CN104843583A - 基于岸桥的轮廓信息扫描方法和系统 - Google Patents

基于岸桥的轮廓信息扫描方法和系统 Download PDF

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童巍
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Abstract

本发明提供了一种基于岸桥的轮廓信息扫描方法，所述岸桥包括小车和吊具，包括：实时扫描所述岸桥下的目标物体的轮廓信息；实时采集所述岸桥的运行参数信息；在所述轮廓信息中实时检索出小车的当前位置处的障碍物，进而根据所述目标物体的轮廓信息和所述岸桥的运行参数信息计算出当前岸桥小车运行方向和吊具起升方向上的障碍物信息；以及根据所述障碍物信息控制所述小车、吊具的运动，从而实现小车运行方向和吊具起升方向上的小车和吊具防撞。此外，本发明还提供了一种基于岸桥的轮廓信息扫描系统。

Description

基于岸桥的轮廓信息扫描方法和系统
技术领域
本发明涉及起重机远程操作、半自动及自动化码头领域，尤其涉及一种基于岸桥的轮廓信息扫描方法和系统。特别是，本发明的方法和系统可以实现船形轮廓信息(profile)的获得、码头起重机小车运行方向和吊具起升方向的吊具防撞保护。
背景技术
随着世界经济的全球化、世界贸易的全球化，港口贸易的发展程度已经成为一个国家或地区的重要因素。一个港口的发展程度是以集装箱的年吞吐量为衡量标准，然而影响集装年吞吐量的一个关键性因素是岸桥在船上抓、放箱的效率问题。
传统岸桥在船上作业时，主要依靠司机凭借经验和感觉，人为控制吊具进行抓、放箱作业，由于疲劳等原因，经常会出现吊具撞箱或砸箱事故，大大降低了岸桥的操作效率。为了提高工作效率和操作安全性，上海振华重工电气有限公司研究开发了一种操作简单方便，实时性好，故障率低，高效率的岸桥船形扫描系统。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种基于岸桥的轮廓信息扫描方法，所述岸桥包括小车和吊具，包括：
实时扫描所述岸桥下的目标物体的轮廓信息；
实时采集所述岸桥的运行参数信息；
在所述轮廓信息中实时检索出小车的当前位置处的障碍物，进而根据所述目标物体的轮廓信息和所述岸桥的运行参数信息计算出当前岸桥小车运行方向和吊具起升方向上的障碍物信息；以及
根据所述障碍物信息控制所述小车、吊具的运动，从而实现小车运行方向和吊具起升方向上的小车和吊具防撞。
较佳地，在上述的轮廓信息扫描方法中，所述轮廓信息由分别设置于所述岸桥的海侧和陆侧的两台激光扫描仪扫描获得。
较佳地，在上述的轮廓信息扫描方法中，所述运行参数信息至少包括小车位置以及吊具起升高度。
较佳地，在上述的轮廓信息扫描方法中，在计算出当前岸桥小车方向和吊具起升方向上的障碍物信息的步骤之前，该轮廓信息扫描方法还包括：利用标定方法将所述激光扫描仪、吊具和小车统一至同一坐标系中。
较佳地，在上述的轮廓信息扫描方法中，在计算出当前岸桥小车方向和吊具起升方向上的障碍物信息的步骤之前，该轮廓信息扫描方法还包括：利用时间戳将目标物体的轮廓信息和小车的位置信息进行匹配。
较佳地，在上述的轮廓信息扫描方法中，上述根据所述目标物体的轮廓信息和所述岸桥的运行参数信息计算出当前岸桥小车方向和吊具起升方向上的障碍物信息的步骤进一步包括：检索出小车的当前位置处的障碍物的高度，并将该障碍物的高度同吊具的当前高度进行比较；以及检索出吊具的当前高度处的障碍物的水平位置，并将该障碍物的水平位置同目标物体的当前水平位置进行比较。
根据本发明的另一方面，提供了一种基于岸桥的轮廓信息扫描系统，所述岸桥包括小车和吊具，包括：
激光扫描仪，设置于所述岸桥的海侧和陆侧，所述激光扫描仪实时扫描所述岸桥下的目标物体的轮廓信息；
岸桥控制系统，通信连接至所述激光扫描仪，所述岸桥控制系统实时采集所述岸桥的运行参数信息，在所述轮廓信息中实时检索出小车的当前位置处的障碍物，进而根据所述目标物体的轮廓信息和所述岸桥的运行参数信息计算出当前岸桥小车运行方向和吊具起升方向上的障碍物信息，并根据所述障碍物信息控制所述小车、吊具的运动，从而实现小车运行方向和吊具起升方向上的小车和吊具防撞。
较佳地，在上述的轮廓信息扫描系统中，还包括：通信连接至所述岸桥控制系统的嵌入式触摸屏，实时显示所述目标物体的轮廓信息和所述岸桥的运行参数信息。
综上所述，本发明的方法和系统可以实时获得设备下方的目标物体或集装箱的轮廓信息、实时显示系统轮廓(Profile)信息及系统工作状态。此外，本发明还可以在岸桥高速运行过程中实时、准确地获得岸桥小车、起升的位置反馈信息，并有效控制岸桥上的小车及吊具的运动，实现小车及吊具的碰撞保护。
应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。
附图说明
