JP3753833B2

JP3753833B2 - Road linear automatic surveying equipment

Info

Publication number: JP3753833B2
Application number: JP7589897A
Authority: JP
Inventors: 豊下垣; 芳樹山野; 信之水谷
Original assignee: Asia Air Survey Co Ltd
Current assignee: Asia Air Survey Co Ltd
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2017-03-27
Also published as: JPH10267650A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路又は線路の勾配（縦、横）及び道路又は線路の曲率半径等（総称して道路状況という）を、いかなる環境下においても移動車両を走行させながらリアルタイムで正確に得る道路線形自動測量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、既存の道路の位置、傾斜、曲率を計測するには、水平、鉛直角等を測る経緯儀又は距離を測る光波測距儀等の測量器械を用いたトラバース測量、水準測量が実施されている。
【０００３】
一方、近年においては、ＧＰＳ基準局と、移動局とがＧＰＳ電波を同時に受信し、移動局がＧＰＳ基準局からの電波を受けて緯度、経度等の誤差を相殺することにより測位精度を向上させるディファレンシャルＧＰＳ技術が普及している。
【０００４】
このようなディファレンシャルＧＰＳ技術を用いて、移動する車両の３次元位置を計測し、道路の縦断勾配を計算する方法等が研究されている。
【０００５】
この方法は、正確に位置が分かっている基準点のＧＰＳ基準局において、最低４個のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を観測受信して位置（緯度、経度、高さ）及び時刻等を計測し、この計測結果を移動局が受信する。
【０００６】
また、移動局がＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信して得た位置と、ＧＰＳ基準局からの計測結果とを比較することによって、ＧＰＳ衛星からの電波に含まれるＳＡ（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ）、衛星系、伝搬系等による誤差成分を除去して正確な位置を求める。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のトラバース測量や水準測量等は、測定場所に器械を持ち運び、角度と距離を次々に計測する必要があるため、多大な労力と時間がかかるという問題点があった。
【０００８】
また、交通量の多い道路に多くの器械をもって行って計測を行わなければならないので、事故や渋滞を引き起こす可能性を高めるという問題点があった。
【０００９】
さらに、ディファレンシャルＧＰＳ測量は、位置、勾配、曲率の計測精度が低く、ばらつきも大きいという問題点があった。
【００１０】
さらに、都市部のビル街やトンネル内ではＧＰＳ電波を受信できないため計測不能になる場合もあるという問題点があった。
【００１１】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたもので、いかなる環境下であっても、自車両の位置及び走行している道路の曲率を自動的に得ることができる道路線形自動測量装置を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる道路線形自動測量装置は、直交３軸の複数の加速度計及び直交３軸の複数のジャイロを有する慣性航法部と車速計及びＧＰＳ移動局に接続されたカルマンフィルタとからなる複合慣性測量部と、レーザ距離計に接続されたデータ処理部と、を備えて移動車輌に搭載され、前記慣性航法部が出発点からの前記移動車両の現在の慣性位置、慣性速度を逐次求めて送出して、前記データ処理部が道路の縦断及び横勾配、曲率半径を求める道路線形自動測量装置である。
前記複合慣性測量部のカルマンフィルタは、
前記複合慣性測量部の前記慣性航法部で求められた前記慣性位置及び慣性速度並びに前記ＧＰＳ移動局からの位置又は前記車速計からの速度を逐次入力して前記加速時計の加速度の誤差、前記ジャイロの姿勢角の誤差及び方位角の誤差並びに前記慣性位置及び前記慣性速度の、それぞれの誤差を逐次推定する手段と
を有する。
前記複合慣性測量部の前記慣性航法部は、
前記加速度計からの前記加速度及び前記ジャイロからの姿勢角、方位角を入力し、該加速度計から入力した加速度を前記カルマンフィルタで推定された加速度の誤差に基づいて補正して、前記ジャイロから入力した方位角を前記カルマンフィルタで推定された姿勢角、方位角の誤差に基づいて求めて前記データ処理部に出力すると共に、
この求めた姿勢角、方位角と前記補正した加速度と前記カルマンフィルタで前記推定された慣性位置の誤差と前記推定された慣性速度の誤差とで前記慣性位置、慣性速度を逐次求めて、前記カルマンフィルタ及び前記データ処理部に出力するハイブリット慣性測量航法手段と
を有する。
前記データ処理部は、
前記複合慣性測量部の前記慣性航法部からの前記慣性位置及び前記慣性航法部で補正した方位角を入力してメモリに記憶し、この記憶した今回の慣性位置と前回に記憶した慣性位置との距離を求め、この距離と前記メモリに記憶した今回の方位角と前回に記憶した方位角とから前記移動車両が走行している道路の前記曲率半径を求める曲率半径計算手段と、前記複数のレーザ距離計からの前記道路と前記移動車両との間の距離に基づいて前記移動車両の前後左右の傾斜角度を求める車両傾斜計算手段と、前記車両傾斜計算手段からの前記傾斜角度と前記慣性航法部からの前記求めた姿勢角を入力し、この求めた姿勢角と前記傾斜角度に基づいて前記道路の縦断及び横断勾配を求めて知らせる勾配計算手段とを備えたことを要旨とする。
【００１３】
本願発明においては、道路線形自動測量装置を移動車両に搭載して道路を走行させると、複合慣性測量部のハイブリット慣性測量航法手段のカルマンフィルタが位置又は前記車速計からの速度を逐次入力して前記加速度の誤差、角速度の誤差、姿勢角の誤差、慣性位置の誤差、慣性速度の誤差をカルマンフィルタで逐次推定し、この推定した各誤差に基づいて前記加速度、角速度、姿勢角が補正されて、慣性位置、慣性速度が求められてデータ処理部に送出される。そして、データ処理部は、今回の慣性位置及び方位角と前回の慣性位置及び方位角度とから道路の曲率半径を逐次求めて知らせる。
【００１４】
このため、トラバース測量のように、測定場所に器械を持ち運ばなくとも、移動車両を走行させるだけで、曲がっている道路の曲率半径を自動的に得ることが可能となる。特に、カーナビゲーション用道路データベースや交通事故分析用データベースを効率的に作成することに効果を発揮する。
【００１５】
また、請求項２は、前記複合慣性測量部のハイブリット慣性測量航法手段は、
前記直交３軸の複数の加速度計からの加速度を入力し、該入力毎にこの加速度を、前記カルマンフィルタで推定された加速度の誤差で補正する加速度データ処理手段と、姿勢計測手段で求められた前記方位角、姿勢角を入力し、この方位角及び姿勢角で前記加速度データ処理手段で前記補正された加速度を積分し、この積分結果を３次元座標系に定義してそれぞれの軸当たりの移動距離を順次得る加速度座標変換手段と、前記移動距離と前記カルマンフィルタからの前記慣性位置の誤差及び慣性速度の誤差とを入力して前記３次元座標系における前記慣性位置及び慣性速度を順次求め、この求めた慣性位置及び慣性速度を前記カルマンフィルタ及び前記データ処理部の曲率半径算出手段に出力する航法計算手段と、前記直交３軸の複数の前記ジャイロからの角速度及び前記カルマンフィルタからのジャイロの誤差を入力し、このジャイロの誤差で前記ジャイロからの角速度を補正する角速度データ処理手段と、前記角速度データ処理手段からの角速度と、前記カルマンファイルタからの姿勢角の誤差とを入力し、これらの情報に基づいて前記姿勢角、方位角を求め、該求めた姿勢角、方位角を前記加速度座標変換手段に出力すると共に前記データ処理部の勾配計算手段に出力する姿勢計算手段とを備えたことを要旨とする。
