CN110968567B - 起重机货物三维位置信息数据库的智能构建方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种起重机货物三维位置信息数据库的智能构建方法及系统，方法包括：以起重机装载货物在大、小车运行和垂直下降三个运动方向的极限位置点作为原点、以起重机的小车、大车和起升机构的运行方向分别作为X、Y、Z方向来建立三维空间坐标系；建立货物的位置与三维空间坐标系的对应关系，得到位置信息数据库结构；按照导入规则将货物的位置坐标顺序导入至位置信息数据库结构中得到位置信息数据库。本发明的方法适用于各种起重机作业，可以将批量货物的位置信息数据按照设定的规则自动导入数据库，构建的数据库结构和数据存储方式便于系统快速调用货物的位置信息数据，为后续进行搬运顺序优化等定式化计算分析和优化提供准确的数据。

Description

起重机货物三维位置信息数据库的智能构建方法及系统

技术领域

本发明涉及起重运输机械及物料搬运技术领域，具体为一种起重机货物三维位置信息数据库的智能构建方法。

背景技术

岸桥和场桥是集装箱港口关键起重设备，这类设备的装卸作业效率和操控作业自动化程度直接关系到港口接卸能力和运营效益，因此成为港口重点关注的主要性能指标。目前，全球港口业正在从机械时代向人工智能时代发展，船舶大型化发展趋势和5G智慧港口建设，将推动港口集装箱起重装卸设备新一轮的产品创新和技术升级。另一方面，目前港口普遍面临熟练操作司机不足，港口起重设备装卸作业效率无法满足船舶大型化和智慧港口建设的需求等问题，开发自动化、智能化、能24小时连续作业的自动化起重设备成为全行业共同关注的重要研究领域。

传统港口在进行集装箱装卸作业时，会根据船东提供的集装箱箱位图和卸载和装载要求，人工或借助辅助软件编制对象船舶或特定装卸业务的装卸作业计划和搬运顺序指令，起重机司机根据搬运作业计划和搬运顺序指令进行计划数量集装箱的搬运作业。目前，全球最大集装箱船的载箱量为21237标准箱，大型枢纽港通常会同时接卸多艘集装箱船舶，由于需要处理的集装箱数量和位置信息量庞大，通过传统方法进行集装箱位置信息处理和装卸作业顺序指令编制，存在效率低、误差率高等问题。

因此，起重机货物位置信息数据库构建、起重机货物卸载顺序及起重机货物自动搬运顺序的智能优化和自动生成技术是支撑起重机自动化、智能化连续装卸作业的关键技术，也是彻底解决传统港口效率低、误差率高等问题及提升港口整体运营效率的关键，而起重机货物位置信息数据库构建又是起重机货物卸载顺序及起重机货物自动搬运顺序的智能优化和自动生成技术研究的基础。

发明内容

本发明以实现起重机自动化连续装卸作业为目标，提出了一种起重机货物三维位置信息数据库的智能构建方法，该方法可以将批量货物的位置信息数据按照设定的规则自动导入数据库，构建的数据库结构和数据存储方式便于系统快速调用数据库内货物的位置信息数据，准确进行搬运顺序优化等定式化计算分析和优化，为后续路径规划和自动控制作业提供准确的数据和指令输入，大幅度减少系统分析计算工作量，并实现数据流的顺畅传输。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种起重机货物三维位置信息数据库的智能构建方法，包括如下步骤：

S1、建立三维空间坐标系，以起重机装载货物吊具在大、小车运行和垂直下降三个运动方向的极限位置点作为所述三维空间坐标系的原点，以起重机的小车、大车和起升机构的运行方向分别作为所述三维空间坐标系的X、Y、Z方向；

S2、定义货物数量为m件，将m件货物的初始位置表示为P＝{P₁，P₂，...，P_m}，建立初始位置P与所述三维空间坐标系的对应关系，得到第一初始位置信息数据库结构：

其中，X_P、Y_P、Z_P分别表示初始位置P在X、Y、Z方向的位置坐标，

分别表示第i件货物在X、Y、Z方向的位置坐标，

分别表示第m件货物在X、Y、Z方向的位置坐标；

S3、将m件货物与所述三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数分别定义为λ_P、τ_P、ε_P；

