JPH09229698A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】自律航法、衛星測位航法等によって得られた車
両の位置、方位に基づいて地図マッチング処理を行う場
合において、候補道路の限定条件として最適なものを選
ぶことによって、マツチング処理時間を短縮する． 【解決手段】(a) の手順、(b) の手順のいずれを採用す
るかを、当該手順を実行するのに要する見積り時間に基
づいて決定し、この決定された手順にしたがって、地図
マッチングの対象リンクを選定し、これらのリンクに対
して地図マッチングを実行する。(a) 一定範囲の道路地
図データの中から、推定位置の限界誤差の範囲Ｅの中に
存在するリンクを求め、こうして求められたリンクの中
から、車両の推定方位との差がしきい値以内の方位を有
するリンクを選定する。(b) 一定範囲の道路地図データ
の中から、車両の推定方位との差がしきい値以内の方位
を有するリンクを求め、こうして求められたリンクの中
から、限界誤差の範囲Ｅの中に存在するリンクを選定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地図上の道路を走
行している車両の位置を検出する位置検出装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、道路を走行している車両の位
置を検出するために、距離センサと、方位センサと、両
センサからの出力信号に必要な処理を施す処理装置とを
具備し、車両の走行に伴なって生ずる距離変化量、およ
び方位変化量を積算しながら車両の現在位置デ―タを得
る自律航法が提案されているが、距離センサ、および方
位センサが必然的に有している誤差が走行継続に伴なっ
て累積され、得られる現在位置デ―タに含まれる誤差も
累積されてしまうという問題がある。

【０００３】このような問題点を考慮し、かつ車両が道
路上を走行することを前提として、前記自律航法に基い
て得られた現在位置デ―タと、予め地図メモリに格納さ
れている道路地図デ―タとを比較し、現在位置デ―タの
道路からのずれ量（距離差及び方位差）を累積誤差とし
て算出し、前記現在位置デ―タに対して累積誤差分の補
正を行い、現在位置データを道路地図データに一致させ
るようにした地図マッチング処理が提案されている（特
開昭６１−５６９１０号公報等参照）。

【０００４】この地図マッチング処理実行の際、処理に
要する計算量を軽減するために、地図メモリに格納され
ている道路の方位を区分し、その区分に属する方位の道
路を区分ごとにグループ化し、対象となる候補道路を特
定するときに、車両の検出方位と道路の方位が近似する
道路群の中から該当する道路を検索するという提案がな
されている（特開平１−２６０３１２号公報参照）。

【０００５】この方法によれば、候補道路を絞ることが
できるので、マップ地図マッチングの能率化と所要時間
の短縮を図ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、実際には、
地図マッチング処理をする際、すなわち車両の検出方位
と道路の方位との地図マッチングをとる際に、対象とす
る道路は、無制限でなく一定の範囲（例えば車両の推定
位置の周辺の数ｋｍ四方の範囲）の中の道路から選ばれ
る。

【０００７】この「一定の範囲」の中の道路から対象と
する道路を選ぶ際に、「一定の範囲」の中の道路をすべ
てを候補道路とすることもできるが、候補対象数を減ら
すためにさらに狭い範囲を段階的に設定し、狭い範囲の
中から候補道路を決め、候補道路がない場合に、段階的
に範囲を広げていくほうが、マップ地図マッチングの能
率化のためには好ましい。

【０００８】このように、対象とする道路を限定する場
合には、方位の限定を先に行うか、距離の限定を先に行
うかで、処理時間が違ってくることが予想される。例え
ば、自律航法によって得られた車両の位置の近くに、複
数の道路があり、それぞれ方位が全く異なっている場合
は、距離の限定を先に行っても、対象道路数を減らすこ
とはほとんどできない。また、自律航法によって得られ
た車両の方位とよく似た方位の道路が広範囲に存在する
場合は、方位の限定を先に行っても、対象道路数を減ら
すことはできない。

