(57)【要約】【課題】非接触慣性航法装置を用いた際に、経路状態に応じて精度の高いナビゲーションを実現できるようにすることを課題とする。【解決手段】３次元座標ＤＢ２２は、道路形状に応じて自動車の移動に加速を伴うと予測される座標位置に対してあらかじめ属性を付与した３次元座標データを記憶する。ロケーションコンピュータ２１は、現在位置、移動距離、および、進行方向に関する情報を算出する処理において、ナビゲーションセンサ６においてあらかじめ設定された閾値以上の加速度を検出した場合、属性を参照して、加速度の変化をキャンセルして移動距離を補正して、３次元マップマッチングを実行する。【選択図】  図１
2008185507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星測位装置、および、方位および加速度を検出する非接触慣性航法装置に接続され、移動体の現在位置を取得するナビゲーション装置であって、
道路ネットワークに対応するＸＹＺ座標系の３次元座標データであって、道路形状に応じて移動体の移動に加速を伴うと予測される座標位置に対してあらかじめ属性を付与した３次元座標データを記憶する記憶手段と、
前記非接触慣性航法装置を用いて、現在位置、移動距離、および、進行方向に関する情報を算出する処理において、前記非接触慣性航法装置においてあらかじめ設定された閾値以上の加速度を検出した場合、前記記憶手段に記憶される属性を参照して、前記検出された加速度の変化をキャンセルして移動距離を補正する補正付算出手段と、
前記補正付算出手段により算出された情報を２次元マップマッチングしてＸ−Ｙ座標上の２次元位置情報を算出する２次元マッチング手段と、
前記２次元マップマッチング手段で算出された２次元位置情報と前記記憶手段に記憶される３次元座標データとに基づいてＸ−Ｙ−Ｚ座標上のＺ座標位置を算出するＺ算出手段と、
前記移動体の移動上、前記Ｚ算出手段で算出されたＺ座標位置に基づいてＺ軸方向の勾配差を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された勾配差に基づいて移動距離を補正して３次元位置情報を算出する３次元マップマッチング手段と、
を備えたことを特徴とするナビゲーション装置。
【請求項２】
さらに、前記３次元マップマッチング手段で算出された３次元位置情報に基づいてルート案内を示す画像情報を生成する画像生成手段と、前記移動体にカメラが設定されており、当該カメラで撮影された画像情報を入力する入力手段と、前記画像生成手段で生成された画像情報と前記入力手段で入力された画像情報とを重畳する重畳手段と、前記重畳手段で重畳された画像を前記ディスプレイに表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のナビゲーション装置。
【請求項３】
さらに、２次元地図データを記憶する地図記憶手段と、前記地図記憶手段に記憶される２次元地図データを参照して前記３次元マップマッチング手段で算出された３次元位置情報に基づいて前記移動体の現在位置情報を含む２次元地図を生成する地図生成手段と、前記地図生成手段で生成された２次元地図を前記ディスプレイに表示する地図表示手段とを有することを特徴とする請求項２に記載のナビゲーション装置。
【請求項４】
衛星測位装置、および、方位および加速度を検出する非接触慣性航法装置に接続され、移動体の現在位置を取得するナビゲーション方法であって、
前記非接触慣性航法装置を用いて、現在位置、移動距離、および、進行方向に関する情報を算出する処理において、前記非接触慣性航法装置においてあらかじめ設定された閾値以上の加速度を検出した場合、前記記憶手段に記憶される属性を参照して、前記検出された加速度の変化をキャンセルして移動距離を補正する第１ステップと、
前記第１ステップにより算出された情報を２次元マップマッチングしてＸ−Ｙ座標上の２次元位置情報を算出する第２ステップと、
道路ネットワークに対応するＸＹＺ座標系の３次元座標データであって、道路形状に応じて移動体の移動に加速を伴うと予測される座標位置に対してあらかじめ属性を付与した３次元座標データをメモリに記憶しており、前記第２ステップで算出された２次元位置情報と前記メモリに記憶される３次元座標データとに基づいてＸ−Ｙ−Ｚ座標上のＺ座標位置を算出する第３ステップと、
前記移動体の移動上、前記第３ステップで算出されたＺ座標位置に基づいてＺ軸方向の勾配差を検出する第４ステップと、
前記第４ステップで検出された勾配差に基づいて移動距離を補正して３次元位置情報を算出する第５ステップと、
を含んだことを特徴とするナビゲーション方法。
【請求項５】
自動車であって、
前後左右方向のいずれか１つまたはその組み合わせ分の撮影を行うカメラと、
ディスプレイと、
衛星測位装置、および、方位および加速度を検出する非接触慣性航法装置を用いて、少なくとも現在位置および進行情報を検出する位置検出ユニットと、
ディスプレイを有しており、当該ディスプレイに画像を表示するナビゲーション装置と、
を備え、
前記ナビゲーション装置は、
道路ネットワークに対応するＸＹＺ座標系の３次元座標データを記憶する記憶手段と、
前記非接触慣性航法装置を用いて、現在位置、移動距離、および、進行方向に関する情報を算出する処理において、前記道路ネットワークの経路状態の要因で前記非接触慣性航法装置の出力があらかじめ設定された閾値以上の変化で検出された場合、当該変化量に基づいて移動距離を補正する補正付算出手段と、
