JP6819980B1 - 路側マーカーによる測位システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳ電波が適切に受信できない場所や時間帯においても、自車位置や自車に対する前方や側方の障害物の位置を、既存のシステムで使用している電波を用いて確実に測位可能なシステムを提供する。【解決手段】路側マーカーによる測位システム１００は、障害物Ｂの周辺に配置され、固有のＩＤであるＷＣＮを送信するＯＢＵ３と、車両１に搭載され、ＷＣＮを受信するＲＳＵ２と、車両１に備えられ、ＯＢＵ３のＷＣＮの情報、ジオ座標の情報および設置ＫＰの情報と、障害物Ｂの情報とがデータベース化された地図情報５Ｂと、を備え、地図情報５Ｂを基に、受信したＷＣＮからＯＢＵ３を特定して、車両１の自車位置および車両１に対する障害物Ｂの位置を推定確立する。またＯＢＵ３がＥＴＣシステムの車載機器であるＯＢＵで構成され、ＲＳＵ２がＥＴＣシステムの道路側設備であるＲＳＵで構成されている。【選択図】図５

Description

本発明は、車両の測位システムに関し、特に道路作業車などの車両が作業行動を変更する際に必要とされる車両の測位システムに関する。

この種の測位方法として、複数のＧＰＳ衛星のそれぞれからの距離を計測し、車両の位置を特定するＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）が知られている（例えば引用文献１）。しかしながらＧＰＳでは、いわゆるマルチパスと称される、ＧＰＳ衛星からの電波が真っすぐに受信機に届くだけではなく、例えば山などの法面や落石防止コンクリートなどに反射して受信機に届いてしまうために、複数のルートで電波が伝播するという現象が発生する虞がある。ここで、反射した電波は受信機に到達するまでに時間がかかることから「距離が遠い」と計測されてしまい、正確な測位を乱す要因となってしまう。

この問題を解決するために、例えば、電波を捕捉するＧＰＳ衛星の数を増加させることや、みちびき（準天頂衛星システム：Quasi-Zenith Satellite System）を採用することなどのＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全球測位衛星システム）を利用する方法、ＧＰＳの地上補正システムとして、ＲＴＫ（Real Time Kinematic）システムや点群マップを採用する方法、カメラによる撮像画像を併用する方法（例えば引用文献２）、車速センサを併用する方法など、様々な対策が考案されてきた。

特開２０１０−０１９７２８号公報 特開２０１５−０５２５４８号公報

除雪車などの道路作業車は、例えば高速道路などの道路で作業している。ここで除雪車を例にして説明すると、除雪車は、除雪を目的として取り付けられた板状の除雪板であるスノープラウを使用して道路上の積雪を除去、除雪する作業を行なっている。除雪車は時速略10ｋｍ以上で除雪作業を行なっており、ここで時速30ｋｍの場合は毎秒8.3ｍで進んでいる。

除雪対象の道路には橋梁が架かっている場合があり、橋梁の前後にはジョイントが存在するが、このジョイントが高さ方向に数ｃｍ飛び出している場合がある。また道路の側方には縁石などが存在するが、この縁石が変形して除雪する区域の道路上にまで横方向に飛び出している場合がある。これらの飛び出した個所である障害物に除雪車のスノープラウが接触すると、当該スノープラウが破損し、また当該障害物を定着しているコンクリートを破損して、その後の除雪作業に影響を及ぼす虞がある。除雪が不可能になり、除雪作業ができなくなった場合、道路の安全な通行の支障となり、ひいては地域経済に影響を及ぼす虞があるため、スノープラウの破損、故障を防止する必要がある。したがって除雪車の運転手は、進行方向に出現する当該障害物にスノープラウを衝突させることを避けるために、走行中の車線上の自車の位置に注意しながら、当該スノープラウを上昇させる操作をしてスノープラウへの接触を回避している。

また橋梁と道路の間や、トンネル部とトンネルではない区間であるあかり部との間で道路の幅員が異なるように道路構造令に規定されており、この側方幅員の変化がある個所である障害物に除雪車のスノープラウが接触すると、同様に当該スノープラウが破損する虞があり、またコンクリートを破損する虞がある。そして除雪車は、除雪走行中に前方路面上の雪を、車両の右端から車両左側の走行車線路肩に押しよけることにより当該路面上の雪を取り除いており、そのため当該除雪車に加わる雪の抵抗は車両の右側と左側で異なる。したがって除雪車の運転手は、異なる雪の抵抗のためにアンバランスな走行抵抗のなかで除雪車を車線内に維持し、かつ上述された障害物を回避するための操作を同時に行なっている。

したがって、上述された障害物に対して自車の位置をできるだけ正確に測位する必要がある。ＧＮＳＳを利用する方法では、測位精度を満足させるために４機以上のＧＰＳ衛星からの電波を補足する必要があるが、４機以上のＧＰＳ衛星を常時補足することはできない。またＧＰＳ衛星とみちびきとを併用することにより、４機以上のＧＰＳ衛星からの電波を補足できる時間は大幅に増加する一方で、95％値での測位誤差が数メートルから10メートル程度まであるため、要求される測位精度を満足しない。そしてＧＰＳ衛星と、みちびきと、その他の衛星システムとを併用することにより、４機以上のＧＰＳ衛星からの電波を補足できる時間は格段に増加する一方で、やはり要求される測位精度を満足しない。

また、みちびきや各種ＧＰＳの運用時間が２４時間３６５日の間絶えることなく提供されていないため、例えばＪＡＸＡのような運用機関の都合により、事前の予告の有無に関わらず運用が停止される虞がある。このようにＧＰＳの電波を適切に受信できない場合でも、道路の安全な通行のために道路作業車を走行させる必要がある。

