JPH04370711A - 車両位置測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両位置測定方法に係わ
り、特にＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎ
ｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）により車両の現在位置を測定する車
両位置測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ナビゲーション装置は、車両の現在位置
に応じた地図データをＣＤ−ＲＯＭ等の地図データ記憶
部から読み出し、該地図データに基づいて地図をディス
プレイ画面に描画すると共に、車両位置マ−ク（ロケ−
ションカ−ソル）をディスプレイ画面の一定位置（例え
ばディスプレイ画面の中心位置）に固定表示し、車両の
移動に応じて地図をスクロ−ル表示する。

【０００３】地図データは、（１）　ノ−ドリストや道
路リスト、交差点構成ノ−ドリスト等からなる道路レイ
ヤと、（２）　地図上のオブジェクトを表示するための
背景レイヤと、（３）　市町村名などを表示するための
文字レイヤなどから構成され、ディスプレイ画面に表示
される地図画像は、背景レイヤと文字レイヤに基づいて
発生され、マップマッチング処理や誘導経路の探索処理
は道路レイヤに基づいて行われる。

【０００４】かかるナビゲ−ション装置において、車両
の現在位置を測定することは不可欠である。このため、
従来は、車両に搭載した車速センサと方位センサを用い
て車両位置を測定する測定法（自立航法）と衛星を用い
たＧＰＳによる測定法が実用化されている。

【０００５】自立航法による車両位置測定は、比較的低
コストで車両位置の測定ができるが、高精度に位置測定
ができない問題があり、マップマッチング処理等の補正
処理が必要になる。このため、自立航法に比べて高価と
なるが高精度に位置測定ができるＧＰＳによる車両位置
測定が脚光を浴びている。

【０００６】ＧＰＳは１回の位置測定に４個の衛星を使
って三次元位置（経度、緯度、高度）を測定する三次元
測位と３つの衛星を使って二次元位置（経度、緯度）を
測定する二次元測位がある。

【０００７】三次元測位 図５に示す３つの衛星ＳＴＬ１，ＳＴＬ２，ＳＴＬ３の
位置が既知であって、各衛星・車両位置間の距離Ｒ１，
Ｒ２，Ｒ３が測定できれば、車両位置は各衛星の位置を
中心とし、測定された距離を半径とする球面上にある。 第１、第２の２つの球面ＣＵＢ１，ＣＵＢ２が交われば
その交線は円ＣＩＲになり、この円に交差する第３の球
面ＣＵＢ３を考えると、円と第３の球面との交点Ｐが車
両位置となる。尚、円と第３の球面との交点はＰ，Ｑの
２ヵ所存在するが、一方の交点Ｐが真の車両位置であり
、他方の交点Ｑは偽の点である。この偽の点はＧＰＳの
場合、地球から相当離れた空間上に存在するため、容易
に除外することができる。以上から、原理的には３個の
衛星からの電波を受信すれば、車両位置を求めることが
できる。

【０００８】ところで、衛星までの距離は、各衛星から
電波発信時刻を示すデータ（時刻符号データ）を送り、
ＧＳＰ受信機が該データを受信した時刻と電波発信時刻
の時間差τを求め、光速ｃと時間差τを乗算することに
より求める。このため、ＧＰＳ受信機が内蔵する時計と
衛星の時計が一致していないと測定距離が不正確となり
、高精度の位置測定ができなくなる。

