CN114065555B - 一种用于岸桥起重机关道内目标识别的纠偏补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于岸桥起重机关道内目标识别的纠偏补偿方法，包括如下步骤：在陆侧立柱或海侧立柱上安装激光雷达和反光板；计算岸桥起重机的岸桥倾角和岸桥起重机上的传感器倾斜造成的误差并建立误差模型；根据误差模型得出实际的传感器误差进行补偿以实现纠偏；使用激光雷达检测安装在岸桥立柱顶部的反光板的距离变化，通过算法求得岸桥整体的岸桥倾角，且激光雷达安装在立柱底部，避免了激光受到外部光线干扰影响，保证了激光雷达运行的稳定性，根据误差模型得出实际的传感器误差进行补偿以实现纠偏，进而保证了检测结果的准确性。

Description

一种用于岸桥起重机关道内目标识别的纠偏补偿方法
技术领域
本发明涉及目标识别技术领域，尤其涉及一种用于岸桥起重机关道内目标识别的纠偏补偿方法。
背景技术
在港口自动化作业任务中，岸桥自动化处于最关键的一环。在岸桥自动化解决方案中，岸桥整体状态的感知又是必不可少的部分。并且，岸桥状态感知结果的精度直接影响了岸桥自动化作业系统的成功率。因此，如何提高感知结果的精度，对于实现一套安全可靠和高效的岸桥自动化作业系统至关重要。
桥吊自动化系统中的感知部分主要有包块吊具定位的感知，车道上集卡位置的感知，集装箱位置的感知等。目前各类感知主要通过包括激光雷达检测，外设相机检测或者安装在目标设备上的传感器检测进行检测。传感器设备安装好后，通常会对设备进行标定校准，以提高传感器的检测精度。但是由于岸桥设备体积大，干扰多，固有的运动部件精度不高，但是自动化改造对于感知要求精度高，导致单纯的标定无法满足精度要求。
鉴于此，实有必要提供一种新型的用于岸桥起重机关道内目标识别的纠偏补偿方法以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于岸桥起重机关道内目标识别的纠偏补偿方法，避免了激光受到外部光线干扰影响，保证了激光雷达运行的稳定性，根据误差模型得出实际的传感器误差进行补偿以实现纠偏，进而保证了检测结果的准确性。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于岸桥起重机关道内目标识别的纠偏补偿方法，包括如下步骤：
S1：在陆侧立柱或海侧立柱上安装激光雷达和反光板；
S2：计算岸桥起重机的岸桥倾角和岸桥起重机上的传感器倾斜造成的误差并建立误差模型；
岸桥倾角θ r 的计算如下式：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（1）；
传感器倾斜造成的误差e的计算如下式：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（2）；
上式（1）和（2）中，θ r 是岸桥倾角，Atan是反正切函数，△h是导轨高度误差，l 0是海侧立柱与陆侧立柱之间的间距，l 1是目标物距离检测传感器距离，e是传感器倾斜造成的误差；
S3：根据误差模型得出实际的传感器误差进行补偿以实现纠偏；
设陆侧立柱的坐标系为{W}，陆侧立柱旋转后的坐标系为{W'}，令反光板在陆侧立柱的坐标系中的直线方程表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
（3）；
其中，A0、 B0 、C0均为标准直线方程表达式系数，
激光器照射在反光板上的位置在{W}下的坐标为{x，y}；x表示岸桥起重机的小车方向位置，y表示高度方向位置；
当陆侧立柱发生倾斜后，则陆侧立柱倾斜后的反光板上的激光点在{W}坐标下的位置为{x'，y'}，
{W'}相对于{W}的旋转矩阵表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
（4）；
{W'}相对于{W}的陆侧立柱的齐次变换矩阵表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
（5）；
坐标变化可得陆侧立柱倾斜前后反光板上坐标的位置关系：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
（6）；
Figure DEST_PATH_IMAGE011
（7）；
Figure DEST_PATH_IMAGE013
（8）；
Figure DEST_PATH_IMAGE015
（9）；
{x',y'}]代入反光板的直线方程，得到旋转后的直线方程如下式：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
（10）；
其中，A1、 B1 、C1为旋转后的标准直线方程表达式系数，
旋转之前的反光板直线方程与坐标系{W}的y轴交点，
