道路線形自動測量装置
【課題】いかなる環境下であっても、自車両の位置及び走行している道路の曲率を自動的に得ることができる道路線形自動測量装置を得る。
【解決手段】複合慣性測量部３がＧＰＳ衛星及びＧＰＳ基準局１０からの電波を受信できる道路では、ＧＰＳ信号及びＧＰＳ補正信号に基づく移動車両７の位置データに基づいて加速度の誤差、角速度の誤差、姿勢角の誤差、慣性位置の誤差、慣性速度の誤差を逐次推定し、また、ＧＰＳ衛星及びＧＰＳ基準局１０からの電波を受信できない道路では車速計５からの速度に基づいて各誤差を推定する。そして、データ処理部が複合慣性測量部３からの位置、方位角、姿勢角に基づいて道路の曲率半径、縦横勾配を求めて表示又は蓄積する。
【解決手段】複合慣性測量部３がＧＰＳ衛星及びＧＰＳ基準局１０からの電波を受信できる道路では、ＧＰＳ信号及びＧＰＳ補正信号に基づく移動車両７の位置データに基づいて加速度の誤差、角速度の誤差、姿勢角の誤差、慣性位置の誤差、慣性速度の誤差を逐次推定し、また、ＧＰＳ衛星及びＧＰＳ基準局１０からの電波を受信できない道路では車速計５からの速度に基づいて各誤差を推定する。そして、データ処理部が複合慣性測量部３からの位置、方位角、姿勢角に基づいて道路の曲率半径、縦横勾配を求めて表示又は蓄積する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路又は線路の勾配（縦、横）及び道路又は線路の曲率半径等（総称して道路状況という）を、いかなる環境下においても移動車両を走行させながらリアルタイムで正確に得る道路線形自動測量装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、既存の道路の位置、傾斜、曲率を計測するには、水平、鉛直角等を測る経緯儀又は距離を測る光波測距儀等の測量器械を用いたトラバース測量、水準測量が実施されている。
【０００３】
一方、近年においては、ＧＰＳ基準局と、移動局とがＧＰＳ電波を同時に受信し、移動局がＧＰＳ基準局からの電波を受けて緯度、経度等の誤差を相殺することにより測位精度を向上させるディファレンシャルＧＰＳ技術が普及している。
【０００４】
このようなディファレンシャルＧＰＳ技術を用いて、移動する車両の３次元位置を計測し、道路の縦断勾配を計算する方法等が研究されている。
【０００５】
この方法は、正確に位置が分かっている基準点のＧＰＳ基準局において、最低４個のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を観測受信して位置（緯度、経度、高さ）及び時刻等を計測し、この計測結果を移動局が受信する。
【０００６】
また、移動局がＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信して得た位置と、ＧＰＳ基準局からの計測結果とを比較することによって、ＧＰＳ衛星からの電波に含まれるＳＡ（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ）、衛星系、伝搬系等による誤差成分を除去して正確な位置を求める。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のトラバース測量や水準測量等は、測定場所に器械を持ち運び、角度と距離を次々に計測する必要があるため、多大な労力と時間がかかるという問題点があった。
【０００８】
また、交通量の多い道路に多くの器械をもって行って計測を行わなければならないので、事故や渋滞を引き起こす可能性を高めるという問題点があった。
【０００９】
さらに、ディファレンシャルＧＰＳ測量は、位置、勾配、曲率の計測精度が低く、ばらつきも大きいという問題点があった。
【００１０】
さらに、都市部のビル街やトンネル内ではＧＰＳ電波を受信できないため計測不能になる場合もあるという問題点があった。
【００１１】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたもので、いかなる環境下であっても、自車両の位置及び走行している道路の曲率を自動的に得ることができる道路線形自動測量装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１は、移動車両上において、少なくとも出発点からの移動車両の現在の慣性位置、方位角を逐次求めて送出する慣性測量部を有する道道路形自動測量装置において、慣性測量部からの慣性位置及び方位角を逐次入力し、この慣性位置と方位角とが所定数記憶される毎に、これらの慣性位置及び方位角に基づいて移動車両が走行している道路の曲率半径を逐次求めて知らせる曲率半径計算手段を備えたデータ処理部とを有することを要旨とする。
【００１３】
請求項１においては、慣性測量部とデータ処理部とを電気的に接続して移動車両に搭載して道路を走行させると、走行中の慣性位置及び方位角が求められてデータ処理部に送出される。そして、データ処理部は、今回の慣性位置及び方位角と前回の慣性位置及び方位角度とから道路の曲率半径を逐次求めて知らせる。
【００１４】
このため、トラバース測量のように、測定場所に器械を持ち運ばなくとも、移動車両を走行させるだけで、曲がっている道路の曲率半径を自動的に得ることが可能となる。特に、カーナビゲーション用道路データベースや交通事故分析用データベースを効率的に作成することに効果を発揮する。
【００１５】
請求項２は、慣性測量部は、直交３軸の複数の加速度計からの加速度を積分して出発点からの慣性速度及び慣性位置を求めると共に、直交３軸の複数のジャイロからの角速度を積分して方位角と姿勢角とを求めるストラップダウン型ＩＮＳを生成していることを要旨とする。
【００１６】
請求項２においては、慣性測量部をストラップダウン型ＩＮＳにしているため、３軸のジャイロの角速度から移動車両の姿勢角及び方位角が検出されると共に、加速度が東西、南北、鉛直方向の成分に分けられて積分されて慣性速度、慣性位置が求められる。すなわち、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できないトンネル、都市部を走行していても移動車両の姿勢角、方位角、慣性位置、慣性速度が得られてデータ処理部に送出される。
【００１７】
このため、トンネル、高層建築物が多い都市部等を走行していても道路の曲率半径を自動的に得られる。
【００１８】
請求項３は、データ処理部は、移動車両の各車輪付近の筐体に取り付けられた複数のレーザ距離計に電気的に接続され、複数のレーザ距離計からの道路と移動車両との間の距離に基づいて移動車両の前後左右の傾斜角度を求める車両傾斜計算手段と、車両傾斜計算手段からの傾斜角度と慣性測量部からの方位角及び姿勢角を入力し、傾斜角度と姿勢角とから道路の縦断勾配を求めると共に、横断勾配を求めて知らせる勾配計算手段とを備えたことを要旨とする。
【００１９】
請求項３においては、データ処理部は各車輪付近の筐体に取り付けられているレーザ距離計からの道路と車体の間の各距離から移動車両の前後左右の傾斜を求め、この傾斜と慣性測量部からのピッチから道路の縦断勾配を求め、かつロール角から道路の横断勾配を求めて知らせる。また、慣性位置と方位角とから道路の曲率半径を求めて知らせる。
