【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動体の現在位置を求めながら、予め画面に映し出された道路地図上に移動体の現在位置を表示させる移動体の現在位置表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば不案内地域などにおける自動車等の移動体の運転時に、走行予定コースから外れて運転者が道に迷うことがないように適切なガイダンスを行わせるため、距離センサおよび方向センサを用いて移動体の走行距離と進行方向とをそれぞれ検出しながら、
２次元座標上における現在位置を演算によって求め、その移動体の走行にともない刻々と変化する現在位置を予め画面に映し出されている道路地図上に点情報によって逐次更新しながら表示させることによって、運転者に現在位置の確認を行わせることができるようにした移動体の現在位置表示装置が開発されている。

【０００３】しかしてこのような移動体の現在位置表示装置では、距離センサおよび方向センサの各センサ精度や現在位置算出時の有効桁による演算精度などを要因とした位置誤差の発生が否めず、移動体の走行が進むにしたがってその誤差が累積されて、画面に表示される現在位置が地図上の道路から次第に外れていき、自車が地図上におけるどの道路上を走行しているのかを判断することができなくなってしまうという問題がある。

【０００４】また、たとえ算出される移動体の現在位置に誤差がなくとも、その現在位置が表示される地図自体にデフォルメがあれば、画面に表示される現在位置が地図上の道路から外れてしまうことになる。

【０００５】そのため従来では、地図上の道路から外れた現在位置の修正を行わせるべく、地図上における道路のパターンと移動体の走行にしたがって逐次更新される現在位置のデータを記憶保持させることにより得られる走行軌跡のパターンとのマッチング処理を定期的になして、マッチングがとられた道路上に走行軌跡を合せ込んで移動体の現在位置を修正するようにしている（例えば特開平１−４１８１７号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題点は、地図上の道路と移動体の走行軌跡とのパターンのマッチングをとって、そのマッチングがとられた道路上に走行軌跡を合せ込んで移動体の現在位置を修正する際、一般にパターンマッチングの精度を高くするほどマッチング処理に要する演算量が多大となるので、道路地図に対する現在位置の位置精度を上げるべく高精度なパターンマッチングを行わせようとすると膨大な量の演算を短時間で行わせる必要があり、コンピュータなどの処理負担が大きくなってしまうことである。

【０００７】また、パターンのマッチングをとる際に、
従来では地図上の道路と移動体の走行軌跡とをそれぞれ線分によって折線近似したパターンをもって両者のマッチングをとるようにしているので、そのマッチングによって修正される移動体の現在位置の精度が低下してしまうことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、何ら走行軌跡と地図上の道路との各パターンを近似することなく両者のマッチングをとって移動体の現在位置の修正を高精度に行わせるとともに、そのマッチングのための演算量の軽減化を有効に図ってその処理を高速で行わせるべく、
無方向型一般化ハフ変換を用いた所定のアルゴリズムによって、移動体の現在位置のデータをメモリに逐次記憶保持させることによって得られる移動体の走行軌跡の形状と一致する道路形状を道路地図のなかから探索して、
その探索された道路形状の部分に走行軌跡を合せ込んで地図上の道路から外れた移動体の現在位置の修正を行わせるようにしている。

【０００９】その際、特に本発明では、距離センサおよび方向センサの各検出誤差に起因する走行軌跡の歪みを考慮して、移動体の走行軌跡のパターンと道路地図上の道路パターンとの間の位置ずれ、回転ずれおよび距離センサと方向センサとの各検出誤差をそれぞれパラメータとしてモデル化された走行軌跡と道路地図上の道路との間の変換式を用いて走行軌跡を補正したうえで、無方向型一般化ハフ変換を用いた所定のアルゴリズムによってその補正された走行軌跡の形状と一致する道路形状を道路地図のなかから探索するようにしている。