【０００９】そこで、ＧＰＳにおいては、ＧＰＳ受信機
の時計を補正するためにもう１個の衛星を用いて時間補
正して高精度の位置測定を行えるようにしている。すな
わち、三次元測位においては、車両位置を（ｘ０，ｙ０
，ｚ０）、ｉ番目の衛星の位置を　　（ｘｉ，ｙｉ，ｚ
ｉ）、ｉ番目の衛星からの電波到達時間をτｉ、時間誤
差をδｔとすると次式 　　√（ｘｉ−ｘ０）２＋（ｙｉ−ｙ０）２＋（ｚｉ−
ｚ０）２＝ｃ・（τｉ＋δｔ）が成立し、ｃ・τｉ＝Ｒ
ｉ，ｃ・δｔ＝ｓとすれば　　√（ｘｉ−ｘ０）２＋（
ｙｉ−ｙ０）２＋（ｚｉ−ｚ０）２−ｓ＝Ｒｉ・・・（
１）となる。従って、４つの衛星に対して（１）式が成
立し、未知数ｘ０，ｙ０，ｚ０，ｓを求めることにより
時間誤差を修正した高精度の車両位置（ｘ０，ｙ０，ｚ
０）が求まる。

【００１０】二次元測位 三次元位置の３つの座標値（ｘ０，ｙ０，ｚ０）のうち
１つがわかっていれば、例えば高度ｚ０が既知であれば
、２個の衛星（実際には時計補正のために３個の衛星）
からの電波を受信するだけで他の２個の座標値（経度ｘ
０、緯度ｙ０）を求めることができる。

【００１１】以上のように、ＧＰＳでは三次元測位と二
次元測位が可能であり、４つの衛星からの電波を受信で
きる状態であれば三次元測位により車両位置を測定し、
３つの衛星からの電波しか受信できなければ、最新の三
次元測位に基づいて求めた高度、又は予め設定されてい
る平均的な高度を現在位置の高度とみなして二次元測位
により車両位置を測定する。尚、各衛星は地球の周りを
まわっているため、常に４つの衛星から電波を受信でき
るとは限らないが、３つの衛星からは常に電波を受信で
きるようになっている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来方法によれば、３
つの衛星からの電波しか受信できない状態では、最新の
三次元測位に基づいて求めてある高度を現在位置の高度
とみなして、又は予め設定されている平均的な高度を現
在位置の高度とみなして、二次元測位により車両位置を
測定するものであり、車両位置の測定誤差が大きくなる
という問題があった。例えば、最新の三次元測位時刻が
相当時間前であると、山岳地帯等では車両が走行してい
る標高が相当変化してしまい、高精度の位置測定ができ
なくなる。又、平均的な高度を予め設定しておく方法で
は、高度誤差が生じる地域では当然、高精度の位置測定
ができなくなる。

【００１３】以上から本発明の目的は、ＧＰＳにおいて
、３つの衛星からの電波しか受信できない状態でも、正
確に車両位置を二次元測位により測定できる車両位置測
定方法を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明によ
れば、道路を構成する各ノ−ドにおける高度データ（標
高）を含む地図情報を記憶する地図情報記憶部と、自立
航法位置検出部と、ＧＰＳにより三次元測位が不可能な
場合、自立航法位置検出部により検出された車両位置に
おける高度データを地図情報から求める手段と、該高度
データを用いて二次元測位により車両位置を計算する位
置計算手段とにより達成される。

【００１５】又、上記課題は本発明によれば、道路を構
成する各ノ−ドにおける高度データ（標高）を含む地図
情報を記憶する地図情報記憶部と、ＧＰＳにより三次元
測位が不可能な場合、最新の三次元測位により求めてあ
る高度を現在位置の高度とみなし、又は予め設定されて
いる高度を現在位置の高度とみなして、二次元測位によ
り車両の現在位置を求める手段と、該現在位置に応じた
高度データを地図情報から求める手段と、該高度データ
を用いて二次元測位により車両位置を再度計算する手段
とにより達成される。

【００１６】

【作用】第１の発明によれば、予め、道路を構成する各
ノ−ドの高度データ（標高）を地図情報に含ませておき
、ＧＰＳにより三次元測位が不可能な場合、自立航法位
置検出部により検出された車両位置における高度データ
を地図情報から求め、該高度データを用いて二次元測位
により真の車両位置を計算する。

