CN113620170B - 港机自动锚定系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种港机自动锚定系统，包括：控制器和沿港机移动路径方向设置的多个监测区域，每个监测区域设置有M个锚定点，用于供N个港机锚固；每个港机上设置有图像采集装置和风速测速装置；所述图像采集装置用于采集港机上的销钉和对应监测区域的图像。控制器在监测到满足自动锚定触发条件时，控制港机执行对应的自动锚定操作，能够实现锚定的自动无人化、快速响应、操作简易化和安全标准化。

Description

港机自动锚定系统
技术领域
本发明涉及一种港机自动锚定系统，具体涉及一种基于图像识别技术的港机自动锚定系统。
背景技术
传统码头港机是有人驾驶的，在锚定时依靠驾驶员和同事上下协作，具体流程包括：现场工作人员收到例如风速超速的报警信号，或者气象台的大风预警信号，驾驶人与下方同事沟通，开始进行锚定操作。下方销钉附近工作人员通过现场观察，指挥驾驶员前进或后退，等销钉在销孔附近后，指挥驾驶员停车，由于惯性和风力作用，港机不能立刻停留在销孔上方，下方销钉附近工作人员指挥驾驶员微调迭代，最终将销钉停放在销孔上方，放下销钉，完成锚固工作。这种锚定方式使得锚定时依靠大量人员手动锚固，整个过程时间长，反复迭代，难以在短时间内完成锚定工作，而且有人员在设备附近工作，有很大的生产安全隐患。
发明内容
鉴于上述技术问题，本发明的实施例提供一种港机自动锚定系统，基于图像识别技术的自动锚定系统，实现了锚定的自动无人化、快速响应、操作简易化和安全标准化。
本发明采用的技术方案为：
本发明实施例提供一种港机自动锚定系统，包括：控制器和沿港机移动路径方向设置的多个监测区域，每个监测区域设置有M个锚定点，用于供N个港机锚固；每个港机上设置有图像采集装置和风速测速装置；所述图像采集装置用于采集港机上的销钉和对应监测区域的图像；
所述控制器分别与所述图像采集装置和风速测速装置通信连接，还与气象发布服务器、港机的档位传感器和自动锚定触发装置通信连接，其中，对于任一港机Pi，i的取值为1～N，所述控制器用于在接收到如下第一至第四触发信息T1～T4中的任一触发信息时，执行计算机程序以实现步骤S100～S400：
T1，从所述气象发布服务器处接收到的风力预警信号表征风力等级超过预设风力等级阈值；
T2，从所述风速测速装置处接收到的风速信息表征风速超过预设的风速阈值；
T3，从档位传感器处接收到的档位信息表征港机处于P档，同时基于图像采集装置采集的图像得到港机的移动速率超过预设的移动速率阈值；
T4，从自动锚定触发装置处接收到表征驾驶员按下自动锚定触发装置的信号；
步骤S100～S400包括：
S100，基于图像采集装置采集的图像，获取港机Pi当前所处的位置；
S200，基于档位传感器发送的信息确定港机Pi当前的行进方向；
S300，根据港机Pi当前所处的位置、港机Pi当前的行进方向以及风速测速装置检测到的当前风向，确定锚固港机Pi的锚定点并控制港机Pi向对应的锚定点移动；
S400，当基于图像采集装置采集的图像确定港机Pi移动到适合锚定的位置时，控制港机Pi执行自动锚定操作，以将港机Pi的销钉锚固在对应的锚定点处。
本发明实施例提供的港机自动锚定系统，在天气预报的风力等级、港机自身监测的风力等级、港机的自身工作状态和自动锚定信号中的任何一个满足自动锚定的触发条件时，先根据当前风向确定港机的移动方向，然后根据触发条件、当前销钉和锚定点之间的距离、当前的风速、港机当前速度和港机到达锚定点时的速度为0的约束条件等8个参数来确定港机的移动速度，以使得港机能够准确稳定的锚定在对应的锚定点上，能够实现锚定的自动无人化、快速响应、操作简易化和安全标准化。
附图说明
图1为本发明实施例提供的港机自动锚定系统的示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
在本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号如101、102等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。
