CN109179212A - 集装箱码头自动化轨道桥内跨式双车道检测识别及堆场自动化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集装箱码头自动化轨道桥内跨式双车道检测识别方法，所述轨道桥内侧并排设置有超车道和作业车道，在大车大梁上设置三维激光扫描仪，所述三维激光扫描仪用于监测超车道通行状态，所述三维激光扫描仪与控制器连接，所述控制器与小车机构动力机构控制连接；本发明通过扫描仪采集的数据，进行判断，在作业车道集卡进行装卸箱作业时，若超车道集卡有超车行为，则小车停止作业，保证超车道集卡安全；另外，提供了一种堆场自动化控制方法，利用该方法，可提高堆场自动化程度。

Description

集装箱码头自动化轨道桥内跨式双车道检测识别及堆场自动 化控制方法

技术领域

本发明涉及轨道桥结构技术领域，特别是涉及一种集装箱码头自动化轨道桥内跨式双车道检测识别及堆场自动化控制方法。

背景技术

为了提高码头的作业效率，可以采用在轨道桥内侧单侧并排设置超车道和作业车道的方案，超车道用于非作业车辆行走，作业车道用于作业车辆行走，可大大提高作业效率。然而，在对作业车道集卡进行装卸箱作业时，吊具需穿越超车道集卡，安全风险较大。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的提供一种集装箱码头自动化轨道桥内跨式双车道检测识别及堆场自动化控制方法。

为实现本发明的目的，本发明提供了一种集装箱码头自动化轨道桥内跨式双车道检测识别方法，所述轨道桥内侧并排设置有超车道和作业车道，在大车大梁上设置三维激光扫描仪，所述三维激光扫描仪用于监测超车道通行状态，所述三维激光扫描仪与控制器连接，所述控制器与小车机构动力机构控制连接；

在对作业车道集卡进行装卸箱作业时，若超车道集卡有超车行为，则小车停止作业，保证超车道集卡安全。

其中，所述集装箱码头的大车的轨距为33m，其中01A～05A、01B～05B、01C～04C、01D～05D、01E～05E堆场，大车轨距内布置“7列集装箱+2条集卡车道”，箱间距为460mm，堆码层数为“堆6过7”，两条集卡行车通道布置在自动化箱区同一侧，车道宽7.8m，堆场大车轨道及轨距内自动化箱区通过隔离围栏或U型护栏与集卡行车通道区域分开，围栏总长约16067m，U型护栏共计3455组。

另外，本发明还提供了一种堆场自动化控制方法，包括：

对集卡引导的方法：

利用集装箱自动化轨道桥集卡引导系统进行引导，所述引导系统包括：设置在集卡车道入口处的RFID读卡器、设置在集卡驾驶室内的RFID卡和车载终端以及远程控制器，所述RFID读卡器读取RFID卡内的数据，并将数据传输给远程控制器，远程控制器将导航信息发送给车载终端。其中，沿道路设置多个RFID读卡器，通过道路上设置的多个RFID读卡器读取RFID卡的数据，并将数据传输给远程控制器；

集卡到达码头的智能闸口后，通过RFID读卡器第一时间将车辆集港信息传输至远程控制器，远程控制器向拖车司机的车载终端发送作业指导及路径导航信息；另外，通过设置在闸口、道路及堆场各处的RFID读卡器实时掌握车辆运行位置，使外部车辆在港区内的一切动作尽在掌控，另外，集卡在行驶途中，轨道桥已按设备调度管理系统指令完成了跑位待命。

其中，对集卡引导的方法，包括：

利用安装在大车大梁上的三维激光扫描仪、安装在大车大腿横梁处二维激光扫描仪，对内外集卡进行停车引导，并采用LED显示屏显示集卡对位信息，及时提示集卡司机调整停靠位置，实现ARMG轨距内作业的空载和重载集卡精确对位，使集卡预先准确停在ARMG起吊位置，减轻司机的劳动强度，提高集装箱的装卸效率；

所述三维激光扫描仪和二维激光扫描仪与控制器连接，所述控制器与LED显示屏连接，所述LED显示屏显示集卡对位信息，所述集卡对位信息包括前进或后退方向、距离信息。

其中，定位方法，包括：

(1)大车定位方法：利用Flag板、对射传感器以及第一绝对位置编码器进行定位：

所述Flag板与对射传感器相配合使用，在两侧轨道内侧、堆场外侧的部位安装定位板FLAG，且每隔6m布置一个，用于在大车行进过程中对大车位置进行校正；两侧的Flag板非对称安装；

