絶対座標及び相対座標を含む車両ナビゲーション及び案内のためのシステム及び方法
車両において使用するナビゲーションシステム。システムは、カメラ、レーザスキャナ又はレーダ等の１つ以上の追加のセンサに加え、ＧＰＳ等の絶対位置センサを含む。システムは、車両の周囲のオブジェクトの少なくとも一部に対するレコードを含むデジタル地図又はデータベースを更に含む。それらのレコードは、相対位置属性及び従来の絶対位置を含むことができる。車両が移動すると、センサはそれらのオブジェクトの少なくとも一部の存在を検知し、それらのオブジェクトに対する車両の相対位置を測定する。この情報は、車両の場所を判定し且つ高度な運転指示、衝突回避又は自動支援運転等の機能をサポートするために、絶対位置情報及び追加された地図情報と共に使用される。一実施形態によると、システムは、いくつかのオブジェクトが絶対位置情報を格納することに頼らずに相対測位を使用して属性を与えられることを可能にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
著作権表示
本願の開示の一部は著作権保護の対象となる内容を含む。著作権者は、特許商標庁に出願され、登録された本件または特許開示の複製に対して異議を唱えるものではないが、その他のいかなる場合にも、全ての著作権を保留する。
優先権主張
本願は、2007年2月21日出願の米国仮特許出願60/891,019号（SYSTEM AND METHOD FOR VEHICLE NAVIGATION AND PILOTING INCLUDING ABSOLUTE AND RELATIVE COORDINATES、発明者Walter B, Zavoli）、及び、2008年2月20日出願の米国特許出願12/034,521号（SYSTEM AND METHOD FOR VEHICLE NAVIGATION AND PILOTING INCLUDING ABSOLUTE AND RELATIVE COORDINATES、発明者Walter B, Zavoli）を優先権主張するものであり、これらの出願を引用することによってその内容をここに合体する。
本発明は、デジタル地図、全地球測位システム及び車両ナビゲーションに関し、特に絶対座標及び相対座標を使用する車両ナビゲーション及び案内のためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
過去数年以内に、ナビゲーションシステム、電子地図（本明細書においてデジタル地図とも呼ばれる）及び全地球測位デバイスは、種々のナビゲーション機能により運転者を支援するために車両において益々使用されるようになってきている。そのようなナビゲーション機能の例は、車両の全体的な位置及び向きを判定すること、目的地及び住所を見つけること、最適なルートを計算すること、並びに企業一覧又は職業別電話帳へのアクセスを含むリアルタイムな運転案内を提供することを含む。一般に、ナビゲーションシステムは、各道路のほぼ中央に沿うセンターラインを含んで一連の線分として道路網を表現する。一般に移動中の車両の場所は、地図上において、そのセンターラインに近接して又はセンターラインに関して特定される。
【０００３】
米国特許第４，７９６，１９１号明細書（特許文献１）において説明されるような初期のいくつかの車両ナビゲーションシステムは、「推測航法」機能と共に主に相対位置判定センサに依存し、車両の現在の場所及び方向を推定する。この技術は、少量の位置誤差を累積する傾向があり、それらの誤差は「マップマッチング」アルゴリムにより部分的に修正可能である。マップマッチングアルゴリズムは、地図の道路網の最適な点が実際に見つけられる場合にはそのような点を見つけるために、車両のコンピュータにより計算される推測された位置を道路のデジタル地図と比較する。システムは、地図上のより正確だと考えられる「更新位置」とマッチングするように車両の推測された位置を更新する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４，７９６，１９１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
手頃な値段の全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星受信機ハードウェアを導入することにより、衛星信号を受信し且つその信号を使用して車両の絶対位置を直接算出するＧＰＳ受信機又はＧＰＳユニットがナビゲーションシステムに追加できるようになった。しかし、一般に、ＧＰＳ受信機内及び地図内の誤差を除去するため及び運転者が地図上のどこにいるかを運転者に更に正確に示すために、マップマッチングが依然として使用されている。衛星技術がグローバル又はマクロスケールで非常に正確であっても、小さな位置誤差はローカル又はマイクロスケールで依然として存在する。これは、主に、ＧＰＳ受信機が断続的な信号受信又は低品質な信号受信を体験するためであり、また、道路のセンターライン表現及びＧＰＳ受信機からの測定位置の双方が数ｍ内程度の精度である可能性があるためである。より高性能なシステムでは、推測航法及びＧＰＳの組合せを使用して、位置判定誤差を低減しているが、この組合せを使用しても、依然として数ｍ以上のレベルで誤差が発生する可能性がある。適度な距離にわたり利点を提供するために慣性センサが追加可能であるが、より長い距離にわたっては、慣性センサを含むシステムであっても誤差を累積する。
【０００６】
しかし、車両のナビゲーションデバイスは、時間と共に徐々に改善されており、より正確になり、機能豊富になり、安価になり且つ普及してきている。しかしその一方で、それらのデバイスは益々増加する自動車業界の要望に依然として追いついていない。特に、将来の応用では、より高い位置精度及びより詳細で正確な機能豊富な地図が必要になると予想される。この状況において、一般消費者向けのナビゲーションシステムの現世代での５〜１０メートルの精度では単純に不十分であり、何倍も正確なシステムが必要とされる。しかし、現在までに便利な解決策は見つけられていない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書において、車両において使用するナビゲーションシステムが開示される。ナビゲーションシステムは、カメラ、レーザスキャナ又はレーダ等の１つ以上の追加のセンサに加えてＧＰＳ等の絶対位置センサを含む。ナビゲーションシステムは、デジタル地図又はデータベースを更に含み、デジタル地図又はデータベースは、道路のセンターライン、道路名及び住所等の従来の情報に加えて、車線標示、道路標識及び建物を含む車両の周囲のオブジェクトの少なくとも一部に対するレコードを含む。これらのレコードは、従来の絶対位置に加えて相対位置属性を含む。車両が移動している時、追加のセンサはそれらのオブジェクトの少なくとも一部の存在を検知でき、それらのオブジェクトに対する車両の相対位置を測定できる。このセンサ情報は、車両の正確な場所を判定するため、並びに必要に応じて、高度な運転指示又は衝突回避等の機能、あるいはコンピュータ支援運転又は案内をサポートするために、絶対位置情報及び追加された地図情報と共に使用される。一実施形態によると、更にシステムは、いくつかのオブジェクトが絶対位置情報を格納することに頼らずに相対測位を使用して属性を与えられることを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に従った、絶対座標及び相対座標を使用する車両ナビゲーションを使用できる環境を示す図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に従った、絶対座標及び相対座標を使用する車両ナビゲーションのためのシステムを示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に従った、絶対座標及び相対座標を含む地図情報のデータベースを示す図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に従った、絶対座標及び相対座標を使用してナビゲートする方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に従った、絶対座標及び相対座標を使用してナビゲートする方法を示す別のフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に従った、車両ナビゲーションシステム及び方法を使用する環境を更に詳細に示す図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態に従った、絶対座標及び相対座標を使用してナビゲートする方法を示す別のフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の一実施形態に従った、車線測位を識別するために車両ナビゲーションを使用できる環境を示す図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態に従った、車線測位を識別するために車両ナビゲーションを使用できる環境を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態に従った、車線測位を識別するために車両ナビゲーションを使用できる環境を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
過去数年以内に、ナビゲーションシステム、電子地図（本明細書においてデジタル地図とも呼ばれる）及び全地球測位デバイスは、種々のナビゲーション機能により運転者を支援するために車両において益々使用されるようになってきている。そのようなナビゲーション機能の例は、車両の全体的な位置及び向きを判定すること、目的地及び住所を見つけること、最適なルートを計算すること（場合によっては、リアルタイム交通情報の支援を利用して）、並びに企業一覧又は職業別電話帳へのアクセスを含むリアルタイム運転案内を提供することを含む。一般に、ナビゲーションシステムは、各道路のほぼ中央に沿うセンターラインを含んで一連の線分として道路網を表現する。一般に移動中の車両の場所は、地図上において、そのセンターラインに近接して又はセンターラインに関して共通の場所で特定される。
【００１０】
初期のいくつかの車両ナビゲーションシステムは、「推測航法」機能と共に主に相対位置判定センサに依存し、車両の現在の場所及び方向を推定していた。この技術は少量の位置誤差を累積する傾向があり、それらの誤差は「マップマッチング」アルゴリムにより部分的に修正可能である。マップマッチングアルゴリズムは、地図の道路網の最適な点が実際に見つけられる場合にはそのような点を見つけるために、車両のコンピュータにより計算される推測された位置を道路のセンターラインのデジタル地図と比較する。システムは、地図上のより正確だと考えられる「更新位置」とマッチングするように車両の推測された位置を更新する。
【００１１】
手頃な値段の全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星受信機ハードウェアを導入することにより、衛星信号を受信し且つその信号を使用して車両の絶対位置を直接算出するために、ＧＰＳ受信機又はＧＰＳユニットをナビゲーションシステムに追加することができる。しかし、一般に、ＧＰＳシステム内及び地図内の誤差を除去するため及び運転者が地図上の（又は地図に対して）どこにいるかを運転者に更に正確に示すために、マップマッチングが依然として使用される。衛星技術がグローバル又はマクロスケールで非常に正確であっても、小さな位置誤差はローカル又はマイクロスケールで依然として存在する。これは、主に、ＧＰＳ受信機が断続的な信号受信、低品質な信号受信又は信号マルチパスを体験するためであり、また、道路のセンターライン表現及びＧＰＳシステムの実際の位置の双方が数ｍ内の精度である可能性があるためである。より高性能なシステムは、推測航法（ＤＲ）／慣性ナビゲーションシステム（ＩＮＳ）及びＧＰＳの組合せを使用して、位置判定誤差を低減するが、この組合せを使用しても、依然として数ｍ以上のレベルで誤差が発生する可能性がある。慣性センサは適度な距離にわたり利点を提供できるが、より長い距離にわたっては、慣性センサを含むシステムであっても誤差を累積する。
【００１２】
導入
車両ナビゲーションデバイスは、時間と共に徐々に改善されており、より正確になり、機能豊富になり、安価になり且つ普及してきているが、一方で、それらのデバイスは益々増加する自動車業界の要望に依然として追いついていない。特に、将来の車両ナビゲーションの応用例は、より高い位置精度及びより詳細で正確な機能豊富な地図を必要とすると予想される。これらの応用例には以下が含まれる。
・向上された地図作成能力によりサポートされ且つより良い使い勝手や利便性を運転者に提供できる更に厳密なナビゲーション案内機能を車両に追加すること。
・他の車両を含む近傍の他の移動中のオブジェクト及び静止オブジェクトに対する車両の位置及び方向の正確な知識を有することに依存して、衝突回避等の安全への種々の応用を追加可能とすること。
【００１３】
この状況において、一般消費者向けのナビゲーションシステムの現世代での５〜１０メートルの精度は単純に不十分であり、何倍も正確なシステムが必要とされる。それらの将来の必要性を満たすために、自動車業界は、デジタル地図の精度及び車載（on-board）の位置判定（例えば、ＧＰＳ等）センサの精度の双方を向上する方法を調査している。
【００１４】
例えば自動車業界は、現在、設置されている移動中の自動車の近傍内のオブジェクトの存在、位置及び方位を検知できる低コストで高性能なオブジェクト検出センサを開発中である。そのようなセンサは、カメラ（ビデオカメラ及びスチルカメラの双方）、レーダ及びレーザスキャナ、並びに他の種類のセンサを含む。それらのセンサの例は、長年にわたり駐車支援（すなわち、距離）センサにおいて使用されてきた。更に業界は、車線分離標又は他の車両を区別するために使用可能な自動リアルタイムオブジェクト認識や、位置判定能力を強化するようにすぐ隣の車と通信できるようにするための例えば重要な交差点における追加的な路傍の機器の使用に興味を示している。
【００１５】
同時に、Tele Atlas等の会社を含むデジタル地図作成業界は、より大量の情報をデジタル地図に入れている。この増加した情報は、高度な将来の応用例を更に適切にサポートするために非常に高い精度で組み合わされている。現在のデジタル地図に含まれる特徴の例は、特定の道路内の車線数の正確な表現と、それらの車線及び境界の位置と、道路標識及び建物の専有面積等のオブジェクトの識別及び場所と、実際の建物の正面及び他の特徴を表すリッチな３次元（３Ｄ）表現内のオブジェクトの包含とを含む。
【００１６】
現在まで、より高い精度を指定する際の重点は、絶対精度を向上すること、すなわち緯度−経度等の適切な座標参照系により表されるような地上のオブジェクトの絶対位置のシステムの知識を向上することに基づいていた。しかし、ナビゲーションシステムの絶対精度の測定及び全ての地図オブジェクト情報の収集において必要とされるそのような高レベルな絶対精度への向上は、達成するのに莫大な費用がかかる。多くの自動車からのプローブデータの収集、並びにその後の解析及び処理等の別のシステムが提案されているが、依然として研究開発段階にある。従って、現在までに市販の実用的なシステムは開発されていない。更に、そのような絶対測定値の通信は衝突回避及び他の新しく要求される応用例において使用するのに適する情報を提供するのに十分であるが、それは必須ではない。通常の運転状況において、運転者は、自身の自動車と別の車両又は別の近傍のオブジェクトとの間の相対的な距離及び向きを認識しているため、衝突を回避し且つ綿密な車線調整を行なうことができる（すなわち、車両を安全に「操縦」する）。衝突回避に関して、運転者は、他のオブジェクトに接近し過ぎるかを判定できる。従って、運転者は、絶対位置測定値を全く使用しない。これは、より安全な運転又は衝突回避の対策を提供するためには、相対測定値のみで十分であることを示唆している。しかし、ナビゲーションシステムを有する車両において、ある絶対位置の判定が少なくとも最初に行なわれる必要がある可能性が高く、そのため、システムは公称精度でその位置を地図とマッチングし、それによりルーティング情報等の必要な情報にアクセスできる。その後システムは、その情報を使用して、行なうべき特定の相対測定を判定する。
【００１７】
本発明の１つの面は、上述の高度な機能の一部又は全てをサポートするシステムが、今日のシステムにより容易に達成可能な精度を含む公称絶対精度のみを必要とするようにすることである。従って、鍵となるのは、近傍内のオブジェクトに対する高い相対精度を有する相対位置座標を含む属性データの地図データベースオブジェクトへの追加及び近傍内のオブジェクトを検出できる車両内のセンサシステムの追加である。
【００１８】
本発明の実施形態は、車載位置判定機器及びデジタル地図の双方に対して非常に高い位置精度を含む高度な要求に対する自動車業界の努力を満たし、更にそれを容易に達成可能となるように設計される。例えば、車両がどの車線内を移動しているかを知るためには、１〜２ｍを超えない総合誤差バジェットが必要である。オブジェクト回避を使用する（例えば、車線外にはずれて接近してくる自動車との衝突を防止するために）応用例は、１ｍ未満の総合誤差バジェットを必要とするだろう。これを満たすには、車両位置判定及び地図の双方において更に小さな許容誤差が必要である。絶対精度が常に必要とされるわけではないことは、本発明の１つの面である。
【００１９】
別の実施形態によると、システムは、より適切な全体的な精度を効率的に達成するために、より高い相対精度と組み合わせて公称絶対精度を使用するように設計される。より高い相対精度を有するオブジェクトの位置は、より低い精度を有する同一オブジェクトの絶対位置と単に粗結合される必要がある。
【００２０】
別の実施形態によると、システムはデジタル地図又は地図データベースを含み、デジタル地図又は地図データベースは、より高い相対精度で互いに近接するオブジェクトの相対位置を提供するが、オブジェクト間の距離が長くなるにつれて、オブジェクト間の相対精度に対する要求は減少する。このように、車両が特定のオブジェクトに接近し且つ精度がそれらのオブジェクトに関係して更に重要になると、地図データベース中の情報はそれらのオブジェクトに対して向上した精度で選択的に検索され、それらのオブジェクトに対する車両の位置精度を向上する。
【００２１】
別の実施形態によると、相対精度は、全てのオブジェクトの最適化絶対精度を構成するために使用され、最適化絶対精度は、より高い精度のナビゲーションシステムを提供するために使用される。
【００２２】
別の実施形態によると、相対測定値は、車両の絶対位置精度を向上するために絶対測定値と組み合わせて使用される。
【００２３】
別の実施形態によると、車載（on-board）センサが、有用な範囲の外で、及び全ての角度で、周辺の全てのオブジェクトを検知するのに十分な範囲又は感度を有さない可能性があるため、システムは、例えば２つの車両等の２つの接近しているオブジェクト間で正確な相対位置情報を通信することを可能にする。
【００２４】
別の実施形態によると、システムは、非常に正確な絶対座標に関して、地図データベース中の全てのオブジェクト及び全ての車両を特徴付ける。このような状況下で、車両は、自身の絶対座標及び方向を互いに通信できる。システムは、アルゴリズムを使用して、衝突回避対策又は警告が行なわれる必要があるかを判定する。
【００２５】
別の実施形態によると、地図データベース中の全てのオブジェクトの部分集合は「位置制御可能」オブジェクトとして使用される。「位置制御可能」オブジェクトの各々は、少なくとも位置座標の２つの集合を有する。第１の集合は、ＷＧＳ−８０座標等の任意の適切な座標系を参照する絶対座標である。第２の集合は、局所平面（例えば、ｘ，ｙ，ｚ）座標系等の任意の適切な座標系を参照する相対座標である。位置座標の２つの集合は、データベース中の同一の基礎となるオブジェクトへのリンクにより接続されることのみが必要である。いくつかの例において、オブジェクトが異なるセンサにより「見られる」ような非常に異なる外見上の場所を有する（例えば、センサの種類毎にあるコンクリートの柱の異なる反射率特性を測定するため、レーザスキャナは１つの場所でそのコンクリートの柱を測定し、レーダは僅かに異なる場所で同一のコンクリートの柱を測定する可能性がある）場合、相対座標の２つ以上の集合が使用可能である。
【００２６】
別の実施形態によると、地図中のオブジェクトデータは、完全なオブジェクト（前段落の柱等）に加え又はそれらの代わりに１つ以上の種類のセンサからのオブジェクトの生のセンササンプルを含んでもよい。
【００２７】
別の実施形態によると、データベースは、絶対座標及び相対座標の双方を搬送することに加え、相対測定値の精度、オブジェクトが前回測定された日付、座標系の境界の交点を示すフラグ、あるいは特定の標識又は特定の建物の名前の表現等のオブジェクトを規定する追加のデータ等の他の有用な情報も搬送できる。
【００２８】
別の実施形態によると、ナビゲーションシステムは、高度な指示案内を提供するために車両及び周囲のオブジェクトに対して計算する相対精度を使用できる。
【００２９】
