专利名称：确定三维对象的位置和方位的位置检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定三维对象的位置和方位的位置检测系统。
背景技术：
用于确定三维对象的位置和方位的方法尤其是用在集装箱吊车设备中以精确引导牵引车。为了装载和卸载，必须十分精确地定位集装箱吊车下的牵引车，由此负载能够通过集装箱吊车安全地放到牵引车的挂车上或从那里被提起。对牵引车的引导甚至还经常由监督人员手动进行。这不仅常常不精确，并且对于监督人员、吊车驾驶员和牵引车引导员来说绝对极其危险。目前市场上只存在非常少的用于将牵引车引入集装箱吊车设备中的自动化解决方案。在EP 1337454A1中公知一种用于将载重汽车相对于吊车对齐到期望位置的方法，其中借助于安装在吊车处的激光扫描器来确定载重汽车的位置。为此，确定载重汽车的——尤其是在载重汽车的挂车处的——棱边的位置。从EP 1337454A1中公知的方法的缺点是，用于正确位置检测所需的对于各个载重汽车车辆类型的说明必须通过吊车引导员手动输入。这是耗时的，并且容易产生错误。此外，用于推导出载重汽车位置的棱边探测也是不可靠的，因为激光扫描器仅发射有限数量的离散测量光束，从而棱边可能落入测量光束之间的空隙中。另外，从EP1337454A1中公知的方法做出了关于待检测载重汽车的方位的十分强烈的隐含假设。即以载重汽车基本上平行于码头提岸行驶并且跟随一条直线作为前提。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种用于确定三维对象的位置和方位的位置检测系统。一种用于确定三维对象的位置和方位的位置检测系统，该三维对象尤其是集装箱吊车设备中的牵引车，该位置检测系统具有-用于扫描对象的至少一个表面截面和用于将在表面截面上通过其坐标所标记的大量的点确定为扫描值的扫描装置，-用于将所述扫描值描绘为标记至少一个表面截面的测量结果的预处理单元，-用于存储描绘在可预先给定的对象状态的前提下可预先给定的测量结果的条件概率的概率对象模型的存储单元，-用于从当前的标记至少一个表面截面的测量结果中按照概率模型由可预先给定的对象状态的概率和当前的测量结果的概率确定对象状态的估计的分析单元。根据本实用新型，为了确定三维对象的位置和方位，借助于扫描装置扫描对象的至少一个表面截面，并且将在表面截面上通过其坐标所标记的大量点确定为扫描值。这些扫描值被描绘为标记至少一个表面截面的测量结果。概率对象模型在可预先给定的对象状态前提下描绘可预先给定的测量结果的条件概率。在此，对象状态的特征至少在于对象类型、对象位置和对象方位。从当前的标记至少一个表面截面的测量结果中，根据概率对象模型，由可预先给定的对象状态的概率和当前的测量结果的概率确定对象状态的估计。从所确定的对象状态估计中能够至少导出所扫描对象的对象类型、对象位置和对象方位。通过基于概率对象模型使用表面截面而不是棱边作为所检测对象类型的标记属性，根据本实用新型对于可靠的位置确定，在待检测对象处不需要清楚可探测的棱边。此夕卜，通过估计对象状态自动确定对象类型，使得耗时和容易产生错误的使用者输入不再是必要的。此外，由于在估计对象状态的范围内自动确定对象方位，所以避免了由于对于位置探测所涉及的错误的和刚性的前提条件所引起的不精确。
下面借助实施例进一步阐述本实用新型。图1示出用于确定三维对象的位置和方位的位置检测系统的示意图，图2示出用于确定三维对象的位置和方位的方法的流程图，图3示出具有根据概率对象模型所预期实验结果的牵引车的示意图，图4示出具有根据概率对象模型的非预期实验结果的牵引车的示意图。
具体实施方式
