JPH0682260A

JPH0682260A - 車両位置検出装置

Info

Publication number: JPH0682260A
Application number: JP23208392A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Morita; 一哉森田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1992-08-31
Filing date: 1992-08-31
Publication date: 1994-03-22

Abstract

(57)【要約】【目的】信頼のおける２次元測位データの量を増加さ
せ、２次元測位での車両の位置検出精度を向上させ得る
車両位置検出装置を提供する。【構成】処理装置８は、ＧＰＳ受信機７から一定時間
ごとに出力されるＧＰＳ信号を取り込み、ステップＳ２
で、測位モードが３次元測位から２次元測位、あるいは
２個のＧＰＳ衛星データ受信に切り替わったと判別さ
れ、かつステップＳ４で、車両の走行軌跡と道路地図デ
ータとが所定の相関性があると評価されると、ステップ
Ｓ５において、２次元測位時には３個のＧＰＳ衛星のう
ち２個のＧＰＳ衛星のデータ、２個のＧＰＳ衛星のデー
タ受信時はそれらのデータを使用して、車両の高度を求
める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、衛星航法システム（Ｇ
ＰＳ：Global Positioning System ）を利用した車両位
置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、道路交通網の任意の箇所を走
行している車両の位置を検出する方式として、距離セン
サと、方位センサと、両センサからの出力信号に必要な
処理を施す処理装置とを使用し、車両の走行に伴って生
ずる距離変化量ΔＬおよび車両の方位θから車両位置デ
ータを得る推測航法が提案されている。この方式は、Δ
Ｌおよびθに基づいて、例えばΔＬの東西方向成分Δｘ
（＝ΔＬ×ｃｏｓθ）および南北方向成分Δｙ（＝ΔＬ
×ｓｉｎθ）を算出し、従前の位置データ（Ｐｘ′，Ｐ
ｙ′）に対して各成分Δｘ、Δｙを加算することによ
り、現在の位置データ（Ｐｘ，Ｐｙ）を算出する方式で
ある。

【０００３】上記の方式では、車両出発時の車両の位
置、方位データが必要となり、その後の位置データを算
出するにあたって従前の位置データが必要であり、さら
にその後の位置データを算出するにあたってその従前の
位置データが必要となる。このようなことを繰り返すの
で、距離センサや方位センサの検出信号に誤差が含まれ
ると、当該誤差が累積され、最終的には大きな誤差とな
って現れてくる。

【０００４】したがって、距離センサや方位センサに含
まれる誤差は極力少ないことが望ましいが、方位センサ
で検出した方位は、地磁気センサであれば、車両の着磁
による誤差を伴い、旋回角速度センサであれば、オフセ
ットのドリフトによる誤差を伴う。そこで、車両にＧＰ
Ｓ受信機を搭載し、有効な位置データが得られれば、そ
の情報によって累積誤差をキャンセルすることが行われ
ている。

【０００５】ここで、ＧＰＳというのは、ＧＰＳ衛星か
らの電波を利用して自己の位置を測位する技術であり、
その原理は、所定の軌道上を周回する複数の人工衛星が
発生する電波の伝搬遅延時間を計測することにより、自
己の２次元的または３次元的な位置を測位することにあ
る。この場合、同時に受信できるＧＰＳ衛星の数が３個
であれば、自己の２次元的な位置が分かり、４個であれ
ば自己の３次元的な位置が分かる。

【０００６】ところで、現在打ち上げられているＧＰＳ
衛星の数には限りがあり、車両は常時４個の衛星を受信
できるとは限らない。このため、４個の衛星から電波を
受けて測位しているときは、車両の高度データを含む車
両の位置データが入手できるが、３個の衛星から電波を
受けて測位しているときは、車両の高度データが入手で
きなくなる。そこで、４個の衛星から電波を受けたとき
に求めた高度をそのまま使用して位置を推定することが
行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、２次元
測位時に、３次元測位時の高度データをそのまま使用し
て位置を推定する方式にあっては、車両が走行するにつ
れて、道路の標高の変化により高度が変動していくの
で、誤った高度データに基づいて位置測定を続けること
になり、位置検出精度が低下する。

