芝刈機、目標板の位置座標の測位方法
【課題】 １周波型のＲＴＫ方式においてサイクルスリップが生じ、ＲＴＫ測位が中断しても容易、かつ短時間で初期化でき、再び速やかに芝刈作業を行い得る芝刈機を提供する。
【解決手段】 １周波型のＧＰＳ装置を搭載し、初期化後、ＲＴＫ測位をしながら電波航法にて走行する芝刈機において、前記芝刈機には、予めＧＰＳ位置座標が特定された目標板を撮像し、その画像を取り込み目標との距離を求めるための２眼カメラが搭載され、前記ＲＴＫ測位が中断した場合、前記２眼カメラにより前記目標板を撮像し、その画像を取り込み芝刈機に設けられた制御装置の画像解析部で解析し、かつ演算部で演算処理して前記目標板から前記芝刈機搭載のＧＰＳ装置までの距離を計測し、測位を行う構成とした。
【解決手段】 １周波型のＧＰＳ装置を搭載し、初期化後、ＲＴＫ測位をしながら電波航法にて走行する芝刈機において、前記芝刈機には、予めＧＰＳ位置座標が特定された目標板を撮像し、その画像を取り込み目標との距離を求めるための２眼カメラが搭載され、前記ＲＴＫ測位が中断した場合、前記２眼カメラにより前記目標板を撮像し、その画像を取り込み芝刈機に設けられた制御装置の画像解析部で解析し、かつ演算部で演算処理して前記目標板から前記芝刈機搭載のＧＰＳ装置までの距離を計測し、測位を行う構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ゴルフ場の芝を自動的に刈ることのできるＧＰＳ装置を搭載した芝刈機や、この芝刈機を用いて初期位置計測用の目標板のＧＰＳ位置座標を計測する測位方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴルフ場用の芝刈機に、走行中の現在位置を知るためのＧＰＳ装置を搭載し、ＧＰＳ測位をしながら芝を刈る芝刈機がある。ＧＰＳ装置は、電波航法装置とも呼ばれ、この装置は、ＧＰＳアンテナやＧＰＳ受信機等を包有してなり、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信し、芝刈機の現在位置を演算して測位し、電波航法による無人運転を行う装置である。
【０００３】
従来、ＧＰＳ測位において、単独測位では得られないような高い精度が求められるような場合には、一般的に単独測位より高精度な相対測位が行われ、長時間静止した状態でＧＰＳ衛星からの搬送波を受信し、いわゆる整数値バイアスを解くことで高精度の測位を実現しているキネマティック測位が実用化されている。
【０００４】
キネマティック測位の中でもリアルタイムキネマティック測位（ＲＴＫという）は、移動局として機能するＧＰＳ装置を搭載した移動自在な芝刈機のほかに固定局を設置し、使用前に静止測位を行い、その後、固定局から移動局としての芝刈機に無線送信するデータを用い芝刈機の位置をリアルタイムに測位する方式であり、この方式を用いれば、ｃｍオーダーの測位精度がリアルタイムで求められるため、種々の移動体の高精度な測位に使用されている。
【０００５】
このＧＰＳ装置には、１周波型（Ｌ１帯１５７５．４２ＭＨｚを利用するもの）と、Ｌ１帯の他Ｌ２帯（１２２７．６ＭＨｚを利用するもの）を受信する２周波型と、３周波以上衛星電波を利用する多周波型が存在するが、前者の１周波型が安価である。
【０００６】
１周波方式のＲＴＫ−ＧＰＳ測位は、整数値バイアスの決定（以下、初期化という）の際、静止測位を行い、固定局と移動局との受信電波の位相差により、相対位置（基線ベクトル）を求める。この場合、長時間観測によるＧＰＳ衛星の移動を利用するため、初期化には、十数分前後の時間が必要となる。
【特許文献１】特開平９−２８１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかるに、従来の1周波型のＲＴＫ方式による測位では、ＧＰＳ衛星からの電波に対し、障害物や雑音電波、多重反射などの影響により受信が瞬時的に中断すると、整数値バイアスの情報が失われる、いわゆるサイクルスリップが生じる。このようなサイクルスリップが生じると、ＲＴＫ測位が中断してしまう。
【０００８】
すなわち、図１２は、従来の1周波型のＲＴＫ測位の手順を示す。
【０００９】
まず、稼動開始（ステップＳ１０）において、静止測位（ステップＳ１１）を行う。この場合、十数分間の時間を要する。
【００１０】
静止測位後、ＲＴＫ測位を行う。
【００１１】
これによって芝刈機を稼動し、走行における現在位置を認識しながら芝刈り作業を行えるようになる（ステップＳ１２）。
【００１２】
ＲＴＫ測位の状況において（ステップＳ１３）、測位に問題がなく正常であれば芝刈機を稼動し続けることができる。
【００１３】
一方、サイクルスリップが生じたような異常事態には、ＲＴＫ測位が中断してしまうため、芝刈機の位置がわからなくなり、作業に支障をきたす。
【００１４】
再稼動させるためには、再びステップＳ１１における静止測位を行い、それを基にＲＴＫ測位復帰といった手順を要し、初期化に時間がかかるという課題があった。
【００１５】
また、上記先行例（特開平９−２８１１５）では、サイクルスリップが生じ、ＲＴＫ測位が中断した場合、それをどのように解決するかについての手段が示されておらず、ＧＰＳ装置が利用できなくなったとき、自律航法装置による運転に切り換えていた。
【００１６】
このため、絶対的な位置が把握できず、かつ構成が煩雑であるという課題があった。
【００１７】
この発明は上記のことに鑑み提案されたもので、その目的とするところは、１周波型を用いたＲＴＫ方式の芝刈機において、サイクルスリップが生じ、ＲＴＫ測位が中断しても容易、かつ短時間で初期化できる芝刈機の測位方法を提供することにある。
また、他の目的として、初期位置計測用のマーク板としての目標板を新たに設けた場合、そのＧＰＳ位置座標をＲＴＫ測位中の芝刈機によって目標板のＧＰＳ位置座標を特定する方法を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１の発明は、１周波型のＧＰＳ装置を搭載し、静止測位後、ＲＴＫ測位をしながら電波航法にて走行する芝刈機において、前記芝刈機には、予めＧＰＳ位置座標が特定された目標板を撮像し、その画像を取り込み目標との距離を計測するための２眼カメラが搭載され、前記ＲＴＫ測位が中断した場合、前記２眼カメラにより前記目標板を撮像し、その画像を取り込み芝刈機に設けられた制御装置の画像解析部で解析し、かつ演算部で演算処理して前記目標板から前記芝刈機搭載のＧＰＳ装置までの距離を計測し、ＧＰＳ装置の初期化を行うことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１記載の芝刈機の測位方法において、前記目標板は黒色系をなし、かつ目標板には予め位置座標が特定された赤色系の第１、第２のポイントが設けられたことを特徴とする。
