CN110824465B - 基于图像识别与雷达测量的铁水联运车辆定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于图像识别与雷达测量的铁水联运车辆定位方法及系统，应用于跟踪定位技术领域，包括：采集进入装卸铁路线的车辆车号、车型、运行方向和编组顺序及车列长度；获取作业区域目标车辆车号，计算目标车厢距轨道牵引车中心的第一铁路线路粗略距离；获取第二铁路线路粗略距离；确定轨道牵引车的移动方向和需要调整的粗略距离；启动作业区域雷达测量系统，雷达测量系统包括：雷达测量设备；雷达测量系统获得作业区域范围内车辆两端的连接处空挡位置及车辆空间轮廓尺寸，根据误差范围启动车辆位置精确调整。应用本发明实施例，提高了车辆定位的准确性，进而在铁水联运中提高岸桥吊具定位作业的精准性和装卸作业效率。

Description

基于图像识别与雷达测量的铁水联运车辆定位方法及系统

技术领域

本发明涉及基于图像识别与雷达测量的铁水联运车辆定位系统技术领域，尤其涉及一种基于图像识别与雷达测量的铁水联运车辆定位方法及系统。

背景技术

铁水联运是现代物流发展的重要发展方向，集装箱铁水联运是通过将集装箱放置于车辆中，以集装箱为运输单元的运输方式。

现有技术中，例如，专利名称为装卸用起重机的集装箱位置检测方法及装置、及集装箱着地、探放控制方法，通过处理从设置在吊具上的CCD等的摄像装置获得的对象集装箱的图像数据，实现对象集装箱与悬吊集装箱的相对位置检测。跟踪处理的精度分别依赖于图像处理的精度，例如发生遮挡或者摄像不清晰的时候则会影响处理精度，则需要反复调整吊车与待装卸车厢的相对位置，因此，受限于图像处理算法，往往跟踪处理过程中对待装在车辆的位置定位准确率不高。

在以可移动装卸机具为定位基点的轨道车列车辆采用图像识别系统中，通过编组顺序和车号识别法及其它技术手段可以得到装卸机具与牵引车的距离。由于车列是由一组多节车辆组成，车辆连接处有缓冲装置和车钩连接间隙，这些因素引起车辆的长度有一定误差，这个误差是一个随着车辆牵引、推进、车速、制动力、加速度、重量相关的变化量，轨道牵引车与待装卸车辆之间的距离与轨道牵引车运行期间具有较大的误差，而且车列车辆数量越多，误差累计越大，这些误差不满足装卸机具作业精度的要求。

因此，在铁水联运过程中，准确的进行铁路车辆与岸桥跟踪定位是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种基于图像识别与雷达测量的铁水联运车辆定位方法及系统，旨在提高轨道车辆定位的精确度，进而在铁水联运中提高岸桥吊具定位作业的精准性，且提高了作业效率。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种基于图像识别技术与雷达测量技术的铁水联运轨道车辆跟踪定位方法，所述方法包括：

通过车号采集设备或系统网络采集待装卸作业车辆信息，获得进入铁路装卸线车列的每一辆车辆长度数据，其中，所述车辆信息包括车辆型号、车号、运行方向和编组顺序识别，根据车辆型号获得车辆长度信息；

通过图像采集装置采集岸桥装卸区域车辆图像，并识别所述车辆图像中目标车厢的车号，其中，所述车辆图像中包含岸桥下装卸区域的目标车厢；

根据岸桥下目标车厢的车号，车列编组顺序及每一辆车辆的长度，获取所述岸桥中心目标车厢距轨道牵引车中心的第一铁路线路粗略距离；

确定待装卸车厢，并根据车列编组顺序及每一辆车辆的长度，获取待装卸车厢距轨道牵引车中心的第二铁路线路粗略距离；

获取所述第二铁路线路粗略距离与所述第一铁路线路粗略距离之间的粗略距离差值，并在所述距离差值在预设范围内时，确定轨道牵引车的移动方向和需要调整的粗略距离，所述轨道牵引车根据该移动方向和移动距离初步调整待装卸车辆位置至岸桥下装卸区域；

通过雷达测量系统获得测量范围内待装卸车厢两端连接处空挡位置得到车辆的空间尺寸，并根据所述空间尺寸和误差范围启动所述轨道牵引车带动车列及车辆移动，以精确调整车辆位置。

