CN111137279A - 港口无人集卡站点停车方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种港口无人集卡站点停车方法，应用于港口无人集卡站点停车系统，无人集卡驶入目标车道；位置获取步骤：视觉调整装置获取虚拟墙与平行线的图像信息并生成位置信息；控制单元分析位置信息并转换为车辆倾斜信息；根据车辆倾斜信息判定无人集卡是否出现倾斜，若否，继续行驶，若是，控制单元分析车辆倾斜信息，并得出调整指令；控制单元发送调整指令至车辆动力控制装置，车辆动力控制装置控制无人集卡进行相应位置调整。通过在车辆上安装视觉传感器，通过识别车道线判断车辆位姿，并提前调整位姿，以及提前匀减速行驶，同时结合虚拟墙，机器学习等技术，保证无人集卡站点停车准确度。
Description
技术领域
本发明涉及自动驾驶技术领域，尤其涉及一种港口无人集卡站点停车方法及系统。
背景技术
目前，随着全自动化港口的发展，无人集卡因其无需对环境进行任何改造，可以全天候24h高效率工作而逐渐受到港区的青睐，港口需要进行集装箱装货或卸货时通过港口管理系统进行任务下单，管理系统根据任务订单信息指派优先权评分最高车辆前往订单中集装箱装/卸货站点，配合龙门吊等设备进行集装箱的装/卸货。通常为保证集装箱装卸货的顺利进行，通常对卡车停车精度要求较高，即要求卡车必须停在固定区域范围内，否则将严重加大集装箱的装卸过程难度。
专利文献1(申请号CN201680085774)公开了一种用于在向停车空间停车时进行停车辅助的停车辅助方法，在该停车空间设置有以非接触方式对搭载于车辆的车辆线圈送电的地面线圈、表示地面线圈的位置的两个以上的地面标记以及停车框。在停车辅助方法中，在停车框的长度方向与车辆的前后方向的相对角度的绝对值为规定值以下的情况下，从自车辆的上方观察车辆及车辆的周围得到的俯瞰图像切换为将地面线圈与车辆线圈的相对位置相比于俯瞰图像而言放大地显示的放大图像。
专利文献2(申请号CN201710656584)公开了一种自动化装卸的集装箱锁头图像定位和防吊起方法，在自动化码头集装箱堆场内，在每条外集卡车道旁一侧安装多个升降装置和摄像头，在对面一侧安装一块长隔离板。摄像头调节高度对准对锁头进行拍摄，隔离板上面标有检测刻度和防吊起刻度。每个摄像头拍摄到锁头在隔离板刻度上的放大投影，识别拍摄到的隔离板刻度和投影大小，计算出锁头的位置，综合所有摄像头信息，再根据箱型和车型进行推算出其他所有锁头的准确位置，实现集装箱平板车的精确定位。对进入该车道的重载集装箱卡车，根据吊具的着箱信号和吊具高度信号，摄像头对集装箱底部进行拍摄，防止集装箱卡车锁头未解锁，将集卡吊起。通过以上方法，可以实现自动化场地龙门吊堆场内的外来集装箱卡车锁头的精确定位和防吊起检测。
上述文献中存在现有技术共有的缺陷：
由于集卡车身较长，载重量大，导致行车笨拙，因此在固定站点(装货点，卸货点等)停车时存在横向、车身偏斜、纵向的问题，早停或晚停，因此加大龙门吊对集装箱装卸货的难度，有时甚至因为车辆停车偏差导致无法吊装，车辆不得不二次启动，调整位姿，造成效率下降。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种港口无人集卡站点停车方法及系统，其能解决自动停车时存在车身偏斜的问题。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种港口无人集卡站点停车方法，应用于港口无人集卡站点停车系统，包括目标车道、调度系统及无人集卡，所述目标车道分为位姿调整区域及预停区域，所述目标车道的沿边界两侧均设置有虚拟墙；所述无人集卡设置有四个视觉调整装置，四个所述视觉调整装置分别设置于所述无人集卡设置的左前端、右前端、左后端及右后端，所述视觉调整装置获取地面虚拟墙的位置图像信息，每一所述视觉调整装置均设有两条平行线；包括以下步骤：
