CN115303815A - 集装箱码头空箱自动化作业系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种集装箱码头空箱自动化作业系统，属于自动控制技术领域，该系统包括：第一集装卡车、智能交换区、控制设备和智能堆高机，可以实现集装箱运输的全自动作业；可以避免人工处理集装箱运输的效率较低的问题，提高集装箱运输的效率。另外，通过在智能交换区设置至少两个通行口，可以在第一集装卡车数量较多的情况下实现灵活调度，避免通行口堵塞的问题，提高调度灵活性。

Description

集装箱码头空箱自动化作业系统
【技术领域】
本申请涉及一种集装箱码头空箱自动化作业系统，属于自动控制技术领域。
【背景技术】
随着物流需求的增加，集装箱运输已成为海陆运输的主要环节。集装箱运输主要包括：将集装箱从码头运输至堆场，再从堆场移动至堆位。
目前的集装箱的运输通常需要管理人员在码头管理分配。
然而，人工管理集装箱的效率较低。
【发明内容】
本申请提供了一种集装箱码头空箱自动化作业系统，可以解决人工处理集装箱运输的效率较低的问题。
本申请提供如下技术方案：提供一种集装箱码头空箱自动化作业系统，所述系统包括：
第一集装卡车，用于从码头将集装箱运输至智能交换区；
智能交换区，包括至少两个通行口，每个通行口设置有闸机和第一摄像头，所述第一摄像头用于采集所述第一集装卡车的车牌图像；所述智能交换区内部还设置有第二摄像头，所述第二摄像头用于采集所述第一集装卡车上装配的集装箱的集装箱图像；
与所述第一摄像头和所述第二摄像头通信相连的控制设备，用于获取所述车牌图像和所述集装箱图像；基于所述车牌图像识别所述第一集装卡车的车牌信息；基于所述集装箱图像识别所述集装箱的箱号；将所述车牌信息和所述箱号关联；
所述第一集装卡车安装有高精度定位装置，并用于将所述集装箱从所述智能交换区运输至堆场，以将所述集装箱放置在所述堆场；通过所述高精度定位装置获取放置所述集装箱时的放置位置；将所述放置位置发送至所述控制设备；
所述控制设备，还与所述第一集装卡车通信相连，所述控制设备还用于获取所述放置位置；基于所述放置位置规划智能堆高机的取箱路径和送箱路径；将所述取箱路径、所述送箱路径和所述放置位置发送至所述智能堆高机；
所述智能堆高机，设置有高精度定位装置，并用于按照所述取箱路径移动以到达所述放置位置；基于所述放置位置从所述堆场获取所述集装箱；按照所述送箱路径移动，以将所述集装箱放置于目标堆位；通过所述高精度定位装置获取所述目标堆位的堆位坐标，并将所述堆位坐标发送至所述控制设备；
所述控制设备，还与所述智能堆高机通信相连，所述控制设备还用于获取所述堆位坐标，并将所述堆位坐标与所述箱号关联，以供第二集装卡车按照所述箱号查找所述堆位坐标，以移走所述集装箱。
可选地，所述基于所述车牌图像识别所述第一集装卡车的车牌信息，以及基于所述集装箱图像识别所述集装箱的箱号，包括：
将目标图像输入预先训练的识别模型，得到所述目标图像中的符号；所述目标图像为所述车牌图像，相应地所述符号包括车牌号；或者所述目标图像为所述集装箱图像，相应地所述符号包括所述箱号；
其中，所述识别模型基于卷积神经网络建立，且在通过卷积神经网络对图像进行上采样过程中采用双线性插值进行上采样。
可选地，所述高精度定位装置包括：激光传感器和基于实时动态载波相位差分技术RTK实现的定位装置；
所述激光传感器用于采集点云数据，以供所述第一集装卡车和所述智能堆高机基于所述点云数据和并发建图与定位SLAM技术进行定位和避障；
所述定位装置用于获取定位坐标，以供所述第一集装卡车和所述智能堆高机基于所述定位坐标进行定位。
可选地，所述智能堆高机还用于：
在按照所述取箱路径移动或者按照所述送箱路径移动的过程中，使用预设的轨迹跟踪算法对所述取箱路径或所述送箱路径进行轨迹跟踪。
可选地，所述取箱路径和所述送箱路径是使用预设的路径规划算法结合交通规则、路况、路径起点和路径终点生成的最优路径。
可选地，所述控制设备还用于：
获取所述堆场的环境信息；
