CN116235074A - 用于在过程自动化中确定位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于通过传感器确定物体的位置的方法(400)，其包括：设定本地传感器坐标系的步骤(402)；设定全局目标坐标系的步骤(404)；确定用于将本地传感器坐标系中的坐标变换为全局目标坐标系中的坐标的变换参数的步骤(406)；获取物体的位置的本地坐标的步骤(408)；将物体的位置变换为全局目标坐标系中的坐标的步骤(410)。

Description

用于在过程自动化中确定位置的方法

技术领域

本发明涉及用于通过传感器确定物体位置的方法、计算单元、传感器、具有计算单元和传感器的系统以及计算单元在过程自动化、工厂自动化的系统中或在具有多个位置可变传感器的多传感器环境中的使用。

背景技术

可以使用二维测量雷达系统来全局化安全或自动化技术领域的监测。此外，用于传送带的线扫描二维雷达系统是已知的，其检测传送带上运输的松散材料的量。上述系统的共同点在于，物体在监测区域中的位置根据它们的距离以及它们相对于传感器自身的角位置来确定，这也足以解决大量问题。尤其用于物位测量技术的三维测量系统也是已知的。在这种系统中，向容器中或露天存放的松散材料堆上的松散材料层施加雷达信号，并且根据雷达信号在介质上的反射计算出松散材料表面的拓扑，通过已知的变换，可以从该拓扑高精度地确定松散材料的体积，并且在已知密度的情况下，还可以高精度地确定松散材料的质量。

例如，用于过程或工厂自动化的传感器确定与相应传感器的相应位置有关的距离和角位置。因此，雷达传感器例如将与填充材料的距离确定为位于传感器中的参考点(零点)与填充材料表面之间的距离。除了距离值之外，用于过程和工厂自动化的传感器还能确定传感器与相应反射体之间的角度值。这些角度值也以与传感器自身上的现有平面或标记(“传感器参考平面”)有关的方式指定。上述方法的缺点是，服务技术人员不能从外部不能知晓填充材料或物体的位置或方位。

发明内容

本发明的目的是提供一种克服这种缺陷的方法和系统。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。有利的实施例是从属权利要求、以下说明和附图的主题。

所描述的实施例类似地涉及用于通过传感器确定物体位置的方法、计算单元、传感器、具有计算单元和传感器的系统以及计算单元在过程自动化或工厂自动化的系统中或在具有多个位置可变传感器的多传感器环境中的使用。协同效应可由实施例的各种组合产生，尽管它们可能未被详细说明。

本领域技术人员通过研究附图、公开内容和所附权利要求，在实施要求保护的发明时可以理解和实施所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其它元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可以实现权利要求中列举的多个主题或步骤的功能。在相互从属的权利要求中说明特定措施的这一事实并不意味着不能有利地使用这些措施的组合。

根据第一方面，提供了一种用于通过传感器确定物体的位置的方法。该方法包括以下步骤：设定(即，指定)本地传感器坐标系；设定全局目标坐标系；确定用于将本地传感器坐标系中的坐标变换为全局目标坐标系中的坐标的变换参数；获取物体的位置的本地坐标；并且将物体的位置变换为全局目标坐标系中的坐标。

因此提出了一种如下方法，在该方法中，诸如雷达传感器等多维测量传感器例如检测相对于物体的方向和距物体的距离，并且在全局坐标系中给定位置。因此，服务技术人员无需了解传感器的朝向即可知道物体所在的位置。

术语“传感器”例如对于过程自动化领域的技术人员而言是已知的。取决于类型和设计，这种传感器可例如包括天线、用于测量变量的检测器、用于对检测的信号镜像放大、处理和可能的数字化的电子器件、电源单元、用于外部的接口以及储能器。所列出的部件仅应理解为示例。传感器通常安装在壳体中。因此，也可以将其它单元(例如，其它传感器)集成到传感器中。为了对本发明中提到的这些其它传感器(例如，加速度传感器)进行区分，这些其它传感器被称为“附加传感器”。

