JP4884109B2 - Moving locus calculation method, moving locus calculation device, and map data generation method - Google Patents
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Description
本発明は、ナビゲーションシステムや自動車シミュレータなどで使用される地図データを生成する地図データ生成方法に関し、特に車両で道路を走行しながら位置データを収集して地図データを生成する地図データ生成方法及びそこで使用する移動軌跡算出方法、移動軌跡算出装置に関する。 The present invention relates to a map data generation method for generating map data used in a navigation system, an automobile simulator, and the like, and more particularly, a map data generation method for generating map data by collecting position data while traveling on a road with a vehicle, and the map data generation method therefor The present invention relates to a movement trajectory calculation method and a movement trajectory calculation apparatus to be used.
ナビゲーションシステムでは、GPS装置、ジャイロ、速度(加速度)センサなどにより走行中の位置を検出し、地図に走行位置を表示する。走行位置は、GPS装置の受信状態が良好、即ち可視衛星数が4機以上の場合にはGPS装置の検出した走行位置を主とし、GPS装置の受信状態が不十分、即ち可視衛星数が4機未満の場合又はDOPの値などから検出精度が悪いと判断できる場合にはジャイロの検出した移動方向(方位)、速度(加速度)センサの検出した移動速度に基づいて算出した位置を主として、求めている。ここで、DOPの値は、GPS衛星の配置から計算した指標で、測位方程式を最小二乗法を用いて解く時、逆行列の対角要素から計算される量で、標準偏差とも関連しており、DOPの値が小さいほど検出精度が良いことを示す。GPS受信機はDOPを出力する機能を標準で装備している。ただし、標準偏差を出力するGPS受信機は限られている。
また、DOPの値が小さくてもマルチパスを受けると検出誤差が増大するので、DOPだけでは精度判定はできないが、マルチパスのない天空視界が開けた場所では、DOPが検出精度に対応するといえる。
In the navigation system, a traveling position is detected by a GPS device, a gyroscope, a speed (acceleration) sensor, and the like, and the traveling position is displayed on a map. When the GPS device has a good reception state, that is, when the number of visible satellites is four or more, the traveling position is mainly the traveling position detected by the GPS device, and the reception state of the GPS device is insufficient, that is, the number of visible satellites is four. If it is less than the machine, or if it can be judged that the detection accuracy is poor from the DOP value etc., the position calculated based on the moving direction (azimuth) detected by the gyro and the moving speed detected by the speed (acceleration) sensor is mainly obtained. ing. Here, the value of DOP is an index calculated from the positioning of GPS satellites, and is an amount calculated from the diagonal elements of the inverse matrix when solving the positioning equation using the least squares method, and is also related to the standard deviation. The smaller the DOP value, the better the detection accuracy. The GPS receiver is equipped with a function for outputting DOP as standard. However, GPS receivers that output standard deviation are limited.
Even if the DOP value is small, the detection error increases when a multipath is received. Therefore, the accuracy cannot be determined only by the DOP, but it can be said that the DOP corresponds to the detection accuracy in a place where the sky field of view without the multipath is opened. .
ナビゲーションシステムは、あらかじめ作成された地図データを有しており、検出した走行位置と地図データの道路上の位置を比較し、検出した走行位置が道路から外れた時には道路上の位置に補正することが行われる。 The navigation system has map data created in advance, compares the detected driving position with the position of the map data on the road, and corrects the detected driving position to the position on the road when it is off the road. Is done.
ナビゲーションシステムについては、例えば特許文献1などに記載されている。特許文献1は、各センサの出力に存在する誤差をカルマンフィルタで推定し、推定値に基づいて補正を行って位置を算出する構成を記載している。
The navigation system is described in, for example,
上記のような地図データは、航空測量、航空写真、地上での測量などに基づいて作成される。道路は新たに建設されたり、補修などが行われるため、それに応じて地図データも随時修正する必要がある。しかし、上記のような航空測量、航空写真、地上での測量などを頻繁に行うことはコスト面からも難しい。そこで、もっとも簡易な方法として、走行位置を検出する装置を搭載した車両で、実際に道路を走行して、その移動軌跡を検出して地図データを作成することが考えられる。ここで使用する走行位置を検出する装置は、ナビゲーションシステムに類似しているが、ナビゲーションシステムがリアルタイムで走行位置を出力する必要があるのに対して、走行後に走行位置(移動軌跡)を求めればよいオフラインシステムである点である。 The map data as described above is created based on aerial surveys, aerial photographs, ground surveys, and the like. Since roads are newly constructed or repaired, it is necessary to correct the map data accordingly. However, it is difficult in terms of cost to frequently perform the above-mentioned aerial survey, aerial photograph, and survey on the ground. Therefore, as the simplest method, it is conceivable to create a map data by actually traveling on a road with a vehicle equipped with a device for detecting a traveling position and detecting the movement trajectory. The device for detecting the travel position used here is similar to the navigation system, but the navigation system needs to output the travel position in real time, whereas if the travel position (movement trajectory) is obtained after travel, It is a good offline system.
