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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zum Erfassen von Objekten und ein Verfahren zum Erfassen von Objekten.
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Stand der Technik
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Es ist bekannt, ein Fahrzeug basierend auf Messdaten von einer Umfelderfassungssensorik zu betreiben. Derartige Umfelderfassungssensorik kann in einem Karosserieteil des Fahrzeugs integriert oder verbaut sein.
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Aus
DE 10 2006 007 149 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überprüfung einer Parklückenvermessung von Einparkhilfsvorrichtungen bekannt, wobei ein mobiles System beschrieben ist, welches auf der Anhängerkupplung eines Fahrzeugs montiert wird.
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Aus der
US 2017/0336806 A1 ist ein Flugplanungssystem zum Generieren von Flugplänen für Unbemannte Luftfahrzeuge (UAV) bekannt, wobei das UAV eine Kamera zur Erfassung und Inspektion von Strukturen aufweist.
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Aus der
US 2009/0222229 A1 ist eine Kalibriereinrichtung und ein Kalibrierverfahren für einen an einem mobilen Körper angebrachten entfernungsmessenden Bildsensor bekannt.
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Aus der
DE 10 2017 123 198 A1 ist ein System zum Navigieren eines Flugzeugs in einer Halle bekannt, wobei mittels einem mit dem Flugzeug fest verbundenen Sensor fortlaufend Umgebungskonturdaten relativ zum Flugzeug erfassbar sind.
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Aus der
WO 2019/187 937 A1 ist ein System zum Erkennen von Hindernissen in der Umgebung eines Arbeitsfahrzeugs mit an dem Arbeitsfahrzeug angeordneten Distanzsensoren bekannt.
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Darstellung der Erfindung
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Die Erfindung betrifft in einem Aspekt ein portables Sensorsystem zum Erfassen von Objekten im Umfeld des portablen Sensorsystems und zum temporären Anbringen an einem mobilen Objekt. Bei dem Sensorsystem kann es sich daher um ein Umfelderfassungssystem beziehungsweise um ein Objekterfassungssystem handeln. Bei dem Sensorsystem kann es sich ferner um ein mobiles Sensorsystem handeln, wobei das mobile Objekt als Trägerplattform für das Sensorsystem ausgebildet sein kann.
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Das portable Sensorsystem kann als ein transportables Sensorsystem ausgebildet sein, wobei das Sensorsystem händisch getragen und an dem mobilen Objekt händisch angebracht werden kann. Das portable Sensorsystem kann so von einem Operateur leicht gehandhabt und an dem mobilen Objekt angebracht werden. Der Operateur kann ein Mensch oder eine Maschine beziehungsweise ein Roboter sein. Das portable Sensorsystem kann derart ausgebildet sein, dass es von einem einzigen Operateur gehandhabt und an dem mobilen Objekt angebracht werden kann.
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Bei den Objekten kann es sich grundsätzlich um jedes Objekt im Umfeld des Sensorsystems handeln. Die Objekte können mindestens ein stationäres Objekt und/oder mindestens ein mobiles Objekt im Umfeld des Sensorsystems beziehungsweise des mobilen Objekts, an welchem das Sensorsystem angebracht sein kann, aufweisen.
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Bei dem stationären Objekt, welches von dem Sensorsystem erfasst werden kann, kann es sich um ein stationäres Infrastrukturobjekt, beispielsweise ein Gebäude, handeln. Bei dem mobilen Objekt, an welchem das Sensorsystem angebracht sein kann oder welches von dem Sensorsystem erfasst werden kann, kann es sich um ein Fahrzeug, beispielsweise ein Luftfahrzeug, oder um eine Maschine handeln. Das Luftfahrzeug kann ein Flugzeug sein. Bei dem mobilen Objekt kann es sich auch um ein von einem Fahrzeug transportiertes Objekt, beispielsweise um einen Container, handeln. Bei dem mobilen Objekt kann es sich daher um ein Großobjekt handeln. Bei dem mobilen Objekt kann es sich ferner auch um ein Lebewesen, beispielsweise einen Menschen, handeln. Bei dem mobilen Objekt kann es sich ferner auch um ein Kleinobjekt handeln. Das mobile Objekt kann somit ein bewegbares Objekt sein, welches in Bewegung oder in Ruhe sein kann. Das portable Sensorsystem kann daher als ein dynamisches beziehungsweise mobiles Sensorsystem ausgebildet sein.
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Das portable Sensorsystem ist kein fester Bestandteil des mobilen Objekts. Das portable Sensorsystem ist daher nicht in dieses integriert oder an diesem fest verbaut. Das temporäre Anbringen an dem mobilen Objekt kann daher ein vorübergehendes, nicht dauerhaftes Anbringen an dem mobilen Objekt aufweisen. Das portable Sensorsystem kann daher als ein temporäres Anbausystem ausgebildet sein. Das portable Sensorsystem kann an das mobile Objekt angebracht werden, wobei sich das portable Sensorsystem vorübergehend an dem mobilen Objekt befindet. Das portable Sensorsystem kann von dem mobilen Objekt wieder abgenommen werden. Das mobile Objekt kann ohne das angebrachte Sensorsystem betrieben werden. Das mobile Sensorsystem kann für den Betrieb des mobilen Objekts objektbasierte Umfeldinformation bereitstellen.
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Das portable Sensorsystem weist einen Umfelderfassungssensor zum Erfassen der Objekte auf. Der Umfelderfassungssensor kann einen distanzmessenden Sensor aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Umfelderfassungssensor einen bilderfassenden Sensor, beispielsweise eine Kamera, aufweisen. Der Umfelderfassungssensor kann somit auch ein distanzmessender und bilderfassender Sensor beziehungsweise ein Laserscanner-Kamera-Kombinationssensor sein.
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Der distanzmessende Sensor kann als ein scannender Sensor ausgebildet sein. Bei dem distanzmessenden Sensor kann es sich beispielsweise um einen Laserscanner (LIDAR-Sensor), ein Radarmessgerät oder um ein Ultraschallmessgerät handeln. Der Laserscanner kann basierend auf einem Lichtlaufzeitverfahren (ToF-Laserscanner) betreibbar sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Laserscanner basierend auf einem Phasenvergleichsverfahren betreibbar sein. Der Laserscanner, das Radarmessgerät oder das Ultraschallmessgerät kann als ein zweidimensional oder dreidimensional scannender Sensor ausgebildet sein. Der Laserscanner oder eines der beschriebenen Geräte kann ein hochfrequent messender Laserscanner beziehungsweise ein hochfrequent messendes Gerät sein, beispielsweise mit einer Erfassungsfrequenz von 10 MHz. Der distanzmessende Sensor kann ferner ein Rundum-erfassender, beispielsweise in einem 360°-Erfassungsbereich messender, Sensor sein.
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Weist der Umfelderfassungssensor einen distanzmessenden Sensor auf, kann die Außenfläche des mobilen Objekts oder Objekte im Umfeld des mobilen Objekts punktuell erfasst beziehungsweise abgetastet werden. Mit dem distanzmessenden Sensor kann eine Punktwolke mit Messpunkten auf der Außenfläche des mobilen Objekts oder auf den Objekten im Umfeld des mobilen Objekts erfasst werden. Bei der Punktwolke kann es sich um eine zweidimensionale oder dreidimensionale Punktwolke handeln. Die Punktwolke kann zweidimensionale oder dreidimensionale Koordinaten von Messpunkten auf der Außenfläche des mobilen Objekts oder auf den Objekten im Umfeld des mobilen Objekts aufweisen. Die Punktwolke kann ferner Messintensitäten zu den Messpunkten aufweisen, wobei die Intensitäten ein quantitatives Maß für die empfangene Messtrahlenergie im Vergleich zu der ausgesandten Messstrahlenergie definieren können. Alternativ oder zusätzlich zu den Intensitäten kann die Punktwolke ferner bildbasierte Informationen, beispielsweise RGB-Informationen, aufweisen. Hierfür kann der Umfelderfassungssensor den bilderfassenden Sensor aufweisen.
