CN100581970C - 用于电梯定位的基于视觉系统的登记装置 - Google Patents

Abstract

一个定位系统包括多个应答模块，每个应答模块都位于已知的位置以用于接收电磁信号和发射光信号，至少一个收发模块用于发射电磁信号和接收光信号，以及处理收到的光信号以确定至少一个收发模块位置的装置。

Description

用于电梯定位的基于视觉系统的登记装置

发明背景

(1)发明领域

本发明涉及一种用于确定移动平台位置的装置和方法。

(2)相关的背景技术

定位参考系统(PRS)是电梯控制系统的部件，该电梯控制系统提供了电梯轿厢在竖井中快速和准确的位置测量。一些定位参考系统利用视觉系统，例如连接在移动平台上的电耦合装置(CCD)，它与连接在沿竖井的固定位置上的视觉指示器协同工作。在这种情形下，该视觉系统通过检测视觉指示器，尤其是无源反射器，来识别视觉指示器的位置，并且计算移动平台所在的位置。

然而，在上述应用无源反射器的视觉系统中，CCD的信噪比(S/N)会因为存在于空气中、在CCD透镜上、和/或在无源反射器上的不透明材料而显著下降。在最坏的情况下，这种下降的S/N比会导致基于PRS的CCD的定位性能下降。为视觉指示器使用高强度照明光源可以形成满意的解决方案，以用于避免这种性能下降。另一种解决方案涉及利用有源反射器，尤其是那些不必被动反光，而像光源一样主动运作的反射器，例如它们包括发光二极管(LED)，代替了上面所说的无源反射器。利用有源反射器通常更好，有源反射器可以通过控制发光的强度来提供必要的信噪比。尤其是在有源反射器将被固定的地方有能源可以使用的情况下，利用有源反射器可以形成方法，通过该方法可将S/N增加到适合的水平以用于允许精确定位移动平台。

然而，仍然存在与基于CCD系统的有源反射器相关联的几个严重的问题。首先，有源反射器的生命周期受到现有光源最长的生命周期的限制，最多只有10年。十年的生命周期可以通过打开和关闭包含有源反射器的光源而增加，在这种情况下每个光源在每十毫秒中只被点亮几毫秒。然而，在有源反射器的这种情况下，唯一关闭有源反射器的时机是在电梯不为乘客服务的时候，而这个时间是不能明确确认的。另外，上述打开和关闭有源反射器的方法还需要有附加的控制/信号线路，这些线路反而会增加安装的成本。

其次，为了使得PRS不需要校正运行，优选对所述的有源反射器进行编码。而这样的编码通常会导致更高的花费和更不耐用的运作。这些事实结合有源反射器有限的生命周期，会导致上述的系统在具有较高材料和安装费的同时还具有较高的维护费。

因此，需要提供一种结合有源反射器的PRS，这种系统能够提供充分长的运转周期，同时安装和维护费较低。

发明内容

由此，本发明的目的是提供一种定位移动平台位置的装置和相应的定位方法。

在本发明中，一个定位系统包含多个位于已知位置的用于接收电磁信号和发射光信号的应答模块，以及至少一个用于发射电磁信号和接收光信号的收发模块，用于对收到的光信号进行处理以确定至少一个收发模块的位置。在本发明中，对光的使用广泛地包括了可见光谱，红外光谱以及紫外光谱中的电磁辐射。

优选的，测量移动平台的位置的装置包括：多个具有用于接受射频(RF)信号的射频接收器，以及发射光信号的光阵列的应答模块，至少一个收发模块，其附在移动平台上，具有用于发射编码射频信号的射频发射器，以及用于接收光信号的摄像装置以及用于从接收到的光信号确定多个应答器中的一个的位置并由此计算移动平台位置的处理器。

进一步根据本发明，用于测量移动平台位置的方法包括以下步骤：将至少一个收发模块连接在移动平台上，该收发模块包括用于发射射频信号的射频发射器、用于接收光信号的摄像装置，以及用于确定接收到的光信号的位置，从而计算移动平台位置的处理器；将多个收发模块固定放置在应答模块上，该应答模块包括用于接收经过编码的射频信号的射频接收器，以及用于发射光信号的光阵列；将经过编码的射频信号从至少一个收发模块发向多个应答模块中的一个，通过多个应答模块中的一个接收编码射频信号，并且响应于此而发射光信号；用至少一个收发模块上的摄像装置接收发射出的光信号；通过接收的光信号计算出收发模块的位置。

