JPS62172279A - 車両の位置計測方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は車両位置の計測方式に係り、特に車両の走行
路が頻繁に変り、かつ路面が整地でない土木作業現場に
おける建設車両の位置計測に用いて好適なものである。

（従来の技術） 従来の走行車両の位置計測方式は次のように分類される
。すなわち （Ａ）走行車両が外部の支援施設を利用して位置を検出
する方式。

（Ａ）−（１）固定径路方式・・・・・・走行車両の走
路に埋設したケーブルまたは走路面上に固定した光学テ
ープにより走行車両を誘導、あるいは走路に沿って放射
されるレーザビームにより走行車両を誘導する方式。

（Ａ）−（２）半固定径路方式・・・・・・走行車両の
走路面上に置いたマークを利用して走行車両を誘導する
方式。

（Ａ）−（３）自由径路方式・・・・・・外部支援施設
の基準点から走行車両に至る方角及び距離を計測しなが
ら、自由な径路を誘導する方式であって、計測手段とし
ては電波、レーザまたは超音波が用いられ、計測方式と
しては次の２方式がある。すなわち （Ａ）　　　（３）−（ｉ）円弧方式・・・・・・第８
図（ａ）においてａ及びｂは地上の２基準点であり、ｐ
は位置計測の対象である走行車両の位置である。

−例として電波を用いた場合について説明する。

ｐ点から電波を送信し、ａ点及びｂ点で受信し。

受信と同時に返信しこれをｐ点で受信すれば。

電波がｐａ間及びｐｂ間を往復する時間を測定すること
により、ｐ点の位置が決定されるものである。

（Ａ）　　　（３）　　　（ｉｉ）双曲線方式・・・・
・・第８図（ｂｌにおいて、ａ、ｂ及びＣは地上の３基
準点であり、ｐは位置計測の対象である走行車両の位置
である。−例として電波を用いた場合について説明する
。ａ点及びｂ点で同時刻にＴ。に電波を送信し、ｐ点に
おいて時刻Ｔ１及びＴ、に受信したとすれば、■を電波
の伝播速度として次式が成り立つ。

ｐａ間の距離　Ｌ、＝　Ｖ　（Ｔ、　　Ｔｏ）　−−−
ｆｌｌｐｂ間の距離　Ｌｂ＝Ｖ（Ｔｂ　　Ｔｏ）　−・
・（２）故に　　　Ｌ　−Ｌ　ｂ　＝　Ｖ　（Ｔ　−Ｔ
　ｂ　）−・・・・（３）（３）式によりＴ、−Ｔ、を
測定すればＬ　、　−Ｌ。

が計算できる。そして２定点からの距離の差が一定であ
る点の軌跡は、その２定点を焦点とする双曲線であるこ
とから、ｐ点はａ点及びｂ点を焦点とする一つの双曲線
（第８図（ｂ）の５ａｂｐ）上に在ることになる。ａ点
及びＣ点についても同様の測定を行なえば、ｐ点はａ点
及びＣ点を焦点とする双曲線（第８図（ｂ）のＳ、ｅｐ
）上に在ることになり、ｐ点の位置は双曲線Ｓ　ａｂｐ
及びＳ、ｃｐの交点として決定される。（但し、２つの
双曲線の交点は２点あるが、測定者が推定位置に近い一
点を選択すれば良い。） （Ｂ）外部支援施設を用いず走行車両の車輪の回転、及
び走行車両に搭載したジャイロによって、走行車両が独
自に自立して距離と方向を計測する方式 （発明が解決しようとする問題点） 建設車両が稼働する土木作業現場では、（ａ）建設車両
の走路が頻繁に変る。（ｂ）建設車両の走路面が整地で
ない、という悪条件があり、上記（従来の技術）で述べ
た位置計測方式のうち。

（Ａ）−（１）固定径路方式及び（Ａ）−（２）半固定
径路方式は、前記（ａ）建設車両の走路が頻繁に変ると
いう条件により使えない。また、上記（Ｂ）外部支援施
設を用いず、走行車両の自立による位置計測方式は、誤
差が累積されるので、前記（ｂ）建設車両の走路面が整
地でないという条件から、土木作業現場への適用は非常
に困難である。