【００１７】又、第２の発明によれば、予め道路を構成
する各ノ−ドの高度データ（標高）を地図情報に含ませ
ておき、ＧＰＳにより三次元測位が不可能な場合、最新
の三次元測位で求めてある高度、又は予め設定されてい
る高度を現在位置の高度とみなして、二次元測位により
仮の車両位置を求め、該仮の車両位置に応じた高度デー
タを前記地図情報から求め、該高度データを用いて二次
元測位により真の車両位置を計算する。

【００１８】このように、予め、各ノ−ドの正確な標高
を地図情報に含ませておき、一旦、仮の車両位置を求め
、該車両位置における正確な標高を求め、該標高を用い
て、ＧＰＳにより真の車両位置を二次元測位するように
したから、高度を正確に求めることができ、従って３つ
の衛星からの電波しか受信できない状態でも、正確に車
両位置を二次元測位することができる。

【００１９】

【実施例】

全体の構成 図１は本発明の実施例構成図である。図中、１１はナビ
ゲ−ション処理部であり、車両位置に応じた地図や車両
位置マ−クの描画処理、最適経路探索処理等を行う。１
２は車両の走行距離と進行方位に基づいて現在地を算出
する自立航法現在位置検出部であり、車両の進行方位を
検出する地磁気センサ、光ジャイロ等の方位センサ１２
ａ、車両の移動距離を検出する車速センサ１２ｂ、進行
方位及び走行距離に基づいて車両の現在位置（経度、緯
度）を計算する車両位置計算用ＣＰＵ１２ｃを有してい
る、

【００２０】１３は道路地図を記憶するＣＤ−ＲＯＭ等
の道路情報記憶部である。地図情報は、（１）　道路レ
イヤと、（２）　地図上のオブジェクトを表示するため
の背景レイヤと、（３）　市町村名などを表示するため
の文字レイヤなどから構成されている。

【００２１】１４は地図検索キー、地図スクロ−ルキー
、経路探索キー等を備えた操作部、１５は地図、車両位
置マ−ク、最適経路等を描画するディスプレイ装置、１
６は衛星からの電波を受信して車両の現在位置を測定す
るＧＰＳ受信機、１７は各衛星からの電波を受信するマ
ルチビ−ムアンテナである。

【００２２】道路レイヤ 道路レイヤは図２に示すデータ構造を有している。この
うち、道路リストＲＤＬＴは該当道路の属性情報を与え
るもので、道路上の全ノ−ド数、道路を構成する各ノ−
ド、道路の種別（国道、高速道路、その他の別）、道路
番号（道路名）等のデータより構成されている。又、交
差点構成ノ−ドリストＣＲＬＴは地図上の各交差点毎に
、該交差点に連結するリンク上の交差点に最も近いノ−
ド（交差点構成ノ−ドという）の集合であり、ノ−ドリ
ストＮＤＬＴは道路を構成する全ノ−ドのリストであり
、ノ−ド毎に位置情報（経度、緯度）、該ノ−ドが交差
点であるか否かの交差点識別フラグ、該ノ−ドの標高（
高度）、ノ−ドが交差点であれば交差点データを指し、
交差点でなければ該ノ−ドが属する道路を指すポインタ
等で構成されている。

【００２３】ＧＰＳ受信機 ＧＰＳ受信機１６は、マルチビ−ムアンテナ１７により
受信された各衛星からの電波を所定の中間周波信号に変
換し、かつ増幅する周波数変換・増幅器１６ａと、各衛
星からの電波よりＧＰＳに割り当てられたチャンネル信
号を選択・検波する受信機１６ｂと、該チャンネル信号
をデジタルデータ（時刻符号データ等）に復号する復号
器１６ｃと、復号されたデータに基づいて三次元測位及
び二次元測位処理を行って車両位置を測定する処理部１
６ｄを備えている。

