JPH10103984A - 車両の位置算出装置 - Google Patents
車両の位置算出装置Info
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- JPH10103984A JPH10103984A JP25831496A JP25831496A JPH10103984A JP H10103984 A JPH10103984 A JP H10103984A JP 25831496 A JP25831496 A JP 25831496A JP 25831496 A JP25831496 A JP 25831496A JP H10103984 A JPH10103984 A JP H10103984A
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Abstract
正確に求める。 【解決手段】磁気ネイルの座標データ列を記憶した座標
データメモリ15を用意しておき、走行中磁気ネイルを
検出し、特定する。自律航法等により得られた車両推定
位置を、磁気ネイルの検出時点に前記特定された磁気ネ
イルの座標データによって補正する。 【効果】極めて正確な車両位置を得ることができので、
衝突防止のための自動ブレーキ制御や、自動ステアリン
グ制御をすることができる。車両間通信を利用して車両
の位置情報のやりとりをすれば、車間距離の自動制御を
することもできる。
Description
を布設し、この道路マーカを検出することにより車両の
位置を算出する車両の位置算出装置に関するものであ
る。
との車間距離等を情報として採り入れ、この情報に基づ
いて車両のブレーキ操作、アクセル操作、ステアリング
操作等の指令を発生し、運転装置に伝える自動運転シス
テムが知られている。このような自動運転システムにお
いては、車両が道路のどの車線を走行しているか、ある
いは車線のどの部分(車線の中央、左寄り又は右寄り)
を走行しているか、車線に沿って真っ直ぐに走っている
か若しくは斜めに横切っているか等を正確に認識するこ
とが重要である。
を撮影し画像認識することにより、走行位置を判定する
技術は提案されているが(例えば特開平7−77431
号公報参照)、カメラや画像処理装置が必要になり、判
定アルゴリズムが複雑になるため、より簡易に走行位置
を認識することのできる装置が望まれていた。そこで、
道路面に道路の方向に沿って磁気ネイルを埋め込み、車
体に設けた磁気センサによってこの磁気ネイルを検出す
ることにより、車体の横方向の変位を検出するシステム
が提案されている(1994年9月13日米国特許第 5,347,4
56号、1992年5月14日PCT国際公開WO 92/08176 号
参照)。
気テープから生ずる磁界を利用して車両の位置を検出す
るシステムも提案されている。これらの磁気ネイル、磁
気テープ等、車両の走行位置を検出するため道路に設け
られた設備を「道路マーカ」と総称することとする。
載した車両は、前記のように道路に埋め込まれた道路マ
ーカを検出することによって、車両の位置を正確に知る
ことができれば、自動運転システムにおいて、例えば車
両の方位が道路に沿うようにステアリングの自動制御を
することができる。
報のやりとりをすれば、車間距離の自動制御をすること
もできる。そこで、本発明は、道路マーカを検出するこ
とにより車両の位置を正確に求めることのできる車両の
位置算出装置を実現することを目的とする。
装置は、自律航法により車両の位置を推定する車両位置
推定手段と、道路マーカを検出するマーカ検出手段と、
車両位置推定手段により推定された車両の位置に基づい
て、前記マーカ検出手段により検出された道路マーカの
推定位置を算出する第1の演算手段と、道路マーカの座
標データ列を記憶した座標データメモリと、マーカ検出
手段により検出された道路マーカと、座標データメモリ
に記憶されている道路マーカとの対応付けをし、前記第
1の演算手段により算出された道路マーカの推定位置
と、座標データメモリに記憶されている道路マーカの座
標データとを比較することにより、自律航法により推定
された車両の位置を補正する第2の演算手段とを備える
ものである(請求項1)。
記憶されている道路マーカの座標データと、実際に検出
された道路マーカとの対応付けをすることにより、自律
航法により推定された車両の位置を補正することがで
き、極めて正確な車両位置を得ることができる。なお
「自律航法」にはINS慣性航法、距離センサと方位セ
ンサとを使った航法等があげられる。
があった場合に、そのもれたと推測される道路マーカを
カウント対象に組み入れて座標データメモリに記憶され