基于所述环境信息规划所述放置位置，将所述放置位置发送至所述第一集装卡车；
获取所述第一集装卡车的当前停车位置；
在所述当前停车位置与所述放置位置不匹配的情况下，输出错误提示，所述错误提示包括位置调整方式。
可选地，所述环境信息通过所述堆场中设置的激光传感器和/或摄像头采集得到。
可选地，所述系统还包括显示屏，所述错误提示通过所述显示屏显示。
可选地，所述系统覆盖的作业环境中设置有无线网络，以供所述系统中的各个部件进行通信。
本申请的有益效果至少包括：通过设置第一集装卡车、智能交换区、控制设备和智能堆高机，可以实现集装箱运输的全自动作业；可以避免人工处理集装箱运输的效率较低的问题，提高集装箱运输的效率。
另外，通过在智能交换区设置至少两个通行口，可以在第一集装卡车数量较多的情况下实现灵活调度，避免通行口堵塞的问题，提高调度灵活性。
另外，通过安装基于RTK技术实现的定位装置，使得定位装置的定位精度可以达到1厘米级，而取箱时的容许误差为5厘米左右，因此，可以大大提高取箱精度。同时，通过基于SLAM技术辅助定位，可以在没有网络或者定位装置失灵时，依然能够实现定位，保证定位有效性。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
【附图说明】
图1是本申请一个实施例提供的集装箱码头空箱自动化作业系统的结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式做进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
图1是本申请一个实施例提供的集装箱码头空箱自动化作业系统的结构示意图，该系统至少包括：第一集装卡车110、智能交换区120、控制设备130、智能堆高机140和第二集装卡车150。
本实施例中，第一集装卡车110、智能堆高机140和第二集装卡车150可以是人工驾驶车辆，或者也可以是自动驾驶车辆。在是自动驾驶车辆的情况下，该车辆具有路径跟踪、自动避障、路径规划等自动驾驶功能。
第一集装卡车110用于从码头将集装箱运输至智能交换区120。
本实施例中，在自动化作业区域内额外设置有智能交换区，在该智能交换区内可以实现车辆和集装箱的识别。
具体地，智能交换区120包括至少两个通行口，每个通行口设置有闸机121和第一摄像头122，第一摄像头122用于采集第一集装卡车110的车牌图像。智能交换区120内部还设置有第二摄像头123，第二摄像头123用于采集第一集装卡车110上装配的集装箱的集装箱图像。
本实施例中，通过设置至少两个通行口，可以在第一集装卡车110数量较多的情况下实现灵活调度，避免通行口堵塞的问题，提高调度灵活性。
控制设备130与第一摄像头122和第二摄像头123通信相连。控制设备130用于获取车牌图像和集装箱图像；基于车牌图像识别第一集装卡车110的车牌信息；基于集装箱图像识别集装箱的箱号；将车牌信息和箱号关联。
在一个示例中，基于车牌图像识别第一集装卡车110的车牌信息，以及基于集装箱图像识别集装箱的箱号，包括：将目标图像输入预先训练的识别模型，得到目标图像中的符号；目标图像为车牌图像，相应地符号包括车牌号；或者目标图像为集装箱图像，相应地符号包括箱号。
其中，识别模型基于卷积神经网络建立，且在通过卷积神经网络对图像进行上采样过程中采用双线性插值进行上采样。
具体地，车牌图像对应的识别模型和集装箱图像对应的识别模型不同，车牌图像对应的识别模型是使用样本车牌图像和该样本车牌图像对应的车牌号标签训练得到的，集装箱图像对应的识别模型是使用样本集装箱图像和该样本集装箱图像对应的箱号标签训练得到的。
第一集装卡车110安装有高精度定位装置111。第一集装卡车110还用于将集装箱从智能交换区120运输至堆场，以将集装箱放置在堆场；通过高精度定位装置111获取放置集装箱时的放置位置；将放置位置发送至控制设备130。
其中，高精度定位装置111包括：激光传感器和基于实时动态载波相位差分技术(Real time kinematic，RTK)实现的定位装置。
