JP6128960B2 - 道路勾配データ作成装置、車両エネルギー消費量算出装置および道路勾配データ作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、地図データにおける道路リンクの勾配情報である道路勾配データを作成する道路勾配データ作成装置に関するものである。

車両が道路を走行するときのエネルギー消費量を、地図データに含まれる道路リンクの道路勾配データ（以下、単に「勾配データ」という）を用いて推定する技術がある。従来、道路リンクの勾配データとしては、その道路リンクの平均勾配値が用いられていたが、その場合、道路リンク内の詳細な勾配情報が失われるため、上り勾配と下り勾配が混在する道路リンクではエネルギー消費量の推定値の誤差が大きくなる。しかし、道路リンク内の全ての構成点の勾配データを用いて車両のエネルギー消費量を算出しようとすると、保持すべき勾配データのサイズおよび演算負荷が増大するという問題が生じる。

例えば下記の特許文献１には、道路リンク内で勾配変化の度合いが一定以上となる構成点を勾配変化点として抽出し、勾配変化点で区切られる区間ごとに勾配データを求め、それを用いて車両のエネルギー消費量を求める技術が開示されている。

特開２０１２−２４２１１０号公報

特許文献１では、道路リンクを勾配変化点で区切った区間ごとの勾配データを用いて車両のエネルギー消費量を算出するため、道路リンク内の詳細な勾配情報がある程度反映され、上り勾配と下り勾配が混在する道路リンクにおいても、エネルギー消費量の推定値の誤差を小さくできる。また、道路リンク内の全ての構成点の勾配データを用いるよりも、保持すべき勾配データのサイズを小さくできる。しかし、特許文献１では、勾配変化点の抽出処理のアルゴリズムが複雑であり、演算負荷を削減することは残された課題である。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、道路リンク内の詳細な勾配情報が反映された道路リンクの勾配データを、勾配データのサイズおよび演算負荷の増大を抑えつつ作成できる道路勾配データ作成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る道路勾配データ作成装置は、道路リンク内の各区間における勾配種別を判定し、道路リンクを勾配種別が「上り」の区間、「下り」の区間および「平坦」の区間に分割する区間分割部と、区間分割部によって分割された各区間の勾配値を算出する区間勾配算出部とを備え、区間分割部は、同じ勾配種別の区間が連続して存在する場合、それらの連続する区間を繋げて１つの区間に変換する処理を実施するとともに、同じ勾配種別の区間に挟まれた一定長以下の短い区間が存在する場合、当該短い区間の両端の分割点を削除することにより、それら３つの区間を繋げて１つの区間に変換する処理と、異なる勾配種別の区間に挟まれた一定長以下の短い区間が存在する場合、当該短い区間内に新たな分割点を作ると共に、当該短い区間の両端の分割点を削除することにより、それらの３区間を２つの区間に変換する処理と、の少なくとも1つの処理を実施することを特徴とする。

本発明によれば、道路リンクを「上り」、「下り」および「平坦」の区間に分割し、同じ勾配種別の連続する区間を結合するとともに、同じ勾配種別の区間に挟まれた一定長以下の短い区間が存在する場合、当該短い区間の両端の分割点を削除し、それら３つの区間を繋げて１つの区間に変換する処理と、異なる勾配種別の区間に挟まれた一定長以下の短い区間が存在する場合、当該短い区間内に新たな分割点を作ると共に、当該短い区間の両端の分割点を削除し、それらの３区間を２つの区間に変換する処理と、の少なくとも1つの処理を実施するという比較的簡単なアルゴリズムにより、道路リンク内の勾配情報の特徴を残しつつ、勾配データのサイズを小さくすることができる。つまり、道路リンク内の勾配情報が反映された道路リンクの勾配データを、勾配データのサイズおよび演算負荷の増大を抑えつつ作成することができる。

