CN110304115B - 基于色彩编码的移动定位装置、方法及轨道交通系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于色彩编码的移动定位装置、方法及安装有该移动定位装置的轨道交通系统，其中移动定位装置包括若干编码色带组和检测装置；若干编码色带组沿监控路线的延伸方向间隔设置，每一编码色带组包括若干条并行设置且具有不同的颜色排序的色带；检测装置安装在所要监控的移动载体上，检测装置包括一支撑板，支撑板上设置有若干组色带检测模组，每一色带检测模组包括若干色带检测器；本发明基于色彩编码的移动定位装置的检测识别的具体要素为色带的颜色，具有识别速度快、定位编码数据库大而且不受移动载体微幅振动的影响的优点。

Description

基于色彩编码的移动定位装置、方法及轨道交通系统

技术领域

本发明涉及移动定位技术领域，尤其涉及一种基于色彩编码的移动定位装置、方法及轨道交通系统。

背景技术

现有定位技术较普遍使用卫星定位系统，不足之处在于隧道内无法定位，高楼、高架桥及恶劣天气会影响定位精度和速度。

PRT系统又称个人快速运输系统，机车定位方法是根据列车在固定轨道上行驶的特点，在线路上按照一定规则布置无源信标(Transponder)。当机车运行到这些无源信标上时，通过机车上的信标天线获得该信标的编码；再根据机车数据库中存储的编码号，得到相对精确的位置信息，机车在运行过程中不断的更新自己的位置，从而实现机车在线路上的定位。这种定位方法的局限性在于定位精度受限于无源信标的分布间距,难以达到较高的精度，用于道路密集布置时无源信标成本较高，信息处理时延难以满足自动驾驶的定位要求。

美国专利号为US6029104的专利文件中，公开了一种PRT系统采用条形码进行定位的方法。其在线路导轨上按照一定规则设置条形码，车载上通过激光扫描器得到条形码的编码，并从车载数据库中获得编码对应的位置信息，从而可以确定机车位置。基于条形码或者二维码的信息定位系统，是基于图案形状的解析处理系统，由于轨道小车在高速行驶时难免会有振动，车体的稍微振动都会影响对条形码或二维码的扫描解析，很难保证定位速度，应用中经常会出现一定的滞后性。

发明内容

本发明的其中一目的是提供一种定位精度高、速度快而且不受载体微幅振动影响的基于色彩编码的移动定位装置。

本发明的另一目的是提供一种具有定位精度高、速度快而且不受载体微幅振动影响的移动定位装置的轨道交通系统。

本发明的另一目的是提供一种有定位精度高、速度快而且不受载体微幅振动影响的基于色彩编码的移动定位方法。

为了实现上述目的，本发明公开了一种基于色彩编码的移动定位装置，其包括若干编码色带组和检测装置；若干编码色带组沿监控路线的延伸方向间隔设置，每一所述编码色带组包括若干条并行设置且具有不同的颜色排序的色带；检测装置安装在所要监控的移动载体上，所述检测装置包括一支撑板，所述支撑板上设置有若干组色带检测模组，每一所述色带检测模组分别与所述编码色带组内的其中一条所述色带相对应，每一所述色带检测模组包括若干色带检测器，若干所述色带检测器用于检测所述色带反射的光的颜色。

与现有技术相比，本发明基于色彩编码的移动定位装置通过对色带的识别处理进行位置定位，其具体原理是，每一个编码色带组对应监控路线上的一个定位段，根据颜色排序对每个编码色带组内的色带进行编码，得到包括所有定位段位置信息的定位编码数据库，每一个定位段都对应一个定位编码数据库中的定位编码，当移动载体行至一个定位段处时，通过检测装置上的色带检测模组对该定位段处的编码色带组内的各条色带的颜色进行检测，检测时，通过与每一条色带对应的色带检测模组内的多个色带检测器检测该色带的颜色，检测到该定位段处每条色带的颜色后，得到一个由色带颜色顺序组成的定位编码，然后查找上述定位编码数据库，从而得到该定位段的具体位置信息；由此可知，本发明基于色彩编码的移动定位装置的检测识别的具体要素为色带的颜色，相比于图形形状的识别，具有识别速度快而且不受移动载体微幅振动的影响的优点。

