CN116136696A - 载具头向补偿方法及*** - Google Patents

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CN116136696A CN202111506589.9A CN202111506589A CN116136696A CN 116136696 A CN116136696 A CN 116136696A CN 202111506589 A CN202111506589 A CN 202111506589A CN 116136696 A CN116136696 A CN 116136696A
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戴源助
吴宗宪
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Abstract

一种载具头向补偿方法及***，所述方法包括下列步骤：由处理器通过设置在载具上的多个传感器取得每一传感器与多个基地站的相对位置并建立相对座标***，以获得载具在相对座标***中的载具头向及相对座标***的X轴与正北方位角的偏差角度；以及由处理器基于偏差角度对载具在相对座标***中的载具头向进行角度补偿。

Description

载具头向补偿方法及***
技术领域
本发明涉及一种补偿方法及***，具体涉及一种载具头向补偿方法及***。
背景技术
现实生活中存在较多的桥梁，若每年以人工方式进行桥下检测作业，由于检测作业耗时、检测车不足、具有危险性，将导致检测效率难以提升。
使用无人载具进行自动化检测作业可解决上述问题。然而，在使用无人载具进行自动化检测作业的过程中需要准确得知无人载具的头向。目前最常利用电子罗盘(磁力计)来判断无人载具的头向，但在桥下通道或隧道内利用电子罗盘时，磁力计会被电力设备或钢筋结构干扰而失效。因此，如何设计出一套在任何环境中能准确地获取无人载具的头向的方法及***，是本领域的技术人员研究的课题之一。
发明内容
本发明实施例提供一种载具头向补偿方法及***，在建立本地座标***后，利用正北方位角对无人载具于本地座标***中的头向角度进行角度补偿，借此在任何环境中都能准确地获取无人载具的头向。
本发明一实施例的载具头向补偿方法，此方法包括下列步骤：由处理器通过设置在载具上的多个传感器取得每一所述传感器与多个基地站的相对位置并建立相对座标***，以获得所述载具在所述相对座标***中的载具头向及所述相对座标***的X轴与正北方位角的偏差角度；以及由所述处理器基于所述偏差角度对所述载具在所述相对座标***中的所述载具头向进行角度补偿。
本发明一实施例提供一种载具头向补偿***，其包括多个基地、载具、多个传感器以及处理器。多个所述传感器设置在所述载具上。所述处理器耦接至多个所述传感器，通过多个所述传感器取得每一所述传感器与多个所述基地站的相对位置并建立相对座标***，以获得所述载具在所述相对座标***中的载具头向及所述相对座标***的X轴与正北方位角的偏差角度，且基于所述偏差角度对所述载具于所述相对座标***中的所述载具头向进行角度补偿。
为让本发明能更明显易懂，下文特举实施例，并结合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明一实施例所绘示的载具头向补偿***的方块图；
图2是依照本发明一实施例所绘示的载具头向补偿方法的流程图；
图3是依照本发明一实施例所绘示的相对座标***的示意图Ⅰ；
图4是依照本发明一实施例所绘示的相对座标***的示意图Ⅱ。
具体实施方式
本发明实施例提出一种准确获取无人载具头向的方法及***。此方法及***可以通过本地定位***将无人载具的头向映射到世界座标***中，并且即时补偿本地定位***与正北方位角的角度差。借此，本发明实施例的方法及***在任何环境中都能准确地获取无人载具的头向角度，因而达到无人载具正确地全自动行驶以进行检测作业的效果，并且避免人工检测作业的危险。本发明实施例的方法及***可应用于无人机桥梁检测、无人机户外工程检测、无人机隧道检测等检测作业。
图1是依照本发明一实施例所绘示的载具头向补偿***的方块图，但此仅是为了方便说明，并不用以限制本发明。首先图1先介绍载具头向补偿***的所有构件以及配置关系，详细功能将配合图2一并说明。
请参照图1，本实施例的载具头向补偿***100包括多个基地站120、载具140、多个传感器160以及处理器180。多个传感器160设置在载具140上。载具140例如是无人飞行载具，其可以是无人机，但不限于此。处理器180耦接至多个传感器160。
在一实施例中，多个基地站120事先由使用者设置在环境中。在一实施例中，处理器180可以设置在载具140上，也可以是独立于载具140的另一装置。
需说明的是，多个基地站120包括至少三个基地站，多个传感器160包括至少两个传感器。且为简化说明，本实施例的图1的载具头向补偿***100仅绘示三个基地站122、124、126以及两个传感器162、164作为范例，然本领域技术人员可依据实际应用情境适当调整基地站及传感器的数量，本实施例并不予以限制。
