JPH08233584A - 移動体位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 移動体の位置検出方式に関し、ＧＰＳと自立
航法方式とを併用して自己の位置を検出するシステムに
おける検出精度を高めることを目的とする。 【構成】 移動体の絶対位置を検出する装置と相対位置
を検出する装置とを有し、２つの位置検出装置が同時に
検出した絶対位置と相対位置を記憶する生データ記憶部
と地表面に平行な面上の直交する２軸をＸ，Ｙ軸とし
て、移動中に位置検出をして得た複数の絶対位置の点を
前記Ｘ，Ｙ軸の座標上に絶対軌跡として表し、絶対位置
と同時に得られた複数の相対位置の点から成る相対軌跡
を、相対軌跡の各点の相対位置関係を崩さずに絶対軌跡
上の対応する各点へのずれが最小になるように相対軌跡
全体をシフトさせて絶対軌跡にフィッティングさせるデ
ータ処理部とフィッティング後の相対軌跡の各点が示す
ＸおよびＹ座標軸上の値を移動体の移動軌跡として記憶
する軌跡データ記憶部を有せしめることにより構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は移動体の位置検出方式に
関し、特に、ＧＰＳと自立航法方式を併用して自己の位
置を求める方式において、検出精度をより高めることと
できる移動体位置検出方式に係る。

【０００２】

【従来の技術】移動体の位置検出装置として、例えば、
自動車の場合には、カーナビゲーションシステムがあ
る。カーナビゲーションシステムでは絶対位置を検出す
る方法としてＧＰＳ（汎地球測位システム）があり、相
対位置を検出する方法として自立航法方式のものがあ
る。

【０００３】ＧＰＳは、地球上の移動体の位置を検出す
るために打ち上げてある複数の人工衛星からの電波を受
信し、その電波の到達時間から位置検出を行うシステム
である。そのため、移動体は自分の位置が緯度経度の絶
対位置として検出できる。このように、ＧＰＳは直接に
絶対位置を得られる利点はあるが、衛星からの電波が届
かないビルの谷間や高速道路の下などでは位置検出を行
うことができない。

【０００４】また、自立航法方式は、自動車に取り付け
た距離センサと方向センサとにより基準点からの移動量
を累積して相対的な位置を検出するものである。距離セ
ンサは例えば、車軸の回転数を検出し距離に換算するも
のが使われる。

【０００５】方向センサは地球の地磁気を利用したり、
移動方向が変化する時の慣性を利用するものなどが使わ
れている。自立航法方式は一般の道路であれば、ＧＰＳ
のように検出できない場所はないが、相対位置検出であ
るため基準となる絶対位置が既知でなければ絶対位置が
わからないという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
移動体位置検出方法において、絶対位置検出にも相対位
置検出にも検出誤差は存在する。絶対位置検出の場合に
は、毎回一定の誤差があるのに対して、相対位置検出の
場合には、検出値を累積するため検出開始当初は小さか
った誤差が、その後の移動距離が長くなるにつれて大き
くなる。このように２つの位置検出では誤差の性質が異
なる。

【０００７】カーナビゲーションシステムに代表される
従来の移動体位置検出の技術は、移動体が移動中にその
時点での位置を正確に検出しようとするものであって、
それまでの移動した軌跡を正確に検出しようとするもの
ではない。

【０００８】すなわち移動してしまった過去の軌跡より
も、現時点の位置を正しく知りたいという要求に答える
ものであった。そのため、実際のカーナビゲーションシ
ステムではＧＰＳの電波が届く場所ではＧＰＳを用い、
ＧＰＳが使えない場所では自立航法方式に切り換えると
いう切り換え型の位置検出方法を使っている。

【０００９】カーナビゲーションシステムとしては、現
時点の位置が知りたいわけであるが、リアルタイムで現
時点の位置を正確に検出しなくてもいいかわりに、走行
した軌跡を精度よく知りたいという場合もある。仮にＧ
ＰＳの位置検出誤差を１００ｍとすると、このＧＰＳで
は実際に走行している道路を隣の道路と間違える可能性
もある。しかし、切り換え型では、２つの位置検出装置
を用いながら１つ１つの検出誤差を改善できず位置検出
精度に限界があるのが実状であった。

【００１０】そのため、走行軌跡を精度よく得たいと言
う要求に応えるため、２つの位置検出装置を用いて切り
換え型よりも高い精度で位置検出の行なえる装置の出現
が望まれていた。