【００２４】全体の動作 （ａ）　第１の実施例 以下、図３の流れ図に従って、本発明の車両位置測定制
御を説明する。ＧＰＳ受信機１６の処理部１６ｄは各衛
星からの時刻符号データを受信し、受信結果に基づいて
三次元測位が可能であるか、換言すれば４つの衛星から
時刻符号データを受信したか判断し（ステップ１０１）
、４つの衛星から時刻符号データを受信でき、三次元測
位が可能であれば、受信した時刻符号データを用いて各
衛星までの距離Ｒ１〜Ｒ４を演算し（ステップ１０２）
、該距離Ｒ１〜Ｒ４をそれぞれ（１）式に代入して得ら
れる４つの式より車両の現在位置（ｘ０，ｙ０，ｚ０）
を求め（三次元測位、ステップ１０３）、該現在位置の
経度、緯度（ｘ０，ｙ０）をナビゲ−ション処理部１１
に入力する（ステップ１０４）。

【００２５】一方、ステップ１０１において、４つの衛
星から時刻符号データを受信できず、３つの衛星からし
か時刻符号データを受信できなければ、受信した時刻符
号データを用いて各衛星までの距離Ｒ１〜Ｒ３を演算す
ると共に（ステップ１０５）、ナビゲ−ション処理部１
１に現在位置の標高を要求する（ステップ１０６）。

【００２６】標高要求により、ナビゲ−ション処理部１
１は自立航法位置検出部１２から自立航法により測定し
た車両の現在位置を求め、該現在位置に近いノ−ドの標
高を地図情報の道路レイヤ情報から求め、ＧＰＳ受信機
１６に入力する（ステップ１０７）。

【００２７】これにより、処理部１６ｄは距離Ｒ１〜Ｒ
３をそれぞれ（１）式に代入して得られる３つの式のｚ
０に標高値を代入して、車両の経度、緯度（ｘ０，ｙ０
）を求め（二次元測位、ステップ１０８）、該現在位置
の経度、緯度（ｘ０，ｙ０）をナビゲ−ション処理部１
１に入力する（ステップ１０４）。

【００２８】（ｂ）　第２の実施例 第１の実施例では、自立航法位置検出部を備えた場合で
あるが、自立航法位置検出部がなくても高精度の位置測
定ができる。以下、図４に従ってかかる場合の車両位置
測定制御を説明する。

【００２９】ＧＰＳ受信機１６の処理部１６ｄは各衛星
からの時刻符号データを受信し、受信結果に基づいて三
次元測位が可能であるか、換言すれば４つの衛星から時
刻符号データを受信したか判断し（ステップ２０１）、
４つの衛星から時刻符号データを受信でき、三次元測位
が可能であれば、受信した時刻符号データを用いて各衛
星までの距離Ｒ１〜Ｒ４を演算し（ステップ２０２）、
該距離Ｒ１〜Ｒ４をそれぞれ（１）式に代入して得られ
る４つの式より車両の現在位置（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を
求めて（三次元測位）、メモリに記憶すると共に（ステ
ップ２０３〜２０４）、該現在位置の経度、緯度（ｘ０
，ｙ０）をナビゲ−ション処理部１１に入力する（ステ
ップ２０５）。

【００３０】一方、ステップ２０１において、４つの衛
星から時刻符号データを受信できず、３つの衛星からし
か時刻符号データを受信できなければ、受信した時刻符
号データを用いて各衛星までの距離Ｒ１〜Ｒ３を演算す
る（ステップ２０６）。

【００３１】ついで、最新の三次元測位で求めてメモリ
に記憶してある高度を現在位置の高度とみなして二次元
測位により仮の現在位置を演算する（ステップ２０７）
。すなわち、処理部１６ｄは距離Ｒ１〜Ｒ３をそれぞれ
（１）式に代入して得られる３つの式のｚ０に、メモリ
に記憶されている高度を代入し、現在位置（ｘ０′，ｙ
０′）を求める。

