CN115849189B - 基于点云的吊具二次锚定方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于点云的吊具二次锚定方法、系统、设备及存储介质，该方法包括以下步骤：通过至少一设置于集装箱运载设备的前端或后端的点云采集装置采集上方的集装箱的原始点云数据；基于吊装任务自点云数据获得集装箱箱面和吊具的空间位置；将集装箱运载设备行驶方向作为第一方向，至少根据吊装任务、集装箱端面的空间位置、吊具的空间位置获得沿集装箱运载设备行驶方向的偏移量；基于偏移量移动集装箱运载设备进行第二次锚定。本发明通过检测吊具和集装箱的实时相对位置关系对设备参数进行标定，具有较高系统鲁棒性，提升吊装作业的时效性和安全性。

Description

基于点云的吊具二次锚定方法、系统、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及吊装对位技术领域，尤其涉及一种基于点云的吊具二次锚定方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

对于传统码头或者智能化码头，对位都是集装箱转运流程中的重要一环。尤其在智能化码头中，岸桥\场桥等集装箱起重设备都在往智能化和自动化方向改造升级，取代了原本人工操作的抓箱，放箱过程，这对无人驾驶车辆对位精度提出了新的要求。

有鉴于此，本发明提供了一种基于点云的吊具二次锚定方法、系统、设备及存储介质。

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

针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供基于点云的吊具二次锚定方法、系统、设备及存储介质，克服了现有技术的困难，能够在码头货船靠岸、GPS定位失灵的场景下，充分利用货船的边缘信息，实现车辆的自定位，提高了集卡与岸桥对位的精度。

本发明的实施例提供一种基于点云的吊具二次锚定方法，包括以下步骤：

通过至少一设置于集装箱运载设备的前端或后端的点云采集装置采集上方的集装箱的原始点云数据；

基于吊装任务自所述点云数据获得集装箱箱面和吊具的空间位置；

将所述集装箱运载设备行驶方向作为第一方向，至少根据所述吊装任务、集装箱端面的空间位置、吊具的空间位置获得沿所述集装箱运载设备行驶方向的偏移量；以及

基于所述偏移量移动所述集装箱运载设备进行第二次锚定。

优选地，在所述通过至少一设置于集装箱运载设备的前端或后端的点云采集装置采集上方的集装箱的原始点云数据之前，还包括：

当集装箱运载设备到达与吊具的预设对位区域完成第一次锚定后，执行后续步骤。

优选地，所述通过至少一设置于集装箱运载设备的前端或后端的点云采集装置采集上方的集装箱的原始点云数据中，所述点云采集装置分别设置于集装箱运载设备的头部和尾部且都具有向上的视野，所述集装箱的放置位处于两个所述点云采集装置之间，所述吊装任务包括任务种类信息，集装箱长度信息，集装箱基于车体的目标位置信息。

优选地，所述基于吊装任务自所述点云数据获得集装箱箱面和吊具的空间位置，包括：

当所述吊装任务为抓箱，自所述原始点云数据进行点云拟合，获得所述集装箱的端面的第一空间位置，并且将位于所述集装箱的端面的最高的点云作为所述端面的上沿位置；

基于所述端面的上沿的上方的预设范围内进行点云拟合，获得所述吊具超出所述吊具的预设特征对的第二空间位置。

优选地，所述基于吊装任务自所述点云数据获得集装箱箱面和吊具的空间位置，还包括：

当基于所述端面的上沿以上的预设范围内进行点云拟合后仅获得局部吊具点云、未获得所述吊具的预设特征时，通过当前局部吊具的最外靠近所述点云采集装置的外轮廓点云的空间坐标与所述集装箱的端面获得沿所述集装箱运载设备行驶方向的驶出距离，基于所述驶出距离驱动所述集装箱运载设备进行位移。

优选地，所述基于所述端面的上沿的上方的预设范围内进行点云拟合，获得所述吊具超出所述吊具的预设特征对的第二空间位置，还包括：

所述吊具的预设特征至少包括所述吊具的外垂直面。

优选地，所述将所述集装箱运载设备行驶方向作为第一方向，至少根据所述吊装任务、集装箱端面的空间位置、吊具的空间位置获得沿所述集装箱运载设备行驶方向的偏移量，包括：

获得所述吊装任务中的预设标定差值；

获得沿所述集装箱运载设备行驶方向的偏移量，所述偏移量为集装箱端面的空间位置与吊具的预设特征的空间位置之间的距离与预设标定差值的和。

优选地，所述基于所述偏移量移动所述集装箱运载设备进行第二次锚定，包括：

所述集装箱运载设备基于所述偏移量进行行驶，令所述吊具与所述集装箱对中，完成第二次锚定。

优选地，所述基于吊装任务自所述点云数据获得集装箱箱面和吊具的空间位置，包括：

当所述吊装任务为放箱且所述集装箱运载设备空车时，自所述原始点云数据进行点云拟合，获得所述集装箱的端面的第一空间位置。

优选地，所述将所述集装箱运载设备行驶方向作为第一方向，至少根据所述吊装任务、集装箱端面的空间位置、吊具的空间位置获得沿所述集装箱运载设备行驶方向的偏移量，包括：

基于所述吊装任务中预设的集装箱基于车体的中心位置、所述集装箱长度获得目标箱面位置，所述目标箱面位置沿所述第一方向的间距为预设的集装箱基于车体的中心位置沿所述第一方向的间距与所述集装箱一半的长度的差；

