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JPH0781858B2 - Vehicle position and attitude angle measuring device - Google Patents

Vehicle position and attitude angle measuring device

Info

Publication number
JPH0781858B2
JPH0781858B2 JP11685886A JP11685886A JPH0781858B2 JP H0781858 B2 JPH0781858 B2 JP H0781858B2 JP 11685886 A JP11685886 A JP 11685886A JP 11685886 A JP11685886 A JP 11685886A JP H0781858 B2 JPH0781858 B2 JP H0781858B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light receiving
vehicle
angle
light
coordinate position
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP11685886A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS62273409A (en
Inventor
豊一 小野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd filed Critical Komatsu Ltd
Priority to JP11685886A priority Critical patent/JPH0781858B2/en
Priority to PCT/JP1987/000325 priority patent/WO1987007368A1/en
Priority to AU74816/87A priority patent/AU591994B2/en
Priority to US07/157,504 priority patent/US4818107A/en
Publication of JPS62273409A publication Critical patent/JPS62273409A/en
Publication of JPH0781858B2 publication Critical patent/JPH0781858B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は車両位置及び姿整角の計測装置に係り、特に建
設現場において稼動する作業車両への運転支援及び作業
の自動化に際して必要となる車両の現在位置及び現場の
地形等の情報を得るための車両位置及び姿整角の計測装
置に関する。
The present invention relates to a vehicle position and angle-of-fit adjustment device, and more particularly to a vehicle required for driving assistance to a work vehicle operating at a construction site and automation of work. The present invention relates to a vehicle position and conforming angle measuring device for obtaining information such as the current position of the vehicle and topography of the site.

〔従来技術〕[Prior art]

従来、建設現場における作業車両の運転支援および作業
を自動化するために車両の3次元位置を計測して利用す
るシステムとしては、特開昭59−180422(走行軌跡解析
システム)が挙げられる。
Conventionally, as a system for measuring and using the three-dimensional position of a vehicle for automating the driving support and work of a work vehicle at a construction site, there is JP-A-59-180422 (travel locus analysis system).

このシステムは、車両の走行速度と車両前後傾斜角と走
行方位をそれぞれ一定時間毎にサンプリングし、これら
のサンプリング値に基づいて車両の現在位置を一定時間
毎に算出するようにしている。
This system samples the traveling speed of the vehicle, the vehicle front-rear inclination angle, and the traveling azimuth at regular intervals, and calculates the current position of the vehicle at regular intervals based on these sampled values.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかし、上記従来の車両位置計測システムの場合、車両
の相対的移動量を累算して車両の現在位置を算出するた
め、路面の凹凸や車輪のスリップ、あるいはサンプリン
グ値の誤差によって車両の現在位置に累積誤差が生じ、
車両の位置計測精度が悪いという問題がある。
However, in the case of the above-mentioned conventional vehicle position measurement system, the current position of the vehicle is calculated by accumulating the relative movement amount of the vehicle, and therefore the current position of the vehicle is caused by road surface irregularities, wheel slips, or sampling value errors. Accumulated error occurs in
There is a problem that the vehicle position measurement accuracy is poor.

