本发明涉及港口水平运输车定位领域，更具体地涉及一种基于uwb的港口水平运输车定位系统及方法。
背景技术：
目前对于港口水平运输车进行定位的系统，应用最为成熟稳定的是磁钉定位系统。首先，利用磁钉读写器为每一个磁钉编写相应的磁钉编号及位置坐标等信息；然后，根据应用场地的大小以及布局按照相应的标准进行磁钉的铺设；最后，通过水平运输车上的导航天线设备探测这些预先铺设在场地中的磁钉，从而实现对自身的定位。但是这些铺设在地面之下的磁钉，由于长期受到地面的挤压而变形和雨水浸泡的影响很容易损坏，对项目后期磁钉的维护及保养带来了很大的困难。并且随着应用场地的增大，磁钉的使用数量不断地增加，对后期的维护工作造成了影响。本专利克服了上述困难，提供了一种基于uwb的港口水平运输车上的定位系统及方法。
uwb定位系统是超宽带(ultrawideband)定位系统的简称。超宽带(uwb)技术是一种崭新的、以极低的功率在短距离内进行高速数据传输的无线技术。uwb不使用载波，只是发出瞬间脉冲电波，而且是在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能小。uwb采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益，具有更强的抗干扰性。uwb使用的带宽极宽，在1ghz以上，高达几个ghz。uwb系统容量大，并且可以和目前的窄带通信系统同时工作而互不干扰。uwb定位系统使用多个uwb模块和三边定位原理，分别计算水平运输设备上的车载测距模块与其他基站模块之间高精度的距离信息，从而解算出运输设备的位置与速度信息。
因此，需要发展一种基于uwb的港口水平运输车定位系统及方法，通过车载uwb模块和场地之中布置的uwb模块相互之间的通讯测距，得到测距信息，运用导航算法进行处理，最终得到水平运输车辆的位姿信息，从而实现对水平运输车的定位。
技术实现要素：
本发明针对港口水平运输车的定位，目的是提供一种基于uwb的港口水平运输车定位系统及方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种基于uwb的港口水平运输车无线定位系统，包括：设置在港口场地中的多个uwb模块、设置在水平运输车上的两个车载uwb模块、以及全站仪，其中：每个所述uwb模块安装在防雨盒中，所述防雨盒安装在立杆上，所述立杆安装在底座上，安装在立杆上的uwb模块构成无线基站；所述车载uwb模块安装在所述水平运输车上两个距离最大点处；所述全站仪测量每个无线基站中uwb模块在港口场地中的位置坐标以及所述两个车载uwb模块在水平运输车车身坐标系中的相对位置，由此确定水平运输车的位置信息和姿态信息。
较佳地，两个车载uwb模块分别安装在水平运输车顶部长方形结构对角线顶点位置处。
所述防雨盒一侧上粘贴有用于测量的反光片，另一侧上设置有电源线孔和网线孔。
所述反光片的中心点与所述uwb模块的天线的中心点对齐，所述全站仪测量所述反光片的中心点坐标，由此确定每个所述无线基站在港口场地中的位置坐标。
所述立杆上配备有24v直流电源箱，通过防雨盒上的电源线孔与防雨盒中的所述uwb模块电连接。
本发明还提供一种基于uwb的港口水平运输车无线定位方法，包括以下步骤：
在港口场地中布置多个uwb模块，每个所述uwb模块安装在防雨盒中，所述防雨盒安装在立杆上，所述立杆安装在底座上，安装在立杆上的uwb模块构成无线基站；
在水平运输车上布置两个车载uwb模块，所述车载uwb模块安装在所述水平运输车上两个距离最大点处；
使用全站仪测量每个无线基站中uwb模块在港口场地中的位置坐标以及所述两个车载uwb模块在水平运输车车身坐标系中的相对位置，由此确定水平运输车的位置信息和姿态信息。
本发明确定了uwb模块的安装方式，在水平运输车上的安装以及整个系统的布置方案，能够最大程度的覆盖应用场地，并且得到水平运输车的精确位置信息和准确位姿信息。
本发明的系统结构简单、经济实用、易于实现、适用范围广泛。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1是装有uwb模块的防雨盒的俯视图(a)、右侧视图(b)、左侧视图(c)；
图2是基于uwb的无线定位系统的布局示意图；
图3是安装在水平运输车上两个uwb模块的平面示意图；
图4是全站仪测量基站位置示意图；
图5是uwb无线定位系统的定位示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案进行具体说明。
