CN110481602B - 一种轨道运输设备的实时定位方法及装置 - Google Patents

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    • G06K7/10099—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves resolving collision on the communication channels between simultaneously or concurrently interrogated record carriers. the collision being resolved in the spatial domain, e.g. temporary shields for blindfolding the interrogator in specific directions the interrogation device using at least one directional antenna or directional interrogation field to resolve the collision the directional field being used for pinpointing the location of the record carrier, e.g. for finding or locating an RFID tag amongst a plurality of RFID tags, each RFID tag being associated with an object, e.g. for physically locating the RFID tagged object in a warehouse

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Abstract

本发明实施例提供一种轨道运输设备的实时定位方法，所述方法包括：在运输设备沿其轨道前后运行的过程中，通过设置在运输设备固定位置上的专用图像采集设备同步拍摄固定的二维码定位单元组，获取所述二维码定位单元组的实时图像；根据所述二维码定位单元组的实时图像上每一个二维码的标识号和角点数据、所述专用图像采集设备的外参数数据以及运输设备在其轨道上全行程的起点位置对应的二维码的标识号，获得所述专用图像采集设备中心点所处的实际位置信息，即运输设备实时所处的定位信息。根据本发明的技术方案，在保证生产现场的轨道运输设备在同等的外部环境条件下，既能正常稳定的运行，又能在实现实时定位中最大程度的降低使用成本。

Description

一种轨道运输设备的实时定位方法及装置
技术领域
本发明涉及检测领域，具体涉及一种轨道运输设备的实时定位方法及装置。
背景技术
伴随着国内制造业特别是钢铁行业信息智能化的不断发展，如何有效的利用新的技术方法或者新的发明技术来对之前陈旧、维护成本高的设备进行优化升级改造，成为了钢企日益关注的重点，一方面可以促进钢铁行业智能制造水平的发展，另一方面还能有效降低人力、物力的使用成本。
鉴于此，作为钢厂生产现场中常见的轨道运输设备(如行车、上料小车等)，一般所采用的实时定位方法有激光测距法、格雷母线定位法、编码器法、雷达测距法、RFID法等：激光测距法是在工作时向目标射出一束激光，由光电元件接收目标反射回来的激光束，通过计时器计算激光束从发射到接收的时间来计算出从观测者到目标的最终距离；格雷母线定位法是通过单匝线圈感应原理进行格雷母线的位置信号检测，然后通过其地址检测单元对位置信号进行相位比较，最终确定物体在格雷母线上的移动距离；编码器法是通过编码器将位移数据信息进行编制、转换成可通讯、传输、存储的电信号；雷达测距法由发射机、发射天线、接收机和接收天线组成，发射电磁波中一部分能量照射到雷达目标上并在各个方向上产生二次散射，然后雷达接收天线收集散射回来的能量，传送至接收机进行处理，最终获取目标的位置；RFID(射频识别)法是通过无线电讯号识别特定目标的位置并进行相关数据的读写。上述几种定位方法有以下几个特点：(1)理想状态下，测量精度都可达毫米级；(2)激光测距容易受到烟雾、灰尘、雨滴等环境因素的干扰；格雷母线安装成本很高，其安装成本在1000～3000元/米不等；编码器法容易存在轮毂打滑，引起定位误判；雷达测距法测量范围较小，维护难度较大；射频识别法在现场恶略环境下容易集灰，造成扫码的精度，且易漏扫。
发明内容
本发明实施例提供一种轨道运输设备的实时定位方法及装置，在保证生产现场的轨道运输设备在同等的外部环境条件下，既能正常稳定的运行，又能在实现实时定位中最大程度的降低使用成本。