前記補正付算出手段により算出された情報を２次元マップマッチングしてＸ−Ｙ座標上の２次元位置情報を算出する２次元マッチング手段と、
前記２次元マップマッチング手段で算出された２次元位置情報と前記記憶手段に記憶される３次元座標データとに基づいてＸ−Ｙ−Ｚ座標上のＺ座標位置を算出するＺ算出手段と、
前記移動体の移動上、前記Ｚ算出手段で算出されたＺ座標位置に基づいてＺ軸方向の勾配差を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された勾配差に基づいて移動距離を補正して３次元位置情報を算出する３次元マップマッチング手段と、
前記３次元マップマッチング手段で算出された３次元位置情報に基づいてルート案内を示す画像情報を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段で生成された画像情報と前記入力手段で入力された画像情報とを重畳する重畳手段と、
前記重畳手段で重畳された画像を前記ディスプレイに表示する表示手段と、
を備えたことを特徴とする自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナビゲーション装置、ナビゲーション方法、および、自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車のナビゲーション装置の普及は著しいものであり、モニタに映し出されるコンピュータグラフィックス（ＣＧ）の描写能力や案内時に提供される各種情報の充実振りを各社で競うかたちとなっている。このように、多機能・高性能型の追求では、ナビゲーション装置の価格高騰は避けられないものとなっている。
【０００３】
その一方で、２００５年あたりから、欧州を中心にパーソナルナビゲーションデバイス（以下、ＰＮＤという）の需要が急速に高まっている。世界のカーナビ市場が急成長する原動力ともいわれ、その理由のひとつとして、通常のナビゲーション装置に比べて低価格な設定を挙げることができる。
【０００４】
現在のＰＮＤは、グローバルポジショニングシステム（以下、ＧＰＳという）で現在位置を確認してナビゲーションを行うものであり、通常のナビゲーション装置のように車速パルスは不要となる。もちろん、トンネル内やビルの陰のようにＧＰＳが利用できない区間では、使用できないという問題も持ち合わせている。
【０００５】
このように、ＰＮＤはＧＰＳに依存した簡易型ナビゲーション装置ではあるが、非接触慣性航法装置（加速度センサとジャイロセンサとの組み合わせ）を用いれば、トンネル内でも移動距離や移動方向を入手できるので上記の問題を解決することができる。
【０００６】
ＧＰＳと非接触慣性航法装置とを組み合わせたとしても、相対位置を取得する非接触慣性航法装置はＧＰＳの補完的な役割を担うに過ぎないことから、ＧＰＳからつぎの絶対位置を取得するまでの区間で計測誤差を解消する必要がある。この解消を怠ると、計測誤差が累積して真位置とのずれは拡がるばかりとなり、ナビゲーションとして求められる許容範囲を逸脱する虞がある。そこで、近年、相対位置検出における方位あるいは加速度に対して補正を行うことで、累積誤差の影響を可及的に抑制する提案がなされている（特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２８５６２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した従来例においては、センサ出力に依存した誤差抑制となっており、道路勾配、カーブ等の経路状態に依存した補正が行われないことから、非接触慣性航法装置に依存したナビゲーションにおいて自動車の加速を伴うときに、誤差の解消が不十分であるという危惧がある。
【０００９】
本発明の目的は、非接触慣性航法装置を用いた際に、経路状態に応じて精度の高いナビゲーションを実現することが可能なナビゲーション装置、ナビゲーション方法、および、自動車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係るナビゲーション装置は、衛星測位装置、および、方位および加速度を検出する非接触慣性航法装置に接続され、移動体の現在位置を取得するナビゲーション装置であって、道路ネットワークに対応するＸＹＺ座標系の３次元座標データであって、道路形状に応じて移動体の移動に加速を伴うと予測される座標位置に対してあらかじめ属性を付与した３次元座標データを記憶する記憶手段と、前記非接触慣性航法装置を用いて、現在位置、移動距離、および、進行方向に関する情報を算出する処理において、前記非接触慣性航法装置においてあらかじめ設定された閾値以上の加速度を検出した場合、前記記憶手段に記憶される属性を参照して、前記検出された加速度の変化をキャンセルして移動距離を補正する補正付算出手段と、
