基于激光和视觉融合的船舶扫描和吊具防撞系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于激光和视觉融合的船舶扫描和吊具防撞系统及方法，该系统包括激光扫描仪、视觉采集仪、船舶扫描视觉控制器、船舶扫描激光控制器、岸桥PLC控制器。激光扫描仪和视觉采集仪根据扫描指令和拍摄指令，对船舶轮廓和船舶上集装箱堆码轮廓进行连续扫描和图像拍摄，船舶扫描视觉控制器对拍摄的图像进行图像处理，得到船舶轮廓立体空间图像；船舶扫描激光控制器根据接收的扫描数据，得到船舶轮廓点云数据，并根据接收的船舶轮廓立体空间图像，对船舶轮廓点云数据进行校正，实现对船舶轮廓的精确扫描与识别，并通过岸桥PLC控制器，控制岸桥小车的移动和吊具的升降，实现岸桥吊具避障，实现集装箱海陆侧软着陆。实现集装箱海陆侧软着陆。实现集装箱海陆侧软着陆。

【技术实现步骤摘要】
基于激光和视觉融合的船舶扫描和吊具防撞系统及方法


[0001]本专利技术涉及集装箱码头岸桥
，尤其涉及一种基于激光和视觉融合的船舶扫描和吊具防撞系统及方法。

技术介绍

[0002]岸边桥式起重机(简称岸桥)是集装箱码头作业的重要机械，是位于船舶上空进行集装箱吊运的其中设备，其效率、安全、作业正确性对码头作业有着重要影响。岸边桥式起重机具有吊具钢索长、起升和小车速度快的特点。在船舶上方作业时，由于司机看不清下方情况，可能会出现着箱过快导致箱损，甚至与船上结构发生碰撞造成损失。同时，由于船舶作业时受到潮汐涨落、缆绳松弛、配重变化等影响，会发生晃动、漂离岸边(离帮)等现象，对作业产生安全影响。
[0003]目前国内外针对集装箱码头岸桥下船舶的船舶轮廓扫描系统，通过利用激光扫描仪对船舶轮廓进行扫描，实现防撞功能，但功能较为单一；而且受到激光扫描仪精度的限制，现有系统仅能够检测足够大的障碍物，无法满足船舶船槽等精确定位的需求，无法对船舶上目标集装箱吊装锁孔进行精确定位；此外，由于环境对激光扫描仪的影响及扫描系统自身的故障因素，激光设备的可信度较差，无法保证实现海陆侧的软着陆。

