CN112897345A - 集装箱卡车与起重机的对位方法及相关设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及港口作业技术领域，提供一种集装箱卡车与起重机的对位方法及相关设备。所述对位方法包括：通过集装箱卡车的行车雷达扫描三维信息；当所述三维信息与预设的起重机轮廓信息匹配，启动所述集装箱卡车的对位雷达，并将根据所述三维信息获得的对应起重机的目标区域投影至所述对位雷达的对位坐标系中；根据所述对位雷达扫描的位于所述目标区域内的三维数据，获得所述起重机的目标作业位置；通过所述行车雷达和所述对位雷达配合引导所述集装箱卡车行驶，令所述集装箱卡车的预设吊装位置与所述目标作业位置重合。本发明通过行车雷达和对位雷达的配合联动，高效准确地实现集装箱卡车与起重机的精细对位，适用于各个类型港口起重机械。

Description

集装箱卡车与起重机的对位方法及相关设备

技术领域

本发明涉及港口作业技术领域，具体地说，涉及一种集装箱卡车与起重机的对位方法及相关设备。

背景技术

在港口集装箱作业中，需要对起重机和集装箱卡车进行对位，以便于起重机从集装箱卡车上吊取集装箱，或将集装箱放至集装箱卡车上。

传统的对位流程是：通过设置于港口场地的一台固定装置，例如摄像机，获取集装箱卡车的位置；将集装箱卡车的位置与起重机的位置进行比对，获得两者的相对位置；根据两者的相对位置调整集装箱卡车的位置；如此循环，直至集装箱卡车行驶至可供起重机对其进行准确抓放箱操作的指定位置。

传统的对位流程中，固定装置采集的数据有限，需要多次循环运算，才能实现集装箱卡车与起重机的对位，数据计算量大，对位过程慢，且对位精度不高，影响起重机的抓放箱操作。

需要说明的是，上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种集装箱卡车与起重机的对位方法及相关设备，能够通过行车雷达和对位雷达的配合联动，高效准确地实现集装箱卡车与起重机的精细对位，适用于各个类型港口起重机械。

本发明的一个方面提供一种集装箱卡车与起重机的对位方法，包括：通过集装箱卡车的行车雷达扫描三维信息；当所述三维信息与预设的起重机轮廓信息匹配，启动所述集装箱卡车的对位雷达，并将根据所述三维信息获得的对应起重机的目标区域投影至所述对位雷达的对位坐标系中；根据所述对位雷达扫描的位于所述目标区域内的三维数据，获得所述起重机的目标作业位置；通过所述行车雷达和所述对位雷达配合引导所述集装箱卡车行驶，令所述集装箱卡车的预设吊装位置与所述目标作业位置重合。

在一些实施例中，所述行车雷达设置于所述集装箱卡车的前方，所述对位雷达设置于所述集装箱卡车的顶部。

在一些实施例中，通过所述行车雷达和所述对位雷达配合引导所述集装箱卡车行驶，包括：将所述目标作业位置投影至所述行车雷达的行车坐标系中；根据所述行车坐标系中所述预设吊装位置相对于所述目标作业位置的位置偏差，引导所述集装箱卡车行驶。

在一些实施例中，所述的对位方法还包括：预存多种类别的起重机轮廓信息；当所述三维信息与预设的起重机轮廓信息匹配时，还根据所述三维信息获得起重机类别；获得起重机的目标作业位置时，根据所述起重机类别和所述三维数据，获得所述目标作业位置。

在一些实施例中，所述的对位方法还包括：通过集装箱卡车的行车雷达扫描三维信息前，将所述目标作业位置预调至垂直投影位于所述起重机的引导车道上；通过集装箱卡车的行车雷达扫描三维信息时，令所述集装箱卡车沿所述引导车道行驶，使所述预设吊装位置的垂直投影位于所述引导车道上；通过所述行车雷达和所述对位雷达配合引导所述集装箱卡车行驶时，根据所述预设吊装位置与所述目标作业位置沿所述引导车道的位置偏差，向所述集装箱卡车发出沿所述引导车道的位置调整指令。

在一些实施例中，当所述起重机类别为龙门吊类别，获得所述目标作业位置，包括：将所述三维数据投影至所述对位坐标系的X-Z坐标平面，获得二维数据图，其中X轴与所述引导车道平行；对所述二维数据图进行直线检测，获得线段集合；基于所述X-Z坐标平面，计算所述线段集合中每条线段的斜率，筛选出斜率位于目标斜率范围内的目标线段；根据所有目标线段的顶点的X轴坐标，获得一中间X轴坐标，作为所述目标作业位置的X轴坐标。