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、作業路面形
状が頻繁に変化するような建設現場においても、実時間
で車両の三次元位置及び車両の姿勢角を高精度で計測す
ることができる車両位置及び姿勢角の計測装置を提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to measure the three-dimensional position of a vehicle and the posture angle of the vehicle with high accuracy in real time even at a construction site where the work road surface shape frequently changes. It is an object of the present invention to provide a vehicle position and attitude angle measuring device.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明では上記目的を達成するために、予め設定した2
定点に設置され、それぞれ一定周期で回転する回転レー
ザ光を投光する第1,第2の投光手段と、車両に配設さ
れ、前記回転レーザ光の受光タイミングおよび受光高さ
位置を検出する第1,第2,第3の受光手段と、前記第1の
受光手段によって検出した受光タイミングに基づいて該
受光時における前記第1,第2の投光手段からの回転レー
ザ光の第1,第2の回転角および前記第2の受光手段によ
って検出した受光タイミングに基づいて該受光時におけ
る前記第1,第2の投光手段からの回転レーザ光の第3,第
4の回転角を求める回転角算出手段と、前記第1,第2の
投光手段の設置間隔と前記回転角算出手段によって算出
した第1,第2の回転角および第3,第4の回転角に基づい
て前記第1および第2の受光手段における各受光位置の
或るxyz座標系上の第1の座標位置および第2の座標位
置を算出する第1の演算手段と、前記第1,第2,第3の受
光手段の配設間隔、該受光手段によってそれぞれ検出し
た受光高さ位置および前記第1の演算手段によって算出
した第1,第2の座標位置に基づいて車両の前後傾斜角、
左右傾斜角および方位角を算出する第2の演算手段と、
前記第1,第2,第3の受光手段によって検出した少なくと
も1つの受光高さ位置、前記第1の演算手段によって算
出した少なくとも1つのxy座標位置および第2の演算手
段によって算出した車両の前後傾斜角、左右傾斜角およ
び方位角に基づいて車両代表点のxy座標位置を算出する
第3の演算手段と、前記回転レーザ光のz座標位置、前
記第1,第2,第3の受光手段によって検出した少なくとも
1つの受光高さ位置および第2の演算手段によって算出
した車両の前後傾斜角および左右傾斜角に基づいて前記
車両代表点のz座標位置を算出する第4の演算手段とを
具えたことを特徴としている。
In the present invention, in order to achieve the above-mentioned object, the preset 2
First and second light projecting means which are installed at fixed points and respectively project a rotating laser beam which rotates at a fixed cycle, and a light receiving timing and a light receiving height position of the rotating laser beam which are arranged on the vehicle and are detected. Based on the first, second and third light receiving means and the light receiving timing detected by the first light receiving means, the first and second rotary laser light from the first and second light projecting means at the time of receiving the light Based on the second rotation angle and the light receiving timing detected by the second light receiving means, the third and fourth rotation angles of the rotating laser light from the first and second light projecting means at the time of receiving the light are obtained. The rotation angle calculation means, the installation intervals of the first and second light projecting means, and the first, second rotation angle and third, fourth rotation angle calculated by the rotation angle calculation means The first seat on a certain xyz coordinate system of each light receiving position in the first and second light receiving means First computing means for calculating the position and the second coordinate position, the arrangement intervals of the first, second and third light receiving means, the light receiving height positions respectively detected by the light receiving means and the first light receiving means. A front-back inclination angle of the vehicle based on the first and second coordinate positions calculated by the calculation means,
Second computing means for computing the left-right inclination angle and the azimuth angle;
At least one light receiving height position detected by the first, second and third light receiving means, at least one xy coordinate position calculated by the first calculating means, and the front and rear of the vehicle calculated by the second calculating means Third computing means for calculating the xy coordinate position of the vehicle representative point based on the tilt angle, the left-right tilt angle and the azimuth angle, the z coordinate position of the rotating laser light, the first, second and third light receiving means. And a fourth calculation means for calculating the z coordinate position of the vehicle representative point based on at least one light-receiving height position detected by the vehicle and the front-back inclination angle and the left-right inclination angle of the vehicle calculated by the second calculation means. It is characterized by that.

〔作用〕[Action]

まず、前記第1,第2の投光手段の設置間隔と第1の受光
手段が該第1,第2の投光手段からの各回転レーザ光を受
光したときの回転レーザ光の第1,第2の回転角に基づい
て三角測量の原理により第1の受光手段における受光位
置の或るxyz座標系上の第1のxy座標位置を求める。同
様にして、第2および第3の受光手段における受光位置
の第2および第3のxy座標位置を求める。
First, the installation intervals of the first and second light projecting means and the first and second rotating laser light when the first light receiving means receives the respective rotating laser light from the first and second light projecting means. Based on the second rotation angle, the first xy coordinate position on the certain xyz coordinate system of the light receiving position of the first light receiving means is obtained by the principle of triangulation. Similarly, the second and third xy coordinate positions of the light receiving positions of the second and third light receiving means are obtained.

車両は常に水平状態にないため、上記xy座標位置から直
ちに車両代表点のxy座標位置を求めることはできない。
そこで、車両の姿勢角(車両の前後傾斜角,左右傾斜
角,方位角)を求める。車両の前後傾斜角,左右傾斜角
および方位角は、第1,第2,第3の受光手段の配設間隔、
該受光手段によってそれぞれ検出した受光高さ位置およ
び前記第1,第2,第3のxy座標位置に基づいて求める。
Since the vehicle is not always in the horizontal state, the xy coordinate position of the vehicle representative point cannot be immediately obtained from the xy coordinate position.
Therefore, the attitude angle of the vehicle (front-back inclination angle, left-right inclination angle, azimuth angle) is calculated. The front-rear inclination angle, the left-right inclination angle, and the azimuth angle of the vehicle are the arrangement intervals of the first, second, and third light receiving means,
It is determined based on the light receiving height position detected by the light receiving means and the first, second, and third xy coordinate positions.

