DE102009060513A1

DE102009060513A1 - Verfahren zur Ausrichtung eines Zugfahrzeugs, Steuerungsprogramm und Zielführungssystem

Info

Publication number: DE102009060513A1
Application number: DE102009060513A
Authority: DE
Inventors: Sebastian 80469 Dippl; Hans-Peter 91086 Kagerer; Cäsar 81825 Klimowicz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2029-12-24
Also published as: CN102107821A; DE102009060513B4; CN102107821B

Abstract

Zur Ausrichtung eines Zugfahrzeugs auf eine gewünschte Position relativ zu einem Containerkran wird ein auszurichtendes Zugfahrzeug mittels einer Abtasteinrichtung dreidimensional abgetastet. Aus ermittelten Abtastwerten wird ein dreidimensionales Objektmodell für das auszurichtende Zugfahrzeug berechnet. Das berechnete Objektmodell wird mit in einer Datenbank gespeicherten Fahrzeugobjektmodellen auf Übereinstimmung oder Ähnlichkeit verglichen. Bei fehlender Übereinstimmung oder zu geringer Ähnlichkeit wird das berechnete Objektmodell als neues Fahrzeugobjektmodell in der Datenbank gespeichert. Anhand eines dem auszurichtenden Zugfahrzeug zugeordneten Fahrzeugobjektmodells erfolgt eine wahrscheinlichkeitsbasierte Ortung von Objektmerkmalen des Zugfahrzeugs. Aus georteten Objektmerkmalen werden Position und Orientierung des auszurichtenden Zugfahrzeugs ermittelt. In Abhängigkeit von Position und Orientierung des auszurichtenden Zugfahrzeugs wird ein optisches bzw. akustisches Zielführungssignal für die gewünschte Position relativ zum Containerkran erzeugt.

