JP4341649B2 - ナビゲーション装置、位置検出方法 - Google Patents

Description

本発明は移動体の位置を検出するナビゲーション装置に関し、特に、自律航法により測位された移動体の位置を精度よく補正するナビゲーション装置に関する。

ナビゲーションシステムでは、ＧＰＳ（Ｇｒｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からの電波に基づき自車両の位置を測位して、車速センサ及びジャイロセンサ等を用いて走行距離及び走行方向を累積しながら車両の現在位置を精度よく推定する。

しかしながら、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できない状態では、自律航法による測位に含まれる誤差が時間と共に増幅されるため徐々に位置の精度が低下する。

このため、自律航法により測位した自車両の位置を補正する種々の方法が提案されている。例えば、マップマッチングでは、ナビゲーションシステムの地図データを利用して自律航法により測位した位置を補正する（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１では、自律航法により測位された位置・方向に最も整合する位置及び方位を有する道路を地図データから選択して、該道路に対応づけて位置・方向を補正する方法が提案されている。

しかしながら、一般に市販されているナビゲーションシステムの地図データはそれほど精度が高いものではなく、また、道路網を交差点（ノード）を結ぶ直線状のリンクにより表現するため実際の道路の形状と一致しない場合がある。このため、マップマッチングでは自車両の位置の修正を十分に修正できないことがある。

また、車両の走行軌跡と地図データの道路パターンを比較して、その一致度に基づき近接している道路に車両の位置を対応づける位置の補正方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２記載の補正方法では、交差点やカーブなどを走行したことを走行軌跡から検出して、該走行軌跡に一致する該交差点やカーブの地図データをパターンマッチングにより検出し、自車両の位置を補正する。
特開２００２−２１３９７９号公報 特開平８−６１９６８号公報

しかしながら、一般的な交差点はリンクが互いに９０度になるように設計されていることから、交差点の走行軌跡と交差点の道路形状とをパターンマッチングしたのでは、ほとんどの交差点のリンクデータと一致してしまう。したがって、走行している交差点とは全く別の交差点とマッチングしてしまう可能性がある。また、上述のようにリンクデータは直線で形成されていることが多いため、カーブの走行軌跡と一致するリンクデータを検出することは困難である。また、パターンマッチングは処理に時間がかかるためナビゲーションシステムが行う処理としては適当でない。

本発明は、上記課題に鑑み、自律航法による測位結果を修正してより精度よく移動体の位置を測位する測位装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、移動体の位置を検出するナビゲーション装置において、地図データを記憶した地図データ記憶手段と、移動体の挙動情報を検出する自律センサと、電波航法による測位結果に自律センサによる検出情報を累積して移動体の慣性測位位置を検出する慣性測位手段と、電波航法の電波が遮断された状態で、前記移動体の挙動から移動体が特徴的な挙動を示した特徴的位置を検出する特徴的走行位置検出手段と、地図データ記憶手段を参照し、当該特徴的位置に対応する道路位置の位置情報を抽出する補正量検出手段と、特徴的位置からみた道路位置の方向と特徴的位置から道路位置までの距離、及び、特徴的位置をカルマンフィルタに適用して、特徴的位置が前記道路位置に近接するように前記特徴的位置を補正する位置補正手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、交差点などを走行時の位置を対応する地図データ上の位置に近接するようにカルマンフィルタにより補正するので、自律航法による測位位置の誤差の大きさに応じて最適な補正を施すことができる。

自律航法による測位結果を修正してより精度よく移動体の位置を測位する測位装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、ナビゲーション装置１の概略構成図を示す。本実施の形態のナビゲーション装置１０はＧＰＳ（Ｇｒｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星の捕捉が困難な状況やＧＰＳ測位の信頼性が低下した状況下で、自律航法による車両の位置を補正して精度よい測位を可能にする。ナビゲーション装置１０は、ＧＰＳ電波が遮断された場合、車両の挙動から交差点などを走行したことを検出し、該挙動が検出された位置に対応する交差点の地図データ上の位置に近接するように自律航法による位置を補正する。補正にはカルマンフィルタを用いるので、自律航法による測位位置の誤差の大きさに応じて最適な補正となる。このような補正により、交差点で右左折等する度に累積した誤差を縮小することができるので、ＧＰＳ電波が遮断されてから長時間経過しても、精度のよい測位が可能になる。