所述对射传感器在大车两侧分别安装一套，其与所述第一绝对位置传感器通过数据线连接；

所述绝对位置编码器安装在大车机构上，用于记录Flag板的序号；

(2)起升机构定位方法，利用第二绝对位置编码器和凸轮限位器，所述第二绝对位置编码器安装在起升卷筒旁，其用于对起升高度进行定位；所述凸轮限位器安装在起升卷筒末端，其用于起升高度安全保护及对起升位置进行校验。

(3)小车机构定位方法，利用在电机侧安装的一个编码器，所述编码器用于对小车位置进行定位。

与现有技术相比，本发明的有益效果为，通过扫描仪采集的数据，进行判断，在作业车道集卡进行装卸箱作业时，若超车道集卡有超车行为，则小车停止作业，保证超车道集卡安全；另外，提供了一种堆场自动化控制方法，利用该方法，可提高堆场自动化程度。

附图说明

图1所示为本申请的轨道桥结构示意图；

图2所示为本申请扫描仪的减震座结构第一示意图；

图3所示为本申请扫描仪的减震座结构第二示意图；

图中，1-三维激光扫描仪，2-电气房，3-超车道，4-作业车道，5-堆场，6-高压室，7-大梁，8-吊顶螺栓，9-固定框，10-弹簧，11-连接螺栓，12-防护罩，13-紧固螺母，14-旋转螺栓，15-滑动杆，16-弧形夹块，17-弹性片。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

应当说明的是，本申请中所述的“连接”和用于表达“连接”的词语，如“相连接”、“相连”等，既包括某一部件与另一部件直接连接，也包括某一部件通过其他部件与另一部件相连接。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、部件或者模块、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1-图3所示，本发明提供了一种集装箱码头自动化轨道桥内跨式双车道检测识别方法，

所述轨道桥内侧并排设置有超车道和作业车道，在大车大梁上设置三维激光扫描仪，所述三维激光扫描仪用于监测超车道通行状态，所述三维激光扫描仪与控制器连接，所述控制器与小车机构动力机构控制连接；

在对作业车道集卡进行装卸箱作业时，若超车道集卡有超车行为，则小车停止作业，保证超车道集卡安全。

由于三维扫描仪安装的大车经常移动，因此，提供一种减震座使得连接更为稳固。包括防护罩，所述防护罩为方形罩，其下端开口，其两侧分别对称设置有一个夹紧机构，所述夹紧机构包括夹紧块，所述夹紧块的一侧连接有滑动杆和旋转螺栓，所述滑动杆一端与夹紧块固定连接，另一端穿过防护罩的壁且与防护罩的壁滑动连接，所述滑动杆的端部设置有端帽，所述旋转螺栓穿过防护罩的壁，且与防护罩的壁螺纹连接，其内侧端与夹紧块滑动连接，通过旋转旋转螺栓，使得夹紧块左右移动；使用的时候，将扫描仪安装在两个夹紧块之间，所述旋转螺栓上螺纹连接有紧固螺母，通过紧固螺母实现旋转螺栓的位置限定；所述夹紧块为弧形夹块，且弧形夹块的内侧设置有弹性片，所述弹性片为橡胶材料；所述防护罩上端通过安装在四个角上的连接螺栓，通过连接螺栓实现防护罩与固定框连接，且防护罩与固定框之间的连接螺栓套接有弹簧，连接螺栓与防护罩和固定框滑动连接，其上端通过螺母进行固定，通过该机构可以实现减震效果，固定框为方形框，固定框上端焊接在大梁上，为了使得连接更加紧固，还通过吊顶螺栓紧固。

堆场内轨道位置维持现状，轨距为33m，其中01A～05A、01B～05B、01C～04C、01D～05D、01E～05E堆场轨距内布置“7列集装箱+2条集卡车道”，箱间距为460mm，堆码层数为“堆6过7”，两条集卡行车通道布置在自动化箱区同一侧，车道宽7.8m。05C场及05R冷藏箱堆场布置8列集装箱+1条集卡车道，箱间距400mm，车道宽6.4m。堆场轨道及轨距内自动化箱区通过隔离围栏或U型护栏与集卡行车通道区域分开，围栏总长约16067m，U型护栏共计3455组。

自动化堆场内部及四周新设围栏，轨道及跨距内自动化箱区通过隔离围栏或U型护栏与集卡行车通道区域分开，围栏总长约16067m，U型护栏共计3455组。

本申请堆场自动化控制方法，包括：

一、定位方法：

(1)起升机构定位方法，起升位置的检测，在起升卷筒旁安装一个绝对位置编码器，对起升高度进行定位；在起升卷筒末端另设有凸轮限位器，用于起升高度安全保护及对起升位置进行校验。

(2)大车机构定位方法，大车定位方法采用FLAG定位方法。FLAG定位方法采用双边绝对值编码器+定位板FLAG校验的方式。在两侧大车机构上各安装1个绝对值编码器和一套对射传感器，用于对大车的绝对位置进行检测；在两侧轨道旁安装定位板FLAG，每隔6m布置一个，用于在大车行进过程中对编码器位置进行校验。