【００１０】

【実施例】図１は本発明による移動体の現在位置表示装置の構成例を示すもので、例えば移動体のタイヤの回転に応じて単位走行距離ごとのパルス信号を出力する距離センサ１と、例えばヨー方向の角速度の変化を検出する移動体の走行にともなう方向変化量に比例した信号を出力する方向センサ２と、距離センサ１からのパルス信号数をカウントして移動体の走行距離を計測するとともに、方向センサ２の出力信号にしたがってその進行方向の変化をわり出すことにより移動体の一定走行距離ごとにおけるＸ−Ｙ座標上の現在位置を逐次演算によって求め、かつ移動体の現在位置表示装置全体の制御を行わせるマイクロコンピュータからなる信号処理装置３と、その信号処理装置３によって求められた刻々変化するＸ−
Ｙ座標上の位置の現在位置のデータを順次格納し、移動体の有限の連続位置情報としてそれを記憶保持する走行軌跡記憶装置４と、予め道路地図情報が記憶されている地図情報記憶媒体５と、その記憶媒体５から必要なエリアの道路地図情報を選択的に読み出す記憶媒体再生装置６と、その読み出された地図情報にもとづいて所定の道路地図を画面に映し出すとともに、その画面に映し出された道路地図上に、移動体の現在位置を、必要に応じて走行軌跡および現在位置における移動体の進行方向などとともに、移動体の走行にしたがって更新的に表示させる表示装置７と、信号処理装置３へ動作指令を与えるとともに、表示装置７に表示させる地図の選択指定およびその表示された地図上における移動体の出発点の設定を行わせ、また走行軌跡などの表示指令を選択的に与え、
表示される地図および走行軌跡の方向変換，その表示位置のシフト，地図および走行軌跡の部分拡大表示，表示縮尺率の選択などの表示形態の設定変更などを適宜行わせることのできる操作装置８とによって構成されている。

【００１１】このように構成されたものでは、選択的に読み出された地図が表示装置７の画面に映し出されるとともに、その地図上において設定された出発点からの移動体の走行にしたがって信号処理装置３により予め設定された地図の縮尺率に応じてＸ−Ｙ座標上における現在位置が刻々と演算によって求められ、その演算結果が走行軌跡記憶装置４に逐次送られてその記憶内容が更新されていくとともに、その記憶内容が読み出されて表示装置７に送られる。

【００１２】それにより表示装置７には、例えば、図２
に示すように、その画面に表示された地図上に移動体の現在位置を示す表示マークＭ１，その現在位置における移動体の進行方向を示す表示マークＭ２および出発点Ｓ
Ｔから現在位置に至るまでの走行軌跡表示マークＭ３が移動体の走行状態に追従して模擬的に表示される。

【００１３】以上の構成および動作は冒頭において説明した従来の移動体の現在位置表示装置と同じである。

【００１４】したがってこのような移動体の現在位置表示装置では、図３に示すように、前述した累積誤差により現在位置およびそれまでの走行軌跡が移動体の走行が進むにしたがって地図上の道路から次第に大きく外れていき、しまいには現在移動体が地図上のどの地点を走行しているかを判断することができなくなってしまう。

【００１５】本発明はこのような移動体の現在位置表示装置にあって、信号処理装置３において、無方向型一般化ハフ変換を用いた所定のアルゴリズムによって移動体の走行軌跡の形状と一致する道路形状を道路地図のなかから探索する手段と、その探索された道路形状の部分に走行軌跡を合せ込んで、地図上の道路から外れた移動体の現在位置の修正を行わせる手段とをとるようにしている。

【００１６】いま、例えば、図４および図５に示すように、移動体の走行軌跡ＬＰとそれに形状が一致する地図上の道路ＲＤとの間のＸ−Ｙ座標上における位置のずれをｐ（Ｘ軸方向のずれ），ｑ（Ｙ軸方向のずれ），φ
（回転ずれ）とすると、走行軌跡ＬＰ上に複数設定される各ポイントｎｉ（ｘ _ｎｉ ， ｙ _ｎｉ ）（ｉ＝１，２，
３，…，Ｎ）に対応する道路ＲＤ上の点（ｘ′，ｙ′）
は次式（１）によって与えられる。

【００１７】

【数１】

【００１８】その探索パラメータｐ，ｑ，φからなる三次元空間は図６に示すようになり、その空間図形は道路地図を走行軌跡ＬＰ上のポイントｎ _ｉおよび回転ずれφ
によって決まる前記（１）式の右辺第１項によるシフトベクトルｓｖだけ一斉にずらしたものとなる。