本発明の実施の形態に係る道路勾配データ作成装置の構成を示すブロック図である。 勾配データ作成部による勾配データの作成処理を示すフローチャートである。 道路リンクに対する区間分割処理の具体例を示す図である。 道路リンクに対する区間分割処理の具体例を示す図である。 道路リンクに対する区間分割処理の具体例を示す図である。 連続した勾配情報を持つ道路リンクに対する区間分割処理の具体例を示す図である。 連続した勾配情報を持つ道路リンクに対する区間分割処理の具体例を示す図である。 連続した勾配情報を持つ道路リンクに対する区間分割処理の具体例を示す図である。

図１は、本発明の実施の形態に係る道路勾配データ作成装置１００の構成を示すブロック図である。道路勾配データ作成装置１００は、地図データを構成する道路リンクごとの勾配データを作成するものである。道路勾配データ作成装置１００が作成した勾配データは、例えば、車両が走行する際のエネルギー消費量を算出する装置（車両エネルギー消費量算出装置）が、各道路リンクでのエネルギー消費量を算出する際に用いることができる。

車両エネルギー消費量算出装置は、車両が現在位置から目的地までの経路を走行するときに消費するエネルギーの予測値を算出したり、車両が走行した経路の履歴から過去に消費したエネルギー量を算出したりすることができ、主にカーナビゲーション装置に搭載される。また、車両エネルギー消費量算出装置は、ナビゲーション機能を有する車載可能なＰＮＤ（Portable Navigation Device）や携帯端末（例えば携帯電話、スマートフォン、及びタブレットなど）、さらには、ナビゲーション情報を配信するサーバと通信機能を有する車載装置とから構成されるナビゲーションシステムなどにも適用され得る。

図１のように、道路勾配データ作成装置１００は、地図データ管理部１０および道路勾配データ作成部２０から構成される。

地図データ管理部１０は、道路網を構成する道路リンクのデータ（道路リンクデータ）、道路リンクの接続点であるノードのデータ、および勾配データの作成に用いられる地形データなどを含む地図データを管理する。地形データは、道路リンクの各構成点の標高データや、構成点で区切られる区間（以下「単位区間」）ごとの勾配データなどである。地図データ管理部１０が管理する地図データは、地図データ管理部１０自体が保持してもよいし、地図データ管理部１０が外部のサーバ等から取得してもよい。

地図データ管理部１０は、地図データから任意の道路リンクのデータを取得する道路リンクデータ取得部１１と、地図データから任意の道路リンクの各単位区間の勾配データ（以下「詳細勾配データ」）を取得する詳細勾配データ取得部１２とを備えている。道路リンクデータ取得部１１が取得する道路リンクデータには、少なくとも道路リンクの長さ（距離）の情報が含まれる。

地図データに詳細勾配データが含まれていない場合には、詳細勾配データ取得部１２は、構成点の標高データと単位区間の長さから、単位区間の勾配値を算出することによって詳細勾配データを作成することができる。あるいは、地図をメッシュ状に区切った各頂点の標高データから、道路リンクの構成点の標高を推定し、それを元にして詳細勾配データを作成してもよい。

ここでは道路リンクデータと詳細勾配データが１つの地図データ管理部１０で管理されるものとするが、道路リンクデータと詳細勾配データはそれぞれ個別の管理装置で管理されてもよい。その場合、道路リンクデータ取得部１１および詳細勾配データ取得部１２は、それぞれ異なる管理装置から道路リンクデータと詳細勾配データを取得する。

地図データ管理部１０は、道路リンクデータ取得部１１が取得した道路リンクデータ、および詳細勾配データ取得部１２が取得した詳細勾配データを、道路勾配データ作成部２０へと送る。

道路勾配データ作成部２０は、地図データ管理部１０から受け取った道路リンクデータおよび詳細勾配データに基づいて、道路リンクを「上り」の区間、「下り」の区間および「平坦」の区間に分割し、その各区間の長さと勾配値の情報を含む勾配データを作成する。本実施の形態では、区間の勾配値は、その区間の平均勾配値を用いるものとする。

