40 45 50 55 60 528 196 Detta åstadkommes med fördel genom att sveprörelsen utgör mantelytan av hos en cirkulär kon. För avsökningen i längsled utnyttjas fordonets rörelse för vilket ändamål utrustningen ärkompletterad med anordningar som mäter fordonets momentana rörelser, exempelvis genom avkänning av rotatio- nen hos fordonets hjul eller genom tröghetsnavigering med acoelerometrar och gyron. Erhållna mät- data från avståndsmätaren och dess svepanordning kombineras med data om fordonets rörelser så att en topografibild successivt byggs upp medan fordonet förflyttar sig.
40 45 50 55 60 528 196 This is advantageously achieved in that the sweeping movement constitutes the mantle surface of a circular cone. For longitudinal scanning, the vehicle's movement is used for which purpose the equipment is supplemented with devices that measure the vehicle's instantaneous movements, for example by sensing the rotation of the vehicle's wheels or by inertial navigation with acoelerometers and gyros. The measurement data obtained from the distance meter and its sweeping device are combined with data on the vehicle's movements so that a topographic image is gradually built up while the vehicle is moving.
Uppfinningen skall nu beskrivas närmare med hänvisning till figurerna av vilka figur 1 visar exempel på tidigare känd svepmetod för att täcka en hel yta figur 2 visar en alternativ svepmetod. figur 3 visar svep- och avsökningsmetod där fordonets rörelse utnyttjas figur 4 visar en svep- och avsökningsmetod enligt uppfinningen En avståndsmätare (1) sänder ut en mätstråle (2) som träffar underlaget eller ett föremål (5) i en punkt (3) och avger via en dataledning det uppmätta avståndet (R) mellan avstàndsmätaren och punkten (3). Avständsmätaren utför tätt upprepade mätningar t.ex. 100 000 gånger per sekund. Av- ståndsmätaren är så inrättad att mätstrålens utträdesvinkel i höjdled (Vy) och i sidled (Vz) mot en horisontell referenslinje successivt ändras och att dessa vinklar i varje ögonblick är kända. För varje ny avståndsmätning erhålls sålunda en något förskjuten mätpunkt (3a, 3b o.s.v). Vinkeländringarna sker efter ett förutbestämt mönster (4) så att en sammanhängande yta blir uppmätt. För varje mätning kan med nedanstående formler den träffade mätpunktens position beräknas i längsled (X), höjdled (Y) och sidled (Z) med den tänkta referenslinjen som X-axel och avståndsmätaren som origo.The invention will now be described in more detail with reference to the ur gurns of which Figure 1 shows examples of previously known sweeping method for covering an entire surface fi gur 2 shows an alternative sweeping method. Figure 3 shows a scanning and scanning method where the movement of the vehicle is used. Figure 4 shows a scanning and scanning method according to the invention. A distance meter (1) emits a measuring beam (2) which hits the ground or an object (5) at a point (3) and emits via a data line the measured distance (R) between the distance meter and the point (3). The distance meter performs frequently repeated measurements e.g. 100,000 times per second. The distance meter is set up so that the exit angle of the measuring beam in height (Vy) and sideways (Vz) towards a horizontal reference line gradually changes and that these angles are known at any moment. For each new distance measurement, a slightly offset measuring point (3a, 3b, etc.) is thus obtained. The angle changes take place according to a predetermined pattern (4) so that a continuous surface is measured. For each measurement, with the following formulas, the position of the hit measuring point can be calculated in longitudinal direction (X), height direction (Y) and lateral direction (Z) with the intended reference line as the X-axis and the distance meter as the origin.
X = R x cos(Vy) x cos(Vz); Y = R x sin(Vy) x cos(Vz); Z = R x cos(Vy) x sin(Vz); Mängden av sålunda erhållna koordinater för de uppmätta punkterna utgör tillsammans en topografisk beskrivning av omgivningen.X = R x cos (Vy) x cos (Vz); Y = R x sin (Vy) x cos (Vz); Z = R x cos (Vy) x sin (Vz); The set of coordinates thus obtained for the measured points together constitutes a topographical description of the surroundings.
