CN104781180A - 集装箱扫描系统 - Google Patents

Abstract

一种集装箱扫描系统，包括导轨(201，202；301，302，303；401；510)、摄像机/传感器单元(211，221；311，321，331；411；500)和控制单元(520)。导轨(201，202；301，302，303；401；510)安装在所述集装箱起重机的支撑件或梁(101，102，103，104，105，106)上。摄像机/传感器单元(211，221；311，321，331；411；500)沿着导轨(201，202；301，302，303；401；510)可动地安装。该摄像机/传感器单元(211，221；311，321，331；411；500)包括用于扫描集装箱外表面的摄像机(501)和/或传感器(507)。控制单元(520)与所述摄像机/传感器单元(211，221；311，321，331；411；500)操作连接。该控制单元(520)能够获得表示所述集装箱起重机的操作位置的位置信息，并且该控制单元(520)用于根据所述位置信息控制所述摄像机/传感器单元(211，221；311，321，331；411；500)沿着所述导轨(201，202；301，302，303；401；510)的运动。该导轨(201，202；301，302，303；401；510)包含有布线空间，用于给所述摄像机/传感器单元(211，221；311，321，331；411；500)供电。

Description

集装箱扫描系统

技术领域

本发明大体上涉及一种集装箱扫描系统，即基于摄像机或基于传感器的通过扫描由货物处理起重机传输的货物集装箱的外表面来识别和读取物品或简单地检测物品的存在。该物品可以为集装箱识别码、类别识别码、IMDG码或国际海事危险品代码、密封条等。本发明可应用于在港口或铁路领域例如船对岸或STS起重机即在操作人员的监督控制下将集装箱装载到船上或者将集装箱从船上卸载不同类型的起重机、用于将集装箱堆叠在集装箱终端的存放区域中的轨道安装起重台架或RMG起重机、用于将集装箱堆叠在集装箱终端的存放区域中的橡胶轮胎起重台架或RTG起重机、完全自动化并且使得单个操作人员能够监督多个起重机的自动轨道安装起重台架或ARMG起重机、自动堆叠起重机或ASCs等。本发明还适用于起重机的吊具传送单个集装箱或多个集装箱的情况。

背景技术

为了能够登记并且追踪装载到船、火车、卡车底盘或拖车上或者从中卸载的各个集装箱，给集装箱赋予独一无二的识别码(ID)，该识别码印制在集装箱的外表面上。集装箱识别码通常为印制到集装箱的顶侧、正面、背面或侧面上的字母数字代码。除了集装箱识别码之外，每次集装箱由集装箱操作起重机传输时，都可以读取或识别印制到集装箱上或贴在该集装箱上的其它信息。这些附加信息的示例有贴在集装箱门上通常贴在集装箱的背面上的密封条。该密封条例如包含有RFID(射频识别)标签。其它示例有在装有危险或有害材料时的类别识别码或IMDG(国际海事危险品)码。

题目为“集装箱识别和追踪系统”的美国专利申请US2004/0126015描述了用于自动识别由起重机装载/卸载的集装箱的系统。该系统由安装在起重机的下梁上的几个摄像机构成。这些摄像机在US2004/0126015的图6中标为13a、13b和13c，而起重机的下梁标为12a和12b。这些下梁为集装箱操作起重机的水平梁，它通常沿着与起重机的起重臂竖直的方向安装在距离码头6米的高度处，即与码头边缘平行。安装在下梁上的摄像机在6米的高度处形成扫描窗口，在此处通常在吊具使得集装箱竖直运动期间能够扫描集装箱侧面的外表面。为了判断哪个摄像机工作，在US2004/0126015中所述的系统包含有摄像机控制系统，它接收表示集装箱将通过的水平位置的信息，即在US2004/0126015的段落[0043]中所谓的吊具宽度信息。

下梁解决方案由于将在下面段落中所述的各种原因所以是不好的。

首先，集装箱识别码在集装箱装卸过程中变得延迟可用。下梁解决方案只能在保持着集装箱的吊具通过在摄像机所处的码头上方6米的高度处的窗口的时刻扫描和读取集装箱识别码。在从船中卸载集装箱的情况中，标识集装箱的信息在传输集装箱的过程可得到非常延迟，即只是在从吊具将集装箱松开之前的几秒。

第二，下梁解决方案对集装箱码头的性能有不利影响，通常表示或计量为起重机每小时能够作出的运动量。由于吊具必须使得集装箱运动穿过固定的窗口，在此处摄像机能够扫描集装箱识别码，所以装载/卸载集装箱的过程减慢，这对集装箱码头的整体性能造成不利影响。

第三，下梁解决方案维护昂贵，因为它需要多个摄像机。在图5和6所示以及例如在US2004/0126015的段落[0043]中所述的实施方式中，在每个下梁上安装有三个摄像机。由于这些摄像机要在由于在港口或铁路区域中存在风和雨而导致的恶劣条件下操作，所以其使用寿命有限并且维护需求高。安装在下梁上的多个摄像机提高了集装箱码头操作人员的安装和操作成本。

另外不利的是，在下梁解决方案中不能扫描集装箱的正面和背面。因为摄像机安装在下梁上，所以只有印制在集装箱的这个侧面上的集装箱识别码才能被扫描。在集装箱识别码或其它有用信息例如IMDG码或密封条印制或贴在集装箱的正面或背面上的情况下，不能使用安装在下梁上的摄像机。能够扫描集装箱的正面和背面的直接解决方案是在起重机的门梁即在通常距离码头13至16米的高度处于起重机的起重臂平行的水平梁上也安装摄像机。但是这些额外的摄像机会进一步增加码头操作人员的安装和维护成本，并且会进一步减慢集装箱装卸过程，因为吊具必须使得集装箱运动穿过位于13至16米的通常高度处的第二扫描窗口。能够扫描集装箱的正面和背面的可选解决方案在于具有用于使得集装箱转动的旋转飞轮的起重机系统，例如在题目为“Rotating Carriage Assembly for Use in Scanning CargoConveyances Transported by a Crane”的美国专利US7783003中所提出的。但是这种解决方案需要具有旋转飞轮的专门起重机，因此不适用于已装设有没有这种飞轮的起重机的情况。

