TWI428563B

TWI428563B - 定位裝置及定位方法

Info

Publication number: TWI428563B
Application number: TW099122415A
Authority: TW
Inventors: Masao Sambongi
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2010-07-08
Publication date: 2014-03-01
Also published as: EP2273232B1; CN101949701B; US20110010089A1; EP2273232A1; KR101156995B1; TW201115110A; KR20110005214A; JP2011017610A; CN101949701A; JP4793479B2; US8862396B2

Description

定位裝置及定位方法

本發明依據先前於2009年7月9日提出申請之日本專利申請案第2009-162293號，並主張其優先權利益，其所有內容透過引用倂入於此。

本發明係一種沿著移動路徑求出各地點位置資訊之定位裝置及定位方法。

自昔以來，即有具備自主導航功能之定位裝置。自主導航功能，係例如使用GPS(全球定位系統)等可測定絕對位置之定位機構以進行基準地點之定位，之後，利用加速度感測器或方位感測器等自主導航用感測器以計測移動方向或移動量，將以自主導航用感測器取得之位移資訊乘以基準地點之位置資訊，以算出移動路徑上各地點之位置資訊。

至今為止，關於具備自主導航功能之定位裝置，針對修正技術已存在幾種提案(例如，日本特開2008-232771公報、日本特開平11-230772公報)，其中該修正技術係在同時進行藉自主導航功能之位置資訊的算出、與藉GPS之定位時，GPS之定位結果以修正該地點之位置資訊依據，或者依據GPS之定位結果以修正自主導航用感測器之計測誤差之修正技術。

在至今為止之定位裝置中存在一課題，即當進行藉自主導航功能之定位時，另外若不藉任何機構取得開始地點之位置資訊，則無法算出移動中各地點之位置資訊。

藉定位裝置所取得之位置資訊不僅在移動中即時使用，也使用於確認移動後之過去之移動地點。因此，存在即使無法即時求出位置資訊，也希望在事後取得過去所通過之各地點位置資訊之要求。

本發明之目的在於提供一種即使未取得開始地點之位置資訊，也可藉自主導航功能求出移動中各地點之位置資訊之定位裝置、定位方法及程式。

為達成上述目的，本發明係一種定位裝置，具有：移動計測機構，進行相對位置變動之計測；以及通過位置算出控制機構，使前述移動計測機構位置變動之計測在移動中繼續進行，並在移動路徑上除了開始地點以外之任意第1地點上收到該第1地點之位置資訊時，依據該第1地點之位置資訊與藉前述移動計測機構所繼續計測之位置變動資訊，求出在到達前述第1地點前所通過之地點之位置資訊。

又，發明係一種定位方法，使用進行相對位置變動之計測之移動計測機構及可計測現在位置之定位機構，以求出移動路徑上之位置資訊，該定位方法之特徵在於具備：通過位置算出控制步驟，使前述移動計測機構位置變動之計測在移動中繼續進行，並在移動路徑上除了開始地點以外之上任意第1地點上自前述定位機構收到該第1地點之位置資訊時，依據該第1地點之位置資訊與藉前述移動計測機構所繼續計測之位置變動資訊，求出在到達前述第1地點前所通過之地點之位置資訊。

以下，依據圖式以說明本發明之實施形態。

第1圖係表示本發明實施形態之導航裝置全體之方塊圖。

本實施形態之導航裝置1係在移動中進行定位處理以持續記錄移動路徑上各地點之位置資料之裝置。前述導航裝置1，如第1圖所示，具有：CPU(中央運算處理裝置)10，進行裝置之全體性控制；RAM11，對CPU10提供作業用之記憶空間；ROM12，儲存CPU10執行之控制程式或控制資料；GPS收訊天線13及GPS收訊部14，用於接收來自GPS(全球定位系統)衛星之送訊資料；3軸地磁感測器15及3軸加速度感測器16，其係自主導航用感測器；顯示部18，進行各種資訊顯示或影像顯示；電源19，供給動作電壓到各部；操作部26，自外部輸入操作指令；主導航控制處理部20，依據自主導航用感測器(15,16)之計測資料以進行自主導航之定位運算；自主導航資料修正處理部21，進行藉主導航控制處理部20所取得之位置資料之修正運算；以及移動履歷資料記憶部22，積存沿著移動路徑之一連串位置資料。

