CN108473286A - 集装箱起重机控制系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种集装箱起重机控制系统，包括：照相机(10)，被配置为被固定地安装到起重机以获得一系列捕获图像；视频输出(25)，被配置为基于所述一系列捕获图像(31)来提供包括一系列裁剪图像(30)的视频信号；以及控制设备，被配置为针对所述捕获图像的至少一部分和相应的裁剪图像而接收指示所述起重机(51)的负载(21)的当前高度(22)的输入信号，其中所述控制设备(15)被配置为基于所述负载(21)的所述当前高度(22)来控制所述捕获图像内的所述相应的裁剪图像的位置(35)。

Description

集装箱起重机控制系统
技术领域
本发明涉及集装箱起重机的远程控制。
背景技术
集装箱起重机被用于处理货运集装箱，以在集装箱码头、货运港口等处的运输模式之间转移集装箱。标准海运集装箱被用于在全球范围内运输大量和日益增多的货物。转运是货运处理中的关键功能。转运可能发生在每个转移点处，并且通常有大量的集装箱必须被卸载、转移到临时堆垛并且随后被装载到另一艘船舶上或者被装载回同一艘船舶上或被装载到另一种运输形式上。
传统上，集装箱起重机已经在被安装在集装箱起重机上的驾驶室内进行控制。然而，最近集装箱起重机已经变成远程控制。这允许操作员坐在办公室中并控制起重机。这已经消除了港口工人遭受危险和伤害的许多情况。由于在装载和/或卸载发生时船舶在港口中闲置，所以装载和卸载船舶被视为就处理货物而言的关键阶段或瓶颈。为了减少这种闲置时间，集装箱起重机通常在长班次上连续运行，直到每艘船的装载或卸载完成为止。通过允许远程控制，针对(由于新班次、休息等的)操作员更改的交接时间大大减少。
为了了解集装箱和起重机如何操作，通过起重机从照相机向操作员所在的办公室提供视频馈送。但是，由于起重机的移动和起重机的环境，使得照相机处于大量的机械应力和环境应力之下。
WO2015/022001A1提出了一种使用集装箱起重机将集装箱自动着陆在着陆目标上的方法。集装箱起重机包括用于夹持并提升集装箱的吊车和吊具，以及用于控制所述集装箱起重机的移动的起重机控制系统。测量从集装箱到着陆目标的距离，并根据测量的距离而将集装箱移向着陆目标。使用被安装在吊具上的至少一个照相机来制作着陆目标的多个图像。处理该图像以识别着陆目标的图像中的一个或多个着陆特征。基于图像中集装箱与着陆特征之间的距离的测量来计算从集装箱到着陆目标的距离。
发明内容
本发明的目的是提供一种允许对集装箱起重机进行远程控制、其中减少照相机上的机械应力的解决方案。
根据第一方面，提出了一种集装箱起重机控制系统，包括：照相机，被配置为被固定地安装到起重机以获得一系列捕获图像；视频输出，被配置为基于所述一系列捕获图像来提供视频信号，所述视频信号包括一系列裁剪图像；以及控制设备，被配置为针对所述捕获图像的至少一部分和相应的裁剪图像，接收指示所述起重机的负载的当前高度的输入信号，其中所述控制设备被配置为基于所述负载的所述当前高度而控制所述捕获图像内的所述相应的裁剪图像的位置。
这样，所述集装箱起重机控制系统可以设置有固定安装的照相机。与可倾斜的照相机相比，这是一个很大的改进，因为环境因素(风、雨、雪等)以及施加于照相机的机械力对机械实现方式提出了巨大的要求。此外，可倾斜的照相机受到在此环境中出现的G力的影响，因为可倾斜的照相机需要能够倾斜并且因此包含敏感电机和电机控制。利用这里可实现的固定安装的摄像头，无需任何移动部件，从而大大提高了可靠性。
所述照相机可以包括控制信号输入和所述视频输出，其中在所述控制信号输入上提供的控制信号控制所述相应的捕获图像内的每个裁剪图像的位置。在这种情况下，通过在所述控制信号输入上发送照相机控制信号，所述控制设备被连接到所述照相机以基于所述负载的所述当前高度来控制所述裁剪图像的所述位置。