“物体”例如是容器壁上不期望的材料积累物，或者例如是应确定和观察其在容器中的分布的松散材料。由于例如从雷达传感器的角度来看，雷达波在物体上反射，因此在本发明的示例中，术语“反射点”通常是指物体，或者更准确地说是指物体的位置。此外，物体也应理解为例如松散材料，该松散材料由于被放置到容器中而具有能由传感器检测的拓扑。

术语“位置”通常是指完整的坐标，而术语“方位”通常描述方向或朝向，根据上下文，方位可以是物体的朝向或者是在空间中相对于传感器朝向的方位。例如，可以通过将距离添加到与球面坐标系相关的方位信息而在球面坐标系中确定物体的位置。

术语“本地”是指传感器。另一方面，术语“全局”是指可能大规模的但仍有限的区域，例如通常为工业设施。在一些实施例中，全局坐标系的定义分量是重力方向。因此，如果坐标系的原点不是不同重力方向的交点(例如，地心坐标系)，则该区域的地理范围应限制在仍能够将重力方向视为“相同”以实现本发明目的的范围内。否则，例如可以使用全球大地测量坐标系作为全局坐标系。

方向最初与本地传感器坐标系相关，这将在以下实施例中更详细地说明。例如，本地传感器坐标系并不总是为服务技术人员所知。如果例如将本地坐标系中的位置传达给技术人员，则还必须确保在技术人员到达之前该位置不会例如由于移动而发生改变。尤其在具有大量传感器的系统中，技术人员仍需要为每个传感器重新定向。通过远程传输物体在全局目标坐标系中的坐标，可以将物体的位置在例如智能手机、计算设备或纸质打印件上以例如图形表示的形式提供给远程服务中心中或远程位置处的技术人员，并且也可以在现场显示。由此，服务明显更容易、更快速并且更不易出错，因此也更经济。在此，对传输的统一系统中坐标的评估并不复杂。

目标坐标系不一定是最终坐标系。可以继续将物体坐标变换到一个或多个其它坐标系。

根据一实施例，本地坐标系是球面坐标系或笛卡尔坐标系，并且设定本地坐标系的步骤包括将传感器平面定义为赤道平面或xy平面，将传感器平面的中心定义为坐标系的原点，并且将传感器平面外部的参考点定义为参考方向或定义为传感器平面中的其中一个轴从原点朝向参考点的方向。

因此，本地传感器坐标系例如是球面坐标系，其极轴是主方向，例如是雷达传感器的天线的中心发射和接收方向。极轴例如垂直于传感器的下侧面或下表面。在此，下侧面或下表面例如平行于容器的安装有传感器的表面。该表面(在本发明中也被称为传感器平面)可以充当赤道平面。坐标系的原点或中心点例如是被限制到传感器的区域内的传感器平面的中心点。方位角的参考方向例如可以是传感器平面上的标记或者使电缆在传感器平面中的出口点。例如，在笛卡尔传感器坐标系的情况下，如果原点相同，则方位角参考方向将对应于x轴，并且极点方向对应于z轴，并且相应地得出y方向。根据传感器的特性有利地选择基本传感器坐标系。如果传感器例如是用于测量距离和方向的雷达传感器，则优选地使用球面坐标系。由于从本领域技术人员的角度来看，从本地球面坐标系到相应的笛卡尔坐标系的变换是无关重要的问题，并且进一步的方法无需对其进行区分，因此在下文中基本省去了对两种坐标系的具体命名。因此，通过指定诸如仰角(Elevation)、方位角和距离等信息，在这些相应的本地坐标系的情况下，本领域技术人员读取笛卡尔等价物，例如x和y方向上和/或xyz坐标上的斜率等。

根据一实施例，获取物体的位置的本地坐标的步骤包括确定相对于本地传感器坐标系的参考方向的仰角和方位角。仰角是相对于传感器球面坐标系的赤道平面的倾斜，而方位角是相对于参考方向的旋转。距离对于位置确定也是必需的。距离由传感器自身测量，因此很容易确定。如果本地传感器坐标系和全局目标坐标系具有相同的原点，则距离保持不变，因此不必进行平移。为了变换到目标坐标系，首先有利地将球面坐标变换为本地笛卡尔坐标系的笛卡尔坐标。