請求項３の発明は、ＧＰＳ装置および目標板を撮像し、その画像を取り込み目標板との間の距離を計測するための２眼カメラが搭載され、ＲＴＫ測位にある芝刈機により新たに別途設けた目標板を撮像してその画像を取り込み、画像を解析して演算処理し、前記目標板のＧＰＳ位置座標を特定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように本発明によれば、ＲＴＫ測位が中断した場合、従来のようにＧＰＳ衛星の移動を利用しなくても芝刈機３に設けた２眼カメラ６により、所定の場所に設置され、予め位置座標が特定された目標板５を撮像することにより、芝刈機が搭載した１周波型のＧＰＳ装置の初期化を短時間で行うことができる。
また、目標板に撮像用のポイントを設ける場合、目標板は黒色系とし、ポイントは赤色系とすると、ゴルフ場の緑色の芝に対し、赤色系は補色であるため、明確にポイントを撮像し、その画像を取り込むことができる。
さらに、芝刈機はＧＰＳ装置を搭載し、かつ位置座標計測用の２眼カメラも搭載しているため、新たに別の初期位置測定用のマーク板としての目標板を設置した場合、ＲＴＫ測位にある芝刈機を用いて目標板のＧＰＳ位置座標を容易に計測することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面に沿って、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は本発明の全体システムの説明図である。
本発明の芝刈機３は、ＧＰＳ装置を搭載した自律走行型の芝刈機であって、例えばゴルフ場の指定領域内の芝を無人で刈るようにしたものである。
【００２２】
図中、１は複数個のＧＰＳ衛星（図示では１つのみ示す）、２はＧＰＳ衛星１からのＧＰＳ電波ＡをＧＰＳアンテナａを介し受信する固定局、３は、例えばゴルフ場４の指定領域内を走行自在な移動局としての上記芝刈機で、ＧＰＳ衛星１からのＧＰＳ電波Ａを受ける第１、第２の２つのＧＰＳアンテナａ、ａ’を介しＧＰＳ電波Ａが入力されるＧＰＳ受信機等を有するＧＰＳ装置３ａ（図４参照）が搭載されている。また、固定局２に設けられた無線通信用のアンテナｂから発せられる無線通信Ｂを受けるアンテナｂ’を有し、ＧＰＳ衛星１からの位置情報等を基にＲＴＫ測位しながら走行する。芝刈機３に２つのＧＰＳアンテナａ、ａ’を設け、それぞれからＧＰＳ電波Ａを受けるようにしたのは芝刈機３の方向角がわかるようにしたためである。ここで方向角とは、一般に座標平面上の縦軸（真北）を基準とし、そこからある直線まで右回りに測った角のことである。そして、ＧＰＳアンテナａ、ａ’を設けることによって、上記方向角の定義の座標平面上において、方向角は、ＧＰＳアンテナａ、ａ’がなす線分と座標上の真北とのなす角度により求められる。
【００２３】
ＧＰＳ衛星１は、前述のように周波数の異なるＬ１波、Ｌ２波を発信しており、Ｌ１波、Ｌ２波を同時に受信するものを２周波方式、Ｌ１波のみを受信するものを１周波方式というが、本発明のＧＰＳ装置では、ＧＰＳ受信機価格が安価である１周波方式を採用している。
【００２４】
芝刈機３は、走行用の駆動エンジンまた電動モータの如き駆動手段、走行用のタイヤ、芝刈り用の刈刃、集草バケット等が設けられ、かつ上述のように、ＧＰＳ衛星１からのＧＰＳ電波Ａと、固定局２からの電波を受け、自動運転する電波航法装置、すなわちＧＰＳ装置３ａを備えているほか、自律走行に必要なセンサ装置３Ｂを備え自立走行用型となっており、また、マニュアル運転もできるよう、座席、ハンドル等の操作手段を備えている。
【００２５】
５は所定の場所に設けられ、第１、第２のポイント１、２が設けられた目標板で、移動局である芝刈機３の初期位置測定用のマーク板として機能する。この目標板５は適宜の場所にそれぞれ設けられている。芝刈機３の前部３ａ’には、図２に示すように、目標板５を撮像する２眼カメラ６が設けられている。
【００２６】
２眼カメラ６は、一般的にステレオカメラとも称され、２つのカメラＣ１、Ｃ２で被写体（目標板５、第１のポイント１、第２のポイント２）を撮像する。このステレオカメラは、一般に、画像による３次元計測技術として、２台のカメラＣ１、Ｃ２で対象物を異なる位置から撮像した一対の画像の相関を求め、同一物に対する視差からステレオカメラの取付位置や焦点距離等のカメラパラメータを用いて三角測量により距離を求める場合に使用される。
【００２７】
本発明では、ステレオカメラである２眼カメラ６より、予めＧＰＳ位置座標がわかっている目標板５の第１、第２のポイント１、２を撮像し、２眼カメラ６の三次元位置からＧＰＳ座標系に変換するようにしている。
【００２８】
また、芝刈機３には、タッチパネル式の表示・操作部３Ａが搭載されている。
【００２９】
目標板５は横長矩形をなし、第１、第２のポイント１、２はほぼ円形となっている。第１、第２のポイント１、２は好ましくは赤色系、その周囲の背景は黒色系となっている。
【００３０】
第１、第２のポイント１、２を赤色とすると、ゴルフコース内で最も多い色はグリーン（芝）の「緑」であり、「緑」に対する補色は「赤」のため、明確に撮像して画像を取り込むことができるためである。なお、補色とは、色相環で正反対に位置する色のことである。また、背景を「黒」とすると、太陽光による反射が少なく、好ましい。さらに、第１、第２のポイント１、２を円形としたのは、各ポイント１、２の中心位置の計算が他の形状に比べ容易なためである。なお、目標板５の形状、背景およびポイントの色は黒、赤に限定されるものではない。
【００３１】
この発明は、ＲＴＫ測位が中断した場合、芝刈機３を目標板５まで移動させ、２眼カメラ６でＧＰＳ位置座標が既知の目標板５を撮像し、その画像を解析して処理することにより、芝刈機搭載のＧＰＳ装置３ａを初期化することに特徴を有している。
【００３２】
また、ＲＴＫ測位中のＧＰＳ装置塔載の芝刈機３を、新たに目標板５を設置した場合にそのＧＰＳ位置座標を求めることに使用することについても特徴を有している。
【００３３】
図４は、固定局２の構成、移動局としての芝刈機３の構成をブロックで示す。
【００３４】
固定局２はゴルフ場の適宜の場所に設けられ、ＧＰＳアンテナａを介しＧＰＳ電波Ａを受けるＧＰＳ装置２ａと、このＧＰＳ装置２ａからのデータを芝刈機３側に送信する第１の通信装置２ｂを備えている。
【００３５】
芝刈機３には、第１、第２のＧＰＳアンテナａ、ａ’を介し受信したＧＰＳ電波Ａを受けるＧＰＳ装置３ａが搭載され、このＧＰＳ装置３ａからの出力信号は芝刈機３に設けられた制御装置３ｂに送出される。この制御装置３ｂには、第１の通信装置２ｂからの無線通信Ｂを通信アンテナｂ’を介し受信する第２の通信装置３ｃからの出力信号も送出される。また、２眼カメラ６の第１、第２のカメラＣ１、Ｃ２によって目標板５の第１、第２のポイント１、２を撮像したＧＰＳ位置情報も入力される。
【００３６】
目標板５の第１、第２のポイント１、２の中心の位置座標は予め計測され既知となっている。また、２眼カメラ６からの第１、第２のＧＰＳアンテナａ、ａ’までの距離も既知となっており、制御装置３ｂに入力されている。
