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Eine
Sensoranordnung, welche beispielsweise auf einem Kran montiert ist,
dient zur Messung (bzw. Schätzung) der Position und Lage
beweglicher Objekte, wie etwa des Krans selbst oder einer Fracht, z.
B. eines Containers. Als weitere Verwendungen kommen etwa die Messung
der Position und Lage eines Fahrzeugs oder eines beweglichen Bauteils
des Krans selbst in Betracht.
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Bei
dem Kran kann es sich beispielsweise um einen Ladekran handeln.
Ladekrane werden auf Güterumschlagplätzen, Lagerplätzen,
in Montagehallen und Werften sowie beim Gleisbau eingesetzt. Bei
einem Ladekran für Kraftfahrzeuge ist der Boden gegenüber
dem Ladekran geneigt, damit Wasser abfließen kann. Weiterhin
sind auf dem Boden unter dem Ladekran Spuren für Lastwagen
markiert.
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Eine
Ausführung eines Ladekrans ist ein Portalkran. Dieser überspannt
einen Lade- und Arbeitsbereich wie ein Portal. In der Regel laufen
seine Seitenwände mit Rädern auf zwei parallelen
Schienen. Auf der Kranbrücke, dem horizontalen Teil des
Portalkrans, bewegt sich eine Laufkatze mit einem Hubwerk. Alternativ
kann auch ein Schienendrehkran auf der Kranbrücke montiert
sein.
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Weiterhin
kommen als Ladekran auch ein Brückenkran, ein Halbportalkran,
ein Bockkran sowie ein Portaldrehkran in Betracht.
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Bewegliche
Teile eines Krans sind z. B. die Laufkatze oder der Spreader – ein
Hebezeug, mit dem Container ergriffen werden können.
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Im
Kontext eines Ladekrans dienen die Messungen der Sensoranordnung
als Grundlage, um LKW-Fahrern zu signalisieren, wo sie anzuhalten
haben. Weiterhin kann aufgrund solcher Messungen der Kran selbst
gesteuert werden.
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Die
Sensoranordnung kann beispielsweise aus einem oder mehreren der
folgenden Elemente zusammengesetzt sein: einem 3D-Laserscanner,
einem schwenkbaren 2D-Laserscanner oder einer Videokamera. Die Elemente
der Sensoranordnung werden üblicherweise derart im Tragwerk
des Krans angebracht, dass – im Falle eines Portalkrans – mehrere
Spuren für LKW oder Gleise für Eisenbahnwaggons überstrichen
werden.
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Damit
die Sensoranordnung in der beschriebenen Weise verwendet werden
kann, ist es erforderlich, sie zu kalibrieren. Das bedeutet, dass
die folgenden Koordinatensysteme zueinander in Beziehung gesetzt
werden müssen:
- – Das Sensor-Koordinatensystem
eines oder mehrerer Laserscanner, die in der Sensoranordnung verbaut
sind,
- – das Kamera-Koordinatensystem einer oder mehrerer
Kameras, sofern diese im Rahmen der Sensoranordnung verbaut sind,
- – das Kran-Koordinatensystem des Krans, bezüglich
dem z. B.
- Laufkatze und Spreader lokalisiert werden,
- – das Boden-Koordinatensystem, bezüglich dessen
ggf. Spuren für Lastwagen oder Gleise für Eisenbahnwaggons
gegeben sind, welche beladen und entladen werden.
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Die
Kalibrierung wird im Stand der Technik beispielsweise dadurch gelöst,
dass ein speziell zu diesem Zweck angefertigter und bereitgehaltener
Kalibrierkörper auf den Boden im Bereich des Krans gestellt
und in Bezug auf den Kran bzw. das Kran-Koordinatensystem durch
einen Vermessungsingenieur manuell vermessen wird. Zusätzlich
können Fahrspuren manuell in Bezug auf den Kran oder auf
den Kalibrierkörper vermessen werden. Die Sensoranordnung
erfasst anschließend den Kalibrierkörper, woraus
sich Koordinatentransformationen zwischen dem Sensor-Koordinatensystem
und den übrigen Koordinatensystemen erschließen
lassen. Nachteilig wirkt sich hierbei aus, dass der laufende Betrieb
des Krans für die Kalibrierung längere Zeit unterbrochen werden
muss.