根据另一实施例，全局目标坐标系是笛卡尔坐标系或大地坐标系，该笛卡尔坐标系的其中一个轴的朝向在罗盘方向上，而另一个其它轴的朝向在重力方向上。优选地，罗盘方向例如是向南或向北方向。通过选择重力方向作为其中一个轴，允许使用其测量原理基于重力的传感器以及下述的其它方法。诸如WGS84等大地坐标系的优点在于，其不受本地的限制并且一些卫星导航系统使用该系统。但是，这种换算相对复杂。

根据另一实施例，由作为法线的重力方向确定的平面位于与容器相关的高度处。换句话说，作为法向矢量的重力方向定义了一组平面。从中选择一个平面，该平面位于容器的恰当选择的高度处，例如位于或接近容器的底部。

根据另一实施例，变换参数为仰角，并且该仰角通过以下方法中一种或多种获得：第一种方法包括通过量角器或通过智能手机的仰角测量传感器检测仰角。第二种方法包括通过传感器中的倾斜和/或加速度传感器检测仰角。第三种方法包括通过传感器检测填充过程期间松散材料的下落方向作为重力方向并基于重力方向确定仰角。第四种方法包括检测容器壁的平坦表面的方向作为重力方向并基于重力方向确定仰角。在此，平坦表面是指例如矩形或圆柱形容器的例如垂直壁。如果本地坐标系是球面坐标系，则可以如上所述地进行变换，即在中间步骤中变换为本地笛卡尔坐标系，并且据此变换为笛卡尔目标坐标系。然而，本实施例中提到的仰角不应与物体相对于本地传感器球面坐标系的仰角相混淆。本实施例的仰角是指本地传感器系统和全局坐标系之间的关系，以确定变换参数仰角的值，例如极点方向相对于重力方向的倾斜。在此，传感器或本地坐标系的方位与全局坐标系有关。传感器的方位可以通过传感器中的可用于检测相对于重力方向的倾斜的附加传感器确定，或者可以在智能手机根据传感器或本地传感器球面坐标系的朝向或极点方向倾斜时通过位于智能手机中的附加传感器确定。也可以光学地确定仰角，例如通过诸如松散材料等介质的下落方向。

根据一实施例，另一变换参数是方位角或方位角度，并且变换参数仰角和方位角中的至少一者通过以下方法中的一种或多种获得：在第一种方法中，用智能手机或智能手机相机拍摄传感器和传感器的标记的图像，并且据此确定本地坐标系的参考方向；以及通过用智能手机罗盘测量地球磁场来确定罗盘方向，并且最后基于罗盘方向和参考方向确定方位角。在第二种方法中，智能手机具有可以测量倾斜(即，相对于重力方向的仰角)的附加传感器以及可以测量方位角的附加传感器。例如，该附加传感器(例如，陀螺仪)可以检测智能手机为了从标记方向移动到向南方向而旋转了多少度。在这种情况下，智能手机不必主动旋转，而是可以包含自动确定例如南极方向相对于当前朝向的偏移量的功能。另一种方法是通过扫描容器来检测容器形状，并且使用用于显示容器朝向和容器形状的设施布置图(Anlageplans)来确定仰角和方位角。因此，在此通过设施布置图获得外部(即，全局)参考。例如，设施布置图可以存储在数据库或存储器中，以便可以自动访问和使用。

换句话说，根据该实施例，单独地确定方位角，或者同时确定方位角和仰角。对于方位角，例如可以将例如罗盘针的磁朝向与从原点到标记或重要点的线(即，参考方向)进行光学比较或测量。

根据一实施例，传感器中的附加传感器为以下设备中的一者或多者：罗盘、卫星导航接收器、加速度传感器、至少包括光学检测单元、日期检测单元和时间检测单元的天体观测单元。全局朝向也可以通过GPS接收器的天线装置或者通过加速度传感器来确定。另一种可能的方法基于天体观测单元。例如，可以确定太阳的位置。例如，可以计算出在特定日期和特定时间时日落时的太阳位置，并且根据该位置与本地球面坐标系的参考方向的简单差值得出方位角。

