位姿测量装置及系统的制作方法

1.本实用新型涉及位姿测量技术领域，特别是涉及一种位姿测量装置及系统。


背景技术：

2.煤炭是我国最主要能源，与人民的生产、生活息息相关。如何保证煤炭码头装卸的效率，是煤炭正常流通的重要保障。装卸效率的保障主要依赖于货轮定点准确以及数据回传即时。
3.但发明人在实施过程中发现，目前港口大型货轮的位姿测量通常是采用传统测绘方法。此种测绘方式主要依赖于人工，由于工作人员操作行为的随机性，使得测量精度很难保证。


技术实现要素：

4.基于此，有必要提供一种测量精度高的位姿测量装置及系统。
5.一种位姿测量装置，包括：
6.第一gps接收机，设置于待测物体上，且用于接收卫星定位信号；
7.通信模块，用于与设置在码头上的rtk基准站通信，并接收所述rtk基准站发送的载波信号；
8.位姿计算模块，与所述第一gps接收机和所述通信模块连接，用于接收所述卫星定位信号和所述载波信号。
9.在其中一个实施例中，该装置还包括：
10.惯性传感器，设置于所述待测物体上，与所述位姿计算模块连接。
11.在其中一个实施例中，通信模块为5g网络透传模块。
12.在其中一个实施例中，第一gps接收机包括三频卫星接收天线。
13.在其中一个实施例中，位姿计算模块包括：
14.处理器，与第一gps接收机和通信模块连接；
15.输出模块，与处理器连接。
16.在其中一个实施例中，通信模块用于连接远程终端。
17.在其中一个实施例中，上述装置还包括：
18.电源，与位姿计算模块连接。
19.在其中一个实施例中，上述装置还包括：
20.外设，与所述位姿计算模块连接。
21.一种位姿测量系统，包括：
22.上述的位姿测量装置；
23.rtk基准站，所述rtk基准站设置在码头上，用于接收卫星定位信号并输出所述载波信号。
24.上述位姿测量装置包括第一gps接收机，设置于待测物体上，且用于接收卫星定位
信号；通信模块，用于与设置在码头上的rtk基准站通信，并接收rtk基准站发送的载波信号；位姿计算模块，与第一gps接收机和所述通信模块连接，用于接收所述卫星定位信号和载波信号，上述位姿测量装置基于第一gps接收机、通信模块和位姿计算模块可以得到待测物体的位置信息，从而实现对待测物体位置信息的精确测量。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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技术的一些实施例，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。
26.图1为一实施例中位姿测量装置的结构框图；
27.图2为另一实施例中位姿测量装置的结构框图；
28.图3为一实施例中位姿计算模块的结构框图；
29.图4为一实施例中位姿测量系统的结构框图；
30.图5为一具体实施例中位姿测量系统的结构示意图。
具体实施方式
31.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
32.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
33.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。
34.可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
35.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
36.如背景技术中所述，在港口等场景下进行煤炭装卸船的效率，直接受货船定位精度的影响，为解决现有的港口装卸效率不高的问题，本技术的一个实施例汇总，如图1所示，提供了一种位姿测量装置，包括：
37.第一gps接收机200，设置于待测物体上，且用于接收卫星定位信号。
38.其中，卫星定位信号是指与卫星通信接收到的定位信号，例如，可包括gps、gnss
(global navigation satellite system，gnss)和北斗卫星信号等。待测物体包括货轮等港口的常见待监测对象。
39.通信模块300，用于与设置在码头上的rtk(real time kinematic，实时动态定位)基准站通信，并接收rtk基准站发送的载波信号。rtk基准站与卫星通信，接收卫星定位信号，并具备将其接收到的卫星定位信号转换为载波信号并通过电台等方式发射出去的功能。
40.位姿计算模块400，与第一gps接收机和通信模块连接，用于接收卫星定位信号和载波信号。其中，基于现有的rtk定位算法，位姿计算模块根据卫星定位信号和载波信号可以计算得到差分信号，从而得到待测物体(如海上的货轮)相较于rtk基准站的相对位置信息。而由于rtk基准站固定设置在码头上，所以也可得知待测物体与码头之间的距离，工作人员可根据该距离情况进行装船机的工作安排。
41.具体的，考虑到目前通常采用大型货轮运输煤炭，而在煤炭装卸过程中均需要对大型货轮的位姿信息进行测量，大型货轮的位姿测量通常是采用传统的测绘方法，需要多人协作完成，耗费人力且测量精度低。因此，采用本技术中的位姿测量装置测量大型货轮的位姿信息，在该位姿测量装置中，通过通信模块接收设置在码头上的rtk基准站发送的载波信号后，基于该载波信号和安装在货轮上的第一gps接收机获取的卫星定位信号计算得到差分数据，再对差分数据处理得到货轮精准的位姿信息，码头上的工作人员可根据该位姿信息指导装卸车辆工作，通过该位姿测量装置可以提高货物运输过程中的装卸效率。
