JP5314502B2 - 車両位置測定装置および車両位置測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両の位置を測定する車両位置測定装置および車両位置測定方法に関する。

従来、ＧＰＳ（Global Positioning System）によって車両の位置を測定し、車両が課金エリア内に進入したことを検知することによって課金を行う道路課金システムが提案されている（特許文献１参照）。このようなシステムでは、ＧＰＳ衛星からの電波を受信しにくい場所に車両が位置している場合には、車両の位置の測定精度が低下し、課金を正確に行うことができないという問題があった。例えば、高層ビル街や、地下駐車場や、トンネル内や、高速道路の高架下などの場所ではこのような問題が生じていた。

このような場所では、車速信号及びジャイロセンサを用いた推測航法や、地図データを活用したマップマッチングがＧＰＳの代替手段として一般的に用いられている。これらの代替手段を用いた場合、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できない場所に車両が位置していても車両の位置を測定することが可能である。

特開２００４−３２６２６３号公報

しかしながら、従来の代替手段の測定精度はＧＰＳの測定精度に比べて低いため、時間経過と共に測定精度が劣化してしまうという問題があった。
上記事情に鑑み、本発明は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できない場所において、車両位置の測定精度を向上させることが可能な車両位置測定装置、車両位置測定方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、車両位置測定装置であって、現在の車両の位置を推測する測位処理部と、前記測位処理部によって推測された車両の位置を、推測された時刻と対応付けて累積して記憶する測位情報記憶部と、固定して設置された通信装置から送信される信号を受信し、信号が受信された際の車両の位置を受信された信号に基づいて検出する通信部と、前記通信部によって信号が受信された時刻以降の時刻に対応付けて前記測位情報記憶部に記憶される車両の位置を、前記通信部によって検出された車両の位置に基づいて更新する更新部と、を備える。

本発明の一態様は、上記の車両位置測定装置であって、前記更新部は、前記通信部によって前記信号が受信される際に生じるタイムラグの値を予め記憶し、前記通信部によって信号が受信された時刻から前記タイムラグの値を減算した時刻以降の時刻に対応付けて前記測位情報記憶部に記憶される車両の位置を、前記通信部によって検出された車両の位置に基づいて更新することを特徴とする。

本発明の一態様は、上記の車両位置測定装置であって、前記更新部は、前記通信部によって信号が受信された時刻から前記タイムラグの値を減算した時刻に対応付けて前記測位情報記憶部に記憶される車両の位置を、前記通信部によって検出された車両の位置に置き換えることによって更新を行うことを特徴とする。

本発明の一態様は、車両位置測定方法であって、測位情報記憶部を備える車両位置測定装置が、現在の車両の位置を推測する測位処理ステップと、前記車両位置測定装置が、前記測位処理ステップにおいて推測された車両の位置を、推測された時刻と対応付けて累積して前記測位情報記憶部に書き込む測位情報記憶ステップと、前記車両位置測定装置が、固定して設置された通信装置から送信される信号を受信し、信号が受信された際の車両の位置を受信された信号に基づいて検出する通信ステップと、前記車両位置測定装置が、前記通信ステップにおいて信号が受信された時刻以降の時刻に対応付けて前記測位情報記憶部に記憶される車両の位置を、前記通信ステップにおいて検出された車両の位置に基づいて更新する更新ステップと、を備える。

本発明により、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できない場所において、車両位置の測定精度を向上させることが可能となる。

車両位置測定システムを搭載する車両Ｃが走行する環境を表す図である。 車両位置測定システムの機能構成を表す概略ブロック図である。 測位処理部がＤＳＲＣ処理部によって読み出された座標値に基づいて車両Ｃの現在位置を測定する際の処理の概要を表す図である。 車両位置測定装置の動作を表すフローチャートである。

図１は、車両位置測定システム１００を搭載する車両Ｃが走行する環境を表す図である。車両位置測定システム１００を搭載する車両Ｃが走向する領域には、複数の通信装置Ａが配置される。車両位置測定システム１００は、通信可能な通信装置Ａ（図１の場合は車両Ｃに最も近い場所に位置する通信装置Ａ１）と通信を行うことによって、車両Ｃの位置を測定する。

