CN109592564A - 适于检测集装箱偏载值的吊运机及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适于检测集装箱偏载值的吊运机及其工作方法，本吊运机，包括：吊具梁，其中所述吊具梁上设有采集集装箱偏载数据的检测装置，所述检测装置与一计算机终端相连；所述计算机终端适于根据集装箱偏载数据计算出所述吊具梁当前所吊集装箱的偏载值；本发明实现了即时测量，便于直接处理，节省了大量的人力、物力成本；采用激光器与传感器相配合的技术，测量更快速，检测也更准确，提高了安全性；同时两种阈值的判定方法，在保证激光方式测量迅速的情况下，对于微偏载和超偏载之间的疑似危险情况，采用进一步的双摄像机匹配测量方式，提高了测量的精确度，进一步提高了安全性。

Description

适于检测集装箱偏载值的吊运机及其工作方法

技术领域

本发明属于偏载、偏重检测技术领域，特指一种适于检测集装箱偏载值的吊运机及其工作方法。

背景技术

集装箱运输是现代物流业的发展方向。近年来，集装箱运输进入了快速发展时期，我国铁路货运中集装箱运输所占的比重逐年上升。但是集装箱运输中的超载、偏载现象给安全运输带来一定影响。一旦集装箱出现超偏载，当其装上列车后，负重车辆重心在横向或纵向上偏移超限，会造成安全隐患，甚至会引发列车脱轨或翻车的严重事故。为了确保安全运输，必须要在源头控制，即对集装箱进行超偏载检测。

原有的检测手段不能适应作业需要。一是轨道衡、货检站专用超偏载检测仪等检测属于事后检测，集装箱已经装上列车，发现超偏载还需要到最近的装卸作业点进行调整，影响铁路运输效率。这些装置结构庞大，造价昂贵，不适用于数量众多、条件各异的装车场；二是汽车衡、吊秤、钩头秤等只能对集装箱超载进行检测，而不能检测偏载情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种适于检测集装箱偏载值的吊运机及其工作方法，其能够快速、及时地检测出超偏载情况，避免了返工，降低了人工、物力成本，同时使用方便，检测准确，提高了安全性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种吊运机，包括：

吊具梁，其中

所述吊具梁上设有采集集装箱偏载数据的检测装置，

所述检测装置与一计算机终端相连；

所述计算机终端适于根据集装箱偏载数据计算出所述吊具梁当前所吊集装箱的偏载值。

进一步，所述吊具梁包括：处于中间的伸缩吊具，位于伸缩吊具上端的吊具上架，分布在吊具上架四个角的滑轮组，各滑轮组均对应有起升钢丝绳以固定到吊运机上；并且所述伸缩吊具通过相应固定杆分别连接四个转锁箱；以及

所述检测装置包括：在其中一个滑轮组上设有激光器，和在另外三个滑轮组上设有传感器，所述传感器适于接收激光器的激光信号，并将接收到的激光信号发送到计算机终端；以及还包括：在伸缩吊具两侧的固定杆上以伸缩吊具为中心对称设有广角高清摄像机，所述广角高清摄像机适于发送图像信号到计算机终端；两广角高清摄像机适于分别拍摄集装箱和该集装箱下方敞车的边缘位置图像。

进一步，所述激光器适于通过转动以将激光信号分别发送到三个滑轮组上的传感器，以探测吊具上架四个角的偏载数据。

进一步，所述计算机终端适于设定用于判断偏载值的第一、第二和第三阈值，并且其内设有控制模块和与该控制模块相连的报警模块；

所述计算机终端计算集装箱偏载值时，先采用激光测量方式，即

若激光测量方式的偏载值低于第一阈值时，不发送信号到报警模块；

若激光测量方式的偏载值高于第一阈值且低于第二阈值时，发送信号到报警模块，并由所述控制模块控制两个广角高清摄像机工作，进行双摄像机匹配测量偏载值；

若激光测量方式的偏载值高于第二阈值时，发送超偏载信号到报警模块，并由控制模块上升报警等级。

进一步，所述双摄像机匹配测量偏载值，即

在图像采集进行边缘处理，再像素转化，最后进行图像匹配以获得偏载值。

进一步，将图像进行边缘处理，即

具体将方向差分运算与局部平均相结合来检测边缘位置图像的水平边缘和垂直边缘，计算方法如下：

以f(x,y)为中心的3×3领域上计算x和和y方向的偏导数，

Sx＝{f(x+1,y-1)+2f(x+1,y)+f(x+1,y+1)}-{f(x-1,y-1)+2f(x-1,y)+f(x-1,y+1)} (1)

