專利名稱：確定三維對象的位置和方位的位置檢測系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于確定三維對象的位置和方位的位置檢測系統。
背景技術：
用于確定三維對象的位置和方位的方法尤其是用在集裝箱吊車設備中以精確引導牽引車。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，由此負載能夠通過集裝箱吊車安全地放到牽引車的掛車上或從那里被提起。對牽引車的引導甚至還經常由監督人員手動進行。這不僅常常不精確，并且對于監督人員、吊車駕駛員和牽引車引導員來說絕對極其危險。目前市場上只存在非常少的用于將牽引車引入集裝箱吊車設備中的自動化解決方案。在EP 1337454A1中公知一種用于將載重汽車相對于吊車對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是，用于正確位置檢測所需的對于各個載重汽車車輛類型的說明必須通過吊車引導員手動輸入。這是耗時的，并且容易產生錯誤。此外，用于推導出載重汽車位置的棱邊探測也是不可靠的，因為激光掃描器僅發射有限數量的離散測量光束，從而棱邊可能落入測量光束之間的空隙中。另外，從EP1337454A1中公知的方法做出了關于待檢測載重汽車的方位的十分強烈的隱含假設。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。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在于，提供一種用于確定三維對象的位置和方位的位置檢測系統。一種用于確定三維對象的位置和方位的位置檢測系統，該三維對象尤其是集裝箱吊車設備中的牽引車，該位置檢測系統具有-用于掃描對象的至少一個表面截面和用于將在表面截面上通過其坐標所標記的大量的點確定為掃描值的掃描裝置，-用于將所述掃描值描繪為標記至少一個表面截面的測量結果的預處理單元，-用于存儲描繪在可預先給定的對象狀態的前提下可預先給定的測量結果的條件概率的概率對象模型的存儲單元，-用于從當前的標記至少一個表面截面的測量結果中按照概率模型由可預先給定的對象狀態的概率和當前的測量結果的概率確定對象狀態的估計的分析單元。根據本實用新型，為了確定三維對象的位置和方位，借助于掃描裝置掃描對象的至少一個表面截面，并且將在表面截面上通過其坐標所標記的大量點確定為掃描值。這些掃描值被描繪為標記至少一個表面截面的測量結果。概率對象模型在可預先給定的對象狀態前提下描繪可預先給定的測量結果的條件概率。在此，對象狀態的特征至少在于對象類型、對象位置和對象方位。從當前的標記至少一個表面截面的測量結果中，根據概率對象模型，由可預先給定的對象狀態的概率和當前的測量結果的概率確定對象狀態的估計。從所確定的對象狀態估計中能夠至少導出所掃描對象的對象類型、對象位置和對象方位。通過基于概率對象模型使用表面截面而不是棱邊作為所檢測對象類型的標記屬性，根據本實用新型對于可靠的位置確定，在待檢測對象處不需要清楚可探測的棱邊。此夕卜，通過估計對象狀態自動確定對象類型，使得耗時和容易產生錯誤的使用者輸入不再是必要的。此外，由于在估計對象狀態的范圍內自動確定對象方位，所以避免了由于對于位置探測所涉及的錯誤的和剛性的前提條件所引起的不精確。
下面借助實施例進一步闡述本實用新型。圖1示出用于確定三維對象的位置和方位的位置檢測系統的示意圖，圖2示出用于確定三維對象的位置和方位的方法的流程圖，圖3示出具有根據概率對象模型所預期實驗結果的牽引車的示意圖，圖4示出具有根據概率對象模型的非預期實驗結果的牽引車的示意圖。
具體實施方式
