JP2015155844A

JP2015155844A - 移動体位置計測システム、転圧作業軌跡作成システムおよび移動体の相対位置記録方法

Info

Publication number: JP2015155844A
Application number: JP2014030813A
Authority: JP
Inventors: 秀夫熊谷; Hideo Kumagai
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2015-08-27

Abstract

【課題】ＧＰＳ等、障害発生時の自己復旧が不可能ないしは困難な通信方式を用いることなく、移動体の速度を容易に計測して位置計測を行うことができる移動体位置計測システムを提供する。【解決手段】移動体位置計測システム１０は、移動体上に設けられていて移動体の移動面を検知対象とする非接触速度センサ１と、非接触速度センサ１の姿勢を補正するための補正装置５とから構成される。非接触速度センサ１としては、定在波レーダまたはドップラレーダを、また補正装置５としては、３軸ジャイロセンサ、加速度計、またはその他の慣性センサを用いることができる。【選択図】図１

Description

本発明は移動体位置計測システム、転圧作業軌跡作成システムおよび移動体の相対位置記録方法に係り、非接触センサを用いた移動体の位置計測技術、特に慣性センサを用いた位置計測の精度向上のための速度情報の入手方法と、その処理システムの技術に関するものである。

従来、道路工事等におけるロードローラーを用いた締め固め（転圧）作業においては、ＲＴＫＧＰＳを使った絶対位置記録方法によって作業軌跡管理を行うことが一般的技法として行われてきた。すなわち、移動体の位置計測、ここでは転圧作業中のロードローラーの絶対位置計測を、ＧＰＳによって行い、これを作業軌跡として記録するものであり、これは発注者に提出するエビデンスとして欠かせない。

ところで、移動体位置計測技術を広く眺めてみると、慣性センサを用いた位置計測向上のために車両の回転速度信号や、補助の車輪の速度信号を用いることが一般的であった。また、それ以外の方式による位置計測技術として、たとえば後掲特許文献１には、測定対象物が所定の時間経過後に到達する位置の予測を高精度に行うことのできる定在波距離センサとして、これを構成する送信器に、送信波の周波数を掃引し、掃引された周波数に対する定在波の振幅強度の関係をフーリエ変換により検知される距離に対する定在波の振幅強度の関係に変換し、定在波の振幅強度のピークに対応する距離を送信器から測定対象物が所定の時間経過後に到達する位置までの距離と予測する距離予測手段が備えられた定在波距離センサが開示されている。

また特許文献２には、送信器−受信器間の距離を検出する速度・距離検出システムとして、送信器から受信した複合周波信号に対し複数個分の電力推定値または振幅推定値の差分が目標精度となるように演算を行う演算手段と、差分が目標精度となった場合の速度を送信器の速度として推定する速度推定手段と、差分が目標精度となった場合の複数個分の周波数信号の各位相に基づいて複合周波信号の伝搬遅延時間を算出しそれに基づいて距離を推定する距離推定手段とを備えた構成が開示されている。

特開２００６−２５８４６７号公報「定在波距離センサ」再公表（国際公開）ＷＯ２０１１／０８７０８８号公報「速度・距離検出システム、速度・距離検出装置、および速度・距離検出方法」

さて、土木施工工事分野においては近年、ＧＰＳを用いたＩＴ施工が主流になってきたが、上述のとおり締め固め装置（転圧機）を用いた作業でも、ＧＰＳ信号を用いて作業記録を作成しており、しかもこれが、発注者に対するエビデンスとして機能している。しかし、ＧＰＳは受信不能となる場合もあり、このような場合には作業記録をとることができずエビデンスを作成できないため、やむなく作業を中断せざるを得ず、多くの無駄が発生することになる。