【００３７】
制御装置３ｂには、ＧＰＳ装置３ａ、２眼カメラ６からの位置情報、通信装置３ｃからのデータ等も入力され、サイクルスリップが生じた場合、２眼カメラ６からの画像を解析し演算処理し、ＲＴＫ測位を行う。また、制御装置３ｂには表示・操作装置３Ａ、センサ装置３Ｂからの出力信号も入力される。
【００３８】
ＲＴＫ測位とは、干渉測位の一つで移動局（芝刈機３）の他、固定局２を設ける。干渉測位では搬送波波長の整数値バイアスを決定する必要があるが、ＲＴＫ方式では観測開始時に初期化を行い、以降は芝刈機３側に搭載しているＧＰＳ装置３ａと固定局２側の第１のＧＰＳ装置２ａ間での無線通信Ｂを介し観測データの交信を行い、芝刈機３側に搭載した制御装置３ｂにおいて、ＧＰＳ装置３ａとＧＰＳ装置２ａからのデータとともに所定の演算を行い、芝刈機３の走行に必要な位置を実時間で算出する。
【００３９】
図５は制御装置３ｂとセンサ装置３Ｂの構成を示す。
【００４０】
制御装置３ｂは、２眼カメラ６で取り込まれた画像を解析する画像解析部（図示せず）、その後段に設けられた演算部３ｄ、センサインターフェース３ｅ、駆動系インタフェース３ｆ等を備え、これらはバス３ｇによって接続され、必要な各種データが送受される。なお、制御装置３ｂの演算部３ｄには、予め計測された目標板５の第１、第２のポイント１、２のＧＰＳ位置座標や２眼カメラ６とＧＰＳアンテナａ、ａ’間の距離が入力され、格納されている。
【００４１】
そして、制御装置３ｂには、表示・操作装置３Ａ、ＧＰＳ装置３ａ、通信装置３ｃ、２眼カメラ６からの出力信号も入力される。
【００４２】
センサインターフェース３ｅには、センサ装置３Ｂを構成する地形の傾斜を検知する２軸傾斜センサ１０、障害物の有無を検知する障害物センサ１１、芝刈機左右の前輪の回転数を検出するロータリーエンコーダ１２等の出力が入力され、処理される。
【００４３】
そして、駆動系インターフェース３ｆからの制御信号によってステアリング、スロットル、刈刃等の制御が行われる。
【００４４】
ゴルフ場の芝刈りにあたっては、タッチパネル式の表示・操作装置３Ａの表示部には、ゴルフ場の芝刈りルートの図が示されており、予め作成されたデジタルマップ上の芝刈り経路をオペレーターが入力する。一般的にデジタルマップとは、情報がデジタル化された電子地図のことで、編集・加工が容易で、ネットワークなどを介して情報の共有が可能など多くの特徴を持つ。本芝刈機に関しては、領域内（フェアウエイ）境界のＧＰＳ位置座標、領域内（フェアウエイ）の障害物のＧＰＳ位置座標、領域内の芝刈り方向パターンを有している。デジタルマップのデータは制御装置３ｂ内に格納されている。また、演算部３ｄのＣＰＵボードには予め自律走行用の所定のプログラムが組み込まれ、芝刈機３は、入力された経路にしたがってＧＰＳ装置３ａ、センサ装置３Ｂ等の情報をもとに自己位置を測位しながら無人運転による自動走行し、芝刈り作業を行う。
【００４５】
図６は、目標板５のＧＰＳ位置座標の特定ないし芝刈機３の芝刈り作業のフローチャートを示す。まずステップＳ１に示すように、目標板５のＧＰＳ位置座標を特定する。この特定にあたっては、別のＧＰＳ装置と固定局とを使用し、ＲＴＫ測位によって目標板５のＧＰＳ位置座標を知ることができ特定することができ、それを制御装置３ｂに予め入力する。
【００４６】
ステップＳ２の稼動開始にあたり、芝刈機３を静止状態として２眼カメラ６を目標板５に向け、表示・操作装置３Ａを介しオペレーターの操作により初期化の指示が与えられると、ステップＳ３に示すように、２眼カメラ６のカメラＣ１、Ｃ２により、目標板５およびＧＰＳ位置座標が既知の第１、第２のポイント１、２を撮像する。２眼カメラ６はその画像を取り込み、制御装置３ｂの画像解析部にデータを送出する。画像解析部でその画像を解析し、演算部３ｄにて演算処理が行われ、第１、第２のポイント１、２と２眼カメラ６との間の距離を算出する。２眼カメラ６からＧＰＳ装置３ａのＧＰＳアンテナａ、ａ’の距離は予め既知で特定されているため、目標板５から２眼カメラ６までの距離の算出値に、２眼カメラ６からＧＰＳアンテナａ、ａ’までの距離を加算すれば、ＧＰＳアンテナａ、ａ’のＧＰＳ位置座標が正確に算出でき、初期化作業を短時間で行うことができる。ＲＴＫ測位中断において、目標板５と２眼カメラ６を用いてのＲＴＫ測位状態への復帰時間、すなわち再初期化に要する時間は、約２６秒で完了した。
【００４７】
図７はそのフローチャートを示す。初期化後、ステップＳ４に示すように、芝刈機３を稼動する。
【００４８】
再び図６において、芝刈機３の走行中は、芝刈機３はＧＰＳ装置３ａによる位置データと固定局２間での無線通信Ｂのデータにより自らの正確な位置検出を行いながら芝刈機３は走行し、芝刈り作業を行う。
【００４９】
そして、ステップＳ５に示すように、芝刈機３はＲＴＫ測位しながら芝刈り作業を行い、測位が正常であれば芝刈機３は稼動し続ける。
【００５０】
一方、何らかの理由でＲＴＫ測位が中断した場合、ステップＳ６に示すように、人力によって芝刈機３をＧＰＳ位置座標が既知である近くの目標板５まで移動させる。
【００５１】
そして、ステップＳ３に示すように、芝刈機３に搭載した２眼カメラ６により目標板５の第１、第２のポイント１、２を撮像し、目標板５と２眼カメラ６との正確な位置関係を制御装置３ｂで演算し、求めた位置のデータを制御装置３ｂからＧＰＳ装置３ａに送ることにより、従来のように数十分の静止測位を行うことなく短時間で初期化できＲＴＫ測位状態への復帰を行うことができる。
【００５２】
次に、２眼カメラ６によって目標板５を撮像し、目標板５と２眼カメラ６との間の距離を計測する方法について説明する。
【００５３】
図８において左側は、２眼カメラ６の左レンズＣ１で目標板５および第１のポイント１の中心０１を見た場合の映像、右側は右レンズＣ２での目標板５および第１のポイント１の中心０１を見た場合の映像を示す。
【００５４】
図において、
α：第１、第２のカメラＣ１、Ｃ２の視野角（ｒａｄ）
Ｐ：カメラ画像の水平方向Ｐｉｘｅｌ数
ＰＬａ：左カメラＣ１の画像の左端から対象の第１のポイント１の中心０１までのＰｉｘｅｌ数
ＰＲａ：右カメラＣ２の画像の左端から対象の第１のポイント１の中心０１までのＰｉｘｅｌ数
である。
【００５５】
図９において左側は２眼カメラ６の左レンズＣ１で目標板５および第２のポイント２等を見た場合の映像、右側は右レンズＣ２で目標板５および第２のポイント２等を見た場合の映像を示す。
【００５６】
図において、
α：カメラＣ１、Ｃ２の視野角（ｒａｄ）
Ｐ：カメラ画像の水平方向Ｐｉｘｅｌ数
ＰＬｂ：左カメラＣ１の画像の左端から対象の第２のポイント２の中心０２までのＰｉｘｅｌ数
ＰＲｂ：右カメラＣ２の画像の左端から対象の第２のポイント２の中心０２までのＰｉｘｅｌ数
である。