ＲＴＫシステムを採用する方法では、測位対象地点までの通信に時間差があるためにリアルタイムではなく、また上述したようにＧＰＳ衛星からの電波が途絶える虞がある。そして、同じく上述したようにマルチパスにより到達時間の遅延が生じる虞があり、正確ではない場合がある。なおＧＮＳＳによる測位誤差は、車両の車線走行中に蓄積することがない一方でランダムに誤差が現れる。誤差の程度は、ＲＴＫシステムを採用し基線長を10ｋｍに抑えることにより2ｃｍ以内であるという原理的な報告がなされている。この誤差は、ネットワーク型ＲＴＫ方式を採用してもランダムに発生する。

点群マップを採用する方法では、点群マップがリアルタイムで測定されるものではなく、例えば数年に一回、年に一回、月に一回の測定により作成されるものであるため、道路作業車が数分後や数秒後に通過予定の道路の路面の変化を確実に測定していない場合があり、上述の測定後に生じた路面などの変化による障害物に、例えば上述のスノープラウが衝突する虞がある。

カメラによる撮像画像を併用する方法では、リアルタイムで測定されるものである一方で、例えば上述の除雪車の場合は処理対象である障害物と他の景色自体が降雪により変化してしまい基準を得ることが難しく、当該障害物が確認できない虞がある。また温度差を測定する赤外線カメラを併用する方法でも、例えば上述の除雪車の場合は降雪により温度差が生じていないため、障害物を検知できない虞がある。

車速センサを併用する方法では、道路作業車が道路車線のどの位置を走行するのかにより測定値が変化してしまう。具体的には、車両が道路の同一車線の同一の中央部を走行する場合の1ｋｍを道路上の正確な1ｋｍと測定しており、道路の走行車線と追い越し車線との両方を走行する場合には1ｋｍ以上との測定結果になってしまう。また道路は直線のみではなく、実際には曲線線形であるため、例えば左カーブにおいて車速センサで測定した場合、走行車線が追い越し車線よりも短く測定されてしまう。

そしてＧＮＳＳの補完システムとして、車両の車軸パルスを利用する方法や、慣性航法センサとしてのジャイロセンサや加速度センサを利用する方法も考案されている。しかしながら、これらの自立航法システムによる測位は測位開始から測定しながら位置的、時間的に離れていくため、誤差が積滞して推定位置がずれていくことが避けられない。

また新たな方式の装置を開発するとなると莫大な費用と時間が嵩み、また総務省との調整も必要となってしまう。そのため、既存路側システムを基準点として使用し、例えば高速道路などの道路やトンネルなど、既存のシステムで使用しているものを利用して、この問題を解決する必要があった。

そこで本発明は上記事情に鑑み、ＧＰＳ電波が適切に受信できない場所や時間帯においても、自車位置や自車に対する前方や側方の障害物の位置を、既存のシステムで使用している電波を用いて確実に測位可能なシステムを提供することを目的とする。

本発明の路側マーカーによる測位システムは、障害物の周辺に配置され、固有のＩＤを送信する路側マーカーと、車両に搭載され、前記固有のＩＤを受信するＩＤ情報受信手段と、前記車両に備えられ、位置座標情報を含む二次元地図または三次元地図と、前記路側マーカーの前記固有のＩＤの情報、ジオ座標の情報および設置ＫＰの情報、および前記障害物の情報がデータベース化された障害物位置情報データベースと、が記憶され、各種情報が書き込みおよび読み出し可能な記憶部と、前記二次元地図または三次元地図に前記車両の自車位置を反映させる制御手段と、人工衛星からの電波を無線で受信することで前記車両の三次元位置を計測し、その位置情報を前記制御部に送信する位置計測部と、を備え、前記路側マーカーは、ＥＴＣシステムの車載機器であるＯＢＵを道路側設備として使用することで構成され、前記ＩＤ情報受信手段は、ＥＴＣシステムの道路側設備であるＲＳＵを車載機器として使用することで構成され、前記ＲＳＵは、前記ＯＢＵから前記固有のＩＤを受信するＲＳＵ受信部と、前記ＯＢＵに電波ビーコンを発射するＲＳＵ送信部と、前記ＲＳＵ受信部が受信した前記固有のＩＤの電波から前記ＯＢＵに対する相対位置を測位するＲＳＵ制御手段と、を備え、前記ＯＢＵは、前記固有のＩＤを記憶したＯＢＵ記憶部と、前記ＲＳＵ送信部からの前記電波ビーコンを受信するＯＢＵ受信部と、前記電波ビーコンを受信したときに前記ＯＢＵ記憶部に記憶された前記固有のＩＤを送信するＯＢＵ送信部と、を備え、前記制御手段は、前記障害物位置情報データベースを基に、前記ＲＳＵ受信部が受信した前記固有のＩＤから前記路側マーカーを特定し、この特定した前記路側マーカーの位置情報と、前記ＲＳＵ制御手段が測位した前記相対位置とを基に、前記車両の自車位置および前記車両に対する前記障害物の位置を推定確立し、当該自車位置を前記位置計測部が送信する前記位置情報に反映させる。

また本発明の路側マーカーによる測位システムは、前記ＲＳＵ受信部が、一本のアンテナにより構成されたＡｏＡ（Angle of Arrival：到達角度）アンテナを３台有し、前記ＡｏＡアンテナは、それぞれ１２０°ごとに３方向に向くように配置される。

また本発明の路側マーカーによる測位システムは、前記車両に備えられ、中波トンネル内再放送設備の誘導線から誘導される電波を受信する磁界型受信アンテナをさらに備え、前記磁界型受信アンテナが前記誘導線から誘導される電波を受信している間、前記ＲＳＵ送信部は前記電波ビーコンの発射を停止するように構成される。