还重要的是，要注意现在的趋势是研制并且安装更高的起重机。目前的起重机其通常的起重高度为铁轨或码头水平面之上30米，下一代起重机将具有超过50米的起重高度。这些起重机将能够在不同的高度处工作。尤其在风雨环境条件恶劣的海港中，在这些高度处工作的电子器件或部件的维护或修理将变得更加困难。而且，能够用于维护并且能够达到30米以上高度的起重卡车非常少。

题目为“Device,Method and System for Recording InspectionData About a Freight Container”的国际专利申请WO 2009/052854描述了具有可动地安装在竖直支撑件或水平梁上的摄像机的集装箱起重机。如在WO 2009/052854的第3页第14-27行中所规定的一样，通常利用从起重机控制系统获得的集装箱位置和速度来控制摄像机的运动。

虽然从WO 2009/052854所知的集装箱扫描系统目的在于扫描集装箱短侧面-参见WO 2009/052854的第2页第31行至第3页第2行以及IMO名牌的存在、门类型、门方向、门密封条的状况-参见第9页第27-32行，但是从WO 2009/052854所知的这种系统由于几个原因所以仍然是不好的。

首先，WO 2009/052854没有说明如何使得摄像机能够沿着起重机的竖直支撑件或水平梁运动。直接的实施方式将依靠缆索，摄像机将沿着这些缆索运动，或者依靠操作臂，它将摄像机带到所期望的位置。但利用缆索或操作臂的这种实施方式在由港口或铁路领域中由于存在风、雨和盐而导致的恶劣环境条件下性能较差。换句话说，由于其停机检修时间和操作成本高，所以具有可动摄像机的直接实施方式需要定期检查和维护。

第二，从WO 2009/052854所知的集装箱扫描系统不能扫描沿着最佳路径运动的集装箱。用来卸载/装载集装箱的起重机所遵循的最佳路径取决于集装箱在船上的原始/目的地位置以及集装箱在码头上的目的地/原始位置。该最佳路径对于每个集装箱来说是不同的：对于靠近可动摄像机安装在其上的起重机支腿附近的某些集装箱而言，它将上升，而对于靠近所述支腿的其它集装箱而言它将下降。由于在不同集装箱所遵循的最佳路径特性方面的这些差异，所以仅仅利用集装箱位置和速度来控制摄像机/传感器的位置不足以保证成功的扫描。从WO2009/052854所知的系统只能在将起重机控制为偏离最佳路径的时候作出成功的扫描，因此集装箱的卸载/装载变得更慢并且起重机的整体性能降低。

从WO 2009/052854所知的系统局限于在t+1时刻制作单个图像(参见在图2中的步骤30)。只有在设有第二摄像机的实施方案中，可以对集装箱侧面制作第二图像(参见在图4中的步骤210和212)。因此该系统具有明显的技术缺陷，它只能靠花费更多的摄像机/传感器并且潜在地增加相应的维护和停机检修时间成本来解决。

因此，本发明的目的在于提供一种集装箱扫描系统，它解决了现有技术的上述缺点。更具体地说，本发明的目的在于披露了一种集装箱扫描系统，用来扫描印制或贴在集装箱的正面、背面或侧面上的集装箱识别码或其它信息，其中所扫描的信息在集装箱装卸过程中早期变得可得到，并且它能够在所需的电子器件和摄像机方面采用更廉价以及更省力的解决方案在可靠性更高的情况下提升整体码头性能。本发明的目的尤其在于披露了一种具有可动摄像机的集装箱扫描系统，它雨直接想到的实施方式相比降低了停工检修时间，并且使得起重机能够使得每个集装箱沿着最佳的卸载/装载路径运动以便进一步优化码头性能。本发明的另一个目的在于无需增加摄像机/传感器基础结构就能够作出多次扫描。

发明内容

根据本发明，上述目的是通过如权利要求1所限定的集装箱扫描系统来实现的，它包括：

可动地安装在集装箱起重机上的摄像机/传感器单元，该摄像机/传感器单元包括用于扫描集装箱外表面的摄像机和/或传感器；以及

与所述摄像机/传感器单元操作连接的控制单元，该控制单元能够获得表示所述集装箱起重机的操作位置的位置信息，并且所述控制单元用于控制所述摄像机/传感器单元的运动，其中

所述集装箱扫描系统包括安装在所述集装箱起重机的支撑梁上的导轨，所述导轨包含有布线空间；

所述摄像机/传感器单元沿着所述导轨可动地安装；并且

所述集装箱扫描系统还包括在所述布线空间中的电源线，用于给所述摄像机/传感器单元供电。

因此，本发明包括沿着导轨可动地安装的摄像机/传感器单元，它固定在起重机的基本上竖直的支撑件和/或基本上水平的梁上。在起重机上或其附近的控制单元根据起重机的操作位置控制摄像机/传感器单元沿着导轨的运动。因此，吊具不再需要使得集装箱运动穿过固定摄像机所处的特定窗口(高度，宽度)，因为摄像机/传感器单元现在运动到集装箱由起重机操作的高度(或者可选的是深度或宽度)。其直接优点在于，由于每小时能够执行更多的运动量，所以本发明改善了码头的整体性能。

采用导轨由于采用缆索或可动操作臂的直接想到的实施方式，该实施方式在港口或铁路领域中由于存在风、雨和盐而导致的恶劣环境条件下性能较差。导轨需要的检查和维护更少，因此停工检修时间和操作成本降低。

根据该应用，导轨可以安装在起重机的一个或两个海侧支撑件以及起重机的一个或两个陆侧支撑件上，导轨可以安装在起重机的一个或两个门梁上，并且导轨可以安装在起重机的一个或两个下梁上。对于每个导轨，可以想到必须有至少一个摄像机/传感器，从而能够沿着该导轨的整个长度进行扫描。因此所需的摄像机和传感器的数量与现有技术相比明显减少，在现有技术中在每个梁上必须固定安装有多个摄像机。在基本上竖直安装时，可以在起重机的任意操作高度处进行扫描。对于其它应用而言，导轨优选水平设置，例如沿着一个或多个门梁设置，以便扫描集装箱的正面和背面，或者沿着起重机的一个或多个下梁设置以扫描集装箱的侧面。也可以想到基本上竖直安装和基本上安装的导轨的组合。

