正確な位置を捕捉でき、自車位置の精度を格段に向上できる。
図２のごとく、車両１００が交差点５に接近すると、まず、電波ビーコン５２のビーコン電波を受信可能な状態となる。このビーコン電波には、上記の通り、交差点５の情報や信号の情報などの交通情報のほか、特定箇所である交差点５を一意に特定可能な識別情報が含まれている。この識別情報を用いてデータベース１５（図１）を参照すれば、この特定箇所に対応して設置された磁気マーカ５１の絶対位置を表す位置情報を取得できる。

ビーコン電波の受信状態に移行した後、車両１００がさらに前進すると、例えば交差点５手前の停止線５０２の位置に敷設された磁気マーカ５１を検知できる。車両１００側では、ビーコン電波の受信状態下で磁気マーカ５１を検知したとき、上記のようにデータベース１５を参照して取得した位置情報が表す絶対位置を自車位置に設定できる。道路の路面に固定された磁気マーカ５１であれば、設置位置の位置情報の精度を確保することが容易であり、磁気マーカ５１の位置を自車位置に設定すれば位置的な誤差の低減に効果的である。

以上のような構成の位置捕捉システム１は、磁気マーカ５１を利用して高い精度で位置を捕捉できる優れたシステムである。この位置捕捉システム１は、例えばナビゲーションシステム３と組み合わせたとき、自車位置を精度高く捕捉するために有用である。特に、衛星電波を安定的に受信できない状況において、ナビゲーションシステム３側の測位機能を補完でき非常に有用である。

本例の構成に代えて、あるいは加えて以下のような構成を採用することも良い。また、以下の各構成を適宜組み合わせて採用することも良い。
本例の構成では、電波ビーコン５２を利用して特定箇所である交差点５への接近を検知している。これに代えて、車載前方カメラによる図３の画像から信号機５０１を画像検出等することで交差点５への接近を検知することも良い。あるいは図４に示すように車両が分岐路に差し掛かったときの同様の画像から白線５０５の枝分かれ形状を画像検出等することで分岐路への接近を検知することも良い。例えば高速道路の走行中では、車速を積分した移動距離に誤差が累積する可能性が高い一方、上記の構成を採用すれば、分岐路をそのまま直進する毎に磁気マーカの検知により絶対位置を捕捉でき、自車位置の精度を向上できる。

電波ビーコン５２を利用する路車間通信により、時々刻々変化する交通状況を表す交通情報を含めることも良い。例えば、交差点に設置する電波ビーコン５２の場合であれば、例えば、赤信号の情報や、○○秒後に信号が赤に変わるという情報や、側方からの車の接近情報や、歩行者がいる等の交通情報を車両側に提供できる。このような交通情報を車両側で活用するに当たって、例えばＧＰＳ電波が不安定となって自車と交差点との位置関係を精度高く特定できなくなると、上記の交通情報を有効に活用できないおそれが生じる。一方、磁気マーカ５１を利用した位置捕捉システム１の場合であれば、ＧＰＳ電波が不安定な状況であっても交差点までの距離を正確に把握でき、上記の交通情報の有効活用が可能になる。

なお、ナビゲーションシステム３に対する位置捕捉システム１の適用例では特定箇所以外の磁気マーカは必須ではない。交差点や分岐路等の特定箇所に磁気マーカが配置されていれば良い。
本例では、ＧＰＳを利用したナビゲーションシステム３を例示したが、ガス式レートセンサ等の精度の高いジャイロセンサと車速センサとを組み合わせたＧＰＳを利用しないナビゲーションシステムに対して本例の位置捕捉システム１を組み合わせることも良い。さらに、特定箇所に設置された磁気マーカの検知により捕捉できた高精度な位置を基準位置として、道路に沿って一定間隔で配置された特定箇所以外の磁気マーカの検知により自車位置を推定するナビゲーションシステムであっても良い。

本例では、特定箇所の識別情報がヒモ付けされた磁気マーカの位置情報を、車載のハードディスク等の記憶装置の記憶領域に格納する構成を例示している。これに代えて、ビーコン電波により位置情報を送信することも可能である。車両側からインターネットや無線通信等を介して接続可能な外部のデータサーバを用意しておき、電波ビーコン５２から受信したコード情報や識別情報を利用してデータサーバに問い合わせて位置情報を取得する構成を採用することも良い。

図５のように、交差点５の停止線５０２の手前５０ｍほどの位置に磁気マーカ５１を配置すると共に、この位置をビーコン電波の受信可能エリア内とすると良い。この場合、特定箇所の識別情報を用いてデータベースを参照することで、位置情報に代えて、あるいは加えて停止線５０２までの正確な距離情報を取得できるようにすると良い。交差点５に接近する車両１００側で、停止線５０２までの距離を正確に把握できれば、例えば危険回避のための自動ブレーキ制御や自動運転制御等の精度を向上するために役立つ。同様に、分岐路についても分岐開始点の手前の位置に磁気マーカを配置することも良い。分岐開始点（図４中の符号５０６）までの距離を正確に把握できれば、分岐する際の運転支援制御や、分岐動作を含む自動運転制御に役立つ。
なお、例示した磁気マーカ５１の設置間隔やビーコン電波の受信可能エリア等は、全て例示であり、適宜変更可能である。

以上、実施例のごとく本発明の具体例を詳細に説明したが、これらの具体例は、特許請求の範囲に包含される技術の一例を開示しているにすぎない。言うまでもなく、具体例の構成や数値等によって、特許請求の範囲が限定的に解釈されるべきではない。特許請求の範囲は、公知技術や当業者の知識等を利用して前記具体例を多様に変形、変更あるいは適宜組み合わせた技術を包含している。

１ 位置捕捉システム
１０ 位置捕捉ユニット
１０１ 接近検知手段
１０２ 位置特定手段
１２１ 通信ユニット
１２２ マーカ検知ユニット（マーカ検知手段）
１５ データベース（記憶手段）
３ ナビゲーションシステム
３０ ナビゲーションユニット
３０１ 測位手段
３０２ 地図表示手段
５ 交差点
５１ 磁気マーカ
５２ 電波ビーコン（無線通信手段）
５０１ 信号機
５０２ 停止線

Claims (2)

1. 走行経路上の特定箇所への接近を検知する接近検知手段と、
   接近が検知された特定箇所の識別情報を取得する手段と、
   車両が走行する路面に配置された磁気マーカを検知するマーカ検知手段と、
   前記特定箇所の識別情報をひも付けて、該特定箇所に対応して設置された前記磁気マーカの位置を示す位置情報を記憶する記憶手段と、
   前記磁気マーカの検知に応じて車両の位置を特定する位置特定手段と、を備え、
   該位置特定手段は、前記接近検知手段により前記特定箇所への接近が検知された状態で前記マーカ検知手段により磁気マーカが検知された場合に、前記記憶手段が記憶する位置情報を参照することにより、前記特定箇所の識別情報で特定される特定箇所に対応して設置された磁気マーカの位置を示す位置情報を取得し、当該磁気マーカの位置に基づいて車両の位置を特定する位置捕捉システム。
2. 請求項１において、前記接近検知手段は、前記特定箇所に対応して道路インフラ側に設けられた無線通信手段が送信する電波の受信に応じて前記特定箇所への接近を検知し、
   前記特定箇所の識別情報を取得する手段は、前記無線通信手段が送信する電波の受信に応じて前記特定箇所の識別情報を取得する位置捕捉システム。