JP4506777B2 - Gps受信データの処理装置、処理方法及びプログラム - Google Patents
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Description
また、位置誤差の影響を軽減するため、一般に、前後の複数の位置に基づいて平滑化処理が行われるが、位置データや速度データに対する位置誤差の影響は、単位時間当たりの移動量が小さな低速移動時では大きく、逆に高速移動時では単位時間当たりの移動量が大きいので影響は少なくなるという特性がある。
前記演算処理部は、前記時間ずれ補正の行われた位置・時刻のデータに基づいて、一定周期ごとのデータが得られるようにデータの補間処理を行うことが望ましい(請求項4)。一定周期ごとのデータが得られれば、軌跡の補正処理や速度や加速度の算出処理を行いことが容易にできるようになる。
なお、移動体が停止しているとき位置情報は、GPS位置データ誤差があるため、多数点平均軌跡でも微小な変動が現れる。この変動を避けるため、前記多数点平均軌跡の推定速度を算出し、推定速度が第一の基準速度以下となれば移動体は停止したと判定しその期間、位置・時刻のデータを得る演算を停止し、前記推定速度が第二の基準速度以上になり、かつ停止判断位置から基準半径以上の円外に出たならば移動体は移動を始めたと判定することとすれば(請求項7)、移動体の停止を確実に判定し、停止中に誤差の多い演算を行わないで済むことができる。なお、前記基準速度にはヒステリシスを与え、「第一の基準速度 < 第二の基準速度 」の関係とするとよい。
また、請求項10,11記載の発明は、前記請求項5記載の発明と実質同一発明に係る方法及びプログラムの発明である。
また、複数種類の移動体の平均軌跡を算出し、移動体の速度に応じて重み付き平均化を行うことにより、GPS位置計測誤差の影響が極力軽減された補正された移動体の位置・時刻のデータを得ることができる。したがって、このデータに基づいて、停止判定や移動中の速度・加速度の分析が容易にできるようになる。
<可搬型GPS受信装置>
図1(a)は、本発明の可搬型GPS(Global Positioning System)受信装置の一実施形態に係るGPS受信機能付き携帯電話機(以下「GPS携帯電話機」という)1を示す外観図である。GPS携帯電話機1は運転者等が携帯して車両に持ち込むこともあり、歩行者が携帯することもある。この明細書では、GPS携帯電話機1を搭載して移動する車両、歩行者などを総称して「移動体」という。なお、可搬型GPS受信装置として、携帯電話機以外に、ノートパソコン、PDA(Personal Digital Assistant)などを用いても良い。
前記アプリケーションソフトウェア16は、前記マン−マシン入力機能を通して移動体の移動開始/終了等の指示を受けた場合に、GPS携帯電話機1に、次の(1)〜(3)の動作を行わせる。
(1)GPS受信・測位機能12を通してGPS受信情報の取得を行うこと、又はGPS受信情報の取得を停止すること、(2)取得したGPS受信情報に基づき、時間ずれ補正、異常データ削除、2点平均化、定周期化、多数点平均軌跡生成処理、少数点平均軌跡生成処理、多数点平均軌跡と少数点平均軌跡の混合処理、停止判定処理といった各処理を行い、補正された位置・時刻情報を得(これらの処理を一括して「データ補正推定処理」という)、これらの位置・時刻情報を、記憶機能17を使ってメモリに蓄積すること、(3)データ補正推定処理された位置・時刻情報に基づき、移動体の速度・加速度を算出し、算出した移動速度・加速度から、運転者の安全運転診断・省燃費運転診断を行うための診断指標を、当該運転者又は運行管理者が分かりやすい形で作成し、出力すること。
アプリケーションソフトウェアが起動すると、GPS携帯電話機1の表示器15に初期画面(図3(a))が表示される(ステップS1)。この画面で例えば運転者が入力キー13を使ってキー操作すると(ステップS2)、GPS携帯電話機1は、キー読取処理を行う(ステップS3)。キー入力内容が「運転」であれば(ステップS4)、GPS携帯電話機1のGPS受信・測位機能12を動作状態(アクティブ)にする(ステップS5)。そしてGPS携帯電話機1の表示器15に運転開始画面(図3(b))を表示させる(ステップS6)。
(b) 速度:一般道路又は高速道路移動中の平均速度を五段階評価する。
