Показать метаданные Скрыть метаданные

(19)

(11)

2 521 972

(13)

(51)

МПК

G01S11/00(2006-01-01)

(21) (22)

Заявка

2013107573/07, 2013-02-20

(24)

Дата начала отсчета патента

2013-02-20

(22)

дата подачи заявки

2013-02-20

(45)

опубликовано

2014-07-10

(72)

авторы

Бондарев Валерий ГеоргиевичБондарева Татьяна МихайловнаСербин Евгений Михайлович

(73)

патентообладатели

Бондарев Валерий ГеоргиевичБондарева Татьяна МихайловнаСербин Евгений Михайлович

(56)

Документы, цитированные в отчете о поиске

US 20070255494 A1, 01.11.2007WO 2006135916 A1, 21.12.2006

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ Российский патент 2014 года по МПК G01S11/00

Описание патента на изобретение RU2521972C1

Изобретение относится к навигации и может быть использовано для автоматического управления движением дорожно-строительной машины (ДСМ).

Оптические устройства дистанционного определения ориентации подвижных объектов содержат размещаемые на подвижном объекте реперные источники излучения (РИ) и оптико-локационные блоки (ОЛБ), размещаемые на базовом (неподвижном) основании, относительно которого производится определение ориентации подвижного объекта.

Оптико-локационные блоки определяют направления на отдельные РИ (углы-пеленги РИ), используя которые определяют ориентацию подвижных объектов. В ОЛБ широко используются двумерные анализаторы плоских изображений, например, на основе матричных фотодетекторов в сочетании с дальномерным устройством [1]. В классической стереоскопической схеме построения устройств определения ориентации подвижных объектов измеряют углы-пеленги РИ с двух точек, разнесенных на известное расстояние, затем определяют координаты РИ и ориентацию подвижного объекта.

Известен способ [2] локации источников излучения, описанный в патенте на изобретение GB №2002986 A, опубл. 28.02.1979., размещаемых на подвижных объектах, в котором предусматривается использование двух цилиндрических объективов-анаморфотов для формирования изображений РИ в плоскости линейки фотодетекторов. Определив координату изображения РИ и зная фокусное расстояние цилиндрического объектива, определяют угол-пеленг РИ. Используя полученные данные, зная расстояние между формирователями изображения (точками, относительно которых производятся отсчеты углов-пеленгов), вычисляют координаты РИ.

Измерение ориентации подвижного объекта производится в три этапа:

определение углов-пеленгов;

вычисление координат РИ;

вычисление ориентации подвижного объекта с использованием полученных значений координат РИ.

Недостатком такого способа является размещение ОЛБ на неподвижном основании (что соответствует размещению на земле применительно к задаче определения положения ДСМ относительно автотрассы), а также недостаточная информативность, связанная с измерением только угловых координат подвижного объекта.

Известен способ [3] определения местоположения и углов ориентации летательного аппарата (ЛА) относительно взлетно-посадочной полосы (ВПП), описанный в патенте на изобретение РФ №2378664, опубл. 10.01.2010., основанный на формировании области излучения посадочной траектории, приеме сигналов от источников излучения и определении местоположения ЛА относительно ВПП, в качестве источников излучения используют два одинаковых лазерных маяка, регистрируют излучение каждого из двух лазерных маяков с известными координатами, установленных вдоль ВПП на полосах безопасности, посредством двух разнесенных оптико-локационных блоков, установленных на борту ЛА и выполненных каждый в виде плоской фотоматрицы, размещенной в фокальной плоскости фотообъектива, осуществляют обработку оцифрованного изображения, снимаемого с фотоматрицы для определения координат изображений лазерных маяков, вычисляют координаты двух лазерных маяков относительно ЛА.

Недостатками этого способа являются:

низкая точность измерения вертикальной координаты и угла тангажа ЛА (при поперечном размещении маяков относительно оси ВПП) либо низкая точность измерения угла крена (при осевом расположении маяков), что обусловлено применением двух маяков.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерения местоположения ДСМ относительно профиля автотрассы. Технический результат при использовании заявляемого изобретения заключается в повышении точности и информативности определения местоположения ДСМ относительно профиля автотрассы и углов его ориентации, достигаемые за счет использования высокоточных измерителей первичной навигационной информации (фоточувствительные матрицы (ФМ) цифровых фотокамер) и вычислителя, алгоритм которого не содержит упрощений, приводящих к методическим погрешностям измерений.