当λ_P×τ_P×ε_P＝m时，将m件货物中距离三维空间坐标系原点最近的货物的位置坐标定义为

将m件货物的X、Y、Z方向的间隔距离分别定义为ζ_Px、ζ_Py、ζ_Pz，建立m件货物在X、Y、Z方向的位置坐标矩阵，得到第二初始位置信息数据库结构：

其中，

是λ_P个

构成的矩阵，

是λ_P个

构成的矩阵，

是λ_P个z_p1构成的矩阵，

是λ_P个

构成的矩阵；

将m件货物中距离所述三维空间坐标系原点最近的货物的位置坐标、m件货物与所述三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数及m件货物的X、Y、Z方向的间隔距离输入至所述第二初始位置信息数据库结构中，得到初始位置信息数据库；

当λ_P×τ_P×ε_P≠m时，将m件货物的位置坐标按照设定的导入规则顺序输入至所述第一初始位置信息数据库结构中，得到初始位置信息数据库。

本发明起重机货物三维位置信息数据库的智能构建方法的进一步改进在于，所述步骤S3中的当λ_P×τ_P×ε_P≠m时的所述导入规则为依次按照Z值从小到大、Y值从小到大、X值从小到大的顺序。

本发明起重机货物三维位置信息数据库的智能构建方法的进一步改进在于，还包括建立卸载位置信息数据库的步骤：

S4、定义m件货物中有n件货物需要卸载，n件货物于卸货区域的卸载位置表示为U＝{U₁，U₂，...，U_n}，建立卸载位置U与所述三维空间坐标系的对应关系；

S5、将n个卸载位置与所述三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数分别定义为λ_u、τ_u、ε_u，且λ_u×τ_u×ε_u＝n，将n个卸载位置中距离所述三维空间坐标系原点最近的卸载位置的位置坐标定义为(x_u1,y_u1,z_u1)，将n个卸载位置的X、Y、Z方向的间隔距离分别定义为ζ_ux、ζ_uy、ζ_uz，建立n个卸载位置在X、Y、Z方向的位置坐标矩阵，得到卸载位置信息数据库结构：

其中，X_u、Y_u、Z_u分别表示卸载位置U在X、Y、Z方向的位置坐标，X_uu＝[x_u1 x_u1+ζ_ux …x_u1+ζ_ux(λ_u-1)]，

是λ_u个y_u1构成的矩阵，

是λ_u个

构成的矩阵，

是λ_u个z_u1构成的矩阵，

是λ_u个

构成的矩阵；

S6、将n个卸载位置中距离所述三维空间坐标系原点最近的卸载位置的位置坐标、n个卸载位置与所述三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数及n个卸载位置的X、Y、Z方向的间隔距离输入至所述卸载位置信息数据库结构中，得到卸载位置信息数据库。

本发明还提供了一种起重机货物三维位置信息数据库的智能构建系统，包括：

三维空间坐标系建立模块，用以建立三维空间坐标系，以起重机装载货物吊具在大、小车运行和垂直下降三个运动方向的极限位置点作为所述三维空间坐标系的原点，以起重机的小车、大车和起升机构的运行方向分别作为所述三维空间坐标系的X、Y、Z方向；

数据处理模块，用以从所述三维空间坐标系建立模块中获取货物的位置坐标，并对各所述位置坐标中X、Y、Z值进行比较、分析和计算；

第一初始位置信息数据库形成模块，用以建立第一初始位置信息数据库结构并从所述数据处理模块中调取货物初始位置的位置坐标并输入至所述第一初始位置信息数据库结构中，以形成初始位置信息数据库，所述第一初始位置信息数据库结构为：

其中，m表示为原始堆放的货物的数量，P＝{P₁，P₂，...，P_m}表示为m件货物的初始位置，X_P、Y_P、Z_P分别表示初始位置P在X、Y、Z方向的位置坐标，

分别表示第i件货物在X、Y、Z方向的位置坐标，

分别表示第m件货物在X、Y、Z方向的位置坐标；

第二初始位置信息数据库形成模块，用以建立第二初始位置信息数据库结构并从所述数据处理模块中调取m件货物中距离所述三维空间坐标系原点最近的货物的位置坐标、m件货物与所述三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数及m件货物的X、Y、Z方向的间隔距离并输入至所述第二初始位置信息数据库结构中，以形成初始位置信息数据库，所述第二初始位置信息数据库结构为：