【０００９】本発明は、自律航法、衛星測位航法等によ
って得られた車両の位置、方位に基づいて地図マッチン
グ処理を行う場合において、候補道路の限定条件として
最適なものを選ぶことによって、マツチング処理時間を
短縮することのできる位置検出装置を実現することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の位置検出装置
は、地図マッチングの対象リンクを選定するために、次
に(a) の手順、(b) の手順のいずれを採用するかを、当
該手順を実行するのに要する見積り時間に基づいて決定
し、この決定された手順にしたがって、地図マッチング
の対象リンクを選定し、これらのリンクに対して地図マ
ッチングを実行するものである。 (a) 一定範囲の道路地図データの中から、車両位置の誤
差および道路地図の誤差等により生ずる推定位置の限界
誤差の範囲の中に存在するリンクを求め、こうして求め
られたリンクの中から、車両の推定方位との差がしきい
値以内の方位を有するリンクを選定する。 (b) 一定範囲の道路地図データの中から、車両の推定方
位との差がしきい値以内の方位を有するリンクを求め、
こうして求められたリンクの中から、車両位置の誤差お
よび道路地図の誤差等により生ずる推定位置の限界誤差
の範囲の中に存在するリンクを選定する。

【００１１】前記の構成によれば、地図マッチングの対
象リンクを選定する前に、(a) (b)いずれかの選定手順
を、当該手順を実行するのに要する見積り時間に基づい
て決定する。したがって、実際に、最短の時間で、地図
マッチングの対象リンクを選定し、これらのリンクに対
して地図マッチングを実行することができる。

【００１２】前記「当該手順を実行するのに要する見積
り時間」は、前記一定範囲の道路地図の面積に対する、
推定位置の限界誤差範囲の面積の割合、及び全方位（３
６０°）に対するしきい値の角度の割合に基づいて見積
もればよい（請求項２）。請求項２記載の発明では、リ
ンク密度が一定であり、リンク方位が全方位に分散して
いるとの仮定に基づいて、見積り時間を推定する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の
位置検出装置の一実施形態を示すブロック図である。位
置検出装置は、走行距離検出部１と、走行方向検出部２
と、所定範囲の道路地図データを予め格納してある道路
地図メモリ３と、両検出部１，２から出力される走行距
離検出信号、走行方向検出信号、道路地図メモリ３に格
納されている道路地図データ、およびマッチング評価部
６から出力される評価データに基づいて推定位置を算出
する推定位置算出部４と、前記道路地図メモリ３に格納
されている道路地図データと前記推定位置算出部４から
出力される位置データとを入力として対象リンクを抽出
する対象リンク抽出部５と、対象リンク抽出部５により
抽出された対象リンクに対して所定の大小関係を評価
し、現在位置を出力するマッチング評価部６とから構成
されている。

【００１４】さらに詳細に説明すると、前記走行距離検
出部１は、例えば、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
り単位時間当りの走行距離を算出する構成のもの、いわ
ゆる車輪速センサであればよいが、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
のものが使用可能である。

【００１５】前記走行方向検出部２は、例えば、単位時
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。

【００１６】前記道路地図メモリ３は、所定範囲にわた
る道路地図データが予め格納されているものであり、半
導体メモリ、カセットテープ、ＣＤ−ＲＯＭ等が使用可
能である。前記道路地図データは、道路地図（高速自動
車国道、自動車専用道路、国道、都道府県道、市町村
道、その他の生活道路を含む。）をメッシュ状に分割
し、各メッシュ単位でノードの座標及び隣接ノードへの
ポインタからなる。国道以上の道路については全国的に
閉じたネットワークが形成されている。

【００１７】前記メッシュは、縦横の距離を約１km×１
kmとした正方形状となっている。ノードとは、一般に、
道路の交差点や折曲点を特定するための座標位置のこと
であり、交差点を表わすノードを交差点ノード、道路の
折曲点（交差点を除く）を表わすノードを補間点ノード
という。ここで、前記道路地図データの構造を図示する
と、図２のようになる。当該メッシュ内のノードごとに
ノード座標が記憶されており、そのノードを始端ノード
とする終端ノードへのポインタが記憶されている。ま
た、図示しないが、当該メッシュ内の実際のノード数
が、メッシュに対応して記憶されている。