道路勾配データ作成部２０は、区間分割部２１および区間勾配算出部２２から構成される。区間分割部２１は、道路リンクデータと詳細勾配データに基づいて、道路リンクを「上り」の区間、「下り」の区間および「平坦」の区間に分割する処理（区間分割処理）を行う。区間勾配算出部２２は、区間分割部２１が道路リンクを分割して得た各区間の勾配値として、その区間の平均勾配値を算出する処理（区間勾配値算出処理）を行う。

道路勾配データ作成部２０は、区間分割部２１が道路リンクを分割して得た各区間に、その区間の長さの情報と、その区間の平均勾配値の情報とを関連付けすることによって、道路リンクの勾配データを作成する。

なお、道路勾配データ作成装置１００はコンピュータを用いて構成され、地図データ管理部１０、道路勾配データ作成部２０およびそれらの各要素は、コンピュータがプログラムに従って動作することにより実現される。また、地図データ管理部１０が地図データを保持する場合は、地図データ管理部１０はハードディスク、リムーバブルディスク、メモリなど、地図データを保持する記憶媒体を含む構成となる。

次に、道路勾配データ作成部２０が道路リンクの勾配データを作成する処理について説明する。図２は、その処理を示すフローチャートである。

道路勾配データ作成部２０は、まず、勾配データを作成する道路リンクのデータと、その道路リンクの詳細勾配データとを地図データ管理部１０から取得する（ステップＳ１）。区間分割部２１は、詳細勾配データに基づき、道路リンクを「上り」の区間、「下り」の区間および「平坦」の区間に分割する区間分割処理を行う（ステップＳ２）。

区間分割処理の詳細を、図３〜図５に示す道路リンクの具体例を参照しつつ説明する。区間分割処理では、まず、道路リンク内の各単位区間に、「上り」、「下り」または「平坦」の勾配種別を付与する。このとき、勾配値の小さな傾斜は車両の走行エネルギーに殆ど影響しないため、勾配種別を「平坦」とする勾配値の範囲には、一定の大きさの幅を持たせるとよい。

ここでは、勾配種別を「上り」と判定する勾配のしきい値Ｆ_ｍａｘ（＞０）と、勾配種別を「下り」と判定する勾配のしきい値Ｆ_ｍｉｎ（＜０）を規定する。そして、勾配値がＦ_ｍａｘよりも大きい区間の勾配種別を「上り」、勾配値がＦ_ｍｉｎ未満の区間の勾配種別を「下り」、勾配値がＦ_ｍｉｎ以上Ｆ_ｍａｘ以下の区間の勾配種別を「平坦」と判定するものとする。

例えば、道路勾配データ作成部２０が図３に示す道路リンクが取得された場合を考える。図３において、横軸は車両の進行方向に沿った距離であり、縦軸は道路リンク上の各構成点の標高を表している（構成点はドットで示されている）。よって、図３の折れ線の傾きは、そのまま各単位区間の勾配値に対応することになる。

区間分割部２１は、図３の道路リンクに対し、構成点Ｐ１とＰ２の間の４つの単位区間には「上り」の勾配属性、構成点Ｐ２とＰ３の間の２つの単位区間には「平坦」の勾配属性、構成点Ｐ３とＰ４の間の２つの単位区間には「下り」の勾配属性、構成点Ｐ４とＰ５の間の１つの単位区間には「平坦」の勾配属性、構成点Ｐ５とＰ６の間の３つの単位区間には「下り」の勾配属性、構成点Ｐ６とＰ７の間の１つの単位区間には「平坦」の勾配属性、構成点Ｐ７とＰ８の間の２つの単位区間には「上り」の勾配属性を、それぞれ付与する。