其中，

表示为m件货物中距离所述三维空间坐标系原点最近的货物的位置坐标，λ_P、τ_P、ε_P分别表示为m件货物与所述三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应与所述三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数，且λ_P×τ_P×ε_P＝m，ζ_Px、ζ_Py、ζ_Pz分别表示为m件货物的X、Y、Z方向的间隔距离，

是λ_P个

构成的矩阵，

是λ_P个

构成的矩阵，

是λ_P个z_p1构成的矩阵，

是λ_P个

构成的矩阵。

本发明起重机货物三维位置信息数据库的智能构建系统的进一步改进在于，还包括卸载位置信息数据库形成模块，用以建立卸载位置信息数据库结构并从数据处理模块中调取货物的卸载位置中距离所述三维空间坐标系坐标原点最近的卸载位置的位置坐标、货物的卸载位置与所述三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数及货物的卸载位置的X、Y、Z方向的间隔距离并输入至所述卸载位置信息数据库结构中，得到卸载位置信息数据库，所述卸载位置信息数据库结构为：

其中，λ_u、τ_u、ε_u分别表示为卸载位置与所述三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数，λ_u×τ_u×ε_u＝n，n表示为在m件货物中有n件货物需要卸载，U＝{U₁，U₂，...，U_n}表示为n个卸载位置，X_u、Y_u、Z_u分别表示卸载位置U在X、Y、Z方向的位置坐标，(x_u1,y_u1,z_u1)表示为在n个卸载位置中距离所述三维空间坐标系原点最近的卸载位置的位置坐标，ζ_ux、ζ_uy、ζ_uz分别表示为n个卸载位置的X、Y、Z方向的间隔距离，X_uu＝[x_u1 x_u1+ζ_ux … x_u1+ζ_ux(λ_u-1)]，

是λ_u个y_u1构成的矩阵，

是λ_u个

构成的矩阵，

是λ_u个z_u1构成的矩阵，

是λ_u个

构成的矩阵。

本发明包括且不限于以下有益效果：可以将批量货物的位置信息数据按照设定的规则自动导入数据库，构建的数据库结构和数据存储方式便于系统快速调用数据库内货物的位置信息数据，准确进行搬运顺序优化等定式化计算分析和优化，为后续路径规划和自动控制作业提供准确的数据和指令输入，大幅度减少系统分析计算工作量，并实现数据流的顺畅传输。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1示出了本发明方法中货物的初始堆放状态为规则时的示意图；

图2示出了本发明方法中货物的初始堆放状态为不规则时的示意图；

图3示出了本发明方法中单层货物的位置坐标导入规则示意图；

图4示出了本发明方法中多层货物的位置坐标导入规则示意图。

具体实施方式

港口集装箱起重装卸设备是起重机产品大类中的主要产品之一，该类起重机主要装卸作业对象为集装箱，外形尺寸统一，装载和卸载状态规则，与搬运作业环境变化大、障碍物状态复杂、装卸货物种类多样以及装载和卸载作业自动化实现难度大等特点的机加工车间使用的桥、门式等类型起重机相比，集装箱起重装卸设备由于搬运作业环境简单、货物装载和卸载可以自动完成、障碍物可以准确预测等原因，成为近年来起重机自动化控制研究比较集中的一类产品，并取得了一定的研究成果，但是，在现有的相关研究文献中，由于将获取集装箱货运公司或港口生产计划部门编制并提供的装载、卸载和搬运顺序指令作为研究的前提和基础，因此均未发现关于起重机搬运货物三维位置信息数据库构建、起重机货物卸载顺序的自动生成以及起重机货物自动搬运顺序的智能优化等方面的研究报导。

结合公式与附图对本发明所涉及的一种起重机货物三维位置信息数据库的智能构建方法进行详细的实施方式说明。

参阅图1或2所示，一种起重机货物三维位置信息数据库的智能构建方法，包括如下步骤：

S1、建立三维空间坐标系，以起重机装载货物吊具在大、小车运行和垂直下降三个运动方向的极限位置点作为三维空间坐标系的原点，以起重机的小车、大车和起升机构的运行方向分别作为三维空间坐标系的X、Y、Z方向；