【００２０】
このため、トンネル、高層建築物が多い都市部等を走行していても道路の曲率半径、道路の縦横の勾配を自動的に知ることが可能となる。
【００２１】
請求項４は、慣性測量部は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号とＧＰＳ基準局からのＧＰＳ補正情報を同時に受信して移動車両の位置を求めるのＧＰＳ移動局と、移動車両の車速を検出する車速計とに電気的に接続され、慣性位置及び慣性速度並びにＧＰＳ移動局からの位置又は車速計からの速度を逐次入力して加速度の誤差、角速度の誤差、姿勢角の誤差、慣性位置の誤差、慣性速度の誤差を逐次推定し、この推定した各誤差に基づいて加速度、角速度、姿勢角、慣性位置、慣性速度を逐次補正するハイブリット慣性測量航法を生成していることを要旨とする。
【００２２】
請求項４においては、ストラップダウンＩＮＳの欠点を解決している。ストラップダウンＩＮＳは、時間の経過に伴って加速度、角速度の誤差が増大する傾向にあるが、ハイブリット慣性測量航法にしたことにより、ＧＰＳ衛星及びＧＰＳ基準局からの電波を受信できる道路では、ＧＰＳ信号及びＧＰＳ補正信号に基づく移動車両の位置データに基づいて加速度の誤差、角速度の誤差、姿勢角の誤差、慣性位置の誤差、慣性速度の誤差を逐次推定し、この推定した各誤差に基づいて加速度、角速度、姿勢角、慣性位置、慣性速度を逐次補正する。
【００２３】
また、ＧＰＳ衛星及びＧＰＳ基準局からの電波を受信できない道路（トンネル、高層ビルが多い都市部等を走行している場合は、車速計からの速度に基づいて加速度の誤差、角速度の誤差、姿勢角の誤差、慣性位置の誤差、慣性速度の誤差を逐次推定し、この推定した各誤差に基づいて加速度、角速度、姿勢角、慣性位置、慣性速度を逐次補正する。
【００２４】
このため、どのような環境下においても、正確な道路の曲率半径及び正確な縦横断勾配をリアルタイムで得ることが可能となる。
【００２５】
請求項５は、データ処理部は、慣性位置及び縦横断勾配並びに曲率半径を、それぞれ対応させて記憶することを要旨とする。
【００２６】
請求項５においては、移動車両の慣性位置及び縦横断勾配並びに曲率半径が対応させられて記憶されている。このため、後日、これらの情報を集めて行くと、曲がり具合及び勾配に応じた道路の平面線形形状が得られることになる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように請求項１によれば、トラバース測量のように、測定場所に器械を持ち持ち運ばなくとも、移動車両を走行させるだけで、曲がっている道路の曲率半径を自動的に得ることができるという効果が得られている。
【００２８】
請求項２によれば、トンネル、高層建築物が多い都市部等を走行していても道路の曲率半径を自動的に得られるという効果が得られている。
【００２９】
請求項３によれば、トンネル、高層建築物が多い都市部等を走行していても道路の曲率半径、道路の縦横の勾配を自動的に知ることが可能となる。
【００３０】
請求項４によれば、どのような環境下においても、正確な道路の曲率半径及び正確な縦横勾配をリアルタイムで得ることが可能となる。
【００３１】
請求項５によれば、慣性位置、縦横勾配を記憶したので、曲がり具合及び勾配に応じた道路の線形情報が得られるという効果が得られている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１は本発明の実施の形態の概略構成図である。図１の道路線形自動測量装置１は、ＧＰＳ移動局２と、複合慣性測量部３と、データ処理部４と、車速計５と、レーザ距離計６とから構成されて計測車両７に搭載され、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できない環境下の場所であっても計測車両７の正確な位置、姿勢、道路の曲率を求めるものである。
【００３３】
ＧＰＳ移動局２は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号と、遠隔地点に設けられているＧＰＳ基準局１０からのＧＰＳ信号（ＧＰＳ補正情報）とを受信し、両方の信号を照合して正確な自局の位置を求める。
【００３４】
すなわち、ＧＰＳ移動局２とＧＰＳ基準局１０とでディファレンシャルＧＰＳシステムを構成している。
【００３５】
前述のＧＰＳ移動局２は、ＧＰＳ基準局１０からＧＰＳ補正情報を、自動車電話網を介して受信する自動車電話機１３と、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信すると共に自動車電話機１３が受信したＧＰＳ補正情報を入力し、正確な計測車両７の位置を求めるＧＰＳ受信機１２とを備えている。
【００３６】
また、ＧＰＳ基準局１０は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信し、このＧＰＳ信号を解析し、自局における受信時刻、自局の位置等をＧＰＳ補正情報として求めるＧＰＳ受信機１５と、ＧＰＳ受信機１５で得られたＧＰＳ補正情報を自動車電話網を介して送信する電話機１６とを備えている。
【００３７】
複合慣性測量部３は、ＧＰＳ移動局２が求めた計測車両７の位置データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と、測量車両７の車速計５から速度信号とを入力し、これらの信号を用いて、所定の座標系に対する計測車両７の相対位置（慣性位置ともいう）及び相対速度と、姿勢角と、方位角とを求めて出力する。この方位角とは地球座標系の北軸に対する角度を示し、また姿勢角とは水平軸に対する角度を示す。さらに、姿勢角と方位角とを総称して姿勢方位角ともいう。
【００３８】
データ処理部４は、計測車両７の各車輪付近に配置された４つのレーザ距離計６により、計測車両７の車体と路面との距離を逐次計測し、複合慣性測量部３からの相対位置、姿勢角、方位角等から道路の縦横断勾配、曲率半径を算出して表示又は記憶する。
【００３９】
＜各装置の構成＞
図２は複合慣性測量部及びデータ処理部の概略構成図である。図２に示すように複合慣性測量部３は、慣性航法部２０とカルマンフィルタ２１とから構成されている。
【００４０】
慣性航法部２０は、加速度計２２と、加速度データ処理手段２３と、加速度座標変換手段２４と、航法計測手段２５と、ジャイロ２７と、角速度データ処理手段２８と、姿勢計算手段２９とを備えている。
【００４１】
＜複合慣性測量部の各手段の詳細説明＞
カルマンフィルタ２１は、後述する航法計算手段２５からの慣性位置及び慣性速度と、ＧＰＳ移動局２からの計測車両７の位置と、車速計５からの速度とを入力する。そして、ジャイロ２７の誤差、加速度誤差、姿勢誤差、位置誤差、速度誤差等を推定する。
【００４２】
前述のジャイロ２７の誤差は角速度データ手段２８に、加速度誤差は加速度データ処理手段２３に、姿勢誤差は姿勢計算手段２９に、位置誤差及び速度誤差は航法計算手段２５に、それぞれ出力する。
【００４３】