そして、車両代表点のxy座標位置は前記第1,第2,第3の
xy座標位置の少なくとも1つのxy座標位置と前記算出し
て得た車両の姿勢角に基づいて求め、車両代表点のz座
標位置は回転レーザ光のz座標位置、第1,第2,第3の受
光手段によって検出した少なくとも1つの受光高さ位置
および車両の姿勢角(この場合、方位角は除く)に基づ
いて求める。
Then, the xy coordinate position of the vehicle representative point is the first, second, third
The z-coordinate position of the vehicle representative point is obtained based on at least one xy-coordinate position of the xy-coordinate position and the calculated attitude angle of the vehicle, and the z-coordinate position of the vehicle representative point is the z-coordinate position of the rotating laser light, the first, second, and third positions. It is determined based on at least one light receiving height position detected by the light receiving means and the attitude angle of the vehicle (in this case, the azimuth angle is excluded).

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を添付図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

まず、本発明に係る車両の三次元位置等の計測方法を原
理的に説明する。
First, the principle of the method of measuring the three-dimensional position of a vehicle according to the present invention will be described.

第2図において、A点とB点の距離をL、x軸と線分AC
とのなす角をα、x軸と線分BCとのなす角をαとす
ると、C点のxy座標は、次式、 によって表わすことができる。そこで、本発明では、上
記αaを求めるに際し、A点およびB点にそれぞれ
回転レーザ光を投光する投光装置を設置し、車両に受光
装置を搭載し、この受光装置が上記回転レーザ光を受光
したときの各々の回転レーザ光の回転角を検出すること
により行なう。
In Fig. 2, the distance between points A and B is L, the x-axis and the line segment AC
Assuming that the angle formed by and is α a , and the angle formed by the x-axis and the line segment BC is α b , the xy coordinate of the point C is Can be represented by Therefore, in the present invention, when obtaining the above α a and α b , a light projecting device for projecting a rotating laser beam at each of points A and B is installed, and a light receiving device is mounted on the vehicle, and this light receiving device is provided as described above. This is performed by detecting the rotation angle of each rotating laser light when the rotating laser light is received.

この回転角αaは、第3図に示すように回転レーザ
光の周期をT(第3図(a))、A点およびB点に設置
した投光装置からの各々の回転レーザ光が基準方位(x
軸方向)に達してから車載受光装置に入射するまでの時
間をそれぞれtaおよびtb(第3図(b)および(c))
とすると、次式、 のように算出される。
As shown in FIG. 3, the rotation angles α a and α b are the rotation laser beams emitted from the light projecting devices installed at points A and B with the period of the rotation laser light being T (FIG. 3A). Light is the reference direction (x
The time from reaching axially) until it enters the vehicle light receiving device respectively t a and t b (FIG. 3 (b) and (c))
Then, Is calculated as follows.

上記第(1)式によって算出されるxy座標は、車載受光
装置のレーザ光受光点の座標であって、車両代表点の座
標ではない。そこで、車両代表点の座標に換算するに際
し、車両の姿勢角(車両の前後傾斜角、左右傾斜角、方
位角)を求める。
The xy coordinates calculated by the equation (1) are the coordinates of the laser light receiving point of the vehicle-mounted light receiving device, not the coordinates of the vehicle representative point. Therefore, when converting to the coordinates of the vehicle representative point, the attitude angle of the vehicle (front-back inclination angle, left-right inclination angle, azimuth angle) is obtained.

次に、上記姿勢角の求め方について説明する。Next, how to obtain the posture angle will be described.

まず、第4図に示すように車体1と受光装置2,3および
4をモデル化して考える。ここで、P点をx′y′z′
座標の座標原点とし、車両の前後傾斜角θ、左右傾斜角
δおよび方位角がそれぞれ0のときにおける上記第4
図に示した車体各部の点のx′y′z′座標における座
標位置を示すと第5図のようになる。なお、Q点、T点
およびW点はそれぞれ受光装置2,3および4におけるレ
ーザ光受光点である。
First, consider the vehicle body 1 and the light receiving devices 2, 3 and 4 as modeled as shown in FIG. Here, point P is x'y'z '
The fourth point when the front-back inclination angle θ, the left-right inclination angle δ, and the azimuth angle of the vehicle are 0, respectively, as the coordinate origin of the coordinates.
FIG. 5 shows the coordinate positions in the x'y'z 'coordinate of the points of the vehicle body shown in the figure. Incidentally, points Q, T and W are laser light receiving points in the light receiving devices 2, 3 and 4, respectively.