【００１６】
請求項２においては、慣性測量部をストラップダウン型ＩＮＳにしているため、３軸のジャイロの角速度から移動車両の姿勢角及び方位角が検出されると共に、加速度が東西、南北、鉛直方向の成分に分けられて積分されて慣性速度、慣性位置が求められる。すなわち、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できないトンネル、都市部を走行していても移動車両の姿勢角、方位角、慣性位置、慣性速度が得られてデータ処理部に送出される。
そして、データ処理部は各車輪付近の筐体に取り付けられているレーザ距離計からの道路と車体の間の各距離から移動車両の前後左右の傾斜を求め、この傾斜と慣性測量部からのピッチから道路の縦断勾配を求め、かつロール角から道路の横断勾配を求めて知らせる。また、慣性位置と方位角とから道路の曲率半径を求めて知らせる。
このため、トンネル、高層建築物が多い都市部等を走行していても道路の曲率半径を自動的に正確に得られる。
【００１７】
請求項３は、前記データ処理部は、
前記慣性位置及び縦断及び横断勾配並びに曲率半径を、それぞれ対応させて記憶することを要旨とする。
【００１８】
請求項３においては、移動車両の慣性位置及び縦断及び横断勾配並びに曲率半径が対応させられて記憶されている。このため、後日、これらの情報を集めて行くと、曲がり具合及び勾配に応じた道路の平面線形形状が得られることになる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態の概略構成図である。図１の道路線形自動測量装置１は、ＧＰＳ移動局２と、複合慣性測量部３と、データ処理部４と、車速計５と、レーザ距離計６とから構成されて計測車両７に搭載され、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できない環境下の場所であっても計測車両７の正確な位置、姿勢、道路の曲率を求めるものである。
【００２８】
ＧＰＳ移動局２は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号と、遠隔地点に設けられているＧＰＳ基準局１０からのＧＰＳ信号（ＧＰＳ補正情報）とを受信し、両方の信号を照合して正確な自局の位置を求める。
【００２９】
すなわち、ＧＰＳ移動局２とＧＰＳ基準局１０とでディファレンシャルＧＰＳシステムを構成している。
【００３０】
前述のＧＰＳ移動局２は、ＧＰＳ基準局１０からＧＰＳ補正情報を、自動車電話網を介して受信する自動車電話機１３と、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信すると共に自動車電話機１３が受信したＧＰＳ補正情報を入力し、正確な計測車両７の位置を求めるＧＰＳ受信機１２とを備えている。
【００３１】
また、ＧＰＳ基準局１０は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信し、このＧＰＳ信号を解析し、自局における受信時刻、自局の位置等をＧＰＳ補正情報として求めるＧＰＳ受信機１５と、ＧＰＳ受信機１５で得られたＧＰＳ補正情報を自動車電話網を介して送信する電話機１６とを備えている。
【００３２】
複合慣性測量部３は、ＧＰＳ移動局２が求めた計測車両７の位置データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と、測量車両７の車速計５から速度信号とを入力し、これらの信号を用いて、所定の座標系に対する計測車両７の相対位置（慣性位置ともいう）及び相対速度と、姿勢角と、方位角とを求めて出力する。この方位角とは地球座標系の北軸に対する角度を示し、また姿勢角とは水平軸に対する角度を示す。さらに、姿勢角と方位角とを総称して姿勢方位角ともいう。
【００３３】
データ処理部４は、計測車両７の各車輪付近に配置された４つのレーザ距離計６により、計測車両７の車体と路面との距離を逐次計測し、複合慣性測量部３からの相対位置、姿勢角、方位角等から道路の縦横断勾配、曲率半径を算出して表示又は記憶する。
【００３４】
＜各装置の構成＞
図２は複合慣性測量部及びデータ処理部の概略構成図である。図２に示すように複合慣性測量部３は、慣性航法部２０とカルマンフィルタ２１とから構成されている。
【００３５】
慣性航法部２０は、加速度計２２と、加速度データ処理手段２３と、加速度座標変換手段２４と、航法計測手段２５と、ジャイロ２７と、角速度データ処理手段２８と、姿勢計算手段２９とを備えている。
【００３６】
＜複合慣性測量部の各手段の詳細説明＞
カルマンフィルタ２１は、後述する航法計算手段２５からの慣性位置及び慣性速度と、ＧＰＳ移動局２からの計測車両７の位置と、車速計５からの速度とを入力する。そして、ジャイロ２７の誤差、加速度誤差、姿勢誤差、位置誤差、速度誤差等を推定する。
【００３７】
前述のジャイロ２７の誤差は角速度データ手段２８に、加速度誤差は加速度データ処理手段２３に、姿勢誤差は姿勢計算手段２９に、位置誤差及び速度誤差は航法計算手段２５に、それぞれ出力する。
【００３８】
加速度データ処理手段２３は、直交３軸に沿って設けられた３ヶの加速度計２２からの加速度を、カルマンフィルタ２１からの加速度誤差に基づいて補正する。
【００３９】
加速度座標変換手段２４は、方位角、姿勢角を入力し、この方位姿勢角に基づいて、加速度データ処理手段２３からの加速度を積分して東西、南北、上下方向の軸の座標系に変換して移動距離を求める。
【００４０】
航法計算手段２５は、加速度座標変換手段２４からの移動距離と、カルマンフィルタ２１からの位置誤差及び速度誤差とを入力し、これらの情報に基づいて所定の座標系上における計測車両７の相対位置（慣性位置）及び相対速度（慣性速度）を求める。
【００４１】
角速度データ処理手段２８は、直交３軸に沿って設けられた３ヶのジャイロ２７からの地球座標に対する計測車両７の角速度と、カルマンフィルタ２１からのジャイロの誤差とを入力し、ジャイロ２７からの角速度をジャイロの誤差に基づいて補正する。
【００４２】
姿勢計算手段２９は、角速度データ処理手段２８からの角速度と、カルマンフィルタ２１からの現在の姿勢誤差とを入力し、これらの情報に基づいて地球座標における自車両の正確な姿勢角及び方位角を求めてデータ処理部４に送出する。
【００４３】
すなわち、複合慣性測量部３は、加速度計２２からの加速度を積分して計測車両７の現在位置及び速度を求めると共に、ジャイロ２７からの角速度を積分して計測車両７の姿勢角、方位角を求め、かつ慣性誤差の増大を抑制するために、カルマンフィルタ２１を用いて各誤差を補正するハイブリット航法を実現している。
【００４４】
＜データ処理部の構成＞
データ処理部４は図２に示すように、曲率半径計算手段３０と、表示器３１と、記録手段３２と、車両傾斜計算手段３３と、勾配計算手段３４とを備えている。
【００４５】
曲率半径計算手段３０は、複合慣性測量部３からの現在の相対位置を入力する。そして、今回の相対位置と前回の相対位置とから両方の相対位置を通る軌跡の曲率半径を求めて表示器３１又は記録手段３２に記録する。
【００４６】
車両傾斜計算手段３３は、各車輪の近傍に設けられた４ヶのレーザ距離計６からの道路と車体との距離値をそれぞれ入力し、これらの距離値に基づいて計測車両の前後左右の傾斜を求める。
