CN101517433B - 用于对中空框架进行精确测量的全局坐标创建方法 - Google Patents

Abstract

一种创建多面中空框架的全局坐标的方法，所述方法包括如下步骤：第一步，在所述中空框架中的基准面上设置多个发送器，设置多个基准传感器，以创建所述基准面的所述坐标，并且基于由所述基准传感器测量的所述位置坐标来创建所述基准面的局部坐标框架；第二步，在与所述基准面相邻的第一垂直面的公共点处设置基准传感器，以测量和存储所述公共点的所述坐标；第三步，在与所述基准面相邻的所述第一垂直面上设置多个发送器和基准传感器，以创建所述第一垂直面的局部坐标框架；第四步，通过使用在所述第二步中测量的所述公共点的所述坐标，来将在所述第一和所述第三步中创建的所述局部坐标框架转换为全局坐标框架；第五步，对所述多面中空框架的剩余的垂直面重复进行所述第二步到所述第四步，以将各个所述局部坐标框架转换为统一的全局坐标框架；第六步，在与每个垂直面相邻的顶面上设置发送器，以通过使用所述公共点的所述坐标，来获得所述顶面的局部坐标框架与所述全局坐标框架之间的关系；以及第七步，通过使用在所述第六步中获得的所述关系来创建和应用全局坐标框架。

Description

用于对中空框架进行精确测量的全局坐标创建方法

技术领域

本发明涉及一种创建全局(global)坐标的方法，其为建造中空框架(hollow frame)创建三维坐标框架，并且更具体地，本发明涉及一种创建全局坐标框架的方法，其通过使用检测器来分析来自空间中的多个发送器的信号以创建一个三维坐标，从而为建造中空框架创建三维坐标框架。

背景技术

当建造用来运输诸如粮食、油品、气体之类的物品的货船(cargo)时，通常在多面的类似块状的三维中空框架中进行作业。当在中空框架中进行作业时，由于在中空框架中包括安装准确测量工具的空间所限，工人只能通过使用测量尺来进行人工测量。

因此，当在中空框架内部进行作业时，由于不准确地测量而导致误差的积累，并且因而需要进行多次的修正作业。为此，工作进度或生产效率会降低。

此外，在建造三维中空框架时，需要对中空框架的每个面进行诸如附着、焊接、磨削和喷涂之类的作业。为此，将大型结构安装在中空框架中，这导致了不能适当地发送来自室内GPS的信号。此外，需要在中空框架中的许多地方处重复安装和移除室内GPS，以测量中空框架的坐标。但在这样的情形下，由于产生了多个局部坐标框架，因此对所测量的坐标的数据进行管理存在困难。

此外，在三维中空框架中，当将多个面相互结合以形成空间时，要焊接的部分可能位于较高的地方。因此，在中空框架的内壁处暂时设置脚手架，以便工人登到脚手架上来进行焊接。但在这样的情形下，激光信号可能被脚手架屏蔽。因此，不能通过使用固定安装在一个地方的室内GPS来测量所有要被测量的地方。为此，必须将室内GPS移动到多个地方来进行测量，这导致了局部坐标框架的产生。结果，对测量数据进行集中管理存在困难。

发明内容

技术问题

本发明的一个目的是提供一种创建全局坐标框架的方法，其通过使用基准传感器来分析来自中空框架中的多个发送器的信号，并生成一个全局坐标，以为建造中空框架创建三维坐标框架，从而改善了测量精确度。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种创建多面中空框架的全局坐标框架的方法，所述方法包括如下步骤：第一步，在所述中空框架中的基准面上设置多个发送器，设置多个基准传感器，以创建所述基准面的所述坐标，并且基于由所述基准传感器测量的所述位置坐标来创建所述基准面的局部坐标框架；第二步，在与所述基准面相邻的第一垂直面的公共点处设置基准传感器，以测量和存储所述公共点的所述坐标；第三步，在与所述基准面相邻的所述第一垂直面上设置多个发送器和基准传感器，以创建所述第一垂直面的局部坐标框架；第四步，通过使用在所述第二步中测量的所述公共点的所述坐标，来将在所述第一和所述第三步中创建的所述局部坐标框架转换为全局坐标框架；第五步，对所述多面中空框架的剩余的垂直面重复进行所述第二步到所述第四步，以将各个所述局部坐标框架转换为统一的全局坐标框架；第六步，在与每个垂直面相邻的顶面上设置发送器，以通过使用所述公共点的所述坐标，来获得所述顶面的局部坐标框架与所述全局坐标框架之间的关系；以及第七步，通过使用在所述第六步中获得的所述关系来创建和应用全局坐标框架。

有益效果

根据本发明的一个方面，在三维空间中设置多个发送器，并且检测器分析来自发送器的信号以创建统一的坐标。因此，可以计算准确的位置和方位(posture)的关系，从而改善测量精确度。