在圖1中示意性示出的用于確定三維對象的位置和方位的位置檢測系統在本實施例中安裝在集裝箱吊車設備中，并且包括控制計算機101和安裝在吊車102處的激光掃描器121。吊車102借助于通過吊車支架122引導的移動機構123可在集裝箱吊車設備的轉運區域內行駛，并且具有用于集裝箱負載的升降機構124。借助于作為掃描裝置的激光掃描器121可以將駛入轉運區域的具有用于待運輸集裝箱133的掛車132的牽引車103作為待檢測對象來進行三維掃描。在掃描牽引車103 時，通過激光掃描器121例如將牽引車103的頂面131檢測為表面截面。在此，大量在頂面 131上通過其坐標標記的點被確定為掃描值。此外，掛車132或者掛車132上的集裝箱133 的上側也可以被檢測為特征性的表面截面。控制計算機101包括處理器111、工作存儲器112以及硬盤113，并且該控制計算機101通過輸入/輸出接口與激光掃描器121連接。在硬盤113上存儲有用于對激光掃描器121的掃描值進行預處理的程序代碼114和用于確定牽引車103的對象狀態Q的估計的程序代碼115。程序代碼114，115可載入到控制計算機的工作存儲器112中，并且所述程序代碼114，115被在圖1中示出的位置檢測系統的預處理單元或分析單元在通過處理器111 進行處理時來實施。例如通過計算過程在控制計算機101中所實施的預處理單元用于將激光掃描器 121的掃描值描繪為至少一個標記表面截面的測量結果M。對應于替代的實施方式，預處理單元也可以集成到包括激光掃描器121的測量系統中。此外，為控制計算機101分配數據庫116作為用于存儲概率對象模型的存儲單元。 概率對象模型描繪在可預先給定的對象狀態Q前提下的可預先給定的測量結果M的條件概率P(MlQ)。測量結果M例如可以是特定空間點被識別為被占據，或者特定幾何形狀被識別為在空間中存在，或者特定空間部分被識別為是空著的。對象狀態Q的特征至少在于對象類型、對象位置和對象方位。根據概率對象模型可以確定，當牽引車103作為已檢測對象具有可預先給定的包括對象類型、對象位置和對象方位的對象狀態Q時，存在哪種使得產生特定測量結果M的概率P (MIQ)。通過例如由計算過程在控制計算機101中所實施的分析單元，從當前的標記至少一個表面截面的測量結果M中確定出對象狀態Q的估計。在此，根據概率對象模型、根據可預先給定的對象狀態Q的概率P (Q)以及根據當前測量結果M的概率P (M)進行對象狀態 Q的估計P (M|Q)。除了對象類型、對象位置和對象方位之外，對象狀態Q在優選的實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。相應于在圖2中示出的流程圖，步驟201相應地首先從數據庫116中載入或下載概率對象模型。一旦牽引車103駛入集裝箱吊車設備的可預先給定的車道，就借助于安裝在吊車處的激光掃描器121對更該牽引車進行掃描。相應地，步驟202為此持續地監視，牽引車103——例如載重汽車(LKW)——是否駛入該車道。如果情況如此，則接下來確定大量可能的對象狀態Q。此外，可能的對象狀態Q的概率通過初始值預給定來進行初始化(步驟 203)。然后，對牽引車進行掃描(步驟204)。此后，通過預處理單元對掃描值進行預處理 (步驟20 。然后對于每個可能的對象狀態Q，相應于步驟206，對其概率P(Q)進行更新。此外，當前的測量結果P (M)按照步驟207根據對于在可能的對象狀態Q的前提下可預先給定的測量結果M的條件概率P (M|Q)和對于可能的對象狀態Q的概率P (Q)所計算的總概率根據如下方程來確定P(M) = f P(M|Q) · P(Q)dQ。然后從當前的測量結果M中-根據概率對象模型，-根據可能的對象狀態Q的概率P(Q)，和-根據當前的測量結果M的概率P(M)[0030]根據如下方程來確定對象狀態Q的估計 _
O在此，條件概率P (M|Q)從概率對象模型中得出。對應于步驟208，從所確定的對象狀態Q的估計中，導出牽引車103的對象類型、 對象位置和對象方位，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。基于這種位置測量或距離測量，為牽引車103生成用于裝載位置或卸載位置的到達的跟蹤信號。該跟蹤信號在本實施例中在轉運區域中的交通燈104處以光學方式用信號來通知。附加地還可以生成聲學上的跟蹤信號。對應于步驟209，檢查利用牽引車103的裝載過程或卸載過程是否已經結束。如果裝載過程或卸載過程尚未結束，則再次重復地運行步驟204至208。