根据一实施例，进一步通过用户定义的平移参数将目标坐标系中的坐标变换到用户定义的坐标系中。例如，轴具有相同的朝向，但将原点例如设置在诸如容器的底部平面的中心之类的点上。因此，用户定义的坐标系可以是具有全局坐标系朝向的另一传感器特定坐标系。因此，服务技术人员可以据此立即用容器信息或传感器ID来识别容器并且还识别物体的位置。在这种情况下，他不必通过全局坐标例如根据布置图来确定容器或传感器。

根据一实施例，用户定义的坐标系的原点在容器的底部处，例如在底部平面的中心处。然而，原点也可被定义在角部点或顶部点处。另一合适的点是本地坐标系的原点。如果目标坐标系的原点未被设置在空间中的另一点处，则这将对应于平移0。在这种情况下，目标坐标系和用户定义的坐标系是相同的。

根据一实施例，该方法还包括将物体在目标坐标系或用户定义的坐标系中的坐标经由接口传输到数据获取单元的步骤。

坐标可以存储在本地，并且例如通过NFC(近场通信)现场传输到智能手机、平板电脑或服务设备。然而，这些坐标也可以经由使用现场总线的有线或无线连接、以太网/互联网连接或移动无线电连接传输到服务器、评估单元或云端。

此外，可以将诸如变换参数、图像数据、GPS数据、雷达传感器测量数据、设施或容器的几何数据等测量的、确定的和/或配置的值、参数和数据发送到服务器、评估单元或云端，使得可以在传感器、服务器、评估单元和/或云端服务中部分或完全地执行这些步骤。相应的无线或有线传输路径(特别是过程自动化的传输路径)以及相应的接口对于本领域技术人员而言是已知的，并且在此不再进一步解释。

根据另一方面，提供了一种计算单元，该计算单元包括用于指示计算单元执行该方法的步骤的程序元件。例如，计算单元可以布置在服务器或评估单元中，和/或作为云端中的服务器。这意味着计算单元也可以是物理地分布在多个单元(例如，不同硬件单元)上的逻辑单元。

根据另一方面，提供了一种具有这种计算单元的传感器。传感器例如是雷达传感器、激光传感器、超声波传感器或可用于测量距离和方向的类似传感器。在此，“传感器”也可以理解为传感器组，传感器组作为一个这种传感器相互作用。在这种情况下，例如，传感器组中的一个传感器可以用作作为本地坐标系的参考的传感器。

根据另一方面，提供了一种系统，其包括计算单元和用于确定物体在本地坐标系中的位置的传感器。如上所述，传感器也可以是传感器组。计算单元可以是如上所述的处理单元，其将确定的位置或本地坐标系中的坐标变换为全局或用户定义的坐标系的坐标。

因此，提出了一种多维测量雷达系统，该雷达系统提供分别表征反射点的至少两个空间坐标。在此，空间坐标与全局固定点和/或用户指定的固定点固定地相关。

根据另一方面，提供了计算单元在过程自动化、工厂自动化或具有多个位置可变传感器的多传感器环境中的使用。

因此，通过使用所述系统和方法，多维测量的雷达系统可以向外部提供大量反射点的方位。因此，用于描述多个反射点的所述数据集可以有线或无线地、有效地传输和应用到诸如控制室或云端等远程设施。为了能够以统一的形式显示、评估和正确解释大量测量点的该传输数据，可以将传输的反射点的位置和与传感器安装位置无关的可全局确定的参考位置关联起来，且/或参阅它。

附图说明

下面将参考附图来详细说明本发明的示例性实施例。说明和附图均不应被解释为限制本发明。

图1示出了二维坐标系中的具有容器和传感器的系统的简图。

图2示出了根据一实施例的三维坐标系中的具有容器和传感器的系统的简图。

图3示出了根据一实施例的三维坐标系中的具有多个容器和传感器的系统的简图。

图4示出了根据一实施例的方法的流程图。

图5示出了根据一实施例的系统的框图。

附图仅是示意性的，并且未按比例绘制。原则上，相同或相似的部件设置有相同的附图标记。

具体实施方式

图1首先示出了一维测量雷达传感器101。特别地，传感器101根据渡越时间法(Laufzeitverfahren)确定其传感器参考面102或其内部零点102与待测量的介质104的表面103之间的距离d1 105。在所示的布置中，确定的测量值d1 105与传感器的可能扭转地进行的安装106无关。换句话说，也就是说测量与传感器的安装扭转角106无关。然而，用户有可能通过指定恒定的校正项来调节传感器参考点102，以适用应用。特别地，用户有可能以与自由选择的参考点108相关的方式设定由测量装置101输出的测量值，参考点108通常对应于容器底部109的标高

