專利名稱：確定三維對(duì)象的位置和方位的位置檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定三維對(duì)象的位置和方位的位置檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
用于確定三維對(duì)象的位置和方位的方法尤其是用在集裝箱吊車設(shè)備中以精確引導(dǎo)牽引車。為了裝載和卸載，必須十分精確地定位集裝箱吊車下的牽引車，由此負(fù)載能夠通過(guò)集裝箱吊車安全地放到牽引車的掛車上或從那里被提起。對(duì)牽引車的引導(dǎo)甚至還經(jīng)常由監(jiān)督人員手動(dòng)進(jìn)行。這不僅常常不精確，并且對(duì)于監(jiān)督人員、吊車駕駛員和牽引車引導(dǎo)員來(lái)說(shuō)絕對(duì)極其危險(xiǎn)。目前市場(chǎng)上只存在非常少的用于將牽引車引入集裝箱吊車設(shè)備中的自動(dòng)化解決方案。在EP 1337454A1中公知一種用于將載重汽車相對(duì)于吊車對(duì)齊到期望位置的方法，其中借助于安裝在吊車處的激光掃描器來(lái)確定載重汽車的位置。為此，確定載重汽車的——尤其是在載重汽車的掛車處的——棱邊的位置。從EP 1337454A1中公知的方法的缺點(diǎn)是，用于正確位置檢測(cè)所需的對(duì)于各個(gè)載重汽車車輛類型的說(shuō)明必須通過(guò)吊車引導(dǎo)員手動(dòng)輸入。這是耗時(shí)的，并且容易產(chǎn)生錯(cuò)誤。此外，用于推導(dǎo)出載重汽車位置的棱邊探測(cè)也是不可靠的，因?yàn)榧す鈷呙杵鲀H發(fā)射有限數(shù)量的離散測(cè)量光束，從而棱邊可能落入測(cè)量光束之間的空隙中。另外，從EP1337454A1中公知的方法做出了關(guān)于待檢測(cè)載重汽車的方位的十分強(qiáng)烈的隱含假設(shè)。即以載重汽車基本上平行于碼頭提岸行駛并且跟隨一條直線作為前提。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種用于確定三維對(duì)象的位置和方位的位置檢測(cè)系統(tǒng)。一種用于確定三維對(duì)象的位置和方位的位置檢測(cè)系統(tǒng)，該三維對(duì)象尤其是集裝箱吊車設(shè)備中的牽引車，該位置檢測(cè)系統(tǒng)具有-用于掃描對(duì)象的至少一個(gè)表面截面和用于將在表面截面上通過(guò)其坐標(biāo)所標(biāo)記的大量的點(diǎn)確定為掃描值的掃描裝置，-用于將所述掃描值描繪為標(biāo)記至少一個(gè)表面截面的測(cè)量結(jié)果的預(yù)處理單元，-用于存儲(chǔ)描繪在可預(yù)先給定的對(duì)象狀態(tài)的前提下可預(yù)先給定的測(cè)量結(jié)果的條件概率的概率對(duì)象模型的存儲(chǔ)單元，-用于從當(dāng)前的標(biāo)記至少一個(gè)表面截面的測(cè)量結(jié)果中按照概率模型由可預(yù)先給定的對(duì)象狀態(tài)的概率和當(dāng)前的測(cè)量結(jié)果的概率確定對(duì)象狀態(tài)的估計(jì)的分析單元。根據(jù)本實(shí)用新型，為了確定三維對(duì)象的位置和方位，借助于掃描裝置掃描對(duì)象的至少一個(gè)表面截面，并且將在表面截面上通過(guò)其坐標(biāo)所標(biāo)記的大量點(diǎn)確定為掃描值。這些掃描值被描繪為標(biāo)記至少一個(gè)表面截面的測(cè)量結(jié)果。概率對(duì)象模型在可預(yù)先給定的對(duì)象狀態(tài)前提下描繪可預(yù)先給定的測(cè)量結(jié)果的條件概率。在此，對(duì)象狀態(tài)的特征至少在于對(duì)象類型、對(duì)象位置和對(duì)象方位。