JPH0854233A - 移動体位置測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置の経済化を図る。 【構成】 光反射器Ｒ₁ ，Ｒ₂ を点Ｑ₁ （０，０）及び
点Ｑ₂ （ｘ₂ ，ｙ₂ ）に設置し、光波距離計Ｍを含む装
置本体１ａを移動体Ｍｖに搭載する。光波距離計Ｍで測
定間隔τ毎にＲ₁ 又はＲ₂ 迄の距離Ｌ₁ 又はＬ₂ を交互
に測定する。速度演算部４で移動体Ｍｖの動径方向の速
度ｖ_r （ｔ_i ）＝ｄＬ₁ ／ｄｔを演算し、積分部５でτ
時間における移動体の動径方向の移動距離Δｒ（ｔ_i ）
＝∫ｖ_r （ｔ）ｄｔを演算する。位置演算部２では、移
動体の時刻ｔ＝ｔ_i ＋τにおける、Ｒ₁ 迄の距離Ｌ
₁ （ｔ_i ）＋Δｒ（ｔ_i ）と、Ｒ₂ 迄の距離Ｌ₂ （ｔ_i
＋τ）と、Ｒ₁ ，Ｒ₂ 間の距離Ｌとから、三角測量によ
り時刻ｔ＝ｔ_i ＋τにおける移動体の座標位置Ｐｔ
（ｘ，ｙ）を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は移動体位置測定装置に
関し、特に装置の経済化に係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来の地上の移動体に対する位置測定装
置１は、図２に示すように座標系をｘ，ｙ平面座標と
し、その原点Ｏに一方の光波距離計Ｍ₁ を、ｘ軸上のｘ
＝Ｌの点に他方の光波距離計Ｍ₂ をそれぞれ設置し、移
動体Ｍｖに光反射器Ｒを取付ける。光波距離計Ｍ₁ ，Ｍ
₂ より移動体Ｍｖにレーザ光を照射してよりその反射光
を受光する迄の時間からそれぞれの移動体Ｍｖ迄の距離
Ｌ₁ ，Ｌ₂ を測定する。それらの測定データは伝送路Ｌ
Ｎ₁ ，ＬＮ₂ を通じて基地局Ｂａに送られる。

【０００３】基地局Ｂａでは距離Ｌ₁ ，Ｌ₂ と光波距離
計Ｍ₁ ，Ｍ₂ の間隔Ｌとを用いて三角測量により時刻ｔ
における移動体Ｍｖの位置Ｐｔ（ｘ，ｙ）を演算し、そ
の位置データを無線送信部３より移動体Ｍｖに送信す
る。移動体はその電波を受信して、現在地を知ることが
できる。なお、光波距離計Ｍ₁ ，Ｍ₂ はそれぞれ追尾装
置Ｔ₁ ，Ｔ₂ の制御によって常時移動体Ｍｖの方向を向
くようにされている。

【０００４】従来の他の位置測定装置１は、図３に示す
ようにｘ，ｙ座標の原点Ｏに光波距離計Ｍと角度計Ａｎ
とを設置する。光波距離計Ｍで移動体の距離Ｌを測定
し、角度計Ａｎで光波距離計Ｍが移動体Ｍｖを追尾した
方向より移動体Ｍｖの方向αを測定する。これらの測定
データＬ，αは位置演算部２に入力され、必要に応じ移
動体Ｍｖの位置Ｐｔ（ｘ，ｙ）、即ちｘ＝Ｌｃｏｓα、
ｙ＝Ｌｓｉｎαが演算される。これらの位置データＰｔ
（Ｌ，α）またはＰｔ（ｘ，ｙ）が無線送信部３より移
動体Ｍｖに送信される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の位置測定装置で
は、光波距離計Ｍを制御するための移動体追尾装置や無
線送信部３を備えた基地局Ｂａが必要となるため、装置
の規模が大形となり高価となる欠点があった。この発明
の目的は、従来の欠点を解決して装置の経済化を図ろう
とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