所述集装箱起重机控制系统还可以包括操作员终端，所述操作员终端被配置为接收用于向操作员呈现的所述视频信号并且被配置为接收用于控制所述起重机的用户输入，从而产生用于向所述控制设备提供的起重机控制信号。在这种情况下，所述控制设备被配置为从所述操作员终端接收所述起重机控制信号并且提供相应的控制信号以控制起重机操作。
所述照相机还可以进一步对所述控制信号输入上的变焦信号作出响应，其中所述变焦信号控制所述裁剪图像与所述捕获图像相比的尺寸。
所述照相机还可以对所述控制信号输入上的变焦信号作出响应，其中所述变焦信号控制所述照相机的光学变焦。
所述控制设备可以被配置为在所述负载的所述高度降低时向所述照相机发送变焦信号以放大，并且在所述负载的所述高度增加时向所述照相机发送变焦信号以缩小。
所述集装箱起重机控制系统还可以包括编码器，所述编码器被配置为接收所述视频信号，并且将所述视频信号编码为用于提供给所述操作员终端的压缩数字视频流，所述编码器与所述照相机不同。
所述视频信号可以包括表示一系列图像的视频流。
根据第二方面，提出了一种集装箱起重机，所述集装箱起重机包括根据所述第一方面的吊具、吊车和集装箱起重机控制系统。
根据第三方面，提出了一种用于控制从集装箱起重机控制系统的固定安装的照相机所输出的视频信号的方法，所述集装箱起重机控制系统还包括控制设备。所述方法在所述集装箱起重机控制系统中执行并且包括以下步骤：接收指示所述起重机的负载的当前高度的输入信号；在所述照相机中对图像进行捕获，从而产生捕获图像；基于所述负载的所述当前高度而生成照相机控制信号以控制所述捕获图像内的裁剪图像的位置；向所述照相机提供所述照相机控制信号；基于所述输入信号来裁剪所述捕获图像，从而产生裁剪图像；以及在所述视频输出上提供视频信号，所述视频信号包括所述捕获图像的所述裁剪图像。
根据第四方面，提出了一种用于控制从集装箱起重机控制系统的固定安装的照相机所输出的视频信号的计算机程序，所述集装箱起重机控制系统还包括控制设备。所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码在集装箱起重机控制系统上运行时使得所述集装箱起重机控制系统：接收指示所述起重机的负载的当前高度的输入信号；在照相机中对图像进行捕获，从而产生捕获图像；基于所述负载的所述当前高度而生成照相机控制信号以控制所述捕获图像内的裁剪图像的位置；向所述照相机提供所述照相机控制信号；基于所述输入信号来裁剪所述捕获图像，从而产生裁剪图像；以及在所述视频输出上提供视频信号，所述视频信号包括所述捕获图像的所述裁剪图像。
根据第五方面，提出了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括根据所述第四方面的计算机程序以及其上存储有所述计算机程序的计算机可读装置。
通常，权利要求中使用的所有术语根据它们在技术领域中的普通含义来解释，除非在此另外明确定义。除非另有明确说明，所有对“一/一个/该元件、设备、部件、装置、步骤等”的引用将被开放地解释为指的是所述元件、设备、部件、装置、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则本文公开的任何方法的步骤不必按照所公开的确切顺序来执行。
附图说明
现在参照附图以示例的方式描述本发明，其中：
图1是图示了其中可应用本文呈现的实施例的集装箱起重机环境的示意图；
图2是图示了根据一个实施例的图1的集装箱起重机控制系统的示意图；
图3是图示了捕获图像的裁剪图像的示意图；和
图4A-图4B是图示了图3的裁剪图像的电子变焦的示意图；
图5是图示了根据一个实施例的用于控制从集装箱起重机控制系统的固定安装的照相机所输出的视频信号的方法的示意图；和
图6示出了包括计算机可读装置的计算机程序产品的一个示例。在该计算机可读装置上计算机