從當(dāng)前的標(biāo)記至少一個(gè)表面截面的測(cè)量結(jié)果中，根據(jù)概率對(duì)象模型，由可預(yù)先給定的對(duì)象狀態(tài)的概率和當(dāng)前的測(cè)量結(jié)果的概率確定對(duì)象狀態(tài)的估計(jì)。從所確定的對(duì)象狀態(tài)估計(jì)中能夠至少導(dǎo)出所掃描對(duì)象的對(duì)象類型、對(duì)象位置和對(duì)象方位。通過(guò)基于概率對(duì)象模型使用表面截面而不是棱邊作為所檢測(cè)對(duì)象類型的標(biāo)記屬性，根據(jù)本實(shí)用新型對(duì)于可靠的位置確定，在待檢測(cè)對(duì)象處不需要清楚可探測(cè)的棱邊。此夕卜，通過(guò)估計(jì)對(duì)象狀態(tài)自動(dòng)確定對(duì)象類型，使得耗時(shí)和容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的使用者輸入不再是必要的。此外，由于在估計(jì)對(duì)象狀態(tài)的范圍內(nèi)自動(dòng)確定對(duì)象方位，所以避免了由于對(duì)于位置探測(cè)所涉及的錯(cuò)誤的和剛性的前提條件所引起的不精確。

下面借助實(shí)施例進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。圖1示出用于確定三維對(duì)象的位置和方位的位置檢測(cè)系統(tǒng)的示意圖，圖2示出用于確定三維對(duì)象的位置和方位的方法的流程圖，圖3示出具有根據(jù)概率對(duì)象模型所預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果的牽引車的示意圖，圖4示出具有根據(jù)概率對(duì)象模型的非預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果的牽引車的示意圖。
具體實(shí)施方式
在圖1中示意性示出的用于確定三維對(duì)象的位置和方位的位置檢測(cè)系統(tǒng)在本實(shí)施例中安裝在集裝箱吊車設(shè)備中，并且包括控制計(jì)算機(jī)101和安裝在吊車102處的激光掃描器121。吊車102借助于通過(guò)吊車支架122引導(dǎo)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)123可在集裝箱吊車設(shè)備的轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)域內(nèi)行駛，并且具有用于集裝箱負(fù)載的升降機(jī)構(gòu)124。借助于作為掃描裝置的激光掃描器121可以將駛?cè)朕D(zhuǎn)運(yùn)區(qū)域的具有用于待運(yùn)輸集裝箱133的掛車132的牽引車103作為待檢測(cè)對(duì)象來(lái)進(jìn)行三維掃描。在掃描牽引車103 時(shí)，通過(guò)激光掃描器121例如將牽引車103的頂面131檢測(cè)為表面截面。在此，大量在頂面 131上通過(guò)其坐標(biāo)標(biāo)記的點(diǎn)被確定為掃描值。此外，掛車132或者掛車132上的集裝箱133 的上側(cè)也可以被檢測(cè)為特征性的表面截面?？刂朴?jì)算機(jī)101包括處理器111、工作存儲(chǔ)器112以及硬盤113，并且該控制計(jì)算機(jī)101通過(guò)輸入/輸出接口與激光掃描器121連接。在硬盤113上存儲(chǔ)有用于對(duì)激光掃描器121的掃描值進(jìn)行預(yù)處理的程序代碼114和用于確定牽引車103的對(duì)象狀態(tài)Q的估計(jì)的程序代碼115。程序代碼114，115可載入到控制計(jì)算機(jī)的工作存儲(chǔ)器112中，并且所述程序代碼114，115被在圖1中示出的位置檢測(cè)系統(tǒng)的預(yù)處理單元或分析單元在通過(guò)處理器111 進(jìn)行處理時(shí)來(lái)實(shí)施。