JP2012520491A - 高度情報を使用してデジタル地図を更新する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、デジタル地図を更新し且つグローバルナビゲーション装置をデジタル地図に一致させる方法に関する。そのようなナビゲーション装置は、衛星（２２、２６）からのＧＰＳ信号（２０、２４）に依存する。１つの適切に記載されたナビゲーション装置における位置誤差の原因は、ＧＰＳマルチパスの現象により発生する。緯度／経度方向のＧＰＳマルチパス誤差は、高度における誤差と密接に相互に関連付けられることが明らかになってきている。ＧＰＳプローブデータの高度値を高度に対する基準仕様と比較することにより、低信頼プローブデータ（異常値）が容易に識別及び選別される。また、そのような技術は、特定の道路区分への一致及び慣性誘導装置等の他の位置決め技術に戻らないかを確認するために、移動ナビゲーション装置により用いられる。ローカル高度が確実に認識されない場合には、収集されたプローブデータから推定値が直接導出される。
【選択図】図６

Description

本発明は、道路又は小道の情報を表示する種類のデジタル地図に関し、特に、高信頼プローブデータを使用してデジタル地図に含まれた情報を更新する方法及び高信頼ＧＰＳデータのみを使用して移動ナビゲーション装置をデジタル地図に一致させる方法に関する。

例えば図１において示されたようなパーソナルナビゲーション装置は、ＧＰＳ又は他のデータストリームからの正確な位置決めデータと組み合わせられたデジタル地図を利用する。これらの装置は、ナビゲーション補助を求める通勤者、交通費を最小限にしようとする企業及び多くの他の用途のために開発されている。そのようなナビゲーションシステムの効果は、実質的に、デジタル地図及び関連した属性データの形態で提供された情報の精度及び完全性に依存する。同様に、そのようなナビゲーションシステムの効果は、ナビゲーション装置の実際の実世界の場所をデジタル地図の対応する部分に正確に且つ迅速に一致させることに更に依存する。一般にナビゲーションシステムは、図１において例示されたように、各街路又はパスの大よそ中央に沿って走るセンターラインを含む道路網を一連の線分として描く小型の表示画面又はグラフィックユーザインタフェースを含む。移動者は、一般にそのセンターラインに近接するか又はそのセンターラインに対するデジタル地図上に配置される。例えばＴｏｍＴｏｍ Ｎ．Ｖ．（ｗｗｗ．ｔｏｍｔｏｍ．ｃｏｍ）により製造されたそのようなＧＰＳ対応のパーソナルナビゲーション装置は、プローブデータポイントを生成するようにプローブと共に更に構成されてもよい。当然、ハンドヘルドデバイス、移動電話及びＰＤＡ等を含むプローブデータポイントを生成するために、他の適切な装置が使用されてもよい。

道路情報を示し且つ処理するコストが非常に高いため、デジタル地図を生成及び更新するには多大なコストがかかる。方法の調査又は衛星画像のデジタル化は、デジタル地図を作成するためにこれまで採用されてきたが、誤った入力ソース又は不正確な入力ソース、あるいは不完全な推論手順のために誤り又は系統誤差を発生させやすい。道路形状は経時変化するため、デジタル地図が作成されると、地図情報を最新の状態に維持するのはコストが高い。

図２は、この場合は２方向の交通をサポートする双面通行道路であるデジタル地図の断片部分を示す。車道の主幹線は１０で示され、主幹線１０から略垂直に延在する支線道路は１２で示される。

例えば、ある特定のクラスタ化技術を使用して地図を漸次習得するために、低コストの位置決めシステム及びハンドヘルドデバイス、並びに一体型ＧＰＳ機能性を含む移動電話からプローブデータ入力（すなわち、定期的にタイムスタンプを押された位置記録）を取得することが知られている。処理される入力は、殆ど全ての既存のＧＰＳ装置によりサポートされる標準ＡＳＣＩＩストリームの形態で記録されたＧＰＳ追跡から構成される。出力は、移動時間情報と関連付けられたノード及びエッジを含む有向グラフの形態の道路地図である。従って、ナビゲーション装置と適切に適合した移動者は、規則的な距離で作成されたノードを含むプローブデータの形態の追跡地図を生成してもよい。ノード及びエッジは、デジタル地図テーブル又はデータベースに格納される。この技術を用いて、アルゴリズムをフィルタリング及び区分することにより、道路形状が推測され且つ収集されたプローブデータポイントが改善される。この技術を更に完全に説明するために、「Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ Ｍａｐ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ＧＰＳ Ｔｒａｃｅｓ」、Ｂｒuｎｔｒｕｐ， Ｒ．、Ｅｄｅｌｋａｍｐ， Ｓ．、Ｊａｂｂａｒ， Ｓ．、Ｓｃｈｏｌｚ， Ｂ．、Ｐｒｏｃ． ８ｔｈ Ｉｎｔ． ＩＥＥＥ Ｃｏｎｆ． ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｖｉｅｎｎａ、Ａｕｓｔｒｉａ、２００５年、４１３〜４１８ページを参照する。