【００１９】そして、無方向型一般化ハフ変換によれば、その探索パラメータｐ，ｑ，φからなる三次元空間において、走行軌跡ＬＰ上の各ポイントｎ _ｉを選んでできる各空間図形が集積する点の空間上の位置から探索パラメータｐ，ｑ，φの各値が求められることになる。

【００２０】なお、無方向型一般化ハフ変換の理論そのものは、１９７５年ＩＥＥＥの学会発表論文によって、
Ｍｅｒｌｉｎ−Ｆａｒｂｅｒの理論として公知となっている。

【００２１】本発明では、無方向型一般化ハフ変換を用いた所定のアルゴリズムによって、移動体の走行軌跡Ｌ
Ｐの形状と一致する道路ＲＤを道路地図のなかから探索するようにしたことを特徴としている。

【００２２】その際、例えば、ｐ＝４Ｋｍ，ｑ＝４Ｋ
ｍ，φ＝３６０°として探索パラメータ空間を設定して、２Ｋｍ程度の長さの移動体の走行軌跡ＬＰの形状と一致する道路ＲＤを道路地図のなかから探索するようにする。

【００２３】無方向型一般化ハフ変換を用いた所定のアルゴリズムとしては、具体的に以下のようにして実行される。

【００２４】図７に示すように、探索パラメータｐ，
ｑ，φからなる三次元空間をΔｐ，Δｑ，Δφからなるセルによって分割したうえで、１つのセルを選択し、走行軌跡ＬＰ上のある１つのポイントに対応して、その選択されたセルに応じた道路地図のエリア内に道路があるかないかを調べて、そのエリア内に道路があれば投票数１を加え、それを走行軌跡ＬＰ上の全ポイントｎ _ｉに対して実行することによってその選択されたセルの全投票数を得て、以上の処理を三次元空間における全セルについて実行することによって得られる各セルの全投票数のなかで最大値をもったセルを求めて、その投票数が最大のセルの三次元空間上の位置から探索パラメータｐ，
ｑ，φの各値を求める。

【００２５】図８に、探索パラメータｐ，ｑ，φからなる三次元空間における１つのセルに対応する道路地図上のエリア（図中斜線で示す）を示しており、そのエリア内に道路があれば対応するセルに投票数１が加えられる。

【００２６】そして、探索パラメータｐ，ｑ，φの各値が求められることによって、道路地図のなかから移動体の走行軌跡ＬＰの形状と一致する道路ＲＤが探索される。

【００２７】セルの投票計算手順としては、例えば、以下のようにして実行される。

【００２８】前記（１）式の右辺第１項によるシフトベクトルｓｖの走行軌跡ＬＰ上の全てのポイントｎ _ｉおよび回転ずれφに対する値を予め計算して信号処理装置３のメインメモリに登録しておく。 描画用チップを使ってメインメモリ上に道路地図を描画する。 その際、２Ｋｍ長の走行軌跡ＬＰを用いて４Ｋ
ｍ四方を探索することができるように、８ｋｍ四方の道路地図を描画する。 所定の分解能Δｐ＝Δｑで、シフトベクトルに応じて道路地図から１バイトずつデータをオア処理用レジスタに転送して、回転ずれΔφにより広がった道路地図のエリアをオア処理する。 。 オア処理用レジスタの値をシフトして調べて、その値が１ならば対応するカウントレジスタをインクリメントすることによって投票数をカウントする。 走行軌跡ＬＰ上の全ポイントｎ _ｉに対しておよびの処理を繰返して実行する カウントレジスタの値を調べて、その値がしきい値よりも大きければメモリにストアする。 以上〜までの処理を探索パラメータ空間における１／８セル数だけ繰返して実行する

【００２９】また、本発明では、精度を上げるために広い探索パラメータ空間を小さなセルによって分割して、
その全てのセルについて投票するようにすると、そのための演算量が多大となって大きなメモリ容量と処理時間を要することになるため、演算量を抑制するべく以下に述べるような階層的な処理を行って、メモリ容量の軽減化と処理の高速化とを図るようにしている。