Description

Verfahren zur Ausrichtung eines Zugfahrzeugs auf eine gewünschte Position relativ zu einem Containerkran werden insbesondere in Containerkrananlagen mit Ship to Shore Kränen dazu verwendet, Zugfahrzeuge mit Aufliegern so unter einem Kran zu positionieren, daß Container schnell und genau aufgenommen bzw. abgesetzt werden können. Vielfach erfolgt ein Einweisen von Zugfahrzeugen sogar noch manuell durch Aufsichtspersonen. Dies ist nicht nur häufig ungenau, sondern durchaus extrem gefährlich für Aufsichtspersonen, Kranfahrer und Zugfahrzeugführer. Derzeit existieren am Markt nur wenige automatisierte Lösungen zur Einweisung von Zugfahrzeugen in Containerkrananlagen.
In EP 1 337 454 A1 ist ein Verfahren zur Ausrichtung eines Lastkraftwagens relativ zu einem Kran auf eine gewünschte Position bekannt, bei dem die Position des Lastkraftwagens mittels eines am Kran montierten Laserscanners ermittelt wird. Hierzu werden Positionen von Kanten des Lastkraftwagens ermittelt, insbesondere an einem Auflieger des Lastkraftwagens. Nachteilig bei dem aus EP 1 337 454 A1 bekannten Verfahren ist, daß zur korrekten Positionserfassung benötigte Angaben zu einem Fahrzeugtyp des jeweiligen Lastkraftwagens durch einen Kranführer manuell eingegeben werden müssen. Dies ist zeitaufwendig und fehleranfällig.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schnelles, genaues und zuverlässiges Verfahren zur Ausrichtung eines Zugfahrzeugs auf eine gewünschte Position relativ zu einem Containerkran zu schaffen sowie eine geeignete Implementierung des Verfahrens anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, ein Steuerungsprogramm mit den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen und ein Zielführungssystem mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird zur Ausrichtung eines Zugfahrzeugs auf eine gewünschte Position relativ zu einem Containerkran zunächst ein auszurichtendes Zugfahrzeug mittels einer Abtasteinrichtung dreidimensional abgetastet. Aus ermittelten Abtastwerten wird dann ein dreidimensionales Objektmodell für das auszurichtende Zugfahrzeug berechnet. Das berechnete Objektmodell wird mit in einer Datenbank gespeicherten Fahrzeugobjektmodellen auf Übereinstimmung oder Ähnlichkeit verglichen. Bei fehlender Übereinstimmung oder zu geringer Ähnlichkeit wird das berechnete Objektmodell als neues Fahrzeugobjektmodell in der Datenbank gespeichert. Anhand eines dem auszurichtenden Zugfahrzeug zugeordneten Fahrzeugobjektmodells erfolgt eine wahrscheinlichkeitsbasierte Ortung von Objektmerkmalen des Zugfahrzeugs. Aus georteten Objektmerkmalen werden Position und Orientierung des auszurichtenden Zugfahrzeugs ermittelt. In Abhängigkeit von Position und Orientierung des auszurichtenden Zugfahrzeugs wird ein optisches bzw. akustisches Zielführungssignal für die gewünschte Position relativ zum Containerkran erzeugt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach in bestehenden Containerkrananlagen implementierbar und erfordert zur operativen Ausführung kein speziell geschultes Personal. Darüber hinaus ermöglicht die vorliegende Erfindung schnelle und genaue Ausrichtung eines Zugfahrzeugs auf eine gewünschte Position relativ zu einem Containerkran.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt
1 eine schematische Darstellung eines Zielführungssystems zur Ausrichtung eines Zugfahrzeugs auf eine gewünschte Position relativ zu einem Containerkran,
2 ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Ausrichtung eines Zugfahrzeugs auf eine gewünschte Position relativ zu einem Containerkran.
Das in 1 schematisch dargestellte Zielführungssystem zur Ausrichtung eines Zugfahrzeugs auf eine gewünschte Position relativ zu einem Containerkran ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel in einer Containerkrananlage installiert und umfaßt einen Steuerungsrechner 101 und eine an einem Kran 102 montierte Abtasteinheit 121, beispielsweise einen Laserscanner. Der Kran 102 ist mittels eines durch ein Krangestell 122 geführten Fahrwerks 123 innerhalb eines Umschlagsbereichs der Containerkrananlage verfahrbar und weist ein Hubwerk 124 für Containerlasten auf. Mittels des Laserscanners 121 als Abtasteinrichtung wird ein in den Umschlagsbereich einfahrendes Zugfahrzeug 103 mit einem Auflieger 132 für zu transportierende Container 133 als zu erfassendes und auszurichtendes Objekt dreidimensional abgetastet.