(3)小车机构定位方法，由于小车采用齿轮齿条传动系统，因此只需要在电机侧安装一个安全级别的编码器。

(4)吊具微动系统定位方法，本申请实施例中，31台RMG的吊具微动均为液压油缸配置，对于吊具倾转的实际信号则是利用模拟量输入信号用于反馈，故液压油缸配置会对吊具微动的快速性和精确性有所影响。本方案吊具微动拟通过四个变频器驱动的电动推杆电机来实现，同时增加绝对值编码器来反馈推杆的实际位置，能达到快速且精准的调整吊具，缩短吊具对箱时间。

(5)负载定位方法，为了弥补吊具的定位误差，通过微动推杆、扫描仪或光纤陀螺仪等相关检测技术得到吊具相对于小车的一个相对位置，PLC系统根据系统提供的检测结果计算出一个补偿位置值，并实时监测吊具相对于小车和周围集装箱之间的距离。同时结合吊具和集装箱的相对位置，自动控制PLC会对安装在上架上的吊具微动系统发送指令，补偿测量的偏差值，最终完成吊具定位。对于25台ZPMC供应的使用八绳机械防摇吊具，吊具定位系统无需额外增加吊具防摇功能。

(6)目标定位方法，目标定位方法是通过安装在小车架平台上的两个三维激光扫描仪持续扫描目标物。三维激光扫描仪扫描速度快、精度高，能在小车和大车机构高速运行过程中消除干扰因素对目标物进行精确扫描。目标物包括自动化箱区的集装箱、内外集卡车轮廓、内外集卡所载集装箱。

步骤如下：

1)系统能对箱区轮廓进行扫描，自动识别小车方向和大车方向的各种箱型，如45ft、40ft、20ft，并能扫描出集装箱的高度、宽度和箱间的间隙尺寸(排间隙及贝位间隙)。扫描出的信息跟远程控制系统系统传来的箱区信息作比较，校验其一致性，通过确认后的集装箱轮廓可以计算出集装箱的防碰撞距离，完成对小车的减速和停车控制。

2)系统根据三维激光扫描仪读取的集装箱轮廓信息，计算出最优路线，系统引导吊具停在待装集装箱位置或集卡正上方，并控制吊具下降至安全高度，然后提示远程操作员进入手动作业状态。

3)对于三维激光扫描仪，为保证其测量数据的准确性，在每个箱区入口轨距内安装1个目标定位矫正装置。

(7)集卡引导定位方法

传统方法依靠集卡司机通过个人目测，前后反复移动集卡，完成集卡与吊具对位。传统方法降低了装卸速度，且吊具、集装箱与集卡间的碰撞难以避免。增加集卡引导定位系统，采用基于二维(装卸工艺方案二作业车道在轨道侧工况)、三维激光扫描仪(装卸工艺方案一作业车道与轨道之间有超车道工况)的方式，实现集卡快速精确定位。三维激光扫描仪安装在大梁上、二维激光扫描仪安装在大腿横梁处，用于对内外集卡进行停车引导，并采用LED显示屏显示集卡对位信息(前进或后退方向、距离等信息)，及时提示集卡司机调整停靠位置，实现轨距内作业的空载和重载集卡精确对位，使集卡预先准确停在起吊位置，减轻司机的劳动强度，提高集装箱的装卸效率。

另外，还增加视频监控

视频监控主要由安装于上面的网络摄像机完成，全程作业操作中能及时且清晰地监视全方位的工作视角及周围工作环境。前端摄像头布置情况如下表：

1)通过吊具锁孔摄像头实现自动着箱功能，保证外集卡作业时远程手动操作的准确高效；

2)整体全景摄像头用来查看吊具上架平台电缆卷盘情况及作业过程中正下方情况；

3)集卡车道全景摄像头用来观测集卡车道的情况；

4)大机过街摄像头用于中控室操作人员手动控制过街时，对前后两个方向的道路状况进行观察，保证过街安全；

5)集卡车道前后摄像头安装于集卡车道侧大车门腿，主要用于观察作业车道的集卡锁头，以保证大机对集卡进行装箱箱作业时，集卡前后锁头对锁情况，充分保证装卸作业安全；

6)大机行走摄像头在大机行走时用于查看大车方向的障碍物，确保安全。

(8)集卡车牌号识别方法

采用双重RFID校验集卡信息，在集卡车道入口及大机安装有源RFID读卡器(型号一致)，以获取与集卡绑定的标签信息(内外集卡均需配置RFID卡)。当集卡在集卡车道入口时，将识别集卡上的RFID卡，将信息通知给控制系统，控制系统预先进行装卸作业安排。集卡到达堆场后，RFID系统自动读取车辆信息，通过数据库分析，把集卡车牌号等信息发给控制系统处理相关作业任务，自动核对作业的集装箱是否与集卡信息匹配。