Sy＝{f(x-1,y+1)+2f(x,y+1)+f(x+1,y+1)}-{f(x-1,y-1)+2f(x,y-1)+f(x+1,y-1)} (2)

上式(1)、(2)应用了f(x,y)领域图像强度的加权平均值，其梯度大小为：

对其绝对值化，上式(3)为g(x,y)＝|Sx|+65<80 (4)

水平检测算子(y方向)为垂直检测算子(x方向)为

由上述两个检测算子对图像运算后，代入式(3)，可求得图像的梯度幅度g(x,y)，然后适当选取门限TH，作如下判断：g(x,y)>TH，{g(x,y)}也就是图像的边缘图像。

进一步，像素转化，即

将所述边缘图像对应的连续信息进行取样和量化，以可获得表示数字图像的图像矩阵；

将数字图像的原点定义在图像的左上角，原点的坐标值是(x,y)＝(0,0)，原点在x、y轴上的下一个点的坐标分别用(x,y)＝(1,0)和(x,y)＝(0,1)来表示；用以下的矩阵形式表示完整的M×N数字图像：

上述式(5)表达了一幅数字图像，矩阵中每个元素称为像素，这样在运算和推导过程中就可以用矩阵A表示图像矩阵f(x,y)，利用计算矩阵的方法来处理图像矩阵

其中，a_i,j＝f(x＝I,y＝j)＝f(i,j)；

设图像为M×N个像素，f(i,j)表示在i行j列上的图像值，其中0<i<N，0<j<M；用黑白两种颜色来描述图像，黑像素定义为0，白像素定义为255；经过前面几步处理得到的二值图像，即仅有黑色点(0)和白色点(255)，且得到的敞车边缘具有平行直线的特征；

为提取这两条直线的中心线的位置，首先把图像中每一行像素值相加得一维列向量[a₀,a₁……a_i,a_i+1…a_k…a_M-1]^T，其中，0<k<M-1；在这一维列向量中首先找到像素值为最大值(a_k)所在图像中行的位置，即下标k的值；

然后再通过程序处理得到次最大值的像素值(a_i)所在图像中行的位置，即下标i的值，此时k和i即为敞车的一个边缘的两条直线的位置；且k和i之和的一半作为敞车边缘的中心线的位置，并记为average。

进一步，将两广角高清摄像机采集的图像分别进行处理后得到像素转化结果分别定义为average1和average2；

进行图像匹配以获得偏载值，即

根据average1和average2匹配即可检测得到集装箱的偏载值。

进一步，在进行像素转化时，i和k的值取[240,end-10]区间上的值进行处理，以得到更精确的敞车边缘位置。

又一方面，本发明还提供了一种吊运机的工作方法。

所述吊运机包括：吊具梁，其中

所述吊具梁上设有采集集装箱偏载数据的检测装置，

所述检测装置与一计算机终端相连；

所述计算机终端适于根据集装箱偏载数据计算出所述吊具梁当前所吊集装箱的偏载值。

进一步，所述吊具梁包括：处于中间的伸缩吊具，位于伸缩吊具上端的吊具上架，分布在吊具上架四个角的滑轮组，各滑轮组均对应有起升钢丝绳以固定到吊运机上；并且所述伸缩吊具通过相应固定杆分别连接四个转锁箱；以及

所述检测装置包括：在其中一个滑轮组上设有激光器，和在另外三个滑轮组上设有传感器，所述传感器适于接收激光器的激光信号，并将接收到的激光信号发送到计算机终端；以及还包括：在伸缩吊具两侧的固定杆上以伸缩吊具为中心对称设有广角高清摄像机，所述广角高清摄像机适于发送图像信号到计算机终端；