Единый технический результат изобретения достигается тем, что в способе определения местоположения и углов ориентации ДСМ относительно профиля автотрассы, основанном на приеме сигналов от источников излучения и определении местоположения ДСМ относительно профиля автотрассы, в качестве источников излучения используют три лазерных маяка, регистрируют излучение каждого из трех лазерных маяков с известными координатами, установленных вдоль профиля автотрассы, посредством двух разнесенных цифровых фотокамер, установленных на раме ДСМ и выполненных в виде фоточувствительных матриц (ФМ), размещенных в фокальной плоскости фотообъектива, осуществляют обработку оцифрованного изображения, снимаемого с фоточувствительных матриц для определения координат изображений лазерных маяков, вычисляют координаты трех лазерных маяков относительно ДСМ,

$X_{O M_{i}} = F (\frac{B}{Z_{2 i} - Z_{1 i}} + 1),$ $Y_{O M_{i}} = \frac{Y_{1 i} B}{Z_{1 i} - Z_{2 i}}$ , $Z_{O M_{i}} = \frac{B}{2} \frac{Z_{1 i} + Z_{2 i}}{Z_{1 i} - Z_{2 i}}$ ,

где Y_1i, Z_1i, Y_2i, Z_2i - координаты изображений S_1i, S_2i лазерных маяков M_i на фоточувствительной матрице, первый индекс обозначает номер фоточувствительной матрицы, второй индекс i=1…3 - номер лазерного маяка, B - расстояние между центрами фоточувствительных матриц, F - фокусное расстояние фотообъективов,

вычисляют матрицу

где $X_{M_{1}}^{(1)}$ , $Y_{M_{1}}^{(1)}$ , $Z_{M_{1}}^{(1)}$ , $X_{M_{2}}^{(1)}$ , $Y_{M_{2}}^{(1)}$ , $Z_{M_{2}}^{(1)}$ , $X_{M_{3}}^{(1)}$ , $Y_{M_{3}}^{(1)}$ , $Z_{M_{3}}^{(1)}$ - координаты лазерных маяков в системе O⁽¹⁾ X⁽¹⁾ Y⁽¹⁾ Z⁽¹⁾, α_nm - коэффициенты матрицы (A) (n, m=1…3 номера строк и столбцов),

вычисляют углы ψ, υ, γ ориентации дорожно-строительной машины относительно автотрассы

ψ=-arctg(α₁₃/α₁₁),

υ=arcsinα₁₂,

γ=-arctg(α₃₂/α₂₂),

вычисляют координаты $X_{0}^{(1)}$ , $Y_{0}^{(1)}$ , $Z_{0}^{(1)}$ дорожно-строительной машины относительно автотрассы

Существенными отличительными признаками от прототипа является следующая совокупность действий:

определение координат изображений трех лазерных маяков на фоточувствительных матрицах;

вычисление координат трех лазерных маяков в системе координат, связанной с ДСМ;

вычисление значений углов ориентации ДСМ относительно автотрассы; вычисление координат ДСМ относительно автотрассы. На фиг.1 показана схема измерения положения ДСМ относительно автотрассы.

Способ реализуется следующим образом. Пусть горизонтальная система координат O⁽¹⁾X⁽¹⁾Y⁽¹⁾Z⁽¹⁾ связана с профилем автотрассы (фиг.1), точка O⁽¹⁾ совпадает с направлением движения ДСМ, ось O⁽¹⁾X⁽¹⁾ - с осью автотрассы, ось O⁽¹⁾Y⁽¹⁾ - нормаль к поверхности профиля автотрассы. В окрестности профиля автотрассы установлено три одинаковых лазерных маяка M₁, M₂ и M₃, координаты которых $X_{M_{1}}^{(1)}$ , $Y_{M_{1}}^{(1)}$ , $Z_{M_{1}}^{(1)}$ , $X_{M_{2}}^{(1)}$ , $Y_{M_{2}}^{(1)}$ , $Z_{M_{2}}^{(1)}$ , $X_{M_{3}}^{(1)}$ , $Y_{M_{3}}^{(1)}$ , $Z_{M_{3}}^{(1)}$ в системе O⁽¹⁾X⁽¹⁾Y⁽¹⁾Z⁽¹⁾ известны.

