JP2004361454A

JP2004361454A - 地図データベースおよびそれを用いた地図描画方法ならびに地図描画装置

Info

Publication number: JP2004361454A
Application number: JP2003156357A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Yabe; 哲朗矢部
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2004-12-24
Anticipated expiration: 2023-06-02
Also published as: JP4357213B2

Abstract

【課題】本発明は、高緯度地域でも低緯度地域でも、品位が同じような地図を表示することができる、地図データベースおよびそれを用いた地図描画方法ならびに地図描画装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る地図データベースは、ディスプレイ上に地図を描画させるための地図データを含む。地図データには、地表面の地形等の長さおよび面積をヤコビアン計算式により算出し、算出された長さおよび面積に関する地形データが含まれる。このような球面データを用いることで、より正確な地図の表示を行うことができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナビゲーション装置等に用いられる地図データベースに関し、特に、地球上の実際の地形に則した地図データを含む地図データベースおよびそれを用いた地図描画方法ならびに地図描画装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ナビゲーション装置は、車両の現在位置を検出することで、ＤＶＤやハードディスク装置（ＨＤＤ）等の記憶媒体から車両位置周辺の地図データを読み出し、ディスプレイに地図を描画するとともに該地図上に車両マークを重ねて描画する。車両の移動により現在位置が変化すると、それに合わせて地図をスクロールさせたりあるいは地図上の車両マークを移動させ、ユーザーに車両位置周辺の地図情報を判りやすく提示している。
【０００３】
地図データは、一般に地球上の地形を、所定の緯度幅および経度幅を有するメッシュにより複数に分割して構成されている。各メッシュは、矩形状もしくは正方形状の図葉と言うこともでき、各図葉は所定の緯度幅および経度幅を有している。ナビゲーション装置において、例えば図７に示すように、ディスプレイ２００の自車位置２１０を中心にその周辺地図を描画するとき、自車位置の緯度および経度に対応する複数の図葉がデータベースから読み出され、これらの図葉がディスプレイ２００上に表示される。１つの図葉２２０は、その経度幅を頂点Ａ１とＡ２（またはＡ３とＡ４）の間隔で規定され、緯度幅を頂点Ａ１とＡ３（またはＡ２とＡ４）の間隔で規定されている。
【０００４】
このような地図データにより地図表示を行うとき、高緯度地域と低緯度地域とでは、その描画方法が異なる。同じ経度幅であっても、赤道付近（緯度０度）の実際の距離は、緯度６０度付近の距離の２倍である。言い換えれば、緯度６０の図葉の経度幅の距離は、赤道の図葉の経度幅方向の距離の半分である。このため、ディスプレイ２００に所定の倍率で地図画面を表示するとき、高緯度地域の場合には、低緯度地域の場合よりも多くの図葉を必要とする。例えば、赤道付近の地図表示のときに図葉が４枚必要であったとすると、緯度６０度付近の地図表示を行うには、その２倍の８枚の図葉を必要する。
【０００５】
従って、高緯度地域の地図を表示する場合には、地図表示のためのデータ量が多くなり、それを描画する描画時間も長くなってしまうという問題がある。
【０００６】
この問題を解決する一つに、例えば特許文献１は、高緯度地域が相対的に低緯度地域となるように地軸を仮想的に傾けた座標系を基準とし、一定の経度幅を基準とした矩形領域単位で切り出した地図データを用いて地図表示を行うこととしている。
【０００７】
また、特許文献１とは別に、高緯度地域の地図を表示するときに、地図データを圧縮することでデータ量および描画時間を短縮させる方法がある。例えば、緯度が高くなるにつれて、経度方向のデータをより圧縮する手法がある。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−３５１３０７号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の地図データの作成および描画には次のような課題がある。特許文献１に示す方法の場合、高緯度地域が相対的に低緯度地域になるようなデータの変換処理が必要となり、この作業は非常に煩雑である。
【００１０】
また、地図データを経度方向に圧縮する場合、地図データは必ずしも実際の地表面の地形を正確に表したものではないため、高緯度になるに従い、地図が密な状態となってしまう。ディスプレイ上に地形等を描画するためにポリゴンデータを用いるとき、そのポリゴンの長さや面積は、実際の地表面の地形の長さや面積から相当の誤差を含んでいる。ポリゴンの長さは、全くの平面を仮定し、かつピタゴラスの定理および基準となる緯度での緯度経度幅での地表上での長さの比を用いて算出するのが一般的である。例えば、ヨーロッパ全土の地図データを作成する場合、英国の緯度経路幅に対する長さを基準にして高緯度地方のフィンランドや、低緯度地方のポルトガルの長さを求めると、実際よりもフィンランドは長く計算され、ポルトガルでは短く計算されてしまう。また、ピタゴラスの定理では、球面での弧の長さの計算ができないため、長い距離の計算では地球の内部を通る距離の計算によって近似しなければならない。これは面積についても同様である。このため、赤道付近の経度緯度幅（例えば１度×１度）と、極付近の経度緯度幅（１度×１度）とでは、実際の面積の違いを表現することが困難であった。故に、長さや面積を圧縮しようとした場合、本当の長さや本当の面積に基づいて圧縮を行うことができないため、高緯度地方ほど密な（混んだ）状態となってしまう。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題を解決し、地球上の実際の地形に則した地図データを含む地図データベースおよびそれを用いた地図描画方法ならびに地図描画装置を提供することを目的とする。
さらに本発明は、高緯度地域でも低緯度地域でも、品位が同じような地図を表示することができる、地図データベースおよびそれを用いた地図描画方法ならびに地図描画装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る地図データベースは、ディスプレイ上に地図を描画させるための地図データを含む。地図データには、地表面の地形等の長さおよび面積をヤコビアン計算式により算出し、算出された長さおよび面積に関する地形データが含まれる。このような地形データを用いることで、地表面の地形に則した正確な地図の描画を行うことができる。
【００１３】
好ましくは地図データは、所定の経度幅および所定の緯度幅によって規定される複数の図葉に分割され、各図葉は地図を描画するためのポリゴンデータを含み、ポリゴンデータが地形データを含んでいる。ポリゴンデータは、川、鉄道、道路等の線状の長さを有するもの、島、湖、沼等の２次元的な面積を含むものを含み、ヤコビアン計算式によって算出された球面上の線状の長さおよび２次元的な面積は、これらの実際の地表面のものを高精度に表すことができる。
【００１４】
本発明に係る地図描画方法は、上記地図データベースから地図データを読み出すステップと、ディスプレイの表示画面の倍率に応じて設定されたしきい値と前記地形データとを対比し、ディスプレイに描画すべき地図データを選択するステップと、選択された地図データに基づきディスプレイ上への地図を描画するステップとを有する。これにより、しきい値よりも小さな長さまたは面積をもつ地図データの描画を一律にカットすることができる。この場合、地形データは、地表面の地形に則した長さおよび面積を含むものであるから、高緯度地域や低緯度地域であっても、同じような品位での地図表示が可能となる。
【００１５】
地図描画方法はさらに、読み出された地図データの緯度に応じて地図データを圧縮するステップを含むものであってもよい。高緯度になると、緯度方向の距離が短くなる分、ディスプレイ上に表示される地図データ（図葉）が増加するので、それを是正するために地図データの圧縮を行うことができる。この場合、地図データは、ヤコビアン計算式により算出された地形データを含むため、高緯度の地図データを経度方向に圧縮しても、従来技術のような高緯度での混雑した状態をなくし、見やすい地図画面を提供することができる。
【００１６】
本発明に係る地図描画装置は、上記した地図データベースと、地図を表示するためのディスプレイと、前記地図データベースからの地図データを読出し、ディスプレイの表示画面の倍率に応じた地図データを選択し、これを前記ディスプレイに描画させる描画制御手段とを有する。これにより、実際の地表面の地形に近い地図を正確に表示させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態では、地図データを作成する上で、実際の地表面の地形に則した面積、長さを求める。図１（ａ）に示すように、曲面上の点ｒは２つのパラメタによって表すことができる。一般的にはこの２つのパラメタとして文字ｕとｖを用い、ｒ＝ｒ（ｕ，ｖ）の位置ベクトルによって表される。地球を、半球ａの球面と仮定し、球面上の点ｒを極座標で表すと数式（１）のようになる。
【数１】

