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気圧センサによる標高データを用いた位置算出方法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 20K04723
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分22050:土木計画学および交通工学関連
研究機関東京情報デザイン専門職大学 (2023)
筑波学院大学 (2022)
鳥取大学 (2020-2021)

研究代表者

横田 孝義  東京情報デザイン専門職大学, 情報デザイン学部, 教授 (50417028)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワードITS / GNSS / MEMSセンサ / 位置算出アルゴリズム / 大気圧 / 標高 / 位置情報推定 / GPS / 大気圧センサ / 標高データ / 位置推定 / 動的計画法 / 加速度 / 角速度 / 気圧センサ / 位置算出
研究開始時の研究の概要

道路交通システムや歩行者のナビゲーションにおける位置推定技術は将来の自動走行やトレッキングなど多様化するアウトドアレジャーを支援する際にも不可欠な技術である.ユーザーの自位置を特定する技術として全球測位衛星システム(GNSS)が普及している.しかしながら通常の利用では数メートルの誤差が生じ,また高層ビル街による電波の反射(マルチパス)などによって100mにも及ぶ大きな誤差を持つことがある.一方,スマートフォンで気圧センサが容易に利用できるようになって来た.そこで本研究では標高をリアルタイムに推定し,その標高データの変化パタンを利用してユーザーの自位置情報を得る新たな位置算出方式の開発を行う.

研究成果の概要

サイバーテロ、自然災害などの影響でGNSSの機能が障害を受けても車両の走行位置をMEMSセンサ情報から正確に求める以下の技術を開発した。1)ディジタル道路地図の道路リンク単位にセンサデータを関連付け、位置推定が必要な車両(評価車両)の走行状況に応じて参照すべきセンサデータを探索する方法を実現した。2)評価車両と参照車両で走行速度に大きな相違がある場合でも相互相関関数を正しく計算するためにセンサデータを走行速度に応じて時間軸上で圧縮、伸長して改めてリサンプリングを行う速度補償処理を実現した。これにより一般道路網における実験で平均でRMS誤差1.6m、最大誤差が6.5mの位置推定精度を確認した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究による気圧センサ等のMEMSセンサを用いた車両位置算出アルゴリズムは太陽フレアや国際紛争等による妨害電話等で機能障害が発生し得るGNSS(Global Navigation Satellite System)による位置算出方法の弱点を補強し、常に安定的に車両の位置を算出する手段を提供することが可能になり、今後の自動運転などの実現に大きく貢献し得るため会的意義が大きい。また、道路の凹凸などによる微弱な振動情報が道路の位置を特定できるほどの特徴量として機能することと、それを用いた位置算出アルゴリズムを具合的に実現し、実際の道路で行った実証実験でその効果を確認した学術的意義が大きい。

報告書

(5件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 4件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 7件、 招待講演 2件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Vehicle Localization by Optimally Weighted Use of Cross-Correlated MEMS Sensor Data2023

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Yokota
    • 雑誌名

      Sensors & Transducers 261(2) 1-9 2023年6月

      巻: 262 ページ: 1-9

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Vehicle Localization Method Based on MEMS Sensor Data Comprising Pressure, Acceleration and Angular Velocity2022

    • 著者名/発表者名
      Taiga Yamagiwa and Takayoshi Yokota
    • 雑誌名

      2022 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation (ICMA)

      巻: 2022 ページ: 786-791

    • DOI

      10.1109/icma54519.2022.9856341

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of position calculation method using elevation data by barometric pressure sensor2022

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi
    • 雑誌名

      Impact

      巻: 2022 号: 1 ページ: 26-27

    • DOI

      10.21820/23987073.2022.1.26

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Vehicle localisation by altitude data matching in spatial domain and its fusion with dead reckoning2021

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Yokota
    • 雑誌名

      International Journal of Mechatronics and Automation

      巻: 8 号: 4 ページ: 208-216

    • DOI

      10.1504/ijma.2021.120379

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Vehicle Localization Based on MEMS Sensor Data2021

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Yokota
    • 雑誌名

      2021 60th Annual Conference of the Society of Instrument and Control Engineers of Japan (SICE)

      巻: 60 ページ: 1094-1100

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Vehicle Localization by Dynamic Programming from Altitude and Yaw Rate Time Series Acquired by MEMS Sensor2021

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Yokota
    • 雑誌名

      SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration

      巻: 14 号: 1 ページ: 78-88

    • DOI

      10.1080/18824889.2021.1906018

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書 2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Network-wide Vehicle Localization Algorithm based on MEMS Sensor Data2024

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Yokota
    • 学会等名
      Automation, Robotics & Communications for Industry 4.0/5.0 (ARCI' 2024): 4th IFSA Winter Conference
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] MEMS Sensor-Based Vehicle Localization and Robust Map-Matching2024

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Yokota
    • 学会等名
      Global Summit on Analog Electronics, Sensors and Signal Processing
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] MEMS Sensor-Based Vehicle Localization and Map-Matching2024

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Yokota
    • 学会等名
      GMSST2024 Global Meet on Sensors and Sensing Technology Theme: Sensors in Technology and Nature
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Vehicle Localization by Correlated MEMS Sensor Data with Velocity Compensation2023

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Yokota
    • 学会等名
      2023 IEEE 26th International Conference on Intelligent Transportation Systems (ITSC)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 速度変動を考慮したMEMSセンサ情報による車両位置の推定方法 ~仮想時間軸による速度変動の補償~2023

    • 著者名/発表者名
      横田孝義
    • 学会等名
      電子情報通信学会 ITS研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Vehicle Localization by Optimally Weighted Use of MEMS Sensor Data2023

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Yokota, Taiga Yamagiwa
    • 学会等名
      3rd IFSA Winter Conference on Automation, Robotics and Communications for Industry 4.0/5.0 (ARCI' 2023)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 50Hzで取得したMEMSセンサデータを用いた車両位置推定方式 ~ センサデータの高分解能化の位置推定精度への影響 ~2022

    • 著者名/発表者名
      横田孝義, 山際大賀
    • 学会等名
      電子情報通信学会ITS研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 標高などの道路の特徴を用いた車両走行位置算出方法の一般道路ネットワーク対応について ~ 複数道路の同時評価による走行位置算出 ~2022

    • 著者名/発表者名
      山際大賀, 横田孝義
    • 学会等名
      電子情報通信学会ITS研究会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Localization algorithm based on altitude time series in GNSS-denied environment2020

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Yokota
    • 学会等名
      SICE Annual Conference 2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Localization Algorithm Based on Altitude Profile Matching Derived from Barometer2020

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Yokota
    • 学会等名
      IEEE ICMA
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] MEMSセンサによる大気圧、加速度、角速度などの情報を用いた走行車両位置推定方法の検討2020

    • 著者名/発表者名
      ズル・フィクリン・ビン・バハリン、横田孝義
    • 学会等名
      電子情報通信学会ITS研究会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 大気圧センサによる標高計測を用いた位置推定方法の検討2020

    • 著者名/発表者名
      杉浦彦音、横田孝義
    • 学会等名
      電子情報通信学会ITS研究会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [図書] Advances in Robotics & Automation Control', Vol. 3 (分担執筆)2024

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Yokota
    • 総ページ数
      15
    • 出版者
      IFSA Publishing
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [図書] 自動運転車に向けた電子機器・部品の開発と制御技術2022

    • 著者名/発表者名
      横田孝義(分担執筆)
    • 総ページ数
      6
    • 出版者
      技術情報協会
    • ISBN
      9784861049118
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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