TOP > 国内特許検索 > 監視手段付きGPS装置 > 明細書

明細書 :監視手段付きGPS装置

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B2)
特許番号 特許第3970473号 (P3970473)
公開番号 特開2000-329839 (P2000-329839A)
登録日 平成19年6月15日(2007.6.15)
発行日 平成19年9月5日(2007.9.5)
公開日 平成12年11月30日(2000.11.30)
発明の名称または考案の名称 監視手段付きGPS装置
国際特許分類 G01S   5/14        (2006.01)
G01C  21/00        (2006.01)
FI G01S 5/14
G01C 21/00 D
請求項の数または発明の数 1
全頁数 10
出願番号 特願平11-137956 (P1999-137956)
出願日 平成11年5月19日(1999.5.19)
審査請求日 平成17年6月27日(2005.6.27)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】000173784
【氏名又は名称】財団法人鉄道総合技術研究所
発明者または考案者 【氏名】池田 昌俊
【氏名】笹本 和秀
個別代理人の代理人 【識別番号】100089635、【弁理士】、【氏名又は名称】清水 守
【識別番号】100096426、【弁理士】、【氏名又は名称】川合 誠
審査官 【審査官】有家 秀郎
参考文献・文献 特開平09-240470(JP,A)
特開平08-159786(JP,A)
特開平06-289778(JP,A)
国際公開第98/004929(WO,A1)
特表平10-504653(JP,A)
特開平07-077570(JP,A)
特開平08-015404(JP,A)
特開平08-297158(JP,A)
調査した分野 G01S 5/00-5/14
G01C 21/00
特許請求の範囲 【請求項1】
移動体に設置されたGPS受信機と、路線情報蓄積部と、演算部で構成される監視手段付きGPS装置において、
(a)前記GPS受信機はGPS信号を受信し、
(b)前記路線情報蓄積部は路線の3次元空間での形状を記憶し、
(c)前記演算部は前記GPS受信機と前記路線情報蓄積部からのデータにより幾何学的精度低下率を求め精度の低下を監視し、
(d)前記GPS受信機はGPS衛星からの信号を受信し、現在位置と測位に利用したそれぞれのGPS衛星位置を出力し、前記路線情報蓄積部は前記GPS受信機より出力された測位位置を入力し、測位位置近傍での路線形状を出力し、前記演算部は前記GPS受信機よりGPS衛星の位置と測位位置を、また前記路線情報蓄積部より測位位置近傍の路線形状を入力し、GPS衛星毎に求めた測位位置からGPS衛星間を通る直線上で、測位位置前後の測定距離の予め定めた基準誤差にあたる点を通り直線に垂直な平面をそれぞれ求め、測位位置近傍の路線形状でそれらの平面に囲まれた路線上での区間を求め、これを路線上での幾何学的精度低下率値とする警報ランクをこの区間長の長さでいくつか設定し、求められた区間がいずれの警報ランクに存在するかを監視することを特徴とする監視手段付きGPS装置。
発明の詳細な説明 【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、GPSを用いる際、複数のGPS装置または通常より多くのGPS衛星からの信号を比較する等の方法により安全性を高めるための監視手段を有するGPS装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、GPSの利用に際し、自動車交通分野では安全面を考慮しない高精度測位手法や、航空分野では稼働率の向上のための手法が多く提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、安全のための警告・監視システムで、かつ複数の受信機を用いる手法や路線データを用いる手法はこれまでに見受けられない。
【0004】
また、GPSの精度を高め信頼性を向上させることは行われているが、その利用に際しての安全性(フェールセーフ)についての取組みが遅れている。例えば、列車位置の計測に用いる場合、正確な位置出力を得ることが不可欠であることから安全性の向上は必須であると考えられる。
【0005】
本発明は、上記状況に鑑みて、GPSの精度を高め信頼性の高い車両などに搭載される監視手段付きGPS装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〕移動体に設置されたGPS受信機と、路線情報蓄積部と、演算部で構成される監視手段付きGPS装置において、前記GPS受信機はGPS信号を受信し、前記路線情報蓄積部は路線の3次元空間での形状を記憶し、前記演算部は前記GPS受信機と前記路線情報蓄積部からのデータにより幾何学的精度低下率を求め精度の低下を監視し、前記GPS受信機はGPS衛星からの信号を受信し、現在位置と測位に利用したそれぞれのGPS衛星位置を出力し、前記路線情報蓄積部は前記GPS受信機より出力された測位位置を入力し、測位位置近傍での路線形状を出力し、前記演算部は前記GPS受信機よりGPS衛星の位置と測位位置を、また前記路線情報蓄積部より測位位置近傍の路線形状を入力し、GPS衛星毎に求めた測位位置からGPS衛星間を通る直線上で、測位位置前後の測定距離の予め定めた基準誤差にあたる点を通り直線に垂直な平面をそれぞれ求め、測位位置近傍の路線形状でそれらの平面に囲まれた路線上での区間を求め、これを路線上での幾何学的精度低下率値とする警報ランクをこの区間長の長さでいくつか設定し、求められた区間がいずれの警報ランクに存在するかを監視するようにしたものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【0008】
図1は本発明の第1参考例を示す車両に搭載される監視手段付きGPS装置のブロック図である。
【0009】
この図に示すように、2台のGPS受信機2,4を設置し、同時にアンテナ1,3を車両7の屋根上の前部と後部に設置する。各々のGPS受信機2,4の出力するそれぞれ測位情報の相対する緯度、経度、高度、速度、方位を監視装置5で比較し、以下のチェックを行う。
【0010】
(i)緯度、経度については、2台のGPS受信機2,4の出力した離隔距離がアンテナ設置間隔の誤差範囲内にあるか?