本发明还能够在集装箱装卸过程中在正在装载/卸载集装箱期间非常早地扫描集装箱表面。在导轨例如安装在起重机的竖直海侧支撑件上时，摄像机/传感器单元能够运动到起重机的工作高度，例如码头上方25米，并且在集装箱仍然处于25米高度处并且沿着集装箱吊臂水平运动期间扫描印制在集装箱的正面或背面上的集装箱ID。

另外，摄像机/传感器单元出于维护的缘故能够沿着导轨运动到检修位置。在导轨竖直安装的情况下，检修位置例如可以为沿着导轨的最下面位置。然后可以在不需要特别高的起重卡车的情况下对摄像机以及可能的摄像机/传感器单元中的其它电子器件进行维护。

还要注意的是，每个都保持着一个或多个摄像机和/或传感器的一个或多个摄像机/传感器单元沿着单个导轨可动地安装。

本发明可以用在许多现有的起重机上，并且能够用在能够到达50米以上高度的下一代起重机上。对于这种高起重机，本发明其额外的优点在于，能够在过程中的早期在空中即在集装箱仍然处于50米的高度处时进行扫描，而不会使得电子期间的维护复杂化。

供电布线沿着其上安装所述导轨的起重机支撑件或梁配置，以便给运动的摄像机/传感器单元供电。电源例如可以通过滑动触头或者任意其它输电装置传输给运动的摄像机/传感器单元。电源线以及还可能是用于在摄像机/传感器单元和控制单元之间数据连接的数据线容纳在导轨的专门内部空间中。该内部空间预期用于布线和机械部件。

在由权利要求2限定的根据本发明的集装箱扫描系统的优选实施方案中，所述导轨包括承载结构和所述摄像机/传感器单元沿着其运动的内部结构。

实际上，可动摄像机/传感器单元沿着其运动穿过具有轮子的小车的结构以及安装在起重机的支腿或梁上的承载结构整合到单个导轨中。基于单独的非承载结构和承载结构的可选解决方案更昂贵。

依据由权利要求3所限定的根据本发明的集装箱扫描系统的有益方面，所述摄像机/传感器单元包括可转动摄像机和/或传感器。

可转动摄像机/传感器带来的好处在于，单个摄像机/传感器能够在集装箱正在运动期间对集装箱进行多次成像。可转动摄像机/传感器其好处在于，它使得起重机能够在卸载或装载集装箱时遵循最佳路径。该最佳路径是通过所述控制单元计算出，并且考虑了集装箱在其间运动的码头实际位置和船上的实际位置。根据那些位置，集装箱应该沿着摄像机/传感器正在以特定的角度沿着其运动的梁或支撑件通过。在摄像机/传感器是可转动的时，摄像机/传感器能够根据由所述最佳路径所遵循的角度或曲线转动，由此能够进行成功的成像，且不会对起重机操作和性能造成任何影响：起重机不会偏离所计算出的最佳路径并且无需减缓起重机的操作。

依据由权利要求4所限定的根据本发明的集装箱扫描系统的可选方面，将所述摄像机/传感器转动并且控制成产生三个集装箱图像以分别扫描集装箱的正面、短侧面和背面。

实际上，在摄像机/传感器是可转动的情况下，可以采用单个摄像机/传感器来在沿着最佳路径装载/卸载集装箱期间扫描集装箱的三个侧面。在集装箱经过摄像机/传感器单元正在沿着其运动的梁或支撑件之前，能够通过使得摄像机/传感器头向前转动成功地扫描集装箱的正面或背面。在集装箱正在经过摄像机/传感器单元正在沿着其运动的梁或支撑件期间，能够扫描集装箱的短侧面。至少在集装箱已经经过摄像机/传感器单元正在沿着其运动的梁或支撑件时，仍然能够通过使得摄像机/传感器头向后转动来成功地扫描集装箱的背面或正面。

依据由权利要求5所限定的根据本发明的集装箱扫描系统的另一个有利方面，所述摄像机/传感器单元包括倾斜摄像机和/或传感器。

倾斜摄像机和/或传感器带来的好处在于，扫描系统能够更好的适应起重机所遵循的最佳路径。根据集装箱在船上的位置和/或船的尺寸，控制机计算出最佳路径并且起重机遵循该最佳路径，该最佳路径在摄像机/传感器正在沿着其运动的梁或支撑件附近是下倾的或上倾的。在最佳路径是上倾的时，采用向上倾斜的摄像机/传感器最佳地拍摄正在靠近的集装箱的图像。同样，在最佳路径是下倾的时，采用向下倾斜的摄像机/传感器最佳地拍摄正在靠近的集装箱的图像，并且采用向下倾斜的摄像机/传感器最佳地拍摄正在离开的集装箱的图像。这样，进一步改善了集装箱扫描的成功率。

依据具有可转动倾斜摄像机和/或传感器的根据本发明的集装箱扫描系统的另一个有利方面，所述控制单元还能够获得表示集装箱起重机的最佳装载/卸载路径的最佳路径信息；并且所述控制单元还适用于根据所述最佳路径信息控制所述摄像机/传感器的转动和倾斜。

实际上，为了使得对码头性能的影响最小化，即使得最佳路径偏移最小化，所述摄像机或传感器优选构成为可转动和倾斜，并且所述控制单元适用于利用有关最佳路径的知识来控制摄像机和/或传感器的转动和倾斜。

任选的是，如由权利要求7所限定的一样，在根据本发明的集装箱扫描系统中的所述摄像机/传感器单元还包括照明单元，用于至少在扫描期间照亮集装箱。

实际上，为了能够在黑夜、灰尘或大雾条件下或在会妨碍可视性的某些天气条件下，所述摄像机/传感器单元优选配备有照明单元，它能够至少在进行扫描或者摄像机拍摄图像的时刻照亮集装箱。

如进一步由权利要求8所规定的一样，在根据本发明的集装箱扫描系统中的所述照明单元优选是可转动的和/或倾斜的。

实际上，正好像摄像机和/或传感器一样，所述照明单元优选操纵为可转动和/或倾斜以便使得对码头性能的影响最小化。即使在黑夜、灰尘或大雾条件下或者在需要采用照明的天气条件下，也能够使得起重机遵循这样计算出的最佳路径。

