(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に設置されたＧＰＳ受信機と、路線情報蓄積部と、演算部で構成される監視手段付きＧＰＳ装置において、
（ａ）前記ＧＰＳ受信機はＧＰＳ信号を受信し、
（ｂ）前記路線情報蓄積部は路線の３次元空間での形状を記憶し、
（ｃ）前記演算部は前記ＧＰＳ受信機と前記路線情報蓄積部からのデータにより幾何学的精度低下率を求め精度の低下を監視し、
（ｄ）前記ＧＰＳ受信機はＧＰＳ衛星からの信号を受信し、現在位置と測位に利用したそれぞれのＧＰＳ衛星位置を出力し、前記路線情報蓄積部は前記ＧＰＳ受信機より出力された測位位置を入力し、測位位置近傍での路線形状を出力し、前記演算部は前記ＧＰＳ受信機よりＧＰＳ衛星の位置と測位位置を、また前記路線情報蓄積部より測位位置近傍の路線形状を入力し、ＧＰＳ衛星毎に求めた測位位置からＧＰＳ衛星間を通る直線上で、測位位置前後の測定距離の予め定めた基準誤差にあたる点を通り直線に垂直な平面をそれぞれ求め、測位位置近傍の路線形状でそれらの平面に囲まれた路線上での区間を求め、これを路線上での幾何学的精度低下率値とする警報ランクをこの区間長の長さでいくつか設定し、求められた区間がいずれの警報ランクに存在するかを監視することを特徴とする監視手段付きＧＰＳ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧＰＳを用いる際、複数のＧＰＳ装置または通常より多くのＧＰＳ衛星からの信号を比較する等の方法により安全性を高めるための監視手段を有するＧＰＳ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＧＰＳの利用に際し、自動車交通分野では安全面を考慮しない高精度測位手法や、航空分野では稼働率の向上のための手法が多く提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、安全のための警告・監視システムで、かつ複数の受信機を用いる手法や路線データを用いる手法はこれまでに見受けられない。
【０００４】
また、ＧＰＳの精度を高め信頼性を向上させることは行われているが、その利用に際しての安全性（フェールセーフ）についての取組みが遅れている。例えば、列車位置の計測に用いる場合、正確な位置出力を得ることが不可欠であることから安全性の向上は必須であると考えられる。
【０００５】
本発明は、上記状況に鑑みて、ＧＰＳの精度を高め信頼性の高い車両などに搭載される監視手段付きＧＰＳ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕移動体に設置されたＧＰＳ受信機と、路線情報蓄積部と、演算部で構成される監視手段付きＧＰＳ装置において、前記ＧＰＳ受信機はＧＰＳ信号を受信し、前記路線情報蓄積部は路線の３次元空間での形状を記憶し、前記演算部は前記ＧＰＳ受信機と前記路線情報蓄積部からのデータにより幾何学的精度低下率を求め精度の低下を監視し、前記ＧＰＳ受信機はＧＰＳ衛星からの信号を受信し、現在位置と測位に利用したそれぞれのＧＰＳ衛星位置を出力し、前記路線情報蓄積部は前記ＧＰＳ受信機より出力された測位位置を入力し、測位位置近傍での路線形状を出力し、前記演算部は前記ＧＰＳ受信機よりＧＰＳ衛星の位置と測位位置を、また前記路線情報蓄積部より測位位置近傍の路線形状を入力し、ＧＰＳ衛星毎に求めた測位位置からＧＰＳ衛星間を通る直線上で、測位位置前後の測定距離の予め定めた基準誤差にあたる点を通り直線に垂直な平面をそれぞれ求め、測位位置近傍の路線形状でそれらの平面に囲まれた路線上での区間を求め、これを路線上での幾何学的精度低下率値とする警報ランクをこの区間長の長さでいくつか設定し、求められた区間がいずれの警報ランクに存在するかを監視するようにしたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【０００８】
図１は本発明の第１参考例を示す車両に搭載される監視手段付きＧＰＳ装置のブロック図である。
【０００９】
この図に示すように、２台のＧＰＳ受信機２，４を設置し、同時にアンテナ１，３を車両７の屋根上の前部と後部に設置する。各々のＧＰＳ受信機２，４の出力するそれぞれ測位情報の相対する緯度、経度、高度、速度、方位を監視装置５で比較し、以下のチェックを行う。
【００１０】
（ｉ）緯度、経度については、２台のＧＰＳ受信機２，４の出力した離隔距離がアンテナ設置間隔の誤差範囲内にあるか？
（ii）速度については、２台のＧＰＳ受信機２，４の出力した速度が誤差範囲内にあるか？