【００４７】
勾配計算手段３４は、複合慣性測量部３からの姿勢角と車両傾斜計算手段３３からの計測車両７の前後左右の傾斜とを入力し、これらの情報に基づいて道路の勾配（縦横）を３次元的に求めて表示器３１に表示又は記録手段３２に記録する。
【００４８】
＜動作説明＞
上記のように構成された道路線形自動測量装置の動作を以下に説明する。ＧＰＳ移動局２、車速計５、複合慣性測量部３、レーザ距離計６、データ処理部４等からなる道路線形自動測量装置１を搭載した計測車両７が道路を走行すると、以下に説明するデータを自動的に得る。
【００４９】
計測車両７側のオペレータは、ＧＰＳ移動局２の自動車電話機１３を用いてＧＰＳ基準局１０からＧＰＳ補正情報を送信させる。ＧＰＳ基準局１０の電話機１６は、ＧＰＳ補正情報の転送要求に伴ってＧＰＳ受信機１５からの基準局位置をＧＰＳ補正情報として移動電話網を介して逐次送信する。
【００５０】
計測車両７に搭載されているＧＰＳ移動局２のＧＰＳ受信機１２は、自動車電話機１３が受信したＧＰＳ補正情報とＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号とから計測車両７の正確な位置を求めて複合慣性測量部３に送出する。
【００５１】
すなわち、ＧＰＳ移動局２とＧＰＳ基準局１０とでデファレンシャルＧＰＳシステムを構成して正確な位置を求めている。
【００５２】
次に、複合慣性測量部３は、車体に直接取り付けられた３軸の加速度計２２からの加速度を用いて、所定の座標系における出発点からの移動距離に基づく現在の相対位置と、現在の相対速度とを求めると共に、ジャイロ（リングレーザジャイロ）からの角速度を用いて計測車両７の地球座標に対する姿勢角、方位角を求めて送出する。
【００５３】
一方、複合慣性測量部３のカルマンフィルタ２１は、相対位置である慣性位置及び相対速度である慣性速度を入力すると共に、ＧＰＳ移動局２からの計測車両７の位置と車速計５からの車速とを入力してジャイロ２７の誤差、加速度誤差、姿勢誤差、位置誤差、速度誤差等を推定する。
【００５４】
このようにカルマンフィルタ２１を用いて誤差を推定するのは、姿勢角、方位角、慣性速度及び慣性位置は、慣性センサであるジャイロ及び加速度計の信号を積分して得ている。
【００５５】
つまり、複合慣性測量部３は、前述の加速度計２２と、加速度データ処理手段２３と、加速度座標変換手段２４と、航法計測手段２５と、ジャイロ２７と、角速度データ処理手段２８と、姿勢計算手段２９とを用いてストラップダウンＩＮＳを構成して、移動体である計測車両の姿勢を求めると共に、加速度を東西、南北及び鉛直方向の成分に分け、積分して速度や距離等を得る。
【００５６】
従って、電磁波や天候の影響を全く受け付けないので、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できない高層ビルが多い都市部、険しい山岳部、橋梁や隣接する多い場所においても正確な位置と速度とを得ることができる。
【００５７】
ところが、慣性センサの誤差も同時に積分されるので、時間の経過に伴って誤差が増加していく。
【００５８】
例えば、ジャイロの誤差は、わずかであるが姿勢方位基準を傾かせることになり、この基準座標で変換された水平加速度には傾きに比例した重力加速度成分が検出され、加速度誤差及び位置誤差を生じる。
【００５９】
また、車速計５からの車速及びＧＰＳ移動局２からの位置というのは、時間の経過に伴って誤差は増加しない。この車速計７は車輪の回転数を検出するものであり、車輪の円周長さを乗算すると走行距離が分かる。
【００６０】
そこで、車速計５の速度と、ＩＮＳの慣性速度とから速度誤差を求めると共に、ＧＰＳ移動局２とＧＰＳ基準局１０とでデファレンシャルＧＰＳシステムを構成して得た正確な計測車両７の位置と、慣性位置とから位置誤差を推定するハイブリット慣性測量航法を生成する。
【００６１】
また、本カルマンフィルタ２１は、ジャイロのジャイロ誤差及び加速度計の誤差を求めて送出している。
【００６２】
例えば、前述の車速計の速度とＩＮＳの慣性速度とによる速度誤差の推定は以下に説明する方程式に基づいている。
【００６３】
【表１】

また、計測車両７を停止させたときの速度（＝０）と慣性速度とから速度誤差を求めて、誤差ベクトルＸｋの推定値を求めている。
【００６４】
また、計測車両７を停止させた時の基準点位置座標とＩＮＳの慣性位置から位置誤差を求めて、誤差状態ベクトルＸｋを求めている。
【００６５】
すなわち、複合慣性測量部３は、ＧＰＳ移動局２と車速計５とをカルマンフィルタ２１を用いて、ストラップダウンＩＮＳとを結合することで、電磁波や天候の影響を受ける場所では、測位機能の補間のために車速計５からのデータで各誤差を推定して位置と速度を正確に求める。また、ＧＰＳ衛星及びＧＰＳ基準局からの電波を受信できる場所では、ＧＰＳ移動局２からの位置データに基づいて各誤差を推定している。
【００６６】
従って、いかなる場所でも正確な自車両の位置と速度とをリアルタイムで得ることができる。
【００６７】
次に、データ処理部の動作を説明する。図３はデータ処理部の動作を説明するフローチャートである。
【００６８】
データ処理部４の曲率半径計算手段３０は、複合慣性測量部３からの計測車両の現在の相対位置ｉと現在の方位角ψｉとを読む（Ｓ１）。この方位角ψｉは地球座標系における北軸に対する角度である。
【００６９】
次に、前回の相対位置ｊと前回の方位角ψｊとが記憶されているかどうかを判断する（Ｓ３）。
【００７０】
ステップＳ３において、前回の相対位置ｊ及び前回の方位角ψｊが記憶されていないと判定したときは、ステップＳ１で読み込んだ相対位置ｉと方位角ψｊとを前回の相対位置ｉ及び方位角ψｉとして処理をステップＳ１に戻す（Ｓ５）。
【００７１】
また、ステップＳ３において、前回の相対位置ｊ及び前回の方位角ψｊとが記憶されていると判定した場合は、両方の位置間の距離Ｌを求める（Ｓ７）。
【００７２】
そして、前述の方位角ψｉ、ψｊ及び距離Ｌを用いて計測車両７が両位置を走行したときの道路の曲率半径Ｒを求める（Ｓ９）。この曲率半径Ｒの算出は、以下に示す式によって求める。
【００７３】
【数１】

この数１は、図４に示すように、湾曲している道路を計測車両が走行している場合は、一般にこの道路に２点間の位置ｉ、ｊを描き、２点間の位置ｉ、ｊにおける向きを示す矢印（方位角ψｉ、ψｊ）を描き、この２つの矢印から法線を引いたときの交点を求める。そして、この交点からいずれかの位置までの距離を求めると、道路を生成する円の曲率Ｒが求まるものである。
【００７４】
しかし、前述の数１は単に２点間の位置ｉ、ｊとから２点間を結ぶ距離Ｌを求め、この距離Ｌと方位角ψｉ、ψｊとだけで曲率半径Ｒを求めている。従って、早く曲率半径Ｒが得られると共に、非常に正確な曲率半径を得ることができる。
【００７５】
次に、曲率半径Ｒが求まると、この曲率半径Ｒを表示器３１に表示又は記録手段３２を用いて蓄積して（Ｓ１１）、本処理を終了する。
【００７６】
すなわち、この蓄積データを後日解析することによって、どのように湾曲している道路かを線で示すことが可能となる。
【００７７】
また、道路というのは、曲がっているだけではなく、坂道や下り坂がある。このため、データ処理部４の勾配計算手段３４は、車両傾斜手段３３からの車両の前後左右の傾斜角度と、複合慣性測量部４からの姿勢角（ピッチ角、ロール角とからなる）を入力して、道路の縦勾配及び横勾配を求める。
【００７８】
例えば、図５の（ａ）に示すように、計測車両７が登り坂を走行している場合は、複合慣性測量部３の姿勢計算手段２９からのピッチ角θｐ１と、データ処理部４の車両傾斜計算手段３３の傾斜角θｐ２とが入力する毎に、両方の角度を加算し、この加算値θｐを走行している道路の縦断勾配として求める。
【００７９】
すなわち、計測車両７と道路との間の車体の前後の傾斜角を考慮して道路の縦断勾配を求めているので、非常に精度が高い縦断勾配が得られる。
