CN215439237U - 用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统包括包括工控设备、数字相机和激光雷达；所述数字相机和所述激光雷达分别与所述工控设备连接；所述工控设备与所述吊车PLC连接。本实用新型利用激光辅助视觉测量检测，用于集装箱吊装作业时的卡车安全智能保护，综合人工智能算法实时视频分析，实现吊具、负载、卡车位置的实时检测，避免集装箱吊装作业中危险发生。

Description

用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统

技术领域

本实用新型属于基于人工智能算法的机器视觉技术领域，具体涉及一种用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统。

背景技术

卡车安全保护系统(以下简称ATL系统)主要用于规避码头轮胎吊或轨道吊在卸车时将卡车吊起、车头砸撞或吊具拖拽事故的发生。以典型的卡车负载是集装箱为例：集装箱的装卸操作是一种特殊的工作类型，在吊起集装箱时，因为没有完全打开卡车的锁脚，可能会导致两类严重事故：一是吊具将集装箱和卡车整体或一端吊起，二是卡车在和负载没有事实分离的情况下开动。这两类事故都会导致集装箱、吊具和卡车的损坏，更严重的是造成卡车司机伤亡事故。另一种实际吊装过程中可能发生的意外，是卡车卸货时停车位置不正确，使得车头进入原本的集装箱吊起区域。此时如果吊车司机疏于观察或由于条件所限无法观察，仍然按照原本操作流程降下吊具，那么则会发生严重的吊具砸撞卡车车头的事故。

传统的卡车安全保护系统有单独使用激光雷达和单独使用监视相机两条技术路线。前者利用激光扫描测距原理获得一条扫描线上的实时数据，然后与预先保存的模板比对，判断是否有卡车随负载被吊起的情形发生。但是在实际中，卡车和负载的情况千奇百怪，互相组合后有几百上千种可能的情形，单条激光扫描线获得的数据非常不直观，需要耗费开发者付出巨大的时间和管理成本，在吊车脱产情况下，人工调试以制作所有可能的模板数据。加上激光雷达受雨雪、雾霾等室外复杂气象条件的干扰比较大，单独使用激光雷达的防吊起系统，误判率较高，且无法实现卡车车头防砸功能。

单独使用监视相机的技术，相比单独使用激光雷达的技术，最大优点是可以获得实时视频，非常直观。单次取像，相当于从一条线的一维提高到一个面的二维，从而数据量大大增加。总数据量的增加带来有效数据和干扰数据的同时增加。虽然对于监视人员，可以一目了然地快速判断有无吊起事故，但是对传统的自动识别算法提出来了极大的挑战。现有的数字图像防吊起识别，是人为先在图像中划分若干个涵盖卡车托架的子块，然后跟踪子块内每一帧的图像。通过计算子块内当前帧相对于前一帧垂直向上运动的矢量值，来判断是否卡车托架被吊起。该方法的最大缺点是跟踪计算的子块是人为划分的。具体来说，卡车型号、卡车负载和卡车停车位置的变化，都会使得托盘在视频中的位置发生极大变化，结果子块不总是能恰好跟踪到卡车托架，可能跟踪到的是卡车负载，导致误判，或者跟踪到的是背景，导致漏判。另外，因为子块区域很小，该系统也无法实现车头防砸和防拖拽功能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统，利用激光辅助视觉测量检测，综合人工智能算法实时视频分析，实现吊具、负载、卡车位置的实时检测，避免集装箱吊装作业中危险发生。

为了达到上述的目的，本实用新型提供一种用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统，包括工控设备、数字相机和激光雷达；所述数字相机和所述激光雷达分别与所述工控设备连接；所述工控设备与所述吊车PLC连接。

上述用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统，其中，所述激光雷达安装在轮胎吊上，保证卡车在正常作业位置时，能横扫到卡车侧面若干轮胎；所述数字相机安装在轮胎吊上，保证卡车在正常作业位置时，卡车托盘和卡车负载都能进入数字相机视场，同时卡车车头不占据数字相机视场32以上范围。