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Häufig
finden sich in der Umgebung der Ladekrananlage Strukturierungsmerkmale,
welche lediglich optisch erfasst werden können. Ein Beispiel hierfür
sind auf den Boden aufgemalte Spurmarkierungen, welche die Lage
der Fahrspuren anzeigen. Bei Einbindung eines optischen Sensors
(etwa einer Kamera) in die Sensoranordnung muss eine Koordinatentransformation
zwischen dem Kamera-Koordinatensystem und den übrigen Koordinatensystemen bestimmt
werden.
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Dies
wird in den beschriebenen Anwendungen in großen Krananlagen
durch deren große Abmessungen und nicht standardisierten
visuellen Merkmale erschwert. So können beispielsweise
die Spurmarkierungen unterschiedlich ausfallen. Deshalb ist es im
Stand der Technik erforderlich, weitere, in ihren optischen und
geometrischen Merkmalen genau definierte Kalibrierkörper
in die Anlage einzubringen, um anhand dieser die Kalibrierung vorzunehmen.
Im Kontext der Automatisierung der Ladekrananlage ist eine spezifische
Kalibrierung der Sensoranordnung für die jeweiligen Arbeitsabläufe
wünschenswert. Auch eine manuelle Vermessung der Spurmarkierungen
bedeutet hier zusätzlichen Aufwand.
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Es
stellt sich somit die Aufgabe, ein Verfahren zur Kalibrierung einer
Sensoranordnung und eine Sensoranordnung anzugeben, welche die Kalibrierung
der Sensoranordnung am Einsatzort vereinfachen.
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren zur Kalibrierung einer Sensoranordnung
und die Sensoranordnung gemäß den unabhängigen
Patentansprüchen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen
ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Bei
dem Verfahren zur Kalibrierung einer Sensoranordnung werden folgende
Schritte ausgeführt:
Zuerst werden ein erster Sensor
und ein zweiter Sensor auf einem Träger montiert, wodurch
die Sensoranordnung gebildet wird. Anschließend wird eine
Koordinatentransformation zwischen einem ersten Koordinatensystem
des ersten Sensors und einem zweiten Koordinatensystem des zweiten
Sensors ermittelt. In einem dritten Schritt wird die Sensoranordnung
an einem Einsatzort montiert. Abschließend wird die Sensoranordnung
in Relation zu einer Umgebung am Einsatzort kalibriert, wobei die
ermittelte Koordinatentransformation zwischen dem ersten Koordinatensystem
und dem zweiten Koordinatensystem verwendet wird.
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Die
Sensoranordnung weist einen Träger auf, an dem ein erster
Sensor mit einem ersten Koordinatensystem und ein zweiter Sensor
mit einem zweiten Koordinatensystem montiert sind. Weiterhin weist
die Sensoranordnung eine Recheneinheit auf, auf der eine Koordinatentransformation
zwischen dem ersten Koordinatensystem und dem zweiten Koordinatensystem
gespeichert ist.
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Indem
der erste und zweite Sensor vorab auf einem gemeinsamen Träger
montiert werden, kann die so gebildete Sensoranordnung bereits in
der Fertigung kalibriert werden. Hierdurch wird ein vorkalibriertes
Multi-Sensorsystem gebildet. Dies vereinfacht die spätere
Kalibrierung am Einsatzort erheblich.
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Die
Kalibrierung der Sensoranordnung erfolgt somit in zwei Schritten:
- 1. Zunächst werden im Werk die Koordinatensysteme
der in der Sensoranordnung enthaltenen Sensoren zueinander kalibriert.
Dies kann beispielsweise mit zueinander referenzierten Kalibrierkörpern
und Kalibriermustern erfolgen.
- 2. Nach der Montage der Sensoranordnung am Einsatzort erfolgt
die Kalibrierung in Relation zur neuen Umgebung.
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Hierdurch
wird das Verfahren zur Kalibrierung besonders robust und genau.