GPS收訊部14依據來自CPU10之動作指令，進行透過GPS收訊天線13所接收之訊號之解調處理，將GPS衛星之各種送訊資料傳送至CPU10。CPU10依據前述GPS衛星之送訊資料而進行既定之定位運算，以取得表示現在位置之位置資料。

3軸地磁感測器15係檢測地磁方向之感測器，3軸加速度感測器16係分別檢測3軸方向加速度之感測器。

自主導航控制處理部20係用於輔助CPU10運算處理，係以既定之取樣週期透過CPU10輸入3軸地磁感測器15及3軸加速度感測器16之計測資料，自這些計測資料算出導航裝置1之移動方向及移動量。而且，在自CPU10供給之基準地點位置資料，乘上上述所算出之移動方向及移動量所構成之向量資料，以求出移動地點之位置資料而供給到CPU10。

自主導航資料修正處理部21係用於輔助CPU10之運算處理之運算裝置。前述自主導航資料修正處理部21係將藉自主導航控制處理部20所算出以記憶於移動履歷資料記憶部22之1個或複數假設位置資料，在移動途中或移動結束之地點上，依據藉GPS定位所接收之位置資料，進行用於修正成真正位置資料之修正運算。針對前述修正運算之內容詳述於後。

第2圖係表示記憶在移動履歷資料記憶部22之移動履歷資料的一例之資料表。第2a圖係記憶有修正前位置資料者；第2b圖係記憶有修正後位置資料者。

移動履歷資料記憶部22由例如RAM或非揮發性記憶體等所構成，記錄有第2圖所示之移動履歷資料。移動履歷資料係依序登錄藉裝置移動中之移動定位處理所取得之位置資料者。又，在移動履歷資料分別登錄有附隨在一連串之位置資料以表示位置資料之取得順序之目錄號碼「No.」、表示取得位置資料之時刻之時刻資料、及表示位置資料是否已修正之修正標記等。

在ROM12儲存有移動定位處理之程式，其中此移動定位處理係倂用藉自主導航功能之位置定位及利用GPS之位置定位，以取得移動路徑上各地點之位置資料的處理。前述程式除了儲存在ROM12，也可以儲存在例如透過資料讀取裝置而CPU10可讀取之例如光碟等可搬型記憶媒體或快閃記憶體等非揮發性記憶體。又，也可適用將這種程式透過將搬送波作為媒體之通訊回路而下載到導航裝置1之形態。

接著，說明在上述構成之導航裝置1中執行之移動定位處理。以下，將依據GPS衛星送訊資料之定位稱做GPS定位，將藉自主導航功能之位置定位稱做自主導航定位。

第3圖係本實施形態移動定位處理之處理內容之說明圖。第3a圖係依據開始地點A之假設位置資料所進行之自主導航定位過程；第3b圖係取得在中途地點B上之位置資料之GPS定位之過程；第3c圖係說明以自主導航定位所取得之位置資料之修正過程。

在移動定位處理中，倂用自主導航定位及GPS定位以持續取得移動路徑上各地點之位置資料。例如當前進到無法接收GPS衛星電波之區域時，藉自主導航定位以取得位置資料，當前進到可接收GPS衛星電波之區域時，藉GPS定位以取得位置資料。

又，在本實施形態之移動定位處理中，即使在開始自主導航定位時，存在藉GPS定位無法取得開始地點之位置資料之情況，設定假設之開始地點之位置資料以進行自主導航定位，事後修正藉前述自主導航定位所算出之假設位置資料，可取得真正的位置資料。

例如，如第3a圖所示，自移動定位處理之開始地點A至結束自主導航定位之地點B為止，包含在例如GPS衛星之電波無法抵達之區域，在開始地點A或軌跡T1途中之地點上，無法取得真正的位置資料。

在此實施形態之移動定位處理中，在這種情形下，首先，針對開始自主導航之開始地點A，例如第2a圖之第1個(“No.1”)資料所示，設定假設之位置資料「X：0.0,Y：0.0(表示經度之X座標之值為“0.0”，表示緯度之Y座標之值為“0.0”)」。