一种实现方式中，在所述目标车厢与所述待装卸车厢为同一车辆时，所述方法还包括：

获取所述待装卸车厢与岸桥的第三铁路线路距离；

将所述第三铁路线路距离作为距离差值，并将距离差值确定为调整值。

一种实现方式中，所述根据岸桥下目标车厢的车号，车列编组顺序及每一辆车辆的长度，获取所述岸桥中心距轨道牵引车中心的第一铁路线路粗略距离所采用的公式表达为：

其中，Lm是第一铁路线路粗略距离，m为目标车厢的车号，Lc(m)为第m个车辆的标准长度，i为按照车辆排列顺序，且i＝1,2,3...j，Lq为轨道牵引车长度。

一种实现方式中，所述确定待装卸车厢，并根据车列编组顺序及每一辆车的长度，获取待装卸车厢距轨道牵引车中心的第二铁路线路粗略距离的步骤，包括：

根据预先制定的装卸车计划顺序，确定待装卸车辆；

根据先制定的集装箱装卸车计划顺序、待装卸集装箱的尺寸型号和装车位置；确定车辆待装卸车厢集装箱前后、上下、装载中心位置；

获取待装卸车厢集装箱装载中心位置距轨道牵引车中心的第二铁路线路粗略距离；

其中，获取待装卸车厢距轨道牵引车中心的第二铁路线路粗略距离所采用的公式表达为：

其中，Li是第二铁路线路粗略距离，i为目标车厢的车号，Lc(i)为第i个车辆的标准长度，i为按照车辆排列顺序，且i＝1,2,3...j，Lq为轨道牵引车长度；

以及，

其中，L2x/2为装载20英寸集装箱的装载位置相对车辆中心的调整量，前装载位置L2x/2为负值，后装载位置L2x/2为正值，40英尺集装箱L2x/2为0。

一种实现方式中，所述方法还包括：

通过所述雷达测量系统发射扫描波束照射在车辆车体，分别照射在车辆的多个部位，根据反射的回波行程时间差和回波强度的识别车辆的部位，获得雷达成像和车体轮廓尺寸；

通过测量车体两端与雷达标定基准线的距离，测定岸桥横向中心线至待装载车辆轮廓边界的距离，精确控制待装载车辆相对于岸桥的相对定位，计算待装载车辆中心坐标和车厢装载集装箱中心位置信息、岸桥吊具的坐标信息；

根据所述待装载车辆中心坐标信息和所述岸桥吊具的坐标信息，计算轨道牵引车移动距离；

其中，所述多个部位包括：两端端部、车钩空挡部以及信号发射范围内车厢车底架位置，所述岸桥横向中心线为岸桥吊具中心线和雷达标定基准线；

当前一组集装箱装卸完毕，且在车列移动到下一个集装箱装卸车位置时，在车辆移动过程中，启动雷达不间断的测量装卸车辆位置，将期望值与实际位置的差值反馈至轨道牵引车所对应的控制器，以使所述轨道牵引车牵引车列按照控制器指令移动，直至车辆移动到满足对位精度的期望位置停车，闭环控制结束。

一种实现方式中，所述通过图像采集装置采集岸桥装卸区域车辆图像的步骤，包括：

启动图像采集装置，

判断所述图像采集装置的拍摄范围是否覆盖岸桥下铁路装卸线车辆侧面全貌；

如果是，采集岸桥下车辆的车号和位置图像。

一种实现方式中，确定轨道牵引车的移动方向，包括：

在所述第一铁路线路粗略距离不等于所述第二铁路线路粗略距离时，确定轨道牵引车向所述岸桥吊具的中心线方向移动；否则，不移动。

一种实现方式中，所述通过采集车辆信息，获得进入铁路装卸线车列的每一辆车辆长度数据的步骤，包括：

通过车辆车号识别系统采集安装在车辆内的反射芯片的铁路车辆型号和车号，其中，车辆车号识别系统包括：安装在铁路装卸线入口端的AEI采集设备和车号识别系统；

记录车辆上电子标签通过该位置的时间、地点、运行方向、车辆型号、车号、编组排列顺序；

根据车辆型号查询车厢的长度参数，其中，车厢长度和装载要求与预先存储的数据，并计算车列的编组和车列中任意车辆的位置和该车辆两端距车组起始端的长度距离和整个车组的长度；或者，通过装卸作业实时管理系统网络传输采集进入装卸线车列的车辆信息。

此外，本发明实施例还提供了一种基于图像识别与雷达测量的铁水联运车辆定位系统，所述系统包括：

图像识别模块，用于通过图像采集装置采集岸桥装卸区域车辆图像，识别所述车辆图像中目标车厢的车号；根据所述目标车厢的车号及目标车厢在车列编组顺序的位置，获取所述目标车厢距轨道牵引车中心的第一铁路线路粗略距离,其中，所述车辆图像中包含岸桥下的目标车厢；

轨道牵引车监控模块，用于确定待装卸车厢；根据所述待装卸车厢的车号及待装卸车厢在车列编组顺序的位置，并获取待装卸车厢距轨道牵引车中心的第二铁路线路粗略距离；获取所述第二铁路线路粗略距离与所述第一铁路线路粗略距离之间的距离粗略差值，并在所述距离差值在预设范围内时，确定轨道牵引车的移动方向和需要调整的距离，所述轨道牵引车根据该移动方向和移动距离初步调整车辆位置；

雷达测量系统，通过雷达测量系统获得范围内车辆两端的连接处空挡位置的空间尺寸，并根据误差范围启动所述轨道牵引车带动车辆移动，以精确调整车辆位置。

应用本发明的基于图像识别与雷达测量的铁水联运车辆定位方法及系统，具有以下有益效果：

1、首先对图像采集装置所采集的车辆图像进行识别，获得岸桥下的目标车厢以及该目标车厢与轨道牵引车中心的第一线路距离，然后获得待装卸车厢与轨道牵引车中心的第二距离；由二者的差值粗略可以得到轨道牵引车的移动方向和距离差值，若距离差值在一定范围内时，则可以启动雷达测量系统进行精确定位，由于雷达测量系统的测量范围比较小，所以限制距离差值在预设范围内再启动，然后根据雷达测量系统实现精准定位，此时在启动岸桥吊具进行装卸能够实现精准定位的同时，又可以避免现有技术中定位不够准确造成的反复调整岸桥吊具和待装卸车厢的问题。因此，本发明实施例能够减少吊装调整次数，提高了生产效率，保证铁路运输安全。

