CN105044671A - 用于仓储系统的声光结合定位方法 - Google Patents

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张�杰
宁方春
赵勇
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State Grid Corp of China SGCC
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Abstract

本发明的用于仓储系统的声光结合定位方法，包括以下步骤：坐标系建立步骤，对摄像头进行坐标系建立，计算摄像头参数；光信号接收步骤，处理器接收定位申请信息后，向信号发生器发送光信号发射信号，并控制摄像头接收，并发送回处理器确认；声信号接收步骤，处理器对光信号确认后，向信号发生器发送声信号发射信息，并控制摄像头接收，并发送回处理器处理；坐标系定位步骤，处理器根据接收到的光信号和声信号结合摄像头参数得出信号发生器的坐标信息。本发明定位简单，运用方便，通过现有的监控设备实现对货物的自动定位，实现了仓库空间的高效利用，还不会增加仓储系统运行成本，有效的节约了工作时间，提高了工作效率。

Description

用于仓储系统的声光结合定位方法
技术领域
本发明涉及定位技术领域，具体涉及一种用于仓储系统的声光结合定位方法。
背景技术
仓储系统为一种用于对仓库中存放货物进行管理的系统，通常为了更加有效的对仓库中存放的货物进行管理，会对仓库中进行存储分区，并对货物进行分类后存入相应的仓库区域。
然而，在实际上，由于货物的种类繁多，货物的规格不同，会造成货物的分类复杂、费时，这在进行货物存储的同时极大的增加了工作量，使得工作效率无法的到有效的提高，并且，由于货物的规格不同，对分类后的货物进行分类存放的话，也会造成仓库的分类位置划分较复杂，无法顾全所有货物的规格，造成仓库空间使用不科学，空间利用率低。
在仓储系统中对货物进行自动定位能够有效的记录每种货物的具体位置，通过自动定位能够有效的减少仓库中货物存储过程中货物分类存放的工作，使的货物存放更加快速，同时可根据每种货物不同的规格进行货物的存放位置选择，而不是通过先划分区域后在存放，使得仓库的空间利用率更加高效，同时通过自动定位记录的存放区域能够辅助查找相关物品的存放位置，使得查找更加方便。
目前，定位方法主要为通过无线电定位或GPS定位，通过这两种方法对货物进行自动定位的话，需要对仓库中进行特定设备的安装，使得仓储系统的成本大量增加，这就限制了在仓储系统中增加自动定位辅助货物存储的应用。
因此，如何设计一种方法简单、应用方便，同时具有较低设备成本的用于仓储系统的自动定位方法就成为了亟待解决的事情。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于仓储系统的声光结合定位方法，其具有方法简单，运用方便的优点。
本发明的技术方案为：
一种用于仓储系统的声光结合定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
坐标系建立步骤，对安装好的摄像头进行坐标系建立，并计算摄像头参数；
光信号接收步骤，处理器接收自信号发生器发出的定位申请信息后，向信号发生器发送光信号发射信号，并控制摄像头对其视野范围内的光信号进行接收，并将摄像头接收到的光信号发送回处理器确认；
声信号接收步骤，处理器对接收到的光信号通过确认后，向信号发生器发送声信号发射信息，并控制摄像头对信号发生器发出的声信号进行接收，并将摄像头接收到的声信号发送回处理器处理；
坐标系定位步骤，处理器根据接收到的光信号对信号发生器进行初步定位，并根据接收到声信号的声信号传播时间确定信号发生器距离摄像头的距离，结合摄像头参数得出信号发生器的坐标信息。
优选的，坐标系建立步骤中摄像头参数包括：摄像头与坐标系三个坐标轴的倾斜角度、摄像头的视角大小和图像旋转角度。
优选的，光信号接收步骤中，信号发生器发射的光信号会随光信号发射信息的指示进行颜色变换。
优选的，声信号接收步骤中，信号发生器发射声信号的同时向处理器发送定时信号。