两广角高清摄像机适于分别拍摄集装箱和该集装箱下方敞车的边缘位置图像。

本发明的有益效果为：适于检测集装箱偏载值的吊运机及其工作方法，其实现了即时测量，便于直接处理，节省了大量的人力、物力成本；采用激光器与传感器相配合的技术，测量更快速，检测也更准确，提高了安全性；同时两种阈值的判定方法，在保证激光方式测量迅速的情况下，对于微偏载和超偏载之间的疑似危险情况，采用进一步的双摄像机匹配测量方式，提高了测量的精确度，进一步提高了安全性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明设有集装箱超偏载检测系统装置的吊运机的结构示意图。

图2是本发明吊具梁的立体结构示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

图1是本发明设有集装箱超偏载检测系统装置的吊运机的结构示意图。

参见图1，集装箱6装车过程中，集装箱装载位置利用正面吊运机1的吊具梁2上的定位竖杆4，与铁路的敞车7的敞车车厢板8外壁接触距离定位。装车作业前，先将第一与第二定位杆横杆上的定位杆固定销9插入到正面吊运机1的吊具梁2上两端的销孔中；然后再将基本梁四角的锁具对准需装运的集装箱6顶部四角的锁孔锁紧，起吊至一定高度后，再将车辆调整至图1所示位置和角度，即正对停靠在铁路线上的敞车7，最后缓慢放下与吊具连接的集装箱6；当吊具上定位竖杆4的下端接近敞车车厢板8顶部位置时，再调整吊具的下落角度和位置，使定位竖杆4与铁路敞车车厢板8外壁始终处于紧贴状态，即构成贴紧面5，并下移至集装箱6落到敞车地板上为止。

由于铁路敞车车厢板8边缘厚度为150mm，定位橫杆3长度400mm，定位橫杆3固定销端与集装箱6纵向立面处于同一水平面上，从而实现集装箱6箱体与敞车侧面厢板内壁保持250mm间距的无偏载装车。

图2是本发明吊具梁的立体结构示意图。

参见图2，吊具梁2具体包括处于中间的伸缩吊具29，所述伸缩吊具29可以是20/40英尺箱伸缩吊具29，本实施例以20/40英尺箱伸缩吊具29为例进行详细说明。位于20/40英尺箱伸缩吊具29上端的吊具上架23，分布在吊具上架23四个角的滑轮组24，滑轮组24对应有起升钢丝绳22来固定到正面吊运机1上，20/40英尺箱伸缩吊具29通过固定杆27连接有四个转锁箱21，在其中一个滑轮组24上设有激光器25，在另外三个滑轮组24上设有传感器26，传感器26接收激光器25的激光信号，并将接收到的激光信号发送到计算机终端，在其中一个固定杆27上关于20/40英尺箱伸缩吊具29对称设有两个广角高清摄像机28，广角高清摄像机28可发送图像信号到计算机终端。

计算机终端具有接收模块、控制模块和报警模块，计算机终端可以设在正面吊运机1上。

激光器25是可以转动的，将激光信号分别发送到三个滑轮组24上的传感器26，在集装箱发生立体方向的偏载时，根据三个传感器26的不同的倾斜信号，计算机终端可计算出偏载倾向和程度。采用激光器与传感器相配合的技术，测量更快速，检测也更准确，同时使用方便，提高了安全性。

在激光测量方式的偏载值低于第一阈值时，不发送信号到报警模块；在激光测量方式的偏载值高于第一阈值且低于第二阈值时，发送信号到报警模块，由报警模块控制显示灯提醒，并由控制模块控制两个广角高清摄像机28工作，进行双摄像机匹配测量以获得高精度偏载值；在激光测量方式的偏载值高于第二阈值时，发送超偏载信号到报警模块，由报警模块控制蜂鸣器警示。

计算机终端还具有电子箱体、LCD液晶显示器、12V的2200mAh锂电池、控制电路板、按键。其中控制电路板由DC-DC电源模块、14位高精度双积分式AD器件、恒压源、EEPROM及电源检测、键盘接口等电路构成，并以单片机为核心，配合LCD液晶显示器显示数据，提高了判读的准确性，且可进行运算、储存、显示、打印相关信息等。