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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种港机自动锚定系统，包括：控制器1和沿港机移动路径方向设置的多个监测区域(图1仅示出一个检测区域)，每个监测区域设置有M个锚定点A1，A2，…，AM，用于供N个港机2锚固，N＜M。在一个示意性实施例中，如图1所示，每个监测区域可设置有4个锚定点，对应的港机的数量可为2个(港机1和港机2)，其中，港机1可锚定的锚定点可为A1～A3，港机2可锚定的锚定点可为A2～A4。锚定点可为设置在凸台(未图示)中的锚孔。
在本发明实施例中，锚定点和锚定点之间的间隔区域可通过颜色或者标识区分，这样，每个锚定点和间隔区域都具有唯一标识，并预先进行存储。
在一个实施例中，M个锚定点通过颜色区分，例如，可在每个锚定点对应的凸台的外侧壁上涂上不同的颜色，M个锚定点之间的M-1间隔区域通过标识区分，例如，可按照顺序依次标识为间隔区域1、间隔区域2、间隔区域3、…，间隔区域M-1等。
在另一个实施例中，M个锚定点通过标识区分，例如，可按照顺序依次标识为A1、A2、A3、…、AM或者锚定点01、锚定点02、…、锚定点0M等，M个锚定点之间的M-1间隔区域通过颜色区分，例如，可通过在间隔区域涂抹不同颜色进行区分，如图1所示，具有不同填充图案的长方形区域表示不同的颜色。
在本发明实施例中，每个港机2上可设置有图像采集装置3和风速测速装置4。图像采集装置3可设置在适合观测到销钉的位置，例如，港机的伸出支架的位置处，在一个示例中，可为摄像机。图像采集装置3用于在港机的移动过程中实时采集港机上的销钉和对应监测区域的图像。
在本发明实施例中，控制器1可为设置在控制中心的任意具有数据处理和控制功能的设备。控制器1分别与图像采集装置3和风速测速装置4通信连接，还与气象发布服务器、港机的档位传感器和自动锚定触发装置(均未图示)通信连接。其中，对于任一港机Pi，i的取值为1～N，控制器1用于在接收到如下第一至第四触发信息T1～T4中的任一触发信息时，执行计算机程序以实现步骤S100～S400：
T1，从气象发布服务器处接收到的风力预警信号表征风力等级超过预设风力等级阈值；在一个示例中，预设风力等级阈值可为8级风力。控制器还从气象发布服务器处接收每个风力等级对应的时间，以便在超过预设风力等级阈值的风力等级对应的时间强制要求港机进行自动锚定操作，进行对应的操作。
T2，从风速测速装置处接收到的风速信息表征风速超过预设的风速阈值。风速信息包括风速和风向，风速阈值可为17.0m/s-20.4m/s。
T3，从档位传感器处接收到的档位信息表征港机处于P档，同时基于图像采集装置采集的图像得到港机的移动速率超过预设的移动速率阈值。在一个示例中，预设的移动速率阈值可为0.3m/s。
T4，从自动锚定触发装置处接收到表征驾驶员按下自动锚定触发装置的信号。每个港机在驾驶室内安装有自动锚定触发装置例如按钮，当驾驶员按下按钮时，表示需要执行自动锚定操作。
其中，步骤S100～S400可包括：
S100，基于图像采集装置采集的图像，获取港机Pi当前所处的位置。
具体地，控制器会根据图像采集装置采集的图像，由于每个锚定点和间隔区域都具有唯一标识，因此，可基于图像识别技术识别出港机Pi当前处于监测区域的那个位置。图像识别技术可为现有知识。
S200，基于档位传感器发送的信息确定港机Pi当前的行进方向。
S300，根据港机Pi当前所处的位置、港机Pi当前的行进方向以及风速测速装置检测到的当前风向，确定锚固港机Pi的锚定点并控制港机Pi向对应的锚定点移动。
在该步骤中，控制原理是港机Pi的行进方向必须是逆风，禁止顺风行驶，即控制港机Pi沿与当前风向相反的方向移动。
具体地，设定风向沿港机的移动路径向右(本发明中向右为向东)运动为正向风向，以及设定港机沿移动路径向右行驶为正向行驶；M个锚定点A1，A2，…，AM沿港机的正向行驶方向依次布置。
其中，S300进一步地包括：
S310，如果当前风向和港机Pi的行驶方向相同且都为正向，如果港机Pi当前处于锚定点Aj和Aj+1之间，则控制港机Pi反向行驶并向锚定点Aj+1移动；j的取值为1到M。