Система координат OXYZ связана с системой технического зрения (СТЗ), которая, в свою очередь, установлена на ДСМ, точка O совпадает с центром отрезка, соединяющего геометрические центры ФМ, ось OX (продольная ось ДСМ) направлена параллельно оптическим осям фотообъективов, а ось OZ (поперечная ось ДСМ) совпадает с линией, проходящей через геометрические центры ФМ, ось OY добавляет другие оси до правой системы координат. Известны расстояние B между центрами ФМ и фокусные расстояния фотообъективов F₁=F₂=F.

Работа бортовой системы технического зрения сводится к определению координат маяков в системе координат OXYZ, которые вычисляются следующим образом:

$X_{O M_{i}} = F (\frac{B}{Z_{2 i} - Z_{1 i}} + 1), Y_{O M_{i}} = \frac{Y_{1 i} B}{Z_{1 i} - Z_{2 i}}, Z_{O M_{i}} = \frac{B}{2} \frac{Z_{1 i} + Z_{2 i}}{Z_{1 i} - Z_{2 i}}, (1)$

Рассмотрим очевидное векторное равенство

$\vec{O^{(1)} O} = \vec{O^{(1)} M} + \vec{M O} = \vec{O^{(1)} M} - \vec{O M}$ .

Перепишем это равенство в матричной форме в проекциях на оси системы координат O⁽¹⁾X⁽¹⁾Y⁽¹⁾Z⁽¹⁾.

${(\begin{matrix} X_{0}^{(1)} & Y_{0}^{(1)} & Z_{0}^{(1)} \end{matrix})}^{T} = {(\begin{matrix} X_{O^{(1)} M_{i}}^{(1)} & Y_{O^{(1)} M_{i}}^{(1)} & Z_{O^{(1)} M_{i}}^{(1)} \end{matrix})}^{T} - (A) {(\begin{matrix} X_{O M_{i}} & Y_{O M_{i}} & Y_{O M_{i}} \end{matrix})}^{T}, (2)$

где вектор ${(\begin{matrix} X_{0}^{(1)} & Y_{0}^{(1)} & Z_{0}^{(1)} \end{matrix})}^{T}$ , характеризующий положение ДСМ в системе координат O⁽¹⁾X⁽¹⁾Y⁽¹⁾Z⁽¹⁾, матрица направляющих косинусов

$(A) = (\begin{matrix} \cos ψ \cos υ & \sin υ & - \sin ψ \cos υ \\ \sin ψ \sin γ - \sin υ \cos ψ \cos γ & \cos γ \cos υ & \cos ψ \sin γ + \sin ψ \sin υ \cos γ \\ \sin ψ \cos γ + c o p s ψ \sin υ \sin γ & - \cos υ \sin γ & \cos ψ_{Л} \cos γ - \sin ψ \sin υ \sin γ \end{matrix})$ - матрица преобразования координат, углы ψ, υ, γ (при горизонтальном расположении плоскости O⁽¹⁾X⁽¹⁾Y⁽¹⁾ совпадают с углами поворота относительно вертикальной, продольной и поперечной оси ДСМ).

Применим соотношение (2) для трех маяков

${(\begin{matrix} X_{0}^{(1)} & Y_{0}^{(1)} & Z_{0}^{(1)} \end{matrix})}^{T} = {(\begin{matrix} X_{O^{(1)} M_{1}}^{(1)} & Y_{O^{(1)} M_{1}}^{(1)} & Z_{O^{(1)} M_{1}}^{(1)} \end{matrix})}^{T} - (A) {(\begin{matrix} X_{O M_{1}} & Y_{O M_{1}} & Y_{O M_{1}} \end{matrix})}^{T}$ ,

${(\begin{matrix} X_{0}^{(1)} & Y_{0}^{(1)} & Z_{0}^{(1)} \end{matrix})}^{T} = {(\begin{matrix} X_{O^{(1)} M_{2}}^{(1)} & Y_{O^{(1)} M_{2}}^{(1)} & Z_{O^{(1)} M_{2}}^{(1)} \end{matrix})}^{T} - (A) {(\begin{matrix} X_{O M_{2}} & Y_{O M_{2}} & Y_{O M_{2}} \end{matrix})}^{T}$ ,

${(\begin{matrix} X_{0}^{(1)} & Y_{0}^{(1)} & Z_{0}^{(1)} \end{matrix})}^{T} = {(\begin{matrix} X_{O^{(1)} M_{3}}^{(1)} & Y_{O^{(1)} M_{3}}^{(1)} & Z_{O^{(1)} M_{3}}^{(1)} \end{matrix})}^{T} - (A) {(\begin{matrix} X_{O M_{3}} & Y_{O M_{3}} & Y_{O M_{3}} \end{matrix})}^{T}$ .