図1は、上記のようにして地図データを生成するシステムの構成を示す図である。図1に示すように、車両1は、GPS装置2と、移動方向を検出するジャイロ3と、車速センサ4と、走行中にこれらの出力するデータを記憶するデータ記憶装置5と、を搭載している。走行後、データ記憶装置5に記憶された走行中のデータは地図データ生成装置6に送られ、地図データ生成装置6はこれらのデータを処理して走行位置、すなわち移動軌跡を算出して地図データとして出力する。GPS装置2は、自動車などに搭載される通常のものよりは高精度でGPS衛星からの信号の受信及び処理が行えるものであり、車両の上部にアンテナと一体に搭載される。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a system that generates map data as described above. As shown in FIG. 1, the
図1のシステムにおける移動軌跡の算出は、基本的は従来のナビゲーションシステムで行われるのと同様の方法で行われる。GPS装置2を使用することにより、可視衛星数が4機以上の時又はDOP値が小さい時には高精度の位置測定が行えるので、そのような場合にはGPS装置2の検出した位置を走行位置とする。谷間を走行する場合や建物の間を走行する場合には、天空が遮蔽物で遮られ、可視衛星数が4機未満になる場合又はDOP値が大きい場合が生じるが、その場合には、一般に高精度の測位解を得ることができない。そこで、ジャイロ3及び車速センサ4の検出データを用いて、カルマンフィルタにより位置推定を行う。
The calculation of the movement trajectory in the system of FIG. 1 is basically performed by the same method as that performed in the conventional navigation system. By using the GPS device 2, when the number of visible satellites is four or more or when the DOP value is small, highly accurate position measurement can be performed. In such a case, the position detected by the GPS device 2 is used as the traveling position. To do. When traveling in the valley or between buildings, the sky may be blocked by a shield, and the number of visible satellites may be less than 4 or the DOP value may be large. A highly accurate positioning solution cannot be obtained. Therefore, position estimation is performed by a Kalman filter using detection data of the
図2は、従来のシステムにおける移動軌跡の算出を説明する図である。図2の(A)に示すように、矢印の方向に走行した場合の移動軌跡において、A1及びA2は可視衛星数が4機以上の時又はDOP値が小さい時にGPS装置2で検出した走行位置から求めた移動軌跡を示す。このような場合には、上記のようにGPS装置2により高精度で走行位置を求めることができる。 FIG. 2 is a diagram for explaining the calculation of the movement trajectory in the conventional system. As shown in FIG. 2A, in the movement trajectory when traveling in the direction of the arrow, A1 and A2 are travel positions detected by the GPS device 2 when the number of visible satellites is 4 or more or the DOP value is small The movement trajectory obtained from is shown. In such a case, the traveling position can be obtained with high accuracy by the GPS device 2 as described above.
移動軌跡A1の端点PからA2の端点Qまでの間は、可視衛星数が4機未満又はDOP値が大の時であり、ジャイロ3及び車速センサ4の検出データを用いて、カルマンフィルタにより位置推定を行って移動軌跡を求める。従来は、図2の(A)に示すように、点Pからの移動軌跡B1を求めるが、このようにして算出された軌跡は誤差が累積するため、図示のように、点Qを走行すべき時点で点Q’が走行位置として算出されることになり、点Q’を点Qに変更することになる。これは、上記のようにして算出された移動軌跡B1は実際の道路とはずれているということを意味する。例えば、移動軌跡B1は途中から道路外になり、建物内を通過したという事態になる。
The range from the end point P of the movement locus A1 to the end point Q of A2 is when the number of visible satellites is less than 4 or the DOP value is large, and the position is estimated by the Kalman filter using the detection data of the
図1のシステムは、上記のようにオフラインシステムであるので、記憶されたジャイロ3及び車速センサ4の検出データを用いて、図2の(B)に示すように、点Qから点Pに向かって逆方向移動軌跡B2を算出することも考えられるが、上記と同じように、点Pを走行すべき時点で点P’が走行位置として算出されることになり、同様の問題が生じる。
Since the system of FIG. 1 is an offline system as described above, the stored data of the
ジャイロは、長時間高精度の測定が行える高価なものから、安価ではあるが測定精度のあまり高くないものまである。同様に、速度(加速度)センサも高価なものを使用すれば、その分誤差を小さくできる。従って、高価なジャイロや速度(加速度)センサを使用すれば移動方向の誤差は小さく、算出した移動軌跡と実際の道路の差を小さくできるが、これではコストが高くなるという問題を生じる。 Gyros range from expensive ones that can measure with high accuracy for a long time to ones that are inexpensive but not very high in measurement accuracy. Similarly, if an expensive speed (acceleration) sensor is used, the error can be reduced accordingly. Therefore, if an expensive gyroscope or speed (acceleration) sensor is used, the error in the moving direction is small, and the difference between the calculated movement locus and the actual road can be reduced. However, this causes a problem that the cost increases.
本発明は、比較的低価格のジャイロ及び速度(加速度)センサを使用しても、実際の移動軌跡との誤差が小さい軌跡を算出できる新しい算出方法を実現することを目的とする。 An object of the present invention is to realize a new calculation method capable of calculating a trajectory with a small error from an actual movement trajectory even when a relatively low-priced gyroscope and a speed (acceleration) sensor are used.