【００１１】本発明は、このような従来の課題を解決す
るために成されたものであって、絶対位置検出法と相対
位置検出法の２つを用いて位置補正を行い、切り換え型
の検出精度よりも高い精度で位置検出を行うことのでき
る移動体位置検出装置を実現することを目的としてい
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上述の
目的は、前記特許請求の範囲に記載した手段により達成
される。

【００１３】すなわち、請求項１の発明は、固定無線局
もしくは衛星からの電波を用いて緯度経度で表される移
動体の絶対位置を検出する絶対位置検出装置と、移動体
の相対的な移動量を検出する相対位置検出装置とを併用
する移動体位置検出装置において、２つの位置検出装置
が同時に検出した絶対位置と相対位置を記憶する生デー
タ記憶部と、地表面に平行な面上の直交する２軸をＸ，
Ｙ軸として、移動中に位置検出をして得た複数の絶対位
置の点を前記Ｘ，Ｙ軸の座標上に絶対軌跡として表し、

【００１４】絶対位置と同時に得られた複数の相対位置
の点から成る相対軌跡を、相対軌跡の各点の相対位置関
係を崩さずに絶対軌跡上の対応する各点へのずれが最小
になるように相対軌跡全体をシフトさせて絶対軌跡にフ
ィッティングさせるデータ処理部と、フィッティング後
の相対軌跡の各点が示すＸおよびＹ座標軸上の値を移動
体の移動軌跡として記憶する軌跡データ記憶部とを有す
る移動体位置検出装置である。

【００１５】請求項２の発明は、上記請求項１の発明に
おいて、データ処理部は、相対軌跡全体をシフトさせる
パラメータとしてＸ方向とＹ方向のシフト量と、相対軌
跡を構成する任意の１つの点を原点とした時の相対軌跡
の回転シフト量の３つとし、３つのシフト量を順次変え
る毎に相対軌跡の各点に対応する絶対軌跡の各点との距
離の２乗和を求め、それが最小になった時をフィッティ
ングが完了したとする移動体位置検出装置である。

【００１６】請求項３記載の発明は、請求項１記載の移
動体位置検出装置において、データ処理部は、絶対軌跡
を構成する各点の座標を（ｘｉ，ｙｉ）ｉ＝１〜ｎ（ｎ
は絶対軌跡を構成する点の数）とする時、“数３”、
“数４”となる重心位置（ｘ０，ｙ０）を求め、

【００１７】

【数３】

【００１８】

【数４】

【００１９】同様に相対軌跡の重心位置も求め、Ｘ，Ｙ
の座標上に表された絶対軌跡の重心位置に対して相対軌
跡の重心を一致させるように相対軌跡をシフトさせ、重
心を中心として相対軌跡を回転させる毎に相対軌跡の各
点に対応する絶対軌跡の各点との距離の２乗和を求め、
それが最小になった時をフィッティングが完了したとす
るデータ処理部を有する移動体位置検出装置である。

【００２０】

【作用】図１は本発明の基本的構成を示す図である。同
図において、数字符号１は絶対位置検出部、２は相対位
置検出部、３は生データ記憶部、４はデータ処理部、５
は移動軌跡記憶部を表わしている。

【００２１】絶対位置検出部１と相対位置検出部２から
得られる位置情報を生データ記憶部３に一旦記憶し、一
定区間の両データを基にデータ処理部４で位置補正を行
い、補正した位置データを移動軌跡記憶部５に記憶す
る。

【００２２】位置補正は絶対位置検出データに対して、
相対位置データをフィッティングさせる。フィッティン
グ後の相対位置データが補正位置データとなる。図２に
実際の軌跡と検出位置の関係の例を示す。同図におい
て、ａ１は位置検出時の正しい位置で、ａ２は一定間隔
の正しい位置を結んだ移動軌跡に相当する。ｂ１は検出
した位置で、ｂ２は一定間隔で検出した位置を結んだ線
である。

【００２３】ｃは位置検出の検出誤差を円の大きさで表
している。検出位置のずれは検出位置と正しい位置との
距離であり、簡単のためにずれの分布は正規分布でその
平均値は０とし、その標準偏差σとする。このσを検出
誤差とする。この誤差を小さくするために次のような方
法を使う。