ここで、ＰＩＸＥＬとは、画像を構成する色情報を持った最小単位、つまり画素のことである。また、カラー画素において一つのピクセルは、光の三原色（青・赤・緑）の輝度を持っている。ピクセルは大きさの単位ではないため、表示する媒体により大きさが異なる。本芝刈機に関しては、２眼カメラのＰＩＸＥＬの数、大きさは既知であるため、ＰＩＸＥＬ数＝距離（長さ）として扱うことが可能となる。
【００５７】
図８、図９において、θ１、θ２、ψ１、ψ２の角度は、２眼カメラ６からの撮像より求められる。また、２眼カメラ６の撮像の左端から対象の中心０１までの距離は、制御装置３ｂ内に格納された画像認識プログラムによって二値化（白黒化）された撮像から二つの円を認識させ、その円の中心（第１、第２のポイント１、２の中心０１、０２）を求めることにより得ることができる。なお、画像認識プログラムとは、一般に、入力⇒補正⇒特徴抽出⇒識別⇒認識⇒出力のように幾つかの要素技術の集まりで定義される。まず、実写情景、写真等などから入力系を通して画像信号が得られ、コンピュータで画像処理が可能なように、デジタル化される。次に、歪みやノイズを除き、拡大、縮小、回転など補正処理を施した後、特徴抽出を行って、特徴パラメータあるいは特徴ベクトルを求める。こうして得られた特徴量の中から標準パターンに合致した特徴量、あるいは近い特徴量を識別によって決定、出力している。
【００５８】
図１０は２眼カメラ６を使って目標板５を撮像した状態の説明図を示し、第１のカメラＣ１（座標ＸＬ、ＹＬ）、第２のカメラＣ２（座標ＸＲ、ＹＲ）で目標板５の第１のポイント１の中心０１（座標Ｘｐ１、Ｙｐ１）、第２のポイント２の中心０２（座標Ｘｐ２、Ｙｐ２）を撮像する。
【００５９】
図１１は２眼カメラ６を使って正弦定理によって距離の計測を行なう説明図である。θ１、θ２、ψ１、ψ２の角度は２眼カメラ６の撮像より求められる。ｄは第１、第２のカメラＣ１、Ｃ２間の距離、Ｌ１は図示の状態において、左側のカメラＣ１から第１のポイント１の中心０１までの距離、Ｒ１は右側のカメラＣ２から第１のポイント１の中心０１までの距離である。また、Ｌ２は右側のカメラＣ２から第２のポイント２の中心０２までの距離、Ｒ２は右側のカメラＣ２から第２のポイント２の中心０２までの距離である。
【００６０】
この図１１の状態が制御装置３ｂの画像解析部で解析される。
【００６１】
各距離Ｌ１、Ｒ１、Ｌ２、Ｒ２等は次のようにして求めることができる。
【００６２】
正弦定理より、
Ｒ１／ｓｉｎθ１＝Ｌ１／ｓｉｎψ１＝ｄ／ｓｉｎ（π−（θ１＋ψ１））
ｄ／ｓｉｎ（π−（θ１＋ψ１）＝ｄ／ｓｉｎ（θ１＋ψ１）より
Ｒ１／ｓｉｎθ１＝ｄ／ｓｉｎ（θ１＋ψ１）
Ｌ１／ｓｉｎψ１＝ｄ／ｓｉｎ（θ１＋ψ１）
Ｒ１＝ｄｓｉｎθ１／ｓｉｎ（θ１＋ψ１）
Ｌ１＝ｄｓｉｎψ１／ｓｉｎ（θ１＋ψ１）
【００６３】
同様にして、
Ｒ２＝ｄｓｉｎθ２／ｓｉｎ（θ２＋ψ２）
Ｌ２＝ｄｓｉｎψ２／ｓｉｎ（θ２＋ψ２）
【００６４】
左カメラＣ１の座標を（ＸＬ、ＹＬ）とすると、
第１のポイント１の中心０１からの距離がＬ１、第２のポイント２の中心０２からの距離がＬ２なので、（ＸＬ、ＹＬ）は次の式を満たす。
（ＸＬ−Ｘｐ１）２＋（ＹＬ−Ｙｐ１）２＝Ｌ１２
（ＸＬ−Ｘｐ２）２＋（ＹＬ−Ｙｐ２）２＝Ｌ２２
【００６５】
同様にして、右カメラＣ２の座標（ＸＲ、ＹＲ）は次の式を満たす。
（ＸＲ−Ｘｐ１）２＋（ＹＲ−Ｙｐ１）２＝Ｒ１２
（ＸＲ−Ｘｐ２）２＋（ＹＲ−Ｙｐ２）２＝Ｒ２２
制御装置３ｂの演算部３ｄでの演算処理によって（ＸＬ、ＹＬ）（ＸＲ、ＹＲ）が確定することにより、２眼カメラ６の現在のＧＰＳ位置座標と方向が決まり、ＲＴＫ測位を復帰、つまり芝刈機３の測位を行うことができる。
【００６６】
なお、芝刈機搭載のＧＰＳ装置３ａの初期化のために使用する目標板５は作業領域に複数個所設ける必要がある。本発明において、別の場所に、新たに目標板５を設置し、そのＧＰＳ位置座標の特定にあたり、静止測位によってＧＰＳ測位状態とした、ＧＰＳ装置３ａ搭載の芝刈機３の２眼カメラ６によって目標板５を撮像すれば、ＲＴＫ測位により芝刈機３の位置は正確にわかっているため、目標板５の位置を算出してＧＰＳ位置座標を特定することができ、芝刈機３をこのように使うこともできる。なお、新たな目標板５のＧＰＳ位置座標は、芝刈機３の制御装置３ｂの演算部３ｄに入力される。
【００６７】
なお、上記実施例では移動局を芝刈機とした場合について説明したが、例えば農業機械などのようなその他の移動体にも適用し得る。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に係るＧＰＳ芝刈りシステムの概念の説明図を示す。
【図２】本発明で用いられる芝刈機前部の部分斜視図を示す。
【図３】本発明で用いられる目標板と２眼カメラとの関係を示す。
【図４】本発明で用いられる芝刈機固定局等の各構成をブロックで示した説明図である。
【図５】本発明の制御装置とセンサ装置の構成のブロック図を示す。
【図６】本発明の動作をフローチャートで示す説明図である。
【図７】本発明において、２眼カメラで取り込んだ目標板の撮像から初期化を行うフローチャートを示す。
【図８】本発明において、２眼カメラで目標板を撮像した場合の左右のレンズの映像を示す。
【図９】同じく本発明において、２眼カメラで目標板を撮像した場合の左右のレンズの映像を示す。
【図１０】本発明で用いられる芝刈機の２眼カメラで目標板を撮像して目標板と２眼カメラとの距離を測定する状態の説明図を示す。
【図１１】同じく本発明において、芝刈機の２眼カメラで目標板を撮像して目標板と２眼カメラとの距離を測定する説明図を示す。
【図１２】１周波型のＧＰＳ装置でＲＴＫ測位を行うフローチャートを示す。
【符号の説明】
【００６９】
１ ＧＰＳ衛星
２ 固定局
２ａ ＧＰＳ装置
２ｂ 第１の通信装置
３ 芝刈機
３ａ ＧＰＳ装置
３ａ’ 芝刈機前部
３ｂ 制御装置
３ｃ 第２の通信装置
３ｄ 演算部
３ｅ センサインターフェース
４ ゴルフ場
５ 目標板
６ ２眼カメラ
１０ ２軸傾斜センサ
１１ 障害物センサ
Ｃ１ 第１のカメラ
Ｃ２ 第２のカメラ
ａ，ａ’ ＧＰＳアンテナ
ｂ，ｂ’ 通信用アンテナ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ゴルフ場の芝を自動的に刈ることのできるＧＰＳ装置を搭載した芝刈機や、この芝刈機を用いて初期位置計測用の目標板のＧＰＳ位置座標を計測する測位方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴルフ場用の芝刈機に、走行中の現在位置を知るためのＧＰＳ装置を搭載し、ＧＰＳ測位をしながら芝を刈る芝刈機がある。ＧＰＳ装置は、電波航法装置とも呼ばれ、この装置は、ＧＰＳアンテナやＧＰＳ受信機等を包有してなり、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信し、芝刈機の現在位置を演算して測位し、電波航法による無人運転を行う装置である。
【０００３】