通过额外指定容器高度h 110，传感器101可以连续提供填充物位l 111，或者换句话说，可以连续提供作为推导值的介质104的表面103的相对于参考高度B 108的标高，以作为测量值。

可以通过集成在传感器中的位置传感器自动地确定传感器101的倾斜，在此特别是传感器参考平面102的倾斜，并且通过使用三角函数，可以自动地从确定的倾斜距离确定表面103和传感器101之间的垂直距离。即使在倾斜安装的情况下，传感器101沿其轴向方向的扭转106也没有影响测量值，并因此也不对其进行评估。

图2示出了多维测量测量设备或传感器201的示例，在此是用于检测松散材料表面202的拓扑的三维雷达传感器201的示例。在一

示例中，传感器还被设计为向外部提供容器204中的各个反射点203的位置。参考图1的实施例，多维测量雷达传感器201包括传感器参考面205或内部零点205，从该传感器参考面205或内部零点205到传感器201的检测范围内的各个反射体203的距离值d 206被确定。在二维雷达传感器的情况下，还通过相对于平面E的表面法线的第一角度偏移phi207来表征反射体203的方位，平面E由传感器参考面205(例如，紧固凸缘)定义。在不限制一般性的情况下，在此可以假设第一角位置207的0°方向被定义为垂直于参考面205。然而，也可以选择其它初始方向。

在三维雷达传感器的本示例中，通常将垂直于第一偏移角phi 207的第二角度偏移theta确认为平行于以phi倾斜的平面E 205，并且通过指定球面坐标并使该球面坐标的原点位于传感器参考平面205的中心处，第二角度偏移与其它坐标一起表征反射体203的位置。第二偏移角theta208的定义需要在传感器201内设定0°方向，其中，在这一点上，例如可以使用连接电缆209离开传感器壳体的方向208。然而，也可以对theta＝0°的方向进行其它的设定，并且例如通过传感器壳体上的图形标记使其变得对外部可见。

在通常的处理步骤中，所确认的极坐标或球面坐标被变换为笛卡尔传感器坐标210，由此明确定义了各个反射体203的相对于传感器203的方位。特别有利的但绝不是限制性的，可以在下文中假设变换按照以下方式进行：坐标轴Xs 211和Ys 212所跨越的平面平行于或等同于传感器参考平面205，并且Xs轴在theta＝0°的方向上延伸。

在下一个有用的方法步骤中，可以将各个反射体203的位置变换到能够由相应用户指定的坐标系213。在此，坐标系213可以由用户在很大程度上自由选择。在大量的应用中，轴XR、YR、ZR、214、215、216的方向对应于我们通常的整体感知的方向，即，轴XR 214和轴YR 215所跨越的平面对应于水平面，并且ZR轴216作为水平面的表面法线沿重力方向延伸。坐标系的原点217通常是定义在容器204附近或容器204中心处的点，其标高对应于几乎完全排空的容器中的填充材料表面的标高(还参见图1)。

如果选择坐标系213(在此被称为“全局坐标系”)来输出各个反射体203的位置，且该坐标系213的原点例如在传感器的交付状态下也可以位于传感器201的标高和参考平面205的中心处，则当传感器201在两个方向上的由其安装位置导致的倾斜角可用时，可以在很大程度上自动地进行该点的坐标的从传感器201的坐标系210的变换。在一实施例中，在安装完成之后，可以用测量设备(例如，量角器或智能手机)测量参考平面205的倾斜，并且可以通过接口将其传达给传感器201。替代地，还可以通过集成在传感器201中的倾斜传感器或加速度传感器来自动检测参考平面205(其对应于平面Xs 211、Ys 212)相对于水平面或相对于垂线的至少一个倾斜角。在传感器201的操作期间，还可以根据填充过程中松散材料的下落方向检测垂线，或者将诸如通常由容器壁定义的平坦表面的方向解释为垂线。