驶入步骤：无人集卡驶入目标车道；
位置获取步骤：视觉调整装置获取虚拟墙与平行线的图像信息并生成位置信息；
位姿分析步骤：控制单元分析位置信息并转换为车辆倾斜信息；
倾斜判定步骤：根据车辆倾斜信息判定无人集卡是否出现倾斜，若否，继续行驶，若是，控制单元分析车辆倾斜信息，并得出调整指令；
位姿调整步骤：控制单元发送调整指令至车辆动力控制装置，车辆动力控制装置控制无人集卡进行相应位置调整。
进一步地，在所述驶入步骤中，目标车道的前端设有停止模式开始线，当无人集卡进入停止模式开始线后，进入位姿调整区域，执行位置获取步骤。
进一步地，在所述位置获取步骤中，选取四个视觉调整装置在同一时刻获取的图像信息进行位置对比，得出倾斜信息。
进一步地，在所述位姿分析步骤中，分析虚拟墙不同位置到两条平行线的距离，进而得出位置信息。
进一步地，在所述位姿分析步骤中，根据虚拟墙的图像信息，选取多判定点，分析判定点两端到两条平行线的距离。
进一步地，在所述位姿分析步骤中，根据虚拟墙的图像信息，选取虚拟墙的前端、中端、后端形成3个判定点，分析判定点两端到两条平行线的距离，若偏差在预设阈值内，继续正常行驶，若偏差不在预设阈值内，则进行位置调整。
进一步地，所述港口无人集卡站点停车方法还包括停车步骤，当无人集卡进入预停车区域，进行减速停止。
进一步地，所述港口无人集卡站点停车方法还包括检验步骤，当无人集卡停车后，继续执行位姿分析步骤，当无人集卡超出虚拟墙，判定停车失败并上报调度系统。
进一步地，检验步骤，当无人集卡停车后，继续执行位姿分析步骤，当无人集卡未超出虚拟墙，进行二级检测，检测车辆是否停在停车点的允许范围内。
一种港口无人集卡站点停车系统，包括目标车道、调度系统及无人集卡，所述目标车道分为位姿调整区域及预停区域，所述目标车道的沿边界两侧均设置有虚拟墙；所述无人集卡设置有四个视觉调整装置，四个所述视觉调整装置分别设置于所述无人集卡设置的左前端、右前端、左后端及右后端，所述视觉调整装置获取地面虚拟墙的位置图像信息；所述调度系统规划路径及行走策略，控制所述无人集卡进入目标车道，每一所述视觉调整装置均设有两条平行线，通过判断虚拟墙相对两条平行线的位置得出所述无人集卡的倾斜信息，无人集卡内设置有车辆动力控制装置，分析倾斜信息并控制车辆动力控制装置进行相应的位置调整。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1、采取“位姿预调整+预停车”双区域结合的方式在车辆到达停车站点前若干距离便进行任务拆解，分区域顺序执行相应策略，做到提早调整车辆位姿，提前均匀减速行驶，直至最终车辆无论是纵向还是横向位置坐标均在准确区域内。该方法避免了无人机卡在停车站点附近范围的短时内执行，既要同时调整位姿又要减速停车并控制在指定范围的高难度组合动作，给车辆预留更多计算及执行时间，可保证动作执行准确度。
2、通过在车辆上安装视觉传感器，通过识别车道线判断车辆位姿，并提前调整位姿，以及提前匀减速行驶，同时结合虚拟墙，机器学习等技术，保证无人集卡站点停车准确度。