（iii ）進行中は方位によりアンテナ設置間隔から緯度差、経度差を計算する。２台のＧＰＳ受信機２，４の緯度差、経度差が誤差範囲内にあるか？
（iv）高度は誤差範囲内にあるか？
ここで、誤差範囲を超えたものが、所定の移動距離または監視時間継続したとき受信機異常を検出する。この場合、チェックは（ｉ）〜（iv）について一部を省略する場合もある。
【００１１】
また、３台のＧＰＳ受信機を使用したときは、３対向について上記の判定を行う。
【００１２】
このように、この参考例によれば、車両７に設置された複数のアンテナ１，３を有する複数のＧＰＳ受信機２，４と監視装置５から構成され、この監視装置５は各々のＧＰＳ受信機２，４の出力する相対する測位情報の一部または全部を比較し、それぞれの測位情報が各々のアンテナ１，３の設置位置関係から想定される相互関係の範囲内にあるか否かの判定をなし、この判定の結果、その測位情報が相互関係の範囲外にあるとき、特定または不特定のＧＰＳ受信機が異常状態にあることを出力装置６により検出することができる。
【００１３】
なお、測位情報には緯度、経度、高度の他、速度、方位、時刻、ＧＰＳ衛星情報、受信ＧＰＳ衛星数などがある。
【００１４】
図２は本発明の第１参考例の監視手段付きＧＰＳシステムの模式図である。
【００１５】
これは、第１参考例の特殊な例であり、第１参考例で示したそれぞれのＧＰＳ受信機の相対するＧＰＳ衛星１１〜１４からの疑似距離や演算過程の中間情報などについて比較するものである。参考例は、第１参考例と同様に、２台のＧＰＳ受信機２，４、アンテナ１，３を車両７の屋根上の前部と後部に設置し、同一ＧＰＳ衛星からの擬似距離を比較する（具体的には擬似距離１１Ａと１１Ｂ、１２Ａと１２Ｂを比較）。この場合、最大の擬似距離の差はアンテナ１，３の設置間隔になる。
【００１６】
このように、この参考例によれば、車両７に設置され、アンテナ１，３を有する複数のＧＰＳ受信機２，４と監視装置５と出力装置６から構成される監視手段付きＧＰＳ装置において、
前記監視装置５は各々の受信機の位置演算に関する相対する内部情報の一部または全部を比較し、この内部情報が各々のアンテナの設置位置関係から想定される相互関係の範囲内にあるか否かの判定をなし、その判定の結果、その範囲外にあるとき、特定または不特定のＧＰＳ受信機が異常状態にあることを検出することができる。
【００１７】
次に、本発明の第２参考例について説明する。
【００１８】
図３は本発明の第２参考例を示す車両に搭載される監視手段付きＧＰＳ装置のブロック図である。
【００１９】
この参考例では、２０は車両、２１はアンテナ、２２はＧＰＳ受信機、２３は速度・距離計、２４は演算監視装置、２５は出力装置である。
【００２０】
この図において、一般に車両２０は車軸等により自ら車両位置、移動距離、速度を検出できることから、これらの情報と、アンテナ２１−ＧＰＳ受信機２２を介して読み込まれるＧＰＳ測位情報とを比較してＧＰＳ測位情報が正しいか異常であるかの検出を行う。
【００２１】
ここでは、車軸が滑走・空転を行ったときのみＧＰＳの詳細位置情報を用いることができる。マーカー（ＡＴＳ地上子）を使用する場合が多い。１台のＧＰＳ受信機でも採用可能であるため、必ずしもＧＰＳ受信機は複数である必要はない。
【００２２】
ここで、行うチェックは以下のようなものである。
【００２３】
（ｉ）ＧＰＳ測位による位置、距離、速度は車両の検出する位置、距離、速度の誤差範囲内にあるか？
（ii）滑走・空転発生時は連続性（急激に変化しない）や変化率を用いてこれを診断する。
【００２４】
このように、第２参考例によれば、車両２０に設置されたアンテナ２１を有するＧＰＳ受信機２２と演算監視装置２４と出力装置２５から構成される監視手段付きＧＰＳ装置において、前記演算監視装置２４は車両２０の検出する位置情報、移動距離およびまたは速度情報とＧＰＳ受信機２２の出力する位置情報、移動距離およびまたは速度情報を比較し、それらの間に所定以上の差異または比率があるとき、特定または不特定のＧＰＳ受信機２２が異常状態にあることを検出することができる。
【００２５】
次に、本発明の第３参考例について説明する。
【００２６】
図４は本発明の第３参考例の監視手段付きＧＰＳシステムの模式図である。
【００２７】
この図において、３１〜３５はＧＰＳ衛星であり、これらのＧＰＳ衛星より、固定位置又は移動局のアンテナ２６を介してＧＰＳ受信機２７は測位情報を受ける。
【００２８】