【００１８】始端ノードと終端ノードをつないだものが
リンクであって、道路の形に沿った方向付きの折れ線と
なる。推定位置算出部４は、走行距離検出部１から出力
される距離データΔｄ、および前記走行方向検出部２か
ら出力される方位データθに基いて、前記距離の東西方
向成分Δｘ（＝Δｄ× cosθ）、および南北方向成分Δ
ｙ（＝Δｄ× sinθ）を算出し、従前の推定位置データ
（Ｐx ′，Ｐy ′）に対して前記各成分Δｘ，Δｙを加
算することにより、現在の推定位置データ（Ｐx,Ｐy ）
を算出する。

【００１９】また、従前の推定位置データが有している
可能性がある限界誤差（距離誤差、方位誤差、および道
路地図の誤差を含む）の範囲に対して車両の走行分に対
応する限界誤差の増加分を加算することにより現在の推
定位置データが有している可能性がある限界誤差の範囲
を算出する。この限界誤差範囲は、一般には楕円の形状
を有するので、道路地図の上に設定するときも、楕円を
そのまま設定することが考えられる。しかし、この実施
形態では、図３に示すように矩形形状を設定する。矩形
形状にするほうが、限界誤差範囲Ｅに属するか属さない
かの判定が単純になるからである（矩形形状であれば座
標の大小関係を判定するだけでよいが、楕円形状であれ
ば２次曲線式に変換して判定しなければならない）。

【００２０】この限界誤差範囲Ｅは、通常複数メッシュ
にまたがって存在するのはいうまでもないことである。
図３では、車両の推定位置Ｐを含む限界誤差範囲Ｅ、及
びこれと重複する４つの隣接メッシュＭ₁ ，Ｍ₂ ，
Ｍ₃ ，Ｍ₄ を描いている。前記対象リンク抽出部５は、
前記限界誤差範囲Ｅにあるリンクを抽出するものであ
る。

【００２１】メッシュ内のすべてのリンクを対象とする
と、数が多過ぎるので、リンクを限定する必要がある。
そこでこの実施形態では、対象リンクを次のようにして
限定する。限定するにあたっては、メッシュ内の限界
誤差範囲Ｅ内のリンクに限定する方法と、メッシュ内
のリンクのうち、車両の方位に近い方位を有するリンク
を特定する方法があるが、本発明では、，の２つの
方法の論理積（アンド）を採用する。ただし、いずれの
方法を先にするかを、メッシュごとに予め判定した上で
行う。

【００２２】この判定手法を説明する。まず、メッシュ
内の１つのノードが限界誤差範囲Ｅ内に属するか属さな
いかを判定する時間を見積り、この時間をｔ_a とする。
この時間ｔ_a は、実際にプログラムを実行して時間を計
測してノード数で割ることにより決定される。次に、メ
ッシュ内の限界誤差範囲Ｅ内のノード数を見積もる。こ
のため、メッシュ内には、ノードが一定の密度で存在す
ると仮定する。いまいずれかのメッシュＭ_i に注目する
と、そのメッシュの全面積に対する、限界誤差範囲Ｅの
重複部分（Ｅ∧Ｍ_i ）の割合Ｐ_a を算出する。そして、
そのメッシュ内のノード数Ｎ_iに重複部分の割合Ｐ_a を
かけて、重複部分に存在するノード数を推定する。

【００２３】次に、メッシュＭ_i 内のリンクのうち、車
両の方位に近い方位を有するリンクを特定するのに要す
る時間を推定する。この時間は、具体的には、ノード同
士の座標の差から、リンク方位を次の式、 ｔａｎ^-1（ｙ_j −ｙ_i ）／（ｘ_j −ｘ_i ） を用いて算出し、そのリンク方位について、 ｜車両の方位−リンク方位｜＜しきい値（３０°） が成立するか否かを判定するのに要する時間である。こ
の時間を１ノードあたりｔ_b とする。この時間ｔ_b は、
実際にプログラムを実行して時間を計測してノード数で
割ることにより決定される。