前記補正付算出手段により算出された情報を２次元マップマッチングしてＸ−Ｙ座標上の２次元位置情報を算出する２次元マッチング手段と、前記２次元マップマッチング手段で算出された２次元位置情報と前記記憶手段に記憶される３次元座標データとに基づいてＸ−Ｙ−Ｚ座標上のＺ座標位置を算出するＺ算出手段と、前記移動体の移動上、前記Ｚ算出手段で算出されたＺ座標位置に基づいてＺ軸方向の勾配差を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された勾配差に基づいて移動距離を補正して３次元位置情報を算出する３次元マップマッチング手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１において、さらに、前記３次元マップマッチング手段で算出された３次元位置情報に基づいてルート案内を示す画像情報を生成する画像生成手段と、前記移動体にカメラが設定されており、当該カメラで撮影された画像情報を入力する入力手段と、前記画像生成手段で生成された画像情報と前記入力手段で入力された画像情報とを重畳する重畳手段と、前記重畳手段で重畳された画像を前記ディスプレイに表示する表示手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項３の発明は、請求項２において、さらに、２次元地図データを記憶する地図記憶手段と、前記地図記憶手段に記憶される２次元地図データを参照して前記３次元マップマッチング手段で算出された３次元位置情報に基づいて前記移動体の現在位置情報を含む２次元地図を生成する地図生成手段と、前記地図生成手段で生成された２次元地図を前記ディスプレイに表示する地図表示手段とを有することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項４に係るナビゲーション方法は、衛星測位装置、および、方位および加速度を検出する非接触慣性航法装置に接続され、移動体の現在位置を取得するナビゲーション方法であって、前記非接触慣性航法装置を用いて、現在位置、移動距離、および、進行方向に関する情報を算出する処理において、前記非接触慣性航法装置においてあらかじめ設定された閾値以上の加速度を検出した場合、前記記憶手段に記憶される属性を参照して、前記検出された加速度の変化をキャンセルして移動距離を補正する第１ステップと、前記第１ステップにより算出された情報を２次元マップマッチングしてＸ−Ｙ座標上の２次元位置情報を算出する第２ステップと、道路ネットワークに対応するＸＹＺ座標系の３次元座標データであって、道路形状に応じて移動体の移動に加速を伴うと予測される座標位置に対してあらかじめ属性を付与した３次元座標データをメモリに記憶しており、前記第２ステップで算出された２次元位置情報と前記メモリに記憶される３次元座標データとに基づいてＸ−Ｙ−Ｚ座標上のＺ座標位置を算出する第３ステップと、前記移動体の移動上、前記第３ステップで算出されたＺ座標位置に基づいてＺ軸方向の勾配差を検出する第４ステップと、前記第４ステップで検出された勾配差に基づいて移動距離を補正して３次元位置情報を算出する第５ステップと、を含んだことを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項５に係る自動車は、自動車であって、前後左右方向のいずれか１つまたはその組み合わせ分の撮影を行うカメラと、ディスプレイと、衛星測位装置、および、方位および加速度を検出する非接触慣性航法装置を用いて、少なくとも現在位置および進行情報を検出する位置検出ユニットと、ディスプレイを有しており、当該ディスプレイに画像を表示するナビゲーション装置と、を備え、前記ナビゲーション装置は、道路ネットワークに対応するＸＹＺ座標系の３次元座標データを記憶する記憶手段と、前記非接触慣性航法装置を用いて、現在位置、移動距離、および、進行方向に関する情報を算出する処理において、前記道路ネットワークの経路状態の要因で前記非接触慣性航法装置の出力があらかじめ設定された閾値以上の変化で検出された場合、当該変化量に基づいて移動距離を補正する補正付算出手段と、前記補正付算出手段により算出された情報を２次元マップマッチングしてＸ−Ｙ座標上の２次元位置情報を算出する２次元マッチング手段と、前記２次元マップマッチング手段で算出された２次元位置情報と前記記憶手段に記憶される３次元座標データとに基づいてＸ−Ｙ−Ｚ座標上のＺ座標位置を算出するＺ算出手段と、前記移動体の移動上、前記Ｚ算出手段で算出されたＺ座標位置に基づいてＺ軸方向の勾配差を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された勾配差に基づいて移動距離を補正して３次元位置情報を算出する３次元マップマッチング手段と、前記３次元マップマッチング手段で算出された３次元位置情報に基づいてルート案内を示す画像情報を生成する画像生成手段と、前記画像生成手段で生成された画像情報と前記入力手段で入力された画像情報とを重畳する重畳手段と、前記重畳手段で重畳された画像を前記ディスプレイに表示する表示手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、非接触慣性航法装置を用いた際に、経路状態に応じて精度の高いナビゲーションを実現することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る一実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
まず、全体の構成について説明する。図１は本発明の一実施形態による自動車の内部構成例を示すブロック図である。本実施形態の自動車１は、たとえば図１に示したように、以下に説明するが、本実施形態の３次元マップマッチングにより３次元位置情報の取得等を行うナビゲーション装置２、無線通信により各種の情報を授受するためのアンテナ３、音声を出力するスピーカ４、画像を表示するディスプレイ５、自車の現在位置を検出するＧＰＳ機器６１、進行情報となる方位、移動量をそれぞれ検出する２次元振動ジャイロ６２および加速度センサ６３を具備しているナビゲーションセンサ６（非接触慣性航法装置を指す）、自車の前方景色を撮影して画像を入力するＣＣＤ等のカメラ７、自車の傾斜を検知する傾斜センサ８等により構成されている。自動車１の制御系、電気系、エンジン部位等の構成は、本発明の趣旨からその説明を省略する。なお、ナビゲーションセンサ６は、自車の現在位置と進行情報を検出できるものであればその他の構成であってもよい。