【００１８】
球面上の点ｒを、ｘ、ｙ、ｚの３次元空間を極座標で表すと、数式（２）、（３）のようになる。これにより、図１（ｂ）に示すような球面上の線素ｄｓと面積要素ｄＳを求める。
【数２】

【数３】

【００１９】
曲面上の２点ｒ（ｕ，ｖ）とｒ（ｕ＋ｄｕ，ｖ＋ｄｖ）を結ぶ線素ｄｓの２乗は、２点間のベクトルを２乗したものに等しい。線素ｄｓは、数式（４）に示す曲面の第１基本微分方程式によって表される。これによって線素ｄｓおよび面積要素ｄＳは、数式（５）および（６）によって表される。
【数４】

【数５】

【数６】

【００２０】
曲面上の長さは、数式（７）に示すように、線素ｄｓを積分することによって求めることができ、同様に、面積は数式（８）に示すように、面積要素ｄＳを積分することによって求めることができる。このような球面上の線および面積の算出方法は、いわゆるヤコビアンの計算式として知られている。
【数７】

【数８】

【００２１】
上記計算式により求められた球面上の長さや面積は、地表面上の実際の地形の長さや面積を正確に反映するものであるため、例えば、極付近であっても、正確な面積や長さを求めることができる。
【００２２】
次に、地図データベースの作成方法について説明する。初めに、オリジナルの地図データを準備する。これは、例えば、今まで使用していた地図データであっても良いし、それ以外の本発明による加工が施される前の地図データであっても良い。ここでは理解を容易にするため、記憶装置から各図葉毎の地図データを読み出し、これを地図データ作成装置によって上記数式に従い地図データを作成する例を説明する。
【００２３】
図２は、本実施の形態に係る地図データ作成装置１０の構成を示す。地図データ作成装置１０は、上記数式によって処理されるべき地図データを記憶するハードディスク等から成る記憶装置１２と、地形の長さや面積を算出する演算等を実行する画像処理プロセッサ１４と、上記計算式を行わせるためのプログラムや演算処理結果等を記憶するメモリ１６とを備えている。
【００２４】
地図データ作成装置１０により地図データを作成するときの動作フローを図３に示す。記憶装置１２から、処理対象となる図葉の地図データを読み出す（ステップＳ１０１）。図葉は、上述したように、各頂点Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４に、緯度、経度が割り当てられている。また図葉には、山や島などを表すための陸系のポリゴンデータ、海、湖、沼、川等を表すための水系のポリゴンデータ、道路（リンク）を表すためのポリゴンデータ等が含まれている。これらポリゴンデータは、ポリゴンの表示位置を特定するための位置情報を含み、位置情報は、例えば、図葉の各頂点からのポリゴンのオフセット量によって規定される。
【００２５】
次に、図葉に含まれるポリゴンデータを、線状のものと、２次元的なものに選別する（ステップＳ１０２）。線状のものは、例えば、川、道路、鉄道のような長さをもつポリゴンであり、２次元的なものは、例えば、海、湖、島等のような面積をもつポリゴンである。
【００２６】
次に、選別された線状のポリゴンおよび２次元的なポリゴンについて、上記数式により、地表面に則した長さおよび面積を求める（ステップＳ１０３）。球面上の位置は、上述したようにポリゴンデータのオフセット量によって特定することができる。また、線状のポリゴンについての長さを求める場合、その形状が複雑であれば、複数の地点をサンプリングして、複数の２点間距離を合計するようにしてもよい。同様に、２次元的な面積が複雑な形状である場合には、これを複数の面積に分割して、個々の面積を合計するようにしてもよい。このような算出をすることで、従来と比較して、実際の地形等に極めて近いポリゴンデータを作成することができる。
【００２７】
画像処理プロセッサ１４は、算出された長さや面積の地形データをポリゴンデータとして記憶装置１２に記憶する（ステップＳ１０４）。すべての図葉について終了するまで、上記処理が繰り返される（ステップＳ１０５）。
【００２８】
なお、上記説明では記憶装置に記憶された図葉の地図データを処理する例を説明したが、これに限らず、地表面の地形等を空撮した写真データやそれと同等の地形データを用いて、ポリゴンデータの作成を行うようにしても良い。
【００２９】
次に、上記プロセスによって作成された地図データベースを用いた地図描画装置について説明する。地図描画装置としては、好ましくはナビゲーション装置が用いられる。図４にナビゲーション装置の概略構成を示す。ナビゲーション装置２０は、ナビゲーション機能およびオーディオ機能等を有する制御部２２と、ＧＰＳ受信機等により自車両の位置を検出する位置検出部２４と、ユーザーからの指示を入力する入力部２６と、ナビゲーション表示に必要な地図データを記憶する記憶装置２８と、スピーカー等を備えた音声出力部３０と、ディスプレイ等を備えた画像出力部３２とを有している。