別の実施形態によると、車両ナビゲーションシステムは、センサが検出したオブジェクトの相対位置を絶対位置及びある状況下では方向推定値と組み合わせて使用することができ、地図データベース内の適切な領域（探索領域）を探索して、センサが検出したオブジェクトを含むべきオブジェクトの集合を見つける。ナビゲーションシステムは、位置推定値及び検知したオブジェクトの検知した追加の特徴を使用して、地図中のオブジェクト属性として見つけられた位置及び特徴とマッチングし、検知したオブジェクトにマッチングする地図データベース中のオブジェクトを識別する。
【００３０】
別の実施形態によると、ナビゲーションシステムは、車両の位置に関する高度な知識を使用して、必要に応じて車両の衝突回避及び他のコンピュータ支援案内を含む案内支援を提供できる。
【００３１】
運転環境
図１は、本発明の一実施形態に従って、絶対座標及び相対座標を使用する車両ナビゲーションを使用できる環境１０２を示す図である。図１は、自動車、車線、道路標識、オブジェクト及び建物と共に一般的な道路の一場面を示す。一実施形態によると、道路情報は、地図データベースにレコードとして含まれる各静止オブジェクトと共にデジタル地図又は地図データベースに格納される。一般に、デジタル地図を提供する会社は地図プロバイダと呼ばれる。
【００３２】
図１に示すように、ラベルＩ、Ｊ、Ｋ及びＬは、個々の描かれた線及び道路上で見つけられる他のオブジェクトを識別する。Ｐでラベル付けされた実線は、道路の単一のセンターライン表現を表す。線Ｊ及びＫは、互いに非常に近接しており、道路の中央で見つけられる一般的な黄色の二重標示又は線を表す。線Ｉ及びＬが車線分離標を表す一方、線Ｈ及びＭは道路の縁石を表す。ラベルＥ、Ｆ、Ｇ、Ｎ及びＯは建物を表し、ラベルＡ、Ｂ、Ｃ及びＤは速度標識、停止標識及び道路名標識等の道路標識又は警告を表す。
【００３３】
更に図１に示すように、ラベル１０４が道路の北方向に移動する第１の車両（すなわち、自動車）を表す一方、ラベル１０６は南方向に移動する第２の車両（すなわち、別の自動車）を表す。図１は、各方向に２車線及びそれらの車線を移動する複数の自動車を含む一般的な一般道の一例を示す。
【００３４】
一実施形態によると、各車両はナビゲーションデバイスを含むことができ、ナビゲーションデバイスは、車両の（初期）絶対位置を判定するためにＧＰＳ受信機等の絶対位置判定デバイスを含む。ナビゲーションデバイスは、その推定位置を改善し、ＧＰＳユニットが衛星受信を瞬間的に失う場合でも位置の適切な推定を提供し続けるために、ＧＰＳデバイスと共に使用される慣性センサ又は推測航法センサを含んでもよい。各車両のナビゲーションデバイスは、地図データベース及びマップマッチングアルゴリズムを更に含むことができる。
【００３５】
今日のナビゲーションシステムにおいて共通に使用される地図データベースは、図１に示す全ての特徴に対する参照を含まない。その代わりに、最新の地図データベースは、センターラインを示す線Ｐとして図１において識別される道路を参照する単一の線オブジェクトを格納する。尚、これは非物理的な特徴であり、この中央をマークするために実際に描かれた線があってもなくてもよい。今日のナビゲーションシステムは、十分な精度及び地図詳細を有し、車載位置判定が車両の位置を適切な道路のセンターラインにマッチングさせることを可能にし、それによりセンターライン地図に関して適切な場所に車両を示すことができる。その後、システムは方向付け、ルーティング及び案内機能により運転者を支援できる。
【００３６】
しかし、この厳密さのレベルは、運転者がどの走行車線にいるかを運転者に通知するため（及びそれにより更に詳細な運転案内を与えるため）には、あるいは衝突の危険があることを運転者に警告するためには詳細さ及び精度の双方において不十分である。実際には、今日の地図作成システムにおいて、殆どの非幹線道路は、双方の方向に移動する車両に対して使用される単一のセンターラインを含んで地図上に描かれる。現在のマップマッチング技術を使用すると、車両は同一線に沿って移動しているように見え、従って、互いに関して見た場合、常に衝突の危険があるように見えることになる。あるいは、道路が各方向のセンターラインにより地図上に表されるデジタル地図の場合には、各方向に移動する自動車は道路区間の対の適切に方向付けられた要素にマッチングされ、互いに関して見た場合、自動車は、実際には状況が非常に異なる場合でも、衝突する位置にいるように見えることはない。
【００３７】
一実施形態によると、デジタル地図又は地図データベースは、車両の周囲の環境のオブジェクトに関する更なる情報を含むように構成される。同様に、車両は、より正確な位置を判定する際に支援するセンサを含む。ナビゲーションシステムは、デジタル地図及び車両のセンサからの情報を組み合わせ、道路上の車両の更に正確な位置を判定する。それらの機能の組合せにより、ナビゲーション及び衝突警告等の機能は更に有用なものなる。
【００３８】
それらの機能が図１に示す環境の例に適用される場合、一実施形態によると、各車両はナビゲーションシステムを含む。任意の絶対位置判定機器（ＧＰＳ等）に加えて、各車両は、カメラ、レーザスキャナ又はレーダ等の１つ以上の追加のセンサを更に含む。車両のナビゲーションシステムは、文字Ａ〜Ｏでラベル付けされたオブジェクト等の周囲のオブジェクトの少なくとも一部を含むデジタル地図又はデジタル地図データベースを更に含む。一実施形態によると、追加のセンサは、それらのオブジェクトの少なくとも一部の存在を検知でき、それらのオブジェクトに対する相対位置（距離及び方位）を測定できる。絶対情報と共にそのセンサ情報は、車両の正確な場所を判定するため及び必要に応じて支援運転又は衝突回避等の機能をサポートするために使用される。
【００３９】
自動（支援）運転及び衝突回避
自動／支援運転又は衝突回避のためのナビゲーションシステムの用途を示すために、以下に３つの例を提供する。本発明の実施形態は主に衝突回避に関して説明されるが、これは、ナビゲーションが適用される使用法の単なる一例であり、正確なルート案内、改善された位置判定及びより有用な又は限局化された地図情報へのアクセスを含む多くの他の応用例が存在することが明らかになるだろう。更に、衝突回避、ルート発見及び他の応用例に使用される場合、多くの例においては、車両又は運転者へのフィードバックは、衝突する等の警告であってもよく、他の例においては、フィードバックは、選択されたルートに従うため又は衝突を回避するために車両がハンドルを切る又はブレーキをかける等の手順をとるようにする命令であってもよいことが明らかになるだろう。
【００４０】
例１：互いのダイレクトセンサ範囲内の車両
この例において、各車両内のセンサは、他の車両を識別でき、その距離及び方位を推定できる。ナビゲーション又は衝突回避システムは、衝突の可能性があるように接近しているかを判断できる。この例において、デジタル地図はその状況に対する説明を与えるのに有用である（例えば、道路の曲がり角は、２つの車両が見かけ上衝突する経路にいる理由を説明し、両方の車両が反対方向にすぐにハンドルを切るべきであることを容易に説明する）が、デジタル地図は実際には必要とされない。このダイレクトセンサの場合、車両センサ自体はそれらの観察を行うために相対測定値を使用する。この例は、静止オブジェクトの検知に当てはまる。ここでも、静止オブジェクトを検知するためにデジタル地図は必要とされないが、道路の幾何学的配置に対する関係においてオブジェクトを識別し且つオブジェクトに関する追加の情報を取得するために地図中のオブジェクトとマップマッチングさせることは有用である。
【００４１】
センサの精度に依存して、例えば道路標識を識別し且つ車両の位置に対して数ｃｍの精度で相対位置を推定することは容易である（車両の位置は数ｍの推定絶対位置精度を有する可能性がある）。今日の地図作成精度で、同一の標識はデータベースにおいて約数ｍの絶対精度を有する位置により属性を与えられる。従って、マップマッチングの問題は、例えば車両の周囲１０ｍの探索半径内の適切な特徴によりデータベース中のオブジェクトを明確に識別するということになる。
【００４２】
例２：同一オブジェクトのセンサ範囲内の車両
この例において、各車両に搭載されたセンサは、他の車両を直接検出するのに十分な範囲又は感度を有さない場合がある。ダイレクトセンサ検出を妨害する丘等の障害物が存在する可能性がある。しかし、車両の各センサは、図１の標識Ａ等の共通オブジェクトを検出できる。上述の例と同様に、各車両は、車両に搭載された今日の絶対位置判定及び地図内の今日の絶対位置判定の双方の公称精度を使用して標識Ａとマッチングさせるために「オブジェクトに基づくマップマッチング」を使用できる。車両の推定位置を地図に含まれる道路のセンターラインとマッチングさせる今日のナビゲーションシステムの一部として上述した一般的な「マップマッチング」機能とは異なり、本発明の一実施形態によると、オブジェクトに基づくマップマッチングは、車両により検知された物理オブジェクトの推定位置及び特徴を地図中に表される１つ以上の物理オブジェクト及びそれらの特徴とマッチングし、同一オブジェクトに明確にマッチングさせる。各車両は、方向推定値と結合され、標識Ａに対するより正確な相対位置（数ｃｍ内）を算出できる。この情報は、恐らく速度等の他の情報と共に使用され、可能性のある衝突を推定するために十分な精度で軌道を算出する。車両間の通信手段を有するシステムにおいて、共通地図オブジェクトの識別、並びにその共通の地図オブジェクトから参照される相対位置及び方向の通信は、誤認警報の発生を十分に小さく抑えながら、可能性のある衝突の確実な検出を可能にするのに必要な精度を提供する。必要とされるのは、共通地図オブジェクト識別方式及び共通局所相対座標系である。
【００４３】
尚、上記例において、位置を判定するのに使用される共通オブジェクトは、オブジェクトに基づくマップマッチングの本発明の概念と共に今日の位置判定技術（すなわち、絶対測位）を使用することにより識別され且つマッチングされたが、実際の衝突警告は、相対位置参照のみを使用してセンサ測定値を使用して算出された。
【００４４】
更に、共通オブジェクトの識別は、一般的に提案されているような無線周波数ＩＤ（ＲＦＩＤ）タグ又は同様のタグをオブジェクトに取り付けることにより更に確実になる。各車両は、オブジェクトのＲＦＩＤタグを検知でき、共通オブジェクトを識別する際に含まれる誤差を最小限にするために更なる手段としてその識別子を使用できる。
【００４５】
例３：同一オブジェクトのセンサ範囲を超える車両
最も一般的な例において、２つの車両に搭載されたセンサは、他の車両又は共通オブジェクトを検出できないが、依然としてすぐ隣のオブジェクトを検出できるという場合がある。例えば、偶然２つの車両の間にあり且つ双方の車両に可視である図１の標識Ａ等の便利なオブジェクトがない可能性がある。その代わり、車両１０４は標識Ｂ及びＣのみを検出でき、車両１０６は標識Ｄのみを検出できるかもしれない。その場合であっても、車両１０４は、オブジェクトＢ及びＣからの相対センサ測定値に基づいて非常に正確な相対位置及び方向を取得できる。同様に、車両１０６は、オブジェクトＤの測定値及びその方向推定値から非常に正確な相対位置及び方向を取得できる。Ｂ及びＣ及びＤの全てが地図データベースに格納されるような互いに対する正確な相対位置を有するため、それらの正確な相対位置は、運転、ルート案内及び衝突回避を改善するために車両により使用可能である。車両が同一の標準相対座標系を使用する限り、それらの車両は、軌道及び可能性のある衝突を計算するために正確な位置、方向及び速度情報を互いに通信できる。
【００４６】
ナビゲーションシステム
一実施形態によると、本発明の重要な面は、標識Ｂ、Ｃ及びＤ等のデジタル地図中のオブジェクトが互いに対する正確な相対測定値を有することである。これは、それらのオブジェクトを共通相対座標系に正確に配置し（すなわち、共通システムからの相対座標をそれらのオブジェクトに与え）、システムが移動中に、そのような地図及びシステムを有する車両により後で検索するためにそれらの座標に関する情報をデジタル地図に格納することにより容易にされる。この例において、車両１０４がこの相対座標系において位置及び方向を正確に判定できる一方で、車両１０６も同様のことを行なえる。通信手段がナビゲーションシステムに含まれる場合、車両は、データを交換でき、衝突の可能性が存在するかを正確に判定できる。あるいは、データは計算するために集中又は分散型の車外（off-board）プロセッサに供給され、結果は車両に送出されるか、あるいは車両の制限速度等のインフラストラクチャ、あるいは警告灯又は制動灯を調整するために使用される。
【００４７】
図２は、本発明の一実施形態に従って、絶対座標及び相対座標を使用する車両ナビゲーションのためのシステムを示す図である。図２に示すように、システムは、自動車、トラック、バス又は任意の他の移動する車両等の車両に配置可能なナビゲーションシステム１３０を含む。別の実施形態は、船舶、航空機、ハンドヘルドナビゲーションデバイス、並びに他の活動及び用途において使用するように同様に設計可能である。ナビゲーションシステムは、複数のオブジェクト情報１３６を含むデジタル地図又は地図データベース１３４を含む。一実施形態によると、オブジェクトレコードの一部又は全ては、オブジェクトの絶対位置及び相対位置に関する情報（又はオブジェクトからの生センササンプル）を含む。デジタル地図の特徴及びオブジェクトの相対測位の用途については、以下に更に詳細に説明する。
【００４８】
ナビゲーションシステムは、測位センササブシステム１４０を更に含む。一実施形態によると、測位センササブシステムは、１つ以上の絶対測位論理部１４２及び相対測位論理部１４４の混合を含む。絶対測位論理部は、例えばＧＰＳ又はＧａｌｉｌｅｏ受信機を含む絶対測位センサ１４６からデータを取得する。このデータは、車両の絶対位置に関する初期推定値を取得するために使用可能である。相対測位論理部は、例えばレーダ、レーザ、光（可視）、ＲＦＩＤ又は無線センサ１５０を含む相対測位センサ１４８からデータを取得する。このデータは、オブジェクトと比較して車両の相対位置又は方位に関する推定値を取得するために使用可能である。オブジェクトは、システムに周知であってもよく（この場合、デジタル地図はそのオブジェクトに対するレコードを含む）、あるいは未知であってもよい（この場合、デジタル地図はレコードを含まない）。
【００４９】
ナビゲーションは、ナビゲーション論理部１６０を更に含む。一実施形態によると、ナビゲーション論理部は、図２に示すような複数の追加の構成要素を含む。一部の構成要素はオプションであり、他の構成要素は必要に応じて追加されてもよいことが明らかになるだろう。オブジェクトセレクタ１６２は、デジタル地図又は地図データベースから検索され且つ車両の相対位置を計算するために使用されるオブジェクトを選択又はマッチングするために含まれる。焦点生成器１６４は、初期絶対位置を略中心に置いた車両の周囲の探索領域又は範囲を判定するために含まれる。使用中、オブジェクトに基づくマップマッチングは、探索領域内の適切なオブジェクトを識別するために実行され、それらのオブジェクトに関する情報はデジタル地図から検索される。上述のように、通信論理部１６６は、直接又はある形態のサポートするインフラストラクチャを介して、１つの車両のナビゲーションシステムから別の車両のナビゲーションシステムに情報を通信するために含まれる。オブジェクトに基づくマップマッチング論理部１６８は、センサが検出したオブジェクト及びそれらの属性を道路標識及び他の周知の参照点等の周知の地図特徴（及びそれらの属性）にマッチングさせるために含まれる。従来、オブジェクトは、地図に格納される対応する生サンプルと直接マッチングされる生サンプルの集合であってもよい。
【００５０】
ナビゲーション論理部の中心は、車両位置判定論理部１７０である。一実施形態によると、車両位置判定論理部は、センサ及び他の構成要素の各々から入力を受信し、デジタル地図、他の車両及び他のオブジェクトに対する車両の正確な位置（及び要望に応じて方位）を計算する。
【００５１】
車両フィードバックインタフェース１７４は、車両の位置に関する情報を受信する。この情報は、運転者により使用されるか、あるいは車両により自動的に使用される。一実施形態によると、情報は、運転者フィードバック１８０に使用される（この場合、情報は運転者のナビゲーションディスプレイ１７８にも供給される）。この情報は、位置フィードバック、詳細なルート案内及び衝突警告を含むことができる。一実施形態によると、情報は、自動的な車両フィードバック１８２にも使用される。この情報は、ブレーキ制御及び自動車両衝突回避等の自動的な車両運転又は案内のいくつかの機能を含むことができる。
【００５２】
図３は、本発明の一実施形態に従って、絶対座標及び相対座標を含む地図情報のデジタル地図１３４又はデータベースを示す図である。図３は、使用可能なデジタル地図形式の種類の一例を示す。図３に示すデジタル地図は、説明の目的で単純化されている。追加のフィールドを含む地図及び地図形式に対する追加の変更は、本発明の主旨の範囲内で行なわれてもよいことが明らかになるだろう。デジタル地図の新しい特徴は、Tele Atlasにより提供されるような既存のデジタル地図及び地図データベースに取り入れられてもよく又は組み合わされてもよい。それらの例は、2006年8月21日に出願された同時係属中の米国特許出願第11/466,034（TELA-07743US2）の「SYSTEM AND METHOD FOR ASSOCIATING TEXT AND GRAPHICAL VIEWS OF MAP INFORMATION」、及び2005年11月10日に出願された同時係属中の米国特許出願第11/271,436号の「A METHOD AND SYSTEM FOR CREATING UNIVERSAL LOCATION REFERENCING OBJECTS」において説明されている。なお、これらの特許出願を引用することによってその内容をここに合体する。図３に示すように、デジタル地図又はデータベースは、地図上に表されてもよい実世界の複数のオブジェクトに対応する複数のオブジェクト情報を含む。上述の道路の描かれていないセンターライン等のいくつかのオブジェクトは、それらが物理的であるという点において現実ではない可能性があるが、それらのオブジェクトは依然としてデジタル地図のオブジェクトとして表される。図３では、オブジェクトＡ、Ｂ〜Ｎを含む３つのオブジェクトをそれらと関連付けられる情報と共に表す。一般的なデジタル地図は、各々が自身の一意のオブジェクト識別子を有する数百万のそのようなオブジェクトを含んでもよいことが明らかになるだろう。使用可能なオブジェクト識別子の例は、上述の特許出願の「A METHOD AND SYSTEM FOR CREATING UNIVERSAL LOCATION REFERENCINGOBJECTS」において説明されるULRO機能を含む。
【００５３】
一実施形態によると、複数のオブジェクト２００の一部（又は全て）は、絶対座標２０２及び／又は相対座標２０４の一方を含む。任意のデジタル地図において、地図オブジェクトの一部は、実際の物理的な場所を有していない可能性があり、別の（物理）オブジェクトと関連付けられることによりデジタル地図に単に格納される。更に地図は、多くの非ナビゲーション属性を含むことができる。相対位置機能に使用可能である周知の物理的な場所を実際に有する地図オブジェクトは、この説明にとって更に重要である。一実施形態によると、オブジェクトＡ等のそれらのオブジェクトは絶対座標及び相対座標の双方を有する。
【００５４】
絶対座標は、単純な緯度−経度等の任意の絶対座標系を含むことができ、オブジェクトの絶対位置を提供する。絶対座標は、例えばオブジェクトの属性又は他の特性を含む関連する追加の情報を有することができる。
【００５５】
相対座標は、デカルト座標（ｘ，ｙ，ｚ）又は極座標等の任意の相対座標系を含むことができ、オブジェクトの相対場所を提供する。相対座標は、例えばオブジェクトレコードと関連付けられる精度又はレコードが更新された最新日付を含む関連する追加の情報を更に有することができる。一実施形態によると、相対座標は、別のオブジェクト又は任意の原点に対するオブジェクトの正確な相対位置を更に含む。任意の原点に関して相対座標を表すのが便利である。これは、全ての相対位置が１つの座標集合の別の座標集合との差分をとることにより測定され且つその処理においてその任意の原点が取り消されるためである。一実施形態によると、特定のオブジェクトの相対座標は、複数の相対位置情報を示し、オブジェクトが複数の異なる種類のセンサ又は異なる相対座標系を使用してどのように見えるかを表せる。
【００５６】
デジタル地図の追加の各オブジェクトＮ２１０は、同一種類のデータをデジタル地図に格納できる。いくつかのオブジェクト（例えば、建物、重要でない標識）は、相対測位に関して同一の利益を有さず、絶対測位座標のみを含むようにしてもよく、その一方で、相対位置を使用可能にされる更に重要なオブジェクト（道路の曲がり角、重要な標識等）は絶対測位座標及び相対測位座標を含むべきである。いくつかの更に大きなオブジェクトは、オブジェクトの特定の面（例えば、建物の北西の端部）を記述する更なる情報を有してもよく、適切な厳密さ及び精度を提供する。
【００５７】
絶対測定値との同期
上述のように、システムの一実施形態は、ULRO等の共通オブジェクト識別子（ＩＤ）により、絶対座標系のオブジェクトの絶対位置又は座標と相対座標系の同一オブジェクトの相対場所又は座標との間の連結を提供する。このように、２つの座標系の間には密な数学的な連結は必要ない。実際には、相対座標が近傍のオブジェクトに対して非常に正確であるが、遠いオブジェクトに対して測定される時の無作為な誤差を累積するため、そのような連結はシステムの利益を低減する。その結果、ある点における相対位置を絶対位置に任意に等しくした場合、オブジェクト間の距離が長いところでは（例えば１０ｋｍを超えて離れる）、相対位置が絶対座標と比較して大きな誤差を有すると考えられるだろう。