Совокупность трех последних векторных равенств представляет собой систему 9 нелинейных алгебраических уравнений относительно шести неизвестных $\begin{matrix} X_{0}^{(1)} & Y_{0}^{(1)} & Z_{0}^{(1)} \end{matrix}$ , ψ, υ, γ, то есть их следует отнести к переопределенным. Решение таких систем находят специальными численными методами, но для бортового алгоритма этот путь не является наилучшим. Поэтому воспользуемся тем, что наши уравнения имеют особые свойства, в частности их структура определяется присутствием матрицы направляющих косинусов (A) и это позволяет найти аналитическое решение системы.

Вычитая из второго соотношения первое, а из третьего второе, получим

$\begin{array}{l} (A) {(\begin{matrix} X_{O M_{2}} - X_{O M_{1}} & Y_{O M_{2}} - Y_{O M_{1}} & Z_{O M_{2}} - Z_{O M_{1}} \end{matrix})}^{T} = \\ = {(\begin{matrix} X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)} & Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)} & Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)} \end{matrix})}^{T}, \end{array}$

$\begin{array}{l} (A) {(\begin{matrix} X_{O M_{3}} - X_{O M_{2}} & Y_{O M_{3}} - Y_{O M_{2}} & Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}} \end{matrix})}^{T} = \\ = {(\begin{matrix} X_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} & Y_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} & Z_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} \end{matrix})}^{T} . \end{array}$

Запишем также соотношение, описывающее преобразование координат вектора равного векторному произведению этих векторов

$(A) (\begin{matrix} \begin{array}{l} (Y_{O M_{2}} - Y_{O M_{1}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) - \\ - (Y_{O M_{3}} - Y_{O M_{2}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) \end{array} \\ \begin{array}{l} (X_{O M_{3}} - X_{O M_{2}}) (Z_{O M_{2}} - Z_{O M_{1}}) - \\ - (X_{O M_{2}} - X_{O M_{1}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) \end{array} \\ \begin{array}{l} (X_{O M_{2}} - X_{O M_{1}}) (Y_{O M_{3}} - Y_{O M_{2}}) - \\ - (X_{O M_{3}} - X_{O M_{2}}) (Y_{O M_{2}} - Y_{O M_{1}}) \end{array} \end{matrix}) = (\begin{matrix} \begin{array}{l} (Y_{O M_{2}} - Y_{O M_{1}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) - \\ - (Y_{O M_{3}} - Y_{O M_{2}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) \end{array} \\ \begin{array}{l} (X_{O M_{3}} - X_{O M_{2}}) (Z_{O M_{2}} - Z_{O M_{1}}) - \\ - (X_{O M_{2}} - X_{O M_{1}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) \end{array} \\ \begin{array}{l} (X_{O M_{2}} - X_{O M_{1}}) (Y_{O M_{3}} - Y_{O M_{2}}) - \\ - (X_{O M_{3}} - X_{O M_{2}}) (Y_{O M_{2}} - Y_{O M_{1}}) \end{array} \end{matrix}) .$

Три последних соотношения используем для записи матричного соотношения, в котором матрицы-столбцы занимают место столбцов в блочных матрицах, такая запись следует из правила умножения матриц