包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：
图1示出了本发明的轮廓信息扫描方法的基本步骤的流程图。
图2示出了轮廓信息扫描系统的基本结构。
具体实施方式
现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。
图1示出了本发明的轮廓信息扫描方法的基本步骤的流程图。如图所示，本发明的基于岸桥的轮廓信息扫描方法100主要包括以下步骤：
步骤101：实时扫描上述岸桥下的目标物体的轮廓信息，例如该轮廓信息可以是由分别设置于上述岸桥的海侧和陆侧的两台激光扫描仪扫描获得；
步骤102：实时采集上述岸桥的运行参数信息，其中该运行参数信息优选至少包括小车位置以及吊具起升高度；
步骤103：在上述轮廓信息中实时检索出小车的当前位置处的障碍物，进而根据上述目标物体的轮廓信息和上述岸桥的运行参数信息计算出当前岸桥小车运行方向和吊具起升方向上的障碍物信息；以及
步骤104：根据上述障碍物信息控制上述小车、吊具的运动，从而实现小车运行方向和吊具起升方向上的小车和吊具防撞。
根据本发明的一个优选实施例，在上述的计算出当前岸桥小车方向和吊具起升方向上的障碍物信息的步骤(即步骤103)之前，该轮廓信息扫描方法还可以包括：利用标定方法将上述激光扫描仪、吊具和小车统一至同一坐标系中；或者还可以包括：利用时间戳将目标物体的轮廓信息和小车的位置信息进行匹配。比如，可以在获得小车位置的同时记录下当前系统CPU时钟，利用激光器获得目标物体时也记下该时刻的CPU时钟。数据处理时，将上述两个时间戳进行匹配，获得时间上最匹配的两组数据合成同一时刻的轮廓信息，从而获得到完整、准确的轮廓Profile数据信息。
例如，上述的坐标系可以是以岸桥的小车方向为X轴，其正方向定义成海侧为正方向；岸桥的吊具起升方向为Y轴，其正方向定义成起升向上的方向为正方向；岸桥的大车方向为Z轴，正方向定义成面向海侧左侧为正方向。
本发明的系统标定需要将激光测距仪、岸桥小车、岸桥吊具统一到相同的坐标系中。系统通过激光测距仪测量岸桥上固定参照物的方法，利用系统内部算法检测机制计算得到激光器、小车、吊具在同一坐标系中各自的位置参数，进而实现了系统标定。
在步骤103中，较佳地，可以进一步包括：检索出小车的当前位置处的障碍物的高度，并将该障碍物的高度同吊具的当前高度进行比较；以及检索出吊具的当前高度处的障碍物的水平位置，并将该障碍物的水平位置同目标物体的当前水平位置进行比较。
现在转到图2，该图示出了轮廓信息扫描系统的一个实施例的基本结构。本发明的基于岸桥的轮廓信息扫描系统200主要包括：激光扫描仪201、岸桥控制系统202和嵌入式触摸屏203。
激光扫描仪201设置于上述岸桥的海侧和陆侧，上述激光扫描仪201实时扫描上述岸桥下的目标物体的轮廓信息。考虑到码头需要24小时作业、抗干扰以及天气等外界因素，该激光扫描仪201采用长距离、高精度激光测距仪，且该激光测距仪的数据输出可以采用以太网通讯方式，从而提高了扫描数据的实时性。
岸桥控制系统202通信连接至上述激光扫描仪201。上述岸桥控制系统201实时采集上述岸桥的运行参数信息，在上述轮廓信息中实时检索出小车的当前位置处的障碍物，进而根据上述目标物体的轮廓信息和上述岸桥的运行参数信息计算出当前岸桥小车运行方向和吊具起升方向上的障碍物信息，并根据上述障碍物信息控制上述小车、吊具的运动，从而实现小车运行方向和吊具起升方向上的小车和吊具防撞。
嵌入式触摸屏203通信连接至上述岸桥控制系统202，或者也可以连接至上述的激光扫描仪201。该嵌入式触摸屏203可以实时显示上述目标物体的轮廓信息和上述岸桥的运行参数信息，使得系统操作简单直观，方便集成。
该系统200可以采用了Profibus DP总线通讯方式，及实时性比较高的WinCE系统作为平台，底层通讯驱动采用多线程收发机制，可以提高了系统与PLC通讯数据交互的实时性。在数据正确性方面，系统底层驱动增加了通讯数据校验机制，保证了数据的准确性。
该系统200可以将当前船形Profile数据信息与实时获得的岸桥小车位置、吊具高度信息进行比对计算，获得吊具与目标物体在小车或起升方向的距离值，再根据岸桥起重机额定减速度值计算出岸桥小车或起升减速的实时速度值，通过比例关系转换为实际减速速度值，传送给PLC对岸桥小车或起升的运行速度进行控制，进而实现岸桥小车、起升方向的吊具防撞保护和智能减速功能。
综上所述，本发明通过采用以上所述的技术方案有效提高了系统数据采集、数据传榆及数据显示的实时性、准确性和稳定性，为岸桥吊具防撞保护和智能减速提供了一种实时性、高效、低成本的系统和方法。由于系统方便操作、结构简单、独立性强，可为原有岸桥设备改造升级安装，也可为新岸桥设备安装。大大提高了岸桥设备操作的安全性和运行效率。
本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (8)

