JPH0781871B2 - 車両の現在地推測方法 - Google Patents

車両の現在地推測方法

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JPH0781871B2
JPH0781871B2 JP26042086A JP26042086A JPH0781871B2 JP H0781871 B2 JPH0781871 B2 JP H0781871B2 JP 26042086 A JP26042086 A JP 26042086A JP 26042086 A JP26042086 A JP 26042086A JP H0781871 B2 JPH0781871 B2 JP H0781871B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、車載ナビゲーション装置における車両の現在
地推測方法に関するものである。
背景技術 近年、地図情報をメモリに記憶しておき、その地図情報
をメモリから読み出して車両の現在地とともに表示装置
に表示させることにより、車両を所定の目的地に誘導す
る車載ナビゲーション装置が研究、開発されている。
かかるナビゲーション装置では、車両に搭載された走行
距離センサや方位センサ等の出力データに基づいて車両
の走行距離や方位等を検出し、これに基づいて時々刻々
と変化する車両の現在地を推測することにより、ディス
プレイに描画されている地図上への現在地の表示か行な
われる。
ところで、道路地図を数値化するに際しては、車両が走
行可能な道路のすべてに関して数値化することが望まし
いが、センサ類の精度等により、すべての道路に関し正
確にナビゲーションを行なうことは困難である。また、
数値化する作業も膨大なものとなる。したがって、ある
レベルまで数値化を限定せざるを得なく、この場合数値
化されていない道路を走行することを想定しなければな
らない。
発明の概要 本発明は、上述した点に鑑みなされたもので、道路地図
の数値化のレベルに拘らず、誤りの無いナビゲーション
の実現を可能とした車両の現在地推測方法を提供するこ
とを目的とする。
本発明による車両の現在地推測方法は、進行方位の道路
データ線分に対するずれ角又は推測位置から最近傍線分
までの距離が所定範囲外になったことを検出し、その地
点からの走行距離を算出し、この走行距離に比例した距
離に関し、最近傍線分までの距離のサンプリング値を用
いて走行データと道路データの相関をとり、相関性が高
ければ前記道路データ上に現在地を修正することを特徴
としている。
実 施 例 以下、本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。
第1図は、本発明に係る車載ナビゲーション装置の構成
を示すブロック図である。同図において、1は地磁気に
基づいて車両の方位データを出力するための地磁気セン
サ、2は車両の角速度を検出するための角速度センサ、
3は車両の移動距離を検出するための走行距離センサ、
4は緯度及び経度情報等から車両の現在地を検出するた
めのGPS(Global Positioning System)装置であり、こ
れら各センサ(装置)の出力はシステムコントローラ5
に供給される。
システムコントローラ5は、各センサ(装置)1〜4の
出力を入力としA/D(アナログ/ディジタル)変換等を
行なうインターフェース6と、種々の画像データ処理を
行なうとともにインターフェース6から順次送られてく
る各センサ(装置)1〜4の出力データに基づいて車両
の移動量等を演算するCPU(中央処理回路)7と、このC
PU7の各種の処理プログラムやその他必要な情報が予め
書き込まれたROM(リード・オンリ・メモリ)8と、ブ
ログラムを実行する上で必要な情報の書込み及び読出し
が行なわれるRAM(ランダム・アクセス・メモリ)9
と、いわゆるCD−ROM、ICカード等からなり、ディジタ
ル化(数値化)された地図情報が記録された記録媒体10
と、V−RAM(Video RAM)等からなるグラフィックメモ
リ11と、CPU7から送られてくる地図等のグラフィックデ
ータをグラフィックメモリ11に描画しかつ画像としてCR
T等のディスプレイ12に表示すべく制御するグラフィッ
クコントローラ13とから構成されている。入力装置14は
キーボード等からなり、使用者によるキー入力により各
種の指令等をシステムコントローラ5に対して発する。
記録媒体10には地図情報が記録されるのであるが、その
データ構造について以下に説明する。先ず、第2図
(A)に示すように、日本全図を例えば16384(=214
[m]四方のメッシュに分割し、このときの1つのメッ
シュをテリトリーと呼ぶ。テリトリーはテリトリーNo.