然而，先前的实施例和公开内容不足以将反射体203的传感器坐标210可靠地变换为易于解释的全局坐标213。利用根据其中一个上述示例性实施例的传感器201中设置的参考平面205的倾斜角，可以使传感器坐标系210以及据此确定的各个反射体的所有坐标变得“横平竖直”，即它可以实现变换后的坐标轴Xs'和Ys'所跨越的平面平行于最终要实现的全局坐标系213的平面XR 214和YR 215。由于仅考虑参考平面205的倾斜而不考虑传感器201相对于容器204以及因此也相对于全局坐标系213的扭转218，因此在此将出现显著的缺陷。因此，除了参考平面205的倾斜之外，在此可以特别地使传感器201相对于位于传感器201外部的可全局确定的固定点的扭转218在传感器201本身中是已知的，并且因此是可评估的。因此，在一实施例中，在传感器201投入运行的情况下，可以通过用户输入来提供相对于固定坐标系的扭转218的确定。然而，该解决方案的缺点是，在运输容器204时，该扭转可能在各测量周期之间尤其相对于容器204外部的固定参考方向发生改变。因此，也可以由外部测量设备检测扭转218，并且通过已知的通信信道传输给传感器201。特别地，可以用智能手机拍摄传感器218，并且利用例如集成在智能手机中的罗盘和相应执行的用于定位标记或电缆出口209的图像处理，确定传感器201的0°方向208相对于全局可用的参考点(例如，南极)的偏差。还可以想到，还可以通过附设在传感器201上的相应标记来定向智能手机，使得智能手机可以确定平面205的倾斜和扭转218，并且可以将其传输到传感器201。在一特别有利的实施例中，还可以特别通过集成在传感器201中的固定点确定装置，该固定点确定装置例如是罗盘、GPS、加速度传感器、天体观测单元(例如，带有时间和日期的例如用于检测日出日落的相机)，或者在添加用于指示容器的朝向和形状的设施布置图的情况下通过用于检测容器形状的容器扫描来自动确定传感器201的相对于全局可用的固定点的扭转218和/或倾斜，并且将其用于将特定反射点203的坐标从传感器坐标系210变换到全局坐标系213。

例如，可以总是将用户使用的全局坐标系214定向为使得XR轴214向南朝向。然而，也可以选择更适合相应应用的其它朝向。然而，在这一点上应注意的是，不同朝向的选择代表了从全局坐标系213到另一用户坐标系Bx的静态变换，这可以通过根据已知方法一次性指定平移方向和/或旋转方向上的固定偏移量来执行。

图3再次说明了在系统中操作大量传感器时本发明的特殊优势。属于该系统的容器301、302以及露天的松散材料堆303均装配有多维测量雷达传感器304、305、306。传感器304、305、306不仅在它们各自的传感器参考平面(例如，安装凸缘)的倾斜方面，而且在它们各自的测量点301、302、303上的各自扭转218方面彼此显著不同。因此，传感器自身的坐标系307、308、309也彼此明显不同。如果不应用本发明的基本思想，这些传感器中均只能相对于其自身的传感器电子器件确定单个反射体203、310的位置或松散材料表面311的拓扑的方位。如果将这些值传输到中央评估和可视化装置，则在不确切了解传感器各自的安装情况(即，参考平面的倾斜角、扭转角以及必要时的安装高度)的情况下，不能得出关于例如容器301、302内的哪个容器壁上发生结块203、309的结论。因此，本发明的一个基本效果是实现了坐标的统一处理，而与传感器201的各自安装位置无关。为此，在一示例性实施例中，在考虑了关于安装情况的可预定的和/或独立确定的信息(即，参考平面的倾斜角、扭转角以及必要时的安装高度)的情况下，将确定的至少一个反射点的与传感器坐标系307、308、309相关的坐标变换到与传感器无关的全局坐标系312、213中。例如，坐标系312的轴XR可以定向在向南方向上，并且将轴ZR沿垂线方向定向，据此可以在世界的任一点上确定这两个方向。