さて、車体の姿勢角が変化した場合における上記Q点、
T点およびW点のx′y′z′座標系における移動位置
(x′q,y′q,z′),(x′t,y′t,z′)および
(x′w,y′w,z′)は、次式、 によって表わされる。
Now, when the attitude angle of the vehicle body changes, the above Q point,
'Movement position in the coordinate system (x'x'y'z the point T and W point q, y 'q, z' q), (x 't, y' t, z 't) and (x' w, y ′ w , z ′ w ) is Represented by

したがって、第2図のA点を原点とするxyz座標系にお
けるP点の位置をP(x0,y0,z0)とすると、前記Q点,T
点およびW点のxyz座標系における位置((xq,yq,
zq),(xt,yt,zt)および(xw,yw,zw)は、次式、 となる。
Therefore, if the position of point P in the xyz coordinate system with the point A in FIG. 2 as the origin is P (x 0 , y 0 , z 0 ), the points Q, T
Positions of point and W in the xyz coordinate system ((x q , y q ,
z q ), (x t , y t , z t ) and (x w , y w , z w ) are Becomes

ここで、レーザ光面の鉛直方向(z軸)高さをh0とすれ
ば、 zq=zt=zw=h0 となる。まず、左右傾斜角θについて求める。第(6)
式および第(8)式からz0を消去すると、 z′=z′ すなわち、第(3)式および第(5)式より、 h1cosδcosθ=−(c sinδ−h3cosδ)cosθ ……
(9) となる。この第(9)式を書き替えると、 {(h1−h3)cosδ+c sinδ}cosθ=0 ……(10) 第(10)式において−π/2<θ<π/2であるから、 cosθ≠0 すなわち、 次に、前後傾斜角θを求める。第(6)式および第
(7)式から、z0を消去すると、 z′=z′ すなわち、第(3)式および第(4)式より h1cosδcosθ=h2cosδcosθ−b sinθ ……(13) となる。この第(13)式を書き替えると、 次に、方位角について求める。第(6)式および第
(7)式からx0を消去すると、 xq−xt=x′−x′ =(h1−h2)cosδsinθcos −h1sinδsin−b cosθcos ……(16) また、第(6)式および第(7)式からy0を消去する
と、 yq−yt=y′−y′ =(h1−h2)cosδsinθsin +h1sinδcos−b cosθsin ……(17) 上記第(16)式および第(17)式からθを消去すると、 h1sinδ=(yq−yt)cos−(xq−xt)sin =u sin(+v) ……(18) ただし、 となり、上記第(18)式を変形すると、 となる。すなわち、計測したh1,h2,h3および(xq,
yq),(xt,yt)から上記第(12)式、第(15)式およ
び第(19)式によって車両の左右傾斜角δ、前後傾斜角
θおよび方位角を求めることができる。
Here, if the vertical direction (z-axis) height of the laser light surface is h 0 , then z q = z t = z w = h 0 . First, the left-right inclination angle θ is obtained. Number (6)
If z 0 is eliminated from the equations and the equation (8), then z 1 q = z ′ w, that is, h 1 cos δ cos θ = − (c sin δ−h 3 cos δ) cos θ ......
(9) By rewriting the formula (9), {(h 1 −h 3 ) cosδ + c sinδ} cos θ = 0 (10) Since −π / 2 <θ <π / 2 in the formula (10), cos θ ≠ 0 Next, the front-back inclination angle θ is obtained. When z 0 is eliminated from the equations (6) and (7), z ′ q = z ′ t, that is, h 1 cos δ cos θ = h 2 cos δ cos θ-b sin θ from the formulas (3) and (4). (13) Rewriting equation (13), Next, the azimuth angle is obtained. Eliminating x 0 from the equations (6) and (7), x q −x t = x ′ q −x ′ t = (h 1 −h 2 ) cos δ sin θ cos −h 1 sin δ sin −b cos θ cos …… ( 16) Moreover, if y 0 is eliminated from the equations (6) and (7), y q −y t = y ′ q −y ′ t = (h 1 −h 2 ) cos δsin θ sin + h 1 sin δcos −b cos θsin (17) If θ is eliminated from the above equations (16) and (17), h 1 sin δ = (y q −y t ) cos − (x q −x t ) sin = u sin (+ v) (18) However, Then, when the above equation (18) is transformed, Becomes That is, the measured h 1 , h 2 , h 3 and (x q ,
y q ), (x t , y t ) can be used to obtain the vehicle lateral inclination angle δ, longitudinal inclination angle θ, and azimuth angle using the above equations (12), (15), and (19). .