然後，使用上述假設之位置資料「X：0.0,Y：0.0」，以繼續進行移動中之自主導航定位，算出移動路徑中各地點之位置資料。例如，如分別第2a圖之第1個~第N個資料所示。將這些位置資料繪成圖形即為第3a圖之軌跡T1。這些位置資料係依據開始地點A之假設位置資料所算出之修正前位置資料，所以在第2a圖之移動履歷資料中，修正標記全為“0”。

接著，一連串之自主導航定位途中，例如當到達可接收GPS衛星電波之地點B時，變成可以GPS定位，GPS定位自動進行。然後，如第3b圖所示，取得此地點B之真正位置資料，藉此，成為可識別位於地圖上那個地點之狀態。

而且，當接收真正的位置資料(例如「X：280.0,Y：180.0」時，執行將至該前段為止之藉自主導航定位所取得之第2a圖假設位置資料修正成真正的位置資料之處理。在前述修正處理中，首先，針對接收真正的位置資料之地點B，算出自藉自主導航定位所求出之假設位置資料「X：-61.0,Y：39.0」(第2a圖之第N個資料)，移動至藉GPS定位所取得之真正的位置資料「X：280.0,Y：180.0」(第2b圖之第N個資料)之移動量。例如，在此例中，移動量在X方向為“+341.0”，在Y方向為“+141.0”。

然後，將此移動量分別加算到藉自主導航定位所取得之未修正全位置資料。而且，當加算時，為表示已修正，將修正標記更新為“1”。如此一來，登錄於第2a圖移動履歷資料之假設位置資料修正為第2b圖所示之真正的位置資料。將此已修正之一連串位置資料畫在地圖上者為第3c圖之軌跡T1。這種修正處理依據CPU10之指令藉自主導航資料修正處理部21執行。

藉上述之修正處理，即使在自主導航定位之開始地點A中，無法取得位置資料，藉由在繼續自主導航定位之同時，於其移動途中或移動結束之地點B上，取得由GPS定位所作之位置資料，能事後取得自開始地點A至地點B為止之位置資料。

而且，當使用者持續移動時，變成進行GPS定位或自主導航定位，而繼續取得其後之移動路徑位置資料。在其後之自主導航定位中，因為已經取得開始自主導航定位之基準地點之位置資料，所以無須使用如上述之假設位置資料之自主導航定位，變成例如進行從前之自主導航定位。

第4圖係表示藉CPU執行之本實施形態移動定位處理之控制順序之流程圖。接著，參照此流程圖以詳細說明上述移動定位處理。

移動定位處理係在例如導航裝置1為電源ON，或者，透過操作部26進行啟動之操作輸入時開始。當移動定位處理開始時，首先，CPU10對GPS收訊部14下指令以進行來自GPS衛星之送訊資料之接收處理(步驟S1)。而且，判別是否有GPS之電波(步驟S2)，當有電波時，為進行GPS定位而轉移到步驟S9，當沒有電波時，為進行自主導航定位而轉移到步驟S3。

結果，當沒有GPS電波而轉移到步驟S3時，在該步驟判別是否有設定自主導航定位開始地點之位置資料。在此，例如當在即刻前進行GPS定位而開始地點之位置資料為已知時，此位置資料設定做為開始地點之位置資料，當繼續重複自主導航定位時，在一連串自主導航定位之最初階段，開始地點之位置資料為已設定完畢。因此，在這種情形下，在步驟S3之判別處理上，往“YES”側分歧以轉移到步驟S5。

另一方面，在即刻前未進行GPS定位，且在最初執行自主導航定位之階段，開始地點之位置資料未設定時，在步驟S3之判別處理前進到“NO”側以設定假設開始地點之位置資料。例如，將第2a圖之第一個位置資料「X：0.0,Y：0.0」設定為開始地點之位置資料。而且，轉移到步驟S5。

當轉移到步驟S5時，首先，CPU10將3軸地磁感測器15之計測資料送至自主導航控制處理部20以進行方位計測處理(步驟S5)，接著，將3軸加速度感測器16之計測資料送至自主導航控制處理部20以進行移動方向與移動距離之計測處理(步驟S6)。進一步自此計測之移動方向與移動距離確定相對於移動履歷資料之前段位置資料之位置變動資料(步驟S7：位置算出機構)。而且，將其加算到移動履歷資料之前段位置資料，以算出現在之位置資料，將其記憶到移動履歷資料。