较佳地，所述基于色彩编码的移动定位装置还包括一处理装置，所述处理装置与所述色带检测模组电性连接，用于解析处理所述色带检测模组所检测到的编码色带组中的色带排序编码,确定移动载体所处的位置。

较佳地，所述色带检测器为颜色传感器或光敏二极管。

较佳地，所述色带的颜色可由单色和/或混色构成。

较佳地，每一所述色带检测模组内设置有三个色带检测器，该三个所述色带检测器分别用于检测红、绿、蓝三种单色光，所述检测装置还包括光线处理元件，所述光线处理元件用于将所述色带反射的混色光处理为单色光被所述色带检测器接收。

较佳地，所述光线处理元件包括于所述色带检测器上涂覆的滤光层或罩设的滤光罩。

较佳地，所述光线处理元件包括设置在所述编码色带组与所述支撑板之间的分光器。

较佳地，所述检测装置还包括在彼此相邻的两所述色带检测模组之间设置的遮光板，所述遮光板用于分割两彼此相邻的所述色带检测模组的光线接收空间。

较佳地，所述检测装置还包括设置在所述分光器与所述编码色带组之间的透光板，所述透光板上设置有若干分别与每一所述色带相对应的夹缝，光线通过所述夹缝后形成一光带。

较佳地，所述透光板与所述分光器之间还设置有一聚光板，所述聚光板上设置有若干分别与所述透光板上的每一所述夹缝相对应的聚光镜。

较佳地，还包括将所述检测装置收容于其中的一罩体，所述罩体上设置有一朝向所述编码色带组开口的开口部，所述透光板安装在该开口部处。

较佳地，所述检测装置还包括一光源装置，所述光源装置用于为所述编码色带组提供照明光源。

本发明还公开一种轨道交通系统，其包括轨道梁和轨道小车，所述轨道小车通过安装于所述轨道梁内的驱动机构带动所述轨道小车行走，所述轨道交通系统包括如上所述的基于色彩编码的移动定位装置，若干所述编码色带组设置在所述轨道梁的内壁上，所述检测装置设置在所述驱动机构上。

较佳地，所述轨道梁相对的两侧的内壁上分别设置有所述编码色带组，所述驱动机构上设置有两组分别与两侧所述编码色带组对应的所述检测装置。

本发明还公开一种基于色彩编码的移动定位方法，其包括：

A1：在监控路线上沿所述监控路线的延伸方向设置若干定位段，每一定位段上铺设一由若干色带组成的编码色带组；

A2：根据所述色带的颜色分别对每一所述编码色带组内的色带进行编码，得到与所述编码色带组所处的定位段相对应的定位编码数据库；

A3：移动载体行走至任一所述定位段处时，读取该定位段处的所述编码色带组内的每一条所述色带的颜色，得到该定位段处的定位编码，然后通过查找所述定位编码数据库得到该定位段的位置信息。

附图说明

图1为本发明实施例轨道交通系统的立体结构示意图。

图2为本发明实施例中移动定位装置的安装结构示意图。

图3为图2的透视图。

图4为本发明实施例中移动定位装置的原理结构示意图。

图5为图4中支撑板的立体结构示意图。

图6为本发明实施例中带有遮光板的安装结构示意图。

图7为图4中透光板的立体结构示意图。

图8为图4中聚光板的立体结构示意图。

图9为图4中三棱镜的立体结构示意图。

图10为本发明实施例中检测装置安装在罩体中的结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、结构特征、实现原理及所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