为达到上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种轨道运输设备的实时定位方法，所述方法包括：
在运输设备沿其轨道前后运行的过程中，通过设置在运输设备固定位置上的专用图像采集设备同步拍摄固定的二维码定位单元组，获取所述二维码定位单元组的实时图像；所述二维码定位单元组预先固定在与所述运输设备运行轨道平行的一侧的固定支架上；
根据所述二维码定位单元组的实时图像上每一个二维码的标识号和角点数据、所述专用图像采集设备的外参数数据以及运输设备在其轨道上全行程的起点位置对应的二维码的标识号或终点位置对应的二维码的标识号，获得所述专用图像采集设备中心点所处的实际位置信息，即运输设备实时所处的定位信息。
另一方面，本发明实施例提供了一种视频下架检测装置，所述装置包括：
二维码图片获取单元，用于在运输设备沿其轨道前后运行的过程中，通过设置在运输设备固定位置上的专用图像采集设备同步拍摄固定的二维码定位单元组，获取所述二维码定位单元组的实时图像；其中，所述二维码定位单元组预先固定在与所述运输设备运行轨道平行的一侧的固定支架上；
定位信息确定单元，用于根据所述二维码定位单元组的实时图像上每一个二维码的标识号和角点数据、所述专用图像采集设备的外参数数据以及运输设备在其轨道上全行程的起点位置对应的二维码的标识号或终点位置对应的二维码的标识号，获得所述专用图像采集设备中心点所处的实际位置信息，即运输设备实时所处的定位信息。
上述技术方案具有如下有益效果：因为采用二维码定位的技术手段，该技术方案抗干扰能力较强，且设备及安装成本更为低廉，维护难度小，实用性好，在检测精度同样达到毫米级的情况下，更为符合当前国内钢企在提高智能制造水平的同时又能降成本的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一种轨道运输设备的实时定位方法的流程图；
图2是本发明实施例一种轨道运输设备的实时定位装置的安装示意图；
图3是本发明实施例一种轨道运输设备的实时定位检测原理图；
图4是本发明实施例一种轨道运输设备的实时定位装置的结构示意图。
图中，1-专用图像采集设备，2-二维码定位单元组，3-运输设备，4-轨道。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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，是本发明实施例一种轨道运输设备的实时定位方法的流程图，所述方法包括：
S101：在运输设备3沿其轨道4前后运行的过程中，通过设置在运输设备3固定位置上的专用图像采集设备1同步拍摄固定的二维码定位单元组2，获取所述二维码定位单元组2的实时图像；所述二维码定位单元组2预先固定在与所述运输设备运行轨道4平行的一侧的固定支架上；
进一步地，如图2所示，所述专用图像采集设备1的中心点与所述二维码定位单元组2的中心点在同一高度，所述专用图像采集设备1的摄像头摄像方向与所述运输设备3的轨道方向垂直。
本发明中的二维码定位单元组2，是由多个具有相同大小、且有单独标识的二维码组成。在喷印以及制作二维码定位单元组2的过程中，要确保每个二维码以固定不变的间距排成一行。如图2所示，在现场安装过程中，将制作好的二维码定位单元组2固定在与运输设备3运行轨道4相平行的任意一侧的固定支架上，同时确保多个二维码的中心点的连线，与运输设备3的轨道4相平行。
在喷印以及制作二维码定位单元组2的过程中，将其中每一个二维码都通过一个独有的标识号来作特定标记，该标识号的取用范围为从零开始的任意正整数，且经本发明的专用图像采集设备的实时拍摄就可获知该标识号；根据所述二维码定位单元组2，从运输设备在其轨道上的起点位置到终点位置所使用的若干个二维码，其标识号要求连续升序或降序排列；在喷印以及制作该二维码定位单元组的过程中，要确保每个二维码以固定不变的间距排成一行。
本发明中的专用图像采集设备1，在现场安装之前必须经过严格的标准化流程对其进行标定操作，以得到专用图像采集设备的内参数以及畸变系数。如图2所示，在现场安装过程中，将专用图像采集设备1安装在运输设备3上的固定位置，通过调整摄像头配置等方法让二维码定位单元组在运输设备在其轨道上从起点至终点运行的整个行程中，该固定位置均可以完整标记并且专用图像采集设备能够清楚、完整的拍摄到二维码定位单元组，以确保后续逻辑控制程序的计算准确。
S102：根据所述二维码定位单元组的实时图像上每一个二维码的标识号和角点数据、所述专用图像采集设备的外参数数据以及运输设备在其轨道上全行程的起点位置对应的二维码的标识号或终点位置对应的二维码的标识号，获得所述专用图像采集设备中心点所处的实际位置信息，即运输设备实时所处的定位信息。