【００５８】
実際的な使用において、更に精度を向上するために時間と共に絶対測定値及び相対測定値を同期させるように注意するが、これは、本発明を実施するために必要ではなく、実際に高い費用を追加する。同様に、絶対測定値は、相対的に近接して離間したグリッド内で高精度（すなわち、サブメートルレベルの精度）で行なわれ、全ての近傍のオブジェクトの相対位置と比較される。誤差最小化技術は、絶対グリッドに対して全ての点にラバーシーティングを行なうために使用される。これにより、座標の第２の（相対）集合がデータベースに含まれる必要性がなくなる一方、調査点を収集し、それらを処理する追加の費用が必要とされ、ラバーシーティングが全ての点を相対精度仕様にしないという点で領域内の点のグループが十分な整合性を有さない数え切れないほどの状況を解決する時間及び費用が必要とされる。
【００５９】
相対座標系
上述のように、オブジェクトの相対位置は、例えばデカルト座標又は極座標を含む複数の種々の方法でデータベースに格納可能である。相対座標は本質的に局所的な問題を解決するために提供されるため、ほぼどんな座標系でもその位置で動作できる。一実施形態によると、ステートプレーン（State planar）座標が非常に適する。絶対数が問題ではなく且つ特定の原点を選択することが重要ではないため、数字はある大きな数字を法として表される。これは、相対測定を行なう動作が座標の差を計算することを含み且つ原点が取り消されるためである。しかし、重要なのは、座標系の変更を示すシステムの能力である。例えば米国と異なるシステムがカナダで使用される（例えば、カナダが１０進法のメートルの距離を使用する一方、ＵＳは１０進法のフィートを使用し、各々は自身の原点(x,y)を有する）場合、特に米国／カナダの境界範囲における各オブジェクトに対して格納されるデータは、遷移が起きているという情報及び使用されるべき相対座標系を含む必要がある。これは、２つの異なる座標系から得られる測定値の差を計算する場合に、原点が取り消されず、尺度の違いが誤差を更に導入するためである。
【００６０】
一実施形態によると、他のフラグ又は指示は、可能性のある相対誤差を示すためにデータに取り入れられる。例えばデータは、道路を横断し且つ進むにつれてデータを収集するモバイルマッピングバンから収集される。各バンは特定の日に特定の地域を収集してもよい。別のバンは、異なる日及び時間に隣接する地域を収集してもよい。地図作成メーカは、地図のオブジェクトの相対座標の単一の集合が得られるようにそれらの２つの領域を重ね合わせるように注意すべきである。しかし、隙間がある場合、あるいは相対精度が維持されないことを他の理由が意味する場合、データベースレコードは、ある特定の点を通過したオブジェクトがその点の前のオブジェクトに対して正確でないこと及びナビゲーションデバイスが相対的に正確であると印をつけられたオブジェクトを見つけると相対座標系を再設定するべきであることを示すフラグ又は指示を含めることができる。
【００６１】
尚、そのような隙間は、本質的に指向性であってもよく又は道路別のものであってもよい。例えば、単一の相対システムは幹線道路に対して開発されてもよいが、異なるシステムはその幹線道路の周囲の一般道に対して開発されてもよい。
【００６２】
相対ナビゲーション方法
図４は、本発明の一実施形態に従って、絶対座標及び相対座標を使用してナビゲートする方法を示すフローチャートである。図４に示すように、第１のステップ２３０において、車両ナビゲーションシステムは、ＧＰＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ又は同様の絶対測位受信機又はシステムを使用して車両の（初期）絶対位置を判定する。この初期ステップは、ＩＮＳ又はＤＲセンサからの情報を組み合わせること又は使用することをオプションとして更に含んでもよい。次のステップ２３２において、システムは、車載車両センサを使用して周囲のオブジェクトの場所及びそれに対する方位を見つける。ステップ２３４において、システムは、車両の現在の絶対位置の知識を使用して、車両及び地図の絶対精度の推定値に基づいて適切な探索領域内にあるデジタル地図（又は地図データベース）のオブジェクトにアクセスする。いくつかの実施形態によると、探索領域は、車両の推定された現在の位置を中心に置かれる。他の実施形態によると、探索領域は、１つのオブジェクトの実際の位置又は推定位置を中心に置かれる。他の実施形態は、例えばセンサからの推定予測位置読み取り値に探索領域を基づかせることを含む探索領域を中心に置く別の手段を使用できる。検知されたオブジェクトの相対位置を使用して（オプションとして、サイズ、高さ、色、形状、分類等の測定した１つ以上の特徴と共に）、ステップ２３６及び２３８において、システムは、オブジェクトに基づくマップマッチング（「オブジェクトマッチング」）を使用して、検知した情報を探索領域のオブジェクトとマッチングし、検知したオブジェクトを一意に識別し且つ相対オブジェクト情報を抽出する。ステップ２４０において、関連するオブジェクト情報及びそれらのオブジェクトの相対位置は（オプションの方向情報と共に）、車両ナビゲーションシステムが相対座標空間又は相対座標系内の車両の正確な相対位置を計算することを可能にする。ステップ２４２において、この正確な位置は、システムにより使用され、近傍のオブジェクトに対して更に正確な位置に車両を配置し、あるいは位置に関する必要なフィードバックを運転者又は車両自体に提供する。これは、支援案内、衝突回避警告又は他の支援を必要に応じて提供することを含む。
【００６３】
いくつかの実施形態によると、絶対位置情報及び相対位置情報は、車両の正確な絶対位置を計算するために組み合わされる。この正確な位置は、再びシステムにより使用され、相対座標系内の更に正確な位置に車両を配置し、衝突回避警告、案内又は他の支援を含む位置に関するフィードバックを運転者又は車両自体に提供する。より正確な絶対位置は、次のオブジェクトに基づくマップマッチングに対する探索領域のサイズを減少するために更に使用可能である。
【００６４】
図５は、本発明の一実施形態に従って、絶対座標及び相対座標を使用してナビゲートする別の方法を示すフローチャートである。図５に示すように、第１のステップ２６０においても、車両ナビゲーションシステムは、ＧＰＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、あるいは同様の絶対測位受信機又はシステムを使用して車両の（初期）絶対位置を判定する。ステップ２６２において、システムは焦点生成器を使用して、その初期位置の周囲の探索領域を判定する。上記例と同様に、特定の実現例に依存して、探索領域は車両の推定された現在の位置、あるいは１つのオブジェクトの実際の位置又は推定位置を中心に置かれるか、あるいは別の手段を使用して中心に置かれる。次のステップ２６４において、システムは、デジタル地図（又は地図データベース）を使用して、探索領域のそれらのオブジェクトに対するオブジェクト情報を抽出する。ステップ２６６において、システムは、車載車両センサを使用してそれらのオブジェクトの場所及びそれらに対する方位を見つける。検知されたオブジェクトの相対位置を使用して（オプションとして、例えばサイズ、高さ、色、形状、分類等の１つ以上の測定された特徴と共に）、システムは、ステップ２６８において、オブジェクトに基づくマップマッチングを使用して、検知された情報を探索領域のオブジェクトとマッチングする。ステップ２７０において、関連するオブジェクト情報及びそれらのオブジェクトの相対位置は、車両ナビゲーションシステムが相対座標空間又は相対座標系内で車両の正確な相対位置を計算できるようにする。上記技術と同様に、この正確な位置は、ステップ２７２においてシステムにより使用され、相対座標系内のより正確な位置に車両を配置するか、あるいは位置に関する必要なフィードバックを運転者又は車両自体に提供する。これは、必要に応じて衝突回避支援を提供することを含む。
【００６５】
一実施形態によると、システムは、いくつかのオブジェクトが絶対位置情報を格納することに頼らずに相対測位を使用して属性を与えられることを可能にする。この方法を使用すると、第１のオブジェクトは、任意の格納された絶対位置情報が欠如しており、第２のオブジェクトは絶対位置情報を有する。システムは、第２のオブジェクトに対して測定される第１のオブジェクトの位置を算出する（あるいは、第３、第４等のオブジェクトへの一連の相対ホップを使用して）。第２のオブジェクトは、第１のオブジェクトにより明示的に指し示される必要があるか、あるいは第１のオブジェクトの周囲のオブジェクトのネットワークの一部として見つけられる必要がある。相対位置情報は、第１のオブジェクトの絶対位置の推定値を提供するために使用可能である。
【００６６】
例えば、道路のセンターラインは絶対座標により属性を与えられる。道路の各車線は、センターラインに対する相対オフセット座標により属性を与えられる。多くの例において、相対位置が絶対位置より厳密に測定されるため、この技術は、測定されるオブジェクトから絶対測定値を有するオブジェクトまでの距離（又は相対ホップ数）が遠すぎない限り、オブジェクトの絶対位置の適度に正確な推定値を提供できる。遠すぎる場合、全体の精度は低下する。この技術の利点は、必要とするデータ記憶が非常に少ないが、その一方で正確な絶対オブジェクト位置情報を依然として提供できることである。
【００６７】
相対測位を含む運転環境
図６は、本発明の一実施形態に従って、車両ナビゲーションシステム及び方法を使用する環境を更に詳細に示す図である。図６は、自動車、車線、道路標識、オブジェクト及び建物と共に図１に先に示した道路の場面を示す。ここでも、ラベルＩ、Ｊ、Ｋ及びＬは個々の描かれた線及び道路上で見つけられる他のオブジェクトを識別する。Ｐでラベル付けされた実線は、道路の単一のセンターライン表現を表す。線Ｊ及びＫは、道路の中央で見つけられる一般的な黄色の二重標示又は線を表す。線Ｉ及びＬが車線分離標を表す一方、線Ｈ及びＭは道路の縁石を表す。ラベルＥ、Ｆ、Ｇ、Ｎ及びＯは建物を表し、ラベルＡ、Ｂ、Ｃ及びＤは速度標識、停止標識及び道路名標識等の道路標識又は警告を表す。
【００６８】
図６に示すように、第１の車両（すなわち、自動車）を表すラベル１０４は本発明の一実施形態に係る車両ナビゲーションシステムを組み込む。車両が移動すると、ナビゲーションシステムは、例えばＧＰＳを使用して車両の絶対位置２９４を判定する。車両のセンサは、例えば道路標識Ｂ及びＣである１つ以上のオブジェクトに対する距離及び方位を判定する（３００、３０２）。地図の推定された精度及び現在の絶対位置の判定により規定される探索領域の全てのオブジェクトに対する情報が検索される。例えば、探索領域がオブジェクトＡ〜Ｏの全てを含む場合、オブジェクトに基づくマップマッチングは、全てのオブジェクトのうちＢ及びＣの検知された特徴及びそれらの２つのオブジェクト間の相対距離及び方位によりそれらのオブジェクトを一意に識別できる。オブジェクトＢ及びＣのみが高い確率でそのマッチングを示すため、それらのオブジェクトの各々に対する詳細な情報はデジタル地図から検索される。組み合わされた情報は、車両のナビゲーションシステムにより使用され、道路、道路の設置物（縁石、標識等）及びオプションとして他の車両（これらの車両のナビゲーションシステムが通信手段を含む場合）に関する車両の正確な位置を判定する。正確な位置情報は、車両ナビゲーション、案内、並びに衝突警告及び回避を改善するために使用可能である。
【００６９】
図７は、本発明の一実施形態に従って、絶対座標及び相対座標を使用してナビゲートする方法を示す別のフローチャートである。図７は、車両の正確な絶対位置を計算するために絶対位置情報及び相対位置情報を組み合わせる方法を更に示す。この正確な位置は、相対座標系内のより正確な位置に車両を配置するために再びシステムにより使用可能である。より正確な絶対位置は、次のオブジェクトに基づくマップマッチングに対する探索領域サイズを減少するために更に使用可能である。図７に示すように、第１のステップ３０８において、システムは測位センサを使用して位置判定を行なう（一般的には、絶対座標に関して）。ステップ３１０において、車両は、オブジェクト検出センサを使用して「見える」オブジェクトの相対位置の検出、特徴付け及び測定を行なう。次のステップ３１２において、システムは、地図−オブジェクトマッチングアルゴリズムを使用して、算出されたオブジェクトの場所の推定絶対座標（あるいは、相対的に近傍にある位置において地図データベースの相対座標と同期されている場合は相対座標）を中心に置かれる探索領域又は範囲で地図データベースのオブジェクトを調査する。一実施形態によると、探索範囲のサイズは、車両の位置判定及び地図オブジェクトの絶対座標の総合誤差推定値（あるいは、車両の相対位置判定及び地図オブジェクトの相対座標の総合誤差推定値）にほぼ比例する。この技術を使用すると、相対精度は、オブジェクトに近接するほど正確になり、オブジェクトから遠ざかるほど正確でなくなる。例えば、車両が最後にオブジェクトと同期されたのが５０マイル前である場合、車両の位置を確認するために相対位置を使用することは十分でない可能性が高い。しかし、通常の運転状況下では、運転者は相対的にオブジェクトの豊富な環境で運転し、車両はほぼ連続して又は数ｍ毎にオブジェクトを「見る」。この環境において、それらの条件下で、相対位置は非常に正確になり、絶対精度より正確になる可能性がある。
【００７０】
ステップ３１４において、センサ及び地図データベースからの他の特徴付ける情報を含んでマッチングアルゴリズムを使用すると、システムは「見える」オブジェクトを一意に識別できる。ステップ３１６において、地図データベースからのオブジェクトの相対測定値及び必要に応じてナビゲーションシステム自体のＤＲ又はＩＮＳ方向推定値を使用すると、車両は自身の正確な相対座標を判定できる。例えば、１つのみのオブジェクトがマッチングされ、車両がオブジェクトまでの距離の測定値及び相対方位を有する場合、ナビゲーションシステムは、円である点の軌跡に沿う自身の場所をその円の中心のオブジェクト及び測定された距離に等しい半径により規定できる。理論上、車両は、その半径に沿って移動でき、その一方でオブジェクトに対して同一の方位を保持する。従って、距離及び方位のみで、車両の位置を正確に特定する軌跡に沿う正確な点を一意に判定できない。このような状況において、車両の推定方向は、相対測定値と組み合わせて使用可能である。車両がその方向を有する点の軌跡上に点が１つのみ存在するため、一意の点が判定される。一般に、方向推定値は最も正確な値ではないため、この技術は、相対位置のある特定の量の不正確さを追加する。これに対処するために、２つ以上のオブジェクトが同時に又は連続的に検知される（すなわち、相対方向を向く車両が多くの誤差を累積していない距離内）。円（点の軌跡）は、２つの点のうち物理的に正確な点を判定するために使用される２つのオブジェクトに対する方位及び適切な半径で双方のオブジェクトから描かれる。従って、より正確な相対位置が車両に対して計算される。
【００７１】
上記計算は、本発明の種々の実施形態により使用される単一又は複数のオブジェクトを使用する相対計算の種類の単なる一例であり、他の計算及びデータの組合せが本発明の主旨の範囲内で使用され、センサ測定値から車両の位置を判定することを助長してもよいことが明らかとなるだろう。
【００７２】
一実施形態によると、車両は、ステップ３２２において、自身の相対座標を使用して領域の他の車両と通信するか、あるいは更に正確な案内指示を算出するか又はオブジェクト情報を利用できる。先行するステップの結果は、必要に応じて繰り返され（ステップ３２０により示される）、位置推定値を向上し且つセンサにより検出される後続のオブジェクトに対して連続して繰り返され、それによりこの処理に基づいて改善された精度に比例して探索範囲を減少する。ステップ３２４において、車両は、センサにより検出されるオブジェクト間の間隔で、自身の内部位置更新処理を使用して車両の位置及び方向を更新し且つそれに従って位置精度の推定値を更新する。車両がそのような更新を行なわずに非常に遠くに移動する場合、その相対精度は低下し、シーケンス全体を再び開始するためには再び絶対測位に依存する必要がある。
【００７３】
別の実施形態において、追加の高精度な絶対位置測定は領域にわたり行なわれる。オブジェクトの相対位置は、上述のように収集可能である。その後、処理は、当業者には周知の誤差最小化方式に従って全ての点に「ラバーシーティング」を行なうために実行され、精度仕様内にないそれらの点は調査され、処理は必要に応じて反復される。これにより、座標の２つの集合（一方は絶対座標であり、他方は相対座標である）を搬送する必要性はなくなるが、余分な作業及び余分なコストが追加される。
【００７４】
オブジェクトに基づくマップマッチング
本発明の実施形態に関して説明されるマップマッチングの種類は、従来のマップマッチング技術とは本質的に異なり且つ従来のマップマッチング技術より正確である。推測航法と共に使用されるような従来のマップマッチングの場合、車両に搭載されたセンサは、車両の位置及び方向のみを推定し、道路又は道路に沿う物理オブジェクト等の任意のオブジェクトの存在又は位置のダイレクトセンサ測定値を有さない。更に、従来のマップマッチングを使用すると、地図は、道路の「中央」の理論上の概念のみを含む単純化された道路の表現であるため、マップマッチングは推論に基づいて実行される。すなわち、アルゴリズムは、自動車が道路上にいる可能性が高く且つ道路のセンターライン上にいるものとして近似されることを推論する。これに対して、本発明と共に使用されるオブジェクトに基づくマップマッチングにおいて、センサは、１つ以上のオブジェクトの存在及び可能性として追加の識別する特徴（標識の色又はサイズ又は形状又は高さ等、あるいはオブジェクトと関連付けられるＲＦＩＤに関する情報を受信する）を検出し、更にその位置を測定し且つその情報を使用して地図データベース中の同様の特徴及び場所のオブジェクトにマッチングさせる。更に、車両を２次元道路にマッチングさせ且つそれにより１自由度で精度を向上するのに十分な情報のみを有する従来のマップマッチングとは異なり、本発明のマップマッチングは、点オブジェクトと共に使用され、従って２自由度で精度を向上する能力を有する。本発明のセンサにより検出されたオブジェクトのマッチングは、先の形式のマップマッチングより正確で頑強である。
【００７５】
本発明の実施形態が誤差を最小限にするのを助長するためにマップマッチング技術を利用しても、任意のマップマッチング技術と同様に誤差の危険性は依然として存在する。すなわち、データベース中の誤ったオブジェクトにマッチングする可能性がある。センサが１つ以上の道路標識を検知する場合、多くの道路標識のある領域において、オブジェクトに基づくマップマッチングアルゴリズムが誤った標識にマッチングさせ、そのために車両の推定相対位置に誤差を導入する可能性がある。しかし、本発明の実施形態は、その危険性を更に低減するために追加の機能及び技術を含むことができる。
【００７６】
第１に、誤差の危険性は、上記のように、センサが実際のオブジェクトを検知しており且つ従ってオブジェクトに基づくマッチングが単にオブジェクトの存在を推論する必要がないということにより非常に低減される。第２に、上述のように、オブジェクトは区別する特徴を有する。第３に、地図メーカは、状況の曖昧さを除くために複数オブジェクトマップマッチング又はオブジェクトに基づく高速順次マップマッチングが使用されるように、種々の特徴を有する一般に高密度なオブジェクトを収集できる（例えば、標識であると観察される２つの標識を検出し、３．４３ｍ離れていると正確に測定されることにより、マッチング処理は単に単一オブジェクトをマッチングしようとする場合よりも頑強になる）。また、任意の単一の誤差の潜在的な影響を制限するために、検出及びマッチングされた多くのオブジェクトに基づくナビゲーション分野において一般的に周知のフィルタリング手段が使用されることが更に推奨される。本発明の第５の非常に有用な面は、初期オブジェクトマッチングがナビゲーションデバイスの絶対位置情報を使用して実行されると、デバイスが位置の相対推定値を算出し、それを使用して探索領域の中心を改善し且つ探索領域のサイズを更に制限することである。その点から前方へ、マップマッチングは相対精度に基づいて行なわれ、探索領域は非常に減少する。それにより、エラーマッチングの確率を減少して小さくする。尚、オブジェクトに基づくマッチングがシステムＩＮＳ又はＤＲセンサを使用する際に必然的に起こる誤差の累積を削除し続ける限り、この順次処理は依然として適切なものである。
【００７７】
センサ収集及び精度