土木作業現場で実用可能なのは、上記（従来の技術）で
述べた位置計測方式のうちの（Ａ）−（３）自由径路方
式であるが、計測手段のうち従来の電波を用いた方式の
ものは船舶用など長距離かつ大規模なものには適するが
、高価であり、測位精度もあまり良くない。また、計測
方式については次の問題点がある。

（Ａ）−（３）−（ｉ）円弧方式は、２基準点に対し、
建設車両１台の測位しか行なえない。

（Ａ）　−（３）　−（ｉｉ）双曲線方式は複数台の建
設車両の測位が可能であるが、３基準点を必要とし、か
つ基準点相互間（第８図（ｂ）のａ点とｂ点及びａ点と
Ｃ点）で同期をとる必要があり複雑かつ高価になるとい
う問題点を有するものである。

（問題点を解決するための手段及び作用）地上の基準と
なる１箇所の地点にレーザ発光装置を設置し、レーザ発
光器を定速回転させ。

その際該定速回転に同期して９例えば北位を基準とした
方位角に応じた変調を行なったレーザ光を発光する。

位置を計測しようとする車両については、該車両上の見
通しのきく位置に９円筒面の周囲に多数のたんざく状の
レーザ受光板を貼着したレーザ受光部を載置したレーザ
受光装置を設置し。

該レーザ受光装置は該車両の傾斜、地面の凹凸に関係な
く常に垂直になるように水平保持装置上に設置し、上記
レーザ発光器からのレーザ光が前記車載のレーザ受光器
を照射通過する時間り、この時間ｔに対応するレーザ受
光器の円筒表面の点の円筒中心に対し張る角度をα１及
び照射通過時のレーザ光の周波数ｆを測定することによ
り、該車両の位置を決定できて、１箇所の基準点に対し
複数台の移動車両の位置を計測することができるもので
ある。

（実施例） 以下図面に基づいてこの発明の実施例について説明する
。

第１図はレーザ発光装置１０の概略図であり。

脚１５を有する筐体１４には、モータ１３によって定速
回転されるターンテーブル１２を介して、レーザ発光器
１１が回転可能なように枢着される。０はレーザ発光器
１１の回転中心線を示す。１６はレーザ光変調装置で、
ケーブル１７により筐体１４を介してレーザ発光器１１
に接続される。尚、レーザ光変調装置１６について付記
すると、レーザ光の周波数を変えることは現在の技術で
は困難であり、レーザ発光器１１のシャッタをごく短時
間毎に開閉し、この開閉の時間間隔を変えることにより
レーザ光の点滅の周波数を変えるものであるが、このシ
ャツタ開閉時間間隔（換言すればレーザ光の点滅周波数
）を変える装置がレーザ光変調装置１６である。１８は
近接スイッチで。

レーザ光線が基準方位（この実施例では北位）を向いた
ときにＯＮになるように設定され、ターンテーブル１２
が１回転する毎にレーザ光変調装置１６に対しりセント
信号を出すように成っている。この第１図に例示したレ
ーザ発光装置１０は、従来技術を組合せて成るものであ
り、詳細説明は省略する。

レーザ発光装置１０は１脚１５の長さを調節することに
より、レーザ発光器１１の回転中心′！ａＯが垂直にな
るように、地上に設置されるので２回転するレーザ光線
は一つの水平面を形成することになる。

第２図はレーザ発光装置１０から発光されたレーザ光の
点滅周波数（以下単に周波数と称す）と、レーザ光線の
方位とを関係づける一つの具体例の説明図である。図に
おいて、レーザ光が北位では周波数は最低のＦｏで、レ
ーザ光線が水平面内で回転するにつれて周波数は直線的
に増加し９丁度−回転後に周波数は最高のＦｌに達し、
第１図の近接スイッチ１８のリセット信号により再び周
波数はＦｏに戻ってまた同じ波形を繰返すことにより、
レーザ光の方角（方位角β）と周波数ｆが次式のように
関係づけられる。