2、本发明实现的系统针对的是港口岸桥在码头前沿或栈桥上进行铁路车辆集装箱直接装卸作业相对定位问题，与车辆类型、集装箱类型有关，且通过采集车辆信息，获得进入铁路装卸线车列的每一辆车辆长度数据，能够适应不同的车辆类型。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的基于图像识别与雷达测量的铁水联运车辆定位方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的基于图像识别与雷达测量的铁水联运车辆定位方法应用场景线路距离示意图；

图3为本发明实施例提供的基于图像识别与雷达测量的铁水联运车辆定位方法的应用场景图像采集布置示意图；

图4为本发明实施例提供的基于图像识别与雷达测量的铁水联运车辆定位方法的第四种应用场景雷达布置示意图；

图5为本发明实施例提供的车辆测量应用场景示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，铁水联运的过程可以简述为：一个车列由若干车辆连接组成，在卸船装车过程中铁路车列是一组空车，其中一辆空车停在岸桥吊具作业范围内(例如，吊具中心位置误差在±200mm)指定接驳位置等待装车，岸桥吊具从船舶中逐个吊起集装箱，卸载在铁路上的待装卸车厢内至完成。车列通过动力牵引工具的牵引，将车列中装载的集装箱车辆驶离岸桥吊具作业区域，同时将车列中空车移入岸桥吊具作业区域指定的接驳位置，等待岸桥的下一钩作业，依次循环。集装箱卸车装船过程与此过程相反，原理相同。

由于岸桥在装卸作业时位置是可以纵向移动的，例如顺着码头岸线方向及船舶停泊方向，因此这个定位是基于岸桥纵向中心的相对定位。轨道牵引车牵引一组车辆(1～N辆)在岸桥下的铁路装卸线沿着码头前沿纵向移动(与码头岸线平行)，岸桥在船舶和铁路车辆之间直接装卸集装箱。装卸完成一箱后，铁路车辆车组在轨道牵引车的牵引下沿着铁路装卸线移动，移动至下一个车厢集装箱箱位中心位置需要对准岸桥吊具中心线。

因此，对于车厢部位的停车位置需要满足岸桥装卸机具的定位精度要求。而铁路车辆的长度是随机的，车列的车辆数量是不确定的，车辆编组顺序是随机的，车辆本身连接车钩具有缓冲器，车组长度在拉伸状态和压缩状态下会出现长度正负误差。

参见图1，本发明实施例提供一种基于图像识别与雷达测量的铁水联运车辆定位方法，包括步骤如下：

S101，通过车号采集设备或系统网络采集待装卸作业车辆信息，获得进入铁路装卸线车列的每一辆车辆长度数据，其中，所述车辆信息包括车辆型号、车号、运行方向和编组顺序识别，根据车辆型号获得车辆长度信息。

需要说明的是，车号采集设备可以是预先建立的车号采集装置，在车辆进入铁路装卸线时能够获得车辆中每一个车厢的编号以及对应的长度，从而获得车辆的长度数据。此外，系统网络可以是预先进行存储的车辆信息，具体的，可以是实现采集后存储与网络中，在发现对应车辆的时候即可调出，该部分为现有技术，本发明实施例不做赘述。

S102，通过图像采集装置采集岸桥装卸区域车辆图像，并识别所述车辆图像中目标车厢的车号，其中，所述车辆图像中包含岸桥下装卸区域的目标车厢。

如图2所示，待装卸车厢运行在钢轨上，通过轨道牵引车的牵引力，带动车辆按照车辆进入方向进行移动，在前进的过程中调整岸桥吊具小车下面的车辆与吊具之间的中心距离。如图2中，还设置有参考坐标点，该坐标点位于集装箱安桥中心线上。同时说明了目标车辆、待装卸车辆、岸桥和轨道牵引车之间的距离关系

如图3所示，在岸桥下侧面(单侧或两侧视现场情况确定)面对铁路车辆设置一组摄像机或者多组摄像机拍摄的图像拼接组成，摄像机图像覆盖范围满足采集到大于一辆最长型号车辆(长度约20m)侧面，通过设置在岸桥下侧面面对铁路车辆摄像机拍摄的车辆图像，可以进行图像识别解析出岸桥下的车辆车号(位于车辆侧面)，由此可以得到相互连接的一列车列中哪一辆(或两辆)车厢位于岸桥下，以及粗略位置。

一种实现方式中，根据车辆图像上车体标识的识别，从而确定目标车厢的车号。可以理解的是，每一列车厢上面均对应不同的车号，根据预先存储的车号与车厢型号的关系，当获得车号以后可以获得与车厢在车列中对应的位置和距离轨道牵引车的距离。