基于所述目标箱面位置与所述集装箱的端面的第一空间位置之间的距离获得沿所述集装箱运载设备行驶方向的偏移量。

优选地，所述基于吊装任务自所述点云数据获得集装箱箱面和吊具的空间位置，包括：

当所述吊装任务为放箱且所述集装箱运载设备已有一集装箱时，自所述原始点云数据进行点云拟合，获得待放集装箱的第一端面的第一空间位置和已有集装箱的与所述第一端面同向的第二端面的第二空间位置。

优选地，所述将所述集装箱运载设备行驶方向作为第一方向，至少根据所述吊装任务、集装箱端面的空间位置、吊具的空间位置获得沿所述集装箱运载设备行驶方向的偏移量，包括：

基于所述第二空间位置与所述吊装任务中预设的集装箱之间的间隙、所述集装箱长度基于获得目标箱面位置，所述第二空间位置沿所述第一方向的间距为所述目标箱面位置沿所述第一方向的间距与所述集装箱之间的间隙、所述集装箱长度的和；

基于所述目标箱面位置与所述集装箱的端面的第一空间位置之间的距离获得沿所述集装箱运载设备行驶方向的偏移量。

本发明的实施例还提供一种基于点云的吊具二次锚定系统，用于实现上述的基于点云的吊具二次锚定方法，基于点云的吊具二次锚定系统包括：

点云数据模块，通过至少一设置于集装箱运载设备的前端或后端的点云采集装置采集上方的集装箱的原始点云数据；

空间检测模块，基于吊装任务自所述点云数据获得集装箱箱面和吊具的空间位置；

偏移获取模块，将所述集装箱运载设备行驶方向作为第一方向，至少根据所述吊装任务、集装箱端面的空间位置、吊具的空间位置获得沿所述集装箱运载设备行驶方向的偏移量；以及

第二锚定模块，基于所述偏移量移动所述集装箱运载设备进行第二次锚定。

本发明的实施例还提供一种基于点云的吊具二次锚定设备，包括：

处理器；

存储器，其中存储有处理器的可执行指令；

其中，处理器配置为经由执行可执行指令来执行上述基于点云的吊具二次锚定方法的步骤。

本发明的实施例还提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序，程序被执行时实现上述基于点云的吊具二次锚定方法的步骤。

本发明的基于点云的吊具二次锚定方法、系统、设备及存储介质，通过检测吊具和集装箱的实时相对位置关系对设备参数进行标定，具有较高系统鲁棒性，提升吊装作业的时效性和安全性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是本发明的基于点云的吊具二次锚定方法的流程图。

图2是本发明的基于点云的吊具二次锚定方法的一种实施过程的示意图。

图3至5是本发明的基于点云的吊具二次锚定方法的一种实施场景的示意图。

图6是本发明的基于点云的吊具二次锚定方法的另一种实施场景的示意图。

图7是本发明的基于点云的吊具二次锚定方法的另一种实施场景的示意图。

图8是本发明的基于点云的吊具二次锚定系统的结构示意图。

图9是本发明的基于点云的吊具二次锚定设备的结构示意图。以及

图10是本发明一实施例的计算机可读存储介质的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本申请所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用系统，本申请中的各项细节也可以根据不同观点与应用系统，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面以附图为参考，针对本申请的实施例进行详细说明，以便本申请所属技术领域的技术人员能够容易地实施。本申请可以以多种不同形态体现，并不限定于此处说明的实施例。

在本申请的表示中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的表示意指结合该实施例或示例表示的具体特征、结构、材料或者特点包括于本申请的至少一个实施例或示例中。而且，表示的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本申请中表示的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于表示目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本申请的表示中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了明确说明本申请，省略与说明无关的器件，对于通篇说明书中相同或类似的构成要素，赋予了相同的参照符号。

在通篇说明书中，当说某器件与另一器件“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种器件“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。

当说某器件在另一器件“之上”时，这可以是直接在另一器件之上，但也可以在其之间伴随着其它器件。当对照地说某器件“直接”在另一器件“之上”时，其之间不伴随其它器件。

虽然在一些实例中术语第一、第二等在本发明中用来表示各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第一接口及第二接口等表示。再者，如同在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

