CN102043157B - 用于估计对象的位置的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于通过与放置在任意地点处的对象上安装的信号装置的通信来估计对象的位置的设备包括：距离计算单元，用于计算该对象位置估计设备和该对象之间的分离距离；图像获取单元，用于当该距离计算单元接收到信号时，获取该对象的图像；位置测量单元，用于当该距离计算单元接收到该信号时，测量该对象位置估计设备的移动方向角和位置；同步单元，用于执行对于该信号、该图像、以及该对象位置估计设备的移动方向角和位置的标记，以指明它们被同时记入日志；和位置确定单元，用于基于该分离距离、所标记的图像、以及所标记的移动方向角和位置，来确定所估计的该对象的位置。

Description

用于估计对象的位置的设备和方法
本发明要求2009年10月15日提交的韩国专利申请第10-2009-0098302号的优先权，通过引用将其合并于此。 
技术领域
本发明涉及对象的位置的估计，并更具体地，涉及用于估计放置在货柜场(container yard)中的对象的位置的设备和方法。 
背景技术
如本领域公知的，在其中制造例如船舶的大规模结构的工业场地，按照以下这样的方式制造大规模结构，即将其划分为块，单独制造所划分的块，并整体装配所制造的块。 
用于大规模结构的单独块被称为装配块。这些装配块在装配之前被放置在例如货柜场的广阔空间中，并由此存在对于有效装配的需求，以标识和管理这些装配块位于的位置。 
用于标识装配块的位置的传统技术如下。 
第一，存在由操作者手动管理装配块的位置的技术。为此，在货柜场上绘制例如停车线的线，并然后向这些线分配批号(lot numbers)。 
第二，存在在其上携带装配块的运输装置上安装GPS接收机并自动匹配GPS接收机和批号的技术。 
第三，存在使用GPS定位方法来精确测量装配块的围绕物的位置、并在装配块上放置激光光波仪器以便测量例如装配块的角的特征点的相对定位技术。 
然而，前述估计装配块的位置的传统技术具有以下问题。 
第一技术具有位置估计和管理的效率取决于操作者的熟练程度而改变的问题，并在装配块的多样性和空间效率方面是不利的。 
第二技术具有以下问题：GPS信号可由装配块中断，以及虽然能够检测 运输装置的位置但是不能准确检测其上放置的装配块的位置。 
第三技术具有由于测量装配块的特征点的困难导致的位置估计和管理效率低的问题。 
发明内容
考虑到以上，本发明提供了一种用于估计对象位置的设备和方法，其能够基于该设备的移动方向角和位置以及该设备和位于货柜场中的对象之间的分离距离，来估计该对象的位置。 
根据本发明的第一方面，提供了一种用于通过与放置在任意地点处的对象上安装的信号装置的通信来估计对象位置的设备，该设备包括： 
距离计算单元，用于通过与该信号装置的通信来计算该对象位置估计设备和该对象之间的分离距离； 
图像获取单元，用于当该距离计算单元通过与该信号装置的通信接收到信号时，获取该对象的图像； 
位置测量单元，用于当该距离计算单元通过与该信号装置的通信接收到该信号时，测量该对象位置估计设备的移动方向角和位置； 
同步单元，用于当该距离计算单元接收到该信号时，执行对于该距离计算单元所接收的信号、该图像获取单元所获取的图像、以及该位置测量单元所测量的移动方向角和位置的标记，以指明它们被同时记入日志(logged)；和 
位置确定单元，用于基于由该距离计算单元计算的分离距离、由该同步单元标记的图像、以及由该同步单元标记的移动方向角和位置，来确定所估计的该对象的位置。 
根据本发明的第二方面，提供了一种用于通过与放置在任意地点处的对象上安装的信号装置的通信使用对象位置估计设备来估计对象的位置的方法，该方法包括： 
在该对象位置估计设备中包括的距离计算单元中，通过与该信号装置的通信来计算该对象位置估计设备和该对象之间的分离距离； 
当该距离计算单元通过与该信号装置的通信接收到信号时，获取该对象的图像并测量该对象位置估计设备的移动方向角和位置； 
对于通过与该信号装置的通信所接收的信号、所获取的对象的图像、以 及所测量的该对象位置估计设备的移动方向角和位置执行标记，以指明它们被同时记入日志；和 
基于所计算的分离距离、所标记的该对象的图像、以及所标记的该对象位置估计设备的移动方向角和位置，来确定所估计的该对象的位置。 