3、利用视觉识别装置进行车辆位姿识别及修正，成本低，原理简单易实现。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明港口无人集卡站点停车方法的流程图；
图2为停车示意图；
图3为摄像头安装示意图；
图4为另一摄像头安装示意图；
图5为摄像头获取的图像信息；
图6为无人集卡未倾斜的图像信息；
图7为无人集卡倾斜的图像信息；
图8为无人集卡前轮平行于虚拟墙的示意图；
图9为无人集卡前轮平行于虚拟墙的另一示意图；
图10为无人集卡前轮平行于虚拟墙的又一示意图；
图11为车辆位姿与车道线偏斜的示意图；
图12为车辆位姿与车道线偏斜的另一示意图；
图13为车辆位姿与车道线偏斜的又一示意图；
图14为车辆位姿与车道线偏斜的再一示意图；
图15为视觉调整装置的结构图；
图16为视觉调整装置的另一结构图；
图17为视觉调整装置获取的图像信息的示意图。
图中：1000、视觉调整装置；100、摄像头；200、外罩；201、中部安装板；202、摄像间隙；203、摄像限位护板。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，一种港口无人集卡站点停车方法，应用于港口无人集卡站点停车系统，包括目标车道、调度系统及无人集卡，所述目标车道分为位姿调整区域及预停区域，所述目标车道的沿边界两侧均设置有虚拟墙；所述无人集卡设置有四个视觉调整装置，四个所述视觉调整装置分别设置于所述无人集卡设置的左前端、右前端、左后端及右后端，所述视觉调整装置获取地面虚拟墙的位置图像信息，每一所述视觉调整装置均设有两条平行线；采取“位姿预调整+预停车”双区域结合的方式在车辆到达停车站点前若干距离便进行任务拆解，分区域顺序执行相应策略，做到提早调整车辆位姿，提前均匀减速行驶，直至最终车辆无论是纵向还是横向位置坐标均在准确区域内。
具体实施过程中，包括以下步骤：
一、驶入步骤：无人集卡驶入目标车道；在所述驶入步骤中，目标车道的前端设有停止模式开始线，当无人集卡进入停止模式开始线后，进入位姿调整区域，执行位置获取步骤。在无人集卡进入集装箱装或卸货站点所在干道及目标车道时，调度系统在该车辆的行驶路径上，以停车站点线以及车道为边界，提前若干距离，该距离为经验值，考虑到港口集卡通常车速为20km/h左右，该距离为40-80m即可，该距离不宜过短，太短会导则车辆太晚进入本发明的执行模式，位姿调整或减速来不及；也不宜太长，太长导则车辆太早进入本模式，计算量大，占用资源多，可根据需求量调整。
请参阅图2，无人集卡越过停车模式开始线后，进行本申请的停车模式，首先进入位姿调整区域，于是车辆开始执行位姿调整任务。
二、位置获取步骤：视觉调整装置获取虚拟墙与平行线的图像信息并生成位置信息；在所述位置获取步骤中，选取四个视觉调整装置在同一时刻获取的图像信息进行位置对比，得出倾斜信息。如图3-4，车辆依据平行、等高、对称地安装在车辆前后左右四个角的视觉识别装置识别车辆所在车道的车道线(虚拟墙)，并依据四个视觉识别装置所识别到的车道线在成像中的角度，位姿，计算出车辆位姿角度，在车道中的位置等信息，然后进一步依据所述的车辆位姿角度，在车道中的位置等信息计算出车辆调整方案，然后控制车辆动力控制装置进行小幅度的左走或右走等操作，微调车辆位姿及车辆位置，使车辆在本区域完成车辆最终所需的位姿调整及车辆在车道中的横向位置调整。需要说明的是，四个视觉装置的安装必须等高，且左右对称，并且视觉装置的朝向角度也必须高度一致。
