定位系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明總體上設及一種用于移動機器的定位系統。所述定位系統尤其設及在地下 環境中的移動機器的高精度位置確定。
【背景技術】
[0002] 機器，例如諸如拖運卡車、鉆頭、裝載機、輸送帶W及其它形式的重型設備，通常被 用于地下采礦應用中W執行各種任務。不同于地上的采礦應用，地下采礦現場不能接入GPS (全球定位系統)信號，然而期望了解機器的現場位置，例如，相對于現場地理的位置。
[0003] 在一些地下采礦應用中，激光雷達(光檢測和測距;也被稱為光雷達)定位系統可 用于跟蹤機器相對于工作場地的位置。激光雷達系統掃描機器附件的周圍環境的各個部 分。每次激光雷達掃描捕獲表示工作場地的被掃描部分的形狀的數據。然后，將所捕獲的數 據與工作場地的已知地圖的參考數據進行比較，并且定位系統根據與所捕獲數據相關的參 考數據來推斷機器的位置。定位系統能夠通過隨后捕獲另一次激光雷達掃描，并且同樣地 將所捕獲的數據和形成地圖的參考數據進行比較，來跟蹤機器的移動。
[0004] 然而，在一些應用中，激光雷達系統可能難W僅僅根據將形成地圖的參考數據與 所捕獲的數據進行相關來確定機器的位置。例如，所捕獲的數據可能表示的形狀對于特定 位置而言不是唯一的。此外，將所捕獲的數據和地圖進行比較可能計算強度大，導致處理系 統在尋找匹配的參考數據時變得很慢。更進一步的，在工作場地處的物體可能沒有恒久不 變的位置或者具有新增加的位置。當激光雷達系統試圖去將工作場地環境中的形狀與已有 的地圖相匹配時，如果運些形狀不包括在已有的地圖中，運種物體可能為激光雷達系統導 致復雜情況。運可能導致激光雷達系統失去對機器的位置的跟蹤，需要通過機器上的操作 者的人工干預，操作者必須識別機器的位置并且補種(re-seed)定位系統。
[0005] 本發明的定位系統旨在克服或至少改進上面提到的一個或多個問題。
【發明內容】
[0006] 在一方面中，本發明設及一種用于在工作場地內確定機器的位置的方法。所述方 法包括:通過位于工作場地中所述位置的所述機器上的激光雷達單元確定與激光雷達勘測 相關聯的輸入數據。所述輸入數據與所述激光雷達單元和所述工作場地中的相應光反射點 之間的距離相關聯。將所述輸入數據與由一個或多個參考數據組成的第一比較數據進行比 較。所述第一比較數據的所述一個或多個參考數據的每一個均指示在位于所述工作場地中 的固定位置的地標處從對應的已知參考位置捕獲的激光雷達勘測。在所述比較滿足預定條 件的情況下，基于與所述輸入數據相對應的參考數據確定所述機器的第一位置。
[0007] 在另一方面中，本發明設及一種用于在工作場地中確定機器的位置的系統。所述 系統包括:激光雷達單元，其配置成執行激光雷達勘測。所述系統還包括:控制器，其與所述 激光雷達單元通信。所述控制器配置為:通過位于工作場地中所述位置的所述機器上的所 述激光雷達單元確定與激光雷達勘測相關聯的輸入數據。所述輸入數據與所述激光雷達單 元和所述工作場地中的相應光反射點之間的距離相關聯。所述控制器將所述輸入數據與由 一個或多個參考數據組成的第一比較數據進行比較。所述第一比較數據的所述一個或多個 參考數據的每一個均指示在位于所述工作場地中的固定位置的地標處從對應的已知參考 位置捕獲的激光雷達勘測。在所述比較滿足預定條件的情況下，所述控制器基于與所述輸 入數據相對應的參考數據確定所述機器的第一位置。
[0008] 如本文中所使用的，術語"包括"（及其語法變體)被包含性地使用，并且不排除附 加的特征、元件或步驟的存在。
【附圖說明】
[0009] 本發明的實施例的各個方面和特征將參照W下附圖進行描述，用于說明的目的， 并且僅通過非限定性實例的方式提供附圖。
[0010] 圖1為示例性公開的機器的示意圖；
[0011] 圖2為可與圖1的機器一同使用的示例性定位系統的示意圖；
[0012] 圖3為可被圖2的定位系統使用W確定機器的位置的數據的概念性表示；
[0013] 圖4為圖2的定位系統可在其中操作的工作場地的示意圖；
[0014] 圖5為描述示例性公開的定位方法的流程圖；
[0015] 圖6為描述用于圖5的定位方法的執行部分的示例性相關性算法的流程圖。
【具體實施方式】