在图1中示意性示出的用于确定三维对象的位置和方位的位置检测系统在本实施例中安装在集装箱吊车设备中，并且包括控制计算机101和安装在吊车102处的激光扫描器121。吊车102借助于通过吊车支架122引导的移动机构123可在集装箱吊车设备的转运区域内行驶，并且具有用于集装箱负载的升降机构124。借助于作为扫描装置的激光扫描器121可以将驶入转运区域的具有用于待运输集装箱133的挂车132的牵引车103作为待检测对象来进行三维扫描。在扫描牵引车103 时，通过激光扫描器121例如将牵引车103的顶面131检测为表面截面。在此，大量在顶面 131上通过其坐标标记的点被确定为扫描值。此外，挂车132或者挂车132上的集装箱133 的上侧也可以被检测为特征性的表面截面。控制计算机101包括处理器111、工作存储器112以及硬盘113，并且该控制计算机101通过输入/输出接口与激光扫描器121连接。在硬盘113上存储有用于对激光扫描器121的扫描值进行预处理的程序代码114和用于确定牵引车103的对象状态Q的估计的程序代码115。程序代码114，115可载入到控制计算机的工作存储器112中，并且所述程序代码114，115被在图1中示出的位置检测系统的预处理单元或分析单元在通过处理器111 进行处理时来实施。例如通过计算过程在控制计算机101中所实施的预处理单元用于将激光扫描器 121的扫描值描绘为至少一个标记表面截面的测量结果M。对应于替代的实施方式，预处理单元也可以集成到包括激光扫描器121的测量系统中。此外，为控制计算机101分配数据库116作为用于存储概率对象模型的存储单元。 概率对象模型描绘在可预先给定的对象状态Q前提下的可预先给定的测量结果M的条件概率P(MlQ)。测量结果M例如可以是特定空间点被识别为被占据，或者特定几何形状被识别为在空间中存在，或者特定空间部分被识别为是空着的。对象状态Q的特征至少在于对象类型、对象位置和对象方位。根据概率对象模型可以确定，当牵引车103作为已检测对象具有可预先给定的包括对象类型、对象位置和对象方位的对象状态Q时，存在哪种使得产生特定测量结果M的概率P (MIQ)。通过例如由计算过程在控制计算机101中所实施的分析单元，从当前的标记至少一个表面截面的测量结果M中确定出对象状态Q的估计。在此，根据概率对象模型、根据可预先给定的对象状态Q的概率P (Q)以及根据当前测量结果M的概率P (M)进行对象状态 Q的估计P (M|Q)。除了对象类型、对象位置和对象方位之外，对象状态Q在优选的实施方式中还附加地包括牵引车103与挂车132之间的角度134以及在挂车132上的集装箱133的位置。相应于在图2中示出的流程图，步骤201相应地首先从数据库116中载入或下载概率对象模型。一旦牵引车103驶入集装箱吊车设备的可预先给定的车道，就借助于安装在吊车处的激光扫描器121对更该牵引车进行扫描。相应地，步骤202为此持续地监视，牵引车103——例如载重汽车(LKW)——是否驶入该车道。如果情况如此，则接下来确定大量可能的对象状态Q。此外，可能的对象状态Q的概率通过初始值预给定来进行初始化(步骤 203)。然后，对牵引车进行扫描(步骤204)。此后，通过预处理单元对扫描值进行预处理 (步骤20 。然后对于每个可能的对象状态Q，相应于步骤206，对其概率P(Q)进行更新。此外，当前的测量结果P (M)按照步骤207根据对于在可能的对象状态Q的前提下可预先给定的测量结果M的条件概率P (M|Q)和对于可能的对象状态Q的概率P (Q)所计算的总概率根据如下方程来确定P(M) = f P(M|Q) · P(Q)dQ。然后从当前的测量结果M中-根据概率对象模型，-根据可能的对象状态Q的概率P(Q)，和-根据当前的测量结果M的概率P(M)[0030]根据如下方程来确定对象状态Q的估计 _
O在此，条件概率P (M|Q)从概率对象模型中得出。对应于步骤208，从所确定的对象状态Q的估计中，导出牵引车103的对象类型、 对象位置和对象方位，牵引车103与挂车132之间的角度134，以及挂车132上的集装箱133 的位置。基于这种位置测量或距离测量，为牵引车103生成用于装载位置或卸载位置的到达的跟踪信号。该跟踪信号在本实施例中在转运区域中的交通灯104处以光学方式用信号来通知。附加地还可以生成声学上的跟踪信号。对应于步骤209，检查利用牵引车103的装载过程或卸载过程是否已经结束。如果装载过程或卸载过程尚未结束，则再次重复地运行步骤204至208。