附图说明
通过结合附图给出的对于实施例的以下描述，本发明的以上特征将变得清楚，其中： 
图1示出了用于通过使用根据本发明实施例的对象位置估计设备来估计装配块的位置的系统的框图； 
图2图示了构成根据本发明实施例的该对象位置估计设备的位置确定单元的详细框图；和 
图3提供了图示了根据本发明实施例的该对象位置估计设备估计装配块的位置的处理的流程图。 
具体实施方式
其后，将参考附图来详细描述本发明的实施例。 
图1示出了用于通过使用根据本发明实施例的对象位置估计设备来估计装配块的位置的系统的框图。该对象位置估计设备可通过与在任意位置处放置的对象上安装的信号装置的通信，来估计该对象的位置。 
参考图1，根据本发明实施例的对象位置估计设备200包括距离计算单元210、图像获取单元220、位置测量单元230、同步单元240、和位置确定单元250。 
用于使用对象位置估计设备200来估计装配块的位置的系统包括具有在装配块1上安装的多个收发器110和120的信号装置100、和在其上携带有该对象位置估计设备200的移动体3。 
信号装置100的这两个收发机110和120被分别安装在装配块1的具有最大宽度的部分的两侧。收发机110和120中的每一个发送代表沿着与从装配块1的最宽部分延伸的垂直线正交的方向(例如，向前方向)的强信号特性的方向信号。这些收发机110和120可用具有定向天线的定向超宽带收发机来实现。 
距离计算单元210通过与信号装置100的收发机110和120的通信来计算装配块1和移动体3之间的分离距离。该距离计算单元210可被安装为与移动体3的前进方向正交，使得使能与信号装置100的平滑通信，并可例如用具有全向天线的超宽带接收机来实现。该距离计算单元210是用于计算装配块1和移动体3之间(即，装配块1和对象位置估计设备200之间)的分离距离的距离计算部件的一个示例。 
信号装置100和距离计算单元210可被看作超宽带定位系统。 
当距离计算单元210接收到该信号装置100发送的信号时，图像获取单元220响应于同步单元240的命令而拍摄并获取装配块1的图像。图像获取单元220可以例如用电荷耦合器件(CCD)相机实现，并可安装为与移动体3的前进方向正交，以便使得装配块1的拍摄平滑。 
当距离计算单元210接收到该信号装置100发送的信号时，位置测量单元230测量移动体3的移动方向角信息和位置信息。位置测量单元230可以被实现为例如集成了实时运动学(kinematics)和推算定位(dead-reckoning)的定位系统。 
实时运动学涉及在其位置座标已知的已知点和其位置座标将被确定的未知点分别安装GPS接收机，并安装能够在GPS接收机之间交换数据的数据收发机。实时运动学处理这两个GPS接收机接收的无线电波，以计算未知点的位置座标。为此，将移动体3的移动范围中的特定位置选择为已知点，并然后安装GPS接收机和数据收发机。 
推算定位涉及通过使用其自己的速度传感器和方位角传感器检测移动距离和方位角来估计当前位置。速度传感器可以是例如轮速传感器、速度传感器(多普勒雷达传感器或空间滤波器传感器)、加速度传感器等。方位角传感器可以是绝对方位角类型的磁传感器或速度检测类型的振动陀螺仪传感器。 
当距离计算单元210接收到该信号装置100发送的信号时，同步单元240命令该图像获取单元220拍摄装配块1。此外，同步单元240执行对于该距离计算单元210所接收的信号、该图像获取单元220所获取的图像、以及该位置测量单元230的移动方向角信息和位置信息的标记，以指明它们被同时记入日志(即在与距离计算单元210接收到该信号装置100发送的信号相同的时间点处记入日志)。这时，同步单元240可执行相对于位置确定单元250的参考时间的标记。 
位置确定单元250基于由该距离计算单元210计算的装配块1和移动体3之间的分离距离、由该图像获取单元220获取并由该同步单元240标记的图像、以及由该位置测量单元230测量并由该同步单元240标记的移动方向角信息和位置信息，来估计装配块1的位置。 
图2图示了图1中示出的该对象位置估计设备200中包括的位置确定单元250的详细框图。 
参考图2，位置确定单元250包括方向估计器251、第一位置估计器253、第二位置估计器255、和位置验证器257。 