（１）請求項１の移動体位置測定装置は、相異なる既知
の座標位置に設置される第１、第２光反射器と、移動体
に搭載され、その移動体の第１、第２光反射器迄の距離
Ｌ₁ ，Ｌ₂ を測定する光波距離計と、その測定された第
１光反射器迄の距離Ｌ₁ の時刻ｔ_i における変化率（移
動体の動径方向の速度）ｖ_r （ｔ_i ）＝ｄＬ₁ ／ｄｔを
演算する速度演算部と、その演算された速度ｖ
_r （ｔ_i ）に基づいて、時刻ｔ＝ｔ_i 〜ｔ_i ＋τ（τは
光波距離計の測定時間間隔）における移動体の動径方向
の移動距離Δｒ（ｔ_i ）＝∫ｖ_r （ｔ）ｄｔを演算する
積分部と、移動体の時刻ｔ＝ｔ_i ＋τにおける、第１光
反射器迄の距離Ｌ₁ （ｔ_i ）＋Δｒ（ｔ_i ）と、第２光
反射器迄の距離Ｌ₂ （ｔ_i ＋τ）と、第１、第２光反射
器間の距離Ｌとから、三角測量により時刻ｔ＝ｔ_i ＋τ
における移動体の座標位置を演算する位置演算部と、装
置各部の動作を制御する制御部とにより構成される。

【０００７】（２）請求項２の発明では前記（１）項に
おいて、前記第１光反射器の位置を原点とした座標系を
用いて測定及び演算処理する。 （３）請求項３の発明では、前記（２）項において、前
記第１光反射器と第２光反射器を通る直線を座標の１つ
の基準軸に設定する。 （４）請求項４の発明では、前記（１）乃至（３）のい
ずれかにおいて、前記位置演算部は時刻ｔ＝ｔ_i ＋τに
おける移動体の座標位置が複数個演算された場合に、そ
の内より時刻ｔ＝ｔ_i における移動体の座標位置に最も
近い位置データを選択して出力する。

【０００８】

【実施例】この発明の実施例を図１を参照して説明す
る。図１には図２、図３と対応する部分に同じ符号を付
してある。この発明では、光反射器Ｒ₁ ，Ｒ₂ が既知の
相異なる座標位置Ｑ₁ （ｘ₁ ，ｙ₁ ）及びＱ₂ （ｘ₂ ，
ｙ₂ ）にそれぞれ設置される。この例では位置の演算を
簡単化するため、光反射器Ｒ₁ をｘ，ｙ座標の原点Ｏに
設置している。従ってｘ₁ ＝ｙ₁ ＝０である。位置測定
装置の本体１ａは移動体Ｍｖに搭載される。本体１ａに
設けられる光波距離計Ｍを用いて、光反射器Ｒ ₁ ，Ｒ₂
迄の距離Ｌ₁ ，Ｌ₂ が時間間隔τで交互に繰返し測定さ
れる。例えば奇数番の時刻ｔ₁ ，ｔ₃ ，…にＬ₁ が測定
され、偶数番の時刻ｔ₂ ，ｔ₄ ，…にＬ ₂ が測定され
る。

【０００９】速度演算部４ではピッチ間隔２τの距離Ｌ
₁ のデータよりＬ₁ の変化率ｖ_r （ｔ_i ）＝ｄＬ₁ ／ｄ
ｔ、つまり移動体Ｍｖの動径方向の速度を演算する。積
分部５では、速度データｖ_r （ｔ_i ）を用いて、Ｌ₁ を
測定してからＬ₂ を測定する迄の時間間隔τにおける移
動体の動径方向の移動距離Δｒ（ｔ_i ）、即ち、 Δｒ（ｔ_i ）＝∫ｖ_r （ｔ）ｄｔ （ｔ＝ｔ_i 〜ｔ_i ＋τ） …（１） を演算する。