【００２４】検出誤差の平均値が０ということは、仮に
ずれのばらつきがランダムであれば同じ場所で複数回の
位置検出を行い平均値を求めれば誤差は小さくなる。同
じ場所でｎ回の検出を行えば検出誤差はσ／√ｎと小さ
くなる。

【００２５】しかしながら同一場所でのＧＰＳによる実
際の位置検出では、ランダムなずれは生じず同じような
傾向のずれが生じる。そのため同一場所で「複数回検
出」による誤差低減は行えない。図３にずれの発生がラ
ンダムな場合を（Ａ）としてとそうでない場合を（Ｂ）
として示す。ｅは複数の検出位置を平均した位置を表し
ている。

【００２６】一方、異なる場所でのずれの発生は、一般
にランダムであるので、これを利用して誤差低減を行
う。“異なる場所での位置検出”を“同一場所での位置
検出”と等価的に置き換えるために、相対位置測定の値
を用いる。

【００２７】図４は絶対位置検出と相対位置検出の様子
を示しており、相対位置検出に誤差がない場合について
示している。それぞれの位置検出誤差をσａ，σｒとす
る。同図ではσａが一定の値でσｒが誤差がない場合で
ある。３つの相対検出位置ｂｒ（ｉ）〔ｉ＝１〜３〕の
相対関係をくずさずに３つの絶対検出位置ｂａ（ｉ）
〔ｉ＝１〜３〕にフィッティングさせる。

【００２８】フィッティングでは各絶対検出位置ｂａ
（ｉ）と相対検出位置ｂｒ（ｉ）の距離の２乗和が小さ
くなるようにする。フィッティングのさせかたは、相対
位置ｂｒ（ｉ）をＸ方向、Ｙ方向に変位させ、その都
度、ある点を基準にｂｒ（ｉ）を回転させ、その時々の
ｂａ（ｉ）との距離の２乗和を求め、それが最小となる
場合の各変位量を補正値とする。

【００２９】また別のフィッティング法として、Ｘ方向
とＹ方向の補正量を求める演算をｂａ（ｉ）とｂｒ
（ｉ）の重心を合わせる演算に置き換えられるので、ｂ
ａ（ｉ）の重心にｂｒ（ｉ）の重心を合わせた後に回転
角の補正量を求めてもよい。

【００３０】このようにフィッティングさせた後のｂｒ
（ｉ）を補正した検出位置とすれば、これは「複数回検
出」の場合と同じ効果が得られるので、誤差はσａ／√
３（データ数が３つの場合）と低減できる。ｎ個のデー
タでは、誤差はσａ／√ｎとなる。

【００３１】しかしながら、相対位置検出にも誤差σｒ
がある。誤差σｒが一定値であればｎ個のデータを用い
てフィッティングさせた場合の検出誤差σｃは、「複数
回検出」を行う時に誤差σａの上に誤差σｒが加わった
と考えられるので、“数５”のようになる。

【００３２】

【数５】

【００３３】図５に相対位置検出にも誤差がある場合の
様子を示す。ここで、正確には相対位置検出の誤差σｒ
は測定距離Ｌとともに累積されていくのでＬとともに増
加する。図６に相対位置検出に累積誤差がある場合の様
子を示す。距離Ｌ進んだ地点での誤差σｒ（Ｌ）を％誤
差σ０で表すと、“数６”のようになる。

【００３４】

【数６】

【００３５】また距離Ｌまでの平均誤差σＡはσｒ
（Ｌ）の２乗和の平方根である。単位長さｄ毎にデータ
を取るとするとＬ＝ｄ・ｎなので“数７”のようにな
る。

【００３６】

【数７】

【００３７】この場合のフィッティング後の検出誤差σ
ｃは前記“数５”より、“数８”のようになる。

【００３８】

【数８】

【００３９】前記“数５”においてフィッティングさせ
るデータ数ｎを増やせば誤差σｃが減るように思われた
が実際には相対位置の平均誤差σＡがｎとともに増加す
るため最適なデータ数ｎ（最適な補正区間長に相当）が
存在する。

【００４０】図７に補正区間長に対する補正後の検出誤
差σｃを示す。絶対位置検出誤差はσＧ＝１００ｍ、デ
ータ取得間隔はｄ＝１０ｍ毎で相対位置検出の累積誤差
σ０をパラメータとした。例えばσ０＝３０％の場合は
２４０ｍ分の位置データｎ＝２４個ごとに補正を行えば
検出誤差σｃを最小にできσｃ＝２５ｍである。