当移动体3的移动速度满足预定速度条件(例如，15km/h或更大)时，方向估计器251基于航向(heading)信息(即，从位置测量单元230提供的移动体3的移动方向角信息)来估计距离计算单元210的方向。这里，通过考虑相对于移动体3的前进方向的距离计算单元210的安装角，来估计距离计算单元210的方向。 
第一位置估计器253基于从位置测量单元230提供的移动体3的位置信息来估计距离计算单元210的位置。这里，位置测量单元230和距离计算单元210中包括的GPS接收机具有不同的放置角，并由此通过执行从位置测量单元230提供的位置信息的杠杆臂(lever-arm)校正，而计算该距离计算单元210的位置。 
由于当移动体3和装配块1彼此正交时、该距离计算单元210接收到该信号装置100发送的信号，所以第二位置估计器255基于该方向估计器251所估计的该距离计算单元210的方向、该第一位置估计器253所估计的该距离计算单元210的位置、和该距离计算单元210所计算的分离距离，来估计装配块的位置。 
位置验证器257确定该第二位置估计器255所计算的位置是否对应于装配块1的预定位置(即，装配块1在用于装配块的设计图中的位置)。基于该图像获取单元220所获取的图像来进行该确定。 
图3提供了用于解释根据本发明实施例的该对象位置估计设备估计装配块的位置的处理的流程图。 
现在，将参考图1到3对于用于使用该对象位置估计设备估计装配块的位置的系统估计装配块的位置的处理进行描述。 
首先，在其中制造例如船舶的大规模结构的工业场地，按照以下这样的 方式制造大规模结构，即将大规模结构划分为块，单独制造所划分的块(即，装配块)，并在例如货柜场的任意地点放置每一个制造的装配块1。为了使能装配块1的位置的测量，通过在装配块1的最宽部分的两侧定位收发机110和120中的每一个，而安装信号装置100。这时，收发机110和120中的每一个被安装为发送代表沿着与从装配块1的最宽部分延伸的垂直线正交的方向(例如，向前方向)的强信号特性的方向信号。这些收发机110和120可用例如具有定向天线的定向超宽带收发机来实现。 
在移动体3上安装对象位置估计设备200，并按照预定速度条件(例如，15km/h或更大)来移动该移动体3。这里，距离计算单元210被安装为与移动体3的前进方向正交，以便使能与信号装置100的平滑通信。距离计算单元210可用例如具有全向天线的超宽带接收机来实现。 
在该环境中，对象位置估计设备200的距离计算单元210在步骤S301中通过与信号装置100的通信来计算该设备200和该装配块1之间的分离距离。 
在步骤S303中，当距离计算单元210接收到来自信号装置100的信号时，图像获取单元220拍摄装配块1的图像。 
另外，在步骤S305中，当距离计算单元210接收到该信号装置100发送的信号时，位置测量单元230测量该对象位置估计设备200(即移动体3)的移动方向角信息和位置信息。位置测量单元230可被实现为集成了实时运动学和推算定位的定位系统，使得其可精确测量移动方向角信息和位置信息。 
同步单元240在步骤S307中对于距离计算单元210从信号装置100所接收的信号、图像获取单元220所取得的图像、和位置测量单元230所测量的移动方向角信息和位置信息执行标记，以指明它们是被同时记入日志的数据。 
其后，位置确定单元250在步骤S309中确定所估计的装配块1的位置。更详细地，位置确定单元250的方向估计器251基于由该位置测量单元230测量并由该同步单元240标记的移动方向角信息，来估计该距离计算单元210的方向(即，对象位置估计设备200的方向)。 
接下来，第一位置估计器253基于由该位置测量单元230测量并由该同步单元240标记的该对象位置估计设备200的位置信息，来估计该距离计算单元210的位置。 
随后，第二位置估计器255基于该方向估计器251所估计的方向、该第 一位置估计器253所估计的距离计算单元210的位置、和该距离计算单元210所计算的分离距离，来估计装配块1的位置。将所估计的装配块1的位置提供到位置验证器257。 
最后，位置验证器257基于该图像获取单元20所获取的图像，来确定该装配块1的位置是否对应于装配块1的预定位置(即装配块1在用于装配块的设计图中的位置)。 
根据本发明，可容易和准确地估计放置在任意地点(例如货柜场)的对象的位置。此外，在按照分离块制造对象并装配分离块(即，将块装配为对象)的情况下，可容易和准确地估计在整体装配之前放置在货柜场中的每一装配块的位置。结果，易于在其中制造例如船舶的大规模结构的工业场地管理装配块，由此改善工作效率。 