ナビゲーション装置１は、ナビゲーション装置１を制御するナビＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１０により制御される。ナビＥＣＵ１０は、プログラムを実行するＣＰＵ、プログラムを記憶した記憶装置（ハードディスクドライブ、ＲＯＭ）、データやプログラムを一時的に記憶するＲＡＭ、データを入力及び出力する入出力装置、ＮＶ（Ｎｏｎ Ｖｏｌａｔｉｌｅ）−ＲＡＭ等がバスを介して接続されたコンピュータとして構成される。

ナビＥＣＵ１０にはＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信装置１１、走行距離、走行方向、車両のヨー、ロール、ピッチ等による進行方向に応じた信号（ＩＮＳ(Inertial Navigation Sensor)データ）を出力するＩＮＳ装置１２、地図データを記憶した地図データベース（以下、地図ＤＢという）１３、ナビゲーション装置１を操作するための入力装置１４及び地図に現在位置を表示する表示装置１５が接続されている。

地図ＤＢ５は、ハードディスクやＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等で構成され、道路網や交差点などの道路地図情報が、緯度・経度に対応づけて格納されている。地図ＤＢ５には実際の道路網に対応づけて、ノード(道路と道路が交差する点、交差点から所定間隔毎に区切った点等)に関係する情報と、リンク(ノードとノードを接続する道路)に関係する情報とからなるテーブル状のデータベースに格納される。

ノードテーブルは、ノードの番号、座標、そのノードから流出するリンク数、各リンクの方向及びそれらのリンク番号を有する。また、リンクテーブルは、リンクの番号、リンクを構成する始点ノードと終点ノード、リンク長を有する。ノード番号及びリンク番号は、互いに重複しないように定められている。したがって、ノード番号とリンク番号をそれぞれ辿ることで道路網が形成される。

入力装置１４は、タッチパネル、押下式のキーボード、ボタン、リモコン、十字キー等で構成される、運転者からの操作を入力するためのインターフェイスである。また、マイクを備え運転者の発する音声を音声認識回路で認識して操作を入力してもよい。目的地までのルート検索を行う場合、運転者は目的地を住所、地名、ランドマーク名、郵便番号等で入力することができる。

表示装置１５は、液晶や有機ＥＬ、ＨＵＤ（Head Up Display）等により構成され、自車両周辺の道路地図や指定された地域の道路地図を、指定された縮尺に合わせ表示すると共に、必要に応じて、自車両の位置及び目的地までの経路等を道路地図に表示する。また、表示装置１５はスピーカを備え、スピーカにより右左折する交差点など経路に沿った進行方向を音声により案内する。

ナビＥＣＵ１０のＣＰＵは、記憶装置に記憶されたプログラムを実行することで、本実施の形態で説明する測位を実現する。図２は、ナビＥＣＵ１０の機能ブロック図を示す。

ナビＥＣＵ１０は、電波航法測位により自車両の位置を測位するＧＰＳ測位手段１０ａ、ＩＮＳデータを用いて自律航法により自車両の位置を測位するＩＮＳ測位手段１０ｂ、ＧＰＳ測位手段１０ｂ又はＩＮＳ測位手段１０ｂによる測位により得られた走行軌跡を検出する走行軌跡検出手段１０ｃ、自車両の挙動から交差点などの走行位置を検出する特徴的走行位置検出手段１０ｄ、地図ＤＢ１３から交差点など走行位置に対応するノードの位置情報を抽出する補正量検出手段１０ｅ、及び、カルマンフィルタにより走行位置を交差点の位置に近接するよう補正する位置補正手段１０ｆ、を有する。以下、詳細に説明する。

ＧＰＳ測位手段１０ａは、周知の方法でＧＰＳ衛星からの電波に基づき自車両の位置を測位する。ＧＰＳ測位手段１０ａは、ＧＰＳ受信装置１１が受信した複数のＧＰＳ衛星から発信される電波の到達時間に基づきＧＰＳ衛星までの距離を算出する。そして、３つのＧＰＳ衛星と自車両の距離が交差する１点を自車両の位置として測位する。ＧＰＳ測位手段１０ａはＧＰＳ電波を受信している間は所定の時間毎に自車両の位置を測位する。

ＧＰＳ電波が遮断されると、ＩＮＳ測位手段１０ｂは、ＩＮＳ装置１２から車速、舵角、方位を検出して、それまでに計測されている位置及び方向に走行距離及び方向を累積して、自律航法による位置及び方向を推定する（以下、ＩＮＳ位置、ＩＮＳ方向という）。