【００４１】絶対位置検出誤差σＧに対して補正後の誤
差σｃは４倍も精度を改善できている。このように絶対
位置検出と相対位置検出を行い、最適なデータ数ｎで相
対位置検出データの補正を行えば高い精度で位置検出を
行える。

【００４２】

【実施例】図８は本発明の一実施例を説明する図であ
る。同図において、数字符号６はＧＰＳ位置測定器、７
は自立航法器、７ａは距離センサ、７ｂは地磁気セン
サ、８は位置補正部、８ａは重心演算器、８ｂはフィッ
ティング演算器を表わしている。

【００４３】ＧＰＳ位置測定器１では移動体の絶対位置
を緯度経度で検出する。自立航法器７は距離を距離セン
サ７ａで、方向を地磁気センサ７ｂで測定し、移動体の
相対位置を検出する。生データ記憶部３で絶対位置デー
タと相対位置データを一時的に記憶する。位置補正部８
で検出データの位置補正を行う。

【００４４】位置補正の方法は絶対位置データと相対位
置データの重心を求め、絶対位置データの重心に相対位
置データの重心を重ね合わせ、相対位置データを重心を
中心にして回転させ、その都度絶対位置データからのず
れの２乗和を求め、２乗和が最小になる位置を補正済位
置データとする。

【００４５】移動軌跡記憶部５に補正した位置データを
記憶させる。ここで、上記重心を用いたフィッティング
法について図を用いて説明する。１〜ｎまでの位置検出
データが図９（Ａ）に数字符号１０，１１で示すように
２種類あり、各データを同図（Ｂ）に示すようにＡｉ
（ｉ＝１〜ｎ）、Ｂｉ（ｉ＝１〜ｎ）とし、各データ間
距離をｒｉとする。

【００４６】この２つの軌跡をフィッティングさせる方
法を考える。フィッティングとはｒｉの２乗和が最小に
なることとする。軌跡Ａを移動させて軌跡Ｂにフィッテ
ィングさせる場合を考える。一番忠実な方法は軌跡Ａを
ＸとＹ方向に変位させつつその都度回転させｒｉの２乗
和を求めることである。最終的にｒｉの２乗和が最小と
なった場所が求める位置である。しかし、これでは演算
に時間がかかる。

【００４７】軌跡Ａの回転量を固定させて、ＸＹの補正
量を先に求めるには次のようにすればよい。まず、ｒｉ
の２乗和をＺとするとＺは“数９”のようになる。

【００４８】

【数９】

【００４９】ＸＹの変位量をＸ０，Ｙ０とすれば、Ｚは
“数１０”のようになる。

【００５０】

【数１０】

【００５１】Ｚは最小にしたいので、ｘ０とｙ０で偏微
分すると、“数１１”の関係が得られる。

【００５２】

【数１１】

【００５３】“数１１”を満たすＸ０，ｙ０が回転量を
固定した時の最適補正量である。すなわち、軌跡Ａと軌
跡Ｂがフィッティングした時はΣｘｉ＝０かつΣｙｉ＝
０という関係になっているということである。

【００５４】ここで、軌跡Ａの重心をＸＹ座標の原点に
持ってきた場合を考える（図９（Ｃ）参照）。この時は
Ｘ成分とＹ成分の和は“数１２”に示すように０になっ
ている。

【００５５】

【数１２】

【００５６】同様に軌跡Ｂの重心も原点に持ってくる
と、ΣｘＢｉ＝０、ΣｙＢｉ＝０となる。重心を合わせ
ると、“数１３”の関係が成り立つので、ＸＹ成分のフ
ィッティングを行っていることになる。

【００５７】

【数１３】

【００５８】さらに重心を原点にして軌跡Ａを回転させ
てもこの関係は成り立つので、残りの回転量補正は重心
を中心に回転させて「ｒｉの２乗和の最小位置」を見つ
ければよい。

【００５９】上記以外の各部の動作については、既に作
用の項において詳細に記述しているので、重複を避ける
ため説明を省略する。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来の絶対位置検出器が動作中は相対位置検出器を使用
しない方式に対して、相対位置検出器を常時活用するた
め位置検出誤差を大きく改善できる。また、本発明の補
正方法を用いれば、絶対位置検出器の検出誤差を改善で
きなくとも、相対位置検出器の精度を向上させることで
全体の精度を向上させることができる。