當在沒有GPS電波之區域進行導航裝置1之移動時，重複進行上述S5~S8之處理，藉自主導航定位算出移動路徑上各地點之位置資料以記憶在移動履歷資料。當在自主導航定位之開始地點沒有位置資料時，於步驟S4設定假設開始地點之位置資料，如第2a圖所示，作為移動路徑上各地點之位置資料，修正標記成為“0”之假設位置資料被持續記憶於移動履歷資料。

另外，在步驟S2之判別處理中，當有GPS電波且轉移到“YES”側時，依據在先前步驟S1接收之GPS衛星送訊資料以進行GPS定位運算，算出表示現在位置之位置資料(步驟S9)。而且，將此位置資料記憶在移動履歷資料(步驟S10)。而且，在移動履歷資料中，藉自主導航定位所得之位置資料與藉GPS定位所得之位置資料係個別記憶。

當記憶GPS定位之位置資料時，接著，判別移動履歷資料中是否有修正前之位置資料，亦即，修正標記為“0”之位置資料(步驟S11)。然後，如果沒有則回到步驟S1，但是，當有修正前之位置資料時則轉移到“YES”側，以對自主導航資料修正處理部21發出指令，進行使用假設開始地點之位置資料所求得之自主導航定位位置資料之修正處理(步驟S12：位置資料修正機構)。此修正處理係使用第2圖及第3圖如上述已說明者。然後，回到步驟S1。

藉這種移動定位處理，當為可GPS定位之區域時，藉重複步驟S1,S2,S9~S11之處理，GPS定位繼續進行，而移動路徑上各地點之位置資料積存在移動履歷資料記憶部22。另外，藉重複步驟S1~S3及S5~S8之處理，自主導航定位繼續進行，而移動路徑上各地點之位置資料積存在移動履歷資料記憶部22。

又，當在自主導航定位之開始地點無法取得位置資料時，在步驟S4設定假設之位置資料，接著以自主導航定位繼續取得假設之位置資料。然後，接著，當可GPS定位時，在步驟S12這些假設位置資料被修正以取得真正的位置資料。

[變形例]

在第5圖，顯示說明在未取得開始地點之位置資料的狀態下所進行之自主導航定位的其他方式用之資料圖表。

在上述實施形態中，當在未取得開始地點之位置資料之狀態下，執行自主導航定位時，接收開始地點之假設位置資料以執行自主導航定位，但是，以下述方式也同樣可以執行自主導航定位，以事後算出其路徑之位置資料。

亦即，首先，當在自主導航定位之開始地點A(參照第3圖)未取得位置資料時，如第5a圖所示，在RAM11或省略圖示之記憶裝置作成位移資料庫(變動資訊記憶機構)，將以自主導航控制處理部20所算出之位移資料記憶在此位移資料庫。前述位移資料係表示在移動路徑上求出位置資料之連續2地點間之相對位置變動之資料，例如，第5a圖之第N個位移資料「X：0.2,Y：0.2」係表示自第N-1個地點往第N個地點之東西方向上移動“0.2”距離，在南北方向上移動“0.2”距離者。

接著，當在自主導航定位移動途中之地點B(參照第3圖)，藉GPS定位取得位置資料(例如位置資料「X：280.0,Y：180.0」)時，使用此位置資料與第5a圖之位移資料庫，藉與通常之自主導航定位之運算模式為逆算性之運算處理以求出過去通過之各地點之位置資料。

亦即，首先，如第5b圖移動履歷資料之第N個位置資料所示，地點B之位置資料係將GPS定位之位置資料直接代入而求出。接著，如第5a圖之第N個位移資料及第5b圖之第N個與第N-1個位置資料所示，自第N個位置資料減去第N個位移資料，將其作為第N-1個之位置資料而求出。重複進行這種減算處理直到第1個位置資料為止。

藉這種處理，也能如第5b圖所示，在沒有開始地點A之位置資料之情況下，事後求出進行自主導航定位之移動路徑各地點之位置資料。

如上所述，根據本實施形態之導航裝置1、其定位方法及移動定位處理之程式，能在移動中，藉自主導航用感測器(15,16)進行移動方向或移動量之計測，並在其移動途中或移動結束之地點上，取得位置資料，以事後求出以前通過之各地點之位置資料。因此，能獲得即使無法取得移動開始地點之位置資料，只要能在移動途中或移動結束之地點上取得位置資料，即能取得移動路徑上各地點之位置資料之效果。