【０００８】そこで、次善の策として、２次元測位モー
ドになると、直ちにＧＰＳによる測位データを不採用と
することも考えられるが、ＧＰＳデータはできるだけ多
くの機会において活用できるものであることが望まし
い。そのため、本出願人は、特願平３−１２９０４８号
で開示したように、走行中の３次元測位ができなくなっ
た後、従前の３次元測位時の高度データを利用した２次
元測位データを採用し、推測航法や地図マッチング航法
等により得られる車両位置をより正確な位置に補正する
場合において、道路の標高の変化があっても、より正確
な位置および走行軌跡を求めることができる車両位置検
出装置を提案した。

【０００９】すなわち、特願平３−１２９０４８号で開
示した車両位置検出装置は、図４に示すように、３次元
測位から２次元測位に切り替わった後、一定距離Ｄｍを
走破するまでは、２次元測位に切り替わる前の３次元測
位時の高度データを利用して車両の位置検出を行うよう
に構成したものである。しかしながら、上記装置におい
て、再びＧＰＳ受信機の測位モードが３次元測位に切り
替わるまでは、ＧＰＳ受信機の高度データＨ２が２次元
測位に切り替わる前の３次元測位時のまま維持され、更
新されないので、車両が移動して高度が変化した場合に
は、実際の車両の高度Ｈ１と、ＧＰＳ受信機による高度
データＨ２との誤差Δｈが大きくなり、これに伴って２
次元測位した緯度、経度にも誤差が発生する。そのた
め、２次元測位データが使用できなくなり、正確な車両
の位置を検出できない場合があった。

【００１０】本発明は、上記に鑑み、信頼のおける２次
元測位データの量を増加させ、２次元測位での車両の位
置検出精度を向上させ得る車両位置検出装置の提供を目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による課題解決手
段は、車両の走行距離を検出する距離センサと、車両の
走行に伴う方位の変化を検出する方位センサと、互いに
異なる所定の軌道を周回し、車両の絶対位置を検出する
少なくとも４個のＧＰＳ衛星から信号が供給されてきた
場合には、車両の存在している緯度、経度、高度を含む
測位データを取得する３次元測位を行い、３個のＧＰＳ
衛星から信号が供給されてきた場合には、車両の存在し
ている緯度、経度のみの測位データを取得する２次元測
位を行うＧＰＳ受信機と、道路地図データを格納する道
路地図メモリとを備え、ＧＰＳ受信機により取得される
測位データ、距離センサにより検出される走行距離デー
タおよび方位センサにより検出される方位データから得
られる走行軌跡と、道路地図メモリに格納されている道
路地図データとのマッチングを行い車両の位置を検出す
る車両位置検出装置において、上記ＧＰＳ受信機の測位
モードが３次元測位または２次元測位、あるいは２個の
ＧＰＳ衛星データ受信のいずれであるかを判別する測位
モード判別手段と、上記測位モード判別手段によりＧＰ
Ｓ受信機の測位モードが２次元測位、あるいは２個のＧ
ＰＳ衛星データ受信であると判別されたとき、上記車両
の走行軌跡と道路地図データとの相関性を評価する評価
手段と、上記評価手段により上記車両の走行軌跡と道路
地図データとが所定の相関性があると評価されたとき、
２次元測位時には、３個のＧＰＳ衛星のうち２個のＧＰ
Ｓ衛星のデータ、２個のＧＰＳ衛星のデータ受信時には
それらのデータを使用して、車両の高度を求める高度計
算手段とを含むものである。

【００１２】

【作用】上記課題解決手段において、測位モード判別手
段が、ＧＰＳ受信機の測位モードが３次元測位から２次
元測位、あるいは２個のＧＰＳ衛星データ受信に切り替
わったと判別し、かつ評価手段が、車両の走行軌跡と道
路地図データとが所定の相関性があると評価したとき、
高度計算手段は、２次元測位に用いられている衛星のう
ち２個のＧＰＳ衛星のデータ、２個のＧＰＳ衛星データ
受信時はそれらのデータから車両の高度を求める。