S2、定义货物数量为m件，将m件货物的初始位置表示为P＝{P₁，P₂，...，P_m}，建立初始位置P与三维空间坐标系的对应关系，得到第一初始位置信息数据库结构，如公式(1)所示：

其中，X_P、Y_P、Z_P分别表示初始位置P在X、Y、Z方向的位置坐标，

分别表示第i件货物在X、Y、Z方向的位置坐标，

分别表示第m件货物在X、Y、Z方向的位置坐标；

S3、将m件货物与三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数分别定义为λ_P、τ_P、ε_P；

当λ_P×τ_P×ε_P＝m时，将m件货物中距离三维空间坐标系原点最近的货物的位置坐标定义为

将m件货物的X、Y、Z方向的间隔距离分别定义为ζ_Px、ζ_Py、ζ_Pz，建立m件货物在X、Y、Z方向的位置坐标矩阵，得到第二初始位置信息数据库结构，如公式(2)所示：

其中，

是λ_P个

构成的矩阵，

是λ_P个

构成的矩阵，

是λ_P个z_p1构成的矩阵，

是λ_P个

构成的矩阵；

将m件货物中距离三维空间坐标系原点最近的货物的位置坐标、m件货物与三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数及m件货物的X、Y、Z方向的间隔距离输入至第二初始位置信息数据库结构中，得到初始位置信息数据库；

当λ_P×τ_P×ε_P≠m时，将m件货物的位置坐标按照设定的导入规则顺序输入至第一初始位置信息数据库结构中，得到初始位置信息数据库。

参阅图1或图2，在本实施例的步骤S1中的小车、大车和起升机构为起重机的三大机构，大车运行机构实现起重机水平移动、小车运行机构驱动小车实现小车在主梁轨道上的水平移动、起升机构实现起重机取物装置的升降作业起升。

在步骤S2中，建立初始位置与三维空间坐标系的对应关系时，需将货物看作质点，则货物的初始位置的位置坐标即为货物的几何中心在初始位置的位置坐标；所建立的第一初始位置信息数据库结构为m件货物的初始位置在三维空间坐标系下的位置坐标的基础矩阵形式，但本发明建立初始位置信息数据库的目的是为了便于后续搬运顺序优化等分析计算时快速便捷地调用和存储数据，同时确保货物的相对位置关系清晰，便于系统准确判断货物空间位置关系，所以除了将m件货物的初始位置用三维位置坐标表示外还需要将这些位置坐标按照一定导入规则顺序存储在初始位置信息数据库中。

由于初始堆放的m件货物有可能是按照列、行、层数整齐堆放成规则的状态(如图1所示)，也有可能是随意堆放成不规则的状态(如图2所示)，因此，在步骤S3中，将初始位置信息数据库的构建按照货物的初始堆放状态是否规则分成两种情况：一是当货物的初始堆放状态为规则时，如图1所示，即λ_P×τ_P×ε_P＝m时，通过定义m件货物中距离三维空间坐标系原点最近的货物的位置坐标及m件货物的X、Y、Z方向的间隔距离来将第一初始位置信息数据库结构变形为第二初始位置信息数据库结构，采用第二初始位置信息数据库结构，只需获取距离三维空间坐标系原点最近的货物的位置坐标、m件货物与三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数及m件货物的X、Y、Z方向的间隔距离即可自动生成按照指定顺序存储的初始位置信息数据库；二是当货物的初始堆放状态为不规则时，如图2所示，即当λ_P×τ_P×ε_P≠m时，需要获取所有货物的初始位置的位置坐标，并按照预设的导入规则顺序输入至第一初始位置信息数据库结构中，以得到按照指定顺序存储的初始位置信息数据库。

进一步地，步骤S3中的当λ_P×τ_P×ε_P≠m时的导入规则为依次按照Z值从小到大、Y值从小到大、X值从小到大的顺序。

上述的导入规则的基本要求有两个，其一是有利于后续搬运顺序优化等分析计算时快速便捷地调用和存储数据，其二是确保货物的相对位置关系清晰，便于系统准确判断货物空间位置关系。