自前で基準局を設けて補正情報を送るＤＧＰＳを採用した場合などに、ＧＰＳ衛星の健全性を監視する装置である。ＤＧＰＳにしなくても、移動局に異常情報が速達できれば、自前の監視装置として採用可能なものである。
【００２９】
一般にｎを５とし、ｎ−１すなわち４個のＧＰＳ衛星でもって測位を行って５通りの測位データが得られるが、１個のＧＰＳ衛星に異常があった場合、５通りの測位データの中には異常ＧＰＳ衛星を含まない（正しい）測位データは１個しかない。一般に平均値を用いるが、平均値のほかの代表値として用いられる例としてはメディアン、モードなどがある。
【００３０】
このように、第３参考例によれば、固定位置または移動局に設置されたアンテナ２６を有するＧＰＳ受信機２７と演算監視装置２８と出力装置２９から構成される監視手段付きＧＰＳ装置において、前記ＧＰＳ受信機２７は、補足可能なｍ個のＧＰＳ衛星からｍ個を含むｎ個を選定し、ｎ個の中のｎ−１個によりｎ通りの測位を行うものであり、前記演算監視装置２８はｎ通りの該測位結果の
（ａ）標準偏差またはばらつきが急激に増大したとき
（ｂ）標準偏差またはばらつきが所定の値を超えたとき
（ｃ）１データだけ他と特にずれたとき
（ｄ）平均値などの代表値が前記固定位置から想定される測位情報より所定以上ずれたとき
前記固定位置から想定される測位情報に最も近い該測位結果を出力したｎ−１個の中に含まれず、かつｎ個の中に含まれるＧＰＳ衛星が異常出力を行ったことを検出すると共に、この状態が所定時間継続したとき当該ＧＰＳ衛星が異常状態にあることを検出することができる。
【００３１】
次に、本発明の第４参考例について説明する。
【００３２】
図５は本発明の第４参考例の監視手段付きＧＰＳシステムの模式図である。
【００３３】
この図において、４１〜４６はＧＰＳ衛星であり、これらのＧＰＳ衛星より、  固定位置又は移動局のアンテナ２６を介してＧＰＳ受信機２７は測位情報を受ける。
【００３４】
ここで、６ＧＰＳ衛星から５ＧＰＳ衛星を選ぶ組み合わせは 6Ｃ5 ＝６通り、５ＧＰＳ衛星から４ＧＰＳ衛星を選ぶ組み合わせは 5Ｃ4 ＝５通りである。
【００３５】
この参考例はＧＰＳ衛星の異常を一般に監視するものである。物理的配置から有利となるもののうち、受信レベルの高いものから、６個のＧＰＳ衛星を選定する。この中から５個のＧＰＳ衛星を選んだ６種類のグループを考え、各グループの中から４個を選んで５つの測位データを演算し、ばらつき（最大値と最小値の差）を求める。各グループのばらつきを比較し、最もそのばらつきの小さいグループを選ぶ。６個のＧＰＳ衛星のうち異常を生じたものは高々１個であると仮定し、最も小さいグループには異常ＧＰＳ衛星は含まれていないものとすると、６個のＧＰＳ衛星のうち、ばらつきの最も小さいグループに含まれない残りの１個が異常であることになる。
【００３６】
このように、第４参考例によれば、固定局または移動局に設置されたアンテナ２６を有するＧＰＳ受信機２７と監視装置２８と出力装置２９から構成される監視手段付きＧＰＳ装置において、
前記ＧＰＳ受信機は、
（ａ）補足可能なｍ個のＧＰＳ衛星からｍ個を含むｎ＋１個を選定し、
（ｂ）ｎ＋１個の中からｎ個の１グループを選び、その中のｎ−１個によるｎ通りの位置測位を行い、ｎ個の測位データについて標準偏差またはばらつきを求め、
（ｃ）ｎ＋１個の中から選んだ１グループｎ個の、ｎ＋１グループについて、上記（ｂ）を実行し、ｎ＋１個の標準偏差またはばらつきを求め、
（ｄ）ｎ＋１個の標準偏差またはばらつきのデータの中で最も小さいものを選び、
（ｅ）前記最も小さい標準偏差値またはばらつきを呈したｎ個のグループの中に含まれず、ｎ＋１個の中に含まれるＧＰＳ衛星が異常出力を行ったことを検出すると共に、この状態が所定時間継続したとき当該ＧＰＳ衛星が異常状態にあることを検出することができる。
【００３７】
次に、本発明の第５参考例について説明する。
【００３８】
図６は本発明の第５参考例を示す車両に搭載される監視手段付きＧＰＳシステムの路線情報についての説明図である。
【００３９】
本発明を実施する場合、路線情報は、路線の形状を一定間隔毎の点の集まりとし部分毎に検索できるように予め区分して保持する。ＧＰＳ受信機の測位位置から、その近傍に位置する路線情報の１部分を抽出し、記憶する路線形状の各点ごとに測位位置からの離隔距離を計算し最小値を求める。図６に示すＡ点は、最小値が所定範囲内にあるときであり、ＧＰＳ受信機に異常がないものとし、図６のＢ点に示すように、所定範囲内にない場合に限り、その最小値の点と最小値から２番目に小さい点を結んだ直線への測位点からの垂線Ｖの長さを求める。垂線Ｖの長さが所定範囲内にないとき当該ＧＰＳ受信機に異常があるものと判断することで、その異常を検出できる。常時、この診断を継続することで保持データを追跡でき、該当する路線情報を容易に抽出することができる。