对本发明一个或多个实施例的详细描述参见下述的附图和详细说明。本发明的其它的特征、对象和优点在说明书、附图和权利要求中均显而易见。

附图说明

图1所示为本发明的定位参考系统(PRS)的示意图。

图2所示为本发明的应答模块的示意图。

图3所示为本发明的收发模块的示意图。

在不同附图中的相似数字和标号表示相似的原件。

具体实施方式

本发明是用于确定移动平台位置的定位参考系统(PRS)。本发明的PRS使用了一系列沿着固定的路径放置的应答模块和至少一个连接在移动平台上的收发模块。该可移动平台典型地具有沿着这样的固定的路径移动的能力。虽然在本发明的具体描述中是描述说平台沿着固定路线移动，但实际上本发明并不仅仅受限于此。每个应答模块都包括射频接收器和发光阵列。相对应地，每个收发模块都包括射频发射器和用来记录从每个应答模块的发光阵列所发射的光的摄像装置。这样，每个收发模块的射频发射器都被调制成用于发射被一个或者多个应答模块所接收的射频信号。当应答模块收到射频信号时，发光阵列被激活短暂的一段时间。所发射的光被每个收发模块的摄像装置捕获到。因为每个应答模块以及每个发光阵列都是定位在固定的已知位置上的，所以当有来自用于每一个收发模块的发光阵列的接收时，可视地检测从而相对于发光阵列推演收发模块的设置是可能的。然后执行计算，以将把在收发模块的显示区域中的发光阵列的位置和收发模块由发光应答模块的偏移量关联起来。这样，收发模块相对于应答模块的位置就可以被计算出来了，再通过已知的应答模块的绝对位置和收发模块相对于平台的绝对位置，因此，就可以得到固定有收发模块的移动平台的绝对位置。这里虽然是以电梯为例作的说明，但本发明并不仅局限于此。更进一步说，本发明广泛地包含任何移动平台，只要他们的运行路线是由已知的参考点和确定空间关系组成的。

参考图1所示，本发明的位置参考系统(PRS)标号为10。许多应答模块13被固定到竖井15上并沿着竖井15定位。在一个具体实施例中，单个的信号应答模块13被固定在沿着竖井15的每层上，这样每个应答模块13相对于每个门框12的位置相同或者几乎相同。至少一个收发模块11被连接在移动平台17上。

请参考图2，图2中详细描述了应答模块13的组成。每个应答模块13由射频接收器23、发光阵列21和计算单元22组成。射频接收器23能够接收射频信号。发光阵列21优选是由发光二极管(LED)20所组成的阵列。在优选的实施例中，发光阵列21包含一维LED阵列。而在其它的具体实施例中，发光阵列21也可以由二维LED或者其它的光源的阵列组成。如上所述，每个应答模块13被安装在和每个门框12的位置相同的或者几乎相同的地方。当射频接收器23接收到从收发模块11发射来的经过编码的射频信号后，射频接收器23解调编码的射频信号以析取代码，再将代码发送给计算单元22。在计算单元22中，该调制的代码将和预先存储在计算单元22中的唯一标识号码(ID)进行比较。在优选的实施例中，每个单独应答模块13具有存储在计算单元22中的唯一标识(ID)。该唯一标识(ID)可能是在其构造的时候就赋予应答模块13的，也可能是在后来安装的时候动态分配给应答模块13的。如果计算单元22发现的由射频接收器23从射频编码信号中解析出来的代码和应答模块13的唯一标识号码一致，则计算单元22将指示发光阵列打开，并在预定时间之后关闭。在优选实施例中，计算单元22在命令发光阵列21打开的时刻，同时传达一个强度值。该强度值控制从发光阵列21发出的光的强度。此强度值优选是编码在从收发模块11收到的射频信号中的。除了只打开和关闭，发光阵列21也可以调制用来传达附加的信息。例如，在发光阵列21是一维的LED阵列的情况下，通过单独的发光二极管(LED)的打开或者关闭可以传达二进制编码的信息。此二进制编码信息可以包括但不限于在由由发光阵列21构成一部分的应答模块13中对唯一标识(ID)的表示。

请参考图3，图3中详细描述了每个收发模块11的组成。每个收发模块11由射频发射器33、摄像装置31和计算单元32组成。为了增加每个摄像装置31的观察角度，通常将收发模块11安装在移动平台17的侧面。在这个具体实施例中，移动平台17指电梯，通过将收发模块11固定在移动平台17上的方式，可以使得每个发光阵列21的清楚的视野不被电梯17的两侧或者包含竖井15的墙所阻挡。当固定有收发模块11的移动平台17移动通过特定的应答模块13的时候，收发模块11能够观察到每个发光阵列。在优选实施例中，收发模块11的摄像装置31是固态装置，例如：互补金属氧化物半导体(CMOS)装置或者电耦合装置(CCD)。CCD通常具有从摄像装置31向外扩展到大约60度或者延其中心的两侧各30度角的观察范围18。这样，摄像装置31的观察范围18就延伸了沿着竖井15的可观察范围D。优选的是，每个摄像装置31的观察范围D比相邻两个应答模块13的间距大。在这种方式中，收发模块11的摄像装置31总是可以观察到至少一个应答模块13。