原则上可以利用图2 中所示出的方法来同时处理多个牵引车。为确定对象状态Q的估计，根据连续确定的测量结果M更新对可能的对象状态Q 的概率P(Q)的评估。在此，例如也可以基于抽样地更新评估。当扫描值301——如在图3 中示出的那样——落到对应于概率对象模型所预期的区域302中时，则对可能的对象状态Q的概率P(Q)的评估例如得以提高。如果扫描值401——如在图4中示出的那样——相反地落到对应于概率对象模型所预期的自由区域402中，则对可能的对象状态Q的概率HQ) 的评估明显减小。作为对象状态Q的初始概率分布可以规定例如均勻分布或者从过去的情况中根据经验确定的频率分布。此外，在可预先给定的扫描时刻t = Tn对可能的对象状态Q的概率P (Q)的评估优选根据牵引车103的运动模型从在前一扫描时刻t = Tn-I < Tn对对象状态Q的概率P (Q) 的评估中，根据下述函数关系确定P(Q(t = Tn)) = f (P(Q(t = Tlri)))。在应用运动模型情况下对可能的对象状态Q的概率P(Q)的评估也可以与上述基于抽样的评估相结合。从高评估的抽样元素中可以根据运动模型生成多个后续值 (Nachfolger)。从中等评估的抽样元素中可以生成一个后续值。低评估的抽样元素被删除， 使得抽样量的总体大小可以近似地保持恒定。当抽样量被先验地限定到可能的状态空间的子集上时，则可以得出一种简化形式。在集装箱吊车设备的应用区域中，例如可以将可能的状态空间限制到常规的行驶车道和区域，在所述行驶车道和区域中车辆进入到传感器系统的检测区域中。当概率对象模型和对象状态的概率分布都被建模为高斯混合模型时，得出另一简化形式。当每个对象等级中的对象状态被建模为为单一模型并且尤其是可以通过正态分布来表示时，则得出另一种简化形式。在这种情况下，可以使用由用于连续参数的卡尔曼滤波器和用于分级变量的贝叶斯分类器组成的组合。本实用新型的应用不限于所描述的实施例。
权利要求1.一种用于确定三维对象的位置和方位的位置检测系统，该位置检测系统具有-用于扫描对象的至少一个表面截面和用于将在表面截面上通过其坐标所标记的大量的点确定为扫描值的扫描装置，-用于将所述扫描值描绘为标记至少一个表面截面的测量结果的预处理单元，-用于存储描绘在可预先给定的对象状态的前提下可预先给定的测量结果的条件概率的概率对象模型的存储单元，-用于从当前的标记至少一个表面截面的测量结果中按照概率模型由可预先给定的对象状态的概率和当前的测量结果的概率确定对象状态的估计的分析单元。
2.根据权利要求1的位置检测系统，其中所述三维对象是集装箱吊车设备中的牵引车。
3.根据权利要求1或2的位置检测系统，其中所扫描的对象包括集装箱吊车设备中的牵引车，并且其中所述对象状态附加地包括牵引车与挂车之间的角度以及挂车上的负载的位置。
4.根据权利要求1的位置检测系统，其中所述位置检测系统包括安装在集装箱吊车处的传感器，该传感器被设置为扫描牵引车，并且被设置为使得一旦牵引车驶入集装箱吊车设备的可预先给定的车道就通过传感器来扫描该牵引车并且基于对牵引车的位置测量和距离测量生成用于装载位置和/或卸载位置的到达的跟踪信号。
专利摘要本实用新型涉及一种用于确定三维对象的位置和方位的位置检测系统，该三维对象尤其是集装箱吊车设备中的牵引车，该位置检测系统具有用于扫描对象的至少一个表面截面和用于将在表面截面上通过其坐标所标记的大量的点确定为扫描值的扫描装置；用于将所述扫描值描绘为标记至少一个表面截面的测量结果的预处理单元；用于存储描绘在可预先给定的对象状态的前提下可预先给定的测量结果的条件概率的概率对象模型的存储单元；用于从当前的标记至少一个表面截面的测量结果中按照概率模型由可预先给定的对象状态的概率和当前的测量结果的概率确定对象状态的估计的分析单元。
文档编号B66C13/46GK202220052SQ20102070148
公开日2012年5月16日 申请日期2010年11月30日 优先权日2009年11月30日
发明者C·克利默维奇, M·菲格特, W·费滕 申请人:西门子公司