Mönstret kan exempelvis såsom visas i figur 1 beså av en snabb fram och återgående rörelse i sidled (Vz) och en långsam i höjdled (Vz). Ett annat sätt som är enklare att åstadkomma apparatmässigt är en sveprörelse av spiralform såsom visas i figur 2. l figur 3 visas principen för utnyttjande av fordonets rörelse. Avståndsmätaren (1) utsänder en mät- stråle (2) som utför en fram och àtergående rörelse så att en rad mätpunkter längs en tvärslinje (8 - 9) erhålls. Utträdesvinkeln (Vy) i höjdled är däremot konstant och nedåtriktad. Då fordonet rör sig framåt, om vilken förflyttning (Xd) information erhålles från en i fordonet inbyggd mätanordning, kommer vid påföljande sveprörelse fordonet ha nått en ny position (10) och mätpunkterna kommer att vara för- skjutna så att en ny rad av sådana ( 11 - 12) erhålls. Information om fordonets svängmanövrer, liksom rörelser på grund av ojämnheteri underlaget erhàlls enligt uppfinningen i form av vinkelinforrnation i höjdled (Wy) och sidled (Wz) från i fordonet inbyggda gyron eller annan likvärdig anordning. Ur denna information beräknas även fordonets position i höjdled (Yd) och sidled (Zd). Ur den sålunda erhållna informationen kan med nedanstående formler varje måtpunkts position beräknas i förhållande till ett origo vid fordonets utgångsposition och då gällande referenslinje som X-axel: X = Xd + R x cos(Vy + Wy) x cos(Vz + Wz); Y = Yd + R x sin(Vy + Wy) x cos(Vz + Wz); Z = Zd + R x cos(Vy + Wy) x sin(\/z + Wz); Genom att den avsökta ytan består av en linje reduceras antalet mätpunkter per mätcykel mycket radikalt. vilket kan utnyttjas både för att reducera avståndsmätarens mätrepetitionsfrekvens till nytta för andra egenskaper, och för att på ett ur fordonsstyrsynpunkt välgörande sätt öka antalet mätcykler per sekund. Om sålunda avständsmätaren utför 100 000 mätningar per sekund. erhålls, med en bredd hos mätområdet om 20 meter och med 0,05 meter delning mellan mätpunkterna, en mätcykel- frekvens om 100 000 x 0,05 /20 = 250 svep per sekund, vilket med 0,1 meter delning i längsled med- ger en fordonshastighet om 250 x 0,1 = 25 meter per sekund = 90 kilometer per timme.The pattern can, for example, as shown in Figure 1, be characterized by a fast reciprocating movement laterally (Vz) and a slow lateral movement (Vz). Another way which is easier to achieve in terms of apparatus is a sweeping movement of a spiral shape as shown in Figure 2. Figure 3 shows the principle for utilizing the movement of the vehicle. The distance meter (1) emits a measuring beam (2) which performs a reciprocating movement so that a series of measuring points along a transverse line (8 - 9) is obtained. The exit angle (Vy) in height, on the other hand, is constant and downward. As the vehicle moves forward, for which information (Xd) information is obtained from a measuring device built into the vehicle, the vehicle will have reached a new position (10) during subsequent sweeping movement and the measuring points will be displaced so that a new row of such ( 11 - 12) is obtained. Information about the vehicle's turning maneuvers, as well as movements due to unevenness in the ground is obtained according to the invention in the form of angular information in height (Wy) and sideways (Wz) from gyros or other equivalent devices built into the vehicle. From this information, the position of the vehicle in height (Yd) and side (Zd) is also calculated. From the information thus obtained, with the following formulas, the position of each measuring point can be calculated in relation to an origin at the starting position of the vehicle and the then applicable reference line as X-axis: X = Xd + R x cos (Vy + Wy) x cos (Vz + Wz); Y = Yd + R x sin (Vy + Wy) x cos (Vz + Wz); Z = Zd + R x cos (Vy + Wy) x sin (\ / z + Wz); Because the scanned surface consists of one line, the number of measuring points per measuring cycle is reduced very radically. which can be used both to reduce the distance meter's measurement repetition frequency for the benefit of other properties, and to increase the number of measuring cycles per second in a beneficial manner from a vehicle control point of view. Thus, if the rangefinder performs 100,000 measurements per second. obtained, with a width of the measuring range of 20 meters and with a pitch of 0.05 meters between the measuring points, a measuring cycle frequency of 100,000 x 0.05 / 20 = 250 sweeps per second, which with 0.1 meter longitudinal pitch gives a vehicle speed of 250 x 0.1 = 25 meters per second = 90 kilometers per hour.
