CN115258959B - 吊具控制方法、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种吊具控制方法、设备及存储介质，应用于计算机领域，吊具控制设备获得目标箱位与目标船舶的船尾之间的距离，以及在激光雷达从目标船舶的船尾后侧移动至船尾前侧的过程中连续采集的多帧雷达点云数据及激光雷达采集各帧雷达点云数据时所处的位置数据，根据各帧雷达点云数据及其对应的位置数据，计算目标船舶的船尾位置，结合船尾位置和目标箱位相对船尾的距离，确定吊具的目标位置，并控制吊具移动到目标位置，以使吊具控制设备利用一个激光雷达从多角度、多距离采集的点云数据中确定船尾位置，不仅降低数据采集成本，还增加数据采集的多样性，提高基于多帧点云数据确定的船尾位置的准确度，以提高控制吊具与目标箱位对齐的准确度。

Description

吊具控制方法、设备及存储介质

技术领域

本申请的实施例涉及计算机领域，尤其涉及一种吊具控制方法、设备及存储介质。

背景技术

随着海上交通运输业的迅速发展，集装箱码头的自动化作业对提高运输效率、降低成本有着非常重要的意义。轨道吊对靠岸船舶上的集装箱的装箱或卸箱是集装箱码头自动化作业的重要一环，在轨道吊作业时，需要先确定轨道吊相对目标箱位的位置，并将轨道吊的吊具与船上的箱位进行对齐。

轨道吊的吊具与船上箱位的对齐主要是利用人工对齐或者在码头岸基固定位置安装传感器检测的方式将轨道吊的吊具与船舶集装箱进行对位。其中，人工对齐是通过人眼观测吊具和目标箱位的位置关系来进行对齐，需要多次调整，成本高。利用固定传感器对齐的方式中，需要在岸基设置多个传感器进行联合检测，各固定传感器的检测精度会随着其与船之间的距离增大而降低，传感器在固定观测距离、观测角度下得到的检测数据并不能准确、全面反映实际场景，使得轨道吊与箱位不能准确对齐，同时，多个传感器检测导致检测成本高。

发明内容

本申请提供一种吊具控制方法、设备及存储介质，用以解决轨道吊的吊具与船上箱位的对齐结果不准确且成本高的技术问题。

第一方面，本申请提供一种吊具控制方法，方法应用于吊具控制设备，吊具控制设备用于吊取放置于目标船舶上目标箱位的集装箱，方法包括：

获得目标箱位与目标船舶的船尾之间的距离；

在激光雷达沿船尾至船头的方向，从目标船舶的船尾后侧移动至船尾前侧的过程中，获得激光雷达连续采集的多帧雷达点云数据及激光雷达采集各帧雷达点云数据时所处的位置数据；

根据各帧雷达点云数据及其对应的位置数据，计算目标船舶的船尾位置；

根据船尾位置和目标箱位相对船尾的距离，确定吊具的目标位置，并控制吊具移动到目标位置。

在上述技术方案中，可移动的激光雷达从船尾后侧运动至船尾前侧过程中采集多帧雷达点云数据，并将该雷达点云数据及各帧雷达点云数据对应的位置数据传送至吊具控制设备，以使吊具控制设备通过一个激光雷达发送的点云数据获得多角度、多距离采集的与目标船舶相关的信息，不仅降低了信息采集的成本，还提高了吊具控制设备确定的目标船舶的船尾位置的准确度，在其已知目标箱位和船尾之间的距离的情况下，提高了吊具控制设备控制吊具移动到目标位置与目标箱位对齐的准确度。

