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教えて!カーナビの仕組み

カーナビゲーションシステムは、今では多くの人が利用しています。
最近では、さまざまな機能が搭載されており、カーナビさえあれば、
快適に安心してドライブすることができます。

ここでは、知っているようで意外に知らない、カーナビの仕組みについて説明しましょう。

なぜカーナビは自車位置が分かるの?

カーナビは、衛星から送られてくる電波を受信し、自動車に取り付けられた色々なセンサーからの情報をもとに自車の位置や方向を特定しています。

  1. 人工衛星からの電波を受けて、車のいる場所を知る
    「GPSアンテナ」「GPSレシーバー」
  2. 車の向かう場所を知る
    「方位センサー(GYROセンサー)」
  3. 車の移動距離を知る
    「車速センサー(スピードセンサー)」
  4. ナビの画面
    「ディスプレイ」
  5. 「地図データ」
  6. ナビの頭脳で、アンテナやセンサーからの情報と地図データを照らし合わせ、ディスプレイに表示させる「ナビゲーションコンピュータ」

1.GPSアンテナ・GPSレシーバー

GPS(Global Positioning System)とは、アメリカで軍事目的に打ち上げられた衛星を民間用に利用し、位置情報を知る方法です。現在、ナビのほとんどは、GPSの位置情報を基本としています。GPSの位置情報を知るには、少なくとも3個以上の衛星電波を受信しなければなりません。ナビでは、この衛星からの電波を受信する役目をしているのがGPSアンテナとGPSレシーバーになります。

2.方位センサー(GYROセンサー)

GPSアンテナでは、地図上の位置を把握することはできても方向を把握することはできません。ナビは、自動車の向きや回転方向を把握するために方位センサー(ジャイロセンサー)を使用しています。方位センサー(ジャイロセンサー)は、センサー内の振動素子を振動させ、自動車の向きが変化したときの振動の変化(コリオリの力)を検出して自動車の回転方向や向きを計算しています。ナビは、この方位センサー(ジャイロセンサー)の信号をもとに自動車の向きを画面に表示しています。

3.車速センサー(スピードセンサー)

GPSで自車位置の確認はできますが、3個以上の衛星信号が受信できる場合に限るため、長いトンネルや高層ビルの間を走行中は位置の更新ができなくなります。このような場合にも自車位置を更新するための移動距離を把握するために、車速センサーの信号を使っています。

4.ディスプレイ

ディスプレイとは、ナビが提供する地図情報、タウンガイド、自動車の現在位置や時間などのさまざまなデータを表示する役目をします。

5.地図データ

地図データとは、ナビが提供する地図情報、タウンガイド、音声データなどのさまざまなデータが格納されているものです。ナビは、この地図データをもとに GPSアンテナや各センサーからの情報を比較し、現在位置を画面に表示させています。

6.ナビゲーションコンピュータ

ナビゲーションコンピュータは、ナビの頭脳にあたります。ナビゲーションコンピュータは、GPSアンテナや各センサーからの情報をもとに地図データとの比較をおこない、自動車の現在位置や目的地、時間や距離などを計算し、ディスプレイに表示させる役目をします。

どうやって目的地までのルートを検索しているの?

カーナビは、現在地を特定してから、目的地までのルートを案内するまでに、以下の4つのデータベースを使用して、案内ルートを決めています。

1. 現在地特定まず、現在地を把握します。

  • 道路ネットワークデータ
  • 現在地特定 詳細

まず、現在地を認識し、地図データ上に表示します。その際に近隣道路の形状や位置、道路間の接続情報や一方通行・交差点などの属性をデータベースから把握します。

道路ネットワークデータ道路ネットワークデータ

道路形状
:標高、東経、北緯
道路の接続状況
:接続している、接続していない
道路の属性
:一方通行、高速道路、幅員など

2.目的地検索・設定行きたいところを探します。

  • 地点情報データ
  • 目的地検索・設定 詳細

次に、目的地の把握をおこないます。 目的地の住所、物件情報(ホテル、公園など)、その地点の代表物などの情報を把握します。

地点情報データ

物件
:ホテル、ゴルフ場など
住所(都道府県~地番)
地域(観光地、自然地名、電話番号など)
地点の属性
:名称、住所、電話番号など
地点の代表位置
 
その地点に至るための到着位置
:案内すべき位置:例えば駐車場入り口など

3.経路探索目的地までの経路を調べます。

  • 道路ネットワークデータ
  • 経路検索 詳細

現在地と目的地の周辺情報が確認されたのち、その両地点を結ぶ経路を把握します。経路となる道路の接続状況や交差点、右左折などの条件を把握します。

道路ネットワークデータ道路ネットワークデータ

道路の接続状況
:接続している、接続していない など
道路のコスト
:経路を計算する上で何を最適とするかのパラメータ(幅員、一方通行、有料道路、旅行速度、距離など)
道路から道路へのコスト
:信号の有無、右折、左折、右左折禁止など

4.推奨経路の探索お勧めの経路を提案します。

  • 推奨経路の検索 詳細

現在地から目的地までの複数の経路を把握し、どのルートが最適かを検証します。

推奨経路の算出には、下図のような判断をしています。
一方通行や道幅が狭いなどの条件は、ルート検索上のコストと認識され、そのコストが少ない経路を推奨経路として案内します。

5.経路案内選択された経路を案内します。

  • 道路ネットワークデータ
  • 音声データ
  • 経路案内 詳細

経路が決定されたら案内を始めます。経路上に存在する建物や道路の情報把握し、画面上に表示します。

道路ネットワークデータ

道路形状
:標高、東経、北緯
道路の接続状況
:続している、接続していない など
道路の属性
:幅員、車線数、一方通行、種別、路線名称、付帯設備など
交差点属性
:名称、信号、料金所など
ランドマーク
:名称、位置、マークなど
  • ※ 同時に音声案内がある場合は、音声データから情報を得て音声案内します。

音声データ

案内音声
:固有名称、案内音声など

6.地図表示経路に関する情報を画面に表示します。

  • 道路ネットワークデータ
  • 地点情報データ
  • 背景データ
  • 地図表示 詳細

経路案内をしているあいだ、自動車が走行しているエリアの近隣情報を画面に表示します。そのために道路や建物、地形情報などを、その都度把握していきます。

道路ネットワークデータ

道路形状
:標高、東経、北緯
道路の属性
:幅員、車線数、一方通行、種別、路線名称、付帯設備など

地点情報データ

目標物
住所名
自然地名など
:施設、建物形状、名称、記号

背景データ

河川、海、鉄道、等高線、行政界など

渋滞情報はどうやって分かるの?

カーナビの渋滞情報は、さまざまな機関の事故・工事等の情報を受信することで、どの道が渋滞しているか把握することができます。

VICSとは?

「VICS(Vehicle Information and Communication System)」とは、ドライバーに対し、リアルタイムに交通情報を提供する道路交通情報通信システムです。
道路の渋滞状況や駐車場の満車状況などを前もって把握することができます。

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