Der laufende Betrieb am Einsatzort wird durch das Aufschalten der Sensoranordnung
weniger gestört. Weiterhin wird es durch die vorgeschaltete
Kalibrierung möglich, auch eine Videokamera in die Sensoranordnung
einzubinden, da diese nach dem Einbau am Einsatzort nicht mehr aufwändig
nachkalibriert werden muss. Der Einsatz einer Videokamera unterstützt
die Modellierung weiterer Aspekte des jeweiligen Einsatzbereichs
wie etwa Personen, bisher nicht modellierte Fahrzeuge oder Frachten.
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In
einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Sensoranordnung am Einsatzort
an einem Objekt montiert und erfasst Messdaten ihrer Umgebung. In den
Messdaten werden Boden-Messdaten für Teile eines Bodens
unter dem Objekt sowie Objekt-Messdaten für Teile des Objekts
identifiziert. Die Objekt-Messdaten werden genutzt, um aus den Boden-Messdaten
ein Boden-Koordinatensystem zu ermitteln. Eine Koordinatentransformation
zwischen dem ersten Koordinatensystem und dem Boden-Koordinatensystem
wird berechnet. Die Sensoranordnung wird in Relation zu der Umgebung
am Einsatzort kalibriert, wobei die Koordinatentransformation zwischen
dem ersten Koordinatensystem und dem zweiten Koordinatensystem und
die Koordinatentransformation zwischen dem ersten Koordinatensystem
und dem Boden-Koordinatensystem verwendet wird.
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In
einer Weiterbildung der Sensoranordnung ist diese zur Montage an
einem Objekt eingerichtet. Sie weist eine Recheneinheit auf, welche
zur Identifikation von Boden-Messdaten für Teile eines
Bodens unter dem Objekt sowie Objekt-Messdaten für Teile des
Objekts in den Messdaten eingerichtet ist. Die Recheneinheit ist
weiterhin eingerichtet zur Ermittlung eines Boden-Koordinatensystems
aus den Boden-Messdaten unter Nutzung der Objekt-Messdaten, zur
Berechnung einer Koordinatentransformation zwischen dem ersten Koordinatensystem
und dem Boden-Koordinatensystem, sowie zur Kalibrierung der Sensoranordnung
auf Grundlage der Koordinatentransformation zwischen dem ersten
Koordinatensystem und dem zweiten Koordinatensys tem und der Koordinatentransformation
zwischen dem ersten Koordinatensystem und dem Boden-Koordinatensystem.
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Die
Weiterbildungen bieten den Vorteil, dass auf einen gesonderten Kalibrierkörper
zur Kalibrierung der Sensoranordnung verzichtet werden kann. Hierdurch
werden Kosten eingespart. Weiterhin entfällt der Aufwand
für das Erstellen, Zwischenlagern, Platzieren und Wegräumen
des Kalibrierkörpers. Die Aufschaltung der Sensoranordnung
erfordert somit weniger Aufwand und verursacht eine geringere Störung
des laufenden Betriebs.
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Gemäß einer
Weiterbildung ist das Objekt ein Kran, insbesondere ein Ladekran,
Portalkran, Brückenkran, Halbportalkran, Bockkran oder
Portaldrehkran, oder ein beliebiges bewegliches oder statisches
Objekt, auf welchem die Sensoranordnung montierbar ist. Ein Portalkran
bietet den Vorteil, dass seine ausgeprägten Symmetrieeigenschaften
für die Kalibrierung genutzt werden können.
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Gemäß einer
Weiterbildung umfasst die Sensoranordnung einen oder mehrere schwenkbare 2D-Laserscanner.
Die Verwendung eines schwenkbaren 2D-Laserscanners bietet durch
seinen großen Sichtbereich den Vorteil, dass neben Fahrzeugen
im Arbeitsbereich des Krans auch große Teile der tragenden
Struktur des Krans selbst erfasst werden können.
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Gemäß einer
Weiterbildung umfasst die Sensoranordnung eine Kamera, etwa eine
Videokamera. Dies bietet den Vorteil, dass auf dem Boden angebrachte
Spurmarkierungen durch die Kamera erfasst und in die Kalibrierung
einbezogen werden können.