但し単位はｆ、ＦＯ，Ｆ、は１（ｚ、βはｒａｄである
。

第３図にレーザ受光装置３０の一具体例の概略を示す。

図においてレーザ受光部３１は１例えばアモルファスシ
リコンから成る受光素子を細長いたんざく状の受光板に
形成し、該受光板の長手方向を円筒の軸方向に一致させ
て多数貼着し、それぞれのたんざく状の受光板はレーザ
光綿を受光すると、各受光板毎にその位置を弁別できる
ように構成されている。この円筒状のレーザ受光部３１
の中心線Ｐは水平保持装置３２により、レーザ受光装置
３０が車両に搭載されたときに該車両の傾斜、地面の凹
凸に関係なく常に垂直になるように構成されている。

第４図は車両位置計算方式の説明図である。

図において０は、地上の基準となる１箇所の地点に設置
されたレーザ発光装置１０の位置を示し。

第１図のＯに対応する。Ｐは位置を計測しようとする車
両上に設置されたレーザ受光装置３０の位置を示し、第
３図のＰに対応する。Ｏを原点とし、−例としてｙ軸方
向を北位にとった直角座標軸を〇−ｘｙとし、レーザ受
光部３１の円筒形状の外形線をＣで表わし、Ｃの半径を
ｒ、レーザ光の受光範囲をＰ、〜Ｐ２（ＰＩ及びＰ２は
０から円Ｃに引いた接線の接点とすると、該接点ではレ
ーザ光の強度がＯとなり、レーザ光の検知が困難なので
、レーザ光の強度がＯでない点を選定する）、ＯＰと円
Ｃとの交点をＰｏ。

ＯＰの長さをＲ，ｙ軸とＯＰの成す角をβ　（このβは
第２図の横軸方位角βに対応する）、角ＰＩＯＰ２をθ
、角Ｐ＋ＰＰｚをα、レーザ光がＰｌからＰ２まで照射
通過する時間をｔ、レーザ発光器１１が１回転する時間
をＴ（第２図で方位角βが２πｒａｄ変る時間に相当）
とすれば次式が成り立つ。

１ｎ２ ”ｒ　　（ＣＯ３’７　＋５ｉｎ９　ｃｏｔ８）−−−
−１６１また。Ｐｏ　、Ｐ＋　、Ｐｚにおけるレーザ光
の周波数をそれぞれｆ、ｆ’、ｆ“とすれば、ｆはｆ′
とｆ′の平均値であり、前記（４）式より次式でβが求
められる。

Ｒ及びβが求まればＰ点の位置ｘ、　　ｙは次式で計算
できる。

第５図はこの発明の土木作業現場における一実施例の概
要説明図である。図において、５１及び５２はそれぞれ
土木作業中の建設車両、　１０は第１図で説明したレー
ザ発光装置で、　１１．１４．１５゜１６：　１７はそ
れぞれ第１図の同じ符号に対応し。

レーザ発光装置１０は地上の位置計測の基準となる一地
点に置かれる。５３及び５４はそれぞれ建設車両５１及
び５２上に設置されたレーザ受光装置であって、第３図
で説明したレーザ受光装置３ｏと同じ物である。作業現
場管理事務所５５内には車両位置管理装置５６及び無線
機５７が設置されている。５８及び５９はそれぞれ建設
車両５１及び５２上に設置された無線機であって、それ
ぞれ無線機５７との間で通信連絡を行なうように成って
いる。

作業現場管理事務所５５において２例えばまず建設車両
５１の無線機５８から無線機５７へ、レーザ受光装置５
３の受光データを受信し、車両位置管理装置５６におい
て、第４図で説明した方法により車両位置データに変換
する。次で建設車両５２についても同様の手順で車両位
置データを得ることができる。得られた車両位置データ
から、建設車両に対し適切な作業指示を出すことができ
る。建設車両がもっと多くても同様の作用ができること
は言うまでもない。