此处使用的专业术语只用于言及特定实施例，并非意在限定本申请。此处使用的单数形态，只要语句未明确表示出与之相反的意义，那么还包括复数形态。在说明书中使用的“包括”的意义是把特定特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份具体化，并非排除其它特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份的存在或附加。

虽然未不同地定义，但包括此处使用的技术术语及科学术语，所有术语均具有与本申请所属技术领域的技术人员一般理解的意义相同的意义。普通使用的字典中定义的术语追加解释为具有与相关技术文献和当前提示的内容相符的意义，只要未进行定义，不得过度解释为理想的或非常公式性的意义。

图1是本发明的基于点云的吊具二次锚定方法的流程图。如图1所示，本发明的实施例提供一种基于点云的吊具二次锚定方法，包括以下步骤：

S120、通过至少一设置于集装箱运载设备的前端或后端的点云采集装置采集上方的集装箱的原始点云数据。

S130、基于吊装任务自点云数据获得集装箱箱面和吊具的空间位置。

S140、将集装箱运载设备行驶方向作为第一方向，至少根据吊装任务、集装箱端面的空间位置、吊具的空间位置获得沿集装箱运载设备行驶方向的偏移量。

S150、基于偏移量移动集装箱运载设备进行第二次锚定。

本发明提供了一种通过检测吊具进行精确对位的方案，在常见的基于设备特征对位或者设备自身对位系统的一次对位基础上，一次对位的目的在于保证车辆走到正确对位位置的一定范围内，确保后续激光雷达等能看到吊具和集装箱点云信息且处于安全对位距离内，在吊具下降的过程中，自行监测吊具高度和检测吊具特征，获取吊具和集装箱的相对位置关系，下发偏移量给单车下游决策执行模块进行二次精确对位。

在一个优选实施例中，还包括：

S110、当集装箱运载设备到达与吊具的预设对位区域完成第一次锚定后，执行步骤S120。

在一个优选实施例中，步骤S120中，点云采集装置分别设置于集装箱运载设备的头部和尾部且都具有向上的视野，集装箱的放置位处于两个点云采集装置之间，吊装任务包括任务种类信息，集装箱长度信息，集装箱基于车体的目标位置信息。

在一个优选实施例中，步骤S130包括：

S131、当吊装任务为抓箱，自原始点云数据进行点云拟合，获得集装箱的端面的第一空间位置，并且将位于集装箱的端面的最高的点云作为端面的上沿位置。

S132、基于端面的上沿的上方的预设范围内进行点云拟合，获得吊具超出吊具的预设特征对的第二空间位置。

在一个优选实施例中，步骤S132还包括：

当基于端面的上沿以上的预设范围内进行点云拟合后仅获得局部吊具点云、未获得吊具的预设特征时，通过当前局部吊具的最外靠近点云采集装置的外轮廓点云的空间坐标与集装箱的端面获得沿集装箱运载设备行驶方向的驶出距离，基于驶出距离驱动集装箱运载设备进行位移。

在一个优选实施例中，步骤S132中，吊具的预设特征至少包括吊具的外垂直面。

在一个优选实施例中，步骤S140包括：

S141、获得吊装任务中的预设标定差值。

S142、获得沿集装箱运载设备行驶方向的偏移量，偏移量为集装箱端面的空间位置与吊具的预设特征的空间位置之间的距离与预设标定差值的和。

在一个优选实施例中，步骤S150包括：

集装箱运载设备基于偏移量进行行驶，令吊具与集装箱对中，完成第二次锚定。

在一个优选实施例中，步骤S130包括：

S133、当吊装任务为放箱且集装箱运载设备空车时，自原始点云数据进行点云拟合，获得集装箱的端面的第一空间位置。

在一个优选实施例中，步骤S140包括：

S143、基于吊装任务中预设的集装箱基于车体的中心位置、集装箱长度获得目标箱面位置，目标箱面位置沿第一方向的间距为预设的集装箱基于车体的中心位置沿第一方向的间距与集装箱一半的长度的差。

S144、基于目标箱面位置与集装箱的端面的第一空间位置之间的距离获得沿集装箱运载设备行驶方向的偏移量。

在一个优选实施例中，步骤S130包括：

S134、当吊装任务为放箱且集装箱运载设备已有一集装箱时，自原始点云数据进行点云拟合，获得待放集装箱的第一端面的第一空间位置和已有集装箱的与第一端面同向的第二端面的第二空间位置。

在一个优选实施例中，步骤S140包括：

S145、基于第二空间位置与吊装任务中预设的集装箱之间的间隙、集装箱长度基于获得目标箱面位置，第二空间位置沿第一方向的间距为目标箱面位置沿第一方向的间距与集装箱之间的间隙、集装箱长度的和。