(Tx,Ty)で識別され、各テリトリーには例えば図の左
下のテリトリーを基準にテリトリーNo.が付与される。
テリトリーNo.は現在地(Crntx,Crnty)より求まる。テ
リトリーは本データ構造の中で最も大きな管理単位とな
る。地図データファイル全体の構成が第2図(B)に示
されており、テリトリーIDファイルには、第2図(C)
に示すように、テリトリーNo.(Tx,Ty)のファイルにお
ける先頭アドレス、テリトリーの左下の緯度(実数)、
テリトリーの左下の経度(実数)、地磁気の偏角(実
数)等のデータが各テリトリー毎に書き込まれている。
テリトリーファイルは本データ構造において最も重要な
ファイルであり、各種の地図データや地図描画に必要な
データが書き込まれている。第3図(A)において、ナ
ビID及びセクションテーブルがナビゲーションにおける
道路及び交差点検索用ファイル、ピクチャーIDが表示管
理用ファイル、道路セクションデータから交差点データ
までが実際の地図データである。地図データは、第3図
(B)に示すように、階層構造となっており、最下層が
川,海,湖等のポリゴンデータ、その上が道路,鉄道等
のラインデータ、その上が各種マーク等のキャラクタデ
ータ、その上が地名等の文字データ、そして最上層が交
差点データとなっている。最上層の交差点データは後述
する交差点引込みのために用いられるデータであり、デ
ィスプレイ上には表示されない。
次に、第4図(A)に示すように、1つのテリトリー中
を例えば256分割し、これにより得られる1024(210
[m]四方のメッシュをユニットと呼ぶ。このユニット
も同様にユニットNo.(Nx,Ny)で管理され、そのNo.(N
x,Ny)は現在地(Crntx,Crnty)より求まる。ユニット
は中間的な管理単位で、地図情報はこの単位で記録さ
れ、ユニットが256個集まってテリトリーファイルを構
成する。地図描写の際はこの単位を基に行なわれるの
で、描画の基本単位と言うことができる。ナビIDファイ
ルには、第4図(B)に示すように、ユニットNo.(Nx,
Ny)のファイルにおけるライン先頭アドレス、交差点先
頭アドレス、道路セクション先頭アドレス、交差点先頭
アドレス等のデータが各ユニット毎に書き込まれてい
る。
更に、第5図(A)に示すように、1つのユニット内を
例えば16分割し、これにより得られる256(28)[m]
四方のメッシュをセクションと呼ぶ。このセクションも
同様にセクションNo.(Sx,Sy)で管理され、そのNo.(S
x,Sy)は現在地(Crntx,Crnty)より求まる。セクショ
ンは最も小さい管理単位であり、この範囲内の線分(線
分の繋りで道路等が表わされる)や交差点の情報が第5
図(B),(C)に示す如くセクションテーブルとし
て、更に第6図(A),(B)及び第7図(A),
(B)に示す如くセクションデータとしてテリトリーフ
ァイルに登録されている。
また、第3図(A)に示すように、テリトリーファイル
内には表示管理用のピクチャーIDというファイルがあ
る。本実施例では、地図データの縮尺が例えば2.5万分
の1,5万分の1,10万分の1の3種類に設定されており、
実際の地図データとしては、最も縮尺の大きい2.5万分
の1のものだけを持っている。各縮尺の地図は、第8図
〜第10図の各図(A)に示すように、エリアに分割さ
れ、このエリアはエリアNo.(Anx,Any)で管理される。
エリアNo.(Anx,Any)は現在地(Crntx,Crnty)より求
まる。縮尺が2.5万分の1の場合、エリアNo.とユニット
No.は同じであり、5万分の1の場合は1つのエリアが
ユニットファイル4個分となり、10万分の1の場合は1
つのエリアがユニット16個分となる。また、各縮尺のピ
クチャーIDには、第8図〜第10図の各図(B)にそれぞ
れ示すように、その縮尺の地図を表示するのに必要なポ
リゴン,ライン,キャラクタ,文字データの先頭アドレ
スとデータサイズが記録されている。
続いて、ポリゴンデータとラインデータについて説明す