【００１８】
ナビゲーション装置２は、以下に詳述するが、ＧＰＳからの測位が困難な場所（区間）でのナビゲーションセンサ６の誤差解消および３次元マップマッチングを実現するものであり、たとえば、ロケーションコンピュータ２１、領域の一部もしくは全部の３次元座標データ（３次元折線形状データ）を蓄積する３次元座標データベース（３次元座標ＤＢ）２２、領域の一部もしくは全部の２次元地図データおよび右左折等のポイントに応じて生成されるべき音声情報（音声データおよび生成ポイントの組み合わせ）を蓄積する地図および音声データベース（地図および音声ＤＢ）２３、通信処理装置２４、操作パネル２５、音声処理装置２６、画像処理装置２７等により構成されている。
【００１９】
ロケーションコンピュータ２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭによる制御ユニット、本実施形態のセンサ誤差解消および３次元マップマッチング処理等を実現するためのロケーション処理プログラム２１１等を具備している。このロケーションコンピュータ２１は、ナビゲーションセンサ６に接続され、ＧＰＳ機器６１から現在位置情報、２次元振動ジャイロ６２から方位、そして、加速度センサ６３から移動量をそれぞれ入力してＸ−Ｙ座標系の２次元マップマッチングを実行し、さらに、３次元座標ＤＢ２２から３次元座標データを読み出してＸ−ＹＺ座標系でのＺ座標位置情報を算出する。
【００２０】
このロケーションコンピュータ２１は、Ｚ座標位置情報に基づいて移動距離の補正を行ってから３次元位置情報を求めて画像処理装置２７に供給するものである。とくに、ＧＰＳからの測位が困難なトンネル内、ビルの陰等の区間については、３次元座標ＤＢ２２に記憶する座標に対してあらかじめＧＰＳ不能区間を示す道路属性をもたせておき、ナビゲーションセンサ６より想定以上の加速を検出した際は、坂道（上り・下り）、カーブ（・・・度）などの混在した道路形状を分別した道路属性の種類に応じて加速度のキャンセルを行い、正確な移動距離を求めるものである。
【００２１】
通信処理装置２４は、アンテナ３に接続され、無線通信によってアンテナ３を介して各種の情報（渋滞情報、２次元地図データ、３次元座標データ、音声情報等）を取得する。通信処理装置２４は、アンテナ３を介して受信される２次元地図データや音声情報を地図および音声ＤＢ２３に出力する。これにより、地図および音声ＤＢ２３の更新処理が実行される。また、通信処理装置２４は、アンテナ３を介して受信される３次元座標データを３次元座標ＤＢ２２に出力する。これにより、３次元座標ＤＢ２２の更新処理が実行される。
【００２２】
操作パネル２５においては、ここではナビゲーション装置自体に設けられている例が示されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ナビゲーション装置外に設けてナビゲーション装置に対して操作信号を送る構成としてもよい。操作パネル２５は、出発地、目的地の入力により経路要求をしたり、候補として挙げられる経路の選択をしたり、本実施形態のカメラ撮影画像によるナビゲーション表示と２次元地図によるナビゲーション表示間の切り替えを指示するための操作ボタン等を備えている。
【００２３】
音声処理装置２６は、ロケーションコンピュータ２１、地図および音声ＤＢ２３等に接続され、地図および音声ＤＢ２３を参照してロケーションコンピュータ２から供給される３次元位置情報に基づいて真の現在位置に応じた音声データを後段に接続されるスピーカ４に供給する。スピーカ４は、音声処理装置２６から音声データを入力して音声を再生する。
【００２４】
画像処理装置２７は、ロケーションコンピュータ２１、地図および音声ＤＢ２３等に接続され、ロケーションコンピュータ２１から供給される３次元位置情報に基づいて真の現在位置に応じた経路案内画像を生成し、その画像をカメラ７から供給される風景の画像に重畳して後段に接続されるディスプレイ５に供給する。この画像処理装置２７は、傾斜センサ８にも接続され、その傾斜センサ８から供給される傾斜角度に応じて経路案内画像の角度をカメラ座標系に整合させる。ディスプレイ５は、画像処理装置２７に接続され、そこから出力される画像情報に基づく画像を表示する。
【００２５】
つぎに、主要なデータベースについて詳述する。図２は本実施形態による３次元座標ＤＢ２２の一例を示す図である。３次元座標ＤＢ２２は、たとえば図２に示したように、ヘッダ部を先頭にして座標ポイント毎にＸ，Ｙ，Ｚ座標データを対応付けて記憶している。一例として、座標ポイントＰ０（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）、・・・、Ｐn-1（Ｘn-1，Ｙn-1，Ｚn-1）のように順に記憶されている。３次元座標データの計測手法にもよるが、座標ポイントは、たとえば１ｍ間隔でもよいが、それ以上もしくはそれ以下の間隔でもよいことは言うまでもない。
【００２６】