具体实施方式
现在将参考附图在下文中更全面地描述本发明，其中示出了本发明的某些实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的实施例；相反，通过示例的方式提供这些实施例，以使得本公开将是彻底和完整的并且将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的要素。
图1是图示了其中可应用本文呈现的实施例的集装箱起重机环境的示意图，并且图2是图示了根据一个实施例的图1的集装箱起重机控制系统的示意图。现在将呈现参考图1和图2两者的组合描述。
集装箱起重机51使用被安装在吊具55和吊车53上的多个强力电动机，来为移动部件供电并且将用于提升或下降吊具55的钢丝绳或缆绳卷入或放出，该吊具55夹持以集装箱形式的负载21。电动机还被用于为夹持吊具55的吊车53的运动进行供电，以将集装箱从船舶提升并运输出来并且到陆地上的卡车车架59或堆垛等之上，或者如果装载则反之亦然。
海运集装箱的宽度被标准化为8英尺，但高度在8至9.5英尺之间变化。最常用的标准长度为20英尺和40英尺长。40英尺的集装箱在今天非常普遍，甚至长达53英尺长的更长的集装箱也在使用中。国际标准尺寸基于1968年至1970年间制订的多个ISO推荐标准，并且尤其是基于1970年1月的推荐标准R1161，该推荐标准R1161提出了对标准集装箱角部配件的尺寸的推荐。可以说，标准集装箱上的角部配件之间的距离是按照ISO推荐标准被标准化的。角部配件(也称为角部铸件)包括标准开口，以使得通过将吊具55的钩插入集装箱21顶部处的四个角部配件中的每个角部配件中来拾取集装箱。在1984年的另一个标准ISO 1161中限定了椭圆形开口的尺寸和形状。例如那些在集装箱底部上的相同类型的角部配件可以被用于将集装箱锁定就位在船舶上(例如在船舱或甲板上)或者在货车或车架上的位置处。
吊具55因此被用于使用钩、扭锁或其他配件来紧握集装箱21以与集装箱上的角部配件中的标准尺寸开口相接合，以将集装箱21提升、降低和释放。在本说明书中，术语“吊具55”被用于表示提升设备与集装箱21直接接触的一部分。吊具55通常被设计成处理多于一种尺寸的集装箱，通常为20-40英尺长或20-40-45英尺长的集装箱。吊具55可以在任何时间提升并处理一个单独的40英尺或45英尺的集装箱或者两个20英尺的集装箱。一些吊具55可在使用中进行调整，以使得通过调整吊具的长度、一次可使用同一吊具55来拾取一个20英尺或两个20英尺的集装箱。
集装箱起重机51因此被用于例如从船舶上提升负载21并将其着陆在车架59上，或反之亦然。备选地，集装箱起重机51可以被用于在船与地面或集装箱堆垛或任何其他合适的集装箱移动之间来转移集装箱2。
集装箱起重机控制系统1被用于控制起重机51的操作。为了允许例如从办公室7对起重机51进行远程控制，集装箱起重机控制系统1包括照相机10和控制设备15。可选地，照相机10和控制设备15形成单个组合设备的一部分。
照相机10是数字照相机，并且包括用于提供视频信号的视频输出25和控制信号输入26。照相机10捕获包含负载21的至少一部分和吊具55的图像。视频输出25可以是任何合适的类型，并且可以例如包括用于HD-SDI(高清晰度串行数字接口)、HDMI(高清晰度多媒体接口)、DVI(数字视频接口)、DisplayPort等中的任何一个的视频连接器。捕获图像被裁剪，并且这些裁剪图像在视频信号17上向视频输出25提供。视频信号17是视频流的形式，即一系列图像(在这种情况下为裁剪图像)的数字表示的形式。视频信号17可以是压缩的视频信号或未压缩的视频信号。