在常规的操作中，收发模块11发射将会被最接近收发模块11的应答模块13接收的编码的信息。计算单元32已经存储有或者可得到每个应答模块的唯一标识(ID)和它的相应位置。除了动力故障的情况外，本发明的定位参考系统对轿厢和最近的应答模块13的位置都可以探知到，因此也能够明确地访问想要得到的离收发模块11最近的应答模块13。一旦收发模块11将经过编码的信号发送给应答模块13，收发模块11的摄像装置31就会收到从应答模块13的发光阵列21发射的光子。当收到从发光阵列21发射的光，计算单元32就计算收发模块11的位置，以及另外地计算上述移动平台的位置。这一操作在有规律的时间间隔内不断地重复。在优选实施例中，由连接在移动平台17上的收发模块11发送经过编码的消息的时间间隔优选在1到100毫秒之间，最好是大约10毫秒。因此，在常规的操作中，收发模块11能够探知移动平台17在过去大约10毫秒的位置和每个应答模块13的唯一标识(ID)。收发模块11随后发送经过编码的射频信号给最接近的应答模块13。该应答模块13监听收到的射频信号，对这些射频信号解码，并将此代码和它的唯一标识(ID)相比较。如果此代码和它的标识相同，那么应答模块13就用指示发光阵列运转的强度的命令来触发发光阵列。收发模块11探测到从发光阵列21发射的光信号。如上所述，计算单元已经得到每个应答模块13的位置。基于发光阵列的位置位于摄像装置31的视野18区域内，计算单元32可以计算出与摄像装置31相关联的应答模块13的发光阵列21的位置，并且计算出摄像装置31的绝对位置，然后另外地，就可以得到移动平台17的位置。

在备选的实施方式中，两个收发模块11，11’可以固定在移动平台17上，这样它们各自利用18的范围交迭以覆盖更宽的观察范围19。在电梯的例子中，执行收发模块11的冗余性以用来增加安全性，以确保在任何给定的时刻至少一个收发模块11能够观察到发光阵列21。

在动力故障的情况下，本发明的收发模块运用各种方式呼叫每个与沿着竖井15固定的应答模块13相对应的唯一标识(ID)。收发模块11连续呼叫序列中的每个标识(ID)，直到收发模块11的摄像装置31探测到从发光阵列21发射出来的光。在这时，收发模块11，已知其与每个单独的应答模块13相关联位置，可计算收发模块11的绝对位置。

在备选的实施例中，每个应答模块13除了获取它自己的唯一标识(ID)码以外，还被分配了一个通用的注册码。此通用的注册码对于每个应答模块13都相同。这样，应答模块13可解码消息，其中解码的代码等价于通用注册码，应答模块13就命令发光阵列21打开和关闭一些单独的具有按某些序列排列的发光阵列21的灯，以便指明单独的应答模块13的唯一编码的标识(ID)。在优选实施例中，灯按照一定的序列打开来表达二进制码。在此方式中，应答模块13代替已存在的应答模块13被安装在确定的位置，并且可以在运行期间将它的唯一标识传递给收发模块11以便将其存储在计算单元32中。

以上描述了实现本发明的一个或者多个具体实施例。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种定位系统包括：

多个应答模块，每个应答模块位于已知的位置以用于接收电磁信号和发射光信号；

至少一个收发模块，以用于发射所述的电磁信号和接收所述的光信号；以及

用于处理接收到的光信号以确定所述至少一个收发模块位置的装置。

2.如权利要求1所述的定位系统，其特征在于：所述至少一个收发模块固定在可移动平台上。

3.如权利要求2所述的定位系统，其特征在于：所述可移动平台是电梯。

4.如权利要求1所述的定位系统，其特征在于：所述电磁信号是射频信号。

5.如权利要求1所述的定位系统，其特征在于：所述每个应答模块均包括从一维阵列和二维阵列所组成的组中选出的光阵列。

6.如权利要求5所述的定位系统，其特征在于：所述光阵列包括发光二极管阵列。

7.一种用于测量可移动平台的位置的装置包括：

多个应答模块，每个应答模块包括：

用于接收射频信号的射频接收器；和

用于发射光信号的光阵列；

至少一个固定在所述可移动平台上的收发模块，该收发模块包括：

用于发射编码的射频信号的射频发射器；

用于接收所述的光信号的摄像装置；和

处理单元，以用于通过接收到的光信号确定所述多个应答模块中一个的位置，并且计算所述可移动平台的位置。

8.一种用于测量可移动平台的位置的方法，包括步骤：

固定至少一个收发模块在所述的可移动平台上，所述收发模块包括：

用于发射编码的射频信号的射频发射器；

用于接收光信号的摄像装置；和

用于确定接收到的光信号的位置并且计算所述的可移动平台位置的处理单元；

设置多个应答模块，使每个应答模块都处在固定的位置上，该应答模块包括：

用于接收编码的射频信号的射频接收器；

用于发射光信号的发光阵列；

从所述的至少一个收发模块发射编码的射频信号以用于所述多个应答模块中的一个的接收；

通过所述多个应答模块中的一个接收所述的编码射频信号，并且响应于此而发射光信号；

通过所述的至少一个收发模块上的摄像装置接收发射的光信号；以及

通过所述接收到的光信号计算所述收发模块的位置。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述接收所述编码射频信号的步骤还包括：

解码所述编码射频信号以获得代码；

将所述代码与唯一标识相比较；以及

当所述的唯一标识和所述代码相同时激活所述的光阵列。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述接收编码射频信号的步骤还包括：

解码所述的编码射频信号以获得通用注册码；以及

激活所述的光阵列。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述激活所述光阵列的步骤包括：激活所述的光阵列来传递作为二进制码的唯一标识。

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