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Das portable Sensorsystem weist eine mit dem Umfelderfassungssensor verbundene Anbringvorrichtung zum temporären Anbringen des portablen Sensorsystems an einer Außenfläche des mobilen Objekts auf. Bei der Anbringvorrichtung kann es sich um eine mechanische Anbringvorrichtung handeln. Die Anbringvorrichtung ist zum temporären Anbringen von dem portablen Sensorsystem an einer beliebigen Position auf einem Anbringbereich der Außenfläche des mobilen Objekts ausgebildet. Die Anbringvorrichtung kann eine nicht-elektrisch betreibbare oder eine elektrisch betreibbare Anbringvorrichtung sein. Die Anbringvorrichtung kann zumindest bereichsweise mit der Außenoberfläche in einer Wirkverbindung, beispielsweise in einer vakuumbasierten Wirkverbindung, stehen, um den Umfelderfassungssensor an der Außenoberfläche anzubringen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Anbringvorrichtung mit der Außenoberfläche zumindest bereichsweise in Eingriff gebracht werden, um den Umfelderfassungssensor an der Außenoberfläche anzubringen. Die Anbringvorrichtung kann beispielsweise mit einer Schnappverbindung (Snap-Fit-Verbindung) mit der Außenoberfläche in Eingriff gebracht werden. Das Erfassen von Objekten im Umfeld des portablen Sensorsystems kann somit objektgestützt, beispielsweise fahrzeuggestützt beziehungsweise luftfahrzeuggestützt, ausgeführt werden.
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Das portable Sensorsystem weist eine Lagebestimmungseinrichtung zum Bestimmen von einer Sensorlage von dem Umfelderfassungssensor in einem an der Außenfläche angebrachten Zustand des Umfelderfassungssensors auf. Die Sensorlage kann in einem Objektkoordinatensystem des mobilen Objekts bestimmt werden. Die Sensorlage weist eine relative Position und eine relative Orientierung des Umfelderfassungssensors zu dem mobilen Objekt auf. Die Sensorlage kann auch mindestens eines von einer Position und einer Orientierung des Umfelderfassungssensors in dem Objektkoordinatensystem aufweisen.
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Die Anbringvorrichtung kann von einem Operateur bedient werden. Die Anbringvorrichtung kann sich in einem Ausgangszustand beziehungsweise in einem nicht an der Außenfläche angebrachten Zustand befinden. Der Operateur kann die Anbringvorrichtung in einen an der Außenfläche angebrachten Zustand versetzten, wobei der Operateur die Anbringvorrichtung an der Außenoberfläche anordnen und den angebrachten Zustand durch mindestens eines von einem Andrücken der Anbringvorrichtung an die Außenoberfläche, einem Einrasten der Anbringvorrichtung in der Außenoberfläche, einem Einstecken der Anbringvorrichtung in die Außenoberfläche und einem Verspannen der Anbringvorrichtung an der Außenoberfläche herbeiführen kann. In dem angebrachten Zustand der Anbringvorrichtung kann der Umfelderfassungssensor an der Außenfläche über die Anbringvorrichtung fest angeordnet sein.
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Die Lagebestimmungseinrichtung ist dazu eingerichtet, die Sensorlage relativ zu dem mobilen Objekt basierend auf einem vorbestimmten geometrischen Modell der Außenfläche und einem mit dem Umfelderfassungssensor erfassten Bereich der Außenfläche zu bestimmen. Das vorbestimmte geometrische Modell der Außenfläche kann mindestens einen geometrischen Parameter der Außenfläche aufweisen. Das vorbestimmte geometrische Modell kann auf einem vordefinierten CAD-Modell von zumindest einem Bereich des mobilen Objekts basieren. Alternativ oder zusätzlich kann das vorbestimmte geometrische Modell auch mindestens einen Punkt auf der Außenfläche beziehungsweise eine Punktwolke auf der Außenoberfläche aufweisen. Der mit dem Umfelderfassungssensor erfasste Bereich der Außenfläche kann auch mindestens einen geometrischen Parameter der Außenfläche aufweisen. Alterativ oder zusätzlich kann der mit dem Umfelderfassungssensor erfasste Bereich der Außenfläche auch mindestens einen Punkt auf dem erfassten Bereich der Außenoberfläche beziehungsweise eine Punktwolke auf dem erfassten Bereich der Außenoberfläche aufweisen. Bei dem geometrischen Parameter kann es sich um einen Oberflächenvektor, beispielsweise einen Normalenvektor, um eine Objektachse, oder um einen Krümmungsparameter handeln. Bei dem geometrischen Modell kann es sich beispielsweise um das geometrische Modell einer Außenfläche beziehungsweise Außenkontur eines Luftfahrzeugs handeln.
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Bei der Erfindung kann das portable Sensorsystem an einem mobilen Objekt vorübergehend angebracht werden, um in einem Betrieb des mobilen Objekts als ein Umfelderfassungssystem zu fungieren. Nach dem Anbringen des Sensorsystem an dem Objekt kann eine Lagebestimmung für eine Umfelderfassung dann lediglich basierend auf der Geometrie des mobilen Objekts und relativ zu diesem erfolgen.
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Das portable Sensorsystem kann in einer Indoor-Umgebung und/oder in einer Outdoor-Umgebung betreibbar sein. Bei dem portablen Sensorsystem kann es sich daher auch um ein Indoor- und/oder Outdoor-Sensorsystem handeln. Dies wird auch dadurch ermöglicht, dass das portable Sensorsystem unabhängig von einem Satellitenpositionierungsverfahren, beispielsweise basierend auf GNSS oder GPS, betreibbar ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das mobile Objekt ein Mittel zum Transportieren von Personen oder Gütern. Das Mittel zum Transportieren von Personen oder Gütern kann ein Fahrzeug oder eine Maschine aufweisen. Bei dem Mittel zum Transportieren von Personen oder Gütern beziehungsweise bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Luftfahrzeug handeln. Bei dem Mittel zum Transportieren von Personen oder Gütern kann es sich in einem weiteren Beispiel um ein Fahrzeug für einen Frachtguttransport beziehungsweise einen Schwertransport handeln. Das Mittel zum Transportieren von Personen oder Gütern kann auch eine Transportvorrichtung zum Transportieren von Personen oder Gütern aufweisen, wobei die Transportvorrichtung von dem Fahrzeug oder der Maschine bewegbar sein kann. Bei der Transportvorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Container handeln. Das Mittel zum Transportieren von Personen oder Gütern kann ferner mindestens eine transportierte Person und/oder ein transportiertes Gut aufweisen, wobei die Person oder das Gut von dem Fahrzeug oder der Maschine bewegbar sein kann. Bei dem transportierten Gut kann es sich beispielsweise um ein Fahrzeug handeln.
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Gemäß der vorhergehenden Ausführungsform kann die Anbringvorrichtung zum temporären Anbringen des portablen Sensorsystems an einer Außenfläche des Mittels zum Transportieren von Personen oder Gütern ausgebildet sein. Handelt es sich bei dem Mittel zum Transportieren von Personen oder Gütern um ein Luftfahrzeug, kann die Anbringvorrichtung zum temporären Anbringen des portablen Sensorsystems an einem Rumpfbereich des Luftfahrzeugs ausgebildet sein. Die Außenfläche selbst kann ohne Anbringhilfen, das heißt ohne Mittel zum Anbringen des portablen Sensorsystem an der Außenfläche, ausgebildet sein. Die Außenfläche kann eine ebene oder gekrümmte Fläche sein, welche ohne Ausnehmungen oder Vertiefungen ausgebildet sein kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Umfelderfassungssensor einen Laserscanner zum flächenhaften Erfassen von Objekten im Umfeld des portablen Sensorsystems auf. Der Laserscanner kann die Objekte berührungslos abtasten. Der Laserscanner kann einen dreidimensionalen Erfassungsbereich aufweisen, wobei sich der Erfassungsbereich ringartig beziehungsweise torusförmig vom Laserscanner in dessen Umfeld erstrecken kann. Der Erfassungsbereich kann sich dabei in das Umfeld aufweiten. Das portable Sensorsystem beziehungsweise der Umfelderfassungssensor kann einen (3D-)Laserscanner aufweisen beziehungsweise als ein solcher ausgebildet sein. Die beiden Laserscanner können jeweils den beschriebenen dreidimensionalen Erfassungsbereich aufweisen. Die Verwendung eines Laserscanners mit einer dreidimensionalen Strahlablenkung hat den Vorteil, dass der Laserscanner selbst zur dreidimensionalen Umfelderfassung nicht bewegt werden muss. Ein Gehäuse des Laserscanners beziehungsweise ein jeweiliges Gehäuse der beiden Laserscanner kann so mit der Anbringvorrichtung starr oder gelenkig verbunden sein. Dadurch kann das portable Sensorsystem kompakter und wartungsärmer ausgebildet sein. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass Objekte unabhängig von einer aktuellen Beleuchtung und Witterung erfasst werden können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das portable Sensorsystem mindestens einem weiteren Umfelderfassungssensor zum Erfassen der Objekte auf. Der weitere Umfelderfassungssensor kann wie der beschriebene Umfelderfassungssensor ausgebildet sein, wobei beispielsweise auch der weitere Umfelderfassungssensor einen Laserscanner aufweisen kann. Der weitere Umfelderfassungssensor kann zu mindestens einem von den im Zusammenhang mit dem beschriebenen Umfelderfassungssensor beschriebenen Zwecken fungieren, wobei der weitere Umfelderfassungssensor dieselben Erfassungsmerkmale wie der beschriebene Umfelderfassungssensor aufweisen kann. Der weitere Umfelderfassungssensor kann ferner baugleich zu dem beschriebenen Umfelderfassungssensor ausgebildet sein. Die Umfelderfassungssensoren können in vorteilhafter Weise eine kombinierten Erfassungsbereich aufweisen, welcher größer als die einzelnen Erfassungsbereiche der Umfelderfassungssensoren sein kann.