可选地，根据各帧雷达点云数据及其对应的位置数据，计算目标船舶的船尾位置信息，具体包括：

根据各位置数据，将各帧处于位置数据对应的雷达坐标系上的雷达点云数据转化为处于同一岸基坐标系上的岸基点云数据；其中，各雷达坐标系是在激光雷达上定义的坐标系；

根据各帧岸基点云数据，计算目标船舶的船尾位置信息。

可选地，根据各帧岸基点云数据，计算目标船舶的船尾位置信息，具体包括：

在岸基坐标系中设置点云感兴趣区域（region of interest，简称ROI）；点云感兴趣区域包含目标船舶所处的空间区域；

从各帧岸基点云数据的数据点中，筛选出处于点云感兴趣区域内的原始感兴趣数据点，以获得多帧感兴趣点云数据；各帧感兴趣点云数据中包括多个原始感兴趣数据点；

计算每帧感兴趣点云数据对应的船尾的初始估计位置及位置置信度；

根据各帧感兴趣点云数据对应的位置置信度，将所有船尾的初始估计位置进行融合，获得目标船舶的船尾位置信息。

可选地，从各帧岸基点云数据的数据点中，筛选出处于点云感兴趣区域内的原始感兴趣数据点，以获得多帧感兴趣点云数据，具体包括：

从各帧岸基点云数据的全部数据点中筛选掉未处于点云感兴趣区域的数据点，以获得多帧原始感兴趣点云数据；原始感兴趣点云数据的帧数等于岸基点云数据的帧数；

统计各帧原始感兴趣点云数据中数据点的数量；

将数据点的数量大于或等于预设点云数量阈值的原始感兴趣点云数据确定为感兴趣点云数据；原始感兴趣点云数据的帧数大于或等于感兴趣点云数据的帧数。

可选地，岸基坐标系沿岸基以从船尾至船头的方向为x轴方向；计算每帧感兴趣点云数据对应的船尾的初始估计位置，具体包括：

针对各帧感兴趣点云数据，从感兴趣点云数据中获得各数据点的x维数据；x维数据是各数据点垂直投射至岸基坐标系x轴上的数据；

将x维数据按照从小到大的顺序排列，获得一组x维数据集合；x维数据集合为（x ₁，……，x _j ，……，x _m ），m为感兴趣点云数据中数据点的数量；

在x维数据集合中，从j=1起，依次计算x _j+k 与x _j 的差值，直至获得差值小于预设突变阈值的x _j ，并将x _j 对应的数据点确定为帧感兴趣点云数据对应的船尾的初始估计位置；其中，k为正整数。

可选地，计算每帧感兴趣点云数据对应的位置置信度，具体包括：

根据各帧感兴趣点云数据对应的船尾的初始估计位置和置信度计算公式，计算每帧感兴趣点云数据对应的位置置信度；置信度计算公式包括：

，

其中，e表示自然常数；Dist _i 表示根据第i帧感兴趣点云数据确定的船尾的初始估计位置与采集感兴趣点云数据的雷达之间的直线距离，ρ表示与激光雷达特性关联的参数。

可选地，根据各帧感兴趣点云数据对应的位置置信度，将所有船尾的初始估计位置进行融合，获得目标船舶的船尾位置，具体包括：

计算所有帧感兴趣点云数据对应的横向位置初始估计值的平均值和标准差；横向位置初始估计值为初始估计位置的x维数据；

根据平均值和标准差，确定横向位置初始估计值的置信区间；

从所有横向位置初始估计值中筛选出处于置信区间的目标横向位置初始估计值；

对目标横向位置初始估计值及其对应的位置置信度进行加权平均，获得目标船舶的船尾位置。

可选地，对目标横向位置初始估计值及其对应的位置置信度进行加权平均，获得目标船舶的船尾位置，具体包括：

根据目标横向位置初始估计值、各目标横向位置初始估计值对应的位置置信度及加权平均公式，获得目标船舶的船尾位置；加权平均公式为：

，

其中，o∈[1,d]，d为目标横向位置初始估计值的总数；

表示第o个目标横向位置初始估计值，

表示第o个目标横向位置估计值对应的位置置信度；X表示船尾位置。

在上述技术方案中，吊具控制设备对处于不同雷达坐标系中的雷达点云数据进行坐标系转换，获得基于不同采集距离和采集角度采集的雷达点云数据在同一岸基坐标系下数据点的分布情况，吊具控制设备通过点云感兴趣区域以及有效的船尾初始估计位置的求取筛选出包含船尾信息的点云数据，再根据有效的船尾位置估计距离对应的位置置信度的求取，确定置信区间，筛选出置信度高的船尾位置估计距离，再通过加权平均确定船尾位置，保证了船尾位置估计的准确度，以及基于该船尾位置移动的吊具与目标箱位对齐的准确度。

第二方面，本申请提供一种吊具控制设备，包括：处理器以及与处理器通信连接的存储器；

存储器存储计算机指令；

处理器在执行计算机指令时用于实现第一方面涉及的吊具控制方法。

第三方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机指令，计算机指令被处理器执行时用于实现第一方面涉及的吊具控制方法。

本申请提供一种吊具控制方法、设备及存储介质，吊具控制设备获得目标箱位与目标船舶的船尾之间的距离，以及在激光雷达沿船尾至船头的方向，从目标船舶的船尾后侧移动至船尾前侧的过程中，获得激光雷达连续采集的多帧雷达点云数据及激光雷达采集各帧雷达点云数据时所处的位置数据，根据各帧雷达点云数据及其对应的位置数据，计算目标船舶的船尾位置，并根据船尾位置和目标箱位相对船尾的距离，确定吊具的目标位置，并控制吊具移动到目标位置，以使吊具控制设备利用一个激光雷达从多角度、多距离采集的点云数据中确定船尾的位置，不仅降低了数据采集成本，还增加了数据采集的多样性，提高了基于多帧点云数据确定的船尾位置的准确度，以提高控制吊具与目标箱位对齐的准确度。

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，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1为本申请根据一示例性实施例提供的吊具控制方法的应用场景图；

图2为本申请根据一示例性实施例提供的吊具控制方法的流程示意图；

图3为本申请根据一示例性实施例提供的激光雷达的移动位置示意图；

图4为本申请根据一示例性实施例提供的目标船舶的船尾位置信息确定方法的流程示意图；

图5为本申请根据一示例性实施例提供的坐标系建立示意图；

图6为本申请根据一实施例提供的吊具控制装置的结构示意图；

图7为本申请根据一实施例提供的吊具控制设备的结构示意图。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

随着海上交通运输业的迅速发展，集装箱码头的自动化作业对提高运输效率、降低成本有着非常重要的意义。轨道吊对靠岸船舶上的集装箱的装箱或卸箱是集装箱码头自动化作业的重要一环，在轨道吊作业时，需要先确定轨道吊相对目标箱位的位置，并将轨道吊的吊具与船上的箱位进行对齐。