上記目的を実現するため、本発明の移動軌跡算出方法、移動軌跡算出装置及び地図データ生成方法は、移動物体の第1地点から第2地点への間の移動軌跡を移動後に算出する移動軌跡算出に関し、前記第1地点から前記第2地点への移動中の移動方向及び移動速度を検出して移動データとして記憶し、記憶した前記移動データを順方向に使用して、前記第1地点から前記第2地点への順方向移動軌跡を算出し、記憶した前記移動データを逆方向に使用して、前記第2地点から前記第1地点への逆方向移動軌跡を算出し、前記順方向移動軌跡と前記逆方向移動軌跡を、前記第1地点と前記第2地点に対する位置に応じて変化する重み付け比で合成する、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the movement trajectory calculation method, the movement trajectory calculation apparatus, and the map data generation method of the present invention calculate a movement trajectory after moving a movement trajectory between a first point and a second point of a moving object. With respect to the first point, the movement direction and movement speed during movement from the first point to the second point are detected and stored as movement data, and the stored movement data is used in the forward direction from the first point. A forward movement trajectory to the second point is calculated, the backward movement trajectory from the second point to the first point is calculated using the stored movement data in the reverse direction, and the forward movement trajectory is calculated. And the reverse movement trajectory are combined with a weighting ratio that changes according to the position with respect to the first point and the second point.
図3は、本発明の原理を説明する図である。図3の(A)において、例えば、移動軌跡A1及びA2は車両を移動させた時の移動軌跡で、可視衛星数が4機以上の時又はDOP値が小さい時にGPS装置2で検出した走行位置から求めた高精度の移動軌跡を示す。従って、移動軌跡A1及びA2のそれぞれの端点である第1地点P及び第2地点Qは、それぞれ高精度の位置精度である。検出して記憶した移動データに基づいて第1地点Pと第2地点Qの間の移動軌跡を算出する時に、記憶した移動データを順方向に使用して第1地点Pから第2地点Qへの順方向移動軌跡B1を算出し、記憶した移動データを逆方向に使用して第2地点Qから第1地点Pへの逆方向移動軌跡B2を算出し、順方向移動軌跡B1と逆方向移動軌跡B2を、第1地点Pと第2地点Qの位置に応じて変化する重み付け比で合成する。 FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of the present invention. In FIG. 3A, for example, the movement trajectories A1 and A2 are movement trajectories when the vehicle is moved, and the travel positions detected by the GPS device 2 when the number of visible satellites is four or more or the DOP value is small. The highly accurate movement trajectory obtained from Accordingly, the first point P and the second point Q, which are the end points of the movement trajectories A1 and A2, respectively, have high positional accuracy. When calculating the movement locus between the first point P and the second point Q based on the movement data detected and stored, the stored movement data is used in the forward direction from the first point P to the second point Q. The forward movement trajectory B1 is calculated, the stored movement data is used in the reverse direction, the reverse movement trajectory B2 from the second point Q to the first point P is calculated, and the forward movement trajectory B1 moves backward. The trajectory B2 is synthesized with a weighting ratio that changes according to the positions of the first point P and the second point Q.
図3の(B)は、合成の重み付け比の変化例を示す図であり、横軸が移動距離又は時間であり、縦軸が重み付け比を示す。 FIG. 3B is a diagram illustrating a change example of the weighting ratio of the synthesis, where the horizontal axis represents the movement distance or time, and the vertical axis represents the weighting ratio.
前述のように、ジャイロにより検出される移動方向は誤差が累積する上、更に移動位置は前に算出した移動位置に単位時間当たりの変位分を加算して算出するため、移動速度(加速度)に誤差があると、算出した移動軌跡も徐々に誤差が増加する。従って、順方向移動軌跡B1は地点Pに近い部分は比較的誤差は小さいが、地点Pから離れるに従って誤差が大きくなる。同様に、逆方向移動軌跡B2は地点Qに近い部分は比較的誤差は小さいが、地点Qから離れるに従って誤差が大きくなる。本発明によれば、地点Pに近い部分では順方向移動軌跡B1に対する重み付け比を大きくし、逆方向移動軌跡B2に対する重み付け比を小さくし、地点Qに近い部分では順方向移動軌跡B1に対する重み付け比を小さくし、逆方向移動軌跡B2に対する重み付け比を大きくするので、累積誤差の影響を低減して、実際の移動軌跡に近い軌跡が算出できる。 As described above, the moving direction detected by the gyro accumulates errors, and the moving position is calculated by adding the displacement per unit time to the previously calculated moving position. If there is an error, the calculated movement locus also gradually increases. Accordingly, the forward movement trajectory B1 has a relatively small error near the point P, but the error increases as the distance from the point P increases. Similarly, the reverse direction movement locus B2 has a relatively small error near the point Q, but the error increases as the distance from the point Q increases. According to the present invention, the weighting ratio for the forward movement trajectory B1 is increased in the portion close to the point P, the weighting ratio for the backward movement trajectory B2 is decreased, and the weighting ratio for the forward movement trajectory B1 is near the point Q. And the weighting ratio with respect to the reverse direction movement locus B2 is increased, so that the influence of the accumulated error can be reduced and a locus close to the actual movement locus can be calculated.