【００１３】このように、２次元測位時、あるいは２個
のＧＰＳ衛星データ受信時に高度を求めることで、信頼
のおける２次元測位データの量を増加させることがで
き、２次元測位での車両の位置検出精度を向上させるこ
とが可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。図１は本発明の一実施例に係る車両位置検
出装置の概略構成を示すブロック図である。図１を参照
しつつ、本実施例の車両位置検出装置の概略構成につい
て説明する。

【００１５】本実施例の車両位置検出装置は、図１の如
く、コンソール１と、表示器２と、方位センサ３と、距
離センサ４と、地図データ、道路地図ネットワークデー
タ等を格納している道路地図メモリ５と、道路地図メモ
リ５からデータを読み出すメモリドライブ６と、互いに
異なる所定の軌道を周回し、車両の絶対位置を検出する
複数のＧＰＳ衛星７ａ〜７ｅからの無線電波を受信して
ＧＰＳ衛星７ａ〜７ｅの測位データを取得するＧＰＳ受
信機７と、ＧＰＳ受信機７により取得される測位デー
タ、距離センサ４および方位センサ３の検出データから
得られる走行軌跡と、道路地図メモリ５から得られる道
路ネットワークデータとのパターンマッチングを行い車
両の位置を検出する処理装置８と、誘導経路の算出、所
定範囲の道路地図の検索、読み出し、運転者を誘導する
ための表示用データの生成、表示器２、音声出力装置１
０の駆動および処理装置８の制御等の種々の演算制御を
行うナビゲーションコントローラ９とを有している。

【００１６】コンソール１は、車両位置検出装置の起
動、停止や表示器２の画面上のカーソル移動、画面上に
表示されている道路地図のスクロール等をさせるための
キー入力ボードを有している。表示器２は、ＣＲＴ、液
晶パネル等の画面上に透明のタッチパネルが取り付けら
れている。そして、表示器２は、ナビゲーションコント
ローラ９から供給される初期メニューを表示し、運転者
は、画面の表示位置にタッチして、表示画面の種類、地
図の倍率、目的地等を入力する。すなわち、表示器２
は、ナビゲーションコントローラ９と運転者との対話を
仲介する。

【００１７】方位センサ３は、車両の走行に伴う方位の
変化を検出するものであり、地磁気センサ、ジャイロあ
るいは左右両輪の回転数の差に基づいて旋回角度を検出
する旋回角度センサ等が使用可能である。距離センサ４
は、車両の速度あるいは車輪の回転数に基づいて走行距
離を検出するものであり、車輪速センサ、車速センサ等
が使用可能である。

【００１８】道路地図メモリ５は、大容量記憶媒体であ
るＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ等が使用可能であり、この
道路地図メモリ５の中には、道路地図をメッシュ状に分
割し、各メッシュ単位で道路形態、座標位置等をグラフ
ィック表示するグラフィック表示用の表示地図データを
記憶し、また各メッシュ単位で地図マッチング用の道路
ネットワークデータを記憶している。そして、道路ネッ
トワークデータは、分岐点を表すノードと道路セグメン
トのリンクとの組み合わせデータ、リンクの距離デー
タ、リンクを走破するための所要時間データ、道路種別
データ（高速道路、幹線道路、市外路等）、道路幅デー
タおよび地名欄、有名施設、鉄道等の特定地点を特定す
る地点データ等から構成されている。また、表示地図デ
ータとしては、道路地図をメッシュ状に分割する場合の
分割の大きさに応じて、縮尺の異なる複数の地図が用意
されている。