S146、基于目标箱面位置与集装箱的端面的第一空间位置之间的距离获得沿集装箱运载设备行驶方向的偏移量。

本发明不需要对码头对位器械设备，如起重机和吊具进行改造。不仅仅适用于常规的场桥及岸桥，如空轨等这类有吊具进行抓放的器械设备均能适用，具备更高的普适性。因为检测的是吊具和集装箱的实时相对位置关系，本发明也不需要像cps系统对设备参数进行标定，简化了部署流程。

在一个对位任务中，一般会有放箱(吊具把箱子放车上)和抓箱(吊具把箱子从车上抓走)两个操作。对抓箱操作本模块计算的是吊具和箱子之间的相对位置作为对位偏移量；对放箱操作对位计算的是集装箱和车辆之间的相对位置作为对位偏移量。图2是本发明的基于点云的吊具二次锚定方法的一种实施过程的示意图。如图2所示，

本发明提供一个精确鲁棒的计算方法可满足两个对位操作，步骤如下：

1、点云预处理。对点云进行解码处理，去除噪点，并由转换矩阵转至车体坐标系下。

2、获取对位操作类型，确定是抓箱或放箱。车辆根据任务箱型(前箱/中箱/后箱/)通过检测集装箱是否存在进行判断。或由其他模块如FMS给定。车辆自行判断的步骤如下：

前箱/后箱。根据预设前箱和车辆的相对位置获取ROI区域点云，提取集装箱垂直箱面特征，若存在，则为抓箱操作，反之为放箱操作。

中箱根据预设中箱和车辆的相对位置获取ROI区域点云，提取集装箱垂直箱面特征，若前后集装箱面均存在，则为抓箱操作，反之为放箱操作。

3、计算对位偏移量。根据是抓箱和放箱选择不同的偏移量计算模块。

3.1对于抓箱操作：

(1)、检测集装箱信息。根据预设集装箱和车辆相对位置获取前后集装箱面ROI区域点云，拟合集装箱垂直面点云，取集装箱面向外方向上一定比例点云作为箱面边缘，取均值为箱面位置Dist(container)。取z方向点云最大值为集装箱高度height。

(2)、检测吊具特征位置。根据预设吊具位置和车辆相对位置，结合吊具集装箱高度获取吊具ROI区域点云，提取吊具特征，需要提取吊具的外垂直面plane1，外边缘edge，下水平面plane2，取外垂直面plane1和外边缘edge为吊具位置Dist(spreader)。

(3)、若第(2)步中无法检测到吊具特征但是吊具点云存在时，可能是由于集装箱遮挡住激光视野，此时对点云进行聚类，取聚类点云最外侧点Dist(point)给出有向驶出距离Drive_offset给下游执行模块，使其行驶到能吊具吊云准确提取吊具特征的位置再重复第(2)步。有向使出距离Drive_offset的计算方式入下：

Drive_offset＝Dist(point)-Dist(container)+Dist(visual)

其中：Dist(visual)为预设的激光能看到吊具特征时的集装箱面和吊具特征差值，Dist(visual)的取值范围由激光视野确定。

(4)、计算引导偏移量。已知吊具位置和集装箱位置，则引导偏移量Dist(offset)的计算的公式如下：

Dist(offset)＝Dist(spreader)-Dist(container)+Offset(calib)

其中，Dist(offset)为引导偏移量，Dist(spreader)为吊具位置；Dist(container)集装箱箱面位位置；Offset(calib)为抓箱时吊具位置和集装箱箱面位置的标定差值，一般地，Offset(calib)的值为0。

3.2对于放箱操作：

(1)检测车载集装箱信息。对于对位任务箱型中的前箱和后箱，需要考虑带后箱的前箱和带前箱的后箱放箱的特殊情况，需要保证箱子中间有一定间隙防止出现砸箱的安全事故。根据集装箱和车辆相对位置关系获取集装箱ROI区域点云，拟合集装箱垂直面，记靠近任务箱型(前箱/后箱)的垂直面plane_exist(已经放在车上的另一个集装箱的相邻的垂面)的距离为Dist(container_exist)。以集卡的前端已经有集装箱，向后端放集装箱为例，则记待作业目标前箱/后箱的箱面位置为：

Dist(container_plane)＝Dis(container_exist)+Gap+length

其中：Dist(container_plane)为目标箱的在车上的目标箱面位置；Gap为预设防砸间隙；length为前箱或后箱的预设集装箱长度。特别地，对于不带箱的前箱/后箱/中箱，记目标箱面位置为：

