CN108398083A - 一种车厢定位方法及定位装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车厢定位方法及装置，方法包括：S1.在扫描原点通过传感器的水平旋转对车厢的一个侧面进行扫描，分别获取所述侧面上至少两个扫描点与所述扫描原点之间的距离，以及对应的扫描角度，所述扫描点至少有一个为端点；S2.根据所述距离和所述角度计算确定所述端点的坐标以及车厢的偏角；S3.根据预设的车型数据，以及所述端点的坐标和偏角，确定车厢的位置。具有定位精度高、定位速度快、成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及汽车车厢定位领域，尤其涉及一种车厢定位方法及定位装置，尤其应用于在对运料汽车进行采料抽样过程中，对车厢的定位。
背景技术
汽车采样机采样点生成过程中，是选择车厢全范围内随机生成采样点，在实际实施过程中，生成采样点算法中参考坐标是车厢原点，而不是采样头的原点，而实际采样坐标是以采样头原点作参考，这样，车辆的停车位置及偏斜角度直接影响到生成采样点的坐标。在实际应用过程中，若不能对车辆实现准确定位，生成的采样点将会失去代表性，采到车头或者拉筋的事故很有可能发生。目前行业内采用的激光定位方法，都是用两个激光传感器，大车上一个、小车上一个，这样不仅成本较高，而且大、小车都要动作，造成定位时间较长，影响采样效率；从功能上来说，传统的方法采样的是开关量的激光传感器，并不能准确测定测量距离，只能粗略找到车厢原点，而且不能计算出车厢精确的偏斜角度。
采用激光传感器定位主要有两种方法，一是在大、小车上都安装激光传感器来测量车厢原点与偏斜角度。实施过程如图1所示：在原点O位置，先低速移动大车，激光传感器从左到右扫描，直到首次感应到A1点停止大车运动，再低速移动小车，激光传感器从下到上扫描，直至识别到A1点，这样根据大、小车编码器值得出原点A1得坐标。最后，继续向右移动大车，激光传感器从左到右扫描，运行预设距离记录激光测距值与大车编码器值，计算出A1A4的偏斜角度。该方案的弊端在于：激光传感器置于运动而且晃动的安装支架上，传感器干扰增加，数据不准确；测量车厢定位数据时间太长，接近一分钟，严重影响到了单车采样时间与采样效率。另一种方法如图2所示：在O1、O2、O3、O4四个位置安装固定式的激光传感器，利用对车厢四周的测距结果计算出车厢原点坐标与偏斜角度。该方案的弊端在于： O1、O3前后方向刚好是汽车行驶方向，传感器位置不好安装，容易与汽车形成干涉。另外，单个激光传感器成本约3000元，四个加起来就有12000，成本太高，激光传感器安装于室外无防水措施，实际运用中也不能采纳。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种定位精度高、定位速度快、成本低的车厢定位方法及定位装置。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种车厢定位方法，包括如下步骤：
S1. 在扫描原点通过传感器的水平旋转对车厢的一个侧面进行扫描，分别获取所述侧面上至少两个扫描点与所述扫描原点之间的距离，以及对应的扫描角度，所述扫描点至少有一个为端点；
S2. 根据所述距离和所述角度计算确定所述端点的坐标以及车厢的偏角；
S3. 根据预设的车型数据，以及所述端点的坐标和偏角，确定车厢的位置。
进一步地，对所述侧面进行完整扫描，所述扫描点为两个，均为端点。
进一步地，对所述侧面进行不完整扫描，所述扫描点为两个，一个扫描点为端点。
进一步地，所述扫描原点位于所述车厢的停放基准区域一侧的中部。
进一步地，先根据所述扫描原点构建扫描坐标系，在扫描坐标系下确定所述距离和扫描角度，并在扫描坐标系下计算端点的坐标和车厢的偏角，再根据所述扫描坐标系与预设的定位坐标系之间的映射关系，确定车厢在定位坐标系中端点的坐标和车厢的偏角。
进一步地，扫描的方向与车厢进场方向相反。
一种车厢定位装置，包括旋转式扫描传感器和计算单元；