【００１９】ＧＰＳ受信機７は、少なくとも４個のＧＰ
Ｓ衛星から信号が供給されてきた場合には、車両の存在
している緯度、経度、高度を含む測位データを取得する
３次元測位を行い、３個のＧＰＳ衛星から信号が供給さ
れてきた場合には、車両の存在している緯度、経度のみ
の測位データを取得する２次元測位を行う。処理装置８
は、上記した車両位置検出機能の他に、ＧＰＳ受信機７
の測位モードが３次元測位または２次元測位、あるいは
２個のＧＰＳ衛星のデータ受信のいずれであるかを判別
する測位モード判別機能、ＧＰＳ受信機７の測位モード
が２次元測位、あるいは２個のＧＰＳ衛星のデータ受信
であると判別されてたとき、上記車両の走行軌跡と道路
地図データとの相関性を評価する評価機能、および上記
車両の走行軌跡と道路地図データとが所定の相関性があ
ると評価されたとき、２次元測位時は２次元測位に用い
られている衛星のうち２個のＧＰＳ衛星のデータ、２個
のＧＰＳ衛星のデータ受信時はそれらのデータから車両
の高度を求める高度計算機能等を有している。

【００２０】ここで、上記車両位置検出装置の総合動作
について説明する。まず運転者は、走行前にキーをオン
して車両位置検出動作を立ち上げ、コンソール１のキー
ボードを操作して地図メモリ５内から現在位置を含む所
定範囲の道路地図を選択し、表示器２に表示させる。次
に、キーボードを操作して車両の初期位置を設定する。
この設定は、車両の位置を示すカーソルを地図上で動か
すことにより行われる。このとき、車両の初期方位は、
方位センサ３の出力を取り込むことにより設定される。
このようにして車両の初期位置・初期方位を表すデータ
が処理装置８に供給される。

【００２１】上記一連の初期設定終了後、車両を発進さ
せ、処理装置８において、距離センサ４の出力に基づい
て初期位置からの走行距離データを算出するとともに、
方位センサ３の方位データに基づいて現在方位を積算す
る。そして、処理装置８は、上記両データに基づいて走
行軌跡データを算出し、この走行軌跡データをナビゲー
ションコントローラ９に供給する。ナビゲーションコン
トローラ９は、表示器２の画面に車両位置・方位、走行
軌跡を道路地図とともに表示する。

【００２２】さらに、走行中に、処理装置８にＧＰＳ受
信機７からＧＰＳ衛星の信号に基づいて算出された測位
データが入力された場合には、その測位データは、車両
の初期位置として改めて入力される。したがって、表示
器２に表示される走行軌跡は、ＧＰＳ受信機７がＧＰＳ
衛星からの信号を受信し測位データを算出するたびに正
確な軌跡に修正されることになる。

【００２３】次に、図２示すフロチャートを参照しつ
つ、処理装置８の高度補正動作について説明する。図２
に示すように、処理装置８は、ＧＰＳ受信機７から一定
時間ごとに出力されるＧＰＳ衛星からの信号に基づく測
位データ（ＧＰＳ信号）を取り込み、ステップＳ１で、
例えば車輪速センサ（距離センサ）４の回転数パルス数
をカウントし、高度補正後の走行距離の積算を行う。次
に、ステップＳ２において、ＧＰＳ受信機７の測位モー
ドが３次元測位または２次元測位、あるいは２個のＧＰ
Ｓ衛星データ受信のいずれであるかを判別する。ここ
で、測位モードが３次元測位から２次元測位、あるいは
２個のＧＰＳ衛星データ受信に切り替わったと判別する
と、ステップＳ３に移行し、最終高度計算からの走行距
離ｎがＮｍ以上であるか判別する。Ｎｍ以上であれば、
ステップＳ４に移行し、車両の走行軌跡と道路地図デー
タとの相関性を評価する。ここで、車両の走行軌跡と道
路地図データとが予め定めるずれ未満である場合、つま
り所定の相関性がある場合、ステップＳ５に移行し、２
次元測位時は、３個のＧＰＳ衛星データのうち２個、２
個のＧＰＳ衛星データ受信時はそれらのデータから車両
の高度を求める。その後、ステップ６で走行距離ｎをク
リアし、ステップＳ７において、ＧＰＳ受信機７の測位
データが有効であることを示す接続信号を出力する。