上記車両の姿勢角(θ,δ,)が求まると、P点の位
置P(x0,y0,z0)は、第(3)式および第(6)式か
ら、次式、 となる。
When the posture angle (θ, δ,) of the vehicle is obtained, the position P (x 0 , y 0 , z 0 ) of the point P can be calculated from the equations (3) and (6) as follows: Becomes

したがって、第(20)式からP点の位置を求めることが
でき、またP点と一定の関係にある車両代表点の位置
(例えば重心)も求めることもできる。
Therefore, the position of the point P can be obtained from the equation (20), and the position of the vehicle representative point (for example, the center of gravity) having a fixed relationship with the point P can also be obtained.

第1図は本発明の一実施例を示すブロック図である。同
図において、地上局側は、地上基準局10、2台の投光装
置11,12、地図表示器13および地図データ記憶装置14か
ら構成されている。地上基準局10は更に送受信機10a、
処理装置10bおよび発振器10cから構成され、投光装置1
1,12はパルスモータ11a,12a、回転ヘッド11a,12bおよび
レーザ発振器11c,12cから構成されている。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, the ground station side comprises a ground reference station 10, two light projecting devices 11 and 12, a map display 13 and a map data storage device 14. The ground reference station 10 further includes a transceiver 10a,
The projecting device 1 includes a processing device 10b and an oscillator 10c.
Reference numerals 1 and 12 include pulse motors 11a and 12a, rotary heads 11a and 12b, and laser oscillators 11c and 12c.

一方、車両には、3つの受光装置2,3,4、送受信機5お
よびその他、種々演算、処理、制御を行なう装置が設け
られている。
On the other hand, the vehicle is provided with three light receiving devices 2, 3, 4, a transceiver 5, and other devices for performing various calculations, processes, and controls.

投光装置11および12は、第2図に示すように一定の間隔
Lをもってxyz座標系のA点およびB点に設置される。
ここで、投光装置11,12からの回転レーザ光平面はxy平
面と平行になるように、また各回転レーザ光平面の高さ
は所定高さh0となるように設置される。
The light projecting devices 11 and 12 are installed at points A and B in the xyz coordinate system with a constant interval L as shown in FIG.
Here, the rotating laser light planes from the light projecting devices 11 and 12 are installed so as to be parallel to the xy plane, and the height of each rotating laser light plane is set to a predetermined height h 0 .

投光装置11は、レーザ発振器11cから連続発振されるレ
ーザ光を回転ヘッド11bに入射し、この回転ヘッド11bを
パルスモータ11aで回転させることにより、該回転ヘッ
ド11bから回転レーザ光を投光する。パルスモータ11aは
地上基準局10の発振器10cから加えられるクロックパル
スに同期して回転する。なお、投光装置12も投光装置11
と同様にして回転レーザ光を投光する。すなわち、回転
ヘッド11bおよび12bの回転同期および位相は一致するよ
うになっている。
The light projecting device 11 projects the laser light continuously oscillated from the laser oscillator 11c into the rotary head 11b, and rotates the rotary head 11b by the pulse motor 11a to project the rotary laser light from the rotary head 11b. . The pulse motor 11a rotates in synchronization with a clock pulse applied from the oscillator 10c of the ground reference station 10. It should be noted that the projector 12 is also the projector 11
The rotating laser light is projected in the same manner as. That is, the rotational synchronization and phase of the rotary heads 11b and 12b are matched.

また、地上基準局10の処理装置10bは、発振器10cからの
クロックパルスによって投光装置11,12からのレーザ光
が基準方位(x軸方向)を向く時点を検知し、この時点
に送受信機10aより基準方位を示す基準方位信号を発生
させる。
Further, the processing unit 10b of the ground reference station 10 detects a time point at which the laser light from the light projecting units 11 and 12 faces the reference azimuth (x-axis direction) by the clock pulse from the oscillator 10c. A reference direction signal indicating the reference direction is generated.