図３（ａ）は自律航法により検出されるＩＮＳ位置とリンク及びノードの関係を示す図である。なお、図３（ａ）ではすでにＧＰＳ電波は遮断されている。自車両は、ノード２１から２２の方向にリンク２４を走行しノード２２で右折した。自律航法により検出された自車両のＩＮＳ位置は三角形により、比較のために示した現実の位置は円形によりそれぞれ示した。リンクやノードはＩＮＳ位置やＩＮＳ方向に近いものを地図ＤＢ１３から抽出する。図３（ａ）に示すように、現実の位置とＩＮＳ位置、現実の方向と推定方向とは若干のズレを有する。

なお、カルマンフィルタを適用するためにはＩＮＳ位置の誤差分散を必要とするが、ＩＮＳ装置１２の信号の誤差は速度やＧＰＳ電波遮断時間等に応じて既知であるため、これらに基づき累積したＩＮＳ位置の誤差分散も既知である。

特徴的走行位置検出手段１０ｄは、自車両が特徴的な挙動を示した場合にこれを検出する。特徴的な挙動は、交差点、Ｔ字路等を走行した時に得られる、走行方向が短時間に変更される挙動、例えば、右左折やＵターン等、約９０度以上の方向変化量を示す挙動である。

特徴的走行位置検出手段１０ｄは、例えば、車両がウィンカを出した状態で、所定以上のヨーレートが検出された場合に特徴的な挙動があったと検出する。ウィンカが出されたことで右又は左方向に比較的大きな方向変化があることが予測され、所定以上のヨーレートが検出されることで実際に方向変化があったことが検出できる。図３（ａ）では特徴的走行位置検出手段１０ｄが特徴的な走行を検出した位置を特徴的位置３１で示した。

なお、特徴的位置３１は走行軌跡から求めてもよい。この場合、特徴的走行位置検出手段１０ｄの前に、走行軌跡検出手段１０ｃが走行軌跡を検出する。走行軌跡検出手段１０ｃは、所定距離（例えば２ｍ）毎の方向をＩＮＳ装置１２から取得する。

特徴的走行位置検出手段１０ｄは、走行軌跡を構成する所定距離毎の方向変化量Δθに基づき、自車両が特徴的な走行軌跡を走行した場合にこれを検出する。なお、長時間走行すれば徐々に９０度以上の方向変化量が生じるので、所定走行距離以内で約９０度以上の方向変化量が検出された場合に、自車両が特徴的な走行軌跡で走行したことを検出する。

特徴点が検出されると補正量検出手段１０ｅは、地図ＤＢ１３から特徴的位置に対応するノードの位置情報を抽出する。対応するノードは例えば特徴的位置に最も近いノードである。

特徴的位置３１に対応するノードの位置情報が抽出されれば、ノードと特徴的位置３１の距離及びその方位が検出されるが、理想的にはノードと特徴的位置３１とは一致すべきものである。

そこで、本実施形態のナビゲーション装置１は、このノードと特徴的位置３１とが近接するようにＩＮＳ位置を補正する。すなわち、「特徴的位置３１は交差点と近接する」という条件を下に観測方程式を立て、カルマンフィルタによりＩＮＳ位置を補正する。

補正量検出手段１０ｅは、
・特徴的位置３１の位置情報（ＩＮＳ位置）
・ノードの位置と特徴的位置３１の距離ｄ及びその方位α
を位置補正手段１０ｆに送出する。これらがカルマンフィルタに入力する観測量になる。

図３（ｂ）は、特徴的位置３１をノードに近接させた場合のＩＮＳ位置とリンク及びノードの関係を示す図である。位置補正手段１０ｆは、カルマンフィルタによりノードの位置と特徴的位置３１の距離ｄがゼロになるように特徴点位置３１を補正する。カルマンフィルタにより、距離ｄが大きくてもそれがゼロになるように補正することができ、かつ、ＩＮＳ位置の誤差が大きくても誤差に応じた推定を行うので、特徴的位置３１を最も確からしい位置を補正することができる。