令x=0，得到
Figure DEST_PATH_IMAGE017
；
旋转之后的反光板直线方程与坐标系{W}的y轴交点，
令x'=0，得到
Figure DEST_PATH_IMAGE018
；
旋转前后激光器测得的距离差值为
Figure DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，计算得出岸桥倾角θ e ，再将计算得出的岸桥倾角θ e 代入误差模型就可以得到目标传感器误差进行补偿。
优选的，步骤S1还包括步骤S11：安装一维脉冲激光雷达于陆侧立柱的底部，一维脉冲激光雷达的激光器竖直向上发射激光束；在陆侧立柱的顶部安装反光板；调整激光器和反光板的位置使激光器的激光照射在反光板的中央位置。
优选的，陆侧立柱与海侧立柱的间距为20m，陆侧立柱与海侧立柱的高度为40m。
与现有技术相比，有益效果在于：使用激光雷达检测安装在岸桥立柱顶部的反光板的距离变化，通过算法求得岸桥整体的岸桥倾角，且激光雷达安装在立柱底部，避免了激光受到外部光线干扰影响，保证了激光雷达运行的稳定性，根据误差模型得出实际的传感器误差进行补偿以实现纠偏，进而保证了检测结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明提供的用于岸桥起重机关道内目标识别的纠偏补偿方法的使用示意图。
图2为激光雷达与陆侧立柱的安装示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
请参阅图1至图2，本发明提供一种用于岸桥起重机关道内目标识别的纠偏补偿方法，该方法用于补偿通过岸桥高处相机或者激光雷达识别关道内目标时由于岸桥倾斜造成的识别误差，包括如下步骤：
S1：安装纠偏激光雷达和反光板；
具体的，步骤S1还包括步骤S11：安装一维激光雷达于岸桥立柱的底部，一维激光雷达的激光器竖直向上发射激光束；
在岸边立柱的顶部安装反光板，所述反光板与岸边立柱呈45度设置；
调整激光器和反光板的位置，使得激光器的激光照射在反光板的中央位置；
在大车移动的过程中，海陆侧两边的高低误差会发生变化，进而导致海陆侧两边的立柱造成上下错动，引起安装在岸桥上方的传感器姿态变化，造成识别误差，进而导致导岸桥起重机的轨高度误差会造成岸桥整体的倾斜形成岸桥倾角；
S2：计算岸桥起重机的岸桥倾角和岸桥起重机上的传感器倾斜造成的误差并建立误差模型；
具体的，由于岸桥起重机铺设在海陆侧两条导轨上，因施工的原因会造成岸桥起重机的两侧导轨存在有±3cm的高低误差，进而造成岸桥整体的倾斜，岸桥倾角θ r 的计算如下式：
Figure 389487DEST_PATH_IMAGE002
（1）；
传感器倾斜造成的误差e的计算如下式：
Figure 648430DEST_PATH_IMAGE004
（2）；
上式（1）和（2）中，θ r 是岸桥倾角，Atan是反正切函数，△h是导轨高度误差，l 0是海侧立柱与陆侧立柱之间的间距，l 1是目标物距离检测传感器距离，e是传感器倾斜造成的误差；
在目标物距离检测传感器l 1一定的情况下，检测误差只与导轨高度误差造成的岸桥倾角θ有关，在本实施例中，陆侧立柱与海侧立柱的间距为20m，陆侧立柱与海侧立柱的高度为40m。接下来说明通过加装的一维雷达来计算实际的岸桥倾角；
S3：根据误差模型得出实际的传感器误差进行补偿以实现纠偏；
步骤S3还包括步骤S31：设陆侧立柱的坐标系为{W}，陆侧立柱旋转后的坐标系为{W'}，令反光板在在陆侧立柱的坐标系中的直线方程表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE022
（3）；
其中，A0、 B0 、C0均为标准直线方程表达式系数，
激光器照射在反光板上的位置在{W}下的坐标为{x，y}；x表示小车方向位置，y表示高度方向位置；
S32：当岸桥发生倾斜后，则倾斜后的反光板上的激光点在{W}坐标下的位置为{x'，y'}，
{W'}相对于{W}的岸桥的旋转矩阵表达式为：
Figure 700962DEST_PATH_IMAGE007
（4）；
{W'}相对于{W}的岸桥的齐次变换矩阵表达式为：
Figure 969132DEST_PATH_IMAGE009
（5）；
通过坐标变化可得陆侧立柱倾斜前后反光板上坐标的位置关系：
Figure DEST_PATH_IMAGE023
（6）；
Figure DEST_PATH_IMAGE024
（7）；
Figure 820414DEST_PATH_IMAGE013
（8）；
Figure 515837DEST_PATH_IMAGE015
（9）；
S33： {x',y'}]代入反光板的直线方程，得到旋转后的直线方程如下式：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
