CN201229497Y - 基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统，该系统包括图像处理模块和吊车行走控制模块，吊车行走控制模块与图像处理模块连接。采用该种结构的基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统，能在线实时获取吊车行走与目标轨迹偏差的运动状态。而且能够根据吊车运动状态进行吊车行走的速度和方向调整，能安全可靠高速度高精度地自动驾驶轮胎吊，而且在手动驾驶时可以对驾驶状况进行监测和报警，利用堆箱位置的标记还可以帮助吊车停靠定位，并提供作业箱区位置。该系统模仿人的操作方式，经济实用，安全可靠，结构简单，适用范围广泛，可有效地解决轮胎吊行走碰撞引起的安全问题，对节能降耗，减少污染，降低劳动强度，均有很大帮助。

Description

基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统

技术领域

本实用新型涉及轮胎吊技术领域，特别涉及集装箱轮胎吊驾驶系统领域，具体是指一种基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统。

背景技术

现代社会中，物流的快速发展使得集装箱吊装越来越追求高效，集装箱堆场内由于集装箱堆放密度使得轮胎吊行走的空间有限，特别是近期港口推广的部分“油改电”技术，往往需要占用宝贵的轮胎吊行走的空间；而轮胎吊司机是从约20米高处来操作吊车行走，且吊车非常庞大，惯性就狠大，给轮胎吊的驾驶造成相当的难度，稍有不慎，就会碰撞集装箱；即使走偏没有发生碰撞集装箱，庞大的轮胎吊调整位置往往必须通过来回往复行走的方式完成，费时费力，也增加了吊车油耗和轮胎磨损。为避免碰撞事故，往往需要对轮胎吊行走进行限速，这样会影响到驾驶效率；还要求司机有高超的技术和高强度的驾驶，会增加劳动成本和强度。

由于轮胎吊行走发生碰撞及其造成的损失是很多港口亟待解决的问题，因此，轮胎吊的自动驾驶系统成为人们普遍关注的技术，自动驾驶不仅可以解决轮胎吊行走发生的碰撞问题，同时还可以减轻驾驶者的劳动强度、降低损耗、减少污染、提高效率。特别是现在大力推广的“油改电”技术，由于其有可能引发轮胎吊行走碰撞问题，防碰撞和自动驾驶成为非常重要的，甚至是必须的技术和装备。

目前已有的基于GPS技术轮胎吊自动驾驶是一种成本很高的无线电卫星定位技术，系统的稳定性不高，定位精度和速度也非常有限，还会受天气影响，还会由于吊车、灯塔的影响出现信号盲区，产品数据会出现短周期的跳动，也不能很好适应轮胎吊大车自身的状态变化，如轮胎气压，小车位置等引起的误差。往往还要增加其它的辅助测量装置来帮助，如编码器、差分GPS等，因此，应用推广受到相当的局限。

已有的基于地面埋设磁感应轨迹，由于需要对堆场地面实施土建工程，工程影响很大，且系统也会受到地面时常散落的金属碎片的干扰，也没有得到推广和应用。

已有的激光防碰撞报警，通常也需要借助一个物理的轨迹目标来作为基准进行定位测量，该物理的轨迹也需要实施工程土建，单独使用非常不经济，可行性很差，目前该技术应用是借助于其它工程已有的物理对象作为轨迹，应用领域和条件非常有限。且目前该技术仅限于用来做防碰撞报警，需要人工驾驶，而不是自动驾驶。

采用“人工智能”的图像处理技术来进行目标定位与其它方法定位不仅仅是定位的方式不同，深层次的是它们的基于的信息量是完全不一样的。也就是讲，其它技术的信息往往是在一维空间上获取的，它们在某个时刻测量系统仅能提高一个位置信号，而图像技术是在二维空间上获取的，它某个时刻提供的是位置的平面图，通过对图像处理可以提炼出一个位置信号，如同人用眼睛和大脑来测量目标距离一样，所以称为“人工智能”的图像处理技术，因此，它可以非常大的程度综合运用大量的信息进行联想、分析、滤波、判断，从而可以排除各种各样的信号干扰得到需要的信息，避免发生误判。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种经济实用、安全可靠、结构简单、适用范围广泛、能够有效地解决轮胎吊行走碰撞引起的安全问题、节能降耗、减少污染、有效降低劳动强度的基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统。

为了实现上述的目的，本实用新型的基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统具有如下构成：

该基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统，其主要特点是，该系统包括图像处理模块和吊车行走控制模块，所述的吊车行走控制模块与图像处理模块相连接。

该基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统中的图像处理模块包括图像目标轨迹和机器视觉装置，所述的机器视觉装置的观测区域设置于图像目标轨迹的对应位置处。

该基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统中的图像目标轨迹可以为在吊车行走路径上的标志线、线段或者所述的标志线与线段的组合。