原則上可以利用圖2 中所示出的方法來同時處理多個牽引車。為確定對象狀態Q的估計，根據連續確定的測量結果M更新對可能的對象狀態Q 的概率P(Q)的評估。在此，例如也可以基于抽樣地更新評估。當掃描值301——如在圖3 中示出的那樣——落到對應于概率對象模型所預期的區域302中時，則對可能的對象狀態Q的概率P(Q)的評估例如得以提高。如果掃描值401——如在圖4中示出的那樣——相反地落到對應于概率對象模型所預期的自由區域402中，則對可能的對象狀態Q的概率HQ) 的評估明顯減小。作為對象狀態Q的初始概率分布可以規定例如均勻分布或者從過去的情況中根據經驗確定的頻率分布。此外，在可預先給定的掃描時刻t = Tn對可能的對象狀態Q的概率P (Q)的評估優選根據牽引車103的運動模型從在前一掃描時刻t = Tn-I < Tn對對象狀態Q的概率P (Q) 的評估中，根據下述函數關系確定P(Q(t = Tn)) = f (P(Q(t = Tlri)))。在應用運動模型情況下對可能的對象狀態Q的概率P(Q)的評估也可以與上述基于抽樣的評估相結合。從高評估的抽樣元素中可以根據運動模型生成多個后續值 (Nachfolger)。從中等評估的抽樣元素中可以生成一個后續值。低評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。當抽樣量被先驗地限定到可能的狀態空間的子集上時，則可以得出一種簡化形式。在集裝箱吊車設備的應用區域中，例如可以將可能的狀態空間限制到常規的行駛車道和區域，在所述行駛車道和區域中車輛進入到傳感器系統的檢測區域中。當概率對象模型和對象狀態的概率分布都被建模為高斯混合模型時，得出另一簡化形式。當每個對象等級中的對象狀態被建模為為單一模型并且尤其是可以通過正態分布來表示時，則得出另一種簡化形式。在這種情況下，可以使用由用于連續參數的卡爾曼濾波器和用于分級變量的貝葉斯分類器組成的組合。本實用新型的應用不限于所描述的實施例。
權利要求1.一種用于確定三維對象的位置和方位的位置檢測系統，該位置檢測系統具有-用于掃描對象的至少一個表面截面和用于將在表面截面上通過其坐標所標記的大量的點確定為掃描值的掃描裝置，-用于將所述掃描值描繪為標記至少一個表面截面的測量結果的預處理單元，-用于存儲描繪在可預先給定的對象狀態的前提下可預先給定的測量結果的條件概率的概率對象模型的存儲單元，-用于從當前的標記至少一個表面截面的測量結果中按照概率模型由可預先給定的對象狀態的概率和當前的測量結果的概率確定對象狀態的估計的分析單元。
2.根據權利要求1的位置檢測系統，其中所述三維對象是集裝箱吊車設備中的牽引車。
3.根據權利要求1或2的位置檢測系統，其中所掃描的對象包括集裝箱吊車設備中的牽引車，并且其中所述對象狀態附加地包括牽引車與掛車之間的角度以及掛車上的負載的位置。
4.根據權利要求1的位置檢測系統，其中所述位置檢測系統包括安裝在集裝箱吊車處的傳感器，該傳感器被設置為掃描牽引車，并且被設置為使得一旦牽引車駛入集裝箱吊車設備的可預先給定的車道就通過傳感器來掃描該牽引車并且基于對牽引車的位置測量和距離測量生成用于裝載位置和/或卸載位置的到達的跟蹤信號。
專利摘要本實用新型涉及一種用于確定三維對象的位置和方位的位置檢測系統，該三維對象尤其是集裝箱吊車設備中的牽引車，該位置檢測系統具有用于掃描對象的至少一個表面截面和用于將在表面截面上通過其坐標所標記的大量的點確定為掃描值的掃描裝置；用于將所述掃描值描繪為標記至少一個表面截面的測量結果的預處理單元；用于存儲描繪在可預先給定的對象狀態的前提下可預先給定的測量結果的條件概率的概率對象模型的存儲單元；用于從當前的標記至少一個表面截面的測量結果中按照概率模型由可預先給定的對象狀態的概率和當前的測量結果的概率確定對象狀態的估計的分析單元。
文檔編號B66C13/46GK202220052SQ20102070148
公開日2012年5月16日 申請日期2010年11月30日 優先權日2009年11月30日
發明者C·克利默維奇, M·菲格特, W·費滕 申請人:西門子公司