プローブデータを使用してデジタル地図を生成及び更新するそのような方法と関連付けられた１つの問題は、ＧＰＳ測定値と関連付けられたある特定の精度の問題に関する。周知されているように、ＧＰＳは衛星測距の概念に基づき、図３において例示的に示されたように、ＧＰＳ受信機と４つ以上の衛星との距離が算出される。衛星２２の位置が認識されると仮定すると、受信機１４の場所は、各衛星２２から受信機１４までの距離を判定することにより算出される。距離測定値は、ＧＰＳ無線信号が衛星２２から受信機１４に移動するのにかかる時間の長さを測定することにより判定される。無線は光の速度で移動する。従って、ＧＰＳ信号が衛星２２から受信機１４に移動するのにかかる時間の長さが認識される場合、距離（距離＝速度×時間）が判定される。従って、信号２０が送信された正確な時間及び信号２０が受信された又は認識された正確な時間の場合、信号の移動時間は容易に算出される。

ＧＰＳシステムは可能な限りほぼ正確に設計されるが、種々の要因が誤差を発生させることが既知である。その上、これらの誤差は、算出されたＧＰＳ受信機の位置において偏差を生じさせる。誤差のいくつかの原因が既知であり、そのうちのいくつかは、大気条件、暦誤差、時計ドリフト、測定ノイズ、選択的利用性及びマルチパスを含む。マルチパス誤差はＧＰＳユーザにとって深刻な懸念である。マルチパスは、ＧＰＳ受信機アンテナ１４に到達する前に反射面に反射するＧＰＳ信号２０により発生する。高精度のＧＰＳユニットにおいて、マルチパス誤差を完全に補正するのは困難である。図４は、マルチパスの現象を説明する概略図である。ＧＰＳアンテナ１４は、例えば市中心部の環境において高い建物を示してもよい第１の障害物１６と第２の障害物１８との間に配置される。一方のＧＰＳ衛星２２からのＧＰＳ信号２０は破損せずに受信されるが、他方の衛星２６からの信号２４は第１の障害物１６に遭遇するため、その信号２４は直接ＧＰＳアンテナ１４に進まない。しかし、衛星２６からの破損信号２４’は、第２の障害物１８から反射し、ＧＰＳアンテナ１４により受信される。破損した信号２４’が反射する結果、信号２４’がＧＰＳアンテナ１４に到達するのに通常より長く時間がかかる状況を招く。この時間遅れの結果、感知したＧＰＳアンテナ１４の位置は現実には実際の位置からずれる。図５は、アンテナ１４を利用するパーソナルナビゲーション装置により作成されたプローブデータからのサンプルの追跡パスを示す。移動プローブの現実の実際の位置は直線２８で示され、算出されたＧＰＳアンテナ１４の位置はパス３０により示される。示されたように、算出されたＧＰＳアンテナ１４の位置は、マルチパスの影響のために破損を示す。

精度低下率、すなわちＤＯＰに関連した技術を含む種々の技術は、ＧＰＳ誤差の影響を抑制するために採用される。ＤＯＰは、一般に図３において示されたような衛星配置の幾何学的配置の品質を示すものである。算出されたＧＰＳアンテナ１４の位置は、どの衛星が測定値に対して使用されるかに依存して変動する。種々の衛星の幾何学的配置により、誤差バジェットにおける誤差が増加したり又は減少したりする。衛星間のより大きな角度は、ＤＯＰを低下させ、より適切な測定値を提供する。より高いＤＯＰは、不適切な衛星の幾何学的配置及び粗悪な測定構成を示す。いくつかのＧＰＳ受信機は、使用可能な衛星の位置を解析し且つＤＯＰを可能な限り低くするように最適な幾何学的配置を含むこれらの衛星のみを選択できる。マルチパスに関して、局所的な反射により発生した誤差は、ＤＯＰ衛星選択技術を使用して容易に検出されることができない。

従って、デジタル地図を作成する際に既存の地図ネットワークを改善し且つ新しいネットワーク要素を生成するために、例えばＧＰＳ対応のナビゲーション装置からのプローブデータを受信する改善された方法が必要である。更に、マルチパスの悪影響が少なくとも部分的に抑制されるデジタル地図に対してＧＰＳ受信機の位置を改善して一致させる必要がある。