还可以全局地、明确地定义零点(即，坐标系312的原点)。例如，类似于根据图1的传感器106的已知过程，将坐标系312的零点直接定义在相应传感器304、305、306的参考平面的中心处。然而，也可以使用与各个应用无关的、统一的高度基准(例如，海平面)。可以通过用户输入或者自动地通过集成在传感器中的传感器(在本发明中被称为附加传感器)和/或与传感器通信连接的外部附加传感器，将相对于统一的、全局可用的标高的传感器绝对标高的确定进行全局化。

从传感器坐标218到全局坐标213的变换的最重要的元素在于，可以通过该第一变换消除传感器304、305、306的扭转和/或倾斜，使得由传感器提供的值相对于坐标轴XR、YR、ZR的朝向是明确的，并且与各自的安装情况无关。

在可选的进一步或组合的方法步骤中，类似于图1的过程，例如通过输入容器高度且/或指定X轴和Y轴上的偏移，用户可以根据他的需要改变每个传感器的被传感器用来输出值的全局坐标系312的原点。以此方式，为容器301、302、303中的每一个容器创建用户定义的坐标系B1、313；B2、314；B3、315，在多数情况下，坐标系B1、313；B2、314；B3、315被确定为使得各坐标系的原点位于各容器的底部中心处，并且同时X轴例如定向在向南方向上，而Z轴沿垂线定向。如果在具有定义的Xp、Yp和Zp坐标的点P处的结块现在由相应传感器输出为与用户指定的坐标系相关的测量值，则在容器现场的服务技术人员可以利用罗盘或智能手机非常容易地、明确地获得相应反射点的位置。尤其当从设施布置图得知现有容器的关于罗盘方向的朝向时，现在还可以简单和统一地对具有大量不同容器和朝向的设施中的大量松散材料拓扑进行并行显示和联合评估。

图4示出了用于通过传感器确定物体的位置的方法400。在第一步骤402中，设定本地传感器坐标系。在也可以发生在步骤402之前或同时发生的第二步骤404中，设定全局目标坐标系。在进一步的步骤406中，确定用于将本地传感器坐标系中的坐标变换为全局目标坐标系中的坐标的变换参数。在接下来的步骤408中，获取物体的位置的本地坐标，并且在步骤410中，将物体的位置变换为全局目标坐标系中的坐标。

图5示出了系统500的框图，该系统500包括在此所述的传感器201和在此所述的执行变换的计算单元502。系统500或例如计算单元502具有用于云端504的接口。云端504例如可以包括服务器和/或缓存坐标的存储单元。在该示例中，数据获取单元506可以从服务器获取数据或坐标，例如进一步图形化地处理它们，并且以合适的形式将它们提供给服务技术人员。在此，物体203、310、311的坐标例如以同一目标坐标系217、312也被传输给系统500中的其它传感器201'，或者以用户定义的坐标系(313、314、315)传输给每个传感器201、201'。

上述示例性实施例涉及来自过程自动化领域的应用。然而，本发明的原理和实施例也可以以对本领域技术人员而言显而易见的方式应用于工厂自动化或安全技术领域中的传感器，以对具有大量传感器和大量安装情况的区域进行一般监测。在此也可能特别有利的是，不提供各个反射体与传感器的安装情况相关的方位，而是(至少部分地)提供与可全局确定的固定点相关的位置。

在本发明的上下文中还应考虑的是，由传感器确定的坐标至全局坐标的变换可以在传感器自身中进行，也可以在评估单元或云端中进行。除了测量数据之外，传感器还可以输出关于其安装情况(例如，参考平面的倾斜角、旋转角和必要时的安装高度)的信息。评估单元或云系统还可以从数据库或安装情况检测单元(例如，现场的相机)获取该信息。

上面所示的示例性实施例主要使用笛卡尔坐标系。在本发明的上下文中，以对本领域技术人员而言显而易见的方式，也可以使用诸如极坐标系或球面坐标系等其它坐标系来实施本发明。特别地，还可以使用具有地理经纬度信息的系统。

Claims (15)