この３次元座標ＤＢ２２は、前述したように、ＧＰＳからの測位が困難なトンネル内、ビルの陰等の区間については、各座標ポイントに対してあらかじめＧＰＳ不能区間を示す道路属性をもたせている。ＡＴＲｎ（ｎは整数）のうち、ｎが「１」以上については、坂道（上り・下り）、カーブ（・・・度）、渋滞多発などは、急な加速や減速をあらかじめ想定することができる経路となり、「０」は以上の想定を必要としない経路である。そこで、これらの経路については、個々または組み合わせについて異なる道路属性を割り当て、このような座標ポイントを通過する際は、道路形状や走行上の環境から通常を超える加速度の発生を確認できるように補正処理が配慮される。これにより、通常を超える部分の加速度がキャンセルされ、正確な移動状態の把握、すなわち、誤差の累積を抑制した移動距離の算出が可能となる。一例として、ＡＴＲ１は坂道を示し、ＡＴＲ２はカーブを示す。
【００２７】
以下、図３、図４、および、図５を用いて誤差抑制の原理について説明する。図３は本実施形態によるＡＴＲ０における移動と座標ポイントとの関係を説明する図、図４は本実施形態によるＡＴＲ１における移動と座標ポイントとの関係を説明する図、図５は本実施形態によるＡＴＲ２における移動と座標ポイントとの関係を説明する図である。ここで、トンネル内での説明を例に挙げるが、これに限定されるものではなく、ＧＰＳ測位に基づく位置の算出が困難な経路は森林地帯、ビルの陰なども含まれるものである。
【００２８】
まず、加速を伴わない平坦な道路について説明する。図３において、ＣＲ１は自動車を示し、ＳＴｍ（ｍは自然数）は自動車ＣＲ１の走行位置を示し、ＰＮｍはロケーションコンピュータ２１により求められた計測位置を示している。ＴＮはトンネルを示し、ＧＰＳはＧＰＳ衛星を示している。
【００２９】
図３に示すように、トンネルＴＮ内において自動車ＣＲ１が加速を伴わないときは、等速運動をしていることから、トンネルＴＮ内を自動車ＣＲ１が走行してもトンネルＴＮ直前のＧＰＳ測位に基づくロケーションコンピュータ２１の処理で精度の高い位置情報を得ることができる。したがって、たとえば図３に示すように、トンネルＴＮ内の道路上を走行する自動車ＣＲ１の走行位置ＳＴ２，３に対応して、計測位置ＰＮ２，３が対応することになる。これにより、トンネルＴＮを抜けたところでも走行位置ＳＴ４と計測位置ＰＮ４が合致する。ここでは、その他の誤差要因は発明の本質から説明を省略する。
【００３０】
つづいて、加速を伴う坂道について説明する。図４（Ａ）、（Ｂ）において、ＣＲ２，ＣＲ３は自動車を示し、ＳＴＡｍ（ｍは自然数），ＳＴＢｍはそれぞれ自動車ＣＲ１，ＣＲ２の走行位置を示し、ＰＡｍ，ＰＢｍはそれぞれ計測位置を示している。ここで、ＰＡｍは一般の方法で得られた計測位置を示す。ＰＢｍは本実施の形態によるロケーションコンピュータ２１により得られた計測位置を示す。ＴＮはトンネルを示し、ＧＰＳはＧＰＳ衛星を示している。また、ＤＡｑ（ｑは自然数）は、誤差累積を示す。
【００３１】
図４（Ａ）に示すように、トンネルＴＮ内において自動車ＣＲ２が坂道に差し掛かると通常はアクセルを踏み込んで加速を伴うものである。その際、トンネルＴＮの直前まで等速運動をしていたとしても、一気に加速が伴うことから、相対位置で自動車ＣＲ２の計測位置を慎重に算出する必要がある。
【００３２】
通常、図４（Ａ）の例のように、トンネルＴＮ内の坂道を走行する自動車ＣＲ２の走行位置ＳＴＡ２，３に対応して、計測位置ＰＡ２，３が累積誤差ＤＡ１，２をもって対応することになる。これにより、トンネルＴＮを抜けたところでは、走行位置ＳＴＡ４と計測位置ＰＡ４の関係は累積誤差ＤＡ３の発生により不一致となる。
【００３３】
これに対して、本実施形態の場合は、図４（Ｂ）のように、トンネルＴＮ内の坂道を走行する自動車ＣＲ３（自動車ＣＲ２と同じ条件、環境で走行する）の走行位置ＳＴＢ２，３に対応して、計測位置ＰＢ２，３が前述の累積誤差ＤＡ１，２をもたずに対応することになる。これにより、トンネルＴＮを抜けたところでは、走行位置ＳＴ４と計測位置ＰＢ４の関係は累積誤差がなく一致する。これは、前述したように、ＧＳＰ測位ができず、想定以上の加速度が発生した際に、加速度のキャンセル処理を実行して真位置を越える走行距離の累積誤差を防止するものである。
【００３４】
さらに、加速を伴うカーブについて簡単に説明する。図５（Ａ）、（Ｂ）において、ＣＲ４，ＣＲ５は自動車を示し、ＳＴＣｒ（ｒは自然数）は自動車ＣＲ３の走行位置を示し、ＰＣｒ，ＰＤｒはそれぞれ一般の方法で求められた計測位置、ロケーションコンピュータ２１により求められた計測位置を示している。
【００３５】
図５（Ａ）に示すように、トンネルＴＮ内において自動車ＣＲ４がカーブに差し掛かると通常はブレーキを踏み込んで減速したり、さらには、カーブを抜けきるところでアクセルを踏み込むものである。その際、トンネルＴＮの直前まで等速運動をしていたとしても、一気に減速や加速が伴うことから、相対位置で自動車ＣＲ４の計測位置を慎重に算出する必要がある。
【００３６】
通常、図５（Ａ）の例のように、トンネルＴＮ内の坂道を走行する自動車ＣＲ４の走行位置ＳＴＣ２，３に対応して、計測位置ＰＣ２，３がそれぞれ走行位置ＳＴＣ１，２の累積誤差をもって対応することになる。これにより、トンネルＴＮを抜けたところでは、走行位置ＳＴＣ３と計測位置ＰＣ４の関係は累積誤差の発生により不一致となる。
【００３７】
これに対して、本実施形態の場合は、図５（Ｂ）のように、トンネルＴＮ内のカーブを走行する自動車ＣＲ５（自動車ＣＲ４と同じ条件、環境で走行する）の走行位置ＳＴＤ１，２に対応して、計測位置ＰＤ２，３が前述の累積誤差ＤＡ１，２をもたずに対応することになる。これにより、トンネルＴＮを抜けたところでは、走行位置ＳＴＤ３と計測位置ＰＤ４の関係は累積誤差がなく一致する。これは、前述したように、ＧＳＰ測位ができず、想定以上の加速度が発生した際に、加速度のキャンセル処理を実行して真位置を越える走行距離の累積誤差を防止するものである。