請求項１の発明によれば、ＧＰＳ電波が適切に受信できない場所や時間帯においても、車両の位置や車両に対する障害物の位置を、高速道路で使用しているＥＴＣシステムの電波である電波ビーコンやＷＣＮキャリアの送信電波を用いて確実に測位できる。

請求項２の発明によれば、電波を送出している場所であるＯＢＵを、受信点であるＡｏＡアンテナから見た方向として特定でき、また３台のＡｏＡアンテナで同時に監視することにより、当該電波を送出している場所から車両の位置までの相対的な座標を取得できる。

請求項３の発明によれば、車両は、トンネルで使用している電波である中波トンネル内再放送設備の誘導線からの電波を用いて、運転手が操作をすることなく自動的にトンネル内で測位システムを停止させることができ、他の車両のＥＴＣのＯＢＵの誤作動が生じる、などの悪影響を防止することができる。

既存路側システムの全体構成の概要と、本発明の第１の実施形態における路側マーカーによる測位システムの全体構成の概要とを示す概略図である。 本発明の第１の実施形態における路側マーカーによる測位システムの構成を示すブロック図である。 同上、車両の概略図である。 同上、スノーポールの側面図である。 同上、路側マーカーによる測位システムの全体構成を示す上面図である。 本発明の第２の実施形態における路側マーカーによる測位システムの構成を示すブロック図である。

本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成のすべてが、本発明の必須要件であるとは限らない。

図１は、既存路側システムの全体構成と、本発明の第１の実施形態における路側マーカーによる測位システムとの全体構成とを概略的に示したものであり、（Ａ）が既存路側システムのＥＴＣ（Electronic Toll Collection：電子料金収受）システム１００’の概略図、（Ｂ）がこのＥＴＣシステムを応用した本実施形態の路側マーカーによる測位システム１００の概略図を示している。

後述するように、路側マーカーによる測位システム１００において、ＡｏＡ（Angle of Arrival：到達角度）アンテナ２３で受信する電波の周波数は高いほど精度が向上する。現行の管理用移動無線基地局の制御チャンネルの電波でも位置補正情報の取得が可能である一方で、ＥＴＣシステムで使用する電波の周波数よりも波長が略１２倍ほど長く、また多数のアンテナが１つの空中線柱に方向をずらして位相調整をせずに電波を送信しているため、ＡｏＡアンテナ２３では取り扱いが難しく、また精度が低下する。そこで本実施形態では、ＥＴＣシステムの装置を採用して構成される。

図１（Ａ）（Ｂ）において、１または１’が車両、２がＲＳＵ（Rord Side Unit：路側機）、３がＯＢＵ（On Board Unit：車載機）であり、図１（Ａ）のＥＴＣシステム１００’では、ＲＳＵ２がＥＴＣやＶＩＣＳ（登録商標、Vehicle Information and Communication System：道路交通情報通信システム）で用いられる道路側設備、ＯＢＵ３が車両１’の車載機器として使用される。ＲＳＵ２は、例えば本体の大きさが50×50×20〜30ｃｍ程度であり、道路Ｒにある料金所ゲートＧに設置されて電波ビーコンを常時路上に発射し、この路上に無線通信ゾーンをスポット的に配置している。

ＯＢＵ３は、本体の大きさが例えば10×20×1ｃｍ程度で、電波を送受信するアンテナの大きさが例えば4×4×1ｃｍ程度であり、車両１’に搭載されて、車両１’が無線通信ゾーンを通過するとＯＢＵ３がＲＳＵ２からの電波ビーコンを受信し、応答信号をＲＳＵ２に送信するように動作する。この応答信号をＲＳＵ２が受信すると、ＲＳＵ２はＯＢＵ３に固有のＩＤであるＷＣＮ（Wireless Call Number:ワイヤレスコールナンバー）の要求信号を送信し、この要求信号をＯＢＵ３が受信すると、ＯＢＵ３はＷＣＮのキャリアをＯＢＵ３からＲＳＵ２に送信するように動作し、このことにより、ＲＳＵ２とＯＢＵ３とが課金情報を電波で交信する。ここでＲＳＵ２からのビーコンは前後方向へ逆相の電波を放射しており、当該ビーコンの直下で打ち消し合ってゼロとなるため、ビーコンの直下の位置検出ができるようになっている。当該位置検出の精度はＲＳＵ２のアンテナの特性に依存しており、ＲＳＵ２とＯＢＵ３との通信は短時間（0.02秒以内）で完了する。その後ＥＴＣシステムは、ＲＳＵ２で受信したＷＣＮのキャリアをもとに、例えば特定車両のみゲートを開くなど周辺機器を制御している。

これに対して本発明の路側マーカーによる測位システム１００では、図１（Ｂ）に示されるように、ＲＳＵ２が車載機器、ＯＢＵ３が道路側設備としてそれぞれ使用される。路側マーカーとしてのＯＢＵ３は、例えば道路ＲにあるトンネルＴのトンネル入口の壁面や橋梁のジョイントの路側帯など、高さ方向、横方向に飛び出している障害物Ｂの周辺に配置される。ＩＤ情報受信手段としてのＲＳＵ２は車両１に搭載され、後述するＲＳＵ２のＡｏＡアンテナが路側に配置されるＯＢＵ３と対向可能な高さおよび向きに調整されている。本発明における車両１は道路作業車であり、大型車であるので、上述された大きさのＲＳＵ２を搭載するための場所を車両１に十分に確保でき、そのためＲＳＵ２の寸法は問題にならない。