(ii)速度については、2台のGPS受信機2,4の出力した速度が誤差範囲内にあるか?
(iii )進行中は方位によりアンテナ設置間隔から緯度差、経度差を計算する。2台のGPS受信機2,4の緯度差、経度差が誤差範囲内にあるか?
(iv)高度は誤差範囲内にあるか?
ここで、誤差範囲を超えたものが、所定の移動距離または監視時間継続したとき受信機異常を検出する。この場合、チェックは(i)~(iv)について一部を省略する場合もある。
【0011】
また、3台のGPS受信機を使用したときは、3対向について上記の判定を行う。
【0012】
このように、この参考例によれば、車両7に設置された複数のアンテナ1,3を有する複数のGPS受信機2,4と監視装置5から構成され、この監視装置5は各々のGPS受信機2,4の出力する相対する測位情報の一部または全部を比較し、それぞれの測位情報が各々のアンテナ1,3の設置位置関係から想定される相互関係の範囲内にあるか否かの判定をなし、この判定の結果、その測位情報が相互関係の範囲外にあるとき、特定または不特定のGPS受信機が異常状態にあることを出力装置6により検出することができる。
【0013】
なお、測位情報には緯度、経度、高度の他、速度、方位、時刻、GPS衛星情報、受信GPS衛星数などがある。
【0014】
図2は本発明の第1参考例の監視手段付きGPSシステムの模式図である。
【0015】
これは、第1参考例の特殊な例であり、第1参考例で示したそれぞれのGPS受信機の相対するGPS衛星11~14からの疑似距離や演算過程の中間情報などについて比較するものである。参考例は、第1参考例と同様に、2台のGPS受信機2,4、アンテナ1,3を車両7の屋根上の前部と後部に設置し、同一GPS衛星からの擬似距離を比較する(具体的には擬似距離11Aと11B、12Aと12Bを比較)。この場合、最大の擬似距離の差はアンテナ1,3の設置間隔になる。
【0016】
このように、この参考例によれば、車両7に設置され、アンテナ1,3を有する複数のGPS受信機2,4と監視装置5と出力装置6から構成される監視手段付きGPS装置において、
前記監視装置5は各々の受信機の位置演算に関する相対する内部情報の一部または全部を比較し、この内部情報が各々のアンテナの設置位置関係から想定される相互関係の範囲内にあるか否かの判定をなし、その判定の結果、その範囲外にあるとき、特定または不特定のGPS受信機が異常状態にあることを検出することができる。
【0017】
次に、本発明の第2参考例について説明する。
【0018】
図3は本発明の第2参考例を示す車両に搭載される監視手段付きGPS装置のブロック図である。
【0019】
この参考例では、20は車両、21はアンテナ、22はGPS受信機、23は速度・距離計、24は演算監視装置、25は出力装置である。
【0020】
この図において、一般に車両20は車軸等により自ら車両位置、移動距離、速度を検出できることから、これらの情報と、アンテナ21-GPS受信機22を介して読み込まれるGPS測位情報とを比較してGPS測位情報が正しいか異常であるかの検出を行う。
【0021】
ここでは、車軸が滑走・空転を行ったときのみGPSの詳細位置情報を用いることができる。マーカー(ATS地上子)を使用する場合が多い。1台のGPS受信機でも採用可能であるため、必ずしもGPS受信機は複数である必要はない。
【0022】
ここで、行うチェックは以下のようなものである。
【0023】
(i)GPS測位による位置、距離、速度は車両の検出する位置、距離、速度の誤差範囲内にあるか?