上述用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统，其中，所述用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统还包括信号触发器，所述信号触发器与所述吊车PLC连接，所述信号触发器与工控设备连接。

上述用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统，其中，在轮胎吊的两端各安装一台数字相机；在轮胎吊的中间下部安装激光雷达；两台数字相机和激光雷达位于轮胎吊的同一侧；工控设备安装于轮胎吊的电气房内，工控设备用光纤连接数字相机和激光雷达，工控设备用网线与同在电气房内的轮胎吊PLC连接。

上述用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统，其中，激光雷达离地200mm～1000mm，激光雷达的扫描平面与水平面的夹角在±15°范围内。

与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果是：

本实用新型的用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统，利用激光辅助视觉测量检测，综合人工智能实时视频分析，实现吊具、负载、卡车位置的实时检测，避免集装箱吊装作业中危险发生。

附图说明

本实用新型的用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统由以下的实施例及附图给出。

图1为本实用新型的用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统的示意图。

图2为本实用新型的用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统的工作流程图。

图3为本实用新型较佳实施例中用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统的安装示意图。

图4a为本实用新型较佳实施例中前置数字相机采集的现场作业数据分割结果图。

图4b为本实用新型较佳实施例中后置数字相机采集的现场作业数据分割结果图。

具体实施方式

以下将结合图1～图4b对本实用新型的用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统作进一步的详细描述。

图1所示为本实用新型的用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统的示意图。

参见图1，所述用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统包括工控设备、数字相机和激光雷达；

所述激光雷达安装在轮胎吊上，保证卡车在正常作业位置时，能横扫到卡车侧面若干轮胎；

所述数字相机安装在轮胎吊上，保证卡车在正常作业位置时，卡车托盘和卡车负载都能进入数字相机视场，同时卡车车头不占据数字相机视场

以上范围；

所述数字相机和所述激光雷达均与所述工控设备连接；所述工控设备与吊车PLC连接；

所述数字相机和所述激光雷达分别实时采集作业现场数据，并发送至所述工控设备；所述工控设备分别对数字相机采集的作业现场数据和激光雷达采集的作业现场数据进行模式识别，并将识别结果发送所述吊车PLC，从而实现对集装箱吊装作业实时检测，所述模式包括集装箱与卡车正常分离模式、卡车拖拽集装箱模式和卡车被吊起模式。

本实用新型的用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统，将数字相机和激光雷达综合互补，保证箱车分离情况能够被百分之百正确地识别。

较佳地，所述用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统还包括信号触发器，所述信号触发器与所述吊车PLC连接，所述信号触发器与工控设备连接；当来车卸货需要所述卡车安全智能保护系统启动检测功能时，所述吊车PLC向所述信号触发器发送指令，由所述信号触发器触发所述工控设备启动模式识别功能。

所述工控设备包括采集服务模块、分离识别模块、报表数据模块、PLC 通讯模块和故障报警模块；所述采集服务模块接收所述数字相机和所述激光雷达发送的作业现场数据；所述分离识别模块采用激光雷达数据模式识别算法对激光雷达采集的作业现场数据进行模式识别，所述分离识别模块采用图像模式识别算法对数字相机采集的作业现场数据进行模式识别；所述报表数据模块用于记录历史数据，包括数字相机采集的作业现场数据和激光雷达采集的作业现场数据，一方面留档备用，另一方面可用于定期训练人工智能算法以提高识别正确率；所述PLC通讯和所述故障报警模块，用于实现所述卡车安全智能保护系统与所述吊车PLC的数据交互，以及对异常状态进行报警与指示。