【００２４】次に、メッシュ内の全リンクに対する「車
両の方位に近い方位を有するリンク」の割合を見積も
る。このため、メッシュ内のリンク方位は、全方位に均
一に散らばっていると仮定する。したがって、その割合
Ｐ_b は、 Ｐ_b ＝２×しきい値（３０°）／３６０° となる。そして、そのメッシュ内のノード数Ｎ_i に割合
Ｐ_b をかけて、車両の方位に近い方位を有するリンク数
を推定する。

【００２５】そして、前記，の２つの方法のいずれ
を先にしたほうが、処理時間が短いかを、メッシュごと
に予め判定する。 を先にする場合：メッシュＭ_i について、メッシュ内
の限界誤差範囲Ｅ内のリンクを決定するの方法の実行
時間は、 Ｎ_i ｔ_a となる。このメッシュ内の限界誤差範囲Ｅ内のリンクに
対して、車両の方位に近い方位を有するリンクを特定す
るの方法の実行時間は、 Ｎ_i Ｐ_a ｔ_b となる。したがって、両者の和は、 Ｎ_i （ｔ_a ＋Ｐ_a ｔ_b ） となる。 を先にする場合：メッシュＭ_i について、車両の方位
に近い方位を有するリンクを特定するの方法の実行時
間は、 Ｎ_i ｔ_b となる。この特定方位のリンクに対して、メッシュ内の
限界誤差範囲Ｅ内のリンクを決定するの方法の実行時
間は、 Ｎ_i Ｐ_b ｔ_a となる。したがって、両者の和は、 Ｎ_i （Ｐ_b ｔ_a ＋ｔ_b ） となる。

【００２６】数値例をあげる。ｔ_a ＝１２μsec ，ｔ_b
＝１１μsec ，メッシュ内の限界誤差範囲Ｅの面積割合
Ｐ_a ＝０．１，方位判定のしきい値３０°，Ｐ_b ＝１／
６，メッシュ内のノード数＝１０，０００本とすると、 Ｎ_i （ｔ_a ＋Ｐ_a ｔ_b ）＝１３１，０００〔μ_sec 〕 Ｎ_i （Ｐ_b ｔ_a ＋ｔ_b ）＝１３０，０００〔μ_sec 〕 となり、の方法を先に実行し、それからの方法を実
行したほうが処理が速いことが推定できる。

【００２７】もし、メッシュ内の限界誤差範囲Ｅの面積
割合Ｐ_a ＝０．０１であれば、 Ｎ_i （ｔ_a ＋Ｐ_a ｔ_b ）＝１２１，１００〔μ_sec 〕 Ｎ_i （Ｐ_b ｔ_a ＋ｔ_b ）＝１３０，０００〔μ_sec 〕 となり、の方法を先に実行し、それからの方法を実
行したほうが処理が速いことが推定できる。

【００２８】一般に、メッシュ内の限界誤差範囲Ｅの面
積割合Ｐ_a が小さいほど、メッシュ内の限界誤差範囲Ｅ
内のリンクを決定するの方法を先にしたほうが効率が
よく、車両の方位に近い方位を有するリンクを判定する
しきい値が小さいほど、車両の方位に近い方位を有する
リンクを特定するの方法を先に実行したほうが効率が
よい。

【００２９】次に、の方法を実際に実行する場合の手
順を解説する。対象リンク抽出部５は、限界誤差範囲Ｅ
と共通部分を持つ１又は複数のメッシュを特定し、その
メッシュに含まれるノードのうち、限界誤差範囲Ｅに含
まれるノードを取り出す。これにより、始端ノード及び
終端ノードがともに限界誤差範囲Ｅに含まれるリンク
（図３のＬ_a 参照）、終端ノードのみが限界誤差範囲Ｅ
に含まれるリンク（図３のＬ_b 参照）、始端ノードのみ
が限界誤差範囲Ｅに含まれるリンク（図３のＬ_c 参照）
が特定される。