三、位姿分析步骤：控制单元分析位置信息并转换为车辆倾斜信息；在所述位姿分析步骤中，分析虚拟墙不同位置到两条平行线的距离，进而得出位置信息。在所述位姿分析步骤中，根据虚拟墙的图像信息，选取多判定点，分析判定点两端到两条平行线的距离。具体的，在所述位姿分析步骤中，根据虚拟墙的图像信息，选取虚拟墙的前端、中端、后端形成3个判定点，分析判定点两端到两条平行线的距离，若偏差在预设阈值内，继续正常行驶，若偏差不在预设阈值内，则进行位置调整。具体的，在视觉传感器的基础上增加一个外罩，并通过控制该外罩的开口尺寸及边缘直线度和平行度，使得摄像头的识别区域为平行线区域，如图5，为摄像头获取的图像信息。增加该外罩，控制识别区域形状为类平行线区域的目的是，方便系统进行车辆位姿判断，实现方法如下：车辆四个角落的视觉识别装置分别识别对应的车道线，并在时间戳上选择同一时刻的四个视觉装置识别到的车道线照片，分别计算每个视觉装置中车道线的位置及角度，对于视觉装置的识别边界为两条位于车道线外侧的平行线，两条车道线形成一定宽度，两条车道线位于两条平行线内。
四、倾斜判定步骤：根据车辆倾斜信息判定无人集卡是否出现倾斜，若否，继续行驶，若是，控制单元分析车辆倾斜信息，并得出调整指令；请参阅图6-7，系统进行车道线与车道线边缘的距离计算，上下各取三个点进行测量，并以此得出六个数据，然后将A1,A2,A3三个数据进行对比，如果三者大小相差在预设阈值内，则证明车道线上边缘与识别区域边界标准线平行；同理对比B1,B2,B3三个数据，如若也得出车道线下边缘与识别区域边界标准线平行，则证明该视觉装置所在位置的车身与车道平行；如果如图7的情况，A1,A2,A3,三者对比超出预设阈值，则表明该视觉装置所在车身区域与车道不平行；此时再对比B1,B2,B3三者，如果同样超出阈值，且A系列数据大小演变方向与B系列演变方向刚好相反，则证实该视觉识别装置所在区域的车身确实与车道存在某个方向上的偏斜一定角度，需要进行调整。
请参阅图8-10，为情况一：车辆位姿已和车道保持平行，或车辆正在往平行的位姿进行调整，图8-10中三个状态的车头两个视觉装置均识别到车道线是平行状态(即上述所述的车头两个视觉识别装置的图像中A系列及B系列数对比均在预设阈值内)。
请参阅图11-12，情况二：车辆位姿与车道线偏斜，或有偏斜方向，可以看到图11中整车或车头已向右倾斜(即上述所述的车头两个视觉识别装置的图像中A系列及B系列数对比均超出预设阈值，且判断结果为向右)，请参阅图13-14，为车辆向左倾斜或有向左倾斜的趋势，整车或车头已向左倾斜(即上述所述的车头两个视觉识别装置的图像中A系列及B系列数对比均超出预设阈值，且判断结果为向左)。
当出现以上情况一时，表明车辆位姿已与车道线保持平行，或正往该方向调整，所以车辆无需再执行其他调整动作，按原计划继续行走即可保证车辆位姿始终与车道线平行；
当出现情况二时，表明车辆整车相对于车道线是向右倾斜或有向右倾斜的趋势，此时需生成向左调整计划，并控制车辆向左动作调整至情况一的三种状态之一；
当出现情况三时，表明车辆整车相对于车道线是向左倾斜或有向左倾斜的趋势，此时需生成向右调整计划，并控制车辆向右动作调整至情况一的三种状态之一；
通过以上方法即可实现车辆在位姿调整区域完成位姿调整，即与车道线平行，且在车道线(虚拟墙)以内，提前达到固定站点停车的横向位置准确度要求。
五、位姿调整步骤：控制单元发送调整指令至车辆动力控制装置，车辆动力控制装置控制无人集卡进行相应位置调整。