所述旋转式扫描传感器用于通过水平旋转对车厢的一个侧面进行扫描，分别获取所述侧面上至少两个扫描点与所述扫描原点之间的距离，以及对应的扫描角度，所述扫描点至少有一个为端点；
所述计算单元用于根据所述距离和所述角度计算确定所述端点的坐标以及车厢的偏角，并根据预设的车型数据，以及所述端点的坐标和偏角，确定车厢的位置。
进一步地，所述旋转式扫描传感器对所述侧面进行完整扫描，所述扫描点为两个，均为端点。
进一步地，所述旋转式扫描传感器对所述侧面进行不完整扫描，所述扫描点为两个，一个扫描点为端点。
进一步地，所述旋转式扫描传感器设置在所述车厢的停放基准区域一侧的中部。
进一步地，所述计算单元用于根据所述扫描原点构建扫描坐标系，在扫描坐标系下确定所述距离和扫描角度，并在扫描坐标系下计算端点的坐标和车厢的偏角，再根据所述扫描坐标系与预设的定位坐标系之间的映射关系，确定车厢在定位坐标系中端点的坐标和车厢的偏角。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明中传感器在扫描原点通过水面方向的旋转对车厢进行扫描，消除了现有技术中传感器设置在小车上，由小车带动在轨道上运行对车厢进行扫描时，由小车的振动以及支架的晃动带来的误差，使得测量的结果更加准确，稳定性更好。
2.、本发明中传感器不需要沿轨道进行较长距离的移动来完成扫描，采用传感器旋转的方式扫描，旋转的角度范围小，特别是采用不完整的扫描时，扫描角度小于90度，从而可以大大的提高扫描的速度，从而可实现快速的对车厢进行定位，大大提高了定位的效率。
3、本发明的传感器安装在汽车的基准停车区的一侧，不会影响汽车进出基准停车区，并且，相对于现有技术中需要将传感器安装在大、小车上，或者在基准停车区的四周均安装传感器，安装、维护都更加方便，成本也大大降低。
附图说明
图1为现有技术中的定位方式一示意图。
图2为现有技术中的定位方式二示意图。
图3为本发明的定位方式示意图一。
图4为本发明的定位方式示意图二。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例一：如图3所示，本实施例的车厢定位方法，包括如下步骤：S1. 在扫描原点通过传感器的水平旋转对车厢的一个侧面进行扫描，分别获取侧面上至少两个扫描点与扫描原点之间的距离，以及对应的扫描角度，扫描点至少有一个为端点；S2. 根据距离和角度计算确定端点的坐标以及车厢的偏角；S3. 根据预设的车型数据，以及端点的坐标和偏角，确定车厢的位置。对侧面进行完整扫描，扫描点为两个，均为端点。扫描原点位于车厢的停放基准区域一侧的中部。先根据扫描原点构建扫描坐标系，在扫描坐标系下确定距离和扫描角度，并在扫描坐标系下计算端点的坐标和车厢的偏角，再根据扫描坐标系与预设的定位坐标系之间的映射关系，确定车厢在定位坐标系中端点的坐标和车厢的偏角。
在本实施例中，火电厂为例进行说明，火电厂需要大量的煤用于发电，煤炭由汽车拉到电厂时，需要先在检测区域对煤炭进行采样检测，以确定煤炭的质量，如检测含水量、含硫量等等。在采样自动采样机对汽车车厢内的煤炭进行采样前，需要首先确定车厢的位置，再由自动采样机自动生成随机的采样点，对煤炭进行采样。
图3显示了自动采样机的采样区域，其中O点为采样机的采样头的初始位置，采样坐标系以该初始位置为原点设置，如图中所示XOY。运送煤炭的汽车从左向右进入采样区域，图中虚线方框为汽车的停放基准区域，即就是说汽车只有停在该区域才能顺利的完成煤炭的采样工作，当然，实际应用场景中可能并没有明确的划出该区域。图中B点为扫描原点，即扫描传感器的位置点，其在采样坐标系XOY中的坐标为（b，0）。点A1、A2、A3、A4的方框表示汽车的停放位置。
在本实施例中，为了简化坐标转换，降低计算过程的复杂度，将扫描原点设置在采样坐标的X轴上。B点的位置优选设置在停放基准区域一侧的中部，从而可以在扫描过程中，扫描传感器只能够扫描到车厢的一个侧面，如图中，位于B点的扫描传感器只能扫描到车厢A1-A4的侧面。