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Die Anbringvorrichtung kann auch mit dem weiteren Umfelderfassungssensor zum temporären Anbringen des portablen Sensorsystems an der Außenfläche des mobilen Objekts verbunden sein. Die Lagebestimmungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, eine Sensorlage von dem weiteren Umfelderfassungssensor in einem an der Außenfläche angebrachten Zustand des weiteren Umfelderfassungssensors zu bestimmen, wobei die Sensorlage des weiteren Umfelderfassungssensor wie die Sensorlage des beschriebenen Umfelderfassungssensors bestimmt werden kann. Die Lagebestimmungseinrichtung kann zudem dazu eingerichtet sein, die Sensorlage des weiteren Umfelderfassungssensors relativ zu dem mobilen Objekt basierend auf dem vorbestimmten geometrischen Modell der Außenfläche und einem mit dem weiteren Umfelderfassungssensor erfassten Bereich der Außenfläche zu bestimmen.
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Weist das portable Sensorsystem den weiteren Umfelderfassungssensor auf, können die jeweiligen Messdaten beziehungsweise Punktwolken jeweils erfasst werden, wobei basierend darauf die jeweilige Sensorlage des jeweiligen Umfelderfassungssensors wie beschrieben bestimmt werden kann. Alternativ dazu können die jeweiligen Messdaten beziehungsweise Punktwolken zunächst fusioniert werden. Hierfür kann die relative Lage der Umfelderfassungssensoren zueinander vorbestimmt sein. Die fusionierten Messdaten beziehungsweise Punktwolken können dann gemeinsam den erfassten Bereich der Außenfläche bilden. Ein Fusionieren der Messdaten beziehungsweise der Punktwolken kann auch auf einer geometrischen Korrelation der Messdaten beziehungsweise Punktwolken basieren. Bei einer Punktwolke kann es sich daher auch um eine fusionierte Punktwolke von mindestens zwei Laserscannern handeln.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Anbringvorrichtung zum werkzeuglosen Anbringen des portablen Sensorsystems an der Außenfläche des mobilen Objekts ausgebildet. Das werkzeuglose Anbringen weist ein Anbringen des portablen Sensorsystem an der Außenfläche ohne den Einsatz von Werkzeug auf. Die Anbringvorrichtung kann ferner zum adapterlosen Anbringen des portablen Sensorsystems an der Außenfläche des mobilen Objekts ausgebildet sein. Ein Operateur kann so das portable Sensorsystem in besonders effizienter Weise direkt und ohne den Einsatz von Werkzeug oder einem Adapter an der Außenfläche des mobilen Objekts anbringen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Anbringvorrichtung mindestens einen Handgriff zum manuellen Anbringen des portablen Sensorsystems an der Außenfläche des mobilen Objekts auf. Der Handgriff kann mit der Anbringvorrichtung beziehungsweise mit dem portablen Sensorsystem fest verbunden oder an dieser angebracht sein. Alternativ dazu kann der Handgriff an der Anbringvorrichtung beziehungsweise an dem portablen Sensorsystem zum manuellen Anbringen temporär anbringbar und wieder abnehmbar sein. Mit dem Handgriff kann das portable Sensorsystem von einem Operateur in vorteilhafter Weise ergonomisch und intuitiv beim Anbringen gehandhabt werden.
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Die Anbringvorrichtung kann eine Einrichtung zum druckbasierten Anbringen des portablen Sensorsystems an der Außenfläche des mobilen Objekts aufweisen. Bei dem druckbasierten Anbringen kann es sich um ein vakuumbasiertes, unterruckbasiertes oder überdruckbasiertes Anbringen handeln. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Anbringvorrichtung mindestens einen Saugnapf zum saugkraftbasierten Anbringen des portablen Sensorsystems an der Außenfläche des mobilen Objekts auf. Der Saugnapf kann an der Außenfläche anliegen und an diese angedrückt werden. Die Anbringvorrichtung kann daher zum druckbasierten beziehungsweise saugkraftbasierten Halten von dem portablen Sensorsystem an der Außenfläche des mobilen Sensorsystems ausgebildet sein. Das portable Sensorsystem kann so in besonders effizienter und vorteilhafter Weise werkzeuglos und rückstandslos an der Außenoberfläche angebracht werden. Auf den Einsatz von einem Klebemittel beziehungsweise Haftmittel beim Anbringen des portablen Sensorsystems kann so verzichtet werden, wodurch die Effizienz und Akzeptanz beim Einsatz des portablen Sensorsystems weiter gesteigert werden kann.
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Der Umfelderfassungssensor kann mit der Anbringvorrichtung starr verbunden sein. Der Umfelderfassungssensor kann mit der Anbringvorrichtung über einen starren Rahmen verbunden sein, an welchem der Umfelderfassungssensor und die Anbringvorrichtung angebracht sind. Weist das portable Sensorsystem den weiteren Umfelderfassungssensor auf, können die Umfelderfassungssensoren über den Rahmen miteinander fest verbunden sein. Bei dem Rahmen kann es sich um einen Leichtbaurahmen handeln, wodurch die Portabilität des Sensorsystems gewährleistet sein kann. Ferner kann durch eine starre Verbindung von dem Umfelderfassungssensor mit der Anbringvorrichtung das portable Sensorsystem robuster gegenüber Störeinflüssen sein, welche die relative Lage des Umfelderfassungssensors zur Anbringvorrichtung beziehungsweise zum mobilen Objekt, an welchem der Umfelderfassungssensor so starr angebracht sein kann, beeinflussen können. Eine Umfelderfassung kann so in vorteilhafter Weise präziser durchgeführt werden.
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Der Umfelderfassungssensor kann mit der Anbringvorrichtung gelenkig verbunden sein. Der Umfelderfassungssensor kann an der Anbringvorrichtung mit mindestens einem Gelenk angelenkt sein. Weist das portable Sensorsystem den weiteren Umfelderfassungssensor auf, kann mindestens einer der Umfelderfassungssensoren mit der Anbringvorrichtung starr verbunden sein und/oder mindestens einer der Umfelderfassungssensoren mit der Anbringvorrichtung gelenkig verbunden sein. Mindestens einer der beschriebenen Umfelderfassungssensoren kann an der Anbringvorrichtung schwenkbar oder drehbar angeordnet sein. Ein derartiger Umfelderfassungssensor kann ferner arretierbar sein oder derart schwenkbar oder drehbar angeordnet sein, dass er während eines Erfassens des Umfelds verschwenkt werden kann oder sich drehen kann. Der Erfassungsbereich des Umfelderfassungssensors oder der Umfelderfassungssensoren kann so weiter optimiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Lagebestimmungseinrichtung dazu eingerichtet, die Sensorlage in einem auf das mobile Objekt bezogenen Objektkoordinatensystem zu bestimmen. Die Sensorlage kann mindestens eines von einer Sensorposition und einer Sensororientierung von dem Umfelderfassungssensor in dem Objektkoordinatensystem aufweisen. Die Sensorlage weist daher eine relative Position und einer relative Orientierung des Umfelderfassungssensors bezogen auf das mobile Objekt auf. Eine der beschriebenen Orientierungen kann eine entsprechende Ausrichtung sein beziehungsweise aufweisen. Bei dem Objektkoordinatensystem kann es sich ferner um ein entsprechendes Koordinatensystem eines Mittels zum Transportieren von Personen oder Gütern handeln, beispielsweise um ein Fahrzeugkoordinatensystem, beispielsweise eines Luftfahrzeugs, handeln. Bei dem Objektkoordinatensystem kann es sich auch um ein Modellkoordinatensystem von dem geometrischen Modell der Außenfläche handeln.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Lagebestimmungseinrichtung dazu eingerichtet, die Sensorlage basierend auf einer geometrischen Korrelation zwischen dem erfassten Bereich der Außenfläche und dem vorbestimmten geometrischen Modell der Außenfläche zu bestimmen. Die Lagebestimmung kann dazu eingerichtet sein, die Sensorlage basierend auf einem ICP-Algorithmus zur geometrischen Korrelation zwischen dem erfassten Bereich der Außenfläche und dem vorbestimmten geometrischen Modell der Außenfläche zu bestimmen. Die geometrische Korrelation kann ein geometrisches Matching von dem erfassten Bereich der Außenfläche mit dem vorbestimmten geometrischen Modell der Außenfläche aufweisen. Bei der Korrelation beziehungsweise bei dem Matching kann es sich um ein entsprechendes punktbasiertes und/oder merkmalsbasiertes Matching handeln.