轨道吊的吊具与船上箱位的对齐主要是利用人工对齐或者在码头岸基固定位置安装传感器检测的方式将轨道吊的吊具与船舶集装箱进行对位。其中，人工对齐是通过人眼观测吊具和目标箱位的位置关系来进行对齐，需要多次调整，成本高。利用固定传感器对齐的方式中，需要在岸基设置多个传感器进行联合检测，各固定传感器的检测精度会随着其与船之间的距离增大而降低，传感器在固定观测距离、观测角度下得到的检测数据并不能准确、全面反映实际场景，使得轨道吊与船上箱位不能准确对齐，同时，多个传感器检测导致检测成本高。

本申请提供一种吊具控制方法、设备及存储介质，旨在解决轨道吊的吊具与船上箱位的对齐结果不准确且成本高的技术问题。本申请的技术构思是：吊具控制设备在已知目标船舶上目标箱位相对于该目标船舶的船尾的距离时，获得从目标船舶的船尾后侧移动至船尾前侧的激光雷达连续采集并发送的多帧雷达点云数据及激光雷达在采集各帧雷达点云数据时所处的位置数据，以使吊具控制设备通过一个移动的激光雷达从多角度获取目标船舶的点云数据，在降低采集数据成本的基础上增加了采集数据的多样性，提高了在多帧雷达点云数据基础上求得的船尾位置的准确性，从而保障吊具控制设备根据船尾位置及目标箱位相对于船尾的位置，准确确定目标箱位的位置，以增加在吊具控制设备的控制下吊具与箱位对齐的准确性。

图1为本申请根据一示例性实施例提供的吊具控制方法的应用场景图，在该场景中，包括目标船舶10、位于目标船舶10上的多个集装箱13、岸基码头11、位于岸基码头11上的轨道吊14以及数据采集车12。其中，数据采集车12上安装有激光雷达15，用于生成激光信号，并根据物体反射的激光生成点云数据；轨道吊14上置有吊取集装箱13的吊具141以及吊具控制设备142，吊具141与吊具控制设备142连接，以使吊具控制设备142控制吊具141沿岸基方向左右移动直至吊具141与集装箱13上的吊取位置对齐。

在图1所示的应用场景中，目标船舶10为右弦靠岸，吊具控制设备142控制吊具141吊取目标船舶10上的目标集装箱之前，需要获取目标集装箱的位置，尤其是目标集装箱所处列的位置。此时，数据采集车12沿岸基方向从左向右行驶，在行驶过程中，激光雷达15发出激光信号，并根据目标船舶10反射的激光信号，生成对应的雷达点云数据。其中，激光雷达15所处的位置不同，生成的雷达点云数据也不同。激光雷达15将获得的多帧雷达点云数据传送至吊具控制设备142，以使吊具控制设备142根据上述多帧雷达点云数据确定船尾的位置，并根据目标集装箱所处的目标箱位相对于船尾的距离，确定目标集装箱的位置。更具体地，目标集装箱相对于船尾的距离为沿岸基方向的距离，目标集装箱的位置为目标集装箱所处的目标箱位的贝位。

下面基于上述应用场景，结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在各实施例之间不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合。另外，下述各方法实施例中的步骤时序仅为一种举例，而非严格限定。

图2为本申请根据一示例性实施例提供的吊具控制方法的流程示意图，如图2所示，吊具控制方法包括：

S201、吊具控制设备获得目标箱位与目标船舶的船尾之间的距离。

吊具控制设备用于吊取放置于目标船舶上目标箱位的集装箱。

目标箱位与目标船舶的船尾之间的距离为沿岸基方向的距离，更具体地，目标船舶上处于同一列的集装箱与船尾之间的距离相同。

S202、在激光雷达沿船尾至船头的方向，从目标船舶的船尾后侧移动至船尾前侧的过程中，吊具控制设备获得激光雷达连续采集的多帧雷达点云数据及激光雷达采集各帧雷达点云数据时所处的位置数据。

激光雷达生成激光信号，并接收物体反射的激光信号。激光雷达根据获得的激光信号生成雷达点云数据。当目标船舶位于激光雷达的检测范围内时，该雷达点云数据中包含与目标船舶相关的数据点。

该激光雷达内还置有定位模块，用于获取激光雷达在生成雷达点云数据时的位置信息。在一实施例中，该定位模块为全球定位系统(Global Positioning System，简称：GPS)模快，该模块采集的位置信息为GPS信息。

激光雷达安装在可移动物体上，可移动物体在岸基码头上，沿船尾至船头的方向，从目标船舶的船尾后侧移动至船尾前侧的过程中采集与目标船舶相关的雷达点云数据。在本申请中，可移动物体可以是数据采集车，也可以是安装在轨道上的可移动底座，还可以是其他可实现激光雷达移动的物体，此处不做具体限定。

更具体地，目标船舶靠岸停泊，可移动物体位于岸基码头上，沿岸基边缘从船尾后侧移动至船尾前侧。在可移动物体移动的过程中，激光雷达按照预设采集时间间隔采集雷达点云数据，同时利用定位模块采集位置信息，以使可移动物体运动结束后，激光雷达采集多帧雷达点云数据和多个位置信息，上述各帧雷达点云数据与各位置信息呈一一对应的关系。