在本实施例中，设扫描传感器的扫描初始位置为XOY坐标系的X轴方向，即图中正右方向。在运送煤炭的汽车停入到采样区域后，启动扫描传感器，从初始位置开始逆时针旋转，对车厢进行扫描。本实施例中扫描传感器优选为激光传感器，通过设置激光传感器的适当的感应距离，如根据实际情况，汽车车头两端距激光传感器之间的距离最大为6米，即B-A1，B-A4的距离小于6米，则可设置激光传感器的感应距离为6米，即激光传感器只能探测到距其6米以内的物体，从而可以排除掉背景物体对激光传感器探测结果的影响。或者，对激光传感器的探测数据进行判断，当探测数据中的距离大于感应距离时，将之作为无效数据处理。当激光传感器的探测数据从无到有时，就可以判断激光传感器检测到了汽车车厢的一个端点A4，此时可以确定B-A4的距离，以及此时的扫描角度ϴ1。激光探测器继续扫描，当激光传感器的探测数据从有到无时，就可以判断激光传感器检测到了汽车车厢的另一个端点A1，此时可以确定B-A1的距离，以及此时的扫描角度ϴ1+ϴ2。由此可以得到两个端点的扫描线之间的夹角∠A1-B-A4的大小为ϴ2。已知B点的坐标和角ϴ1的大小，以及B-A4的边长，通过简单的计算就可以得到得到点A1在采样坐标系中的坐标（xa4,ya4）。在确定点A1和点A4在采样坐标系中的坐标后，通过简单的计算即可以确定边A1-A4相对与X轴的偏角ϴ，ϴ=arc tan((ya4-ya1)/(xa4-xa1))。
在本实施例中，在得到两个扫描点的扫描角度和距离参数后，计算端点的坐标和车厢的偏角的方法很多，不限于上述方法。如已知角ϴ1和ϴ2的大小，则可以确定角ϴ4的大小，同时，已知B点的坐标，以及B-A1的边长，通过简单的计算就可以得到得到点A1在采样坐标系中的坐标（xa1,ya1）。在三角形B-A1-A4中，已知了ϴ2和边长B-A1和B-A4，则可以计算得到A1-A4的边长，并可以进一步计算得到角ϴ3，过A1点作与OX的平行线A1-C，可以确定角∠C-A1-B的大小等于ϴ4，那么就可以确定角ϴ2=ϴ3-ϴ4，即得到车厢相对于采样坐标系X轴的偏角。再结合预先确定的车型数据，如车体的宽度，就可以确定汽车的四个角A1、A2、A3、A4在采样坐标系中的坐标，完成车厢的定位。需要说明的是，两个扫描点并不限于都必须为端点，可以是一个为端点，一个为扫描中的任意点，但为了保证定位的精度，两个扫描点之间的距离不宜太近。
在本实施例中，可通过以扫描原点B构建扫描坐标系，先在扫描坐标系中计算确定端点A1的坐标，以及边A1-A4相对扫描坐标系的偏角，再根据扫描坐标系与采样坐标系之间的映射关系对坐标和偏角进行转换，最终得到车厢在采样坐标系中的定位。如本实施例中，所构建的扫描坐标的原点为B，将采样坐标系的原点平移到B点得到扫描坐标系。
本实施例的车厢定位装置，包括旋转式扫描传感器和计算单元；旋转式扫描传感器用于通过水平旋转对车厢的一个侧面进行扫描，分别获取侧面上至少两个扫描点与扫描原点之间的距离，以及对应的扫描角度，扫描点至少有一个为端点；计算单元用于根据距离和角度计算确定端点的坐标以及车厢的偏角，并根据预设的车型数据，以及端点的坐标和偏角，确定车厢的位置。
在本实施例中，旋转式扫描传感器对侧面进行完整扫描，扫描点为两个，均为端点。旋转式扫描传感器设置在车厢的停放基准区域一侧的中部。旋转式扫描传感器设置有感应距离阈值。只能探测感应距离阈值内的物体。计算单元用于根据扫描原点构建扫描坐标系，在扫描坐标系下确定距离和扫描角度，并在扫描坐标系下计算端点的坐标和车厢的偏角，再根据扫描坐标系与预设的定位坐标系之间的映射关系，确定车厢在定位坐标系中端点的坐标和车厢的偏角。旋转式扫描传感器对侧面进行不完整扫描，扫描点为两个，一个扫描点为扫描起始位置对应的扫描点，另一个扫描点为端点。
在本实施例中，通过设置感应距离，可以有效的防止背景中物体对扫描结果的影响，提高检测的精度。并且，由于扫描传感器不需要如传统定位中随大、小车运动，而是固定安装，通过旋转对车厢进行扫描，消除了扫描过程中的晃动对检测结果的影响，稳定性更好，精度更高。在检测过程中，扫描传感器的扫描角度必然小于180度，扫描速度快，提高了检测的效率。