附图说明

图1为示出了根据本发明实施例的在中空框架的底面上设置IGPS发送器以创建局部坐标的过程的图示；

图2为示出了根据本发明实施例的使用在垂直面上设置的IGPS发送器和基准传感器的全局坐标转换过程的图示；

图3为示出了根据本发明实施例的使用在相对的垂直面上设置的IGPS发送器和基准传感器的全局坐标转换过程的图示；

图4为示出了根据本发明示例性实施例的使用在相邻的垂直面上设置的IGPS发送器的全局坐标转换过程的图示；

图5为示出了根据本发明实施例的在空间中保持全局坐标的方法的图示；

图6为示出了根据本发明实施例的使用IGPS发送器来创建全局坐标的方法的流程图。

具体实施方式

下面将参考附图，详细描述本发明的实施例。

GPS(全球定位系统)涉及一种使用三个或更多的GPS卫星来确定接收器的位置的原理，并且将这种原理引用到室内，从而实现下面所描述的IGPS(室内GPS)。即，如果在空间中设置多个发送器并且在预定位置处设置接收器，则可以获得与预定位置相关的三维坐标值。其详细内容公开在美国专利No 6,501,543中，通过引用方式将该专利公开的内容包含在本文中。

根据本发明实施例的三维全局坐标系统包括多个IGPS，每个IGPS包括在三维中空框架中的如下各个面上设置的发送器和接收器：底面(A)、与底面(A)成直角的第一垂直面(e)、和与第一垂直面(e)相对的第二垂直面(f)或者与第一和第二垂直面(e和f)相邻的其他垂直面(未示出)、以及顶面(upper surface)；以及在底面(A)、垂直面、和顶面的公共点处设置的用以设置坐标基准的基准传感器110。基于这样的配置，可以获得各个面的相关局部坐标，并且将用于测量局部坐标的公共点的位置与局部坐标相匹配。这样，可以将各个面的局部坐标整合到单一的全局坐标中。

图1为示出了根据本发明实施例的设置IGPS的过程的图示，所述IGPS包括在三维中空框架的底面上的IGPS发送器和作为接收器的基准传感器，以创建局部坐标；

如图1所示，为了创建中空框架的三维坐标，必须提供基准坐标框架，以使用三维位置测量装置来测量三维空间中的对象的预定点的空间坐标。

首先，为了创建底面(A)的局部坐标框架，在底面(A)上设置多个IGPS发送器100，并且在底面(A)的四个边角(a、b、c和d)处设置多个基准传感器110。随后，创建底面(A)的局部坐标框架。

当对三维中空框架中的壁面进行作业时，为了壁面的局部坐标转换，在使用于底面(A)上设置的IGPS发送器100来创建底面的局部坐标之后，在与底面(A)相邻的壁面(例如壁面(e))上设置一个或多个基准传感器110，以测量该点的坐标。将壁面(e)上设置了基准传感器的该点用作公共点以获得全局坐标。

图2为示出了根据本发明实施例的使用在垂直面上设置的基准传感器和IGPS发送器的全局坐标转换过程的图示。

如图2所示，在三维空间中的垂直面(例如第一垂直面(e))上设置多个IGPS发送器100，并且在第一垂直面(e)的边角处设置基准传感器110，从而创建第一垂直面(e)的局部坐标。接下来，通过使用公共点的坐标来将底面(A)和第一垂直面(e)的局部坐标框架转换为单一统一的全局坐标框架。

更具体地，当对三维中空框架中的第一垂直面(e)进行作业时，为了转换为全局坐标，在第一垂直面(e)上设置多个IGPS发送器100，并且在第一垂直面(e)的边角处设置基准传感器110，来获得第一垂直面(e)的局部坐标。随后，通过使用公共点的坐标来将获得的局部坐标转换为单一统一的全局坐标框架。将转换得到的全局坐标存储在坐标存储单元(未示出)中。

图3为示出了根据本发明实施例的使用了在与第一垂直面(e)相对的第二垂直面(f)上设置的基准传感器110和IGPS发送器100的全局坐标框架转换过程的图示；

如图3所示，在第二垂直面(f)的一个或多个点上设置基准传感器110，以测量和存储这些点的坐标。将这些点的位置用作公共点的坐标。

接下来，当对第二垂直面(f)进行作业时，为了全局坐标转换，在第二垂直面(f)上设置多个IGPS发送器100，并且在第二垂直面(f)的边角处设置基准传感器110，来创建第二垂直面(f)的局部坐标。接下来，如上面所述，通过使用在第二垂直面(f)上设置的基准传感器的公共点的坐标来将局部坐标转换为单一统一的全局坐标。接着，将转换的全局坐标存储在坐标存储单元中。

图4为示出了根据本发明实施例的使用在与垂直面相邻的顶面上设置的IGPS发送器的全局坐标框架转换过程的图示。

如图4所示，在与垂直面相邻的面，即顶面上设置多个IGPS发送器100。随后，通过使用之前设置的基准传感器的公共点的坐标来获得全局坐标框架与各个局部坐标框架之间的关系。接着，将各个局部坐标框架转换为全局坐标框架。

当对三维中空框架中的与垂直面相邻的面，即顶面进行作业时，在与垂直面相邻的面上设置IGPS发送器这样的配置是将局部坐标框架转换为全局坐标框架。具体地，在与垂直面相邻的面上设置IGPS发送器100，并且将公共基准传感器的全局坐标存储在坐标存储单元中。