図3の(B)に示すように、地点P及びQの外側の部分の移動データも使用して移動軌跡を算出する。これは、地点P及びQにおいて滑らかな軌跡を得るためである。 As shown in FIG. 3B, the movement trajectory is calculated also using the movement data of the portions outside the points P and Q. This is to obtain a smooth trajectory at points P and Q.
なお、図3では軌跡A1及びA2の部分は高精度であるとしたが、地点P及びQの付近のみがそれぞれ高精度で、それ以外の部分は十分な精度でない場合に、本発明を適用することも可能である。言い換えれば、連続して高精度の移動位置を検出することができず、間の軌跡を移動データに基づいて算出する場合であれば適用可能である。 In FIG. 3, the portions of the trajectories A1 and A2 are assumed to be highly accurate, but the present invention is applied when only the vicinity of the points P and Q is highly accurate and the other portions are not sufficiently accurate. It is also possible. In other words, the present invention can be applied to a case where a highly accurate movement position cannot be detected continuously and a trajectory between them is calculated based on movement data.
移動方向の検出は、ジャイロで行われるが、移動方向が検出できれば、ジャイロに限定されない。 The detection of the moving direction is performed by the gyro, but the moving direction is not limited to the gyro as long as the moving direction can be detected.
移動速度の検出は、移動速度が検出できるものであればどのようなものでもよいが、例えば、移動物体が図1に示した車両の場合には、車速センサを使用できる。 The detection of the moving speed is not limited as long as the moving speed can be detected. For example, when the moving object is the vehicle shown in FIG. 1, a vehicle speed sensor can be used.
また、GPS受信機が各衛星からの受信する受信電波の周波数はドプラー効果により変化しているので、受信電波の周波数を検出すれば各方向の移動速度を検出することができるので、これを利用することも可能である。この場合、移動速度及び移動方向は、各方向の移動速度から算出でき、ジャイロ及び速度センサ(加速度センサ)は設ける必要がなく、GPS受信機のみを設ければよい。 Also, since the frequency of the received radio waves received from each satellite by the GPS receiver changes due to the Doppler effect, the movement speed in each direction can be detected by detecting the frequency of the received radio waves. It is also possible to do. In this case, the moving speed and the moving direction can be calculated from the moving speed in each direction, and it is not necessary to provide a gyro and a speed sensor (acceleration sensor), and only a GPS receiver may be provided.
移動方向と移動速度による移動軌跡の算出にはカルマンフィルタを利用する。 A Kalman filter is used to calculate the movement trajectory based on the movement direction and the movement speed.
以上のようにして算出された移動軌跡は、ナビゲーションシステムの地図データや、シミュレータ用のビジュアルデータベース作成や、自動車教習所などの教材の作成などに利用される。 The movement trajectory calculated as described above is used for map data of the navigation system, creation of a visual database for a simulator, creation of teaching materials such as a driving school.
本発明によれば、オフラインの移動軌跡算出において算出誤差を低減できる新しい算出アルゴリズムが実現され、低価格のジャイロ及び速度(加速度)センサを使用しても、実際の移動軌跡との誤差が小さい軌跡を算出できるようになる。 According to the present invention, a new calculation algorithm capable of reducing calculation errors in off-line movement trajectory calculation is realized, and a trajectory having a small error from an actual movement trajectory even when a low-cost gyroscope and a speed (acceleration) sensor are used. Can be calculated.
図4は、本発明の第1実施例の地図データを生成するシステムの構成を示す図であり、図1のように車両に搭載して収集した移動データから地図データを生成するシステムである。 FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a system for generating map data according to the first embodiment of the present invention, and is a system for generating map data from movement data mounted on a vehicle and collected as shown in FIG.