車載送受信機5は上記基準方位信号を受信すると、これ
を車両位置演算装置20に加える。また、車両位置演算装
置20には受光装置2,3および4から回転レーザ光の受光
タイミングを示す信号および受光高さh1,h2およびh3
示す信号が加えられる。なお、車両側に地上局側の発振
器10cと同一の時刻を計時する手段を設けるようにすれ
ば、レーザ光が基準方位を向く時点を車両側のみで検知
することもできる。
When the vehicle-mounted transceiver 5 receives the reference azimuth signal, it adds it to the vehicle position calculation device 20. Further, the vehicle position calculation device 20 is applied with signals from the light receiving devices 2, 3 and 4 indicating the light receiving timing of the rotating laser light and signals indicating the light receiving heights h 1 , h 2 and h 3 . If the vehicle side is provided with a means for measuring the same time as the oscillator 10c on the ground station side, it is possible to detect only the time point at which the laser light faces the reference azimuth direction.

車両位置演算装置20は、まず各受光装置の受光位置Q,T
の座標位置(xq,yq,zq)および(xt,yt,zt)を第(1)
式および第(2)式に基づいて求める。なお、zq=zt
h0である。
The vehicle position calculation device 20 first detects the light receiving positions Q and T of each light receiving device.
The coordinate position (x q , y q , z q ) and (x t , y t , z t ) of
It is calculated based on the equation and the equation (2). Note that z q = z t =
h 0 .

次に、入力した受光高さ位置h1およびh3を第(12)式に
代入することにより車両左右傾斜角δを求める。また、
この傾斜角δと入力した受光高さ位置h1,h2を第(15)
式に代入することにより車両前後傾斜角θを求める。更
にまた、傾斜角δ、上記算出した(xq,yq),(xt,
yt)、受光高さ位置h1を第(19)式に代入することによ
り方位角を求める。
Next, the vehicle horizontal inclination angle δ is obtained by substituting the input light receiving height positions h 1 and h 3 into the equation (12). Also,
This inclination angle δ and the received light receiving height positions h 1 and h 2 are set to the (15)
The vehicle front-rear tilt angle θ is obtained by substituting it into the equation. Furthermore, the tilt angle δ, the calculated (x q , y q ), (x t ,
y t ) and the light receiving height position h 1 are substituted into the equation (19) to obtain the azimuth angle.

続いて、上記受光位置Q(xq,yq,zq)およびT(xt,yt,
zt)と上記のようにして求めた姿勢角(θ,δ,)に
基づいて車両代表点の三次元位置を求める。なお、受光
装置2の車両取付部分のP点の位置P(x0,y0,z0)は、
第(12)式に(xq,yq,zq)および(θ,δ,)を代入
することにより求めることができる。
Then, the light receiving positions Q (x q , y q , z q ) and T (x t , y t ,
The three-dimensional position of the vehicle representative point is obtained based on z t ) and the attitude angle (θ, δ,) obtained as described above. The position P (x 0 , y 0 , z 0 ) at the point P on the vehicle mounting portion of the light receiving device 2 is
It can be obtained by substituting (x q , y q , z q ) and (θ, δ,) into Eq. (12).

このようにして求めた車両代表点の三次元位置を示す信
号は地図データ処理装置21に加えられる。地図データ処
理装置21は地図データ記憶装置23からの1日地図データ
に基づいて車両走行軌跡や地形データ等を更新して新地
図データを作成する。
The signal indicating the three-dimensional position of the vehicle representative point thus obtained is added to the map data processing device 21. The map data processing device 21 updates the vehicle running locus, topographical data and the like based on the daily map data from the map data storage device 23 and creates new map data.

例えば、車両の走行領域(作業領域)を第1表のように
xおよびy方向に有限個(n×n)で区分し、各区分位
置をアドレスとする記憶部を設け、車両代表点がその有
限個のある位置に達すると、その位置に対応する記憶部
にz座標を書き込むことにより三次元走行軌跡の地図デ
ータを記憶させることができる。
For example, as shown in Table 1, the traveling area (working area) of a vehicle is divided into a finite number (n × n) in the x and y directions, and a storage unit having each divided position as an address is provided. When the finite number of positions is reached, the map data of the three-dimensional traveling locus can be stored by writing the z coordinate in the storage unit corresponding to the position.

なお、すでにz座標が書き込まれた位置に達した場合に
は最新のz座標に書き換えるようにする。また、車両代
表点を地面との接地点とすると、上記のようにして記憶
した三次元の走行軌跡データは地形データとしてとらえ
ることができる。
When the position where the z coordinate has already been written is reached, the latest z coordinate is rewritten. If the vehicle representative point is the ground contact point with the ground, the three-dimensional traveling locus data stored as described above can be regarded as the terrain data.