Dist(container_plane)＝Dis(container_center)+length*0.5

其中：Dist(container_plane)为目标箱的在车上的目标箱面位置；Dis(container_center)为预设的集装箱中心位置；length为集装箱长度。

(2)检测目标箱底面信息。在放箱过程中，吊具是抓着集装箱一起往下放的，此时需要对准目标集装箱和车辆的相对位置关系，考虑吊具和目标集装箱为一个整体，根据预设任务箱型(前箱/中箱/后箱)与车辆相对位置关系获取ROI区域点云，拟合箱底水平面和集装箱垂直面，取水平面外边缘edge和垂直面plane为目标集装箱箱面位置Dist(container)。

(3)计算对位便移量。已知目标集装箱下放箱面位置Dist(container)和目标箱的在车上的目标箱面位置Dis(container_center)，则引导偏移量Dist(offset)的计算的公式如下：

Dist(offset)＝Dist(container)-Dis(container_center)

图3至5是本发明的基于点云的吊具二次锚定方法的一种实施场景的示意图。参见图3，当集卡10到达与吊具的预设对位区域完成第一次锚定后，通过设置于集卡10的前端或后端的点云采集装置采集上方的集装箱的原始点云数据。第一点云采集装置11设置于集卡10的头部，第二点云采集装置12设置于集卡10的尾部，且第一点云采集装置11和第二点云采集装置12都具有向上的视野，集装箱13的放置位处于两个点云采集装置之间，吊装任务包括任务种类信息，集装箱长度length信息，集装箱基于车体的目标位置信息等等。

当吊装任务为抓箱，自第二点云采集装置12获得的原始点云数据进行点云拟合，获得集装箱的端面的第一空间位置131，并且将位于集装箱的端面的最高的点云作为端面的上沿位置。

当基于端面的上沿以上的预设范围20内进行点云拟合后仅获得局部吊具点云、未获得吊具的预设特征时，可能是由于集装箱遮挡住第二点云采集装置12的激光视野，通过当前局部吊具的最外靠近点云采集装置的外轮廓点云的空间坐标与集装箱的端面获得沿集卡10行驶方向的驶出距离S0，基于驶出距离驱动集卡10进行位移。

参见图4，基于端面的上沿的上方的预设范围内进行点云拟合，获得吊具超出吊具的预设特征对的第二空间位置。吊具的预设特征可以包括外垂直面15，外边缘14，下水平面16，本实施例中，取外垂直面15和外边缘14所在的平面为吊具的预设特征。

参见图5，获得吊装任务中的预设标定差值，获得沿集卡10行驶方向的偏移量S1，偏移量为集装箱端面的空间位置与吊具的预设特征的空间位置之间的距离S2与预设标定差值S3的和,S1＝S2+S3。最后，集卡10基于偏移量S1进行行驶，令吊具与集装箱对中，完成第二次锚定。

图6是本发明的基于点云的吊具二次锚定方法的另一种实施场景的示意图。参见图6，当集卡10到达与吊具的预设对位区域完成第一次锚定后，通过设置于集卡10的前端或后端的点云采集装置采集上方的集装箱的原始点云数据。第一点云采集装置11设置于集卡10的头部，第二点云采集装置12设置于集卡10的尾部，且第一点云采集装置11和第二点云采集装置12都具有向上的视野，集装箱的放置位处于两个点云采集装置之间，吊装任务包括任务种类信息，集装箱长度length信息，集装箱基于车体的目标位置信息等等。

当吊装任务为放箱且集卡10空车时，自第二点云采集装置12采集的原始点云数据进行点云拟合，获得集装箱的端面133的第一空间位置。

基于吊装任务中预设的集装箱基于车体的中心位置134、集装箱长度length获得目标箱面位置135，目标箱面位置135沿第一方向的间距为预设的集装箱基于车体的中心位置134沿第一方向的间距与集装箱一半的长度length的差。

基于目标箱面位置135与集装箱的端面133的第一空间位置之间的距离获得沿集卡10行驶方向的偏移量S4。

最后，集卡10基于偏移量S4进行行驶，令吊具与集装箱对中，完成第二次锚定。

图7是本发明的基于点云的吊具二次锚定方法的另一种实施场景的示意图。参见图7，当集卡10到达与吊具的预设对位区域完成第一次锚定后，通过设置于集卡10的前端或后端的点云采集装置采集上方的集装箱的原始点云数据。第一点云采集装置11设置于集卡10的头部，第二点云采集装置12设置于集卡10的尾部，且第一点云采集装置11和第二点云采集装置12都具有向上的视野，集装箱的放置位处于两个点云采集装置之间，吊装任务包括任务种类信息，集装箱长度length信息，集装箱基于车体的目标位置信息等等。