【００２４】ステップＳ３で、走行距離ｎがＮｍ未満で
あれば、ステップＳ７で接続信号を出力する。また、ス
テップＳ４で、所定の相関関係が求められなければ、高
度は正しくないので、高度計算行程を経ず、ステップＳ
９において分離信号を出力する。一方、３次元測位の時
は、高度が求められているので、ステップＳ１０で走行
距離ｎをクリアし、ステップＳ１にて接続信号を出力す
る。

【００２５】ところで、ステップＳ３における高度計算
の原理について説明すると、ｉ番目のＧＰＳ衛星の位置
をＰｉ＝（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）、ｉ番目のＧＰＳ衛星の
信号を受信した位置をＰｇ＝（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）、Ｇ
ＰＳ受信機７が受信したｉ番目のＧＰＳ衛星の信号に含
まれる時刻データｔｉ、ＧＰＳ受信機７がｉ番目のＧＰ
Ｓ衛星の信号に含まれる時刻データｔｉを受信した時刻
ｔｇ、ＧＰＳ受信機７の時計の誤差をΔｔｇとすると、
下記（１）式の関係が成り立つ。

【００２６】

【数１】（Ｘｉ−Ｘｇ）²＋（Ｙｉ−Ｙｇ）²＋（Ｚｉ−Ｚｇ）² ＝Ｃ²（ｔｉ−ｔｇ＋Δｔｇ）²・・・（１）ただし、ｉ＝１〜４、Ｃは光速、Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ、Δ
ｔｇは変数である。ここで、３次元測位は、４個（ｉ＝
１〜４）のＧＰＳ衛星から信号が供給されきた場合に行
われるから、下記（２）〜（５）式の連立方程式を解く
ことで、変数Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ、Δｔｇが求められ、緯
度、経度、高度を含む測位データを取得することができ
る。

【００２７】

【数２】（Ｘ１−Ｘｇ）²＋（Ｙ１−Ｙｇ）²＋（Ｚ１−Ｚｇ）² ＝Ｃ²（ｔ１−ｔｇ＋Δｔｇ）²・・・（２）（Ｘ２−Ｘｇ）²＋（Ｙ２−Ｙｇ）²＋（Ｚ２−Ｚｇ）² ＝Ｃ²（ｔ２−ｔｇ＋Δｔｇ）²・・・（３）（Ｘ３−Ｘｇ）²＋（Ｙ３−Ｙｇ）²＋（Ｚ３−Ｚｇ）² ＝Ｃ²（ｔ３−ｔｇ＋Δｔｇ）²・・・（４）（Ｘ４−Ｘｇ）²＋（Ｙ４−Ｙｇ）²＋（Ｚ４−Ｚｇ）² ＝Ｃ²（ｔ４−ｔｇ＋Δｔｇ）²・・・（５）一方、２次元測位、あるいは２個のＧＰＳ衛星のデータ
受信時は、２個または３個のＧＰＳ衛星から信号が供給
されきた場合に行われるから、３次元測位のときのよう
に、Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ、Δｔｇの４つの変数を決定でき
ない。そこで、車両の走行軌跡と道路地図データとが所
定の相関性があると評価された場合、車両の走行軌跡位
置Ｘｇ、Ｙｇと、２次元測位に用いられている衛星のう
ち２個（ｉ＝１，２）のＧＰＳ衛星のデータ、あるいは
２個のＧＰＳ衛星のデータ受信時はそのデータを使用し
て、つまり（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）と（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ
２）を、下記（６）（７）式に代入し、連立方程式を解
くことで、Ｚｇ、Δｔｇ、すなわち高度が求められる。