る。ポリゴンデータとラインテータは、第11図(A)及
び第12図(A)に示すように、始点と終点で表わされる
繋りのあるベクトル(線分)で表わされる。ここで、最
も縮尺の大きい2.5万分の1の地図データで5万分の1
や10万分の1の地図を表現すると、始点・終点間が縮ま
るのでディスプレイ上で見た限りでは、全ての点を表示
しなくても差し支えないことがある。このことを考慮に
入れて、ディスプレイ上に表示した場合に、見た目上省
略しても差し支えない点の情報を、第11図(B)及び第
12図(B)に示すように、予めポリゴン及びラインデー
タの各間引きビットに入れておく。そして、各縮尺の表
示時に間引きビットをチェックして必要に応じて間引き
ビットに情報が入っている点を除く、いわゆる間引きを
行なうことにより、表示する線分(ベクトル)数を減ら
すことができる。
また、第13図(A)に示すように、1ユニット内に存在
する交差点の全てに通し番号(xn,yn)が付されてい
る。ところで、交差点には、直交型、Y字路、5叉路等
種々あるが、特に方位の似た道路が複数入っている交差
点では、この交差点を通過したときに、センサの精度、
計算誤差、地図精度等により道路の選択を誤り、ディス
プレイ上に現在地が表示されている道路と実際に走行し
ている道路とが一致しない状態が生ずる可能性がある。
そこで、このような交差点に対しては、第13図(B)に
示すように、交差点の難易度を示す難易度データを交差
点データ中の難易度ビットにいれておく。そして、交差
点を通過するときには、この難易度データに基づいた処
理を行なえば、誤った道路の選択を防止できるのであ
る。
次に、地図データの表示に関して、グラフィックメモリ
11として例えばV−RAMを用いた場合について説明す
る。表示の構成としては、第14図(A)に示すように、
512(ドット)×512(ドット)のV−RAM上で画面を16
分割し、それぞれのエリアに独立した1枚の地図を表示
するようにする。1エリアは128(ドット)×128(ドッ
ト)の1ユニットであり、更に16分割することにより1
エリアは32(ドット)×32(ドット)の1セクションと
なる。(第14図(B),(C)を参照)。実際の車載デ
ィスプレイには、第14図(A)の中央の4画面に相当す
る256(ドット)×256(ドット)のエリア(太線で囲っ
たエリア)が表示され、このエリアがV−RAM上を移動
することによって車両の現在地の動きを表現する。
次に、CPU7によって実行される基本的な手順を第15図の
フローチャートに従って説明する。
CPU7は、先ず最初にプログラムを実行させるためのイニ
シャライズを行ない(ステップS1)、しかる後車両の現
在地がセットされているか否かを判断する(ステップS
2)。現在地がセットされていない場合は、現在地セッ
トルーチンの実行(ステップS3)、例えば入力装置14で
のキー入力による現在地のセットが行なわれる。次に、
走行距離を零にし(ステップS4)、続いて入力装置14か
らのキー入力が有るか否かの判断を行なう(ステップS
5)。
キー入力が無い場合は、ディスプレイ12上に現在地周辺
の地図表示を行なうとともに車両の現在位置及びその方
位を例えば車両マークにてこの地図上に表示し、車両が
移動したらその移動に伴い地図をスクロールさせ、更に
現在グラフィックメモリ11上にある地図データの範囲を
車両位置が越えそうなときには、記録媒体10から必要な
地図データを読み出してディスプレイ12上に表示する
(ステップS6)。
キー入力が有ると、その入力データに応じて現在地の再
セット(ステップS7)、センサ補正(ステップS8)、目
的地セット(ステップS9)及び地図の拡大・縮小(ステ
ップS10)の各ルーチンを実行する。
また、CPU7はタイマーによる割込みにより、第16図に示
すように、一定時間間隔で地磁気センサ1及び角速度セ
ンサ2の各出力データに基づいて車両の方位を常に計算
する処理を行なう(ステップS11,S12)。
