JPS62174675A - 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・旧・・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ｆｂ）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Ｔ０に電波を送信し、ｐ点におい
て時刻Ｔ、及びＴｂ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）　−−−−（１
１ｐｂ間の距離　Ｌ　ｂ　＝　Ｖ　（Ｔ　ｂ　　Ｔ　ｏ
　）　−−−−−・（２）故に　　　Ｌ−−Ｌｂ＝ｖ（
Ｔ−”ｒｂ）−・−・（３）（３）式によりＴ、−Ｔ、
を測定すればり、−Ｌｂ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（ｂｌの５ａｂｐ）上
に在ることになる。ａ点及び０点についても同様の測定
を行なえば、ｐ点はａ点及び０点を焦点とする双曲線（
第８図（′ｂ）の５１ｃｐ）上に在ることになり、ｐ点
の位置は双曲線５ａｂｐ及びＳ　ａｃｐ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（ｂｌＯａ点とｂ点及びａ
点と０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２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、レーザ受光装置を載置し、基準とし
た前記２箇所のレーザ発光装置からのレーザ光を、該車
載のレーザ受光装置で受けて得るレーザ光の２つの方位
データを測定することにより、該車両の位置を決定でき
。

２箇所の基準点に対し複数台の移動車両の位置を計測で
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２図はレーザ発光装置２０の一臭体例の概略図であり
１脚２５を有する筐体２４には、モータ２３によって定
速回転されるターンテーブル２２を介して、レーザ発光
器２１が回転可能なように枢着される。○はレーザ発光
器２１の回転中心線を示す。２６はレーザ光変調装置で
、ケーブル２７により筺体２４を介してレーザ発光器２
１に接続される。

尚、レーザ光変調装置２６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２１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、以下単
にレーザ光の周波数と記す）を変える装置がレーザ光変
調装置２６である。もちろん、レーザ光そのものの周波
数を変えても差支えないことは言うまでもない。

２８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２２が１回転する毎にレーザ光変調
装置２６に対しリセット信号を出すようになっている。

レーザ発光装置２０は９脚２５の長さを調節することに
より、レーザ発光器２１の回転中心線Ｏ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。

この第２図に例示したレーザ発光装置２０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。

第３図はレーザ発光装置２０から発光されたレーザ光周
波数Ｆ（Ｈｚ）と、レーザ光線方位角β（ｒａｄ）とを
関係づける一興体例の説明図である。

図において、レーザ光線が北位を向いている時はβ＝０
で、かつレーザ光周波数は最低のＦ。

であって、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１丁度−回転後に周波数は最高の
Ｆ、に達し、第２図の近接スイッチ２８のリセット信号
により再び周波数Ｆ０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βと、レーザ光周波数ｆが次
式のように関係づけられる。

第４図にレーザ受光装置４０の一具体例の概略を示す。

図においてレーザ受光部４１は１例えばアモルファスシ
リコンから成る受光素子を板状に形成して正ｎ角柱（ｎ
≧３）に構成したものであり１図では正３角柱に構成し
たものを示す。

このレーザ受光部４１を構成する受光面は、水平保持装
置４２により、レーザ受光装置４ｏ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１図はこの発明の車両位置計算方式の説明図である。

図においてＡ及びＢは、地上の基準となる２箇所の地点
に設置されたレーザ発光装置２０の位置を示し、それぞ
れ第２図の０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４０の位置を示し、
第４図のレーザ受光部４１の正３角柱の軸中心に対応す
る。第１図において、Ａ点を原点とする直角座標軸をＡ
−ｘｙとし、Ｘ軸の負の方向を北位とし２図のように符
号り、β＾及びβＢを定めれば、Ｐ点の座標ｘ、ｙは次
式で求められる。

Ｌ　　　　　　　　１丁 ｓｉｎ　（π−（π−βＡ）−８ｇ）　　　ｓｉｎβ。

故に。

Ｘ＝τマｃｏｓ　（π−βＡ） ｙ＝τ下５ｉｎ（π−βＡ） β。及びβ６は、それぞれ対応する周波数ｆＡ及びｆ、
とすれば（４）式より として求められるので結局ｆ＾及びｒ、を測定すること
により、Ｐ点の座標ｘ、ｙが求められる。

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、５３及び５４はそれぞれ第２図
で説明したレーザ発光装置で地上の位置計測の基準とな
る２地点に置がれる。５５及び５６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４図で説明したレーザ受光装置４ｏと同じ物である０
作業現場管理事務所５７内には車両位置管理装置５８及
び無線機５９が設置されている。６ｏ及び６１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［５９との間で通信連絡を行なうように
成っている。６２及び６３はそれぞれレーザ発光装置５
３及び５４と、車両位置管理装置５８とを結ぶ電気信号
ケーブルであって、レーザ発光装置５３及び５４が発光
するレーザが、同時に例えば北位を向き、かつ同じ速さ
で回転するように電気信号を送るためのものである。こ
のことは例えばレーザ受光装置５５に、同時刻に２箇所
のレーザ発光装置５３及び５４がらのレーザ光が入射す
るのを防ぐためである。

第６図は第４図で説明した。車両に搭載されたレーザ受
光装置４ｏの水平保持装置４２を制御するための一興体
例のブロック図であるが、この発明には重要でないので
説明は省略する。

第７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４１は第４図で説明
したレーザ受光部４１と同じ物である。第７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４１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７
１及び７２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）７３または７４でノ
イズを消去されて周波数・電圧変換器７５及び整流回路
７６または７７へ入る。第２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２周波数
・電圧変換器７５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）７８を経て電圧ＶＦが得られる。周波
数・電圧変換器７５の代りに周波数（パルス）カウンタ
８１を用いてパルス数Ｆを計測してもよい。整流回路７
６または７７へ入った電圧はＬＰＦ７９または８０を経
て電圧Ｖ１１及びｖＬが得られる。

電圧ＶＦまたはパルス数Ｆは、第５図の車両位置管理装
置５８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ｖ１及び■、は第６図の受光位
置演算部６１へ入ってデータ処理されるものである。

（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）車両の走行が頻繁に
変り、（ｂ）車両の走路面が不整地。

という悪条件のもとでも、２箇所の基準点にし一ザ発光
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、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５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図はこの発明の車両位置計算方式の説明図、第２図
はレーザ発光装置の一興体例の概略図、第３図はレーザ
光の周波数と方位角とを関係づける一興体例の説明図、
第４図はレーザ受光装置の一興体例の概略図、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図はレーザ受光装置の水平保持装置を制御する一興
体例のブロック図、第７図は受光位置及び周波数検出部
の一興体例のブロック図、第８図（ａｌ及び（ｂｌ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。 ２０・・・レーザ発光装置、２１・・・レーザ発光器。 ２２・・・ターンテーブル、２５・・・脚。 ４０・・・レーザ受光装置、４１・・・レーザ受光部。 ４２・・・水平保持装置、５８・・・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 １２図 第　３　図 ０点１ｔ＋ｒａと 第８　図（０） 第　８　図（し）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２箇所の基準位置に設置し、それぞれ変調されたレーザ
   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、多角柱面上に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
   。