该基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统中的机器视觉装置中包括摄像机、镜头、照明单元和图像采集处理器，所述的图像采集处理器通过摄像机与镜头相连接。

该基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统中的摄像机、镜头、照明单元至少为两套，分别安装在吊车的一侧，且各摄像机的观测区域位于所述的图像目标轨迹的对应位置处，相距最远的摄像机的观测区域之间的距离不小于3米。

该基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统中的吊车行走控制模块包括行走控制器和至少一个电机驱动装置，所述的行走控制器和电机驱动装置相连接。

该基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统中的行走控制器可以为PLC可编程逻辑控制器、专用控制器或工业电脑。

该基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统中的电机驱动装置包括调速驱动器和电机，所述的电机通过所述的调速驱动器和所述的行走控制器相连接。

该基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统中的调速驱动器可以为交流/直流/伺服调速驱动器，相应的，所述的电机为交流/直流/伺服电机。

采用该种结构的基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统，机器视觉装置用来在线实时获取吊车行走与目标轨迹偏差的运动状态；吊车行走控制器用来对机器视觉装置提供的吊车运动状态进行吊车行走的速度和方向调整；从而可以安全可靠高速度高精度地自动驾驶轮胎吊。进一步，系统在轮胎吊手动驾驶时可以对驾驶状况进行监测和报警。另外，利用堆箱位置的标记，图像系统还可以帮助吊车停靠定位，并提供作业箱区位置。该系统模仿人的操作方式，采用“人工智能”的图像处理技术，经济实用，安全可靠，结构简单，适用范围广泛，可有效地解决轮胎吊行走碰撞引起的安全问题，对节能降耗，减少污染，降低劳动强度，均有很大帮助。

附图说明

图1为本实用新型的基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统的系统结构示意图。

图2为本实用新型的基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统的工作原理示意图。

图3为采用本实用新型的基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统的整体工作流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1所示，在实际使用当中，该提出的基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统，包括图像处理模块1和吊车行走控制模块2，其中，所述的图像处理模块1由图像目标轨迹3和监视目标轨迹的机器视觉装置4组成；所述的图像目标轨迹是由在吊车行走路径上的标志线或线段组成；所述的机器视觉装置4还包括摄像机、镜头、照明单元和图像采集处理器；所述的摄像机、镜头、照明单元不少于两套，分别安装在吊车的一侧有图像目标轨迹的地方，且相距最远的摄像机的观测区域之间的距离不小于3米；所述的吊车行走控制模块2由行走控制器5和电机驱动装置6组成；所述的行走控制器5可以是PLC可编程逻辑控制器或专用控制器或工业电脑；所述的电机驱动装置6包含调速驱动器7和电机8，调速驱动器7和电机8可以是交流的或直流的或伺服的调速驱动器和电机。

在实际使用当中，请参阅图2所示，该实用新型的基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统中，轮胎吊11可以在箱区沿着轮胎吊驾驶轨迹进行整车移动，吊车上图像处理模块由图像目标轨迹13和监视目标轨迹的机器视觉装置12组成；所述的图像目标轨迹13是由在吊车行走路径上的标志线或线段组成；机器视觉装置12安装在轮胎吊的一个侧面，包括摄像机、镜头、照明单元和图像采集处理器；所述的摄像机、镜头、照明单元不少于两套，分别安装在吊车的一侧有图像目标轨迹13的地方，且安装在前后所观测到目标轨迹的距离不小于3米。

请参阅图1所示，该实用新型的基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统中，需要用到在线实时的吊车行走位置和方向信号，通过沿轮胎吊正常行走路径设置图像目标轨迹3(由在吊车行走路径上的标志线或线段组成)和监视目标轨迹的机器视觉装置4(它包括摄像机、镜头、照明单元和图像采集处理器)，采用“人工智能”的图像处理技术，如图像的自动曝光技术、自学习自适应技术、目标自动跟踪技术、图像滤波和抗干扰技术、图像的模式识别技术等等，如同人用眼睛和大脑来测量目标距离一样，通过一个位置的平面图来提炼出一个位置信号，因此，它可以非常大的程度综合运用大量的信息进行联想、分析、滤波、判断，从而可以排除各种各样的信号干扰得到需要的信息，避免发生误判。所述的摄像机、镜头、照明单元不少于两套，分别安装在吊车的一侧有图像目标轨迹的地方，且安装在前后所观测到目标轨迹的距离不小于3米。