在控制信号输入26上提供的照相机控制信号控制捕获图像内的裁剪图像的位置。裁剪图像的位置的控制与裁剪图像的平移和倾斜相对应，就好像照相机10由于照相机控制信号而被物理旋转一样。因此，照相机10不需要能够倾斜或旋转来提供平移和倾斜功能，并且其因此可以被固定地安装到起重机51。与可旋转的照相机相比，这是一个很大的改进，因为环境因素(风、雨、雪等)以及施加于照相机的机械力对机械实现方式提出了巨大的要求。此外，可倾斜的照相机受到在此环境中出现的G力的影响，因为可倾斜的照相机需要能够倾斜，并且因此包含敏感电机和电机控制。利用这里能够实现的固定安装的照相机，无需任何移动部件，从而大大提高了可靠性。
控制设备是能够执行逻辑操作的任何合适的控制设备，并且可以包括中央处理单元(CPU)、微控制器单元(MCU)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和分立逻辑电路的任何组合，可选地与持久性存储器(例如只读存储器，ROM)组合。
控制设备15接收指示起重机51的负载21的当前高度22的输入信号18。可选地，输入信号还包括集装箱尺寸指示符。高度22可以被测量为到车架59的距离，或者在没有设置车架59的情况下为到任何位于负载21下方的地面、甲板或集装箱堆垛的距离。控制设备15被连接到照相机10，以基于负载21的当前高度22来发送照相机控制信号19以控制裁剪图像的位置。
这样，照相机10在不需要用于平移或倾斜的物理照相机旋转的情况下提供了集装箱和吊具55的相关视图。
操作员终端12可以被看作是形成集装箱起重机控制系统1的一部分，并且例如通过IP(互联网协议)链路、通过有线接口(例如以太网)或无线接口(例如IEEE 802.11标准中的任何一个)而被连接到照相机10和控制设备15。操作员终端12可以例如是固定式计算机、或膝上型计算机、或被配置为接收和呈现视频信号并允许用户输入的任何其他合适的设备。操作员终端12因此被配置为接收视频信号以便呈现给操作员5。此外，操作员5可以基于所显示的视频信号向操作员终端12提供输入以用于控制起重机。这导致提供给控制设备15的起重机控制信号16。控制设备15接收来自操作员终端12的起重机控制信号16，并提供相应的控制信号16'以控制起重机操作，由此影响起重机的电机51例如以提升或降低集装箱21或者移动起重机51。
在一个实施例中，照相机对控制信号输入26上的变焦信号作出响应，其中变焦信号控制裁剪图像与捕获图像相比的尺寸，如图4A-图4B所示并在下面所描述的。这实现了电子变焦。备选地或附加地，控制信号输入26上的变焦信号控制照相机的光学变焦，这在放大时捕获图像的分辨率失去太多细节的情况下会很有用，在放大时捕获图像的分辨率取决于捕获图像的分辨率以及所应用的电子变焦的量。
可以通过控制设备15自主地控制变焦信号。在这种情况下，控制设备15在负载的高度减少(即远离照相机10移动)时向照相机10发送变焦信号以进行放大，并在负载的高度增加(即朝向照相机移动)时向照相机发送变焦信号以缩小。可选地，操作员5可以使用操作员终端12来覆盖自主得到的变焦。
为了高效地对视频进行编码，可选地提供编码器11。编码器11接收视频信号17(例如以HD-SDI格式)，并将该视频信号编码为例如H.264的压缩数字视频流17'。然后将压缩数字视频流17'提供给操作员终端12。通过提供与照相机不同的编码器，可以提供更简单的照相机。
要注意的是，裁剪可以如上所述发生在照相机10中，或者发生在集装箱起重机控制系统1的任何其他合适的部件中，诸如在控制设备15中或甚至在编码器11中。
要注意的是，可以针对基于捕获图像生成的每个裁剪图像来考虑输入信号。备选地，可以仅在一定间隔下考虑输入信号，并且在这种输入信号考虑之间可以不变地(即基于输入信号的最后已知考虑)执行对裁剪图像的裁剪。
图3是图示了捕获图像31的裁剪图像30的示意图。还示出了坐标系x、y，其中y轴向下为正，如图像处理中的惯例那样。但是，可以应用任何合适的坐标系。