ている道路マーカとの対応付けをすることが望ましい
(請求項2)。道路マーカの検出もれが不可避である場
合は、その検出もれを考慮して座標データメモリに記憶
されている道路マーカとの対応付けをしなければ、正し
い位置座標が求まらないからである。
より補正されて求められた車両の位置を道路マーカの並
ぶライン上に投影する第3の演算手段をさらに含むもの
であってもよい(請求項3)。ライン上の位置が求まれ
ば、例えば車両間通信を利用して車両の位置情報のやり
とりをして車間距離の自動制御をする場合に、車間距離
を簡単に求めることができる。
に記憶されている道路マーカと比較して、道路マーカの
検出数が過剰と判断される場合に、自律航法により推定
された車両の位置の補正を行わないことが望ましい(請
求項4)。座標データメモリに記憶されている個数より
も多くの道路マーカを検出した場合、道路マーカのカウ
ントがずれてしまい正しく対応付けすることができなく
なるからである。このような検出過剰を知るためには、
とりあえず、道路マーカをカウントして第2の演算手段
により補正量を仮に算出し、その補正量が自律航法の通
常考えられる誤差より著しく大きくなる場合かどうかを
確認すればよい。
車両の位置を推定するのに代えて、電波航法により車両
の位置を推定するものであってもよい(請求項5)。こ
こで「電波航法」とは、ロランやGPS等の測位用電波
を用いる航法をいう。電波航法によっても、自律航法と
同様、車両の位置を検出し、車両の走行に連れてその位
置を更新していくことができるからである。
項6)、標高データも測位できるので、座標データメモ
リに道路マーカの座標データ列として標高データも記憶
させておけば、GPS測位計算の補正をすることができ
る。
付図面を参照しながら詳細に説明する。図1は位置算出
装置を示すブロック図である。位置算出装置は、走行距
離検出部11と、走行方向検出部12と、両検出部1
1,12から出力される走行距離検出信号、走行方向検
出信号に基づいて推定位置を算出する推定位置算出部1
4と、道路に埋め込まれた磁気ネイルの磁界を検出する
磁気ネイル検出部13と、磁気ネイルの座標データ列を
格納した磁気ネイル座標データメモリ15と、磁気ネイ
ルと車両との相対距離を算出し、これと磁気ネイルの座
標データとの比較により、推定位置算出部14で算出さ
れた推定位置を補正する位置補正部16とを備えてい
る。
出部11は、例えば車輪速センサが使用可能である。こ
の車輪速センサは、車輪の回転を検出する磁気センサを
有し、磁気センサからの出力正弦波信号の波数をカウン
タによりカウントすることにより車輪の回転数を得、カ
ウンタから出力されるカウントデータに対して、乗算器
により車輪の外周を示す所定の定数を乗算することによ
り検出周期Δt(周期番号をnで表す。)当りの走行距
離を算出するものである。なお、それ以外に、ドップラ
シフト等に基いて車両の走行速度を算出し、積分するこ
とにより走行距離を算出する構成の車速センサ等、従来
公知の構成のものも使用可能である。
時間当りの回転角度データを出力するジャイロが使用可
能である。このジャイロの例として、振動ジャイロ、光
ファイバジャイロ、差動型車輪速センサがあげられる。
また、地磁気の水平分力を検出する地磁気センサを使用
することもでき、地磁気センサと前記ジャイロとの組合
せを採用することも可能である。
パーの底部に設けられ、図2に示すように、磁気抵抗素
子1を細長いゴム状の永久磁石3の上に複数個並べ、そ
れぞれから出力電圧を取り出す回路構成としている。磁
気抵抗素子1は、磁界を加えることによって電気抵抗が
変化する素子であり、InSb,GaAs,InAs等
の半導体材料がよく用いられる。本実施の形態では、基
板の上に真空蒸着法によりInSb薄膜を形成した素子
を用いるが(例えばトヨコム東洋通信機株式会社製の
「磁気抵抗素子TMS−Dシリーズ」が使用可能であ
る)、これ以外に、バルク(単結晶)型の磁気抵抗素子
を使用してもよい。
界を、磁気ネイル検出部13のどの磁気抵抗素子が検出
しているのかを知ることによって、車両の中心線と磁気
ネイルとの相対距離を算出することができる。前記磁気
ネイル座標データメモリ15は、所定範囲にわたる磁気
ネイルの座標と方位が格納されているものであり、ハー
ドディスク、半導体メモリ、MD(ミニディスク)、D
VD(ディジタルビデオディスク)−ROM、カセット
テープ等が使用可能である。
15の記憶構造は、表1のようになる。表1は、高速道
路の路線名、区間名に対応して、出発点となる磁気ネイ
ルの番号を0、その座標を (0.000, 0.000) で表し、東