(9)集装箱号码识别及箱门检测方法

为满足作业时的集装箱号自动识别需求，系统通过对接作业管理系统及对应的PLC，获取作业工况类型、起箱高度、作业集装箱箱号等信号，箱号及箱门自动识别系统触发启用集装箱号监控相机截取相应箱号图像，采用图像分析、信号处理、模式识别等技术，对画面中包含集装箱号及箱门的图像进行字符定位、字符分割、字符识别，进而实现集装箱号及箱门的自动化识别。

(10)集卡防吊起方法

本申请在集卡作业车道与大车轨道间增加布置了超车道，出于安全考虑，为了避免超车道车辆对集卡防吊起保护系统造成信号干扰，本工程集卡防吊起保护系统采用在大梁上安装集卡扫描系统(三维激光扫描仪)，通过扫描作业车道集卡轮廓判断集卡是否被吊起，实现集卡防吊起保护功能。

本方案出于大车作业安全及高效考虑，采用在大车大梁上安装集卡扫描系统(三维激光扫描仪)，通过扫描作业车道集卡轮廓判断集卡是否被吊起,实现集卡防吊起保护功能，同时通过扫描车道内空载集卡轮廓及识别重载集卡的集装箱，并根据其位置，引导卡车移动到理想的位置，实现集卡引导定位。此方式与传统方式相比，作业车道集卡防吊起保护系统及集卡引导定位系统几乎不受超车道车辆干扰，确保自动化堆场装卸箱作业安全、高效。若工作贝位上作业车道集卡故障不能移动，则须在超车道进行装卸箱作业，集卡扫描系统能够超车道集卡。如果作业车道故障集卡的司机室处于吊具下方位置，出于安全考虑，需要故障集卡司机人工确认是否安全。

上述系统灵活性更好、场内集卡等待作业时间短、主干道交通组织更顺畅等优点，且高峰时段集装箱装卸桥、集卡作业效率及利用率更高，同时业务组织与现状接近，相对简单。

二、堆场自动控制方法，具体方案如下：

自动化堆场入口处或集卡车道入口通过RFID初检，远程控制器激活工作任务，发送一个工作指令到大车，该指令包括工作的具体箱位、集装箱号码、卡车号码、型号等信息。大车接到工作任务后，启动自动运行模式，按照任务要求自动运动到对应工作指令的源位置。外集卡停到准备停车位后，大车启动相应的子系统，完成集装箱位置或者集卡车位置的检测，并根据检测到的精确位置调整小车、微动系统，从而实现吊具精确定位，然后检查集装箱号码，将吊具下降至安全高度(离地面约6m，甚至更低)，后切换到远程中控室由司机手动操作,中控室司机在现场视频监控画面可以获知当前现场的运行情况。通过语音系统广播语音消息，并通过操作按钮或摇杆实现远程对集卡进行抓箱作业，装箱完毕后将吊具上升至安全高度，返回到自动模式，完成堆场自动放箱。

整个作业过程中，外集卡通道上方的吊具对箱和开闭锁工作均由远程司机在中控室内完成，堆场内的吊具对箱和开闭锁工作均自动完成，大车对内集卡进行装卸箱作业全自动，不需人工介入。

三、远程控制方式

在远程操作模式下，ARMG所有的工作指令都直接来自远程控制系统。无论收箱或提箱作业，大多数操作都能自动完成，包括带路径优化的自动运行、吊具倾转控制、集卡引导、堆场内自动着箱等；为了确保安全，操作员只需要在车道一侧集卡车安全高度上手动接管机构运行和开闭锁等有限几个动作，且自动、手动操作过程能做到无缝切换。ARMG上自动化功能的实现能有效地减轻司机工作强度，并提高堆场的工作效率。

轨距内箱区的一侧有两个车道，靠近大车轨道的为超车道，禁止作业；靠近箱区的车道为作业车道，用于内外集卡装卸集装箱。车道信息在ARMG的参数表中定义，在车道上方有一个安全高度，在外集卡作业时，该高度为自动下降的下限，低于该安全高度时需要手动干预。

当一个自动工作指令给到车道的时候，例如放箱或提箱的指令，在吊具进入车道前必须满足某些条件，吊具在等待位置等待直到条件满足。等待位置可以通过参数预设，小车方向上，该位置位于靠近车道的集装箱排位中心；大车方向和当前作业位置相关，而起升高度选择以下参数的最大值作为高度：①安全高度(根据贝位扫描结果)；②车道安全高度(预设)；③以下情况允许自动进入车道；④进入指令从已定义的工作列表中远程控制系统发送；⑤报告集卡已经到位；⑥在车道内检测到车辆在可接受的范围内。