【００３０】すなわち、セルサイズを大きく設定して投票数の最大値をもったセルを求めたうえで、その求められたセルをさらに小さなセルに分割して、そのなかから投票数の最大値をもった小さなセルを求めるような階層的な処理をなして、最終的に求められた最小のセルの位置からパラメータｐ，ｑ，φの各値を求めるようにする。

【００３１】図９はそのときのセルの階層的な分割の状態を示しており、ここでは３段階のセル分割をなすようにして、第１段階ではセルサイズをＣ１とし、第２段階ではセルサイズをＣ２とし、第３段階ではセルサイズをＣ３としている。

【００３２】具体的には、ｐ＝４Ｋｍ，ｑ＝４Ｋｍ，φ
＝３６０°として探索パラメータ空間を設定して、２Ｋ
ｍ程度の長さの移動体の走行軌跡ＬＰの形状と一致する道路ＲＤを道路地図のなかから探索するようにする場合、セルＣ１のサイズをΔｐ＝Δｑ＝１６０ｍ，Δφ＝
４°に設定し、セルＣ２のサイズをΔｐ＝Δｑ＝４０
ｍ，Δφ＝１゜に設定し、セルＣ３のサイズをΔｐ＝Δ
ｑ＝１０ｍ，Δφ＝０．２５゜に設定する。

【００３３】しかして、本発明によれば、広い探索パラメータ空間にわたって階層的な処理を行わせることにより、演算量を有効に抑制しながらメモリ容量の軽減化と処理の高速化を有効に図って、移動体の走行軌跡ＬＰの形状と一致する道路ＲＤを道路地図のなかから精度良く探索することができるようになる。

【００３４】その際、本発明では、信号処理装置３において、最大投票数がしきい値以上となることを条件として、移動体が２ｋｍ程度走行することによって得られる比較的短い走行軌跡ごとに道路探索を行いながら、１０
〜３０Ｋｍ程度の比較的長い距離にわたって走行軌跡をつなげながら道路探索を追跡して行って、投票総数の推移から探索された道路と走行軌跡とが一致する確度を求め、その求められた確度および位置関係から探索された複数の候補道路のなかから走行軌跡と最も一致する道路を選定し、その選定された道路に合せ込むように走行軌跡を平行移動および回転移動させて、地図上の道路から外れた移動体の現在位置の修正を行わせるようにしている。

【００３５】また、特に本発明では、タイヤ径の変化などによる距離センサ１の検出誤差およびドリフトによる方向センサ２の検出誤差に起因する走行軌跡の歪みを考慮したうえで道路探索を精度良く行わせるべく、信号処理装置３において、移動体の走行軌跡のパターンと道路地図上の道路パターンとの間の位置ずれ、回転ずれおよび距離センサと方向センサとの各検出誤差をそれぞれパラメータとした走行軌跡と道路地図上の道路との間の変換式を用いて走行軌跡を補正する手段をとり、無方向型一般化ハフ変換を用いた所定のアルゴリズムによって、
その補正された走行軌跡の形状と一致する道路形状を道路地図のなかから探索するようにしている。

【００３６】そして、その際、信号処理装置３において、比較的短い走行軌跡ごとに各パラメータ値を推定することにより補正された走行軌跡の形状と一致する道路形状を道路地図のなかから探索する処理を、比較的長い距離にわたって走行軌跡をつなげながら追跡して行わせることによって各センサ誤差によるパラメータ値を学習的に決定して、走行軌跡と道路との間の変換式のモデル化を図るようにしている。

【００３７】いま、図１０に示すように、移動体の走行軌跡ＬＰ上の位置Ａのデータを（ｐ _ｎ ，ｑ _ｎ ）、移動体がその位置Ａに達するまでの走行時間をｔ _ｎとし、また、図１１に示すように、走行軌跡ＬＰに応じた道路地図上の道路ＲＤにおける走行軌跡ＬＰ上の位置Ａに応じた位置Ａ′のデータを（ｐ _ｎ ′，ｑ _ｎ ′）とする。