第６図はこの発明の受光位置及び周波数検出部ブロック
図の一興体例である。レーザ受光部３１は第３図で説明
したレーザ受光部３１と同じ物である。第６図において
受光点へ入ったレーザ光は受光素子により電流に変換さ
れ、レーザ受光部３１の上部（Ｈ）及び下部（Ｌ）の長
さに対応した電流値となってそれぞれ電流電圧変換器６
１及び６２へ入り、それぞれ対応した電圧値に変換され
てＢＰＦ　（バンドパスフィルタ）６３または６４でノ
イズを消去されて周波数電圧変換器６５及び整流回路６
６または６７へ入る。第１図で説明したようにレーザ光
線は変調（換言すれば点滅）されているので８周波数電
圧変換器６５へ入る電圧は周期的に変動するものであり
、この周波数に相当した電圧となってＬＰＦ　（ローパ
スフィルタ）６８を経て電圧ＶＦが得られる。周波数電
圧変換器６５の代りに周波数（パルス）カウンタ７１を
用いてパルス数Ｆを計測してもよい。整流回路６６また
は６７へ入った電圧はＬＰＦ　（ローパスフィルタ）６
９または７０を経て電圧■□及び■。

が得られる。電圧■、またはパルス数Ｆは車両位置管理
装置５６（第５図参照）内の中央演算処理装置（ＣＰ　
Ｕ）へ入って必要なデータ処理され、電圧Ｖ１１及び■
、は第７図の受光位置演算部７１は入ってデータ処理さ
れる。

第７図は第３図で説明した。車両に搭載されたレーザ受
光装置３０の水平保持装置３２を制御するための一具体
例のブロック図であるが５本発明には重要でないので説
明は省略する。

（発明の効果） この発明は上述のようにして成るので、建設車両が稼働
する土木作業現場のように、（ａ）車両の走行が歩頁繁
に変り、（ｂ）車両の走路面が不整地。

という悪条件のもとでも、１箇所の基準点にレーザ発光
装置を設置するだけで、レーザ受光装置を搭載した複数
台の走行車両の位置計測が容易かつ安価に可能になる。

更に１箇所の作業現場管理事務所において５広範囲にわ
たる複数台の作業車両の位置を把握できるので、適切な
作業指示を出すことができて１作業の大幅な能率向上及
び安全確保が可能となり、更には作業の無人化も期待で
きるというすぐれた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の、地上に設置されるレーザ発光装置
の一興体例の概略図、第２図はレーザ光の周波数と方位
角とを関係づける一つの具体例の説明図、第３図はレー
ザ受光装置の一具体例の概略図、第４図はこの発明の車
両位置計算方式の説明図、第５図はこの発明の土木作業
現場における一実施例の概要説明図、第６図はこの発明
の受光位置及び周波数検出部の一実施例のブロック図、
第７図はレーザ受光装置の水平保持装置を制御するレー
ザ受光装置の水平保持装置を制御する一実施例のブロッ
ク図、第８図（ａｌ及び（ｂ）はそれぞれ従来技術の位
置計測方式のうちの自由径路方式の円弧方式及び双曲線
方式の説明図である。 １０・・・レーザ発光装置、１１・・・レーザ発光器。 １２・・・ターンテーブル、１５・・・脚。 ３０・・・レーザ受光装置、３１・・・レーザ受光部。 ３２・・・水平保持装置、５６・・・車両位置管理装置
。 特許出願人　株式会社小松製作所 代理人　（弁理士）松　澤　　統 第　１　図 Ｈ２図 １１３図 笥４図 第８　図（ａ） 第８　図（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １箇所の基準点に設置した、変調されたレーザ光を発光
   するレーザ発光器と、該レーザ光を水平面内に定速回転
   させる脚及びターンテーブルより成るレーザ発光装置と
   ；該レーザ発光装置からのレーザ光を全方向受光可能な
   ように、円筒面上にたんざく状のレーザ受光板を貼着し
   たレーザ受光部と、該レーザ受光部を車両の姿勢に関係
   なく垂直に保つ水平保持装置とから成る車載のレーザ受
   光装置と；から成ることを特徴とする車両の位置計測方
   式。