図4に示すように、第1実施例のシステムは、GPS装置11と、振動子ジャイロ12と、車速センサ13と、データ記憶部21と、順方向軌跡算出部31と、逆方向軌跡算出部32と、統合処理部33と、を有する。振動子ジャイロ12は、平面ジャイロと垂直ジャイロで構成され、水平面(xy平面)内のへの移動方向の射影(方位)と、移動方向の水平面とのなす角度(経路角度)が検出される。データ記憶部21は、GPSデータ記憶部22と、移動方向データ記憶部23と、移動速度データ記憶部24と、で構成される。GPS装置11、振動子ジャイロ12、車速センサ13及びデータ記憶部21は、図1と同様に、道路を走行する車両に搭載される。言い換えれば、実施例のシステムは、従来例と地図データ生成装置における処理が異なり、他の部分の構成は同じである。順方向軌跡算出部31、逆方向軌跡算出部32及び統合処理部33は、コンピュータにより実現される。
As shown in FIG. 4, the system of the first embodiment includes a
統合処理部33は、GPS装置11が電波を受信する可視衛星数が4機以上の部分又はDOP値が小さい部分については、GPS装置11で検出した走行位置から求めた移動軌跡をそのまま移動軌跡とし、可視衛星数が4機未満の部分又はDOP値が大きい部分については、順方向軌跡算出部31及び逆方向軌跡算出部32の出力する順方向軌跡と逆方向軌跡を合成して移動軌跡を算出する。可視衛星数が4機以上の時にGPS装置11で検出した走行位置から求めた移動軌跡をそのまま移動軌跡とする点は、従来例も同じである。
The
順方向軌跡算出部31は、GPS装置11の可視衛星数が4機未満の部分について、移動方向データ記憶部23及び移動速度データ記憶部24に記憶された移動方向データ及び移動速度データ(合わせて移動データ)を順方向に利用して、カルマンフィルタにより位置推定を行って順方向移動軌跡を算出する。これは、従来例も同じである。
The forward
逆方向軌跡算出部32は、GPS装置11の可視衛星数が4機未満の部分について、移動方向データ記憶部23及び移動速度データ記憶部24に記憶された移動データを逆方向に利用して、逆方向移動軌跡を算出する。
The reverse direction
なお、前述のように、ジャイロにより検出される移動方向は誤差が累積するので、図3における第2地点Qに相当する位置での移動方向データには大きな誤差が含まれている可能性がある。そこで、図3で、移動軌跡A2から予測される第2地点Qの基準移動方向を算出して、移動方向データが基準移動方向に一致するような補正量を決定し、他の移動データをこの補正量だけ補正する。車速センサ13の検出する移動速度データ自体は誤差が累積しないので、補正しない。後は、移動データを逆方向に利用して、順方向の場合と同様にカルマンフィルタにより位置推定を行って逆方向移動軌跡を算出する。
As described above, since the error is accumulated in the moving direction detected by the gyro, the moving direction data at the position corresponding to the second point Q in FIG. 3 may include a large error. . Therefore, in FIG. 3, the reference movement direction of the second point Q predicted from the movement trajectory A2 is calculated, a correction amount is determined so that the movement direction data matches the reference movement direction, and the other movement data is determined as this movement data. Correct only the correction amount. The movement speed data itself detected by the
また、図3の(B)に示すように、地点PとQの間の移動データだけでなく、地点PとQの外側の移動データも、移動軌跡B1及びB2を算出するのに使用しているが、これは地点P及びQの部分で滑らかな移動軌跡B1及びB2を算出するためである。しかし、地点P及びQの外側の軌跡A1及びA2の部分は高精度であるので、軌跡としてはA1及びA2が使用される。 Further, as shown in FIG. 3B, not only the movement data between the points P and Q but also the movement data outside the points P and Q are used to calculate the movement trajectories B1 and B2. However, this is to calculate the smooth movement trajectories B1 and B2 at the points P and Q. However, since the portions of the trajectories A1 and A2 outside the points P and Q are highly accurate, A1 and A2 are used as the trajectories.
統合処理部33は、GPS装置11の可視衛星数が4機未満の部分について、順方向軌跡算出部31の出力する順方向移動軌跡と逆方向軌跡算出部32の出力する逆方向移動軌跡を図3の(B)のように変化する重み付け比で合成する。例えば、ある時点における順方向移動軌跡の位置をJ、逆方向移動軌跡をKとすると、合成位置Lは、L=RJ+SKで表される。RとSは、例えば、図3の(B)のように変化するが、これに限定されるものではない。
The
上記のように、移動データを利用して、カルマンフィルタにより位置推定を行って逆方向移動軌跡を算出する手法は、従来例と同じであり、よく知られているが、ここで簡単に説明する。 As described above, the method of estimating the position of the backward movement by estimating the position using the Kalman filter using the movement data is the same as the conventional example and is well known, but will be briefly described here.
図5は、この手法における座標系を説明する図である。ここでは3次元の直交座標x、y、zにおける車両の重心位置をx、y、zで表し、xy平面における進行方向の方位角をψで、進行方向のxy平面となす経路角をγで表す。微小時間Δtごとに移動位置を算出するとして、時刻kにおける値をそれぞれxk、yk、zk、ψk、γkで表す。時刻k+1における移動位置及び移動方向(方位角及び経路角)は、時刻kにおける値に対して式(1)で表される。 FIG. 5 is a diagram for explaining a coordinate system in this method. Here, the center of gravity position of the vehicle in three-dimensional orthogonal coordinates x, y, and z is represented by x, y, and z, the azimuth angle in the traveling direction on the xy plane is ψ, and the path angle that is made with the xy plane in the traveling direction is γ. To express. Assuming that the movement position is calculated for each minute time Δt, the values at time k are represented by x k , y k , z k , ψ k , and γ k , respectively. The moving position and moving direction (azimuth angle and path angle) at time k + 1 are expressed by equation (1) with respect to the value at time k.
ただし、Vk、ωkは、時刻kでの車速、方位角速度である。ここで、位置xk、yk、方位角ψk、経路角γkはGPS装置11の出力であり、速度Vk、方位角速度ωk、経路角速度αkはそれぞれ車速センサ、水平ジャイロ、垂直ジャイロの出力である。
However, V k and ω k are the vehicle speed and the azimuth velocity at the time k. Here, the positions x k , y k , the azimuth angle ψ k , and the path angle γ k are outputs of the
ここで、式(1)を式(2)のように表すとすると、xk+1は式(3)で表せる。 Here, if Expression (1) is expressed as Expression (2), x k + 1 can be expressed by Expression (3).