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Das punktbasierte Matching kann auf mindestens einer Punktwolke basieren. Das punktbasierte Matching kann auf einer mit dem Umfelderfassungssensor erfassten Punktwolke auf der Außenfläche des geometrischen Modells basieren, welche eine Sensorpunktwolke sein kann. Alternativ oder zusätzlich zu der erfassten Punktwolke kann das punktbasierte Matching auf einer von dem geometrischen Modell der Außenfläche abgeleiteten Punktwolke basieren, welche eine Referenzpunktwolke beziehungsweise eine Modellpunktwolke sein kann. Somit kann das punktbasierte Matching auf einer Korrelation beziehungsweise einem Vergleich der mit dem Umfelderfassungssensor erfassten Punktwolke und der von dem geometrischen Modell der Außenfläche abgeleiteten Punktwolke basieren. Das punktwolkenbasierte Matching kann basierend auf einem ICP-Algorithmus durchgeführt werden, wobei die beiden zu einer Korrelation beziehungsweise zu einem Punktwolkenvergleich berücksichtigten Punkwolken Eingangsgrößen für den ICP-Algorithmus ausbilden können. Transformationsparameter von einem Sensorkoordinatensystem in ein Objektkoordinatensystem beziehungsweise in ein Modellkoordinatensystem können ferner Ausgangsgrößen des ICP-Algorithmus sein.
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Das merkmalsbasierte Matching kann auf mindestens einem aus mindestens einer der beschriebenen Punktwolken abgeleiteten geometrischen Merkmal basieren. Alternativ oder zusätzlich zu der punktbasierten Korrelation kann das merkmalsbasierte Matching auch eine merkmalsbasierte Korrelation aufweisen. Das geometrische Merkmal kann beispielsweise basierend auf einer Best-Fit-Methode abgeleitet werden, wobei eine Vielzahl von Punkten der Punktwolke durch einen geometrisch angepassten geometrischen Körper, Fläche und/oder Achse definiert werden kann. Der Körper, die Fläche und/oder die Achse kann beispielsweise auf einem an die Vielzahl von Punkten der Punktwolke mittels Ausgleichungsrechnung (Methode der kleinsten Quadrate) angepassten Körper, Fläche und/oder Achse basieren. Die merkmalsbasierte Korrelation kann daher beispielsweise auf einer Korrelation von entsprechenden Körpern, Flächen und/oder Achsen basieren, welche aus mindestens einer der beschriebenen Punktwolken ableitbar sind.
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Die geometrische Korrelation kann ein Vergleichen beziehungsweise ein Überlagern von dem erfassten Bereich der Außenfläche mit dem vorbestimmten geometrischen Modell der Außenfläche aufweisen. Die Lagebestimmungseinrichtung kann somit in vorteilhafter Weise dazu eingerichtet sein, die Sensorlage lokal beziehungsweise modellbezogen zu bestimmen, auch wenn sich das mobile Objekt mit dem auf ihm angebrachten Umfelderfassungssensor in einem globalen Koordinatensystem bewegt.
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Die Lagebestimmungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Sensorlage basierend auf einer Transformation zwischen dem erfassten Bereich der Außenfläche und dem vorbestimmten geometrischen Modell der Außenfläche zu bestimmen. Bei der Transformation kann es sich um eine geometrische Transformation beziehungsweise um eine Koordinatentransformation handeln. Die Lagebestimmungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, Transformationsparameter für die Transformation zwischen dem erfassten Bereich der Außenfläche und dem vorbestimmten geometrischen Modell der Außenfläche zu bestimmen. Die Transformationsparameter können mindestens eines aufweisen von mindestens einem Translationsparameter, mindestens einem Rotationsparameter und mindestens einem Maßstabsfaktor. Bei den Transformationsparametern kann es sich beispielsweise um Transformationsparameter einer 6-Parameter-Transformation handeln, wobei die Transformationsparameter drei Translationsparameter und drei Rotationsparameter aufweisen können. Die Lagebestimmungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Transformationsparameter für ein kartesisches Sensorkoordinatensystem und ein kartesisches Modellkoordinatensystem des geometrischen Modells zu bestimmen. Die Lagebestimmungseinrichtung kann somit in vorteilhafter Weise dazu eingerichtet, die Sensorlage basierend auf einem lokalen Sensorkoordinatensystem und einem lokalen Modellkoordinatensystem unabhängig von einem globalen Koordinatensystem zu bestimmen.
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Weist das portable Sensorsystem mehrere Umfelderfassungssensoren beziehungsweise Laserscanner auf, kann die Lagebestimmungseinrichtung dazu eingerichtet sein, die einzelnen Sensorlagen der Umfelderfassungssensoren beziehungsweise Laserscanner basierend auf einer jeweiligen Transformation zwischen dem mit dem jeweiligen Umfelderfassungssensor beziehungsweise Laserscanner erfassten Bereich der Außenfläche und dem vorbestimmten geometrischen Modell der Außenfläche zu bestimmen. Liegt eine fusionierte Punktwolke mehrerer Laserscanner vor, kann auch eine gemeinsame Sensorlage der Umfelderfassungssensoren bestimmt werden. Die Messdaten beziehungsweise Punktwolken der Umfelderfassungssensoren beziehungsweise Laserscanner können so jeweils oder gemeinsam in das Objektkoordinatensystem beziehungsweise Modellkoordinatensystem transformiert werden.
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Weist das portable Sensorsystem mehrere Umfelderfassungssensoren beziehungsweise Laserscanner auf, kann die Lagebestimmungseinrichtung auch dazu eingerichtet sein, die relative Lage zwischen den Umfelderfassungssensoren beziehungsweise Laserscannern zu bestimmen. Die Lagebestimmungseinrichtung kann so auch dazu eingerichtet sein, Messdaten beziehungsweise eine Punktwolke von einem der beiden Umfelderfassungssensoren beziehungsweise Laserscanner mit den anderen Messdaten beziehungsweise der anderen Punktwolke von dem anderen der beiden Umfelderfassungssensoren zu korrelieren bevor entsprechend korrelierte Messdaten beziehungsweise Punktwolken gemeinsam in das Objektkoordinatensystem beziehungsweise Modellkoordinatensystem transformiert werden können.