传感器162、164例如是雷达(Radar)、音波传感装置、或是光学传感装置，例如采用光学测距(Light Detection And Ranging,LiDAR)的光学雷达、景深相机、影像提取装置等等具有传感物体距离功能的元件。传感器162、164通过连接装置(未绘示)以有线或无线的方式与基地站122、124、126及处理器180连接。对于有线方式而言，连接装置可以是通用串行总线(universal serialbus，USB)、RS232、通用非同步接收器/传送器(universalasynchronous receiver/transmitter，UART)、内部集成电路(I2C)、串行外设接口(serialperipheral interface，SPI)、显示端口(displayport)、雷电端口(thunderbolt)或区域网络(local areanetwork，LAN)接口，但不限于此。对于无线方式而言，连接装置可以是无线保真(wireless fidelity，Wi-Fi)模块、无线射频识别(Radio FrequencyIdentification，RFID)模块、蓝芽模块、红外线模块、近场通信(near-fieldcommunication，NFC)模块或装置对装置(device-to-device，D2D)模块，亦不限于此。
处理器180例如是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，或是其他可编程的一般用途或特殊用途的微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、可编程控制器、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuits，ASIC)或其他类似装置或这些装置的组合。在本实施例中，处理器180可从存储装置(未绘示)载入计算机程序，以执行本发明实施例的载具头向补偿方法。
图2是依照本发明一实施例所绘示的载具头向补偿方法的流程图。请同时参照图2，本实施例的方法适用于图1的载具头向补偿***100，以下即搭配载具头向补偿***100中各元件之间的动作关系来说明本发明实施例的载具头向补偿方法200的详细步骤。
首先，在步骤S220中，在进行载具头向补偿的过程中，处理器180先通过传感器162、164取得每一传感器162、164与基地站122、124、126的相对位置并建立相对座标***。具体而言，处理器180采用超宽带定位技术通过传感器162、164取得每一传感器162、164与基地站122、124、126的相对位置并建立相对座标***。
举例来说，图3及图4是依照本发明一实施例所绘示的相对座标***的示意图。请参照图3及图4，基地站122至基地站124的方向为相对座标***300及400的X轴，基地站122至基地站126的方向为相对座标***300及400的Y轴，基地站122的位置座标为(0,0)，基地站124的位置座标为(x1,0)，基地站126的位置座标为(0,y1)，且传感器162及传感器164为位于相对座标***300及400中的两个座标点。
接着，在步骤S240中，处理器180获得载具140在相对座标***中的载具头向及相对座标***的X轴与正北方位角的偏差角度。
在一实施例中，步骤S240的具体实施步骤包括步骤S241至步骤S245，以下搭配图3的相对座标***300进行范例说明。
在步骤S241中，处理器180取得传感器162及传感器164在相对座标***中的位置座标以获得载具头向的向量。详细而言，处理器180以三角定位法取得传感器162及传感器164在相对座标***中的位置座标。举例来说，请参照图3，传感器162及传感器164都设置在载具140的中心轴上，以利获得中心轴的轴向。然本领域技术人员可依据实际应用情境适当改变传感器的设置位置，即便传感器160及传感器164的设置位置变更，仍可通过校正方式获得中心轴的轴向，本实施例并不予以限制。特别地，在本实施例中，载具头向的向量
Figure BDA0003403345620000041
相同于从传感器162的位置座标指向传感器164的位置座标的向量/>
Figure BDA0003403345620000042
在此，传感器162的位置座标为(x2,y2)，传感器164的位置座标为(x3,y3)，因而可知载具头向的向量/>
Figure BDA0003403345620000043
为(x3-x2,y3-y2)。
在步骤S243中，处理器180计算载具头向的向量与相对座标***的X轴之间的角度以获得载具头向在相对座标***中的头向角度。举例来说，请参照图3，处理器180利用三角函数中的函数atan2计算指向(x3-x2,y3-y2)的射线在座标平面上与X轴正方向之间的角度为θ。
在步骤S245中，处理器180计算相对座标***的X轴与正北方位角之间的角度以获得偏差角度。举例来说，请参照图3，处理器180利用三角函数计算相对座标***300的X轴正方向与正北方位角之间的角度为
Figure BDA0003403345620000051
此即为偏差角度。
在另一实施例中，步骤S240的具体实施步骤包括步骤S242至步骤S248，以下搭配图4的相对座标***400进行范例说明。