进一步优选的，处理器接收到定时信号后开始定时，并在接收到摄像头发送来的首个声信号时结束定时，得到声信号传播时间。
优选的，坐标系建立步骤中使用OpenCv源代码的标定程序对摄像头参数进行标定。
进一步优选的，坐标系建立步骤中使用棋盘格标定板对摄像头拍摄的图像进行校正。
本发明的用于仓储系统的声光结合定位方法具有方法简单，运用方便的优点，通过仓储系统中现有的监控设备实现对货物的自动定位，即实现了仓库空间的高效利用，同时还不会过多的增加仓储系统的运行成本，并且还能保证货物存放位置的记录，辅助货物的查找，有效的节约了工作时间，提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明用于仓储系统的声光结合定位方法一个实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例的用于仓储系统的声光结合定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
坐标系建立步骤101，对安装好的摄像头进行坐标系建立，并计算摄像头参数。
具体的，对安装于仓库中的摄像头进行坐标系的建立，并将摄像头的摄像头参数计算出来，其中摄像头参数包括摄像头与坐标系三个坐标轴的倾斜角度、摄像头的视角大小和图像旋转角度。
摄像头可采用仓库中现已存在的监控摄像头进行应用，能够进一步的减少仓储系统中运用本发明定位方法的使用成本。
优选的，通过对摄像头建立坐标系后，可得到摄像头的坐标为(x0，y0，z0)，同时，在坐标系建立的过程中使用OpenCv源代码的标定程序对摄像头参数进行标定，并通过在坐标系中使用棋盘格标定板对摄像头拍摄的图像进行校正，使得摄像头拍摄到的图像能够更加准确，防止出现图像畸变，有效的提高定位的精准度。
通过建立好的坐标系能够计算出摄像头的倾斜角度(α0，β0，γ0)，该角度即为摄像头相对于坐标系三个轴向的夹角，同时，还可得到摄像头的视角大小R，图像旋转角度r的测量结果，并将最终测量得到的倾斜角度(α0，β0，γ0)、视角大小R和图像旋转角度r存储于处理器中，以备后续定位货物时使用。
进一步的，在仓库中设置有多个摄像头，通过多个摄像头同时进行定位操作，能够更加准确的实现定位，防止定位偏差的产生。
光信号接收步骤102，处理器接收自信号发生器发出的定位申请信息后，向信号发生器发送光信号发射信号，并控制摄像头对其视野范围内的光信号进行接收，并将摄像头接收到的光信号发送回处理器确认。
具体的，当工作人员将货物运送到合适的位置后，通过工作人员手持的信号发生器向处理器发送定位申请信息。
处理器在确认定位申请信息后，向信号发生器发送光信号发射信号，同时还会向摄像头发送光信号接收信号。
信号发生器接收到光信号发射信号后，通过信号发生器上的信号灯发出光信号。
优选的，在光信号发射信号中还包括光信号颜色信息，通过对信号发生器发射的光信号的颜色进行限制，使光信号的颜色按照一定的规律进行变换，以便于摄像头在对光信号进行接收分辨的过程中，根据光信号颜色的变化，排除干扰光对定位的干扰。
摄像头在接收到光信号接收信号后，会自动对其视野范围内的光信号进行接收，并将接收到的光信号发送回处理器中进行分辨。
进一步的，在同一仓库范围内，可能存在多个工作人员同时要求对货物进行定位操作，即向处理器发送定位申请信息，当处理器接收到多个定位申请信息后，会对定位申请信息进行排序，排序的准则可采用接收定位申请信息的时间来定，最终处理器将定位申请信息排序完成后，会一个个的按顺序对申请定位的货物进行定位，当一个货物正在进行定位的同时，后续正在排队的货物处工作人员手中的信号发生器由于没有接收到信号，因此不会发射光信号；而当一个货物进行定位完成后，处理器会向该货物处的信号发生器发送定位完成信息，用以向工作人员进行确认，并关闭该信号发生器的光信号。
进一步的，信号发生器、摄像头和处理器间的通讯可通过无线通讯方式进行信号传输。
声信号接收步骤103，处理器对接收到的光信号通过确认后，向信号发生器发送声信号发射信息，并控制摄像头对信号发生器发出的声信号进行接收，并将摄像头接收到的声信号发送回处理器处理.