六、所述港口无人集卡站点停车方法还包括停车步骤，当无人集卡进入预停车区域，进行减速停止。接下来车辆保持该正确位姿继续沿目标路径前进，直至进入预停车区域，进入预停车区域后，车辆开始启动均匀缓慢减速模式，实现方法如下：
车辆获取当前车速，同时获取车辆当前距离停车终点的实际距离，提前计算何时开始刹车，理想情况下该时间计算公式如下：
S＝V0*t-0.5at^2；
其中s为车辆距终点距离，a为综合考虑车辆在车道上的摩擦系数等因素的减速度，t为当前车速下保证车辆刹车并准确停在停车点所需提前刹车的理想时间，但是实际上往往需对该时间进行补充，即实际需提早停车时间为t0＝t*(1+p)；p为修正系数；车辆在当前位置继续行驶时间t1后，便须开始启动刹车，t1计算方法为车辆按现车速正常行驶至终点所需时间t2减去t0；即t1＝t2-t0；其中t2为调度系统根据剩余路径距离，车辆速度等因素科学计算得出
七、检验步骤，当无人集卡停车后，继续执行位姿分析步骤，当无人集卡超出虚拟墙，判定停车失败并上报调度系统。具体的，当车辆按此方法停车时，在车辆停住后，系统首先检测车辆纵向是否超出上述所涉虚拟墙，如若超出，则证明本次停车规划失败，进行上报；并结合超出距离，上报系统，作为后续修正p的依据参数；并再次启动车辆进行位置调整，直至在运行范围内停车。
优选的，检验步骤，当无人集卡停车后，继续执行位姿分析步骤，当无人集卡未超出虚拟墙，进行二级检测，检测车辆是否停在停车点的允许范围内。具体的，检测车辆是否停在停车点的可允许范围内(该范围依据与龙门吊等设备配合经验值预先设定)，如若超出，则判断车辆是早停还是晚停，并结合超出距离，上报系统，作为后续修正p的依据参数；并再次启动车辆进行位置调整，直至在运行范围内停车；如若没超出该范围，证明本次停车成功，上报系统，使该计算模型可靠度加1。
一种港口无人集卡站点停车系统，包括目标车道、调度系统及无人集卡，所述目标车道分为位姿调整区域及预停区域，所述目标车道的沿边界两侧均设置有虚拟墙；所述无人集卡设置有四个视觉调整装置，四个所述视觉调整装置分别设置于所述无人集卡设置的左前端、右前端、左后端及右后端，所述视觉调整装置获取地面虚拟墙的位置图像信息；所述调度系统规划路径及行走策略，控制所述无人集卡进入目标车道，每一所述视觉调整装置均设有两条平行线，通过判断虚拟墙相对两条平行线的位置得出所述无人集卡的倾斜信息，无人集卡内设置有车辆动力控制装置，分析倾斜信息并控制车辆动力控制装置进行相应的位置调整。通过在车辆上安装视觉传感器，通过识别车道线判断车辆位姿，并提前调整位姿，以及提前匀减速行驶，同时结合虚拟墙，机器学习等技术，保证无人集卡站点停车准确度。四个所述视觉调整装置相对于地面处于同一高度且左右对称。结构新颖，设计巧妙，适用性强，便于推广。“位姿预调整+预停车”双区域结合的方式在车辆到达停车站点前若干距离便进行任务拆解，分区域顺序执行相应策略，做到提早调整车辆位姿，提前均匀减速行驶，直至最终车辆无论是纵向还是横向位置坐标均在准确区域内。该方法避免了无人机卡在停车站点附近范围的短时内执行，既要同时调整位姿又要减速停车并控制在指定范围的高难度组合动作，给车辆预留更多计算及执行时间，可保证动作执行准确度。