另一种实现方式中，车体上的标识则为车辆的车号，当对目标车厢的标识进行识别后则获得了目标车厢对应的车号。

S103，根据岸桥下目标车厢的车号，车列编组顺序及每一辆车辆的长度，获取所述岸桥中心目标车厢距轨道牵引车中心的第一铁路线路粗略距离。

需要说明的是，铁路车列(或者车组)由多台车辆连接组成，待装卸车厢车列进入装卸线，装卸线入口端的铁路车号自动识别系统(ATIS)的地面识别系统(AEI)采集记录下每节车辆通过该点的时间、地点、运行方向、车辆型号、车号、编组排列顺序信息，通过通信系统传递给相对定位系统。

需要说明的是，也可以通过装卸作业实时管理系统网络传输采集进入铁路装卸线的车辆信息，其中，所述车辆信息包括车辆型号、车号、运行方向和编组顺序信息，通过通信系统传递给相对定位系统。

根据车号采集系统提供的被测轨道的所有车辆型号、车辆车号、运行方向和编组顺序，查询各个车辆的标准长度，可以得到相互连接车列中任一车辆车号以及车厢在车列中的位置，及其与车列两端的长度距离，以及任一车辆中心或端部与轨道牵引车中心之间的铁路线路距离，由此可以计算每一辆车与轨道牵引小车的中心距离。

本发明实施例中，针对目标车厢与轨道牵引车的距离则为第一铁路线路粗略距离，计算第一铁路线路粗略距离的公式为：

其中，Lm是第一铁路线路粗略距离，m为目标车厢的车号，Lc(m)为第m个车辆的标准长度，i为按照车辆排列顺序，且i＝1,2,3...j，Lq为轨道牵引车长度。

S104，确定待装卸车厢，并根据车列编组顺序及每一辆车辆的长度，获取待装卸车厢距轨道牵引车中心的第二铁路线路粗略距离。

本发明的实现方式中，当一辆车装卸完毕后会进行下一辆车的装卸，由于预先有制定的装卸车顺序计划，因此，在前一列车装卸完毕后能够确定装卸车计划的下一辆车，将下一辆车作为即将作业的待装卸车厢；因此，根据前面走过车辆的数目、车辆的长度以及车辆与轨道牵引车的关系，能够获取待装卸车厢距轨道牵引车中心的第二铁路线路粗略距离。

具体的，获取待装卸车厢距轨道牵引车中心的第二铁路线路粗略距离所采用的公式表达为：

其中，Li是第二铁路线路粗略距离，i为目标车厢的车号，Lc(i)为第i个车辆的标准长度，i为按照车辆排列顺序，且i＝1,2,3...j，Lq为轨道牵引车长度。

因此，经过步骤S101-S103能够获得目标车厢与轨道牵引车的第一铁路线路粗略距离Lm，以及待装卸车厢与轨道牵引车的第二铁路线路粗略距离Li，根据二者能够获得待装卸车厢与岸桥吊具的粗略距离Lt。

S105，获取所述第二铁路线路粗略距离与所述第一铁路线路粗略距离之间的粗略距离差值，并在所述距离差值在预设范围内时，确定轨道牵引车的移动方向和需要调整的粗略距离，所述轨道牵引车根据该移动方向和移动距离初步调整待装卸车辆位置至岸桥下装卸区域。

第一铁路线路粗略距离Lm与第二铁路线路粗略距离Li之差为Lt，由位于岸桥下的目标车厢中心得到岸桥中心与轨道牵引车中心得到的粗略距离Lm，以及待装卸车辆中心与轨道牵引车中心的距离Li，Li-Lm＝Lt，等于第i辆车中心距岸桥中心的铁路线路的粗略距离，由于目标车厢的中心不是直接在岸桥吊具的中下方，所以目标车厢的中心与岸桥吊具的中心，在水平方向上存在一定的误差数值，所以不能直接将二者之差作为调节的距离，因此，在启动轨道牵引车进行移动距离Lt以后还需要进一步进行微调。

S106，通过雷达测量系统获得测量范围内待装卸车厢两端连接处空挡位置得到车辆的空间尺寸，并根据所述空间尺寸和误差范围启动所述轨道牵引车带动车列及车辆移动，以精确调整车辆位置。

所述雷达测量系统包括：安装于岸桥一侧面，且该侧面与铁路线路车辆车底架相对设置，在所述铁路线路车辆车底架的中心高度位置设置的一组雷达测量设备。

如图4所示，为雷达测量系统的布局图，雷达分别定位在岸桥面对铁路车辆一侧，铁路轨道与两侧的岸桥行走轨是平行设置的，船舶位于岸桥行走轨所在码头的另一侧，岸桥吊具横跨在船舶、岸桥行走轨、铁路轨道之上，从而进行集装箱的装卸。

本领域技术人员可以理解的是，轨道牵引车牵引一组车列(1辆～N辆)在岸桥下的铁路装卸线沿着码头前沿纵向移动(与码头岸线平行)，岸桥在船舶和铁路车辆之间装卸集装箱。装卸完成一箱后，铁路车辆车列在轨道牵引车的牵引下沿着铁路装卸线移动，移动至下一个车厢集装箱箱位中心位置需要对准岸桥装卸吊具中心线(一个铁路车厢通常可以装载一个40英尺或两个20英尺集装箱，最大可装载两个40英尺或四个20英尺集装箱)。这个车厢位置的停车位置需要满足岸桥装卸机具的定位精度要求。而铁路车辆的长度是随机的，车列的车辆数量是不固定的，车辆编组顺序是随机的，车辆本身连接车钩具有缓冲器，车组长度在拉伸状态和压缩状态下会出现长度正负误差(每个车辆有分米级的长度误差)。由于车辆是无源的需要牵引车牵引移动，所以采用通过牵引车的间接定位方法定位装卸车辆粗略定位。再通过装卸作业岸桥区域的测量系统实现精细定位，即雷达测量定位，两步定位法实现相对定位。