例如通過(guò)計(jì)算過(guò)程在控制計(jì)算機(jī)101中所實(shí)施的預(yù)處理單元用于將激光掃描器 121的掃描值描繪為至少一個(gè)標(biāo)記表面截面的測(cè)量結(jié)果M。對(duì)應(yīng)于替代的實(shí)施方式，預(yù)處理單元也可以集成到包括激光掃描器121的測(cè)量系統(tǒng)中。此外，為控制計(jì)算機(jī)101分配數(shù)據(jù)庫(kù)116作為用于存儲(chǔ)概率對(duì)象模型的存儲(chǔ)單元。 概率對(duì)象模型描繪在可預(yù)先給定的對(duì)象狀態(tài)Q前提下的可預(yù)先給定的測(cè)量結(jié)果M的條件概率P(MlQ)。測(cè)量結(jié)果M例如可以是特定空間點(diǎn)被識(shí)別為被占據(jù)，或者特定幾何形狀被識(shí)別為在空間中存在，或者特定空間部分被識(shí)別為是空著的。對(duì)象狀態(tài)Q的特征至少在于對(duì)象類型、對(duì)象位置和對(duì)象方位。根據(jù)概率對(duì)象模型可以確定，當(dāng)牽引車103作為已檢測(cè)對(duì)象具有可預(yù)先給定的包括對(duì)象類型、對(duì)象位置和對(duì)象方位的對(duì)象狀態(tài)Q時(shí)，存在哪種使得產(chǎn)生特定測(cè)量結(jié)果M的概率P (MIQ)。通過(guò)例如由計(jì)算過(guò)程在控制計(jì)算機(jī)101中所實(shí)施的分析單元，從當(dāng)前的標(biāo)記至少一個(gè)表面截面的測(cè)量結(jié)果M中確定出對(duì)象狀態(tài)Q的估計(jì)。在此，根據(jù)概率對(duì)象模型、根據(jù)可預(yù)先給定的對(duì)象狀態(tài)Q的概率P (Q)以及根據(jù)當(dāng)前測(cè)量結(jié)果M的概率P (M)進(jìn)行對(duì)象狀態(tài) Q的估計(jì)P (M|Q)。除了對(duì)象類型、對(duì)象位置和對(duì)象方位之外，對(duì)象狀態(tài)Q在優(yōu)選的實(shí)施方式中還附加地包括牽引車103與掛車132之間的角度134以及在掛車132上的集裝箱133的位置。相應(yīng)于在圖2中示出的流程圖，步驟201相應(yīng)地首先從數(shù)據(jù)庫(kù)116中載入或下載概率對(duì)象模型。一旦牽引車103駛?cè)爰b箱吊車設(shè)備的可預(yù)先給定的車道，就借助于安裝在吊車處的激光掃描器121對(duì)更該牽引車進(jìn)行掃描。相應(yīng)地，步驟202為此持續(xù)地監(jiān)視，牽引車103——例如載重汽車(LKW)——是否駛?cè)朐撥嚨馈Ｈ绻闆r如此，則接下來(lái)確定大量可能的對(duì)象狀態(tài)Q。此外，可能的對(duì)象狀態(tài)Q的概率通過(guò)初始值預(yù)給定來(lái)進(jìn)行初始化(步驟 203)。然后，對(duì)牽引車進(jìn)行掃描(步驟204)。此后，通過(guò)預(yù)處理單元對(duì)掃描值進(jìn)行預(yù)處理 (步驟20 。然后對(duì)于每個(gè)可能的對(duì)象狀態(tài)Q，相應(yīng)于步驟206，對(duì)其概率P(Q)進(jìn)行更新。此外，當(dāng)前的測(cè)量結(jié)果P (M)按照步驟207根據(jù)對(duì)于在可能的對(duì)象狀態(tài)Q的前提下可預(yù)先給定的測(cè)量結(jié)果M的條件概率P (M|Q)和對(duì)于可能的對(duì)象狀態(tài)Q的概率P (Q)所計(jì)算的總概率根據(jù)如下方程來(lái)確定P(M) = f P(M|Q) · P(Q)dQ。然后從當(dāng)前的測(cè)量結(jié)果M中-根據(jù)概率對(duì)象模型，-根據(jù)可能的對(duì)象狀態(tài)Q的概率P(Q)，和-根據(jù)當(dāng)前的測(cè)量結(jié)果M的概率P(M)[0030]根據(jù)如下方程來(lái)確定對(duì)象狀態(tài)Q的估計(jì) _
