JP2001518196A - 推測航法ナビゲーションによる位置測定方法およびナビゲーション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 推測航法ナビゲーションによる位置測定方法およびナビゲーション装置において、距離センサ（１３）と方向センサ（１４）の測定値に基づき計算された位置が、記憶されているディジタルロードマップ上の推定位置と比較される。算出位置と対応するディジタルロードマップ上の位置との偏差は、メモリ（１１）に記憶させることができる。記憶された偏差によって補正値のための基礎が形成され、算出された位置をこの補正値によって補正することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 推測航法ナビゲーションによる位置測定方法およびナビゲーション装置 本発明は、たとえば自動車用の推測航法ナビゲーションを用いた位置測定方法 およびナビゲーション装置に関する。この場合、走行距離と方向が加算される。 このようにして計算されて見つけ出された位置が、ディジタル化されたロードマ ップ上の推定位置と比較され、補正される（マップマッチング、map matching） 。 ドイツ連邦共和国特許出願DE 35 19 277により、推測航法ナビゲーション（Ko ppelnavigation，Dead Reckoning）に基づく自動車用のナビゲーション方法が開 示されている。この場合、最終目的地に到達するとユーザは、計算された位置と 実際の所在地との偏差をボタン操作により求めることができる。それにより、方 向測定と距離測定に対する補正値が求められる。そしてこれらの補正値を用いる ことで、方向測定と距離測定に対する持続的な一定の誤差をそれぞれ補正するこ とができる。 国際公開WO 93/09509によりカーナビゲーション用のセンサシステムが知られ ており、これによればセンサを再較正する目的でセンサの誤差成分が求められ る。 また、アメリカ合衆国特許5,394,333には、ＧＰＳおよび推測航法ナビゲーシ ョンを備えたカーナビゲーションシステムについて記載されている。この場合、 推測航法ナビゲーションにより計算された位置がロードマップに関連づけられる 。そしてロードマップとＧＰＳにより探索された位置との差から、ＧＰＳナビゲ ーションの補正値が求められる。 ドイツ連邦共和国特許出願DE 42 11 933 A1から、ＧＰＳ受信機のための補正 値を形成する推測航法ナビゲーション用のナビゲーション装置が公知である。こ の場合、推測航法ナビゲーションにより求められた位置と大容量記憶装置から読 み出された道路位置座標との比較により、補正値が求められる。この補正値は、 衛星受信から得られた位置データの修正のため、ＧＰＳ受信機へ供給される。こ の場合、大容量記憶装置に格納されている道路のディジタル化の誤差が、フィル タリングされることなく補正値に入り込む。 さらにドイツ連邦共和国特許35 19 277から、推測航法ナビゲーション措置を 備えた自動車のためのナビゲーション方法が公知である。これによれば、走行目 的地に到達したとき、入力された走行目的地と推測航法ナビゲーションによって 求められた所在地との偏差を求めることで、補正値が形成される。 本発明の課題は、算出位置と推定位置との誤差が変 化しても、推測航法ナビゲーションによって精確な位置測定を行うことができる ようにした方法およびナビゲーション装置を提供することにある。 この課題は、推測航法ナビゲーションを用いた独立請求項記載の位置測定方法 およびナビゲーション装置により解決される。従属請求項には有利な実施形態が 示されている。 本発明によれば、推測航法ナビゲーションにより算出された位置（センサ位置 ）と、ロードマップ上でそれに対応する推定位置との誤差が記憶される。一連の 誤差または偏差から特定のエラーイメージが得られ、これは推測航法ナビゲーシ ョンにより算出された位置の補正に使用される。このエラーイメージは、方向セ ンサまたは距離センサのレベルで補正を導入し、測定角度や測定距離の補正値を 供給するためには用いられない。本発明によればプロセッサのレベルでの補正が 行われ、センサのレベルでの補正は行われない。 その際、補正値形成に用いられるディジタルロードマップ上の対応位置が、マ ップマッチングによりすでに確実なものとして評価された位置である必要はない 。単にディジタルロードマップ上で追跡された（トラッキング）位置を用いても よく、この場合、実際の位置であるという確実性は、推測航法ナビゲーションの ために請け負うほどまだ高くない。 ディジタルロードマップ上で、ナビゲーション装置 の目下の位置つまりはそれを装備している車両の目下の位置が存在するかもしれ ない複数の経路を同時に追跡する場合、デイジタルロードマップ上の（考えられ 得る）複数の位置が、推測航法ナビゲーションにより求められた位置と対応する 可能性がある。推測航法ナビゲーションにより計算された位置との偏差を求める ためには、考えられ得る位置のうち、目下の所在地が存在するということが最も 高い確実性であてはまる経路上に存在する位置が、最も適している。