【００８０】
また、図５の（ｂ）に示すように、計測車両７が例えば湾曲している道路を走行している場合は、複合慣性測量部３の姿勢計算手段２９からのロール角θｑ１と、データ処理部４の車両傾斜計算手段３３の傾斜角θｑ２とが入力する毎に加算し、この加算値θｑを走行している道路の横断勾配として求める。
【００８１】
すなわち、計測車両７と道路との間の車体の前後左右の傾斜角を考慮して道路の横断勾配を求めているので、非常に精度が高い横断勾配が得られる。
【００８２】
従って、どのような環境下においても、正確な道路の曲率半径及び正確な縦横勾配をリアルタイムで得ることができる。
【００８３】
なお、上記実施の形態では、道路の曲率、縦横勾配としたが線路の曲率及び縦横勾配を求めてもよい。
【００８４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、トラバース測量のように、測定場所に器械を持ち持ち運ばなくとも、移動車両を走行させるだけで、曲がっている道路の曲率半径を自動的に得ることができるという効果が得られている。
また、トンネル、高層建築物が多い都市部等を走行していても道路の曲率半径を自動的に得られるという効果が得られている。
また、トンネル、高層建築物が多い都市部等を走行していても道路の曲率半径、道路の縦横の勾配を自動的に知ることが可能となる。
また、どのような環境下においても、正確な道路の曲率半径及び正確な縦横勾配をリアルタイムで得ることが可能となる。
さらに、慣性位置、縦横勾配を記憶したので、曲がり具合及び勾配に応じた道路の線形情報が得られるという効果が得られている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の道路線形自動測量装置の概略構成図である。
【図２】道路線形自動測量装置の各部の詳細構成図である。
【図３】曲率半径計算手段の動作を説明するフローチャートである。
【図４】曲率半径の算出を説明する説明図である。
【図５】勾配計算手段の勾配を求め方を説明する説明図である。
【符号の説明】
２ＧＰＳ移動局
３複合慣性測量部
４データ処理部
５車速計
６レーザ距離計
７計測車両
１０ＧＰＳ基準局
１３自動車電話機
２０慣性航法部
２１カルマンフィルタ
２２加速度計
２３加速度データ処理手段
２４加速度座標変換手段
２５航法計測手段
２７ジャイロ
２８角速度データ処理手段
２９姿勢計算手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a road alignment that accurately obtains the gradient (vertical, horizontal) of a road or track and the curvature radius of the road or track, etc. (collectively referred to as road conditions) in real time while traveling a moving vehicle in any environment. It relates to an automatic surveying device.
[0002]
[Prior art]
Generally, in order to measure the position, slope, and curvature of existing roads, traverse surveying and leveling using a measuring instrument such as a theodolite that measures the horizontal and vertical angles or a light wave rangefinder that measures the distance is performed. Yes.
[0003]
On the other hand, in recent years, a differential GPS that improves positioning accuracy by simultaneously receiving GPS radio waves from a GPS reference station and a mobile station, and canceling errors such as latitude and longitude when the mobile station receives radio waves from the GPS reference station. Technology is widespread.
[0004]
A method of measuring the three-dimensional position of a moving vehicle by using such differential GPS technology and calculating a longitudinal gradient of the road has been studied.
[0005]
In this method, a GPS reference station of a reference point whose position is accurately known observes and receives GPS signals from at least four GPS satellites, measures positions (latitude, longitude, height), time, etc. The mobile station receives the measurement result.
[0006]
Further, by comparing the position obtained by the mobile station receiving the GPS signal from the GPS satellite and the measurement result from the GPS reference station, the SA (selective availability) included in the radio wave from the GPS satellite, the satellite system, the propagation An accurate component is obtained by removing error components due to the system.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, conventional traverse surveying, leveling surveying, etc. have a problem that it takes a lot of labor and time because it is necessary to carry the instrument to the measurement place and measure the angle and distance one after another.
[0008]
In addition, there is a problem that the possibility of causing an accident or traffic jam is increased because it is necessary to perform measurement by using many instruments on a road with a lot of traffic.