向きをx方向とし、北向きをy方向としたときに、例え
ば北東の方向に2m間隔で磁気ネイルが埋め込まれてい
る場合の座標データ列(単位m)、方位データ列(単位
ラジアン)及び極性データを示している。なお、方位デ
ータは、当該磁気ネイルとその前後の磁気ネイルとを結
んだ2線分の方位の平均値を採用している。極性データ
は、地表面に向いている磁界の極性を示す。
1から出力される距離データΔDnを取り込むととも
に、前記走行方向検出部12から出力される角速度デー
タωnを取り込み、前回の角速度ωn-1 と今回の角速度
ωn との平均Ωn Ωn =(ωn-1 +ωn )/2 を求め、これに周期Δtをかけ、前回の方位θn-1 に加
算することにより今回の方位θn を求める。
方位Θn を求める。 Θn =(θn +θn-1 )/2 そしてこの平均方位Θn に基づいて、前記距離ΔDn の
東西方向成分Δxn (=ΔDn × cosΘn )、および南
北方向成分Δyn (=ΔDn × sinΘn )を算出し、前
回の推定位置データ(xn-1 ,yn-1 )に対して前記各
成分Δxn ,Δy n を加算することにより、現在の推定
位置(xn ,yn )を算出する。
があるが、この初期位置(x0 ,y0 )は、出発点
(「出発点」の意味は後述する)となる磁気ネイルを検
出した時点の車両位置を、例えば(0,0)に設定して
それを採用すればよい。
n ,yn )を、磁気ネイル座標データメモリ15に格納
された磁気ネイルの座標と、磁気ネイル検出部13で検
出された磁気ネイルと車両の中心線との相対距離(以下
「Lm 」と書く)とに基づいて補正する。この補正方法
を説明すると、まず、コース出発点を特定する。
を参照しながら説明する。高速道路の入口と出口との間
には、所定距離おきに最初は特定の極(例えばS極)、
その後他の極(例えばN極)の磁気ネイルが埋め込まれ
ている。車両が当該入口から高速道路に入ると、通信手
段、例えばビーコンから、当該高速道路の路線名、区間
名の情報を受ける。ナビゲーション装置を搭載していれ
ば、ナビゲーション装置から路線名、区間名の情報を受
けてもよい。これにより、磁気ネイル方位データメモリ
15aに記憶されているデータ群を特定することができ
る。この信号を受けた後に初めて特定の極の磁気ネイル
を通過した点を出発点とする。その後、他の極の磁気ネ
イルを通過するたびに、磁気ネイルの検出回数をカウン
トする。
磁気ネイルの座標データは、コース出発点から順に番号
を振って格納されているので、これにより、検出した磁
気ネイルと、磁気ネイル座標データメモリ15に記憶さ
れている所定番号の磁気ネイルとを1対1に対応付ける
ことができる。推定位置算出部14は前記検出回数に基
づき、磁気ネイル座標データメモリ15を参照して磁気
ネイルを特定し、その座標(以下「(xm ,ym )」と
書く)を読み出す。
(xs ,ys )を求める。一般に、当該車両推定位置
(xs ,ys )は、いずれかの検出周期Δtの始めの車
両推定位置(xn-1 ,yn-1 )と終わりの車両推定位置
(xn ,yn )との間に存在するので、それらの位置関
係を図示すると、図4のようになる。車両推定位置(x
s ,ys )は、検出周期Δtの始めの時刻Tn-1 と、終
わりの時刻Tn と、磁気ネイル検出部13から磁気ネイ
ルが検出された時刻Tm とを使えば、 xs =xn-1 +(xn −xn-1 )(Tm −Tn-1 )/Δt ys =yn-1 +(yn −yn-1 )(Tm −Tn-1 )/Δt で表される。
ら、検出周期Δtの始めの走行距離Dn-1 と、終わりの
走行距離Dn と、磁気ネイル検出部13から磁気ネイル
の検出があった時点の走行距離Dm とを使えば、 xs =xn-1 +(xn −xn-1 )(Dm −Dn-1 )/ΔDn ys =yn-1 +(yn −yn-1 )(Dm −Dn-1 )/ΔDn で表すこともできる。
及び相対距離Lm から求められる磁気ネイルの推定位置
(x′m ,y′m )と、磁気ネイルの座標(xm ,
ym )との関係を求める。図5は、車両推定位置
(xs ,ys )と磁気ネイルの推定位置(x′m ,y′
m )と磁気ネイルの座標(xm ,ym )との位置関係を
表した図であり、車両の走行方向はθn で表されてい
る。θn の符号は反時計回りを正、相対距離Lm の符号
は車両の左に磁気ネイルを検出するときを正とする。同
図に示した関係より、磁気ネイルの推定位置(x′m ,
y′m )は、Lm とθn とを用いて x′m =xs −Lm sin θn (1) y′m =ys +Lm cos θn (2) で表される。