CPU7は更に、走行距離センサ3よりデータが入力された
場合は、走行距離センサによる割込み処理を行なう。こ
の割込み処理では、第17図に示すように、走行距離と方
位からの現在地の演算(ステップS13)、右折、左折の
判定(ステップS14)、道路への引込み(ステップS1
5)、交差点引込み(ステップS16)、走行距離による引
込み(ステップS17)が実行される。なお、このステッ
プS13〜ステップS17における各処理に関しては、後で詳
細に説明する。
また、GPS装置4より得られる緯度、経度データは、第1
8図に示すように、GPSデータ受信割込みにより処理さ
れ、現在地データとして座標変換される(ステップS1
8)。
車両の走行距離は走行距離センサ3の出力から求められ
る。この走行距離センサ3としては、例えば、車のいわ
ゆるスピードメータケーブルの回転数(JIS規格では、6
37回転/Km)より1回転の距離を積分することにより走
行距離を求める構成のものが用いられるが、センサ3の
精度により得られる走行距離に誤差が生ずることは避け
られない。また、センサ3の精度だけではなく、地図の
精度、タイヤの空気圧の変化、或はスリップ等も走行距
離の誤差の要因となる。従って、走行距離の補正を度々
行なわないと、正確に距離を求めることができなくなっ
てしまうことになる。このため、走行距離センサ3の出
力より得た実測の距離と地図データにより得た距離とか
ら距離補正係数rsを求め、この補正係数rsを用いて距離
補正を行なうことにより、走行距離を常に正確に検出で
きるのである。
また、車両の方位は地磁気センサ1の出力から求められ
る。この方位検出方法に関しては、本出願人等により特
願昭60−282341号明細書等に記載されている。この地磁
気センサ1の示す北は磁北であり、地図北ではない。こ
のため、磁北が地図北に対してずれていた場合、第19図
に示すように、基準位置から一定距離だけ走行したとき
に地磁気センサ1の出力から得られる推測現在地P1は実
際の現在地P2に対してずれを生じることになる。そのた
め、地磁気センサ1より求めた方位を地図方位に変換す
る作業が必要となる。この変換作業は、第20図に示すよ
うに、2次元幾何の座標変換で求まる回転角、即ち方位
補正係数θsによって行なわれる。この方位補正係数θ
sは地域により変化し、更に地磁気センサ1を車体に取
り付けたときに生じる取付け誤差によっても変わる。こ
の方位補正係数θsは、第21図に示すように、当該係数
を零として位置のわかっている2点間を走行し、慣性航
法により求められた現在地と到着点との誤差により求め
ることができる。この方位補正係数θsを用いて方位補
正を行なうことにより、車両の方位を常に正確に検出で
きるのである。
なお、距離補正係数rs及び方位補正係数θsの算出方法
は、本出願人等により特願昭60−282344号明細書等に記
載されている。
車両の走行時には、最近傍交差点への引込みや最近傍線
分への引込みが適宜行なわれるのであるが、この引込み
を行なうためには、現在地に最も近い道路(最近傍線
分)や交差点(最近傍交差点)を探し出す作業が必要と
なる。この最近傍交差点や最近傍線分をサーチする作業
は、線分や交差点データの量が多い、即ちサーチエリア
が広いと、時間がかかってしまい、時々刻々と変化する
現在地をスムーズに表示できないことになる。ところ
が、本実施例においては、第2図〜第5図に示したデー
タ構造から明らかなように、現在地からのサーチエリア
をできるだけ小さくし、かつそのエリアに入る線分や交
差点のデータを管理するデータ(セクションデータ、セ
クションテーブル)を持たせていることにより、最小単
位のセクションをサーチエリアとしてその中から線分や
交差点をサーチすることができるので、サーチに要する
時間を短縮できるのである。以下、CPU7によって実行さ
れる現在地から最近傍線分と最近傍交差点をサーチする
手順を、第22図のフローチャートに従って説明する。
CPU7は先ず、現在地(Crntx,Crnty)からテリトリーNo.