当在等待位置等待时，如果已发送进入指令，但TPS没有检测到车辆，则远程控制台连接到ARMG，并且操作员可以通过自动辅助按钮移动吊具进入车道，并到达安全高度。如果满足要求，则按自动辅助按钮时吊具/负载均为自动着箱。

在正常情况下，通过远程控制系统向ARMG发送作业指令，则会触发自动运动功能。完整的作业指令通常包括一个提箱和一个放箱两个动作，只有提供足够的位置信息，ARMG才能执行作业。ARMG会首先评估提箱指令，因为它将首先在正常工作序列中执行。对于远程控制系统指示，如果作业指令中只有放箱部分要被执行，工作指令中的提箱指令的值应设置为“-1”。ARMG进度的中间报告将在每个开闭锁操作之后以DoneReport的形式发送。作业DoneReport包含重要信息，以便远程控制系统能够维护其集装箱位置信息。作业指令的执行可能是全自动的，也可能需要操作员操作。

ARMG控制系统在ARMG运动期间通过ARMG状态消息发送位置速度报告到远程控制系统，以提供ARMG在运行过程中位置的信息。

(1)远程指令

1)移动指令

移动指令包括:移动到目的位置；吊具伸缩按工作指令自动执行。移动命令既不包括着箱也不包括开闭锁操作。ARMG到达目标位置时，将保持在安全高度位置。远离功能是指如果一台ARMG得到一个作业指令，但是大车行进方向上被另一台ARMG占用，另一台ARMG就会自动产生一个“内部工作指令”移开，使第一台ARMG能够完成其作业指令。

2)回停车位指令

回停车位指令包括：①存储在ARMG控制系统中的预定义停车位置(小车位置，大车位置，起升高度)；其中小车位置＝预定义的参数值，通常位于小车大梁中心，起升位置＝最大高度，大车位置＝由客户提供。②吊具缩回到20英尺位置。停车指令既不包括着箱也不包括开闭锁操作。可以在软件中准备停车指令，例如正常的停车位置和锚定位置。

3)提箱功能

ARMG可以从车道的集卡上或箱区内的堆场中提箱。根据作业指令的类型，自动或手动执行内部集卡上的着箱指令，手动执行外部集卡上的着箱指令。包括①吊具移至提箱位置；②如果需要，吊具进行伸缩；③着箱；④闭锁操作(执行闭锁操作后结束，吊具停放在集装箱上)。

4)放箱功能

集装箱可以放在车道的集卡上或在箱区内的堆场中。根据作业指令的类型，自动或手动执行内部集卡上的着箱指令，手动执行外部集卡上的着箱指令。包括：

①吊具移至放箱位置；②着箱；③开锁操作(释放)(执行开锁操作后结束，吊具停放在集装箱上。

(2)ARMG运行

ARMG移动通常被视为来自远程控制系统的一个指令，但从ARMG控制系统的观点来看，它由多个作业指令组成，例如提箱和放箱指令。当ARMG在一个贝位工作时，小车/起升机构将使用最佳路径。大车/起升机构没有最佳路径，但当大车开始移动时，有一个“防打保龄”保护功能。除此之外，吊具只有在高于安全高度时才允许大车运动。

1)优化路径

使用最佳路径的原因是为了使小车行驶中的起升运动最小。

2)自动倒箱

倒箱操作(在区域内将集装箱从一个存放位置移动到另一个存放位置)由一个提箱指令和一个放箱指令组成，通常这自动完成。

3)移动至最高高度

在堆场箱区着箱后且开锁完成后，如果没有收到新的指令，吊具仍停在箱子上维持预设时间(默认为5秒)，然后自动起升到最高高度。可以通过调整参数来改变等待时间。在等待期间或在安全高度移动执行期间，新工作指令由ARMG控制系统发送并可以被接受。

4)堆场箱区操作

①吊具高于最大堆垛高度：在箱区内移动，集装箱和吊具高于可能的障碍物的最大高度(最大堆放高度)，则小车或大车的速度没有限制。

②吊具低于最大堆垛高度：只有启用了速度限制，才能将集装箱或吊具降到低于规定行程高度的位置，但是对于ARMG运动，只要ARMG处在箱区内就没有限制。

③吊具尺寸的变化：伸缩吊具只能在设定的行程高度之上。

④ARMG智能减速：根据箱区图的信息，在箱区中实现起升智能减速。

5)车道操作

①吊具高于最大堆高：当起升/吊具机构(或带集装箱)在安全高度以上运行时，小车/大车速度不受限制。如果小车在正确的位置并接收到工作指令，则大车可以在安全高度的轨道上运行。在工作指令给出的目标位置周围，大车移动将被限制在一个很小的范围内。