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Gemäß einer
Weiterbildung sind die Teile des Objekts Seitenwände eines
Portalkrans. Dies bietet den Vorteil, dass die Orientierung dieser
Seitenwände zur Ermittlung des Objekt-Koordinatensystems
genutzt werden kann.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand
von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 Kran
mit einer Sensoranordnung sowie einem Frachtgut unter dem Kran,
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2 Entfernungs-Messdaten
der Sensoranordnung,
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3 ein
Kran-Koordinatensystem, ein Sensor-Koordinatensystem sowie ein Boden-Koordinatensystem,
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4 ein
Ablaufdiagramm des Verfahrens,
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5 eine
Sensoranordnung, bei der mehrere Sensoren auf einem Träger
vormontiert sind.
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1 zeigt
einen Kran 10. An dem Kran 10 ist eine Sensoranordnung 11 angebracht,
welche im in 1 gezeigten Fall aus zwei Elementen
besteht. Weiterhin gezeigt ist ein Frachtgut 12, beispielsweise ein
Container auf einem LKW, welches durch die Sensoranordnung 11 erfasst
wird. Ebenfalls in 1 zu sehen sind Räder 14,
mit denen der Kran 10 auf Schienen bewegt werden kann.
Ein Boden 15 unter dem Kran 10 ist geneigt, so
dass Wasser abfließen kann. Auf dem Boden 15 sind
Spurmarkierungen 13 angebracht, welche Spuren für
Fahrzeuge markieren.
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2 zeigt
Messdaten der Sensoranordnung 11, in diesem Fall Entfernungs-Messdaten
eines Laserscanners. In den Messdaten lassen sich Boden-Messdaten 21 von
Teilen des Bodens 15 unter dem Kran 10 sowie Kran-Messdaten 22 von
Teilen des Krans 10 identifizieren. Dies ermöglicht
eine geometrische Vermessung des Krans und seines Arbeitsraumes.
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Die
Messdaten können beispielsweise durch Schwenk eines 2D-Laserscanners über
die Teile des Krans 10 und die Teile des Bodens 15 gewonnen werden.
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Die
Kran-Messdaten 22 sind hierbei als Rechtecke in 3D heraussegmentierte
Seitenwände des Krans 10. Bei den Boden- Messdaten 21 handelt es
sich entsprechend um heraussegmentierte Bodenpunkte. Von diesen
muss ggf. nur eine Teilmenge verwendet werden, um eine ausreichende
Genauigkeit zu erreichen; dies spart Rechenzeit und Speicherbedarf.
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3 zeigt
erneut den Kran 10, seine Räder 14, die
Sensoranordnung 11 sowie den Boden 15 und die
Spurmarkierungen 13. Zusätzlich eingezeichnet
sind ein Boden-Koordinatensystem 16, ein Kran-Koordinatensystem 17 sowie
ein Sensor-Koordinatensystem 18 der Sensoranordnung 11.
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4 zeigt
ein Ablaufdiagramm zur Kalibrierung der Sensoranordnung 11.
In einem ersten Schritt 1 erfasst die Sensoranordnung 11 Messdaten ihrer
Umgebung wie in 2 gezeigt. Hierbei handelt es
sich um Entfernungs-Messdaten. In einem zweiten Schritt 2 werden
in den Messdaten die in 2 gezeigten Boden-Messdaten 21 sowie
die Kran-Messdaten 22 identifiziert. Dies kann rechnergestützt
unter Verwendung von Planzeichnungen erfolgen, welche bezüglich
der Einbaulage der Sensoranordnung 11 bzw. ihrer Elemente
sowie weiterer Elemente des Krans 10 genau genug sind.
Die Messdaten sind hierbei als 3D-Messpunkte gegeben, welche zunächst,
alle im Sensor-Koordinatensystem 18 der Sensoranordnung 11 vorliegen.
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In
einem dritten Schritt 3 werden die Kran-Messdaten 22 genutzt,
um aus den Boden-Messdaten 21 ein Boden-Koordinatensystem 16 zu
ermitteln. In einem vierten Schritt 4 wird eine Koordinatentransformation
zwischen einem Sensor-Koordinatensystem 18 der Sensoranordnung
und dem Boden-Koordinatensystem 16 berechnet, anhand derer
die Sensoranordnung 11 kalibriert wird.