また、当該分野に限らず移動体の位置計測においては、上記ＧＰＳのように既に設置してある信号システムが使えない場合が生じたり、位置計測装置の精度向上のための速度センサの取り付けが行えない場合もある。
そこで本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術の問題点をなくし、ＧＰＳ等、障害発生時の自己復旧が不可能ないしは困難な通信方式を用いることなく、移動体の速度を容易に計測して位置計測を行うことができる、移動体位置計測システム、転圧作業軌跡作成システムおよび移動体の相対位置記録方法を提供することである。

本願発明者は上記課題について検討した結果、定在波レーダ、ドップラレーダ等の非接触速度センサと、ジャイロ、加速度計等の慣性センサを用いることによって、ＧＰＳを用いずに締め固め装置（転圧機）などにおける相対位置を計測するシステムが構成できることに想到し、このことを基礎として本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。

〔１〕移動体上に設けられていて該移動体の移動面を検知対象とする非接触速度センサと、該非接触速度センサの姿勢を補正するための補正装置とからなる、移動体位置計測システム。
〔２〕前記補正装置は３軸ジャイロセンサまたはその他の慣性センサを用いるものであることを特徴とする、〔１〕に記載の移動体位置計測システム。
〔３〕前記非接触速度センサは定在波レーダまたはドップラレーダのいずれかであることを特徴とする、〔１〕または〔２〕に記載の移動体位置計測システム。

〔４〕前記非接触速度センサは前記移動面に対して３０°以上９０°以下の角度で設けられていることを特徴とする、〔１〕ないし〔３〕のいずれかに記載の移動体位置計測システム。
〔５〕駆動電源部、前記非接触速度センサから出力されるデータを表示する表示部、およびデータを記録蓄積するロギング部を備えていることを特徴とする、〔１〕ないし〔４〕のいずれかに記載の移動体位置計測システム。
〔６〕前記ロギング部に蓄積されたデータを解析処理する演算部を備えていることを特徴とする、〔５〕に記載の移動体位置計測システム。
〔７〕前記演算部により前記移動体の移動軌跡が得られることを特徴とする、〔６〕に記載の移動体位置計測システム。

〔８〕〔７〕に記載の移動体位置計測システムにより締め固め（以下、「転圧」という。）装置の走行軌跡を作成することのできる、転圧作業軌跡作成システム。
〔９〕〔１〕ないし〔７〕のいずれかに記載の移動体位置計測システムを用いることにより前記移動体の移動を記録できる、移動体の相対位置記録方法。
〔１０〕ＧＰＳを要せずに転圧装置の走行軌跡を得られることを特徴とする、〔９〕に記載の移動体の相対位置記録方法。

本発明の移動体位置計測システム、転圧作業軌跡作成システムおよび移動体の相対位置記録方法は上述のように構成されるため、これによれば、ＧＰＳ等、障害発生時の自己復旧が不可能ないしは困難な通信方式を用いることなく、移動体の速度を容易に計測して位置計測を行うことができる。また、本発明によれば、実質的に全ての移動体の速度を容易に計測し、位置計測を行うことができる。

また、本発明の移動体位置計測システム等を転圧作業に用いることで、ＧＰＳが受信不能の場合であっても、締め固め装置（転圧機）を用いた作業における位置計測が可能となり、継続した作業記録を作成することができる。これは、大幅な作業改善となるだけではなく、作業記録としての位置データ取得方法が、ＮＥＴIＳ等で認証された場合には、ＧＰＳ不要の施工装置を社会に提供できることとなり、さらに大幅な費用削減が期待できる。

本発明の移動体位置計測システムの基本的構成を示す概念図である。本発明の移動体位置計測システムによる基本的作用を示す説明図である。本発明の移動体位置計測システムの構成例を示す説明図である。移動体位置計測システム実施例の構成を示す説明図である。図４の実施例における転圧軌跡表示の例を示す説明図である。