加速度データ処理手段２３は、直交３軸に沿って設けられた３ヶの加速度計２２からの加速度を、カルマンフィルタ２１からの加速度誤差に基づいて補正する。
【００４４】
加速度座標変換手段２４は、方位角、姿勢角を入力し、この方位姿勢角に基づいて、加速度データ処理手段２３からの加速度を積分して東西、南北、上下方向の軸の座標系に変換して移動距離を求める。
【００４５】
航法計算手段２５は、加速度座標変換手段２４からの移動距離と、カルマンフィルタ２１からの位置誤差及び速度誤差とを入力し、これらの情報に基づいて所定の座標系上における計測車両７の相対位置（慣性位置）及び相対速度（慣性速度）を求める。
【００４６】
角速度データ処理手段２８は、直交３軸に沿って設けられた３ヶのジャイロ２７からの地球座標に対する計測車両７の角速度と、カルマンフィルタ２１からのジャイロの誤差とを入力し、ジャイロ２７からの角速度をジャイロの誤差に基づいて補正する。
【００４７】
姿勢計算手段２９は、角速度データ処理手段２８からの角速度と、カルマンフィルタ２１からの現在の姿勢誤差とを入力し、これらの情報に基づいて地球座標における自車両の正確な姿勢角及び方位角を求めてデータ処理部４に送出する。
【００４８】
すなわち、複合慣性測量部３は、加速度計２２からの加速度を積分して計測車両７の現在位置及び速度を求めると共に、ジャイロ２７からの角速度を積分して計測車両７の姿勢角、方位角を求め、かつ慣性誤差の増大を抑制するために、カルマンフィルタ２１を用いて各誤差を補正するハイブリット航法を実現している。
【００４９】
＜データ処理部の構成＞
データ処理部４は図２に示すように、曲率半径計算手段３０と、表示器３１と、記録手段３２と、車両傾斜計算手段３３と、勾配計算手段３４とを備えている。
【００５０】
曲率半径計算手段３０は、複合慣性測量部３からの現在の相対位置を入力する。そして、今回の相対位置と前回の相対位置とから両方の相対位置を通る軌跡の曲率半径を求めて表示器３１又は記録手段３２に記録する。
【００５１】
車両傾斜計算手段３３は、各車輪の近傍に設けられた４ヶのレーザ距離計６からの道路と車体との距離値をそれぞれ入力し、これらの距離値に基づいて計測車両の前後左右の傾斜を求める。
【００５２】
勾配計算手段３４は、複合慣性測量部３からの姿勢角と車両傾斜計算手段３３からの計測車両７の前後左右の傾斜とを入力し、これらの情報に基づいて道路の勾配（縦横）を３次元的に求めて表示器３１に表示又は記録手段３２に記録する。
【００５３】
＜動作説明＞
上記のように構成された道路線形自動測量装置の動作を以下に説明する。ＧＰＳ移動局２、車速計５、複合慣性測量部３、レーザ距離計６、データ処理部４等からなる道路線形自動測量装置１を搭載した計測車両７が道路を走行すると、以下に説明するデータを自動的に得る。
【００５４】
計測車両７側のオペレータは、ＧＰＳ移動局２の自動車電話機１３を用いてＧＰＳ基準局１０からＧＰＳ補正情報を送信させる。ＧＰＳ基準局１０の電話機１６は、ＧＰＳ補正情報の転送要求に伴ってＧＰＳ受信機１５からの基準局位置をＧＰＳ補正情報として移動電話網を介して逐次送信する。
【００５５】
計測車両７に搭載されているＧＰＳ移動局２のＧＰＳ受信機１２は、自動車電話機１３が受信したＧＰＳ補正情報とＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号とから計測車両７の正確な位置を求めて複合慣性測量部３に送出する。
【００５６】
すなわち、ＧＰＳ移動局２とＧＰＳ基準局１０とでデファレンシャルＧＰＳシステムを構成して正確な位置を求めている。
【００５７】
次に、複合慣性測量部３は、車体に直接取り付けられた３軸の加速度計２２からの加速度を用いて、所定の座標系における出発点からの移動距離に基づく現在の相対位置と、現在の相対速度とを求めると共に、ジャイロ（リングレーザジャイロ）からの角速度を用いて計測車両７の地球座標に対する姿勢角、方位角を求めて送出する。
【００５８】
一方、複合慣性測量部３のカルマンフィルタ２１は、相対位置である慣性位置及び相対速度である慣性速度を入力すると共に、ＧＰＳ移動局２からの計測車両７の位置と車速計５からの車速とを入力してジャイロ２７の誤差、加速度誤差、姿勢誤差、位置誤差、速度誤差等を推定する。
【００５９】
このようにカルマンフィルタ２１を用いて誤差を推定するのは、姿勢角、方位角、慣性速度及び慣性位置は、慣性センサであるジャイロ及び加速度計の信号を積分して得ている。
【００６０】
つまり、複合慣性測量部３は、前述の加速度計２２と、加速度データ処理手段２３と、加速度座標変換手段２４と、航法計測手段２５と、ジャイロ２７と、角速度データ処理手段２８と、姿勢計算手段２９とを用いてストラップダウンＩＮＳを構成して、移動体である計測車両の姿勢を求めると共に、加速度を東西、南北及び鉛直方向の成分に分け、積分して速度や距離等を得る。
【００６１】
従って、電磁波や天候の影響を全く受け付けないので、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できない高層ビルが多い都市部、険しい山岳部、橋梁や隣接する多い場所においても正確な位置と速度とを得ることができる。
【００６２】
ところが、慣性センサの誤差も同時に積分されるので、時間の経過に伴って誤差が増加していく。
【００６３】
例えば、ジャイロの誤差は、わずかであるが姿勢方位基準を傾かせることになり、この基準座標で変換された水平加速度には傾きに比例した重力加速度成分が検出され、加速度誤差及び位置誤差を生じる。
【００６４】
また、車速計５からの車速及びＧＰＳ移動局２からの位置というのは、時間の経過に伴って誤差は増加しない。この車速計７は車輪の回転数を検出するものであり、車輪の円周長さを乗算すると走行距離が分かる。
【００６５】
そこで、車速計５の速度と、ＩＮＳの慣性速度とから速度誤差を求めると共に、ＧＰＳ移動局２とＧＰＳ基準局１０とでデファレンシャルＧＰＳシステムを構成して得た正確な計測車両７の位置と、慣性位置とから位置誤差を推定するハイブリット慣性測量航法を生成する。
【００６６】
また、本カルマンフィルタ２１は、ジャイロのジャイロ誤差及び加速度計の誤差を求めて送出している。
【００６７】
例えば、前述の車速計の速度とＩＮＳの慣性速度とによる速度誤差の推定は以下に説明する方程式に基づいている。
【表１】
【００６８】
また、計測車両７を停止させたときの速度（＝０）と慣性速度とから速度誤差を求めて、誤差ベクトルＸｋの推定値を求めている。
【００６９】
また、計測車両７を停止させた時の基準点位置座標とＩＮＳの慣性位置から位置誤差を求めて、誤差状態ベクトルＸｋを求めている。
【００７０】
すなわち、複合慣性測量部３は、ＧＰＳ移動局２と車速計５とをカルマンフィルタ２１を用いて、ストラップダウンＩＮＳとを結合することで、電磁波や天候の影響を受ける場所では、測位機能の補間のために車速計５からのデータで各誤差を推定して位置と速度を正確に求める。また、ＧＰＳ衛星及びＧＰＳ基準局からの電波を受信できる場所では、ＧＰＳ移動局２からの位置データに基づいて各誤差を推定している。
【００７１】
従って、いかなる場所でも正確な自車両の位置と速度とをリアルタイムで得ることができる。