本発明によると、低信頼プローブデータが識別されて選別される複数のプローブから受信したプローブデータを使用してデジタル地図を更新する方法が提供される。現実の道路の部分に対応する少なくとも１つの道路区分を有するデジタル地図が提供される。道路区分は、確実に認識され且つ現実の対応する道路区分の実際の高度を示す高度仕様を有する。プローブデータは、道路区分に一致する複数のプローブから受信される。そのように受信したデータは高度情報を含む。対応値は、道路区分の既知の高度仕様と道路区分に一致したプローブ毎に報告された高度情報との間で算出される。高信頼プローブは、複数のプローブデータの算出された対応値が規定の対応閾値を下回る場合に道路区分に一致した複数のプローブデータ間から識別される。逆に、低信頼プローブは、閾値を上回る算出された対応値を有する追跡データを生成するプローブとして分類される。高信頼プローブから受信したプローブデータは受け入れられ、低信頼プローブから受信したプローブデータは拒絶される。デジタル地図を更新するために、高信頼プローブから受信したデータのみが使用され、低信頼プローブからのデータは使用されない。

本発明の別の態様によると、高信頼ＧＰＳデータのみを使用して移動ナビゲーション装置をデジタル地図に一致させる方法が提供される。ＧＰＳ受信機を有する移動ナビゲーション装置が提供される。現実の道路の部分に対応する少なくとも１つの道路区分を有するデジタル地図が更に提供され、道路区分は、確実に認識され且つ現実の対応する道路区分の実際の高度を示す。通常、ＧＰＳデータは移動ナビゲーション装置において受信される。受信したＧＰＳデータにより、瞬間的な高度推定値を算出できる。移動ナビゲーション装置は、あらゆる適切なマッチングアルゴリズムを使用してデジタル地図において道路区分に暫定的に一致する。更に対応値は、道路区分の既知の高度仕様と移動ナビゲーション装置に対する瞬間的な高度推定値との間で算出される。算出された対応値が対応閾値を上回らない場合、デジタル地図における道路区分への移動ナビゲーション装置の暫定一致は受け入れられる。しかし、対応値が対応閾値を上回る場合、暫定一致は拒絶される。この方法により、移動ナビゲーション装置は、例えばＧＰＳマルチパスに起因する誤差等の考えられる誤差を検出するようにデジタル地図に対する座標を確認する。

図１は、車両運転者に地図データ情報を示す拡大正面表示画面を含む主題発明に係る小型のポータブルナビゲーションシステムを例示する拡大図である。 図２は、デジタル地図において示され且つ現実には支線道路による分岐点で交差した主幹線を含む車道と関連付けられたいくつかの道路区分を示す部分図である。 図３は、特定のＧＰＳアンテナにより受信される無線信号を含む各ＧＰＳ衛星の幾何学的配置により一般に良好な精度低下率を示すＧＰＳ衛星の幾何学的構成を簡略化して示す図である。 図４は、衛星のうちの１つからのＧＰＳ信号を適切に受信することに影響を及ぼすことにより、周知のマルチパス誤差に従って入力ＧＰＳ信号を破損させる２つの障害物間に配置されたＧＰＳアンテナを示す簡略化された図である。 図５は、デジタル地図においてマッピングされた図４のアンテナからのＧＰＳ追跡データを示す簡略化された図であり、ＧＰＳマルチパスは、結果として現実には正確に追跡しない位置を推定する。 図６は、既知の（基準）高度仕様とプローブデータポイントの瞬間的な高度推定値との間の距離が対応する垂直高度シフトに基づいて検出された水平異常値と相互に関連付けられることを示す高度分布の例を示す図である。 、 、 、 図７Ａ〜図７Ｄは、プローブデータからのそのような状況を観察すると共に、２つの異なる道路区分上を走行する車両の位置誤差に起因する種々の標準偏差の例を示す図である。 図８は、特定の分割された車線車道（各方向の２つの車線に加えて１つの中央右左折車線）がタイルの左下から右上に対角線上に延在するデジタル地図におけるタイルの例を示す図である。 図９は、図８の多車線車道を通過するプローブから収集され、且つ一般に約８ｍ離れた２つのピークを示す未処理のフィルタリングされていない状態で示されたプローブデータをグラフ化するヒストグラムを示す図である。 図１０は、図９のような図であるが、互いから４ｍ及び３ｍに位置した３つのピークが明確に識別されるように高信頼プローブから受け入れられたプローブデータのみを使用する。 図１１は、標準的な地形を介して低信頼プローブデータを除外する効果を示すグラフである。 図１２は、図１１のような図であるが、繁華街の場所及び市中心部の場所からのプローブからプローブデータが収集される際の主題発明のフィルタリング効果を示す。 図１３は、Ｏｔｔａｗａ、Ｃａｎａｄａの繁華街、市中心部エリアから収集された未処理のプローブデータの一例を示す図である。 図１４は、図１３のような図であるが、高信頼プローブデータポイントのみを使用し、且つ本発明の高度誤差の原理により判定された低信頼プローブデータポイントを除外する同一の例を示す。 図１５は、繁華街エリアで収集されたプローブデータのゲイン対閾値を示すグラフであり、算出された平均値及び分解能を示す。 図１６は、図１５のような図であり、郊外で収集された同様のプローブデータを示す。