较佳地，所述激光雷达数据模式识别算法，自动将激光雷达采集的作业现场数据与预先保存的典型光条模式进行比对，从中识别出一种，从而确定当前卡车与集装箱的状态，以判断卡车是否跟随集装箱一起吊起(即根据当前卡车与集装箱的状态判断是否为卡车被吊起模式)。卡车与集装箱正常分离时，波形基本不变；一旦卡车跟随集装箱一起吊起，卡车部分轮胎处的波形数据会发生显著变化。根据被吊起位置的不同，总波形数据上某几个轮胎的波形会消失不见。本实用新型的激光雷达数据模式识别算法不限于此，本实用新型对激光雷达数据模式识别算法不作限定，只要达到根据激光雷达采集的作业现场数据进行模式识别的目的即可。

较佳地，所述图像模式识别算法采用人工智能算法——深度神经网络图像分割算法形成对卡车车头、卡车托架和卡车负载(即集装箱)三类感兴趣目标检测能力，从而实现模式识别：如果图像中检测到卡车车头，且卡车车头所占相机视场面积比例超过预设值(一般为2/3视场面积)，则启动防砸报警；如果检测到集装箱和卡车托架，那么进一步检测集装箱下沿是否与卡车托架上沿正在分离、集装箱有无横向移动以及卡车托架上沿是否有上升，来判断当前是正常分离，还是卡车拖拽了集装箱或卡车被吊起。本实用新型的图像模式识别算法不限于此，本实用新型对图像模式识别算法不作限定，只要达到根据数字相机采集的作业现场数据进行模式识别的目的即可。

图2所示为本实用新型的用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统的工作流程图。

所述用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统上电后有两种工作状态：监视状态和检测状态。在监视状态下，所述数字相机采集图像数据发送所述工控设备，但所述工控设备不会向PLC发送任何报警信息，只单纯以后台形式工作，从而不会发生误报警的情况。在检测状态下，所述数字相机和所述激光雷达分别实时采集作业现场数据，并发送至所述工控设备，所述工控设备分别对数字相机采集的作业现场数据和激光雷达采集的作业现场数据进行模式识别，并将识别和判断的结果，发送给PLC，检测到有潜在危险发生时，即发送报警信息。

若无来车，所述用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统处于监视状态。当有来车卸货，需要本系统启动检测状态时，吊车PLC向工控设备发送指令或吊车PLC通过信号触发器向工控设备发送指令，工控设备启动模式识别功能，进入检测状态。

图3所示为本实用新型较佳实施例中用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统的安装示意图。

本实施例中，用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统包括一台工控设备3、两台数字相机1和一台激光雷达2。

参见图3，在轮胎吊5的两端各安装一台数字相机1，两台数字相机1的安装位置保证在不同卡车卸货位置，卡车托盘和卡车负载都能进入数字相机视场，同时卡车在正常卸货位置时，卡车车头不会占据数字相机视场超过2/3 的范围。在轮胎吊5的中间下部安装激光雷达2，激光雷达2离地200mm～ 1000mm，激光雷达2的扫描平面与水平面的夹角在±15°范围内，以保证卡车在正常作业位置时，激光雷达2可以横扫到卡车侧面的若干个轮胎。两台数字相机1和激光雷达2位于轮胎吊5的同一侧，即两台数字相机1和激光雷达2在卡车同一侧采集作业现场数据。

工控设备3安装于轮胎吊5的电气房内，工控设备3用光纤连接数字相机1和激光雷达2，以接收作业现场数据，工控设备3用网线与同在电气房内的轮胎吊PLC连接。

本实施例中，数字相机1离地约1.4m，激光雷达2离地约50cm，激光雷达的扫描平面与水平面之间的夹角为15°。两台数字相机1通过监控前后两个区域，每个视场面积约2.5m×1.9m。