所述双摄像机匹配测量可具体采用下述步骤：

步骤S1，图像采集；两个广角高清摄像机28分别拍摄集装箱6和敞车7的边缘位置图像，以获得敞车7边缘位置的有效信息；其中图像数据为检测集装箱偏载值所需数据之一。

步骤S2，边缘处理；将方向差分运算与局部平均相结合来检测上述边缘位置图像的水平边缘和垂直边缘，具体的计算方法如下

以f(x,y)为中心的3×3领域上计算x和和y方向的偏导数，

Sx＝{f(x+1,y-1)+2f(x+1,y)+f(x+1,y+1)}-{f(x-1,y-1)+2f(x-1,y)+f(x-1,y+1)} (1)；

Sy＝{f(x-1,y+1)+2f(x,y+1)+f(x+1,y+1)}-{f(x-1,y-1)+2f(x,y-1)+f(x+1,y-1)} (2)；

上式(1)、(2)应用了f(x,y)领域图像强度的加权平均值，其梯度大小为：

对其绝对值化，上式(3)为g(x,y)＝|Sx|+65<80 (4)

水平检测算子(y方向)为垂直检测算子(x方向)为

由上述两个检测算子对图像运算后，代入式(3)，可求得图像的梯度幅度g(x,y)，然后适当选取门限TH，作如下判断：g(x,y)>TH，{g(x,y)}也就是图像的边缘图像。

步骤S3，像素转化；将上述步骤S2的边缘图像对应的连续信息进行取样和量化，即可获得表示数字图像的图像矩阵。

将数字图像的原点定义在图像的左上角，原点的坐标值是(x,y)＝(0,0)，原点在x、y轴上的下一个点的坐标分别用(x,y)＝(1,0)和(x,y)＝(0,1)来表示。用以下的矩阵形式表示完整的M×N数字图像：

上述式(5)表达了一幅数字图像，矩阵中每个元素称为像素，这样在运算和推导过程中就可以用矩阵A表示图像矩阵f(x,y)，利用计算矩阵的方法来处理图像矩阵

其中，a_i,j＝f(x＝I,y＝j)＝f(i,j)；

设图像为M×N个像素，f(i,j)表示在i行j列上的图像值，其中0<i<N，0<j<M。用黑白两种颜色来描述图像，黑像素定义为0，白像素定义为255。经过前面几步处理得到的二值图像，即仅有黑色点(0)和白色点(255)，且得到的敞车7边缘具有平行直线的特征。为提取这两条直线的中心线的位置，首先把图像中每一行像素值相加得一维列向量[a₀,a₁……a_i,a_i+1…a_k…a_M-1]^T，其中，0<k<M-1。在这一维列向量中首先找到像素值为最大值(a_k)所在图像中行的位置，即下标k的值。再通过程序处理得到次最大值的像素值(a_i)所在图像中行的位置，即下标i的值，那么k和i即为敞车7的一个边缘的两条直线的位置。因此它们之和的一半作为敞车7边缘的中心线的位置，并记为average。

步骤S4，图像匹配以获得偏载值；采用上述步骤S1、步骤S2和步骤S3，依次得到将两广角高清摄像机采集的图像分别进行处理后得到像素转化结果分别定义为average1和average2；根据average1和average2匹配即可检测得到集装箱的偏载值。