如图1至图4所示，本发明公开了一种空中轨道交通系统，其包括轨道梁6和悬挂于轨道梁6上的轨道小车，轨道小车包括车体70和与车体70连接的驱动机构71，驱动机构71置于轨道梁6内部，车体70位于轨道梁6的外部，通过驱动机构71沿轨道梁6行走，带动车体70移动。为方便对轨道小车的位置进行定位，本实施例中公开一种基于色彩编码的移动定位装置，其包括若干编码色带组1和检测装置2。若干编码色带组1沿监控路线的延伸方向间隔设置，本实施例中，编码色带组1设置在轨道梁6的内壁上，每一编码色带组1包括若干条并行设置且具有不同的颜色排序的色带10，如某一编码色带组1内的色带10由上至下分别为红带、黄带、绿带、白带和黑带，相邻另一编码色带组1内的色带10分别为黄带、黄带、绿带、白带和黑带。检测装置2安装在驱动机构71上，以跟随轨道小车一起行走，检测装置2包括一支撑板20，支撑板20上设置有若干组色带检测模组21，每一色带检测模组21分别与编码色带组1内的其中一条色带10相对应，每一色带检测模组21包括若干色带检测器，每一色带检测模组21内的若干色带检测器用于检测所接到的不同的光的颜色，以判断所对应的色带的颜色。对于每一编码色带组1来说，其中的某一色带10可能为多个颜色中的任意一个，每一色带都反射与其颜色相同的光。检测时，每一色带反射的光线投射到所对应的色带检测模组内，在色带检测模组内，与色带反射光线相对应的色带检测器做出反应，从而判断出色带的颜色。对于色带检测器，本实施例中可优选为颜色传感器或光敏二极管210，下述实施例中以光敏二极管210为例加以说明。

具有上述结构的基于色彩编码的移动定位装置的具体原理是：

如图3和图4所示，沿监控路线如轨道梁6的延伸方向等间隔地设置有若干定位段，A1、A2、A3……An，每个定位段An内并行设置有五条色带10，关于该五条色带10的颜色，可全部选择使用单色，如从红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫中任意选择，也可选择使用由三基色(红、绿、蓝)组合而成的混色。当色带10全部选择使用单色时，每一色带检测模组21内设置与所使用色带10的颜色种类相同数量的光敏二极管210，每一光敏二极管210用于检测一种色带10反射的光线，如，当上述五条色带10的颜色从上述七种单色(红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫)中选择时，每一色带检测模组21内需要设置七个光敏二极管210。较优地，本实施例中，色带10可选择使用单色和混色，根据三基色(红、绿、蓝)原理，在每一色带检测模组21内均设置三个光敏二极管210，该三个光敏二极管210分别用于检测红光、绿光、蓝光，根据三个光敏二极管210的检测结果综合判断所检测的色带的颜色。如，该五条色带10的颜色可为红、黄(红+绿)、绿、黄、品红(红+蓝)、青(绿+蓝)、白(红+绿+蓝)和黑(不反射任一种三基色)中的任一种，将这五条色带10排列组合成不同的顺序设置在各个定位段An内，那么通过上述五种色带10可产生32768(8⁵)种不同的编码色带组1，那么在轨道梁6上就可设置32768个定位段An，根据颜色对每个定位段An内的色带10进行编码，构成包括32768组定位编码的定位编码数据库，每一组定位编码对应一个已知位置的定位段An。如果在轨道梁6的两侧壁上均设置编码色带组1和与之对应的检测装置2，那么在同样长度的轨道梁6上就可设置1073741824(32768*32768)个定位段An。定位段An的长度L决定了定位的精度，每个定位段An的长度L可根据需要自由设定，以满足不同级别的精度要求。当长度L设定为0.1米时，可以在10.7万公里长度的轨道上分布唯一的定位编码，满足若干城市轨道小车自动行驶定位和管理的需求。色带10的宽度可设为10毫米，检测装置2振动幅度在10毫米只内不会影响色带10的识别。

如图4和图5，对应轨道梁6内壁上的五条色带10，支撑板20上自上至下间隔设置有五组色带检测模组21，每一组色带检测模组21分别与轨道梁6内壁上的一条色带10相对应，每一色带检测模组21包括有三个分别用于检测三种基础光线的光敏二极管210。另外，由于对于色带10反射的混色光来说，需要将其处理为单色光，然后被光敏二极管210接收，进而解析出该色带10的颜色，因此，本实施例中，检测装置还包括用于将色带反射的混色光分解为单色光的光线处理元件，光线处理元件可包括在光敏二极管210上涂覆的滤光层或在光敏二极管210上设置的滤光罩，亦或者是在编码色带组1和支撑板20之间设置的分光器，分光器可优选为三棱镜22或光栅。