在步骤S242中，处理器180取得传感器162及传感器164在相对座标***中的位置座标以获得从传感器162的位置座标指向传感器164的位置座标的向量。详细而言，处理器180以三角定位法取得传感器162及传感器164在相对座标***中的位置座标。举例来说，请参照图4，传感器162及传感器164都设置在载具140的中心轴上，以利获得中心轴的轴向。然本领域技术人员可依据实际应用情境适当改变传感器的设置位置，即便传感器160及传感器164的设置位置变更，仍可通过校正方式获得中心轴的轴向，本实施例并不予以限制。需特别注意的是，在本实施例中，载具头向的向量
Figure BDA0003403345620000052
不同于从传感器162的位置座标指向传感器164的位置座标的向量/>
Figure BDA0003403345620000053
在此，传感器162的位置座标为(x2，y2)，传感器164的位置座标为(x3，y3)，因而可知从传感器162的位置座标指向传感器164的位置座标的向量为(x3-x2，y3-y2)。
在步骤S244中，处理器180计算从传感器162的位置座标指向传感器164的位置座标的向量与相对座标***的X轴之间的角度。举例来说，请参照图4，处理器180利用三角函数中的函数atan2计算指向(x3-x2，y3-y2)的射线在座标平面上与X轴正方向之间的角度为θ。
在步骤S246中，处理器180将从传感器162的位置座标指向传感器164的位置座标的向量与相对座标***的X轴之间的角度加上预定角度以获得载具头向于相对座标***中的头向角度。特别地，预定角度是从传感器162的位置座标指向传感器164的位置座标的向量
Figure BDA0003403345620000054
与载具头向/>
Figure BDA0003403345620000055
之间的角度。在一实施例中，预定角度可以是预先设定的，也可以是处理器180基于传感器162及传感器164所取得的信号来计算的，本发明并不加以限制。举例来说，请参照图4，预定角度为β，因此头向角度即为θ+β。
在步骤S248中，处理器180计算相对座标***的X轴与正北方位角之间的角度以获得偏差角度。举例来说，请参照图4，处理器180利用三角函数计算相对座标***400的X轴与正北方位角之间的角度为
Figure BDA0003403345620000056
此即为偏差角度。
接着，在步骤S260中，处理器180基于偏差角度对载具140在相对座标***中的载具头向进行角度补偿。在本实施例中，步骤S260的具体实施步骤包括步骤S262。
在步骤S262中，处理器180基于偏差角度对头向角度进行补偿。举例来说，请参照图3，处理器180利用偏差角度
Figure BDA0003403345620000061
对头向角度θ进行补偿，即可得知载具140在世界座标***的头向角度为/>
Figure BDA0003403345620000062
也请参照图4，处理器180利用偏差角度/>
Figure BDA0003403345620000063
对头向角度θ+β进行补偿，即可得知载具140在世界座标***的头向角度为/>
Figure BDA0003403345620000064
在一实施例中，在完成载具头向的角度补偿后，载具140执行航点导航。
值得注意的是，在本发明实施例的方法中步骤的特定顺序及/或层次仅是示例性途径。基于设计偏好，所公开的方法或过程的步骤的特定顺序或层次可在保持在本发明实施例的范围内的同时被重新布置。因此，所属领域中的一般技术人员将理解，本发明实施例的方法及技术以样本顺序呈现各种步骤或动作，且本发明实施例不限于所呈现的特定顺序或层次，除非另有明确说明。
综上所述，本发明实施例的载具头向补偿方法及***利用传感器与基地站的相对位置来建立本地座标***，并且利用本地座标***的X轴与正北方位角之间的角度来补偿无人载具在本地座标***中的头向角度，以取得无人载具正确的头向角度(即世界座标***中的头向角度)，借此本发明实施例的载具头向补偿方法及***在任何环境中都能准确地获取无人载具的头向角度。如此一来，无人载具可达到全自动进行检测作业的效果。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视前附的权利要求书所界定者为准。

Claims (18)

1.一种载具头向补偿方法，包括：
由处理器通过设置在载具上的多个传感器取得每一所述传感器与多个基地站的相对位置并建立相对座标***，以获得所述载具在所述相对座标***中的载具头向及所述相对座标***的X轴与正北方位角的偏差角度；以及
由所述处理器基于所述偏差角度对所述载具在所述相对座标***中的所述载具头向进行角度补偿。
2.根据权利要求1所述的载具头向补偿方法，其中多个所述传感器包括第一传感器及第二传感器，由所述处理器通过设置在所述载具上的多个所述传感器取得每一所述传感器与多个所述基地站的相对位置并建立所述相对座标***，以获得所述载具在所述相对座标***中的所述载具头向及所述相对座标***的所述X轴与所述正北方位角的所述偏差角度的步骤包括：