区間分割部２１は、道路リンクの各単位区間に勾配属性を付与した後、以下の３つの区間結合処理を行って、道路リンク内の区間（単位区間または単位区間を結合した区間）を結合する。
（１）同じ勾配種別の区間が連続して存在する場合、それらの連続する区間を繋げて１つの区間に変換する処理（第１の区間結合処理）。
（２）同じ勾配種別の区間に挟まれた一定長以下の短い区間が存在する場合、当該短い区間の両端の構成点（分割点）を削除することにより、それら３つの区間を繋げて１つの区間に変換する処理（第２の区間結合処理）。
（３）異なる勾配種別の区間に挟まれた一定長以下の短い区間が存在する場合、当該短い区間内に新たな構成点（分割点）を作ると共に、当該短い区間の両端の構成点（分割点）を削除することにより、それらの３区間を２つの区間に変換する処理（第３の区間結合処理）。

図３の道路リンクに対し、第１の区間結合処理が行われると、構成点Ｐ１とＰ２の間の４つの単位区間は１つの「上り」の区間に、構成点Ｐ２とＰ３の間の２つの単位区間は１つの「平坦」の区間に、構成点Ｐ３とＰ４の間の２つの単位区間は１つの「下り」の区間に、構成点Ｐ５とＰ６の間の３つの単位区間は１つの「下り」の区間に、構成点Ｐ７とＰ８の間の２つの単位区間は１つの「上り」に、それぞれ結合される（構成点Ｐ４とＰ５の間、および構成点Ｐ６とＰ７の間は、単位区間が１つなので、変換処理はなされない）。その結果、１５個の単位区間から成っていた図３の道路リンクは、図４のように７つの区間からなる道路リンクに変換される。

第１の区間結合処理が実施されると、勾配値がＦ_ｍａｘ超からＦ_ｍａｘ以下に変化する構成点（Ｐ２）、勾配値がＦ_ｍａｘ以下からＦ_ｍａｘ超に変化する構成点（Ｐ７）、勾配値がＦ_ｍｉｎ以上からＦ_ｍｉｎ未満に変化する構成点（Ｐ３，Ｐ５）、および、勾配値がＦ_ｍｉｎ未満からＦ_ｍｉｎ以上に変化する構成点（Ｐ４，Ｐ６）が、勾配特徴点として抽出される。つまり、「上り」の区間、「下り」の区間および「平坦」の区間の境界となる構成点が抽出される。

また、第１の区間結合処理の結果得られた図４の道路リンクに対して、第２の区間結合処理を行う場合、構成点Ｐ４とＰ５の間の区間が区間結合処理の実施条件（同じ勾配種別の区間に挟まれた一定長以下の短い区間）に該当する。従って、構成点Ｐ４，Ｐ５が削除され、区間Ｐ３とＰ６の間の３つの区間が繋げられて１つの「下り」の区間に変換される。

同じく図４の道路リンクに対して、第３の区間結合処理を行う場合、構成点Ｐ６とＰ７の間の区間が区間結合処理の実施条件（異なる勾配種別の区間に挟まれた一定長以下の短い区間）に該当する。従って、構成点Ｐ６，Ｐ７の間の区間内に新たな構成点Ｐ６７が作られると共に、構成点Ｐ６，Ｐ７が削除され、構成点Ｐ５とＰ８の間の３つの区間が２つの区間に変換される。

このように第２および第３の区間結合処理が行われると、図４の道路リンクは、図５のように４つの区間からなる変換される。図５の道路リンクは構成点の数が少ないが、図３の道路リンク内の勾配情報の大まかな特徴が残っていることが分かる。なお、第２の区間結合処理と第３の区間結合処理は、どちらを先に行ってもよい。

図２に戻り、区間分割部２１による区間分割処理（ステップＳ２）が完了すると、区間勾配算出部２２は、区間分割処理の結果得られた道路リンク内の区間ごとの平均勾配値を求める区間勾配値算出処理を行う（ステップＳ３）。各区間の平均勾配値は、その区間の始点と終点を結ぶ線分の傾きから算出できる。区間の平均勾配値は、区間の長さと共に、道路リンクの区間のデータに関連付けされ、その結果、道路リンクの勾配データが得られる。