其中，可移动物体的开始移动位置与船尾的位置距离在岸基的投影距离为第一预设距离，可移动物体的结束位置与船尾的位置距离在岸基的投影距离为第二预设距离。该第一预设距离和第二预设距离是根据激光雷达检测目标船舶的精度设定的。当第一预设距离为a，第二预设距离为b时，上述两种预设距离、目标船舶和可移动物体的关系如图3所示，即激光雷达15从船尾后侧的开始位置A移动到船尾前侧的终止位置B，在激光雷达15的移动过程中，向周围发射激光信号以采集与目标船舶10相关的信息，其中，开始位置A与船尾的距离在岸基的投影距离为第一预设距离a，结束位置B与船尾的距离在岸基的投影距离为第二预设距离b。

S203、吊具控制设备根据各帧雷达点云数据及其对应的位置数据，计算目标船舶的船尾位置。

吊具控制设备对步骤S202获得的多帧雷达点云数据和对应的位置数据进行计算，获得激光雷达在各采集位置获得的目标船舶的原始船尾位置，以使其根据上述多个原始船尾位置确定目标船舶的船尾位置。

S204、吊具控制设备根据船尾位置和目标箱位相对船尾的距离，确定吊具的目标位置，并控制吊具移动到目标位置。

吊具控制设备利用步骤S203获得的船尾位置及步骤S201获得的目标箱位相对船尾的距离，获得目标箱位的位置，即吊具待移动的目标位置。

吊具控制设备在已知吊具当前所处位置的情况下，根据其待移动的目标位置，确定吊具的移动方向和移动距离，并将控制吊具按照上述确定的移动方向各移动距离移动。

在上述技术方案中，可移动的激光雷达从船尾后侧运动至船尾前侧过程中采集多帧雷达点云数据，并将该雷达点云数据及各帧雷达点云数据对应的位置数据传送至吊具控制设备，以使吊具控制设备通过一个激光雷达发送的点云数据获得多角度、多距离采集的与目标船舶相关的信息，不仅降低了信息采集的成本，还提高了吊具控制设备确定的目标船舶的船尾位置的准确度，在其已知目标箱位和船尾之间的距离的情况下，提高了吊具控制设备控制吊具移动到目标位置与目标箱位对齐的准确度。

下面将对吊具控制设备根据各帧雷达点云数据及其对应的位置数据，计算目标船舶的船尾位置信息的过程进行详细解释，该船尾位置信息的确定方法的流程示意图如图4所示，该方法包括：

S301、吊具控制设备根据各位置数据，将各帧处于位置数据对应的雷达坐标系上的雷达点云数据转化为处于同一岸基坐标系上的岸基点云数据。

雷达点云数据采用的坐标系是在激光雷达上定义的雷达坐标系，激光雷达的位置变化过程中，雷达坐标系也对应发生变化。若在激光雷达移动的过程中，目标船舶的位置不发生变化，则在各雷达坐标系中的船尾位置数据也各不相同。

吊具控制设备需要根据激光雷达的位置信息，将处于不同雷达坐标系的雷达点云数据转化为处于同一岸基坐标系上的岸基点云数据，以保证各帧雷达点云数据中采集的目标船舶的船尾位置在同一岸基坐标系中保持一致，降低吊具控制设备根据多组点云数据确定船尾位置的计算复杂度，提到计算结果的准确性。

更具体地，吊具控制设备获得的激光雷达的位置信息是该激光雷达在世界坐标系中的位置信息。吊具控制设备构建的岸基坐标系也是在世界坐标系中构建的坐标系。

在吊具控制设备将多帧雷达点云数据转化为岸基点云数据时，需要先根据激光雷达在世界坐标系中的位置信息，将雷达点云数据从对应的雷达坐标系中转换到世界坐标系中，生成世界点云数据，然后再将世界点云数据转化到世界坐标系中定义的岸基坐标系中，生成岸基点云数据。

在一实施例中，上述三种坐标系的建立示意图如图5所示，在图5中，包括雷达坐标系16、世界坐标系18和岸基坐标系17，其中，雷达坐标系16是以激光雷达为原点建立的坐标系，该坐标系的三个坐标轴分别为p坐标轴、u坐标轴和q坐标轴；世界坐标系18是绝对坐标系，该坐标系的三个坐标轴分别为i坐标轴、j坐标轴和k坐标轴；岸基坐标系是以岸基码头11的起始端为原点，将沿岸基方向设置为x轴方向，垂直于岸基且从岸基向水面延伸的方向设置为y轴方向，将垂直于岸基平民的方向设置为z轴方向。