下面结合附图对上述导入规则进行详细说明：当货物初始堆放为单层情况下，所有初始位置的位置坐标中Z值是相等的，因此，仅需依次按照Y值从小到大、X值从小到大的顺序导入即可，图3示出了本发明方法中单层货物的位置坐标导入规则示意图，如图所示，按照离三维空间坐标系坐标原点由近到远的顺序先导入X方向第1行货物的位置坐标，再依次沿Y方向导入X方向第2行货物的位置坐标，以此类推将全部单层货物的位置坐标全部导入第一初始位置信息数据库结构中；

当货物初始堆放为多层情况下，通过比较位置坐标中X、Y、Z值的大小可以判断货物初始堆放是否为多层，例如，两件货物的初始位置的位置坐标中X、Y值相等、Z值不相等，则说明Z值较大的货物堆放于Z值较小的货物上面，因此，通过比较和分析Z值可以判断货物堆放的层数，经判断后，依次按照Z值从小到大、Y值从小到大、X值从小到大的顺序导入即可，也就是说，参阅图4，图4示出了本发明方法中多层货物的位置坐标导入规则示意图，如图所示，图4左侧为多层货物中的三层(Pi-1层、Pi层、Pi+1层)货物的位置状态，右侧为按照左侧示意的顺序导入的位置坐标的矩阵形式，按照先下后上的顺序，先从最下层货物的位置坐标开始导入，依次完成从最下层到最上层货物的位置坐标的导入，相应的，数据库的左侧为放置在最下层的货物的位置坐标、右侧为放置在最上层的货物的位置坐标，而每层货物的位置坐标的导入规则同单层货物的导入规则，即数据库中的位置坐标从左至右依次为Y值逐渐增大，X值逐渐增大。

作为本发明起重机货物三维位置信息数据库的智能构建方法的一较佳实施例，还包括建立卸载位置信息数据库的步骤：

S4、定义m件货物中有n件货物需要卸载，n件货物于卸货区域的卸载位置表示为U＝{U₁，U₂，...，U_n}，建立卸载位置U与三维空间坐标系的对应关系；

S5、将n个卸载位置与三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数分别定义为λ_u、τ_u、ε_u，且λ_u×τ_u×ε_u＝n，将n个卸载位置中距离三维空间坐标系原点最近的卸载位置的位置坐标定义为(x_u1,y_u1,z_u1)，将n个卸载位置的X、Y、Z方向的间隔距离分别定义为ζ_ux、ζ_uy、ζ_uz，建立n个卸载位置在X、Y、Z方向的位置坐标矩阵，得到卸载位置信息数据库结构，如公式(3)所示：

其中，X_u、Y_u、Z_u分别表示卸载位置U在X、Y、Z方向的位置坐标，X_uu＝[x_u1 x_u1+ζ_ux …x_u1+ζ_ux(λ_u-1)]，

是λ_u个y_u1构成的矩阵，

是λ_u个

构成的矩阵，

是λ_u个z_u1构成的矩阵，

是λ_u个

构成的矩阵；

S6、将n个卸载位置中距离三维空间坐标系原点最近的卸载位置的位置坐标、n个卸载位置与三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数及n个卸载位置的X、Y、Z方向的间隔距离输入至卸载位置信息数据库结构中，得到卸载位置信息数据库。

起重机根据搬运作业工艺和作业计划要求进行批量货物连续装卸作业时，会得到明确的货物卸载指令，该卸载指令根据货物种类和搬运工艺不同一般分为指定卸载货位和指定卸载区域两种：指定卸载货位就是给出每件货物的卸载位置，司机严格按照该卸载指令将每件指定的货物搬运和卸载到指定货位；指定卸载区域就是给定一个卸载区域，司机根据经验安排卸载顺序并连续将计划数量的货物搬运并卸载到给定卸载区域。

在接收到上述指定卸载货位的卸载指令情况下，由于每件货物以及该货物的卸载位置均被指定，货物卸载指令可以直接转化为连续卸载顺序指令，系统顺序执行该指令可以实现计划数量货物的连续搬运作业。

在接收到上述指定卸载区域的卸载指令情况下，要自动获得货物连续卸载顺序指令，就必须制定并给定针对卸载区域的卸载规则，因此本实施例在已建立三维空间坐标系的基础上，构建了卸载位置信息数据库，前提是，卸货区域也需在三维空间坐标系所定义的三维空间内，使货物的整个搬运过程都在三维空间内进行。本实施例构建的卸载位置信息数据库能够快速便捷地调用卸载位置信息，同时能够确保货物卸载位置之间的相对位置关系清晰，便于系统准确判断货物卸载位置的空间位置关系等，方便后续制定卸载规则，为优化和自动生成卸载顺序提供了数据基础。