本実施の形態に係る道路勾配データ作成装置１００によれば、勾配データと予め定められた閾値（Ｆ_ｍａｘ、Ｆ_ｍｉｎ）とを比較する簡単なアルゴリズムによって道路リンクを「上り」、「下り」および「平坦」の区間に分割し、第１の区間結合処理を行うことによって、道路リンク内の勾配情報の特徴を残しつつ、構成点の数を減らしてサイズの小さい勾配データを得ることができる（第１の区間結合処理も、連続する区間を繋げるという簡単なアルゴリズムである）。従って、道路リンク内の勾配情報が反映された道路リンクの勾配データを、勾配データのサイズおよび演算負荷の増大を抑えつつ作成することができる。

さらに、第２および第３の区間結合処理を行うことにより、走行エネルギーの大きな影響を与えない短い区間が省略され、勾配データのサイズをさらに小さくできる。第２および第３の区間結合処理も、連続する区間を繋げるという簡単なアルゴリズムである。

また、道路勾配データ作成装置１００が作成した勾配データを用いて、車両エネルギー消費量算出装置が車両のエネルギー消費量を算出することにより、精度の高い車両のエネルギー消費量を演算負荷を抑えながら算出することができる。

本実施の形態では、単位区間の勾配種別を「平坦」と判定する勾配値の範囲に一定の幅を持たせたが、この幅が小さいと、わずかな傾斜を持つ単位区間でも「上り」または「下り」の区間となる。その場合、道路リンク内に「上り」の区間と「下り」の区間が多数点在することになり、第１の区間結合処理で区間の数を充分に減らすことができないことも考えられる。よって、その幅は、車両のエネルギー消費量に大きな影響を与えない範囲で大きいことが好ましい。

＜変形例＞
上記した実施の形態では、詳細勾配データが道路リンクの構成点ごとに得られる例を示したが、例えば、道路リンク内の標高データが関数で表され、図６のように道路リンクが連続的な詳細勾配データを持つ場合も考えられる。

その場合、しきい値Ｆ_ｍａｘ、Ｆ_ｍｉｎを用いて、連続的な詳細勾配データに基づき、勾配値がＦ_ｍａｘよりも大きい区間を「上り」の区間、勾配値がＦ_ｍｉｎ未満の区間を「下り」の区間、勾配値がＦ_ｍｉｎ以上Ｆ_ｍａｘ以下の区間を「平坦」の区間と判定して、道路リンクを区切り、その分割点に構成点を設ければよい。

道路リンクが連続的な詳細勾配データを持つ場合、道路リンクは微小な単位区間の集合として見なすことができるが、このようにして道路リンクを区切ると、同じ勾配属性を持つ連続する微小な構成区間は１つにまとめられる。つまり、この処理は第１の区間結合処理を実施することに等しい。

例えば、道路勾配データ作成部２０が図６に示す連続的な詳細勾配データを持つ道路リンクを取得した場合、区間分割部２１は、道路リンクの始点Ｐ１（始点Ｐ１の勾配値はＦ_ｍａｘ超）から勾配値がＦ_ｍａｘ以下に変化する点Ｐ２までを「上り」の区間、点Ｐ２から勾配値がＦ_ｍｉｎ未満に変化する点Ｐ３までを「平坦」の区間、点Ｐ３から勾配値がＦ_ｍｉｎ以上に変化する点Ｐ４までを「下り」の区間、点Ｐ４から勾配値がＦ_ｍａｘ超に変化する点Ｐ５までを「平坦」の区間、点Ｐ５から勾配値がＦ_ｍａｘ以下に変化する点Ｐ６までを「上り」の区間、点Ｐ６から道路リンクの終点Ｐ７（終点Ｐ７の勾配値はＦ_ｍｉｎ以上、Ｆ_ｍａｘ以下）までを「平坦」の区間、というように道路リンクを分割する。そして、上記の点Ｐ１〜Ｐ７を道路リンクの構成点（分割点）とする。その結果、図６の道路リンクは、図７のように６つの区間からなる道路リンクに変換される。

