CN117235943A - 一种面向港口的道路网格化生成方法及系统 - Google Patents

一种面向港口的道路网格化生成方法及系统 Download PDF

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王恺
王志伟
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Abstract

本发明公开了一种面向港口的道路网格化生成方法及系统。所述方法包括：物联网网关模块实时接收并处理集卡在作业时发送的定位信息，计算出集卡当前位置并形成网格面；轨迹模块接收物联网网关模块转发的集卡定位信息，构建集卡的轨迹信息，并根据轨迹信息生成道路网格之间的通行关系；物联网网关模块与轨迹模块，把生成的网格面与网格间的通行关系汇总给网格模块，网格模块根据前置形成的集卡所在网格面，及有效的通行轨迹，构建出基础的道路通行网格图；作业调度系统，调度集卡到达目标位置进行压放箱作业；将作业信息中的目标位置和集卡的实时网格信息关联，在道路通行网格图上动态更新作业信息。该方法可动态更新港口的道路网格，灵活性强。

Description

一种面向港口的道路网格化生成方法及系统
技术领域
本发明涉及港口道路网格化领域，尤其涉及一种面向港口的道路网格化生成方法及系统。
背景技术
道路网格化：是指将道路的路段按网状格子进行细分；且每个格子具备相应属性：如道路方向，GPS坐标位置，及与其他格子的连通性。
随着全球化经济及其业务发展，港口在有限地位置前提下，始终面临着：提升空间利用率、提升作业调度效率的诉求。港区内道路的畅通性、拥堵可预测性，是港口该诉求最直接的资源优化之一。把道路网格化细分管理方法，可以快速支撑解决路径规划，路径拥堵预测，进而辅助其高效作业调度。然而在对道路进行网格化细分，现有技术存在以下实际问题。
根据测绘后的CAD基础道路线及其坐标点位，设定固定的网格大小，使用程序算法进行分割与生成，最后再通过对应生成规则设置连通性等属性信息。该技术手段的关键步骤：1、测绘出CAD地图；2、设计网格长度等规则；3、程序算法的分割与生成；4、网格连通性等属性设置。
现有技术存在缺陷及原因：
1、强依赖测绘及其CAD图纸准确性，随着港口业务不停工现实情况，要实现基础测绘及保证准确程度，所要投入成本巨大。
2、固定网格大小设计，无法充分匹配其港口实际作业中堆场中不同大小集装箱贝位信息(具体如：不同大小贝位长度，贝位间需要有空位间隔)，进而影响其作业调度。
3、灵活性差，如道路施工时占用路段，或者港口临时高峰期作业需把部分道路占用堆放集装箱，而该技术的网格生成无法及时响应变化。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供一种面向港口的道路网格化生成方法及系统，可在港口业务不停工现实情况，实现基础测绘及保证相当的准确程度，提供可变的网格设计，使网格根据需要和不同大小集装箱的贝位信息匹配，及动态更新港口的道路网格。
技术方案如下：
(1)一种面向港口的道路网格化生成方法，包括以下步骤：
集卡在作业过程中通过自带的卫星定位设备实时发送当前的定位信息给到物联网网关模块；
物联网网关模块实时接收并处理集卡定位信息，计算出集卡当前位置并形成网格面；
轨迹模块接收物联网网关模块转发的集卡定位信息；并根据集卡定位信息构建集卡的轨迹信息，并根据轨迹信息生成道路网格间的通行关系；
网格模块汇总集卡所在网格面和道路网格间的通行关系，构建出基础的道路通行网格图；
作业调度系统，调度集卡到达目标位置进行压放箱作业；将作业信息中的目标位置和集卡的实时网格信息关联，在道路通行网格图上动态更新作业信息。
(2)一种面向港口的道路网格化生成系统，包括：
集卡，设置有卫星定位设备，用于在作业过程中实时发送当前的定位信息给到物联网网关模块；
物联网网关模块，用于实时接收并处理集卡定位信息，计算出集卡当前位置并形成网格面；