在一些实施例中，获得一中间X轴坐标，包括：自所有目标线段的顶点的X轴坐标中，获得最大坐标X_max和最小坐标X_min；计算中点坐标X_mid，X_mid＝(X_max+X_min)/2；基于所述中点坐标X_mid，将所有目标线段的顶点分类为X轴坐标小于所述中点坐标X_mid的第一集合和X轴坐标大于所述中点坐标X_mid的第二集合；获得所述第一集合中各顶点的X轴坐标的中位数坐标X_mid-front，及所述第二集合中各顶点的X轴坐标的中位数坐标X_mid-back；计算中间X轴坐标X_middle，X_middle＝(X_mid-front+X_mid-back)/2。

在一些实施例中，当所述起重机类别为岸桥类别，获得所述目标作业位置，包括：将所述三维数据投影至所述对位坐标系的X-Z坐标平面，获得二维数据图，其中X轴与所述引导车道平行；对所述二维数据图进行直线检测，获得线段集合；对所述三维数据进行特征点检测，获得特征点集合；基于所述X-Z坐标平面，计算所述特征点集合中每个特征点与所述线段集合中每条线段的两顶点的斜率差，筛选出至少与一条线段的斜率差位于目标斜率差范围内的目标特征点；根据所有目标特征点的X轴坐标，获得一中间X轴坐标，作为所述目标作业位置的X轴坐标。

在一些实施例中，获得一中间X轴坐标，包括：以所述起重机检测框的中心点为目标点，将所有目标特征点分类为X轴坐标小于所述目标点的X轴坐标的前侧集合和X轴坐标大于所述目标点的X轴坐标的后侧集合；沿所述X轴，获得所述前侧集合中距离所述目标点最近的一前侧特征点的X轴坐标X_front，及所述后侧集合中距离所述目标点最近的一后侧特征点的X轴坐标X_back；计算中间X轴坐标X_middle，X_middle＝(X_front+X_back)/2。

本发明的另一个方面提供一种集装箱卡车与起重机的对位系统，包括：行车检测模块，用于通过集装箱卡车的行车雷达扫描三维信息；对位触发模块，用于当所述三维信息与预设的起重机轮廓信息匹配，启动所述集装箱卡车的对位雷达，并将根据所述三维信息获得的对应起重机的目标区域投影至所述对位雷达的对位坐标系中；对位检测模块，用于根据所述对位雷达扫描的位于所述目标区域内的三维数据，获得所述起重机的目标作业位置；位置调整模块，用于通过所述行车雷达和所述对位雷达配合引导所述集装箱卡车行驶，令所述集装箱卡车的预设吊装位置与所述目标作业位置重合。

本发明的再一个方面提供一种电子设备，包括：一处理器；一存储器，所述存储器中存储有可执行指令；其中，所述可执行指令被所述处理器执行时，实现上述任意实施例所述的集装箱卡车与起重机的对位方法。

本发明的又一个方面提供一种计算机可读的存储介质，用于存储程序，所述程序被执行时实现上述任意实施例所述的集装箱卡车与起重机的对位方法。

本发明与现有技术相比的有益效果至少包括：

通过行车雷达的扫描，确定采集到的三维信息与预设的起重机轮廓信息匹配，可以进行精细对位；通过触发对位雷达，采集起重机的精细三维数据；根据行车雷达采集的三维信息确定对应起重机的目标区域，并根据对位雷达采集的位于目标区域内的精细三维数据，准确计算起重机的目标作业位置；进而调整集装箱卡车的位置，消除其预设吊装位置与目标作业位置之间的位置偏差；

从而，本发明通过行车雷达和对位雷达的配合联动，高效准确地实现集装箱卡车与起重机的精细对位，适用于各个类型港口起重机械。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述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他的附图。

图1示出本发明实施例中，集装箱卡车与起重机的对位方法的步骤示意图；

图2-图4示出本发明实施例中，集装箱卡车与起重机的对位方法的实时过程示意图；

图5示出本发明实施例中，一个对位场景的俯视示意图；

图6示出本发明实施例中，集装箱卡车与起重机的对位系统的模块示意图；

图7示出本发明实施例中，电子设备的结构示意图；

图8示出本发明实施例中，计算机可读的存储介质的结构示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使本发明全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