其中，激光传感器用于采集点云数据，以供第一集装卡车110和智能堆高机140基于点云数据和并发建图与定位(simultaneous localization and mapping，SLAM)技术进行定位和避障；定位装置用于获取定位坐标，以供第一集装卡车110和智能堆高机140基于定位坐标进行定位。
本实施例中，通过安装基于RTK技术实现的定位装置，使得定位装置的定位精度可以达到1厘米级，而取箱时的容许误差为5厘米左右，因此，可以大大提高取箱精度。同时，通过基于SLAM技术辅助定位，可以在没有网络或者定位装置失灵时，依然能够实现定位，保证定位有效性。
可选地，控制设备130还用于：获取堆场的环境信息；基于环境信息规划放置位置，将放置位置发送至第一集装卡车110；获取第一集装卡车110的当前停车位置；在当前停车位置与放置位置不匹配的情况下，输出错误提示，错误提示包括位置调整方式。
示意性地，环境信息通过堆场中设置的激光传感器和/或摄像头采集得到。环境信息用于指示堆场中集装箱的密集情况，以合理分配集装箱的放置位置。
上述系统还包括显示屏160，相应地，错误提示通过显示屏160显示。
控制设备130还与第一集装卡车110通信相连，控制设备130还用于获取第一集装卡车110发送的放置位置；基于放置位置规划智能堆高机140的取箱路径和送箱路径；将取箱路径、送箱路径和放置位置发送至智能堆高机140。
取箱路径和送箱路径是使用预设的路径规划算法结合交通规则、路况、路径起点和路径终点生成的最优路径。
可选地，路径规划算法包括但不限于神经网络算法、蚁群算法或者遗传算法等，本实施例不对路径规划算法的类型作限定。
智能堆高机140设置有高精度定位装置，并用于按照取箱路径移动以到达放置位置；基于放置位置从堆场获取集装箱；按照送箱路径移动，以将集装箱放置于目标堆位；通过高精度定位装置获取目标堆位的堆位坐标，并将堆位坐标发送至控制设备130。
高精度定位装置的相关描述参考上文高精度定位装置111的相关介绍，本实施例在此不再赘述。
具体地，智能堆高机140在按照取箱路径移动或者按照送箱路径移动的过程中，使用预设的轨迹跟踪算法对取箱路径或送箱路径进行轨迹跟踪。
可选地，轨迹跟踪算法为基于道路几何原理的跟踪控制，该轨迹跟踪算法包括但不限于：前轮反馈控制法(Front wheel feedback)、纯跟踪控制等，本实施例不对轨迹跟踪算法的类型作限定。
控制设备130还与智能堆高机140通信相连，相应地，控制设备130还用于获取堆位坐标，并将堆位坐标与箱号关联，以供第二集装卡车150按照箱号查找堆位坐标，以移走集装箱。
本实施例中，第二集装卡车150和第一集装卡车110仅仅是为了体现作用不同，在实际实现时，第二集装卡车150和第一集装卡车110可以是同一辆集装卡车或者是不同的集装卡车。
其中，堆位坐标为六维坐标数据，即，包括智能堆高机140放置集装箱时的三维坐标，以及集装箱所在堆位的三维坐标。
本申请中，系统覆盖的作业环境中设置有无线网络，以供系统中的各个部件进行通信。
可选地，无线网络为发射频率为2.4GHZ的无线网络，这样，可以降低无线网络的部署难度，提高通信效率。
值得注意的是，本实施例中的控制设备130可以是在同一设备中实现，该设备可以是计算机、或者服务器等具有计算能力的设备；或者，也可以分散在不同的设备中实现，或者实现为单片机、处理器等，本实施例不对控制设备130的实现方式作限定。
综上所述，本实施例提供的集装箱码头空箱自动化作业系统，通过设置第一集装卡车、智能交换区、控制设备和智能堆高机，可以实现集装箱运输的全自动作业；可以避免人工处理集装箱运输的效率较低的问题，提高集装箱运输的效率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种集装箱码头空箱自动化作业系统，其特征在于，所述系统包括：
第一集装卡车，用于从码头将集装箱运输至智能交换区；