当吊装任务为放箱且集卡10已有一集装箱17时，自第一点云采集装置11采集的原始点云数据进行点云拟合，获得待放集装箱18的第一端面133的第一空间位置和已有集装箱17的与第一端面133同向的第二端面132的第二空间位置。

在一个优选例中，可以通过第二点云采集装置12拟合已有集装箱17的第一端面，然后，通过第一端面与集装箱长度length获得第二端面132的位置。基于第二空间位置与吊装任务中预设的集装箱之间的间隙、集装箱长度length基于获得目标箱面位置135，目标箱面位置135沿第一方向的间距为第二端面132的第二空间位置沿第一方向的间距减去集装箱之间的间隙gap，再减去集装箱长度length的结果。

基于目标箱面位置135与集装箱的端面的第一空间位置133之间的距离获得沿集卡10行驶方向的偏移量S5。

最后，集卡10基于偏移量S5进行行驶，令吊具与集装箱对中，完成第二次锚定。

图8是本发明的基于点云的吊具二次锚定系统的结构示意图。如图8所示，本发明的基于点云的吊具二次锚定系统5，包括：

第一锚定模块，当集装箱运载设备到达与吊具的预设对位区域完成第一次锚定后，执行点云数据模块52。

点云数据模块52，通过至少一设置于集装箱运载设备的前端或后端的点云采集装置采集上方的集装箱的原始点云数据。

空间检测模块53，基于吊装任务自点云数据获得集装箱箱面和吊具的空间位置。

偏移获取模块54，将集装箱运载设备行驶方向作为第一方向，至少根据吊装任务、集装箱端面的空间位置、吊具的空间位置获得沿集装箱运载设备行驶方向的偏移量。

第二锚定模块55，基于偏移量移动集装箱运载设备进行第二次锚定。

在一个优选实施例中，点云数据模块52被配置为将点云采集装置分别设置于集装箱运载设备的头部和尾部且都具有向上的视野，集装箱的放置位处于两个点云采集装置之间，吊装任务包括任务种类信息，集装箱长度信息，集装箱基于车体的目标位置信息。

在一个优选实施例中，空间检测模块53被配置为当吊装任务为抓箱，自原始点云数据进行点云拟合，获得集装箱的端面的第一空间位置，并且将位于集装箱的端面的最高的点云作为端面的上沿位置。基于端面的上沿的上方的预设范围内进行点云拟合，获得吊具超出吊具的预设特征对的第二空间位置。

在一个优选实施例中，空间检测模块53还被配置为当基于端面的上沿以上的预设范围内进行点云拟合后仅获得局部吊具点云、未获得吊具的预设特征时，通过当前局部吊具的最外靠近点云采集装置的外轮廓点云的空间坐标与集装箱的端面获得沿集装箱运载设备行驶方向的驶出距离，基于驶出距离驱动集装箱运载设备进行位移。

在一个优选实施例中，空间检测模块53还被配置为吊具的预设特征至少包括吊具的外垂直面。

在一个优选实施例中，偏移获取模块54被配置为获得吊装任务中的预设标定差值。获得沿集装箱运载设备行驶方向的偏移量，偏移量为集装箱端面的空间位置与吊具的预设特征的空间位置之间的距离与预设标定差值的和。

在一个优选实施例中，第二锚定模块55被配置为集装箱运载设备基于偏移量进行行驶，令吊具与集装箱对中，完成第二次锚定。

在一个优选实施例中，空间检测模块53被配置当吊装任务为放箱且集装箱运载设备空车时，自原始点云数据进行点云拟合，获得集装箱的端面的第一空间位置。

在一个优选实施例中，偏移获取模块54被配置为基于吊装任务中预设的集装箱基于车体的中心位置、集装箱长度获得目标箱面位置，目标箱面位置沿第一方向的间距为预设的集装箱基于车体的中心位置沿第一方向的间距与集装箱一半的长度的差。基于目标箱面位置与集装箱的端面的第一空间位置之间的距离获得沿集装箱运载设备行驶方向的偏移量。

在一个优选实施例中，第二锚定模块55被配置为当吊装任务为放箱且集装箱运载设备已有一集装箱时，自原始点云数据进行点云拟合，获得待放集装箱的第一端面的第一空间位置和已有集装箱的与第一端面同向的第二端面的第二空间位置。

在一个优选实施例中，偏移获取模块54被配置为基于第二空间位置与吊装任务中预设的集装箱之间的间隙、集装箱长度基于获得目标箱面位置，第二空间位置沿第一方向的间距为目标箱面位置沿第一方向的间距与集装箱之间的间隙、集装箱长度的和。基于目标箱面位置与集装箱的端面的第一空间位置之间的距离获得沿集装箱运载设备行驶方向的偏移量。