I figur 4 visas utförande enligt uppfinningen där mätstrålen beskriver en rörelse längs mantelytan på en cirkulär kon. Därmed uppnås, förutom en apparatmässig förenkling, att rörliga hinder som råkar 10 15 20 528 196 komma in nära framför fordonet inte kan undgå upptäckt genom att rymmas inne under mätstrålens svepområde (1 - 8 - 9 i figur 3). l stället för att ha snäv toppvinkel och ha centrumaxeln riktad snett nedåt kan konen ha en vid toppvinkel och ha centrumaxeln riktad rak nedåt varvid i sistnämnda fall avståndsmätaren placeras pà en liten mast så att mätsträlen inte träffar fordonet. Denna utförandeva- riant är i vissa fall fördelaktig vid lastare och liknande fordon som inom en begränsad yta utför många svängmanövrer.Figure 4 shows an embodiment according to the invention where the measuring beam describes a movement along the mantle surface of a circular cone. In this way, in addition to an apparatus simplification, it is achieved that movable obstacles which happen to come in close in front of the vehicle cannot escape detection by being accommodated under the scanning range of the measuring beam (1 - 8 - 9 in Figure 3). Instead of having a narrow top angle and having the center axis directed obliquely downwards, the cone can have a wide top angle and have the center axis directed straight downwards, in the latter case the distance meter being placed on a small mast so that the measuring beam does not hit the vehicle. This design variant is in some cases advantageous for loaders and similar vehicles that perform many turning maneuvers within a limited area.
Mätanordningen för fordonets förflyttning kan företrädesvis bestå av en accelerometer vars utsignal genom databehandling integreras numerlskt två gånger. För korrigering av det successivt växande mätfel som i praktiken därvid uppstår kan i utförandet enligt figur 4 utnyttjas det faktum två av varand- ra oberoende uppsättningar av topografidata erhålls, dels en fràn den avsökta konens övre halva (15), dels en från den nedre halvan (16). Genom att med korrelationsteknik bestämma positionsskillnaden mellan dessa bada bilder erhåller man en av accelerometern oberoende information om fordonets förflyttning, utnyttjbar för accelerometerns kalibrering.The measuring device for the surface of the vehicle may preferably consist of an accelerometer whose output signal is numerically integrated numerically twice. In order to correct the successively growing measurement error which arises in practice, the fact that two of each other independent sets of topographical data are obtained can be used in the embodiment according to Figure 4, partly from the upper half (15) of the scanned cone and partly from the lower half. (16). By determining the position difference between these two images with correlation technique, one obtains information independent of the accelerometer about the movement of the vehicle, usable for the calibration of the accelerometer.
Metoden kan även användas för kalibrering av gyrona, i synnerhet vid utförandet enligt figur 4 varvid det är fördelaktigt att även i detta fall komplettera med en andra eller ett fåtal mätstràlar som i så fall ges en awikande toppvinkel hos den kon mätsträlen beskriver. l omgivningar där omgivningen innehåller många lätt särskiljbara föremål kan korrelationstekniskt bestämd information om fordonets position och riktningsorientering erhållas i sådan utsträckning att särskilda mätanordningar som accelerometrar och gyron kan awaras.The method can also be used for calibration of the gyros, in particular in the embodiment according to Figure 4, whereby it is advantageous to supplement in this case with a second or a few measuring beams, in which case a deviating apex angle of the cone measuring beam is described. In environments where the environment contains many easily distinguishable objects, correlation-technically determined information about the vehicle's position and directional orientation can be obtained to such an extent that special measuring devices such as accelerometers and gyros can be observed.