$\begin{array}{l} (A) (\begin{matrix} X_{O M_{2}} - X_{O M_{1}} & X_{O M_{3}} - X_{O M_{2}} & \begin{array}{l} (Y_{O M_{2}} - Y_{O M_{1}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) - \\ - (Y_{O M_{3}} - Y_{O M_{2}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) \end{array} \\ Y_{O M_{2}} - Y_{O M_{1}} & Y_{O M_{3}} - Y_{O M_{2}} & \begin{array}{l} (X_{O M_{3}} - X_{O M_{2}}) (Z_{O M_{2}} - Z_{O M_{1}}) - \\ - (X_{O M_{2}} - X_{O M_{1}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) \end{array} \\ Z_{O M_{2}} - Z_{O M_{1}} & Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}} & \begin{array}{l} (X_{O M_{2}} - X_{O M_{1}}) (Y_{O M_{3}} - Y_{O M_{2}}) - \\ - (X_{O M_{3}} - X_{O M_{2}}) (Y_{O M_{2}} - Y_{O M_{1}}) \end{array} \end{matrix}) = \\ = (\begin{matrix} X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)} & X_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} & \begin{array}{l} (Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)}) (Z_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)}) - \\ - (Y_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)}) (Z_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Z_{_{^{(1)} O M_{2}}}^{(1)}) \end{array} \\ Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)} & Y_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} & \begin{array}{l} (X_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)}) (Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)}) - \\ - (X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)}) (Z_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)}) \end{array} \\ Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)} & Z_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} & \begin{array}{l} (X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)}) (Y_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)}) - \\ - (X_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - X_{_{^{(1)} O M_{2}}}^{(1)}) (Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)}) \end{array} \end{matrix}) \end{array}$

Из последнего матричного равенства выразим искомую матрицу (а) путем умножения справа обеих частей равенства на матрицу обратную сомножителю матрицы (а). Отметим, что определитель этой матрицы не равен нулю, поскольку три вектора, координаты которых записаны в столбцах матрицы, являются линейно независимыми и, следовательно, обратная матрица существует.

$\begin{array}{l} (A) = (\begin{matrix} X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)} & X_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} & \begin{array}{l} (Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)}) (Z_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)}) - \\ - (Y_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)}) (Z_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Z_{_{^{(1)} O M_{2}}}^{(1)}) \end{array} \\ Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)} & Y_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} & \begin{array}{l} (X_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)}) (Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)}) - \\ - (X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)}) (Z_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)}) \end{array} \\ Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)} & Z_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Z_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} & \begin{array}{l} (X_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - X_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)}) (Y_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)}) - \\ - (X_{_{O^{(1)} M_{3}}}^{(1)} - X_{_{^{(1)} O M_{2}}}^{(1)}) (Y_{_{O^{(1)} M_{2}}}^{(1)} - Y_{_{O^{(1)} M_{1}}}^{(1)}) \end{array} \end{matrix}) \times \\ \times {(\begin{matrix} X_{O M_{2}} - X_{O M_{1}} & X_{O M_{3}} - X_{O M_{2}} & \begin{array}{l} (Y_{O M_{2}} - Y_{O M_{1}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) - \\ - (Y_{O M_{3}} - Y_{O M_{2}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) \end{array} \\ Y_{O M_{2}} - Y_{O M_{1}} & Y_{O M_{3}} - Y_{O M_{2}} & \begin{array}{l} (X_{O M_{3}} - X_{O M_{2}}) (Z_{O M_{2}} - Z_{O M_{1}}) - \\ - (X_{O M_{2}} - X_{O M_{1}}) (Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}}) \end{array} \\ Z_{O M_{2}} - Z_{O M_{1}} & Z_{O M_{3}} - Z_{O M_{2}} & \begin{array}{l} (X_{O M_{2}} - X_{O M_{1}}) (Y_{O M_{3}} - Y_{O M_{2}}) - \\ - (X_{O M_{3}} - X_{O M_{2}}) (Y_{O M_{2}} - Y_{O M_{1}}) \end{array} \end{matrix})}^{- 1} . (3) \end{array}$

Поскольку векторы ${\bar{O M}}_{i}$ , ${(\begin{matrix} X_{O M_{i}}, & Y_{O M_{i}}, & Y_{O M i} \end{matrix})}^{T}$ в системе координат OXYZ непосредственно измеряются с помощью СТЗ, а вектор положения маяков в системе координат O⁽¹⁾X⁽¹⁾Y⁽¹⁾Z⁽¹⁾ ${(\begin{matrix} X_{O^{(1)} M_{1}}^{(1)} & Y_{O^{(1)} M_{1}}^{(1)} & Z_{O^{(1)} M_{1}}^{(1)} \end{matrix})}^{T}$ известен по условию задачи, то соотношение (2) можно использовать для вычисления координат ДСМ, относительно профиля автотрассы, предварительно вычислив матрицу (а) посредством соотношения (3).