本发明的基于点云的吊具二次锚定系统，通过检测吊具和集装箱的实时相对位置关系对设备参数进行标定，具有较高系统鲁棒性，提升吊装作业的时效性和安全性。

本发明实施例还提供一种基于点云的吊具二次锚定设备，包括处理器。存储器，其中存储有处理器的可执行指令。其中，处理器配置为经由执行可执行指令来执行的基于点云的吊具二次锚定方法的步骤。

如上，本发明的基于点云的吊具二次锚定设备通过检测吊具和集装箱的实时相对位置关系对设备参数进行标定，具有较高系统鲁棒性，提升吊装作业的时效性和安全性。

所属技术领域的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“平台”。

图9是本发明的基于点云的吊具二次锚定设备的结构示意图。下面参照图9来描述根据本发明的这种实施方式的电子设备600。图9显示的电子设备600仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图9所示，电子设备600以通用计算设备的形式表现。电子设备600的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元610、至少一个存储单元620、连接不同平台组件(包括存储单元620和处理单元610)的总线630、显示单元640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610执行，使得处理单元610执行本说明书上述电子处方流转处理方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。例如，处理单元610可以执行如图1中所示的步骤。

存储单元620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)6201和/或高速缓存存储单元6202，还可以进一步包括只读存储单元(ROM)6203。

存储单元620还可以包括具有一组(至少一个)程序模块6205的程序/实用工具6204，这样的程序模块6205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630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600也可以与一个或多个外部设备700(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备600交互的设备通信，和/或与使得该电子设备600能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口650进行。并且，电子设备600还可以通过网络适配器660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660可以通过总线630与电子设备600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600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存储介质，用于存储程序，程序被执行时实现的基于点云的吊具二次锚定方法的步骤。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本说明书上述电子处方流转处理方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。

如上所示，该实施例的计算机可读存储介质的程序在执行时，通过检测吊具和集装箱的实时相对位置关系对设备参数进行标定，具有较高系统鲁棒性，提升吊装作业的时效性和安全性。

图10是本发明的计算机可读存储介质的结构示意图。参考图10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800，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(非穷举的列表)包括：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)。

综上，本发明的基于点云的吊具二次锚定方法、系统、设备及存储介质，通过检测吊具和集装箱的实时相对位置关系对设备参数进行标定，具有较高系统鲁棒性，提升吊装作业的时效性和安全性。

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 (14)

1.一种基于点云的吊具二次锚定方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过至少一设置于集装箱运载设备的前端或后端的点云采集装置采集上方的集装箱的原始点云数据，所述点云采集装置分别设置于集装箱运载设备的头部和尾部且都具有向上的视野，所述集装箱的放置位处于两个所述点云采集装置之间；

基于吊装任务自所述点云数据获得集装箱箱面和吊具的空间位置，所述吊装任务包括任务种类信息，集装箱长度信息，集装箱基于车体的目标位置信息，当所述吊装任务为抓箱，通过点云拟合获得所述吊具的外垂直面，当所述吊装任务为放箱，通过点云拟合获得所述集装箱的端面；

将所述集装箱运载设备行驶方向作为第一方向，至少根据所述吊装任务、集装箱端面的空间位置、吊具的空间位置获得沿所述集装箱运载设备行驶方向的偏移量；以及

基于所述偏移量移动所述集装箱运载设备进行第二次锚定。

2.根据权利要求1所述的基于点云的吊具二次锚定方法，其特征在于，在所述通过至少一设置于集装箱运载设备的前端或后端的点云采集装置采集上方的集装箱的原始点云数据之前，还包括：

当集装箱运载设备到达与吊具的预设对位区域完成第一次锚定后，执行后续步骤。

3.根据权利要求1所述的基于点云的吊具二次锚定方法，其特征在于：所述基于吊装任务自所述点云数据获得集装箱箱面和吊具的空间位置，包括：

当所述吊装任务为抓箱，自所述原始点云数据进行点云拟合，获得所述集装箱的端面的第一空间位置，并且将位于所述集装箱的端面的最高的点云作为所述端面的上沿位置；

基于所述端面的上沿的上方的预设范围内进行点云拟合，获得所述吊具超出所述吊具的预设特征对的第二空间位置。

4.根据权利要求3所述的基于点云的吊具二次锚定方法，其特征在于：所述基于吊装任务自所述点云数据获得集装箱箱面和吊具的空间位置，还包括：

当基于所述端面的上沿以上的预设范围内进行点云拟合后仅获得局部吊具点云、未获得所述吊具的预设特征时，通过当前局部吊具的最外靠近所述点云采集装置的外轮廓点云的空间坐标与所述集装箱的端面获得沿所述集装箱运载设备行驶方向的驶出距离，基于所述驶出距离驱动所述集装箱运载设备进行位移。