車両１は、ＲＳＵ２から常時電波ビーコンを発射しながら走行しており、ＲＳＵ２がＯＢＵ３に接近し、このＯＢＵ３がＲＳＵ２からのビーコンを受信すると、応答信号をＲＳＵ２に送信するように動作する。この応答信号をＲＳＵ２が受信すると、ＲＳＵ２はＯＢＵ３にＷＣＮ要求信号を送信し、この要求信号をＯＢＵ３が受信すると、ＯＢＵ３はＷＣＮのキャリアをＯＢＵ３からＲＳＵ２に送信するように動作して、ＲＳＵ２とＯＢＵ３とが電波で交信する。ＲＳＵ２は上述したようにビーコンの直下の位置検出が可能であるため、ＲＳＵ２はＯＢＵ３に対する相対距離を測位することができ、したがって、ＲＳＵ２の位置、すなわち車両１の位置を当該電波により特定することができる。

図２は本発明の路側マーカーによる測位システム１００の構成を示すブロック図である。また図３は車両１の概略図であり、（Ａ）は車両１の運転室の概略図、（Ｂ）は車両１の概要を示す側面図である。そして図４はＯＢＵ３が設置されたスノーポールＳの側面図である。図２〜図４において、例えば除雪車としての車両１は、上述したＲＳＵ２に加えて、制御手段４と、記憶部５と、ＧＰＳ信号受信部６と、表示部７と、操作部８と、スノープラウ移動手段９と、車両移動手段１０とを備えている。

制御手段４はＣＰＵ（中央演算装置）を含んで構成され、記憶部５に記憶されたプログラム５Ａに基づいて車両１の全体を制御する。このＣＰＵがプログラム５Ａにしたがって演算処理を実行することにより、後述する操作制御部１９や表示制御部２０などの車両１の各機能が実現される。

ＧＰＳ信号受信部６は、車両１の現在位置を取得する位置計測部を構成し、複数の人工衛星１８からの電波を無線で受信することで、車両１の三次元位置（経度、緯度および標高）を計測し、その位置情報を制御手段４に送信するものである。なお３台以上の奇数台のＧＰＳ信号受信部６を使用し、人工衛星１８からの電波をこれらのＧＰＳ信号受信部６で同時に受信して測位演算し、その結果を比較、平均化して制御手段４に送信してもよく、ＧＰＳ信号受信部６固有の誤差を無視でき、またＧＰＳ信号受信部６の故障による機能停止時間を低減することができる。この方法はＧＰＳ信号受信部６の台数が多いほど精度が向上し、このような構成を採用することにより、上述した測位精度の向上に加えて、ＧＮＳＳのアベイラビリティ（availability：可用性）の向上に寄与できる。

記憶部５は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの各種記憶装置を用いて構成され、ＧＰＳ信号受信部６が受信した車両１の位置情報やＲＳＵ２が受信したＷＣＮのキャリアの情報などの各種情報を書き込みおよび読み出しできるようになっている。記憶部５には、上述したプログラム５Ａに加えて、全国の、特に道路Ｒに関する地図情報５Ｂが予め記憶されている。この地図情報５Ｂは位置座標情報を含む二次元地図または三次元地図であり、道路Ｒに配置された各ＯＢＵ３の、ＷＣＮなどのＩＤ情報や、地理的な座標、緯度、経度、標高の情報であるジオ座標の情報や、路線における起点からの距離を示す設置ＫＰ（Kilo Post：キロポスト）の情報や、例えば近傍の障害物Ｂが高さ方向に数ｃｍ飛び出しているジョイントであるなどの障害物Ｂの情報など、障害物Ｂの位置情報も含まれており、変更や追加、削除などの更新ができるようになっている。したがって地図情報５Ｂは、各ＯＢＵ３のＩＤ情報、ジオ座標の情報および設置ＫＰの情報と、障害物Ｂの情報とがデータベース化されるように構築されており、障害物位置情報データベースとしても作用している。

表示部７は、制御手段４からの表示制御信号を受信して、車両１の現在位置などの様々な表示を行なうものである。また操作部８は、運転手による操作を受けて、電気的な操作信号を制御手段４に送信するものであり、例えばハンドル、アクセル、ブレーキ、シフトレバーなどの車両１の運転時に操作される車両操作部８Ａと、例えばスノープラウ１７の操作部などの周辺機器の動作時に操作される周辺機器操作部８Ｂとで構成される。

スノープラウ移動手段９は、スノープラウ１７の駆動手段を制御して、例えばスノープラウ１７の高さ方向などへの移動を行なうものであり、車両移動手段１０は、例えば車両１のエンジンやブレーキなどを制御して、車両１の前進、後退、加速、減速、左右への移動などを行なうものである。制御手段４は記憶部５のプログラム５Ａを読み取ることで、操作部８の車両操作部８Ａや周辺機器操作部８Ｂからの操作信号を受けて、車両移動手段１０やスノープラウ移動手段９の動作を制御する操作制御部１９として機能し、またＲＳＵ２やＧＰＳ信号受信部６からの各種情報を受けて、記憶部５の地図情報５Ｂにこれらの各種情報を反映させて表示部７に表示させる表示制御部２０として機能する構成となっている。

ＲＳＵ２は、制御手段２１、送信部２２に加えて、受信部としてのＡｏＡアンテナ２３を備えて構成される。制御手段２１は、制御手段４と同様にＣＰＵを含んで構成され、図示しない記憶部に記憶されたプログラムに基づいてＲＳＵ２を制御する。

本実施形態では図５に示されるように、１つの送信部２２につき２つの送信機が組み込まれており、この組み合わせを利用して、上述した車両１の自車位置の特定を可能にしている。また同じく図５に示されるように、本実施形態では送信部２２が複数あり、車両１の両側に配置される構成を採用しているが、本発明はこの構成に限定されることなく、ＯＢＵ３と通信可能であるなら送信部２２が１つだけの構成でもよい。なお本実施形態では車両１が除雪車であることを想定しており、そのため送信部２２は電波ビーコンを発射し、またＷＣＮ要求信号を電波で送信する構成を採用している。これは除雪車が冬季の降雪時に本線の道路で作業するため、雪氷作業時の可用性を考慮すると電波技術の応用が最も適当であるからである。したがって、車両１が除雪車以外の道路作業車である場合は光ビーコンやレーザーも選択肢に入るため、本発明では送信部２２が発信するのは電波に限られない。