1.一种基于岸桥的轮廓信息扫描方法，所述岸桥包括小车和吊具，其特征在于，包括：
实时扫描所述岸桥下的目标物体的轮廓信息；
实时采集所述岸桥的运行参数信息；
在所述轮廓信息中实时检索出小车的当前位置处的障碍物，进而根据所述目标物体的轮廓信息和所述岸桥的运行参数信息计算出当前岸桥小车运行方向和吊具起升方向上的障碍物信息；以及
根据所述障碍物信息控制所述小车、吊具的运动，从而实现小车运行方向和吊具起升方向上的小车和吊具防撞。
2.如权利要求1所述的轮廓信息扫描方法，其特征在于，所述轮廓信息由分别设置于所述岸桥的海侧和陆侧的两台激光扫描仪扫描获得。
3.如权利要求1所述的轮廓信息扫描方法，其特征在于，所述运行参数信息至少包括小车位置以及吊具起升高度。
4.如权利要求2所述的轮廓信息扫描方法，其特征在于，在计算出当前岸桥小车方向和吊具起升方向上的障碍物信息的步骤之前，该轮廓信息扫描方法还包括：
利用标定方法将所述激光扫描仪、吊具和小车统一至同一坐标系中。
5.如权利要求1所述的轮廓信息扫描方法，其特征在于，在计算出当前岸桥小车方向和吊具起升方向上的障碍物信息的步骤之前，该轮廓信息扫描方法还包括：
利用时间戳将目标物体的轮廓信息和小车的位置信息进行匹配。
6.如权利要求1所述的轮廓信息扫描方法，其特征在于，上述根据所述目标物体的轮廓信息和所述岸桥的运行参数信息计算出当前岸桥小车方向和吊具起升方向上的障碍物信息的步骤进一步包括：
检索出小车的当前位置处的障碍物的高度，并将该障碍物的高度同吊具的当前高度进行比较；以及
检索出吊具的当前高度处的障碍物的水平位置，并将该障碍物的水平位置同目标物体的当前水平位置进行比较。
7.一种基于岸桥的轮廓信息扫描系统，所述岸桥包括小车和吊具，其特征在于，包括：
激光扫描仪，设置于所述岸桥的海侧和陆侧，所述激光扫描仪实时扫描所述岸桥下的目标物体的轮廓信息；
岸桥控制系统，通信连接至所述激光扫描仪，所述岸桥控制系统实时采集所述岸桥的运行参数信息，在所述轮廓信息中实时检索出小车的当前位置处的障碍物，进而根据所述目标物体的轮廓信息和所述岸桥的运行参数信息计算出当前岸桥小车运行方向和吊具起升方向上的障碍物信息，并根据所述障碍物信息控制所述小车、吊具的运动，从而实现小车运行方向和吊具起升方向上的小车和吊具防撞。
8.如权利要求7所述的轮廓信息扫描系统，其特征在于，还包括：通信连接至所述岸桥控制系统的嵌入式触摸屏，实时显示所述目标物体的轮廓信息和所述岸桥的运行参数信息。
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