従来、ＧＰＳ測位において、単独測位では得られないような高い精度が求められるような場合には、一般的に単独測位より高精度な相対測位が行われ、長時間静止した状態でＧＰＳ衛星からの搬送波を受信し、いわゆる整数値バイアスを解くことで高精度の測位を実現しているキネマティック測位が実用化されている。
【０００４】
キネマティック測位の中でもリアルタイムキネマティック測位（ＲＴＫという）は、移動局として機能するＧＰＳ装置を搭載した移動自在な芝刈機のほかに固定局を設置し、使用前に静止測位を行い、その後、固定局から移動局としての芝刈機に無線送信するデータを用い芝刈機の位置をリアルタイムに測位する方式であり、この方式を用いれば、ｃｍオーダーの測位精度がリアルタイムで求められるため、種々の移動体の高精度な測位に使用されている。
【０００５】
このＧＰＳ装置には、１周波型（Ｌ１帯１５７５．４２ＭＨｚを利用するもの）と、Ｌ１帯の他Ｌ２帯（１２２７．６ＭＨｚを利用するもの）を受信する２周波型と、３周波以上衛星電波を利用する多周波型が存在するが、前者の１周波型が安価である。
【０００６】
１周波方式のＲＴＫ−ＧＰＳ測位は、整数値バイアスの決定（以下、初期化という）の際、静止測位を行い、固定局と移動局との受信電波の位相差により、相対位置（基線ベクトル）を求める。この場合、長時間観測によるＧＰＳ衛星の移動を利用するため、初期化には、十数分前後の時間が必要となる。
【特許文献１】特開平９−２８１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかるに、従来の1周波型のＲＴＫ方式による測位では、ＧＰＳ衛星からの電波に対し、障害物や雑音電波、多重反射などの影響により受信が瞬時的に中断すると、整数値バイアスの情報が失われる、いわゆるサイクルスリップが生じる。このようなサイクルスリップが生じると、ＲＴＫ測位が中断してしまう。
【０００８】
すなわち、図１２は、従来の1周波型のＲＴＫ測位の手順を示す。
【０００９】
まず、稼動開始（ステップＳ１０）において、静止測位（ステップＳ１１）を行う。この場合、十数分間の時間を要する。
【００１０】
静止測位後、ＲＴＫ測位を行う。
【００１１】
これによって芝刈機を稼動し、走行における現在位置を認識しながら芝刈り作業を行えるようになる（ステップＳ１２）。
【００１２】
ＲＴＫ測位の状況において（ステップＳ１３）、測位に問題がなく正常であれば芝刈機を稼動し続けることができる。
【００１３】
一方、サイクルスリップが生じたような異常事態には、ＲＴＫ測位が中断してしまうため、芝刈機の位置がわからなくなり、作業に支障をきたす。
【００１４】
再稼動させるためには、再びステップＳ１１における静止測位を行い、それを基にＲＴＫ測位復帰といった手順を要し、初期化に時間がかかるという課題があった。
【００１５】
また、上記先行例（特開平９−２８１１５）では、サイクルスリップが生じ、ＲＴＫ測位が中断した場合、それをどのように解決するかについての手段が示されておらず、ＧＰＳ装置が利用できなくなったとき、自律航法装置による運転に切り換えていた。
【００１６】
このため、絶対的な位置が把握できず、かつ構成が煩雑であるという課題があった。
【００１７】
この発明は上記のことに鑑み提案されたもので、その目的とするところは、１周波型を用いたＲＴＫ方式の芝刈機において、サイクルスリップが生じ、ＲＴＫ測位が中断しても容易、かつ短時間で初期化できる芝刈機の測位方法を提供することにある。
また、他の目的として、初期位置計測用のマーク板としての目標板を新たに設けた場合、そのＧＰＳ位置座標をＲＴＫ測位中の芝刈機によって目標板のＧＰＳ位置座標を特定する方法を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１の発明は、１周波型のＧＰＳ装置を搭載し、静止測位後、ＲＴＫ測位をしながら電波航法にて走行する芝刈機において、前記芝刈機には、予めＧＰＳ位置座標が特定された目標板を撮像し、その画像を取り込み目標との距離を計測するための２眼カメラが搭載され、前記ＲＴＫ測位が中断した場合、前記２眼カメラにより前記目標板を撮像し、その画像を取り込み芝刈機に設けられた制御装置の画像解析部で解析し、かつ演算部で演算処理して前記目標板から前記芝刈機搭載のＧＰＳ装置までの距離を計測し、ＧＰＳ装置の初期化を行うことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１記載の芝刈機の測位方法において、前記目標板は黒色系をなし、かつ目標板には予め位置座標が特定された赤色系の第１、第２のポイントが設けられたことを特徴とする。
請求項３の発明は、ＧＰＳ装置および目標板を撮像し、その画像を取り込み目標板との間の距離を計測するための２眼カメラが搭載され、ＲＴＫ測位にある芝刈機により新たに別途設けた目標板を撮像してその画像を取り込み、画像を解析して演算処理し、前記目標板のＧＰＳ位置座標を特定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように本発明によれば、ＲＴＫ測位が中断した場合、従来のようにＧＰＳ衛星の移動を利用しなくても芝刈機３に設けた２眼カメラ６により、所定の場所に設置され、予め位置座標が特定された目標板５を撮像することにより、芝刈機が搭載した１周波型のＧＰＳ装置の初期化を短時間で行うことができる。
また、目標板に撮像用のポイントを設ける場合、目標板は黒色系とし、ポイントは赤色系とすると、ゴルフ場の緑色の芝に対し、赤色系は補色であるため、明確にポイントを撮像し、その画像を取り込むことができる。
さらに、芝刈機はＧＰＳ装置を搭載し、かつ位置座標計測用の２眼カメラも搭載しているため、新たに別の初期位置測定用のマーク板としての目標板を設置した場合、ＲＴＫ測位にある芝刈機を用いて目標板のＧＰＳ位置座標を容易に計測することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面に沿って、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は本発明の全体システムの説明図である。
本発明の芝刈機３は、ＧＰＳ装置を搭載した自律走行型の芝刈機であって、例えばゴルフ場の指定領域内の芝を無人で刈るようにしたものである。
【００２２】
図中、１は複数個のＧＰＳ衛星（図示では１つのみ示す）、２はＧＰＳ衛星１からのＧＰＳ電波ＡをＧＰＳアンテナａを介し受信する固定局、３は、例えばゴルフ場４の指定領域内を走行自在な移動局としての上記芝刈機で、ＧＰＳ衛星１からのＧＰＳ電波Ａを受ける第１、第２の２つのＧＰＳアンテナａ、ａ’を介しＧＰＳ電波Ａが入力されるＧＰＳ受信機等を有するＧＰＳ装置３ａ（図４参照）が搭載されている。また、固定局２に設けられた無線通信用のアンテナｂから発せられる無線通信Ｂを受けるアンテナｂ’を有し、ＧＰＳ衛星１からの位置情報等を基にＲＴＫ測位しながら走行する。芝刈機３に２つのＧＰＳアンテナａ、ａ’を設け、それぞれからＧＰＳ電波Ａを受けるようにしたのは芝刈機３の方向角がわかるようにしたためである。ここで方向角とは、一般に座標平面上の縦軸（真北）を基準とし、そこからある直線まで右回りに測った角のことである。そして、ＧＰＳアンテナａ、ａ’を設けることによって、上記方向角の定義の座標平面上において、方向角は、ＧＰＳアンテナａ、ａ’がなす線分と座標上の真北とのなす角度により求められる。