本発明の実施形態は、所定の精度でオブジェクトの絶対位置を測定するより同一の精度で相対位置を測定する方が安価であり且つ車両がそれらの高い相対精度のアプリケーションにおいて必要とされる、より低い精度で絶対位置を測定することのみを必要とする方が安価であるため、実現するのに現実的である。車両への追加のセンサの追加は、最小限のコストのみを追加する。そのようなセンサは、自動車業界により既に提案され、ナビゲーション及びオブジェクトに関する追加の有用な情報を運転者に与える。更にそのようなセンサは、絶対車両測定値の精度を確実に向上するのに必要とされる追加のハードウェアより依然として安価である。上述のように、慣性ナビゲーションユニットは、１００ｍにわたり２０ｃｍの精度で利用可能である。モバイルマッピングプラットフォームは、車両が道路を走ると、カメラ、レーザスキャナ及びレーダデータを収集できる。データは、車載ＧＰＳ／ＩＮＳシステムからの位置及び方向データの収集と同期して収集される。その例は、２００６年１１月１１日に出願された同時係属中のＰＣＴ出願第PCT2006/000552号の「ARRANGEMENT FOR AND METHOD OF TWO DIMENSIONAL AND THREE DIMENSIONAL PRECISION LOCATION AND ORIENTATION DETERMINATION」、2006年11月3日に出願された同時係属中のＰＣＴ出願第PCT/NL2006/050264号の「METHOD AND APPARATUS FOR DETECTION AND POSITION DETERMINATION OFPLANAR OBJECTS IN IMAGES」及び2006年10月30日に出願された同時係属中のＰＣＴ出願第PCT/NL2006/050269号の「METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING OBJECTS FROM TERRESTRIAL BASED MOBILE MAPPING DATA」において説明されている。なお、これらの出願を引用することによってその内容をここに合体する。多くの例において、２つのオブジェクトが同一画像中に存在してもよく、それらの相対位置は厳密に判定される。他の例において、次のオブジェクトは道路を更に数ｍ進んだところにあってもよく、ＩＮＳシステムはその距離にわたる数ｍｍの誤差のみを累積する。現在のオブジェクト検出／抽出アルゴリズムは、カメラ等のセンサにより検知されたオブジェクトを効率的に検出及び測定できる。更に空中写真及び衛星写真は、同一レベルの精度で絶対測定値を形成する必要なくオブジェクトの相対位置を測定するために使用可能である。
【００７８】
正確な車線測位を含む運転環境
図８〜図１０は、本発明の一実施形態に従って、車線測位を識別するために車両ナビゲーションを使用できる環境を示す図である。
【００７９】
図８に示すように、自動車３３０は北方向に移動しており、交差点３３２に接近している。図８に示すように、車両は交差点に接近しており、車両のナビゲーションシステムは交差点で左折することを提案する目的地への経路（不図示）を計算している。
【００８０】
従来のナビゲーションシステム又は正確な位置判定のために絶対及び相対位置検知を利用しないナビゲーションシステムにおいて、地図は交差点の中央で接続される各区間に対して単一のセンターラインのみを示す可能性が高い。従って、図９に示すように、車両に提供される案内は、２つの道路間の交差点で９０度曲がる単一の強調表示された経路３４０である。
【００８１】
図１０に示される本発明の一実施形態によると、システム（及び従ってデジタル地図）は、非常に詳細な車線情報を「認知している」。図１０に示す例において、自動車はレーダセンサ等のセンサを備える。レーダセンサは、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ及びＧでラベル付けされた信号柱及び交通標識及び案内標識等の近接する種々のオブジェクトの一部に対する距離及び方向を検出（３４２、３４４）及び測定できる。従って、ナビゲーション／案内及び安全システムにおける地図は、それらのオブジェクトに関する情報を含む。デジタル地図は、存在する場合にはＲＦＩＤタグ情報、精度制限、並びにオブジェクトの種類及び分類等の他の情報と共にオブジェクトの絶対位置及び相対位置を含むことができる。自動車は、絶対位置推定値３３６、並びにそれらのオブジェクトに対する相対距離及び方向（並びに、可能性としてオブジェクトの先の観察から算出される相対位置に関する先の情報）を使用して、見えるオブジェクトのグループに対してオブジェクトに基づくマップマッチングが行なわれる。ナビゲーションシステムは、そのマッチング及び相対測定値に基づいて、地図に含まれるオブジェクトに対する位置を正確に算出できる。
【００８２】
車載ナビゲーションシステムが地図により規定される相対座標空間において自身の位置を算出すると、そのシステムは、レーダセンサが検出できなかった地図に含まれる他のオブジェクトに対する自身の位置を算出できる。従って、例えばナビゲーションシステムは、自動車がいる車線を算出でき且つ左折車線が開始する道路上の点に到達する時期を正確に算出できる。その後、システムは左折車線に入れることを運転者に通知できる（恐らく、左折車線が塞がれていないことをレーダ測定値によりまず確認する）。更に一般的な設定において、システムは現在の車線から出るかを運転者に通知できる。車両が移動すると、ナビゲーションシステムは、更新された絶対位置及び更新された相対位置３５０の双方を算出する。一実施形態によると、ナビゲーションシステムは、レーダ測定値を更新することによって位置を再度算出することによりこれを行なえるか、あるいは推測航法、絶対センサに対する更新データ、あるいは相対測定値３５２、３５４、３５６を最も向上させるための上記一部の組合せ又は上記全ての組合せを使用することにより行なえる。ナビゲーションシステムは、横断歩道Ｘに接近するにつれて、地図の相対測定値及び更新された相対位置に基づいてどの程度近接するかを正確に判定できる。自動車が減速している場合、ナビゲーションシステムは、例えば自動車が停止する必要があることを検知でき、横断歩道の直前で正確に停止するように運転者を支援できる。そのようなシステムは、特に信号機のタイミングに関する道路インフラストラクチャからの追加情報により、燃料効率及び赤信号での快適な停止に関して運転者を支援するために更に離れた場所においても使用可能である。システムは、交差点を通過して適切な西方向の車線に入るように自動車を運転する方法に関して運転者に通知し続けられる。
【００８３】
自動運転制御に対して考慮に入れるべき他の安全上の問題点が多く存在する一方、本発明のような相対システムの精度は、位置精度及びその支援運転における用途の問題に対処することを助長できる。
【００８４】
追加の応用例−方向転換のサポート
本発明は、衝突警告及び回避に関して主に説明された。しかし、これは、この組み合わされた絶対及び相対ナビゲーションシステムの多くの応用例のうちの１つにすぎない。例えば、道路の交差点の場所が最後に識別された標識からの距離として正確に判定されるため、更に正確な方向転換指示が与えられる。別の例として、車両の正確な場所が横方向に（車線に対して）判定され、次の方向転換のために、あるいは交通又は道路工事のために、どの車線にいるべきかを案内する。本明細書において説明されるナビゲーションシステムは、種々の自動及び支援運転、車両の案内、衝突回避、並びに他の警告システム及び運転支援デバイスにおいて使用されてもよいことが明らかになるだろう。
【００８５】
追加の応用例−２Ｄ及び３Ｄへの拡張
上記例は、標識等の点オブジェクトを主に使用して提示された。他の重要なオブジェクトが存在し、それらは容易に検出可能である。それらのオブジェクトは、最終的に更に高度な地図データベースの一部により構成される。例えば、車線部分はいくつかのセンサ（例えば、カメラ及びレーザスキャナ）により検出可能である。従って、その車線オブジェクトに対する正確な位置は、車線維持に関連する非常に重要な大きさで算出される。そのような情報は本質的に部分的である。例えば車線部分が左のバンパーから１０ｃｍであることを認識することにより、１つの座標を正確に判定できるが、第２の（道路に沿う）座標に関しては殆ど通知できない。検出される車線に関する曖昧さを回避するように注意する必要がある。２次元（２Ｄ）オブジェクトから得られるそのような情報を臨時用の１次元（１Ｄ）オブジェクトから得られる情報と組み合わせるアルゴリズム及び自身のナビゲーションシステムは、正確な相対測位を維持できる。そのような２Ｄオブジェクトに属性を与える相対座標情報は、相対位置ｘ，ｙではなく、相対的なｘ，ｙ座標空間における線形特性を定義する方程式である。同様の考えは、建物等の３次元（３Ｄ）オブジェクトにも当てはまる。この場合、建物の端部等の更に特定のオブジェクト又は特徴を識別するように更に注意すべきである。
【００８６】
更なる応用例−連続処理
本発明が多くの方法で実現可能である一方で、いくつかの実施形態において、システムは、連続的に使用されることを意図する。本実施形態によると、ナビゲーションシステムは、第１のオブジェクトを検出し、オブジェクトの相対位置属性、並びに車両のオブジェクトセンサ／相対測定デバイス及びその推定方向に基づいて相対位置を算出してもよい。ナビゲーションシステムは、車載機器及び地図及びオブジェクトの密度が許す限り迅速に同一の方法で第２のオブジェクトを測定できる。更に連続相対測定値は戻され、車両の絶対位置及び方向の現在の推定値を改善できる。
【００８７】
コンピュータ分野の技術者には明らかになるように、本発明は、従来、本開示の教示に従ってプログラムされる従来の汎用又は専用のデジタルコンピュータ又はマイクロプロセッサを使用して実現されてもよい。ソフトウェア分野の技術者には明らかになるように、適切なソフトウェアコーディングは、本開示の教示に基づいて熟練したプログラマにより容易に準備される。ナビゲーションシステムと共に使用するのに適切なセンサの選択及びプログラミングは、当業者により容易に準備される。当業者には容易に明らかになるように、本発明は、特定用途向け集積回路、センサ及び電子機器を準備することにより、あるいは従来の適切な要素回路網を相互接続することにより実現されてもよい。
【００８８】
いくつかの実施形態において、本発明は、本発明の任意の処理を実行するようにコンピュータをプログラムするために使用される命令を格納した記憶媒体であるコンピュータプログラム製品を含む。記憶媒体は、フロッピー(登録商標）ディスク、光ディスク、ＤＶＤ、ＣＤＲＯＭ、マイクロドライブ及び光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＤＲＡＭ、ＶＲＡＭ、フラッシュメモリ素子、磁気又は光カード、ナノシステム（分子メモリＩＣを含む）、あるいは命令及び／又はデータを格納するのに適切な任意の種類の媒体又はデバイスを含むがそれらに限定されない。本発明は、任意の１つのコンピュータ可読媒体に格納され、汎用／専用コンピュータ又はマイクロプロセッサのハードウェアを制御し且つコンピュータ又はマイクロプロセッサが本発明の結果を利用してユーザ又は他の機構と対話することを可能にするソフトウェアを含む。そのようなソフトウェアは、デバイスドライバ、オペレーティングシステム及びユーザアプリケーションを含んでもよいがそれらに限定されない。最終的に、そのようなコンピュータ可読媒体は上述のように本発明を実行するソフトウェアを更に含む。
【００８９】
本発明の上記説明は、例示及び説明の目的で提供された。上記説明は、完全なものであり且つ本発明を開示した厳密な形態に限定することを意図しない。当業者には、多くの変更及び変形が明らかとなるだろう。特に、本発明が衝突警告／回避に関して主に説明されたが、それは組み合わされた絶対及び相対ナビゲーションシステムの多くの応用例のうちの１つにすぎない。例えば、道路の交差点及び横断歩道の場所は、識別された標識からのある距離として正確に判定されるため、更に正確な方向転換指示が与えられるか又は横断歩道の警告が与えられる。あるいは、道路に対して横方向（車線に対して）の車両の場所が正確に判定され、恐らくは次の方向転換のため又は交通のためにどの車線にいるべきかを案内する。車両の運転者が初期絶対車両位置を手動規定することを可能にすることにより、あるいは検知したＲＦＩＤタグに対応する初期絶対車両位置を自動的に判定するために可能性として他の測定値と組み合わせてそのＲＦＩＤタグの場所を使用することにより、種々の実施形態は種々の形態の絶対位置検知を使用できる。他の実施形態は、位置判定に対して全体的に更に正確なシステムを提供するために、本明細書で説明する技術を利用できるか又はそれらの技術を最初に説明したようなマップマッチング技術と組み合わせることができる。実施形態は、本発明の原理及びその実際的な応用例を最もよく説明するために選択及び説明された。それにより、当業者は考えられる特定の用途に適する種々の変形例と共に種々の実施形態に対して本発明を理解できるだろう。本発明の範囲は、添付の請求の範囲及びそれらの等価物により規定されることが意図される。
【技術分野】
【０００１】
著作権表示
本願の開示の一部は著作権保護の対象となる内容を含む。著作権者は、特許商標庁に出願され、登録された本件または特許開示の複製に対して異議を唱えるものではないが、その他のいかなる場合にも、全ての著作権を保留する。
優先権主張
本願は、2007年2月21日出願の米国仮特許出願60/891,019号（SYSTEM AND METHOD FOR VEHICLE NAVIGATION AND PILOTING INCLUDING ABSOLUTE AND RELATIVE COORDINATES、発明者Walter B, Zavoli）、及び、2008年2月20日出願の米国特許出願12/034,521号（SYSTEM AND METHOD FOR VEHICLE NAVIGATION AND PILOTING INCLUDING ABSOLUTE AND RELATIVE COORDINATES、発明者Walter B, Zavoli）を優先権主張するものであり、これらの出願を引用することによってその内容をここに合体する。
本発明は、デジタル地図、全地球測位システム及び車両ナビゲーションに関し、特に絶対座標及び相対座標を使用する車両ナビゲーション及び案内のためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
過去数年以内に、ナビゲーションシステム、電子地図（本明細書においてデジタル地図とも呼ばれる）及び全地球測位デバイスは、種々のナビゲーション機能により運転者を支援するために車両において益々使用されるようになってきている。そのようなナビゲーション機能の例は、車両の全体的な位置及び向きを判定すること、目的地及び住所を見つけること、最適なルートを計算すること、並びに企業一覧又は職業別電話帳へのアクセスを含むリアルタイムな運転案内を提供することを含む。一般に、ナビゲーションシステムは、各道路のほぼ中央に沿うセンターラインを含んで一連の線分として道路網を表現する。一般に移動中の車両の場所は、地図上において、そのセンターラインに近接して又はセンターラインに関して特定される。
【０００３】
米国特許第４，７９６，１９１号明細書（特許文献１）において説明されるような初期のいくつかの車両ナビゲーションシステムは、「推測航法」機能と共に主に相対位置判定センサに依存し、車両の現在の場所及び方向を推定する。この技術は、少量の位置誤差を累積する傾向があり、それらの誤差は「マップマッチング」アルゴリムにより部分的に修正可能である。マップマッチングアルゴリズムは、地図の道路網の最適な点が実際に見つけられる場合にはそのような点を見つけるために、車両のコンピュータにより計算される推測された位置を道路のデジタル地図と比較する。システムは、地図上のより正確だと考えられる「更新位置」とマッチングするように車両の推測された位置を更新する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４，７９６，１９１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
手頃な値段の全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星受信機ハードウェアを導入することにより、衛星信号を受信し且つその信号を使用して車両の絶対位置を直接算出するＧＰＳ受信機又はＧＰＳユニットがナビゲーションシステムに追加できるようになった。しかし、一般に、ＧＰＳ受信機内及び地図内の誤差を除去するため及び運転者が地図上のどこにいるかを運転者に更に正確に示すために、マップマッチングが依然として使用されている。衛星技術がグローバル又はマクロスケールで非常に正確であっても、小さな位置誤差はローカル又はマイクロスケールで依然として存在する。これは、主に、ＧＰＳ受信機が断続的な信号受信又は低品質な信号受信を体験するためであり、また、道路のセンターライン表現及びＧＰＳ受信機からの測定位置の双方が数ｍ内程度の精度である可能性があるためである。より高性能なシステムでは、推測航法及びＧＰＳの組合せを使用して、位置判定誤差を低減しているが、この組合せを使用しても、依然として数ｍ以上のレベルで誤差が発生する可能性がある。適度な距離にわたり利点を提供するために慣性センサが追加可能であるが、より長い距離にわたっては、慣性センサを含むシステムであっても誤差を累積する。
【０００６】
しかし、車両のナビゲーションデバイスは、時間と共に徐々に改善されており、より正確になり、機能豊富になり、安価になり且つ普及してきている。しかしその一方で、それらのデバイスは益々増加する自動車業界の要望に依然として追いついていない。特に、将来の応用では、より高い位置精度及びより詳細で正確な機能豊富な地図が必要になると予想される。この状況において、一般消費者向けのナビゲーションシステムの現世代での５〜１０メートルの精度では単純に不十分であり、何倍も正確なシステムが必要とされる。しかし、現在までに便利な解決策は見つけられていない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書において、車両において使用するナビゲーションシステムが開示される。ナビゲーションシステムは、カメラ、レーザスキャナ又はレーダ等の１つ以上の追加のセンサに加えてＧＰＳ等の絶対位置センサを含む。ナビゲーションシステムは、デジタル地図又はデータベースを更に含み、デジタル地図又はデータベースは、道路のセンターライン、道路名及び住所等の従来の情報に加えて、車線標示、道路標識及び建物を含む車両の周囲のオブジェクトの少なくとも一部に対するレコードを含む。これらのレコードは、従来の絶対位置に加えて相対位置属性を含む。車両が移動している時、追加のセンサはそれらのオブジェクトの少なくとも一部の存在を検知でき、それらのオブジェクトに対する車両の相対位置を測定できる。このセンサ情報は、車両の正確な場所を判定するため、並びに必要に応じて、高度な運転指示又は衝突回避等の機能、あるいはコンピュータ支援運転又は案内をサポートするために、絶対位置情報及び追加された地図情報と共に使用される。一実施形態によると、更にシステムは、いくつかのオブジェクトが絶対位置情報を格納することに頼らずに相対測位を使用して属性を与えられることを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に従った、絶対座標及び相対座標を使用する車両ナビゲーションを使用できる環境を示す図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に従った、絶対座標及び相対座標を使用する車両ナビゲーションのためのシステムを示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に従った、絶対座標及び相対座標を含む地図情報のデータベースを示す図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に従った、絶対座標及び相対座標を使用してナビゲートする方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に従った、絶対座標及び相対座標を使用してナビゲートする方法を示す別のフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に従った、車両ナビゲーションシステム及び方法を使用する環境を更に詳細に示す図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態に従った、絶対座標及び相対座標を使用してナビゲートする方法を示す別のフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の一実施形態に従った、車線測位を識別するために車両ナビゲーションを使用できる環境を示す図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態に従った、車線測位を識別するために車両ナビゲーションを使用できる環境を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態に従った、車線測位を識別するために車両ナビゲーションを使用できる環境を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
過去数年以内に、ナビゲーションシステム、電子地図（本明細書においてデジタル地図とも呼ばれる）及び全地球測位デバイスは、種々のナビゲーション機能により運転者を支援するために車両において益々使用されるようになってきている。そのようなナビゲーション機能の例は、車両の全体的な位置及び向きを判定すること、目的地及び住所を見つけること、最適なルートを計算すること（場合によっては、リアルタイム交通情報の支援を利用して）、並びに企業一覧又は職業別電話帳へのアクセスを含むリアルタイム運転案内を提供することを含む。一般に、ナビゲーションシステムは、各道路のほぼ中央に沿うセンターラインを含んで一連の線分として道路網を表現する。一般に移動中の車両の場所は、地図上において、そのセンターラインに近接して又はセンターラインに関して共通の場所で特定される。