此外，附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

下面实施例中的步骤序号仅用于表示不同的执行内容，并不严格限定步骤之间的执行顺序。具体描述时使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。

图1示出集装箱卡车与起重机的对位方法的主要步骤，参照图1所示，在一个实施例中，集装箱卡车与起重机的对位方法包括：

步骤S110，通过集装箱卡车的行车雷达扫描三维信息。

结合图2示出的对位前行车阶段，在集装箱卡车1向起重机4行驶过程中，行车雷达2扫描周围环境的三维信息，引导集装箱卡车1行驶。集装箱卡车1可通过已有的自动驾驶方法、避障方法等实现自动行驶，此处不再展开说明。

在一个实施例中，也可结合GPS定位技术，实现对集装箱卡车1的行驶引导。

行车雷达2优选地设置于集装箱卡车1的前方，以更好地扫描前方道路。进一步的，行车雷达2可包括多个，布设在车头两侧，以更好地扫描周围环境。

行车雷达2具体可以是激光雷达，通过扫描获得三维点云数据，但不以此为限。行车雷达2也可以是任意能够扫描获得三维信息的检测装置。

行车雷达2的行车坐标系为X₁-Y₁-Z₁坐标系，其原点O₁为行车雷达2的中心点，但不以此为限，例如还可以是集装箱卡车1的中心点。行车坐标系以水平向前方向为X₁轴，以垂直向上方向为Z₁轴，以水平向右或向左方向为Y₁轴，但不以此为限，行车坐标系可以根据需要灵活标定。

集装箱卡车1基于行车坐标系进行坐标标定，使其预设吊装位置预存于行车坐标系中。在集装箱卡车1上运载有集装箱时，预设吊装位置通常是集装箱的中心点；在集装箱卡车1未运载有集装箱时，预设吊装位置通常是集装箱卡车1的承力面的中心点。当然，根据实际运载情况或运载需要，预设吊装位置可以灵活调整，只要基于行车坐标系提前标定即可。

步骤S120，当三维信息与预设的起重机轮廓信息匹配，启动集装箱卡车的对位雷达，并将根据三维信息获得的对应起重机的目标区域投影至对位雷达的对位坐标系中。

结合图3示出的对位触发阶段，当行车雷达2采集到的三维信息与预设的起重机轮廓信息匹配，此时，一方面，表明集装箱卡车1已行驶至起重机4的附近，可以进入精细对位阶段；另一方面，能够根据行车雷达2采集到的三维信息准确框定对应起重机4的目标区域；再一方面，能够通过对位雷达3采集到起重机4的更精细的三维数据。因此触发对位雷达3。

起重机轮廓信息至少包括起重机的局部轮廓，不同类别起重机的局部轮廓有所不同，分别预存于系统中。例如，对于龙门吊类起重机，其预存的局部轮廓信息对应承载吊具的承载梁和位于承载梁两端的支柱的部分结构；对于岸桥类起重机，其预存的局部轮廓信息对应承载吊具的承载梁和位于承载梁中部的支柱的部分结构。当行车雷达2采集到的三维信息与其中一种起重机的局部轮廓信息匹配，则触发对位雷达3。

在一个实施例中，对位雷达3的触发条件也可以是集装箱卡车1行驶至起重机4的预设位置。预设位置位于以起重机4的位置为中心辐射的一定区域范围内，该区域范围的坐标信息预存于行车雷达2的行车坐标系中。

对位雷达3优选地设置于集装箱卡车1的顶部，以在与起重机4的对位场景中更好地采集到起重机4的包括其吊具所在目标作业位置的精细三维数据。起重机4的目标作业位置通常指其吊具的中心点。

对位雷达3具体可以是激光雷达，通过扫描获得三维点云数据，但不以此为限。对位雷达3也可以是任意能够扫描获得三维信息的检测装置。

对位雷达3的对位坐标系为X₂-Y₂-Z₂坐标系，其原点O₂为对位雷达3的中心点，但不以此为限，例如还可以是集装箱卡车1的中心点。对位坐标系以水平向后方向为X₂轴，以垂直向上方向为Z₂轴，以水平向右或向左方向为Y₂轴，但不以此为限，对位坐标系可以根据需要灵活标定。

对应起重机4的目标区域根据行车雷达2采集到的三维信息获得。在行车雷达2的扫描范围内，其会采集到起重机4的三维信息以及周围环境的三维信息；从中确定对应起重机4的目标区域，投影至对位雷达3的对位坐标系中，以从对位雷达3采集的三维数据中精确筛选目标区域框定的三维数据，准确计算出起重机4的目标作业位置。