S320，如果当前风向和港机Pi的行驶方向相同且都为反向，如果港机Pi当前处于锚定点Aj和Aj+1之间，则控制港机Pi反向行驶并向锚定点Aj移动。
S330，如果当前风向为正向，港机Pi的行驶方向为反向，如果港机Pi当前处于锚定点Aj和Aj+1之间，则控制港机Pi继续行驶并向锚定点Aj+1移动。
S340，如果当前风向为反正向，港机Pi的行驶方向为正向，如果港机Pi当前处于锚定点Aj和Aj+1之间，则控制港机Pi继续行驶并向锚定点Aj移动。
上述步骤S310至S340的执行顺序可并行执行。
以4个锚定点和2个港机为例，步骤S300可由下表1表示：
表1：港机移动方向控制
Figure BDA0003204820490000061
S400，当基于图像采集装置采集的图像确定港机Pi移动到适合锚定的位置时，控制港机Pi执行自动锚定操作，以将港机Pi的销钉锚固在对应的锚定点处。
在本发明实施例中，S400进一步地可包括：
S410，在港机Pi的移动过程中，在任一时间周期tj，根据图像采集的图像确定港机Pi的销钉与锚定点之间的距离Sj；j＝1,2，…，n，n为从控制港机Pi开始向对应的锚定点移动的时刻到控制港机Pi停止移动的时刻之间经历的时间周期数。时间周期为预设的采样周期，可根据实际情况进行确定。
具体地，控制器可根据采集的图像，基于图像识别技术从图像中识别出对应的凸台的轮廓和港机Pi的销钉的轮廊，进而将凸台的中心位置确定为对应的锚定点的位置，然后确定锚定点的中心和识别的销钉的中心之间的距离，得到两者之间的距离。
S420，确定港机Pi的移动速度Vj＝f(T1，T2，T3，T4，Sj，WVj，VCj，L)，其中，f()为T1，T2，T3，T4，Sj，WVj，VCj，L的函数；T1，T2，T3，T4分别表示第一触发信息至第四触发信息；WVj表示时间周期tj对应的风速，风向与港机Pi的移动方向相同，风速为正值，否则为负值；VCj表示时间周期tj对应的港机Pi的速度；L为表示在时间周期tn时对应的港机Pi的速度为0的约束条件。在具体应用中，可使用状态值1和0分别表示T1，T2，T3，T4为触发信息和不是触发信息，例如，T1＝1，表示T1为触发信息，T1＝0表示T1不是触发信息。参数L可用数值表示，例如1或者0。
在本发明实施例中，在触发自动锚定操作时，控制器会控制Pi进行减速，以速度最快并且稳定达到锚定点为控制目标来控制港机的运行速度，任一时间周期tj时的港机Pi的移动速度Vj可基于前述4个触发条件、当前销钉和锚定点之间的距离、当前的风速、港机当前速度和港机到达锚定点时的速度为0的约束条件等8个参数来确定，可通过现有模型例如卷积神经网络模型来确定。这8个参数的权重可基于历史样本来确定，并且满足控制目标最优得到的权重可迭代优化之前的权重，以使得后续的控制更加准确。历史样本可包括约束条件以及每次执行自动锚定操作的触发信息，以及执行自动锚定操作时在每个时间周期基于采集的图像数据确定的销钉和销孔之间的距离以及对应的风速和港机速度。具体的基于历史样本训练得到8个参数的权重可为公知常识。
S430，当Sj≤S0时，控制港机Pi的电液推杆启动，以带动港机Pi的销钉插入并锚固在对应的锚定点中。
在识别到Sj≤S0时，例如，图像中的销钉和销孔的距离小于150像素时，则控制港机Pi的电液推杆启动，以带动港机Pi的销钉插入并锚固在对应的锚定点中。如果自动锚定失败，及时发出信号提醒司机手动操作。
综上，本发明实施例提供的港机自动锚定系统，在天气预报的风力等级、港机自身监测的风力等级、港机的自身工作状态和自动锚定信号中的任何一个满足自动锚定的触发条件时，先根据当前风向确定港机的移动方向，然后根据触发条件、当前销钉和锚定点之间的距离、当前的风速、港机当前速度和港机到达锚定点时的速度为0的约束条件等8个参数来确定港机的移动速度，以使得港机能够准确稳定的锚定在对应的锚定点上，能够实现锚定的自动无人化、快速响应、操作简易化和安全标准化。
以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种港机自动锚定系统，其特征在于，包括：控制器和沿港机移动路径方向设置的多个监测区域，每个监测区域设置有M个锚定点，用于供N个港机锚固；每个港机上设置有图像采集装置和风速测速装置；所述图像采集装置用于采集港机上的销钉和对应监测区域的图像；