Der Steuerungsrechner 101 umfaßt einen Prozessor 111, einen Arbeitsspeicher 112 sowie ein Speichermedium 113, beispielsweise eine Festplatte, und ist über eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle mit dem Laserscanner 121 und einer Ampel 104 im Umschlagsbereich verbunden. Auf der Festplatte 113 sind Programmcode 114 für eine Vorverarbeitung von Abtastwerten des Laserscanners 121 und Programmcode 115 für eine wahrscheinlichkeitsbasierte Ortung von Objektmerkmalen des Zugfahrzeugs 103 gespeichert. Der Programmcode 114, 115 ist in den Arbeitsspeicher 112 des Steuerungsrechners ladbar und implementiert bei Verarbeitung durch den Prozessor 111 eine Vorverarbeitungseinheit bzw. eine Auswerteeinheit des in 1 dargestellten Positionserfassungssystems. In die Auswerteeinheit ist außerdem eine Signalverarbeitungseinheit zur Erzeugung eines optischen bzw. akustischen Zielführungssignals integriert.
Die beispielsweise durch einen Rechenprozeß im Steuerungsrechner 101 implementierte Vorverarbeitungseinheit dient zur Berechnung eines dreidimensionalen Objektmodells für das auszurichtende Zugfahrzeug 103 aus ermittelten Abtastwerten und zum Vergleich des berechneten Objektmodells mit in einer Datenbank 116 gespeicherten Fahrzeugobjektmodellen auf Übereinstimmung oder Ähnlichkeit.
Durch die Auswerteeinheit, die beispielsweise durch einen Rechenprozeß im Steuerungsrechner 101 implementiert ist, erfolgt anhand eines dem auszurichtenden Zugfahrzeug 103 einschließlich Auflieger 132 zugeordneten Fahrzeugobjektmodells eine wahrscheinlichkeitsbasierte Ortung von Objektmerkmalen. Aus georteten Objektmerkmalen des Zugfahrzeugs 103 und des Aufliegers 132 ermittelt die Auswerteeinheit Position und Orientierung des auszurichtenden Zugfahrzeugs 103.
Entsprechend Schritt 201 des in 2 dargestellten Ablaufdiagramms wird laufend überwacht, ob ein Zugfahrzeug 103, beispielsweise ein LKW, in eine vorgebbare Fahrspur der Containerkrananlage einfährt. Falls dies der Fall ist, werden das Zugfahrzeug 103 und der Auflieger 132 mittels des am Kran montierten Laserscanners 121 abgetastet (Schritt 202). Anschließend wird aus ermittelten Abtastwerten ein dreidimensionales Objektmodell für das auszurichtende Zugfahrzeug 103 mit Auflieger 132 berechnet (Schritt 203). Das dreidimensionale Objektmodell kann beispielsweise durch Zufallsvariablen beschrieben werden. Alternativ dazu kann das dreidimensionale Objektmodell auch durch Segmentierung aus den ermittelten Abtastwerten berechnet werden. Dabei umfaßt das dreidimensionale Objektmodell eine Menge von durch Position und Orientierung gekennzeichneten geometrischen Primitiven, insbesondere Linien, Kreisen, Polygonen, Splines, Flächen, Polygonnetzen, Spline-Patches bzw. sonstigen primitiven Körpern.
Nach Generierung des Objektmodells wird dieses mit in der Datenbank 116 gespeicherten Fahrzeugobjektmodellen auf Übereinstimmung oder Ähnlichkeit verglichen. Entsprechend Schritt 204 wird dabei überprüft, ob ein neuer Fahrzeug- bzw. Aufliegertyp vorliegt. Bei fehlender Übereinstimmung oder zu geringer Ähnlichkeit zu bestehenden Fahrzeugobjektmodellen wird das berechnete Objektmodell als neues Fahrzeugobjektmodell in der Datenbank 116 gespeichert (Schritt 205). Weist dagegen ein in der Datenbank 116 gespeichertes Fahrzeugobjektmodell eine ein vorgegebenes Ähnlichkeitsmaß überschreitende Ähnlichkeit zum berechneten Objektmodell auf, wird das bereits gespeicherte Fahrzeugobjektmodell entsprechend Schritt 206 durch das berechnete Objektmodell aktualisiert. Eine Speicherung eines neuen Fahrzeugobjektmodells in der Datenbank oder eine Aktualisierung eines bestehenden Fahrzeugobjektmodells erfolgt vorzugsweise erst auf Benutzerfreigabe nach vorhergehender Plausibilisierung.
Nach Speicherung oder Aktualisierung des dem auszurichtenden Zugfahrzeug 103 zugeordneten Fahrzeugobjektmodells werden Objektmerkmale des Zugfahrzeugs 103 und des Aufliegers 132 wahrscheinlichkeitsbasiert anhand dieses Fahrzeugobjektmodells geortet (Schritt 207). Aus georteten Objektmerkmalen werden anschließend entsprechend Schritt 208 Position und Orientierung des auszurichtenden Zugfahrzeugs 103 ermittelt. Zusätzlich zu Position und Orientierung des auszurichtenden Zugfahrzeugs 103 werden auch ein Winkel 134 zwischen Zugfahrzeug 103 und Auflieger 132 sowie die Position des Containers 133 auf dem Auflieger 132 ermittelt. Auf Basis einer Positionsmessung für das auszurichtende Zugfahrzeug 103 wird gemäß Schritt 209 ein Zielführungssignal zur Anfahrt einer Be- bzw. Entladeposition erzeugt. Dieses Zielführungssignal wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel an der Ampel 104 im Umschlagsbereich optisch signalisiert. Zusätzlich kann noch ein akustisches Zielführungssignal erzeugt werden.
Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1337454 A1 [0002, 0002]