本実施形態ではＡｏＡアンテナ２３を、例えば車両１の上部に３台設置し、１２０°ごとに３方向に向くように配置して、それぞれのＡｏＡアンテナ２３を離す（基線長を延ばす）構成を採用しており、三角測位の手順でＯＢＵ３との相対的な座標を取得している。ＡｏＡアンテナ２３では、電波を送出している場所であるＯＢＵ３のアンテナ１５を、受信点である当該ＡｏＡアンテナ２３から見た方向として特定でき、また複数のＡｏＡアンテナ２３で同時に監視することにより、当該電波を送出している場所からの相対的な座標を取得できる。なお本実施形態では、ＲＳＵ２の受信部としてＡｏＡアンテナを採用しているが、本発明はこれに限定されることなく、指向性が特定できるなら他のアンテナでもよい。またＲＳＵ２の受信部としてのアンテナの台数も３台に限定されることなく、電波を送出している場所であるＯＢＵ３をアンテナから見た方向として特定でき、当該電波を送出している場所から車両１の位置までの相対的な座標を取得できれば何本でもよい。

本実施形態における路側マーカーとしてのＯＢＵ３は、図４に示されるように路側任意地点のスノーポールＳに設置され、その他にも、例えば上述したトンネルＴの壁面や自発光デリニエータなどに設置されて、各ＯＢＵ３は他のＯＢＵ３と距離を置いて車線ごとに１台ずつ設置される。またＯＢＵ３は、制御手段１１と、記憶部１２と、送信部１３と、受信部１４と、アンテナ１５と、ヒータ１６とを備えている。このためＯＢＵ３は稼働電力を必要とするが、電源に関しては自発光デリニエータの仕組みが応用可能であるため、ここでは詳述しない。

制御手段１１は、制御手段４および２１と同様に、記憶部１２に記憶されたプログラムに基づいてＯＢＵ３を制御する。記憶部１２はこのプログラムに加えて、ＲＳＵ２に送信するＯＢＵ３のＷＣＮの情報も記憶している。受信部１４は、アンテナ１５を介して送信部２２からの電波ビーコンやＷＣＮ要求信号を受信するものであり、送信部１３は、アンテナ１５を介して応答信号や記憶部１２に記憶されるＷＣＮの情報をＡｏＡアンテナ２３に送信するものである。この際に使用される電波は、周波数が高いほど精度が向上するため好ましい。またアンテナ１５は、送信部２２やＡｏＡアンテナ２３との通信時にマルチパスの影響が発生しないような場所に配置されることが好ましく、雪堤に埋もれないようにするために、設置される場所への取り付け位置が高いことが好ましい。

本実施形態では車両１が除雪車であることを想定しており、障害物の周辺に配置されるＯＢＵ３も冬季の降雪の影響を受けることが予想される。そこで本実施形態のＯＢＵ３はヒータ１６を備えて構成され、ＯＢＵ３への降雪の影響を抑制している。ヒータ１６は、アンテナ１５およびその周辺の雪を融かすように配置されるのが好ましい。なお本発明はこの構成に限定されず、降雪の影響を考慮する必要がない場合には、ＯＢＵ３はヒータ１６がない構成にしてもよい。

次に図５を参照して、本実施形態の路側マーカーによる測位システム１００に係る作用を詳しく説明する。図５では、車両１が道路Ｒの追い越し車線側で作業および走行しており、中央分離帯Ｍには、障害物Ｂに対応するＯＢＵ３が設けられたスノーポールＳが配置されている。なお図示されていないが、走行車線の左側の路肩にも障害物Ｂに対応するＯＢＵ３が設けられたスノーポールＳが配置されており、車両１が道路Ｒの走行車線側で作業および走行するときには、当該スノーポールＳのＯＢＵ３と車両１とで後述するようなやり取りが行なわれる。

車両１が道路Ｒで作業および走行しているとき、運転手が車両操作部８Ａや周辺機器操作部８Ｂを操作すると、制御手段４の操作制御部１９が車両操作部８Ａからの操作信号を受けて車両移動手段１０やスノープラウ移動手段９の動作を制御し、車両１を前進させ、またスノープラウ１７を車両１の所定の位置に保持する。またＧＰＳ信号受信部６が複数の人工衛星１８からの電波を受信して車両１の三次元位置を計測し、その位置情報を制御手段４に送信すると、制御手段４の表示制御部２０が、この位置情報を記憶部５の地図情報５Ｂに書き込み、車両１の位置座標情報を含む地図情報５Ｂを表示部７に表示するように制御する。そして、車両１の両側に配置されたＲＳＵ２の送信部２２が常時電波ビーコンを発射している。

車両１が障害物Ｂ周辺のスノーポールＳの近傍に移動し、スノーポールＳに配置されるＯＢＵ３の受信部１４がアンテナ１５を介してこの電波ビーコンを受信すると、制御手段１１は応答信号を送信するように送信部１３を制御し、アンテナ１５を介して応答信号が送信される。この応答信号をＡｏＡアンテナ２３が受信すると、ＲＳＵ２の制御手段２１はＯＢＵ３との通信が確立されたと判断し、ＷＣＮ要求信号を送信するように送信部２２を制御する。

受信部１４がアンテナ１５を介してこのＷＣＮ要求信号を受信すると、制御手段１１は記憶部１２に記憶されたＷＣＮのキャリアを送信するように送信部１３を制御し、アンテナ１５を介してＯＢＵ３のＷＣＮのキャリアが送信される。このＷＣＮのキャリアをＡｏＡアンテナ２３が受信すると、ＲＳＵ２の制御手段２１はＡｏＡアンテナ２３が受信した電波からＯＢＵ３のアンテナ１５に対する相対位置を測位して、この相対位置の情報とＯＢＵ３のＷＣＮの情報を制御手段４に送信する。