在上述步骤S2和步骤S3之间，还可以进行边缘阈值优化处理。

对于上述步骤S3而言，i和k的值可以只取[240,end-10]区间上的值进行处理，以得到更精确的敞车7边缘位置。

对于上述步骤S4而言，得到的偏载值是依照像素个数为单位显示的，也可以转换为其他的测量尺度，比如mm。

实施例2

在实施例1基础上，本实施例2提供了一种吊运机的工作方法。

所述吊运机包括：吊具梁，其中

所述吊具梁上设有采集集装箱偏载数据的检测装置，

所述检测装置与一计算机终端相连；

所述计算机终端适于根据集装箱偏载数据计算出所述吊具梁当前所吊集装箱的偏载值。

进一步，所述吊具梁包括：处于中间的伸缩吊具，位于伸缩吊具上端的吊具上架，分布在吊具上架四个角的滑轮组，各滑轮组均对应有起升钢丝绳以固定到吊运机上；并且所述伸缩吊具通过相应固定杆分别连接四个转锁箱；以及所述检测装置包括：在其中一个滑轮组上设有激光器，和在另外三个滑轮组上设有传感器，所述传感器适于接收激光器的激光信号，并将接收到的激光信号发送到计算机终端；以及还包括：在伸缩吊具两侧的固定杆上以伸缩吊具为中心对称设有广角高清摄像机，所述广角高清摄像机适于发送图像信号到计算机终端；两广角高清摄像机适于分别拍摄集装箱和该集装箱下方敞车的边缘位置图像。

并且，所述计算机终端中的控制模块控制两个广角高清摄像机工作，进行双摄像机匹配测量。

关于双摄像机匹配测量以获得偏载值的方法参见实施例1的相应部分，此处不再赘述。

本发明的设有集装箱超偏载检测系统装置的吊运机及其工作方法，实现了即时测量，便于直接处理，避免了返工，节省了大量的人力、物力成本；采用激光器与传感器相配合的技术，测量更快速，检测也更准确，提高了安全性；同时两种阈值的判定方法，在保证测量迅速的情况下，对于微偏载和超偏载之间的疑似危险情况，采用进一步的双摄像机匹配测量方式，提高了测量的精确度，进一步提高了安全性。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (11)

1.一种吊运机，其特征在于，包括：

吊具梁，其中

所述吊具梁上设有采集集装箱偏载数据的检测装置，

所述检测装置与一计算机终端相连；

所述计算机终端适于根据集装箱偏载数据计算出所述吊具梁当前所吊集装箱的偏载值。

2.根据权利要求1所述的吊运机，其特征在于，

所述吊具梁包括：处于中间的伸缩吊具，位于伸缩吊具上端的吊具上架，分布在吊具上架四个角的滑轮组，各滑轮组均对应有起升钢丝绳以固定到吊运机上；并且所述伸缩吊具通过相应固定杆分别连接四个转锁箱；以及

所述检测装置包括：在其中一个滑轮组上设有激光器，和在另外三个滑轮组上设有传感器，所述传感器适于接收激光器的激光信号，并将接收到的激光信号发送到计算机终端；以及还包括：在伸缩吊具两侧的固定杆上以伸缩吊具为中心对称设有广角高清摄像机，所述广角高清摄像机适于发送图像信号到计算机终端；

两广角高清摄像机适于分别拍摄集装箱和该集装箱下方敞车的边缘位置图像。

3.根据权利要求2所述的吊运机，其特征在于，

所述激光器适于通过转动以将激光信号分别发送到三个滑轮组上的传感器，以探测吊具上架四个角的偏载数据。

4.根据权利要求3所述的吊运机，其特征在于，

所述计算机终端适于设定用于判断偏载值的第一、第二和第三阈值，并且其内设有控制模块和与该控制模块相连的报警模块；

所述计算机终端计算集装箱偏载值时，先采用激光测量方式，即

若激光测量方式的偏载值低于第一阈值时，不发送信号到报警模块；

若激光测量方式的偏载值高于第一阈值且低于第二阈值时，发送信号到报警模块，并由所述控制模块控制两个广角高清摄像机工作，进行双摄像机匹配测量偏载值；

若激光测量方式的偏载值高于第二阈值时，发送超偏载信号到报警模块，并由控制模块上升报警等级。

5.根据权利要求4所述的吊运机，其特征在于：

所述双摄像机匹配测量偏载值，即

在图像采集进行边缘处理，再像素转化，最后进行图像匹配以获得偏载值。

6.根据权利要求5所述的吊运机，其特征在于：

将图像进行边缘处理，即

具体将方向差分运算与局部平均相结合来检测边缘位置图像的水平边缘和垂直边缘，计算方法如下：

以f(x,y)为中心的3×3领域上计算x和和y方向的偏导数，

Sx＝{f(x+1,y-1)+2f(x+1,y)+f(x+1,y+1)}-

{f(x-1,y-1)+2f(x-1,y)+f(x-1,y+1)} (1)