磁気ネイルの推定位置(x′m ,y′m )と、磁気ネイ
ル座標データメモリ15から読みだした磁気ネイルの座
標(xm ,ym )とを比較し、その差を求める。 Δx=xm −x′m Δy=ym −y′m この差Δx,Δyが車両推定位置(xn ,yn )の補正
量となる(以下、添字nを省略して、推定位置(x,
y)と書く)。すなわち、車両推定位置(x,y)を、 x=x+Δx y=y+Δy として補正することができる。補正された推定位置
(x,y)は、GPS(Global Positioning System) と
比べて極めて精度が高く、その誤差は10-1〜10-2m
(メートル)のオーダーと考えてよい。
る。道路不整のため走行中車両が上下振動したり、車両
が車線を逸脱して走行したりしたときに、磁気ネイル検
出部13が磁気ネイルの磁界を検出できなくなることが
ある。このとき、磁気ネイルの検出回数を通常どおりカ
ウントすると、磁気ネイル座標データメモリ15に記憶
されている磁気ネイルとの対応が付かなくなってしまう
ことがある。
とを知るために、次の又はの判定をする。 磁気ネイルの設置間隔が一定である場合には、前回磁
気ネイルを検出してから所定距離走行したときに、磁気
ネイルを検出しなければ、検出漏れがあったと判定す
る。この場合は、前述した補正処理は行わないが、磁気
ネイルの検出がなくても磁気ネイルの検出回数のカウン
トをする。
からないときは、磁気ネイル座標データメモリ15に記
憶されている磁気ネイルの座標を参照し、そこに仮想的
な磁気ネイルがあるものとみなし、車両がその仮想的な
磁気ネイルを通過したかどうか判定する。その仮想的な
磁気ネイルを通過し、かつ磁気ネイルの検出がない場合
は、磁気ネイルの検出回数のカウントをする。
示す。図6において、黒丸Mi-1 は検出済の磁気ネイル
を示し、白丸Mi ,Mi+1 ,Mi+2 ,‥‥は、未検出で
あって磁気ネイル座標データメモリ15に記憶されてい
る磁気ネイルを示す。白丸M i と黒丸Mi-1 とを結ぶ線
分と、白丸Mi と車両とを結ぶ線分とのなす角度φが鋭
角であれば未通過、鈍角であれば通過済とする。ここ
で、角度φが鋭角か鈍角かを調べるには、ベクトルの内
積をとる方法がある。
る。例えば磁気ネイル座標データメモリ15に記憶され
ている磁気ネイルのデータが古く、新しく布設された磁
気ネイルのデータが記憶され邸内場合、磁気ネイルの検
出過剰が生ずる。この場合、磁気ネイルの設置間隔が
一定である場合には、前回磁気ネイルを検出してから所
定距離走行しないのに、磁気ネイルを検出した場合に、
検出過剰があったと判定する。この場合は、前述した補
正処理は行わず、磁気ネイルの検出回数のカウントもし
ない。磁気ネイルの設置間隔が一定かどうか分からな
いときは、前述したように車両推定位置(xn ,yn )
の補正量Δx,Δyを求め、この補正量が通常自律航法
として考えられる誤差範囲(例えばCEPといわれるも
の;特公平7−109367号公報参照)より著しくは
み出しているかどうかを判断する。著しくはみ出してい
れば、前述した補正処理は採用せず、磁気ネイルの検出
回数のカウントもしない。
定位置(x,y)を磁気ネイルの並んでいるライン上の
位置へ投影する。ライン上の位置へ投影する理由は、例
えば車両間通信を利用して車両の位置情報のやりとりを
して車間距離の自動制御をする場合に、車間距離を求め
るのに必要となるからである。図7は、一時点で最近検
出された磁気ネイルの座標(xm0,ym0)、次の番号に
対応する磁気ネイルの座標(xm1,ym1)及び推定位置
(x,y)を示す図である。
yb )と書くことにすると、(xb ,y b )は、推定位
置(x,y)からラインに垂線を引くことにより求めら
れる。 xb =xm0+(xm1−xm0)R yb =ym0+(ym1−ym0)R ここで、Rは、 R={(xm1−xm0)(x−xm0)+(ym1−ym0)
(y−ym0)}/{(xm1−xm0)2 +(ym1−ym0)
2 } で定義される。
して正確な車両位置(x,y)を求めることができ、必
要ならば車両位置(x,y)を磁気ネイルの並んでいる
ライン上の位置へ投影することにより車間距離算出の基
礎となるデータを求めることができる。これにより、車
両間通信を利用して車両の位置情報のやりとりをすれ
ば、車間距離の自動制御をすることもできる。さらに衝
突防止のための自動ブレーキ制御自動ステアリング制御
もすることができる。
るものではない。前記の実施形態では、車両が高速道路
の路線名、区間名の情報を取得するのに、車両がビーコ
ンから当該情報を受けるものとしたが、これ以外に、磁
気ネイルのS極N極の埋め込みパターン(符号)を決め