本発明のこれらの特徴及び利点、並びに他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び添付の図面と併せて考えられる場合により簡単に理解されるようになるだろう。

図面を参照すると、いくつかの図において、同一の図中符号は同一の部分又は対応する部分を示し、本発明は、ナビゲーションシステムにより使用されたナビゲーションシステム及びデジタル地図に関する。本発明は、車両に内蔵されたハンドヘルドデバイス、ＰＤＡ、ナビゲーションソフトウェアを含む移動電話及び車両搭載型のナビゲーションシステムを含むがそれらに限定されない全ての種類のナビゲーションシステムに適用可能である。本発明は、入手可能であるあらゆる種類の標準的なナビゲーションシステム及び将来開発される可能性がある適切なシステムにおいて実現される。一例として車両搭載型のナビゲーションシステムを考えると、図１に示されたように、一般にそのような装置は、衛星２２、２６から受信した信号２０、２４から位置を算出するようにアンテナ１４に接続され且つ複数の衛星２２、２６と通信するように構成されたＧＰＳ（全地球測位システム）又は他のＧＮＳＳ（グローバルナビゲーション衛星システム）ユニットを含む判定装置を備える。ナビゲーションシステムは、搬送される車両の進行方向のデータ（すなわち、移動の方向）及び速度を更に配信してもよい。ＧＰＳシステムは、ＤＧＰＳシステム（差動ＧＰＳ）又はＷＡＡＳ（広域補強システム）により補強されたものであってもよく、例えば１σ／ｍ（１シグマ／１ｍ、考えられるホワイトノイズとは別に）の精度を提供する。この種のＧＰＳシステムは、一般に、上述したような方法でマイクロプロセッサに接続され且つＧＰＳ出力信号２０、２４を処理するように構成される。

ＧＰＳシステムから受信した信号に基づいて、マイクロプロセッサは、図２において示したように道路網に対して車両が配置された場所及び場合によっては車両が移動している方向を運転者に通知するように図１に示されたような表示装置上に表示される適切な表示信号を判定する。更に、本発明に関連して、マイクロプロセッサは、暫定的に移動ナビゲーション装置をデジタル地図における特定の道路区分に一致させて暫定一致が信頼できるかどうかを評価するようにプログラムされてもよい。信頼できない場合、システムは、例えば補助慣性誘導システム等の移動ナビゲーション装置の位置を判定するために他の技術に依存してもよい。そのような慣性誘導システムは、１つ以上のホイールの回転数により車両が移動した距離を測定する走行距離計の形態であるＤＭＩ（距離測定計器）等の他の位置判定機能を更に含んでもよい。慣性測定ユニット（ＩＭＵ）は、並進加速度を測定するように構成された適切な加速度計と共に、回転加速度を測定するように構成されたいくつかのジャイロユニットで実現されてもよい。ナビゲーションシステム内部のプロセッサは、放送情報の受信機、あるいはデジタル通信ネットワーク（例えば、無線ＲＤＳ、ＤＡＢ）又はセルラＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ／ＵＭＴＳネットワークに更に接続されてもよい。

本発明に係るナビゲーション装置に備えられた種類のマイクロプロセッサは、算術演算を実行するプロセッサを備えてもよい。プロセッサは、通常、ハードディスク、読み出し専用メモリ、電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ及びランダムアクセスメモリを含む複数のメモリ構成要素に接続される。しかし、これらのメモリの種類の全てが必ずしも提供される必要はない。一般にプロセッサは、キーボード、タッチスクリーン及び／又は音声変換器の形態でユーザが命令、データ等を入力する機能に接続される。

プロセッサは、入出力（Ｉ／Ｏ）装置を利用して例えば公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、インターネット等の無線接続を介して通信ネットワークに更に接続されてもよい。このようなモードにおいて、プロセッサは、送信機としてネットワークを介して他の通信構成と通信するように構成されてもよい。この構成により、ナビゲーション装置は、衛星２２、２６から受信した信号２０、２４から算出されたような判定された位置に依存するプローブとして機能する。

デジタル地図供給者がＧＰＳ追跡、プローブデータ及びＧＰＳデータ等としても知られている大量のプローブデータを受信する場合、データを処理し且つそれを利用して有用な情報を得るのに多くの計算リソースが必要である。処理時間を短縮することにより、受信したプローブデータを使用してデジタル地図の精度を高めるために、デジタル地図を更新するためにデータのサンプリングが使用される推定技術を作成するのが有利である。これが実行される場合、低信頼プローブデータを削除又は選別しつつ、信頼できる又は正確であると仮定されるプローブデータを利用するのが好ましい。この処理により、ロバスト性の高い推定値及び異常値、すなわち低信頼プローブデータが破棄される推定値が作成される。当然、異常値は、１次元空間においては容易に識別可能であるが、ある期間にわたり多数の車両からのＧＰＳプローブデータを解析する場合に発生することが多い４Ｄ又は６Ｄの問題に適用される場合にはそれほど容易に識別されない。