当选择使用在三个光敏二极管210上分别涂覆有红、绿、蓝滤光层时，如果色带10的颜色为黄色(红+绿)，其所反射的黄光中包含有红、绿两种单色光，那么涂覆有红色滤光层的光敏二极管210和涂覆有绿色滤光层的光敏二极管210发生反应，输出信号“1”，涂覆有蓝色滤光层的光敏二极管210输出信号“0”，从而根据光色组合“110”判断出该色带10的颜色为黄色。当选择使用三棱镜22时，仍以黄色色带10为例，色带10反射出的黄光经过三棱镜22分解为两束光，分别为红光和绿光，该两束光分别投射到对应的光敏二极管210上，使得三个光敏二极管210的输出组合为“110”，从而判断出该色带10颜色为黄色。

当轨道小车移动至某一定位段An时，支撑板20上的五组色带检测模组21分别读取该定位段An内五条色带10的颜色，从而得到该定位段An的定位编码，然后通过查找上述定位编码数据库得到该定位段An的位置信息。由此可知，本发明基于色彩编码的移动定位装置检测识别的具体要素为色带10的颜色，相比于图形形状的识别，具有识别速度快而且不受移动载体微幅振动的影响的优点。另外，本实施例中的移动定位装置还可设置一处理装置(图未示)，处理装置与色带检测模组21电性连接，用于解析处理色带检测模组21所检测到的编码色带组1中的色带10排序编码。该处理装置可自带存储器，轨道梁6上的与所有定位段An对应的定位编码可编辑成一数据库存储在处理装置的存储器中，以便处理装置调用，当色带检测模组21读取到某一定位段An的定位编码时，传输给处理装置，处理装置快速给出轨道小车的当前定位信息。

另外，为避免同一束光线对上下彼此相邻的两组色带检测模组21造成影响，可采用下述两个方案来解决这一问题，其一是，如图6所示，在彼此相邻的两色带检测模组21之间设置遮光板24，遮光板24用于分割两彼此相邻的色带检测模组21的光线接收空间。其二是，如图4和图7，在三棱镜22和编码色带组1之间设置透光板25，透光板25上设置有若干分别与每一色带10相对应的夹缝250，光线通过夹缝250后形成一光带，每条色带10反射的光线经过透光板25上的夹缝250后形成一汇聚的光束，避免色带10反射光发散对色带检测模组21造成影响。在本方案中，还可在透光板25与三棱镜22之间还设置有一聚光板23，聚光板23上设置有若干分别与透光板25上的每一夹缝250相对应的聚光镜230，该聚光镜230可为凸透镜，也可为凸透镜与凹透镜结合构成的具有聚光作用的透镜，当光束从透光板25上的夹缝250投射出来后投射在对应的聚光镜230上，色带10反射的光线经过透光板25上的夹缝250后投射到与之对应的聚光镜230上，然后从聚光镜230投射到三棱镜22上，光线经过聚光镜230的二次汇聚，使得投射到三棱镜22上的光线更加凝聚。

由于色带10设置在轨道梁6内，为避免防轨道梁6内光线不足，检测装置2还包括一光源装置4，如图4，光源装置4用于为编码色带组1提供照明光源。该光源装置4可与透光板25安装一起，为色带10提供照明，该光源装置最好发出的光也为混色光，如为白光。另外，为避免外部光线对色带10反射的光线照成干扰，如图10，上述检测装置2上还可罩设一罩体5，罩体5上设置有一朝向编码色带组1开口的开口部50，透光板25安装在该开口部50处，通过罩体5的设置，阻挡外部光线进入罩体5对检测装置2的干扰，色带10反射的光线通过罩体5上的开口部50投射入透光板25上。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (14)

1.一种基于色彩编码的移动定位装置，其特征在于，包括：

若干编码色带组，其沿监控路线的延伸方向间隔设置，每一所述编码色带组包括若干条并行设置且具有不同的颜色排序的色带；

检测装置，其安装在所要监控的移动载体上，所述检测装置包括一支撑板，所述支撑板上设置有若干组色带检测模组，每一所述色带检测模组分别与所述编码色带组内的其中一条所述色带相对应，每一所述色带检测模组包括若干色带检测器，若干所述色带检测器用于检测所述色带反射的光的颜色；