[0016] 圖1示出具有示例性公開的定位系統的機器10。機器10實施為一種移動機器，其配 置為執行與工業(諸如，礦業、建筑、農業、運輸或本領域已知的任何其它工業)相關聯的一 項或多項操作。例如，機器10可W是一種移動負載機器，諸如，拖運卡車、裝載機、挖掘機、輪 式拖拉機、伊±機或任何其它類似的機器。機器10可W在地上或地下使用。例如，圖1更具體 地示出地下裝運卸（1 oad-hau ^dump K LHD)裝載機，其可W用來進入礦區的裝載點（例如， 來自放礦點），將負載從裝載點拖運走，并將負載卸放在傾卸點（例如，在放礦溜井）。機器10 可被手動控制、半自主控制或完全自主控制。機器10還可W包括推進機器10的一個或多個 牽引裝置14、檢測機器10的各種移動的移動傳感器15、電源16W及控制器18,等等。控制器 18可W與移動傳感器15、電源16和/或驅動牽引裝置14通信，并且可W配置為響應于各種輸 入(例如，來自操作員輸入裝置和/或移動傳感器15的輸入)而調整電源16的操作，從而W所 需方式驅動牽引裝置14并推進機器10。控制器18也可W接收來自移動傳感器15的信息，所 述信息例如指示機器10的速度、加速度和/或轉動速率，并且控制器18可W配置為基于運樣 的信息來計算各種移動，例如機器10越過的距離和方向。
[0017] 控制器18包括處理器，并且存儲器系統19由存儲器模塊和/或存儲模塊組成。可選 地，一個或多個處理器、存儲器模塊、和/或存儲模塊可W被一同包括在單個設備中。可替代 地，可W分開設置一個或多個處理器、存儲器模塊和/或存儲模塊。所述處理器可W包括一 種或多種已知的處理裝置，諸如微處理器。所述存儲器模塊可W包括一種或多種裝置，諸如 隨機存取存儲器(RAM),其配置為對控制器18動態使用的信息進行存儲，W執行與機器10的 各種操作有關的功能。所述存儲模塊可W包括本領域已知的任何類型的存儲裝置或計算機 可讀介質。例如，所述存儲模塊可W包括磁存儲裝置、半導體存儲裝置、磁帶存儲裝置、光存 儲裝置、可移除式存儲裝置、固定式存儲裝置、易失性存儲裝置和/或非易失性存儲裝置。所 述存儲模塊可W存儲與確定機器10在工作場地20中的位置相關聯的程序、算法、地圖、查找 表和/或其它信息。存儲模塊和存儲器模塊的功能均可W由單個存儲器/存儲裝置來執行。
[0018] 在各種示例性的實施例中，利用控制器18來確定機器10的位置，W下將對其更詳 細地進行描述。
[0019] 圖2示出在工作場地20處執行任務的機器10。工作場地20可W是具有機器10可越 過的道路22的任何工作場地，但是示例性實施例尤其適合于不具有接入GPS導航系統的途 徑的工作場地。對于本文所示的示例性實施例，工作場地20為地下礦點，其不具有接入GPS 導航系統的途徑。道路22W側壁24(諸如地下隧道的壁)為邊界并且具有頂，諸如設置在道 路22上方的隧道頂(未示出）。在一些應用中，還可W存在除側壁24之外的物體，諸如其它機 器、筒、桿、地理特征，W及相對于道路和/或上述額外物體而設置在工作場地20的各種位置 上的其它類似障礙物。在各種情形下，可能期望確定機器10在工作場地20中的位置信息。機 器10可W使用位置信息來對工作場地20進行導航。可替代地，位置信息可W用于監測機器 10和其它機器在工作場地20如何高效地執行各種任務并收集與之有關的數據。
[0020] 在示例性實施例中，機器10在工作場地20中的位置通過使用定位系統30來確定。 如圖2所示，定位系統30包括控制器18W及光傳感裝置等，該光傳感裝置在本示例中為激光 雷達單元32。激光雷達單元32被用來使用光信號掃描機器10周圍的物體，諸如與工作場地 20相關聯的道路22、側壁24、地下隧道的頂和/或其它物體。激光雷達單元32可W位于機器 10的框架和/或本體上，諸如位于機器10的前面、后面、側面、頂部和/或其它地方。在圖2的 示例中，機器10上設置有多個激光雷達單元32。每個激光雷達單元32位于機器10上的唯一 位置，具體地，前面W及各個側面。激光雷達單元32包括一個或多個光源（即，紅外線、可見 光或紫外光)和/或一個或多個光檢測器，W通過獲取與工作場地20相關聯的道路、側壁24、 所述頂和/或任何其它物體的有關信息來勘測周圍環境。
[0021] 光源是發射光的激光器，所發射的光反射離開例如側壁24的表面和/或激光雷達 單元32的視場內的工作場地20中的物體的其它表面。光可W由單個激光器發射，所述激光 器是由旋轉鏡反射W掃描視場中的工作場地的部分。可替代