确定目标区域采用已有的方法实现。例如，在行车雷达2为激光雷达的实施例中，可采用已有的3D目标检测方法，对行车雷达2采集的点三维云数据进行分析处理，获得包围检测到的起重机轮廓信息的最小包围框，形成起重机检测框BBox₁，作为对应起重机4的目标区域。3D目标检测方法是已有技术，因此不再展开说明。

在采用3D目标检测方法对行车雷达2采集的三维点云数据进行分析处理时，还获得起重机类别，具体包括龙门吊类和岸桥类。当然，起重机类别也可根据行车雷达2采集到的三维信息所匹配的某一类的起重机轮廓信息来确定。

将目标区域投影至对位雷达的对位坐标系中，可以采用将目标区域的中心点从行车坐标系投影至对位坐标系，再根据目标区域的尺寸信息，计算出对位坐标系中目标区域的坐标信息；也可将目标区域的一些特征角点从行车坐标系投影至对位坐标系，进而计算出对位坐标系中目标区域中的坐标信息。

以起重机检测框BBox₁为例，投影过程具体包括：通过行车雷达2和对位雷达3共同检测定位标识点，获得行车坐标系与对位坐标系之间的转换矩阵，例如获得由行车坐标系转换至对位坐标系的转换矩阵M_1-to-2。转换矩阵M_1-to-2的具体计算方式采用已有的技术实现，因此不再展开说明。获得行车坐标系中起重机检测框BBox₁的中心点坐标C₁，和起重机检测框BBox₁的尺寸信息，具体可包括长宽高信息。根据转换矩阵M_1-to-2，将起重机检测框BBox₁的中心点坐标C₁转换为基于对位坐标系的中心点坐标C₂，C₂＝C₁×M_1-to-2。最后，根据中心点坐标C₂和尺寸信息，获得对位坐标系中的起重机检测框BBox₂。

步骤S130，根据对位雷达扫描的位于目标区域内的三维数据，获得起重机的目标作业位置。本步骤中，具体根据起重机类别和对位雷达采集的三维数据，计算目标作业位置，将在下文中结合龙门吊类起重机和岸桥类起重机具体展开。

步骤S140，通过行车雷达和对位雷达配合引导集装箱卡车行驶，令集装箱卡车的预设吊装位置与目标作业位置重合。

结合图4示出的精细对位阶段，获得对位坐标系中的目标作业位置后，进一步将目标作业位置投影至行车坐标系中，然后根据行车坐标系中预设吊装位置相对于目标作业位置的位置偏差，引导集装箱卡车1行驶，使集装箱卡车1的预设吊装位置11与起重机4的目标作业位置41的垂直投影重合。从而，消除水平方向，包括行车坐标系的X₁轴方向和Y₁轴方向的位置偏差，使预设吊装位置11到达目标作业位置41的正下方，以便起重机4放下吊具时准确进行抓放箱操作。

在触发对位雷达3时，可以控制集装箱卡车1驻停；计算出位置偏差后，再引导集装箱卡车1行驶；从而，通过一次联合扫描和位置计算，即可高效实现集装箱卡车1与起重机4之间的精细对位。

上述实施例的对位方法，通过行车雷达的扫描，确定采集到的三维信息与预设的起重机轮廓信息匹配，表明集装箱卡车已行驶至起重机的附近，可以进行精细对位；通过触发对位雷达，采集起重机的精细三维数据；根据行车雷达采集的三维信息确定对应起重机的目标区域，并根据对位雷达采集的位于目标区域内的精细三维数据，准确计算起重机的目标作业位置；进而调整集装箱卡车的位置，消除其预设吊装位置与目标作业位置之间的位置偏差；从而，通过行车雷达和对位雷达的配合联动，高效准确地实现集装箱卡车与起重机的精细对位，适用于各个类型港口起重机械。

下面结合具体示例详细说明起重机的目标作业位置的计算过程。

本示例中，通过集装箱卡车的行车雷达扫描三维信息前，将目标作业位置预调至垂直投影位于起重机的引导车道上；通过集装箱卡车的行车雷达扫描三维信息时，令集装箱卡车沿引导车道行驶，使预设吊装位置的垂直投影位于引导车道上；通过行车雷达和对位雷达配合引导集装箱卡车行驶时，根据预设吊装位置与目标作业位置沿引导车道的位置偏差，向集装箱卡车发出沿引导车道的位置调整指令。