具体的，请参阅图15-17，所述视觉调整装置1000包括外罩200及摄像头100，摄像头100位于外罩200内。外罩200包括中部安装板201及连接于中部安装板20两端的摄像限位护板203，摄像限位护板203呈弯折状，两个摄像限位护板203的端部形成摄像间隙202，两个摄像限位护板203的边沿，即摄像间隙202的两端形成两条平行线。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种港口无人集卡站点停车方法，应用于港口无人集卡站点停车系统，包括目标车道、调度系统及无人集卡，所述目标车道分为位姿调整区域及预停区域，所述目标车道的沿边界两侧均设置有虚拟墙；所述无人集卡设置有四个视觉调整装置，四个所述视觉调整装置分别设置于所述无人集卡设置的左前端、右前端、左后端及右后端，所述视觉调整装置获取地面虚拟墙的位置图像信息，每一所述视觉调整装置均设有两条平行线；
其特征在于，包括以下步骤：
驶入步骤：无人集卡驶入目标车道；
位置获取步骤：视觉调整装置获取虚拟墙与平行线的图像信息并生成位置信息；
位姿分析步骤：控制单元分析位置信息并转换为车辆倾斜信息；
倾斜判定步骤：根据车辆倾斜信息判定无人集卡是否出现倾斜，若否，继续行驶，若是，控制单元分析车辆倾斜信息，并得出调整指令；
位姿调整步骤：控制单元发送调整指令至车辆动力控制装置，车辆动力控制装置控制无人集卡进行相应位置调整。
2.如权利要求1所述的港口无人集卡站点停车方法，其特征在于：在所述驶入步骤中，目标车道的前端设有停止模式开始线，当无人集卡进入停止模式开始线后，进入位姿调整区域，执行位置获取步骤。
3.如权利要求1所述的港口无人集卡站点停车方法，其特征在于：在所述位置获取步骤中，选取四个视觉调整装置在同一时刻获取的图像信息进行位置对比，得出倾斜信息。
4.如权利要求1所述的港口无人集卡站点停车方法，其特征在于：在所述位姿分析步骤中，分析虚拟墙不同位置到两条平行线的距离，进而得出位置信息。
5.如权利要求4所述的港口无人集卡站点停车方法，其特征在于：在所述位姿分析步骤中，根据虚拟墙的图像信息，选取多判定点，分析判定点两端到两条平行线的距离。
6.如权利要求4所述的港口无人集卡站点停车方法，其特征在于：在所述位姿分析步骤中，根据虚拟墙的图像信息，选取虚拟墙的前端、中端、后端形成3个判定点，分析判定点两端到两条平行线的距离，若偏差在预设阈值内，继续正常行驶，若偏差不在预设阈值内，则进行位置调整。
7.如权利要求1所述的港口无人集卡站点停车方法，其特征在于：所述港口无人集卡站点停车方法还包括停车步骤，当无人集卡进入预停车区域，进行减速停止。
8.如权利要求1所述的港口无人集卡站点停车方法，其特征在于：所述港口无人集卡站点停车方法还包括检验步骤，当无人集卡停车后，继续执行位姿分析步骤，当无人集卡超出虚拟墙，判定停车失败并上报调度系统。
9.如权利要求8所述的港口无人集卡站点停车方法，其特征在于：在所述检验步骤中，当无人集卡停车后，继续执行位姿分析步骤，当无人集卡未超出虚拟墙，进行二级检测，检测车辆是否停在停车点的允许范围内。
10.一种港口无人集卡站点停车系统，包括目标车道、调度系统及无人集卡，其特征在于：所述目标车道分为位姿调整区域及预停区域，所述目标车道的沿边界两侧均设置有虚拟墙；
所述无人集卡设置有四个视觉调整装置，四个所述视觉调整装置分别设置于所述无人集卡设置的左前端、右前端、左后端及右后端，所述视觉调整装置获取地面虚拟墙的位置图像信息；所述调度系统规划路径及行走策略，控制所述无人集卡进入目标车道，每一所述视觉调整装置均设有两条平行线，通过判断虚拟墙相对两条平行线的位置得出所述无人集卡的倾斜信息，无人集卡内设置有车辆动力控制装置，分析倾斜信息并控制车辆动力控制装置进行相应的位置调整。
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