通信装置Ａは、各装置に一意に付与された識別情報（アンテナＩＤ）を記憶しており、無線通信によりアンテナＩＤを含む信号を送信する。各通信装置Ａが通信可能な範囲は数十センチメートル〜十数メートルであり、各通信装置Ａの通信可能範囲が重複しないように各通信装置Ａが配置される。通信装置Ａが用いる通信方式にはどのような既存技術が適用されても良い。以下の説明では、通信装置ＡがＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communication）を用いて通信を行うように構成される場合について説明する。なお、通信装置Ａは、ＧＰＳ衛星からの電波が届きにくい又は届かない場所にも複数配置される。

図２は、車両位置測定システム１００の機能構成を表す概略ブロック図である。車両位置測定システム１００は、車両位置測定装置１、ＧＰＳ処理部２、車速測定部３、ジャイロコンパス４を備える。

ＧＰＳ処理部２は、ＧＰＳアンテナや演算装置などを備え、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から電波を受信し、ＧＰＳ処理部２が搭載された車両Ｃの現在位置を測定する。

車速測定部３は、車速測定部３が搭載された車両Ｃの車輪の回転数や回転速度などの値に基づいて車両Ｃの走行速度を算出し、車両位置測定装置１へ出力する。車輪の回転数及び回転速度は、車輪や車軸などに取り付けられたセンサーから出力される信号に基づいて車速測定部３が算出しても良いし、車速測定部３とは異なる回転数測定装置や回転速度測定装置が算出しても良い。また、車速測定部３は、上記とは異なる他の既存技術に基づいて車両Ｃの走行速度を測定しても良い。また、車速測定部３は、車両Ｃが後退した場合には、後退信号とともに走行速度を出力する。
ジャイロコンパス４は、ジャイロコンパス４が搭載された車両Ｃの進行方向（車両Ｃの前方が向いている方位）を検出する。

次に、車両位置測定装置１について説明する。車両位置測定装置１は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置や通信装置などを備え、車両位置測定プログラムを実行することによって、入出力部１０１、ＤＳＲＣ処理部１０２、アンテナＩＤ記憶部１０２１、測位処理部１０３、道路位置記憶部１０３１、測位情報記憶部１０３２、課金場所記憶部１０４、判断処理部１０５、課金基礎情報記憶部１０５１、課金表記憶部１０６、課金制御部１０７、ＩＣカード処理部１０８、広域通信処理部１０９を備える装置として機能する。

入出力部１０１は、ユーザーからの入力を受け付け、画像表示装置に画像を表示する。入出力部１０１は、例えば課金表記憶部１０６に記憶される課金額を表す画面（課金額表示画面）や、課金場所記憶部１０４に記憶される課金場所を表す画面（課金場所表示画面）や、測位処理部１０３によって測定された自車位置を表す画面（自車位置表示画面）や、広域通信処理部１０９によって受信された渋滞情報に基づく渋滞区域を表す画面（渋滞区域表示画面）を生成し画像表示装置に表示する。画像表示装置は、車両位置測定装置１の一部として同一筐体に備えられても良いし、車両位置測定装置１とは異なる筐体の装置として入出力部１０１に接続されても良い。

アンテナＩＤ記憶部１０２１は、半導体記憶装置や磁気ハードディスク装置などの記憶装置を用いて構成され、各通信装置ＡのアンテナＩＤと、各通信装置Ａの設置位置を表す座標値とを対応付けて記憶する。なお、アンテナＩＤ記憶部１０２１は、各通信装置Ａの設置位置に代えて、各通信装置Ａに最も近い道路上の位置を表す座標値を記憶するように構成されても良い。

ＤＳＲＣ処理部１０２は、ＤＳＲＣ通信によって通信装置Ａから送信された信号を受信し、受信された信号に含まれる通信装置ＡのアンテナＩＤを取得する。そして、ＤＳＲＣ処理部１０２は、取得されたアンテナＩＤに対応する座標値をアンテナＩＤ記憶部１０２１から読み出す。また、ＤＳＲＣ処理部１０２は、通信装置Ａから信号が受信されると、受信された時刻を検出する。