5.根据权利要求3所述的基于点云的吊具二次锚定方法，其特征在于：所述基于所述端面的上沿的上方的预设范围内进行点云拟合，获得所述吊具超出所述吊具的预设特征对的第二空间位置，还包括：

所述吊具的预设特征至少包括所述吊具的外垂直面。

6.根据权利要求3所述的基于点云的吊具二次锚定方法，其特征在于：所述将所述集装箱运载设备行驶方向作为第一方向，至少根据所述吊装任务、集装箱端面的空间位置、吊具的空间位置获得沿所述集装箱运载设备行驶方向的偏移量，包括：

获得所述吊装任务中的预设标定差值；

获得沿所述集装箱运载设备行驶方向的偏移量，所述偏移量为集装箱端面的空间位置与吊具的预设特征的空间位置之间的距离与预设标定差值的和。

7.根据权利要求3所述的基于点云的吊具二次锚定方法，其特征在于：所述基于所述偏移量移动所述集装箱运载设备进行第二次锚定，包括：

所述集装箱运载设备基于所述偏移量进行行驶，令所述吊具与所述集装箱对中，完成第二次锚定。

8.根据权利要求2所述的基于点云的吊具二次锚定方法，其特征在于：所述基于吊装任务自所述点云数据获得集装箱箱面和吊具的空间位置，包括：

当所述吊装任务为放箱且所述集装箱运载设备空车时，自所述原始点云数据进行点云拟合，获得所述集装箱的端面的第一空间位置。

9.根据权利要求8所述的基于点云的吊具二次锚定方法，其特征在于：所述将所述集装箱运载设备行驶方向作为第一方向，至少根据所述吊装任务、集装箱端面的空间位置、吊具的空间位置获得沿所述集装箱运载设备行驶方向的偏移量，包括：

基于所述吊装任务中预设的集装箱基于车体的中心位置、所述集装箱长度获得目标箱面位置，所述目标箱面位置沿所述第一方向的间距为预设的集装箱基于车体的中心位置沿所述第一方向的间距与所述集装箱一半的长度的差；

基于所述目标箱面位置与所述集装箱的端面的第一空间位置之间的距离获得沿所述集装箱运载设备行驶方向的偏移量。

10.根据权利要求1所述的基于点云的吊具二次锚定方法，其特征在于：所述基于吊装任务自所述点云数据获得集装箱箱面和吊具的空间位置，包括：

当所述吊装任务为放箱且所述集装箱运载设备已有一集装箱时，自所述原始点云数据进行点云拟合，获得待放集装箱的第一端面的第一空间位置和已有集装箱的与所述第一端面同向的第二端面的第二空间位置。

11.根据权利要求10所述的基于点云的吊具二次锚定方法，其特征在于：所述将所述集装箱运载设备行驶方向作为第一方向，至少根据所述吊装任务、集装箱端面的空间位置、吊具的空间位置获得沿所述集装箱运载设备行驶方向的偏移量，包括：

基于所述第二空间位置与所述吊装任务中预设的集装箱之间的间隙、所述集装箱长度基于获得目标箱面位置，

第二空间位置沿第一方向的间距为目标箱面位置沿第一方向的间距与集装箱之间的间隙、集装箱长度的和；

基于所述目标箱面位置与所述集装箱的端面的第一空间位置之间的距离获得沿所述集装箱运载设备行驶方向的偏移量。

12.一种基于点云的吊具二次锚定系统，其特征在于，所述系统包括：

点云数据模块，通过至少一设置于集装箱运载设备的前端或后端的点云采集装置采集上方的集装箱的原始点云数据，所述点云采集装置分别设置于集装箱运载设备的头部和尾部且都具有向上的视野，所述集装箱的放置位处于两个所述点云采集装置之间；

空间检测模块，基于吊装任务自所述点云数据获得集装箱箱面和吊具的空间位置，所述吊装任务包括任务种类信息，集装箱长度信息，集装箱基于车体的目标位置信息，当所述吊装任务为抓箱，通过点云拟合获得所述吊具的外垂直面，当所述吊装任务为放箱，通过点云拟合获得所述集装箱的端面；

偏移获取模块，将所述集装箱运载设备行驶方向作为第一方向，至少根据所述吊装任务、集装箱端面的空间位置、吊具的空间位置获得沿所述集装箱运载设备行驶方向的偏移量；以及

第二锚定模块，基于所述偏移量移动所述集装箱运载设备进行第二次锚定。

13.一种基于点云的吊具二次锚定设备，其特征在于，包括：

处理器；

存储器，其中存储有所述处理器的可执行指令；

其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行权利要求1至11中任一项所述的基于点云的吊具二次锚定方法的步骤。

14.一种计算机可读存储介质，用于存储程序，其特征在于，所述程序被执行时实现权利要求1至11中任一项所述的基于点云的吊具二次锚定方法的步骤。