【００１０】位置演算部２では、時刻ｔ_i ＋τにおけ
る、光反射器Ｒ₁ 迄の距離Ｌ₁ （ｔ_i）＋Δｒ（ｔ_i ）
と、光反射器Ｒ₂ 迄の距離Ｌ₂ （ｔ_i ＋τ）と、Ｒ₁ ，
Ｒ₂ 間の距離Ｌとを用いて、三角測量によりｔ＝ｔ_i ＋
τにおける移動体Ｍｖの位置Ｐｔ（ｘ，ｙ）を演算す
る。即ち、移動体Ｍｖは時刻ｔ_i において、原点Ｏを中
心とする半径Ｌ₁ の円周Ｃ ₁ （ｔ_i ）上の任意の点Ｐｔ
_i にあるものとすれば、時刻ｔ＝ｔ_i ＋τになると、半
径Ｌ₁ （ｔ_i ）＋Δｒ（ｔ_i ）の円周Ｃ₁ （ｔ_i ＋τ）
上にあると共に、光反射器Ｒ₂ の位置Ｑ₂ （ｘ₂ ，
ｙ₂ ）を中心とした半径Ｌ₂ （ｔ_i ＋τ）の円周Ｃ
₂ （ｔ_i ＋τ）上になければならない。従って移動体Ｍ
ｖ は図１ＢのＰｔ点とＰｔ′点とのいずれかに存在す
るはずである。

【００１１】位置演算部２ではその位置を特定するため
に、時刻ｔ_i における移動体の速度ｖ（ｔ_i ）＝｛ｖ_x
（ｔ_i ）；ｖ_y （ｔ_i ）｝を演算し、更にτ時間におけ
る移動距離Δｄ＝∫ｖ（ｔ）ｄｔ＝｛∫ｖ_x （ｔ）ｄ
ｔ；∫ｖ_y （ｔ）ｄｔ｝の概略値Δｄ′を演算して、移
動距離Ｐｔ_i →Ｐｔ とＰｔ_i →Ｐｔ′との内のいずれ
かΔｄ′に近い方の位置を真の位置とする。

【００１２】しかし、光波距離計Ｍの測定間隔τが小さ
い場合には、移動体の時刻ｔ_i ＋τにおける位置は時刻
ｔ_i における位置の近傍にあるので、簡便にはＰｔ及び
Ｐｔ′の内Ｐｔ_i に近いものを選定してもよい。なお、
制御部６により装置各部の動作を制御している。位置演
算部２がＬ₁ ，Ｌ₂ ，Δｒより移動体の位置Ｐｔ（ｘ，
ｙ）又はＰｔ′（ｘ，ｙ）を演算する式は、図１Ｂより
明らかなように、 ｘ＝ｘ₂ −Ｌ₂ ｃｏｓ（γ−θ） ＝ｘ₂ −Ｌ₂ （ｃｏｓγｃｏｓθ＋ｓｉｎγｓｉｎθ） …（２） ｙ＝ｙ₂ −Ｌ₂ ｓｉｎ（γ−θ） ＝ｙ₂ −Ｌ₂ （ｓｉｎγｃｏｓθ＋ｃｏｓγｓｉｎθ） …（３） と表せる。更に三角形に関する公式を用いれば、上式の
ｃｏｓθ、ｓｉｎθ、ｓｉｎγ、ｃｏｓγは ｃｏｓθ＝｛Ｌ₂ ²＋Ｌ² −（Ｌ₁ ＋Δｒ）² ｝／２Ｌ₂ Ｌ …（４） ｓｉｎθ＝√（１−ｃｏｓ² θ） …（５） Ｌ² ＝ｘ₂ ²＋ｙ₂ ² …（６） ｓｉｎγ＝ｙ₂ ／Ｌ，ｃｏｓγ＝ｘ₂ ／Ｌ …（７） と表せるので、これらの式を（２），（３）に代入すれ
ば ｘ＝ｘ₂ −〔Ａｘ₂ ±Ｂｙ₂ 〕／２Ｌ² …（８） ｙ＝ｙ₂ −〔±Ｂｘ₂ −Ａｙ₂ 〕／２Ｌ² …（９） Ａ＝Ｌ₂ ²＋Ｌ² −（Ｌ₁ ＋Δｒ）² …（１０） Ｂ＝√〔（２Ｌ₂ Ｌ)²−｛Ｌ₂ ²＋Ｌ² −（Ｌ₁ ＋Δｒ)²｝² 〕…（１１） と表せる。（８），（９）において±符号は同順であ
り、ｘ，ｙの一方の組がＰｔ点、他方の組がＰｔ′点を
表す。