42.此外，该位姿测量装置测量精度高且无需使用多人配合即可完成测量工作，减少了人力成本。
43.如图2所示，在一个实施例中，上述装置还包括：
44.惯性传感器500，设置于待测物体上，与位姿计算模块连接。
45.其中，惯性传感器主要用于检测和测量加速度、倾斜、冲击、振动、旋转和多自由度运动。当通信顺畅时，位姿计算模块计算出待测物体与rtk基准站之间的相对位置，若接下来，信号传输和/或测量过程中存在遮挡和/或信号的情况下，可基于先前通信顺畅时所计算的相对位置结果以及惯性传感器测量的速度、加速度、旋转角度等，确定待测物体和rtk基准站之间的当前位置关系，可以保证测量的稳定进行。既可以保证测量的精准度，也可保证侧脸的可靠性。
46.在一个实施例中，通信模块为5g网络透传模块。其中，5g网络透传模块支持传输协议，可以安装sim卡，从而实现扩大位姿测量装置使用范围的目的。此外，采用5g网络透传模块可以提升rtk基准站与位姿计算模块间的通信速度，使工作人员可第一时间进行装卸载工作安排，从而进一步加快港口码头的装卸效率。
47.其中，rtk基准站与位姿计算模块可以以报文形式通信。5g网络透传模块向rtk基准站发送有效gpgga报文后等待rtk基准站反馈rtcm32报文。
48.在一个实施例中，第一gps接收机包括三频卫星接收天线。其中，三频卫星接收天线指可以用于接收三个频段的卫星接收天线。通过采用三频卫星接收天线可保证货轮等待测物体航行过程中，保持卫星定位信号接收的稳定性，从而提高上述位姿测量装置的可靠性。
49.在一个实施例中，如图3所示，上述位姿计算模块400包括：
50.处理器410，与第一gps接收机和通信模块连接。
51.其中，处理器410可以为mcu微处理或其他具备处理和计算功能的部件。
52.输出模块420，与处理器连接。
53.其中，输出模块420用于输出处理器410的处理结果。需要强调的是，此处处理器410可选用现有的能执行rtk算法的处理器，本技术重点保护包括这些硬件设备的装置，且解决上述问题主要依赖上述硬件设备在港口码头场景下的位置设置关系以及各硬件之间的通信连接关系，并不涉及到对方法的改进。
54.在一个实施例中，通信模块300用于连接远程终端。远程终端可以是工作人员的手机、电脑和平板等终端设备。例如，待测物体为大型货轮时，远程终端可以为码头上的控制室，位姿计算模块400通过通信模块300可将计算结果发送至控制室，工作人员在控制室内可第一时间获知货轮和码头的相对位置关系，然后进行装卸载工作安排。
55.在一个实施例中，如图2所示，上述装置还包括：
56.存储器600，与位姿计算模块400连接。
57.其中，存储器用于存储rtk基准站的配置信息，配置信息包括地址、端口和账号等信息，位姿计算模块400可以从存储器中读取上述配置信息。
58.在一个实施例中，如图2所示，上述装置还包括：
59.电源700，与位姿计算模块400连接。也可以为通信模块300供电，还可以为第一gps接收机200供电。
60.其中，电源可以为干电池和/或蓄电池，用于为位姿测量装置中的位姿计算模块400等组成部分供电。
61.在一个实施例中，如图2所示，上述装置还包括：
62.外设800，与位姿计算模块400连接。
63.其中，外设800可以为usb接口、鼠标、键盘等具备输入功能的模块，通过外设可向位姿计算模块400输入/获取数据。例如，可通过外设800输入上述配置信息，也可以通过外设800读取位姿计算模块400的计算结果。
64.另一方面，本技术的一个实施例中，如图4所示，还提供了一种位姿测量系统，包括：
65.上述位姿测量装置1000；
66.rtk基准站2000，rtk基准站2000设置在码头上，用于接收卫星定位信号并输出载波信号。
67.其中，rtk基准站2000可包括：
68.第二gps接收机2100和数据发射装置2200。
69.其中，第二gps接收机2100与数据发射装置2200连接，用于接收卫星定位信号。
70.数据发射装置2200与位姿测量装置1000连接，用于向位姿测量装置1000输出载波信号。
71.目前，通常采用大型货轮运输煤炭，而在煤炭装卸过程中均需要对大型货轮的位姿信息进行测量，大型货轮的位姿测量通常是采用传统的测绘方法，需要多人协作完成，耗费人力且测量精度低。因此，采用本技术中的位姿测量装置测量大型货轮的位姿信息，在一个实施例中，如图5所示，将第一gps接收机设置于货轮后，通过通信模块300与设置在码头
上的rtk基站2000通信，接收rtk基准站2000中数据发射装置2100发送的载波信号，然后利用位姿计算模块400基于接收到的第一gps接收机200发送的卫星定位信号和载波信号计算得到大型货轮的位姿信息。将本装置用于大型货轮后，不仅可以更加精确的计算货轮的位置信息，同时也无需多人协作即可实现位姿信息的测量，实现了无人自主测量，节约成本的同时提升了测量效率。此外，当上述传输数据在测量过程中丢失，或货轮与码头基准站间存在信号遮挡物导致信号无法传输时，可以通过安装在货轮上且与位姿计算模块400连接的惯性传感器500基于角速度和加速度计算货轮位置，从而保证测量的稳定进行，提高位姿测量装置1000的稳定性。需要说明的是，虽然图5中未示出外设800等组成部件，但本领域技术人员应当理解，上述系统中还可以包括位姿测量装置1000的其他组成部分。
72.在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
73.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
74.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。