(Tx,Ty),ユニットNo.(Nx,Ny),セクションNo.(S
x,Sy)をそれぞれ求める(ステップS20〜S22)。これ
は、各エリアが2n単位で分割されているので、簡単な演
算(割算)で求めることができる。次に、セクションを
サーチエリアとして、この中に存在する線分と交差点デ
ータをセクションテーブルとセクションデータを参照す
ることによりロードする(ステップS23〜S25)。ロード
したデータを基に、現在地からサーチエリア内の全ての
線分までの距離(線分に対する垂線の長さ)、全ての交
差点までの距離を計算し、それらを比較することによっ
て最近傍線分と最近傍交差点を得ることができる(ステ
ップS26)。サーチを行なう際のスピードは、線分の本
数や交差点の個数に比例するが、前述したデータ構造に
基づくサーチ方式によれば、サーチエリア(セクショ
ン)が小さく、計算の対象となる線分の本数や交差点の
個数が少ないので、高速サーチが可能となるのである。
続いて、CPU7によって実行される線分引込みルーチン及
び交差点引込みルーチンの手順を、第23図及び第24図の
フローチャートに従って説明する。
第23図の線分引込みルーチンは一定走行距離、例えば20
[m]毎に行なわれる。CPU7は先ず、第22図の手順に従
って最近傍線分Lをサーチし、その線分Lについて、現
在地から線分Lまでの距離lm及び線分Lの地図東となす
角度θeを求める(ステップS30)。そして自車角度θ
と上記角度θeとの差の絶対値と所定のスレショルド値
θthとを比較し(ステップS31)、スレショルド値θth
よりも大きい場合は、引込みを行なうための有効線分が
存在せず、しかも道路から外れたと見なす(ステップS3
2)。
スレショルド値θth以下の場合は、次に上記距離lmと所
定のスレショルド値thとを比較し(ステップS33)、
距離lmがスレショルド値thよりも小さいか等しい場合
は、その線分Lは有効線分であり道路上であると見なし
(ステップS34)、線分上に引込みを行なって現在地の
修正を行なう(ステップS35)。また、距離lmがスレシ
ョルド値thよりも大きい場合には、有効線分は存在す
るが道路から外れているものと判断する(ステップS3
6)。
一方、第24図の交差点引込みルーチンは交差点フラグが
オンのときに行なわれる。CPU7は先ず、第22図の手順に
従って最近傍交差点をサーチし、その交差点について交
差点までの距離lc(ステップS40)。そして距離lcと所
定のスレショルド値thとを比較し(ステップS41)、
距離lcがスレショルド値thよりも小さいか等しい場合
は、引込みを行なうべき交差点が有ると判断し(ステッ
プS42)、その交差点に現在地を修正する(ステップS4
3)。距離lcがスレショルド値thよりも大きい場合
は、引込みを行なうべき交差点が無いものとして引込み
を行なわない(ステップS44)。
次に、道路データから外れた所を走行し、再度道路デー
タ近辺を走行した場合、走行データと道路データとの相
関をとり、相関性が高ければ道路データに引込む、いわ
ゆるパターンマッチングルーチンについて、第25図及び
第26図のフローチャートに従って説明する。
第25図は、サンプルされたデータを配列にセーブする距
離差データセーブルーチンであり、タイマー割込みによ
って実行される。CPU7は先ず、道路引込み中であるか否
かを判断し(ステップS50)、引込み中でなければ、道
路から外れてからの走行距離を表わすカウンタのカウン
ト値Nocをインクリメントする(ステップS51)。次に、
最近傍線分なる有効線分が有るか否かを判断し(ステッ
プS52)、有効線分が有る場合は、最近傍線分までの距
離E(i)と前回求めた距離E(i−1)との差分D
(i)を配列にセーブする(ステップS53)。有効線分
が無い場合は、1回毎に極性を逆にした大きな数値をダ
ミーデータとして配列にセーブする(ステップS54)。
そしてポインタを“1"だけ進め(ステップS55)、しか
る後リターンする。
第26図は、パターンマッチングルーチンであり、メイン
ルーチンから所定のタイミングで呼び出されるものであ
る。CPU7は先ず、引込み中であるか否かを判断し(ステ
ップS60)、引込み中であれば、マッチングの必要がな
いので、そのままリターンする。次に、有効線分が有る
か否かを判断し(ステップS61)、有効線分がなけれ
ば、道路データから一定距離以上離れて走っているの
で、そのままリターンする。続いて、最小単位距離以上
走行したか否かを判断し(ステップS62)、走行してい
ない場合は、そのままリターンする。
次に、道路から外れてからの走行距離が一定の距離内で
あるか否かを判断し(ステップS63)、一定の距離内で
ある場合は、地磁気センサ補正ルーチンを実行する(ス
テップS64)。この地磁気センサ補正ルーチンでは、車
両が例えば踏切を通過した際、車両ボデーが着磁を受け