[0009]
Further, the differential GPS survey has a problem that the measurement accuracy of the position, gradient, and curvature is low and the variation is large.
[0010]
Furthermore, there is a problem in that measurement may not be possible because GPS radio waves cannot be received in urban buildings and tunnels.
[0011]
The present invention has been made to solve the above problems, and road linear automatic surveying can automatically obtain the position of the host vehicle and the curvature of the road on which the vehicle is traveling under any circumstances. The object is to obtain a device.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
A road linear automatic surveying apparatus according to the present invention includes a compound inertial surveying system comprising an inertial navigation unit having a plurality of orthogonal three-axis accelerometers and a plurality of orthogonal three-axis gyros, and a Kalman filter connected to a vehicle speedometer and a GPS mobile station. And a data processing unit connected to the laser distance meter, and is mounted on the mobile vehicle, and the inertial navigation unit sequentially obtains and transmits the current inertia position and inertia speed of the mobile vehicle from the starting point. Te, the data processing unit is a longitudinal and transverse slope, the road route type automatic surveying device for determining the radius of curvature of the road.
Kalman filter of the composite inertia surveying unit,
The composite inertia surveying portion of the inertial navigation unit with the obtained the inertial position and inertial velocity and the position or acceleration of the error of the accelerometer to input speed sequential from the speedometer from GPS mobile station, wherein Means for successively estimating respective errors of the gyro attitude angle error and azimuth angle error, and the inertial position and inertial velocity;
Have
The inertial navigation unit of the combined inertial surveying unit is:
The acceleration from the accelerometer and the attitude angle and azimuth angle from the gyro are input, and the acceleration input from the accelerometer is corrected based on the acceleration error estimated by the Kalman filter, and input from the gyro. Obtaining the azimuth angle based on the attitude angle estimated by the Kalman filter and the error of the azimuth angle and outputting it to the data processing unit,
The inertial position and inertial velocity are sequentially obtained from the obtained attitude angle, azimuth angle, the corrected acceleration, the error of the inertial position estimated by the Kalman filter and the error of the estimated inertial velocity, and the Kalman filter and Hybrid inertial surveying navigation means for outputting to the data processing section .
The data processing unit
The inertial position from the inertial navigation unit of the combined inertial survey unit and the azimuth angle corrected by the inertial navigation unit are input and stored in a memory, and the stored current inertia position and the previously stored inertial position are stored . distance determined, the radius of curvature calculating means for calculating the radius of curvature of the road on which the mobile vehicle according to azimuth angle stored in the distance between the current azimuth and last stored in the memory is running, the plurality of laser and a vehicle inclination calculation means for obtaining an inclination angle of the longitudinal and lateral of the moving vehicle on the basis of said road from the distance meter to the distance between the moving vehicle, the inclination angle and the inertial navigation unit from the vehicle inclination calculating means And a slope calculating means for inputting and obtaining the calculated posture angle and the slope and the crossing slope of the road based on the obtained posture angle and the inclination angle .
[0013]
Oite to the present invention, the road shape automatic surveying device and mounted on a moving vehicle when traveling the road, the Kalman filter of the hybrid inertial survey navigation means of the composite inertia surveying unit inputs a speed from the position or the vehicle speed meter successive Then, the acceleration error, angular velocity error, posture angle error, inertial position error, and inertial velocity error are sequentially estimated using a Kalman filter, and the acceleration, angular velocity, and posture angle are corrected based on the estimated errors. The inertia position and the inertia velocity are obtained and sent to the data processing unit. Then, the data processing unit sequentially obtains and notifies the curvature radius of the road from the current inertia position and azimuth angle and the previous inertia position and azimuth angle.
[0014]
For this reason, it is possible to automatically obtain the radius of curvature of a curved road only by running the moving vehicle without carrying the instrument to the measurement place as in the traverse survey. In particular, it is effective for efficiently creating a car navigation road database and a traffic accident analysis database.
[0015]
Further, in claim 2, the hybrid inertial surveying navigation means of the composite inertial surveying unit is :
Acceleration data processing means for inputting accelerations from a plurality of orthogonal triaxial accelerometers and correcting the acceleration with an error in acceleration estimated by the Kalman filter for each input; and the attitude measurement means An azimuth angle and an attitude angle are input, the corrected acceleration is integrated by the acceleration data processing means at the azimuth angle and the attitude angle, and the integration result is defined in a three-dimensional coordinate system to move the movement distance per axis. sequentially calculated and sequentially obtaining the acceleration coordinate transformation means, said inertial position and inertial velocity of said three-dimensional coordinate system by entering the error of the error and inertial velocity of the inertial position from the travel distance and the Kalman filter, the calculated inertia position and a navigation computing means the inertial velocity and outputs to the radius of curvature calculating means of the Kalman filter and the data processing unit, a plurality of the of the three orthogonal axes Enter the gyro error from the angular velocity and the Kalman filter from Yairo, the angular velocity data processing means for correcting the angular velocity from the gyro at this gyro error, and the angular velocity from the angular velocity data processing means, from the Kalman file data And the attitude angle and azimuth angle are obtained based on the information, and the obtained attitude angle and azimuth angle are output to the acceleration coordinate conversion means and the gradient calculation of the data processing unit is performed. The gist of the invention is that it includes posture calculation means for outputting to the means.
[0016]
In claim 2, since the inertial surveying unit is a strap-down INS, the attitude angle and azimuth angle of the moving vehicle are detected from the angular velocity of the triaxial gyro, and the acceleration is a component in the east-west, north-south, and vertical directions. The inertial velocity and inertial position are obtained by dividing into two. That is, the attitude angle, azimuth angle, inertial position, and inertial velocity of the moving vehicle can be obtained and transmitted to the data processing unit even when traveling in a tunnel or city where radio waves from GPS satellites cannot be received.
Then, the data processing unit obtains the front / rear / left / right inclination of the moving vehicle from each distance between the road and the vehicle body from the laser distance meter attached to the casing near each wheel, and the inclination and the pitch from the inertial surveying part. The vertical slope of the road is obtained from the road, and the cross slope of the road is obtained and notified from the roll angle. In addition, the curvature radius of the road is obtained from the inertia position and the azimuth and notified.
Therefore, the radius of curvature of the road can be automatically and accurately obtained even when traveling in an urban area where there are many tunnels and high-rise buildings.
[0017]
In the third aspect, the data processing unit includes:
The gist is to store the inertia position, the longitudinal section, the transverse gradient, and the radius of curvature in association with each other.
[0018]
In the third aspect, the inertia position, the longitudinal and transverse gradients, and the radius of curvature of the moving vehicle are stored in association with each other. For this reason, if this information is collected at a later date, a planar linear shape of the road according to the degree of bending and the slope will be obtained.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of the present invention. 1 is composed of a GPS mobile station 2, a composite inertial surveying unit 3, a data processing unit 4, a vehicle speedometer 5, and a laser rangefinder 6, and is mounted on a measurement vehicle 7. The accurate position, posture, and road curvature of the measuring vehicle 7 are obtained even in an environment where radio waves from GPS satellites cannot be received.