在根据本发明的集装箱扫描系统的第一实施方案中，如由权利要求9所限定的一样，

所述导轨基本上竖直地安装在所述集装箱起重机的海侧支撑件或陆侧支撑件上；

所述操作位置为所述集装箱起重机的操作高度；并且

所述摄像机/传感器单元沿着所述导轨运动到所述操作高度，在此处在通过所述集装箱起重机使得所述集装箱运动越过所述竖直海侧支撑件或陆侧支撑件期间，所述摄像机和/或传感器能够扫描所述集装箱的外表面。

因此，在本发明的第一实施方案中，所述摄像机/传感器组沿着起重机的海侧或陆侧支撑件竖直地或者例如在海侧或陆侧支撑件包含有倾斜的部件并且因此偏离竖直方向的情况下基本上竖直地运动。例如，停靠码头的某些船侧向延伸越过码头边沿并且因此需要起重机从特定高度向前的海侧支撑件向内弯曲。因此，摄像机/传感器单元可动地安装在其上的导轨在这种海侧支撑件的整个长度上也不应该是竖直的。沿着起重机的海侧支撑件配置本发明的优点在于，摄像机/传感器单元能够在集装箱朝着或远离船运动期间扫描集装箱，因为保持着集装箱的吊具无论如何都会沿着海侧支撑件通过。因此能够扫描集装箱的正面和/或背面，并且不会起重机的性能造成任何影响或所造成的影响最小，但是在摄像机以特定角度设置在摄像机/传感器单元中时也可以扫描集装箱的侧面。在从船将集装箱卸载的情况下，在集装箱的正面和/或背面和/或侧面上扫描的信息在集装箱装卸过程中很早就能够得到。对于正面和/或背面，沿着海侧支撑件或陆侧支撑件运动的这种摄像机/传感器单元其额外的优点在于，可以从垂直于正面和/或背面的方向拍摄图像。从垂直方向拍摄的这种图像具有更好的质量，从而能够例如通过光学符号识别软件来进行更好的译码。这种竖直或基本上竖直运动的摄像机/传感器单元能够沿着起重机灵活的运动到任意高度，同时维护保持简单，因为沿着导轨的最低位置能够变为摄像机/传感器单元的检修位置。

在根据本发明的集装箱扫描系统的第二实施方案中，如由权利要求10所限定的一样，

所述导轨基本上水平地安装在所述集装箱起重机的门梁上；

所述操作位置与在其中通过所述集装箱起重机装载或卸载所述集装箱的所述码头边缘或巷道间隔一定距离；并且

所述摄像机/传感器单元沿着所述导轨运动的这样的位置，在此处它能够在通过所述集装箱起重机使得所述集装箱竖直运动越过所述门梁期间扫描所述集装箱的正面或背面的外表面。

因此，在本发明的第二实施方案中，所述摄像机/传感器单元沿着所述起重机的门梁竖直或基本上竖直运动。还有，所述摄像机/传感器单元将能够扫描集装箱的正面和/或背面，但是这时集装箱必须运动到门梁高度处的窗口，在此处能够进行扫描。通过使得摄像机/传感器单元水平运动，能够在不同的巷道处进行扫描。优选的是，在所述集装箱到达门梁高度通常距离码头表面13至16米的时刻在装载/卸载集装箱的巷道中吊具正在提升/下落所述集装箱期间进行扫描。

要注意的是，具有沿着所述起重机的竖直海侧支撑件配置的导轨和可动摄像机/传感器单元的第一实施方案和具有沿着所述起重机的水平门梁配置的导轨和可动摄像机/传感器单元的第二实施方案两者都能够结合现有技术的下梁方案来扫描集装箱的侧面。

依据由权利要求11所限定的根据本发明的集装箱扫描系统的可选方面，所述摄像机/传感器单元还包括无线收发器，用于与所述控制单元和/或地面站无线连接以便传输所扫描或感测到的信息。

实际上，所述可动摄像机/传感器单元优选配备有一个或多个无线接口，其延伸范围至少为50米并且其数据速度能够在几秒内从捕获这些图像德摄像机/传感器单元将图像传输给控制单元或地面站，在此处将这些图像存储和/或处理。处理例如可以包括组合多个图像，将图像降噪，将图像分段，将图像的多个部分OCR以识别出包含在其中的字母数字信息等。作为卸载这些图像以便进一步处理的可选方案，在摄像机/传感器单元的各个实施方案中可以结合有某些处理例如光学符号识别或OCR以便识别出印制在集装箱表面上的集装箱ID或其它字母数字信息。

另外任选的是，如由权利要求12所限定的一样，在根据本发明的集装箱扫描系统中的所述摄像机/传感器单元可以包括电源线路通信或PLC接口以便通过电源线路接收来自控制单元的控制信号。

实际上，如果供电布线沿着导轨、支撑件或衡量配置以便给摄像机/传感器单元供电，则所述摄像机/传感器单元优选应该配备有电源线路通信或PLC接口。所述PLC接口能够接收来自控制单元的控制信号，以便控制所述摄像机/传感器单元沿着所述导轨的位置/运动。但是，可以利用所述PLC接口来传送由所述摄像机/传感器单元捕获的图像或者传送通过处理所捕获的图像而识别出的集装箱识别码或标记。

根据由权利要求13所限定的再一个任选方面，在根据本发明的集装箱扫描系统中的所述摄像机/传感器单元可以包括RFID收发器，用于读取和/或检测RFID标签或RFID密封条在集装箱的正面或背面处的存在。

这样，所述可动摄像机/传感器单元能够用于检测贴在集装箱上通常贴在门侧上的RFID密封条或RFID标签的存在和/或将它读取出，从而摄像机/传感器单元的使用不局限于制作图像和从这些图像中识别出字母数字集装箱识别码。