②起升智能减速：根据给定的工作指令，起升智能减速到车道上的安全高度。

③工作指令和安全确认：运动到集卡车道，集装箱和吊具(或带箱)下降低于安全高度同时需要工作指令和安全确认。

④吊具尺寸的变化：只能在安全高度以上更改吊具的尺寸。

⑤吊具下降：只有实际工作指令中定义的吊具尺寸，才允许降低到安全高度以下。

(3)外集卡作业流程

(4)内集卡作业流程

内集卡和外集卡作业流程大多类似，以下为差异：内部集卡上的着箱可以是手动的，如外集卡部分所描述，也可以根据远程控制系统的工作指令自动进行。集卡引导系统系统还将在自动着箱期间监控整个过程，避免卡车车头被砸在箱子下。

(5)ARMG故障

如果堆场中一台ARMG发生故障并且ARMG之间的通信断开，则相邻的ARMG也将停止，直到通过操作台设置好障碍区域。之后，相邻ARMG将能够继续操作并且因为屏蔽区域，被禁止进入故障ARMG区域。故障ARMG必须被牵引到与其他ARMG干预尽可能少的位置。

(6)箱区地图

箱区地图(堆场配置文件数据库)包含每个堆垛高度，每个堆垛中集装箱长度等数据，并实现对箱区中集装箱的安全和优化进行自动处理。箱区中所有ARMG的控制器中均存有相同的地图。所有ARMG箱区图都会随每个集装箱在箱区中的移动而更新。在箱区中存放任何集装箱之前，箱区图使用堆场配置。

在每个作业指令被接受前，对ARMG控制系统使用的箱区地图将进行合理性检查(在将任何集装箱放在箱区中之前，使用堆场配置。)检查包括堆垛高度，集装箱长度，集装箱类型和逻辑位置。在工作指令中检测到问题的情况下，远程控制系统将显示工作指令被拒收，代码表示拒绝的原因。

四、ARMG机上PLC控制系统

机上控制系统功能描述如下：

(1)起升、小车运行、大车行走机构均采用数字量控制的传动系统，各机构均可无级调速。各机构的调速系统起制动应平稳，反应灵敏，调速范围广，低速性能好，操作方便。起升机构应设恒功率驱动控制。

(2)当主令控制器从快速向慢速或停止的位置移动时，该机构的运动应先经过电气制动使其减速，当速度降低到额定值5％左右时，制动器制动，但在紧急停车或电源发生故障时，制动器应立即进行制动。

(3)ARMG在作业过程中，各机构的运行联锁和指令均由可编程序控制器来完成。上位机应有自诊断功能，ARMG各部份的运行参数、故障应在地面控制中心触摸式监控屏和上位机上分别以中文显示，并具有装卸及维护数据的管理功能，当ARMG某部份出现故障时，可在触摸屏和上位机的屏幕上显示，并按照出现的先后顺序打印故障列表，在上位机上可查询最近发生故障的历史记录。可编程序控制器应独立供电。通过上位机也可对调速系统进行监控管理，包括参数设定、性能调试等功能。

(4)可编程序控制器应是先进可靠，抗干扰能力强，适合恶劣工业环境中使用的产品，I/O点配置应留有15％余量，并留有扩展功能的模块插槽富裕量，输入信号采用无源触点，输出信号采用中继隔离。PLC的CPU速度和内存容量，应满足ARMG控制和管理的要求，并具有高速通信接口。

ARMG箱号识别及箱门检测系统

为满足ARMG作业时的集装箱号自动识别需求，系统通过对接作业管理系统及对应ARMG的PLC，获取作业工况类型、起箱高度、作业集装箱箱号等信号，箱号及箱门自动识别系统触发启用集装箱号监控相机截取相应箱号图像，采用图像分析、信号处理、模式识别等技术，对画面中包含集装箱号及箱门的图像进行字符定位、字符分割、字符识别，进而实现集装箱号及箱门的自动化识别。

ARMG防碰撞技术

防碰撞系统可以采用超声波传感器、激光传感器、摄像机等技术或相结合的方式来实现。

(1)ARMG在堆场作业时的防碰撞技术

ARMG大车、起升、小车在堆场内运行时，箱区内的集装箱与吊具下的集装箱间存在物理空间位置间的交叉，故根据不同情况采用不同方法进行防碰撞处理；当大车、小车进行长距离运行时，起升高度将上升到障碍区的最高点，大车、小车才能进入运行；当装卸集装箱时，ARMG根据堆场的障碍信息决定起升、小车、大车、吊具等动作运行轨迹。

