一种工程机械定位方法及系统技术方案

一种工程机械定位方法及系统，其中，该方法包括：步骤一、获取位于隧道内的工程机械上两个指定点在隧道空间坐标系内的坐标；步骤二、根据事先存储的两个指定点在工程机械空间坐标系内的坐标和两个指定点在隧道空间坐标系内的坐标进行坐标系变换，并根据变换结果确定工程机械在隧道空间坐标系内的位姿。由于工程机械坐标系内的坐标是事先确定并存储的，因此本定位方法以及系统也就可以通过直接进行数据读取来获得上述坐标数据，这样也就可以有效减少在对隧道内的工程机械进行定位所需要处理的数据量。

A Location Method and System for Construction Machinery

A positioning method and system for construction machinery includes: step 1, obtaining coordinates of two designated points on construction machinery in tunnel space coordinate system; step 2, transforming coordinate system according to coordinates of two designated points stored in advance in space coordinate system of construction machinery and coordinates of two designated points in space coordinate system of tunnel space coordinate system, and rooting. According to the results of transformation, the position and posture of construction machinery in tunnel space coordinate system are determined. Because the coordinates in the coordinate system of construction machinery are determined and stored in advance, the positioning method and system can obtain the above coordinate data by reading the data directly, which can effectively reduce the amount of data needed to be processed for positioning the construction machinery in the tunnel.

【技术实现步骤摘要】
一种工程机械定位方法及系统
本专利技术涉及工程机械定位
，具体地说，涉及一种工程机械定位方法及系统。
技术介绍
在隧道施工过程中，全智能凿岩台车位置是作为机械动作设计数据的基础，因此台车定位是对施工精度以及施工速度产生影响的重要因素。目前对于工程台车定位的主要技术手段是通过专业测量人员利用全站仪进行测量。在测量过程中，需要专业测量人员利用全站仪并配合台车操作人员的调节来实现对台车的定位。这种定位方式的自动化程度低，其实施时需要专业测量人员的帮助，因此对于人为影响因素依赖程度大，而人为因素的存在也不可避免地会对最终的定位精度以及准确度造成影响。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种工程机械定位方法，所述方法包括：步骤一、获取位于隧道内的工程机械上两个指定点在隧道空间坐标系内的坐标；步骤二、根据事先存储的所述两个指定点在工程机械空间坐标系内的坐标和所述两个指定点在隧道空间坐标系内的坐标进行坐标系变换，并根据变换结果确定所述工程机械在所述隧道空间坐标系内的位姿。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤一中，利用全站仪测量所述工程机械上两个指定点在隧道空间坐标系内的坐标。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤一中，所述工程机械上两个指定点位置处分别设置有棱镜，利用全站仪分别测量两个棱镜在隧道空间坐标系内的坐标，从而得到上述两个指定点在隧道空间坐标系内的坐标。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤二中，获取隧道空间坐标系绕水平轴到所述工程机械空间坐标系的旋转角度，得到水平轴旋转角度；根据所述水平轴旋转角度，利用所述两个指定点在隧道空间坐标系内的坐标和在工程机械空间坐标系中的坐标确定出坐标系转换参数，并根据所述坐标系转换参数确定所述工程机械在所述隧道空间坐标系内的位姿。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤二中，根据如下表达式确定所述坐标系转换参数：其中，(X,Y,Z)表示一点在隧道空间坐标系内的坐标，(x,y,z)表示一点在工程机械空间坐标系内的坐标，(Δx,Δy,Δz)表示隧道空间坐标系的原点与工程机械空间坐标系的原点之间的矢量，k表示比例系数，RX(α)表示隧道空间坐标系到工程机械空间坐标系沿X轴旋转的变换矩阵，RY(β)表示隧道空间坐标系到工程机械空间坐标系沿Y轴旋转的变换矩阵，RZ(γ)表示隧道空间坐标系到工程机械空间坐标系沿Z轴旋转的变换矩阵，α表示隧道空间坐标系绕X轴到工程机械空间坐标系的旋转角度，β表示隧道空间坐标系绕Y轴到工程机械空间坐标系的旋转角度，γ表示隧道空间坐标系绕Z轴到工程机械空间坐标系的旋转角度，其中，X轴和Y轴为水平轴。根据本专利技术的一个实施例，利用倾斜仪确定所述水平轴旋转角度。本专利技术还提供了一种工程机械定位系统，其特征在于，所述系统采用如上任一项所述的方法来对工程机械进行定位。根据本专利技术的一个实施例，所述系统包括：数据存储装置，其用于存储工程机械上两个指定点在工程机械空间坐标系内的坐标；坐标测量装置，其用于获取位于隧道内的工程机械上两个指定点在隧道空间坐标系内的坐标；定位装置，其与所述数据存储装置和坐标测量装置连接，用于根据所述两个指定点在工程机械空间坐标系内的坐标和所述两个指定点在隧道空间坐标系内的坐标进行坐标系变换，并根据变换结果得到所述工程机械在所述隧道空间坐标系内的位姿。根据本专利技术的一个实施例，所述工程机械定位系统还包括两个棱镜，所述两个棱镜分别设置在所述工程机械的两个不同指定点上，所述坐标测量装置配置为分别测量两个棱镜在隧道空间坐标系内的坐标，从而得到上述两个指定点在隧道空间坐标系内的坐标。根据本专利技术的一个实施例，所述定位装置配置为获取隧道空间坐标系绕水平轴到所述工程机械空间坐标系的旋转角度，得到水平轴旋转角度，并根据所述水平轴旋转角度，利用所述两个指定点在隧道空间坐标系内的坐标和在工程机械空间坐标系中的坐标确定出坐标系转换参数，并根据所述坐标系转换参数确定所述工程机械在所述隧道空间坐标系内的位姿。根据本专利技术的一个实施例，所述定位装置包括倾斜仪，所述倾斜仪用于测量所述水平轴旋转角度。根据本专利技术的一个实施例，所述数据存储装置和定位装置设置在所述工程机械上。本专利技术所提供的工程机械定位方法以及定位系统利用工程机械上两个固定点在两个不同坐标系(即工程机械坐标系和隧道空间坐标系)内的坐标来确定这两个坐标系之间的转换关系，进而根据该转换关系来确定出工程机械在隧道空间坐标系中的位姿。由于工程机械坐标系内的坐标是事先确定并存储的，因此本定位方法以及系统也就可以通过直接进行数据读取来获得上述坐标数据，这样也就可以有效减少在对隧道内的工程机械进行定位所需要处理的数据量。同时，本专利技术所提供的定位方法以及定位系统由于是根据获取到的工程机械上两个指定点在空间坐标系下的坐标来确定工程机械在隧道空间坐标系下的位姿，因此其相较于现有技术所需要处理的数据量更少，数据处理算法也就可以更加简单，这样不仅可以提高定位效率，还能够降低数据处理算法的复杂度，进而降低开发成本以及提高系统的可靠性。此外，本方法还能够有效减少人为影响因素对定位结果所带来的干扰，这样也就可以提高最终定位结果的准确性。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：图1是根据本专利技术一个实施例的工程机械定位方法的实现流程图；图2是根据本专利技术一个实施例的工程机械定位系统的结构示意图；图3是根据本专利技术一个实施例的坐标测量装置的应用场景示意图；图4是根据本专利技术一个实施例的确定工程机械在隧道空间坐标系内的位姿的实现流程示意图；具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本专利技术实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本专利技术可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。现有技术中存在利用全站仪对工程机械进行辅助定位的方法，这些方法通过在已建成隧道洞壁内的已知位置处安装激光测距仪和相机，并利用全站仪来进行辅助定位测量，通过测量台车上点光源的距离和成像来得到台车的空间位置。然而，现有的这种方法在实施过程中会使得整个定位系统的结构以及图像数据处理算法过于复杂。针对现有技术中所存在的问题，本专利技术提供了一种新的工程机械定位方法以及应用该方法对工程机械进行定位的系统。该方法以及系统通过基于工程机械上两个指定点在不同坐标系中的坐标变换来得到工程机械的位姿。为了更加清楚地阐明本专利技术所提供的工程机械定位方法以及系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工程机械定位方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一、获取位于隧道内的工程机械上两个指定点在隧道空间坐标系内的坐标；步骤二、根据事先存储的所述两个指定点在工程机械空间坐标系内的坐标和所述两个指定点在隧道空间坐标系内的坐标进行坐标系变换，并根据变换结果确定所述工程机械在所述隧道空间坐标系内的位姿。