【００３８】また、走行軌跡ＬＰのパターンと道路地図上の道路ＲＤのパターンとの間の位置ずれを（ｕ，
ｖ）、走行軌跡ＬＰと道路ＲＤとの間における回転ずれをφ′とする。

【００３９】しかして、距離センサ１の検出誤差をパラメータＳによってあらわしたときの走行軌跡ＬＰと道路ＲＤとの間の変換式は次式（２），（３）によって与えられる。

【００４０】 Ｐ _ｎ ′＝Ｓｃｏｓφ _ｎ ′・ｐ _ｎ −Ｓｓｉｎφ _ｎ ′・ｑ _ｎ ＋ｕ …（２） ｑ _ｎ ′＝Ｓｓｉｎφ _ｎ ′・ｐ _ｎ ＋Ｓｃｏｓφ _ｎ ′・ｑ _ｎ ＋ｖ …（３）

【００４１】また、方向センサ２のドリフトβ−時間ｔ
特性は図１２に示すようになり、その特性を直線近似した式β＝ａ＋ｂｔを積分した結果が走行軌跡ＬＰと道路ＲＤとの間における回転ずれφ _ｎ ′となる。

【００４２】したがって、方向センサ２の検出誤差をパラメータａ，ｂによってあらわしたときの走行軌跡ＬＰ
と道路ＲＤとの間における回転ずれφ _ｎ ′は次式（４）
によって与えられる。

【００４３】 φ _ｎ ′＝θ＋ａ・ｔ _ｎ ＋（ｂ／２）・ｔ _ｎ ^２ …（４） ここで、θは回転のパラメータである。

【００４４】このようにして得られた走行軌跡ＬＰと道路ＲＤとの間の変換式（２）′（３），（４）における６つのパラメータｕ，ｖ，Ｓ，θ，ａ，ｂを決定するには長い走行軌跡が必要になり、そのため移動体が２Ｋｍ
程度走行することによって得られる比較的短い走行軌跡ごとに各パラメータ値を推定することにより補正された走行軌跡の形状と一致する道路形状を道路地図のなかから探索する処理を、ハフ変換の階層的山登り探索により走行軌跡を１０〜３０Ｋｍ程度の比較的長い距離にわたってつなげながら追跡して行わせる。

【００４５】このように本発明によれば、距離センサ１
および方向センサ２の各検出誤差を完全にモデル化した変換式を用いて、各センサ誤差に起因する走行軌跡の歪を補正したうえで、その補正された走行軌跡の形状と一致する道路探索をなすことができ、歪に強いタフな照合が可能になる。

【００４６】

【発明の効果】以上、本発明による移動体の現在位置表示装置にあっては、移動体の走行軌跡と道路地図上の道路を何ら線分などによって折線近似するようなことなく、実際に得られる移動体の走行軌跡の形状をそのまま用い、距離センサおよび方向センサの各センサ誤差に起因する走行軌跡の歪を補正したうえで、その補正された走行軌跡と一致する道路地図上の道路を探索して、その探索された道路に走行軌跡を合せ込んで移動体の現在位置の修正を行わせるようにしているので、その現在位置の修正を高精度に行わせることができるという利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による移動体の現在位置表示装置の一実施例を示すブロック図である。

【図２】同実施例における表示内容の一例を示す図である。

【図３】走行軌跡が地図上の道路から外れた状態を示す図である。

【図４】走行軌跡の一例を示す図である。

【図５】道路地図上の道路と図４の走行軌跡との位置の相関を示す図である。

【図６】探索パラメータ空間を示す図である。

【図７】探索パラメータ空間をセル分割した状態を示す図である。

【図８】探索パラメータ空間における１つのセルに対応する道路地図上のエリアを示す図である。

【図９】探索パラメータ空間におけるセルの階層的な分割の状態を示す図である。

【図１０】走行軌跡の一例を示す図である。

【図１１】道路地図上の道路を示す図である。

【図１２】方向センサのドリフト特性を示す図である。

【符号の説明】

１ 距離センサ ２ 方向センサ ３ 信号処理装置 ４ 走行軌跡記憶装置 ５ 地図情報記憶媒体 ６ 記憶媒体再生装置 ７ 表示装置 ８ 操作装置