如由权利要求14所进一步表示的一样，其上配置有本发明的集装箱起重机优选适用于在30米以上的操作高度处操作。

虽然不限于此，但是本发明在用于高度超过30米的高程起重机时尤为有利。

优选的是，如权利要求15所表示的一样，其上配置有本发明的所述集装箱起重机适用于在50米以上的操作高度处操作。

本发明在用于下一代起重机时尤为有利，下一代起重机其高度超过50米并且能够在不同的高度处操作，因为本发明能够在这些高度处扫描集装箱，从而提高了起重机终端的性能并且降低了在通过扫描获得的信息的可用性方面的延迟，同时简化了在摄像机/传感器单元中的电子器件和部件的维护，因为该摄像机/传感器单元能够运动到容易达到的检修位置。

除了如权利要求1所限定的用于扫描集装箱的系统之外，本发明还涉及如由权利要求16所限定的用于扫描集装箱的相应方法，该方法包括以下步骤：

获得表示用于装卸集装箱的集装箱起重机的操作位置的位置信息；

根据所述位置信息控制沿着安装在所述集装箱起重机的支撑件或梁上的导轨可动地安装并且包含有布线空间的摄像机/传感器单元沿着所述导轨的运动；

借助在所述布线空间中的电源线给所述摄像机/传感器单元供电；并且

通过包含在所述摄像机/传感器单元中的摄像机和/或传感器扫描所述集装箱的外表面。

附图说明

图1显示出其上能够配置本发明的典型起重机；

图2A和2B显示出根据本发明的集装箱扫描系统的第一实施方案。

图3A、3B和3C显示出根据本发明的集装箱扫描系统的第二实施方案。

图4A、4B、4C和4D更详细的显示出根据本发明的集装箱扫描系统的实施方案的不同部件；

图5为在根据本发明的集装箱扫描系统的实施方案中的摄像机/传感器单元和控制单元的功能方框图；

图6A和6B显示出根据本发明的集装箱扫描系统的实施方案，其中导轨包括具有用于布线的内部空间的承载结构以及摄像机/传感器单元沿着其运动的单独内部结构；

图7A和7B显示出根据本发明的集装箱扫描系统的实施方案，其中每个摄像机/传感器单元具有多个摄像机；

图8显示出用在如图9所示的根据本发明的集装箱扫描系统的实施方案中的可转动倾斜摄像机；

图9显示出根据本发明的集装箱扫描系统的实施方案，其中在每个摄像机/传感器单元中具有单个可转动倾斜摄像机；并且

图10显示出根据本发明的集装箱扫描系统针对不同的最佳吊具路径的操作。

具体实施方式

图1显示出适用于配置本发明的起重机模型。这种起重机通常具有位于6米高度处的两根水平下梁101和102以及位于13至16米高度处的两根水平门梁103和104。门梁103和104平行于起重机的吊臂，而下梁101和102垂直于所述吊臂。吊具沿着起重机的吊臂运动以运送集装箱，例如从船运送到存放码头、火车或卡车上，或者反之亦然。该起重机还具有四个竖直支撑件，其中105和106标识海侧支撑件，并且107和108标识陆侧支撑件。这种起重机用在港口或铁路领域中，因此该起重机通常设计成其工作风力载荷为25m/s，破坏风力载荷为50m/s，并且能够在-20℃至50℃的温度范围内以及在大约100％的湿度下工作。

在图2A和2B中，重新绘制了图1的起重机模型，其中相同的附图标记101-106表示下梁、门梁和竖直支撑件。图2A显示出起重机的三维视图，而图2B显示出起重机的二维正视图。图2A和2B还显示出沿着起重机的第一海侧竖直支撑件106安装的第一导轨201。摄像机/传感器单元211沿着该第一导轨201可动地安装。按照类似的方式，第二导轨202沿着起重机的第二海侧竖直支撑件105安装。第二摄像机/传感器单元221沿着第二导轨202可动地安装。第一和第二摄像机/传感器单元211和221包含有一个或多个摄像机和/或一个或多个传感器，它们能够在传送期间扫描所传送的集装箱。在吊具正在沿着起重机的起重臂运动期间，它将经过竖直支撑件105和106。那时，将摄像机/传感器单元211和221控制为运动到在此处能够扫描由该吊具运送的集装箱的外表面的高度。通常，摄像机/传感器单元211和221将能够扫描由吊具运动的集装箱的正面和背面。在摄像机/传感器单元211和221中的摄像机能够扫描正面和背面的视觉符号例如集装箱ID或IMDG码。摄像机或传感器还能够扫描正面和背面是否存在某些物品例如门、密封条、标签或标记。摄像机/传感器单元211和221在有本地处理的情况下可以处理由摄像机和/或传感器收集的信息，或者它们可以将由摄像机和/或传感器收集的信息卸载到用于对该信息进行进一步处理的外部地面站或处理单元。

图3A、3B和3C还显示出图1的起重机模型，其中附图标记101-106表示相同的起重机的下梁、门梁和竖直支撑件。图3A显示出起重机的三维视图，图3B显示出二维侧视图，而图3C显示出起重机的二维正视图。在图3A、3B和3C中，在该起重机上应用了本发明的第二实施方案。该第二实施方案也包括分别安装在起重机的海侧竖直支撑件106和105上的两个竖直导轨301和302。沿着这些竖直导轨301和302，将摄像机/传感器单元311和321可动地安装并且控制为在通过起重机传送集装箱期间在不同的高度处扫描这些集装箱的正面和背面。另外，第二实施方案包含有第三导轨303和在这些附图上隐藏的第四导轨，它们水平地安装在起重机的门梁103和104上。在第三导轨303上，可动地安装着第三摄像机/传感器单元331。同样但是未在这些附图中显示出，第四摄像机/传感器单元沿着门梁103可动地安装在第四导轨上。第三和第四摄像机/传感器单元也能够扫描由起重机装卸的集装箱的正面和背面。通常在通过起重机的吊具使得集装箱竖直向上或向下运动期间，通过第三和第四摄像机/传感器单元进行的扫描通总是在13至16米的高度即门梁103和104的高度处进行。将第三和第四摄像机/传感器单元控制为水平运动到这样的位置或巷道处，在此处将集装箱向上或向下提升。这样，单个摄像机/传感器单元就足以扫描集装箱的正面或背面，否则需要多个固定的摄像机/传感器，例如每个存储巷道一个摄像机/传感器。图3A和3C还显示出，与根据本发明的基于导轨的摄像机/传感器系统结合，配置有具有固定安装在每个下梁101和102上的四个摄像机304的下梁摄像机系统。该下梁方案能够在大约6米的高度即下梁101和102的高度处扫描集装箱的侧面。第二实施方案表明，本发明完全与现有的方案例如下梁方案304兼容。可选的是，在没有配置下梁方案时，可以沿着起重机的下梁水平配置另外的导轨和摄像机/传感器单元，以便能够扫面集装箱的侧面，并且也减少了摄像机数量。