(c) 速度ムラ:速度データから読み取れる速度ムラ、すなわち平均値からの偏差の二乗平均(rms)値を五段階評価する。
図3(d)は、運転診断履歴の表示画面である。この運転診断履歴は、前記図3(c)の運転診断結果の変化を、長期間(週・月など)にわたってグラフ化している。
これらの運転診断結果の表示により、算出した移動速度・加速度から、移動体の移動モニターとして安全運転診断・省燃費運転診断を行うための診断指標を、運転者又は運行管理者が分かりやすい形で作成し出力することができる。また、運転者が移動体を乗り換える場合であっても、移動体ごとに端末装置を備え付けておく必要がなくなるというコスト上の利点も得られる。
<移動分析診断システム1>
前述の実施形態では、GPS携帯電話機1で作成した診断指標をGPS携帯電話機1の表示器15に表示していたが、GPS携帯電話機1を、診断指標を蓄積管理する管理用パーソナルコンピュータ(以下「管理用パソコン」という)2に接続して、GPS携帯電話機1で作成した診断指標を、管理用パソコン2に伝送し、管理用パソコン2において、一台〜複数台の車両の診断指標情報を管理することもできる。
GPS携帯電話機1と管理用パソコン2との間のデータ通信手段として、GPS携帯電話機1に付属する通信手段又はその他の読取手段を用いることができる。前記通信手段として、電子メール(ショートメッセージを含む)、インターネットアクセス(VPNによるイントラネット接続を含む)、Bluetooth、IrDA(赤外線通信)、USBケーブル等を挙げることができ、前記読取手段として、メモリカード、バーコード(二次元バーコードを含む)等を挙げることができる。
管理用パソコン2は、取り込んだ運転診断データを分類してファイルとして管理する。この分類・管理のために、診断指標生成・分析用の固有アプリケーションを搭載しても良いが、搭載しないで、管理用パソコン2のオペレーティングシステム(OS)のファイル管理機能又は汎用アプリケーションのファイル管理機能を用いてもよい。
初期画面(図3(a))においてユーザが入力キー13を使ってキー操作すると(ステップT2)、GPS携帯電話機1は、キー読取処理を行う(ステップT3)。キー入力内容が「通信」であれば(ステップT4)、GPS携帯電話機1の診断指標データ送信機能を動作状態(アクティブ)にする(ステップT5)。そしてGPS携帯電話機1の表示器15に「送信中です」という文字を表示した処理開始画面を表示させる(ステップT6)。
診断指標データファイルは、運転者別、ドライブ日別に記憶され管理される。そして、ユーザの操作に基づき、前記「固有アプリケーション」、「オペレーティングシステム(OS)のファイル管理機能」又は「汎用アプリケーションのファイル管理機能」を用いて、このデータを表示させ、もしくは印字させることができる。
<移動分析診断システム2>
次の実施形態は、GPS携帯電話機1と管理用パソコン2とを接続して、GPS携帯電話機1で収集したGPS受信情報や、データ補正推定処理結果である補正された位置・時刻情報、この位置・時刻情報に基づいて算出した速度・加速度情報を管理用パソコン2に伝送し、管理用パソコン2において、複数台の車両の移動情報を作成し、管理する形態である。
図8は、管理用パソコン2における、診断指標生成・分析用アプリケーションの処理の流れを説明するためのフローチャートである。
管理用パソコン2で診断指標生成・分析用アプリケーションを起動すると、初期画面において、データ取得、データ検索、帳票出力、詳細分析等の各メニューが現れる(ステップU1)。ユーザが入力キー13を使っていずれかのメニューを選択する(ステップU2)。
帳票出力が選択されれば、帳票の種類と検索条件の選択画面が表示される(ステップU7)。帳票の種類には、安全指標月報、運転月報、安全指標推移、運転推移などがある。
管理用パソコン2は、選択された条件で、帳票イメージを促成し、画面表示及びプリンタ出力する(ステップU8)。
詳細分析メニューが選択されれば、詳細分析の種類と検索条件の選択画面を表示する(ステップU9)。詳細分析の種類には、速度、加減速、カーブ、状態などがある。「状態」とは、車両の移動中、給油中、停車中などの各状態をいう。管理用パソコン2は、選択された条件で、分析結果を画面表示する(ステップU10)。図10は、ある運転者の速度、加減速、カーブ、状態の画面表示例である。横軸に時間をとり、速度、加減速、カーブ、状態の時間変化が一目で分かるようにグラフ化して表示している。