高信頼プローブデータが使用可能である場合、高信頼プローブデータは、正確な位置判定のためだけに使用されるのではなく、それにより、より適切な統計的解析、並びに特定の道路及び車線、交通の流れ等を検出する強化された機能が得られる。しかし、建物、山、木又は電離層により形成されるＧＰＳマルチパスが存在するため、統計的ＧＰＳプローブデータの変動性はより高い。このため、所要のレベルの信頼度を有する属性を算出できる使用可能なより多くのＧＰＳプローブデータを有することが必要となる。

従来、統計的ＧＰＳプローブデータにおける変動性を軽減するために、ＧＰＳ品質の推定値としてＤＯＰ（精度低下率）の使用に依存してきた。しかし、ＤＯＰは、既存の衛星の配置のみと相互に関連付けられ、ＧＰＳ信号分配の環境には全く関連しない。従って、ＤＯＰのみに依存することは、晴天下の状況では問題を解決するかもしれないが、その他の場合には有用ではない。

ＧＰＳマルチパスの特性のうちの１つは、局所的な障害物が垂直高度及び水平位置決めにおいて計算間違いすることであることが明らかになってきている。従って、本発明の原理のうちの１つは、ＧＰＳマルチパスが存在する場合に観察された垂直高度と水平変位シフトとの間の相関性に依存する。従って、基準高度ソースデータへの距離を使用してＧＰＳプローブデータの集合における水平異常値を検出できる。換言すると、ＤＴＭ、ライダポイントクラウド等の外部ソース又は他の適切なソースから確実に認識される高度仕様を含む道路区分の面上をデジタルナビゲーション装置、特に自動車で使用されたデジタルナビゲーション装置が走行しているという事実を利用できる。マルチパスの影響がある場合に高度誤差がＧＰＳにおける緯度及び経度の誤差と密接に相互に関連付けられるという報告を全体として考えると、異常値を識別するようにＧＰＳプローブデータの高度値を外部ソースからのいわゆる「グラウンドツルース（ｇｒｏｕｎｄ ｔｒｕｔｈ）」と比較することができ、それにより大幅に軽減された変動性を有するプローブのみを考える。これらの後者のプローブは高信頼プローブであると仮定され、異常値は低信頼プローブとして分類される。従って、１次元（高度データ）で異常値を発見することにより、多数の低信頼プローブ（異常値）は、マルチパスの影響に起因する相互に関連付けられた高度誤差の現象及びｘ、ｙ誤差に基づいて他の次元で効率的に除去される。

本発明と関連付けられた方法は、複数のプローブから受信したプローブデータを使用してデジタル地図を更新することと関連して使用される。デジタル地図が既知の高度仕様を有する道路区分を含む状況において、複数のプローブから受信したプローブデータは、あらゆる適切なマッチング技術を使用して道路区分に一致する。そのように受信したデータは、瞬間的な高度推定値を含むか又は既知の信号処理のアルゴリズム及び技術を使用して瞬間的な高度推定値を算出するために使用される。このことから、対応値は、道路区分の既知の高度仕様と道路区分に一致するプローブ毎に報告された高度情報との間で算出される。サンプルの対応アルゴリズムは、｜Ａｌｔ．ｐｒｏｂｅ−Ａｌｔ．ｏｆｆｉｃｉａｌ｜の形態をとってもよい。

対応閾値（例えば、ｔｈｒｅｓｈＡｌｔ）は高度仕様に対して判定される。簡単なアルゴリズム、例えば｜Ａｌｔ．ｐｒｏｂｅ−Ａｌｔ．ｏｆｆｉｃｉａｌ｜＜ｔｈｒｅｓｈＡｌｔを適用する場合、特定のプローブが非現実的な標高で高度を報告しているかを算出できる。例えばこの閾値は、図７において示されたように１５ｍであってもよい。図７において、基準高度ソースは当該特定の道路区分に対して４００ｍである。従って、±１５ｍの対応閾値が設定される。高信頼プローブは、対応閾値を上回らない算出された対応値を含むプローブにより道路区分に一致した複数のプローブ間から識別される。従って、基準高度（４００ｍ）に近接し及び閾値制限内にクラスタ化されたプローブデータポイントの集合は高信頼プローブであると仮定され、上回るもの及び下回るものは、低信頼異常値として分類され、そのデータは無視される。高信頼プローブからのプローブデータのみが、受け入れ可能であると仮定され、デジタル地図を更新するために使用される。