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Das portable Sensorsystem kann autark sein. Das portable Sensorsystem kann insbesondere energetisch autark sein, wobei das portable Sensorsystem eine autonome Stromversorgung, beispielsweise einen Akkumulator beziehungsweise eine Batterie aufweisen kann. Die Stromversorgung kann in dem Rahmen angeordnet sein. Das portable Sensorsystem kann somit auch ein batteriebetriebenes Sensorsystem sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Lagebestimmungseinrichtung dazu eingerichtet, die Sensorlage autark zu bestimmen. Die Lagebestimmungseinrichtung kann die Sensorlage unabhängig von weiteren Erfassungssensoren bestimmen. Die Position des Umfelderfassungssensors muss nicht von einem Positionserfassungssensor erfasst werden, wobei das mobile Objekt insbesondere nicht von einem derartigen Sensor getrackt werden muss. Die Orientierung des Umfelderfassungssensors muss auch nicht von einem Orientierungserfassungssensor erfasst werden. Die Lagebestimmungseinrichtung kann somit dazu eingerichtet sein, die Sensorlage nur basierend auf den Messdaten des Umfelderfassungssensors zu bestimmen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Lagebestimmungseinrichtung ein Bestandteil von einer Rechen- und Steuereinrichtung zum Auswerten von Messdaten von dem Umfelderfassungssensor und zum Ansteuern von dem Umfelderfassungssensor. Die Lagebestimmungseinrichtung beziehungsweise die Rechen- und Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die beschriebenen Transformationsparameter zu berechnen. Die Rechen- und Steuereinrichtung kann mit dem Umfelderfassungssensor drahtgebunden oder drahtlos beziehungsweise funkbasiert verbunden sein. Die Rechen- und Steuereinrichtung kann an dem beschriebenen Rahmen des portablen Sensorsystems angeordnet sein. Das portable Sensorsystem kann so in vorteilhafter Weise ein kompaktes Sensorsystem mit einer integrierten Rechen- und Steuereinrichtung bilden. Bei dem portablen Sensorsystem kann es sich somit um ein Stand-Alone-System handeln.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das portable Sensorsystem ein mobiles Endgerät auf, welches die Lagebestimmungseinrichtung aufweist. Das mobile Endgerät kann einen Prozessor aufweisen, wobei es sich bei dem mobilen Endgerät beispielsweise um einen Tablet-PC handeln kann. Das mobile Endgerät kann die beschriebene Rechen- und Steuereinrichtung aufweisen. Bestandteile der Rechen- und Steuereinrichtung können auch verteilt auf dem portablen Sensorsystem und auf dem mobilen Endgerät angeordnet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das portable Sensorsystem ein mobiles Endgerät auf, welches zum drahtlosen Kommunizieren mit dem Umfelderfassungssensor eingerichtet ist, um den Umfelderfassungssensor fernzusteuern. Das mobile Endgerät kann eine GUI-Anzeige für eine entsprechende Interoperabilität mit einem Operateur aufweisen. Bei dem mobilen Endgerät kann es sich um das zu der vorhergehenden Ausführungsform beschriebene mobile Endgerät handeln. Das portable Sensorsystem beziehungsweise die Rechen- und Steuereinrichtung kann zum Steuern des Umfelderfassungssensors eine Steuereinrichtung aufweisen. Das mobile Endgerät kann die Steuereinrichtung zum Fernsteuern des Umfelderfassungssensors aufweisen. Das portable Sensorsystem kann somit eine Fernsteuerung aufweisen, mit welcher der Umfelderfassungssensor beabstandet zu diesem und kabellos angesteuert werden kann. Das Fernsteuern kann auch ein Fernüberwachen gemäß der beschriebenen Überwachung aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das mobile Endgerät zum Anzeigen von im Umfeld des portablen Sensorsystems mit dem portablen Sensorsystem erfassten Objekten eingerichtet. Bei dem mobilen Endgerät kann es sich um eines der zu den vorhergehenden Ausführungsformen beschriebenen mobilen Endgeräte handeln. Das mobile Endgerät kann zum Anzeigen von Rohdaten beziehungsweise Messdaten des Umfelderfassungssensor eingerichtet sein. Die Rechen- und Steuereinrichtung beziehungsweise das mobile Endgerät kann zum Weiterverarbeiten der mit dem Umfelderfassungssensor erfassten Messdaten eingerichtet sein. Weiterverarbeitete Messdaten können vorverarbeitete Messdaten, gefilterte Messdaten, abstrahierte Messdaten und/oder klassifizierte Messdaten sein. Eine entsprechende Abstraktion der Messdaten beziehungsweise eine entsprechende Klassifizierung der Messdaten kann sich auf die erfassten Objekte beziehen.
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Das mobile Endgerät kann zum Anzeigen von dem geometrischen Modell der Außenfläche des mobilen Objekts eingerichtet sein. Das mobile Endgerät kann somit zum Anzeigen von den im Umfeld des portablen Sensorsystems mit dem portablen Sensorsystem erfassten Objekten und von dem geometrischen Modell eingerichtet sein. Das mobile Endgerät kann daher auch zum Anzeigen von den erfassten Objekten relativ zu dem geometrischen Modell eingerichtet sein. Das mobile Endgerät kann zum Anzeigen der erfassten Objekte in dem beschriebenen Objektkoordinatensystem beziehungsweise Modellkoordinatensystem eingerichtet sein. Ein Operateur kann somit in vorteilhafter Weise die relative Lage von erfassten Objekten zu dem mobilen Objekt in naher Echtzeit bei Bedienung des mobilen Endgeräts vergleichen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das portable Sensorsystem eine Kollisionsüberwachungseinrichtung zum Überwachen von sich im Umfeld des portablen Sensorsystems befindenden Objekten auf. Das Überwachen kann auf einem Voxel-Mapping zur Kollisionsüberwachung basieren. Bei den sich im Umfeld des portablen Sensorsystems befindenden Objekten kann es sich um sich bewegende oder sich in Ruhe befindende Objekte handeln. Das Überwachen kann ein Erfassen, Lokalisieren und/oder Erkennen von den sich im Umfeld des portablen Sensorsystems befindenden Objekten aufweisen. Das Überwachen kann ferner eine Tote-Winkel-Überwachung in einem vorbestimmten Überwachungsbereich aufweisen. Der vorbestimmte Überwachungsbereich kann einen Teilbereich des Überwachungsbereichs oder zumindest einen Teilbereich eines Messbereichs von dem Umfelderfassungssensor aufweisen. Die Kollisionsüberwachungseinheit kann ein Bestandteil der Rechen- und Steuereinrichtung sein. Die Kollisionsüberwachungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, zu erkennen, ob ein im Umfeld überwachtes Objekt ein potentielles Kollisionsobjekt ist. Bei dem potentiellen Kollisionsobjekt kann es sich um ein statisches beziehungsweise dynamisches oder um ein sich in Ruhe befindendes oder ein sich bewegendes Objekt handeln. Bei einem potentiellen Kollisionsobjekt kann es sich beispielsweise um ein weiteres mobiles Objekt oder ein Gebäude handeln.
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Bei dem überwachten Objekt kann es sich um ein erfasstes Objekt handeln. Die Kollisionsüberwachungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, erfasste beziehungsweise überwachte Objekte in potentielle Kollisionsobjekte und nicht potentielle Kollisionsobjekte zu klassifizieren. Die Kollisionsüberwachungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, basierend auf einer Entfernung zwischen dem mobilen Objekt und dem erfassten beziehungsweise überwachten Objekt dieses entsprechend zu erkennen oder zu klassifizieren. Alternativ oder zusätzlich zu der Entfernung kann hierfür auch eine erfasste Geometrie oder Bewegungsrichtung des erfassten beziehungsweise überwachten Objekts herangezogen werden. Ein sich dem mobilen Objekt näherndes Objekt kann so beispielsweise als ein potentielles Kollisionsobjekt klassifiziert werden. Die sich im Umfeld des portablen Sensorsystems befindenden Objekte können hierfür von dem Umfelderfassungssensor getrackt werden. Ferner kann die Kollisionsüberwachungseinrichtung dazu eingerichtet sein, basierend auf einem Schwellwert, beispielsweise einem entfernungsabhängigen Schwellwert, welcher die Entfernung zwischen dem mobilen Objekt und einem erfassten beziehungsweise überwachten Objekt betrifft, diese Objekt entsprechend zu erkennen oder zu klassifizieren. Das portable Sensorsystem kann so in vorteilhafter Weise als ein portables und sensorbasiertes Kollisionsüberwachungssystem beziehungsweise Kollisionsvermeidungssystem fungieren.
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Das portable Sensorsystem kann eine Rangiereinrichtung beziehungsweise Einparkeinrichtung zum Rangieren beziehungsweise Einparken des mobilen Objekts aufweisen. Die Rangiereinrichtung beziehungsweise Einparkeinrichtung kann mit der Kollisionsüberwachungseinrichtung verbunden sein und basierend auf sich im Umfeld des portablen Sensorsystems befindenden und überwachten Objekten einen Rangierbefehl oder einen Einparkbefehl bereithalten. Bei dem Rangierbefehl oder dem Einparkbefehl kann es sich um einen Befehl zum Bewegen des mobilen Objekts handeln, unter dessen Berücksichtigung eine Kollision mit den erfassten beziehungsweise überwachten Objekten vermieden werden kann. Der Befehl kann auf dem mobilen Gerät angezeigt werden. Alternativ dazu kann der Befehl auch auf einem Steuergerät zum Steuern von der Bewegung des mobilen Objekts angezeigt werden oder zum Steuern von einer Bewegung des mobilen Objekts von dem Steuergerät an eine Einrichtung zum Bewegen des mobilen Objekts übermittelt werden. Das portable Sensorsystem kann daher auch als ein Parksystem zum Parken des mobilen Objekts oder als ein Rangiersystem zum Rangieren des mobilen Objekts fungieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Lagebestimmungseinrichtung eine Datenschnittstelle zu einem Logistikinformationssystem zum Bereitstellen von mit dem portablen Sensorsystem erfassten, getrackten oder überwachten Objekten für das Logistikinformationssystem auf. Lageinformationen, Positionen und/oder getrackte Trajektorien von mit dem portablen Sensorsystem überwachten beziehungsweise getrackten Objekte können über die Datenschnittstelle dem Logistikinformationssystem bereitgestellt werden. Derartige Information zu den erfassten oder überwachten Objekte können so dem Logistikinformationssystem in quasi Echtzeit bereitgestellt werden. Die Datenschnittstelle kann auch zum Bereitstellen von Metadaten zu den erfassten oder überwachten Objekten eingerichtet sein. Die Metadaten können mindestens eines von der zur Kollisionsüberwachung beschriebenen Entfernung, der erfassten Geometrie und der Bewegungsrichtung aufweisen.