也即，本示例中，在对位前及对位前行车阶段，事先消除了集装箱卡车与起重机之间在左右方向上的位置偏差，因左右方向上的位置偏差通过起重机的引导车道即可准确消除，无需经过数据计算；从而，在精细对位阶段，只需关注集装箱卡车与起重机之间在前后方向上，即沿引导车道的位置偏差即可。

需要特别说明的是，起重机的引导车道可以有多条，在本示例中，可以根据港口作业需求确定一个引导车道，调整起重机使其目标作业位置的垂直投影落在引导车道上。甚至，引导车道可以是虚拟的，虚拟的引导车道可以通过将起重机的目标作业位置垂直投影至地面，经投影点垂直于起重机的承载梁方向延伸来确定，并将确定好的引导车道的位置信息标定至行车坐标系即可。

但是，本示例的说明不能视为对本发明的限制。在其他示例中，可以根据本示例计算前后方向上的位置偏差的方法，计算左右方向上的位置偏差，并利用两组位置偏差调整集装箱卡车的位置。

图5示出一个示例对位场景。此时，集装箱卡车1已沿起重机4的引导车道40行驶至其行车雷达2采集到预设的三维信息，集装箱卡车1的预设吊装位置11的垂直投影位于引导车道40上。并且，起重机4的目标作业位置41已预调至垂直投影位于引导车道40上。起重机4的目标作业位置41具体位于起重机4的承载梁400上。此时，行车雷达2的行车坐标系的X₁轴和对位雷达3的对位坐标系的X₂轴均与引导车道40平行。在计算对位坐标系中目标作业位置41时，只需计算目标作业位置41的X₂轴坐标，转换至行车坐标系获得目标作业位置41的X₁轴坐标，并将预设吊装位置11的X₁轴坐标与目标作业位置41的X₁轴坐标相减，即可快速准确地计算出集装箱卡车1与起重机4之间的位置偏差，再通过位置调整指令，引导集装箱卡车1沿引导车道40前进或后退即可。

当起重机类别为龙门吊类别，获得目标作业位置的过程具体包括：将对位雷达采集的位于目标区域内的三维数据投影至对位坐标系的X-Z坐标平面，获得二维数据图；对二维数据图进行直线检测，获得线段集合；基于X-Z坐标平面，计算线段集合中每条线段的斜率，筛选出斜率位于目标斜率范围内的目标线段；根据所有目标线段的顶点的X轴坐标，获得一中间X轴坐标，作为目标作业位置的X轴坐标。

以对位雷达为激光雷达，采集到三维点云数据为例。将起重机检测框BBox₂内的三维点云数据投影至对位坐标系的X-Z坐标平面(下文称为X₂-Z₂坐标平面)时，可以去除与引导车道无关的冗余维度，获得二维点云图，减少数据量，便于快速准确计算目标作业位置的X₂轴坐标。

对二维点云图进行直线检测，获得线段集合的过程具体包括：将二维点云图划分为均匀网格，例如以0.05m为间隔将二维点云图均匀划分为矩形网格；根据每个网格中是否包含点云，对每个网格进行赋值，若一网格中存在点云则置1，若无点云则置0，最终获得二维的特征图；对特征图进行霍夫直线变换，获得特征图中所有直线线段组成的线段集合。霍夫直线变换是已有的技术，因此不再展开说明。

计算斜率时，具体根据线段的两顶点的X₂轴坐标和Z₂轴坐标进行计算。设一线段的两顶点坐标为(X_2-0,Z_2-0)和(X_2-1,Z_2-1)，则其斜率为K＝(Z_2-1-Z_2-0)/(X_2-1-X_2-0)。筛选线段时，若一线段的斜率K<threshold或K>-threshold，threshold为阈值，则将该线段从线段集合中移除。也即，保留下斜率在threshold～-threshold的目标斜率范围内的目标线段。Threshold可根据需要设定，以筛选出尽量竖直的目标线段。

计算中间X₂轴坐标时，为提高准确性，采用以下方式：自所有目标线段的顶点的X₂轴坐标中，获得一最大坐标X_2-max和一最小坐标X_2-min；计算中点坐标X_2-mid，X_2-mid＝(X_2-max+X_2-min)/2；基于中点坐标X_2-mid，将所有目标线段的顶点分类为X₂轴坐标小于中点坐标X_2-mid的第一集合和X₂轴坐标大于中点坐标X_2-mid的第二集合；获得第一集合中各顶点的X₂轴坐标的中位数坐标X_2-mid-front，及第二集合中各顶点的X₂轴坐标的中位数坐标X_2-mid-back；计算获得中间X₂轴坐标X_2-middle，X_2-middle＝(X_2-mid-front+X_2-mid-back)/2。