为了实现在线实时反馈控制的效果，图像处理的轮胎吊行走信息必须快速、准确，方能进行好的轮胎吊行走控制。

一旦机器视觉装置获取轮胎吊行走信息，立即实时传送给轮胎吊的行走控制器5(它通常是吊车已有的设备，通常由PLC可编程逻辑控制器或专用控制器或工业电脑来实现)，行走控制器内部通过已有的轮胎吊行走模型和先进的控制技术，计算出轮胎吊行走电机8的控制量，通过调试驱动器7来实现轮胎吊的行走控制。所述的调速驱动器7和电机8可以是交流的或直流的或伺服的调速驱动器和电机。

机器视觉装置用来在线实时获取吊车行走与目标轨迹偏差的运动状态；吊车行走控制器用来对机器视觉装置提供的吊车运动状态进行吊车行走的速度和方向调整；从而可以安全可靠高速度高精度地自动驾驶轮胎吊。进一步，系统在轮胎吊手动驾驶时可以对驾驶状况进行监测和报警。另外，利用堆箱位置的标记，图像系统还可以帮助吊车停靠定位，并提供作业箱区位置。该系统模仿人的操作方式，采用“人工智能”的图像处理技术，经济实用，安全可靠，结构简单，适用范围广泛，可有效地解决轮胎吊行走碰撞引起的安全问题，对节能降耗，减少污染，降低劳动强度，均有很大帮助。

请参阅图3所示，该实用新型的基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统中，软件流程是通过轮胎吊的行走控制器5来实现的，首先，读机器视觉装置提供的轮胎吊大车行走的实时位置和方向信息，然后，必须对提供的行走信息判断是否有效，这是因为轮胎吊的行走依赖的信息必须非常可靠，如同人行走时眼睛获取的信息一样，绝对不能有错，而图像是极其容易被污染和遮挡的，因此系统的可靠性采用了一系列技术：

利用“人工智能”的图像处理技术，通过一个位置的平面图来提炼出一个位置信号，因此，它可以非常大的程度综合运用大量的信息进行联想、分析、滤波、判断，从而可以排除各种各样的信号干扰得到需要的信息，避免发生误判。

利用两个摄像机的冗余技术，并且两台摄像机可以看到的轨迹相距不小于3米，这样同时被污染和遮挡的可能性很小。

系统中已经建立了轮胎吊的运动模型，在摄像机短时间(数秒钟甚至数十秒)和短距离(数米甚至数十米)没有信号的情况下，系统仍然可以根据轮胎吊行走运动模型和目前吊车运动的信息智能地推导出有相当高安全裕度的轮胎吊行走信号。

因此，轮胎吊的轨迹信号并一定要时时刻刻都是非常干净和有效，可以在一定的时间内没有轮胎吊的行走轨迹信号。

根据机器视觉提供的轮胎吊在线实时的行走状态与给定的轮胎吊行走轨迹进行比较，并且运用先进的控制技术，如自学习技术、自适应技术、模型预测控制技术等等，通过一系列的电机驱动器的控制信号，来控制轮胎吊的行走电机。

轮胎吊行走的安全性使得行走控制器连续不断地检测轮胎吊的行走状态并判定是否安全，如果不安全，轮胎吊必须采用相应的对策，如，减速、报警或停止。同时系统还不断判断行走是否结束。

在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (9)

1、一种基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统，其特征在于，该系统包括图像处理模块和吊车行走控制模块，所述的吊车行走控制模块与图像处理模块相连接。

2、根据权利要求1所述的基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统，其特征在于，所述的图像处理模块包括图像目标轨迹和机器视觉装置，所述的机器视觉装置的观测区域设置于图像目标轨迹的对应位置处。

3、根据权利要求2所述的基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统，其特征在于，所述的图像目标轨迹为在吊车行走路径上的标志线、线段或者所述的标志线与线段的组合。

4、根据权利要求2所述的基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统，其特征在于，所述的机器视觉装置中包括摄像机、镜头、照明单元和图像采集处理器，所述的图像采集处理器通过摄像机与镜头相连接。

5、根据权利要求4所述的基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统，其特征在于，所述的摄像机、镜头、照明单元至少为两套，分别安装在吊车的一侧，且各摄像机的观测区域位于所述的图像目标轨迹的对应位置处，相距最远的摄像机的观测区域之间的距离不小于3米。

6、根据权利要求1所述的基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统，其特征在于，所述的吊车行走控制模块包括行走控制器和至少一个电机驱动装置，所述的行走控制器和电机驱动装置相连接。

7、根据权利要求6所述的基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统，其特征在于，所述的行走控制器为PLC可编程逻辑控制器、专用控制器或工业电脑。

8、根据权利要求6所述的基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统，其特征在于，所述的电机驱动装置包括调速驱动器和电机，所述的电机通过所述的调速驱动器和所述的行走控制器相连接。

9、根据权利要求8所述的基于图像处理的集装箱轮胎吊自动驾驶系统，其特征在于，所述的调速驱动器为交流/直流/伺服调速驱动器，所述的电机为交流/直流/伺服电机。

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