DE102007060856A1 - Lane determining method, involves determining stopping point of movable objects e.g. lorry, with sensor arrangement, and determining lanes from stopping points of movable objects with statistic process - Google Patents
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Abstract
Description
Eine Sensoranordnung, welche beispielsweise auf einem Kran montiert ist, dient zur Messung (bzw. Schätzung) der Position und Lage beweglicher Objekte, wie etwa des Krans selbst oder einer Fracht, z. B. eines Containers. Als weitere Verwendungen kommen etwa die Messung der Position und Lage eines Fahrzeugs oder eines beweglichen Bauteils des Krans selbst in Betracht.A Sensor arrangement, which is mounted for example on a crane, serves to measure (or estimate) the position and position movable objects, such as the crane itself or a cargo, z. B. a container. Other uses include measurement the position and position of a vehicle or a moving component of the crane itself.
Bei dem Kran kann es sich beispielsweise um einen Ladekran handeln. Ladekrane werden auf Güterumschlagplätzen, Lagerplätzen, in Montagehallen und Werften sowie beim Gleisbau eingesetzt. Bei einem Ladekran für Kraftfahrzeuge ist der Boden gegenüber dem Ladekran geneigt, damit Wasser abfließen kann. Weiterhin sind auf dem Boden unter dem Ladekran Spuren für Lastwagen markiert.at For example, the crane can be a loading crane. Loading cranes are used at freight transhipment sites, storage areas, used in assembly halls and shipyards as well as in track construction. at A loading crane for motor vehicles is opposite the ground inclined to the loading crane, so that water can drain off. Farther are on the ground under the loading crane tracks for trucks marked.
Eine Ausführung eines Ladekrans ist ein Portalkran. Dieser überspannt einen Lade- und Arbeitsbereich wie ein Portal. In der Regel laufen seine Seitenwände mit Rädern auf zwei parallelen Schienen. Auf der Kranbrücke, dem horizontalen Teil des Portalkrans, bewegt sich eine Laufkatze mit einem Hubwerk. Alternativ kann auch ein Schienendrehkran auf der Kranbrücke montiert sein.A The design of a loading crane is a gantry crane. This spans a loading and working area like a portal. In general, run its sidewalls with wheels on two parallel Rails. On the crane bridge, the horizontal part of the Portal crane, a trolley moves with a hoist. alternative Also, a rail crane can be mounted on the crane bridge be.
Weiterhin kommen als Ladekran auch ein Brückenkran, ein Halbportalkran, ein Bockkran sowie ein Portaldrehkran in Betracht.Farther come as loading crane also a bridge crane, a half portal crane, a gantry crane and a portal crane in consideration.
Bewegliche Teile eines Krans sind z. B. die Laufkatze oder der Spreader – ein Hebezeug, mit dem Container ergriffen werden können.portable Parts of a crane are z. B. the trolley or the spreader - a Hoist, with which containers can be taken.
Im Kontext eines Ladekrans dienen die Messungen der Sensoranordnung als Grundlage, um LKW-Fahrern zu signalisieren, wo sie anzuhalten haben. Weiterhin kann aufgrund solcher Messungen der Kran selbst gesteuert werden.in the Context of a loading crane serve the measurements of the sensor array as a basis to signal truck drivers where to stop to have. Furthermore, due to such measurements, the crane itself to be controlled.
Die Sensoranordnung kann beispielsweise aus einem oder mehreren der folgenden Elemente zusammengesetzt sein: einem 3D-Laserscanner, einem schwenkbaren 2D-Laserscanner oder einer Videokamera. Die Elemente der Sensoranordnung werden üblicherweise derart im Tragwerk des Krans angebracht, dass – im Falle eines Portalkrans – mehrere Spuren für LKW oder Gleise für Eisenbahnwaggons überstrichen werden.The Sensor arrangement may for example consist of one or more of the the following elements: a 3D laser scanner, a tiltable 2D laser scanner or a video camera. The Elements The sensor arrangement are usually such in the structure attached to the crane that - in the case of a gantry crane - several Traces for trucks or railroad tracks overlined become.
Damit die Sensoranordnung in der beschriebenen Weise verwendet werden kann, ist es erforderlich, sie zu kalibrieren. Das bedeutet, dass die folgenden Koordinatensysteme zueinander in Beziehung gesetzt werden müssen:
- – Das Sensor-Koordinatensystem eines oder mehrerer Laserscanner, die in der Sensoranordnung verbaut sind,
- – das Kamera-Koordinatensystem einer oder mehrerer Kameras, sofern diese im Rahmen der Sensoranordnung verbaut sind,
- – das Kran-Koordinatensystem des Krans, bezüglich dem z. B. Laufkatze und Spreader lokalisiert werden,
- – das Boden-Koordinatensystem, bezüglich dessen ggf. Spuren für Lastwagen oder Gleise für Eisenbahnwaggons gegeben sind, welche beladen und entladen werden.