ると、地磁気センサ1の出力がずれて道路データに乗ら
なくなる可能性があるので、地磁気センサ1の出力のず
れを検出し、それに基づいて地磁気センサ1の出力デー
タの補正が行なわれるのである。
ステップS65では、道路から外れてからの走行距離か
ら、マッチングをとる距離の計算が行なわれる。第25図
のステップS51で説明したカウンタのカウント値Nocに単
位距離Luを乗じたものが、道路から外れてからの走行距
離Noc・Luであり、これに係数Kを乗じたものをマッチ
ング距離Lm(=K・Noc・Lu)とする(ステップS65)。
本実施例では、係数KをK=0.25とし、またマッチング
距離Lmの最大値、最小値を設定して制限している。
ステップS66では、第25図の距離差データセーブルーチ
ンにおいてセーブされたデータについて、最新のデータ
から以前のマッチング距離分のデータに関し、その標準
偏差σ及び平均値を求める計算が行なわれる(ステップ
S66)。そして、この求められた標準偏差σをマッチン
グ距離Lmで割ることにより、単位走行距離当りの道路デ
ータ図形と走行軌跡図形との相関を表わす相関係数Es
(=σ/Lm)を求める(ステップS67)。続いて、相関係
数Esを所定の設定値Esthと比較し(ステップS68)、Es
<Esthの場合は、単位走行距離当りの道路データ図形と
走行軌跡図形との相関性が十分に高いと判断し、最近傍
線分への引込みを行なうことによる現在地の修正を行な
う(ステップS69)。相関性が低い場合は、そのままリ
ターンし、マッチングルーチンを繰り返す。
発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、地図データから
外れてからの走行距離に応じてマッチング距離を変える
ことにより、より正確に道路データに引き込みことがで
き、また道路データの無い所も走行できるため、全ての
道路をデータ化しなくても、正確なナビゲーションを行
なうことが可能となるとともに、種々の数値化レベルに
も対応できることになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による車両の現在地推測方法が適用され
る車載ナビゲーション装置の構成を示すブロック図、第
2図(A)〜(C)乃至第13図(A),(B)は第1図
における記録媒体に記憶される地図情報のデータ構造を
示す図、第14図(A)〜(C)はV−RAM上の画面構成
を示す図、第15図乃至第18図は第1図におけるCPUによ
って実行される基本的な手順を示すフローチャート、第
19図乃至第21図は方位補正係数θsの求め方を示す図、
第22図はCPUによって実行される最近傍線分及び交差点
をサーチする手順を示すフローチャート、第23図及び第
24図は線分引込みルーチン及び交差点引込みルーチンの
手順を示すフローチャート、第25図はCPUによって実行
されるタイマー割込みの手順を示すフローチャート、第
26図はCPUによって実行されるパターンマッチングルー
チンの手順を示すフローチャートである。 主要部分の符号の説明 1……地磁気センサ、2……角速度センサ 5……システムコントローラ 7……CPU、10……記録媒体 12……ディスプレイ、14……入力装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福島 敦彦 埼玉県所沢市花園4丁目2610番地 パイオ ニア株式会社所沢工場内 (56)参考文献 特開 昭61−56910(JP,A) 特開 昭61−243318(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】地図の位置情報を数値データとして記憶し
    ておき、車両の進行方位を検出する方位センサ及び車両
    の走行距離を検出する走行距離センサの各出力データに
    基づいて車両の現在地を推測して地図上に表示し、進行
    方位の道路データ線分に対するずれ角及び推測位置から
    最近傍線分までの距離がそれぞれ所定範囲内であれば、
    前記道路データ線分上に現在地を修正する車載ナビゲー
    ション装置における車両の現在地推測方法であって、前
    記ずれ角又は前記距離が前記所定範囲外になったことを
    検出し、その地点からの走行距離を算出し、この走行距
    離に比例した距離に関し、前記最近傍線分までの距離の
    サンプリング値を用いて走行データと道路データの相関
    をとり、相関性が高ければ前記道路データ上に現在地を
    修正することを特徴とする車両の現在地推測方法。
JP26042086A 1986-10-31 1986-10-31 車両の現在地推測方法 Expired - Lifetime JPH0781871B2 (ja)

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