当外集卡车6进入前后数字相机1的视场后，工控设备3自动识别并分割出视场内感兴趣目标的区域，如图4a和图4b所示。图4a是前置数字相机采集的现场作业数据(图像)分割结果，可以看到自动识别出了车头(tractor)、集装箱(box)和卡车托架(exter)三类目标及其区域。此例中车头未占据超过视场2/3的面积，所以不会触发本系统的防砸警报。图4b是后置数字相机采集的现场作业数据(图像)分割结果，自动识别出了集装箱(box)和卡车托架(exter)这两类目标及其区域。

当轮胎吊5吊具开始卸箱时，吊具先有一个接触集装箱上沿然后锁紧集装箱上吊耳的步骤，此时轮胎吊PLC会发给工控设备3一个吊具闭锁着箱信号；在该步骤中，轮胎吊PLC持续发射吊具闭锁着箱信号(持续若干秒)；工控设备3接收到该信号后进入报警预备状态，同时工控设备3通过人工智能持续实时获取卡车托架高度和集装箱横向位置，作为基准值，直到轮胎吊PLC 发送的吊具闭锁着箱信号消失，进入起吊步骤。

在起吊步骤中，吊具保持集装箱上吊耳锁头锁紧状态，吊具不再接触集装箱上沿，轮胎吊PLC相应给工控设备3发送闭锁未着箱信号；在整个起吊步骤期间，轮胎吊PLC持续发射闭锁未着箱信号，工控设备3不断进行两项处理：一是从当前作业现场数据(即当前视频)中，通过人工智能获取当前卡车托架高度，将当前卡车托架高度与之前保存的基准值相比较，从而实现卡车防吊起的功能；若当前卡车托架高度超过基准值20cm，工控设备3向轮胎吊PLC发送第一报警信号；若当前卡车托架高度超过基准值25cm，工控设备3向轮胎吊PLC发送第二报警信号，且轮胎吊PLC切断吊具上升过程，直至人工干预；二是从当前作业现场数据(即当前视频)中，通过人工智能获取当前集装箱横向位置，将当前集装箱横向位置与之前保存的基准值相比较，从而实现防拖拽功能；若当前集装箱横向位置偏离基准值超过20cm，工控设备3向轮胎吊PLC发送第三报警信号；若当前集装箱横向位置偏离基准值超过25cm，工控设备3向轮胎吊PLC发送第四报警信号，且轮胎吊PLC切断吊具上升过程，直至人工干预。

需要说明的是，数字相机的数量应根据实际情况确定，可以是两台、三台、四台，甚至更多。

通过本实用新型的创新和改进，本实施例可以自动适应各种卡车车头型号和托架型号，误判率随着系统数据库的积累而不断减小，直至和人工监视判断的正确率完全不相上下。从而本实施实例可以完全替代人工监视，保障轮胎吊作业过程的安全。

本实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统，其特征在于，包括工控设备、数字相机和激光雷达；所述数字相机和所述激光雷达分别与所述工控设备连接；所述工控设备与吊车PLC连接；

所述激光雷达安装在轮胎吊上，保证卡车在正常作业位置时，能横扫到卡车侧面若干轮胎；所述数字相机安装在轮胎吊上，保证卡车在正常作业位置时，卡车托盘和卡车负载都能进入数字相机视场，同时卡车车头不占据数字相机视场

以上范围。

2.如权利要求1所述的用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统，其特征在于，所述用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统还包括信号触发器，所述信号触发器与所述吊车PLC连接，所述信号触发器与工控设备连接。

3.如权利要求1所述的用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统，其特征在于，在轮胎吊的两端各安装一台数字相机；在轮胎吊的中间下部安装激光雷达；两台数字相机和激光雷达位于轮胎吊的同一侧；工控设备安装于轮胎吊的电气房内，工控设备用光纤连接数字相机和激光雷达，工控设备用网线与同在电气房内的轮胎吊PLC连接。

4.如权利要求3所述的用于集装箱吊装作业的卡车安全智能保护系统，其特征在于，激光雷达离地200mm～1000mm，激光雷达的扫描平面与水平面的夹角在±15°范围内。

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