【００２３】
ＧＰＳ衛星１は、前述のように周波数の異なるＬ１波、Ｌ２波を発信しており、Ｌ１波、Ｌ２波を同時に受信するものを２周波方式、Ｌ１波のみを受信するものを１周波方式というが、本発明のＧＰＳ装置では、ＧＰＳ受信機価格が安価である１周波方式を採用している。
【００２４】
芝刈機３は、走行用の駆動エンジンまた電動モータの如き駆動手段、走行用のタイヤ、芝刈り用の刈刃、集草バケット等が設けられ、かつ上述のように、ＧＰＳ衛星１からのＧＰＳ電波Ａと、固定局２からの電波を受け、自動運転する電波航法装置、すなわちＧＰＳ装置３ａを備えているほか、自律走行に必要なセンサ装置３Ｂを備え自立走行用型となっており、また、マニュアル運転もできるよう、座席、ハンドル等の操作手段を備えている。
【００２５】
５は所定の場所に設けられ、第１、第２のポイント１、２が設けられた目標板で、移動局である芝刈機３の初期位置測定用のマーク板として機能する。この目標板５は適宜の場所にそれぞれ設けられている。芝刈機３の前部３ａ’には、図２に示すように、目標板５を撮像する２眼カメラ６が設けられている。
【００２６】
２眼カメラ６は、一般的にステレオカメラとも称され、２つのカメラＣ１、Ｃ２で被写体（目標板５、第１のポイント１、第２のポイント２）を撮像する。このステレオカメラは、一般に、画像による３次元計測技術として、２台のカメラＣ１、Ｃ２で対象物を異なる位置から撮像した一対の画像の相関を求め、同一物に対する視差からステレオカメラの取付位置や焦点距離等のカメラパラメータを用いて三角測量により距離を求める場合に使用される。
【００２７】
本発明では、ステレオカメラである２眼カメラ６より、予めＧＰＳ位置座標がわかっている目標板５の第１、第２のポイント１、２を撮像し、２眼カメラ６の三次元位置からＧＰＳ座標系に変換するようにしている。
【００２８】
また、芝刈機３には、タッチパネル式の表示・操作部３Ａが搭載されている。
【００２９】
目標板５は横長矩形をなし、第１、第２のポイント１、２はほぼ円形となっている。第１、第２のポイント１、２は好ましくは赤色系、その周囲の背景は黒色系となっている。
【００３０】
第１、第２のポイント１、２を赤色とすると、ゴルフコース内で最も多い色はグリーン（芝）の「緑」であり、「緑」に対する補色は「赤」のため、明確に撮像して画像を取り込むことができるためである。なお、補色とは、色相環で正反対に位置する色のことである。また、背景を「黒」とすると、太陽光による反射が少なく、好ましい。さらに、第１、第２のポイント１、２を円形としたのは、各ポイント１、２の中心位置の計算が他の形状に比べ容易なためである。なお、目標板５の形状、背景およびポイントの色は黒、赤に限定されるものではない。
【００３１】
この発明は、ＲＴＫ測位が中断した場合、芝刈機３を目標板５まで移動させ、２眼カメラ６でＧＰＳ位置座標が既知の目標板５を撮像し、その画像を解析して処理することにより、芝刈機搭載のＧＰＳ装置３ａを初期化することに特徴を有している。
【００３２】
また、ＲＴＫ測位中のＧＰＳ装置塔載の芝刈機３を、新たに目標板５を設置した場合にそのＧＰＳ位置座標を求めることに使用することについても特徴を有している。
【００３３】
図４は、固定局２の構成、移動局としての芝刈機３の構成をブロックで示す。
【００３４】
固定局２はゴルフ場の適宜の場所に設けられ、ＧＰＳアンテナａを介しＧＰＳ電波Ａを受けるＧＰＳ装置２ａと、このＧＰＳ装置２ａからのデータを芝刈機３側に送信する第１の通信装置２ｂを備えている。
【００３５】
芝刈機３には、第１、第２のＧＰＳアンテナａ、ａ’を介し受信したＧＰＳ電波Ａを受けるＧＰＳ装置３ａが搭載され、このＧＰＳ装置３ａからの出力信号は芝刈機３に設けられた制御装置３ｂに送出される。この制御装置３ｂには、第１の通信装置２ｂからの無線通信Ｂを通信アンテナｂ’を介し受信する第２の通信装置３ｃからの出力信号も送出される。また、２眼カメラ６の第１、第２のカメラＣ１、Ｃ２によって目標板５の第１、第２のポイント１、２を撮像したＧＰＳ位置情報も入力される。
【００３６】
目標板５の第１、第２のポイント１、２の中心の位置座標は予め計測され既知となっている。また、２眼カメラ６からの第１、第２のＧＰＳアンテナａ、ａ’までの距離も既知となっており、制御装置３ｂに入力されている。
【００３７】
制御装置３ｂには、ＧＰＳ装置３ａ、２眼カメラ６からの位置情報、通信装置３ｃからのデータ等も入力され、サイクルスリップが生じた場合、２眼カメラ６からの画像を解析し演算処理し、ＲＴＫ測位を行う。また、制御装置３ｂには表示・操作装置３Ａ、センサ装置３Ｂからの出力信号も入力される。
【００３８】
ＲＴＫ測位とは、干渉測位の一つで移動局（芝刈機３）の他、固定局２を設ける。干渉測位では搬送波波長の整数値バイアスを決定する必要があるが、ＲＴＫ方式では観測開始時に初期化を行い、以降は芝刈機３側に搭載しているＧＰＳ装置３ａと固定局２側の第１のＧＰＳ装置２ａ間での無線通信Ｂを介し観測データの交信を行い、芝刈機３側に搭載した制御装置３ｂにおいて、ＧＰＳ装置３ａとＧＰＳ装置２ａからのデータとともに所定の演算を行い、芝刈機３の走行に必要な位置を実時間で算出する。
【００３９】
図５は制御装置３ｂとセンサ装置３Ｂの構成を示す。
【００４０】
制御装置３ｂは、２眼カメラ６で取り込まれた画像を解析する画像解析部（図示せず）、その後段に設けられた演算部３ｄ、センサインターフェース３ｅ、駆動系インタフェース３ｆ等を備え、これらはバス３ｇによって接続され、必要な各種データが送受される。なお、制御装置３ｂの演算部３ｄには、予め計測された目標板５の第１、第２のポイント１、２のＧＰＳ位置座標や２眼カメラ６とＧＰＳアンテナａ、ａ’間の距離が入力され、格納されている。
【００４１】
そして、制御装置３ｂには、表示・操作装置３Ａ、ＧＰＳ装置３ａ、通信装置３ｃ、２眼カメラ６からの出力信号も入力される。
【００４２】
センサインターフェース３ｅには、センサ装置３Ｂを構成する地形の傾斜を検知する２軸傾斜センサ１０、障害物の有無を検知する障害物センサ１１、芝刈機左右の前輪の回転数を検出するロータリーエンコーダ１２等の出力が入力され、処理される。
【００４３】
そして、駆動系インターフェース３ｆからの制御信号によってステアリング、スロットル、刈刃等の制御が行われる。
【００４４】