(ii)滑走・空転発生時は連続性(急激に変化しない)や変化率を用いてこれを診断する。
【0024】
このように、第2参考例によれば、車両20に設置されたアンテナ21を有するGPS受信機22と演算監視装置24と出力装置25から構成される監視手段付きGPS装置において、前記演算監視装置24は車両20の検出する位置情報、移動距離およびまたは速度情報とGPS受信機22の出力する位置情報、移動距離およびまたは速度情報を比較し、それらの間に所定以上の差異または比率があるとき、特定または不特定のGPS受信機22が異常状態にあることを検出することができる。
【0025】
次に、本発明の第3参考例について説明する。
【0026】
図4は本発明の第3参考例の監視手段付きGPSシステムの模式図である。
【0027】
この図において、31~35はGPS衛星であり、これらのGPS衛星より、固定位置又は移動局のアンテナ26を介してGPS受信機27は測位情報を受ける。
【0028】
自前で基準局を設けて補正情報を送るDGPSを採用した場合などに、GPS衛星の健全性を監視する装置である。DGPSにしなくても、移動局に異常情報が速達できれば、自前の監視装置として採用可能なものである。
【0029】
一般にnを5とし、n-1すなわち4個のGPS衛星でもって測位を行って5通りの測位データが得られるが、1個のGPS衛星に異常があった場合、5通りの測位データの中には異常GPS衛星を含まない(正しい)測位データは1個しかない。一般に平均値を用いるが、平均値のほかの代表値として用いられる例としてはメディアン、モードなどがある。
【0030】
このように、第3参考例によれば、固定位置または移動局に設置されたアンテナ26を有するGPS受信機27と演算監視装置28と出力装置29から構成される監視手段付きGPS装置において、前記GPS受信機27は、補足可能なm個のGPS衛星からm個を含むn個を選定し、n個の中のn-1個によりn通りの測位を行うものであり、前記演算監視装置28はn通りの該測位結果の
(a)標準偏差またはばらつきが急激に増大したとき
(b)標準偏差またはばらつきが所定の値を超えたとき
(c)1データだけ他と特にずれたとき
(d)平均値などの代表値が前記固定位置から想定される測位情報より所定以上ずれたとき
前記固定位置から想定される測位情報に最も近い該測位結果を出力したn-1個の中に含まれず、かつn個の中に含まれるGPS衛星が異常出力を行ったことを検出すると共に、この状態が所定時間継続したとき当該GPS衛星が異常状態にあることを検出することができる。
【0031】
次に、本発明の第4参考例について説明する。
【0032】
図5は本発明の第4参考例の監視手段付きGPSシステムの模式図である。
【0033】
この図において、41~46はGPS衛星であり、これらのGPS衛星より、 固定位置又は移動局のアンテナ26を介してGPS受信機27は測位情報を受ける。
【0034】
ここで、6GPS衛星から5GPS衛星を選ぶ組み合わせは 65 =6通り、5GPS衛星から4GPS衛星を選ぶ組み合わせは 54 =5通りである。
【0035】
この参考例はGPS衛星の異常を一般に監視するものである。物理的配置から有利となるもののうち、受信レベルの高いものから、6個のGPS衛星を選定する。この中から5個のGPS衛星を選んだ6種類のグループを考え、各グループの中から4個を選んで5つの測位データを演算し、ばらつき(最大値と最小値の差)を求める。各グループのばらつきを比較し、最もそのばらつきの小さいグループを選ぶ。6個のGPS衛星のうち異常を生じたものは高々1個であると仮定し、最も小さいグループには異常GPS衛星は含まれていないものとすると、6個のGPS衛星のうち、ばらつきの最も小さいグループに含まれない残りの1個が異常であることになる。
【0036】
このように、第4参考例によれば、固定局または移動局に設置されたアンテナ26を有するGPS受信機27と監視装置28と出力装置29から構成される監視手段付きGPS装置において、
前記GPS受信機は、
(a)補足可能なm個のGPS衛星からm個を含むn+1個を選定し、
(b)n+1個の中からn個の1グループを選び、その中のn-1個によるn通りの位置測位を行い、n個の測位データについて標準偏差またはばらつきを求め、
(c)n+1個の中から選んだ1グループn個の、n+1グループについて、上記(b)を実行し、n+1個の標準偏差またはばらつきを求め、
(d)n+1個の標準偏差またはばらつきのデータの中で最も小さいものを選び、
(e)前記最も小さい標準偏差値またはばらつきを呈したn個のグループの中に含まれず、n+1個の中に含まれるGPS衛星が異常出力を行ったことを検出すると共に、この状態が所定時間継続したとき当該GPS衛星が異常状態にあることを検出することができる。
【0037】
次に、本発明の第5参考例について説明する。
【0038】