裁剪图像30被包含在捕获图像内的位置35处。位置35在这里被定义为裁剪图像30的左上角；然而，该位置可以被限定于在裁剪图像30的任何合适的预定义位置处。位置35由x坐标35x和y坐标35y组成。在平移时，x坐标35x被改变，并且在倾斜时，y坐标35y被改变。
图4A-图4B是图示了图3的裁剪图像的电子变焦的示意图。图4A图示了图3的情况。图4B图示了已经将放大信号提供给照相机以进行放大的情况。在这种情况下，生成了小于原始裁剪图像30的经调整的裁剪图像30'。当被提供为作为视频流的一部分的全屏图像时，这给出了放大的效果，实现了电子变焦。可选地，计算具有对应坐标35x'、35y'的新位置35'，以使得在变焦期间裁剪图像30的中心38保持静止。如上面所解释的，如果捕获图像的分辨率和电子变焦水平不足以提供具有足够质量的裁剪图像，则可以使用光学变焦来代替电子变焦或者与电子变焦结合使用光学变焦。
图5是图示了根据一个实施例的用于控制从集装箱起重机控制系统的固定安装的照相机所输出的视频信号的方法的示意图。如上面所解释的，集装箱起重机控制系统还包括控制设备。
在接收输入信号的步骤60中，接收输入信号。输入信号指示起重机的负载的当前高度。
在可选的生成照相机控制信号的步骤62中，生成照相机控制信号。照相机控制信号被用于基于负载的当前高度来控制裁剪图像在捕获图像内的位置。
在可选的提供照相机控制信号的步骤64中，从控制设备向照相机提供照相机控制信号。
在捕获图像的步骤66中，在照相机中捕获图像，产生捕获图像。
在裁剪图像的步骤68中，基于输入信号(可选地经由照相机控制信号)裁剪捕获图像，产生裁剪图像。
在提供视频信号的步骤70中，在视频输出上提供包括捕获图像的裁剪图像的视频信号。
在新的输入信号的条件步骤72中，确定是否有新的输入信号可用。如果是可用的情况，则方法返回到接收输入信号的步骤60。否则，方法返回到捕获图像的步骤66。
只要没有提供新的输入信号，就可以重复步骤66、68和70。当提供新的输入信号时，方法
图6示出了包括计算机可读装置的计算机程序产品的一个示例。在该计算机可读装置上可以存储计算机程序91，该计算机程序可以使处理器执行根据本文描述的实施例的方法。在该示例中，计算机程序产品是诸如CD(压缩盘)或DVD(数字多功能盘)或蓝光盘的光盘。如上面所解释的，计算机程序产品也可以被实施在设备的存储器中。虽然计算机程序91在这里被示意性地示出为所描绘的光盘上的轨道，但是计算机程序可以以适合于计算机程序产品的任何方式被存储，诸如被存储在可移除的固态存储器、例如通用串行总线(USB)驱动器中。
上面已经主要参照几个实施例描述了本发明。然而，如本领域技术人员容易理解的，除了以上公开的实施例以外的其他实施例同样可以落在由所附专利权利要求限定的本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种集装箱起重机控制系统(1)，包括：
照相机(10)，被配置为被固定地安装到起重机以获得一系列捕获图像；
视频输出(25)，被配置为提供视频信号(17)，所述视频信号(17)包括分别基于所述一系列捕获图像(31)的一系列裁剪图像(30)；以及
控制设备(15)，被配置为针对所述捕获图像中的至少一部分捕获图像和相应的裁剪图像，来接收指示所述起重机(51)的负载(21)的当前高度(22)的输入信号(18)，其中所述控制设备(15)被配置为基于所述负载(21)的所述当前高度(22)，来控制所述相应的裁剪图像在所述捕获图像内的位置(35)。
2.根据权利要求1所述的集装箱起重机，其中：
所述照相机包括控制信号输入(26)和所述视频输出(17)，其中在所述控制信号输入上提供的控制信号控制每个裁剪图像(30)在相应的捕获图像(31)内的所述位置(35)；并且
其中所述控制设备(15)被连接到所述照相机(10)，以基于所述负载(21)的所述当前高度(22)、通过在所述控制信号输入(26)上发送照相机控制信号，来控制所述裁剪图像的所述位置(35)。