Последнее выражение дает возможность вычислить углы поворота относительно вертикальной, поперечной и продольной оси

$ψ = - a r c t g (α_{13} / α_{11}), (3)$

$υ = \arcsin α_{12}, (4)$

$γ = - a r c t g (α_{32} / α_{22}), (5)$

где α_nm - коэффициенты матрицы (a) (n, m=1…3 номера строк и столбцов).

Таким образом, задача об определении координат ДСМ $X_{0}^{(1)}$ , $Y_{0}^{(1)}$ , $Z_{0}^{(1)}$ решается путем применения совокупности трех наземных маяков и бортовой системы технического зрения, при этом алгоритм вычисления состоит в последовательном применении соотношений (1), (2), (3), (4), (5) и (6).

Источники информации:

1. Техническое зрение роботов. Под общ. ред. Ю.Г.Якушенкова. - М.: Машиностроение, 1990. - с.168.

2. Патент на изобретение GB №2002986 A, опубл. 28.02.1979. (аналог).

3. Патент РФ на изобретение №2378664, опубл. 10.01.2010. (прототип).

Реферат патента 2014 года СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ

Изобретение относится к определению местоположения с использованием нескольких разнесенных источников излучения. Достигаемый технический результат - автоматизация процесса, повышение точности измерения. Указанный результат достигается за счет того, что по сигналам трех лазерных маяков, установленных вдоль профиля строящейся автотрассы, посредством двух разнесенных цифровых фотокамер, установленных на раме дорожно-строительной машины и выполненных в виде фоточувствительных матриц, размещенных в фокальной плоскости фотообъектива, осуществляют обработку оцифрованного изображения, снимаемого с фоточувствительных матриц для определения координат изображений лазерных маяков, вычисляют координаты трех лазерных маяков относительно дорожно-строительной машины, а затем определяют положение дорожно-строительной машины относительно автотрассы. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 521 972 C1

Способ измерения положения дорожно-строительной машины, основанный на использовании в качестве источников излучения двух одинаковых лазерных маяков, регистрации излучения каждого из двух лазерных маяков с известными координатами посредством двух разнесенных оптико-локационных блоков и вычислении координат положения, отличающийся тем, что в качестве источников излучения используют три лазерных маяка, регистрируют излучение каждого из трех лазерных маяков с известными координатами, установленных вдоль профиля автотрассы, посредством двух разнесенных цифровых фотокамер, установленных на дорожно-строительной машине и выполненных каждая в виде фоточувствительной матрицы, размещенной в фокальной плоскости фотообъектива, осуществляют обработку оцифрованного изображения, снимаемого с фоточувствительных матриц для определения координат изображений лазерных маяков в системе координат OXYZ,

где Y_1i, Z_1i, Y_2i, Z_2i - координаты изображений S_1i, S_2i лазерных маяков M_i на фоточувствительной матрице, первый индекс обозначает номер фоточувствительной матрицы, второй индекс i=1…3 - номер лазерного маяка, B - расстояние между центрами фоточувствительных матриц, F - фокусное расстояние фотообъективов,
вычисляют матрицу

где $X_{M_{1}}^{(1)}$ , $Y_{M_{1}}^{(1)}$ , $Z_{M_{1}}^{(1)}$ , $X_{M_{2}}^{(1)}$ , $Y_{M_{2}}^{(1)}$ , $Z_{M_{2}}^{(1)}$ , $X_{M_{3}}^{(1)}$ , $Y_{M_{3}}^{(1)}$ , $Z_{M_{3}}^{(1)}$ - координаты лазерных маяков в системе O⁽¹⁾ X⁽¹⁾ Y⁽¹⁾ Z⁽¹⁾, α_nm - коэффициенты матрицы (A) (n, m=1…3 номера строк и столбцов), вычисляют углы ψ, υ, γ ориентации дорожно-строительной машины относительно автотрассы

вычисляют координаты $X_{0}^{(1)}$ , $Y_{0}^{(1)}$ , $Z_{0}^{(1)}$ дорожно-строительной машины относительно автотрассы