图4A、4B、4C和4D更详细的显示出用在本发明的各个实施方案中的单导轨和摄像机/传感器单元。该摄像机/传感器单元401沿着导轨401可动地安装，该导轨例如沿着起重机的竖直支撑件106竖直安装。该导轨401可以构成为包含有用于布线例如朝着摄像机/传感器单元的电源布线和/或用于发送信号和/或数据传输的电布线的空间。图4B还显示出导轨电子器件盒，它例如容纳集成了230V电源电缆和UTP网络电缆连接。摄像机/传感器单元411在控制单元的控制下沿着导轨401运动，该控制单元接收表示操作位置即高度和/或宽度和/或深度的信息。摄像机/传感器单元将沿着导轨401运动道这样的位置，在此处它能够在起重机正在装卸集装箱期间扫描集装箱的正面、背面和/或侧面。摄像机/传感器单元也能够运动到检修位置412，例如在导轨竖直安装时沿着导轨401的最低位置，以便简化部件的维护或修理。摄像机/传感器单元411包含有足够的空间以容纳至少一个摄像机或传感器，但是优选可以包含有多个摄像机和/或传感器。作为示例，可以包括三个摄像机，左摄像机、中间摄像机和右摄像机以拓宽能够由摄像机/传感器单元411扫描的窗口。在另一个实施例中，摄像机/传感器单元411可以容纳摄像机和RFID读取器，从而能够拍摄集装箱侧面的图像，以及检测例如用在集装箱的门侧上的RFID密封条中的RFID标签的存在。

图5显示出在本发明的实施方案中结合在沿着导轨510可动地安装的摄像机/传感器单元500中的功能模块。摄像机/传感器单元500包含有摄像机501，从而能够视觉检查集装箱表面的标记、ID、标签、密封条的存在等。摄像机/传感器单元500还包含有光学符号读取或OCR单元502，它在功能上与摄像机501联系并且能够识别在由摄像机501拍摄的图像中的字母数字信息。由摄像机501产生出的图像或由OCR单元502识别出的字母数字信息能够通过WiFi收发器503无线传送给在起重机附近的地面站或处理站。显然，在本发明的可选实施方案中可以采用其它类型的无线通信方式。控制单元520将摄像机/传感器单元500控制为沿着导轨510运动。控制信号可以在预期在导轨505中的供电布线505上传送以便给摄像机/传感器单元500供电。为了使得控制信号或其它信息例如由摄像机501捕获或由OCR单元502产生出的信息能够在供电布线505上传送，该摄像机/传感器单元500配备有供电线路通信或PLC接口504，它借助供电线路505上发送/接收信号和/或数据。在图5中画出的摄像机/传感器单元500还包含有灯506，从而能够照亮所要扫描的集装箱的表面，并且包含有RFID收发器507，从而能够感测到RFID密封条在集装箱的门侧上的存在。控制单元520接收表示起重机的操作位置即吊具的高度、在其中吊具正在提升集装箱的巷道等的信息。该信息能够例如从用于控制起重机的运动的PLC或可编程逻辑控制器中接收到。该信息由控制器520译码并且用于控制摄像机/传感器单元500沿着导轨505的运动，由此实现本发明的优点。

导轨201、202、301、302和401优选如在图6A和图6B中所示一样设计。在图6A和图6B中所示的导轨包含有铝挤出成型结构650。该结构650是针对该用途专门研制的，并且结合有承载结构651和用于环形正时皮带的内部空间652，用于保持着摄像机/传感器单元611的小车沿着环形正时皮带运动。该小车具有沿着在内部空间652中安装在挤出成型件653、654、655和656上的结构滚动的车轮。具有齿轮箱的发动机640位于导轨的底侧处。在导轨的顶侧处，设置有用于正时皮带的滑轮660。该导轨最终具有天然的阳极氧化层。导轨分成多段601，它们长12米并且能够串接在一起。每8米，该导轨与起重机支腿机械连接。该连接基于焊接在起重机支腿上的钢质安装件。在导轨的底部处，可以想到设置保护摄像机/传感器单元的检修外壳。另外在底部处，可以想到设置230V/20A电源接头并且设有1Gbit CAT5eUTP网络接头。通向摄像机/传感器单元611的电源布线和通信布线容纳在导轨中，更具体地说容纳在承载结构651的内部腔室中。

在图7A和图7B所示的实施方案中，摄像机单元保持着三个相同的摄像机头，每个具有镜头和传感器。例如可以采用具有球形快门的高速12M像素彩色传感器。在图7A中，具有摄像机/传感器单元的导轨安装在起重机的海侧支撑件105和106的每一个内侧上。沿着海侧支撑件105运动的摄像机/传感器单元具有在图7A中由701、702和703表示的三个摄像机头。沿着海侧支撑件106运动的摄像机/传感器单元也具有在图7A中由711、712和713表示的三个摄像机头。在集装箱运动穿过起重机支腿时，摄像机/传感器单元拍摄三次图像：假设集装箱从陆侧存放区域向船运动，在集装箱处于位置721中的第一时刻通过摄像机701和711扫描集装箱的正面，在集装箱处于位置722中的第二时刻通过摄像机702和712扫描集装箱的短侧面，并且在集装箱处于位置723中的第三时刻通过摄像机703和713扫描集装箱的背面。显然，如由在图7A中的箭头所表示的一样，在集装箱从船向陆侧存放区域运动时，第一时刻、第二时刻和第三时刻对应于相应的位置723、722和721。可选的是，在吊具使得集装箱转动90度时，在位置721、722和723中可以扫描集装箱的短侧面、集装箱的长侧面(前面或后面)和集装箱的第二短侧面。在图7B中，具有摄像机/传感器单元的导轨安装在起重机的陆侧支撑件107和108的每一个的内侧上。沿着陆侧支撑件107运动的摄像机/传感器单元具有在图7B中由751、752和753表示的三个摄像机头。沿着陆侧支撑件108运动的摄像机/传感器单元也具有在图7B中由761、762和763表示的三个摄像机头。在集装箱运动穿过起重机支腿时，摄像机/传感器单元拍摄三次图像：假设集装箱从陆侧存放区域向船运动，在集装箱处于位置771中的第一时刻通过摄像机751和761扫描集装箱的正面，在集装箱处于位置772中的第二时刻通过摄像机752和762扫描集装箱的短侧面，并且在集装箱处于位置773中的第三时刻通过摄像机753和763扫描集装箱的背面。显然，如由在图7B中的箭头所表示的一样，在集装箱从船向陆侧存放区域运动时，第一时刻、第二时刻和第三时刻对应于相应的位置773、772和771。可选的是，在吊具使得集装箱转动90度时，在位置771、772和773中可以扫描集装箱的短侧面、集装箱的长侧面(前面或后面)和集装箱的第二短侧面。