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Das Logistikinformationssystem kann dazu eingerichtet sein, die aktuelle Lage des mobilen Objekts in einem Logistiksystemkoordinatensystem zu erfassen oder zu bestimmen. Basierend darauf kann das Logistikinformationssystem dazu eingerichtet sein, die erfassten, getrackten oder überwachten Objekte beziehungsweise deren Position oder Lage von dem Objektkoordinatensystem in das Logistikkoordinatensystem zu transformieren. So können die lokal und relativ zum mobilen Objekt erfassten Objekte in ein übergeordnetes System, beispielsweise das Logistiksystemkoordinatensystem, transformiert werden.
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Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt ein Verfahren zum Erfassen von Objekten im Umfeld eines mobilen Objekts. Der vorhergehende Aspekt und die zu diesem beschriebenen Ausführungsformen können in entsprechender Weise auf das Verfahren, dessen Verfahrensschritte und die bei diesem genannten Gegenstände zum Durchführen des Verfahrens angewendet werden und umgekehrt.
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Das Verfahren weist als einen Schritt ein temporäres Anbringen von mindestens einem Umfelderfassungssensor an einer Außenfläche des mobilen Objekts auf. Das temporäre Anbringen kann von einem Operateur manuell durchgeführt werden. Alternativ dazu kann das Anbringen auch zumindest teil-automatisiert, beispielsweise mit einem Roboter, durchgeführt werden. Das mobile Objekt kann sich während des Anbringens in Ruhe, beispielsweise in einer Parkposition, einer Wartungsposition oder in einer Lagerposition, befinden. Bei dem temporären Anbringen kann es sich um ein flexibles Anbringen in einem Anbringbereich an der Außenfläche des mobilen Objekts handeln.
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Das Verfahren weist als einen weiteren Schritt ein Erfassen von einem Bereich der Außenfläche mit dem an der Außenfläche angebrachten Umfelderfassungssensor auf. Das Erfassen kann von dem Operateur (fern-)gesteuert werden, wobei dies beispielsweise über das mobile Endgerät ausgeführt werden kann. Alternativ dazu kann das Erfassen zumindest teil-automatisiert durchgeführt werden. Das mobile Objekt kann sich während des Erfassens in Ruhe oder in Bewegung befinden.
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Das Verfahren weist als einen weiteren Schritt ein Bestimmen von einer Sensorlage des Umfelderfassungssensors relativ zu dem mobilen Objekt basierend auf einem vorbestimmten geometrischen Modell der Außenfläche und dem mit der Umfelderfassungssensorik erfassten Bereich der Außenfläche auf. Das Bestimmen kann von der zu dem vorhergehenden Aspekt beschriebenen Lagebestimmungseinrichtung durchgeführt werden. Das Bestimmen beziehungsweise die Lagebestimmungseinrichtung kann von dem Operateur (fern-)gesteuert werden, wobei dies beispielsweise über das mobile Endgerät ausgeführt werden kann. Alternativ dazu kann das Bestimmen zumindest teil-automatisiert durchgeführt werden. Das mobile Objekt kann sich während des Bestimmens in Ruhe oder in Bewegung befinden.
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Das Verfahren weist als einen weiteren Schritt ein Erfassen von Objekten im Umfeld des mobilen Objekts mit dem Umfelderfassungssensor relativ zu dem mobilen Objekt auf. Das Erfassen beziehungsweise der Umfelderfassungssensor kann von dem Operateur (fern-)gesteuert werden, wobei dies beispielsweise über das mobile Endgerät ausgeführt werden kann. Alternativ dazu kann das Erfassen zumindest teil-automatisiert durchgeführt werden. Das mobile Objekt kann sich während des Erfassens in Ruhe oder in Bewegung befinden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren als einen weiteren Schritt ein Anzeigen von den im Umfeld des portablen Sensorsystems mit dem portablen Sensorsystem erfassten Objekten auf einem mobilen Endgerät auf. Bei dem Anzeigen kann es sich um ein Anzeigen in (naher) Echtzeit handeln. Das Verfahren kann somit als einen weiteren Schritt ein Überwachen von den im Umfeld des portablen Sensorsystems mit dem portablen Sensorsystem erfassten Objekten aufweisen. Das Überwachen kann von einem Operateur ausgeführt werden. Alternativ dazu kann das Überwachen zumindest teil-automatisiert durchgeführt werden. Das mobile Objekt kann sich während des Anzeigens beziehungsweise Überwachens in Ruhe oder in Bewegung befinden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren auch zum Überwachen des Umfelds auf potentielle Kollisionsobjekte, welche mit dem mobilen Objekt potentiell kollidieren können, durchgeführt werden. Das Überwachen des Umfelds kann das zur vorhergehenden Ausführungsform beschriebene Überwachen aufweisen. Das Überwachen kann von der zum vorhergehenden Aspekt beschriebenen Kollisionsüberwachungseinrichtung durchgeführt werden.
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Das Verfahren kann als einen weiteren Schritt ein Erkennen, ob ein im Umfeld erfasstes Objekt ein potentielles Kollisionsobjekt ist, aufweisen. Auch das Erkennen kann von der zum vorhergehenden Aspekt beschriebenen Kollisionsüberwachungseinrichtung durchgeführt werden. Das Erkennen kann ein Berechnen eines Kollisionsrisikos basierend auf dem als potentielles Kollisionsobjekt erkanntem Objekt aufweisen. Das Berechnen des Kollisionsrisikos kann auf einer relativen Lageänderung zwischen dem mobilen Objekt und dem als ein potentielles Kollisionsobjekt erkanntem Objekt basieren. Das Kollisionsrisiko kann beispielsweise basierend auf einer aktuellen Entfernung zwischen dem mobilen Objekt und dem als ein potentielles Kollisionsobjekt erkanntem Objekt berechnet werden. Hierfür kann auch eine Entfernungsänderung als eine Basis dienen.
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Das Verfahren kann als einen weiteren Schritt ein Anzeigen von dem potentiellen Kollisionsobjekt auf einem mobilen Endgerät aufweisen. Das Anzeigen kann wie zum vorhergehenden Aspekt beschrieben durchgeführt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist der Schritt des Erfassens ein Filtern von mit dem Umfelderfassungssensor erfassten Objekten im Umfeld des mobilen Objekts auf. Das Filtern kann basierend auf einem zweidimensionalen oder dreidimensionalen Mapping durchgeführt werden. Das Filtern kann ferner voxelbasiert durchgeführt werden, wobei es sich bei dem Mapping um ein Voxel-Mapping handeln kann. Das Voxel-Mapping kann zur Vorverarbeitung der Messdaten beziehungsweise Punktwolken bereits von dem Umfelderfassungssensor beziehungsweise dem Laserscanner durchgeführt werden, welcher hierfür eine Messdatenvorverarbeitungseinrichtung aufweisen kann. Das Filtern kann ein Filtern von den Messdaten beziehungsweise von den Rohdaten des Umfelderfassungssensors mit einem entsprechenden Filter aufweisen. Bei dem Filter kann es sich um einen Datenreduktionsfilter handeln. Bei dem Filtern kann es sich ferner um ein punktwolkenbasiertes oder anzeigebasiertes Filtern handeln. Eine Berechnungszeit beziehungsweise eine Datenkommunikation kann so in vorteilhafter Weise effizienter sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist das mobile Objekt ein Mittel zum Transportieren von Personen oder Gütern. Bei dem Mittel zum Transportieren von Personen oder Gütern kann es sich um ein Luftfahrzeug handeln. Bei dem Mittel zum Transportieren von Personen oder Gütern kann es sich um jedes zum vorhergehenden Aspekt beschriebene Mittel handeln.
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Der Schritt des temporären Anbringens kann ein temporäres Anbringen von dem Umfelderfassungssensor an einer Außenfläche des Mittels zum Transportieren von Personen oder Gütern aufweisen. Handelt es sich bei dem Mittel zum Transportieren von Personen oder Gütern um ein Luftfahrzeug, kann das temporäre Anbringen von dem Umfelderfassungssensor ein temporäres Anbringen an einem Rumpfbereich des Luftfahrzeugs aufweisen.
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Zumindest der Schritt des Erfassens von Objekten kann während eines Bewegens des Mittels zum Transportieren von Personen oder Gütern über den Boden durchgeführt werden. Handelt es sich bei dem Mittel zum Transportieren von Personen oder Gütern um ein Luftfahrzeug, kann zumindest der Schritt des Erfassens von Objekten während eines Rollens oder Zurücksetzens beziehungsweise Schleppens des Luftfahrzeugs auf dem Boden durchgeführt werden. Bei dem Boden kann es sich um ein Rollfeld eines Flughafens handeln. Bei dem Rollen kann es sich um ein Taxiing des Luftfahrzeugs handeln. Bei dem Zurücksetzen kann es sich um einen Pushback des Luftfahrzeugs handeln. Das Verfahren kann so während eines Rollens beziehungsweise eines Taxiing-Vorgangs oder während eines Zurücksetzens beziehungsweise eines Pushback-Vorgangs durchgeführt werden. Wird das Verfahren während eines Rollens eingesetzt, kann es beispielsweise als ein Rollverkehrssystem zum Überwachen von Kollisionen in dem Rollverkehr fungieren.