- The sensor coordinate system of one or more laser scanners installed in the sensor arrangement,
- The camera coordinate system of one or more cameras, provided that they are installed in the frame of the sensor arrangement,
- - The crane coordinate system of the crane, with respect to the z. Trolley and spreader are located,
- - The ground coordinate system, with respect to which, if necessary, tracks for trucks or railroad railroad tracks are given, which are loaded and unloaded.
Die Kalibrierung wird im Stand der Technik beispielsweise dadurch gelöst, dass ein speziell zu diesem Zweck angefertigter und bereitgehaltener Kalibrierkörper auf den Boden im Bereich des Krans gestellt und in Bezug auf den Kran bzw. das Kran-Koordinatensystem durch einen Vermessungsingenieur manuell vermessen wird. Zusätzlich können Fahrspuren manuell in Bezug auf den Kran oder auf den Kalibrierkörper vermessen werden. Die Sensoranordnung erfasst anschließend den Kalibrierkörper, woraus sich Koordinatentransformationen zwischen dem Sensor-Koordinatensystem und den übrigen Koordinatensystemen erschließen lassen. Nachteilig wirkt sich hierbei aus, dass der laufende Betrieb des Krans für die Kalibrierung längere Zeit unterbrochen werden muss.The Calibration is solved in the prior art, for example by that a specially prepared and prepared for this purpose Calibration body placed on the ground in the area of the crane and with respect to the crane or crane coordinate system manually survey a surveyor. additionally Can lanes manually with respect to the crane or on to measure the calibration body. The sensor arrangement then captures the calibration body, from which Coordinate transformations between the sensor coordinate system and the other coordinate systems to let. The disadvantage here is that the current operation of the crane for calibration to be interrupted for a long time got to.
Im Kontext der Automatisierung der Ladekrananlage ist eine spezifische Kalibrierung der Sensoranordnung für die jeweiligen Arbeitsabläufe wünschenswert. Häufig finden sich in der Umgebung der Ladekrananlage Strukturierungsmerkmale, welche lediglich optisch erfasst werden können. Ein Beispiel hierfür sind auf den Boden aufgemalte Spurmarkierungen, welche die Lage der Fahrspuren anzeigen. Bei Einbindung eines optischen Sensors (etwa einer Kamera) in die Sensoranordnung muss eine Koordinatentransformation zwischen dem Kamera-Koordinatensystem und den übrigen Koordinatensystemen bestimmt werden.in the Context of the automation of the loading crane system is a specific one Calibration of the sensor arrangement for the respective work processes desirable. Often found in the area the loading crane structuring features, which only optically can be detected. An example of this is Lane markings painted on the ground indicating the location of the lanes Show. When integrating an optical sensor (such as a camera) in the sensor array, a coordinate transformation between the camera coordinate system and the other coordinate systems become.
Ausgehend von dieser Kalibrierung bleibt noch die Lage der Fahrspuren, auf denen Fahrzeuge in der Ladekrananlage fahren, zu bestimmen. Eine automatische Erkennung der Fahrspuren wird in den beschriebenen Anwendungen in großen Krananlagen durch deren große Abmessungen und nicht standardisierten visuellen Merkmale erschwert. So können beispielsweise die Spurmarkierungen unterschiedlich ausfallen. Deshalb ist es im Stand der Technik erforderlich, weitere, in ihren optischen und geometrischen Merkmalen genau definierte Kalibrierkörper in die Anlage einzubringen, um anhand dieser die Kalibrierung vorzunehmen. Auch eine manuelle Vermessung der Spurmarkierungen bedeutet hier zusätzlichen Aufwand.outgoing from this calibration remains the location of the lanes, on which vehicles drive in the loading crane system. An automatic Detection of lanes is described in the applications described in large cranes due to their large dimensions and non-standardized visual features. So can For example, the lane markings will be different. Therefore It is necessary in the prior art, more, in their optical and geometric features accurately defined calibration into the system in order to carry out the calibration on the basis of this. Also a manual measurement of the lane markings means here additional effort.
Die Bestimmung der Fahrspuren dient dem Zweck, zur Automatisierung der Ladekrananlage vorhersagen zu können, wo sich Lastkraftwagen befinden werden. Nachteilig wirkt sich hierbei aus, dass der laufende Betrieb der Ladekrananlage für die manuelle Vermessung der Fahrspuren unterbrochen werden muss.The Determination of lanes serves the purpose of automating the Loader crane system to be able to predict where trucks be located. The disadvantage here is that the current Operation of the loading crane system for manual surveying the lanes must be interrupted.