【００３０】また、始端ノードや終端ノードが限界誤差
範囲Ｅに含まれないリンクであっても、図３のＬ_d に示
したように、リンクの途中部が限界誤差範囲Ｅに含まれ
るリンクがあるので、このリンクＬ_d を追加してもよ
い。このリンクＬ_d の判定は、限界誤差範囲Ｅの対角点
座標を（Ｘ₁ ，Ｙ₁ ）、（Ｘ₂ ，Ｙ₂ ）とし、始端又は
終端ノード座標を（ｘ_i ，ｙ_i ）、他のノード座標を
（ｘ_j ，ｙ_j ）とすると、判定式 （Ｘ₁ ＜ｘ_i ＜Ｘ₂ ）ａｎｄ〔（ｙ_i ＜Ｙ₁ ）ｏｒ（Ｙ
₂ ＜ｙ_i ）〕ａｎｄ（Ｙ₁ ＜ｙ_j ＜Ｙ₂ ）ａｎｄ〔（ｘ
_j ＜Ｘ₁ ）ｏｒ（Ｘ₂ ＜ｘ_j ）〕 により行うことができる。

【００３１】なお、図３のＬ_e に示したように、リンク
が全く限界誤差範囲Ｅに含まれないリンクＬ_e は、除外
する。の方法を実際に実行する場合は、対象となるノ
ードを始端ノードとした場合の終端ノードを特定し、ノ
ード同士の座標の差から、リンク方位を次の式、 ｔａｎ^-1（ｙ_j −ｙ_i ）／（ｘ_j −ｘ_i ） を用いて算出し、そのリンク方位について、 ｜車両の方位−リンク方位｜＜しきい値 が成立するか否かを判定し、この判定式を満たさないリ
ンクは除外する。このしきい値は、走行方向検出部２の
推定方位の検出誤差に基づいて定められる。

【００３２】このようにして、１つのメッシュについて
限界誤差範囲Ｅに存在し、かつ、車両の方位に近い方位
を有するリンクが決まると、他のメッシュについても同
じ処理を行う。最終的には、限界誤差範囲Ｅに存在し、
かつ、車両の方位に近い方位を有するリンクが、メッシ
ュをまたがって求まる。マッチング評価部６は、これら
のリンクを対象にして、地図マッチング処理を行う。

【００３３】この地図マッチング手法は、公然実施され
ているので、図４を参照しながら、以下簡単に説明す
る。図４は道路地図の一部を示す図であり、多数のリン
クのうち、リンクＬ₀ 、ノードｎ₁ を始端とするリンク
Ｌ₁ 、ノードｎ₂ を始端とするリンクＬ₂ 、ノードｎ₃
を始端とするリンクＬ₃ のみが示されているとともに、
車両が破線Ｓのように、リンクＬ₀ からＬ₁ を通って走
行している状態が示されている。なお、一点鎖線Ｔは推
定位置の軌跡を示し、ａ，ｂ，ｃ，ｄは分岐、あるいは
カーブを示し、Ｅは限界誤差範囲を示している。

【００３４】まずマッチング評価部６は、車両の推定方
位が大きく回転した時点（交差点を曲がった時点）で
の、車両の推定位置Ｐと各ノードｎ₁ ，ｎ₂ ，ｎ₃ との
距離（補正値の初期値）を求める。そして、車両の走行
に連れて、車両の推定位置から、前記各ノードを始端と
するリンクＬ₁,Ｌ₂,Ｌ₃ へ下ろした垂線の距離を、前記
距離に加えていく。この値を「補正値γ」という。

【００３５】これとともに、マッチング評価部６は、車
両の推定方位とリンク方位との方位差を求める。この方
位差を「相関度α」という。マッチング評価部６は、前
記各リンクに対応する相関度α同士の大小関係を評価し
て、最も小さな相関度α₀ に対応するリンクを特定し、
この相関度α₀ との差｜α−α₀ ｜がしきい値よりも小
さい相関度αを有するリンクを１本又は複数本決定す
る。