【００１０】
初期のいくつかの車両ナビゲーションシステムは、「推測航法」機能と共に主に相対位置判定センサに依存し、車両の現在の場所及び方向を推定していた。この技術は少量の位置誤差を累積する傾向があり、それらの誤差は「マップマッチング」アルゴリムにより部分的に修正可能である。マップマッチングアルゴリズムは、地図の道路網の最適な点が実際に見つけられる場合にはそのような点を見つけるために、車両のコンピュータにより計算される推測された位置を道路のセンターラインのデジタル地図と比較する。システムは、地図上のより正確だと考えられる「更新位置」とマッチングするように車両の推測された位置を更新する。
【００１１】
手頃な値段の全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星受信機ハードウェアを導入することにより、衛星信号を受信し且つその信号を使用して車両の絶対位置を直接算出するために、ＧＰＳ受信機又はＧＰＳユニットをナビゲーションシステムに追加することができる。しかし、一般に、ＧＰＳシステム内及び地図内の誤差を除去するため及び運転者が地図上の（又は地図に対して）どこにいるかを運転者に更に正確に示すために、マップマッチングが依然として使用される。衛星技術がグローバル又はマクロスケールで非常に正確であっても、小さな位置誤差はローカル又はマイクロスケールで依然として存在する。これは、主に、ＧＰＳ受信機が断続的な信号受信、低品質な信号受信又は信号マルチパスを体験するためであり、また、道路のセンターライン表現及びＧＰＳシステムの実際の位置の双方が数ｍ内の精度である可能性があるためである。より高性能なシステムは、推測航法（ＤＲ）／慣性ナビゲーションシステム（ＩＮＳ）及びＧＰＳの組合せを使用して、位置判定誤差を低減するが、この組合せを使用しても、依然として数ｍ以上のレベルで誤差が発生する可能性がある。慣性センサは適度な距離にわたり利点を提供できるが、より長い距離にわたっては、慣性センサを含むシステムであっても誤差を累積する。
【００１２】
導入
車両ナビゲーションデバイスは、時間と共に徐々に改善されており、より正確になり、機能豊富になり、安価になり且つ普及してきているが、一方で、それらのデバイスは益々増加する自動車業界の要望に依然として追いついていない。特に、将来の車両ナビゲーションの応用例は、より高い位置精度及びより詳細で正確な機能豊富な地図を必要とすると予想される。これらの応用例には以下が含まれる。
・向上された地図作成能力によりサポートされ且つより良い使い勝手や利便性を運転者に提供できる更に厳密なナビゲーション案内機能を車両に追加すること。
・他の車両を含む近傍の他の移動中のオブジェクト及び静止オブジェクトに対する車両の位置及び方向の正確な知識を有することに依存して、衝突回避等の安全への種々の応用を追加可能とすること。
【００１３】
この状況において、一般消費者向けのナビゲーションシステムの現世代での５〜１０メートルの精度は単純に不十分であり、何倍も正確なシステムが必要とされる。それらの将来の必要性を満たすために、自動車業界は、デジタル地図の精度及び車載（on-board）の位置判定（例えば、ＧＰＳ等）センサの精度の双方を向上する方法を調査している。
【００１４】
例えば自動車業界は、現在、設置されている移動中の自動車の近傍内のオブジェクトの存在、位置及び方位を検知できる低コストで高性能なオブジェクト検出センサを開発中である。そのようなセンサは、カメラ（ビデオカメラ及びスチルカメラの双方）、レーダ及びレーザスキャナ、並びに他の種類のセンサを含む。それらのセンサの例は、長年にわたり駐車支援（すなわち、距離）センサにおいて使用されてきた。更に業界は、車線分離標又は他の車両を区別するために使用可能な自動リアルタイムオブジェクト認識や、位置判定能力を強化するようにすぐ隣の車と通信できるようにするための例えば重要な交差点における追加的な路傍の機器の使用に興味を示している。
【００１５】
同時に、Tele Atlas等の会社を含むデジタル地図作成業界は、より大量の情報をデジタル地図に入れている。この増加した情報は、高度な将来の応用例を更に適切にサポートするために非常に高い精度で組み合わされている。現在のデジタル地図に含まれる特徴の例は、特定の道路内の車線数の正確な表現と、それらの車線及び境界の位置と、道路標識及び建物の専有面積等のオブジェクトの識別及び場所と、実際の建物の正面及び他の特徴を表すリッチな３次元（３Ｄ）表現内のオブジェクトの包含とを含む。
【００１６】
現在まで、より高い精度を指定する際の重点は、絶対精度を向上すること、すなわち緯度−経度等の適切な座標参照系により表されるような地上のオブジェクトの絶対位置のシステムの知識を向上することに基づいていた。しかし、ナビゲーションシステムの絶対精度の測定及び全ての地図オブジェクト情報の収集において必要とされるそのような高レベルな絶対精度への向上は、達成するのに莫大な費用がかかる。多くの自動車からのプローブデータの収集、並びにその後の解析及び処理等の別のシステムが提案されているが、依然として研究開発段階にある。従って、現在までに市販の実用的なシステムは開発されていない。更に、そのような絶対測定値の通信は衝突回避及び他の新しく要求される応用例において使用するのに適する情報を提供するのに十分であるが、それは必須ではない。通常の運転状況において、運転者は、自身の自動車と別の車両又は別の近傍のオブジェクトとの間の相対的な距離及び向きを認識しているため、衝突を回避し且つ綿密な車線調整を行なうことができる（すなわち、車両を安全に「操縦」する）。衝突回避に関して、運転者は、他のオブジェクトに接近し過ぎるかを判定できる。従って、運転者は、絶対位置測定値を全く使用しない。これは、より安全な運転又は衝突回避の対策を提供するためには、相対測定値のみで十分であることを示唆している。しかし、ナビゲーションシステムを有する車両において、ある絶対位置の判定が少なくとも最初に行なわれる必要がある可能性が高く、そのため、システムは公称精度でその位置を地図とマッチングし、それによりルーティング情報等の必要な情報にアクセスできる。その後システムは、その情報を使用して、行なうべき特定の相対測定を判定する。
【００１７】
本発明の１つの面は、上述の高度な機能の一部又は全てをサポートするシステムが、今日のシステムにより容易に達成可能な精度を含む公称絶対精度のみを必要とするようにすることである。従って、鍵となるのは、近傍内のオブジェクトに対する高い相対精度を有する相対位置座標を含む属性データの地図データベースオブジェクトへの追加及び近傍内のオブジェクトを検出できる車両内のセンサシステムの追加である。
【００１８】
本発明の実施形態は、車載位置判定機器及びデジタル地図の双方に対して非常に高い位置精度を含む高度な要求に対する自動車業界の努力を満たし、更にそれを容易に達成可能となるように設計される。例えば、車両がどの車線内を移動しているかを知るためには、１〜２ｍを超えない総合誤差バジェットが必要である。オブジェクト回避を使用する（例えば、車線外にはずれて接近してくる自動車との衝突を防止するために）応用例は、１ｍ未満の総合誤差バジェットを必要とするだろう。これを満たすには、車両位置判定及び地図の双方において更に小さな許容誤差が必要である。絶対精度が常に必要とされるわけではないことは、本発明の１つの面である。
【００１９】
別の実施形態によると、システムは、より適切な全体的な精度を効率的に達成するために、より高い相対精度と組み合わせて公称絶対精度を使用するように設計される。より高い相対精度を有するオブジェクトの位置は、より低い精度を有する同一オブジェクトの絶対位置と単に粗結合される必要がある。
【００２０】
別の実施形態によると、システムはデジタル地図又は地図データベースを含み、デジタル地図又は地図データベースは、より高い相対精度で互いに近接するオブジェクトの相対位置を提供するが、オブジェクト間の距離が長くなるにつれて、オブジェクト間の相対精度に対する要求は減少する。このように、車両が特定のオブジェクトに接近し且つ精度がそれらのオブジェクトに関係して更に重要になると、地図データベース中の情報はそれらのオブジェクトに対して向上した精度で選択的に検索され、それらのオブジェクトに対する車両の位置精度を向上する。
【００２１】
別の実施形態によると、相対精度は、全てのオブジェクトの最適化絶対精度を構成するために使用され、最適化絶対精度は、より高い精度のナビゲーションシステムを提供するために使用される。
【００２２】
別の実施形態によると、相対測定値は、車両の絶対位置精度を向上するために絶対測定値と組み合わせて使用される。
【００２３】
別の実施形態によると、車載（on-board）センサが、有用な範囲の外で、及び全ての角度で、周辺の全てのオブジェクトを検知するのに十分な範囲又は感度を有さない可能性があるため、システムは、例えば２つの車両等の２つの接近しているオブジェクト間で正確な相対位置情報を通信することを可能にする。
【００２４】
別の実施形態によると、システムは、非常に正確な絶対座標に関して、地図データベース中の全てのオブジェクト及び全ての車両を特徴付ける。このような状況下で、車両は、自身の絶対座標及び方向を互いに通信できる。システムは、アルゴリズムを使用して、衝突回避対策又は警告が行なわれる必要があるかを判定する。
【００２５】
別の実施形態によると、地図データベース中の全てのオブジェクトの部分集合は「位置制御可能」オブジェクトとして使用される。「位置制御可能」オブジェクトの各々は、少なくとも位置座標の２つの集合を有する。第１の集合は、ＷＧＳ−８０座標等の任意の適切な座標系を参照する絶対座標である。第２の集合は、局所平面（例えば、ｘ，ｙ，ｚ）座標系等の任意の適切な座標系を参照する相対座標である。位置座標の２つの集合は、データベース中の同一の基礎となるオブジェクトへのリンクにより接続されることのみが必要である。いくつかの例において、オブジェクトが異なるセンサにより「見られる」ような非常に異なる外見上の場所を有する（例えば、センサの種類毎にあるコンクリートの柱の異なる反射率特性を測定するため、レーザスキャナは１つの場所でそのコンクリートの柱を測定し、レーダは僅かに異なる場所で同一のコンクリートの柱を測定する可能性がある）場合、相対座標の２つ以上の集合が使用可能である。
【００２６】
別の実施形態によると、地図中のオブジェクトデータは、完全なオブジェクト（前段落の柱等）に加え又はそれらの代わりに１つ以上の種類のセンサからのオブジェクトの生のセンササンプルを含んでもよい。
【００２７】
別の実施形態によると、データベースは、絶対座標及び相対座標の双方を搬送することに加え、相対測定値の精度、オブジェクトが前回測定された日付、座標系の境界の交点を示すフラグ、あるいは特定の標識又は特定の建物の名前の表現等のオブジェクトを規定する追加のデータ等の他の有用な情報も搬送できる。
【００２８】
別の実施形態によると、ナビゲーションシステムは、高度な指示案内を提供するために車両及び周囲のオブジェクトに対して計算する相対精度を使用できる。
【００２９】
別の実施形態によると、車両ナビゲーションシステムは、センサが検出したオブジェクトの相対位置を絶対位置及びある状況下では方向推定値と組み合わせて使用することができ、地図データベース内の適切な領域（探索領域）を探索して、センサが検出したオブジェクトを含むべきオブジェクトの集合を見つける。ナビゲーションシステムは、位置推定値及び検知したオブジェクトの検知した追加の特徴を使用して、地図中のオブジェクト属性として見つけられた位置及び特徴とマッチングし、検知したオブジェクトにマッチングする地図データベース中のオブジェクトを識別する。
【００３０】
別の実施形態によると、ナビゲーションシステムは、車両の位置に関する高度な知識を使用して、必要に応じて車両の衝突回避及び他のコンピュータ支援案内を含む案内支援を提供できる。
【００３１】
運転環境
図１は、本発明の一実施形態に従って、絶対座標及び相対座標を使用する車両ナビゲーションを使用できる環境１０２を示す図である。図１は、自動車、車線、道路標識、オブジェクト及び建物と共に一般的な道路の一場面を示す。一実施形態によると、道路情報は、地図データベースにレコードとして含まれる各静止オブジェクトと共にデジタル地図又は地図データベースに格納される。一般に、デジタル地図を提供する会社は地図プロバイダと呼ばれる。
【００３２】
図１に示すように、ラベルＩ、Ｊ、Ｋ及びＬは、個々の描かれた線及び道路上で見つけられる他のオブジェクトを識別する。Ｐでラベル付けされた実線は、道路の単一のセンターライン表現を表す。線Ｊ及びＫは、互いに非常に近接しており、道路の中央で見つけられる一般的な黄色の二重標示又は線を表す。線Ｉ及びＬが車線分離標を表す一方、線Ｈ及びＭは道路の縁石を表す。ラベルＥ、Ｆ、Ｇ、Ｎ及びＯは建物を表し、ラベルＡ、Ｂ、Ｃ及びＤは速度標識、停止標識及び道路名標識等の道路標識又は警告を表す。
【００３３】
更に図１に示すように、ラベル１０４が道路の北方向に移動する第１の車両（すなわち、自動車）を表す一方、ラベル１０６は南方向に移動する第２の車両（すなわち、別の自動車）を表す。図１は、各方向に２車線及びそれらの車線を移動する複数の自動車を含む一般的な一般道の一例を示す。
【００３４】
一実施形態によると、各車両はナビゲーションデバイスを含むことができ、ナビゲーションデバイスは、車両の（初期）絶対位置を判定するためにＧＰＳ受信機等の絶対位置判定デバイスを含む。ナビゲーションデバイスは、その推定位置を改善し、ＧＰＳユニットが衛星受信を瞬間的に失う場合でも位置の適切な推定を提供し続けるために、ＧＰＳデバイスと共に使用される慣性センサ又は推測航法センサを含んでもよい。各車両のナビゲーションデバイスは、地図データベース及びマップマッチングアルゴリズムを更に含むことができる。
【００３５】
今日のナビゲーションシステムにおいて共通に使用される地図データベースは、図１に示す全ての特徴に対する参照を含まない。その代わりに、最新の地図データベースは、センターラインを示す線Ｐとして図１において識別される道路を参照する単一の線オブジェクトを格納する。尚、これは非物理的な特徴であり、この中央をマークするために実際に描かれた線があってもなくてもよい。今日のナビゲーションシステムは、十分な精度及び地図詳細を有し、車載位置判定が車両の位置を適切な道路のセンターラインにマッチングさせることを可能にし、それによりセンターライン地図に関して適切な場所に車両を示すことができる。その後、システムは方向付け、ルーティング及び案内機能により運転者を支援できる。
【００３６】
しかし、この厳密さのレベルは、運転者がどの走行車線にいるかを運転者に通知するため（及びそれにより更に詳細な運転案内を与えるため）には、あるいは衝突の危険があることを運転者に警告するためには詳細さ及び精度の双方において不十分である。実際には、今日の地図作成システムにおいて、殆どの非幹線道路は、双方の方向に移動する車両に対して使用される単一のセンターラインを含んで地図上に描かれる。現在のマップマッチング技術を使用すると、車両は同一線に沿って移動しているように見え、従って、互いに関して見た場合、常に衝突の危険があるように見えることになる。あるいは、道路が各方向のセンターラインにより地図上に表されるデジタル地図の場合には、各方向に移動する自動車は道路区間の対の適切に方向付けられた要素にマッチングされ、互いに関して見た場合、自動車は、実際には状況が非常に異なる場合でも、衝突する位置にいるように見えることはない。
【００３７】
一実施形態によると、デジタル地図又は地図データベースは、車両の周囲の環境のオブジェクトに関する更なる情報を含むように構成される。同様に、車両は、より正確な位置を判定する際に支援するセンサを含む。ナビゲーションシステムは、デジタル地図及び車両のセンサからの情報を組み合わせ、道路上の車両の更に正確な位置を判定する。それらの機能の組合せにより、ナビゲーション及び衝突警告等の機能は更に有用なものなる。
【００３８】
それらの機能が図１に示す環境の例に適用される場合、一実施形態によると、各車両はナビゲーションシステムを含む。任意の絶対位置判定機器（ＧＰＳ等）に加えて、各車両は、カメラ、レーザスキャナ又はレーダ等の１つ以上の追加のセンサを更に含む。車両のナビゲーションシステムは、文字Ａ〜Ｏでラベル付けされたオブジェクト等の周囲のオブジェクトの少なくとも一部を含むデジタル地図又はデジタル地図データベースを更に含む。一実施形態によると、追加のセンサは、それらのオブジェクトの少なくとも一部の存在を検知でき、それらのオブジェクトに対する相対位置（距離及び方位）を測定できる。絶対情報と共にそのセンサ情報は、車両の正確な場所を判定するため及び必要に応じて支援運転又は衝突回避等の機能をサポートするために使用される。
【００３９】
自動（支援）運転及び衝突回避
自動／支援運転又は衝突回避のためのナビゲーションシステムの用途を示すために、以下に３つの例を提供する。本発明の実施形態は主に衝突回避に関して説明されるが、これは、ナビゲーションが適用される使用法の単なる一例であり、正確なルート案内、改善された位置判定及びより有用な又は限局化された地図情報へのアクセスを含む多くの他の応用例が存在することが明らかになるだろう。更に、衝突回避、ルート発見及び他の応用例に使用される場合、多くの例においては、車両又は運転者へのフィードバックは、衝突する等の警告であってもよく、他の例においては、フィードバックは、選択されたルートに従うため又は衝突を回避するために車両がハンドルを切る又はブレーキをかける等の手順をとるようにする命令であってもよいことが明らかになるだろう。
【００４０】
例１：互いのダイレクトセンサ範囲内の車両
この例において、各車両内のセンサは、他の車両を識別でき、その距離及び方位を推定できる。ナビゲーション又は衝突回避システムは、衝突の可能性があるように接近しているかを判断できる。この例において、デジタル地図はその状況に対する説明を与えるのに有用である（例えば、道路の曲がり角は、２つの車両が見かけ上衝突する経路にいる理由を説明し、両方の車両が反対方向にすぐにハンドルを切るべきであることを容易に説明する）が、デジタル地図は実際には必要とされない。このダイレクトセンサの場合、車両センサ自体はそれらの観察を行うために相対測定値を使用する。この例は、静止オブジェクトの検知に当てはまる。ここでも、静止オブジェクトを検知するためにデジタル地図は必要とされないが、道路の幾何学的配置に対する関係においてオブジェクトを識別し且つオブジェクトに関する追加の情報を取得するために地図中のオブジェクトとマップマッチングさせることは有用である。
【００４１】
センサの精度に依存して、例えば道路標識を識別し且つ車両の位置に対して数ｃｍの精度で相対位置を推定することは容易である（車両の位置は数ｍの推定絶対位置精度を有する可能性がある）。今日の地図作成精度で、同一の標識はデータベースにおいて約数ｍの絶対精度を有する位置により属性を与えられる。従って、マップマッチングの問題は、例えば車両の周囲１０ｍの探索半径内の適切な特徴によりデータベース中のオブジェクトを明確に識別するということになる。
【００４２】
例２：同一オブジェクトのセンサ範囲内の車両
この例において、各車両に搭載されたセンサは、他の車両を直接検出するのに十分な範囲又は感度を有さない場合がある。ダイレクトセンサ検出を妨害する丘等の障害物が存在する可能性がある。しかし、車両の各センサは、図１の標識Ａ等の共通オブジェクトを検出できる。上述の例と同様に、各車両は、車両に搭載された今日の絶対位置判定及び地図内の今日の絶対位置判定の双方の公称精度を使用して標識Ａとマッチングさせるために「オブジェクトに基づくマップマッチング」を使用できる。車両の推定位置を地図に含まれる道路のセンターラインとマッチングさせる今日のナビゲーションシステムの一部として上述した一般的な「マップマッチング」機能とは異なり、本発明の一実施形態によると、オブジェクトに基づくマップマッチングは、車両により検知された物理オブジェクトの推定位置及び特徴を地図中に表される１つ以上の物理オブジェクト及びそれらの特徴とマッチングし、同一オブジェクトに明確にマッチングさせる。各車両は、方向推定値と結合され、標識Ａに対するより正確な相対位置（数ｃｍ内）を算出できる。この情報は、恐らく速度等の他の情報と共に使用され、可能性のある衝突を推定するために十分な精度で軌道を算出する。車両間の通信手段を有するシステムにおいて、共通地図オブジェクトの識別、並びにその共通の地図オブジェクトから参照される相対位置及び方向の通信は、誤認警報の発生を十分に小さく抑えながら、可能性のある衝突の確実な検出を可能にするのに必要な精度を提供する。必要とされるのは、共通地図オブジェクト識別方式及び共通局所相対座標系である。
【００４３】
尚、上記例において、位置を判定するのに使用される共通オブジェクトは、オブジェクトに基づくマップマッチングの本発明の概念と共に今日の位置判定技術（すなわち、絶対測位）を使用することにより識別され且つマッチングされたが、実際の衝突警告は、相対位置参照のみを使用してセンサ測定値を使用して算出された。
【００４４】
更に、共通オブジェクトの識別は、一般的に提案されているような無線周波数ＩＤ（ＲＦＩＤ）タグ又は同様のタグをオブジェクトに取り付けることにより更に確実になる。各車両は、オブジェクトのＲＦＩＤタグを検知でき、共通オブジェクトを識別する際に含まれる誤差を最小限にするために更なる手段としてその識別子を使用できる。
【００４５】
例３：同一オブジェクトのセンサ範囲を超える車両