当目标船舶右弦靠岸时，激光雷达基于移动的数据采集车12沿岸基方向从左向右移动，在移动过程中，采集了n组数据，该数据包括：{（E₁，L₁），（E₂，L₂），……，（E_n，L_n）}，其中，E1至En表示激光雷达采集的n帧雷达点云数据，L1至Ln表示激光雷达采集上述各帧雷达点云数据所处的位置数据。每帧雷达点云数据中包含多个数据点，该数据点是基于雷达坐标系的三维数据点，每帧雷达点云数据对应一组定位数据，每组定位数据中包括激光雷达在世界坐标系的位置信息和姿态信息，该位置信息为三维位置信息，姿态信息包括围绕i轴旋转的俯仰角，围绕j轴旋转的偏航角和围绕k轴旋转的翻滚角。当第e帧雷达点云数据中有m个数据点时，该m个数据点为{（p₁，u₁，q₁），（p₂，u₂，q₂），……，（p_m，u_m，q_m）}，该帧雷达点云数据对应的定位数据为(i_e,j_e,k_e,yaw_e,roll_e,pitch_e)，其中，(i_e,j_e,k_e)表示采集第e帧雷达点云数据的激光雷达在世界坐标系中的位置数据，yaw_e表示该激光雷达的俯仰角，roll_e表示该激光雷达的偏航角，pitch_e表示该激光雷达的翻滚角。

吊具控制设备将根据上述定位数据，生成雷达点云数据转换至世界点云数据的转换矩阵，则吊具控制设备利用该转换矩阵和对应的雷达点云数据，计算得到对应的世界点云数据，其中每帧雷达点云数据中各数据点对应的转换矩阵相同，不同帧雷达点云数据对应的转换矩阵不同。更具体地，雷达点云数据转换至世界点云数据的过程为现有技术，此处不再赘述。

吊具控制设备将所有帧雷达点云数据从其对应的雷达坐标系转化至同一世界坐标系之后，再根据岸基坐标系三个坐标轴相对于世界坐标系三个坐标轴的旋转角度以及岸基坐标系的原点相对于世界坐标系的绝对原点的偏移量，生成将世界点云数据从世界坐标系转换至岸基坐标系中的岸基点云数据的转换矩阵，并基于此，获得多帧岸基点云数据，以使吊具控制设备计算得到目标船舶的船尾位置信息。其中，生成每帧岸基点云数据的转换矩阵均为同一转换矩阵，该转换方法为现有技术，此处不再赘述。

S302、吊具控制设备在岸基坐标系中设置点云感兴趣区域。

点云感兴趣区域包含目标船舶所处的空间区域。在一实施例中，设定点云感兴趣区域在岸基坐标系x轴上的长度为整个岸基长度，覆盖了所有船舶的停靠位置，设定y-z平面为略大于船舶宽高的长方形，可以覆盖所有船舶上的点云。

S303、吊具控制设备从各帧岸基点云数据的数据点中，筛选出处于点云感兴趣区域内的原始感兴趣数据点，以获得多帧感兴趣点云数据。

各帧感兴趣点云数据中包括多个原始感兴趣数据点。

更具体地，吊具控制设备从所有岸基点云数据中获得多帧感兴趣点云数据时，先从各帧岸基点云数据的全部数据点中筛选掉未处于点云感兴趣区域的数据点，以获得多帧原始感兴趣点云数据，其中，原始感兴趣点云数据的帧数等于岸基点云数据的帧数。在获得原始感兴趣点云数据之后，吊具控制设备统计各帧原始感兴趣点云数据中数据点的数量，并将数据点的数量大于或等于预设点云数量阈值的原始感兴趣点云数据确定为感兴趣点云数据，其中，原始感兴趣点云数据的帧数大于或等于感兴趣点云数据的帧数。例如：当预设点云数量阈值为1000时，吊具控制装置仅将包含大于或等于1000个数据点的原始感兴趣点云数据保留，将其确定为感兴趣点云数据，而数据点的数量小于1000的原始感兴趣点云数据将不再参加后续船尾位置的计算。

S304、吊具控制设备计算每帧感兴趣点云数据对应的船尾的初始估计位置及位置置信度。

吊具控制设备根据各帧感兴趣点云数据中与船尾相关的点云数据特征，从每帧感兴趣点云数据中获得一个对应的船尾的初始估计位置及位置置信度。

更具体地，与船尾相关的点云数据特征为激光雷达在船尾后侧采集到的点云数据稀疏，而从船尾开始的位置，激光雷达采集的到的点云数据增多。

当岸基坐标系沿岸基以从船尾至船头的方向为x轴方向，吊具控制设备计算各帧感兴趣点云数据对应的船尾的初始估计位置时，其针对各帧感兴趣点云数据，从感兴趣点云数据中获得各数据点的x维数据，该x维数据是各数据点垂直投射至岸基坐标系x轴上的数据。吊具控制设备将x维数据按照从小到大的顺序排列，获得一组x维数据集合，x维数据集合为（x ₁，……，x _j ，……，x _m ），其中，m为感兴趣点云数据中数据点的数量。吊具控制设备在x维数据集合中，从j=1起，依次计算x _j+k 与x _j 的差值，以确定激光雷达沿岸基坐标系的x坐标轴方向采集到的相邻k个点云数据的密度，直至获得差值小于预设突变阈值的x _j ，并将x _j 对应的数据点确定为该帧感兴趣点云数据对应的船尾的初始估计位置；其中，k为正整数，是预设点数阈值。