当起重机类别为岸桥类别，获得目标作业位置的过程具体包括：将对位雷达采集的位于目标区域内的三维数据投影至对位坐标系的X-Z坐标平面，获得二维数据图；对二维数据图进行直线检测，获得线段集合；对三维数据进行特征点检测，获得特征点集合；基于X-Z坐标平面，计算特征点集合中每个特征点与线段集合中每条线段的两顶点的斜率差，筛选出至少与一条线段的斜率差位于目标斜率差范围内的目标特征点；根据所有目标特征点的X轴坐标，获得一中间X轴坐标，作为目标作业位置的X轴坐标。

同样以对位雷达为激光雷达，采集到三维点云数据为例。三维点云数据的投影和线段集合的获取方式可参照上述说明。

特征点检测可通过对三维点云数据进行Harris算子计算实现。Harris算子是一种角点检测算子，可以对起重机检测框BBox₂内的三维点云数据进行点特征提取。Harris算子是已有的技术，因此不再展开说明。

计算每个特征点与每条线段的两顶点的斜率差时，设一特征点P的坐标为(P_X2,P_Z2)，一线段的两顶点的坐标为(X_2-2,Z_2-2)和(X_2-3,Z_2-3)，则斜率差V为：V＝|(P_Z2-Z_2-2)/(P_X2-X_2-2)|-|(P_Z2-Z_2-3)/(P_X2-X_2-3)|。筛选特征点时，目标斜率差范围为小于一设定值，若一特征点与一条或多条线段的斜率差V满足V<ε，则保留该特征点作为目标特征点。ε可根据需要设定，以筛选出尽量位于各条线段的同一端的目标特征点。

进一步地，计算中间X₂轴坐标时，为提高准确性，采用以下方式：以起重机检测框BBox₂的中心点为目标点，将所有目标特征点分类为X₂轴坐标小于目标点的X₂轴坐标的前侧集合和X₂轴坐标大于目标点的X₂轴坐标的后侧集合；沿X₂轴，获得前侧集合中距离目标点最近的一前侧特征点的X₂轴坐标X_2-front，及后侧集合中距离目标点最近的一后侧特征点的X₂轴坐标X_2-back；计算中间X₂轴坐标X_2-middle，X_2-middle＝(X_2-front+X_2-back)/2。

后续，将目标作业位置的X₂轴坐标投影至行车坐标系时，可采用转换矩阵M_1-to-2。由于集装箱卡车的预设吊装位置和起重机的目标作业位置的垂直投影均在引导车道上，因此二者之间的位置偏差仅需考虑与引导车道平行，实际是与引导车道位于同一垂直平面的坐标轴，即X₁轴和X₂轴上的坐标信息。在准确获得目标作业位置的X₂轴坐标的基础上，可以对目标作业位置的Y₂轴坐标和Z₂轴坐标进行任意合适值的填补，获得目标作业位置在对位坐标系中的Pos₂。然后根据Pos₁＝Inv(M_1-to-2)×Pos₂，即可获得目标作业位置投影至行车坐标系的坐标Pos₁，从而可获得目标作业位置的X₁轴坐标。

进一步地，将预设吊装位置的X₁轴坐标与目标作业位置的X₁轴坐标相减，获得位置偏差；再根据位置偏差，换算到实际偏差距离，向集装箱卡车发出包含实际偏差距离的位置调整指令，引导集装箱卡车沿引导车道前进或后退实际偏差距离，即可完成集装箱卡车与起重机的精细对位。

本发明实施例还提供一种集装箱卡车与起重机的对位系统，可用于实现上述任意实施例描述的对位方法。图6示出对位系统的主要模块，参照图6所示，在一个实施例中，集装箱卡车与起重机的对位系统600包括：行车检测模块610，用于通过集装箱卡车的行车雷达扫描三维信息；对位触发模块620，用于当三维信息与预设的起重机轮廓信息匹配，启动集装箱卡车的对位雷达，并将根据三维信息获得的对应起重机的目标区域投影至对位雷达的对位坐标系中；对位检测模块630，用于根据对位雷达扫描的位于目标区域内的三维数据，获得起重机的目标作业位置；位置调整模块640，用于通过行车雷达和对位雷达配合引导集装箱卡车行驶，令集装箱卡车的预设吊装位置与目标作业位置重合。