道路位置情報記憶部１０３１は、半導体記憶装置や磁気ハードディスク装置などの記憶装置を用いて構成され、道路が敷設されている位置を表す座標値を記憶する。
測位処理部１０３は、ＧＰＳ処理部２から入力される現在位置、車速測定部３から入力される走行速度、ジャイロコンパス４から入力される進行方向、ＤＳＲＣ処理部１０２から入力される座標値に基づき、車両Ｃの現在位置を測定する。具体的には、測位処理部１０３は、ＧＰＳ衛星から電波を受信できている場合には、ＧＰＳ処理部２から入力される現在位置に基づいて車両Ｃの現在位置を測定し（以下、この測定処理を「ＧＰＳ測位処理」という。）、ＧＰＳ衛星から電波を受信できていない場合には、走行速度及び進行方向に基づいて既存の推測航法を用いることによって車両Ｃの現在位置を測定する（以下、この測定処理を「推測航法測位処理」という。）。また、測位処理部１０３は、ＤＳＲＣ処理部１０２が通信装置Ａから信号を受信した場合には、ＤＳＲＣ処理部１０２によって読み出された座標値に基づいて再計算処理を行うことによって、測位情報記憶部１０３２に書き込まれた座標値を更新する（以下、この処理を「再計算処理」という。）。

測位情報記憶部１０３２は、半導体記憶装置や磁気ハードディスク装置などの記憶装置を用いて構成され、測位処理部１０３による測定結果のログを記憶する。具体的には、測位処理部１０３によって算出された車両Ｃの現在位置を表す座標値と、車両Ｃがその座標値に位置した時刻（座標値が測定された時刻）とを対応付けて記憶する。

課金場所記憶部１０４は、半導体記憶装置や磁気ハードディスク装置などの記憶装置を用いて構成され、課金が行われる道路（以下、「課金対象道路」という。）を表す座標値を記憶する。課金対象道路とは、車両Ｃが進入した際に車両Ｃの所有者や運転者に対して課金が行われる道路である。

判断処理部１０５は、測位処理部１０３によって測定された車両Ｃの位置と課金場所記憶部１０４に記憶される座標値に基づき、課金基礎情報を生成する。課金基礎情報とは、課金制御部１０７が課金処理を行う際に必要となる情報であり、採用される課金方法によって異なる。例えば走行距離に応じて課金が行われる場合には、判断処理部１０５は車両Ｃが課金対象道路を走行した距離の積算値を算出し、課金基礎情報として課金基礎情報記憶部１０５１に書き込む。また、滞在時間に応じて課金が行われる場合には、判断処理部１０５は車両Ｃが課金対象道路上に滞在した時間の積算値を算出し、課金基礎情報として課金基礎情報記憶部１０５１に書き込む。

課金基礎情報記憶部１０５１は、半導体記憶装置や磁気ハードディスク装置などの記憶装置を用いて構成され、課金基礎情報を記憶する。
課金表記憶部１０６は、半導体記憶装置や磁気ハードディスク装置などの記憶装置を用いて構成され、課金を行うための情報である課金表を記憶する。例えば走行距離に応じて課金が行われる場合には、課金表記憶部１０６は走行距離の積算値毎に課金額が対応付けられた課金表を記憶する。また、滞在時間に応じて課金が行われる場合には、課金表記憶部１０６は滞在時間の積算値毎に課金額が対応付けられた課金表を記憶する。

課金制御部１０７は、課金基礎情報記憶部１０５１に記憶される課金基礎情報と、課金表記憶部１０６が記憶する課金表とに基づいて、車両Ｃに対する課金額を算出する。
ＩＣカード処理部１０８は、課金制御部１０７によって算出された課金額をＩＣカード（integrated circuit card）に書き込む。

広域通信処理部１０９は、課金制御部１０７によって算出された課金額を、広域通信網を介して課金額管理サーバーへ無線通信によって送信する。また、広域通信処理部１０９は、渋滞情報管理サーバーから広域通信網を介して渋滞情報を受信する。