由所述处理器取得所述第一传感器及所述第二传感器在所述相对座标***中的位置座标以获得所述载具头向的向量；
由所述处理器计算所述载具头向的所述向量与所述相对座标***的所述X轴之间的角度以获得所述载具头向在所述相对座标***中的头向角度；以及
由所述处理器计算所述相对座标***的所述X轴与所述正北方位角之间的角度以获得所述偏差角度。
3.根据权利要求2所述的载具头向补偿方法，其中由所述处理器基于所述偏差角度对所述载具在所述相对座标***中的所述载具头向进行角度补偿的步骤包括：
由所述处理器基于所述偏差角度对所述头向角度进行补偿。
4.根据权利要求2所述的载具头向补偿方法，其中所述载具头向的所述向量为从所述第一传感器的所述位置座标指向所述第二传感器的所述位置座标的向量。
5.根据权利要求2所述的载具头向补偿方法，其中由所述处理器取得所述第一传感器及所述第二传感器在所述相对座标***中的所述位置座标的步骤包括：
由所述处理器以三角定位法取得所述第一传感器及所述第二传感器在所述相对座标***中的所述位置座标。
6.根据权利要求1所述的载具头向补偿方法，其中多个所述传感器包括第一传感器及第二传感器，由所述处理器通过设置在所述载具上的多个所述传感器取得每一所述传感器与多个所述基地站的相对位置并建立所述相对座标***，以获得所述载具在所述相对座标***中的所述载具头向及所述相对座标***的所述X轴与所述正北方位角的所述偏差角度的步骤包括：
由所述处理器取得所述第一传感器及所述第二传感器在所述相对座标***中的位置座标以获得从所述第一传感器的所述位置座标指向所述第二传感器的所述位置座标的向量；
由所述处理器计算从所述第一传感器的所述位置座标指向所述第二传感器的所述位置座标的所述向量与所述相对座标***的所述X轴之间的角度；
由所述处理器将所述角度加上预定角度以获得所述载具头向在所述相对座标***中的头向角度；以及
由所述处理器计算所述相对座标***的所述X轴与所述正北方位角之间的角度以获得所述偏差角度。
7.根据权利要求6所述的载具头向补偿方法，其中由所述处理器基于所述偏差角度对所述载具在所述相对座标***中的所述载具头向进行角度补偿的步骤包括：
由所述处理器基于所述偏差角度对所述头向角度进行补偿。
8.根据权利要求1所述的载具头向补偿方法，其中多个所述基地站包括至少三个基地站，由所述处理器通过设置在所述载具上的多个所述传感器取得每一所述传感器与多个所述基地站的相对位置的步骤包括：
由所述处理器采用超宽带定位技术取得每一所述传感器与多个所述基地站的相对位置。
9.根据权利要求1所述的载具头向补偿方法，还包括：
在完成所述载具头向的角度补偿后，由所述载具执行航点导航。
10.一种载具头向补偿***，包括：
多个基地站；
载具；
多个传感器，设置于所述载具上；以及
处理器，耦接至所述多个传感器，通过多个所述传感器取得每一所述传感器与多个所述基地站的相对位置并建立相对座标***，以获得所述载具在所述相对座标***中的载具头向及所述相对座标***的X轴与正北方位角的偏差角度，且基于所述偏差角度对所述载具于所述相对座标***中的所述载具头向进行角度补偿。
11.根据权利要求10所述的载具头向补偿***，其中所述多个传感器包括第一传感器及第二传感器，所述处理器包括：
取得所述第一传感器及所述第二传感器在所述相对座标***中的位置座标以获得所述载具头向的向量；
计算所述载具头向的所述向量与所述相对座标***的所述X轴之间的角度以获得所述载具头向于所述相对座标***中的头向角度；以及
计算所述相对座标***的所述X轴与所述正北方位角之间的角度以获得所述偏差角度。
12.根据权利要求11所述的载具头向补偿***，其中所述处理器包括：
基于所述偏差角度对所述头向角度进行补偿。
13.根据权利要求11所述的载具头向补偿***，其中所述载具头向的所述向量为从所述第一传感器的所述位置座标指向所述第二传感器的所述位置座标的向量。
14.根据权利要求11所述的载具头向补偿***，其中所述处理器以三角定位法取得所述第一传感器及所述第二传感器在所述相对座标***中的所述位置座标。
15.根据权利要求10所述的载具头向补偿***，其中所述多个传感器包括第一传感器及第二传感器，所述处理器包括：
取得所述第一传感器及所述第二传感器在所述相对座标***中的位置座标以获得从所述第一传感器的所述位置座标指向所述第二传感器的所述位置座标的向量；
计算从所述第一传感器的所述位置座标指向所述第二传感器的所述位置座标的所述向量与所述相对座标***的所述X轴之间的角度；
将所述角度加上预定角度以获得所述载具头向于所述相对座标***中的头向角度；以及
计算所述相对座标***的所述X轴与所述正北方位角之间的角度以获得所述偏差角度。
16.根据权利要求15所述的载具头向补偿***，其中所述处理器包括：
基于所述偏差角度对所述头向角度进行补偿。
17.根据权利要求10所述的载具头向补偿***，其中多个所述基地站包括至少三个基地站，所述处理器采用超宽带定位技术取得每一所述传感器与所述多个基地站的相对位置。
18.根据权利要求10所述的载具头向补偿***，其中在完成所述载具头向的角度补偿后，所述载具执行航点导航。
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