制御手段４の表示制御部２０は、ＲＳＵ２の制御手段２１から相対位置の情報とＯＢＵ３のＷＣＮの情報とを受信すると、データベース化された地図情報５Ｂを基にして、当該ＷＣＮの情報からＯＢＵ３を特定し、当該特定したＯＢＵ３に対応する障害物Ｂの位置情報と、ＲＳＵ２から受信した相対位置の情報とを基に、車両１の自車位置と、車両１に対する当該ＯＢＵ３の近傍の障害物Ｂの相対位置とを推定確立して、この自車位置の情報を記憶部５の地図情報５Ｂに書き込むように制御し、また当該自車位置の情報を反映させた地図情報５Ｂを表示部７に表示するように制御する。そのため、ＧＰＳ電波が適切に受信できない場所や時間帯においても、車両１の位置や車両１に対する障害物Ｂの位置を、ＥＴＣシステムの電波である電波ビーコンやＷＣＮキャリアの送信電波を用いて確実に測位できる。したがって本実施形態の測位システム１００は、ＧＰＳの地上補正システムとしても作用している。

また表示制御部２０は、地図情報５Ｂに記憶された当該障害物Ｂの位置情報を基に運転者に対する注意喚起や操作誘導を行なうように構成される。図５の場合を例にすると、例えば「３０ｍ前方にジョイント」などの障害物Ｂの種類・位置の表示や、「段差注意」というポップアップ、他にも障害物Ｂの種類に合わせて「横方向の飛び出し注意」「道路の幅員減少注意」などのポップアップを表示するように表示制御部２０が表示部７を制御してもよく、また例えば、表示制御部２０が障害物Ｂの報知をするように図示しない報知部を制御してもよい。

なおこの時に、制御手段４の操作制御部１９が、上述した車両１に対するＯＢＵ３の近傍の障害物Ｂの相対位置の情報と、特定したＯＢＵ３に対応する障害物Ｂの位置情報とを基に、例えば図５の場合はスノープラウ１７を自動的に上昇させるようにスノープラウ移動手段９を制御することにより、運転者が周辺機器操作部８Ｂを操作しなくても車両１の周辺機器が障害物Ｂを回避できるように構成されてもよい。また例えば、障害物Ｂが横方向に飛び出しの場合や側方幅員の減少の場合に、車両１が道路Ｒの中央側に自動的に移動するように制御手段４の操作制御部１９が車両移動手段１０を制御することにより、運転者が車両操作部８Ａを操作しなくても車両１が障害物Ｂを回避できるように構成されてもよい。

以上のように本実施形態の路側マーカーによる測位システム１００は、障害物Ｂの周辺に配置され、固有のＩＤであるＷＣＮを送信する路側マーカーとしてのＯＢＵ３と、車両１に搭載され、ＷＣＮを受信するＩＤ情報受信手段としてのＲＳＵ２と、車両１に備えられ、位置座標情報を含む二次元地図または三次元地図として、かつ、ＯＢＵ３のＷＣＮの情報、ジオ座標の情報および設置ＫＰの情報、および障害物Ｂの情報がデータベース化された障害物位置情報データベースとしての地図情報５Ｂが記憶され、各種情報が書き込みおよび読み出し可能な記憶部５と、地図情報５Ｂに車両１の自車位置を反映させる制御手段４と、人工衛星１８からの電波を無線で受信することで車両１の三次元位置を計測し、その位置情報を制御手段４に送信する位置計測部としてのＧＰＳ信号受信部６と、を備え、ＯＢＵ３は、ＥＴＣシステムの車載機器であるＯＢＵを道路側設備として使用することで構成され、ＲＳＵ２は、ＥＴＣシステムの道路側設備であるＲＳＵを車載機器として使用することで構成され、ＲＳＵ２は、ＯＢＵ３からＷＣＮを受信するＲＳＵ受信部としてのＡｏＡアンテナ２３と、ＯＢＵ３に電波ビーコンを発射するＲＳＵ送信部としての送信部２２と、ＡｏＡアンテナ２３が受信したＷＣＮの電波からＯＢＵ３に対する相対位置を測位するＲＳＵ制御手段としての制御手段２１と、を備え、ＯＢＵ３は、ＷＣＮを記憶するＯＢＵ記憶部としての記憶部１２と、送信部２２からの電波ビーコンを受信するＯＢＵ受信部としての受信部１４と、電波ビーコンを受信したときに記憶部１２に記憶されたＷＣＮを送信するＯＢＵ送信部としての送信部１３と、を備え、制御手段４の表示制御部２０は、地図情報５Ｂを基に、ＡｏＡアンテナ２３が受信したＷＣＮからＯＢＵ３を特定して、この特定したＯＢＵ３の位置情報と、制御手段２１が測位した相対位置とを基に、車両１の自車位置および車両１に対する障害物Ｂの位置を推定確立し、当該自車位置をＧＰＳ信号受信部６が送信する位置情報に反映させるように構成されている。

この場合、ＧＰＳ電波が適切に受信できない場所や時間帯においても、車両１の位置や車両１に対する障害物Ｂの位置を、高速道路で使用しているＥＴＣシステムの電波である電波ビーコンやＷＣＮキャリアの送信電波を用いて確実に測位できる。

また本実施形態のＡｏＡアンテナ２３は、一本のアンテナにより構成されたＡｏＡアンテナを３台有し、当該ＡｏＡアンテナは、それぞれ１２０°ごとに３方向に向くように配置されており、電波を送出している場所であるＯＢＵ３を、受信点であるＡｏＡアンテナ２３から見た方向として特定でき、またＡｏＡアンテナ２３の３台のＡｏＡアンテナで同時に監視することにより、当該電波を送出している場所から車両１の位置までの相対的な座標を取得できる。