在可选的实施方案中，三个相同的摄像机头可以用单个摄像机代替，它可以根据集装箱的位置和速度转动，从而该单个摄像机能够拍摄上述三个图像。

在由图8和图9所示的另一个可选实施方案中，摄像机801可以沿着旋转轴802转动并且沿着倾斜轴803上下倾斜，从而可以根据在卸载/装载操作期间吊具和集装箱所遵循的最佳吊具路径910来控制成像方向。与摄像机单元共享位置、速度和最佳吊具路径信息的起重机PLC接口例如可以采用Profibus或Profinet通信方式。在图9中，具有摄像机/传感器单元的第一导轨901安装在竖直海侧支撑件106上，并且具有摄像机/传感器单元的第二导轨902安装在竖直陆侧支撑件108上。假设摄像机/传感器单元两者都配备有如在图8中所画出的旋转和倾斜传感器。

图9为起重机的侧视图，显示出吊具和集装箱在遵循最佳吊具路径910以将集装箱从陆侧存放区域装载到船上期间的不同时刻的位置。认为最佳路径910由控制逻辑电路例如起重机PLC计算出，它控制着吊具的运动。根据该最佳路径，沿着导轨901和902运动的摄像机/传感器单元会运动到其操作高度。在吊具沿着最佳路径910运动期间，摄像机/传感器单元不会运动。还要注意的是，优选的是，摄像机/传感器单元不会为每次集装箱传输运动。下一个吊具路径应该优选试图重复使用相同的摄像机/传感器单元的高度以提高运动的摄像机/传感器单元的使用寿命和可用性。因此，摄像机/传感器单元优选只是在位于与摄像机/传感器单元沿着其运动的导轨相交位置处的最佳吊具路径高度和当前的摄像机/传感器单元操作高度之间的差值超过预定阈值时才运动。该阈值高度可以在起重机PLC中如此配置，从而起重机PLC能够决定是否使得吊具和集装箱沿着副最佳吊具路径运动，该路径能够将一个或几个摄像机/传感器单元保持在其当前的操作高度处。

在图9中，在时间t1，沿着导轨运动的摄像机/传感器单元转动并且上下倾斜以扫描集装箱的长侧面例如正面，它在t1时位于位置911处。在时间t2，沿着导轨902运动的摄像机/传感器单元转动并且上下倾斜以扫描集装箱的另一个长侧面例如背面，它在t2时位于位置912处。在集装箱处于位置912处时，沿着导轨901运动的摄像机/传感器单元转动并且上下倾斜以扫描集装箱的正面。这样，获得正面的第二图像。最后，在时间t3，在集装箱处于位置913处时，沿着导轨901运动的摄像机/传感器单元转动并且上下倾斜以对集装箱的背面进行第二次扫描。除了扫描集装箱的长侧面之外，在吊具运动正在与竖直支撑件106和108相交的时刻，沿着导轨901和902运动的摄像机/传感器单元可以上下倾斜并且转动以扫描集装箱的短侧面。

图10还显示出集装箱起重机的侧视图，其具有竖直海侧支撑件106和竖直陆侧支撑件108，在这些支撑件上安装有导轨，具有转动和倾斜摄像机的摄像机/传感器单元正在沿着其运动。图10显示出集装箱1002从存放区域传送给船1001。第一集装箱遵循由起重机的PLC计算出的第一最佳路径1003传送。第二集装箱遵循由起重机的PLC计算出的第二最佳路径1004传送。用来扫描在竖直支撑件108附近的集装箱的运动的摄像机/传感器单元1005使用有关这些最佳路径的信息来使得其摄像机以及最终还有其灯沿着所期望的方向转动并且倾斜，以便扫描集装箱表面。由吊具遵循以装载集装箱的最佳路径1003或1004取决于集装箱在船上的目的地位置和集装箱在码头上的原始位置。该最佳路径对于每个集装箱而言是不同的：对于靠近在此处将可动摄像机1005安装在其上的起重机支腿108的某些集装箱而言它将是上倾的，而对于靠近所述支腿108的其它集装箱而言它将是下倾的。由于在摄像机/传感器单元1005中采用了旋转和倾斜的摄像机和照明单元，所以本发明能够对集装箱进行成功扫描，且不会偏离最佳路径并且因此不会影响起重机或终端性能。最后，可以在有限的边界范围内将下一次传送的最佳路径改变为副最佳路径，它能够将可动摄像机/传感器单元保持在其当前的操作高度处，以便提高摄像机/传感器单元的使用寿命，且不会明显影响起重机或终端性能。