（10）；
其中，A1、 B1 、C1为旋转后的标准直线方程表达式系数，
旋转之前的反光板直线方程与坐标系{W}的y轴交点（即激光器到反光板的距离），
令x=0，得到
Figure DEST_PATH_IMAGE026
；
旋转之后的反光板直线方程与坐标系{W}的y轴交点，
令x'=0，得到
Figure DEST_PATH_IMAGE027
；
旋转前后激光器测得的距离差值为
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 914720DEST_PATH_IMAGE021
，计算得出岸桥倾角θ e ，再将计算得出的岸桥倾角θ e 代入误差模型就可以得到目标传感器误差进行补偿，补偿后可提高目标传感器检测精度。
有益效果在于，本发明使用激光雷达检测安装在陆侧立柱顶部的反光板的距离变化，通过算法求得岸桥整体的岸桥倾角，且激光雷达安装在陆侧立柱底部，避免了激光受到外部光线干扰影响，保证了激光雷达运行的稳定性，根据误差模型得出实际的传感器误差进行补偿以实现纠偏，进而保证了检测结果的准确性。
本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的示例。

Claims (2)

1.一种用于岸桥起重机关道内目标识别的纠偏补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在陆侧立柱或海侧立柱上安装激光雷达和反光板；
S2：计算岸桥起重机的岸桥倾角和岸桥起重机上的传感器倾斜造成的误差并建立误差模型；
岸桥倾角θ r 的计算如下式：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
（1）；
传感器倾斜造成的误差e的计算如下式：
Figure 335552DEST_PATH_IMAGE002
（2）；
上式（1）和（2）中，θ r 是岸桥倾角，atan是反正切函数，△h是导轨高度误差，l 0是海侧立柱与陆侧立柱之间的间距，l 1是目标物距离检测传感器距离，e是传感器倾斜造成的误差，
S3：根据误差模型得出实际的传感器误差进行补偿以实现纠偏；
设陆侧立柱的坐标系为{W}，陆侧立柱旋转后的坐标系为{W'}，令反光板在陆侧立柱的坐标系中的直线方程表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
（3）；
其中，A0、 B0、C0均为标准直线方程表达式系数，
激光器照射在反光板上的位置在{W}下的坐标为{x，y}；x表示岸桥起重机的小车方向位置，y表示高度方向位置；
当陆侧立柱发生倾斜后，则陆侧立柱倾斜后的反光板上的激光点在{W}坐标下的位置为{x'，y'}，
{W'}相对于{W}的旋转矩阵表达式为：
Figure 49430DEST_PATH_IMAGE004
（4）；
{W'}相对于{W}的齐次变换矩阵表达式为：
Figure 94747DEST_PATH_IMAGE005
（5）；
坐标变化可得陆侧立柱倾斜前后反光板上坐标的位置关系：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（6）；
Figure 286694DEST_PATH_IMAGE007
（7）；
Figure DEST_PATH_IMAGE008
（8）；
Figure 399269DEST_PATH_IMAGE009
（9）；
{x',y'}代入反光板的直线方程，得到旋转后的直线方程如下式：
Figure 752890DEST_PATH_IMAGE010
（10）；
其中，A1、 B1 、C1为旋转后的标准直线方程表达式系数，
旋转之前的反光板直线方程与坐标系{W}的y轴交点，
令x=0，得到
Figure 285502DEST_PATH_IMAGE011
；
旋转之后的反光板直线方程与坐标系{W}的y轴交点，
令x'=0，得到
Figure DEST_PATH_IMAGE012
；
旋转前后激光器测得的距离差值为
Figure 281140DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
，计算得出岸桥倾角θ e ，再将计算得出的岸桥倾角θ e 代入误差模型就可以得到目标传感器误差进行补偿。
2.如权利要求1所述的用于岸桥起重机关道内目标识别的纠偏补偿方法，其特征在于，步骤S1还包括步骤S11：安装一维脉冲激光雷达于陆侧立柱的底部，一维脉冲激光雷达的激光器竖直向上发射激光束；在陆侧立柱的顶部安装反光板；调整激光器和反光板的位置使激光器的激光照射在反光板的中央位置。
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