[0028]
The GPS mobile station 2 receives a GPS signal from a GPS satellite and a GPS signal (GPS correction information) from a GPS reference station 10 provided at a remote location, and compares both signals to check the accuracy of its own station. Find the position.
[0029]
That is, the GPS mobile station 2 and the GPS reference station 10 constitute a differential GPS system.
[0030]
The GPS mobile station 2 described above receives the GPS correction information from the GPS reference station 10 via the automobile telephone network, and the GPS correction information received by the automobile telephone 13 while receiving the GPS signal from the GPS satellite. And a GPS receiver 12 for inputting and obtaining an accurate position of the measurement vehicle 7.
[0031]
The GPS reference station 10 receives a GPS signal from a GPS satellite, analyzes the GPS signal, obtains a reception time at the local station, a position of the local station, etc. as GPS correction information, and a GPS receiver. And a telephone 16 for transmitting the GPS correction information obtained in 15 via the automobile telephone network.
[0032]
The composite inertial survey unit 3 inputs the position data (X, Y, Z) of the measuring vehicle 7 obtained by the GPS mobile station 2 and the speed signal from the vehicle speedometer 5 of the surveying vehicle 7, and uses these signals. Then, the relative position (also referred to as inertial position) and relative speed, posture angle, and azimuth angle of the measurement vehicle 7 with respect to a predetermined coordinate system are obtained and output. The azimuth angle indicates an angle with respect to the north axis of the earth coordinate system, and the attitude angle indicates an angle with respect to the horizontal axis. Furthermore, the posture angle and the azimuth angle are collectively referred to as a posture azimuth.
[0033]
The data processing unit 4 sequentially measures the distance between the vehicle body of the measurement vehicle 7 and the road surface by using the four laser distance meters 6 arranged in the vicinity of each wheel of the measurement vehicle 7, and the relative position from the combined inertial surveying unit 3, The vertical cross slope and curvature radius of the road are calculated from the attitude angle, azimuth angle, etc., and displayed or stored.
[0034]
<Configuration of each device>
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the composite inertial surveying unit and the data processing unit. As shown in FIG. 2, the composite inertial surveying unit 3 includes an inertial navigation unit 20 and a Kalman filter 21.
[0035]
The inertial navigation unit 20 includes an accelerometer 22, an acceleration data processing unit 23, an acceleration coordinate conversion unit 24, a navigation measurement unit 25, a gyro 27, an angular velocity data processing unit 28, and an attitude calculation unit 29. Yes.
[0036]
<Detailed description of each means of the composite inertial surveying section>
The Kalman filter 21 receives an inertial position and an inertial speed from a navigation calculation means 25 described later, a position of the measuring vehicle 7 from the GPS mobile station 2, and a speed from the vehicle speedometer 5. Then, an error of the gyro 27, an acceleration error, an attitude error, a position error, a speed error, and the like are estimated.
[0037]
The error of the gyro 27 is output to the angular velocity data means 28, the acceleration error is output to the acceleration data processing means 23, the attitude error is output to the attitude calculation means 29, and the position error and the velocity error are output to the navigation calculation means 25, respectively.
[0038]
The acceleration data processing unit 23 corrects the acceleration from the three accelerometers 22 provided along the three orthogonal axes based on the acceleration error from the Kalman filter 21.
[0039]
The acceleration coordinate conversion means 24 inputs an azimuth angle and posture angle, and based on this azimuth and posture angle, integrates the acceleration from the acceleration data processing means 23 and converts it into a coordinate system of east-west, north-south, and vertical axes. To determine the travel distance.
[0040]
The navigation calculation means 25 inputs the movement distance from the acceleration coordinate conversion means 24, the position error and the speed error from the Kalman filter 21, and based on these information, the relative position of the measurement vehicle 7 on a predetermined coordinate system ( (Inertia position) and relative speed (inertia speed) are obtained.
[0041]
The angular velocity data processing means 28 inputs the angular velocity of the measuring vehicle 7 with respect to the earth coordinates from the three gyros 27 provided along the three orthogonal axes and the error of the gyro from the Kalman filter 21, and the angular velocity from the gyro 27. Is corrected based on the gyro error.
[0042]
The attitude calculation means 29 receives the angular velocity from the angular velocity data processing means 28 and the current attitude error from the Kalman filter 21, and obtains the correct attitude angle and azimuth angle of the vehicle in the earth coordinates based on these information. To the data processing unit 4.
[0043]
That is, the composite inertial survey unit 3 integrates the acceleration from the accelerometer 22 to obtain the current position and speed of the measurement vehicle 7 and integrates the angular velocity from the gyro 27 to obtain the attitude angle and azimuth angle of the measurement vehicle 7. In order to obtain and suppress the increase of the inertia error, the hybrid navigation which corrects each error using the Kalman filter 21 is realized.
[0044]
<Configuration of data processing unit>
As shown in FIG. 2, the data processing unit 4 includes a radius of curvature calculation means 30, a display 31, a recording means 32, a vehicle inclination calculation means 33, and a gradient calculation means 34.
[0045]
The radius of curvature calculation means 30 inputs the current relative position from the composite inertial surveying unit 3. Then, the radius of curvature of the trajectory passing through both relative positions from the current relative position and the previous relative position is obtained and recorded in the display 31 or the recording means 32.
[0046]
The vehicle inclination calculation means 33 inputs the distance values between the road and the vehicle body from the four laser distance meters 6 provided in the vicinity of each wheel, respectively, and based on these distance values, the vehicle front / rear and left / right inclinations are measured. Ask for.
[0047]
The gradient calculation means 34 inputs the attitude angle from the composite inertial surveying unit 3 and the front / rear / left / right inclination of the measurement vehicle 7 from the vehicle inclination calculation means 33, and calculates the road gradient (vertical / horizontal) based on these information. Dimensionally obtained and displayed on the display 31 or recorded on the recording means 32.
[0048]
<Description of operation>
The operation of the road linear automatic surveying apparatus configured as described above will be described below. When a measuring vehicle 7 equipped with a road linear automatic surveying device 1 including a GPS mobile station 2, a vehicle speedometer 5, a composite inertial surveying unit 3, a laser distance meter 6, a data processing unit 4 and the like travels on the road, data described below Get automatically.
[0049]
The operator on the measurement vehicle 7 side transmits GPS correction information from the GPS reference station 10 using the automobile telephone 13 of the GPS mobile station 2. The telephone 16 of the GPS reference station 10 sequentially transmits the reference station position from the GPS receiver 15 as GPS correction information via the mobile telephone network in response to a request for transfer of GPS correction information.