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Das Verfahren kann in einer Indoor-Umgebung und/oder in einer Outdoor-Umgebung durchgeführt werden. Das Verfahren kann auch während eines Bewegens des mobilen Objekts in einem Gebäude, beispielsweise einer Produktionshalle oder einem Hangar, durchgeführt werden. Wird das Verfahren während eines derartigen Bewegens eingesetzt kann es beispielsweise als ein Produktionssicherheitssystem oder als ein Einparksystem zum Überwachen von Kollisionen in der Produktionshalle oder dem Hangar fungieren.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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- 1 zeigt ein portables Sensorsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
- 2 zeigt ein portables Sensorsystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
- 3 zeigt ein portables Sensorsystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
- 4 zeigt ein Luftfahrzeug mit zwei an einem Flugzeugrumpf des Luftfahrzeugs angebrachten portablen Sensorsystemen.
- 5 zeigt das Luftfahrzeug von 4 während eines Rollens über ein Rollfeld eines Flughafens.
- 6 zeigt ein Ablaufdiagramm von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Erfassen von Objekten im Umfeld eines mobilen Objekts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
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Das in 1 gezeigte portable Sensorsystem 100 weist einen Umfelderfassungssensor 10 und eine Anbringvorrichtung 20 zum Anbringen des portablen Sensorsystems 100 an einem in 1 nicht gezeigten mobilen Objekt auf. Mit der Anbringvorrichtung 20 kann der Umfelderfassungssensor 10 an dem mobilen Objekt temporär angebracht werden. Das portable Sensorsystem 100 weist eine Rechen- und Steuereinrichtung 30 auf. Das portable Sensorsystem 100 kann zudem ein mobiles Endgerät 40 aufweisen. Das mobile Endgerät 40 kann mit dem Umfelderfassungssensor 10 und der Rechen- und Steuereinrichtung 30 drahtlos beziehungsweise funkbasiert kommunizieren.
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Der Umfelderfassungssensor 10 und die Anbringvorrichtung 20 können an einem Gehäuse 24 angeordnet sein, in welchem die Rechen- und Steuereinrichtung 30 eingehaust sein kann. Anstelle des Gehäuses 24 kann das portable Sensorsystem 100 auch einen Rahmen (nicht gezeigt) aufweisen, an oder in welchem der Umfelderfassungssensor 10, die Anbringvorrichtung 20 und die Rechen- und Steuereinrichtung 30 angeordnet sein können. An dem Gehäuse 24 oder an dem Rahmen kann mindestens ein Handgriff 21 angebracht sein, mit welchem das portable Sensorsystem 100 manuell von einem Operateur getragen werden kann. Das portable Sensorsystem 100 ist derart ausgebildet und dimensioniert, dass der Operateur das portable Sensorsystem 100 manuell tragen kann.
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Der Umfelderfassungssensor 10 kann gegenüberliegend zu der Anbringvorrichtung 20 an sich gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 24 oder des Rahmens angeordnet sein. Der Umfelderfassungssensor 10 kann als ein 3D-Laserscanner 12 ausgebildet sein. Der 3D-Laserscanner 12 kann einen Erfassungsbereich 14 aufweisen, welcher in 1 schematisch gezeigt ist. Der Erfassungsbereich 14 kann einen Öffnungswinkel 16 aufweisen, welcher eine Öffnung des sich ringartig beziehungsweise torusartig um den Laserscanner 12 erstreckenden Erfassungsbereichs 14 definieren kann. Der Erfassungsbereich 14 kann sich innerhalb des Öffnungswinkels 16 in einer Dimension, beispielsweise seitlich, um 360° um den Laserscanner 12 erstrecken.
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Die Rechen- und Steuereinrichtung 30 weist eine Lagebestimmungseinrichtung 32 und eine Kollisionsüberwachungseinrichtung 34 auf. Die Rechen- und Steuereinrichtung 30, die Lagebestimmungseinrichtung 32 und die Kollisionsüberwachungseinrichtung 34 sind mit dem Umfelderfassungssensor 10 verbunden. Eine entsprechende Verbindung kann eine drahtgebundene Verbindung in dem Gehäuse 24 beziehungsweise in dem Rahmen sein. Die Lagebestimmungseinrichtung 32 weist ein vorbestimmtes geometrisches Modell von einer Außenfläche des mobilen Objekts auf. Die Lagebestimmungseinrichtung 32 liest zudem einen von dem Umfelderfassungssensor 10 erfassten Bereich der Außenfläche ein. Eine in 1 nicht gezeigte Sensorlage 11 des Umfelderfassungssensors 10 relativ zu dem mobilen Objekt wird von der Lagebestimmungseinrichtung 32 bestimmt und an die Kollisionsüberwachungseinrichtung 34 übermittelt. Die Kollisionsüberwachungseinrichtung 34 kann basierend auf dem vorbestimmten geometrischen Modell der Außenfläche und weiteren von dem Umfelderfassungssensor 10 im Umfeld des mobilen Objekts erfassten Objekten prüfen, ob eine Kollision zwischen dem mobilen Objekt und einem der erfassten weiteren Objekte droht.
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Die Rechen- und Steuereinrichtung 30 ist mit einer Antenne 31 verbunden, um eine relative Lage der überwachten Objekte im Umfeld des mobilen Objekts bezogen auf das mobile Objekt selbst an das mobile Endgerät 40 zu übermitteln. Das mobile Endgerät 40 weist hierfür eine Endgerätantenne 41 auf, um entsprechende Daten zu empfangen. Das mobile Endgerät 42 weist zudem eine Anzeige 42 auf, mit welchem einem Operateur potentielle Kollisionsobjekte visuell angezeigt werden können. Basierend auf den angezeigten potentiellen Kollisionsobjekten kann der Operateur in den Betrieb des mobilen Objekts oder in den Betrieb der potentiellen Kollisionsobjekte eingreifen. Basierend hierauf kann eine drohende Kollision vermieden werden.
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Die Anbringvorrichtung 20 kann mindestens einen Saugnapf 22 aufweisen, in welchem das portable Sensorsystem 100 beziehungsweise der Umfelderfassungssensor 10 an der Außenfläche des mobilen Objekts angebracht werden kann. Das Anbringen kann werkzeuglos und rückstandsfrei erfolgen.
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Das portable Sensorsystem 100 kann zudem eine Stromversorgung 26 aufweisen, welche eine Batterie beziehungsweise einen Akkumulator aufweisen kann. Das portable Sensorsystem 100 kann so als ein energetisch autarkes System ausgebildet sein. Das portable Sensorsystem 100 kann zudem mit dem mobilen Endgerät 40 über eine Funkverbindung zwischen der Endgerätantenne 41 und der Antenne 31 ferngesteuert werden. Dabei kann insbesondere die Erfassung von Objekten im Umfeld des portablen Sensorsystems 100 durch den Umfelderfassungssensor 10, die Lagebestimmung mit der Lagebestimmungseinrichtung 32 und die Kollisionsüberwachung mit der Kollisionsüberwachungseinrichtung 34 gesteuert werden.
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2 zeigt ein portables Sensorsystem 100 in einer weiteren Ausführungsform. Das in 2 gezeigte portable Sensorsystem 100 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten portablen Sensorsystem 100 dadurch, dass die Anbringvorrichtung 20 mindestens zwei Saugnäpfe 22 aufweist. Die beiden Saugnäpfe 22 können an einer Seite des Gehäuses 24 beziehungsweise des Rahmens angeordnet sein, welcher eine längliche Seite ausbilden kann. Das Gehäuse 24 beziehungsweise der Rahmen kann daher eine wie in 1 gezeigte quadratische Form oder eine wie in 2 gezeigte quaderartige Form aufweisen.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform des portablen Sensorsystems 100, welche sich von den in 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen darin unterscheidet, dass mindestens drei Saugnäpfe 22 zum Anbringen des portablen Sensorsystems 100 an dem mobilen Objekt vorgesehen sind. Die drei Saugnäpfe 22 können wie in den 1 und 2 gezeigt an dem Gehäuse 24 beziehungsweise an dem Rahmen angeordnet sein. Die in den 1 bis 3 gezeigten Saugnäpfe 22 können jeweils, wie in 3 gezeigt, über mindestens einen Saugnapffuß 23 an dem Gehäuse 24 beziehungsweise an dem Rahmen angebracht sein. Wie in 3 gezeigt können drei Saugnäpfe 22 über ein Dreibein, welches drei Saugnapffüße 23 aufweist, angebracht sein. Eine Anbringung des portablen Sensorsystems 100 an der Außenfläche des mobilen Objekts kann so stabiler und unabhängiger von Störeinflüssen, beispielsweise Witterungseinflüssen wie Wind, an der Außenfläche des mobilen Objekts bereitgestellt werden.