具体的，当处理器接收到自摄像头接收的光信号后，根据处理器发送的光信号发射信号对光信号进行分辨，根究光信号的颜色变化确定信号发生器的大体位置，然后处理器向信号发生器发送声信号发射信号，并同时向摄像头发送声信号接收信号，由摄像头接收信号发生器发送的声信号，并将接收到的声信号发送回处理器。
其中，当信号发生器接收到来自处理器的声信号发射信号后，信号发生器控制光信号不再变化，并发射声信号，同时向处理器发送定时信号，由处理器开始计时，以此来计算声信号自发射到接收中的间隔时间。
摄像头在接收到声信号接收信号后，对已确定的信号发生器的声信号进行接收，当接收到声信号后，将声信号发送回处理器。
处理器当接收到首个声信号时，停止计时，得到声信号自发射到接收的间隔时间，即声信号传播时间，同时在处理器计算出声信号传播时间后将忽略后续接收到的声信号，防止产生干扰。
进一步的，声信号的接收可通过在摄像头上加设声音传感器，也可直接采用摄像头上的声音传感器进行接收。
进一步的，信号发生器只有在接收到处理器发送的声信号发射信号后才能够发射声信号，以防止多个信号发生器同时发射声信号，对信号发生器的定位产生干扰。
坐标系定位步骤104，处理器根据接收到的光信号对信号发生器进行初步定位，并根据接收到声信号的声信号传播时间确定信号发生器距离摄像头的距离，结合摄像头参数得出信号发生器的坐标信息。
具体的，处理器根据接收到的光信号对信号发生器所在位置进行初步的定位，同时，通过得到的声信号传播时间计算出信号发生器与摄像头之间的间隔距离，再通过坐标系和摄像头的坐标(x0，y0，z0)以及摄像头参数计算出信号发生器的坐标(x，y，z)。
信号发生器的坐标的具体计算方法为：
处理器开始计时时间为T0，停止计时时间为TE，摄像头坐标为(x0，y0，z0)，声速为340m/s，倾斜角度为(α0，β0，γ0)，视角大小为R和图像旋转角度为r。
以摄像头为极坐标原点，建立球形极坐标系，信号发生器在此球形极坐标系上与摄像头的夹角(α，β，γ)。
通过上述的数据就能够求出信号发生器在坐标系上的坐标(x，y，z)，具体的计算公式为：
x＝(TE-T0)×340×cosα+x0
y＝(TE-T0)×340×cosβ+y0
z＝(TE-T0)×340×cosγ+z0
最终，将得到的信号发生器的坐标(x，y，z)通过处理器进行记录，并与信号发生器处所存放的货物进行关联，使后续对货物进行查找时，直接通过货物信息就能够找到其对应在仓库中的位置，方便工作人员进行查找。
进一步的，本发明也可通过处理器对信号发生器发射的光信号进行不同颜色的编排，使得摄像头能够同时对多个光信号进行接收，本发明也可通过处理器对信号发生器发射的声信号进行不同频率的控制，使得摄像头能够同时对多个声信号进行接收，通过此种方法能够使得本发明的声光结合定位方法在同一时刻对多个位置的信号发生器进行定位，并记录信号发生器所在位置处的货物，进一步有效的提高了工作效率。
一实施例对本发明的用于仓储系统的声光结合定位方法进行应用，具体应用过程为：
(1)坐标系建立过程
将摄像头固定在仓库中顶部墙体上，并得出每个摄像头在坐标系中的坐标，坐标为(xi，yi，zi)其中i＝0,1,2,3,4,5······。
在每个摄像头上安装声音传感器。
计算出每个摄像头的倾斜角度(αi，βi，γi)，视角大小Ri和图像旋转角度ri，同样的i＝0,1,2,3,4,5······。
并最终将每个摄像头的坐标以及摄像头参数记录进处理器中。
以及，在摄像头、声音传感器和处理器上连接无线通讯设备，以使摄像头、声音传感器和处理器能够进行无线通讯，同时通过无线通讯传输光信号和声信号。
(2)定位过程
(i)工作人员将需要存放的货物防止在合适的位置后，通过工作人员手持的信号发生器通过无线通讯方式向处理器发送定位申请信息；
(ii)处理器对接收到的定位申请信息进行排序，并对排序位置上第一个定位申请信息的信号发生器发送光信号发射信号，以及对摄像头发送光信号接收信号；
(iii)信号发生器接收到光信号发射信号后，通过信号发生器上的信号灯按照光信号发射信号的颜色要求发射光信号；
(iv)摄像头对光信号进行接收，并将接收的光信号发送至处理器中进行分辨；