ここで、wkはukの駆動雑音で、正規分布N(0,Qk)に従う。 Here, w k in the driving noise of u k, it follows a normal distribution N (0, Q k).
GPS装置の観測方程式は、式(4)及び(5)で表される。 The observation equation of the GPS device is expressed by equations (4) and (5).
ここで、vkは観測雑音で、N(0,Rk)に従う。 Here, v k is an observation noise and follows N (0, R k ).
RkはGPS測位結果を使用するとすれば、緯度、経度の標準偏差またはDOPの関数として得られる。 R k can be obtained as a function of latitude, longitude standard deviation or DOP if GPS positioning results are used.
式(3)で、Pkを時刻kまでの観測系列が与えられた時のxkの推定値誤差の共分散行列Mk+1を時刻kまでの観測系列で与えられた時のxk+1の1段予測誤差の共分散行列とすると、式(3)より近似的に次の式(6)が得られる。 In the formula (3), x k when given observation sequence of the covariance matrix M k + 1 estimate error of x k at the time when the observation sequence of P k to time k given to the time k If the covariance matrix of +1 one-stage prediction error is obtained, the following equation (6) is approximately obtained from the equation (3).
ここで、更に式(7)及び(8)とした。 Here, formulas (7) and (8) were further adopted.
また、xkとwkは無相関とした。 Also, x k and w k are not correlated.
式(5)から次の式(9)が得られる。 From the equation (5), the following equation (9) is obtained.
従って、拡張カルマンフィルタによる推定アルゴリズムは次の式となり、1段予測値は次の式(10)で表される。 Therefore, the estimation algorithm based on the extended Kalman filter becomes the following equation, and the one-stage predicted value is represented by the following equation (10).
観測値の更新に伴う推定値は、式(11)で表される。 The estimated value that accompanies the update of the observed value is expressed by Equation (11).
また、推定誤差共分散行列は、式(12)で表される。 Further, the estimated error covariance matrix is expressed by Expression (12).
カルマンゲインは、式(13)で表される。 The Kalman gain is expressed by Expression (13).
また、式(4)から、zk(k=0,1,2,…,k)が与えられた時の観測値zk+1の共分散行列は次の式(14)となる。 Further, from the equation (4), the covariance matrix of the observed value z k + 1 when z k (k = 0, 1, 2,..., K) is given is the following equation (14).
つまり、式(15)で表される観測予測誤差は、正規分布N(0,Sk+1)に従う。 That is, the observation prediction error expressed by the equation (15) follows the normal distribution N (0, S k + 1 ).
移動データを利用し、カルマンフィルタにより位置推定を行って逆方向移動軌跡を算出する処理は、以上のように行われるが、ここでは、観測予測誤差のマハラビスの距離により、観測値の信頼度を計算し、低ければ、棄却する処理を行う。また、GPS装置の位置と方位角は、擬似距離とドプラー速度より求められる量なので、独立と考えられる。従って、以下に説明するように、位置に関するマハラビスの距離と方位に関するマハラビスの距離を別々に計算する。 The process of calculating the reverse movement trajectory by estimating the position using the Kalman filter using the movement data is performed as described above, but here the reliability of the observation value is calculated based on the Mahalanobis distance of the observation prediction error If it is low, a reject process is performed. Further, the position and the azimuth angle of the GPS device are considered to be independent because they are amounts obtained from the pseudorange and the Doppler speed. Therefore, as described below, the Mahalabis distance related to the position and the Mahalabis distance related to the bearing are calculated separately.
まず、位置に関するマハラビスの距離を説明する。 First, the Mahalabis distance related to the position will be described.
方位の信頼度が低いとして、観測誤差共分散Rの方位角分散が、式(16)のように無限大であるとする。 It is assumed that the azimuth angle variance of the observation error covariance R is infinite as shown in Equation (16), assuming that the azimuth reliability is low.
この場合の位置に関するマハラビスの距離は式(17)ようになる。 The Maharabis distance regarding the position in this case is as shown in Equation (17).
次に、方位と経路角に関するマハラビスの距離を説明する。 Next, the Mahalanobis distance regarding the azimuth and the route angle will be described.
位置の信頼度が低いとして、位置(X,Y,Z)の分散が式(18)のように無限大であるとする、 Assuming that the reliability of the position is low, the variance of the position (X, Y, Z) is infinite as shown in the equation (18).
この場合の方位と経路角に関するマハラビスの距離は式(19)ようになる。 In this case, the Mahalanobis distance regarding the azimuth and the route angle is expressed by Equation (19).
式(11)の推定値と式(12)の共分散行列の更新は次の基準で行う。 The estimated value of Equation (11) and the covariance matrix of Equation (12) are updated according to the following criteria.
式(17)の左辺の値が式(19)の左辺の値より大きい場合には、更新を行わず、前の値を使用する。 If the value on the left side of Equation (17) is greater than the value on the left side of Equation (19), the previous value is used without updating.