また、地図データ処理装置21は、地図データ記憶装置23
に記憶されている地図データに基づいて車両の走行軌跡
あるいは地形を地図表示器22に表示させる。第6図は地
図表示の一例を示す。もち論、車両の現在位置をその地
図上に表示させることもできる。
In addition, the map data processing device 21 includes a map data storage device 23.
Based on the map data stored in the map display unit 22, a vehicle running track or topography is displayed on the map display (22). FIG. 6 shows an example of a map display. The theory and the current position of the vehicle can be displayed on the map.

車載送受信機5は地図データ記憶装置に記憶されている
地図データを送信し、地上基準局10の送受信機10aはこ
れを受信して処理装置10bに加える。処理装置10bは入力
した地図データを地図データ記憶装置14に記憶させると
ともにその記憶させた地図データに基づいて車両の走行
軌跡あるいは地形を地図表示器13に表示させる。
The on-vehicle transceiver 5 transmits the map data stored in the map data storage device, and the transceiver 10a of the ground reference station 10 receives this and adds it to the processing device 10b. The processing device 10b stores the input map data in the map data storage device 14 and causes the map display 13 to display the traveling locus or topography of the vehicle based on the stored map data.

作業指令発生装置24には予定の作業内容が設定されてお
り、演算処理装置25は、作業指令発生装置から加えられ
る作業内容を示す信号と、地図データ処理装置21から加
えられるデータ(地図データ,車両位置データ,姿勢角
データ)とに基づいてエンジン制御信号、変速制御信
号、ステアリング制御信号および作業機制御信号を形成
してエンジン制御装置26、変速制御装置27、ステアリン
グ制御装置28および作業機制御装置29を制御する。
Scheduled work contents are set in the work command generation device 24, and the arithmetic processing device 25 causes the signal indicating the work contents added from the work command generation device and the data (map data, Based on the vehicle position data and attitude angle data), an engine control signal, a gear shift control signal, a steering control signal and a work implement control signal are formed to generate an engine control device 26, a gear change control device 27, a steering control device 28 and a work implement control. Control the device 29.