【００７２】
次に、データ処理部の動作を説明する。図３はデータ処理部の動作を説明するフローチャートである。
【００７３】
データ処理部４の曲率半径計算手段３０は、複合慣性測量部３からの計測車両の現在の相対位置ｉと現在の方位角ψｉとを読む（Ｓ１）。この方位角ψｉは地球座標系における北軸に対する角度である。
【００７４】
次に、前回の相対位置ｊと前回の方位角ψｊとが記憶されているかどうかを判断する（Ｓ３）。
【００７５】
ステップＳ３において、前回の相対位置ｊ及び前回の方位角ψｊが記憶されていないと判定したときは、ステップＳ１で読み込んだ相対位置ｉと方位角ψｊとを前回の相対位置ｉ及び方位角ψｉとして処理をステップＳ１に戻す（Ｓ５）。
【００７６】
また、ステップＳ３において、前回の相対位置ｊ及び前回の方位角ψｊとが記憶されていると判定した場合は、両方の位置間の距離Ｌを求める（Ｓ７）。
【００７７】
そして、前述の方位角ψｉ、ψｊ及び距離Ｌを用いて計測車両７が両位置を走行したときの道路の曲率半径Ｒを求める（Ｓ９）。この曲率半径Ｒの算出は、以下に示す式によって求める。
【数１】
【００７８】
この数１は、図４に示すように、湾曲している道路を計測車両が走行している場合は、一般にこの道路に２点間の位置ｉ、ｊを描き、２点間の位置ｉ、ｊにおける向きを示す矢印（方位角ψｉ、ψｊ）を描き、この２つの矢印から法線を引いたときの交点を求める。そして、この交点からいずれかの位置までの距離を求めると、道路を生成する円の曲率Ｒが求まるものである。
【００７９】
しかし、前述の数１は単に２点間の位置ｉ、ｊとから２点間を結ぶ距離Ｌを求め、この距離Ｌと方位角ψｉ、ψｊとだけで曲率半径Ｒを求めている。従って、早く曲率半径Ｒが得られると共に、非常に正確な曲率半径を得ることができる。
【００８０】
次に、曲率半径Ｒが求まると、この曲率半径Ｒを表示器３１に表示又は記録手段３２を用いて蓄積して（Ｓ１１）、本処理を終了する。
【００８１】
すなわち、この蓄積データを後日解析することによって、どのように湾曲している道路かを線で示すことが可能となる。
【００８２】
また、道路というのは、曲がっているだけではなく、坂道や下り坂がある。このため、データ処理部４の勾配計算手段３４は、車両傾斜手段３３からの車両の前後左右の傾斜角度と、複合慣性測量部４からの姿勢角（ピッチ角、ロール角とからなる）を入力して、道路の縦勾配及び横勾配を求める。
【００８３】
例えば、図５の（ａ）に示すように、計測車両７が登り坂を走行している場合は、複合慣性測量部３の姿勢計算手段２９からのピッチ角θｐ１と、データ処理部４の車両傾斜計算手段３３の傾斜角θｐ２とが入力する毎に、両方の角度を加算し、この加算値θｐを走行している道路の縦断勾配として求める。
【００８４】
すなわち、計測車両７と道路との間の車体の前後の傾斜角を考慮して道路の縦断勾配を求めているので、非常に精度が高い縦断勾配が得られる。
【００８５】
また、図５の（ｂ）に示すように、計測車両７が例えば湾曲している道路を走行している場合は、複合慣性測量部３の姿勢計算手段２９からのロール角θｑ１と、データ処理部４の車両傾斜計算手段３３の傾斜角θｑ２とが入力する毎に加算し、この加算値θｑを走行している道路の横断勾配として求める。
【００８６】
すなわち、計測車両７と道路との間の車体の前後左右の傾斜角を考慮して道路の横断勾配を求めているので、非常に精度が高い横断勾配が得られる。
【００８７】
従って、どのような環境下においても、正確な道路の曲率半径及び正確な縦横勾配をリアルタイムで得ることができる。
【００８８】
なお、上記実施の形態では、道路の曲率、縦横勾配としたが線路の曲率及び縦横勾配を求めてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本実施の形態の道路線形自動測量装置の概略構成図である。
【図２】道路線形自動測量装置の各部の詳細構成図である。
【図３】曲率半径計算手段の動作を説明するフローチャートである。
【図４】曲率半径の算出を説明する説明図である。
【図５】勾配計算手段の勾配を求め方を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００９０】
２ ＧＰＳ移動局
３ 複合慣性測量部
４ データ処理部
５ 車速計
６ レーザ距離計 ７ 計測車両
１０ ＧＰＳ基準局
１３ 自動車電話機
２０ 慣性航法部
２１ カルマンフィルタ
２２ 加速度計
２３ 加速度データ処理手段
２４ 加速度座標変換手段
２５ 航法計測手段
２７ ジャイロ
２８ 角速度データ処理手段
２９ 姿勢計算手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路又は線路の勾配（縦、横）及び道路又は線路の曲率半径等（総称して道路状況という）を、いかなる環境下においても移動車両を走行させながらリアルタイムで正確に得る道路線形自動測量装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、既存の道路の位置、傾斜、曲率を計測するには、水平、鉛直角等を測る経緯儀又は距離を測る光波測距儀等の測量器械を用いたトラバース測量、水準測量が実施されている。
【０００３】
一方、近年においては、ＧＰＳ基準局と、移動局とがＧＰＳ電波を同時に受信し、移動局がＧＰＳ基準局からの電波を受けて緯度、経度等の誤差を相殺することにより測位精度を向上させるディファレンシャルＧＰＳ技術が普及している。
【０００４】
このようなディファレンシャルＧＰＳ技術を用いて、移動する車両の３次元位置を計測し、道路の縦断勾配を計算する方法等が研究されている。
【０００５】
この方法は、正確に位置が分かっている基準点のＧＰＳ基準局において、最低４個のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を観測受信して位置（緯度、経度、高さ）及び時刻等を計測し、この計測結果を移動局が受信する。
【０００６】
また、移動局がＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信して得た位置と、ＧＰＳ基準局からの計測結果とを比較することによって、ＧＰＳ衛星からの電波に含まれるＳＡ（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ）、衛星系、伝搬系等による誤差成分を除去して正確な位置を求める。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のトラバース測量や水準測量等は、測定場所に器械を持ち運び、角度と距離を次々に計測する必要があるため、多大な労力と時間がかかるという問題点があった。
【０００８】
また、交通量の多い道路に多くの器械をもって行って計測を行わなければならないので、事故や渋滞を引き起こす可能性を高めるという問題点があった。
【０００９】
さらに、ディファレンシャルＧＰＳ測量は、位置、勾配、曲率の計測精度が低く、ばらつきも大きいという問題点があった。
【００１０】