当该组x维数据集合中未能找到满足上述条件的x _j ，则确定该帧感兴趣点云数据中不包含可靠的船尾位置结果，吊具控制设备将不再计算该帧感兴趣点云数据对应的位置置信度，也不再利用该帧感兴趣点云数据计算目标船舶的船尾位置信息。

基于上述获得的船尾的初始估计位置的感兴趣点云数据，吊具控制设备计算对应的位置置信度。该位置置信度表示吊具控制设备根据激光雷达在其所处的位置采集的雷达点云数据计算得到的船尾的初始估计位置的可信程度。该位置置信度与激光雷达的测距精度相关，即其与船尾和激光雷达之间的距离相关，距离越近，激光雷达的测距精度越高，位置置信度的数值越大。此外，激光雷达与船尾的距离与激光雷达采集的雷达点云数据也呈正相关，距离越近，点云数据越多。

更具体地，吊具控制设备根据各帧感兴趣点云数据对应的船尾的初始估计位置和置信度计算公式，计算每帧感兴趣点云数据对应的位置置信度。置信度计算公式包括：

，

其中，e表示自然常数；Dist _i 表示根据第i帧感兴趣点云数据确定的船尾的初始估计位置与采集感兴趣点云数据的雷达之间的直线距离，即初始估计位置与采集第i帧感兴趣点云数据的激光雷达在岸基坐标系中的位置之间的欧氏距离，ρ表示与激光雷达特性关联的参数，C _i∈（0，1）。在一实施例中，ρ=100。

在计算Dist _i 时，先将第i帧感兴趣点云数据对应的雷达坐标系的坐标原点结合步骤S301中涉及的两个转换矩阵，计算该坐标原点在岸基坐标系中的位置坐标，根据该位置坐标与船尾的初始估计位置的坐标，计算欧氏距离。

S305、吊具控制设备根据各帧感兴趣点云数据对应的位置置信度，将所有船尾的初始估计位置进行融合，获得目标船舶的船尾位置信息。

吊具控制设备在计算目标船舶的船尾位置信息时，将初始估计位置的x维数据记为横向位置初始估计值，计算所有帧感兴趣点云数据对应的横向位置初始估计值的平均值和标准差，并根据平均值和标准差，确定横向位置初始估计值的置信区间，从所有横向位置初始估计值中筛选出处于置信区间的目标横向位置初始估计值后，对目标横向位置初始估计值及其对应的位置置信度进行加权平均，获得目标船舶的船尾位置。在一实施例中，该置信区间为[平均值-标准差，平均值+标准差]。

更具体地，吊具控制设备根据目标横向位置初始估计值、各目标横向位置初始估计值对应的位置置信度及加权平均公式，获得目标船舶的船尾位置，该加权平均公式为：

，

其中，o∈[1,d]，d为目标横向位置初始估计值的总数；

表示第o个目标横向位置初始估计值，

表示第o个目标横向位置估计值对应的位置置信度；X表示船尾位置。

吊具控制设备获得的船尾位置信息是船尾在岸基坐标系中沿x轴方向相对岸基坐标系原点的第一距离，该船尾位置信息用于使吊具控制设备在已知目标箱位相对船尾的距离后，获得目标箱位在岸基坐标中沿x轴方向相对岸基坐标系原点的第二距离，在一实施例中，第二距离为第一距离和目标箱位相对船尾的距离之和。船尾位置信息还用于使吊具控制设备在获得第二距离后，根据吊具的位置，即吊具在岸基坐标系中沿x轴方向相对岸基坐标系原点的第三距离，确定吊具的移动方向和移动距离，该移动距离为第二距离与第三距离差值的绝对值。

在上述技术方案中，吊具控制设备对处于不同雷达坐标系中的雷达点云数据进行坐标系转换，获得基于不同采集距离和采集角度采集的雷达点云数据在同一岸基坐标系下数据点的分布情况，吊具控制设备通过点云感兴趣区域以及有效的船尾初始估计位置的求取筛选出包含船尾信息的点云数据，再根据有效的船尾位置估计距离对应的位置置信度的求取，确定置信区间，筛选出置信度高的船尾位置估计距离，再通过加权平均确定船尾位置，保证了船尾位置估计的准确度，以及基于该船尾位置移动的吊具与目标箱位对齐的准确度。

图6为本申请根据一实施例提供的吊具控制装置的结构示意图，该吊具控制装置400包括获取模块401和处理模块402，其中，

获取模块401，用于获得目标箱位与目标船舶的船尾之间的距离；

获取模块401还用于在激光雷达沿船尾至船头的方向，从目标船舶的船尾后侧移动至船尾前侧的过程中，获得激光雷达连续采集的多帧雷达点云数据及激光雷达采集各帧雷达点云数据时所处的位置数据；