本发明基于起重机货物三维位置信息数据库的智能构建方法提供了一种起重机货物三维位置信息数据库的智能构建系统，包括：

三维空间坐标系建立模块，用以建立三维空间坐标系，以起重机装载货物吊具在大、小车运行和垂直下降三个运动方向的极限位置点作为三维空间坐标系的原点，以起重机的小车、大车和起升机构的运行方向分别作为三维空间坐标系的X、Y、Z方向；

数据处理模块，用以从三维空间坐标系建立模块中获取货物的位置坐标，并对各位置坐标中X、Y、Z值进行比较、分析和计算；

第一初始位置信息数据库形成模块，用以建立第一初始位置信息数据库结构并从数据处理模块中调取货物初始位置的位置坐标并输入至第一初始位置信息数据库结构中，以形成初始位置信息数据库，第一初始位置信息数据库结构如公式(1)所示：

其中，m表示为原始堆放的货物的数量，P＝{P₁，P₂，...，P_m}表示为m件货物的初始位置，X_P、Y_P、Z_P分别表示初始位置P在X、Y、Z方向的位置坐标，

分别表示第i件货物在X、Y、Z方向的位置坐标，

分别表示第m件货物在X、Y、Z方向的位置坐标；

第二初始位置信息数据库形成模块，用以建立第二初始位置信息数据库结构并从数据处理模块中调取m件货物中距离三维空间坐标系原点最近的货物的位置坐标、m件货物与三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数及m件货物的X、Y、Z方向的间隔距离并输入至第二初始位置信息数据库结构中，以形成初始位置信息数据库，第二初始位置信息数据库结构如公式(2)所示：

其中，

表示为m件货物中距离三维空间坐标系原点最近的货物的位置坐标，λ_P、τ_P、ε_P分别表示为m件货物与三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应与三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数，且λ_P×τ_P×ε_P＝m，ζ_Px、ζ_Py、ζ_Pz分别表示为m件货物的X、Y、Z方向的间隔距离，

是λ_P个

构成的矩阵，

是λ_P个

构成的矩阵，

是λ_P个z_p1构成的矩阵，

是λ_P个

构成的矩阵。

本发明的智能构建系统，通过三维空间坐标系建立模块建立三维空间坐标系并输出货物的位置坐标；然后通过数据处理模块对从三维空间坐标系建立模块中获取的位置坐标进行比较、分析和计算，然后分别向第一初始位置信息数据库形成模块或第二初始位置信息数据库形成模块提供二者所需的位置信息(包括按指定顺序排列的位置坐标、经计算分析得到的货物的列、行、层数及间隔距离等)；最后第一初始位置信息数据库形成模块或第二初始位置信息数据库形成模块将由数据处理模块中获取到的位置信息输入至对应的初始位置信息数据库结构中。

作为本发明起重机货物三维位置信息数据库的智能构建系统的较佳实施例，还包括卸载位置信息数据库形成模块，用以建立卸载位置信息数据库结构并从数据处理模块中调取货物的卸载位置中距离三维空间坐标系坐标原点最近的卸载位置的位置坐标、货物的卸载位置与三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数及货物的卸载位置的X、Y、Z方向的间隔距离并输入至卸载位置信息数据库结构中，得到卸载位置信息数据库，卸载位置信息数据库结构如公式(3)所示：

其中，λ_u、τ_u、ε_u分别表示为卸载位置与三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数，λ_u×τ_u×ε_u＝n，n表示为在m件货物中有n件货物需要卸载，U＝{U₁，U₂，...，U_n}表示为n个卸载位置，X_u、Y_u、Z_u分别表示卸载位置U在X、Y、Z方向的位置坐标，(x_u1,y_u1,z_u1)表示为在n个卸载位置中距离三维空间坐标系原点最近的卸载位置的位置坐标，ζ_ux、ζ_uy、ζ_uz分别表示为n个卸载位置的X、Y、Z方向的间隔距离，X_uu＝[x_u1 x_u1+ζ_ux … x_u1+ζ_ux(λ_u-1)]，