なお、上記システムは、実時間で得た車両位置データお
よび地形データや作業指令を地上基準局10とデータ通信
することにより車両の遠隔制御等を行なう建設作業の管
制システムを構成することができる。
Note that the above system can constitute a control system for construction work that remotely controls a vehicle by performing data communication with the ground reference station 10 on vehicle position data and terrain data obtained in real time and a work command.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明によれば、建設現場のような
不整地でも計測誤差が累積することなく車両の三次元位
置を精度よく、かつ実時間で求めることができる。ま
た、高精度な車両位置情報および地形情報を作業者に提
供して作業支援を行なうことができる。
As described above, according to the present invention, the three-dimensional position of a vehicle can be obtained accurately and in real time without accumulating measurement errors even on rough terrain such as a construction site. Further, it is possible to provide highly accurate vehicle position information and topographical information to the operator to support the work.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図乃
至第5図は本発明に係る位置計測方法を説明するために
用いた図、第6図は第1図における地図表示器の表示例
を示す図である。 1……車体、2,3,4……受光装置、5……送受信機、10
……地上基準局、11,12……投光装置、13,22……地図表
示器、14,23……地図データ記憶装置、20……車両位置
演算装置、21……地図データ処理装置。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIGS. 2 to 5 are diagrams used for explaining a position measuring method according to the present invention, and FIG. 6 is a map display in FIG. It is a figure which shows the example of a display of. 1 ... Car body, 2,3,4 ... Light receiving device, 5 ... Transceiver, 10
...... Ground reference station, 11,12 ...... Projection device, 13,22 ...... Map display device, 14,23 ...... Map data storage device, 20 ...... Vehicle position calculation device, 21 ...... Map data processing device.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】予め設定した2定点に設置され、それぞれ
一定周期で回転する回転レーザ光を投光する第1,第2の
投光手段と、 車両に配設され、前記回転レーザ光の受光タイミングお
よび受光高さ位置を検出する第1,第2,第3の受光手段
と、 前記第1の受光手段によって検出した受光タイミングに
基づいて該受光時における前記第1,第2の投光手段から
の回転レーザ光の第1,第2の回転角および前記第2の受
光手段によって検出した受光タイミングに基づいて該受
光時における前記第1,第2の投光手段からの回転レーザ
光の第3,第4の回転角を求める回転角算出手段と、 前記第1,第2の投光手段の設置間隔と前記回転角算出手
段によって算出した第1,第2の回転角および第3,第4の
回転角に基づいて前記第1および第2の受光手段におけ
る各受光位置の或るxyz座標系上の第1の座標位置およ
び第2の座標位置を算出する第1の演算手段と、 前記第1,第2,第3の受光手段の配設間隔、該受光手段に
よってそれぞれ検出した受光高さ位置および前記第1の
演算手段によって算出した第1,第2の座標位置に基づい
て車両の前後傾斜角、左右傾斜角および方位角を算出す
る第2の演算手段と、 前記第1,第2,第3の受光手段によって検出した少なくと
も1つの受光高さ位置、前記第1の演算手段によって算
出した少なくとも1つのxy座標位置および第2の演算手
段によって算出した車両の前後傾斜角、左右傾斜角およ
び方位角に基づいて車両代表点のxy座標位置を算出する
第3の演算手段と、 前記回転レーザ光のz座標位置、前記第1,第2,第3の受
光手段によって検出した少なくとも1つの受光高さ位置
および第2の演算手段によって算出した車両の前後傾斜
角および左右傾斜角に基づいて前記車両代表点のz座標
位置を算出する第4の演算手段と、 を具えた車両位置及び姿勢角の計測装置。
1. A first and a second light projecting means installed at two fixed points set in advance and projecting a rotating laser beam rotating at a constant cycle, respectively, and a light receiving unit for receiving the rotating laser beam arranged on a vehicle. First, second and third light receiving means for detecting timing and light receiving height position, and the first and second light projecting means at the time of receiving light based on the light receiving timing detected by the first light receiving means Based on the first and second rotation angles of the rotating laser light from the first and second light receiving means and the light receiving timing detected by the second light receiving means. Rotation angle calculation means for obtaining third and fourth rotation angles, installation intervals of the first and second light projecting means, first and second rotation angles calculated by the rotation angle calculation means, and third and third rotation angles. Each light receiving position in the first and second light receiving means based on the rotation angle of 4 A first arithmetic means for calculating a first coordinate position and a second coordinate position on a certain xyz coordinate system, and the arrangement intervals of the first, second and third light receiving means, and the light receiving means. Second computing means for computing the longitudinal inclination angle, lateral inclination angle and azimuth angle of the vehicle based on the detected light receiving height position and the first and second coordinate positions calculated by the first computing means, At least one light receiving height position detected by the first, second and third light receiving means, at least one xy coordinate position calculated by the first calculating means, and the front and rear of the vehicle calculated by the second calculating means Third calculating means for calculating the xy coordinate position of the vehicle representative point based on the tilt angle, the left-right tilt angle and the azimuth angle, the z coordinate position of the rotating laser light, the first, second and third light receiving means At least one of the light receiving height positions detected by And a fourth calculating means for calculating the z-coordinate position of the vehicle representative point based on the longitudinal inclination angle and the lateral inclination angle of the vehicle calculated by the second arithmetic means, and a vehicle position and attitude angle measuring device comprising: .
【請求項2】前記算出された車両の代表点のxyz座標位
置を順次記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶した
xyz座標位置に基づいて地図を作成表示する地図出力手
段とを含む特許請求の範囲第(1)項記載の車両位置及
び姿勢角の計測装置。
2. A storage means for sequentially storing the calculated xyz coordinate position of the representative point of the vehicle, and the storage means.
The vehicle position and attitude angle measuring device according to claim 1, further comprising a map output means for creating and displaying a map based on the xyz coordinate position.
【請求項3】前記記憶手段は、同一のxy座標位置を有す
る三次元位置の場合には最新の三次元位置のみを記憶す
る特許請求の範囲第(2)項記載の車両位置及び姿勢角
の計測装置。
3. The vehicle position and attitude angle according to claim 2, wherein said storage means stores only the latest three-dimensional position in the case of three-dimensional positions having the same xy coordinate position. Measuring device.
JP11685886A 1986-05-21 1986-05-21 Vehicle position and attitude angle measuring device Expired - Lifetime JPH0781858B2 (en)

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JP11685886A JPH0781858B2 (en) 1986-05-21 1986-05-21 Vehicle position and attitude angle measuring device
PCT/JP1987/000325 WO1987007368A1 (en) 1986-05-21 1987-05-21 Apparatus for measuring position of moving body
AU74816/87A AU591994B2 (en) 1986-05-21 1987-05-21 Apparatus for measuring position of moving body
US07/157,504 US4818107A (en) 1986-05-21 1987-05-21 System for measuring the position of a moving body

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WO2010002290A1 (en) 2008-07-01 2010-01-07 Gorilovskij Aleksej Alekseevic Device for displaying the situation outside a building with a lift

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