また、統計的に同じ場所で、急減速、急ハンドルを行った車両が多く存在した場合、その場所を危険箇所として表示することもできる。
<移動分析診断システム3>
次の実施形態は、GPS携帯電話機1本体で収集・蓄積したGPS受信情報(時刻、位置情報)、速度・加速度情報を、管理用パソコン2に、GPS携帯電話機1の通信機能11(電子メール又はインターネットアクセス)を使って送信することにより、管理用パソコン2のアプリケーションにおいて、詳細な運転傾向分析をリアルタイムに行うことができるシステムである。
このシステムでは、GPS携帯電話機1を一台のみ表示しているが、複数台のGPS携帯電話機1が入れ替わり接続されることもあり、もしくは複数台のGPS携帯電話機1が同時に管理用パソコン2に接続されることもある。データ通信手段には、リアルタイムのデータ通信手段である電子メール、インターネットアクセス、Bluetooth、IrDA、USBケーブル等を用いることができる。
図12は、管理用パソコン2における診断指標生成・分析用アプリケーションの処理の流れを説明するためのフローチャートであり、図8のフローチャートに追加する部分を示している。
データ取得タイミングになれば、アプリケーションは、前記リアルタイムのデータ通信手段経由でGPS携帯電話機1のデータを取得する(ステップV3)。そしてGPS携帯電話機1の端末ID、移動データに付加されているタイムスタンプなどによりデータを分類し、記憶装置23にこのデータを記憶させる(ステップV4)。次に、記憶したデータに基づき速度、加速度、診断指標を監視し、適正範囲外の端末に警告マークを付ける(ステップV5)。さらに、リアルタイム端末情報表示画面更新イベントを登録する(ステップV6)。
ユーザが初期画面において、入力キー13を使ってリアルタイム端末表示メニューを選択すると、アプリケーションは、最新の端末情報(位置、速度、加速度、診断指標)を前記データベースから取得し、一覧形式・地図形式で表示する(ステップV7)。警告マークが付いた端末情報があれば、ハイライト表示等で利用者に通知する(ステップV8)。例えば、「端末1は運転が粗く、危険運転の傾向があります」といつた警告である。
このシステムにより、リアルタイムに複数端末の挙動を把握することができるため、診断指標を作成・管理するのみならず、安全運転また省燃費運転のための指導を随時行うことができる。
<GPS受信情報の補正推定処理>
次に、GPS受信情報を利用して移動速度・加速度を移動体の移動モニターとして運用上問題のない精度で算出するために、GPS受信情報の時刻及び位置を補正し、移動速度・加速度を推定により算出する処理を説明する。この処理では、次の2つの処理(1次処理、2次処理)を行い、時刻・位置を確定させ、確定した時刻・位置に基づき2地点の時刻差と移動距離とから速度・方位を算出する。加速度は速度を微分することで算出する。
図14は、GPS受信情報の補正推定処理の概要を示すフローチャートである。
次に、2次処理(ステップW2)で、低速フィルタリング、高速フィルタリングを行い、多数点平均軌跡、少数点平均軌跡を記憶装置23に保存する。そしてこれらの軌跡データを用いて混合処理、停止判定処理を行い、補正データを得て記憶装置23に保存する。
(1)一次処理
(1−1)時間ずれ補正処理
GPS携帯電話機1では、電話・電子メール・ウェブアクセスなどのGPS携帯電話機本来の機能とGPS受信機能能とを一台で共有しているため、高架下通過や、基地局との通信中はGPS受信が出来ないものが多い。そのため、測位時間のずれが生じることがある。そこで、その算出した速度を当該移動体の速度傾向に合わせるように前記移動体の位置・時刻のデータの時間ずれ補正を行う。
具体的には、GPS受信情報(時刻Tn、経度Xn、緯度Ynとする)(nはGPS受信情報取得時刻を表す添え字である)に対し、直前(n-1)のGPS受信情報との移動ベクトルから、速度Vnを算出する。
例えば、隣接する2点の時刻差と移動距離から算出した速度Vnの変化量がその区間の速度傾向に比べて、例えば1.25倍以上、0.8倍未満であった場合は、時間ズレありとみなし、区間内の測位時刻を調整し取得時刻のズレを平均化する。なお、「その区間の速度傾向」とは、当該時刻に対応する地点の前後に位置するk地点(k−1区間)における速度の平均値とする。kは例えば3〜6点とする。補正式は、