Sy＝{f(x-1,y+1)+2f(x,y+1)+f(x+1,y+1)}-

{f(x-1,y-1)+2f(x,y-1)+f(x+1,y-1)} (2)

上式(1)、(2)应用了f(x,y)领域图像强度的加权平均值，其梯度大小为：

对其绝对值化，上式(3)为g(x,y)＝|Sx|+65<80 (4)

水平检测算子(y方向)为垂直检测算子(x方向)为

由上述两个检测算子对图像运算后，代入式(3)，可求得图像的梯度幅度g(x,y)，然后适当选取门限TH，作如下判断：g(x,y)>TH，{g(x,y)}也就是图像的边缘图像。

7.根据权利要求6所述的吊运机，其特征在于：

像素转化，即

将所述边缘图像对应的连续信息进行取样和量化，以可获得表示数字图像的图像矩阵；

将数字图像的原点定义在图像的左上角，原点的坐标值是(x,y)＝(0,0)，原点在x、y轴上的下一个点的坐标分别用(x,y)＝(1,0)和(x,y)＝(0,1)来表示；用以下的矩阵形式表示完整的M×N数字图像：

上述式(5)表达了一幅数字图像，矩阵中每个元素称为像素，这样在运算和推导过程中就可以用矩阵A表示图像矩阵f(x,y)，利用计算矩阵的方法来处理图像矩阵

其中，a_i,j＝f(x＝I,y＝j)＝f(i,j)；

设图像为M×N个像素，f(i,j)表示在i行j列上的图像值，其中0<i<N，0<j<M；用黑白两种颜色来描述图像，黑像素定义为0，白像素定义为255；经过前面几步处理得到的二值图像，即仅有黑色点(0)和白色点(255)，且得到的敞车边缘具有平行直线的特征；

为提取这两条直线的中心线的位置，首先把图像中每一行像素值相加得一维列向量[a₀,a₁……a_i,a_i+1…a_k…a_M-1]^T，其中，0<k<M-1；在这一维列向量中首先找到像素值为最大值(a_k)所在图像中行的位置，即下标k的值；

然后再通过程序处理得到次最大值的像素值(a_i)所在图像中行的位置，即下标i的值，此时k和i即为敞车的一个边缘的两条直线的位置；且k和i之和的一半作为敞车边缘的中心线的位置，并记为average。

8.根据权利要求7所述的吊运机，其特征在于，

将两广角高清摄像机采集的图像分别进行处理后得到像素转化结果分别定义为average1和average2；

进行图像匹配以获得偏载值，即

根据average1和average2匹配即可检测得到集装箱的偏载值。

9.根据权利要求8所述的吊运机，其特征在于，

在进行像素转化时，i和k的值取[240,end-10]区间上的值进行处理，以得到更精确的敞车边缘位置。

10.一种吊运机的工作方法，其特征在于，

所述吊运机包括：吊具梁，其中

所述吊具梁上设有采集集装箱偏载数据的检测装置，

所述检测装置与一计算机终端相连；

所述计算机终端适于根据集装箱偏载数据计算出所述吊具梁当前所吊集装箱的偏载值。

11.根据权利要求10所述的工作方法，其特征在于，

所述吊具梁包括：处于中间的伸缩吊具，位于伸缩吊具上端的吊具上架，分布在吊具上架四个角的滑轮组，各滑轮组均对应有起升钢丝绳以固定到吊运机上；并且所述伸缩吊具通过相应固定杆分别连接四个转锁箱；以及

所述检测装置包括：在其中一个滑轮组上设有激光器，和在另外三个滑轮组上设有传感器，所述传感器适于接收激光器的激光信号，并将接收到的激光信号发送到计算机终端；以及还包括：在伸缩吊具两侧的固定杆上以伸缩吊具为中心对称设有广角高清摄像机，所述广角高清摄像机适于发送图像信号到计算机终端；

两广角高清摄像机适于分别拍摄集装箱和该集装箱下方敞车的边缘位置图像。