Es stellt sich somit die Aufgabe, ein Verfahren und eine Sensoranordnung zur Ermittlung von Fahrspuren anzugeben, welche eine Störung des laufenden Betriebs der Ladekrananlage verringern.It thus sets itself the task, a method and a sensor arrangement to identify lanes indicating a fault reduce the ongoing operation of the loading crane.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und die Sensoranordnung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These The object is achieved by the method and the sensor arrangement according to the independent claims solved. Preferred developments emerge from the dependent Claims.
Bei dem Verfahren zur Ermittlung von Fahrspuren mit einer Sensoranordnung werden mit der Sensoranordnung Aufenthaltspunkte von beweglichen Objekten ermittelt. Die Fahrspuren werden anschließend aus den Aufenthaltspunkten ermittelt.at the method for determining lanes with a sensor arrangement be with the sensor arrangement points of residence of mobile Determined objects. The lanes are subsequently determined from the residence points.
Die Sensoranordnung zur Ermittlung von Fahrspuren weist einen Datenspeicher auf, in dem Aufenthaltspunkte von beweglichen Objekten speicherbar sind, und ferner eine Recheneinheit, welche zur Ermittlung der Fahrspuren aus den gespeicherten Aufenthaltspunkten eingerichtet ist.The Sensor arrangement for determining lanes has a data memory on, in the residence points of moving objects storable are, and further a computing unit, which for determining the lanes is set up from the stored residence points.
Dem Verfahren und der Sensoranordnung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die beweglichen Objekte (etwa Fahrzeuge, insbesondere Lastkraftwagen, bewegliche Teile des Ladekrans, insbesondere Laufkatzen oder Spreader, oder Frachtstücke, insbesondere Container) sich im Wesentlichen dort aufhalten, wo auch die Fahrspuren auf dem Boden des Ladehofs eingezeichnet sind. Aus den Aufenthaltspunkten der beweglichen Objekte kann so auf die Lage der Fahrspuren geschlossen werden.the Method and the sensor arrangement is based on the knowledge that the moving objects (such as vehicles, in particular lorries, moving parts of the loading crane, in particular trolleys or spreaders, or freight items, in particular containers) essentially Stop there, where the lanes on the floor of the loading yard are drawn. From the location of moving objects can be closed so on the location of the lanes.
Es werden somit diejenigen Strukturen, welche das Bewegungsverhalten der beweglichen Objekte steuern sollen, aus dem Bewegungsverhalten der beweglichen Objekte gefolgert.It become thus those structures, which the movement behavior to control the moving objects, from the movement behavior of inferred from moving objects.
Dies bietet eine Reihe von Vorteilen. Da ein 3D-Laserscanner, welcher lediglich Entfernungsmessdaten auswertet, Spurmarkierungen, welche auf dem Boden des Ladehofs eingezeichnet sind, nicht erfassen kann, wird es nun möglich, den Laserscanner dennoch zur Ermittlung der Fahrspuren einzusetzen, indem dieser die Aufenthaltspunkte der Lastwagen ermittelt. So werden die Fahrspuren unmittelbar im Sensor-Koordinatensystem der Sensoranordnung ermittelt. Hierdurch entfallen manuelle Ver messungen der Fahrspuren sowie eine Ermittlung einer Koordinatentransformation zwischen einem Boden-Koordinatensystem und dem Sensor-Koordinatensystem. Vielmehr werden die Koordinatentransformationen zwischen den verwendeten Koordinatensystemen ohne händische Vermessung automatisch ermittelt. Dies ist genauer und verringert den Aufwand bei der Installation und Aufschaltung der Sensoranordnung.This offers a number of advantages. As a 3D laser scanner, which only evaluates distance measurement data, lane markings, which on located at the bottom of the loading yard, can not detect It is now possible, the laser scanner yet to determine the lanes by this the residence points of the trucks determined. So the lanes are directly in the sensor coordinate system the sensor arrangement determined. This eliminates manual Ver measurements the lanes and a determination of a coordinate transformation between a ground coordinate system and the sensor coordinate system. Rather, the coordinate transformations between the used Coordinate systems without manual measurement automatically determined. This is more accurate and reduces the effort of installation and connection of the sensor arrangement.