さらに、都市部のビル街やトンネル内ではＧＰＳ電波を受信できないため計測不能になる場合もあるという問題点があった。
【００１１】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたもので、いかなる環境下であっても、自車両の位置及び走行している道路の曲率を自動的に得ることができる道路線形自動測量装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１は、移動車両上において、少なくとも出発点からの移動車両の現在の慣性位置、方位角を逐次求めて送出する慣性測量部を有する道道路形自動測量装置において、慣性測量部からの慣性位置及び方位角を逐次入力し、この慣性位置と方位角とが所定数記憶される毎に、これらの慣性位置及び方位角に基づいて移動車両が走行している道路の曲率半径を逐次求めて知らせる曲率半径計算手段を備えたデータ処理部とを有することを要旨とする。
【００１３】
請求項１においては、慣性測量部とデータ処理部とを電気的に接続して移動車両に搭載して道路を走行させると、走行中の慣性位置及び方位角が求められてデータ処理部に送出される。そして、データ処理部は、今回の慣性位置及び方位角と前回の慣性位置及び方位角度とから道路の曲率半径を逐次求めて知らせる。
【００１４】
このため、トラバース測量のように、測定場所に器械を持ち運ばなくとも、移動車両を走行させるだけで、曲がっている道路の曲率半径を自動的に得ることが可能となる。特に、カーナビゲーション用道路データベースや交通事故分析用データベースを効率的に作成することに効果を発揮する。
【００１５】
請求項２は、慣性測量部は、直交３軸の複数の加速度計からの加速度を積分して出発点からの慣性速度及び慣性位置を求めると共に、直交３軸の複数のジャイロからの角速度を積分して方位角と姿勢角とを求めるストラップダウン型ＩＮＳを生成していることを要旨とする。
【００１６】
請求項２においては、慣性測量部をストラップダウン型ＩＮＳにしているため、３軸のジャイロの角速度から移動車両の姿勢角及び方位角が検出されると共に、加速度が東西、南北、鉛直方向の成分に分けられて積分されて慣性速度、慣性位置が求められる。すなわち、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できないトンネル、都市部を走行していても移動車両の姿勢角、方位角、慣性位置、慣性速度が得られてデータ処理部に送出される。
【００１７】
このため、トンネル、高層建築物が多い都市部等を走行していても道路の曲率半径を自動的に得られる。
【００１８】
請求項３は、データ処理部は、移動車両の各車輪付近の筐体に取り付けられた複数のレーザ距離計に電気的に接続され、複数のレーザ距離計からの道路と移動車両との間の距離に基づいて移動車両の前後左右の傾斜角度を求める車両傾斜計算手段と、車両傾斜計算手段からの傾斜角度と慣性測量部からの方位角及び姿勢角を入力し、傾斜角度と姿勢角とから道路の縦断勾配を求めると共に、横断勾配を求めて知らせる勾配計算手段とを備えたことを要旨とする。
【００１９】
請求項３においては、データ処理部は各車輪付近の筐体に取り付けられているレーザ距離計からの道路と車体の間の各距離から移動車両の前後左右の傾斜を求め、この傾斜と慣性測量部からのピッチから道路の縦断勾配を求め、かつロール角から道路の横断勾配を求めて知らせる。また、慣性位置と方位角とから道路の曲率半径を求めて知らせる。
【００２０】
このため、トンネル、高層建築物が多い都市部等を走行していても道路の曲率半径、道路の縦横の勾配を自動的に知ることが可能となる。
【００２１】
請求項４は、慣性測量部は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号とＧＰＳ基準局からのＧＰＳ補正情報を同時に受信して移動車両の位置を求めるのＧＰＳ移動局と、移動車両の車速を検出する車速計とに電気的に接続され、慣性位置及び慣性速度並びにＧＰＳ移動局からの位置又は車速計からの速度を逐次入力して加速度の誤差、角速度の誤差、姿勢角の誤差、慣性位置の誤差、慣性速度の誤差を逐次推定し、この推定した各誤差に基づいて加速度、角速度、姿勢角、慣性位置、慣性速度を逐次補正するハイブリット慣性測量航法を生成していることを要旨とする。
【００２２】
請求項４においては、ストラップダウンＩＮＳの欠点を解決している。ストラップダウンＩＮＳは、時間の経過に伴って加速度、角速度の誤差が増大する傾向にあるが、ハイブリット慣性測量航法にしたことにより、ＧＰＳ衛星及びＧＰＳ基準局からの電波を受信できる道路では、ＧＰＳ信号及びＧＰＳ補正信号に基づく移動車両の位置データに基づいて加速度の誤差、角速度の誤差、姿勢角の誤差、慣性位置の誤差、慣性速度の誤差を逐次推定し、この推定した各誤差に基づいて加速度、角速度、姿勢角、慣性位置、慣性速度を逐次補正する。
【００２３】
また、ＧＰＳ衛星及びＧＰＳ基準局からの電波を受信できない道路（トンネル、高層ビルが多い都市部等を走行している場合は、車速計からの速度に基づいて加速度の誤差、角速度の誤差、姿勢角の誤差、慣性位置の誤差、慣性速度の誤差を逐次推定し、この推定した各誤差に基づいて加速度、角速度、姿勢角、慣性位置、慣性速度を逐次補正する。
【００２４】
このため、どのような環境下においても、正確な道路の曲率半径及び正確な縦横断勾配をリアルタイムで得ることが可能となる。
【００２５】
請求項５は、データ処理部は、慣性位置及び縦横断勾配並びに曲率半径を、それぞれ対応させて記憶することを要旨とする。
【００２６】
請求項５においては、移動車両の慣性位置及び縦横断勾配並びに曲率半径が対応させられて記憶されている。このため、後日、これらの情報を集めて行くと、曲がり具合及び勾配に応じた道路の平面線形形状が得られることになる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように請求項１によれば、トラバース測量のように、測定場所に器械を持ち持ち運ばなくとも、移動車両を走行させるだけで、曲がっている道路の曲率半径を自動的に得ることができるという効果が得られている。
【００２８】
請求項２によれば、トンネル、高層建築物が多い都市部等を走行していても道路の曲率半径を自動的に得られるという効果が得られている。
【００２９】
請求項３によれば、トンネル、高層建築物が多い都市部等を走行していても道路の曲率半径、道路の縦横の勾配を自動的に知ることが可能となる。
【００３０】
請求項４によれば、どのような環境下においても、正確な道路の曲率半径及び正確な縦横勾配をリアルタイムで得ることが可能となる。
【００３１】
請求項５によれば、慣性位置、縦横勾配を記憶したので、曲がり具合及び勾配に応じた道路の線形情報が得られるという効果が得られている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１は本発明の実施の形態の概略構成図である。図１の道路線形自動測量装置１は、ＧＰＳ移動局２と、複合慣性測量部３と、データ処理部４と、車速計５と、レーザ距離計６とから構成されて計測車両７に搭載され、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できない環境下の場所であっても計測車両７の正確な位置、姿勢、道路の曲率を求めるものである。