[0050]
The GPS receiver 12 of the GPS mobile station 2 mounted on the measurement vehicle 7 obtains the accurate position of the measurement vehicle 7 from the GPS correction information received by the automobile telephone 13 and the GPS signal from the GPS satellite, and performs a composite inertial survey. Send to part 3.
[0051]
That is, the GPS mobile station 2 and the GPS reference station 10 constitute a differential GPS system to obtain an accurate position.
[0052]
Next, the composite inertial surveying unit 3 uses the acceleration from the triaxial accelerometer 22 attached directly to the vehicle body, the current relative position based on the moving distance from the starting point in a predetermined coordinate system, and the current While calculating | requiring a relative velocity, the attitude | position angle and azimuth | direction angle with respect to the earth coordinate of the measurement vehicle 7 are calculated | required and transmitted using the angular velocity from a gyro (ring laser gyro).
[0053]
On the other hand, the Kalman filter 21 of the composite inertial surveying unit 3 inputs the inertial position which is a relative position and the inertial speed which is a relative speed, and also calculates the position of the measurement vehicle 7 from the GPS mobile station 2 and the vehicle speed from the speedometer 5. The gyro 27 error, acceleration error, attitude error, position error, speed error, etc. are estimated by inputting.
[0054]
The error is estimated using the Kalman filter 21 as described above, and the attitude angle, the azimuth angle, the inertial velocity, and the inertial position are obtained by integrating the signals of the gyroscope and the accelerometer that are inertial sensors.
[0055]
That is, the composite inertial survey unit 3 includes the accelerometer 22, the acceleration data processing unit 23, the acceleration coordinate conversion unit 24, the navigation measurement unit 25, the gyro 27, the angular velocity data processing unit 28, and the attitude calculation unit. 29, the strapdown INS is configured to determine the posture of the measurement vehicle as a moving body, and the acceleration is divided into components in the east-west, north-south, and vertical directions and integrated to obtain speed, distance, and the like.
[0056]
Therefore, since it does not accept the influence of electromagnetic waves or weather, it can obtain accurate position and speed even in urban areas with many high-rise buildings that cannot receive radio waves from GPS satellites, steep mountain areas, bridges and many adjacent places. it can.
[0057]
However, since the error of the inertial sensor is also integrated at the same time, the error increases with time.
[0058]
For example, although the gyro error is slight, the orientation reference is tilted, and a gravitational acceleration component proportional to the tilt is detected in the horizontal acceleration converted by this reference coordinate, resulting in an acceleration error and a position error. .
[0059]
Further, the vehicle speed from the vehicle speedometer 5 and the position from the GPS mobile station 2 do not increase in error with the passage of time. The vehicle speedometer 7 detects the number of rotations of the wheel, and the travel distance can be obtained by multiplying the circumferential length of the wheel.
[0060]
Accordingly, a speed error is obtained from the speed of the vehicle speedometer 5 and the inertial speed of the INS, and the accurate position and inertia of the measurement vehicle 7 obtained by configuring the differential GPS system with the GPS mobile station 2 and the GPS reference station 10 are obtained. A hybrid inertial survey navigation that estimates a position error from the position is generated.
[0061]
The Kalman filter 21 obtains and sends the gyro error of the gyro and the error of the accelerometer.
[0062]
For example, the estimation of the speed error based on the speed of the vehicle speed meter and the inertial speed of the INS is based on an equation described below.
[0063]
[Table 1]

Further, a speed error is obtained from the speed (= 0) when the measurement vehicle 7 is stopped and the inertia speed, and an estimated value of the error vector Xk is obtained.
[0064]
Further, a position error is obtained from the reference point position coordinates when the measurement vehicle 7 is stopped and the inertia position of the INS, and an error state vector Xk is obtained.
[0065]
That is, the composite inertial surveying unit 3 combines the GPS mobile station 2 and the vehicle speedometer 5 with the strapdown INS by using the Kalman filter 21, so that the positioning function can be interpolated in a place affected by electromagnetic waves or weather. Therefore, each error is estimated from the data from the vehicle speedometer 5, and the position and speed are accurately obtained. Further, in a place where radio waves from GPS satellites and GPS reference stations can be received, each error is estimated based on position data from the GPS mobile station 2.
[0066]
Therefore, the exact position and speed of the host vehicle can be obtained in real time at any place.
[0067]
Next, the operation of the data processing unit will be described. FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the data processing unit.
[0068]
The curvature radius calculation means 30 of the data processing unit 4 reads the current relative position i and the current azimuth angle ψi of the measurement vehicle from the composite inertial surveying unit 3 (S1). This azimuth angle ψi is an angle with respect to the north axis in the earth coordinate system.
[0069]
Next, it is determined whether or not the previous relative position j and the previous azimuth angle ψj are stored (S3).
[0070]
If it is determined in step S3 that the previous relative position j and the previous azimuth angle ψj are not stored, the relative position i and the azimuth angle ψj read in step S1 are used as the previous relative position i and azimuth angle ψi. The process returns to step S1 (S5).
[0071]
If it is determined in step S3 that the previous relative position j and the previous azimuth angle ψj are stored, the distance L between the two positions is obtained (S7).
[0072]
Then, the curvature radius R of the road when the measurement vehicle 7 travels both positions is obtained using the azimuth angles ψi, ψj and the distance L (S9). The curvature radius R is calculated by the following formula.
[0073]
[Expression 1]

As shown in FIG. 4, when the measurement vehicle is traveling on a curved road, the number 1 generally draws a position i, j between two points on this road, and a position i between two points, An arrow indicating the direction at j (azimuth angles ψi, ψj) is drawn, and an intersection point when a normal line is drawn from these two arrows is obtained. Then, when the distance from this intersection to any position is obtained, the curvature R of the circle that generates the road can be obtained.
[0074]
However, the above-described equation 1 simply obtains the distance L connecting the two points from the positions i and j between the two points, and obtains the curvature radius R only from the distance L and the azimuth angles ψi and ψj. Therefore, the radius of curvature R can be obtained quickly and a very accurate radius of curvature can be obtained.
[0075]
Next, when the radius of curvature R is obtained, the radius of curvature R is displayed on the display 31 or stored using the recording means 32 (S11), and this process is terminated.
[0076]
That is, by analyzing this accumulated data at a later date, it is possible to indicate how the road is curved with a line.
[0077]
Also, roads are not only curved but also have slopes and downhills. For this reason, the gradient calculation means 34 of the data processing unit 4 inputs the front / rear / left / right inclination angles of the vehicle from the vehicle inclination means 33 and the attitude angles (consisting of the pitch angle and roll angle) from the composite inertial surveying unit 4. Thus, the vertical and lateral slopes of the road are obtained.