また、位置補正手段１０ｆには、ＩＮＳ測位手段１０ｂが測位した、特徴的位置３１の前後のＩＮＳ位置とＩＮＳ方向とが入力されるので、特徴的位置３１の補正量及び方向と同様にＩＮＳ位置とＩＮＳ方向を補正する。図３（ｂ）では、特徴的位置３１をノードに近接させたことに伴い、特徴的位置３１の前後のＩＮＳ位置を特徴点位置３１と同様の距離及び方向に補正している。

図４は、ナビゲーション装置１が自律航法及び特徴的位置を利用して自車両の位置を補正する手順を示すフローチャート図である。

ＧＰＳ測位手段１０ａは測位間隔毎にＧＰＳ電波が遮断されたか否かを判定する（Ｓ１）。ＧＰＳ電波が遮断されていなければ（Ｓ１のＮｏ）、ＧＰＳ電波を利用して測位した位置が自車両の位置となる（Ｓ２）。

ＧＰＳ電波が遮断された場合（Ｓ１のＹｅｓ）、ＩＮＳ測位手段１０ｂはＧＰＳによる測位位置、方向に、車速センサによる走行距離、ＩＮＳ装置１２による走行方向を累積して自律航法によるＩＮＳ位置及びＩＮＳ方向を検出する（Ｓ３）。

ＩＮＳ位置及びＩＮＳ方向を検出しながら、特徴的走行位置検出手段１０ｄは、自車両が特徴的な挙動を示した否かを判定する（Ｓ４）。すなわち、例えば、車両がウィンカを出した状態で、所定以上のヨーレートが検出されたか否かを判定する。特徴的な挙動が検出されない場合、ステップＳ１からの処理を繰り返す。

特徴的な挙動が検出された場合（Ｓ４のＹｅｓ）、補正量検出手段１０ｅは特徴的位置３１の位置情報をＩＮＳ測位から検出すると共に、特徴的位置３１に最寄りのノードの位置情報を地図ＤＢ１３から検出する（Ｓ５）。

位置補正手段１０ｆは、特徴的位置３１がノードの位置に近接するという条件の下カルマンフィルタにより特徴的位置３１を補正する。そして、位置補正手段１０ｆは、他のＩＮＳ位置を特徴的位置３１と同様に補正する（Ｓ５）。

図５は、本実施形態のナビゲーション装置１による実際の測位結果を示す図である。図５の測位結果は、ＧＰＳ電波が約３５０秒間遮断された間の測位結果である。細い実線は地図ＤＢ１３から抽出した道路形状を、大きな黒丸は交差点を示す。また、三角形はＩＮＳ位置を、四角形は特徴的位置に基づき補正した補正後の自車両の位置をそれぞれ示す。

ＩＮＳ位置により特徴的位置３１が検出されるので、補正量検出手段１０ｅはその近くの交差点３２の位置情報を地図ＤＢ１３から抽出する。そして、位置補正手段１０ｆは、特徴的位置３１が交差点３２に近接するように特徴的位置３１の位置を補正し、前後のＩＮＳ装置を同様に補正する。図５に示すように、ＧＰＳ電波が遮断されてから時間が経過するほど真の位置（例えば、地図ＤＢ１３の道路形状）とのズレが大きくなるＩＮＳ位置を精度よく補正することができる。

本実施携帯のナビゲーション装置によれば、カルマンフィルタによりノードの位置と特徴的位置３１の距離ｄがゼロになるように補正することで、交差点で右左折等する度に、自律航法によるＩＮＳ位置及びＩＮＳ方向を最も確からしい位置・方向に補正することができる。

ナビゲーション装置の概略構成図である。 ナビＥＣＵの機能ブロック図である。 自律航法により検出されるＩＮＳ位置とリンク及びノードの関係を示す図である。 ナビゲーション装置が特徴的位置を利用して自車両の位置を補正する手順を示すフローチャート図である。 ナビゲーション装置による実際の測位結果を示す図である。

符号の説明

１ ナビゲーション装置
１１ ＧＰＳ受信装置
１２ ＩＮＳ装置
１３ 地図ＤＢ
１４ 入力装置
１５ 表示装置

Claims (13)