【００３３】
ＧＰＳ移動局２は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号と、遠隔地点に設けられているＧＰＳ基準局１０からのＧＰＳ信号（ＧＰＳ補正情報）とを受信し、両方の信号を照合して正確な自局の位置を求める。
【００３４】
すなわち、ＧＰＳ移動局２とＧＰＳ基準局１０とでディファレンシャルＧＰＳシステムを構成している。
【００３５】
前述のＧＰＳ移動局２は、ＧＰＳ基準局１０からＧＰＳ補正情報を、自動車電話網を介して受信する自動車電話機１３と、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信すると共に自動車電話機１３が受信したＧＰＳ補正情報を入力し、正確な計測車両７の位置を求めるＧＰＳ受信機１２とを備えている。
【００３６】
また、ＧＰＳ基準局１０は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信し、このＧＰＳ信号を解析し、自局における受信時刻、自局の位置等をＧＰＳ補正情報として求めるＧＰＳ受信機１５と、ＧＰＳ受信機１５で得られたＧＰＳ補正情報を自動車電話網を介して送信する電話機１６とを備えている。
【００３７】
複合慣性測量部３は、ＧＰＳ移動局２が求めた計測車両７の位置データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と、測量車両７の車速計５から速度信号とを入力し、これらの信号を用いて、所定の座標系に対する計測車両７の相対位置（慣性位置ともいう）及び相対速度と、姿勢角と、方位角とを求めて出力する。この方位角とは地球座標系の北軸に対する角度を示し、また姿勢角とは水平軸に対する角度を示す。さらに、姿勢角と方位角とを総称して姿勢方位角ともいう。
【００３８】
データ処理部４は、計測車両７の各車輪付近に配置された４つのレーザ距離計６により、計測車両７の車体と路面との距離を逐次計測し、複合慣性測量部３からの相対位置、姿勢角、方位角等から道路の縦横断勾配、曲率半径を算出して表示又は記憶する。
【００３９】
＜各装置の構成＞
図２は複合慣性測量部及びデータ処理部の概略構成図である。図２に示すように複合慣性測量部３は、慣性航法部２０とカルマンフィルタ２１とから構成されている。
【００４０】
慣性航法部２０は、加速度計２２と、加速度データ処理手段２３と、加速度座標変換手段２４と、航法計測手段２５と、ジャイロ２７と、角速度データ処理手段２８と、姿勢計算手段２９とを備えている。
【００４１】
＜複合慣性測量部の各手段の詳細説明＞
カルマンフィルタ２１は、後述する航法計算手段２５からの慣性位置及び慣性速度と、ＧＰＳ移動局２からの計測車両７の位置と、車速計５からの速度とを入力する。そして、ジャイロ２７の誤差、加速度誤差、姿勢誤差、位置誤差、速度誤差等を推定する。
【００４２】
前述のジャイロ２７の誤差は角速度データ手段２８に、加速度誤差は加速度データ処理手段２３に、姿勢誤差は姿勢計算手段２９に、位置誤差及び速度誤差は航法計算手段２５に、それぞれ出力する。
【００４３】
加速度データ処理手段２３は、直交３軸に沿って設けられた３ヶの加速度計２２からの加速度を、カルマンフィルタ２１からの加速度誤差に基づいて補正する。
【００４４】
加速度座標変換手段２４は、方位角、姿勢角を入力し、この方位姿勢角に基づいて、加速度データ処理手段２３からの加速度を積分して東西、南北、上下方向の軸の座標系に変換して移動距離を求める。
【００４５】
航法計算手段２５は、加速度座標変換手段２４からの移動距離と、カルマンフィルタ２１からの位置誤差及び速度誤差とを入力し、これらの情報に基づいて所定の座標系上における計測車両７の相対位置（慣性位置）及び相対速度（慣性速度）を求める。
【００４６】
角速度データ処理手段２８は、直交３軸に沿って設けられた３ヶのジャイロ２７からの地球座標に対する計測車両７の角速度と、カルマンフィルタ２１からのジャイロの誤差とを入力し、ジャイロ２７からの角速度をジャイロの誤差に基づいて補正する。
【００４７】
姿勢計算手段２９は、角速度データ処理手段２８からの角速度と、カルマンフィルタ２１からの現在の姿勢誤差とを入力し、これらの情報に基づいて地球座標における自車両の正確な姿勢角及び方位角を求めてデータ処理部４に送出する。
【００４８】
すなわち、複合慣性測量部３は、加速度計２２からの加速度を積分して計測車両７の現在位置及び速度を求めると共に、ジャイロ２７からの角速度を積分して計測車両７の姿勢角、方位角を求め、かつ慣性誤差の増大を抑制するために、カルマンフィルタ２１を用いて各誤差を補正するハイブリット航法を実現している。
【００４９】
＜データ処理部の構成＞
データ処理部４は図２に示すように、曲率半径計算手段３０と、表示器３１と、記録手段３２と、車両傾斜計算手段３３と、勾配計算手段３４とを備えている。
【００５０】
曲率半径計算手段３０は、複合慣性測量部３からの現在の相対位置を入力する。そして、今回の相対位置と前回の相対位置とから両方の相対位置を通る軌跡の曲率半径を求めて表示器３１又は記録手段３２に記録する。
【００５１】
車両傾斜計算手段３３は、各車輪の近傍に設けられた４ヶのレーザ距離計６からの道路と車体との距離値をそれぞれ入力し、これらの距離値に基づいて計測車両の前後左右の傾斜を求める。
【００５２】
勾配計算手段３４は、複合慣性測量部３からの姿勢角と車両傾斜計算手段３３からの計測車両７の前後左右の傾斜とを入力し、これらの情報に基づいて道路の勾配（縦横）を３次元的に求めて表示器３１に表示又は記録手段３２に記録する。
【００５３】
＜動作説明＞
上記のように構成された道路線形自動測量装置の動作を以下に説明する。ＧＰＳ移動局２、車速計５、複合慣性測量部３、レーザ距離計６、データ処理部４等からなる道路線形自動測量装置１を搭載した計測車両７が道路を走行すると、以下に説明するデータを自動的に得る。
【００５４】
計測車両７側のオペレータは、ＧＰＳ移動局２の自動車電話機１３を用いてＧＰＳ基準局１０からＧＰＳ補正情報を送信させる。ＧＰＳ基準局１０の電話機１６は、ＧＰＳ補正情報の転送要求に伴ってＧＰＳ受信機１５からの基準局位置をＧＰＳ補正情報として移動電話網を介して逐次送信する。
【００５５】
計測車両７に搭載されているＧＰＳ移動局２のＧＰＳ受信機１２は、自動車電話機１３が受信したＧＰＳ補正情報とＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号とから計測車両７の正確な位置を求めて複合慣性測量部３に送出する。
【００５６】
すなわち、ＧＰＳ移動局２とＧＰＳ基準局１０とでデファレンシャルＧＰＳシステムを構成して正確な位置を求めている。
【００５７】
次に、複合慣性測量部３は、車体に直接取り付けられた３軸の加速度計２２からの加速度を用いて、所定の座標系における出発点からの移動距離に基づく現在の相対位置と、現在の相対速度とを求めると共に、ジャイロ（リングレーザジャイロ）からの角速度を用いて計測車両７の地球座標に対する姿勢角、方位角を求めて送出する。