是λ_u个y_u1构成的矩阵，

是λ_u个

构成的矩阵，

是λ_u个z_u1构成的矩阵，

是λ_u个

构成的矩阵。

起重机根据搬运作业工艺和作业计划要求进行批量货物连续装卸作业时，会得到明确的货物卸载指令，该卸载指令根据货物种类和搬运工艺不同一般分为指定卸载货位和指定卸载区域两种：指定卸载货位就是给出每件货物的卸载位置，司机严格按照该卸载指令将每件指定的货物搬运和卸载到指定货位；指定卸载区域就是给定一个卸载区域，司机根据经验安排卸载顺序并连续将计划数量的货物搬运并卸载到给定卸载区域。

在接收到上述指定卸载货位的卸载指令情况下，由于每件货物以及该货物的卸载位置均被指定，货物卸载指令可以直接转化为连续卸载顺序指令，系统顺序执行该指令可以实现计划数量货物的连续搬运作业。

在接收到上述指定卸载区域的卸载指令情况下，要自动获得货物连续卸载顺序指令，就必须制定并给定针对卸载区域的卸载规则，因此本实施例增加了上述卸载位置信息数据库形成模块，用以建立卸载位置信息数据库，为后续优化和自动生成卸载顺序提供数据基础。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种起重机货物三维位置信息数据库的智能构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、建立三维空间坐标系，以起重机装载货物吊具在大、小车运行和垂直下降三个运动方向的极限位置点作为所述三维空间坐标系的原点，以起重机的小车、大车和起升机构的运行方向分别作为所述三维空间坐标系的X、Y、Z方向；

S2、定义货物数量为m件，将m件货物的初始位置表示为P＝{P₁，P₂，...，P_m}，建立初始位置P与所述三维空间坐标系的对应关系，得到第一初始位置信息数据库结构：

其中，X_P、Y_P、Z_P分别表示初始位置P在X、Y、Z方向的位置坐标，

分别表示第i件货物在X、Y、Z方向的位置坐标，

分别表示第m件货物在X、Y、Z方向的位置坐标；

S3、将m件货物与所述三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数分别定义为λ_P、τ_P、ε_P；

当λ_P×τ_P×ε_P＝m时，将m件货物中距离三维空间坐标系原点最近的货物的位置坐标定义为

将m件货物的X、Y、Z方向的间隔距离分别定义为ζ_Px、ζ_Py、ζ_Pz，建立m件货物在X、Y、Z方向的位置坐标矩阵，得到第二初始位置信息数据库结构：

其中，

是λ_P个

构成的矩阵，

是λ_P个

构成的矩阵，

是λ_P个z_p1构成的矩阵，

是λ_P个

构成的矩阵；

将m件货物中距离所述三维空间坐标系原点最近的货物的位置坐标、m件货物与所述三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数及m件货物的X、Y、Z方向的间隔距离输入至所述第二初始位置信息数据库结构中，得到初始位置信息数据库；

当λ_P×τ_P×ε_P≠m时，将m件货物的位置坐标按照设定的导入规则顺序输入至所述第一初始位置信息数据库结构中，得到初始位置信息数据库。

2.如权利要求1所述的起重机货物三维位置信息数据库的智能构建方法，其特征在于，所述步骤S3中的当λ_P×τ_P×ε_P≠m时的所述导入规则为依次按照Z值从小到大、Y值从小到大、X值从小到大的顺序。

3.如权利要求1所述的起重机货物三维位置信息数据库的智能构建方法，其特征在于，还包括建立卸载位置信息数据库的步骤：

S4、定义m件货物中有n件货物需要卸载，n件货物于卸货区域的卸载位置表示为U＝{U₁，U₂，...，U_n}，建立卸载位置U与所述三维空间坐标系的对应关系；

S5、将n个卸载位置与所述三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数分别定义为λ_u、τ_u、ε_u，且λ_u×τ_u×ε_u＝n，将n个卸载位置中距离所述三维空间坐标系原点最近的卸载位置的位置坐标定义为(x_u1,y_u1,z_u1)，将n个卸载位置的X、Y、Z方向的间隔距离分别定义为ζ_ux、ζ_uy、ζ_uz，建立n个卸载位置在X、Y、Z方向的位置坐标矩阵，得到卸载位置信息数据库结构：