ゴルフ場の芝刈りにあたっては、タッチパネル式の表示・操作装置３Ａの表示部には、ゴルフ場の芝刈りルートの図が示されており、予め作成されたデジタルマップ上の芝刈り経路をオペレーターが入力する。一般的にデジタルマップとは、情報がデジタル化された電子地図のことで、編集・加工が容易で、ネットワークなどを介して情報の共有が可能など多くの特徴を持つ。本芝刈機に関しては、領域内（フェアウエイ）境界のＧＰＳ位置座標、領域内（フェアウエイ）の障害物のＧＰＳ位置座標、領域内の芝刈り方向パターンを有している。デジタルマップのデータは制御装置３ｂ内に格納されている。また、演算部３ｄのＣＰＵボードには予め自律走行用の所定のプログラムが組み込まれ、芝刈機３は、入力された経路にしたがってＧＰＳ装置３ａ、センサ装置３Ｂ等の情報をもとに自己位置を測位しながら無人運転による自動走行し、芝刈り作業を行う。
【００４５】
図６は、目標板５のＧＰＳ位置座標の特定ないし芝刈機３の芝刈り作業のフローチャートを示す。まずステップＳ１に示すように、目標板５のＧＰＳ位置座標を特定する。この特定にあたっては、別のＧＰＳ装置と固定局とを使用し、ＲＴＫ測位によって目標板５のＧＰＳ位置座標を知ることができ特定することができ、それを制御装置３ｂに予め入力する。
【００４６】
ステップＳ２の稼動開始にあたり、芝刈機３を静止状態として２眼カメラ６を目標板５に向け、表示・操作装置３Ａを介しオペレーターの操作により初期化の指示が与えられると、ステップＳ３に示すように、２眼カメラ６のカメラＣ１、Ｃ２により、目標板５およびＧＰＳ位置座標が既知の第１、第２のポイント１、２を撮像する。２眼カメラ６はその画像を取り込み、制御装置３ｂの画像解析部にデータを送出する。画像解析部でその画像を解析し、演算部３ｄにて演算処理が行われ、第１、第２のポイント１、２と２眼カメラ６との間の距離を算出する。２眼カメラ６からＧＰＳ装置３ａのＧＰＳアンテナａ、ａ’の距離は予め既知で特定されているため、目標板５から２眼カメラ６までの距離の算出値に、２眼カメラ６からＧＰＳアンテナａ、ａ’までの距離を加算すれば、ＧＰＳアンテナａ、ａ’のＧＰＳ位置座標が正確に算出でき、初期化作業を短時間で行うことができる。ＲＴＫ測位中断において、目標板５と２眼カメラ６を用いてのＲＴＫ測位状態への復帰時間、すなわち再初期化に要する時間は、約２６秒で完了した。
【００４７】
図７はそのフローチャートを示す。初期化後、ステップＳ４に示すように、芝刈機３を稼動する。
【００４８】
再び図６において、芝刈機３の走行中は、芝刈機３はＧＰＳ装置３ａによる位置データと固定局２間での無線通信Ｂのデータにより自らの正確な位置検出を行いながら芝刈機３は走行し、芝刈り作業を行う。
【００４９】
そして、ステップＳ５に示すように、芝刈機３はＲＴＫ測位しながら芝刈り作業を行い、測位が正常であれば芝刈機３は稼動し続ける。
【００５０】
一方、何らかの理由でＲＴＫ測位が中断した場合、ステップＳ６に示すように、人力によって芝刈機３をＧＰＳ位置座標が既知である近くの目標板５まで移動させる。
【００５１】
そして、ステップＳ３に示すように、芝刈機３に搭載した２眼カメラ６により目標板５の第１、第２のポイント１、２を撮像し、目標板５と２眼カメラ６との正確な位置関係を制御装置３ｂで演算し、求めた位置のデータを制御装置３ｂからＧＰＳ装置３ａに送ることにより、従来のように数十分の静止測位を行うことなく短時間で初期化できＲＴＫ測位状態への復帰を行うことができる。
【００５２】
次に、２眼カメラ６によって目標板５を撮像し、目標板５と２眼カメラ６との間の距離を計測する方法について説明する。
【００５３】
図８において左側は、２眼カメラ６の左レンズＣ１で目標板５および第１のポイント１の中心０１を見た場合の映像、右側は右レンズＣ２での目標板５および第１のポイント１の中心０１を見た場合の映像を示す。
【００５４】
図において、
α：第１、第２のカメラＣ１、Ｃ２の視野角（ｒａｄ）
Ｐ：カメラ画像の水平方向Ｐｉｘｅｌ数
ＰＬａ：左カメラＣ１の画像の左端から対象の第１のポイント１の中心０１までのＰｉｘｅｌ数
ＰＲａ：右カメラＣ２の画像の左端から対象の第１のポイント１の中心０１までのＰｉｘｅｌ数
である。
【００５５】
図９において左側は２眼カメラ６の左レンズＣ１で目標板５および第２のポイント２等を見た場合の映像、右側は右レンズＣ２で目標板５および第２のポイント２等を見た場合の映像を示す。
【００５６】
図において、
α：カメラＣ１、Ｃ２の視野角（ｒａｄ）
Ｐ：カメラ画像の水平方向Ｐｉｘｅｌ数
ＰＬｂ：左カメラＣ１の画像の左端から対象の第２のポイント２の中心０２までのＰｉｘｅｌ数
ＰＲｂ：右カメラＣ２の画像の左端から対象の第２のポイント２の中心０２までのＰｉｘｅｌ数
である。
ここで、ＰＩＸＥＬとは、画像を構成する色情報を持った最小単位、つまり画素のことである。また、カラー画素において一つのピクセルは、光の三原色（青・赤・緑）の輝度を持っている。ピクセルは大きさの単位ではないため、表示する媒体により大きさが異なる。本芝刈機に関しては、２眼カメラのＰＩＸＥＬの数、大きさは既知であるため、ＰＩＸＥＬ数＝距離（長さ）として扱うことが可能となる。
【００５７】
図８、図９において、θ１、θ２、ψ１、ψ２の角度は、２眼カメラ６からの撮像より求められる。また、２眼カメラ６の撮像の左端から対象の中心０１までの距離は、制御装置３ｂ内に格納された画像認識プログラムによって二値化（白黒化）された撮像から二つの円を認識させ、その円の中心（第１、第２のポイント１、２の中心０１、０２）を求めることにより得ることができる。なお、画像認識プログラムとは、一般に、入力⇒補正⇒特徴抽出⇒識別⇒認識⇒出力のように幾つかの要素技術の集まりで定義される。まず、実写情景、写真等などから入力系を通して画像信号が得られ、コンピュータで画像処理が可能なように、デジタル化される。次に、歪みやノイズを除き、拡大、縮小、回転など補正処理を施した後、特徴抽出を行って、特徴パラメータあるいは特徴ベクトルを求める。こうして得られた特徴量の中から標準パターンに合致した特徴量、あるいは近い特徴量を識別によって決定、出力している。
【００５８】
図１０は２眼カメラ６を使って目標板５を撮像した状態の説明図を示し、第１のカメラＣ１（座標ＸＬ、ＹＬ）、第２のカメラＣ２（座標ＸＲ、ＹＲ）で目標板５の第１のポイント１の中心０１（座標Ｘｐ１、Ｙｐ１）、第２のポイント２の中心０２（座標Ｘｐ２、Ｙｐ２）を撮像する。
【００５９】
図１１は２眼カメラ６を使って正弦定理によって距離の計測を行なう説明図である。θ１、θ２、ψ１、ψ２の角度は２眼カメラ６の撮像より求められる。ｄは第１、第２のカメラＣ１、Ｃ２間の距離、Ｌ１は図示の状態において、左側のカメラＣ１から第１のポイント１の中心０１までの距離、Ｒ１は右側のカメラＣ２から第１のポイント１の中心０１までの距離である。また、Ｌ２は右側のカメラＣ２から第２のポイント２の中心０２までの距離、Ｒ２は右側のカメラＣ２から第２のポイント２の中心０２までの距離である。
【００６０】
この図１１の状態が制御装置３ｂの画像解析部で解析される。
【００６１】
各距離Ｌ１、Ｒ１、Ｌ２、Ｒ２等は次のようにして求めることができる。
【００６２】
正弦定理より、
Ｒ１／ｓｉｎθ１＝Ｌ１／ｓｉｎψ１＝ｄ／ｓｉｎ（π−（θ１＋ψ１））