【００３０】
次に、ナビゲーション装置によって高緯度地域および低緯度地域の地図を描画する例を図６を参照して説明する。制御部２２は、位置検出部２４によって検出された自車位置に対応する緯度、経度を有する複数の図葉を記憶装置２８から読み出す（ステップＳ２０１）。制御部２２は、必要に応じて、その緯度に対応する地図データの圧縮を行う（ステップＳ２０２）。例えば、北緯６０度あれば、その緯度方向の距離が北緯０度と比べて１／２になるので、それに対応して、経度方向の長さや面積を１／２に圧縮するようにしてもよい。また、一定の大きさよりも小さいポリゴンの描画を削除するようにしてもよく、この場合には、ポリゴンデータに付加された地形データ（ヤコビアン計算式により求められた地形の長さ、面積）を参照して容易に行うことができる。
【００３１】
次に制御部２２は、画面表示の倍率に対応するしきい値を設定する（ステップＳ２０３）。倍率の高い詳細な画面表示であるときには、より細かな地形等を表示する必要があるが、倍率の低い広域な画面表示であるときには、細かな地形等を表示する必要はない。例えば液晶ディスプレイにより地図を表示させる場合、少なくともＸ、Ｙ方向の１ドットに満たないような大きさの地形であれば表示することができないので。このため、図５に示すように、表示画面の倍率がＭ１からＭｎに向けて高くなるに従い、描画すべきポリゴンの大きさを決定するしきい値をＫ１からＫｎに小さく設定し、これにより、倍率が低い画面では一定の大きさに満たないポリゴンを表示しないような描画を行い、倍率が高い画面ではより小さなポリゴンまで表示できるような描画を行う。ここで設定されるしきい値は、緯度や経度に無関係であり、絶対的な面積もしくは長さを表す値である。しきい値は、制御部２２の図示されないメモリ部に記憶されている。
【００３２】
制御部２２は、ディスプレイの表示倍率に応じたしきい値により、ポリゴンを描画すべきか否かを判定する（ステップＳ２０４）。上述したように、図葉のポリゴンデータには、実際の地表面の地形等に則した正確な面積や長さのデータが含まれているため、その判定は、面積または長さのデータとしきい値とを対比することで容易に行うことができる。こうして、しきい値より小さい面積、長さをもつポリゴンは間引かれた地図が表示される（ステップＳ２０５）。
【００３３】
特筆すべきことは、ポリゴンデータに含まれる面積や長さのデータは、従来のようにある基準の緯度・経度と対比して算出されたり、ピタゴラスの定理により算出されたものとは異なり、地表面上の実際の地形を非常に高精度に表すものである。このため、高緯度地域におけるデータ圧縮を行っても、高緯度地域の地図が混雑したり歪んだりすることを是正できる。さらに、しきい値は、緯度、経度に無関係に設定することができるため、低緯度地域や高緯度地域を問わずして、同じような品位で、同じような見栄えの地図の表示を得ることができる。
【００３４】
なお、上記例では、制御部２２が図葉を記憶装置から読み出して、緯度に応じた圧縮を行う例を説明したが、これに限らず、地図データベースに含まれている図葉について、予め高緯度地方の圧縮を行い、これを記憶装置に記憶させておいても良い。
【００３５】
本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、地表面の地形等をヤコビアン計算式により算出することで、実際の地形に則した長さや面積を有する地図データを作成することができる。また、このような地図データベースを利用して地図の描画を行うことで、高緯度地域の地図のひずみ等を是正し、かつ、表示画面の倍率に応じたしきい値により緯度による品位の差のない地図画面を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による曲面上の線素および面積要素の算出方法を説明する図である。
【図２】本実施の形態による地図データベースを作成するための地図データ作成装置の構成を示す図である。
【図３】本実施の形態による地図データベースの作成フローを示すフローチャートである。
【図４】ナビゲーション装置の概略構成を示す図である。
【図５】画面表示の倍率としきい値との関係を示す図である。
【図６】本実施の形態による地図データベースを利用した地図描画の動作を示すフローチャートである。
【図７】ディスプレイに表示される図葉を説明する図である。
【符号の説明】
１０地図データ作成装置１２記憶装置
１４メモリ２０ナビゲーション装置
２２制御部２４位置検出部
２６入力部２８記憶装置
３０音声出力部３２画像出力部