当然、±１５ｍ等の静的な閾値又は固定された閾値を設定するのではなく、対応閾値は動的に可変であってもよい。例えば対応閾値は、高密度の交通エリアではより低くても又はより小さくてもよく、低密度のエリアではより大きくてもよい。あるいは、閾値は基準高度仕様の値に依存して変動してもよい。当然、適切な状況下で動的閾値の変動性を制御するために他の要因が使用されてもよい。例えば、実験結果は、±１５ｍの範囲の閾値が繁華街エリアにおいて２つの標準偏差だけ更に低いＧＰＳプローブデータ変動性に対して十分であることを示唆している。そのような結果は、容易に入手可能であり且つ安価な数値地形モデル（ＤＴＭ）ソースデータからの高度仕様ソースデータを使用することにより取得される。

従って、本発明の方法は、より低い変動性を有する点で高信頼プローブであると考えられるＧＰＳプローブデータの部分集合を作成することにより機能する。この高信頼データの部分集合は、ＧＰＳ信号から判定されたある特定のｘ座標、ｙ座標を有する受信したプローブデータから作成される。高度差値、すなわち対応値は、あらゆる使用可能なソースデータからの高度仕様を使用して算出される。高度差が規定の閾値外である場合、特定のＧＰＳプローブデータは、無効である又は信頼できないものとして示されるため、デジタル地図を更新するために使用されない。

ＧＰＳプローブデータから情報を取り出すことにおける１つの重要な問題は、データが送信された際に特定のプローブ車両がどの道路区分又はどの車線を偶然走行しているかの問いに答えることに関する。統計的法則により、プローブデータの分解能は、プローブデータの標準偏差より２倍大きい。これは、データのサンプルがいかに大きくても、２シグマを上回るものは得られないことを意味する。従って、例えば、プローブデータの標準偏差が１．７５ｍより大きい場合（車線幅が３．５ｍであると仮定する）、存在する車線の数を知ることはできない。換言すると、分解能は、収集されたプローブデータポイントの数を増加させるだけでは向上されない。この現象をより適切に示すために、図７Ａ〜図７Ｄは種々の標準偏差の例を示す。各例において、薄い破線は、２つの異なるパス（区分、平行道路、中央分離帯のない／中央分離帯のある自動車道路、車線等）上を走行する自動車の位置誤差の分布を示す。これらの上でアーチ形をなす濃い破線は、そのようなプローブデータからの状況の観察を示す。図７Ａ〜図７Ｄの標準偏差値は、それぞれ、必要な信号分離の１．５、１．０、０．５及び０．３である。従って、２σ（２シグマ）より高い分解能は車線の数を示すのに全く効果のないことが明らかとなるだろう。

しかし、主題発明は上述のジレンマに対処するのに有用である。５つの車線車道がタイルの左下から右上に対角線上に横切る図８において示された地図のタイルを例にとる。この多車線車道は、一方向に交通を搬送する２つの車線、逆方向に交通を搬送する２つの車線及び中央右左折車線を含む。従って、交通の５つの別個の車線が示される。この特定の車道を走行する車道からのプローブデータを収集するサンプル調査は、図９のヒストグラムとして示される。この叙述は、上述の技術を使用して濾過する前のプローブデータを示し、互いから最長約８ｍ離れて分離された２つのピークを示す。本明細書において示されたＳ／Ｎ比は特に劣悪である（２．２５）。

図１０は、本発明の原理を使用して、すなわち高度情報が受け入れ可能な対応閾値内にあるため識別された高信頼プローブデータのみを使用してフィルタリングされたヒストグラムを示す。従って、同一のヒストグラム形式上でこのデータを再プロットすることにより、非常により有用な結果が得られる。本明細書において、３つのピークは、互いから４ｍ及び３ｍに位置して明確に現れる。これらのピークは、車線を介して左、車線を介して右及び中央右左折車線の透視画を示す。Ｓ／Ｎ比は、中央右左折の場合には８．１６及び車線を介して左の場合には３．１８において算出される。

そのように収集されたプローブデータからの高度基準に注意することは、平行道路を取り込めるレベルまで標準偏差を減少するために更に使用される。例えば、一般に１０ｍの精度を有するＤＴＭデータを使用してプローブデータの標準偏差を５ｍより小さく減少することができる。標準的な地形を介するフィルタリング効果に関するこの一例は、図１１において示されたグラフを参照することにより観察される。同様に、高度基準は、都市／繁華街の状況においても標準偏差を減少するために使用される。市中心部における一般的な標準偏差は、通常、いくつかの場所において非常に高い値（例えば、Ｏｔｔａｗａの繁華街において、測定された標準偏差は約１０ｍであった）を有するため、７の標準偏差は、１５ｍ以内で正確なＤＴＭソースデータを使用して達成される。本発明の原理を実現することにより取得される利点は、当業者により容易に理解されるだろう。