式(17)の左辺の値がしきい値より大きい場合には、(x、y、z)の信頼度が低いと考え、式(18)を式(12)に使用してPkを求める。位置の推定値には前の値を使用し、移動方向についてのみ観測値を使用して更新する。 When the value on the left side of Expression (17) is larger than the threshold value, it is considered that the reliability of (x, y, z) is low, and P k is obtained using Expression (18) in Expression (12). . The previous value is used for the position estimate, and only the direction of movement is updated using the observed value.
式(19)の左辺の値がしきい値より大きい場合には、(ψk、γk)の信頼度が低いと考え、式(16)を式(12)に使用してPkを求める。移動方向の推定値には前の値を使用し、位置についてのみ観測値を使用して更新する。 If the value on the left side of Equation (19) is larger than the threshold value, it is considered that the reliability of (ψ k , γ k ) is low, and P k is obtained using Equation (16) in Equation (12). . The previous value is used for the estimated value of the moving direction, and only the position is updated using the observed value.
式(17)の左辺の値がしきい値より大きく且つ式(19)の左辺の値がしきい値より大きい場合には、通常のカルマンフィルタと同様に、観測値の更新を行う。 When the value on the left side of Expression (17) is larger than the threshold value and the value on the left side of Expression (19) is larger than the threshold value, the observed value is updated in the same manner as in a normal Kalman filter.
第1実施例では、移動方向を検出するために平面ジャイロと垂直ジャイロを有する振動子ジャイロ12と、移動速度を検出するための車速センサ13が使用した。GPS装置11は、各衛星に対する車両の移動により受信電波の周波数にドプラー効果が生じて受信周波数が変化する。この受信周波数の変化は車両がある程度以上の速度で移動していないと検出できないが、車両がある程度以上の速度で移動条件に限定すれば、GPS装置11により移動速度を検出することが可能である。第2実施例は、このような条件での実施例である。
In the first embodiment, the
図6は、本発明の第2実施例の地図データを生成するシステムにおいて使用されるGPS装置11の構成を示す図である。第2実施例は、この構成により算出された移動方向及び移動速度を第1実施例の振動子ジャイロ12の検出した移動方向及び車速センサ13の検出した移動速度として使用する以外は、第1実施例と同じ構成である。従って、第2実施例では、振動子ジャイロ12及び車速センサ13を設ける必要はない。なお、GPS装置11が移動方向と移動速度を検出する必要があるのは、可視衛星が4機未満の時であるが、GPS装置11による移動方向及び移動速度の検出は常時行うことが望ましい。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the
図6に示すように、受信周波数解析部41は、GPS受信部40で受信された複数の衛星からの受信電波の周波数(周期)を解析して、各衛星に対する周波数の基準周波数からの変位を算出する。この変位は各衛星に対するドプラー効果に起因するので、移動速度算出手段42は、各衛星に対する変位から各衛星に対する速度を算出し、それらを合成して方向を含めた移動速度(移動ベクトル)を算出する。Vk算出部43は、移動ベクトルの絶対値から移動速度Vkを算出する。ψk、γk算出部44は、移動ベクトルの3軸方向の成分の比から方位角ψk、経路角γkを算出する。
As shown in FIG. 6, the reception
上記のようにして算出した移動方向及び移動速度に基づいて、第1実施例と同様に移動軌跡を算出する。この場合、方位角速度、経路角速度は一定として、式(1)の代わりに式(20)を状態変数として使用する。 Based on the movement direction and movement speed calculated as described above, the movement locus is calculated in the same manner as in the first embodiment. In this case, the azimuth angular velocity and the path angular velocity are constant, and equation (20) is used as a state variable instead of equation (1).
なお、方位角ψk、経路角γkは式(21)に従って算出される。 The azimuth angle ψ k and the path angle γ k are calculated according to equation (21).
ここで、マルチパスにより、擬似距離に誤差が含まれる場合でも、速度を求めるのに使用するデルタレンジまたはドプラー速度は誤差を含まないので、正確な速度を求めることができる。 Here, even if an error is included in the pseudo distance due to multipath, the delta range or Doppler speed used to determine the speed does not include an error, and thus an accurate speed can be determined.
第2実施例では、第1実施例の式(7)及び(8)が式(22)のようになる。この式に対してカルマンフィルタを構築する。 In the second embodiment, the equations (7) and (8) in the first embodiment become the equation (22). A Kalman filter is constructed for this expression.
本発明は、オフラインで軌跡算出を算出する場合に適用できる。 The present invention can be applied to the case where the trajectory calculation is calculated offline.
11 GPS装置
12 振動子ジャイロ
13 車速センサ
21 データ記憶部
31 順方向軌跡算出部
32 逆方向軌跡算出部
33 統合処理部
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記第1地点から前記第2地点への移動中の移動方向及び移動速度を検出して移動データとして記憶し、
記憶した前記移動データを順方向に使用して、前記第1地点から前記第2地点への順方向移動軌跡を算出し、
記憶した前記移動データを逆方向に使用して、前記第2地点から前記第1地点への逆方向移動軌跡を算出し、
前記順方向移動軌跡と前記逆方向移動軌跡を、前記第1地点と前記第2地点に対する位置に応じて変化する重み付け比で合成する、ことを特徴とする移動軌跡算出方法。 A movement trajectory calculation method for calculating a movement trajectory between a first point and a second point of a moving object after movement,
Detecting the moving direction and moving speed during movement from the first point to the second point and storing it as movement data;
Using the stored movement data in the forward direction, a forward movement trajectory from the first point to the second point is calculated,
Using the stored movement data in the reverse direction to calculate a reverse movement trajectory from the second point to the first point,
The moving trajectory calculation method comprising combining the forward moving trajectory and the backward moving trajectory with a weighting ratio that changes in accordance with a position with respect to the first point and the second point.