図6は本発明の第5参考例を示す車両に搭載される監視手段付きGPSシステムの路線情報についての説明図である。
【0039】
本発明を実施する場合、路線情報は、路線の形状を一定間隔毎の点の集まりとし部分毎に検索できるように予め区分して保持する。GPS受信機の測位位置から、その近傍に位置する路線情報の1部分を抽出し、記憶する路線形状の各点ごとに測位位置からの離隔距離を計算し最小値を求める。図6に示すA点は、最小値が所定範囲内にあるときであり、GPS受信機に異常がないものとし、図6のB点に示すように、所定範囲内にない場合に限り、その最小値の点と最小値から2番目に小さい点を結んだ直線への測位点からの垂線Vの長さを求める。垂線Vの長さが所定範囲内にないとき当該GPS受信機に異常があるものと判断することで、その異常を検出できる。常時、この診断を継続することで保持データを追跡でき、該当する路線情報を容易に抽出することができる。
次に、本発明の実施例について説明する。
【0040】
図7は本発明の実施例を示す車両に搭載される監視手段付きGPSシステムの模式図である。
【0041】
この図において、50は車両、51はアンテナ、52はGPS受信機、53は路線情報蓄積部、54は演算部、55は出力装置である。
【0042】
また、61,62,63はGPS衛星であり、路線形状64を有し、その路線の測定点65を示している。
【0043】
このように、実施例によれば、車両50に設置されたGPS受信機52と、路線情報蓄積部53と、演算部54と、出力装置55で構成されるGPS測位装置において、前記GPS受信機52はGPS信号を受信し、前記路線情報蓄積部53は路線の3次元空間での形状を記憶し、前記演算部54は前記GPS受信機52と前記路線情報蓄積部53からのデータにより幾何学的精度低下率を求め精度の低下を監視し、前記GPS受信機52はGPS衛星からの信号を受信し、現在位置と測位に利用したそれぞれのGPS衛星位置を出力し、前記路線情報蓄積部53は前記GPS受信機52より出力された測位位置を入力し、測位位置近傍での路線形状を出力し、前記演算部54は前記GPS受信機52よりGPS衛星の位置と測位位置を、また前記路線情報蓄積部53より測位位置近傍の路線形状を入力し、GPS衛星毎に求めた測位位置からGPS衛星間を通る直線上で、測位位置前後の測定距離の予め定めた基準誤差にあたる点を通り直線に垂直な平面をそれぞれ求め、測位位置近傍の路線形状でそれらの平面に囲まれた路線上での区間を求め、これを路線上での幾何学的精度低下率値とする警報ランクをこの区間長の長さでいくつか設定し、求められた区間がいずれの警報ランクに存在するかを監視することができる。
【0044】
鉄道の運転制御などの用途に応用した場合、当該線形での幾何学的精度低下率を求め安全を確保する。
【0045】
表1に路線情報の例を示す。
【0046】
【表1】
JP0003970473B2_000002t.gif この表1に示すように、線区区分番号に対応して線区形状式、区間始点座標、区間終点座標、距離程起点からの距離を示している。
【0047】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【0048】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【0049】
(A)GPSの精度を高め信頼性の高い車両などに搭載される監視手段付きGPS装置を提供することができる。
【0050】
(B)広い意味での安全性向上(信頼性向上も含む)を実現することによって例えば、鉄道におけるGPSの用途が広がる。具体的には安全の要求される分野での応用も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1参考例を示す車両に搭載される監視手段付きGPS装置のブロック図である。
【図2】 本発明の第1参考例の監視手段付きGPSシステムの模式図である。
【図3】 本発明の第2参考例を示す車両に搭載される監視手段付きGPS装置のブロック図である。
【図4】 本発明の第3参考例の監視手段付きGPSシステムの模式図である。
【図5】 本発明の第4参考例の監視手段付きGPSシステムの模式図である。
【図6】 本発明の第5参考例を示す車両に搭載される監視手段付きGPSシステムの模式図である。
【図7】 本発明の実施例を示す車両に搭載される監視手段付きGPSシステムの模式図である。
【符号の説明】
1,3,21,26,51 アンテナ
2,4,22,27,52 GPS受信機
5 監視装置
6,25,29,55 出力装置
7,20,50 車両
11~14,31~35,41~46,61~63 GPS衛星
11A,11B,12A,12B 疑似距離
23 速度・距離計
24,28 演算監視装置
53 路線情報蓄積部
54 演算部
64 路線形状
65 路線の測定点
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5
【図7】
6