如图5所示，雷达测量系统由安装于岸桥结构侧面面对铁路线路车辆车底架(车钩)中心高度位置设置的一组雷达测量设备组成。通过粗略定位调整基本到位待装卸的一台车辆，经过雷达测量图像得到两台车辆的连接处空挡位置的空间尺寸，判断正负误差范围，由轨道牵引车根据误差数据调整车辆位置。雷达的测量范围大于粗略定位的误差。一组雷达由多台雷达排列组成，这样的布局可以扩大精确定位的测量范围，即可以满足粗略测量较大的误差的对接，也可以满足铁路不同型号车辆(长度不同)装载位置不同的测量需求。

需要说明的是，根据车号识别系统中读出的铁路车辆车型信息，可以区分普通的敞车、集装箱平车(车身长13.2m)，普通平板车(车长14.3m)双层集装箱平车(车身长19.8m)或其它长度的车辆。雷达通过发射波束照在车辆车体，在车辆两端端部、车钩空挡部以及信号发射范围内车厢挡板位置，从目标反射的回波由于距离不同导致产生行程时间差，通过不同的回波强度的识别从而区分目标不同的部分，进而成像。通过测量待装卸车体两端与雷达标定基准线的距离，即可测定岸桥横向中心线(也是吊具中心线和雷达标定基准线)至待装载车辆轮廓边界的距离，精确控制待装载车辆相对于岸桥的相对定位，并实时显示待装载车辆中心坐标信息(Xi)，通过与岸桥吊具(Xm)相对位置关系，精确计算轨道牵引车移动距离S1＝Xm-Xi。

本发明的一种实施例中，雷达组设有雷达标定测量基准线(雷达标定基准线同岸桥中心线)至车辆端部的测量长度标识；Lcz+Lcy＝Lc，Lc车辆车体长度，Lcz车辆左侧边墙距岸桥中心的距离，Lcy车辆右侧边墙距岸桥中心的距离，当Lcz＝Lcy,车辆中心位于岸桥中心位置。又例如，在左边20英尺集装箱对位时，Lcz＝Lcy-L2x/2，右边20英尺集装箱对位时，Lcy＝Lcz-L2x/2，其中，L2x是20英尺集装箱的长度。

本发明实施例中还包括车辆装载中心线的确定，例如，一个普通铁路车辆车厢通常长度在12～13m(双层集装箱车辆19.8m)，可以装一个40英尺集装箱，长度12.192m，或两个20英尺集装箱，长度6.058mm。双层装载时一个车辆可以装载两个40英尺集装箱，或四个20英尺集装箱，或两个20英尺和一个40英尺集装箱。集装箱装载中心线是车辆在装载集装箱时货位的中心线；在装载40英尺集装箱时，车辆纵向中心线与岸桥横向吊具小车走行轨中心线一致(与装卸的集装箱横向中心线一致)；在车厢前端装载20英尺集装箱时，车辆前端载纵向中心线位于车辆中心线前端20英尺集装箱二分之一长度L2x/2(3.029m)位置；在车厢后端装载20英尺集装箱时，车辆后端装载纵向中心线位于车辆中心线后端二分之一集装箱长度L2x/2(3.029m)位置。以轨道牵引车为基准，车辆靠近轨道牵引车一端为前端，另一端为后端。

本发明实施例，应用于集装箱卸船装车时的定位过程：

岸桥吊具抓取船舶一个40英尺集装箱，通过车辆图像识别系统和车号识别系统将一辆空车定位到所选定的岸桥下，轨道牵引车调整车列中一辆空车车辆移动至岸桥下装车位置，此时为粗略位置。通过雷达测得车辆中心线(车辆装载中心线)与岸桥中心线(与小车中心线相同)的差值和方向，监控及执行系统的轨道牵引车按差值方向移动，根据闭环控制机制调整装车车辆位置直至满足装卸精度。岸桥吊具移动集装箱至铁路车辆上方装车，岸桥吊具脱钩离开，通知轨道牵引车该车装车完成。

当岸桥吊具抓取船舶一个20英尺集装箱，通知轨道牵引车要求铁路车辆准备一个20英尺集装箱对位；通过雷达测得车辆中心线，计算出前端车辆装载中心线与岸桥中心线(与小车中心线相同)的差值和方向，监控及执行系统的轨道牵引车按差值方向移动，根据闭环控制机制调整装车车辆位置直至满足装卸精度。岸桥吊具横向移动集装箱至铁路车辆前端上方装车，岸桥吊具脱钩离开，通知轨道牵引车前端装车完成。