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Das
Verfahren zur Kalibrierung der Sensoranordnung 11 nutzt
Symmetrien, etwa Flächensymmetrien oder Translationssymmetrien
im dreidimensionalen Raum. Solche Symmetrien weist der Kran 10 auf – insbesondere
in der Ausgestaltung als Portalkran. Die Symmetrien werden hierbei
aus den Kran-Messdaten 22 und ggf. den Boden-Messdaten 21 extrahiert.
Hierbei liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine durch die Kran-Messdaten 22 repräsentierte
Fläche von 3D-Messpunkten einen Normalenvektor aufweist,
der als y-Richtungsvektor des Kran-Koordinatensystems 17 verwendet
werden kann. Weiterhin lässt sich die Tatsache nutzen,
dass eine durch die Boden-Messdaten 21 repräsentierte
Fläche von 3D-Messpunkten einen Normalenvektor aufweist, der
als z-Richtungsvektor des Boden-Koordinatensystems 16 gewählt
werden kann. Überraschenderweise kann der x-Richtungsvektor
des Boden-Koordinatensystems 16 identisch zum x-Richtungsvektor des
Kran-Koordinatensystems 17 gewählt werden. Dieser
x-Richtungsvektor ist sowohl parallel zum Boden 15 als
auch parallel zu einer durch die Kran-Messdaten 22 repräsentierten
Fläche. Dies wird am Beispiel des Portalkrans deutlich.
Da dieser auf Schienen fährt, verlaufen diese sowohl parallel zum
Boden als auch parallel zu den Innenwänden des Portalkrans.
Der x-Richtungsvektor sowohl des Boden-Koordinatensystems 16 als
auch des Kran-Koordinatensystems 17 kann somit parallel
zu den Schienen gewählt werden. Somit ist der x-Richtungsvektor
sowohl zu dem Normalenvektor der durch die Boden-Messdaten 21 repräsentierten
Fläche von 3D-Messpunkten als auch zu dem Normalenvektor
der durch die Kran-Messdaten 22 repräsentierten
Fläche von 3D-Messpunkten senkrecht. Ausgehend hiervon
lassen sich diese Koordinatensysteme sukzessive erschließen.
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Im
Folgenden wird ein hierzu geeigneter Algorithmus exemplarisch angegeben.
Es sind beliebige andere Algorithmen möglich. Der Algorithmus
berechnet hilfsweise das Kran-Koordinatensystem 17, welches
für die Herleitung des Boden-Koordinatensystems 16 verwendet
wird.
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Im
Szenario eines Portalkrans in einem Hafen werden als Kran-Messdaten 22 3D-Messpunkte identifiziert,
die zur Seitenwand (der so genannten "sill bar") gehören,
und zwar einerseits 3D-Messpunkte, die zur seeseitigen Seitenwand
gehören, sowie andererseits 3D-Messpunkte, die zur landseitigen
Seitenwand gehören. Bei Portalkränen auf dem Festland
kann eine beliebi ge andere Charakterisierung der beiden Seiten des
Portalkrans gewählt werden.
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Eine
Hauptachsentransformation (beschrieben in:
Jonathon Shlens:
"A Tutorial an Principal Component Analysis", erhältlich
im Internet am 02.07.2007 unter http://www.snl.salk.edu/-shlens/pub/notes/pca.pdf)
auf den 3D-Messpunkten der seeseitigen Seitenwand des Krans
10 sowie
auf den 3D-Messpunkten der landseitigen Seitenwand des Krans
10 ermöglicht
jeweils die Bildung eines Normalenvektors im Schwerpunkt der jeweiligen 3D-Messpunkte.
Aus diesen beiden Normalenvektoren wird nun durch Mittelung der
y-Richtungsvektor des Kran-Koordinatensystems
17 gebildet.
Hierbei wird als Konvention gewählt, dass der y-Richtungsvektor
zur Seeseite weist.