(2)ARMG与集卡间的防碰撞技术

ARMG的小车运行到集卡车道时，吊具(空吊具)底部或集装箱的底部(吊具带箱)必须运行在安全高度以上运行，当小车运行到目标位时，只有远程中央控制室监控人员确认安全后，方可进行装卸集装箱的动作，确保集卡及集卡司机的安全。

(3)相邻两台ARMG之间的防碰撞技术

同跨轨道相邻两台ARMG在相互靠近时，将根据不同的操作模式采用不同的防碰撞方法：

a.在正常作业期间，ARMG处于自动作业模式或远程中控操作作业模式，ARMG间的防碰撞主要通过两台ARMG间的数据通讯，告知对方各自的大车位置，当相互间的大车位置小于相邻ARMG间的安全距离时，ARMG通过各自的PLC系统各自控制大车减速、停车。

b.在维修状态，ARMG处于手动操作模式，ARMG间的防碰撞主要通过安装在该ARMG两侧轨道大车下横梁端部的双目摄像机进行报警防撞，同时和ARMG的PLC联动，实现自动减速、停车。ARMG的运动方向视频信号进行本地采集、分析、存储，通过光纤传输到控制中心，在控制中心进行统一浏览、结合ARMG的控制器传送的实时运动轨迹数据，建立立体相机模型，形成三维空间数据，实现障碍物检测报警报警，并且回传减速、制动控制信号。

(4)ARMG与其他障碍物之间的防碰撞技术

通过安装在ARMG两侧轨道大车下横梁端部的双目摄像机，对运动前方可能出现的人、车等较大障碍物进行报警防撞，同时和ARMG的PLC联动，实现自动减速、停车。ARMG的运动方向视频信号进行本地采集、分析、存储，通过光纤传输到控制中心，在控制中心进行统一浏览、结合ARMG的控制器传送的实时运动轨迹数据，建立立体相机模型，形成三维空间数据，实现障碍物检测报警报警，并且回传减速、制动控制信号。

ARMG远程控制智能视频切换

前端摄像机采集所有ARMG作业相关的视频信号，由传输系统将视频信号传输到远控中心，本项目系统通过无缝对接ARMG的PLC控制管理系统，根据不同的ARMG运行状态，自动切换相应实时视频画面至智能视频客户端显示，为ARMG远程操控员自动地提供实时和全面的作业视角。ARMG远程操控员还可通过智能视频客户端操作界面对相机进行远程控制(如云台控制、监控画面缩放等)。

ARMG远程监控涉及的监控摄像机包括：大车行走监控相机、装车道监控相机、小车监控相机、吊具监控相机、拖车确认监控相机、双目(立体)相机等。

ARMG定位及目标检测

ARMG至少包括以下两种检测：一种是对ARMG的空间位置的定位，具体体现为大车的定位、小车的定位、起升的定位、吊具的微动定位；另一种是对作业区域内目标物体的智能检测。并根据这两种检测获得的数据信息，控制ARMG起升、小车、大车、吊具微动等相关执行机构的调整；或者通知集卡等目标物进行相关位置调整。

ARMG在自动化无人操作模式下，接受生产管理系统指令，控制其吊具及集装箱在X、Y、Z方向的精度为±20mm以内。

目标检测系统可以识别停在ARMG跨距内装卸车道的集卡位置，系统能够结合ARMG上的PLC控制器将检测处理后的目标位置信息回传控制系统，通过ARMG控制系统控制，调整起升、大车、小车、吊具微动等执行机构的动作，从而实现ARMG针对目标位置的调整，为最后的装卸箱做准备。同时，目标检测系统可对停在ARMG跨距内装卸车道的集卡进行位置偏差检测，当集卡的停车位置与ARMG作业的目标位置的误差大于1.5m时，通过堆场辅助系统通知集卡司机完成停车位置的调整，ARMG通过吊具的大、小车方向平移或水平旋转、微动，实现集卡装、卸箱的主动定位，如果主动定位出现误差时，则通过远程监控室人工干预进行操作，调整吊具位置，最后人工确认装卸箱操作。

集卡车牌号识别系统

在ARMG机上、闸口、每块堆场入口处设置RFID对集卡进行信息检测。

RFID技术是一种无接触自动识别技术，其基本原理是利用射频信号及其空间耦合、传输特性，实现对静止的或移动中的待识别物品的自动机器识别。固定式RFID读写器系统，包含RFID读写器、读写器天线、设备安装立杆、读写器触发设备、设备线路连接、设备安装调试及读写器软件接口。

与远程控制系统的通讯接口

与远程控制系统的通讯接口主要是用来处理堆区图Block Map信息，以及对ARMG的作业指令(包括从集卡到堆场的放箱、从堆场到集卡的提箱等作业指令)。ARMG接收来自远程控制系统所提供的堆区图信息(包括某一堆区内箱形轮廓以及所有集装箱的箱号、位置、尺寸等)，实际作业中与箱形轮廓扫描结果进行比对，并自动计算优作业路径。如有比对异常做出报警提示，并要求人工进行核对调整。同时，每完成一次作业，ARMG反馈至远程控制系统确认该作业指令已完成以及在远程控制系统系统中更新该堆区的堆区图信息。