前記移動速度の検出は、車速センサで行われる請求項1に記載の移動軌跡算出方法。 The moving object is a vehicle;
The movement trajectory calculation method according to claim 1, wherein the movement speed is detected by a vehicle speed sensor.
前記第1地点から前記第2地点への移動中の移動方向及び移動速度を検出して移動データとして記憶する記憶装置と、
記憶した前記移動データを順方向に使用して、前記第1地点から前記第2地点への順方向移動軌跡を算出する順方向軌跡算出部と、
記憶した前記移動データを逆方向に使用して、前記第2地点から前記第1地点への逆方向移動軌跡を算出する逆方向軌跡算出部と、
前記順方向移動軌跡と前記逆方向移動軌跡を、前記第1地点と前記第2地点に対する位置に応じて変化する重み付け比で合成する合成処理部と、を備えることを特徴とする移動軌跡算出装置。 A movement trajectory calculation device for calculating a movement trajectory between a first point and a second point of a moving object after movement,
A storage device that detects a moving direction and a moving speed during movement from the first point to the second point and stores them as movement data;
A forward trajectory calculating unit that calculates a forward trajectory from the first point to the second point using the stored movement data in the forward direction;
Using the stored movement data in the reverse direction, a reverse direction trajectory calculation unit for calculating a reverse direction movement trajectory from the second point to the first point;
A movement trajectory calculation apparatus comprising: a synthesis processing unit that synthesizes the forward movement trajectory and the reverse movement trajectory with a weighting ratio that changes according to a position with respect to the first point and the second point. .
前記第1地点及び前記第2地点は、前記GPS受信機で4機以上の可視衛星により位置検出した地点又はDOP値などにより精度が良いと判断される地点であり、前記第1地点から前記第2地点の間は、GPS受信機による可視衛星が4機未満であるか又はDOP値が大きく精度が悪いと判断される部分である請求項7に記載の移動軌跡算出装置。 With a GPS receiver,
The first point and the second point are points detected by four or more visible satellites with the GPS receiver, or points that are determined to have high accuracy based on the DOP value, etc. 8. The movement trajectory calculation apparatus according to claim 7, wherein between two points is a portion where the number of visible satellites by the GPS receiver is less than four, or the DOP value is determined to be large and the accuracy is low.
前記移動方向の検出は、前記ジャイロで行われる請求項7又は8に記載の移動軌跡算出装置。 Equipped with a gyro,
The movement trajectory calculation apparatus according to claim 7 or 8, wherein the movement direction is detected by the gyro.
前記車両の移動速度を検出する車速センサを備える請求項7に記載の移動軌跡算出装置。 The moving object is a vehicle;
The movement locus calculation apparatus according to claim 7, further comprising a vehicle speed sensor that detects a movement speed of the vehicle.
車両で道路を走行しながら、前記車両に搭載したGPS装置で走行位置を検出すると共に、移動中の移動方向及び移動速度を検出して移動データとして記憶し、
前記GPS受信機で4機以上の可視衛星により位置検出した地点又はDOP値などにより精度が良いと判断される地点については前記GPS装置で検出した走行位置を道路の地図データとし、
前記GPS受信機による可視衛星が4機未満である部分又はDOP値などにより精度が悪いと判断される部分については、当該部分の両端の前記GPS受信機で4機以上の可視衛星により位置検出した地点を第1地点及び第2地点として、記憶した前記移動データを順方向に使用して、前記第1地点から前記第2地点への順方向移動軌跡を算出し、
記憶した前記移動データを逆方向に使用して、前記第2地点から前記第1地点への逆方向移動軌跡を算出し、
前記順方向移動軌跡と前記逆方向移動軌跡を、前記第1地点と前記第2地点に対する位置に応じて変化する重み付け比で合成する、ことを特徴とする地図データ生成方法。 A map data generation method for generating map data,
While traveling on the road with the vehicle, the GPS device mounted on the vehicle detects the traveling position, detects the moving direction and moving speed during movement, and stores it as movement data,
For the point detected by the GPS receiver with four or more visible satellites or the point determined to have high accuracy by the DOP value or the like, the traveling position detected by the GPS device is used as road map data,
For the parts where the number of visible satellites by the GPS receiver is less than four, or the parts judged to be inaccurate due to the DOP value, etc., the position was detected by four or more visible satellites at the GPS receivers at both ends of the part. Using the movement data stored in the forward direction as the first point and the second point, the forward movement trajectory from the first point to the second point is calculated,
Using the stored movement data in the reverse direction to calculate a reverse movement trajectory from the second point to the first point,
The map data generation method, wherein the forward movement trajectory and the backward movement trajectory are combined with a weighting ratio that changes according to the position with respect to the first point and the second point.
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