【００５８】
一方、複合慣性測量部３のカルマンフィルタ２１は、相対位置である慣性位置及び相対速度である慣性速度を入力すると共に、ＧＰＳ移動局２からの計測車両７の位置と車速計５からの車速とを入力してジャイロ２７の誤差、加速度誤差、姿勢誤差、位置誤差、速度誤差等を推定する。
【００５９】
このようにカルマンフィルタ２１を用いて誤差を推定するのは、姿勢角、方位角、慣性速度及び慣性位置は、慣性センサであるジャイロ及び加速度計の信号を積分して得ている。
【００６０】
つまり、複合慣性測量部３は、前述の加速度計２２と、加速度データ処理手段２３と、加速度座標変換手段２４と、航法計測手段２５と、ジャイロ２７と、角速度データ処理手段２８と、姿勢計算手段２９とを用いてストラップダウンＩＮＳを構成して、移動体である計測車両の姿勢を求めると共に、加速度を東西、南北及び鉛直方向の成分に分け、積分して速度や距離等を得る。
【００６１】
従って、電磁波や天候の影響を全く受け付けないので、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できない高層ビルが多い都市部、険しい山岳部、橋梁や隣接する多い場所においても正確な位置と速度とを得ることができる。
【００６２】
ところが、慣性センサの誤差も同時に積分されるので、時間の経過に伴って誤差が増加していく。
【００６３】
例えば、ジャイロの誤差は、わずかであるが姿勢方位基準を傾かせることになり、この基準座標で変換された水平加速度には傾きに比例した重力加速度成分が検出され、加速度誤差及び位置誤差を生じる。
【００６４】
また、車速計５からの車速及びＧＰＳ移動局２からの位置というのは、時間の経過に伴って誤差は増加しない。この車速計７は車輪の回転数を検出するものであり、車輪の円周長さを乗算すると走行距離が分かる。
【００６５】
そこで、車速計５の速度と、ＩＮＳの慣性速度とから速度誤差を求めると共に、ＧＰＳ移動局２とＧＰＳ基準局１０とでデファレンシャルＧＰＳシステムを構成して得た正確な計測車両７の位置と、慣性位置とから位置誤差を推定するハイブリット慣性測量航法を生成する。
【００６６】
また、本カルマンフィルタ２１は、ジャイロのジャイロ誤差及び加速度計の誤差を求めて送出している。
【００６７】
例えば、前述の車速計の速度とＩＮＳの慣性速度とによる速度誤差の推定は以下に説明する方程式に基づいている。
【表１】
【００６８】
また、計測車両７を停止させたときの速度（＝０）と慣性速度とから速度誤差を求めて、誤差ベクトルＸｋの推定値を求めている。
【００６９】
また、計測車両７を停止させた時の基準点位置座標とＩＮＳの慣性位置から位置誤差を求めて、誤差状態ベクトルＸｋを求めている。
【００７０】
すなわち、複合慣性測量部３は、ＧＰＳ移動局２と車速計５とをカルマンフィルタ２１を用いて、ストラップダウンＩＮＳとを結合することで、電磁波や天候の影響を受ける場所では、測位機能の補間のために車速計５からのデータで各誤差を推定して位置と速度を正確に求める。また、ＧＰＳ衛星及びＧＰＳ基準局からの電波を受信できる場所では、ＧＰＳ移動局２からの位置データに基づいて各誤差を推定している。
【００７１】
従って、いかなる場所でも正確な自車両の位置と速度とをリアルタイムで得ることができる。
【００７２】
次に、データ処理部の動作を説明する。図３はデータ処理部の動作を説明するフローチャートである。
【００７３】
データ処理部４の曲率半径計算手段３０は、複合慣性測量部３からの計測車両の現在の相対位置ｉと現在の方位角ψｉとを読む（Ｓ１）。この方位角ψｉは地球座標系における北軸に対する角度である。
【００７４】
次に、前回の相対位置ｊと前回の方位角ψｊとが記憶されているかどうかを判断する（Ｓ３）。
【００７５】
ステップＳ３において、前回の相対位置ｊ及び前回の方位角ψｊが記憶されていないと判定したときは、ステップＳ１で読み込んだ相対位置ｉと方位角ψｊとを前回の相対位置ｉ及び方位角ψｉとして処理をステップＳ１に戻す（Ｓ５）。
【００７６】
また、ステップＳ３において、前回の相対位置ｊ及び前回の方位角ψｊとが記憶されていると判定した場合は、両方の位置間の距離Ｌを求める（Ｓ７）。
【００７７】
そして、前述の方位角ψｉ、ψｊ及び距離Ｌを用いて計測車両７が両位置を走行したときの道路の曲率半径Ｒを求める（Ｓ９）。この曲率半径Ｒの算出は、以下に示す式によって求める。
【数１】
【００７８】
この数１は、図４に示すように、湾曲している道路を計測車両が走行している場合は、一般にこの道路に２点間の位置ｉ、ｊを描き、２点間の位置ｉ、ｊにおける向きを示す矢印（方位角ψｉ、ψｊ）を描き、この２つの矢印から法線を引いたときの交点を求める。そして、この交点からいずれかの位置までの距離を求めると、道路を生成する円の曲率Ｒが求まるものである。
【００７９】
しかし、前述の数１は単に２点間の位置ｉ、ｊとから２点間を結ぶ距離Ｌを求め、この距離Ｌと方位角ψｉ、ψｊとだけで曲率半径Ｒを求めている。従って、早く曲率半径Ｒが得られると共に、非常に正確な曲率半径を得ることができる。
【００８０】
次に、曲率半径Ｒが求まると、この曲率半径Ｒを表示器３１に表示又は記録手段３２を用いて蓄積して（Ｓ１１）、本処理を終了する。
【００８１】
すなわち、この蓄積データを後日解析することによって、どのように湾曲している道路かを線で示すことが可能となる。
【００８２】
また、道路というのは、曲がっているだけではなく、坂道や下り坂がある。このため、データ処理部４の勾配計算手段３４は、車両傾斜手段３３からの車両の前後左右の傾斜角度と、複合慣性測量部４からの姿勢角（ピッチ角、ロール角とからなる）を入力して、道路の縦勾配及び横勾配を求める。
【００８３】
例えば、図５の（ａ）に示すように、計測車両７が登り坂を走行している場合は、複合慣性測量部３の姿勢計算手段２９からのピッチ角θｐ１と、データ処理部４の車両傾斜計算手段３３の傾斜角θｐ２とが入力する毎に、両方の角度を加算し、この加算値θｐを走行している道路の縦断勾配として求める。
【００８４】
すなわち、計測車両７と道路との間の車体の前後の傾斜角を考慮して道路の縦断勾配を求めているので、非常に精度が高い縦断勾配が得られる。
【００８５】
また、図５の（ｂ）に示すように、計測車両７が例えば湾曲している道路を走行している場合は、複合慣性測量部３の姿勢計算手段２９からのロール角θｑ１と、データ処理部４の車両傾斜計算手段３３の傾斜角θｑ２とが入力する毎に加算し、この加算値θｑを走行している道路の横断勾配として求める。
【００８６】
すなわち、計測車両７と道路との間の車体の前後左右の傾斜角を考慮して道路の横断勾配を求めているので、非常に精度が高い横断勾配が得られる。
【００８７】
従って、どのような環境下においても、正確な道路の曲率半径及び正確な縦横勾配をリアルタイムで得ることができる。
【００８８】
なお、上記実施の形態では、道路の曲率、縦横勾配としたが線路の曲率及び縦横勾配を求めてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本実施の形態の道路線形自動測量装置の概略構成図である。