图1示出安装有uwb模块的防雨盒，其中(a)为俯视图、(b)为右侧视图、(c)为左侧视图。
如图1所示，uwb模块和uwb天线在防雨盒的壳体中。防雨盒一侧上粘贴有用于测量的反光片，另一侧上设置有电源线孔和网线孔。
图2是uwb无线定位系统的布局示意图。
如图2所示，港口场地中布置有多个无线基站。每个无线基站由安装在立杆上的uwb模块构成。uwb模块安装在防雨盒中，所述防雨盒安装在立杆上，所述立杆安装在底座上。
图3是安装在水平运输车上两个uwb模块的平面示意图。两个车载uwb模块分别安装在水平运输车顶部长方形结构对角线顶点位置处，为水平运输车上两个距离最大点。
本发明专利申请的无线定位系统由uwb模块、立杆、防雨盒以及水平运输车组成，其中水平运输车上安装两个uwb模块，场地中布置立杆并在每个立杆上安装一个uwb模块。
在本发明专利申请的基于uwb的港口水平运输车定位系统中，uwb无线定位系统的模块安装方式及无线基站的布局分为以下两个方面进行。
第一，场地中的无线基站布置，由于应用在室外，所以先将uwb模块放在防雨盒中，如图1所示，然后固定在立杆上，这些安装在立杆上的uwb模块就是无线基站。根据场地的形状布置立杆，布置完成之后所有立杆上的基站的外接连线应该覆盖整个定位区域，目的就是将搭建的无线定位系统在场地中实现全方位的定位，无线基站的布局示意图如图2所示。
第二，在水平运输车上的安装两个uwb定位模块，选择车体上两个距离最大的点并且接收无线基站信号比较好的位置进行安装，水平运输车体的顶部为长方形结构，所以在长方形的对角线的两个顶点分别安装一个模块，目的是为了无论车辆在场地中位于哪种姿态，都能够实现场地中的无线基站与车载模块之间进行通讯连接，并且还可以通过这两个模块确定车辆姿态，所以通过这种安装方式完全可以得到车辆的位置信息和姿态信息，水平运输车上的模块安装位置示意图如图3所示。
图4是全站仪测量基站位置示意图。
本发明系统中，通过全站仪的测量可准确地得到在场地中每一个uwb模块的位置。在防雨盒上粘贴了用于测量的反光片，测量时，全站仪测量反光片的中心点距离，从而确定了每一个无线基站在场地中的位置坐标，如图4所示。采用同样的方法可以确定水平运输车上的两个uwb模块在车身坐标系中的相对位置。
图5是uwb无线定位系统的定位示意图。
场地中通过这样的基站布局以及车载uwb模块的安装，就可以确定出水平运输车的位置和姿态，这种无线定位系统搭建过程比较简单，实现过程比较方便。为了便于理解，图5示出无线定位系统的定位原理图。
为了便于理解本发明的技术手段和特征，本发明应用于港口水平运输车的定位包括以下方面内容：
1、uwb模块的防水保护。将uwb模块放在一个防水壳中，并且将防雨盒的侧面打两个孔，分别接通给模块供电的电源线和调试用的网线。
2、在防雨盒上粘贴反光片，在测量uwb无线基站的位置时，使用该反光片。反光片的中心点和uwb模块天线的中心点必须对整齐，不然会带来一定的测量误差。
3、将装有uwb模块的防水壳固定在10米高的立杆上，并且在立杆上配备一个可以供24v的直流电源箱。
4、在水平运输车上安装uwb模块，并且将其定义成车载uwb模块，分别在车的两端各安装一个uwb模块。
5、布置场地中的uwb模块(无线基站)位置以及安装在水平运输车上的车载uwb模块之间的相互测距就可以实现车辆的定位。特别注意，在布置场地中的立杆及基站时，要保证一个原则，就是所有立杆上基站的外接连线完全可以覆盖整个定位区域；布置车载uwb模块时，要选择车体上两个距离最大的点即长方形的一条对角线的两个顶点分别安装一个模块；
6、在所有的无线基站以及车载uwb模块布置安装完成之后，利用全站仪来测量立杆上的uwb模块在场地里面的位置坐标，以及车载uwb模块在车身坐标系中的位置坐标。通过计算就可以得到车辆中心点坐标以及当前的姿态。
7、在完成上述所有步骤之后，这种基于uwb的港口水平运输车定位系统及方法，就全部建立起来并实现。
根据本发明的基于uwb的港口水平运输车定位系统及方法，能够提供水平运输车的精确位置信息和姿态信息。该系统结构简单、经济实用、易于实现、适用范围广泛。
最后，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，在不脱离本发明构思的前提下还可以作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。