轨迹模块，用于接收物联网网关模块转发的集卡定位信息；并根据集卡定位信息构建集卡的轨迹信息，并根据轨迹信息生成道路网格之间的通行关系；
网格模块，用于汇总集卡的轨迹信息和道路网格之间的通行关系，根据前置形成的集卡所在网格面，及有效的通行轨迹，构建出基础的道路通行网格图；
和作业调度系统，用于调度集卡到达目标位置进行压放箱作业；将作业信息中的目标位置和集卡的实时网格信息关联，在道路通行网格图上动态更新作业信息。
与现有技术相比，本发明的优点是：
本发明的面向港口的道路网格化生成方法及系统，可在港口业务不停工现实情况，实现基础测绘及保证相当的准确程度，提供可变的网格设计，使网格根据需要和不同大小集装箱的贝位信息匹配，及动态更新港口的道路网格。
附图说明
图1是本发明的面向港口的道路网格化生成流程图；
图2是港口道路网格化后的示意图；
图3是集卡的结构及其定位导航装置的安装位置示意图；
图4是集卡在港口堆场的停放位置示意图；
图5是生成的道路网格和堆场网格(贝位)的对应关系示意图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明给出了一种面向港口的道路网格化生成方法，其道路网格的生成逻辑如下：
1、首先集卡在作业过程中通过自带的北斗/GPS等卫星定位设备实时(如每隔1秒)发送当前的定位信息，给到IOT(物联网)网关模块。
2、IOT网关模块，会实时接收并处理集卡的定位信息，并通过算法计算出集卡当前位置并形成网格面。
3、轨迹模块，接收IOT网关模块实时转发的集卡定位信息；并根据集卡定位信息构建集卡的轨迹信息，并根据轨迹信息处理道路网格间的通行关系；
4、网格模块，汇总IOT网关模块与轨迹模块生成的网格面与网格间的通行关系，根据前置形成的集卡所属网格面，及有效的通行轨迹，构建出基础的道路通行网格图。
5、作业调度系统(由资源模块与调度模块协作完成)，汇总资源基础信息，下发作业指令，调度集卡到达起始压箱位置与目标放箱位置进行压放箱作业。(例如：堆场某个贝位的贝位编号：88A06)；
6、作业调度系统将关键作业信息(如起始压箱位置、目标放箱位置等)发送给网格模块，将作业信息和集卡所在的网格关联。
在具体操作中，可以把作业信息中的堆场位置(例如：堆场某个贝位号：88A06)和集卡所属网格关联；结合当前时刻点，该集卡所属网格，就可以在道路通行网格图动态更新作业信息(具体如：该网格号与贝位号对应关系)。
7、依托港口实际业务，持续收集集卡作业时产生的有效的通行轨迹，循环触发执行以上步骤就可以构建出整个港口的道路网格信息(包含作业所需的关键作业信息属性)。
依上述方法可生成网格化的港口道路，如图2示例。
港口道路网格化实施步骤及说明：
1、集装箱。目前国内大部分港口，集卡的卫星定位设备安装于集卡的头部，如图3所示。集卡标准长度约16米。其中，后架长度约12米，可放40尺集装箱一个(约12米长)，或20尺集装箱(约6米长)两个。
2、集卡停放位置。在实际作业过程中，集卡停放位置，需保证：集卡的放箱位置与岸桥或场桥吊杆垂直，或与箱体存放位置(即堆场贝位号)平行、对齐。如图4所示。正常作业的集卡，在堆场停下作业类型有两种，一是压箱(场桥从堆场中把集装箱吊起来平移放入集卡上)，另一个放箱(场桥把集卡上的集装箱吊起来，平移放入堆场中)。这个关键环节卡车司机与吊桥司机会通过调度系统进行通讯确保集卡停放位置百分百对齐。
3、起始网格面。集卡停下来作业时，车后架对应贝位映射出来的矩形，可以作为起始网格面。
4、集卡所属网格面。通过集卡车头的卫星定位点的经纬度信息，结合集卡长度、宽度、速度、方位角，计算出集卡所在的网格面及车道宽度，综合推算出集卡所属网格面，及其坐标信息。
集卡所属网格面的生成方法：
IOT网关模块可以根据集卡实时上报的经纬度信息(xT，yT)，及方位角：aT，求解目标网格面(grid_geometry)，获得集卡所属网格面的坐标信息。目标网格面是由5个坐标点组成矩形面(最后一个坐标需要与第一个坐标重合)，网格面坐标信息表示为：