岸桥吊具抓取船舶一个20英尺集装箱，通知轨道牵引车要求铁路车辆准备一个20英尺集装箱对位；精确对位系统通过雷达测得车辆中心线，计算出后端车辆装载中心线与岸桥中心线(与小车中心线相同)的差值和方向，监控及执行系统的轨道牵引车按差值方向移动，根据闭环控制机制调整装车车辆位置直至满足装卸精度，对位结束。岸桥吊具横向移动集装箱至铁路车辆后端上方装车，岸桥吊具脱钩离开，通知轨道牵引车后端装车完成。

双层集装箱车辆装车有三种装载方式：两个40英尺集装箱上下重叠装载；四个20英尺集装箱上下前后重叠端装载；两个20英尺集装箱在下前后装载，一个40英尺集装箱在上重叠装载。装车作业对位方法与前面的三种作业对位方法相同。不再赘述。只是同尺寸集装箱原位双层叠加装车时，需要岸桥发出车辆等待通知或装车完成通知，这个通知可以是人工的，也可以是机械设备或自动化设备发出信号。

装车完毕，轨道牵引车解开装卸作业车辆车列，返回起始点，装车作业结束。

集装箱卸车装船定位过程包括：

通过图像识别和车号识别将一辆重车定位到所选定的岸桥下，轨道牵引车调整车列中一辆装载集装箱车辆移动至岸桥下装车位置；通过雷达测得车辆中心线(车辆装载线)与岸桥中心线(与小车中心线相同)的差值和方向，监控及执行系统的轨道牵引车按差值方向移动，根据闭环控制机制调整装车车辆位置直至满足装卸精度。岸桥吊具移动吊具至铁路车辆上方，岸桥吊具抓取车辆一个40英尺集装箱，提起离开车辆装船，岸桥通知定位监控系统一钩卸车作业完成；

根据作业计划一个前端装有20英尺集装箱车辆进入装卸线岸桥下等待卸车装船；作业计划通知轨道牵引车要求铁路车辆前端一个20英尺集装箱对位；粗略定位系统计算车列运行方向和移动距离；精确对位系统通过雷达测得车辆中心线(车辆装载线)与岸桥中心线(与小车中心线相同)的差值和方向，监控及执行系统计算出前端装载中心线与岸桥中心线的差值和方向；监控系统通知轨道牵引车按差值方向移动，根据闭环控制机制调整装车车辆位置直至满足装卸精度。岸桥吊具移动吊具至铁路车辆前端上方，岸桥吊具抓取车辆前端一个20英尺集装箱，提起离开车辆装船，岸桥通知定位监控系统一钩卸车作业完成；

根据作业计划一个后端装有20英尺集装箱车辆进入装卸线岸桥下等待卸车装船；作业计划通知轨道牵引车要求铁路车辆后端一个20英尺集装箱对位；粗略定位系统计算运行方向和移动距离，精确对位系统通过雷达测得车辆中心线(车辆装载线)与岸桥中心线(与小车中心线相同)的差值和方向，监控及执行系统计算出后端装载中心线与岸桥中心线的差值和方向；监控系统通知轨道牵引车按差值方向移动，根据闭环控制机制调整装车车辆位置直至满足装卸精度。岸桥吊具移动吊具至铁路车辆后端上方，岸桥吊具抓取车辆一个20英尺集装箱，提起离开车辆装船，岸桥通知定位监控系统一钩卸车作业完成；

双层集装箱车辆装车有三种装载方式：两个40英尺集装箱上下重叠装载；四个20英尺集装箱上下前后重叠装载；两个20英尺集装箱在下前后装载，一个40英尺集装箱在上重叠装载。卸车作业对位方法与前面的三种作业对位方法相同。不再赘述。只是同尺寸集装箱原位双层叠加卸车时，需要岸桥发出车辆等待通知或装车完成通知，这个通知可以是人工的，也可以是机械设备或自动化设备发出信号。

卸车计划执行完毕，轨道牵引车解开装卸作业车辆车列，返回起始点，卸车作业结束。

本发明实施例应用于港口集装箱岸桥起重机与铁路车辆装卸集装箱的相对移动定位的方法，也适用于港口门座起重机(简称：门吊)、散货卸船机和散货装船机与铁路车辆装卸集装箱的相对移动定位的方法。实施过程中采用本方法的全部或一部分即可达到精度要求，其原理是相通的。由于门座起重机的吊臂可旋转和作业半径可调，吊具位置是门座起重机中心加减吊臂旋转半径。即在本方法定位基准的基础上增加作业半径和方向调整量即可达到相对定位要求。

本发明实施例不仅仅是应用于港口集装箱岸桥起重机与铁路车辆装卸集装箱的相对移动定位的方法，也适用于港口散装货物装卸机具与铁路车辆散装货物装卸作业的相对定位方法。

本发明实施例不仅仅应用于港口集装箱岸桥起重机与铁路车辆装卸集装箱的相对移动定位的方法，也适用于其它应用场合中机具与铁路车辆的相对定位方法。

图像识别模块，用于通过图像采集装置采集岸桥装卸区域车辆图像，其中，所述车辆图像中包含岸桥下的目标车厢；识别所述车辆图像中目标车厢的车号；根据所述目标车厢的车号，获取所述目标车厢距轨道牵引车中心的第一铁路线路粗略距离；