図３は、測位処理部１０３がＤＳＲＣ処理部１０２によって読み出された座標値に基づいて車両Ｃの現在位置を測定する際の処理の概要を表す図である。Ｐｐ＿ｎは、時刻Ｔｎの時点でＧＰＳ測位処理又は推測航法測位処理に基づいて測位処理部１０３によって算出された車両Ｃの位置を表す。ＲＶｐは、Ｐｐ＿ｎの座標値と車両Ｃの進行方向とに基づいて測位処理部１０３によって検出される道路方向を表すベクトルである。測位処理部１０３は、Ｐｐ＿ｎの座標値に最も近い道路を検出し、検出された道路に沿って車両Ｃの進行方向側に伸びる単位ベクトルをＲＶｐとして検出する。Ｐｐ＿ｎ＋１は、時刻Ｔｎ＋１の時点でＧＰＳ測位処理又は推測航法測位処理に基づいて測位処理部１０３によって算出された車両Ｃの位置を表す。

Ｐｄ＿ｎは、時刻Ｔｎの時点でＤＳＲＣ処理部１０２によって読み出された座標値を表す。Ｐｒ＿ｎは、時刻Ｔｎの時点の車両Ｃの位置の再計算処理の結果（再計算値）を表す。ＤＳＲＣ処理部１０２によって信号が受信された時刻Ｔｎでは、ＤＳＲＣ処理部１０２によって読み出された座標値（Ｐｄ＿ｎ）と再計算値（Ｐｒ＿ｎ）とは一致する。言い換えれば、測位処理部１０３は、ＤＳＲＣ処理部１０２が信号を受信した時刻Ｔｎの再計算値を、同時刻Ｔｎに受信されたアンテナＩＤに基づいて読み出された座標値とする。

ＲＶｒは、ＲＶｐのベクトルの始点をＰｄ＿ｎに置換したベクトルである。Ｐｐ＿ｎの座標値と車両Ｃの進行方向とに基づいて測位処理部１０３によって検出される道路方向を表すベクトルである。Ｐｔ＿ｎ＋１は、以前の時刻（Ｔｎ）における再計算値に基づいて行われた推測航法測位処理による時刻Ｔｎ＋１の時点の車両Ｃの位置を表す。Ｐｐ＿ｎとＰｐ＿ｎ＋１とを結ぶベクトルと、Ｐｄ＿ｎとＰｔ＿ｎ＋１とを結ぶベクトルとは大きさ及び向きが一致する。Ｐｒ＿ｎ＋１は、Ｐｔ＿ｎ＋１からＲＶｒに対して下ろした垂線とＲＶｒとの交点であり、時刻Ｔｎ＋１における再計算値を表す。

測位処理部１０３は、予め設定されたタイムラグ値を記憶している。タイムラグ値は、予め実験やシミュレーションなどにより求められる値であり、一般的な走行速度（例えば時速５０キロメーター）で走行中の車両Ｃに搭載されたＤＳＲＣ処理部１０２と通信装置Ａとが通信を行う際に、車両Ｃが通信装置Ａに対して最も近づいてからＤＳＲＣ通信が完了するまでの間のタイムラグを表す値である。測位処理部１０３は、ＤＳＲＣ処理部１０２によって通信装置Ａから信号が受信されると、測位情報記憶部１０３２に記憶されている時刻のうち、信号が受信された時刻からタイムラグ値を減算した時刻に最も近い時刻（以下、「処理対象時刻」という。）を検出し、処理対象時刻に対応する座標値をＰｐ＿ｎとして読み出す。次に、測位処理部１０３は、処理対象時刻に対応付けて測位情報記憶部１０３２に記憶される座標値を、ＤＳＲＣ処理部１０２によって読み出された座標値に置き換える。そして、測位処理部１０３は、処理対象時刻以降の各時刻に対応付けて測位情報記憶部１０３２に記憶される各座標値について、再計算処理を行うことによって再計算値を算出し、書き換える。