1. 移動体の位置を検出するナビゲーション装置において、
   地図データを記憶した地図データ記憶手段と、
   移動体の挙動情報を検出する自律センサと、
   電波航法による測位結果に前記自律センサによる検出情報を累積して前記移動体の慣性測位位置を検出する慣性測位手段と、
   前記電波航法の電波が遮断された状態で、前記移動体の挙動から前記移動体が特徴的な挙動を示した特徴的位置を検出する特徴的走行位置検出手段と、
   前記地図データ記憶手段を参照し、当該特徴的位置に対応する道路位置の位置情報を抽出する補正量検出手段と、
   前記特徴的位置からみた前記道路位置の方向と前記特徴的位置から前記道路位置までの距離、及び、前記特徴的位置をカルマンフィルタに適用して、前記特徴的位置が前記道路位置に近接するように前記特徴的位置を補正する位置補正手段と、
   を有することを特徴とするナビゲーション装置。
2. 前記電波航法は、ＧＰＳ衛星からの電波に基づき前記移動体の位置を測位する、
   ことを特徴とする請求項１記載のナビゲーション装置。
3. 前記地図データ記憶手段は、実際の道路網を構成する交差点等のノード情報と道路等のリンク情報を記憶する、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のナビゲーション装置。
4. 前記移動体の挙動情報は、車速、舵角及び方位の少なくともいずれかを含む、
   ことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のナビゲーション装置。
5. 前記自律センサは、前記移動体の走行距離、及び、前記移動体のヨー方向、ロール方向、ピッチ方向のいずれか１以上の走行方向、の少なくとも１つに応じた信号を出力する装置である、
   ことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載のナビゲーション装置。
6. 前記特徴的な挙動は、前記移動体の走行方向が所定時間内に所定量以上変更される挙動である、
   ことをいう請求項１〜５いずれか１項記載のナビゲーション装置。
7. 前記移動体は車両であり、
   前記特徴的走行位置検出手段は、前記車両の方向指示器が操作された状態で、所定以上のヨーレートが検出された場合に前記特徴的な挙動を検出する、
   ことを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載のナビゲーション装置。
8. 前記移動体の走行軌跡を検出する走行軌跡検出手段を有し、
   前記特徴的走行位置検出手段は、前記走行軌跡に基づき前記移動体の特徴的な挙動を検出する、
   ことを特徴とする請求項１〜７いずれか１項記載のナビゲーション装置。
9. 前記補正量検出手段は、前記特徴的位置に最も近いノードの位置情報を前記地図データから抽出する、
   ことを特徴とする請求項１〜８いずれか１項記載のナビゲーション装置。
10. 前記位置補正手段は、前記特徴的位置と前記道路位置との距離がゼロとなるように前記特徴的位置を補正する、
    ことを特徴とする請求項１〜９いずれか１項記載のナビゲーション装置。
11. 前記位置補正手段は、前記特徴的位置の前後所定距離内の前記慣性測位位置を、当該特徴的位置を補正した距離だけ、当該特徴的位置を補正した方向に補正する、
    ことを特徴とする請求項１〜１０いずれか１項記載のナビゲーション装置。
12. 移動体の位置を検出する位置検出方法において、
    自律センサが、移動体の挙動情報を検出するステップと、
    慣性測位手段が、電波航法による測位結果に前記自律センサによる検出情報を累積して前記移動体の慣性測位位置を検出するステップと、
    特徴的走行位置検出手段が、前記電波航法の電波が遮断された状態で、前記移動体の挙動から前記移動体が特徴的な挙動を示した特徴的位置を検出するステップと、
    補正量検出手段が、地図データを記憶した地図データ記憶手段を参照し、当該特徴的位置に対応する道路位置の位置情報を抽出するステップと、
    位置補正手段が、前記特徴的位置からみた前記道路位置の方向と前記特徴的位置から前記道路位置までの距離、及び、前記特徴的位置をカルマンフィルタに適用して、前記特徴的位置は前記道路位置に近接するように前記特徴的位置を補正するステップと、
    を有することを特徴とする位置検出方法。
13. 移動体の挙動情報を検出する自律センサと、プログラムを実行する演算器と、を有し、
    前記演算器は、
    電波航法による測位結果に前記自律センサによる検出情報を累積して前記移動体の慣性測位位置を検出し、
    前記電波航法の電波が遮断された状態で、前記移動体の挙動から前記移動体が特徴的な挙動を示した特徴的位置を検出し、
    地図データを参照して当該特徴的位置に対応する道路位置の位置情報を抽出し、
    前記特徴的位置からみた前記道路位置の方向と前記特徴的位置から前記道路位置までの距離、及び、前記特徴的位置をカルマンフィルタに適用して、前記特徴的位置は前記道路位置に近接するように前記特徴的位置を補正する、
    ことを特徴とするナビゲーション装置。

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