【００３８】
つづいて、動作について説明する。図６は本実施形態によるナビゲーション処理の一例を説明するフローチャートである。以下に説明する動作は、主として、ナビゲーション装置２のロケーションコンピュータ２１および画像処理装置２３において、各制御ユニットおよびプログラムにより実現されるものである。
【００３９】
ナビゲーション装置２の電源が投入されると、初期設定が実行され（ステップＳ１０１）、ナビゲーションセンサ６および傾斜センサ８からそれぞれにおいて検知される情報の入力が開始される（ステップＳ１０２）。つづいて、ドライバもしくは同乗者から経路設定（出発地、目的地等）等の入力が受け付けられ、メモリに記憶される（ステップＳ１０３）。ここで、メモリは図示せぬがナビゲーション装置２全体を制御する制御ユニットの記憶装置でもよく、あるいは、ロケーションコンピュータ２１や画像処理装置２７のメモリでもよい。
【００４０】
以上の準備が整い、自動車２が走行を開始すると、ロケーションコンピュータ２１において、図７および図８に示す３次元マップマッチング処理が開始される（ステップＳ１０４）。この３次元マップマッチング処理により３次元位置情報が決定すると、画像処理装置２７において、その３次元位置情報に基づいて経路案内画像（矢印で示すものであって右左折の案内、色等で示すものであって識別可能な坂道の案内、数字等で示すものであって車線数が多いときの走行ラインの案内等）が生成される（ステップＳ１０５）。
【００４１】
この経路案内画像には、傾斜センサ８から供給される自車の傾斜角度に応じてカメラ座標系としての補正が施される（ステップＳ１０６）。そして、カメラ７から撮影画像が読み込まれて（ステップＳ１０７）、その撮影画像に傾斜補正された経路案内画像が重畳される（ステップＳ１０８）。このようにして得られた重畳画像データに基づく画像はディスプレイ５に出力されて表示される（ステップＳ１０９）。
【００４２】
さらに、音声処理装置２６においては、ロケーションコンピュータ２１から供給された３次元位置情報に基づいて地図および音声ＤＢ２３から音声情報が抽出され、その音声情報のうち音声データに基づいて音声ガイダンスが生成される。この音声ガイダンスはスピーカ４から音声として出力される（ステップＳ１１０）。
【００４３】
つづいて、本実施形態によるＧＰＳ測位不能なときの移動時における累積誤差解消および３次元マップマッチングについて詳述する。図７は本実施形態における３次元マップマッチングの原理を座標系で説明する図であり、図８は本実施形態においてＧＰＳ測位不能なときの移動時における累積誤差解消および３次元マップマッチング処理の一例を説明するフローチャートである。累積誤差解消および３次元マップマッチング処理は、ロケーションコンピュータ２１により実行されるものである。図７（ａ）は、３次元座標系における２次元マップマッチングと３次元マップマッチングとの関係を示すものであり、同図（ｂ）は、走行時、勾配差の発生において、３次元マップマッチングにより移動量の誤差を防止する原理を説明するものである。
【００４４】
図７（ａ）において、２次元座標上の位置Ａ′，Ｐ′，Ｂ′，Ｃ′には、３次元座標系の位置Ａ，Ｐ，Ｂ，Ｃがそれぞれ対応しているものとする。ＸＹ平面に写像した２次元位置情報による線分Ａ′，Ｂ′，Ｃ′上にある点Ｐ′の位置情報が得られた場合、３次元位置情報の線分Ａ，Ｂ上の点Ｐの位置に自車があると推定できる。線分ＡＢは、たとえば１ｍ間隔に取得した位置情報を端点とする。このように、２次元マップマッチングにより自車の位置Ｐ′がわかれば、必然的に高さデータＺすなわちＺ軸座標位置データを算出することが可能となる。これにより、ナビゲーションセンサ６を備えるだけでＸ，Ｙ，Ｚの３次元ナビゲーションセンサをソフトウェアにより実現することが可能となる。
【００４５】
図７（ｂ）において、２次元座標上の位置Ｆ′，Ｇ′，Ｈ′，Ｉ′，Ｊ′には、３次元座標系の位置Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊがそれぞれ対応しているものとする。３次元に拡張して勾配の変化を利用して、距離計測の補正を行うと、既存の方法よりも制度が向上する。たとえば、線分ＦＧ間において道路の勾配差（角度θ１）が確認されると、本実施形態の３次元マップマッチングにより移動距離の補正が可能となる。ところが、補正が施されないと線分間の補正前移動距離で示されるように、誤差ｄ１が発生する。同様に、線分ＧＨ間においても道路の勾配差（角度θ２）が確認され、本実施形態の３次元マップマッチングによる移動距離の補正が施されないと、誤差は蓄積して誤差ｄ２が発生する。本実施形態の３次元マップマッチングが施されると、図示の如く、各線分において誤差の発生が抑制された各線分の補正後移動距離が得られる。その結果、誤差の蓄積を防止することが可能となる。
【００４６】
以下、具体的な処理について図８を参照して説明する。３次元マップマッチング処理では、まずナビゲーションセンサ６からの情報にしたがって現在位置、移動距離、および、進行方向の算出が行われ、これらの情報に基づいて２次元マップマッチング処理が実行される。その前提でまず、ナビゲーションセンサ６から計測情報が入力されると（ステップＳ２０１）、３次元座標ＤＢ２２に対して現座標ポイントのつぎの座標ポイントの道路属性ＡＴＲｎが参照され、ＧＰＳ測位不能経路（ＡＴＲ１など）の走行になるかどうかの判断がなされる（ステップＳ２０２）。