智能交换区，包括至少两个通行口，每个通行口设置有闸机和第一摄像头，所述第一摄像头用于采集所述第一集装卡车的车牌图像；所述智能交换区内部还设置有第二摄像头，所述第二摄像头用于采集所述第一集装卡车上装配的集装箱的集装箱图像；
与所述第一摄像头和所述第二摄像头通信相连的控制设备，用于获取所述车牌图像和所述集装箱图像；基于所述车牌图像识别所述第一集装卡车的车牌信息；基于所述集装箱图像识别所述集装箱的箱号；将所述车牌信息和所述箱号关联；
所述第一集装卡车安装有高精度定位装置，并用于将所述集装箱从所述智能交换区运输至堆场，以将所述集装箱放置在所述堆场；通过所述高精度定位装置获取放置所述集装箱时的放置位置；将所述放置位置发送至所述控制设备；
所述控制设备，还与所述第一集装卡车通信相连，所述控制设备还用于获取所述放置位置；基于所述放置位置规划智能堆高机的取箱路径和送箱路径；将所述取箱路径、所述送箱路径和所述放置位置发送至所述智能堆高机；
所述智能堆高机，设置有高精度定位装置，并用于按照所述取箱路径移动以到达所述放置位置；基于所述放置位置从所述堆场获取所述集装箱；按照所述送箱路径移动，以将所述集装箱放置于目标堆位；通过所述高精度定位装置获取所述目标堆位的堆位坐标，并将所述堆位坐标发送至所述控制设备；
所述控制设备，还与所述智能堆高机通信相连，所述控制设备还用于获取所述堆位坐标，并将所述堆位坐标与所述箱号关联，以供第二集装卡车按照所述箱号查找所述堆位坐标，以移走所述集装箱。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基于所述车牌图像识别所述第一集装卡车的车牌信息，以及基于所述集装箱图像识别所述集装箱的箱号，包括：
将目标图像输入预先训练的识别模型，得到所述目标图像中的符号；所述目标图像为所述车牌图像，相应地所述符号包括车牌号；或者所述目标图像为所述集装箱图像，相应地所述符号包括所述箱号；
其中，所述识别模型基于卷积神经网络建立，且在通过卷积神经网络对图像进行上采样过程中采用双线性插值进行上采样。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高精度定位装置包括：激光传感器和基于实时动态载波相位差分技术RTK实现的定位装置；
所述激光传感器用于采集点云数据，以供所述第一集装卡车和所述智能堆高机基于所述点云数据和并发建图与定位SLAM技术进行定位和避障；
所述定位装置用于获取定位坐标，以供所述第一集装卡车和所述智能堆高机基于所述定位坐标进行定位。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智能堆高机还用于：
在按照所述取箱路径移动或者按照所述送箱路径移动的过程中，使用预设的轨迹跟踪算法对所述取箱路径或所述送箱路径进行轨迹跟踪。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述取箱路径和所述送箱路径是使用预设的路径规划算法结合交通规则、路况、路径起点和路径终点生成的最优路径。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制设备还用于：
获取所述堆场的环境信息；
基于所述环境信息规划所述放置位置，将所述放置位置发送至所述第一集装卡车；
获取所述第一集装卡车的当前停车位置；
在所述当前停车位置与所述放置位置不匹配的情况下，输出错误提示，所述错误提示包括位置调整方式。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述环境信息通过所述堆场中设置的激光传感器和/或摄像头采集得到。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括显示屏，所述错误提示通过所述显示屏显示。
9.根据权利要求1至8任一所述的系统，其特征在于，所述系统覆盖的作业环境中设置有无线网络，以供所述系统中的各个部件进行通信。
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