具体的には、測位処理部１０３は、処理対象時刻及び次の時刻（Ｔｎ＋１）におけるＧＰＳ測位処理又は推測航法測位処理による座標値Ｐｐ＿ｎ及びＰｐ＿ｎ＋１に基づいて、両点を結ぶベクトルを算出する。次に、測位処理部１０３は、処理対象時刻にＤＳＲＣ処理部１０２によって読み出された座標値Ｐｄ＿ｎ（Ｐｒ＿ｎ）を始点として、算出されたベクトルと同じ大きさ及び向きを持つベクトルを設定し、このベクトルの終点をＰｔ＿ｎ＋１として算出する。そして、測位処理部１０３は、ＲＶｒ及びＰｔ＿ｎ＋１に基づいて、時刻Ｔｎ＋１における再計算値（Ｐｒ＿ｎ＋１）を算出する。この後、測位処理部１０３は、Ｐｔ＿ｎ＋１の値を上記Ｐｔ＿ｎとして扱い、Ｐｔ＿ｎ＋２の値を上記Ｐｔ＿ｎ＋１として扱うことによって、処理対象時刻以降の各時刻の再計算値を算出する。

図４は、車両位置測定装置１の動作を表すフローチャートである。まず、測位処理部１０３が測位処理（ＧＰＳ測位処理又は推測航法測位処理）を実行する（ステップＳ１０１）。次に、測位処理部１０３は、座標値が測定された時刻（測位時刻）と座標値とを対応付けて測位情報記憶部１０３２に書き込む（ステップＳ１０２）。判断処理部１０５は、測位情報記憶部１０３２に書き込まれた情報に基づいて走行距離や滞在時間を積算し、課金基礎情報を算出する（ステップＳ３０１）。ＤＳＲＣ処理部１０２は、常にアイドリングを行い、通信装置Ａから信号が受信されるまで待機する（ステップＳ２０１、ステップＳ２０２−ＮＯ）。ＤＳＲＣ処理部１０２は、通信装置Ａから送信された信号を受信すると（ステップＳ２０２−ＹＥＳ）、受信された信号からアンテナＩＤを取得する（ステップＳ２０３）。ＤＳＲＣ処理部１０２は、取得されたアンテナＩＤに基づいて、座標値を読み出す（ステップＳ２０４）。そして、ＤＳＲＣ処理部１０２は、読み出された座標値と、通信時刻とを測位処理部１０３に通知する（ステップＳ２０５）。

測位処理部１０３は、ＤＳＲＣ処理部１０２から通知があるまでは、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２の処理を繰り返し実行する（ステップＳ１０３−ＮＯ）。一方、測位処理部１０３は、ＤＳＲＣ処理部１０２から通知があると（ステップＳ１０３−ＹＥＳ）、通知された通信時刻及び座標値に基づいて再計算処理を行い（ステップＳ１０４）、再計算値を用いて測位情報記憶部１０３２の記憶内容を更新する（ステップＳ１０５）。そして、測位処理部１０３は、再計算処理が行われたことを判断処理部１０５に通知する（ステップＳ１０６）。

判断処理部１０５は、測位処理部１０３から再計算処理が行われたことの通知があるまではステップＳ３０１の処理を繰り返し実行する（ステップＳ３０２−ＮＯ）。一方、判断処理部１０５は、測位処理部１０３から再計算処理が行われたことの通知があると（ステップＳ３０２−ＹＥＳ）、更新された測位情報記憶部１０３２の記憶内容に基づいて、走行距離の積算や滞在時間の積算を実行し、課金基礎情報記憶部１０５１の記憶内容を更新する。

このように構成された車両位置測定装置１や車両位置測定システム１００では、通信装置Ａから受信された信号に基づいて測位処理部１０３が車両Ｃの現在位置について測定を実行する。このとき、通信装置Ａの位置を表す座標値は正確であるため、通信装置Ａの位置に基づいた測定処理は、従来の推測航法測位処理に比べて精度が高い。そのため、車両位置測定装置１や車両位置測定システム１００によれば、ＧＰＳ衛星からの電波が受信しにくい場所に車両Ｃが位置している場合であっても、車両Ｃの現在位置の測定精度を向上させることが可能となる。

また、測位処理部１０３は、通信装置ＡとＤＳＲＣ処理部１０２との通信処理におけるタイムラグに基づいて測位処理を行うため、車両Ｃの現在位置の測定精度をさらに向上させることが可能となる。