所述控制器分别与所述图像采集装置和风速测速装置通信连接，还与气象发布服务器、港机的档位传感器和自动锚定触发装置通信连接，其中，对于任一港机Pi，i的取值为1～N，所述控制器用于在接收到如下第一至第四触发信息T1～T4中的任一触发信息时，执行计算机程序以实现步骤S100～S400：
T1，从所述气象发布服务器处接收到的风力预警信号表征风力等级超过预设风力等级阈值；
T2，从所述风速测速装置处接收到的风速信息表征风速超过预设的风速阈值；
T3，从档位传感器处接收到的档位信息表征港机处于P档，同时基于图像采集装置采集的图像得到港机的移动速率超过预设的移动速率阈值；
T4，从自动锚定触发装置处接收到表征驾驶员按下自动锚定触发装置的信号；
步骤S100～S400包括：
S100，基于图像采集装置采集的图像，获取港机Pi当前所处的位置；
S200，基于档位传感器发送的信息确定港机Pi当前的行进方向；
S300，根据港机Pi当前所处的位置、港机Pi当前的行进方向以及风速测速装置检测到的当前风向，确定锚固港机Pi的锚定点并控制港机Pi向对应的锚定点移动；
S400，当基于图像采集装置采集的图像确定港机Pi移动到适合锚定的位置时，控制港机Pi执行自动锚定操作，以将港机Pi的销钉锚固在对应的锚定点处。
2.根据权利要求1所述的港机自动锚定系统，其特征在于，M个锚定点通过颜色区分，M个锚定点之间的M-1间隔区域通过标识区分。
3.根据权利要求1所述的港机自动锚定系统，其特征在于，M个锚定点通过标识区分，M个锚定点之间的M-1间隔区域通过颜色区分。
4.根据权利要求1所述的港机自动锚定系统，其特征在于，在S300中，控制港机Pi沿与当前风向相反的方向移动。
5.根据权利要求4所述的港机自动锚定系统，其特征在于，设定风向沿港机的移动路径向右运动为正向风向，以及设定港机沿移动路径向右行驶为正向行驶；M个锚定点A1，A2，…，AM沿港机的正向行驶方向依次布置；
其中，S300进一步地包括：
S310，如果当前风向和港机Pi的行驶方向相同且都为正向，如果港机Pi当前处于锚定点Aj和Aj+1之间，则控制港机Pi反向行驶并向锚定点Aj+1移动；j的取值为1到M。
6.根据权利要求5所述的港机自动锚定系统，其特征在于，S300还包括：
S320，如果当前风向和港机Pi的行驶方向相同且都为反向，如果港机Pi当前处于锚定点Aj和Aj+1之间，则控制港机Pi反向行驶并向锚定点Aj移动。
7.根据权利要求5所述的港机自动锚定系统，其特征在于，S300还包括：
S330，如果当前风向为正向，港机Pi的行驶方向为反向，如果港机Pi当前处于锚定点Aj和Aj+1之间，则控制港机Pi继续行驶并向锚定点Aj+1移动。
8.根据权利要求5所述的港机自动锚定系统，其特征在于，S300还包括：
S340，如果当前风向为反正向，港机Pi的行驶方向为正向，如果港机Pi当前处于锚定点Aj和Aj+1之间，则控制港机Pi继续行驶并向锚定点Aj移动。
9.根据权利要求1所述的港机自动锚定系统，其特征在于，S400进一步地包括：
S410，在港机Pi的移动过程中，在任一时间周期tj，根据图像采集的图像确定港机Pi的销钉与锚定点之间的距离Dj；j＝1,2，…，n，n为从控制港机Pi开始向对应的锚定点移动的时刻到控制港机Pi停止移动的时刻之间经历的时间周期数；
S420，确定港机Pi的移动速度Vj＝f(T1，T2，T3，T4，Dj，WVj，VCj，L)，其中，f()为T1，T2，T3，T4，Sj，WVj，VCj，L的函数；T1，T2，T3，T4分别表示第一触发信息至第四触发信息；WVj表示时间周期tj对应的风速，风向与港机Pi的移动方向相同，风速为正值，否则为负值；VCj表示时间周期tj对应的港机Pi的速度；L为表示在时间周期tn时对应的港机Pi的速度为0的约束条件；
S430，当Dj≤S0时，控制港机Pi的电液推杆启动，以带动港机Pi的销钉插入并锚固在对应的锚定点中。
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