O在此，條件概率P (M|Q)從概率對(duì)象模型中得出。對(duì)應(yīng)于步驟208，從所確定的對(duì)象狀態(tài)Q的估計(jì)中，導(dǎo)出牽引車103的對(duì)象類型、 對(duì)象位置和對(duì)象方位，牽引車103與掛車132之間的角度134，以及掛車132上的集裝箱133 的位置?；谶@種位置測(cè)量或距離測(cè)量，為牽引車103生成用于裝載位置或卸載位置的到達(dá)的跟蹤信號(hào)。該跟蹤信號(hào)在本實(shí)施例中在轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)域中的交通燈104處以光學(xué)方式用信號(hào)來(lái)通知。附加地還可以生成聲學(xué)上的跟蹤信號(hào)。對(duì)應(yīng)于步驟209，檢查利用牽引車103的裝載過(guò)程或卸載過(guò)程是否已經(jīng)結(jié)束。如果裝載過(guò)程或卸載過(guò)程尚未結(jié)束，則再次重復(fù)地運(yùn)行步驟204至208。原則上可以利用圖2 中所示出的方法來(lái)同時(shí)處理多個(gè)牽引車。為確定對(duì)象狀態(tài)Q的估計(jì)，根據(jù)連續(xù)確定的測(cè)量結(jié)果M更新對(duì)可能的對(duì)象狀態(tài)Q 的概率P(Q)的評(píng)估。在此，例如也可以基于抽樣地更新評(píng)估。當(dāng)掃描值301——如在圖3 中示出的那樣——落到對(duì)應(yīng)于概率對(duì)象模型所預(yù)期的區(qū)域302中時(shí)，則對(duì)可能的對(duì)象狀態(tài)Q的概率P(Q)的評(píng)估例如得以提高。如果掃描值401——如在圖4中示出的那樣——相反地落到對(duì)應(yīng)于概率對(duì)象模型所預(yù)期的自由區(qū)域402中，則對(duì)可能的對(duì)象狀態(tài)Q的概率HQ) 的評(píng)估明顯減小。作為對(duì)象狀態(tài)Q的初始概率分布可以規(guī)定例如均勻分布或者從過(guò)去的情況中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的頻率分布。此外，在可預(yù)先給定的掃描時(shí)刻t = Tn對(duì)可能的對(duì)象狀態(tài)Q的概率P (Q)的評(píng)估優(yōu)選根據(jù)牽引車103的運(yùn)動(dòng)模型從在前一掃描時(shí)刻t = Tn-I < Tn對(duì)對(duì)象狀態(tài)Q的概率P (Q) 的評(píng)估中，根據(jù)下述函數(shù)關(guān)系確定P(Q(t = Tn)) = f (P(Q(t = Tlri)))。在應(yīng)用運(yùn)動(dòng)模型情況下對(duì)可能的對(duì)象狀態(tài)Q的概率P(Q)的評(píng)估也可以與上述基于抽樣的評(píng)估相結(jié)合。從高評(píng)估的抽樣元素中可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)模型生成多個(gè)后續(xù)值 (Nachfolger)。從中等評(píng)估的抽樣元素中可以生成一個(gè)后續(xù)值。低評(píng)估的抽樣元素被刪除， 使得抽樣量的總體大小可以近似地保持恒定。當(dāng)抽樣量被先驗(yàn)地限定到可能的狀態(tài)空間的子集上時(shí)，則可以得出一種簡(jiǎn)化形式。在集裝箱吊車設(shè)備的應(yīng)用區(qū)域中，例如可以將可能的狀態(tài)空間限制到常規(guī)的行駛車道和區(qū)域，在所述行駛車道和區(qū)域中車輛進(jìn)入到傳感器系統(tǒng)的檢測(cè)區(qū)域中。當(dāng)概率對(duì)象模型和對(duì)象狀態(tài)的概率分布都被建模為高斯混合模型時(shí)，得出另一簡(jiǎn)化形式。當(dāng)每個(gè)對(duì)象等級(jí)中的對(duì)象狀態(tài)被建模為為單一模型并且尤其是可以通過(guò)正態(tài)分布來(lái)表示時(shí)，則得出另一種簡(jiǎn)化形式。在這種情況下，可以使用由用于連續(xù)參數(shù)的卡爾曼濾波器和用于分級(jí)變量的貝葉斯分類器組成的組合。本實(shí)用新型的應(yīng)用不限于所描述的實(shí)施例。