因為能事後取得移動路徑之位置資料，所以，例如在移動後確認移動路徑時，或者，在與數位相機組合，而將以數位相機進行拍攝之地點之位置資料與所拍攝之影像資料同時記憶之功能等中，可以有效活用此位置資料。

又，在本實施形態之導航裝置1中，因為具備可進行GPS定位之定位機構，所以，變成能例如在GPS電波無法到達之屋內移動中繼續進行自主導航定位，之後，藉出到屋外進行GPS定位，以事後求出屋內之移動路徑各地點之位置資料。

又，根據本實施形態之導航裝置1、其定位方法及移動定位處理之程式時，因為當在開始地點接收假設之位置資料而進行自主導航定位，並在移動途中或移動結束之地點上接收位置資料時，將藉自主導航定位所求出之假設位置資料全體移位以修正成真正的位置資料，所以可將此修正處理所需之記憶容量減少，又，也可將此處理所花費之運算處理負荷減少。

又，根據上述變形例之自主導航定位方式時，在自主導航定位時記憶位移資料，之後，當在移動途中或移動結束之地點上，接收位置資料時，將位置資料自移動路徑之終端側往始端側逆算而求出，所以，相較於例如事先全部記憶自主導航用感測器(15,16)檢測輸出之取樣資料，並利用這些取樣資料以求出過去移動地點之位置資料之方式，可使處理所需之記憶容量較小，又，亦可使此處理所花費之運算處理負荷較小。

此外，本發明並不侷限於上述實施形態，可以做種種變更。例如在上述實施形態中，雖然表示將自主導航定位之運算或位置資料之修正處理藉自主導航控制處理部20或自主導航資料修正處理部21執行之例，但是，也可以將這些運算藉CPU10之軟體處理實現。

又，在上述實施形態中，作為定位機構，雖然例示利用GPS以進行定位之構成，但是，例如藉與行動電話基地台之通訊進行定位之構成、或使用RFID(Radio Frequency Identification)等而自外部接收或輸入位置資訊，以確定現在位置之構成等其他種種之構成亦可適用。

又，進行相對位置變動之計測之移動計測機構，雖然例示3軸地磁感測器與3軸加速度感測器，但是，只要裝置之天地方向為一定時，也可以使用2軸地磁感測器與2軸加速度感測器。又，在求出方位時，陀螺儀也可以適用。而且，也可以使用車輪速度感測器以求出移動速度。又，在上述實施形態中，雖然將藉移動定位處理所求出之位置資料作為二維位置資料，但是也可以包含高度方向之位置資料。

又，在上述實施形態中，雖然侷限於在移動定位開始時無法GPS定位之情形，執行在事後求出位置資料之自主導航定位之處理，但是也可以係，例如即使在可接收GPS電波之區域，間歇進行GPS定位，將此GPS定位之間藉自主導航定位以求出位置資料之構成，同時將在此GPS定位之間執行之自主導航定位作成在事後求出位置資料之方式。

又，在上述實施形態中，雖然例示將本發明適用於可攜型之導航裝置1，但是，也可以適用本發明於組裝在移動體型之定位裝置。此外，在實施形態中具體表示之細節等，在不超出發明宗旨之範圍內可適宜變更。

1．．．導航裝置

10．．．CPU(中央運算處理裝置)

11．．．RAM

12．．．ROM

13．．．GPS收訊天線

14．．．GPS收訊部

15．．．3軸地磁感測器

16．．．3軸加速度感測器

18．．．顯示部

19．．．電源

20．．．自主導航控制處理部

21．．．自主導航資料修正處理部

22．．．移動履歷資料記憶部

26．．．操作部

第1圖係表示本發明實施形態之導航裝置全體之方塊圖。

第2圖係表示記憶在移動履歷資料記憶部之移動履歷資料一例之資料表；第2a圖係記憶有修正前位置資料者；第2b圖係記憶有修正後位置資料者。

第3圖係本實施形態移動定位處理之處理內容之說明圖；第3a圖係依據假設開始地點之位置資料所進行之自主導航定位過程；第3b圖係取得在中途地點上之位置資料之GPS定位之過程；第3c圖係說明以自主導航定位所取得之位置資料之修正過程。