この確実性 を求めるため目的でたとえば、前に確かに利用された経路との一致、センサによ り測定された方向とディジタル化された経路の方向に関する一致の程度、あるい は測定位置に対する近さなどの判定基準を用いることができる。択一的に、測定 された（センサ）位置に関して、種々の経路上で考えられ得る個々の対応位置に 対する複数の偏差を求めて記憶することができる。 算出位置と推定位置との偏差を算出位置へ連続的にフィードバックすることに よって、エラーイメージが変化したとしても信頼性のある位置測定が行われる。 このことはたとえば、誤差が動作温度に依存するジャイロスコープによる方向測 定の場合に該当する。 １つの有利な実施形態によれば、エラーイメージ中の跳躍的変化によっても、 そのことが補正値には表れない。これはたとえば、新たに格納すべき偏差とすで に格納されている偏差との差に対し限界値を規定する ことによって実現できる。このようにすれば、ロードマップのディジタル化にお ける誤差に起因する識別された偏差が補正値に入り込まないようになる。また、 幅の広い車道上のカーブ走行のときにも、選択した車線に依存して同様の誤差の 発生する可能性があるし、あるいはナビゲーション装置を装備した自家用車が交 差点で斜めに止まり、したがってその向きがディジタルロードマップによる道路 の延びとは一致していない場合も、同様な誤差の発生する可能性がある。 補正値形成のための適切な尺度は、記憶されている先行の一連の偏差の標準偏 差である。 有利には、新たに記憶すべき偏差が規定の限界値を超えるまで、記憶すべき相 前後する偏差によって時間窓または誤差窓が形成される。限界値を超えると次に 、新たな補正値を求めるために新たな時間窓または誤差窓の形成が試行される。 本発明によるナビゲーション装置および本発明による方法を、ＧＰＳ位置測定 （Global Positioning System）と組み合わせて使用することもできる。 図面と関連する実施例の説明にはその他の利点、特徴ならびに適用形態が示さ れている。 図１は本発明によるナビゲーションシステムを示す図であり、図２は「エラー ウィンドウ」の特定の様子を示す図である。 図１には、ＲＡＭ１１または揮発性メモリ、マイク ロプロセッサ１２、タコメータ信号または走行距離計１３１のための入力側１３ 、ならびに方向測定器として構成されたジャイロスコープ１４１のための入力側 １４１を有している。なお、入力側１４とジャイロスコープ１４１を、ナビゲー ション装置１のケーシング内に配置してもよい。 ＲＡＭ１１、入力側１３，１４およびＣＤ−ＲＯＭ１６１またはＤＶＤ（Digi tal Versatile Disk）のためのドライブ機構１６として構成された大容量記憶装 置は、システムバス１５を介してマイクロプロセッサ１２と接続されている。 マイクロプロセッサ１２は、入力側１３を介して走行距離計１３１の距離信号 を受け取り、入力側１４を介してジャイロスコープ１４１の方向信号を受け取る 。これらの信号は短い間隔で測定される。それぞれ測定された距離と方向は、位 置測定の目的で加算されるベクトルのために用いられる。１回または複数回、加 算が行われた後、計算された算出位置と、ディスク１６１に格納されているディ ジタル化されたロードマップ上の推定位置との比較が行われる。 この目的で、直前の比較以来またはスタート以来計算されてきた走行距離と、 ディジタルロードマップに基づく走行距離とが比較される。これに加えて、計算 された車両の向きとディジタルロードマップ上の該当道路の向きも比較される。 そしてその差が、比較以後 行われた距離ないしは方向の加算回数により除算される。この除算の結果を以下 では偏差と称する。 一般に、計算された位置ごとにはディジタルロードマップとの比較は行われな い。走行中、算出位置とデイジタルロードマップとが２回、比較されるとただち に、メモリ１１に格納されていた偏差から距離偏差と計算され、ここでｅ₁およびｅ₂は求められた最初の２つの偏差である。なお、走 行中、さらに多くの個数の偏差ｅ₃〜ｅ_nを標準偏差の算出に利用してもよい。 ディジタルマップに基づく比較以降の走行距離は、デカルト座標を用いて簡単 に示すことができる。すなわち、 であり、ここでｘ（ｔ₁）とｙ（ｔ₁）は、計算された位置との先行の比較におい て、ディジタルロードマップの推定適正位置とみなされた座標であり、ｘ（ｔ₂ ）とｙ（ｔ₂）は、新たな比較においてデイジタルロードマップ上の推定位置と みなされた座標である。 図２には、ディジタルロードマップ上における対応する推定位置からの距離に 関する偏差ｅの時間経過特性が示されている。最初の２つの偏差が求められた後 、両方の偏差を加算して２で除算することにより平均 値が算出される。さらに標準偏差が求められる。そして一連の偏差の流れに対す る上限および下限を求めるために、標準偏差と平均値の差が計算される。その際 、平均値にこの差を足すことで上限が形成され、平均値から標準偏差を引くこと で下限が計算される。 距離偏差の平均値は、算出位置とディジタルロードマップ上の推定位置が次に 比較されるまで、推測航法ナビゲーションにより計算される次の位置または多数 の算出位置の補正に利用される。 新たに測定された偏差が標準偏差を用いて定められた限界値内にあれば、先行 の偏差に対する新たな偏差が記憶され、記憶されている偏差に対する新たな平均 値と、新たな標準偏差と、これら新たな平均値と新たな標準偏差に基づく新たな 下限および上限が計算される。