图5为示出了根据本发明实施例的在三维中空框架中保持全局坐标框架的方法的图示；如图5所示，当建立了垂直面的全局坐标框架时，测量并且标记多个公共点120，例如三个或更多个公共点120，并且存储所测量的公共点120的坐标。

当在三维中空框架中进行作业时，在中空框架的作业区域中设置IGPS发送器100。

在设置了IGPS发送器100之后，通过使用之前测量的点120来获得局部坐标框架与全局坐标框架之间的关系。

与此相关，在位于底面处的全局坐标框架与位于垂直面处的坐标框架之间的转换方法如下：

-坐标框架转换方法

在底面处的全局坐标框架：{G}

三个或更多个基准传感器的坐标框架：{R}

↓_R ^GT

在垂直面处的坐标框架：{H}

↓_R ^HT

-＞在{H}与{G}之间的坐标框架转换

$T_H^G=T_R^G{\left(T_R^H\right)}^{-1}.$

图6为示出了根据本发明实施例的使用IGPS发送器来设置全局坐标框架的方法的流程图。

如图6所示，创建三维坐标的对象坐标系统应该通过使用三维位置测量装置来测量对象的预定点的空间坐标。

首先，在中空框架中的基准面(例如底面(A))上设置多个IGPS，每个IGPS包括多个发送器和接收器。通过使用由IGPS的基准传感器110所测量的位置坐标，来创建底面的局部坐标框架(步骤S10)。

接下来，在创建了底面(A)的局部坐标框架之后，在与底面(A)相邻的面(例如第一垂直面(e))的公共点处设置基准传感器110，从而测量和存储公共点的位置坐标(步骤S20)。

接下来，在与底面(A)相邻的第一垂直面(e)上设置多个IGPS，从而创建第一垂直面e的局部坐标框架(步骤S30)。

接下来，通过使用在步骤S20中存储的公共点的位置坐标来将在步骤S30中创建的局部坐标框架与在S10中创建的局部坐标框架合并，并且随后转换为单一的全局坐标框架(步骤S40)。

接下来，对剩余的垂直面重复进行步骤S20到S40，以将每个局部坐标框架都转换为单一统一的全局坐标框架(步骤S50)。

接下来，当测量了与每个垂直面相邻的顶面时，在设置了IGPS之后，通过使用之前在相应的垂直面处设置的公共点的坐标来获得全局坐标框架与局部坐标框架之间的关系(步骤S60)。

接下来，将在上述步骤中获得的关系应用到创建和应用全局坐标框架上(步骤S70)。

如果在三维中空框架中设置了额外的结构，则也许不能一次就测量其上所有顶点的位置。在这样的情形下，通过上述的将全局坐标框架计算为统一的坐标并且获得该位置的方法，来测量顶点的位置。随后，可以集中地管理三维中空框架中的坐标。

尽管通过附图结合实施例描述了本发明，但应当注意的是本实施例不是限制性的，而是示例性的。对于本领域技术人员显而易见的是，在不偏离本发明范围和精神的前提下，可以对本发明进行各种各样的修改和变更。

Claims (4)

1.一种创建多面中空框架的全局坐标的方法，所述方法包括如下步骤：

第一步，在所述中空框架中的基准面上设置多个发送器，设置多个基准传感器以创建所述基准面的坐标，并且基于由所述基准传感器测量的位置坐标来创建所述基准面的局部坐标框架；

第二步，在与所述基准面相邻的第一垂直面的公共点处设置基准传感器，以测量和存储所述公共点的坐标；

第三步，在与所述基准面相邻的所述第一垂直面上设置多个发送器和基准传感器，以创建所述第一垂直面的局部坐标框架；

第四步，通过使用在所述第二步中测量的所述公共点的所述坐标，来将在所述第一步和所述第三步中创建的所述局部坐标框架转换为全局坐标框架；

第五步，对所述多面中空框架的剩余的垂直面重复进行所述第二步到所述第四步，以将各个局部坐标框架转换为统一的全局坐标框架；

第六步，在与每个垂直面相邻的顶面上设置发送器，以通过使用所述公共点的所述坐标，来获得所述顶面的局部坐标框架与所述全局坐标框架之间的关系；以及

第七步，通过使用在所述第六步中获得的所述关系来创建和应用全局坐标框架。

2.如权利要求1所述的方法，其中，当在所述中空框架中的垂直面上设置IGPS时，在具有三个或更多个标记的点的所述公共点处设置所述基准传感器。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述公共点为当测量各个局部坐标时从所述基准面上的多个发送器接收信号处的点，所述公共点位于与基准面相邻的面上，所述基准面与预定的局部坐标相对应。

4.如权利要求1所述的方法，其中，当在所述基准面处的全局坐标框架为{G}时；

三个或更多个基准传感器的坐标框架为{R}：

在垂直面处的坐标框架为{H}：

将{R}与{G}之间的坐标框架转换表示为

将{R}与{H}之间的坐标框架转换表示为

将{H}与{G}之间的坐标框架转换表示为：

$T_H^G=T_R^G{\left(T_R^H\right)}^{-1}.$

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