次に本発明の第２の実施形態を、図６を参照して説明する。本実施形態の測位システム２００では、車両１”が磁界型受信アンテナを備えており、トンネルＴ内でＲＳＵ２からのビーコンの発射を停止するように構成している。その他の構成は第１の実施形態の測位システム１００と同様であるので、説明を省略する。

除雪車などの道路作業車は、他の車両が通行していない道路の封鎖時だけでなく、他の車両が通行している通常時にも路上で作業している。ここで第１の実施形態の測位システム１００は、ＲＳＵ２の送信部２２から常時電波ビーコンを発射しているため、例えば図１（Ｂ）のトンネルＴ内では、マルチパスの影響で、車両１近傍を走行している他の車両でこの電波ビーコンを受信してしまい、例えば当該車両のＥＴＣのＯＢＵの誤作動が生じる、などの悪影響を及ぼす虞がある。またトンネルＴ内では、人工衛星１８の位置により、トンネルＴの出入口付近のあかり部と連続するために、ＧＰＳ信号を受信して車両１の自車の位置の測位が可能になる状態がある一方で、この場合はＧＮＳＳの測位精度が低下してしまうために車両１の自車の位置が正確に測位できない虞がある。

またトンネルＴ内では雪が積もらないため、除雪車で除雪作業をする必要がない。したがってトンネルＴ内への進入時に測位システム１００の動作およびＧＮＳＳの動作を停止させる必要があるが、そのためにはトンネルＴ内への進入とトンネルＴの出口の到達を把握する必要がある。そこで本実施形態の測位システム２００では、トンネルＴに設けられた中波トンネル内再放送設備の誘導線からの電波を利用して、車両１”のトンネルＴ内への進入およびトンネルＴの出口の到達を把握している。

150ｍ以上のトンネルＴには中波トンネル内再放送設備が設けられており、そのため現在、全国のトンネルに１万台以上設置されている。これらの中波トンネル内再放送設備の誘導線から誘導され、トンネルＴ内のラジオ再放送で使用される電波は、900〜1400ｋＨｚの中波であり、トンネルＴの坑外の放送局から到達する電波とは異なる偏波特性を有している。また、この誘導線から誘導される電波は、当該誘導線の終端位置に依存しているが、トンネルＴの出口手前の10〜15ｍまで検出可能であるように構成され、同様にトンネルＴの入口から進入して10〜15ｍから検出可能であるように構成されている。

図６は、本実施形態における測位システム２００の構成を示すブロック図である。測位システム２００では、車両１”が磁界型受信アンテナ３１をさらに備えている以外は、測位システム１００と構成が共通している。

磁界型受信アンテナ３１はループアンテナであり、中波トンネル内再放送設備の誘導線から誘導される電波と、トンネルＴの坑外の放送局から到達する電波とを区別することができる。この磁界型受信アンテナ３１は、偏波特性をトンネルＴ内に合わせるように構成され、取り付ける方向を調整して車両１”に配置される。

次に、本実施形態の測位システム２００に係る作用を詳しく説明する。車両１”が道路で作業および走行しているときは、第１の実施形態の測位システム１００と同様に、ＧＰＳ信号受信部６が複数の人工衛星１８からの電波を受信して車両１”の三次元位置を計測しており、また車両１”の両側に配置されたＲＳＵ２の送信部２２から常時電波ビーコンを発射している。

車両１”がトンネルＴ内へ進入すると、偏波特性をトンネルＴ内に合わせるように構成された磁界型受信アンテナ３１が中波トンネル内再放送設備の誘導線から誘導される電波を受信する。当該電波を受信すると、制御手段４は、車両１”がトンネルＴ内に進入したと判断し、送信部２２からの電波ビーコンの発射を停止するようにＲＳＵ２の制御手段２１に制御信号を送出し、またＧＰＳ信号受信部６から送信される位置情報の受信を停止して、制御手段４の表示制御部２０が地図情報５Ｂの表示部７への表示を停止する。そのため車両１”は、運転手が操作をすることなく自動的にトンネルＴ内で測位システム２００を停止させることができる。また車両１”は、運転手が操作をすることなく自動的にトンネルＴ内で車両１”のＧＮＳＳを停止させることにより、トンネルＴ内で出力されるＧＮＳＳの測位結果を確実に廃棄することができる。なお、このとき制御手段４の表示制御部２０は、例えば『車両位置測位停止中』という表示を表示部７に表示させるように制御し、測位システム２００が自車位置の測位を停止していることを運転手に報知してもよい。

また、このとき制御手段４の操作制御部１９が、例えばスノープラウを自動的に上昇させるようにスノープラウ移動手段９を制御することにより、車両１の除雪作業を停止するように構成される。そのため車両１”は、運転手が操作をすることなく自動的にトンネルＴ内で除雪作業を停止できる。

その後、車両１”がトンネルＴの出口近傍に移動し、磁界型受信アンテナ３１が中波トンネル内再放送設備の誘導線から誘導される電波を受信できなくなると、制御手段４は、車両１”がトンネルＴの出口に到達したと判断し、送信部２２から電波ビーコンを発射するようにＲＳＵ２の制御手段２１に制御信号を送出し、またＧＰＳ信号受信部６から送信される位置情報を受信して、制御手段４の表示制御部２０が、この位置情報を記憶部５の地図情報５Ｂに書き込み、車両１”の位置座標情報を含む地図情報５Ｂを表示部７に表示するように制御する。そのため車両１”は、トンネルＴの出口に到達したときに、運転手が操作をすることなく自動的に、測位システム２００およびＧＮＳＳを再度動作させることができる。