以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の移動体位置計測システムの基本的構成を示す概念図である。また、
図２は、本発明の移動体位置計測システムによる基本的作用を示す説明図である。これらに図示するように本移動体位置計測システム１０は、移動体Ｍ上に設けられていて移動体Ｍの移動面Ｓを検知対象とする非接触速度センサ１と、非接触速度センサ１の姿勢を補正するための補正装置５とからなることを、基本的構成とする。

非接触速度センサ１としては、計測対象である移動面Ｓに対して検知用波動を送信することによって速度・位置計測に必要な信号を得る方式であればいかなるものをも用いることができる。たとえば、定在波レーダまたはドップラレーダは本発明の目的には十分である。

また補正装置５としては、移動面Ｓを移動する移動体Ｍに振動等が発生して非接触速度センサ１の姿勢に変動が生じた場合にこれを補正することの可能なものは、全て本発明に用いることができる。たとえば、３軸ジャイロセンサ、加速度計、またはその他の慣性センサは本発明の目的には十分である。

かかる構成により、本移動体位置計測システム１０においては、これが設置された移動体Ｍが、地面等の移動面Ｓ上を移動する際、非接触速度センサ１により検知対象である移動面Ｓに対して検知用波動が送信され、これによって非接触センサ１では速度・位置計測に必要な信号が得られるが、かかる非接触速度センサ１の検知作用は、たとえ移動中における振動発生等によって非接触速度センサ１自身の姿勢に変動が生じた場合、例えば角度変動が生じた場合であっても、補正装置５によってそれが問題なく補正されるため、精度のよい速度検出・位置計測がなされる。

図２に示すように本移動体位置計測システム１０は移動体Ｍ上に設置されていて移動面Ｓを検出対象とするものであるため、検知用波動は、移動面Ｓに対して角度θの傾きをもって送信される。これにより、移動体位置計測システム１０−移動面Ｓ上の検知対象点間の距離をＸとしたときのＣｏｓＸを用いて、移動体Ｍの移動速度、相対的位置の情報を得ることができる。

図３は、本発明の移動体位置計測システムの構成例を示す説明図である。図示するように移動体位置計測システムは、上記移動面Ｓに対し送信する検知用波動の傾き角度θの大きさに特に限定されず、相当小さくても（図中（ａ））、逆に大きくても（図中（ｂ））、本発明の範囲内である。しかしながらこれを、たとえば３０°以上９０°以下、というように角度範囲を決めたものとしてもよい。なお、後述するように４５°程度の角度を、好適に用いることができる。

また、図１に示したように本移動体位置計測システム１０は、駆動電源部（図示せず）、非接触速度センサ１から出力されるデータを表示する表示部２、およびデータを記録蓄積するロギング部４を備えた構成とすることができる。駆動電源部により移動体位置計測作業の動力が安定的に確保され、表示部２により位置計測の実施状況等を確認・監視することができ、またロギング部４により事後の利便性のためデータを保存することができる。

さらにまた、本移動体位置計測システム１０は、ロギング部４に蓄積されたデータを解析処理する演算部３を備えたものとすることができる。これにより、得られた速度・位置計測情報を元にした種々の分析・解析を行って、これを表示部２で表示したり、ロギング部４に保存して事後に適宜出力することができる。

演算部３により、たとえば、移動体Ｍの移動軌跡を作成することも可能である。これは転圧作業における作業軌跡（走行軌跡）作成に便利であり、本移動体位置計測システム１０を用いた転圧作業軌跡作成システムを構成することができる。

本発明の移動体位置計測システムによる位置計測・位置記録は、いわば移動体の相対位置記録方式といえる。上述のように転圧作業においては従来、ＧＰＳを用いた絶対位置計測が定法として行われているが、本発明の相対位置記録方式はＧＰＳを要せずに高精度の位置計測を実現できるものである。したがって、本発明の方式は、広範な分野に亘る移動体位置計測技術に関して、画期的な技術を提供できることとなる。