【００４７】
ＧＰＳ測位不能経路であるという判断結果が得られた場合には（ステップＳ２０２のＹＥＳルート）、入力された加速度（計測情報）について所定の加速度を超えたかどうか判断される（ステップＳ２０３）。そして、所定の加速度を超えたという判断結果が得られた場合には（ステップＳ２０３のＹＥＳルート）、加速度の変化量がキャンセル（補正）される（ステップＳ２０４）。なお、ステップＳ２０２において、道路属性ＡＴＲ０の場合や、Ｓ２０３において、所定の加速度を超えていないという判断結果が得られた場合には、処理はステップＳ２０５にジャンプする。
【００４８】
ステップＳ２０４で計測情報の補正が実行されると、その補正後の情報に基づいて現在位置、移動距離、および、進行方向の算出が行われる（ステップＳ２０５）。そして、これらの情報に基づいて２次元マップマッチング処理が実行され、その結果、２次元座標位置が算出される（ステップＳ２０６）。ここで、一例として、図７（ａ）に示したように、２次元座標位置（Ｘ−Ｙ座標系）をＰ′とする。そして、３次元座標ＤＢ２２から３次元座標データ（Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系）が読み出されて参照され（ステップＳ２０７）、２次元座標位置Ｐ′の位置における高さＺすなわちＺ座標位置が算出される。このようにして、Ｚ位置座標データが取得され、ロケーションコンピュータ２１内のメモリに記憶される（ステップＳ２０８）。
【００４９】
つづいてＺ座標位置間の線分から勾配差が判断される（ステップＳ２０９）。勾配差があるという判断結果が得られた場合には（ステップＳ２０９のＹＥＳルート）、その勾配差に基づいて移動距離が補正される（ステップＳ２１０）。たとえば、図７（ｂ）の場合、線分ＦＧ間では、角度θ１となってそれに基づいて補正処理が実行される。一方、線分ＧＨ間では、角度θ２となってそれに基づいて補正処理が実行される。これにより、それぞれの誤差ｄ１、ｄ２は解消される。
【００５０】
勾配差に基づく補正が施されると、移動距離の補正からＸ−Ｙ座標におけるＸ座標位置およびＹ座標位置が確定し、これらＸ−Ｙ座標位置データにＺ座標位置データが組み合わされて３次元位置情報が確定する。このようにして３次元位置情報が算出されると、ロケーションコンピュータ２１のメモリに記憶される。そして、処理は図６に戻る（ステップＳ２１１）。従来、移動距離の補正は交差点ノードでの右左折を利用しており、直進移動距離が伸びると誤差が蓄積していたが、以上の結果、その蓄積を抑制することができる。
【００５１】
つぎに、表示例について説明する。図９は本実施形態のナビゲーション時における表示案内の一例を示す図であり、図１０は本実施形態のナビゲーション時における表示案内の他の例を示す図である。
【００５２】
たとえば立体交差のような場所では、適切な位置で車線変更して早めに経路を確保しなくてはならないところである。たとえば図９（ａ）に示すように自動車２が立体交差に近づくと、その後、同図（ｂ）に示すように、ドライバが見ている景観と同じ映像がディスプレイ５に表示され、景観に対する経路案内画像５１の重畳によって正確に案内することができる。
【００５３】
また、たとえば図１０（ａ）に示したように、見通しがよい状態で自動車２が交差点に差し掛かったときはよいが、たとえば同図（ｂ）に示したように、自車前方に大型車両５２が走行して前方の見通しを遮るような場合がある。このような場合でも、ディスプレイ５中に実際の景観に対して経路案内画像５３を重畳させることで、右左折の報知が可能となり、急な右左折でドライバが慌てるようなことはなくなり、交通安全上の効果も期待できる。
【００５４】
つぎに、２次元地図への切り替えについても補足説明する。図１１は本実施形態による２次元地図への切り替え処理を説明するフローチャートであり、図１２は本実施形態による２次元地図の表示例を示す図である。この処理は、画像処理装置２７によって実行される。
【００５５】
操作パネル２５の操作により景観に対して経路案内画像を重畳させた画像の表示から２次元地図への切り替えが受け付けられると、地図および音声ＤＢ２３の２次元地図データが参照され、ロケーションコンピュータ２１から供給される３次元位置情報に基づいて２次元地図上の位置が算出される（ステップＳ３０１）。このとき、移動距離を補正したときのＸ−Ｙ座標位置データを使用してもよいことはいうまでもない。
【００５６】
そして、２次元地図上に自車位置の画像が重畳され、たとえば図１２に示したように、経路画像５４上に自車位置を示す現在位置マーク５５を重畳させた画像が表示される（ステップＳ３０３）。この場合にも、移動距離が補正されていることから誤差が抑制された状態でナビゲーションすることが可能となる。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態によれば、道路ネットワークに対応するＸＹＺ座標系の３次元座標データであって、道路形状に応じて自動車の移動に加速を伴うと予測される座標位置に対してあらかじめ属性を付与した３次元座標データを記憶しておき、非接触慣性航法装置を用いて、現在位置、移動距離、および、進行方向に関する情報を算出する処理において、非接触慣性航法装置においてあらかじめ設定された閾値以上の加速度を検出した場合、属性を参照して、加速度の変化をキャンセルして移動距離を補正し、その情報を２次元マップマッチングして２次元位置情報を算出し、その２次元位置情報と３次元折線形状データとに基づいてＺ座標位置を算出し、自動車の移動上、Ｚ座標位置に基づいてＺ軸方向の勾配差を検出し、その勾配差に基づいて移動距離を補正して３次元位置情報を算出するようにしたので、非接触慣性航法装置を用いた際に、経路状態に応じて精度の高いナビゲーションを実現することが可能である。さらに、勾配差のある道路で自動車の直進移動距離が伸びても、地図上に反映される自動車の現在位置に誤差が蓄積することはなく、誤差の発生を抑制することが可能である。