进一步地，集装箱卡车与起重机的对位系统600还可包括实现上述各对位方法实施例的其他细化流程步骤的模块，各个模块的具体原理可参照上述各对位方法实施例的描述，此处不再重复说明。

如上所述，本发明的集装箱卡车与起重机的对位系统，能够通过行车雷达和对位雷达的配合联动，高效准确地实现集装箱卡车与起重机的精细对位，适用于各个类型港口起重机械。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器中存储有可执行指令，可执行指令被处理器执行时，实现上述任意实施例描述的集装箱卡车与起重机的对位方法。

如上所述，本发明的电子设备能够通过行车雷达和对位雷达的配合联动，高效准确地实现集装箱卡车与起重机的精细对位，适用于各个类型港口起重机械。

图7是本发明实施例中电子设备的结构示意图，应当理解的是，图7仅仅是示意性地示出各个模块，这些模块可以是虚拟的软件模块或实际的硬件模块，这些模块的合并、拆分及其余模块的增加都在本发明的保护范围之内。

如图7所示，电子设备700以通用计算设备的形式表现。电子设备700的组件包括但不限于：至少一个处理单元710、至少一个存储单元720、连接不同平台组件(包括存储单元720和处理单元710)的总线730、显示单元740等。

其中，存储单元存储有程序代码，程序代码可以被处理单元710执行，使得处理单元710执行上述任意实施例描述的集装箱卡车与起重机的对位方法的步骤。例如，处理单元710可以执行如图1所示的步骤。

存储单元720可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(RAM)7201和/或高速缓存存储单元7202，还可以进一步包括只读存储单元(ROM)7203。

存储单元720还可以包括具有一个或多个程序模块7205的程序/实用工具7204，这样的程序模块7205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

总线730可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。

电子设备700也可以与一个或多个外部设备800通信，外部设备800可以是键盘、指向设备、蓝牙设备等设备中的一种或多种。这些外部设备800使得用户能与该电子设备700进行交互通信。电子设备700也能与一个或多个其它计算设备进行通信，所示计算机设备包括路由器、调制解调器。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口750进行。并且，电子设备700还可以通过网络适配器760与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器760可以通过总线730与电子设备700的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备700使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储平台等。

本发明实施例还提供一种计算机可读的存储介质，用于存储程序，程序被执行时实现上述任意实施例描述的集装箱卡车与起重机的对位方法。在一些可能的实施方式中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在终端设备上运行时，程序代码用于使终端设备执行上述任意实施例描述的集装箱卡车与起重机的对位方法。

如上所述，本发明的计算机可读的存储介质能够通过行车雷达和对位雷达的配合联动，高效准确地实现集装箱卡车与起重机的精细对位，适用于各个类型港口起重机械。

图8是本发明的计算机可读的存储介质的结构示意图。参考图8所示，描述了根据本发明的实施方式的用于实现上述方法的程序产品900，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

计算机可读的存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备，例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种集装箱卡车与起重机的对位方法，其特征在于，包括：

通过集装箱卡车的行车雷达扫描三维信息；

当所述三维信息与预设的起重机轮廓信息匹配，启动所述集装箱卡车的对位雷达，并将根据所述三维信息获得的对应起重机的目标区域投影至所述对位雷达的对位坐标系中；

根据所述对位雷达扫描的位于所述目标区域内的三维数据，获得所述起重机的目标作业位置；

通过所述行车雷达和所述对位雷达配合引导所述集装箱卡车行驶，令所述集装箱卡车的预设吊装位置与所述目标作业位置重合。

2.如权利要求1所述的对位方法，其特征在于，所述行车雷达设置于所述集装箱卡车的前方，所述对位雷达设置于所述集装箱卡车的顶部。

3.如权利要求1所述的对位方法，其特征在于，通过所述行车雷达和所述对位雷达配合引导所述集装箱卡车行驶，包括：

将所述目标作业位置投影至所述行车雷达的行车坐标系中；

根据所述行车坐标系中所述预设吊装位置相对于所述目标作业位置的位置偏差，引导所述集装箱卡车行驶。

4.如权利要求1所述的对位方法，其特征在于，还包括：

预存多种类别的起重机轮廓信息；

当所述三维信息与预设的起重机轮廓信息匹配时，还根据所述三维信息获得起重机类别；

获得所述起重机的目标作业位置时，根据所述起重机类别和所述三维数据，获得所述目标作业位置。

5.如权利要求4所述的对位方法，其特征在于，还包括：

通过集装箱卡车的行车雷达扫描三维信息前，将所述目标作业位置预调至垂直投影位于所述起重机的引导车道上；

通过集装箱卡车的行车雷达扫描三维信息时，令所述集装箱卡车沿所述引导车道行驶，使所述预设吊装位置的垂直投影位于所述引导车道上；

通过所述行车雷达和所述对位雷达配合引导所述集装箱卡车行驶时，根据所述预设吊装位置与所述目标作业位置沿所述引导车道的位置偏差，向所述集装箱卡车发出沿所述引导车道的位置调整指令。