最後のフレームまたはウィンドウ内には、連続的 な平均値が破線で示されている。 同じ形の誤差経過特性がある期間にわたって生じていれば、求められた誤差が 算出位置にフィードバックされることで推測航法ナビゲーションの精度が徐々に 高められていく。 新たに求められた偏差が設定された限界を超えると、これまでの一連の偏差が メモリ１１から消去され、上述のようにして新たな一連の偏差によってやりなお される。 さらにこのやり方を、別の判定基準によって付加的 にきめ細かくすることができる。この場合、格納されている一連の偏差を、新た な偏差が規定の限界値を超えた状況であっても、それに続く偏差が再び限界内に あれば、そのまま利用し続けるようにすると好適である。この場合、限界値によ り規定されたフレームあるいはウィンドウからはずれた偏差は記憶する必要がな い。 また、最後の２つの偏差が設定された限界値を超えていたならば、先行の偏差 がメモリから消去され、新たな２つの偏差が新たな標準偏差、新たな限界値なら びに新たな平均値の計算に用いられ、これは誤差補正に使われる。 新たに求められた偏差が規定の限界内に収まっていても、新たな偏差と先行の 偏差が互いに正反対の限界付近にあったならば、メモリからのこれまでの一連の 偏差の消去ならびに新たな一連の偏差の形成が推奨される。これはたとえば、上 限と下限との差をみて一方の偏差が上限に２０％よりも近くに寄っており、他方 の偏差が下限に２０％よりも近くに寄っている場合である。 上述のステップは、距離誤差についてだけでなく方向誤差についても同じよう にして行われる。 既述のシステムは先行の誤差から学習する。一連の偏差をそのまま用いるか中 止するかの判定に用いられる固定された限界値の形成とは異なり、既述の動的な 限界値の使用により、誤動作とみなせる状況とノイズとが区別される、という利 点が得られる。それどころか既述のシステムは、可変のエラーイメージへの整合 が可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．距離測定用センサ（１３１）のための少なくとも１つの入力側（１３）と、 方向測定用センサ（１４１）のための少なくとも１つの入力側（１４）と、 前記のセンサ（１３，１４）の測定値に基づき位置計算をするための少なく とも１つのプロセッサ（１２）が設けられている、 推測航法ナビゲーションのためのナビゲーション装置において、 メモリ（１１）に、それぞれ算出された位置とディジタルロードマップ上の 対応位置との一連の偏差が記憶されており、 記憶されている偏差に基づき形成された補正値によって前記算出位置が補正 され、 新たに記憶すべき偏差が規定の限界を外れるまで、補正値形成のため前記メ モリ（１１）に一連の偏差が記憶されることを特徴とする、 推測航法ナビゲーションのためのナビゲーション装置。 ２．新たな一連の偏差が、目下の一連の偏差の標準偏差またはまえもって規定さ れた値よりも大きい差を相互間で有していなければ、該一連の偏差が補正値形成 のために記憶される、請求項１記載のナビゲー ション装置。 ３．記憶される偏差は、前記算出位置とデイジタルロードマップ上の対応位置の 差形成により形成され、先行の差形成以降に加算された距離および／または方向 の個数により除算された値である、請求項１または２記載のナビゲーション装置 。 ４．推測航法ナビゲーションによる位置測定方法において、 プロセッサにより、走行距離と方向に関する測定値からベクトルを形成して 加算するステップと、 算出された位置とそれに対応するディジタルロードマップ上の推定位置との 差を形成し、推定位置からの偏差として記憶するステップと、 時間的に相前後する偏差に基づき補正値を求めるステップと、 該補正値をそれ以降に算出される位置にそれぞれ加算するステップを有する ことを特徴とする、 推測航法ナビゲーションによる位置測定方法。 ５．前記補正値を偏差の平均に基づき形成する、請求項４記載の方法。 ６．時間的に相前後する偏差を、補正値により算出された位置とそれに対応する ディジタルロードマップ上の推定位置との差が、以前に求められた偏差よりも大 きくなるまで、または相前後する偏差の標準偏差よりも大きくなるまで、または まえもって規定さ れた値よりも大きくなるまで、補正値形成に利用する、請求項４または５記載の 方法。 ７．時間的に相前後する最小数の偏差が求められてはじめて補正値を形成する、 請求項４〜６のいずれか１項記載の方法。 ８．算出位置とそれに対応するディジタルロードマップ上の推定位置との差を、 ベクトルの加算を１回または複数回行った後でそれぞれ求め、該ベクトルを走行 距離と方向に関する測定値から形成し、求められた差をディジタルロードマップ との先行の比較以降に行われたベクトル加算の回数で除算することにより、格納 すべき偏差を形成する、請求項４〜７のいずれか１項記載の方法。 ９．偏差を値と角度に従って別個に、またはデカルト座標系のｘ方向とｙ方向に 従って別個に記憶させる、請求項４〜８のいずれか１項記載の方法。 10．ディジタルロードマップ上の対応する推定位置として、確実に該当する位置 であるとは識別されなかった複数の可能な位置を選択する、請求項４〜９のいず れか１項記載の方法。