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Ebenfalls
durch Hauptachsentransformation wird auf den 3D-Messpunkten in den
Boden-Messdaten 21 ein Normalenvektor gebildet und als
z-Richtungsvektor des Boden-Koordinatensystems 16 gewählt.
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Anschließend
ergibt sich der x-Richtungsvektor sowohl des Boden-Koordinatensystems 16 als auch
des Kran-Koordinatensystems 17 aus dem Kreuzprodukt des
y-Richtungsvektors des Kran-Koordinatensystems 17 und des
z-Richtungsvektors des Boden-Koordinatensystems 16.
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Im
nächsten Schritt wird der z-Richtungsvektor des Kran-Koordinatensystems
aus dem Kreuzprodukt des x-Richtungsvektors und des y-Richtungsvektors
des Kran-Koordinatensystems 17 berechnet. Entsprechend
ergibt sich der y-Richtungsvektor des Boden-Koordinatensystems 16 aus
dem Kreuzprodukt des z-Richtungsvektors und des x-Richtungsvektors
des Boden-Koordinatensystems 16.
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Als
Ursprung des Kran-Koordinatensystems 17 wird zunächst
die Mitte zwischen den Fußpunkten der aus den Kran-Messdaten 22 gebildeten
Normalenvektoren gewählt.
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Anschließend
werden die 3D-Messpunkte in den Kran-Messdaten 22, welche
zur seeseitigen Seitenwand und zur landseitigen Seitenwand gehören, in
das Kran-Koordinatensystem 17 transformiert. Im Zuge dessen
wird auch ihre Ausdehnung in x-Richtung als Minimum und Maximum
bestimmt. Daraufhin wird das Kran-Koordinatensystem 17 in
seiner x-Richtung so verschoben, dass sein Ursprung auf der Mitte
zwischen dem ermittelten Minimum und Maximum liegt. Damit ist das
Kran-Koordinatensystem 17 vollständig bestimmt.
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Als
Ursprung des Boden-Koordinatensystems 16 wird zunächst
der Schwerpunkt der 3D-Messpunkte in den Boden-Messdaten 21 bestimmt.
Anschließend wird die z-Achse des Kran-Koordinatensystems 17 mit
der Ebene, welche durch die 3D-Messpunkte in den Boden-Messdaten 21 gebildet
wird, geschnitten. Der Schnittpunkt als Ursprung des Boden-Koordinatensystems 16 gewählt.
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Nun
können Fahrspuren unter dem Kran 10 manuell zwischen
Gleisen, auf welchen die Räder 14 des Krans 10 laufen,
vermessen werden. Die Lage der Mitte zwischen den Gleisen relativ
zur Sensoranordnung 11 ergibt sich aus den zuvor ermittelten
Koordinatensystemen.
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Anhand
der ermittelten Koordinatensysteme wird jeweils eine Koordinatentransformation
zu dem Sensor-Koordinatensystem 18 der Sensoranordnung 11 errechnet.
Mit dieser wird die Sensoranordnung 11 kalibriert.
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5 zeigt
einen Kran 10 welcher auf Rädern 14 über
einen Boden 15 bewegt werden kann. Auf dem Boden sind Spurmarkierungen 13 eingezeichnet.
Weiterhin sind in 5 zwei Sensoranordnungen 11 gezeigt.
Die linke Sensoranordnung 11 ist innerhalb der gestrichelten
Kreislinie vergrößert dargestellt. Die Sensoranordnungen 11 verfügen über ein
Sensor-Koordinatensystem 18. Die vergrößert dargestellte
Sensoranordnung 11 besteht aus einem Träger 30,
auf dem ein erster Sensor 32 sowie ein zweiter Sensor 35 montiert
sind. Der erste Sensor 32 ist über einen Drehantrieb 31 an
dem Träger 30 montiert, wodurch der erste Sensor 32 schwenkbar
gelagert ist. Weiterhin verfügt der erste Sensor 32 über ein
erstes Koordinatensystem 181 und der zweite Sensor über
ein zweites Koordinatensystem 182. Im Folgenden wird davon
ausgegangen, dass das Sensor-Koordinatensystem 18 mit dem
ersten Koordinatensystem 181 übereinstimmt.