1.一种用于通过传感器(201、304、305、306)确定物体(203、310、311)的位置的方法(400)，其包括：

设定本地传感器坐标系(210、307、308、309)的步骤(402)；

设定全局目标坐标系(217、312)的步骤(404)；

确定用于将所述本地传感器坐标系(210、307、308、309)中的坐标变换为所述全局目标坐标系(217、312)中的坐标的变换参数的步骤(406)；

获取所述物体(203、310、311)的位置的本地坐标的步骤(408)；

将所述物体(203、310、311)的位置变换为所述全局目标坐标系(217、312)中的坐标的步骤(410)。

2.根据权利要求1所述的方法(400)，其中，所述本地坐标系(210、307、308、309)是球面坐标系或笛卡尔坐标系，并且其中，设定所述本地坐标系(210、307、308、309)的所述步骤(402)包括将传感器平面(205)定义为赤道平面或xy平面，将所述传感器平面(205)的中心定义为所述本地坐标系(210、307、308、309)的原点，并且将所述传感器平面(205)外部的参考点定义为参考方向或定义为所述传感器平面(205)中的其中一个轴从所述原点朝向所述参考点的方向。

3.根据权利要求1或2所述的方法(400)，其中，获取所述物体的位置的本地传感器坐标的所述步骤(408)包括：确定相对于所述本地传感器坐标系(210、307、308、309)的参考方向的仰角和方位角。

4.根据前述任一项权利要求所述的方法(400)，其中，所述全局目标坐标系(217、312)是笛卡尔坐标系或大地坐标系，所述笛卡尔坐标系的其中一个轴的朝向在罗盘方向上，且其一个其它轴的朝向在重力方向上。

5.根据前述任一项权利要求所述的方法(400)，其中，由作为法线的重力方向确定的所述平面位于与容器相关的高度处。

6.根据前述任一项权利要求所述的方法(400)，其中，一个所述变换参数是仰角，并且所述仰角通过以下方法中的一种或多种获得：

通过量角器或通过智能手机的仰角测量用附加传感器检测仰角；

通过所述传感器中的倾斜和/或加速度传感器检测仰角；

通过附加传感器检测填充过程期间松散材料的下落方向作为重力方向，并且基于所述重力方向确定仰角；

检测容器壁的表面的方向作为重力方向，并且基于所述重力方向确定仰角。

7.根据前述任一项权利要求所述的方法(400)，其中，另一个所述变换参数是方位角，并且其中，作为所述变换参数的所述仰角和所述方位角中的至少一者通过以下方法中的一种或多种获得：

用智能手机拍摄所述传感器(201、304、305、306)和所述传感器的标记的图像，并且基于所述图像确定所述参考方向，通过用智能手机罗盘测量地球磁场来确定罗盘方向，并且基于所述罗盘方向和所述参考方向确定所述方位角；

通过附设在所述传感器上的相应标记对准所述智能手机，并且通过所述智能手机的附加传感器检测所述仰角和所述方位角；

通过扫描所述容器来检测所述容器的形状，并且使用显示所述容器朝向和所述容器的形状的设施布置图来确定所述仰角和所述方位角。

8.根据权利要求7所述的方法(400)，其中，所述传感器(201、304、305、306)中的所述附加传感器为以下设备中的一者或多者：罗盘、GPS接收器、加速度传感器、至少包含光学检测单元、日期检测单元和时间检测单元中的至少一者的天体观测单元。

9.根据前述任一项权利要求所述的方法(400)，其中，进一步通过用户定义的平移参数将所述目标坐标系(217、312)中的坐标变换到用户定义的坐标系(313、314、315)中。

10.根据权利要求9所述的方法(400)，其中，所述用户定义的坐标系(313、314、315)的原点位于容器(301、302、303)的底部处。

11.根据前述任一项权利要求所述的方法(400)，其中，所述方法(400)还包括以下步骤：

经由接口将所述物体(203、310、311)在所述目标坐标系(217、312)或所述用户定义的坐标系(313、314、315)中的坐标传输到数据获取单元(506)。

12.一种包括程序元件的计算单元(502)，所述程序元件指示所述计算单元(502)执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法(400)中的步骤。

13.一种包括根据权利要求12所述的计算单元(502)的传感器(201、304、305、306)。

14.一种系统(500)，其包括根据权利要求12所述的计算单元(502)和用于在本地坐标系(201、307、308、309)中确定物体(203、310、311)的位置的传感器(201、304、305、306)。

15.计算单元(502)在过程自动化或工厂自动化系统(500)中或在具有多个位置可变传感器的多传感器环境中的使用。

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