Ｏｔｔａｗａ、Ｃａｎａｄａの繁華街の市中心部部分を示す図１３及び図１４を参照することにより、実際のテストデータから適用された別の例が観察されてもよい。図１３は、タイルに示された種々の道路区分に一致した複数のプローブから受信したプローブデータのｘ、ｙ配置を示す。この場合、特にタイルの中央に現れる近接して間隔をおいて配置された３つの平行道路区分の領域において、プローブデータはおそらくＧＰＳマルチパスの影響のために特にずれる。算出された高度と種々の道路区分に提供された公式の高度仕様との比較を用いて高信頼プローブデータが識別されるように本発明のフィルタリング技術を適用することにより、データは図１４に示された方法で改善され且つ示される。それにより、位置誤差が約１０ｍに減少するため、データは大幅に改善する。そのような改善されたデータにより、デジタル地図をより正確に更新でき、且つ交通パターン及び密度等に関するより適切な情報が使用可能になる。

図１５及び図１６は、同一の数のプローブデータに対する標準誤差（ＳＥＭ）を減少するためにそのような高度基準がどのように使用されるかを示す。標準誤差は、車線又は道路区分のセンターラインの位置の不確実性を示すのに有用である。標準誤差は、母集団から導き出された全ての可能なサンプルにわたるこれらのサンプル平均値の標準偏差である。標準誤差は、その時に解析されているデータのサンプルから算出されたその標準偏差の推定値を更に示す。この方法のおかげで、本発明を適用することにより実現された更なるゲインは、プローブデータのより小さな母集団が非常に多数のデータと同一の結果を有するために使用されるため、より速い地図更新を含む。更に、プローブデータを解析するのにより低い計算力が必要である。これは、大部分、大量のプローブデータを更に解析することと比較して相対的に計算効率が高い容易に実現された最前部の高度フィルタのおかげである。また、例えばマイクロプロセッサ内のナビゲーション装置自体の内でフィルタリングが実行されるように構成される場合、高信頼プローブデータのみが送信されるため、サーバとプローブとの間でより低速な伝送が観察される。

この概念の範囲は、収集されたプローブデータから特定の道路区分に対するいわゆる「既知の高度」を直接推定するために使用される。換言すると、所定の道路区分の高度が確実に認識されない場合でも、統計的平均技術又は他の受け入れられた推定技術を使用して高度が導出される。従って、プローブが単独である種のネガティブフィードバックループを作成することにより、これまで認識されていない高度情報を導出できる。記録されたプローブ追跡の十分に大きな母集団により、判定される確率又は確信度を以ってローカル高度を確実に算出できる。

この概念の別の興味深い適用例は、特定のナビゲーション装置がデジタル地図において道路区分にマッピングされるか又は道路区分に一致する精度を向上するように実現される。当然、デジタル地図の範囲内の特定のナビゲーション装置を配置するためにＧＰＳ信号データが使用される多くの地図マッチングアルゴリズムが提案されている。当然、ＧＰＳ信号において誤差が存在する場合、ナビゲーション装置のマッチングはＧＰＳマルチパス等により損なわれる。移動ナビゲーション装置は、本発明の原理を使用してデジタル地図において特定の道路区分に暫定的に一致する。ナビゲーション装置は、暫定一致と関連付けられた道路区分の既知の高度仕様とナビゲーション装置により作成された瞬間的な高度推定値との対応値を更に算出する。算出された対応値が規定の閾値を上回らない場合、道路区分への暫定一致は受け入れられ、且つナビゲーション装置はＧＰＳマルチパスの影響が含まれないことを仮定する。しかし、算出された対応値が閾値を上回る場合、暫定一致は拒絶される。後者の状況下において、ナビゲーション装置は、補助的な誘導方法、例えば慣性誘導又は他の技術を含んでもよい上述の方法に戻る。あるいは又は更に、不適当な暫定一致の表示により、不適当な衛星の存在を解析するようナビゲーション装置に指示する。当然、不適当な衛星は、不適切なＤＯＰ又はマルチパスのために間違った高度を発生させる衛星である。例えば、図４の衛星２６を参照する。不適当な衛星が識別される場合、それらの信号は単に無視され、適当な衛星２２のみに基づいて新しい位置が算出される。

次に、図１５及び図１６を参照すると、この方法の全体的な解析により、公式ソースデータ（例えば、ＤＴＭ）の精度に比例して分解能が向上することが示される。ＳＥＭのゲインは、高度約１５ｍの閾値において最大となる。これは、対応解析をパスしないプローブの数が標準偏差のゲインより速く増加するという事実のためである。これらの影響を克服するために、ロバスト性の高い推定法として加重平均法が使用されてもよい。

上述の本発明は関連する法的基準に従って説明されたため、説明は限定するものではなく例である。開示された実施形態に対する変形及び変更は、当業者に明らかとなり且つ本発明の範囲内に入るだろう。
著作権表示
本発明の文献開示の一部は、著作権保護の対象となる材料を含んでいる。著作権者は、本発明の文献若しくは本発明の開示の如何なるものによる複製が特許商標局の発明のファイル又は記録において現れる場合にはこれに異議を申し立てないが、その他の場合の全ての著作権は如何なる場合も保護される。