また、このとき制御手段４の操作制御部１９が、例えばスノープラウを自動的に下降させるようにスノープラウ移動手段９を制御することにより、車両１”の除雪作業を再開するように構成される。そのため車両１”は、トンネルＴの出口に到達したときに、運転手が操作をすることなく自動的に除雪作業を再開できる。したがって、車両１”のトンネルＴ内への進入、トンネルＴの出口への到達に合わせて、運転手が操作をすることなく自動的に車両１”の除雪作業の停止、再開ができるため、車両１”の除雪装置としてのスノープラウ１７の操作を自動化することができ、運転手は車両１”の運転に専念できる。

以上のように本実施形態の測位システム２００は、車両１”に備えられ、中波トンネル内再放送設備の誘導線から誘導される電波を受信する磁界型受信アンテナ３１をさらに備え、磁界型受信アンテナ３１が当該誘導線から誘導される電波を受信している間、送信部２１は前記電波ビーコンの発射を停止するように構成される。

この場合、車両１”は、トンネルＴで使用している電波である中波トンネル内再放送設備の誘導線からの電波を用いて、運転手が操作をすることなく自動的にトンネルＴ内で測位システム２００を停止させることができ、他の車両のＥＴＣのＯＢＵの誤作動が生じる、などの悪影響を防止することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、第２の実施形態の測位システム２００において、図１（Ｂ）に示されるようにトンネルＴのトンネル入口の壁面に配置されたＯＢＵ３からのＷＣＮをＲＳＵ２が受信したとき、制御手段４は、車両１”がトンネルＴ近傍に移動したと判断して、中波トンネル内再放送設備の誘導線から誘導される電波を良好に受信するために磁界型受信アンテナ３１の感度を上昇させるように構成してもよい。また本実施形態の測位システム１００または２００を車両１または１”の自動制御システムに応用してもよく、この場合は表示部７や操作部８が、車両１または１”ではなく、当該車両１または１”を自動制御しているセンターなどに配置されてもよい。さらに本実施形態の各部の構成や形状は、図示したものに限定されず、適宜変更が可能である。

１，１” 車両
２ ＲＳＵ（ＩＤ情報受信手段）
３ ＯＢＵ（路側マーカー）
４ 制御手段
５ 記憶部
５Ｂ 地図情報（二次元地図、三次元地図、障害物位置情報データベース）
６ ＧＰＳ信号受信部（位置計測部）
１２ 記憶部（ＯＢＵ記憶部）
１３ 送信部（ＯＢＵ送信部）
１４ 受信部（ＯＢＵ受信部）
２１ 制御手段（ＲＳＵ制御手段）
２２ 送信部（ＲＳＵ送信部）
２３ ＡｏＡアンテナ（ＲＳＵ受信部）
３１ 磁界型受信アンテナ
１００，２００ 測位システム
Ｂ 障害物
ＷＣＮ ワイヤレスコールナンバー（固有のＩＤ）

Claims (3)

1. 障害物の周辺に配置され、固有のＩＤを送信する路側マーカーと、
   車両に搭載され、前記固有のＩＤを受信するＩＤ情報受信手段と、
   前記車両に備えられ、位置座標情報を含む二次元地図または三次元地図と、前記路側マーカーの前記固有のＩＤの情報、ジオ座標の情報および設置ＫＰの情報、および前記障害物の情報がデータベース化された障害物位置情報データベースと、が記憶され、各種情報が書き込みおよび読み出し可能な記憶部と、
   前記二次元地図または三次元地図に前記車両の自車位置を反映させる制御手段と、
   人工衛星からの電波を無線で受信することで前記車両の三次元位置を計測し、その位置情報を前記制御手段に送信する位置計測部と、を備え、
   前記路側マーカーは、ＥＴＣシステムの車載機器であるＯＢＵを道路側設備として使用することで構成され、
   前記ＩＤ情報受信手段は、ＥＴＣシステムの道路側設備であるＲＳＵを車載機器として使用することで構成され、
   前記ＲＳＵは、前記ＯＢＵから前記固有のＩＤを受信するＲＳＵ受信部と、前記ＯＢＵに電波ビーコンを発射するＲＳＵ送信部と、前記ＲＳＵ受信部が受信した前記固有のＩＤの電波から前記ＯＢＵに対する相対位置を測位するＲＳＵ制御手段と、を備え、
   前記ＯＢＵは、前記固有のＩＤを記憶したＯＢＵ記憶部と、前記ＲＳＵ送信部からの前記電波ビーコンを受信するＯＢＵ受信部と、前記電波ビーコンを受信したときに前記ＯＢＵ記憶部に記憶された前記固有のＩＤを送信するＯＢＵ送信部と、を備え、
   前記制御手段は、前記障害物位置情報データベースを基に、前記ＲＳＵ受信部が受信した前記固有のＩＤから前記路側マーカーを特定し、この特定した前記路側マーカーの位置情報と、前記ＲＳＵ制御手段が測位した前記相対位置とを基に、前記車両の自車位置および前記車両に対する前記障害物の位置を推定確立し、当該自車位置を前記位置計測部が送信する前記位置情報に反映させることを特徴とする路側マーカーによる測位システム。
2. 前記ＲＳＵ受信部は、一本のアンテナにより構成されたＡｏＡアンテナを３台有し、
   前記ＡｏＡアンテナは、それぞれ１２０°ごとに３方向に向くように配置されることを特徴とする請求項１に記載の路側マーカーによる測位システム。
3. 前記車両に備えられ、中波トンネル内再放送設備の誘導線から誘導される電波を受信する磁界型受信アンテナをさらに備え、
   前記磁界型受信アンテナが前記誘導線から誘導される電波を受信している間、前記ＲＳＵ送信部は前記電波ビーコンの発射を停止するように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の路側マーカーによる測位システム。