[0078]
For example, as shown in FIG. 5A, when the measurement vehicle 7 is traveling on an uphill, the pitch angle θp1 from the attitude calculation means 29 of the compound inertial surveying unit 3 and the vehicle of the data processing unit 4 Each time the inclination angle θp2 of the inclination calculation means 33 is input, both angles are added, and the addition value θp is obtained as a longitudinal gradient of the road that is running.
[0079]
In other words, since the longitudinal gradient of the road is determined in consideration of the front and rear inclination angles of the vehicle body between the measurement vehicle 7 and the road, a highly accurate longitudinal gradient can be obtained.
[0080]
Further, as shown in FIG. 5B, when the measurement vehicle 7 is traveling on a curved road, for example, the roll angle θq1 from the posture calculation means 29 of the composite inertial surveying unit 3 and the data processing The value is added every time the inclination angle θq2 of the vehicle inclination calculation means 33 of the unit 4 is input, and the addition value θq is obtained as a crossing gradient of the road that is running.
[0081]
That is, since the crossing gradient of the road is obtained in consideration of the front, rear, left and right inclination angles of the vehicle body between the measurement vehicle 7 and the road, a very high-precision crossing gradient is obtained.
[0082]
Therefore, an accurate road curvature radius and an accurate vertical and horizontal gradient can be obtained in real time under any environment.
[0083]
In the above embodiment, the curvature of the road and the vertical and horizontal gradients are used, but the curvature and the vertical and horizontal gradient of the tracks may be obtained.
[0084]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention , it is possible to automatically obtain the curvature radius of a curved road only by running a moving vehicle without carrying an instrument at a measurement place as in traverse surveying. The effect is obtained.
In addition, the effect of automatically obtaining the curvature radius of a road is obtained even when traveling in an urban area where there are many tunnels and high-rise buildings.
In addition, it is possible to automatically know the curvature radius of the road and the vertical and horizontal gradients of the road even when traveling in an urban area where there are many tunnels and high-rise buildings.
In any environment, it is possible to obtain an accurate road curvature radius and an accurate vertical and horizontal gradient in real time.
Further, since the inertia position and the vertical and horizontal gradients are stored, the effect that the linear information of the road according to the bending condition and the gradient can be obtained is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a road linear automatic surveying apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a detailed configuration diagram of each part of the road linear automatic surveying apparatus.
FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of a curvature radius calculation means.
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating calculation of a radius of curvature.
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining how to obtain a gradient by a gradient calculating means;
[Explanation of symbols]
2 GPS mobile station 3 Combined inertial surveying unit 4 Data processing unit 5 Vehicle speedometer 6 Laser distance meter 7 Measuring vehicle 10 GPS reference station 13 Car phone 20 Inertial navigation unit 21 Kalman filter 22 Accelerometer 23 Acceleration data processing unit 24 Acceleration coordinate conversion unit 25 Navigation Measuring means 27 Gyro 28 Angular velocity data processing means 29 Attitude calculation means

Claims

A compound inertial survey unit comprising an inertial navigation unit having a plurality of orthogonal triaxial accelerometers and a plurality of orthogonal three axis gyros, a vehicle speedometer and a Kalman filter connected to a GPS mobile station, and data connected to a laser rangefinder The inertial navigation unit sequentially obtains and transmits the current inertia position and inertial velocity of the mobile vehicle from a starting point, and the data processing unit horizontal gradient, a road line form an automatic surveying apparatus for determining the radius of curvature,
Kalman filter of the composite inertia surveying unit,
The composite inertia surveying portion of the inertial navigation unit with the obtained the inertial position and inertial velocity and the position or acceleration of the error of the accelerometer to input speed sequential from the speedometer from GPS mobile station, wherein Means for successively estimating respective errors of the gyro attitude angle error and azimuth angle error, and the inertial position and inertial velocity;
Have
The inertial navigation unit of the combined inertial surveying unit is:
The acceleration from the accelerometer and the attitude angle and azimuth angle from the gyro are input, and the acceleration input from the accelerometer is corrected based on the acceleration error estimated by the Kalman filter, and input from the gyro. Obtaining the azimuth angle based on the attitude angle estimated by the Kalman filter and the error of the azimuth angle and outputting it to the data processing unit,
The inertial position and inertial velocity are sequentially obtained from the obtained attitude angle, azimuth angle, the corrected acceleration, the error of the inertial position estimated by the Kalman filter and the error of the estimated inertial velocity, and the Kalman filter and Hybrid inertial survey navigation means for outputting to the data processing unit ,
The data processing unit
The inertial position from the inertial navigation unit of the combined inertial survey unit and the azimuth angle corrected by the inertial navigation unit are input and stored in a memory, and the stored current inertia position and the previously stored inertial position are stored . distance determined, the radius of curvature calculating means for calculating the radius of curvature of the road on which the mobile vehicle according to azimuth angle stored in the distance between the current azimuth and last stored in the memory is running,
Vehicle inclination calculating means for obtaining front, rear, left and right inclination angles of the moving vehicle based on a distance between the road and the moving vehicle from the plurality of laser distance meters;
The slope which inputs the said inclination angle from the said vehicle inclination calculation means, and the said calculated | required attitude angle from the said inertial navigation part, and calculates | requires and notifies the longitudinal and crossing gradient of the said road based on this calculated | required attitude angle and the said inclination angle A road linear automatic surveying device comprising a calculation means.

The hybrid inertial surveying navigation means of the combined inertial surveying unit is :
Acceleration data processing means for inputting acceleration from a plurality of orthogonal triaxial accelerometers, and correcting the acceleration with an error in acceleration estimated by the Kalman filter for each input;
The azimuth angle and attitude angle obtained by the attitude measurement means are input, the corrected acceleration is integrated by the acceleration data processing means at the azimuth angle and attitude angle, and the integration result is defined in a three-dimensional coordinate system. Acceleration coordinate conversion means for sequentially obtaining the movement distance per axis,
The moving distance and inputs an error of error and inertial velocity of the inertial position from the Kalman filter sequentially obtains said inertial position and inertial velocity in the 3-dimensional coordinate system, wherein the obtained inertial position and inertial velocity Kalman filter And navigation calculation means for outputting to the radius of curvature calculation means of the data processing unit ,
Angular velocity data processing means for inputting angular velocities from the plurality of gyros in the three orthogonal axes and gyro errors from the Kalman filter, and correcting the angular velocities from the gyro with the gyros errors;
An angular velocity from the angular velocity data processing unit, and inputs the error posture angle from the Kalman file data, the posture angle based on the information, obtains the azimuth angle, the obtained posture angle, a square position angle Attitude calculation means for outputting to the acceleration coordinate conversion means and outputting to the gradient calculation means of the data processing unit ;
The road linear automatic surveying apparatus according to claim 1, further comprising:

The data processing unit
The road linear automatic surveying apparatus according to claim 1, wherein the inertia position, the longitudinal section, the crossing gradient, and the radius of curvature are stored in correspondence with each other.