【００２８】

【数３】（Ｘ１−Ｘｇ）²＋（Ｙ１−Ｙｇ）²＋（Ｚ１−Ｚｇ）² ＝Ｃ²（ｔ１−ｔｇ＋Δｔｇ）²・・・（６）（Ｘ２−Ｘｇ）²＋（Ｙ２−Ｙｇ）²＋（Ｚ２−Ｚｇ）² ＝Ｃ²（ｔ２−ｔｇ＋Δｔｇ）²・・・（７）すなわち、本実施例の車両位置検出装置では、図３の如
く、ＧＰＳ受信機７の測位モードが３次元測位から２次
元測位、あるいは２個のＧＰＳ衛星のデータ受信に切り
替わった場合、車両の走行軌跡と道路地図データとが所
定の相関性があると評価されたときに（図３中Ａ、Ｂ地
点）、実際の車両の高度Ｈ１に補正すべく、２次元測位
時は３個のＧＰＳ衛星のうち２個のＧＰＳ衛星のデー
タ、２個のＧＰＳ衛星のデータ受信時はそのデータを使
用し、また車両の走行軌跡位置とから車両の高度データ
Ｈ１を求める。そして、一定距離Ｄｍを走破する間は、
この高度データＨ１を採用しながら２次元測位データを
使用する。

【００２９】このように、２次元測位時、あるいは２個
のＧＰＳ衛星データ受信時に高度を求めることで、信頼
のおける２次元測位データの量を増加させることがで
き、２次元測位での車両の位置検出精度を向上させるこ
とが可能となる。本発明は、上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を
加え得ることは勿論である。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よると、測位モード判別手段が、ＧＰＳ受信機の測位モ
ードが３次元測位から２次元測位、あるいは２個のＧＰ
Ｓ衛星のデータ受信に切り替わったと判別し、かつ評価
手段が、車両の走行軌跡と道路地図データとが所定の相
関性があると評価したとき、高度計算手段は、２次元測
位時には３個のＧＰＳ衛星のうち２個、２個のＧＰＳ衛
星のデータ受信時にはそれらのデータから車両の高度を
求める。

【００３１】このように、２次元測位時、あるいは２個
のＧＰＳ衛星データ受信時に高度を求めることで、信頼
のおける２次元測位データの量を増加させることがで
き、２次元測位での車両の位置検出精度を向上させるこ
とが可能となるといった優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る車両位置検出装置の概
略構成を示すブロック図である。

【図２】高度補正動作を示すフローチャートである。

【図３】高度補正動作のタイミングを示す図である。

【図４】従来の車両位置検出装置に係る２次元測位時の
車両の位置検出状態を示す図である。

【符号の説明】３方位センサ４距離センサ５道路地図メモリ６メモリドライブ７ａ〜７ｅＧＰＳ衛星７ＧＰＳ受信機８処理装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の走行距離を検出する距離センサと、車両の走行に伴う方位の変化を検出する方位センサと、互いに異なる所定の軌道を周回し、車両の絶対位置を検
出する少なくとも４個のＧＰＳ衛星から信号が供給され
てきた場合には、車両の存在している緯度、経度、高度
を含む測位データを取得する３次元測位を行い、３個の
ＧＰＳ衛星から信号が供給されてきた場合には、車両の
存在している緯度、経度のみの測位データを取得する２
次元測位を行うＧＰＳ受信機と、道路地図データを格納する道路地図メモリとを備え、ＧＰＳ受信機により取得される測位データ、距離センサ
により検出される走行距離データおよび方位センサによ
り検出される方位データから得られる走行軌跡と、道路
地図メモリに格納されている道路地図データとのマッチ
ングを行い車両の位置を検出する車両位置検出装置にお
いて、上記ＧＰＳ受信機の測位モードが３次元測位または２次
元測位、あるいは２個のＧＰＳ衛星データ受信のいずれ
であるかを判別する測位モード判別手段と、上記測位モード判別手段によりＧＰＳ受信機の測位モー
ドが２次元測位、あるいは２個のＧＰＳ衛星データ受信
であると判別されたとき、上記車両の走行軌跡と道路地
図データとの相関性を評価する評価手段と、上記評価手段により上記車両の走行軌跡と道路地図デー
タとが所定の相関性があると評価されたとき、２次元測
位時には、３個のＧＰＳ衛星のうち２個のＧＰＳ衛星の
データ、２個のＧＰＳ衛星のデータ受信時にはそれらの
データを使用して、車両の高度を求める高度計算手段と
を含むことを特徴とする車両位置検出装置。