權(quán)利要求1.一種用于確定三維對(duì)象的位置和方位的位置檢測(cè)系統(tǒng)，該位置檢測(cè)系統(tǒng)具有-用于掃描對(duì)象的至少一個(gè)表面截面和用于將在表面截面上通過(guò)其坐標(biāo)所標(biāo)記的大量的點(diǎn)確定為掃描值的掃描裝置，-用于將所述掃描值描繪為標(biāo)記至少一個(gè)表面截面的測(cè)量結(jié)果的預(yù)處理單元，-用于存儲(chǔ)描繪在可預(yù)先給定的對(duì)象狀態(tài)的前提下可預(yù)先給定的測(cè)量結(jié)果的條件概率的概率對(duì)象模型的存儲(chǔ)單元，-用于從當(dāng)前的標(biāo)記至少一個(gè)表面截面的測(cè)量結(jié)果中按照概率模型由可預(yù)先給定的對(duì)象狀態(tài)的概率和當(dāng)前的測(cè)量結(jié)果的概率確定對(duì)象狀態(tài)的估計(jì)的分析單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的位置檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述三維對(duì)象是集裝箱吊車設(shè)備中的牽引車。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的位置檢測(cè)系統(tǒng)，其中所掃描的對(duì)象包括集裝箱吊車設(shè)備中的牽引車，并且其中所述對(duì)象狀態(tài)附加地包括牽引車與掛車之間的角度以及掛車上的負(fù)載的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的位置檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述位置檢測(cè)系統(tǒng)包括安裝在集裝箱吊車處的傳感器，該傳感器被設(shè)置為掃描牽引車，并且被設(shè)置為使得一旦牽引車駛?cè)爰b箱吊車設(shè)備的可預(yù)先給定的車道就通過(guò)傳感器來(lái)掃描該牽引車并且基于對(duì)牽引車的位置測(cè)量和距離測(cè)量生成用于裝載位置和/或卸載位置的到達(dá)的跟蹤信號(hào)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于確定三維對(duì)象的位置和方位的位置檢測(cè)系統(tǒng)，該三維對(duì)象尤其是集裝箱吊車設(shè)備中的牽引車，該位置檢測(cè)系統(tǒng)具有用于掃描對(duì)象的至少一個(gè)表面截面和用于將在表面截面上通過(guò)其坐標(biāo)所標(biāo)記的大量的點(diǎn)確定為掃描值的掃描裝置；用于將所述掃描值描繪為標(biāo)記至少一個(gè)表面截面的測(cè)量結(jié)果的預(yù)處理單元；用于存儲(chǔ)描繪在可預(yù)先給定的對(duì)象狀態(tài)的前提下可預(yù)先給定的測(cè)量結(jié)果的條件概率的概率對(duì)象模型的存儲(chǔ)單元；用于從當(dāng)前的標(biāo)記至少一個(gè)表面截面的測(cè)量結(jié)果中按照概率模型由可預(yù)先給定的對(duì)象狀態(tài)的概率和當(dāng)前的測(cè)量結(jié)果的概率確定對(duì)象狀態(tài)的估計(jì)的分析單元。
文檔編號(hào)B66C13/46GK202220052SQ20102070148
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者C·克利默維奇, M·菲格特, W·費(fèi)滕 申請(qǐng)人:西門子公司