(1−2)異常データ削除処理
定常的にGPS位置情報に含まれる誤差は、真値を中心とした正規分布であり、平均化で誤差の影響を排除できるが、マルチパスや測位対象衛星の切り替え時などに発生する突発的な位置誤差は、打ち消しあう成分が近傍にないため、平均化で誤差を打ち消すことはできない。そのデータを処理対象から削除する必要がある。
図16(b)は緯度成分の速度(VY)を示すグラフである。速度変化を見ると、異常点で突出している。異常点の前後では、加速度の大きさがほぼ同じで向きが異なる。異常点の前後での速度変化(加速度)を和するとほぼ0になる。このような点を異常点と判断する。
(1−3)2点平均化
GPS受信情報にはランダムな位置誤差が含まれているので、前述の時間ずれ補正処理をし、異常データを削除したデータに対して、中央1点の受信時刻を両端2点の中間値とすることで位置・時間を平均化する処理を行う。
(1−4)時間間隔の一定化(定周期化)
前述の時間ずれ補正処理の結果、時間間隔が不定周期になる。そこで、後の2次処理を行いやすくするため、一定時間間隔(例;1秒間隔)の位置情報となるように、時刻と位置を比例配分により補間する。
図18(b),(c)は、位置情報を緯度・経度の2成分に分け、前段の時間ずれ補正処理の結果、時間間隔が不定周期になった様子を示すグラフである。図18(b)は横軸に時間T、縦軸に経度Xをとっている。図18(c)は横軸に時間T、縦軸に緯度Yをとっている。
なお、GPS受信特性によっては2点ではなく3点以上の加重平均を用いても良い。
(2)2次処理
(2−1)速度域に応じたフィルタリング
1次処理で求めた一定時間ごとの車両の位置列に対して、連続したn点で時刻及び位置を加重平均して位置誤差が平滑化された位置列を得る少数点平均操作、更に平滑化範囲を広げたm点(m>n)で時刻及び位置を加重平均して位置誤差が平滑化された位置列を得る多数点平均操作を行う。
まず1次処理で得られた位置列(時刻Tn、経度Xn、緯度Ynとする)において、各座標値Xn,Ynの2点平均の位置列Anを生成する。このAnを「少数点平均軌跡」という。
多数点平均軌跡Cnと少数点平均軌跡Anを、同時刻において加重平均し、位置座標列Dnを生成する。平均するときの重み係数(混合比)αは、多数点平均軌跡の速度Vnの関数とする。
ここで、低速−高速フィルタリング100%切替点であるVaを設定する。この低速−高速フィルタリング100%切替点Vaの設定基準は、次のようにする。
Vn<Vaのとき
Dn=(1−α)An+αCn
Vn≧Vaのとき
Dn=An
で表される。
図20は、重み付き平均化処理を図解した地図であり、横軸に経度(X)、縦軸に緯度(Y)をとり、三種類の位置座標列An,Cn,Dnの関係を示す。
(2−3)停止判定処理
停止中の位置情報は、GPS位置データ誤差があるため、多数点平均軌跡でも微小な変動が現れる。この変動を抑えるため、停止を判断して、停止中は速度・加速度の計算を行わない手順を設ける。
前記基準速度にはヒステリシスを与え、「第一の基準速度S0 < 第二の基準速度S1 」の関係とする。例えば歩行速度程度の移動速度(4km/h)を検出するためには、第二の基準速度S1を4km/hより10%低い3.6km/hとし、S0をその0.75倍の2.7km/hとする。距離半径Rは位置の平均誤差が6mの場合は、誤差以上となるようにその1.25倍の7.5mとする。もちろん、これらの値は一例であり、実際の受信誤差を評価し、実際に運用してみた結果を考慮して経験に定めるとよい。
(3)速度・加速度計算
前記2次処理で確定した2地点の位置・時刻に基づき、時刻差と移動距離とから速度・方位を算出する、加速度は速度を微分することで算出する。
11 通信機能
12 GPS受信・測位機能
13 入力キー
14 スピーカ
15 表示器
16 アプリケーションソフトウェア
17 記憶機能
21 管理用パソコン本体
22 管理用パソコン表示画面
23 記憶装置
Claims (11)
- GPS(Global Positioning System)受信情報を取得するGPS受信・測位部と、
