一种基于UWB定位系统的航吊吊钩三维定位方法及系统与流程

一种基于uwb定位系统的航吊吊钩三维定位方法及系统
技术领域
1.本发明属于室内外精确定位领域，具体涉及一种基于uwb定位系统的航吊吊钩三维定位方法及系统。


背景技术：

2.在室内外物资运输中，经常需要对重物进行一定范围内的垂直提升或水平搬运，一般通过起重机或航吊来完成。航吊通过吊钩吊起重物。为了准确吊挂或卸载重物，需要航吊吊钩进行相对于货物位置的定位。
3.现有技术中，针对不同的货物堆放形式，分别采用二维或三维定方式。二维定位方式中，航吊吊钩定位货物位置的系统，定位基站布署于航吊两侧，定位标签安装于航吊吊钩处于基站同高度位置处且保持固定高度；再结合uwb定位系统，实现了单层货物堆放的二维精确定位。三维定位方式中，基站多采用定位区域边缘三维布署方式，基站布署于航吊两侧的上下两个平面，定位标签安装与航吊吊钩位置且随吊钩上下移动。但是，由于货物自身即为障碍物，多层货物堆放的三维定位误差很大，定位精度不高；同时，定位区域边缘三维布署方式基站数量为传统uwb二维定位布署方式的两倍，通信网络及工程实施难度较大。