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Im
Kontext einer Krananlage handelt es sich bei dem ersten Sensor 32 beispielsweise
um einen 2D-Laserscanner, welcher über den Drehantrieb 31 geschwenkt
und zur Aufzeichnung eines zweidimensionalen Umgebungsbildes verwendet
werden kann. Bei dem zweiten Sensor 35 handelt es sich
etwa um eine Kamera, z. B. eine Videokamera. Die Videokamera eignet
sich besonders zur Erkennung der Spurmarkierungen 13 auf
dem Boden 15 unter dem Kran 10. Der Träger 30 kann
beispielsweise als Montagegerüst ausgeführt sein.
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Zuerst
werden der erste Sensor 32 und der zweite Sensor 35 auf
dem Träger 30 montiert, wodurch die Sensoranordnung 11 gebildet
wird. Anschließend wird eine Koordinatentransformation
zwischen dem ersten Koordinatensystem 181 des ersten Sensors 32 und
dem zweiten Koordinatensystem 182 des zweiten Sensors 35 ermittelt.
Dies kann beispielsweise mit zueinander referenzierten Kalibrierkörpern
und Kalibriermustern erfolgen.
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In
einem dritten Schritt wird die Sensoranordnung 11 bzw.
der Träger 30 am Einsatzort, etwa der Kranbrücke,
montiert. Abschließend wird die Sensoranordnung 11 in
Relation zu ihrer Umgebung am Einsatzort nach dem oben beschriebenen
Verfahren kalibriert, wobei die ermittelte Koordinatentransformation
zwischen dem ersten Koordinatensystem 181 und dem zweiten
Koordinatensystem 182 verwendet wird.
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Zusätzlich
zum oben beschriebenen Verfahren können nun die im Videobild
der Videokamera sichtbaren Spurmarkierungen 13 mit bekannten
Methoden der Bildverarbeitung extrahiert werden, welche zunächst
im zweiten Koordinatensystem 182 vorliegen. Durch Anwendung
der Koordinatentransformation zwischen dem ersten Koordinatensystem 181 und
dem zweiten Koordinatensystem 182 kann die Lage der Spurmarkierungen 13 im
ersten Koordinatensystem 181 bestimmt werden. Zwar sind
im Videobild keine Abstandsinformationen enthalten. Diese sind jedoch
durch die Randbedingung ermittelbar, dass die Spurmarkierungen 13 in
der durch den x- und y-Richtungsvektor des Boden-Koordinatensystems 16 aufgespannten
Ebene des Bodens 15 liegen müssen. Da die Koordinatentransformation
zwischen dem Sensor-Koordinatensystem 18 (gemäß obiger Annahme
identisch mit dem ersten Koordinatensystem 181) und dem
Boden-Koordinatensystem 16 zuvor ermittelt wurde, kann
die Lage der Spurmarkierungen 13 im ersten Koordinatensystem 181 hiermit berechnet
werden.
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Somit
können in diesem Anwendungsfall die Fahrspuren unter der
Krananlage automatisch erkannt und in ein Umgebungsmodell der Krananlage einbezogen
werden. Ein solches Umgebungsmodell erlaubt die Modellierung und
Steuerung der Anlage. Zusätzlich zur Lage der Koordinatensysteme
wird somit auch die Lage der Spurmarkierungen 13 bzw. der Fahrspuren
rechnergestützt ermittelt.
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Erst
die vorab im Werk vorgenommene Kalibrierung der Videokamera zu den
im ersten Koordinatensystem 181 bzw. Sensor-Koordinatensystem 18 vorliegenden
3D-Messpunkten des Laserscanners erlaubt es, wie oben beschrieben
am Einsatzort automatisch aus dem simultanen Bild der Videokamera
die Lage der Spurmarkierungen 13 zu extrahieren.
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Gleiches
gilt für beliebige andere Einsatzgebiete der Sensoranordnung 11.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich auch
in anderen Szenarien analog implementieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Jonathon Shlens:
"A Tutorial an Principal Component Analysis", erhältlich
im Internet am 02.07.2007 unter http://www.snl.salk.edu/-shlens/pub/notes/pca.pdf [0042]