【図２】道路線形自動測量装置の各部の詳細構成図である。
【図３】曲率半径計算手段の動作を説明するフローチャートである。
【図４】曲率半径の算出を説明する説明図である。
【図５】勾配計算手段の勾配を求め方を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００９０】
２ ＧＰＳ移動局
３ 複合慣性測量部
４ データ処理部
５ 車速計
６ レーザ距離計 ７ 計測車両
１０ ＧＰＳ基準局
１３ 自動車電話機
２０ 慣性航法部
２１ カルマンフィルタ
２２ 加速度計
２３ 加速度データ処理手段
２４ 加速度座標変換手段
２５ 航法計測手段
２７ ジャイロ
２８ 角速度データ処理手段
２９ 姿勢計算手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動車両上において、少なくとも出発点からの前記移動車両の現在の慣性位置、方位角を逐次求めて送出する慣性測量部を有する道路線形自動測量装置において、
前記慣性測量部からの慣性位置及び方位角を逐次入力し、この慣性位置と方位角とが所定数記憶される毎に、これらの慣性位置及び方位角に基づいて前記移動車両が走行している道路の曲率半径を逐次求めて知らせる曲率半径計算手段を備えたデータ処理部と
を有することを特徴とする道路線形自動測量装置。
【請求項２】
前記慣性測量部は、直交３軸の複数の加速度計からの加速度を積分して前記出発点からの慣性速度及び慣性位置を求めると共に、前記直交３軸の複数のジャイロからの角速度を積分して前記方位角と姿勢角とを求めるストラップダウン型ＩＮＳを生成していることを特徴とする請求項１記載の道路線形自動測量装置。
【請求項３】
前記データ処理部は、
前記移動車両の各車輪付近の筐体に取り付けられた複数のレーザ距離計に電気的に接続され、
前記複数のレーザ距離計からの前記道路と前記移動車両との間の距離に基づいて前記移動車両の前後左右の傾斜角度を求める車両傾斜計算手段と、
前記車両傾斜計算手段からの傾斜角度と前記慣性測量部からの前記方位角及び姿勢角を入力し、前記傾斜角度と前記姿勢角とから前記道路の縦断及び横断勾配を求めて知らせる勾配計算手段と
を有することを特徴とする請求項１又は２記載の道路線形自動測量装置。
【請求項４】
前記慣性測量部は、
ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号とＧＰＳ基準局からのＧＰＳ補正情報を同時に受信して前記移動車両の位置を求めるＧＰＳ移動局と、前記移動車両の車速を検出する車速計とに電気的に接続され、
前記慣性位置及び慣性速度並びに前記ＧＰＳ移動局からの位置又は前記車速計からの速度を逐次入力して前記加速度の誤差、角速度の誤差、姿勢角の誤差、慣性位置の誤差、慣性速度の誤差を逐次推定し、この推定した各誤差に基づいて前記加速度、角速度、姿勢角、慣性位置、慣性速度を逐次補正するハイブリット慣性測量航法を生成していることを特徴とする請求項１、２又は３記載の道路線形自動測量装置。
【請求項５】
前記データ処理部は、
前記慣性位置及び縦横勾配並びに曲率半径を、それぞれ対応させて記憶することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の道路線形自動測量装置。
【請求項１】
移動車両上において、少なくとも出発点からの前記移動車両の現在の慣性位置、方位角を逐次求めて送出する慣性測量部を有する道路線形自動測量装置において、
前記慣性測量部からの慣性位置及び方位角を逐次入力し、この慣性位置と方位角とが所定数記憶される毎に、これらの慣性位置及び方位角に基づいて前記移動車両が走行している道路の曲率半径を逐次求めて知らせる曲率半径計算手段を備えたデータ処理部と
を有することを特徴とする道路線形自動測量装置。
【請求項２】
前記慣性測量部は、直交３軸の複数の加速度計からの加速度を積分して前記出発点からの慣性速度及び慣性位置を求めると共に、前記直交３軸の複数のジャイロからの角速度を積分して前記方位角と姿勢角とを求めるストラップダウン型ＩＮＳを生成していることを特徴とする請求項１記載の道路線形自動測量装置。
【請求項３】
前記データ処理部は、
前記移動車両の各車輪付近の筐体に取り付けられた複数のレーザ距離計に電気的に接続され、
前記複数のレーザ距離計からの前記道路と前記移動車両との間の距離に基づいて前記移動車両の前後左右の傾斜角度を求める車両傾斜計算手段と、
前記車両傾斜計算手段からの傾斜角度と前記慣性測量部からの前記方位角及び姿勢角を入力し、前記傾斜角度と前記姿勢角とから前記道路の縦断及び横断勾配を求めて知らせる勾配計算手段と
を有することを特徴とする請求項１又は２記載の道路線形自動測量装置。
【請求項４】
前記慣性測量部は、
ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号とＧＰＳ基準局からのＧＰＳ補正情報を同時に受信して前記移動車両の位置を求めるＧＰＳ移動局と、前記移動車両の車速を検出する車速計とに電気的に接続され、
前記慣性位置及び慣性速度並びに前記ＧＰＳ移動局からの位置又は前記車速計からの速度を逐次入力して前記加速度の誤差、角速度の誤差、姿勢角の誤差、慣性位置の誤差、慣性速度の誤差を逐次推定し、この推定した各誤差に基づいて前記加速度、角速度、姿勢角、慣性位置、慣性速度を逐次補正するハイブリット慣性測量航法を生成していることを特徴とする請求項１、２又は３記載の道路線形自動測量装置。
【請求項５】
前記データ処理部は、
前記慣性位置及び縦横勾配並びに曲率半径を、それぞれ対応させて記憶することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の道路線形自動測量装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１１９１４４（Ｐ２００６−１１９１４４Ａ）
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３２１２７２（Ｐ２００５−３２１２７２）
【出願日】平成１７年１１月４日（２００５．１１．４）
【分割の表示】特願平９−７５８９８の分割
【原出願日】平成９年３月２７日（１９９７．３．２７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＩＮＳ
【出願人】（５９１０７４１６１）アジア航測株式会社 (48)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月４日（２００５．１１．４）
【分割の表示】特願平９−７５８９８の分割
【原出願日】平成９年３月２７日（１９９７．３．２７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＩＮＳ
【出願人】（５９１０７４１６１）アジア航測株式会社 (48)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]