ｄ／ｓｉｎ（π−（θ１＋ψ１）＝ｄ／ｓｉｎ（θ１＋ψ１）より
Ｒ１／ｓｉｎθ１＝ｄ／ｓｉｎ（θ１＋ψ１）
Ｌ１／ｓｉｎψ１＝ｄ／ｓｉｎ（θ１＋ψ１）
Ｒ１＝ｄｓｉｎθ１／ｓｉｎ（θ１＋ψ１）
Ｌ１＝ｄｓｉｎψ１／ｓｉｎ（θ１＋ψ１）
【００６３】
同様にして、
Ｒ２＝ｄｓｉｎθ２／ｓｉｎ（θ２＋ψ２）
Ｌ２＝ｄｓｉｎψ２／ｓｉｎ（θ２＋ψ２）
【００６４】
左カメラＣ１の座標を（ＸＬ、ＹＬ）とすると、
第１のポイント１の中心０１からの距離がＬ１、第２のポイント２の中心０２からの距離がＬ２なので、（ＸＬ、ＹＬ）は次の式を満たす。
（ＸＬ−Ｘｐ１）２＋（ＹＬ−Ｙｐ１）２＝Ｌ１２
（ＸＬ−Ｘｐ２）２＋（ＹＬ−Ｙｐ２）２＝Ｌ２２
【００６５】
同様にして、右カメラＣ２の座標（ＸＲ、ＹＲ）は次の式を満たす。
（ＸＲ−Ｘｐ１）２＋（ＹＲ−Ｙｐ１）２＝Ｒ１２
（ＸＲ−Ｘｐ２）２＋（ＹＲ−Ｙｐ２）２＝Ｒ２２
制御装置３ｂの演算部３ｄでの演算処理によって（ＸＬ、ＹＬ）（ＸＲ、ＹＲ）が確定することにより、２眼カメラ６の現在のＧＰＳ位置座標と方向が決まり、ＲＴＫ測位を復帰、つまり芝刈機３の測位を行うことができる。
【００６６】
なお、芝刈機搭載のＧＰＳ装置３ａの初期化のために使用する目標板５は作業領域に複数個所設ける必要がある。本発明において、別の場所に、新たに目標板５を設置し、そのＧＰＳ位置座標の特定にあたり、静止測位によってＧＰＳ測位状態とした、ＧＰＳ装置３ａ搭載の芝刈機３の２眼カメラ６によって目標板５を撮像すれば、ＲＴＫ測位により芝刈機３の位置は正確にわかっているため、目標板５の位置を算出してＧＰＳ位置座標を特定することができ、芝刈機３をこのように使うこともできる。なお、新たな目標板５のＧＰＳ位置座標は、芝刈機３の制御装置３ｂの演算部３ｄに入力される。
【００６７】
なお、上記実施例では移動局を芝刈機とした場合について説明したが、例えば農業機械などのようなその他の移動体にも適用し得る。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に係るＧＰＳ芝刈りシステムの概念の説明図を示す。
【図２】本発明で用いられる芝刈機前部の部分斜視図を示す。
【図３】本発明で用いられる目標板と２眼カメラとの関係を示す。
【図４】本発明で用いられる芝刈機固定局等の各構成をブロックで示した説明図である。
【図５】本発明の制御装置とセンサ装置の構成のブロック図を示す。
【図６】本発明の動作をフローチャートで示す説明図である。
【図７】本発明において、２眼カメラで取り込んだ目標板の撮像から初期化を行うフローチャートを示す。
【図８】本発明において、２眼カメラで目標板を撮像した場合の左右のレンズの映像を示す。
【図９】同じく本発明において、２眼カメラで目標板を撮像した場合の左右のレンズの映像を示す。
【図１０】本発明で用いられる芝刈機の２眼カメラで目標板を撮像して目標板と２眼カメラとの距離を測定する状態の説明図を示す。
【図１１】同じく本発明において、芝刈機の２眼カメラで目標板を撮像して目標板と２眼カメラとの距離を測定する説明図を示す。
【図１２】１周波型のＧＰＳ装置でＲＴＫ測位を行うフローチャートを示す。
【符号の説明】
【００６９】
１ ＧＰＳ衛星
２ 固定局
２ａ ＧＰＳ装置
２ｂ 第１の通信装置
３ 芝刈機
３ａ ＧＰＳ装置
３ａ’ 芝刈機前部
３ｂ 制御装置
３ｃ 第２の通信装置
３ｄ 演算部
３ｅ センサインターフェース
４ ゴルフ場
５ 目標板
６ ２眼カメラ
１０ ２軸傾斜センサ
１１ 障害物センサ
Ｃ１ 第１のカメラ
Ｃ２ 第２のカメラ
ａ，ａ’ ＧＰＳアンテナ
ｂ，ｂ’ 通信用アンテナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１周波型のＧＰＳ装置を搭載し、静止測位後、ＲＴＫ測位をしながら電波航法にて走行する芝刈機において、
前記芝刈機には、予めＧＰＳ位置座標が特定された目標板を撮像し、その画像を取り込み目標との距離を計測するための２眼カメラが搭載され、
前記ＲＴＫ測位が中断した場合、前記２眼カメラにより前記目標板を撮像し、その画像を取り込み芝刈機に設けられた制御装置の画像解析部で解析し、かつ演算部で演算処理して前記目標板から前記芝刈機搭載のＧＰＳ装置までの距離を計測し、ＧＰＳ装置の初期化を行うことを特徴とする芝刈機の測位方法。
【請求項２】
請求項１記載の芝刈機の測位方法において、
前記目標板は黒色系をなし、かつ目標板には予め位置座標が特定された赤色系の第１、第２のポイントが設けられたことを特徴とする芝刈機の測位方法。
【請求項３】
ＧＰＳ装置および目標板を撮像し、その画像を取り込み目標板との間の距離を計測するための２眼カメラが搭載され、ＲＴＫ測位にある芝刈機により新たに別途設けた目標板を撮像してその画像を取り込み、画像を解析して演算処理し、前記目標板のＧＰＳ位置座標を特定することを特徴とする目標板の測位方法。
【請求項１】
１周波型のＧＰＳ装置を搭載し、静止測位後、ＲＴＫ測位をしながら電波航法にて走行する芝刈機において、
前記芝刈機には、予めＧＰＳ位置座標が特定された目標板を撮像し、その画像を取り込み目標との距離を計測するための２眼カメラが搭載され、
前記ＲＴＫ測位が中断した場合、前記２眼カメラにより前記目標板を撮像し、その画像を取り込み芝刈機に設けられた制御装置の画像解析部で解析し、かつ演算部で演算処理して前記目標板から前記芝刈機搭載のＧＰＳ装置までの距離を計測し、ＧＰＳ装置の初期化を行うことを特徴とする芝刈機の測位方法。
【請求項２】
請求項１記載の芝刈機の測位方法において、
前記目標板は黒色系をなし、かつ目標板には予め位置座標が特定された赤色系の第１、第２のポイントが設けられたことを特徴とする芝刈機の測位方法。
【請求項３】
ＧＰＳ装置および目標板を撮像し、その画像を取り込み目標板との間の距離を計測するための２眼カメラが搭載され、ＲＴＫ測位にある芝刈機により新たに別途設けた目標板を撮像してその画像を取り込み、画像を解析して演算処理し、前記目標板のＧＰＳ位置座標を特定することを特徴とする目標板の測位方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２５８７２（Ｐ２０１０−２５８７２Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９０３９９（Ｐ２００８−１９０３９９）
【出願日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【出願人】（５９６０４７１７１）コスモ・イーシー株式会社 (12)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【出願人】（５９６０４７１７１）コスモ・イーシー株式会社 (12)
【Ｆターム（参考）】
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