Claims

Verfahren zur Ausrichtung eines Zugfahrzeugs auf eine gewünschte Position relativ zu einem Containerkran, bei dem – ein auszurichtendes Zugfahrzeug mittels einer Abtasteinrichtung dreidimensional abgetastet wird, – aus ermittelten Abtastwerten ein dreidimensionales Objektmodell für das auszurichtende Zugfahrzeug berechnet wird, – das berechnete Objektmodell mit in einer Datenbank gespeicherten Fahrzeugobjektmodellen auf Übereinstimmung oder Ähnlichkeit verglichen wird, – das berechnete Objektmodell bei fehlender Übereinstimmung oder zu geringer Ähnlichkeit als neues Fahrzeugobjektmodell in der Datenbank gespeichert wird, – anhand eines dem auszurichtenden Zugfahrzeug zugeordneten Fahrzeugobjektmodells eine wahrscheinlichkeitsbasierte Ortung von Objektmerkmalen des Zugfahrzeugs erfolgt, – aus georteten Objektmerkmalen Position und Orientierung des auszurichtenden Zugfahrzeugs ermittelt werden, – in Abhängigkeit von Position und Orientierung des auszurichtenden Zugfahrzeugs ein optisches und/oder akustisches Zielführungssignal für die gewünschte Position relativ zum Containerkran erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das dreidimensionale Objektmodell durch Zufallsvariablen beschrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das dreidimensionale Objektmodell durch Segmentierung aus den ermittelten Abtastwerten berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das dreidimensionale Objektmodell eine Menge von durch Position und Orientierung gekennzeichneten graphischen Primitiven, insbesondere Linien, Kreisen, Polygonen, Splines, Flächen, Polygonnetzen und/oder Spline-Patches umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein in der Datenbank gespeichertes Fahrzeugobjektmodell bei einer ein vorgegebenes Ähnlichkeitsmaß überschreitenden Ähnlichkeit zum für das auszurichtende Zugfahrzeug berechneten dreidimensionalen Objektmodell durch das berechnete Objektmodell aktualisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine Speicherung eines neuen Fahrzeugobjektmodells in der Datenbank oder eine Aktualisierung eines bestehenden Fahrzeugobjektmodells anhand des berechneten dreidimensionalen Objektmodells erst auf Benutzerfreigabe erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das auszurichtende Zugfahrzeug mit einem Auflieger verbunden ist, und bei dem aus den georteten Objektmerkmalen zusätzlich zu Position und Orientierung des auszurichtenden Zugfahrzeugs ein Winkel zwischen Zugfahrzeug und Auflieger sowie eine Position einer Last auf dem Auflieger ermittelt werden.
Verfahren einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Zugfahrzeug mittels eines an einem Containerkran montierten Sensors abgetastet wird, und bei dem das Zugfahrzeug durch den Sensor abgetastet wird, sobald es in eine vorgebbare Fahrspur der Containerkrananlage einfährt, und bei dem auf Basis einer Positions- oder Abstandsmessung für das Zugfahrzeug ein Zielführungssignal zur Anfahrt einer Be- und/oder Entladeposition erzeugt wird.
Steuerungsprogramm, das in einen Arbeitsspeicher eines Steuerungsrechners ladbar ist und zumindest einen Codeabschnitt aufweist, bei dessen Ausführung – eine dreidimensionale Abtastung eines auszurichtenden Zugfahrzeugs mittels einer Abtasteinrichtung veranlaßt wird, – aus ermittelten Abtastwerten ein dreidimensionales Objektmodell für das auszurichtende Zugfahrzeug berechnet wird, – das berechnete Objektmodell mit in einer Datenbank gespeicherten Fahrzeugobjektmodellen auf Übereinstimmung oder Ähnlichkeit verglichen wird, – das berechnete Objektmodell bei fehlender Übereinstimmung oder zu geringer Ähnlichkeit als neues Fahrzeugobjektmodell in der Datenbank gespeichert wird, – anhand eines dem auszurichtenden Zugfahrzeugs zugeordneten Fahrzeugobjektmodells eine wahrscheinlichkeitsbasierte Ortung von Objektmerkmalen des Zugfahrzeugs erfolgt, – aus georteten Objektmerkmalen Position und Orientierung des auszurichtenden Zugfahrzeugs ermittelt werden, – eine Erzeugung eines optischen und/oder akustischen Zielführungssignals für eine gewünschte Position relativ zu einem Containerkran in Abhängigkeit von Position und Orientierung des auszurichtenden Zugfahrzeugs veranlaßt wird, wenn das Steuerungsprogramm im Steuerungsrechner abläuft.
Zielführungssystem zur Ausrichtung eines Zugfahrzeugs auf eine gewünschte Position relativ zu einem Containerkran mit – einer Abtasteinrichtung zur dreidimensionalen Abtastung eines auszurichtenden Zugfahrzeugs, – einer Vorverarbeitungseinheit zur Berechnung eines dreidimensionalen Objektmodells für das auszurichtende Zugfahrzeug aus ermittelten Abtastwerten und zum Vergleich des berechneten Objektmodells mit in einer Datenbank gespeicherten Fahrzeugobjektmodellen auf Übereinstimmung oder Ähnlichkeit, – einer Auswerteeinheit zur wahrscheinlichkeitsbasierten Ortung von Objektmerkmalen des Zugfahrzeugs anhand eines dem auszurichtenden Zugfahrzeugs zugeordneten Fahrzeugobjektmodells und zur Ermittlung von Position und Orientierung des auszurichtenden Zugfahrzeugs aus georteten Objektmerkmalen, – einer Signalverarbeitungseinheit zur Erzeugung eines optischen und/oder akustischen Zielführungssignals für eine gewünschte Position relativ zu einem Containerkran in Abhängigkeit von Position und Orientierung des auszurichtenden Zugfahrzeugs.