进一步地，所述每一个二维码的标识号和角点数据，通过以下方法确定：
对所述二维码定位单元组2的实时图像进行高斯模糊、中值滤波和二维码识别定位处理，得到所述二维码定位单元组中每一个二维码的标识号和角点数据。
优选地，根据所述二维码定位单元组2的实时图像上每一个二维码的标识号和角点数据、所述专用图像采集设备的外参数数据以及运输设备在其轨道上全行程的起点位置对应的二维码的标识号或终点位置对应的二维码的标识号，获得所述专用图像采集设备1中心点所处的实际位置信息，包括：
根据所述二维码定位单元组2的实时图像上每一个二维码的标识号和角点数据，获得每一个二维码的带标识号的相机三维坐标；
根据所述专用图像采集设备1的外参数数据中的旋转矩阵和平移矩阵，将所述每一个二维码的带标识号的相机三维坐标转换为带标识号的世界三维坐标；
根据所述每一个二维码的带标识号的世界三维坐标，获得所述每一个二维码中心点与镜头中心点在二维码中心点连线上的投影点的距离；
根据所述每一个二维码中心点与镜头中心点在二维码中心点连线上的投影点的距离，选取其中距离值为最小的距离最小值，并获取距离最小值所对应的二维码的标识号；
根据所述距离最小值所对应的二维码的标识号，结合运输设备在其轨道上全行程的起点位置的二维码的标识号或终点位置的二维码的标识号，获得所述专用图像采集设备1中心点所处的实际位置信息。
进一步优选地，根据所述距离最小值所对应的二维码的标识号ID1，结合运输设备在其轨道上全行程的起点位置的二维码的标识号ID2，通过下式获得所述专用图像采集设备中心点所处的实际位置信息d：
d＝|ID1-ID2|*k+p
其中，k为二维码定位单元组中每一个二维码中心点间所设定的固定距离；p为表示位置相对关系的距离最小值。对于p，程序会根据所述距离最小值相对于镜头中心点的前后位置关系自动判断是一正数或负数；取ID1与ID2相差的绝对值是因为标识号可升序或降序连续排列；终点位置的二维码的标识号信息，再以起点位置的二维码标识号进行实际位置定位时只用用于程序保护设置，不参与实时位置计算。同理，以终点位置的二维码标识号信息代入公式进行计算也是一种可行的计算方法。
具体地，按上述实时定位运转流程，逻辑控制程序的主体设计原理如图3所示，在专用图像采集设备1(其镜头中心用O点表示)实时拍摄到的某一帧画面中共有五个二维码(其中心点分别用A、B、C、D、E表示)，镜头中心O点在二维码中心点连成的直线上的投影为P点。首先，对这一帧画面进行高斯模糊、灰度处理等一系列图像处理之后，得到五个二维码各自独有的标识号和角点数据；然后，结合专用图像采集设备内参数等数据，得到专用图像采集设备的外参数，进而分别得到五个二维码的中心点与镜头中心O点在二维码中心点连线上的投影P点的距离AP、BP、CP、DP、EP；最后，将五个二维码各自独有的标识号，和其中心点与P点的距离AP、BP、CP、DP、EP代入计算模型，并结合运输设备在其轨道上全行程的起点、终点位置信息，得到最优化的专用图像采集设备1中心点O点所处的实际位置信息，即运输设备3此时所处的定位信息。
其中，要得到五个二维码的中心点分别与镜头中心O点在二维码中心点连线上的投影P点的距离AP、BP、CP、DP、EP，就要结合专用图像采集设备的相机坐标与世界坐标的转换关系，如下式所示：
Figure GDA0003080200530000051
其中，R和T分别为专用图像采集设备外参数中的旋转矩阵和平移矩阵，且R为3×3矩阵，T为3×1矩阵，O为(0，0，0)；XC、YC、ZC分别为专用图像采集设备所拍摄的画面中某点的相机三维坐标，X、Y、Z分别为其对应的世界三维坐标。
如图4所示，是本发明实施例一种轨道运输设备的实时定位装置的结构示意图，所述装置包括：
二维码图片获取单元21，用于在运输设备3沿其轨道4前后运行的过程中，通过设置在运输设备3固定位置上的专用图像采集设备1同步拍摄固定的二维码定位单元组2，获取所述二维码定位单元组2的实时图像；其中，所述二维码定位单元组2预先固定在与所述运输设备3运行轨道4平行的一侧的固定支架上；
定位信息确定单元22，用于根据所述二维码定位单元组2的实时图像上每一个二维码的标识号和角点数据、所述专用图像采集设备1的外参数数据以及运输设备3在其轨道4上全行程的起点位置对应的二维码的标识号或终点位置对应的二维码的标识号，获得所述专用图像采集设备1中心点所处的实际位置信息，即运输设备3实时所处的定位信息。
进一步地，所述专用图像采集设备1的中心点与所述二维码定位单元组2的中心点在同一高度，所述专用图像采集设备1的摄像头摄像方向与所述运输设备3的轨道方向垂直。