【００５８】
また、以上のように誤差の発生を抑制したので、ナビゲーション装置および自動車においては、案内精度の高いナビゲーションを実現することが可能である。
【００５９】
さらに、ＰＮＤとして安価なナビゲーションシステムを提供することができることはもちろん、本実施形態のロケーションコンピュータを適用すれば、ナビゲーションシステム全体で高精度の３次元ナビゲーションセンサを実現することが可能である。
【００６０】
そして、本実施形態においても、３次元ＣＧ技術を駆使して実際の風景を再現しないため、膨大な地図データを自動車に取り込む必要はなくなる。
【００６１】
また、自動車の現在位置を精度高く地図上にマップマッチングさせるようにしたので、地図鳥瞰画像とカメラで撮影される画像との間で整合されるカメラ座標系においては、自動車の傾斜補正を正確な現在位置に基づいて反映させることが可能である。
【００６２】
さらに、自動車の現在位置を正確にマップマッチングさせていることから、カメラで撮影される画像に案内画像を重畳させるときにも案内画像をディスプレイに表示される撮影画像中に正確な位置で表示させることが可能である。
【００６３】
そして、３次元折線形状データを使用することから、案内画像の生成もより細かく設定することができるので、右左折の経路においても緩やかな曲線で案内の矢印等を描写することが可能である。
【００６４】
また、３次元折線形状データを使用して、自動車の現在位置を正確にマップマッチングさせていることから、夜間、雨、霧等で見通しの悪い景観や前方の視界を大型車両が遮って交差点が確認できないときの走行時でも、前方に近づく右左折案内等の情報を正確にディスプレイ上で表示することが可能である。
【００６５】
さらに、ディスプレイに実際の景観を表示させ、そこに適宜案内を重ねて表示するようにしたので、ドライバが見ている景観と同じ映像でのナビゲーションを実現することが可能である。これにより、一般のナビゲーション装置に不慣れな利用者であっても矢印等の案内確認さえできればよく、誰でも簡単かつ即座に使いこなせるというメリットがある。また、右左折レーンや側道までもわかりやすく案内することが可能である。
【００６６】
そして、２次元表示する地図においては、必要最小限の情報が収録されていればよく、本実施形態の３次元マップマッチングに対して特別な地図データを用意する必要はないので、この場合にも安価なカーナビゲーションシステムを提供することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、船舶等の業種においても産業上有用であるとともに、位置情報を取得することが可能な携帯電話、携帯情報端末、歩数計、携帯ゲーム機等の電化製品市場においても有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施形態による自動車の内部構成例を示すブロック図である。
【図２】本実施形態による３次元座標ＤＢの一例を示す図である。
【図３】本実施形態による道路属性に応じた移動と座標ポイントとの関係例を説明する図である。
【図４】本実施形態による道路属性に応じた移動と座標ポイントとの関係例を説明する図である。
【図５】本実施形態による道路属性に応じた移動と座標ポイントとの関係例を説明する図である。
【図６】本実施形態によるナビゲーション処理の一例を説明するフローチャートである。
【図７】本実施形態による３次元マップマッチングの原理を座標系で説明する図である。
【図８】本実施形態による主要な処理の一例を説明するフローチャートである。
【図９】本実施形態のナビゲーション時における表示案内の一例を示す図である。
【図１０】本実施形態のナビゲーション時における表示案内の他の例を示す図である。
【図１１】本実施形態による２次元地図への切り替え処理を説明するフローチャートである。
【図１２】本実施形態による２次元地図の表示例を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  自動車
２  ナビゲーション装置
３  アンテナ
４  スピーカ
５  ディスプレイ
６  ナビゲーションセンサ
７  カメラ
８  傾斜センサ
２１  ロケーションコンピュータ
２２  ３次元座標ＤＢ
２３  地図および音声ＤＢ
２４  通信処理装置
２５  操作パネル
２６  音声処理装置
２７  画像処理装置
５１  経路案内画像
５３  経路案内画像
５４  経路画像
５５  現在位置マーク
６１  ＧＰＳ機器
６２  ２次元振動ジャイロ
６３  加速度センサ
２１１  ロケーション処理プログラム
２７１  画像処理プログラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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