处理模块402，用于根据各帧雷达点云数据及其对应的位置数据，计算目标船舶的船尾位置。

处理模块402还用于根据船尾位置和目标箱位相对船尾的距离，确定吊具的目标位置，并控制吊具移动到目标位置。

在一实施例中，处理模块402具体用于：

根据各位置数据，将各帧处于位置数据对应的雷达坐标系上的雷达点云数据转化为处于同一岸基坐标系上的岸基点云数据；其中，各雷达坐标系是在激光雷达上定义的坐标系；

根据各帧岸基点云数据，计算目标船舶的船尾位置信息。

在一实施例中，处理模块402具体用于：

在岸基坐标系中设置点云感兴趣区域；点云感兴趣区域包含目标船舶所处的空间区域；

从各帧岸基点云数据的数据点中，筛选出处于点云感兴趣区域内的原始感兴趣数据点，以获得多帧感兴趣点云数据；各帧感兴趣点云数据中包括多个原始感兴趣数据点；

计算每帧感兴趣点云数据对应的船尾的初始估计位置及位置置信度；

根据各帧感兴趣点云数据对应的位置置信度，将所有船尾的初始估计位置进行融合，获得目标船舶的船尾位置信息。

在一实施例中，处理模块402具体用于：

从各帧岸基点云数据的全部数据点中筛选掉未处于点云感兴趣区域的数据点，以获得多帧原始感兴趣点云数据；原始感兴趣点云数据的帧数等于岸基点云数据的帧数；

统计各帧原始感兴趣点云数据中数据点的数量；

将数据点的数量大于或等于预设点云数量阈值的原始感兴趣点云数据确定为感兴趣点云数据；原始感兴趣点云数据的帧数大于或等于感兴趣点云数据的帧数。

在一实施例中，处理模块402具体用于：

针对各帧感兴趣点云数据，从感兴趣点云数据中获得各数据点的x维数据；岸基坐标系沿岸基以从船尾至船头的方向为x轴方向，x维数据是各数据点垂直投射至岸基坐标系x轴上的数据；

将x维数据按照从小到大的顺序排列，获得一组x维数据集合；x维数据集合为（x ₁，……，x _j ，……，x _m ），m为感兴趣点云数据中数据点的数量；

在x维数据集合中，从j=1起，依次计算x _j+k 与x _j 的差值，直至获得差值小于预设突变阈值的x _j ，并将x _j 对应的数据点确定为该帧感兴趣点云数据对应的船尾的初始估计位置；其中，k为正整数。

在一实施例中，处理模块402具体用于：

根据各帧感兴趣点云数据对应的船尾的初始估计位置和置信度计算公式，计算每帧感兴趣点云数据对应的位置置信度；置信度计算公式包括：

，

其中，e表示自然常数；Dist _i 表示根据第i帧感兴趣点云数据确定的船尾的初始估计位置与采集感兴趣点云数据的雷达之间的直线距离，ρ表示与激光雷达特性关联的参数。

在一实施例中，处理模块402具体用于：

计算所有帧感兴趣点云数据对应的横向位置初始估计值的平均值和标准差；横向位置初始估计值为初始估计位置的x维数据；

根据平均值和标准差，确定横向位置初始估计值的置信区间；

从所有横向位置初始估计值中筛选出处于置信区间的目标横向位置初始估计值；

对目标横向位置初始估计值及其对应的位置置信度进行加权平均，获得目标船舶的船尾位置。

在一实施例中，处理模块402具体用于：

根据目标横向位置初始估计值、各目标横向位置初始估计值对应的位置置信度及加权平均公式，获得目标船舶的船尾位置；加权平均公式为：

，

其中，o∈[1,d]，d为目标横向位置初始估计值的总数；

表示第o个目标横向位置初始估计值，

表示第o个目标横向位置估计值对应的位置置信度；X表示船尾位置。

图7为本申请根据一实施例提供的吊具控制设备的结构示意图。其中，吊具控制设备500包括存储器501和处理器502，存储器501用于存储处理器可执行的计算机指令。该存储器501可能包含高速随机存取存储器（Random Access Memory，RAM），也可能还包括非易失性存储（Non-Volatile Memory，NVM），例如至少一个磁盘存储器，还可以为U盘、移动硬盘、只读存储器、磁盘或光盘等。

处理器502在执行计算机指令时实现上述实施例中以吊具控制设备为执行主体的吊具控制方法中的各个步骤。具体可以参见前述方法实施例中的相关描述。该处理器502可以是中央处理单元（Central Processing Unit，CPU），还可以是其他通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC）等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合发明所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。

可选地，上述存储器501既可以是独立的，也可以跟处理器502集成在一起。当存储器501独立设置时，该电子设备500还包括总线，用于连接存储器501和处理器502。该总线可以是工业标准体系结构（Industry Standard Architecture，ISA）总线、外部设备互连（Peripheral Component Interconnect，PCI）总线或扩展工业标准体系结构（ExtendedIndustry Standard Architecture，EISA）总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，本申请附图中的总线并不限定仅有一根总线或一种类型的总线。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机指令，当处理器执行计算机指令时，实现上述实施例中吊具控制方法中的各个步骤。

本申请实施例还提供一种计算机程序产品，包括计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现上述实施例中吊具控制方法中的各个步骤。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (3)

1.一种吊具控制方法，其特征在于，所述方法应用于吊具控制设备，所述吊具控制设备用于吊取放置于目标船舶上目标箱位的集装箱，所述方法包括：

获得目标箱位与所述目标船舶的船尾之间的距离；

在激光雷达沿所述船尾至船头的方向，从所述目标船舶的船尾后侧移动至船尾前侧的过程中，获得所述激光雷达连续采集的多帧雷达点云数据及所述激光雷达采集各帧所述雷达点云数据时所处的位置数据；