结合实际集卡信息、道路基本信息，求解如下：
x2＝x1+(L±Gx)cos(aT+180°)
y2＝y1+(L±Gx)sin(aT+180°)
x3＝x2+(Rs±Rp)cos(aT+270°)
y3＝y2+(Rs±Rp)sin(aT+270°)
其中，L：车身长度(如：16米)；Gx：坐标点x轴上的偏差(如：0.2米)，x轴指网格宽度方向；Rs：车道标准宽度(如：3.5米)；Rp：车道偏差(如：0.25米)。
5、根据集卡停车时间点所在网格，结合调度指令关键性状态(到达压箱位置或放箱位置)，同时解读获取该指令关键贝位信息，即可把该网格赋值关键作业信息。此作业信息真实来源于实际作业，准确可靠。
6、构建道路起始网格后，结合卫星定位导航系统给出的方向角等信息，及堆场道路直线特性，结合轨迹特性可以计算出序列网格。如图5所示。
7、构建道路通行网格图。
港口集卡通行轨迹规律如下：
例如：网格长度为6米，集卡每秒走一个网格(即产生一个网格)，那么集卡行驶平均速度：6米*3.6＝21.6公里每小时。
例如：网格长度为10米，集卡每秒走一个网格(即产生一个网格)，那么集卡行驶平均速度：10米*3.6＝36公里每小时。
因此通过对集卡行驶方向及集卡速度的监测、集卡行驶轨迹，可以映射出该轨迹线的网格出来(例如集卡以21.6公里每小时行走，每秒上报定位信息，即可顺序生成6米长的网格)。
轨迹生成网格在网格编号上，设置对应的顺序性，结合轨迹点是顺序性。网格与网格的前后方向的通行关系，即可像链条一样生成出来(前序网格可到达后序网格)。
同时把集卡行驶轨迹的卫星定位坐标点连接起来，通过对应行驶轨迹可构建出具体车道的道路行驶中心线，分析道路行驶中心线，通过空间相邻相交计算，可得知是相邻车道，结合集卡变道行驶轨迹，拓展出网格与相邻车道网格的横向通行关系来。
8、完善港口地图。
在具体应用中，还可以将轨迹网格图和CAD底图互补完善港口地图，包括以下步骤：
分析历史轨迹信息，可通过行驶轨迹构建出具体车道的道路行驶中心线信息；
通过路口处的轨迹线可以构建出路口连接线信息；
将生成的道路网格面和道路行驶中心线，路口连接线结合，把三者投影到二维平面中去，形成港口的基础地图模型。
再通过ArcMap等地图编辑软件，把测绘的CAD底图、道路网格面，按图层进行加载，即可直接修复，更新，完善，基础测绘CAD底图了。也同时可把道路网格面收集回来堆场等贝位信息，作为属性补充给测绘地图了。
如图1所示，本发明还给出了一种面向港口的道路网格化生成系统，包括：
集卡，设置有北斗/GPS等卫星定位设备，用于在作业过程中实时发送当前的定位信息给到物联网网关模块；
IOT网关模块，用于实时接收并处理集卡定位信息，计算出集卡当前位置并形成网格面；
轨迹模块，用于接收IOT网关模块转发的集卡定位信息；并根据集卡定位信息构建集卡的轨迹信息，并根据轨迹信息生成道路网格之间的通行关系；
网格模块，用于汇总集卡的轨迹信息和道路网格之间的通行关系，根据前置形成的集卡所在网格面，及有效的通行轨迹，构建出基础道路网格信息；
和作业调度系统，调度集卡到达目标位置进行压放箱作业；将作业信息中的目标位置和集卡的实时网格信息关联，在道路通行网格图上动态更新作业信息。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所在领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种面向港口的道路网格化生成方法，其特征在于：包括以下步骤：
集卡在作业过程中通过自带的卫星定位设备实时发送当前的定位信息给到物联网网关模块；
物联网网关模块实时接收并处理集卡定位信息，计算出集卡当前位置并形成网格面；
轨迹模块接收物联网网关模块转发的集卡定位信息；并根据集卡定位信息构建集卡的轨迹信息，并根据轨迹信息生成道路网格间的通行关系；