每一所述色带检测模组内设置有三个色带检测器，该三个所述色带检测器分别用于检测红、绿、蓝三种单色光，所述检测装置还包括光线处理元件，所述光线处理元件用于将所述色带反射的混色光处理为单色光被所述色带检测器接收。

2.根据权利要求1所述的基于色彩编码的移动定位装置，其特征在于，还包括一处理装置，所述处理装置与所述色带检测模组电性连接，用于解析处理所述色带检测模组所检测到的编码色带组中的色带排序编码。

3.根据权利要求1所述的基于色彩编码的移动定位装置，其特征在于，所述色带检测器为颜色传感器或光敏二极管。

4.根据权利要求3所述的基于色彩编码的移动定位装置，其特征在于，所述色带的颜色可由单色和/或混色构成。

5.根据权利要求1所述的基于色彩编码的移动定位装置，其特征在于，所述光线处理元件包括于所述色带检测器上涂覆的滤光层或罩设的滤光罩。

6.根据权利要求1所述的基于色彩编码的移动定位装置，其特征在于，所述光线处理元件包括设置在所述编码色带组与所述支撑板之间的分光器。

7.根据权利要求1所述的基于色彩编码的移动定位装置，其特征在于，所述检测装置还包括在彼此相邻的两所述色带检测模组之间设置的遮光板，所述遮光板用于分割两彼此相邻的所述色带检测模组的光线接收空间。

8.根据权利要求6所述的基于色彩编码的移动定位装置，其特征在于，所述检测装置还包括设置在所述分光器与所述编码色带组之间的透光板，所述透光板上设置有若干分别与每一所述色带相对应的夹缝，光线通过所述夹缝后形成一光带。

9.根据权利要求8所述的基于色彩编码的移动定位装置，其特征在于，所述透光板与所述分光器之间还设置有一聚光板，所述聚光板上设置有若干分别与所述透光板上的每一所述夹缝相对应的聚光镜。

10.根据权利要求8所述的基于色彩编码的移动定位装置，其特征在于，还包括将所述检测装置收容于其中的一罩体，所述罩体上设置有一朝向所述编码色带组开口的开口部，所述透光板安装在该开口部处。

11.根据权利要求1所述的基于色彩编码的移动定位装置，其特征在于，所述检测装置还包括一光源装置，所述光源装置用于为所述编码色带组提供照明光源。

12.一种轨道交通系统，其包括轨道梁和轨道小车，所述轨道小车通过安装于所述轨道梁内的驱动机构带动所述轨道小车行走，其特征在于，所述轨道交通系统包括如权利要求1至11任一项所述的基于色彩编码的移动定位装置，若干所述编码色带组设置在所述轨道梁的内壁上，所述检测装置设置在所述驱动机构上。

13.根据权利要求12所述的轨道交通系统，其特征在于，所述轨道梁相对的两侧的内壁上分别设置有所述编码色带组，所述驱动机构上设置有两组分别与两侧所述编码色带组对应的所述检测装置。

14.一种基于色彩编码的移动定位方法，其特征在于，包括：

A1：在监控路线上沿所述监控路线的延伸方向设置若干定位段，每一定位段上铺设一由若干色带组成的编码色带组；

A2：根据所述色带的颜色分别对每一所述编码色带组内的色带进行编码，得到与所述编码色带组所处的定位段相对应的定位编码数据库；

A3：移动载体行走至任一所述定位段处时，通过色带检测模组读取该定位段处的所述编码色带组内的每一条所述色带的颜色，得到该定位段处的定位编码，然后通过查找所述定位编码数据库得到该定位段的位置信息；每一所述色带检测模组内设置有三个色带检测器，该三个所述色带检测器分别用于检测红、绿、蓝三种单色光；

该移动定位方法还通过一光线处理元件将所述色带反射的混色光处理为单色光被所述色带检测器接收。