6.如权利要求5所述的对位方法，其特征在于，当所述起重机类别为龙门吊类别，获得所述目标作业位置，包括：

将所述三维数据投影至所述对位坐标系的X-Z坐标平面，获得二维数据图，其中X轴与所述引导车道平行；

对所述二维数据图进行直线检测，获得线段集合；

基于所述X-Z坐标平面，计算所述线段集合中每条线段的斜率，筛选出斜率位于目标斜率范围内的目标线段；

根据所有目标线段的顶点的X轴坐标，获得一中间X轴坐标，作为所述目标作业位置的X轴坐标。

7.如权利要求6所述的对位方法，其特征在于，获得一中间X轴坐标，包括：

自所有目标线段的顶点的X轴坐标中，获得最大坐标X_max和最小坐标X_min；

计算中点坐标X_mid，X_mid＝(X_max+X_min)/2；

基于所述中点坐标X_mid，将所有目标线段的顶点分类为X轴坐标小于所述中点坐标X_mid的第一集合和X轴坐标大于所述中点坐标X_mid的第二集合；

获得所述第一集合中各顶点的X轴坐标的中位数坐标X_mid-front，及所述第二集合中各顶点的X轴坐标的中位数坐标X_mid-back；

计算中间X轴坐标X_middle，X_middle＝(X_mid-front+X_mid-back)/2。

8.如权利要求5所述的对位方法，其特征在于，当所述起重机类别为岸桥类别，获得所述目标作业位置，包括：

将所述三维数据投影至所述对位坐标系的X-Z坐标平面，获得二维数据图，其中X轴与所述引导车道平行；

对所述二维数据图进行直线检测，获得线段集合；

对所述三维数据进行特征点检测，获得特征点集合；

基于所述X-Z坐标平面，计算所述特征点集合中每个特征点与所述线段集合中每条线段的两顶点的斜率差，筛选出至少与一条线段的斜率差位于目标斜率差范围内的目标特征点；

根据所有目标特征点的X轴坐标，获得一中间X轴坐标，作为所述目标作业位置的X轴坐标。

9.如权利要求8所述的对位方法，其特征在于，获得一中间X轴坐标，包括：

以所述起重机检测框的中心点为目标点，将所有目标特征点分类为X轴坐标小于所述目标点的X轴坐标的前侧集合和X轴坐标大于所述目标点的X轴坐标的后侧集合；

沿所述X轴，获得所述前侧集合中距离所述目标点最近的一前侧特征点的X轴坐标X_front，及所述后侧集合中距离所述目标点最近的一后侧特征点的X轴坐标X_back；

计算中间X轴坐标X_middle，X_middle＝(X_front+X_back)/2。

10.一种集装箱卡车与起重机的对位系统，其特征在于，包括：

行车检测模块，用于通过集装箱卡车的行车雷达扫描三维信息；

对位触发模块，用于当所述三维信息与预设的起重机轮廓信息匹配，启动所述集装箱卡车的对位雷达，并将根据所述三维信息获得的对应起重机的目标区域投影至所述对位雷达的对位坐标系中；

对位检测模块，用于根据所述对位雷达扫描的位于所述目标区域内的三维数据，获得所述起重机的目标作业位置；

位置调整模块，用于通过所述行车雷达和所述对位雷达配合引导所述集装箱卡车行驶，令所述集装箱卡车的预设吊装位置与所述目标作业位置重合。

11.一种电子设备，其特征在于，包括：

一处理器；

一存储器，所述存储器中存储有可执行指令；

其中，所述可执行指令被所述处理器执行时，实现如权利要求1-9任一项所述的集装箱卡车与起重机的对位方法。

12.一种计算机可读的存储介质，用于存储程序，其特征在于，所述程序被执行时实现如权利要求1-9任一项所述的集装箱卡车与起重机的对位方法。

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