その後は、上記した実施の形態と同様に、第２および第３の区間結合処理を行えばよい。図７の道路リンクでは、第２の区間結合処理の実施条件に該当する区間（同じ勾配種別の区間に挟まれた一定長以下の短い区間）はないので、第３の区間結合処理のみが実行される。

図７の道路リンクに第３の区間結合処理を行う場合、構成点Ｐ２とＰ３の間の区間が区間結合処理の実施条件（異なる勾配種別の区間に挟まれた一定長以下の短い区間）に該当する。従って、構成点Ｐ２，Ｐ３の間の区間内に新たな構成点Ｐ２３が作られると共に、構成点Ｐ２，Ｐ３が削除され、図７において点Ｐ１とＰ４の間に存在した３つの区間が、２つの区間に変換される。その結果、図７の道路リンクは、図８のように５つの区間からなる道路リンクに変換される。

このように、本発明は、道路リンクが連続的な勾配データを有する場合にも適用可能である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１００ 道路勾配データ作成装置、１０ 地図データ管理部、１１ 道路リンクデータ取得部、１２ 詳細勾配データ取得部、２０ 道路勾配データ作成部、２１ 区間分割部、２２ 区間勾配算出部。

Claims (5)

1. 道路リンク内の各区間における勾配種別を判定し、前記道路リンクを勾配種別が「上り」の区間、「下り」の区間および「平坦」の区間に分割する区間分割部と、
   前記区間分割部によって分割された各区間の勾配値を算出する区間勾配算出部とを備え、
   前記区間分割部は、
   同じ勾配種別の区間が連続して存在する場合、それらの連続する区間を繋げて１つの区間に変換する処理を実施するとともに、
   同じ勾配種別の区間に挟まれた一定長以下の短い区間が存在する場合、当該短い区間の両端の分割点を削除することにより、それら３つの区間を繋げて１つの区間に変換する処理と、
   異なる勾配種別の区間に挟まれた一定長以下の短い区間が存在する場合、当該短い区間内に新たな分割点を作ると共に、当該短い区間の両端の分割点を削除することにより、それらの３区間を２つの区間に変換する処理と、
   の少なくとも1つの処理を実施する
   ことを特徴とする道路勾配データ作成装置。
2. 前記区間分割部は、区間の勾配値が一定の幅を持つ範囲内であれば、その区間の勾配種別を「平坦」と判定する
   請求項１記載の道路勾配データ作成装置。
3. 前記区間分割部は、前記道路リンク上の各点における標高データから算出された各区間の勾配値に基づいて、各区間の勾配種別を判定する
   請求項１または請求項２記載の道路勾配データ作成装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項記載の道路勾配データ作成装置により算出された前記各区間の勾配値を考慮して、前記道路リンクにおける車両のエネルギー消費量を算出する
   車両エネルギー消費量算出装置。
5. 道路リンク内の各区間における勾配種別を判定し、前記道路リンクを勾配種別が「上り」の区間、「下り」の区間および「平坦」の区間に分割する区間分割工程と、
   前記区間分割工程によって分割された各区間の勾配値を算出する区間勾配算出工程とを備え、
   前記区間分割工程は、
   同じ勾配種別の区間が連続して存在する場合、それらの連続する区間を繋げて１つの区間に変換する工程を含むとともに、
   同じ勾配種別の区間に挟まれた一定長以下の短い区間が存在する場合、当該短い区間の両端の分割点を削除することにより、それら３つの区間を繋げて１つの区間に変換する工程と、
   異なる勾配種別の区間に挟まれた一定長以下の短い区間が存在する場合、当該短い区間内に新たな分割点を作ると共に、当該短い区間の両端の分割点を削除することにより、それらの３区間を２つの区間に変換する工程と、
   の少なくとも1つの工程を含む
   ことを特徴とする道路勾配データ作成方法。

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