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4 zeigt ein als Luftfahrzeug 1 ausgebildetes mobiles Objekt. Das Luftfahrzeug 1 weist einen Rumpfbereich 2 auf, an welchem mindestens ein portables Sensorsystem 100 angebracht ist. In der in 4 gezeigten Ausführungsform sind zwei portable Sensorsysteme 100, welche jeweils einen 3D-Laserscanner 12 aufweisen können, angebracht. Bei den portablen Sensorsystemen 100 kann es sich jeweils um eines der zu den 1 bis 3 beschriebenen portablen Sensorsysteme 100 handeln.
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Der Rumpfbereich 2 des Luftfahrzeugs 1 kann zwei Anbringbereiche 3 aufweisen. Die beiden Anbringbereiche 3 können einen vorderen Anbringbereich 4 und einen hinteren Anbringbereich 5 umfassen. Der vordere Anbringbereich 4 kann einen Bugbereich beziehungsweise einen Nasenbereich in dem Rumpfbereich 2 des Luftfahrzeugs 1 umfassen. Das portable Sensorsystem 100 kann grundsätzlich an einer beliebigen Position auf der Außenfläche des vorderen Anbringbereichs 4 angebracht sein. Das portable Sensorsystem 100 kann beispielsweise vor einem Bugrad des Luftfahrzeugs 1 angebracht sein. Der hintere Anbringbereich 5 kann einen Heckbereich beziehungsweise einen Spornbereich des Rumpfbereichs 2 umfassen. Das weitere portable Sensorsystem 100 kann auf der Außenfläche des hinteren Anbringbereichs 5 grundsätzlich an einer beliebigen Stelle angebracht sein. Die grundsätzlich beliebige Anbringbarkeit von den portablen Sensorsystemen 100 kann basierend auf einer jeweiligen Anbringung der portablen Sensorsysteme 100 mit mindestens einem Saugnapf 22 basieren.
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Das geometrische Modell der Außenfläche des Luftfahrzeugs 1 beziehungsweise des Rumpfbereichs 2 kann in einem Luftfahrzeugkoordinatensystem 6 vorbestimmt sein. Die portablen Sensorsysteme 100 können die Außenfläche des Rumpfbereichs 2 in ihrem jeweiligen Erfassungsbereich 14 erfassen. Eine jeweilige Sensorlage 11 der beiden portablen Sensorsysteme 100, welche schematisch durch ein jeweiliges Dreibein in 4 gezeigt ist, kann basierend auf einer geometrischen Korrelation von dem geometrischen Modell mit den erfassten Bereichen mit der in den 1 bis 3 gezeigten Lagebestimmungseinrichtung 32 der portablen Sensorsysteme 100 bestimmt werden. Das geometrische Modell beziehungsweise die erfassten Bereiche können zudem untere Bereiche von mindestens einer Tragfläche, mindestens einem Triebwerk, oder von mindestens einem Ruder des Luftfahrzeugs 1 umfassen.
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5 zeigt das Luftfahrzeug 1 aus 4 während eines Schleppens über ein Rollfeld 7 eines Flughafens. Das Luftfahrzeug 1 wird dabei von einem Schlepper 9 (Pusher) über das Rollfeld 7 bewegt. Das Schleppen kann wie in 5 schematisch gezeigt mit einer Schleppstange erfolgen, welche mit dem Bugradfahrwerk des Luftfahrzeugs 1 verbunden ist. Alternativ dazu kann ein Schlepper auch das vordere Bugradfahrwerk aufnehmen und das Luftfahrzeug 1 so schleppen. Alternativ zum Schlepper 9 kann das Luftfahrzeug 1 auch ohne einen Schlepper selbst über das Rollfeld 7 rollen. Mindestens eines der portablen Sensorsysteme 100 kann mindestens ein Objekt 8 auf dem Rollfeld 7 oder neben dem Rollfeld 7 erfassen. Bei dem in 5 lediglich abstrakt und schematisch gezeigten Objekt 8 kann es sich in der gezeigten Ausführungsform beispielsweise um ein Infrastrukturobjekt oder ein Gebäude handeln. Die Kollisionsüberwachungseinrichtung 34 der in 1 bis 3 gezeigten portablen Sensorsysteme 100 kann die relative Lage von mindestens einem Objekt 8 bezogen auf das Luftfahrzeug 1 beziehungsweise dessen geometrischen Modells überwachen und eine relative Lageänderung 8 auswerten. Die überwachte relative Lage beziehungsweise Lageänderung kann auf dem in den in 1 bis 3 gezeigten mobilen Endgerät 40 angezeigt werden. Ein Operateur kann eine drohende Kollision zwischen dem Luftfahrzeug 1 und dem Objekt 8 überwachen.
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6 zeigt Verfahrensschritte S1 bis S5 in einer beispielhaften zeitlichen Abfolge. Die Verfahrensschritte S1 bis S5 werden zum Erfassen von Objekten 8 im Umfeld eines mobilen Objekts durchgeführt. Bei dem mobilen Objekt kann es sich um das in den 4 und 5 gezeigte Luftfahrzeug 1 handeln.
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In einem ersten Schritt S1 erfolgt eine temporäre Anbringung von dem mindestens einen Erfassungssensor 10 an der Außenfläche des mobilen Objekts. Der mindestens eine Umfelderfassungssensor 10 kann mit mindestens einem Saugnapf 22 an der Außenfläche angebracht werden. Die Außenfläche kann sich auf dem Rumpfbereich 2 des Luftfahrzeugs 1 befinden.
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In einem weiteren Schritt S2 erfolgt eine Bereichserfassung von der Außenfläche mit dem an der Außenfläche angebrachten Umfelderfassungssensor 10. Die Außenfläche kann in dem von dem Umfelderfassungssensor 10 aufgespannten Erfassungsbereich 14 erfasst werden.
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In einem weiteren Schritt S3 erfolgt eine Sensorlagebestimmung des Umfelderfassungssensors 10. Das Bestimmen von der Sensorlage 11 wird relativ zu dem mobilen Objekt basierend auf einem vorbestimmten geometrischen Modell der Außenfläche und dem mit dem Umfelderfassungssensor 10 erfassten Bereich der Außenfläche durchgeführt. Das Bestimmen kann auf einer geometrischen Korrelation zwischen dem Modell und dem Bereich der Außenfläche durchgeführt werden.
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In einem weiteren Schritt S4 erfolgt eine Objekterfassung von im Umfeld des mobilen Objekts sich befindenden Objekten 8. Die Objekte 8 können mit dem Umfelderfassungssensor 10 relativ zu dem mobilen Objekt erfasst werden.
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In einem weiteren Schritt S5 erfolgt ein Anzeigen von den im Umfeld des portablen Sensorsystems 100 mit dem Umfelderfassungssensor 10 erfassten Objekten 8 auf dem mobilen Endgerät 40. Basierend auf dem Anzeigen kann in einem weiteren, nicht gezeigten Schritt, eine Kollision zwischen dem mobilen Objekt und dem erfassten und angezeigten Objekt überwacht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Luftfahrzeug
- 2
- Rumpfbereich
- 3
- Anbringbereich
- 4
- vorderer Anbringbereich
- 5
- hinterer Anbringbereich
- 6
- Luftfahrzeugkoordinatensystem
- 7
- Rollfeld
- 8
- Objekte
- 9
- Schlepper
- 10
- Umfelderfassungssensor
- 11
- Sensorlage
- 12
- 3D-Laserscanner
- 14
- Erfassungsbereich
- 16
- Öffnungswinkel
- 20
- Anbringvorrichtung
- 21
- Handgriff
- 22
- Saugnapf
- 23
- Saugnapffuß
- 24
- Gehäuse
- 26
- Stromversorgung
- 30
- Rechen- und Steuereinrichtung
- 31
- Antenne
- 32
- Lagebestimmungseinrichtung
- 34
- Kollisionsüberwachungseinrichtung
- 40
- mobiles Endgerät
- 41
- Endgerätantenne
- 42
- Anzeige
- 100
- portables Sensorsystem
- S1
- temporäre Anbringung
- S2
- Bereichserfassung
- S3
- Sensorlagenbestimmung
- S4
- Objekterfassung
- S5
- Anzeige