技术实现要素：

4.鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本发明旨在提供一种基于uwb定位系统的航吊吊钩三维定位方法及系统，在不增加基站施工难度的前提下，提高三维定位准确度和精度，满足航吊吊钩的高精度定位需求。
5.为了实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：第一方面，本发明实施例提供了一种基于uwb定位系统的航吊吊钩三维定位方法，定位标签安装于吊钩处，所述三维定位方法包括如下步骤：步骤s1，基于uwb二维定位系统的固定基站，在航吊吊钩正上方增设可移动基站且高度相对于地面固定；所述可移动基站具有二维定位系统的被定位功能及一维测距功能；步骤s2，可移动基站通过被定位功能，与基于uwb二维定位系统的固定基站实现水平面上的二维定位，实时获得可移动基站在水平面内的x,y轴的坐标（xi,yi），并将实时坐标（xi,yi）作为吊钩的水平二维坐标；步骤s3，可移动基站实时测量与吊钩标签间的垂直距离，并通过自身高度及一维测距值计算吊钩z轴实时坐标zi；步骤s4，输出吊钩实时三维定位坐标为（xi,yi,zi）。
6.作为本发明的一个优选实施例，所述uwb二维定位系统的固定基站设置于航吊两侧，所述可移动基站设置于吊钩正上方的航吊臂顶端，高度通过对航吊臂高度的调节来实现。
7.作为本发明的一个优选实施例，所述uwb二维定位系统的固定基站设置于航吊两侧，所述可移动基站设置于航吊吊钩顶端固定位置处，且高度相对于地面固定。
8.作为本发明的一个优选实施例，所述可移动基站与固定基站同高度。
9.作为本发明的一个优选实施例，所述步骤s4中，可移动基站通过下式计算吊钩z轴实时坐标zi：zi=h-hi其中，h为可移动基站的固定高度，hi为可移动基站实时测量的与标签间的垂直距离值。
10.第二方面，本发明实施例还提供了一种基于uwb定位系统的航吊吊钩三维定位系统，所述系统包括：uwb二维定位系统的固定基站、可移动基站、吊钩定位标签及定位输出模块；其中，所述uwb二维定位系统的固定基站用于对所述可移动基站进行水平面上的二维定位；所述可移动基站设置于航吊吊钩正上方且高度相对于地面固定，具有二维定位系统的被定位功能及一维测距功能；所述可移动基站用于通过被定位功能实时获得可移动基站在水平面内的x,y轴的坐标（xi,yi），并将实时坐标（xi,yi）发送给定位输出模块；还用于对定位标签进行一维测距并根据一维测距及自身高度值计算吊钩z轴实时坐标zi并发送给定位输出模块；所述定位标签安装于吊钩处，用于为可移动基站提供一维测距点；所述定位输出模块用于整合所接收的二维坐标（xi,yi）及z轴实时坐标zi输出吊钩三维实时定位坐标（xi,yi,zi）。
11.本发明具有如下有益效果：本发明实施例所提供的基于uwb定位系统的航吊吊钩三维定位方法及系统，通过增设可移动基站实现三维精确定位；将所述可移动基站安装于航吊吊钩的正上方，相对于地面高度固定，不会因为吊钩的上下移动而发生相对于地面的上下移动；同时可移动基站具有二维定位系统的被定位功能及一维测距功能；定位标签安装于吊钩处，实现可移动基站的一维测距功能，最终实现吊钩的三维精确定位。本实施例解决了现有三维定位系统基站布署数量大，通信网络及工程实施难度较大的问题，降低了工程实施及运维成本；同时，解决了多层货物堆放的定位误差较大的问题，提高了航吊三维定位的精度，降低了成本。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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说，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附图。
13.图1是本发明实施例所述基于uwb定位系统的航吊吊钩三维定位方法流程图。
具体实施方式
14.下面结合附图，并通过参考示范性实施例，对本发明技术问题、技术方案和优点进行详细阐明。以下所述示范性实施例仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术
语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非在这里进行定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
15.针对现有技术中航吊吊钩定位中存在的问题，本发明实施例提供了一种基于超宽带（ultra wide band，uwb）定位系统的航吊吊钩三维定位方法，通过增设可移动基站，降低二维定位系统到三维定位系统过渡时的基站施工难度，降低运维成本；将可移动基站设置于航吊吊钩正上方且高度相对于地面固定，基站不会因为吊钩的上下移动而发生相对于地面的上下移动，结合垂直方向上的测距功能，实现高精度三维定位。
16.如图1所示，本发明实施例所述基于uwb定位系统的航吊吊钩三维定位方法，包括如下步骤：步骤s1，基于uwb二维定位系统的固定基站，在航吊吊钩正上方增设可移动基站且高度相对于地面固定；所述可移动基站具有二维定位系统的被定位功能及一维测距功能；定位标签安装于吊钩处。
17.本步骤中，所述uwb二维定位系统的固定基站设置于航吊两侧，这是现有技术中二维定位系统的正常设置；所设置的可移动基站与固定基站间进行通讯，完成相互间的定位。两个固定基站，可实现可移动基站的被定位。所述可移动基站，可设置于吊钩正上方的航吊臂顶端，高度可通过对航吊臂高度的调节来实现；也可以设置于航吊吊钩顶端固定位置处，且高度相对于地面固定。优选地，将可移动基站与固定基站同高度。
18.步骤s2，可移动基站通过被定位功能，与基于uwb二维定位系统的固定基站实现水平面上的二维定位，实时获得可移动基站在水平面内的x,y轴的坐标（xi,yi），并将实时坐标（xi,yi）作为吊钩的水平二维坐标。
19.本步骤中，所述可移动基站位于吊钩的正上方，因此，其被定位的基站水平面内二维坐标，即为吊钩在水平面内的二维坐标。由于该坐标是通过基站间进行定位的，保证了定位的准确度及精度。坐标中的下标i即为实时的i时刻。
20.步骤s3，可移动基站实时测量与吊钩标签间的垂直距离，并通过自身高度及一维测距值计算吊钩z轴实时坐标zi。
21.本步骤中，由于可移动基站具有固定的相对于地面的绝对高度值，同时具有一维测距功能，通过测量与位于正下方的吊钩标签间的垂直距离，通过两个值计算得出标签即吊钩所在的高度，即为吊钩的z轴实时坐标zi。可移动基站在标签的正上方，与标签之间无障碍物，通过测距功能精确测得可移动基站与标签的距离，此一维测距值与可移动基站的实际高度的差即为吊钩上的标签的z轴坐标，也就是吊钩的z坐标。
22.进一步地，可移动基站通过下式计算吊钩z轴实时坐标zi：zi=h-hi其中，h为可移动基站的固定高度，hi为可移动基站实时测量的一维测距值。
23.步骤s4，输出吊钩实时三维定位坐标为（xi,yi,zi）。
24.由以上技术方案可以看出，本发明实施例所提供的基于uwb定位系统的航吊吊钩三维定位方法，通过增设可移动基站实现三维精确定位；将所述可移动基站安装于航吊吊钩的正上方，相对于地面高度固定，不会因为吊钩的上下移动而发生相对于地面的上下移动；同时可移动基站具有二维定位系统的被定位功能及一维测距功能；定位标签安装于吊
钩处，实现可移动基站的一维测距功能，最终实现吊钩的三维精确定位。本实施例解决了现有三维定位系统基站布署数量大，通信网络及工程实施难度较大的问题，降低了工程实施及运维成本；同时，解决了多层货物堆放的定位误差较大的问题，提高了航吊三维定位的精度，降低了成本。
25.基于同样的思想，本发明实施例还提供了基于uwb定位系统的航吊吊钩三维定位系统，所述系统包括：uwb二维定位系统的固定基站、可移动基站、吊钩定位标签及定位输出模块。
26.其中，所述uwb二维定位系统的固定基站用于对所述可移动基站进行水平面上的二维定位；所述可移动基站设置于航吊吊钩正上方且高度相对于地面固定，具有二维定位系统的被定位功能及一维测距功能；所述可移动基站用于通过被定位功能实时获得可移动基站在水平面内的x,y轴的坐标（xi,yi），并将实时坐标（xi,yi）发送给定位输出模块；还用于对定位标签进行一维测距并根据一维测距及自身高度值计算吊钩z轴实时坐标zi并发送给定位输出模块；所述定位标签安装于吊钩处，用于为可移动基站提供一维测距点；所述定位输出模块用于整合所接收的二维坐标（xi,yi）及z轴实时坐标zi输出吊钩三维实时定位坐标（xi,yi,zi）。
27.本实施例中的可移动基站及定位输出模块，包含处理器和/或存储器，用于实现数据处理及存储。所述处理器可以是微处理器(micro processing unit, mpu)、中央处理器(central processing unit，cpu)、网络处理器 (network processor，np)、是数字信号处理器（dsp)、专用集成电路（asic）、现场可编程门阵列（fpga）、其他可编程逻辑器件、分立门、晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。所述存储器可以包括随机存取存储器（random access memory，ram），也可以包括非易失性存储器（non-volatile memory，nvm），所采用的介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk, ssd))等。
28.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。
29.需要说明的是，本实施例的所述航吊吊钩三维定位系统，与所航吊吊钩的三维定位方法是对应的，所述方法通过所述系统实现，对所述方法的描述和限定，同样适用于所述系统。
30.以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。