＜変形例＞
測位処理部１０３は、ＲＶｒを算出する際に、上述のようにＲＶｐに基づいてＲＶｒを算出するのではなく、Ｐｄ＿ｎの座標値と車両Ｃの進行方向とに基づいて算出しても良い。具体的には、測位処理部１０３は、Ｐｄ＿ｎの座標値に最も近い道路を検出し、検出された道路に沿って車両Ｃの進行方向に伸びるベクトルをＲＶｒとして検出しても良い。

測位処理部１０３は、タイムラグ値を通信装置Ａ毎に対応付けて記憶しても良い。この場合、測位処理部１０３は、ＤＳＲＣ処理部１０２によって受信された信号のアンテナＩＤに対応付けて記憶されるタイムラグ値を読み出し、再計算処理を行う。
また、測位処理部１０３は、タイムラグ値を走行速度毎に対応付けて記憶しても良い。この場合、測位処理部１０３は、現在の車両Ｃの走行速度に応じたタイムラグ値を読み出し、再計算処理を行う。

測位処理部１０３は、算出された座標値を測位情報記憶部１０３２に書き込む際に、その座標値がＧＰＳ測位処理によって算出された値であるか、推測航法測位処理によって算出された値であるか、再計算値であるかを示す識別子と対応付けて書き込むように構成されても良い。そして、測位処理部１０３は、再計算処理を行う際に、ＧＰＳ測位処理によって算出された値については再計算せず、推測航法測位処理によって算出された値についてのみ再計算処理を行い更新するように構成されても良い。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１…車両位置測定装置， ２…ＧＰＳ処理部， ３…車速測定部， １０１…入出力部， １０２…ＤＳＲＣ処理部， １０３…測位処理部（測位処理部、更新部）， １０４…課金場所記憶部， １０５…判断処理部， １０６…課金表記憶部， １０７…課金制御部， １０８…ＩＣカード処理部， １０９…広域通信処理部， Ａ…通信装置， Ｃ…車両

Claims (4)

1. 現在の車両の位置を推測する測位処理部と、
   前記測位処理部によって推測された車両の位置を、推測された時刻と対応付けて累積して記憶する測位情報記憶部と、
   固定して設置された通信装置から送信される信号を受信し、信号が受信された際の車両の位置を受信された信号に基づいて検出する通信部と、
   前記通信部によって信号が受信された時刻以降の時刻に対応付けて前記測位情報記憶部に記憶される車両の位置を、前記通信部によって検出された車両の位置に基づいて更新する更新部と、
   を備える車両位置測定装置。
2. 前記更新部は、前記通信部によって前記信号が受信される際に生じるタイムラグの値を予め記憶し、前記通信部によって信号が受信された時刻から前記タイムラグの値を減算した時刻以降の時刻に対応付けて前記測位情報記憶部に記憶される車両の位置を、前記通信部によって検出された車両の位置に基づいて更新することを特徴とする請求項１に記載の車両位置測定装置。
3. 前記更新部は、前記通信部によって信号が受信された時刻から前記タイムラグの値を減算した時刻に対応付けて前記測位情報記憶部に記憶される車両の位置を、前記通信部によって検出された車両の位置に置き換えることによって更新を行うことを特徴とする請求項２に記載の車両位置測定装置。
4. 測位情報記憶部を備える車両位置測定装置が、現在の車両の位置を推測する測位処理ステップと、
   前記車両位置測定装置が、前記測位処理ステップにおいて推測された車両の位置を、推測された時刻と対応付けて累積して前記測位情報記憶部に書き込む測位情報記憶ステップと、
   前記車両位置測定装置が、固定して設置された通信装置から送信される信号を受信し、信号が受信された際の車両の位置を受信された信号に基づいて検出する通信ステップと、
   前記車両位置測定装置が、前記通信ステップにおいて信号が受信された時刻以降の時刻に対応付けて前記測位情報記憶部に記憶される車両の位置を、前記通信ステップにおいて検出された車両の位置に基づいて更新する更新ステップと、
   を備える車両位置測定方法。

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