【００６１】さらに、位置補正法として絶対位置データ
と相対位置データの重心を合わせる方法はＸＹ方向の補
正分を求めるのに演算時間が少なくてすむから、リアル
タイムで現在位置を表示しようとする場合に効果が大で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的構成を示す図である。

【図２】実際の軌跡とその検出位置の関係の例を示す図
である。

【図３】ずれの発生がランダムな場合とそうでない場合
について示す図である。

【図４】相対位置検出に誤差がない場合について示す図
である。

【図５】相対位置検出にも一定の誤差がある場合につい
て示す図である。

【図６】相対位置検出に累積誤差がある場合について示
す図である。

【図７】補正区間長と補正後の検出誤差との関係を示す
図である。

【図８】本発明の一実施例の構成を示す図である。

【図９】重心を用いたフィッティング法について説明す
る図である。

【符号の説明】

１ 絶対位置検出部 ２ 相対位置検出部 ３ 生データ記憶部 ４ データ処理部 ５ 移動軌跡記憶部 ６ ＧＰＳ位置測定器 ７ 自立航法器 ８ 位置補正部 ａ１ 位置検出時の正しい位置 ａ２ 一定間隔の正しい位置を結んだ移動軌跡 ｂ１ 検出した位置 ｂ２ 一定間隔で検出した位置を結んだ線 ｃ 位置検出の検出誤差 ｅ 複数の検出位置ｂ１を平均して得た位置 ｂａ（ｉ） 絶対位置検出器で検出した位置 ｂｒ（ｉ） 相対位置検出器で検出した位置 σａ 絶対位置検出誤差 σ０ 相対位置検出器の％誤差 σｃ 補正後の検出誤差 ｄ データ取得間隔 Ａｉ，Ｂｉ データ ｒｉ データ間距離

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定無線局もしくは衛星からの電波を用
   いて緯度経度で表される移動体の絶対位置を検出する絶
   対位置検出装置と、移動体の相対的な移動量を検出する
   相対位置検出装置とを併用する移動体位置検出装置にお
   いて、 ２つの位置検出装置が同時に検出した絶対位置と相対位
   置を記憶する生データ記憶部と、 地表面に平行な面上の直交する２軸をＸ，Ｙ軸として、
   移動中に位置検出をして得た複数の絶対位置の点を前記
   Ｘ，Ｙ軸の座標上に絶対軌跡として表し、 絶対位置と同時に得られた複数の相対位置の点から成る
   相対軌跡を、相対軌跡の各点の相対位置関係を崩さずに
   絶対軌跡上の対応する各点へのずれが最小になるように
   相対軌跡全体をシフトさせて絶対軌跡にフィッティング
   させるデータ処理部と、 フィッティング後の相対軌跡の各点が示すＸおよびＹ座
   標軸上の値を移動体の移動軌跡として記憶する軌跡デー
   タ記憶部とを有することを特徴とする移動体位置検出装
   置。
2. 【請求項２】 データ処理部は、相対軌跡全体をシフト
   させるパラメータとしてＸ方向とＹ方向のシフト量と、
   相対軌跡を構成する任意の１つの点を原点とした時の相
   対軌跡の回転シフト量の３つとし、 ３つのシフト量を順次変える毎に相対軌跡の各点に対応
   する絶対軌跡の各点との距離の２乗和を求め、 それが最小になった時をフィッティングが完了したとす
   るものである請求項１記載の移動体位置検出装置。
3. 【請求項３】 データ処理部は、絶対軌跡を構成する各
   点の座標を（ｘｉ，ｙｉ）ｉ＝１〜ｎ（ｎは絶対軌跡を
   構成する点の数）とする時、“数１”、“数２”となる
   重心位置（ｘ０，ｙ０）を求め、 【数１】 【数２】 同様に相対軌跡の重心位置も求め、Ｘ，Ｙの座標上に表
   された絶対軌跡の重心位置に対して相対軌跡の重心を一
   致させるように相対軌跡をシフトさせ、 重心を中心として相対軌跡を回転させる毎に相対軌跡の
   各点に対応する絶対軌跡の各点との距離の２乗和を求
   め、 それが最小になった時をフィッティングが完了したとす
   る請求項１記載の移動体位置検出装置。