Claims

ディスプレイ上に地図を描画させるための地図データを含む地図データベースであって、
地表面の地形等の長さおよび面積をヤコビアン計算式により算出し、算出された長さおよび面積に関する地形データを地図データとして含む、地図データベース。
前記地図データは、所定の経度幅および所定の緯度幅によって規定される複数の図葉に分割され、各図葉は地図を描画するためのポリゴンデータを含み、ポリゴンデータは前記地形データを含んでいる、請求項１に記載の地図データベース。
請求項１または２に記載の地図データベースを用いた地図描画方法であって、
前記地図データベースから地図データを読み出すステップと、
ディスプレイの表示画面の倍率に応じて設定されたしきい値と前記地形データとを対比し、ディスプレイに描画すべき地図データを選択するステップと、
選択された地図データに基づきディスプレイ上への地図を描画するステップと、を有する地図描画方法。
前記地図描画方法はさらに、読み出された地図データの緯度に応じて地図データを圧縮するステップを含む、請求項３に記載の地図描画方法。
前記描画すべき地図データの選択は、ポリゴンデータについて行われる、請求項３に記載の地図描画方法。
請求項１または２に記載の地図データベースと、
地図を表示するためのディスプレイと、
前記地図データベースからの地図データを読出し、前記ディスプレイの表示画面の倍率に応じた地図データを選択し、これを前記ディスプレイに描画させる、描画制御手段と、を有する地図描画装置。
前記描画制御手段はさらに、地図データの緯度に応じて地図データを圧縮する、請求項６に記載の地図描画装置。