其中，X_u、Y_u、Z_u分别表示卸载位置U在X、Y、Z方向的位置坐标，X_uu＝[x_u1 x_u1+ζ_ux … x_u1+ζ_ux(λ_u-1)]，

是λ_u个y_u1构成的矩阵，

是λ_u个

构成的矩阵，

是λ_u个z_u1构成的矩阵，

是λ_u个

构成的矩阵；

S6、将n个卸载位置中距离所述三维空间坐标系原点最近的卸载位置的位置坐标、n个卸载位置与所述三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数及n个卸载位置的X、Y、Z方向的间隔距离输入至所述卸载位置信息数据库结构中，得到卸载位置信息数据库。

4.一种起重机货物三维位置信息数据库的智能构建系统，其特征在于，包括：

三维空间坐标系建立模块，用以建立三维空间坐标系，以起重机装载货物吊具在大、小车运行和垂直下降三个运动方向的极限位置点作为所述三维空间坐标系的原点，以起重机的小车、大车和起升机构的运行方向分别作为所述三维空间坐标系的X、Y、Z方向；

数据处理模块，用以从所述三维空间坐标系建立模块中获取货物的位置坐标，并对各所述位置坐标中X、Y、Z值进行比较、分析和计算；

第一初始位置信息数据库形成模块，用以建立第一初始位置信息数据库结构并从所述数据处理模块中调取货物初始位置的位置坐标并输入至所述第一初始位置信息数据库结构中，以形成初始位置信息数据库，所述第一初始位置信息数据库结构为：

其中，m表示为原始堆放的货物的数量，P＝{P₁，P₂，...，P_m}表示为m件货物的初始位置，X_P、Y_P、Z_P分别表示初始位置P在X、Y、Z方向的位置坐标，

分别表示第i件货物在X、Y、Z方向的位置坐标，

分别表示第m件货物在X、Y、Z方向的位置坐标；

第二初始位置信息数据库形成模块，用以建立第二初始位置信息数据库结构并从所述数据处理模块中调取m件货物中距离所述三维空间坐标系原点最近的货物的位置坐标、m件货物与所述三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数及m件货物的X、Y、Z方向的间隔距离并输入至所述第二初始位置信息数据库结构中，以形成初始位置信息数据库，所述第二初始位置信息数据库结构为：

其中，

表示为m件货物中距离所述三维空间坐标系原点最近的货物的位置坐标，λ_P、τ_P、ε_P分别表示为m件货物与所述三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应与所述三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数，且λ_P×τ_P×ε_P＝m，ζ_Px、ζ_Py、ζ_Pz分别表示为m件货物的X、Y、Z方向的间隔距离，

是λ_P个

构成的矩阵，

是λ_P个

构成的矩阵，

是λ_P个z_p1构成的矩阵，

是λ_P个

构成的矩阵。

5.如权利要求4所述的起重机货物三维位置信息数据库的智能构建系统，其特征在于，还包括卸载位置信息数据库形成模块，用以建立卸载位置信息数据库结构并从数据处理模块中调取货物的卸载位置中距离所述三维空间坐标系坐标原点最近的卸载位置的位置坐标、货物的卸载位置与所述三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数及货物的卸载位置的X、Y、Z方向的间隔距离并输入至所述卸载位置信息数据库结构中，得到卸载位置信息数据库，所述卸载位置信息数据库结构为：

其中，λ_u、τ_u、ε_u分别表示为卸载位置与所述三维空间坐标系中X、Y、Z方向相对应的列、行、层数，λ_u×τ_u×ε_u＝n，n表示为在m件货物中有n件货物需要卸载，U＝{U₁，U₂，...，U_n}表示为n个卸载位置，X_u、Y_u、Z_u分别表示卸载位置U在X、Y、Z方向的位置坐标，(x_u1,y_u1,z_u1)表示为在n个卸载位置中距离所述三维空间坐标系原点最近的卸载位置的位置坐标，ζ_ux、ζ_uy、ζ_uz分别表示为n个卸载位置的X、Y、Z方向的间隔距离，X_uu＝[x_u1 x_u1+ζ_ux … x_u1+ζ_ux(λ_u-1)]，

是λ_u个y_u1构成的矩阵，

是λ_u个

构成的矩阵，

是λ_u个z_u1构成的矩阵，

是λ_u个

构成的矩阵。

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