网格模块汇总集卡所在网格面和道路网格间的通行关系，构建出基础的道路通行网格图；
作业调度系统，调度集卡到达目标位置进行压放箱作业；将作业信息中的目标位置和集卡的实时网格信息关联，在道路通行网格图上动态更新作业信息。
2.如权利要求1所述的面向港口的道路网格化生成方法，其特征在于：所述道路网格面的生成方法包括：
规范集卡的停放，集卡停放位置满足：集卡的放箱压箱位置与岸桥或场桥吊杆垂直，或与箱体存放位置平行、对齐；
建立起始网格面，集卡停下来作业时，集卡的车后架对应贝位映射的矩形为起始网格面；
通过集卡的卫星定位点，结合集卡的长度、宽度、速度、方位角，计算出集卡所在的网格面及车道宽度，综合推算出集卡所属网格面，及集卡所属网格面的坐标信息。
3.如权利要求2所述的面向港口的道路网格化生成方法，其特征在于：所述道路网格面的生成方法还包括：
给集卡停车时间点所在网格赋值关键作业信息；所述关键作业信息包括：调度指令的关键性状态信息和关键贝位信息；所述关键性状态信息包括：到达压箱位置和到达放箱位置。
4.如权利要求1所述的面向港口的道路网格化生成方法，其特征在于：所述集卡所属网格面的坐标信息的求解方法为：
所述集卡所属网格面是由5个坐标点组成矩形面，最后一个坐标与第一个坐标重合；
所述集卡所属网格面的坐标信息表示为：
所述集卡所属网格面的坐标信息的求解公式为：
x2＝x1+(L±Gx)cos(aT+180°)
y2＝y1+(L±Gx)sin(aT+180°)
x3＝x2+(Rs±Rp)cos(aT+270°)
y3＝y2+(Rs±Rp)sin(aT+270°)
其中，(xT，yT)为集卡的经纬度信息；aT为方向角；L为车身长度；Gx为坐标点x轴上的偏差，x轴指网格宽度方向；Rs为车道标准宽度；Rp为车道偏差。
5.如权利要求1所述的面向港口的道路网格化生成方法，其特征在于：构建道路通行网格图包括以下步骤：
根据集卡的行驶方向确定网格的方向角；
根据集卡的轨迹信息，生成沿轨迹线分布的连续网格；每个轨迹点对应一个网格；
根据集卡轨迹的先后顺序进行网格编号，建立网格间的通行关系；
根据集卡轨迹构建具体车道的道路行驶中心线；
分析道路行驶中心线，通过空间相邻相交计算，确定该车道和相邻车道的通行关系；
根据集卡变道行驶轨迹，拓展出网格与相邻车道网格的横向通行关系。
6.如权利要求5所述的面向港口的道路网格化生成方法，其特征在于：所述网格长度为集卡行驶速度和单位时间的乘积，所述单位时间为集卡定位信息的上报间隔。
7.如权利要求1所述的面向港口的道路网格化生成方法，其特征在于：还包括：将通行网格图和CAD底图互补完善港口地图，具体包括以下步骤：
分析历史轨迹信息，通过行驶轨迹构建出具体车道的道路行驶中心线信息；
通过路口处的轨迹线构建出路口连接线信息；
将生成的道路网格面和道路行驶中心线，路口连接线结合，把三者投影到二维平面中去，形成港口的基础地图模型；
再通过地图编辑软件，把测绘的CAD底图、道路网格面及作业信息，进行按图层加载，形成港口地图。
8.一种面向港口的道路网格化生成系统，其特征在于，包括：
集卡，设置有卫星定位设备，用于在作业过程中实时发送当前的定位信息给到物联网网关模块；
物联网网关模块，用于实时接收并处理集卡定位信息，计算出集卡当前位置并形成网格面；
轨迹模块，用于接收物联网网关模块转发的集卡定位信息；并根据集卡定位信息构建集卡的轨迹信息，并根据轨迹信息生成道路网格之间的通行关系；
网格模块，用于汇总集卡的轨迹信息和道路网格之间的通行关系，根据前置形成的集卡所在网格面，及有效的通行轨迹，构建出基础的道路通行网格图；
和作业调度系统，用于调度集卡到达目标位置进行压放箱作业；将作业信息中的目标位置和集卡的实时网格信息关联，在道路通行网格图上动态更新作业信息。
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