在远程操作模式下，ARMG所有的工作指令都直接来自远程控制系统。无论收箱或提箱作业，大多数操作都能自动完成，包括带路径优化的自动运行、吊具倾转控制、集卡引导、堆场内自动着箱等；为了确保安全，操作员只需要在车道一侧集卡车安全高度上手动接管机构运行和开闭锁等有限几个动作，且自动、手动操作过程能做到无缝切换。ARMG上自动化功能的实现能有效地减轻司机工作强度，并提高堆场的工作效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种集装箱码头自动化轨道桥内跨式双车道检测识别方法，其特征在于，所述轨道桥内侧并排设置有超车道和作业车道，在大车大梁上设置三维激光扫描仪，所述三维激光扫描仪用于监测超车道通行状态，所述三维激光扫描仪与控制器连接，所述控制器与小车机构动力机构控制连接；

在对作业车道集卡进行装卸箱作业时，若超车道集卡有超车行为，则小车停止作业，保证超车道集卡安全。

2.根据权利要求1所述的一种集装箱码头自动化轨道桥内跨式双车道检测识别方法，其特征在于，所述集装箱码头的大车的轨距为33m，其中01A～05A、01B～05B、01C～04C、01D～05D、01E～05E堆场，大车轨距内布置“7列集装箱+2条集卡车道”，箱间距为460mm，堆码层数为“堆6过7”，两条集卡行车通道布置在自动化箱区同一侧，车道宽7.8m，堆场大车轨道及轨距内自动化箱区通过隔离围栏或U型护栏与集卡行车通道区域分开，围栏总长约16067m，U型护栏共计3455组。

3.一种堆场自动化控制方法，其特征在于，包括：

对集卡引导的方法：

利用集装箱自动化轨道桥集卡引导系统进行引导，所述引导系统包括：设置在集卡车道入口处的RFID读卡器、设置在集卡驾驶室内的RFID卡和车载终端以及远程控制器，所述RFID读卡器读取RFID卡内的数据，并将数据传输给远程控制器，远程控制器将导航信息发送给车载终端。其中，沿道路设置多个RFID读卡器，通过道路上设置的多个RFID读卡器读取RFID卡的数据，并将数据传输给远程控制器；

集卡到达码头的智能闸口后，通过RFID读卡器第一时间将车辆集港信息传输至远程控制器，远程控制器向拖车司机的车载终端发送作业指导及路径导航信息；另外，通过设置在闸口、道路及堆场各处的RFID读卡器实时掌握车辆运行位置，使外部车辆在港区内的一切动作尽在掌控，另外，集卡在行驶途中，轨道桥已按设备调度管理系统指令完成了跑位待命。

4.根据权利要求3所述的一种堆场自动化控制方法，其特征在于，包括：

对集卡引导的方法，包括：

利用安装在大车大梁上的三维激光扫描仪、安装在大车大腿横梁处二维激光扫描仪，对内外集卡进行停车引导，并采用LED显示屏显示集卡对位信息，及时提示集卡司机调整停靠位置，实现ARMG轨距内作业的空载和重载集卡精确对位，使集卡预先准确停在ARMG起吊位置，减轻司机的劳动强度，提高集装箱的装卸效率；

所述三维激光扫描仪和二维激光扫描仪与控制器连接，所述控制器与LED显示屏连接，所述LED显示屏显示集卡对位信息，所述集卡对位信息包括前进或后退方向、距离信息。

5.根据权利要求3所述的一种堆场自动化控制方法，其特征在于，包括：

定位方法：

(1)大车定位方法：利用Flag板、对射传感器以及第一绝对位置编码器进行定位：

所述Flag板与对射传感器相配合使用，在两侧轨道内侧、堆场外侧的部位安装定位板FLAG，且每隔6m布置一个，用于在大车行进过程中对大车位置进行校正；两侧的Flag板非对称安装；

所述对射传感器在大车两侧分别安装一套，其与所述第一绝对位置传感器通过数据线连接；

所述绝对位置编码器安装在大车机构上，用于记录Flag板的序号；

(2)起升机构定位方法，利用第二绝对位置编码器和凸轮限位器，所述第二绝对位置编码器安装在起升卷筒旁，其用于对起升高度进行定位；所述凸轮限位器安装在起升卷筒末端，其用于起升高度安全保护及对起升位置进行校验。

(3)小车机构定位方法，利用在电机侧安装的一个编码器，所述编码器用于对小车位置进行定位。