ておき、符号認識することによって、車両が道路のどの
路線、区間を走行しているのかを知るようにしてもよ
い。
カ」として、道路に埋め込まれた磁気ネイルを利用した
が、磁気ネイルではなく、道路に発光素子を埋め込み、
車両でその発光色を識別するようにしてもよく、道路に
反射板を埋め込み、車両でその反射色を識別するように
してもよい。また、前記の実施形態では、推定位置算出
部14により自律航法により推定位置を得ていたが、電
波航法によっても自律航法と同様、車両の位置を検出す
ることができるので、ロラン等の電波航法を採用しても
よい。
気ネイル座標データメモリ15に磁気ネイルの地球座標
のデータhをも記憶させる。そして、前述したように平
面座標(x,y)を使って補正された車両推定位置
(x,y)を得た後、この補正された車両推定位置
(x,y)に磁気ネイルの地球座標のデータhを加味し
た座標(x,y,h)と、各衛星との距離Ppl(lは衛
星番号)を求める。一方、GPSの出力値座標(xn ,
yn ,hn )と各衛星との距離Pglを求める。そして、
PplとPglとの差をとり、この差の平均値を電離層によ
る距離誤差として、次回のGPS位置計算の補正に用い
る。例えば、DGPSの補正値データを算出する(「G
PS−人工衛星による測位システム−」日本測量協会発
行)。
置によれば、座標データメモリに記憶されている道路マ
ーカの座標データと、実際に検出された道路マーカとの
対応付けをすることにより、自律航法により推定された
車両の位置を補正することができ、極めて正確な車両位
置を得ることができる。
位置情報のやりとりをすれば、車間距離の自動制御をす
ることができる。さらに衝突防止のための自動ブレーキ
制御や自動ステアリング制御もすることができる。
である。
複数個並べ、それぞれから出力電圧を取り出す回路構成
を示す図である。
(xn-1 ,yn-1 )と終わりの車両推定位置(xn ,y
n )との間の車両推定位置(xs ,ys )の算出方法を
説明する図である。
標(xm ,ym )との位置関係を説明する図である。
る図である。
いるライン上の位置へ投影する方法を説明する図であ
る。
Claims (6)
- 【請求項1】道路に道路マーカを布設し、この道路マー
カを検出することにより、車両の位置を算出する装置で
あって、 自律航法により車両の位置を推定する車両位置推定手段
と、 道路マーカを検出するマーカ検出手段と、 車両位置推定手段により推定された車両の位置に基づい
て、前記マーカ検出手段により検出された道路マーカの
推定位置を算出する第1の演算手段と、 道路マーカの座標データ列を記憶した座標データメモリ
と、 マーカ検出手段により検出された道路マーカと、座標デ
ータメモリに記憶されている道路マーカとの対応付けを
し、前記第1の演算手段により算出された道路マーカの
推定位置と、座標データメモリに記憶されている道路マ
ーカの座標データとを比較することにより、自律航法に
より推定された車両の位置を補正する第2の演算手段と
を備えることを特徴とする車両の位置算出装置。 - 【請求項2】第2の演算手段は、道路マーカの検出もれ
があった場合に、そのもれたと推測される道路マーカを
カウント対象に組み入れて座標データメモリに記憶され
ている道路マーカとの対応付けをすることを特徴とする
請求項1記載の車両の位置算出装置。 - 【請求項3】第2の演算手段により補正されて求められ
た車両の位置を道路マーカの並ぶライン上に投影する第
3の演算手段をさらに含むことを特徴とする請求項1記
載の車両の位置算出装置。 - 【請求項4】第2の演算手段は、座標データメモリに記
憶されている道路マーカと比較して、道路マーカの検出
数が過剰と判断される場合に、自律航法により推定され
た車両の位置の補正を行わないことを特徴とする請求項
1記載の車両の位置算出装置。 - 【請求項5】前記車両位置推定手段は、自律航法により
車両の位置を推定するのに代えて、電波航法により車両
の位置を推定することを特徴とする請求項1記載の車両
の位置算出装置。 - 【請求項6】前記電波航法は、GPS(Global Position
ing System) 航法である請求項5記載の車両の位置算出
装置。
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CN114545944B (zh) * | 2022-02-24 | 2024-04-16 | 合肥工业大学 | 一种基于磁钉磁场强度纠正的agv航向定位导航方法 |
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