根据各帧所述雷达点云数据及其对应的所述位置数据，计算所述目标船舶的船尾位置；

根据所述船尾位置和所述目标箱位相对所述船尾的距离，确定所述吊具的目标位置，并控制所述吊具移动到所述目标位置；

其中，根据各帧所述雷达点云数据及其对应的所述位置数据，计算所述目标船舶的船尾位置信息，具体包括：

根据各所述位置数据，将各帧处于所述位置数据对应的雷达坐标系上的雷达点云数据转化为处于同一岸基坐标系上的岸基点云数据；其中，各雷达坐标系是在所述激光雷达上定义的坐标系；

根据各帧岸基点云数据，计算所述目标船舶的船尾位置信息；

其中，根据各帧岸基点云数据，计算所述目标船舶的船尾位置信息，具体包括：

在所述岸基坐标系中设置点云感兴趣区域；所述点云感兴趣区域包含所述目标船舶所处的空间区域；

从各帧岸基点云数据的数据点中，筛选出处于所述点云感兴趣区域内的原始感兴趣数据点，以获得多帧感兴趣点云数据；各帧所述感兴趣点云数据中包括多个所述原始感兴趣数据点；

计算每帧所述感兴趣点云数据对应的所述船尾的初始估计位置及位置置信度；

根据各帧所述感兴趣点云数据对应的所述位置置信度，将所有所述船尾的初始估计位置进行融合，获得所述目标船舶的船尾位置信息；

其中，从各帧岸基点云数据的数据点中，筛选出处于所述点云感兴趣区域内的原始感兴趣数据点，以获得多帧感兴趣点云数据，具体包括：

从各帧岸基点云数据的全部数据点中筛选掉未处于所述点云感兴趣区域的数据点，以获得多帧原始感兴趣点云数据；所述原始感兴趣点云数据的帧数等于所述岸基点云数据的帧数；

统计各帧原始感兴趣点云数据中数据点的数量；

将所述数据点的数量大于或等于预设点云数量阈值的原始感兴趣点云数据确定为所述感兴趣点云数据；所述原始感兴趣点云数据的帧数大于或等于所述感兴趣点云数据的帧数；

其中，所述岸基坐标系沿岸基以从所述船尾至所述船头的方向为x轴方向；计算每帧所述感兴趣点云数据对应的所述船尾的初始估计位置，具体包括：

针对各帧所述感兴趣点云数据，从所述感兴趣点云数据中获得各数据点的x维数据；所述x维数据是各所述数据点垂直投射至所述岸基坐标系的x轴上的数据；

将所述x维数据按照从小到大的顺序排列，获得一组x维数据集合；所述x维数据集合为（x ₁，……，x _j ，……，x _m ），所述m为所述感兴趣点云数据中数据点的数量；

在所述x维数据集合中，从j=1起，依次计算x _j+k 与x _j 的差值，直至获得所述差值小于预设突变阈值的x _j ，并将所述x _j 对应的数据点确定为所述帧感兴趣点云数据对应的船尾的初始估计位置；其中，k为正整数；

其中，计算每帧所述感兴趣点云数据对应的位置置信度，具体包括：

根据各帧所述感兴趣点云数据对应的所述船尾的初始估计位置和置信度计算公式，计算每帧所述感兴趣点云数据对应的所述位置置信度；所述置信度计算公式包括：

，

其中，e表示自然常数；Dist _i 表示根据第i帧感兴趣点云数据确定的所述船尾的初始估计位置与采集所述感兴趣点云数据的雷达之间的直线距离，ρ表示与激光雷达特性关联的参数；

其中，根据各帧所述感兴趣点云数据对应的所述位置置信度，将所有所述船尾的初始估计位置进行融合，获得所述目标船舶的船尾位置，具体包括：

计算所有帧所述感兴趣点云数据对应的横向位置初始估计值的平均值和标准差；所述横向位置初始估计值为所述初始估计位置的x维数据；

根据所述平均值和所述标准差，确定所述横向位置初始估计值的置信区间；

从所有所述横向位置初始估计值中筛选出处于所述置信区间的目标横向位置初始估计值；

对所述目标横向位置初始估计值及其对应的位置置信度进行加权平均，获得所述目标船舶的船尾位置；

其中，对所述目标横向位置初始估计值及其对应的位置置信度进行加权平均，获得所述目标船舶的船尾位置，具体包括：

根据所述目标横向位置初始估计值、各所述目标横向位置初始估计值对应的位置置信度及加权平均公式，获得所述目标船舶的船尾位置；所述加权平均公式为：

，

其中，o∈[1,d]，d为所述目标横向位置初始估计值的总数；

表示第o个所述目标横 向位置初始估计值，

表示第o个所述目标横向位置估计值对应的位置置信度；X表示所述 船尾位置。

2.一种吊具控制设备，其特征在于，包括：处理器以及与所述处理器通信连接的存储器；

所述存储器存储计算机指令；

所述处理器在执行所述计算机指令时用于实现如权利要求1所述的吊具控制方法。

3.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时用于实现如权利要求1所述的吊具控制方法。

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