优选地，所述定位信息确定单元具体用于：
根据所述二维码定位单元组2的实时图像上每一个二维码的标识号和角点数据，获得每一个二维码的带标识号的相机三维坐标；
根据所述专用图像采集设备的外参数数据中的旋转矩阵和平移矩阵，将所述每一个二维码的带标识号的相机三维坐标转换为带标识号的世界三维坐标；
根据所述每一个二维码的带标识号的世界三维坐标，获得所述每一个二维码中心点与镜头中心点在二维码中心点连线上的投影点的距离；
根据所述每一个二维码中心点与镜头中心点在二维码中心点连线上的投影点的距离，选取其中距离值为最小的距离最小值，并获取距离最小值所对应的二维码的标识号；
根据所述距离最小值所对应的二维码的标识号，结合运输设备在其轨道上全行程的起点位置的二维码的标识号或终点位置的二维码的标识号，获得所述专用图像采集设备中心点所处的实际位置信息。
进一步优选地，所述定位信息确定单元具体还用于：
根据所述距离最小值所对应的二维码的标识号ID1，结合运输设备在其轨道上全行程的起点位置的二维码的标识号ID2，通过下式获得所述专用图像采集设备中心点所处的实际位置信息d：
d＝|ID1-ID2|*k+p
其中，k为二维码定位单元组中每一个二维码中心点间所设定的固定距离；p为表示位置相对关系的距离最小值。
进一步地，所述二维码信息处理模块还用于：
对所述二维码定位单元组的实时图像进行高斯模糊、中值滤波和二维码识别定位处理，得到所述二维码定位单元组中每一个二维码的标识号和角点数据。
本发明的主要目的是保证生产现场的轨道运输设备(以球团矿上料小车为例)在同等的外部环境条件下，既能正常稳定的运行，又能最大程度的降低使用成本。且后续可通过一系列的系统软、硬件升级改造，广泛应用在室外等开放场地。
应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种轨道运输设备的实时定位方法，其特征在于，所述方法包括：
在运输设备沿其轨道前后运行的过程中，通过设置在运输设备固定位置上的专用图像采集设备同步拍摄固定的二维码定位单元组，获取所述二维码定位单元组的实时图像；所述二维码定位单元组预先固定在与所述运输设备运行轨道平行的一侧的固定支架上；
根据所述二维码定位单元组的实时图像上每一个二维码的标识号和角点数据、所述专用图像采集设备的外参数数据以及运输设备在其轨道上全行程的起点位置对应的二维码的标识号或终点位置对应的二维码的标识号，获得所述专用图像采集设备中心点所处的实际位置信息，即运输设备实时所处的定位信息；
根据所述二维码定位单元组的实时图像上每一个二维码的标识号和角点数据、所述专用图像采集设备的外参数数据以及运输设备在其轨道上全行程的起点位置对应的二维码的标识号或终点位置对应的二维码的标识号，获得所述专用图像采集设备中心点所处的实际位置信息，包括：
根据所述二维码定位单元组的实时图像上每一个二维码的标识号和角点数据，获得每一个二维码的带标识号的相机三维坐标；
根据所述专用图像采集设备的外参数数据中的旋转矩阵和平移矩阵，将所述每一个二维码的带标识号的相机三维坐标转换为带标识号的世界三维坐标；
根据所述每一个二维码的带标识号的世界三维坐标，获得所述每一个二维码中心点与镜头中心点在二维码中心点连线上的投影点的距离；
根据所述每一个二维码中心点与镜头中心点在二维码中心点连线上的投影点的距离，选取其中距离值为最小的距离最小值，并获取距离最小值所对应的二维码的标识号；
根据所述距离最小值所对应的二维码的标识号，结合运输设备在其轨道上全行程的起点位置的二维码的标识号或终点位置的二维码的标识号，获得所述专用图像采集设备中心点所处的实际位置信息。
2.如权利要求1所述的轨道运输设备的实时定位方法，其特征在于，所述专用图像采集设备的中心点与所述二维码定位单元组的中心点在同一高度，所述专用图像采集设备的摄像头摄像方向与所述运输设备的轨道方向垂直。
3.如权利要求1所述的轨道运输设备的实时定位方法，其特征在于，根据所述距离最小值所对应的二维码的标识号ID1，结合运输设备在其轨道上全行程的起点位置的二维码的标识号ID2，通过下式获得所述专用图像采集设备中心点所处的实际位置信息d：
d= |ID1-ID2|*k+p
其中，k为二维码定位单元组中每一个二维码中心点间所设定的固定距离；p为表示位置相对关系的距离最小值。
4.如权利要求1或3所述的轨道运输设备的实时定位方法，其特征在于，所述每一个二维码的标识号和角点数据，通过以下方法确定：
对所述二维码定位单元组的实时图像进行高斯模糊、中值滤波和二维码识别定位处理，得到所述二维码定位单元组中每一个二维码的标识号和角点数据。
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