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2521972C1

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ И УГЛОВ ОРИЕНТАЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ОТНОСИТЕЛЬНО ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНОЙ ПОЛОСЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ	2008	Бондарев Валерий Георгиевич Бондарев Виталий Валерьевич Бондарев Михаил Валерьевич Ипполитов Сергей Викторович Конотоп Василий Иванович Лейбич Артем Анатольевич	RU2378664C1
ЛАЗЕРНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНОЙ МАШИНОЙ	1994	Пичугов И.А. Гудков В.П. Белов Е.Ф. Шаров С.Н. Лентовский В.В. Осыка А.П.	RU2090707C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ РАБОЧЕГО ОРГАНА ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ С ПОМОЩЬЮ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ НАВИГАЦИИ GPS/ГЛОНАСС ИЛИ СВЕТОВЫХ, НАПРИМЕР ЛАЗЕРНЫХ, ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ	2011	Палеев Владимир Андриянович Терехин Александр Игоревич Палеев Андриан Владимирович	RU2465410C1
СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ МОНИТОРИНГА УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ ПОСРЕДСТВОМ ПЕРЕДВИЖНОЙ ДОРОЖНОЙ ЛАБОРАТОРИИ И СРЕДСТВО ЛОКАЛЬНОЙ ПОДСВЕТКИ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ	2008	Приходько Вячеслав Михайлович Васильев Юрий Эммануилович Беляков Александр Борисович	RU2372442C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОКАНАЛЬНОЙ ПЛАСТИНЫ	2000	Кулов С.К. Пергаменцев Ю.Л. Кесаев С.А. Платов Э.А.	RU2187166C2
US 20070255494 A1, 01.11.2007
WO 2006135916 A1, 21.12.2006

RU 2 521 972 C1

Авторы

Бондарев Валерий Георгиевич

Бондарева Татьяна Михайловна

Сербин Евгений Михайлович

Даты

2014-07-10—Публикация

2013-02-20—Подача

название	год	авторы	номер документа
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ И УГЛОВ ОРИЕНТАЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ОТНОСИТЕЛЬНО ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНОЙ ПОЛОСЫ	2014	Бондарев Валерий Георгиевич Сербин Евгений Михайлович Уманский Евгений Андреевич	RU2548366C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ОТНОСИТЕЛЬНО ПУНКТИРНОЙ ЛИНИИ ДОРОЖНОЙ РАЗМЕТКИ	2013	Бондарев Валерий Георгиевич Бондарева Татьяна Михайловна	RU2530476C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ И УГЛОВ ОРИЕНТАЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ОТНОСИТЕЛЬНО ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНОЙ ПОЛОСЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ	2008	Бондарев Валерий Георгиевич Бондарев Виталий Валерьевич Бондарев Михаил Валерьевич Ипполитов Сергей Викторович Конотоп Василий Иванович Лейбич Артем Анатольевич	RU2378664C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ И УГЛОВ ОТКЛОНЕНИЯ УПРАВЛЯЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВЕДУЩЕГО САМОЛЕТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ	2007	Бондарев Валерий Георгиевич Бондарев Виталий Валерьевич Бондарев Михаил Валерьевич Лейбич Антон Анатольевич	RU2349931C1
СПОСОБ ЛОКАЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА	2018	Грунин Евгений Вячеславович Скляров Александр Николаевич Агеев Андрей Михайлович Бондарев Валерий Георгиевич Ипполитов Сергей Викторович	RU2706444C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧКИ АВИАНОСЦА И МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ	2010	Бондарев Валерий Георгиевич Бондарев Виталий Валерьевич Бондарев Михаил Валерьевич Гузеев Алексей Евгеньевич	RU2408848C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ И УГЛОВ ОРИЕНТАЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ОТНОСИТЕЛЬНО ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНОЙ ПОЛОСЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ	2007	Конотоп Василий Иванович Гузеев Алексей Евгеньевич Ипполитов Сергей Викторович Бондарев Валерий Георгиевич Лейбич Артем Анатольевич	RU2347240C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ОТНОСИТЕЛЬНО ЛИНИИ ДОРОЖНОЙ РАЗМЕТКИ	2010	Бондарев Валерий Георгиевич Бондарев Виталий Валерьевич	RU2422772C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ САМОЛЕТА-ЗАПРАВЩИКА И КОНУСА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ	2009	Бондарев Валерий Георгиевич Литвин Дмитрий Борисович Озеров Евгений Викторович Хардиков Павел Иванович	RU2402035C1
СПОСОБ КОНТРОЛЯ СКОРОСТИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА НА ПОВОРОТЕ	2009	Бондарев Валерий Георгиевич Бондарева Татьяна Михайловна	RU2407032C1