【００３２】仮の現在位置が求まれば、処理部１６ｄは
ナビゲ−ション処理部１１に仮の現在位置における標高
を要求する（ステップ２０８）。

【００３３】標高要求により、ナビゲ−ション処理部１
１は入力された仮の現在位置（ｘ０′，ｙ０′）に近い
ノ−ドの標高値を地図情報の道路レイヤ情報から求め、
ＧＰＳ受信機１６に入力する（ステップ２０９）。

【００３４】これにより、処理部１６ｄは距離Ｒ１〜Ｒ
３をそれぞれ（１）式に代入して得られる３つの式のｚ
０に地図情報から得られた真の標高値を再度代入して、
車両現在位置の真の経度、緯度（ｘ０，ｙ０）を求め（
二次元測位、ステップ２１０）、該現在位置の経度、緯
度（ｘ０，ｙ０）をナビゲ−ション処理部１１に入力す
る（ステップ２０５）。

【００３５】尚、ステップ２０７において、最新の三次
元測位により得られている高度を現在位置の高度とみな
したが、平均的な高度を予め設定しておき、該高度を現
在位置の高度とみなしてステップ２０７以降の処理を行
うようにしても良い。

【００３６】以上、本発明を実施例により説明したが、
本発明は請求の範囲に記載した本発明の主旨に従い種々
の変形が可能であり、本発明はこれらを排除するもので
はない。

【００３７】

【発明の効果】以上本発明によれば、各ノ−ドの正確な
標高を地図情報に含ませておき、三次元測位ができない
場合には、一旦、概略の（仮の）車両位置を求め、該車
両位置における正確な標高を地図情報より求め、該標高
を用いてＧＰＳにより車両位置を二次元測位するように
したから、二次元測位に用いる高度データを正確に求め
ることができ、従って３つの衛星からの電波しか受信で
きない状態でも、正確に車両位置を二次元測位により求
めることができる。

【００３８】又、本発明によれば、仮の現在位置を自立
航法により求めるように構成したから、該仮の現在位置
を真の現在位置近傍に求めることができ、従って地図情
報より得られる高度を相当の正確度で求めることができ
、二次元測位により正確に車両位置を求めることができ
る。

【００３９】更に、本発明によれば、最新の三次元測位
で得られている高度、又は予め設定されている高度を現
在位置の高度とみなし二次元測位により仮の現在位置を
求めるようにしたから、自立航法位置検出部がなくても
安価な構成で正確に二次元測位により車両位置を求める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例構成図である。

【図２】道路レイヤ情報の構成図である。

【図３】本発明の車両位置測定制御の流れ図である。

【図４】本発明の別の車両位置測定制御の流れ図である
。

【図５】ＧＰＳの三次元測位及び二次元測位の説明図で
ある。

【符号の説明】

１１・・ナビゲ−ション処理部 １２・・自立航法位置検出部 １３・・道路情報記憶部 １６・・ＧＰＳ受信機

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ＧＰＳにより車両の現在位置を測定す
   る車両位置測定方法において、道路を構成する各ノ−ド
   の高度データを地図情報に含ませておき、ＧＰＳにより
   三次元測位が不可能な場合、自立航法位置検出部により
   検出された車両位置における高度データを前記地図情報
   から求め、該高度データを用いて二次元測位により車両
   現在位置を計算することを特徴とする車両位置測定方法
   。
2. 【請求項２】　　ＧＰＳにより車両の現在位置を測定す
   る車両位置測定方法において、道路を構成する各ノ−ド
   の高度データを地図情報に含ませておき、ＧＰＳにより
   三次元測位が不可能な場合、最新の三次元測位で求めて
   ある高度データ、又は予め設定されている高度データを
   車両の現在位置における高度とみなして、二次元測位に
   より車両の仮の現在位置を求め、該仮の現在位置に応じ
   た高度データを前記地図情報から求め、該高度データを
   用いて二次元測位により真の車両現在位置を計算するこ
   とを特徴とする車両位置測定方法。