最も一般的な例において、２つの車両に搭載されたセンサは、他の車両又は共通オブジェクトを検出できないが、依然としてすぐ隣のオブジェクトを検出できるという場合がある。例えば、偶然２つの車両の間にあり且つ双方の車両に可視である図１の標識Ａ等の便利なオブジェクトがない可能性がある。その代わり、車両１０４は標識Ｂ及びＣのみを検出でき、車両１０６は標識Ｄのみを検出できるかもしれない。その場合であっても、車両１０４は、オブジェクトＢ及びＣからの相対センサ測定値に基づいて非常に正確な相対位置及び方向を取得できる。同様に、車両１０６は、オブジェクトＤの測定値及びその方向推定値から非常に正確な相対位置及び方向を取得できる。Ｂ及びＣ及びＤの全てが地図データベースに格納されるような互いに対する正確な相対位置を有するため、それらの正確な相対位置は、運転、ルート案内及び衝突回避を改善するために車両により使用可能である。車両が同一の標準相対座標系を使用する限り、それらの車両は、軌道及び可能性のある衝突を計算するために正確な位置、方向及び速度情報を互いに通信できる。
【００４６】
ナビゲーションシステム
一実施形態によると、本発明の重要な面は、標識Ｂ、Ｃ及びＤ等のデジタル地図中のオブジェクトが互いに対する正確な相対測定値を有することである。これは、それらのオブジェクトを共通相対座標系に正確に配置し（すなわち、共通システムからの相対座標をそれらのオブジェクトに与え）、システムが移動中に、そのような地図及びシステムを有する車両により後で検索するためにそれらの座標に関する情報をデジタル地図に格納することにより容易にされる。この例において、車両１０４がこの相対座標系において位置及び方向を正確に判定できる一方で、車両１０６も同様のことを行なえる。通信手段がナビゲーションシステムに含まれる場合、車両は、データを交換でき、衝突の可能性が存在するかを正確に判定できる。あるいは、データは計算するために集中又は分散型の車外（off-board）プロセッサに供給され、結果は車両に送出されるか、あるいは車両の制限速度等のインフラストラクチャ、あるいは警告灯又は制動灯を調整するために使用される。
【００４７】
図２は、本発明の一実施形態に従って、絶対座標及び相対座標を使用する車両ナビゲーションのためのシステムを示す図である。図２に示すように、システムは、自動車、トラック、バス又は任意の他の移動する車両等の車両に配置可能なナビゲーションシステム１３０を含む。別の実施形態は、船舶、航空機、ハンドヘルドナビゲーションデバイス、並びに他の活動及び用途において使用するように同様に設計可能である。ナビゲーションシステムは、複数のオブジェクト情報１３６を含むデジタル地図又は地図データベース１３４を含む。一実施形態によると、オブジェクトレコードの一部又は全ては、オブジェクトの絶対位置及び相対位置に関する情報（又はオブジェクトからの生センササンプル）を含む。デジタル地図の特徴及びオブジェクトの相対測位の用途については、以下に更に詳細に説明する。
【００４８】
ナビゲーションシステムは、測位センササブシステム１４０を更に含む。一実施形態によると、測位センササブシステムは、１つ以上の絶対測位論理部１４２及び相対測位論理部１４４の混合を含む。絶対測位論理部は、例えばＧＰＳ又はＧａｌｉｌｅｏ受信機を含む絶対測位センサ１４６からデータを取得する。このデータは、車両の絶対位置に関する初期推定値を取得するために使用可能である。相対測位論理部は、例えばレーダ、レーザ、光（可視）、ＲＦＩＤ又は無線センサ１５０を含む相対測位センサ１４８からデータを取得する。このデータは、オブジェクトと比較して車両の相対位置又は方位に関する推定値を取得するために使用可能である。オブジェクトは、システムに周知であってもよく（この場合、デジタル地図はそのオブジェクトに対するレコードを含む）、あるいは未知であってもよい（この場合、デジタル地図はレコードを含まない）。
【００４９】
ナビゲーションは、ナビゲーション論理部１６０を更に含む。一実施形態によると、ナビゲーション論理部は、図２に示すような複数の追加の構成要素を含む。一部の構成要素はオプションであり、他の構成要素は必要に応じて追加されてもよいことが明らかになるだろう。オブジェクトセレクタ１６２は、デジタル地図又は地図データベースから検索され且つ車両の相対位置を計算するために使用されるオブジェクトを選択又はマッチングするために含まれる。焦点生成器１６４は、初期絶対位置を略中心に置いた車両の周囲の探索領域又は範囲を判定するために含まれる。使用中、オブジェクトに基づくマップマッチングは、探索領域内の適切なオブジェクトを識別するために実行され、それらのオブジェクトに関する情報はデジタル地図から検索される。上述のように、通信論理部１６６は、直接又はある形態のサポートするインフラストラクチャを介して、１つの車両のナビゲーションシステムから別の車両のナビゲーションシステムに情報を通信するために含まれる。オブジェクトに基づくマップマッチング論理部１６８は、センサが検出したオブジェクト及びそれらの属性を道路標識及び他の周知の参照点等の周知の地図特徴（及びそれらの属性）にマッチングさせるために含まれる。従来、オブジェクトは、地図に格納される対応する生サンプルと直接マッチングされる生サンプルの集合であってもよい。
【００５０】
ナビゲーション論理部の中心は、車両位置判定論理部１７０である。一実施形態によると、車両位置判定論理部は、センサ及び他の構成要素の各々から入力を受信し、デジタル地図、他の車両及び他のオブジェクトに対する車両の正確な位置（及び要望に応じて方位）を計算する。
【００５１】
車両フィードバックインタフェース１７４は、車両の位置に関する情報を受信する。この情報は、運転者により使用されるか、あるいは車両により自動的に使用される。一実施形態によると、情報は、運転者フィードバック１８０に使用される（この場合、情報は運転者のナビゲーションディスプレイ１７８にも供給される）。この情報は、位置フィードバック、詳細なルート案内及び衝突警告を含むことができる。一実施形態によると、情報は、自動的な車両フィードバック１８２にも使用される。この情報は、ブレーキ制御及び自動車両衝突回避等の自動的な車両運転又は案内のいくつかの機能を含むことができる。
【００５２】
図３は、本発明の一実施形態に従って、絶対座標及び相対座標を含む地図情報のデジタル地図１３４又はデータベースを示す図である。図３は、使用可能なデジタル地図形式の種類の一例を示す。図３に示すデジタル地図は、説明の目的で単純化されている。追加のフィールドを含む地図及び地図形式に対する追加の変更は、本発明の主旨の範囲内で行なわれてもよいことが明らかになるだろう。デジタル地図の新しい特徴は、Tele Atlasにより提供されるような既存のデジタル地図及び地図データベースに取り入れられてもよく又は組み合わされてもよい。それらの例は、2006年8月21日に出願された同時係属中の米国特許出願第11/466,034（TELA-07743US2）の「SYSTEM AND METHOD FOR ASSOCIATING TEXT AND GRAPHICAL VIEWS OF MAP INFORMATION」、及び2005年11月10日に出願された同時係属中の米国特許出願第11/271,436号の「A METHOD AND SYSTEM FOR CREATING UNIVERSAL LOCATION REFERENCING OBJECTS」において説明されている。なお、これらの特許出願を引用することによってその内容をここに合体する。図３に示すように、デジタル地図又はデータベースは、地図上に表されてもよい実世界の複数のオブジェクトに対応する複数のオブジェクト情報を含む。上述の道路の描かれていないセンターライン等のいくつかのオブジェクトは、それらが物理的であるという点において現実ではない可能性があるが、それらのオブジェクトは依然としてデジタル地図のオブジェクトとして表される。図３では、オブジェクトＡ、Ｂ〜Ｎを含む３つのオブジェクトをそれらと関連付けられる情報と共に表す。一般的なデジタル地図は、各々が自身の一意のオブジェクト識別子を有する数百万のそのようなオブジェクトを含んでもよいことが明らかになるだろう。使用可能なオブジェクト識別子の例は、上述の特許出願の「A METHOD AND SYSTEM FOR CREATING UNIVERSAL LOCATION REFERENCINGOBJECTS」において説明されるULRO機能を含む。
【００５３】
一実施形態によると、複数のオブジェクト２００の一部（又は全て）は、絶対座標２０２及び／又は相対座標２０４の一方を含む。任意のデジタル地図において、地図オブジェクトの一部は、実際の物理的な場所を有していない可能性があり、別の（物理）オブジェクトと関連付けられることによりデジタル地図に単に格納される。更に地図は、多くの非ナビゲーション属性を含むことができる。相対位置機能に使用可能である周知の物理的な場所を実際に有する地図オブジェクトは、この説明にとって更に重要である。一実施形態によると、オブジェクトＡ等のそれらのオブジェクトは絶対座標及び相対座標の双方を有する。
【００５４】
絶対座標は、単純な緯度−経度等の任意の絶対座標系を含むことができ、オブジェクトの絶対位置を提供する。絶対座標は、例えばオブジェクトの属性又は他の特性を含む関連する追加の情報を有することができる。
【００５５】
相対座標は、デカルト座標（ｘ，ｙ，ｚ）又は極座標等の任意の相対座標系を含むことができ、オブジェクトの相対場所を提供する。相対座標は、例えばオブジェクトレコードと関連付けられる精度又はレコードが更新された最新日付を含む関連する追加の情報を更に有することができる。一実施形態によると、相対座標は、別のオブジェクト又は任意の原点に対するオブジェクトの正確な相対位置を更に含む。任意の原点に関して相対座標を表すのが便利である。これは、全ての相対位置が１つの座標集合の別の座標集合との差分をとることにより測定され且つその処理においてその任意の原点が取り消されるためである。一実施形態によると、特定のオブジェクトの相対座標は、複数の相対位置情報を示し、オブジェクトが複数の異なる種類のセンサ又は異なる相対座標系を使用してどのように見えるかを表せる。
【００５６】
デジタル地図の追加の各オブジェクトＮ２１０は、同一種類のデータをデジタル地図に格納できる。いくつかのオブジェクト（例えば、建物、重要でない標識）は、相対測位に関して同一の利益を有さず、絶対測位座標のみを含むようにしてもよく、その一方で、相対位置を使用可能にされる更に重要なオブジェクト（道路の曲がり角、重要な標識等）は絶対測位座標及び相対測位座標を含むべきである。いくつかの更に大きなオブジェクトは、オブジェクトの特定の面（例えば、建物の北西の端部）を記述する更なる情報を有してもよく、適切な厳密さ及び精度を提供する。
【００５７】
絶対測定値との同期
上述のように、システムの一実施形態は、ULRO等の共通オブジェクト識別子（ＩＤ）により、絶対座標系のオブジェクトの絶対位置又は座標と相対座標系の同一オブジェクトの相対場所又は座標との間の連結を提供する。このように、２つの座標系の間には密な数学的な連結は必要ない。実際には、相対座標が近傍のオブジェクトに対して非常に正確であるが、遠いオブジェクトに対して測定される時の無作為な誤差を累積するため、そのような連結はシステムの利益を低減する。その結果、ある点における相対位置を絶対位置に任意に等しくした場合、オブジェクト間の距離が長いところでは（例えば１０ｋｍを超えて離れる）、相対位置が絶対座標と比較して大きな誤差を有すると考えられるだろう。
【００５８】
実際的な使用において、更に精度を向上するために時間と共に絶対測定値及び相対測定値を同期させるように注意するが、これは、本発明を実施するために必要ではなく、実際に高い費用を追加する。同様に、絶対測定値は、相対的に近接して離間したグリッド内で高精度（すなわち、サブメートルレベルの精度）で行なわれ、全ての近傍のオブジェクトの相対位置と比較される。誤差最小化技術は、絶対グリッドに対して全ての点にラバーシーティングを行なうために使用される。これにより、座標の第２の（相対）集合がデータベースに含まれる必要性がなくなる一方、調査点を収集し、それらを処理する追加の費用が必要とされ、ラバーシーティングが全ての点を相対精度仕様にしないという点で領域内の点のグループが十分な整合性を有さない数え切れないほどの状況を解決する時間及び費用が必要とされる。
【００５９】
相対座標系
上述のように、オブジェクトの相対位置は、例えばデカルト座標又は極座標を含む複数の種々の方法でデータベースに格納可能である。相対座標は本質的に局所的な問題を解決するために提供されるため、ほぼどんな座標系でもその位置で動作できる。一実施形態によると、ステートプレーン（State planar）座標が非常に適する。絶対数が問題ではなく且つ特定の原点を選択することが重要ではないため、数字はある大きな数字を法として表される。これは、相対測定を行なう動作が座標の差を計算することを含み且つ原点が取り消されるためである。しかし、重要なのは、座標系の変更を示すシステムの能力である。例えば米国と異なるシステムがカナダで使用される（例えば、カナダが１０進法のメートルの距離を使用する一方、ＵＳは１０進法のフィートを使用し、各々は自身の原点(x,y)を有する）場合、特に米国／カナダの境界範囲における各オブジェクトに対して格納されるデータは、遷移が起きているという情報及び使用されるべき相対座標系を含む必要がある。これは、２つの異なる座標系から得られる測定値の差を計算する場合に、原点が取り消されず、尺度の違いが誤差を更に導入するためである。
【００６０】
一実施形態によると、他のフラグ又は指示は、可能性のある相対誤差を示すためにデータに取り入れられる。例えばデータは、道路を横断し且つ進むにつれてデータを収集するモバイルマッピングバンから収集される。各バンは特定の日に特定の地域を収集してもよい。別のバンは、異なる日及び時間に隣接する地域を収集してもよい。地図作成メーカは、地図のオブジェクトの相対座標の単一の集合が得られるようにそれらの２つの領域を重ね合わせるように注意すべきである。しかし、隙間がある場合、あるいは相対精度が維持されないことを他の理由が意味する場合、データベースレコードは、ある特定の点を通過したオブジェクトがその点の前のオブジェクトに対して正確でないこと及びナビゲーションデバイスが相対的に正確であると印をつけられたオブジェクトを見つけると相対座標系を再設定するべきであることを示すフラグ又は指示を含めることができる。
【００６１】
尚、そのような隙間は、本質的に指向性であってもよく又は道路別のものであってもよい。例えば、単一の相対システムは幹線道路に対して開発されてもよいが、異なるシステムはその幹線道路の周囲の一般道に対して開発されてもよい。
【００６２】
相対ナビゲーション方法
図４は、本発明の一実施形態に従って、絶対座標及び相対座標を使用してナビゲートする方法を示すフローチャートである。図４に示すように、第１のステップ２３０において、車両ナビゲーションシステムは、ＧＰＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ又は同様の絶対測位受信機又はシステムを使用して車両の（初期）絶対位置を判定する。この初期ステップは、ＩＮＳ又はＤＲセンサからの情報を組み合わせること又は使用することをオプションとして更に含んでもよい。次のステップ２３２において、システムは、車載車両センサを使用して周囲のオブジェクトの場所及びそれに対する方位を見つける。ステップ２３４において、システムは、車両の現在の絶対位置の知識を使用して、車両及び地図の絶対精度の推定値に基づいて適切な探索領域内にあるデジタル地図（又は地図データベース）のオブジェクトにアクセスする。いくつかの実施形態によると、探索領域は、車両の推定された現在の位置を中心に置かれる。他の実施形態によると、探索領域は、１つのオブジェクトの実際の位置又は推定位置を中心に置かれる。他の実施形態は、例えばセンサからの推定予測位置読み取り値に探索領域を基づかせることを含む探索領域を中心に置く別の手段を使用できる。検知されたオブジェクトの相対位置を使用して（オプションとして、サイズ、高さ、色、形状、分類等の測定した１つ以上の特徴と共に）、ステップ２３６及び２３８において、システムは、オブジェクトに基づくマップマッチング（「オブジェクトマッチング」）を使用して、検知した情報を探索領域のオブジェクトとマッチングし、検知したオブジェクトを一意に識別し且つ相対オブジェクト情報を抽出する。ステップ２４０において、関連するオブジェクト情報及びそれらのオブジェクトの相対位置は（オプションの方向情報と共に）、車両ナビゲーションシステムが相対座標空間又は相対座標系内の車両の正確な相対位置を計算することを可能にする。ステップ２４２において、この正確な位置は、システムにより使用され、近傍のオブジェクトに対して更に正確な位置に車両を配置し、あるいは位置に関する必要なフィードバックを運転者又は車両自体に提供する。これは、支援案内、衝突回避警告又は他の支援を必要に応じて提供することを含む。
【００６３】
いくつかの実施形態によると、絶対位置情報及び相対位置情報は、車両の正確な絶対位置を計算するために組み合わされる。この正確な位置は、再びシステムにより使用され、相対座標系内の更に正確な位置に車両を配置し、衝突回避警告、案内又は他の支援を含む位置に関するフィードバックを運転者又は車両自体に提供する。より正確な絶対位置は、次のオブジェクトに基づくマップマッチングに対する探索領域のサイズを減少するために更に使用可能である。
【００６４】
図５は、本発明の一実施形態に従って、絶対座標及び相対座標を使用してナビゲートする別の方法を示すフローチャートである。図５に示すように、第１のステップ２６０においても、車両ナビゲーションシステムは、ＧＰＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、あるいは同様の絶対測位受信機又はシステムを使用して車両の（初期）絶対位置を判定する。ステップ２６２において、システムは焦点生成器を使用して、その初期位置の周囲の探索領域を判定する。上記例と同様に、特定の実現例に依存して、探索領域は車両の推定された現在の位置、あるいは１つのオブジェクトの実際の位置又は推定位置を中心に置かれるか、あるいは別の手段を使用して中心に置かれる。次のステップ２６４において、システムは、デジタル地図（又は地図データベース）を使用して、探索領域のそれらのオブジェクトに対するオブジェクト情報を抽出する。ステップ２６６において、システムは、車載車両センサを使用してそれらのオブジェクトの場所及びそれらに対する方位を見つける。検知されたオブジェクトの相対位置を使用して（オプションとして、例えばサイズ、高さ、色、形状、分類等の１つ以上の測定された特徴と共に）、システムは、ステップ２６８において、オブジェクトに基づくマップマッチングを使用して、検知された情報を探索領域のオブジェクトとマッチングする。ステップ２７０において、関連するオブジェクト情報及びそれらのオブジェクトの相対位置は、車両ナビゲーションシステムが相対座標空間又は相対座標系内で車両の正確な相対位置を計算できるようにする。上記技術と同様に、この正確な位置は、ステップ２７２においてシステムにより使用され、相対座標系内のより正確な位置に車両を配置するか、あるいは位置に関する必要なフィードバックを運転者又は車両自体に提供する。これは、必要に応じて衝突回避支援を提供することを含む。
【００６５】
一実施形態によると、システムは、いくつかのオブジェクトが絶対位置情報を格納することに頼らずに相対測位を使用して属性を与えられることを可能にする。この方法を使用すると、第１のオブジェクトは、任意の格納された絶対位置情報が欠如しており、第２のオブジェクトは絶対位置情報を有する。システムは、第２のオブジェクトに対して測定される第１のオブジェクトの位置を算出する（あるいは、第３、第４等のオブジェクトへの一連の相対ホップを使用して）。第２のオブジェクトは、第１のオブジェクトにより明示的に指し示される必要があるか、あるいは第１のオブジェクトの周囲のオブジェクトのネットワークの一部として見つけられる必要がある。相対位置情報は、第１のオブジェクトの絶対位置の推定値を提供するために使用可能である。
【００６６】
例えば、道路のセンターラインは絶対座標により属性を与えられる。道路の各車線は、センターラインに対する相対オフセット座標により属性を与えられる。多くの例において、相対位置が絶対位置より厳密に測定されるため、この技術は、測定されるオブジェクトから絶対測定値を有するオブジェクトまでの距離（又は相対ホップ数）が遠すぎない限り、オブジェクトの絶対位置の適度に正確な推定値を提供できる。遠すぎる場合、全体の精度は低下する。この技術の利点は、必要とするデータ記憶が非常に少ないが、その一方で正確な絶対オブジェクト位置情報を依然として提供できることである。
【００６７】
相対測位を含む運転環境
図６は、本発明の一実施形態に従って、車両ナビゲーションシステム及び方法を使用する環境を更に詳細に示す図である。図６は、自動車、車線、道路標識、オブジェクト及び建物と共に図１に先に示した道路の場面を示す。ここでも、ラベルＩ、Ｊ、Ｋ及びＬは個々の描かれた線及び道路上で見つけられる他のオブジェクトを識別する。Ｐでラベル付けされた実線は、道路の単一のセンターライン表現を表す。線Ｊ及びＫは、道路の中央で見つけられる一般的な黄色の二重標示又は線を表す。線Ｉ及びＬが車線分離標を表す一方、線Ｈ及びＭは道路の縁石を表す。ラベルＥ、Ｆ、Ｇ、Ｎ及びＯは建物を表し、ラベルＡ、Ｂ、Ｃ及びＤは速度標識、停止標識及び道路名標識等の道路標識又は警告を表す。