【００３６】そして、決定されたリンクに対して、前記
補正値γの変化量Δγをそれぞれ求め、この変化量Δγ
が最小のリンクを決定し、車両の現在位置をこのリンク
上に特定する。なお変化量Δγは、刻々変化するもので
あるから、最近の期間の平均をとって、この平均値を判
定の対象にしてもよい。このとき、他のリンクに対する
補正値γも、原則として保存し続ける。したがって、走
行にしたがって、１本のリンクと、いくつかの候補リン
クとが保存されていくことになる。

【００３７】リンクは、相関度αがしきい値よりも大き
くなった場合や、補正値の変化量Δγがしきい値よりも
大きくなった場合には、削除する。すなわち、相関度α
の評価を所定タイミング毎に行い、所定のしきい値より
も大きくなった相関度αに対応するリンクや、補正値の
変化量Δγがしきい値よりも大きくなったリンクの登録
を抹消し、登録が抹消されなかったリンクに対応する補
正値γについては、以後も順次対象リンク抽出部５にお
いて新たな補正値γに更新され、再び前記の評価が行わ
れることになる。そして、前記一連の評価動作を続ける
ことにより、道路の分岐等の影響を受けて最終的に１つ
のリンクのみが残留し、この残留したリンク上の位置が
現在位置として表示され続けることになる。

【００３８】なお、本発明の実施は、前記の形態に限ら
れるものではなく、例えば、走行距離検出部、走行方向
検出部に代えて、これらと同等の機能を備えるＧＰＳ(G
lobal Positioning System) 受信機を使用することも可
能である。その他、本発明の範囲内において種々の設計
変更を施すことが可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明の位置検出装置によ
れば、地図マッチングの対象リンクを選定する前に、最
短の時間でできる選定手順を、当該手順を実行するのに
要する見積り時間に基づいて決定する。したがって、実
際に、最短の時間で、地図マッチングの対象リンクを選
定し、これらのリンクに対して地図マッチングを実行す
ることができるので、対象リンクの選定手順を固定して
いた従来の手法に比べて、地図マッチング処理に要する
時間を短くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置検出装置の一実施形態を示すブロ
ック図である。

【図２】道路地図データの構造図である。

【図３】車両の推定位置Ｐを含む限界誤差範囲Ｅ、及び
これと重複する４つの隣接メッシュＭ₁ ，Ｍ₂ ，Ｍ₃ ，
Ｍ₄ を描いた道路地図である。

【図４】地図マッチング手法を説明するための道路地図
の一部を示す図である。

【符号の説明】

１走行距離検出部 ２走行方向検出部 ３道路地図メモリ ４推定位置算出部 ５対象リンク抽出部 ６マッチング評価部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両の推定位置を決定し、この推定位置と
   道路地図データとの地図マッチングを実行することによ
   り、車両の現在位置を道路上に特定する位置検出装置に
   おいて、 地図マッチングの対象リンクを選定するために、次に
   (a) の手順、(b) の手順のいずれを採用するかを、当該
   手順を実行するのに要する見積り時間に基づいて決定
   し、この決定された手順にしたがって、地図マッチング
   の対象リンクを選定し、これらのリンクに対して地図マ
   ッチングを実行することを特徴とする位置検出装置。 (a) 一定範囲の道路地図データの中から、車両位置の誤
   差および道路地図の誤差等により生ずる推定位置の限界
   誤差の範囲の中に存在するリンクを求め、こうして求め
   られたリンクの中から、車両の推定方位との差がしきい
   値以内の方位を有するリンクを選定する。 (b) 一定範囲の道路地図データの中から、車両の推定方
   位との差がしきい値以内の方位を有するリンクを求め、
   こうして求められたリンクの中から、車両位置の誤差お
   よび道路地図の誤差等により生ずる推定位置の限界誤差
   の範囲の中に存在するリンクを選定する。
2. 【請求項２】前記「当該手順を実行するのに要する見積
   り時間」は、前記一定範囲の道路地図の面積に対する、
   推定位置の限界誤差範囲の面積の割合、及び全方位（３
   ６０°）に対するしきい値の角度の割合に基づいて見積
   もられることを特徴とする請求項１記載の位置検出装
   置。