次に、本発明の実施例について説明する。
【００４０】
図７は本発明の実施例を示す車両に搭載される監視手段付きＧＰＳシステムの模式図である。
【００４１】
この図において、５０は車両、５１はアンテナ、５２はＧＰＳ受信機、５３は路線情報蓄積部、５４は演算部、５５は出力装置である。
【００４２】
また、６１，６２，６３はＧＰＳ衛星であり、路線形状６４を有し、その路線の測定点６５を示している。
【００４３】
このように、実施例によれば、車両５０に設置されたＧＰＳ受信機５２と、路線情報蓄積部５３と、演算部５４と、出力装置５５で構成されるＧＰＳ測位装置において、前記ＧＰＳ受信機５２はＧＰＳ信号を受信し、前記路線情報蓄積部５３は路線の３次元空間での形状を記憶し、前記演算部５４は前記ＧＰＳ受信機５２と前記路線情報蓄積部５３からのデータにより幾何学的精度低下率を求め精度の低下を監視し、前記ＧＰＳ受信機５２はＧＰＳ衛星からの信号を受信し、現在位置と測位に利用したそれぞれのＧＰＳ衛星位置を出力し、前記路線情報蓄積部５３は前記ＧＰＳ受信機５２より出力された測位位置を入力し、測位位置近傍での路線形状を出力し、前記演算部５４は前記ＧＰＳ受信機５２よりＧＰＳ衛星の位置と測位位置を、また前記路線情報蓄積部５３より測位位置近傍の路線形状を入力し、ＧＰＳ衛星毎に求めた測位位置からＧＰＳ衛星間を通る直線上で、測位位置前後の測定距離の予め定めた基準誤差にあたる点を通り直線に垂直な平面をそれぞれ求め、測位位置近傍の路線形状でそれらの平面に囲まれた路線上での区間を求め、これを路線上での幾何学的精度低下率値とする警報ランクをこの区間長の長さでいくつか設定し、求められた区間がいずれの警報ランクに存在するかを監視することができる。
【００４４】
鉄道の運転制御などの用途に応用した場合、当該線形での幾何学的精度低下率を求め安全を確保する。
【００４５】
表１に路線情報の例を示す。
【００４６】
【表１】
0003970473.tif 000002
この表１に示すように、線区区分番号に対応して線区形状式、区間始点座標、区間終点座標、距離程起点からの距離を示している。
【００４７】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００４９】
（Ａ）ＧＰＳの精度を高め信頼性の高い車両などに搭載される監視手段付きＧＰＳ装置を提供することができる。
【００５０】
（Ｂ）広い意味での安全性向上（信頼性向上も含む）を実現することによって例えば、鉄道におけるＧＰＳの用途が広がる。具体的には安全の要求される分野での応用も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１参考例を示す車両に搭載される監視手段付きＧＰＳ装置のブロック図である。
【図２】  本発明の第１参考例の監視手段付きＧＰＳシステムの模式図である。
【図３】  本発明の第２参考例を示す車両に搭載される監視手段付きＧＰＳ装置のブロック図である。
【図４】  本発明の第３参考例の監視手段付きＧＰＳシステムの模式図である。
【図５】  本発明の第４参考例の監視手段付きＧＰＳシステムの模式図である。
【図６】  本発明の第５参考例を示す車両に搭載される監視手段付きＧＰＳシステムの模式図である。
【図７】  本発明の実施例を示す車両に搭載される監視手段付きＧＰＳシステムの模式図である。
【符号の説明】
１，３，２１，２６，５１    アンテナ
２，４，２２，２７，５２    ＧＰＳ受信機
５    監視装置
６，２５，２９，５５    出力装置
７，２０，５０    車両
１１〜１４，３１〜３５，４１〜４６，６１〜６３    ＧＰＳ衛星
１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ    疑似距離
２３    速度・距離計
２４，２８    演算監視装置
５３    路線情報蓄積部
５４    演算部
６４    路線形状
６５    路線の測定点
【図１】
0003970473.tif 000003
【図２】
0003970473.tif 000004
【図３】
0003970473.tif 000005
【図４】
0003970473.tif 000006
【図５】
0003970473.tif 000007
【図６】
0003970473.tif 000008
【図７】
0003970473.tif 000009