前記GPS受信情報に基づいて移動体の位置・時刻のデータを算出し、前記位置・時刻のデータに基づき当該移動体の速度を算出し、当該算出した速度が、当該移動体の当該時刻前後の速度傾向に比べて離れている場合に、その算出した速度を当該移動体の速度傾向に合わせるように前記移動体の位置・時刻のデータの時間ずれ補正を行う演算処理部とを備えることを特徴とするGPS受信データの処理装置。 - 前記演算処理部は、前後で加速度の大きさがほぼ同じで向きが異なる異常データを処理対象から削除する請求項1記載のGPS受信データの処理装置。
- 前記演算処理部は、連続する2つのデータの平均化処理を行い、平均化されたデータを処理対象に新たに加える請求項1又は請求項2記載のGPS受信データの処理装置。
- 前記演算処理部は、前記時間ずれ補正の行われた位置・時刻のデータに基づいて、一定周期ごとのデータが得られるようにデータの補間処理を行う請求項1から請求項3のいずれかに記載のGPS受信データの処理装置。
- GPS(Global Positioning System)受信情報を取得するGPS受信・測位部と、
前記GPS受信情報に基づいて移動体の位置・時刻のデータを取得し、これらの位置・時刻のデータに基づき、多数点平均軌跡、少数点平均軌跡をそれぞれ算出し、
前記多数点平均軌跡、少数点平均軌跡に対して、当該移動体の速度に応じた重み付き平均化を行うことにより、補正された移動体の位置・時刻のデータを得る演算部とを有することを特徴とするGPS受信データの処理装置。 - 前記演算部は、補正された移動体の位置・時刻のデータに基づき速度計算を行う請求項5記載のGPS受信データの処理装置。
- 前記演算部は、前記多数点平均軌跡の推定速度を算出し、この推定速度が第一の基準速度以下となれば移動体は停止したと判定して、その期間、位置・時刻のデータを得る演算を停止し、前記推定速度が第二の基準速度以上になり、かつ停止判断位置から基準半径以上の円外に出たならば移動体は移動を始めたと判定する請求項5又は請求項6記載のGPS受信データの処理装置。
- GPS(Global Positioning System)受信情報を取得し、
前記GPS受信情報に基づいて移動体の位置・時刻のデータを算出し、
前記位置・時刻のデータに基づき当該移動体の速度を算出し、
当該算出した速度が、当該移動体の当該時刻前後の速度傾向に比べて離れている場合に、その算出した速度を当該移動体の速度傾向に合わせるように前記移動体の位置・時刻のデータの時間ずれ補正を行うことを特徴とするGPS受信データの処理方法。 - コンピュータに搭載されて使用されるプログラムであって、
GPS(Global Positioning System)受信情報を取得するステップと、
前記GPS受信情報に基づいて移動体の位置・時刻のデータを算出するステップと、
前記位置・時刻のデータに基づき当該移動体の速度を算出するステップと、
当該算出した速度が、当該移動体の当該時刻前後の速度傾向に比べて離れている場合に、その算出した速度を当該移動体の速度傾向に合わせるように前記移動体の位置・時刻のデータの時間ずれ補正を行うステップとを備えることを特徴とするGPS受信データの処理プログラム。 - GPS(Global Positioning System)受信情報を取得し、
前記GPS受信情報に基づいて移動体の位置・時刻のデータを取得し、
これらの位置・時刻のデータに基づき、多数点平均軌跡、少数点平均軌跡をそれぞれ算出し、
前記多数点平均軌跡、少数点平均軌跡に対して、当該移動体の速度に応じた重み付き平均化を行うことにより、補正された移動体の位置・時刻のデータを得ることを特徴とするGPS受信データの処理方法。 - コンピュータに搭載されて使用されるプログラムであって、
GPS(Global Positioning System)受信情報を取得するステップと、
前記GPS受信情報に基づいて移動体の位置・時刻のデータを取得するステップと、
これらの位置・時刻のデータに基づき、多数点平均軌跡、少数点平均軌跡をそれぞれ算出するステップと、
前記多数点平均軌跡、少数点平均軌跡に対して、当該移動体の速度に応じた重み付き平均化を行うことにより、補正された移動体の位置・時刻のデータを得るステップとを備えることを特徴とするGPS受信データの処理プログラム。
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