【００６８】
図６に示すように、第１の車両（すなわち、自動車）を表すラベル１０４は本発明の一実施形態に係る車両ナビゲーションシステムを組み込む。車両が移動すると、ナビゲーションシステムは、例えばＧＰＳを使用して車両の絶対位置２９４を判定する。車両のセンサは、例えば道路標識Ｂ及びＣである１つ以上のオブジェクトに対する距離及び方位を判定する（３００、３０２）。地図の推定された精度及び現在の絶対位置の判定により規定される探索領域の全てのオブジェクトに対する情報が検索される。例えば、探索領域がオブジェクトＡ〜Ｏの全てを含む場合、オブジェクトに基づくマップマッチングは、全てのオブジェクトのうちＢ及びＣの検知された特徴及びそれらの２つのオブジェクト間の相対距離及び方位によりそれらのオブジェクトを一意に識別できる。オブジェクトＢ及びＣのみが高い確率でそのマッチングを示すため、それらのオブジェクトの各々に対する詳細な情報はデジタル地図から検索される。組み合わされた情報は、車両のナビゲーションシステムにより使用され、道路、道路の設置物（縁石、標識等）及びオプションとして他の車両（これらの車両のナビゲーションシステムが通信手段を含む場合）に関する車両の正確な位置を判定する。正確な位置情報は、車両ナビゲーション、案内、並びに衝突警告及び回避を改善するために使用可能である。
【００６９】
図７は、本発明の一実施形態に従って、絶対座標及び相対座標を使用してナビゲートする方法を示す別のフローチャートである。図７は、車両の正確な絶対位置を計算するために絶対位置情報及び相対位置情報を組み合わせる方法を更に示す。この正確な位置は、相対座標系内のより正確な位置に車両を配置するために再びシステムにより使用可能である。より正確な絶対位置は、次のオブジェクトに基づくマップマッチングに対する探索領域サイズを減少するために更に使用可能である。図７に示すように、第１のステップ３０８において、システムは測位センサを使用して位置判定を行なう（一般的には、絶対座標に関して）。ステップ３１０において、車両は、オブジェクト検出センサを使用して「見える」オブジェクトの相対位置の検出、特徴付け及び測定を行なう。次のステップ３１２において、システムは、地図−オブジェクトマッチングアルゴリズムを使用して、算出されたオブジェクトの場所の推定絶対座標（あるいは、相対的に近傍にある位置において地図データベースの相対座標と同期されている場合は相対座標）を中心に置かれる探索領域又は範囲で地図データベースのオブジェクトを調査する。一実施形態によると、探索範囲のサイズは、車両の位置判定及び地図オブジェクトの絶対座標の総合誤差推定値（あるいは、車両の相対位置判定及び地図オブジェクトの相対座標の総合誤差推定値）にほぼ比例する。この技術を使用すると、相対精度は、オブジェクトに近接するほど正確になり、オブジェクトから遠ざかるほど正確でなくなる。例えば、車両が最後にオブジェクトと同期されたのが５０マイル前である場合、車両の位置を確認するために相対位置を使用することは十分でない可能性が高い。しかし、通常の運転状況下では、運転者は相対的にオブジェクトの豊富な環境で運転し、車両はほぼ連続して又は数ｍ毎にオブジェクトを「見る」。この環境において、それらの条件下で、相対位置は非常に正確になり、絶対精度より正確になる可能性がある。
【００７０】
ステップ３１４において、センサ及び地図データベースからの他の特徴付ける情報を含んでマッチングアルゴリズムを使用すると、システムは「見える」オブジェクトを一意に識別できる。ステップ３１６において、地図データベースからのオブジェクトの相対測定値及び必要に応じてナビゲーションシステム自体のＤＲ又はＩＮＳ方向推定値を使用すると、車両は自身の正確な相対座標を判定できる。例えば、１つのみのオブジェクトがマッチングされ、車両がオブジェクトまでの距離の測定値及び相対方位を有する場合、ナビゲーションシステムは、円である点の軌跡に沿う自身の場所をその円の中心のオブジェクト及び測定された距離に等しい半径により規定できる。理論上、車両は、その半径に沿って移動でき、その一方でオブジェクトに対して同一の方位を保持する。従って、距離及び方位のみで、車両の位置を正確に特定する軌跡に沿う正確な点を一意に判定できない。このような状況において、車両の推定方向は、相対測定値と組み合わせて使用可能である。車両がその方向を有する点の軌跡上に点が１つのみ存在するため、一意の点が判定される。一般に、方向推定値は最も正確な値ではないため、この技術は、相対位置のある特定の量の不正確さを追加する。これに対処するために、２つ以上のオブジェクトが同時に又は連続的に検知される（すなわち、相対方向を向く車両が多くの誤差を累積していない距離内）。円（点の軌跡）は、２つの点のうち物理的に正確な点を判定するために使用される２つのオブジェクトに対する方位及び適切な半径で双方のオブジェクトから描かれる。従って、より正確な相対位置が車両に対して計算される。
【００７１】
上記計算は、本発明の種々の実施形態により使用される単一又は複数のオブジェクトを使用する相対計算の種類の単なる一例であり、他の計算及びデータの組合せが本発明の主旨の範囲内で使用され、センサ測定値から車両の位置を判定することを助長してもよいことが明らかとなるだろう。
【００７２】
一実施形態によると、車両は、ステップ３２２において、自身の相対座標を使用して領域の他の車両と通信するか、あるいは更に正確な案内指示を算出するか又はオブジェクト情報を利用できる。先行するステップの結果は、必要に応じて繰り返され（ステップ３２０により示される）、位置推定値を向上し且つセンサにより検出される後続のオブジェクトに対して連続して繰り返され、それによりこの処理に基づいて改善された精度に比例して探索範囲を減少する。ステップ３２４において、車両は、センサにより検出されるオブジェクト間の間隔で、自身の内部位置更新処理を使用して車両の位置及び方向を更新し且つそれに従って位置精度の推定値を更新する。車両がそのような更新を行なわずに非常に遠くに移動する場合、その相対精度は低下し、シーケンス全体を再び開始するためには再び絶対測位に依存する必要がある。
【００７３】
別の実施形態において、追加の高精度な絶対位置測定は領域にわたり行なわれる。オブジェクトの相対位置は、上述のように収集可能である。その後、処理は、当業者には周知の誤差最小化方式に従って全ての点に「ラバーシーティング」を行なうために実行され、精度仕様内にないそれらの点は調査され、処理は必要に応じて反復される。これにより、座標の２つの集合（一方は絶対座標であり、他方は相対座標である）を搬送する必要性はなくなるが、余分な作業及び余分なコストが追加される。
【００７４】
オブジェクトに基づくマップマッチング
本発明の実施形態に関して説明されるマップマッチングの種類は、従来のマップマッチング技術とは本質的に異なり且つ従来のマップマッチング技術より正確である。推測航法と共に使用されるような従来のマップマッチングの場合、車両に搭載されたセンサは、車両の位置及び方向のみを推定し、道路又は道路に沿う物理オブジェクト等の任意のオブジェクトの存在又は位置のダイレクトセンサ測定値を有さない。更に、従来のマップマッチングを使用すると、地図は、道路の「中央」の理論上の概念のみを含む単純化された道路の表現であるため、マップマッチングは推論に基づいて実行される。すなわち、アルゴリズムは、自動車が道路上にいる可能性が高く且つ道路のセンターライン上にいるものとして近似されることを推論する。これに対して、本発明と共に使用されるオブジェクトに基づくマップマッチングにおいて、センサは、１つ以上のオブジェクトの存在及び可能性として追加の識別する特徴（標識の色又はサイズ又は形状又は高さ等、あるいはオブジェクトと関連付けられるＲＦＩＤに関する情報を受信する）を検出し、更にその位置を測定し且つその情報を使用して地図データベース中の同様の特徴及び場所のオブジェクトにマッチングさせる。更に、車両を２次元道路にマッチングさせ且つそれにより１自由度で精度を向上するのに十分な情報のみを有する従来のマップマッチングとは異なり、本発明のマップマッチングは、点オブジェクトと共に使用され、従って２自由度で精度を向上する能力を有する。本発明のセンサにより検出されたオブジェクトのマッチングは、先の形式のマップマッチングより正確で頑強である。
【００７５】
本発明の実施形態が誤差を最小限にするのを助長するためにマップマッチング技術を利用しても、任意のマップマッチング技術と同様に誤差の危険性は依然として存在する。すなわち、データベース中の誤ったオブジェクトにマッチングする可能性がある。センサが１つ以上の道路標識を検知する場合、多くの道路標識のある領域において、オブジェクトに基づくマップマッチングアルゴリズムが誤った標識にマッチングさせ、そのために車両の推定相対位置に誤差を導入する可能性がある。しかし、本発明の実施形態は、その危険性を更に低減するために追加の機能及び技術を含むことができる。
【００７６】
第１に、誤差の危険性は、上記のように、センサが実際のオブジェクトを検知しており且つ従ってオブジェクトに基づくマッチングが単にオブジェクトの存在を推論する必要がないということにより非常に低減される。第２に、上述のように、オブジェクトは区別する特徴を有する。第３に、地図メーカは、状況の曖昧さを除くために複数オブジェクトマップマッチング又はオブジェクトに基づく高速順次マップマッチングが使用されるように、種々の特徴を有する一般に高密度なオブジェクトを収集できる（例えば、標識であると観察される２つの標識を検出し、３．４３ｍ離れていると正確に測定されることにより、マッチング処理は単に単一オブジェクトをマッチングしようとする場合よりも頑強になる）。また、任意の単一の誤差の潜在的な影響を制限するために、検出及びマッチングされた多くのオブジェクトに基づくナビゲーション分野において一般的に周知のフィルタリング手段が使用されることが更に推奨される。本発明の第５の非常に有用な面は、初期オブジェクトマッチングがナビゲーションデバイスの絶対位置情報を使用して実行されると、デバイスが位置の相対推定値を算出し、それを使用して探索領域の中心を改善し且つ探索領域のサイズを更に制限することである。その点から前方へ、マップマッチングは相対精度に基づいて行なわれ、探索領域は非常に減少する。それにより、エラーマッチングの確率を減少して小さくする。尚、オブジェクトに基づくマッチングがシステムＩＮＳ又はＤＲセンサを使用する際に必然的に起こる誤差の累積を削除し続ける限り、この順次処理は依然として適切なものである。
【００７７】
センサ収集及び精度
本発明の実施形態は、所定の精度でオブジェクトの絶対位置を測定するより同一の精度で相対位置を測定する方が安価であり且つ車両がそれらの高い相対精度のアプリケーションにおいて必要とされる、より低い精度で絶対位置を測定することのみを必要とする方が安価であるため、実現するのに現実的である。車両への追加のセンサの追加は、最小限のコストのみを追加する。そのようなセンサは、自動車業界により既に提案され、ナビゲーション及びオブジェクトに関する追加の有用な情報を運転者に与える。更にそのようなセンサは、絶対車両測定値の精度を確実に向上するのに必要とされる追加のハードウェアより依然として安価である。上述のように、慣性ナビゲーションユニットは、１００ｍにわたり２０ｃｍの精度で利用可能である。モバイルマッピングプラットフォームは、車両が道路を走ると、カメラ、レーザスキャナ及びレーダデータを収集できる。データは、車載ＧＰＳ／ＩＮＳシステムからの位置及び方向データの収集と同期して収集される。その例は、２００６年１１月１１日に出願された同時係属中のＰＣＴ出願第PCT2006/000552号の「ARRANGEMENT FOR AND METHOD OF TWO DIMENSIONAL AND THREE DIMENSIONAL PRECISION LOCATION AND ORIENTATION DETERMINATION」、2006年11月3日に出願された同時係属中のＰＣＴ出願第PCT/NL2006/050264号の「METHOD AND APPARATUS FOR DETECTION AND POSITION DETERMINATION OFPLANAR OBJECTS IN IMAGES」及び2006年10月30日に出願された同時係属中のＰＣＴ出願第PCT/NL2006/050269号の「METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING OBJECTS FROM TERRESTRIAL BASED MOBILE MAPPING DATA」において説明されている。なお、これらの出願を引用することによってその内容をここに合体する。多くの例において、２つのオブジェクトが同一画像中に存在してもよく、それらの相対位置は厳密に判定される。他の例において、次のオブジェクトは道路を更に数ｍ進んだところにあってもよく、ＩＮＳシステムはその距離にわたる数ｍｍの誤差のみを累積する。現在のオブジェクト検出／抽出アルゴリズムは、カメラ等のセンサにより検知されたオブジェクトを効率的に検出及び測定できる。更に空中写真及び衛星写真は、同一レベルの精度で絶対測定値を形成する必要なくオブジェクトの相対位置を測定するために使用可能である。
【００７８】
正確な車線測位を含む運転環境
図８〜図１０は、本発明の一実施形態に従って、車線測位を識別するために車両ナビゲーションを使用できる環境を示す図である。
【００７９】
図８に示すように、自動車３３０は北方向に移動しており、交差点３３２に接近している。図８に示すように、車両は交差点に接近しており、車両のナビゲーションシステムは交差点で左折することを提案する目的地への経路（不図示）を計算している。
【００８０】
従来のナビゲーションシステム又は正確な位置判定のために絶対及び相対位置検知を利用しないナビゲーションシステムにおいて、地図は交差点の中央で接続される各区間に対して単一のセンターラインのみを示す可能性が高い。従って、図９に示すように、車両に提供される案内は、２つの道路間の交差点で９０度曲がる単一の強調表示された経路３４０である。
【００８１】
図１０に示される本発明の一実施形態によると、システム（及び従ってデジタル地図）は、非常に詳細な車線情報を「認知している」。図１０に示す例において、自動車はレーダセンサ等のセンサを備える。レーダセンサは、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ及びＧでラベル付けされた信号柱及び交通標識及び案内標識等の近接する種々のオブジェクトの一部に対する距離及び方向を検出（３４２、３４４）及び測定できる。従って、ナビゲーション／案内及び安全システムにおける地図は、それらのオブジェクトに関する情報を含む。デジタル地図は、存在する場合にはＲＦＩＤタグ情報、精度制限、並びにオブジェクトの種類及び分類等の他の情報と共にオブジェクトの絶対位置及び相対位置を含むことができる。自動車は、絶対位置推定値３３６、並びにそれらのオブジェクトに対する相対距離及び方向（並びに、可能性としてオブジェクトの先の観察から算出される相対位置に関する先の情報）を使用して、見えるオブジェクトのグループに対してオブジェクトに基づくマップマッチングが行なわれる。ナビゲーションシステムは、そのマッチング及び相対測定値に基づいて、地図に含まれるオブジェクトに対する位置を正確に算出できる。
【００８２】
車載ナビゲーションシステムが地図により規定される相対座標空間において自身の位置を算出すると、そのシステムは、レーダセンサが検出できなかった地図に含まれる他のオブジェクトに対する自身の位置を算出できる。従って、例えばナビゲーションシステムは、自動車がいる車線を算出でき且つ左折車線が開始する道路上の点に到達する時期を正確に算出できる。その後、システムは左折車線に入れることを運転者に通知できる（恐らく、左折車線が塞がれていないことをレーダ測定値によりまず確認する）。更に一般的な設定において、システムは現在の車線から出るかを運転者に通知できる。車両が移動すると、ナビゲーションシステムは、更新された絶対位置及び更新された相対位置３５０の双方を算出する。一実施形態によると、ナビゲーションシステムは、レーダ測定値を更新することによって位置を再度算出することによりこれを行なえるか、あるいは推測航法、絶対センサに対する更新データ、あるいは相対測定値３５２、３５４、３５６を最も向上させるための上記一部の組合せ又は上記全ての組合せを使用することにより行なえる。ナビゲーションシステムは、横断歩道Ｘに接近するにつれて、地図の相対測定値及び更新された相対位置に基づいてどの程度近接するかを正確に判定できる。自動車が減速している場合、ナビゲーションシステムは、例えば自動車が停止する必要があることを検知でき、横断歩道の直前で正確に停止するように運転者を支援できる。そのようなシステムは、特に信号機のタイミングに関する道路インフラストラクチャからの追加情報により、燃料効率及び赤信号での快適な停止に関して運転者を支援するために更に離れた場所においても使用可能である。システムは、交差点を通過して適切な西方向の車線に入るように自動車を運転する方法に関して運転者に通知し続けられる。
【００８３】
自動運転制御に対して考慮に入れるべき他の安全上の問題点が多く存在する一方、本発明のような相対システムの精度は、位置精度及びその支援運転における用途の問題に対処することを助長できる。
【００８４】
追加の応用例−方向転換のサポート
本発明は、衝突警告及び回避に関して主に説明された。しかし、これは、この組み合わされた絶対及び相対ナビゲーションシステムの多くの応用例のうちの１つにすぎない。例えば、道路の交差点の場所が最後に識別された標識からの距離として正確に判定されるため、更に正確な方向転換指示が与えられる。別の例として、車両の正確な場所が横方向に（車線に対して）判定され、次の方向転換のために、あるいは交通又は道路工事のために、どの車線にいるべきかを案内する。本明細書において説明されるナビゲーションシステムは、種々の自動及び支援運転、車両の案内、衝突回避、並びに他の警告システム及び運転支援デバイスにおいて使用されてもよいことが明らかになるだろう。
【００８５】
追加の応用例−２Ｄ及び３Ｄへの拡張
上記例は、標識等の点オブジェクトを主に使用して提示された。他の重要なオブジェクトが存在し、それらは容易に検出可能である。それらのオブジェクトは、最終的に更に高度な地図データベースの一部により構成される。例えば、車線部分はいくつかのセンサ（例えば、カメラ及びレーザスキャナ）により検出可能である。従って、その車線オブジェクトに対する正確な位置は、車線維持に関連する非常に重要な大きさで算出される。そのような情報は本質的に部分的である。例えば車線部分が左のバンパーから１０ｃｍであることを認識することにより、１つの座標を正確に判定できるが、第２の（道路に沿う）座標に関しては殆ど通知できない。検出される車線に関する曖昧さを回避するように注意する必要がある。２次元（２Ｄ）オブジェクトから得られるそのような情報を臨時用の１次元（１Ｄ）オブジェクトから得られる情報と組み合わせるアルゴリズム及び自身のナビゲーションシステムは、正確な相対測位を維持できる。そのような２Ｄオブジェクトに属性を与える相対座標情報は、相対位置ｘ，ｙではなく、相対的なｘ，ｙ座標空間における線形特性を定義する方程式である。同様の考えは、建物等の３次元（３Ｄ）オブジェクトにも当てはまる。この場合、建物の端部等の更に特定のオブジェクト又は特徴を識別するように更に注意すべきである。
【００８６】
更なる応用例−連続処理
本発明が多くの方法で実現可能である一方で、いくつかの実施形態において、システムは、連続的に使用されることを意図する。本実施形態によると、ナビゲーションシステムは、第１のオブジェクトを検出し、オブジェクトの相対位置属性、並びに車両のオブジェクトセンサ／相対測定デバイス及びその推定方向に基づいて相対位置を算出してもよい。ナビゲーションシステムは、車載機器及び地図及びオブジェクトの密度が許す限り迅速に同一の方法で第２のオブジェクトを測定できる。更に連続相対測定値は戻され、車両の絶対位置及び方向の現在の推定値を改善できる。
【００８７】
コンピュータ分野の技術者には明らかになるように、本発明は、従来、本開示の教示に従ってプログラムされる従来の汎用又は専用のデジタルコンピュータ又はマイクロプロセッサを使用して実現されてもよい。ソフトウェア分野の技術者には明らかになるように、適切なソフトウェアコーディングは、本開示の教示に基づいて熟練したプログラマにより容易に準備される。ナビゲーションシステムと共に使用するのに適切なセンサの選択及びプログラミングは、当業者により容易に準備される。当業者には容易に明らかになるように、本発明は、特定用途向け集積回路、センサ及び電子機器を準備することにより、あるいは従来の適切な要素回路網を相互接続することにより実現されてもよい。
【００８８】
いくつかの実施形態において、本発明は、本発明の任意の処理を実行するようにコンピュータをプログラムするために使用される命令を格納した記憶媒体であるコンピュータプログラム製品を含む。記憶媒体は、フロッピー(登録商標）ディスク、光ディスク、ＤＶＤ、ＣＤＲＯＭ、マイクロドライブ及び光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＤＲＡＭ、ＶＲＡＭ、フラッシュメモリ素子、磁気又は光カード、ナノシステム（分子メモリＩＣを含む）、あるいは命令及び／又はデータを格納するのに適切な任意の種類の媒体又はデバイスを含むがそれらに限定されない。本発明は、任意の１つのコンピュータ可読媒体に格納され、汎用／専用コンピュータ又はマイクロプロセッサのハードウェアを制御し且つコンピュータ又はマイクロプロセッサが本発明の結果を利用してユーザ又は他の機構と対話することを可能にするソフトウェアを含む。そのようなソフトウェアは、デバイスドライバ、オペレーティングシステム及びユーザアプリケーションを含んでもよいがそれらに限定されない。最終的に、そのようなコンピュータ可読媒体は上述のように本発明を実行するソフトウェアを更に含む。