Mit der manuellen Vermessung der Fahrspuren entfällt der Aufwand für das Erstellen, Zwischenlagern, Platzieren und Wegräumen der Kalibrierkörper. Hierdurch werden Kosten eingespart. Weiterhin wird der laufende Betrieb der Ladekrananlage nicht gestört, da die Auswertung des Fahrverhaltens der Lastwagen und die Ermittlung der Fahrspuren im Hintergrund während des laufenden Betriebs erfolgen.With the manual measurement of the lanes eliminates the effort for creating, interim storage, placing and putting away the calibration body. This saves costs. Furthermore, the ongoing operation of the loading crane system is not disturbed, since the evaluation of the driving behavior of the truck and the determination lanes in the background during ongoing operation respectively.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass etwa auf eine Videokamera verzichtet werden kann, um die lediglich optisch erfassbaren Spurmarkierungen zu bestimmen. Schließlich bieten das Verfahren und die Sensoranordnung auch den Vorteil, nachträgliche Veränderungen in der Anlage, wenn die Fahrspuren neu definiert werden, automatisch zu erkennen. Die Sensoranordnung wird in die Lage versetzt, sich in diesem Fall automatisch nachzukalibrieren.One Another advantage is that waives about a video camera can be to the only optically detectable lane markings determine. Finally, provide the method and the sensor arrangement also the advantage of subsequent changes in the plant, when the lanes are redefined, automatically to recognize. The sensor assembly is capable of becoming recalibrate automatically in this case.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:in the Below, embodiments of the invention are based on explained in more detail by figures. Show it:
Die
Messdaten können beispielsweise durch Schwenk eines 2D-Laserscanners über
die Teile des Krans
Die
Kran-Messdaten
Hierbei
handelt es sich um Entfernungs-Messdaten. In einem zweiten Schritt
In
einem dritten Schritt
Das
Verfahren zur Kalibrierung der Sensoranordnung
Im
Folgenden wird ein hierzu geeigneter Algorithmus exemplarisch angegeben.
Es sind beliebige andere Algorithmen möglich. Der Algorithmus
berechnet hilfsweise das Kran-Koordinatensystem
Im
Szenario eines Portalkrans in einem Hafen werden als Kran-Messdaten
Eine
Hauptachsentransformation (beschrieben in:
Ebenfalls
durch Hauptachsentransformation wird auf den 3D-Messpunkten in den
Boden-Messdaten
Anschließend
ergibt sich der x-Richtungsvektor sowohl des Boden-Koordinatensystems
Im
nächsten Schritt wird der z-Richtungsvektor des Kran-Koordinatensystems
aus dem Kreuzprodukt des x-Richtungsvektors und des y-Richtungsvektors
des Kran-Koordinatensystems
Als
Ursprung des Kran-Koordinatensystems
Anschließend
werden die 3D-Messpunkte in den Kran-Messdaten
Als
Ursprung des Boden-Koordinatensystems
Nun
können Fahrspuren unter dem Kran
Anhand
der ermittelten Koordinatensysteme wird jeweils eine Koordinatentransformation
zu dem Sensor-Koordinatensystem
Ermittlung der Fahrspuren:Determination of lanes:
Zur
Ermittlung der Fahrspuren wird über einen hinreichend langen
Zeitraum hinweg beobachtet, wo sich bewegliche Objekte (etwa Fahrzeuge,
insbesondere Lastkraftwagen, bewegliche Teile des Ladekrans, insbesondere
Laufkatzen oder Spreader, oder Frachtstücke, insbesondere
Container) auf dem Ladehof in der Krananlage befinden. Das Messintervall kann
alternativ durch eine vorgegebene erforderliche Anzahl von Beobachtungsfällen
definiert werden. Im Messintervall wird ein Normalbetrieb im Ladehof
unter dem Ladekran beobachtet. Aus den hierbei gewonnenen Messdaten
der Sensoranordnung
Hierdurch wird es möglich, auf eine Videokamera zu verzichten und die Ermittlung der Fahrspuren stattdessen mit einem 3D-Laserscanner durchzuführen. Hierzu nimmt der 3D-Laserscanner während dem definierten Messintervall dreidimensionale Scans vom Ladehof in der Ladekrananlage in ihrem Normalbetrieb auf. Aus den Scans werden anschließend Aufenthaltspunkte von beweglichen Objekten, insbesondere Lastkraftwagen, ermittelt. Diese Aufenthaltspunkte weisen über die Statistik aller Scans hinweg Häufungspunkte auf, welche den Fahrspuren entsprechen. Die Parameter, welche die Lage der Fahrspuren beschreiben, werden somit aus den beobachteten Aufenthaltspunkten der beweglichen Objekte gefolgert.hereby it becomes possible to dispense with a video camera and the determination of the lanes instead with a 3D laser scanner perform. For this purpose, the 3D laser scanner takes during the defined measuring interval three-dimensional scans from the loading yard in the loading crane system in its normal operation. Out of the scans subsequently residence points of moving objects, in particular Truck, determined. These residence points over the statistics of all scans across accumulation points on which correspond to the lanes. The parameters indicating the location of the lanes describe, thus become from the observed residence points inferred from the moving objects.
Mit
der manuellen Vermessung der Fahrspuren wird somit erheblicher Installationsaufwand
bei der Aufschaltung der Sensoranordnung
Ein
weiterer Vorteil liegt darin, dass die Fahrspuren unmittelbar im
Sensor-Koordinatensystem (
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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