3.根据权利要求1或2所述的集装箱起重机控制系统(1)，还包括操作员终端(12)，所述操作员终端(12)被配置为接收用于向操作员(5)呈现的所述视频信号，并且被配置为接收用于控制所述起重机的用户输入，从而产生用于提供给所述控制设备(15)的起重机控制信号(16)；
其中所述控制设备(15)被配置为从所述操作员终端(12)接收所述起重机控制信号(18)，并且提供对应的控制信号以控制起重机操作。
4.根据权利要求2或3所述的集装箱起重机控制系统(1)，其中所述照相机还对所述控制信号输入上的变焦信号作出响应，其中所述变焦信号控制所述裁剪图像与所述捕获图像相比的尺寸。
5.根据权利要求2或3所述的集装箱起重机控制系统(1)，其中所述照相机还对所述控制信号输入上的变焦信号作出响应，其中所述变焦信号控制所述照相机的光学变焦。
6.根据权利要求4或5所述的集装箱起重机控制系统(1)，其中所述控制设备被配置为：在所述负载的所述高度减少时向所述照相机发送变焦信号以进行放大，并且在所述负载的所述高度增加时向所述照相机发送变焦信号以进行缩小。
7.根据前述权利要求中任一项所述的集装箱起重机控制系统(1)，还包括编码器，所述编码器被配置为接收所述视频信号，并且将所述视频信号编码为用于提供给所述操作员终端的压缩数字视频流，所述编码器与所述照相机不同。
8.根据前述权利要求中任一项所述的集装箱起重机控制系统(1)，其中所述视频信号包括视频流。
9.一种集装箱起重机(51)，包括吊具(55)、吊车(53)、以及根据前述权利要求中任一项所述的集装箱起重机控制系统(1)。
10.一种用于控制从集装箱起重机控制系统(1)的固定地安装的照相机(10)所输出的视频信号的方法，所述集装箱起重机控制系统(1)还包括控制设备(15)，所述方法在所述集装箱起重机控制系统(1)中被执行并且包括以下步骤：
接收(60)指示所述起重机(51)的负载(21)的当前高度(22)的输入信号(18)；在所述照相机(10)中对图像(31)进行捕获(66)，从而产生捕获图像；
基于所述负载(21)的所述当前高度(22)，生成(62)照相机控制信号以控制裁剪图像(30)在捕获图像(31)内的位置(35)；
向所述照相机(10)提供(64)所述照相机控制信号；
基于所述输入信号(18)来裁剪(68)所述捕获图像(31)，从而产生裁剪图像；以及
在所述视频输出上提供(70)视频信号(17)，所述视频信号(17)包括所述捕获图像(31)的所述裁剪图像(30)。
11.一种用于控制从集装箱起重机控制系统(1)的固定地安装的照相机(10)所输出的视频信号的计算机程序(91)，所述集装箱起重机控制系统(1)还包括控制设备(15)，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码在集装箱起重机控制系统(1)上运行时使所述集装箱起重机控制系统(1)：
接收指示所述起重机(51)的负载(21)的当前高度(22)的输入信号(18)；
基于所述负载(21)的所述当前高度(22)，生成照相机控制信号以控制裁剪图像(30)在捕获图像(31)内的位置(35)；
向所述照相机(10)提供所述照相机控制信号；
在所述照相机(10)中对图像(31)进行捕获，从而产生捕获图像；
基于所述输入信号(18)来裁剪所述捕获图像(31)，从而产生裁剪图像；以及
在所述视频输出上提供视频信号(17)，所述视频信号(17)包括所述捕获图像(31)的所述裁剪图像(30)。
12.一种计算机程序产品(90)，包括根据权利要求11所述的计算机程序、以及其上存储有所述计算机程序的计算机可读装置。
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