第4圖係表示藉CPU執行之本實施形態移動定位處理之控制順序之流程圖。

第5圖係說明於事後算出移動路徑之位置資料之自主導航定位處理之其他方式之資料圖表。

Claims

一種定位裝置，其係使用進行相對位置變動之計測的移動計測機構、和可計測現在位置之定位機構，以求出移動路徑上之位置資訊，其特徵為具備：通過位置算出控制機構，使利用前述移動計測機構所進行位置變動之計測在移動中連續進行，並在移動路徑上除了開始地點以外之任意第1地點上已給予該第1地點之位置資訊時，依據該第1地點之位置資訊與藉前述移動計測機構所連續計測之位置變動資訊，求出在到達前述第1地點前所通過之地點之位置資訊。
如申請專利範圍第1項之定位裝置，藉前述定位機構之計測得到前述第1地點之位置資訊。
如申請專利範圍第1項之定位裝置，其具有位置算出機構，將藉由前述移動計測機構所測得之位置變動資訊與開始地點之位置資訊進行累加，以算出移動路徑上各地點之位置資訊，前述通過位置算出控制機構具備：假設位置資料算出控制機構，將假設之開始地點之位置資訊給予前述位置算出機構，以使前述位置算出機構算出移動路徑上各地點之假設位置資訊；位置資料記憶機構，記憶藉前述假設位置資料算出控制機構所得到之前述各地點之假設位置資訊；以及位置資料修正機構，在已給予前述第1地點之位置資訊時，使已記憶於前述位置資料記憶機構中之前述各地點之假設位置資訊移動，以使在前述第1地點藉前述位置算出機構所算出之位置資訊與所得到之前述第1地點之位置資訊相同。
如申請專利範圍第1項之定位裝置，其中前述通過位置算出控制機構具有：變動資訊記憶機構，記憶在移動中藉前述移動計測機構所測得之位置變動之資訊；以及通過位置算出機構，在已給予前述第1地點之位置資訊時，自該所得到之位置資訊依序減去記憶在前述變動資訊記憶機構中之位置變動之資訊，以求出在到達前述第1地點前所通過之各地點之位置資訊。
一種定位方法，使用進行相對位置變動之計測之移動計測機構及可計測現在位置之定位機構，以求出移動路徑上之位置資訊，該定位方法之特徵在於具備：通過位置算出控制步驟，使利用前述移動計測機構所進行之位置變動之計測在移動中連續進行，並在移動路徑上除了開始地點以外之上任意第1地點上藉由前述定位機構得到該第1地點之位置資訊時，依據該第1地點之位置資訊與藉前述移動計測機構所連續計測之位置變動資訊，求出在到達前述第1地點前所通過之地點之位置資訊。
如申請專利範圍第5項之定位方法，其包含位置算出步驟，將藉前述移動計測機構所計測之位置變動之資訊與開始地點之位置資訊進行累加，以算出移動路徑上之各地點之位置資訊，前述通過位置算出控制步驟包含：假設位置資料算出控制步驟，將假設開始地點之位置資訊交予前述位置算出步驟，以在前述位置算出步驟算出移動路徑上各地點之假設位置資訊；位置資料記憶步驟，記憶藉前述假設位置資料算出控制步驟所得到之前述各地點之假設位置資訊；以及位置資料修正步驟，在已給予前述第1地點之位置資訊時，使於前述位置資料記憶步驟中所記憶之前述各地點之假設位置資訊移動，以使在前述第1地點藉前述位置算出步驟所算出之位置資訊與所得到之前述第1地點之位置資訊為相同。
如申請專利範圍第5項之定位方法，其中前述通過位置算出控制步驟包含：變動資訊記憶步驟，記憶在移動中藉前述移動計測機構所測得之位置變動之資訊；以及通過位置算出步驟，在已給予前述第1地點之位置資訊時，自該所得到之位置資訊依序減去在前述變動資訊記憶步驟中所記憶之位置變動之資訊，以求出在到達前述第1地點前所通過之各地點之位置資訊。