【００８９】
本発明の上記説明は、例示及び説明の目的で提供された。上記説明は、完全なものであり且つ本発明を開示した厳密な形態に限定することを意図しない。当業者には、多くの変更及び変形が明らかとなるだろう。特に、本発明が衝突警告／回避に関して主に説明されたが、それは組み合わされた絶対及び相対ナビゲーションシステムの多くの応用例のうちの１つにすぎない。例えば、道路の交差点及び横断歩道の場所は、識別された標識からのある距離として正確に判定されるため、更に正確な方向転換指示が与えられるか又は横断歩道の警告が与えられる。あるいは、道路に対して横方向（車線に対して）の車両の場所が正確に判定され、恐らくは次の方向転換のため又は交通のためにどの車線にいるべきかを案内する。車両の運転者が初期絶対車両位置を手動規定することを可能にすることにより、あるいは検知したＲＦＩＤタグに対応する初期絶対車両位置を自動的に判定するために可能性として他の測定値と組み合わせてそのＲＦＩＤタグの場所を使用することにより、種々の実施形態は種々の形態の絶対位置検知を使用できる。他の実施形態は、位置判定に対して全体的に更に正確なシステムを提供するために、本明細書で説明する技術を利用できるか又はそれらの技術を最初に説明したようなマップマッチング技術と組み合わせることができる。実施形態は、本発明の原理及びその実際的な応用例を最もよく説明するために選択及び説明された。それにより、当業者は考えられる特定の用途に適する種々の変形例と共に種々の実施形態に対して本発明を理解できるだろう。本発明の範囲は、添付の請求の範囲及びそれらの等価物により規定されることが意図される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶対座標及び相対座標を使用する車両ナビゲーションのシステムであって、
複数のオブジェクトの絶対地理的場所及び相対空間場所を含む前記オブジェクトの情報を含む地図データベースと、
車両の初期絶対地理的位置を判定するために前記システムにより使用される絶対位置センサと、
前記地図データベース中の対応するオブジェクトとして参照される、前記車両の近傍の物理オブジェクトの存在及び相対方位を判定できる１つ以上のセンサと、
前記車両の絶対地理的位置を使用して前記地図データベース中の前記複数のオブジェクトのうち選択されるべきオブジェクトを判定し、前記車両に対する前記物理オブジェクトの前記相対方位と共に前記選択したオブジェクトの空間座標を使用して車両ナビゲーションにおいて使用される正確な車両位置を判定するナビゲーション論理部とを備えるシステム。
【請求項２】
前記判定した位置、並びに前記オブジェクトに対する距離及び方位により検知したオブジェクトの位置を判定し、前記オブジェクトの検知した特性と共に前記判定した位置を使用して前記地図データベースを探索し、前記検知したオブジェクトを前記地図データベース中の前記適切なオブジェクトにマッチングさせるオブジェクトマッチングアルゴリズムを更に備える請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記システムは、前記車両により使用するために前記データベース中の前記マッチングしたオブジェクトに関する情報を抽出できる請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記システムは、車載センサが検出できなかった前記地図データベース中のオブジェクトに関する情報を抽出し、前記オブジェクトに関する情報を前記車両に提供する請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記システムは、前記車両の正確な相対場所及び方向を算出するために、前記オブジェクトに対する既知となった距離及び方位、並びに前記車両の推定方向に基づいて前記オブジェクトの座標の集合を抽出する請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記システムは、衝突警告／回避及びルート案内アプリケーションへの入力として前記正確な位置を使用する請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記システムは、他の車両から相対位置及び方向推定値を取得して可能性のある衝突を算出するために他の車両と通信できる請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記通信及び前記算出は、中央サーバ又は一連の車外分散サーバにより車外で行われる請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記物理オブジェクトは、ＲＦＩＤ又は他の識別子を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記物理オブジェクトは、任意の道路標識及び道路標示を含む請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
絶対座標及び相対座標を使用する車両ナビゲーションの方法であって、
複数のオブジェクトについて絶対地理的場所及び相対空間場所の情報を含む地図データベースにアクセスするステップと、
絶対位置センサを使用して前記車両の初期絶対地理的位置を判定するステップと、
１つ以上のセンサを使用して、前記地図データベース中の対応するオブジェクトとして参照される、前記車両の近傍の物理オブジェクトの存在及び相対方位を判定するステップと、
前記車両の絶対地理的位置を使用して前記地図データベース中の前記複数のオブジェクトのうち選択されるべきオブジェクトを判定し、前記車両に対する前記物理オブジェクトの前記相対方位と共に前記選択したオブジェクトの空間座標を使用して車両ナビゲーションにおいて使用する正確な車両位置を判定するステップとを有する方法。
【請求項１２】
前記判定した位置、並びに前記オブジェクトに対する距離及び方位により検知したオブジェクトの位置を判定し、前記オブジェクトの検知した特性と共に前記判定した位置を使用して前記地図データベースを探索し、前記検知したオブジェクトを前記地図データベース中の前記適切なオブジェクトにマッチングさせるオブジェクトマッチングアルゴリズムを更に有する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記システムは、前記車両により使用するために前記データベース中の前記マッチングしたオブジェクトに関する情報を抽出できる請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記システムは、車載センサが検出できなかった前記地図データベース中のオブジェクトに関する情報を抽出し、前記オブジェクトに関する情報を前記車両に提供する請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記システムは、前記車両の正確な相対場所及び方向を算出するために、前記オブジェクトに対する既知となった距離及び方位、並びに前記車両の推定方向に基づいて前記オブジェクトの座標の集合を抽出する請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記システムは、衝突警告／回避及びルート案内アプリケーションへの入力として前記正確な位置を使用する請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記システムは、他の車両から前記相対位置及び方向推定値を取得して可能性のある衝突を算出するために他の車両と通信できる請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記通信及び前記算出は、中央サーバ又は一連の車外分散サーバにより車外で行われる請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記物理オブジェクトは、ＲＦＩＤ又は他の識別子を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記物理オブジェクトは、任意の道路標識及び道路標示を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
絶対座標及び相対座標を使用する車両ナビゲーションにおいて使用する地図データベースであって、
道路及びオブジェクトを含み、車両において使用される地上ナビゲーション及び／又は衝突回避デバイスと共に使用するための、実世界環境に対応した複数のオブジェクトレコードを有し、前記複数のオブジェクトレコードの各々は、
任意の適切な座標参照系において前記オブジェクトの絶対位置を地上で規定する座標の１つ又は複数の第１の集合と、
任意の適切な座標参照系において前記データベース中の前記オブジェクトのうちの少なくとも１つの相対的位置を地上で規定する座標であって、前記相対的位置が前記車両のセンサからの同一オブジェクトに対するセンサ読み取り値と比較される座標の１つ又は複数の第２の集合とを更に含み、
前記第１の座標及び前記第２の座標は、同一の地図オブジェクトに属性によりリンクされ、前記車両の正確な位置を判定するために共に使用される地図データベース。
【請求項２２】
前記地図オブジェクトは、自身が特定の他のオブジェクトに対して相対位置的に正確であると識別する属性を有する請求項２１に記載の地図データベース。
【請求項２３】
前記地図オブジェクトは、精度レベルを識別する属性を有する請求項２１に記載の地図データベース。
【請求項２４】
前記地図オブジェクトは、正確な関係を有するデータの異なる集合間の遷移期間にあるか又はそれに近接しているか、あるいは正確な関係を有するデータと正確な関係を持たないデータとの間の境界にあることを識別する属性を有する請求項２１に記載の地図データベース。
【請求項２５】
前記地図オブジェクトは、センサデータにより識別することを支援する特性により属性を与えられる請求項２１に記載の地図データベース。
【請求項２６】
前記地図オブジェクトの特性は種々のセンサ毎に異なっている請求項２５に記載の地図データベース。
【請求項２７】
前記座標の第２の集合は、前記オブジェクトを検知しているセンサの種類に依存した２つ以上の座標の集合である請求項２５に記載の地図データベース。
【請求項２８】
前記座標の第２の集合は、相対座標を表すことのできる任意の座標である請求項２１に記載の地図データベース。
【請求項２９】
前記相対座標はステートプレーン座標である請求項２８に記載の地図データベース。
【請求項３０】
前記相対座標は単純な平面座標である請求項２８に記載の地図データベース。
【請求項１】
絶対座標及び相対座標を使用する車両ナビゲーションのシステムであって、
複数のオブジェクトの絶対地理的場所及び相対空間場所を含む前記オブジェクトの情報を含む地図データベースと、
車両の初期絶対地理的位置を判定するために前記システムにより使用される絶対位置センサと、
前記地図データベース中の対応するオブジェクトとして参照される、前記車両の近傍の物理オブジェクトの存在及び相対方位を判定できる１つ以上のセンサと、
前記車両の絶対地理的位置を使用して前記地図データベース中の前記複数のオブジェクトのうち選択されるべきオブジェクトを判定し、前記車両に対する前記物理オブジェクトの前記相対方位と共に前記選択したオブジェクトの空間座標を使用して車両ナビゲーションにおいて使用される正確な車両位置を判定するナビゲーション論理部とを備えるシステム。
【請求項２】
前記判定した位置、並びに前記オブジェクトに対する距離及び方位により検知したオブジェクトの位置を判定し、前記オブジェクトの検知した特性と共に前記判定した位置を使用して前記地図データベースを探索し、前記検知したオブジェクトを前記地図データベース中の前記適切なオブジェクトにマッチングさせるオブジェクトマッチングアルゴリズムを更に備える請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記システムは、前記車両により使用するために前記データベース中の前記マッチングしたオブジェクトに関する情報を抽出できる請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記システムは、車載センサが検出できなかった前記地図データベース中のオブジェクトに関する情報を抽出し、前記オブジェクトに関する情報を前記車両に提供する請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記システムは、前記車両の正確な相対場所及び方向を算出するために、前記オブジェクトに対する既知となった距離及び方位、並びに前記車両の推定方向に基づいて前記オブジェクトの座標の集合を抽出する請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記システムは、衝突警告／回避及びルート案内アプリケーションへの入力として前記正確な位置を使用する請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記システムは、他の車両から相対位置及び方向推定値を取得して可能性のある衝突を算出するために他の車両と通信できる請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記通信及び前記算出は、中央サーバ又は一連の車外分散サーバにより車外で行われる請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記物理オブジェクトは、ＲＦＩＤ又は他の識別子を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記物理オブジェクトは、任意の道路標識及び道路標示を含む請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
絶対座標及び相対座標を使用する車両ナビゲーションの方法であって、
複数のオブジェクトについて絶対地理的場所及び相対空間場所の情報を含む地図データベースにアクセスするステップと、
絶対位置センサを使用して前記車両の初期絶対地理的位置を判定するステップと、
１つ以上のセンサを使用して、前記地図データベース中の対応するオブジェクトとして参照される、前記車両の近傍の物理オブジェクトの存在及び相対方位を判定するステップと、
前記車両の絶対地理的位置を使用して前記地図データベース中の前記複数のオブジェクトのうち選択されるべきオブジェクトを判定し、前記車両に対する前記物理オブジェクトの前記相対方位と共に前記選択したオブジェクトの空間座標を使用して車両ナビゲーションにおいて使用する正確な車両位置を判定するステップとを有する方法。
【請求項１２】
前記判定した位置、並びに前記オブジェクトに対する距離及び方位により検知したオブジェクトの位置を判定し、前記オブジェクトの検知した特性と共に前記判定した位置を使用して前記地図データベースを探索し、前記検知したオブジェクトを前記地図データベース中の前記適切なオブジェクトにマッチングさせるオブジェクトマッチングアルゴリズムを更に有する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記システムは、前記車両により使用するために前記データベース中の前記マッチングしたオブジェクトに関する情報を抽出できる請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記システムは、車載センサが検出できなかった前記地図データベース中のオブジェクトに関する情報を抽出し、前記オブジェクトに関する情報を前記車両に提供する請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記システムは、前記車両の正確な相対場所及び方向を算出するために、前記オブジェクトに対する既知となった距離及び方位、並びに前記車両の推定方向に基づいて前記オブジェクトの座標の集合を抽出する請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記システムは、衝突警告／回避及びルート案内アプリケーションへの入力として前記正確な位置を使用する請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記システムは、他の車両から前記相対位置及び方向推定値を取得して可能性のある衝突を算出するために他の車両と通信できる請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記通信及び前記算出は、中央サーバ又は一連の車外分散サーバにより車外で行われる請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記物理オブジェクトは、ＲＦＩＤ又は他の識別子を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記物理オブジェクトは、任意の道路標識及び道路標示を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
絶対座標及び相対座標を使用する車両ナビゲーションにおいて使用する地図データベースであって、
道路及びオブジェクトを含み、車両において使用される地上ナビゲーション及び／又は衝突回避デバイスと共に使用するための、実世界環境に対応した複数のオブジェクトレコードを有し、前記複数のオブジェクトレコードの各々は、
任意の適切な座標参照系において前記オブジェクトの絶対位置を地上で規定する座標の１つ又は複数の第１の集合と、
任意の適切な座標参照系において前記データベース中の前記オブジェクトのうちの少なくとも１つの相対的位置を地上で規定する座標であって、前記相対的位置が前記車両のセンサからの同一オブジェクトに対するセンサ読み取り値と比較される座標の１つ又は複数の第２の集合とを更に含み、
前記第１の座標及び前記第２の座標は、同一の地図オブジェクトに属性によりリンクされ、前記車両の正確な位置を判定するために共に使用される地図データベース。
【請求項２２】
前記地図オブジェクトは、自身が特定の他のオブジェクトに対して相対位置的に正確であると識別する属性を有する請求項２１に記載の地図データベース。
【請求項２３】
前記地図オブジェクトは、精度レベルを識別する属性を有する請求項２１に記載の地図データベース。
【請求項２４】
前記地図オブジェクトは、正確な関係を有するデータの異なる集合間の遷移期間にあるか又はそれに近接しているか、あるいは正確な関係を有するデータと正確な関係を持たないデータとの間の境界にあることを識別する属性を有する請求項２１に記載の地図データベース。
【請求項２５】
前記地図オブジェクトは、センサデータにより識別することを支援する特性により属性を与えられる請求項２１に記載の地図データベース。
【請求項２６】
前記地図オブジェクトの特性は種々のセンサ毎に異なっている請求項２５に記載の地図データベース。
【請求項２７】
前記座標の第２の集合は、前記オブジェクトを検知しているセンサの種類に依存した２つ以上の座標の集合である請求項２５に記載の地図データベース。
【請求項２８】
前記座標の第２の集合は、相対座標を表すことのできる任意の座標である請求項２１に記載の地図データベース。
【請求項２９】
前記相対座標はステートプレーン座標である請求項２８に記載の地図データベース。
【請求項３０】
前記相対座標は単純な平面座標である請求項２８に記載の地図データベース。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２０１０−５１９５５０（Ｐ２０１０−５１９５５０Ａ）
【公表日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５５１０１３（Ｐ２００９−５５１０１３）
【出願日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０５４５９８
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１１８５７８
【国際公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【出願人】（５０７３８８８８９）テレ アトラス ノース アメリカ インコーポレイテッド (23)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０５４５９８
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１１８５７８
【国際公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【出願人】（５０７３８８８８９）テレ アトラス ノース アメリカ インコーポレイテッド (23)
【Ｆターム（参考）】
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