(v)处理器对接收到的光信号进行分析处理，分辨出信号发生器的位置，并进行初步定位；
(vi)处理器确定信号发生器后，对信号发生器发送声信号发射信号，同时向声音传感器发送声信号接收信号；
(vii)信号发生器接收到声信号发射信号后，发射出声信号，同时向处理器发送定时信号；
(viii)处理器接收到定时信号后开始计时；
(ix)声音传感器对信号发生器发出的声信号进行接收，并将接收到的声信号发送回处理器；
(x)处理器在接收到声音传感器发送来的首个声信号时，停止计时，计算出声信号传播时间。
(xi)处理器根据声信号传播时间确定信号发生器距离摄像头的距离，并根据摄像头参数以及信号发生器的初步定位来计算出信号发生器在坐标系上的坐标；
(xii)最终将计算出的信号发生器的坐标与该信号发生器所在位置上存放的货物进行关联并存储，以备后续对货物的查找定位。
(3)货物查找过程
工作人员通过在处理器上输入所需查找的货物，处理器自动调取该货物的定位坐标，以及仓库的地图，并在地图上显示出货物所在的位置，由工作人员在显示的位置上拿取所需货物；
或者工作人员还可通过信号发生器输入货物信息，由信号发生器连接处理器调取货物位置信息，并在信号发生器上进行显示，以便工作人员进行货物取用。
本实施例通过运用本发明的用于仓储系统的声光结合定位方法，定位简单，操作方便，能够更加快速、有效的实现对仓库中货物进行定位，同时无需对仓库中现有的设备进行大规模归还，降低了应用成本，保证货物定位快速、有效的同时，还能够实现货物的快速查找，有效的减少了相关工作时间，提高了工作效率。
本发明的用于仓储系统的声光结合定位方法具有定位简单，运用方便的优点，通过仓储系统中现有的监控设备实现对货物的自动定位，即实现了仓库空间的高效利用，同时还不会过多的增加仓储系统的运行成本，并且还能保证货物存放位置的记录，辅助货物的查找，有效的节约了工作时间，提高了工作效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以作出适当改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于仓储系统的声光结合定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
坐标系建立步骤，对安装好的摄像头进行坐标系建立，并计算摄像头参数；
光信号接收步骤，处理器接收自信号发生器发出的定位申请信息后，向信号发生器发送光信号发射信号，并控制摄像头对其视野范围内的光信号进行接收，并将摄像头接收到的光信号发送回处理器确认；
声信号接收步骤，处理器对接收到的光信号通过确认后，向信号发生器发送声信号发射信息，并控制摄像头对信号发生器发出的声信号进行接收，并将摄像头接收到的声信号发送回处理器处理；
坐标系定位步骤，处理器根据接收到的光信号对信号发生器进行初步定位，并根据接收到声信号的声信号传播时间确定信号发生器距离摄像头的距离，结合摄像头参数得出信号发生器的坐标信息。
2.根据权利要求1所述的用于仓储系统的声光结合定位方法，其特征在于，所述坐标系建立步骤中摄像头参数包括：摄像头与坐标系三个坐标轴的倾斜角度、摄像头的视角大小和图像旋转角度。
3.根据权利要求1所述的用于仓储系统的声光结合定位方法，其特征在于，所述光信号接收步骤中，信号发生器发射的光信号会随光信号发射信息的指示进行颜色变换。
4.根据权利要求1所述的用于仓储系统的声光结合定位方法，其特征在于，所述声信号接收步骤中，所述信号发生器发射声信号的同时向所述处理器发送定时信号。
5.根据权利要求4所述的用于仓储系统的声光结合定位方法，其特征在于，所述处理器接收到定时信号后开始定时，并在接收到所述摄像头发送来的首个声信号时结束定时，得到所述声信号传播时间。
6.根据权利要求1所述的用于仓储系统的声光结合定位方法，其特征在于，所述坐标系建立步骤中使用OpenCv源代码的标定程序对摄像头参数进行标定。
7.根据权利要求6所述的用于仓储系统的声光结合定位方法，其特征在于，所述坐标系建立步骤中使用棋盘格标定板对摄像头拍摄的图像进行校正。
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