轨道牵引监测模块，用于确定待装卸车厢，并获取待装卸车厢距轨道牵引车中心的第二铁路线路粗略距离；获取所述第二铁路线路粗略距离与所述第一铁路线路粗略距离之间的距离差值，并在所述距离差值在预设范围内时，确定轨道牵引车的移动方向和需要调整的距离，以及启动雷达测量系统；

雷达测量系统，安装于岸桥一侧面，且该侧面与铁路线路车辆车底架相对设置，在所述铁路线路车辆车底架的中心高度位置设置的一组雷达测量设备；通过所述雷达测量系统获得范围内两台车辆的连接处空挡位置的空间尺寸，并根据正负误差范围启动所述轨道牵引车调整车辆位置

此外，本发明实施例还提供了一种基于图像识别与雷达的铁水联运车辆跟踪定位系统，所述系统包括：

图像识别模块，用于通过图像采集装置采集岸桥装卸区域车辆图像，识别所述车辆图像中目标车厢的车号；根据所述目标车厢的车号，获取所述目标车厢距轨道牵引车中心的第一铁路线路粗略距离,其中，所述车辆图像中包含岸桥下的目标车厢；

轨道牵引监测模块，用于确定待装卸车厢，并获取待装卸车厢距轨道牵引车中心的第二铁路线路粗略距离；获取所述第二铁路线路粗略距离与所述第一铁路线路粗略距离之间的距离差值，并在所述距离差值在预设范围内时，确定轨道牵引车的移动方向和需要调整的距离，所述轨道牵引车根据该移动方向和移动距离初步调整车辆位置；

雷达测量系统，通过雷达测量系统获得范围内车辆两端的连接处空挡位置的空间尺寸，并根据正负误差范围启动所述轨道牵引车带动车辆移动，以精确调整车辆位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于图像识别与雷达测量的铁水联运车辆定位方法，其特征在于，所述方法包括：

通过车号采集设备或系统网络采集待装卸作业车辆信息，获得进入铁路装卸线车列的每一辆车辆长度数据，其中，所述车辆信息包括车辆型号、车号、运行方向和编组顺序识别，根据车辆型号获得车辆长度信息；

通过图像采集装置采集岸桥装卸区域车辆图像，并识别所述车辆图像中目标车厢的车号，其中，所述车辆图像中包含岸桥下装卸区域的目标车厢；

根据岸桥下目标车厢的车号，车列编组顺序及每一辆车辆的长度，获取所述岸桥中心目标车厢距轨道牵引车中心的第一铁路线路粗略距离；

确定待装卸车厢，并根据车列编组顺序及每一辆车辆的长度，获取待装卸车厢距轨道牵引车中心的第二铁路线路粗略距离；

获取所述第二铁路线路粗略距离与所述第一铁路线路粗略距离之间的粗略距离差值，并在所述距离差值在预设范围内时，确定轨道牵引车的移动方向和需要调整的粗略距离，所述轨道牵引车根据该移动方向和移动距离初步调整待装卸车辆位置至岸桥下装卸区域；

通过雷达测量系统获得测量范围内待装卸车厢两端连接处空挡位置得到车辆的空间尺寸，并根据所述空间尺寸和误差范围启动所述轨道牵引车带动车列及车辆移动，以精确调整车辆位置；

通过所述雷达测量系统发射扫描波束照射在车辆车体，分别照射在车辆的多个部位，根据反射的回波行程时间差和回波强度的识别车辆的部位，获得雷达成像和车体轮廓尺寸；

通过测量车体两端与雷达标定基准线的距离，测定岸桥横向中心线至待装载车辆轮廓边界的距离，精确控制待装载车辆相对于岸桥的相对定位，计算待装载车辆中心坐标和车厢装载集装箱中心位置信息、岸桥吊具的坐标信息；

根据所述待装载车辆中心坐标信息和所述岸桥吊具的坐标信息，计算轨道牵引车移动距离；

其中，所述多个部位包括：两端端部、车钩空挡部以及信号发射范围内车厢车底架位置，所述岸桥横向中心线为岸桥吊具中心线和雷达标定基准线；

当前一组集装箱装卸完毕，且在车列移动到下一个集装箱装卸车位置时，在车辆移动过程中，启动雷达不间断的测量装卸车辆位置，将期望值与实际位置的差值反馈至轨道牵引车所对应的控制器，以使所述轨道牵引车牵引车列按照控制器指令移动，直至车辆移动到满足对位精度的期望位置停车，闭环控制结束。

2.如权利要求1所述的基于图像识别与雷达测量的铁水联运车辆定位方法，其特征在于，在所述目标车厢与所述待装卸车厢为同一车辆时，所述方法还包括：

获取所述待装卸车厢与岸桥的第三铁路线路距离；

将所述第三铁路线路距离作为距离差值，并将距离差值确定为调整值。

3.如权利要求1所述的基于图像识别与雷达测量的铁水联运车辆定位方法，其特征在于，所述根据岸桥下目标车厢的车号，车列编组顺序及每一辆车辆的长度，获取所述岸桥中心距轨道牵引车中心的第一铁路线路粗略距离所采用的公式表达为：