实施例二：本实施例的定位方法与实施例一基本相同，不同之处在于：对侧面进行不完整扫描，扫描点为两个，一个扫描点为端点。另一个扫描点优选为扫描起始位置对应的扫描点。
如图4所示，相对于实施例一，本实施例中扫描传感器的扫描初始位置不是定位坐标系中的X轴方向，而是相对于X轴在逆时针方向具有一定的角度，如图4中所示，初始位置为Y轴方向，即该角度为90度，当然，也可以小于90度，如初始位置为BD所指的位置，初始位置根据实际情况而确定，其目的是进一步缩小扫描的范围，并跳过对汽车车头部分的扫描，图4中，扫描传感器只需要旋转ϴ1的角度，就可以完成扫描，效率进一步提高。并且，根据汽车的车体结构，一般来说，车头部分并不十分规则，而车厢部分却基本为较为规则的正方形，因此，通过将扫描传感器的初始位置逆时针调整一定角度，使得扫描传感器跳过车头部分，直接从车厢部分开始扫描，以进一步的提高定位的精度。在本实施例中，通过扫描可以确定B-C的边长，B-A1的边长，以及角ϴ1和ϴ2，则可以计算得到C点在定位坐标系中的坐标（xc，yc）和A1点在定位坐标系中的坐标（xa1，ya1）。通过简单的计算即可以确定边A1-A4相对与X轴的偏角ϴ，ϴ=arc tan((yc-ya1)/(xc-xa1))。
本实施例的车厢定位装置与实施例一基本相同，不同之处在于：旋转式扫描传感器对侧面进行不完整扫描，扫描点为两个，一个扫描点为为端点。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种车厢定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1. 在扫描原点通过传感器的水平旋转对车厢的一个侧面进行扫描，分别获取所述侧面上至少两个扫描点与所述扫描原点之间的距离，以及对应的扫描角度，所述扫描点至少有一个为端点；
S2. 根据所述距离和所述角度计算确定所述端点的坐标以及车厢的偏角；
S3. 根据预设的车型数据，以及所述端点的坐标和偏角，确定车厢的位置。
2.根据权利要求1所述的车厢定位方法，其特征在于：对所述侧面进行完整扫描，所述扫描点为两个，均为端点。
3.根据权利要求1所述的车厢定位方法，其特征在于：对所述侧面进行不完整扫描，所述扫描点为两个，一个扫描点为端点。
4.根据权利要求1至3任一项所述的车厢定位方法，其特征在于：所述扫描原点位于所述车厢的停放基准区域一侧的中部。
5.根据权利要求4所述的车厢定位方法，其特征在于：先根据所述扫描原点构建扫描坐标系，在扫描坐标系下确定所述距离和扫描角度，并在扫描坐标系下计算端点的坐标和车厢的偏角，再根据所述扫描坐标系与预设的定位坐标系之间的映射关系，确定车厢在定位坐标系中端点的坐标和车厢的偏角。
6.一种车厢定位装置，其特征在于：包括旋转式扫描传感器和计算单元；
所述旋转式扫描传感器用于通过水平旋转对车厢的一个侧面进行扫描，分别获取所述侧面上至少两个扫描点与所述扫描原点之间的距离，以及对应的扫描角度，所述扫描点至少有一个为端点；
所述计算单元用于根据所述距离和所述角度计算确定所述端点的坐标以及车厢的偏角，并根据预设的车型数据，以及所述端点的坐标和偏角，确定车厢的位置。
7.根据权利要求6所述的车厢定位装置，其特征在于：所述旋转式扫描传感器对所述侧面进行完整扫描，所述扫描点为两个，均为端点。
8.根据权利要求6所述的车厢定位装置，其特征在于：所述旋转式扫描传感器对所述侧面进行不完整扫描，所述扫描点为两个，一个扫描点为端点。
9.根据权利要求6至8任一项所述的车厢定位装置，其特征在于：所述旋转式扫描传感器设置在所述车厢的停放基准区域一侧的中部。
10.根据权利要求9所述的车厢定位装置，其特征在于：所述计算单元用于根据所述扫描原点构建扫描坐标系，在扫描坐标系下确定所述距离和扫描角度，并在扫描坐标系下计算端点的坐标和车厢的偏角，再根据所述扫描坐标系与预设的定位坐标系之间的映射关系，确定车厢在定位坐标系中端点的坐标和车厢的偏角。
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