転圧機を用いた転圧作業において本発明移動体位置計測システムを用いる例について、説明する。なお、本発明がかかる例に限定されるものではない。
＜実施例転圧機走行軌跡記録システム＞
本装置は、ロードローラー等の転圧機の走行軌跡を記録するための装置である。従来は、ＲＴＫＧＰＳを使った絶対位置記録方法で作業軌跡管理を行うことが一般的技法として行われてきた。本装置は、非接触型位置検出センサを用いた相対位置記録装置により、相対位置走行軌跡を記録することを可能とした。

本例装置（移動体位置計測システム５１０）は、下記のように構成される。
（１）非接触速度センサとして２４ＧＨｚ定在波レーダ、補正装置として３軸ジャイロ型慣性センサを用いる。
（２）また、これに付帯する駆動用電源部、センサから出力されるデータの表示部、およびデータを記録蓄積するロギング部を有する。
（３）さらに、ロギングされたデータを解析する演算部と、軌跡を表示する表示用ソフト部を有し、処理データは、印刷物または電子データとして作業日報と転圧位置状況の軌跡報告物として提出できるシステムを構成する。

図４は、移動体位置計測システム実施例の構成を示す説明図である。また、
図５は、図４の実施例における転圧軌跡表示の例を示す説明図である。
上述したように、転圧機を用いた作業はＧＰＳ信号を用いて作業記録を作成しているが、ＧＰＳが受信不能の場合は中断せざるを得なかった。しかし、本装置により、ＧＰＳの受信状態に関係なく位置計測が可能となり、継続した作業記録を作成することができる。

本発明の移動体位置計測システム等によれば、ＧＰＳ等、障害発生時の自己復旧が不可能ないしは困難な通信方式を用いることなく、移動体の速度を容易に計測して位置計測を行うことができる。また、転圧作業に用いることで、ＧＰＳが受信不能の場合であっても位置計測が可能となり、継続した作業記録を作成することができる。さらに本発明の方式がＮＥＴIＳ等で認証された場合には、ＧＰＳ不要の施工装置を社会に提供できる。したがって、土木施工工事分野、その他の移動体位置計測分野、および関連する全分野において、産業上利用性が高い発明である。

１…非接触速度センサ
２…表示部
３…演算部
４…ロギング部
５…補正装置
１０、２１０、３１０、５１０…移動体位置計測システム
Ｍ、２Ｍ、３Ｍ、５Ｍ…移動体
Ｓ、２Ｓ、３Ｓ、５Ｓ…移動面

Claims

移動体上に設けられていて該移動体の移動面を検知対象とする非接触速度センサと、該非接触速度センサの姿勢を補正するための補正装置とからなる、移動体位置計測システム。
前記補正装置は３軸ジャイロセンサまたはその他の慣性センサを用いるものであることを特徴とする、請求項１に記載の移動体位置計測システム。
前記非接触速度センサは定在波レーダまたはドップラレーダのいずれかであることを特徴とする、請求項１または２に記載の移動体位置計測システム。
前記非接触速度センサは前記移動面に対して３０°以上９０°以下の角度で設けられていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の移動体位置計測システム。
駆動電源部、前記非接触速度センサから出力されるデータを表示する表示部、およびデータを記録蓄積するロギング部を備えていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の移動体位置計測システム。
前記ロギング部に蓄積されたデータを解析処理する演算部を備えていることを特徴とする、請求項５に記載の移動体位置計測システム。
前記演算部により前記移動体の移動軌跡が得られることを特徴とする、請求項６に記載の移動体位置計測システム。
請求項７に記載の移動体位置計測システムにより締め固め（以下、「転圧」という。）装置の走行軌跡を作成することのできる、転圧作業軌跡作成システム。
請求項１ないし７のいずれかに記載の移動体位置計測システムを用いることにより前記移動体の移動を記録できる、移動体の相対位置記録方法。
ＧＰＳを要せずに転圧装置の走行軌跡を得られることを特徴とする、請求項９に記載の移動体の相対位置記録方法。