其中，Lm是第一铁路线路粗略距离，m为目标车厢的车号，Lc(m)为第m个车辆的标准长度，i为按照车辆排列顺序，且i＝1,2,3...j，Lq为轨道牵引车长度。

4.如权利要求3所述的基于图像识别与雷达测量的铁水联运车辆定位方法，其特征在于，所述确定待装卸车厢，并根据车列编组顺序及每一辆车的长度，获取待装卸车厢距轨道牵引车中心的第二铁路线路粗略距离的步骤，包括：

根据预先制定的装卸车计划顺序，确定待装卸车辆；

根据先制定的集装箱装卸车计划顺序、待装卸集装箱的尺寸型号和装车位置；确定车辆待装卸车厢集装箱前后、上下、装载中心位置；

获取待装卸车厢集装箱装载中心位置距轨道牵引车中心的第二铁路线路粗略距离；

其中，获取待装卸车厢距轨道牵引车中心的第二铁路线路粗略距离所采用的公式表达为：

其中，Li是第二铁路线路粗略距离，i为目标车厢的车号，Lc(i)为第i个车辆的标准长度，i为按照车辆排列顺序，且i＝1,2,3...j，Lq为轨道牵引车长度；

以及，

其中，L2x/2为装载20英寸集装箱的装载位置相对车辆中心的调整量，前装载位置L2x/2为负值，后装载位置L2x/2为正值，40英尺集装箱L2x/2为0。

5.如权利要求1所述的基于图像识别与雷达测量的铁水联运车辆定位方法，其特征在于，所述通过图像采集装置采集岸桥装卸区域车辆图像的步骤，包括：

启动图像采集装置，

判断所述图像采集装置的拍摄范围是否覆盖岸桥下铁路装卸线车辆侧面全貌；

如果是，采集岸桥下车辆的车号和位置图像。

6.如权利要求1所述的基于图像识别与雷达测量的铁水联运车辆定位方法，其特征在于，确定轨道牵引车的移动方向，包括：

在所述第一铁路线路粗略距离不等于所述第二铁路线路粗略距离时，确定轨道牵引车向所述岸桥吊具的中心线方向移动；否则，不移动。

7.如权利要求1所述的基于图像识别与雷达测量的铁水联运车辆定位方法，其特征在于，所述通过采集车辆信息，获得进入铁路装卸线车列的每一辆车辆长度数据的步骤，包括：

通过车辆车号识别系统采集安装在车辆内的反射芯片的铁路车辆型号和车号，其中，车辆车号识别系统包括：安装在铁路装卸线入口端的AEI采集设备和车号识别系统；

记录车辆上电子标签通过该位置的时间、地点、运行方向、车辆型号、车号、编组排列顺序；

根据车辆型号查询车厢的长度参数，其中，车厢长度和装载要求与预先存储的数据，并计算车列的编组和车列中任意车辆的位置和该车辆两端距车组起始端的长度距离和整个车组的长度；或者，通过装卸作业实时管理系统网络传输采集进入装卸线车列的车辆信息。

8.一种基于图像识别与雷达测量的铁水联运车辆定位系统，其特征在于，所述系统包括：

图像识别模块，用于通过图像采集装置采集岸桥装卸区域车辆图像，识别所述车辆图像中目标车厢的车号；根据所述目标车厢的车号及目标车厢在车列编组顺序的位置，获取所述目标车厢距轨道牵引车中心的第一铁路线路粗略距离,其中，所述车辆图像中包含岸桥下的目标车厢；

轨道牵引车监控模块，用于确定待装卸车厢；根据所述待装卸车厢的车号及待装卸车厢在车列编组顺序的位置，并获取待装卸车厢距轨道牵引车中心的第二铁路线路粗略距离；获取所述第二铁路线路粗略距离与所述第一铁路线路粗略距离之间的粗略 距离差值，并在所述距离差值在预设范围内时，确定轨道牵引车的移动方向和需要调整的距离，所述轨道牵引车根据该移动方向和移动距离初步调整车辆位置；

雷达测量系统，通过雷达测量系统获得范围内车辆两端的连接处空挡位置的空间尺寸，并根据误差范围启动所述轨道牵引车带动车辆移动，以精确调整车辆位置；通过所述雷达测量系统发射扫描波束照射在车辆车体，分别照射在车辆的多个部位，根据反射的回波行程时间差和回波强度的识别车辆的部位，获得雷达成像和车体轮廓尺寸；

通过测量车体两端与雷达标定基准线的距离，测定岸桥横向中心线至待装载车辆轮廓边界的距离，精确控制待装载车辆相对于岸桥的相对定位，计算待装载车辆中心坐标和车厢装载集装箱中心位置信息、岸桥吊具的坐标信息；

根据所述待装载车辆中心坐标信息和所述岸桥吊具的坐标信息，计算轨道牵引车移动距离；

其中，所述多个部位包括：两端端部、车钩空挡部以及信号发射范围内车厢车底架位置，所述岸桥横向中心线为岸桥吊具中心线和雷达标定基准线；

当前一组集装箱装卸完毕，且在车列移动到下一个集装箱装卸车位置时，在车辆移动过程中，启动雷达不间断的测量装卸车辆位置，将期望值与实际位置的差值反馈至轨道牵引车所对应的控制器，以使所述轨道牵引车牵引车列按照控制器指令移动，直至车辆移动到满足对位精度的期望位置停车，闭环控制结束。

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