尽管已针对实施例而示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是，可进行各种改变和变型，而不脱离以下权利要求中限定的本发明的范围。 

Claims (10)

1.一种用于通过与放置在任意地点处的对象上安装的信号装置的通信来估计对象的位置的设备，该设备包括：
距离计算单元，用于通过与该信号装置的通信来计算该对象位置估计设备和该对象之间的分离距离；
图像获取单元，用于当该距离计算单元通过与该信号装置的通信接收到信号时，获取该对象的图像；
位置测量单元，用于当该距离计算单元通过与该信号装置的通信接收到该信号时，测量该对象位置估计设备的移动方向角和位置；
同步单元，用于当该距离计算单元接收到该信号时，执行对于该距离计算单元所接收的信号、该图像获取单元所获取的图像、以及该位置测量单元所测量的移动方向角和位置的标记，以指明它们被同时记入日志；和
位置确定单元，用于基于由该距离计算单元计算的分离距离、由该同步单元标记的图像、以及由该同步单元标记的移动方向角和位置，来确定所估计的该对象的位置，
其中，该位置确定单元包括：
方向估计器，用于基于从该位置测量单元提供的对象位置估计设备的移动方向角，来估计该距离计算单元的方向；
第一位置估计器，用于基于从该位置测量单元提供的对象位置估计设备的位置，来估计该距离计算单元的位置；
第二位置估计器，用于基于由该方向估计器估计的该距离计算单元的方向、由该第一位置估计器估计的该距离计算单元的位置、和由该距离计算单元计算的分离距离，来估计该对象的位置；和
位置验证器，用于基于该图像获取单元所获取的图像，来确定该第二位置估计器所估计的对象的位置是否对应于同一装配块的预定位置。
2.根据权利要求1的设备，其中，当该信号装置包括定向超宽带收发机时，该距离计算单元包括超宽带接收机，其中所述定向超宽带收发机和所述超宽带接收机构成超宽带定位系统。
3.根据权利要求2的设备，其中所述超宽带接收机被安装为与该对象位置估计设备的前进方向正交。
4.根据权利要求1的设备，其中该位置测量单元被实现为集成实时运动学和推算定位的定位系统。
5.根据权利要求1的设备，其中该方向估计器通过考虑相对于该对象位置估计设备的前进方向的该距离计算单元的安装角，而估计该距离计算单元的方向。
6.根据权利要求1的设备，其中该第一位置估计器通过执行从该位置测量单元提供的对象位置估计设备的位置的杠杆臂校正，来估计该距离计算单元的位置。
7.一种用于通过与放置在任意地点处的对象上安装的信号装置的通信、使用对象位置估计设备、来估计对象的位置的方法，该方法包括：
在该对象位置估计设备中包括的距离计算单元中，通过与该信号装置的通信来计算该对象位置估计设备和该对象之间的分离距离；
当该距离计算单元通过与该信号装置的通信接收到信号时，获取该对象的图像并测量该对象位置估计设备的移动方向角和位置；
对于通过与该信号装置的通信接收的信号、所获取的对象的图像、以及所测量的该对象位置估计设备的移动方向角和位置执行标记，以指明它们被同时记入日志；和
基于所计算的分离距离、所标记的该对象的图像、以及所标记的该对象位置估计设备的移动方向角和位置，来确定所估计的该对象的位置，
其中，所述确定所估计的该对象的位置的步骤包括：
基于该对象位置估计设备的移动方向角，来估计该距离计算单元的方向；
基于该对象位置估计设备的位置，来估计该距离计算单元的位置；
基于所估计的该距离计算单元的方向、所估计的该距离计算单元的位置、和所计算的分离距离，来估计该对象的位置；和
基于所获取的图像，来确定该对象的位置是否对应于同一装配块的预定位置。
8.根据权利要求7的方法，其中，当该信号装置包括定向超宽带收发机时，使用超宽带接收机计算该分离距离，其中所述定向超宽带收发机和所述超宽带接收机构成超宽带定位系统。
9.根据权利要求7的方法，其中使用集成了实时运动学和推算定位的定位系统，来测量该对象位置估计设备的移动方向角和位置。
10.根据权利要求7的方法，其中通过执行该对象位置估计设备的位置的杠杆臂校正，来估计该距离计算单元的位置。
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