【技术特征摘要】
1.一种工程机械定位方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一、获取位于隧道内的工程机械上两个指定点在隧道空间坐标系内的坐标；步骤二、根据事先存储的所述两个指定点在工程机械空间坐标系内的坐标和所述两个指定点在隧道空间坐标系内的坐标进行坐标系变换，并根据变换结果确定所述工程机械在所述隧道空间坐标系内的位姿。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤一中，利用全站仪测量所述工程机械上两个指定点在隧道空间坐标系内的坐标。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述工程机械上两个指定点位置处分别设置有棱镜，利用全站仪分别测量两个棱镜在隧道空间坐标系内的坐标，从而得到上述两个指定点在隧道空间坐标系内的坐标。4.如权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤二中，获取隧道空间坐标系绕水平轴到所述工程机械空间坐标系的旋转角度，得到水平轴旋转角度；根据所述水平轴旋转角度，利用所述两个指定点在隧道空间坐标系内的坐标和在工程机械空间坐标系中的坐标确定出坐标系转换参数，并根据所述坐标系转换参数确定所述工程机械在所述隧道空间坐标系内的位姿。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤二中，根据如下表达式确定所述坐标系转换参数：其中，(X,Y,Z)表示一点在隧道空间坐标系内的坐标，(x,y,z)表示一点在工程机械空间坐标系内的坐标，(Δx,Δy,Δz)表示隧道空间坐标系的原点与工程机械空间坐标系的原点之间的矢量，k表示比例系数，RX(α)表示隧道空间坐标系到工程机械空间坐标系沿X轴旋转的变换矩阵，RY(β)表示隧道空间坐标系到工程机械空间坐标系沿Y轴旋转的变换矩阵，RZ(γ)表示隧道空间坐标系到工程机械空间坐标系沿Z轴旋转的变换矩阵，α表示隧道空间坐标系绕X轴到工程机械空间坐标系的旋转角度，β表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞香，郑大桥，秦念稳，谭果，袁超，王浩杰，甘甜，白晓宇，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43