Claims (15)

1. 低信頼プローブデータが間引かれた、プローブから受信したプローブ追跡データを使用してデジタル地図を更新する方法であって、
   現実の道路の部分に対応する少なくとも１つの道路区分を有するデジタル地図を提供する工程であって、前記道路区分は、確実に認識され且つ現実の前記対応する道路区分の実際の高度を示す高度仕様を示す工程と、
   高度情報を含むか又は高度情報を導出可能なプローブデータを、前記道路区分に一致した少なくとも１つのプローブから受信する工程と、
   前記道路区分の前記既知の高度仕様と前記道路区分に一致した前記プローブについて報告された高度情報との間で対応値を算出する工程と、
   前記高度仕様について対応閾値を特定する工程と、
   前記算出された対応値が前記対応閾値を上回らない場合に、前記一致したプローブを高信頼プローブとして識別し、且つ、前記算出された対応値が前記対応閾値を上回る場合に、前記一致したプローブを低信頼プローブとして分類する工程と、
   高信頼プローブから受信したプローブデータを受け付け、一方、低信頼プローブから受信したプローブデータを拒絶する工程と、
   低信頼プローブからではなく高信頼プローブから受信したプローブデータを用いて前記デジタル地図を更新する工程と
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記対応閾値を特定する工程は、動的可変閾値を適用する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記デジタル地図を更新する工程は、パーソナルナビゲーション装置の表示画面を変更する工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記デジタル地図を更新する工程は、車線情報を発見するために前記プローブデータをフィルタリングする工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 車線情報を発見するために前記プローブデータをフィルタリングする工程は、前記道路における個別の車線の数を判定するためにピークについて前記プローブデータの断面ヒストグラムを解析する工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記デジタル地図を更新する工程は、センターラインの推定値を調整するように前記ピークの割合を操作する工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記デジタル地図を更新する工程は、平行道路を得る工程を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記対応閾値を上回る算出された対応値を有するプローブを低信頼プローブとして分類するために加重平均法を用いる工程を更に有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記プローブデータを受信する工程は、前記道路区分上で自動車により少なくとも１つのプローブを搬送する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
10. 高信頼ＧＰＳデータのみを使用して移動ナビゲーション装置をデジタル地図に一致させる方法であって、
    ＧＰＳ受信機を有する移動ナビゲーション装置を提供する工程と、
    現実の道路区分に対応する少なくとも１つの道路区分を有するデジタル地図を提供する工程であり、前記道路区分は、確実に認識され且つ現実の前記対応する道路の実際の高度を示す高度仕様を有する工程と、
    前記移動ナビゲーション装置において、瞬間的な高度推定値を含むか又は瞬間的な高度推定値を算出可能なＧＰＳデータを受信する工程と、
    前記デジタル地図において前記移動ナビゲーション装置を前記道路区分に暫定的に一致させる工程と、
    前記道路区分の前記既知の高度仕様と前記移動ナビゲーション装置に対する前記瞬間的な高度推定値との間で対応値を算出する工程と、
    前記高度仕様について対応閾値を特定する工程と、
    前記算出された対応値が前記対応閾値を上回らない場合に、前記道路区分への前記暫定一致を受け付け、且つ、前記算出された対応値が前記対応閾値を上回る場合に、前記道路区分への前記暫定一致を拒絶する工程と
    を有することを特徴とする方法。
11. 前記暫定一致を拒絶する工程は、補助的な慣性誘導システムに基づいて前記移動ナビゲーション装置の位置を算出する工程を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記暫定一致を拒絶する工程は、報告された間違った高度を発生させる少なくとも１つの不適当な衛星の存在について衛星信号を解析し、その後、残りの（適切な）衛星に基づいて新しい位置を算出する工程を更に含むことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の方法。
13. 前記移動ナビゲーション装置は表示画面を含み、前記道路区分への前記暫定一致を受け付ける工程は、パーソナルナビゲーション装置の前記表示画面を変更する工程を含むことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 移動ナビゲーション装置を内蔵し、且つ、請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の方法を実現する自動車。
15. プローブ追跡データを用いてデジタル地図において道路区分の高度を推定する方法であって、
    現実の道路区分に対応する少なくとも１つの道路区分を有するデジタル地図を提供する工程であり、前記道路区分は、認識されていないか又は信頼性のない高度仕様を有する工程と、
    前記道路区分に一致した複数のプローブからプローブデータを受信する工程と、
    プローブ毎に前記プローブデータから高度推定値を導出する工程と、
    前記複数のプローブからの前記高度推定値を合成する工程と、
    前記合成された高度推定値から前記道路部分について推定される高度仕様を算出する工程と、
    前記道路区分と関連付けられた属性として前記推定される高度仕様を含むように前記デジタル地図を更新する工程と
    を有することを特徴とする方法。

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