虽然已经参照具体实施方案对本发明进行了说明，但是对于本领域技术人员显而易见的是，本发明不限于前面例举说明的实施方案的那些细节，在不脱离本发明的范围的情况下本发明可以采用各种变化和变型来实施。当前的实施方案因此全部都被认为是例举说明而不是进行限制，本发明的范围由所附的权利要求书表示而不是由前面的说明书表示，并且落入在权利要求书的含义和等同方案范围内的所有变化因此打算涵盖在其中。换句话说，它被认为覆盖了落入在基本内在远离的范围内并且其基本属性在本专利申请中被要求保护的任意所有变型、变化或等同方案。阅读本专利申请的读者还要理解的是，词语“包括”或“包含”不排除其它元件或步骤，词语“一个”不排除多个，并且单个元件例如计算机系统、处理器或其它集成单元可以满足在权利要求中所述的几个装置的功能。在权利要求中的任意附图标记不应被解释为对所涉及的相应权利要求进行限制。术语“第一”、“第二”、“第三”、“a”、“b”、“c”等在用在说明书或权利要求书中时是用来在类似的元件或步骤之间进行区分，并且不必是描述顺序或按年代排序的顺序。同样，术语“顶部”、“底部”、“在…上面”、“在…下面”等用来描述，而不必用来表示相对位置。还要理解的是，这样所使用的术语在适当的情况下是可以互换的，并且本发明的实施方案能够按照其它顺序或者按照与上面所述或所示的取向不同的取向根据本发明进行操作。

Claims (16)

1.一种集装箱扫描系统，包括：

可动地安装在集装箱起重机上的摄像机/传感器单元(211，221；311，321，331；411；500)，所述摄像机/传感器单元(211，221；311，321，331；411；500)包括用于扫描集装箱外表面的摄像机(501)和/或传感器(507)；以及

与所述摄像机/传感器单元(211，221；311，321，331；411；500)操作连接的控制单元(520)，所述控制单元(520)能够获得表示所述集装箱起重机的操作位置的位置信息，并且所述控制单元(520)用于根据所述位置信息控制所述摄像机/传感器单元(211，221；311，321，331；411；500)的运动，其特征在于

所述集装箱扫描系统包括安装在所述集装箱起重机的支撑件或梁上的导轨(201，202；301，302，303；401；510)，所述导轨(201，202；301，302，303；401；510)包含有布线空间；

所述摄像机/传感器单元(211，221；311，321，331；411；500)沿着所述导轨(201，202；301，302，303；401；510)可动地安装；并且

所述集装箱扫描系统还包括在所述布线空间中的电源线(505)，用于给所述摄像机/传感器单元(500)供电。

2.如权利要求1所述的集装箱扫描系统，其中所述导轨包括承载结构和所述摄像机/传感器单元沿着其运动的内部结构。

3.如前面权利要求中任一项所述的集装箱扫描系统，其中所述摄像机/传感器单元(211，221；311，321，331；411；500)包括可转动的摄像机和/或传感器。

4.如权利要求3所述的集装箱扫描系统，其中将所述摄像机/传感器转动并且控制成产生所述集装箱的三个图像以分别扫描所述集装箱的正面、短侧面和背面。

5.如前面权利要求中任一项所述的集装箱扫描系统，其中所述摄像机/传感器单元(211，221；311，321，331；411；500)包括倾斜摄像机和/或传感器。

6.如权利要求3和5所述的集装箱扫描系统，其中所述控制单元(520)还能够获得表示所述集装箱起重机的最佳装载/卸载路径的最佳路径信息；并且

其中所述控制单元(520)还适用于根据所述最佳路径信息控制所述摄像机/传感器单元(211，221；311，321，331；411；500)的转动和倾斜。

7.如前面权利要求中任一项所述的集装箱扫描系统，其中所述摄像机/传感器单元(500)还包括照明单元(506)，用于至少在所述扫描期间照亮所述集装箱。

8.如权利要求7所述的集装箱扫描系统，其中所述照明单元(506)是可转动的和/或倾斜的。

9.如权利要求1所述的集装箱，

其中所述导轨(301，302；401；510)基本上竖直地安装在所述集装箱起重机的海侧支撑件(105，106)或陆侧支撑件(107，108)上；

其中所述操作位置为所述集装箱起重机的操作高度；并且

其中所述摄像机/传感器单元(311，321；411；500)沿着所述导轨(301，302；401；510)运动到所述操作高度，在此处在通过所述集装箱起重机使得所述集装箱运动越过所述竖直海侧支撑件(105，106)或陆侧支撑件(107，108)期间，所述摄像机(501)和/或传感器(507)能够扫描所述集装箱的外表面。

10.如权利要求1所述的集装箱扫描系统，

其中所述导轨(303)基本上水平地安装在所述集装箱起重机的门梁(103，104)上；

其中所述操作位置与在其中通过所述集装箱起重机装载或卸载所述集装箱的码头边缘或巷道相距一距离；并且

其中所述摄像机/传感器单元(331)沿着所述导轨运动到这样的位置，即，在此处它能够在通过所述集装箱起重机使得所述集装箱竖直运动越过所述门梁(103，104)期间扫描所述集装箱的正面或背面的外表面。

11.如前面权利要求中任一项所述的集装箱扫描系统，其中所述摄像机/传感器单元(500)还包括无线收发器(503)，用于与所述控制单元(520)和/或地面站无线连接以便传输所扫描或感测到的信息。

12.如权利要求1所述的集装箱扫描系统，其中所述摄像机/传感器单元(500)还包括电源线路通信或PLC接口(504)，以便通过所述电源线路(505)接收来自所述控制单元(520)的控制信号。

13.如前面权利要求中任一项所述的集装箱扫描系统，其中所述摄像机/传感器单元(500)还包括RFID收发器(507)，用于读取和/或检测RFID标签或RFID密封条在所述集装箱的正面或背面处的存在。

14.如前面权利要求中任一项所述的集装箱扫描系统，其中所述集装箱起重机适用于在30米以上的操作高度处操作。

15.如前面权利要求中任一项所述的集装箱扫描系统，其中所述集装箱起重机适用于在50米以上的操作高度处操作。

16.一种用于扫描集装箱的方法，所述方法包括以下步骤：

获得表示用于搬运集装箱的集装箱起重机的操作位置的位置信息；

根据所述位置信息控制摄像机/传感器单元(211，221；311，321，331；411；500)沿着导轨(101，102，103，104，105，106)的运动，所述摄像机/传感器单元沿着所述导轨(201，202；301，302，303；401；510)可动地安装，所述导轨安装在所述集装箱起重机的支撑件或梁(101，102，103，104，105，106)上并且包含有布线空间；

借助在所述布线空间中的电源线(505)给所述摄像机/传感器单元(500)供电；以及

通过包含在所述摄像机/传感器单元(211，221；311，321，331；411；500)中的摄像机(501)和/或传感器(507)扫描所述集装箱的外表面。