【００１３】図１Ｂにおいて、原点Ｏから光反射器Ｒ₂
を通る直線をＸ軸に設定すれば、ｙ ₂ ＝０となり、位置
計算を更に簡単化できる。

【００１４】

【発明の効果】この発明によれば、座標位置の既知な２
点Ｑ₁ ，Ｑ₂ に光反射器Ｒ₁ ，Ｒ₂ をそれぞれ設置し、
移動体Ｍｖに光波距離計Ｍを含む本体１ａを搭載して、
光反射器Ｒ₁ ，Ｒ₂ 迄の距離Ｌ₁ ，Ｌ₂ を測定してい
る。光波距離計Ｍは位置が分っている点Ｑ₁ ，Ｑ₂ に向
けるだけでよいので、従来のように高価な追尾装置は不
要となる。

【００１５】また、移動体Ｍｖに位置演算部を含む位置
測定装置本体１ａを設けたので、従来のように基地局Ｂ
ａで演算した位置データを移動局に送信する無線送信部
３も不要となる。移動体に設ける本体１ａは、光波距離
計Ｍ以外は、移動体にもともと備えられているコンピュ
ータ等を利用することによって容易に実現することがで
きるので、経済的な負担は僅かである。従って、この発
明によれば位置測定装置の大幅な経済化を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施例を示す図で、Ａはブロック図、Ｂ
はＡの位置測定原理を説明するために要部の座標位置を
示す図。

【図２】従来の位置測定装置の一例を示す図で、Ａはブ
ロック図、ＢはＡの要部の座標位置を示す図。

【図３】従来の位置測定装置の他の例を示す図で、Ａは
ブロック図、ＢはＡの要部の座標位置を示す図。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相異なる既知の座標位置に設置される第
   １、第２光反射器と、 移動体に搭載され、その移動体の第１、第２光反射器迄
   の距離Ｌ₁ ，Ｌ₂ を測定する光波距離計と、 その測定された第１光反射器迄の距離Ｌ₁ の時刻ｔ_i に
   おける変化率（移動体の動径方向の速度）ｖ_r （ｔ_i ）
   ＝ｄＬ₁ ／ｄｔを演算する速度演算部と、 その演算された速度ｖ_r （ｔ_i ）に基づいて、時刻ｔ＝
   ｔ_i 〜ｔ_i ＋τ（τは光波距離計の測定時間間隔）にお
   ける移動体の動径方向の移動距離Δｒ（ｔ_i ）＝∫ｖ_r
   （ｔ）ｄｔを演算する積分部と、 移動体の時刻ｔ＝ｔ_i ＋τにおける、第１光反射器迄の
   距離Ｌ₁ （ｔ_i ）＋Δｒ（ｔ_i ）と、第２光反射器迄の
   距離Ｌ₂ （ｔ_i ＋τ）と、第１、第２光反射器間の距離
   Ｌとから、三角測量により時刻ｔ＝ｔ_i ＋τにおける移
   動体の座標位置を演算する位置演算部と、 装置各部の動作を制御する制御部とを具備する、 移動体位置測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記第１光反射器の
   位置を原点とした座標系を用いて測定及び演算処理する
   ことを特徴とする移動体位置測定装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記第１光反射器と
   第２光反射器を通る直線を座標の１つの基準軸に設定す
   ることを特徴とする移動体位置測定装置。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記
   位置演算部は時刻ｔ＝ｔ_i ＋τにおける移動体の座標位
   置が複数個演算された場合に、その内より時刻ｔ＝ｔ_i
   における移動体の座標位置に最も近い位置データを選択
   して出力することを特徴とする移動体位置測定装置。