技术实现思路

[0004]为解决上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于激光和视觉融合的船舶扫描和吊具防撞系统及方法，通过激光扫描和视觉采集，对岸桥下的船舶轮廓进行完整扫描与识别，满足船舶的纵向位移、船舶上船槽及集装箱锁孔的精确定位，精确测量岸桥吊具的高度值和岸桥小车的位置信息，实现岸桥吊具避障，实现集装箱海陆侧软着陆。
[0005]第一方面，本公开提供了一种基于激光和视觉融合的船舶扫描和吊具防撞系统。
[0006]一种基于激光和视觉融合的船舶扫描和吊具防撞系统，包括激光扫描仪、视觉采集仪、船舶扫描视觉控制器、船舶扫描激光控制器；
[0007]所述激光扫描仪用于接收船舶扫描激光控制器下发的扫描指令，根据扫描指令对船舶轮廓和船舶上集装箱堆码轮廓进行连续扫描，将扫描数据上传至船舶扫描激光控制器；
[0008]所述视觉采集仪用于接收船舶扫描视觉控制器下发的图像拍摄指令，根据拍摄指令对船舶轮廓和船舶上集装箱堆码轮廓进行连续图像拍摄，将图像数据上传至船舶扫描视觉控制器；
[0009]所述船舶扫描视觉控制器用于根据接收的图像数据，通过图像处理，得到船舶轮廓立体空间图像，将船舶轮廓立体空间图像发送至船舶扫描激光控制器；
[0010]所述船舶扫描激光控制器用于根据接收的扫描数据，得到船舶轮廓点云数据，同时根据接收的船舶轮廓立体空间图像，对船舶轮廓点云数据进行校正，得到最终的船舶轮廓。
[0011]进一步的技术方案，所述系统还包括岸桥PLC控制器、起升编码器和岸桥小车编码器；
[0012]所述岸桥PLC控制器与起升编码器、岸桥小车编码器电连接，用于获取编码器信息数据和吊具开闭锁状态数据，并将所获取的数据发送至船舶扫描激光控制器；
[0013]所述岸桥PLC控制器还用于接收船舶扫描激光控制器下发的控制指令，根据控制指令，控制岸桥小车编码器和起升编码器，进而控制岸桥小车的移动和吊具的升降。
[0014]进一步的技术方案，所述系统还包括DP模块，所述DP模块为转换模块，连接岸桥PLC控制器和船舶扫描激光控制器，用于岸桥PLC控制器和船舶扫描激光控制器之间的通信协议转换及通信数据传输。
[0015]进一步的技术方案，所述系统还包括光电模块和显示模块，所述船舶扫描激光控制器通过光电模块将获取的船舶轮廓转换为图像，通过显示模块进行可视化显示。
[0016]进一步的技术方案，所述船舶扫描视觉控制器根据船舶轮廓立体空间图像，定位船舶导槽和目标集装箱锁孔，并将视觉检测的船舶导槽和目标集装箱锁孔定位信息传输至船舶扫描激光控制器；
[0017]所述船舶扫描激光控制器根据接收的船舶导槽和目标集装箱锁孔定位信息，结合检测的岸桥小车位置、吊具高度以及岸桥状态数据，向岸桥PLC控制器下发控制指令；
[0018]所述岸桥PLC控制器根据接收的控制指令，控制岸桥小车编码器和起升编码器，进而控制岸桥小车的移动和吊具开闭锁及升降。
[0019]进一步的技术方案，所述船舶扫描视觉控制器根据船舶轮廓立体空间图像，检测当前作业贝位的最高障碍物高度，并将视觉检测的最高障碍物高度传输至船舶扫描激光控制器；
[0020]所述船舶扫描激光控制器检测岸桥小车位置和吊具高度，并根据船舶轮廓点云数据，检测当前作业贝位的最高障碍物高度；
[0021]所述船舶扫描激光控制器根据接收的视觉检测的最高障碍物高度进行数据校正，根据校正后的最高障碍物高度和吊具高度，进行碰撞判断，并根据碰撞判断结果下发控制指令和告警，控制岸桥小车的移动和吊具的升降。
[0022]进一步的技术方案，所述系统还包括报警模块，用于根据船舶扫描激光控制器下发的告警信息，进行碰撞告警。
[0023]第二方面，本公开提供了一种基于激光和视觉融合的船舶扫描和吊具防撞方法。
[0024]一种基于激光和视觉融合的船舶扫描和吊具防撞方法，基于第一方面所提出的基于激光和视觉融合的船舶扫描和吊具防撞系统实现，包括：
[0025]初始化激光扫描仪安装参数和岸桥结构参数；
[0026]基于激光扫描仪安装参数，以激光扫描仪的安装位置为原点，将激光扫描极坐标数据转换到激光直角坐标系；
[0027]视觉采集仪标定；
[0028]基于视觉采集，获取船舶轮廓的连续二维图像，基于所获取的二维图像坐标与双目摄像机标定的内外参数，得到船舶轮廓立体空间图像；
[0029]基于激光扫描，获取激光扫描数据，形成船舶轮廓点云数据；
[0030]融合基于视觉采集的船舶轮廓立体空间图像和基于激光扫描的船舶轮廓点云数
据，识别船舶轮廓。
[0031]进一步的技术方案，还包括目标集装箱锁孔定位方法，包括：
[0032]基于视觉采集，获取船舶上集装箱堆码轮廓的连续二维图像，基于所获取的二维图像坐标与双目摄像机标定的内外参数，得到船舶上集装箱堆码的空间位置图像；
[0033]对所获取的图像进行预处理及边缘检测，识别目标集装箱，确定集装箱锁孔的三维坐标。
[0034]进一步的技术方案，还包括：
[0035]基于激光扫描和视觉采集，检测在起升过程中岸桥小车的位置、起升高度和吊具高度，同时分别检测当前作业贝位的最高障碍物高度；
[0036]基于视觉采集的检测数据，对激光扫描的数据进行数据校正，根据校正后的最高障碍物高度和吊具高度，进行碰撞判断，并根据碰撞判断结果下发控制指令和告警，控制岸桥小车的移动和吊具的升降。
[0037]以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0038]1、本专利技术提供了一种基于激光和视觉融合的船舶扫描和吊具防撞系统及方法，通过面阵激光得到三维点云数据，也行当前船舶上贝位集装箱的位置、高度以及相邻贝位集装箱的位置、高度信息；通过双目摄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光和视觉融合的船舶扫描和吊具防撞系统，其特征是，包括激光扫描仪、视觉采集仪、船舶扫描视觉控制器、船舶扫描激光控制器；所述激光扫描仪用于接收船舶扫描激光控制器下发的扫描指令，根据扫描指令对船舶轮廓和船舶上集装箱堆码轮廓进行连续扫描，将扫描数据上传至船舶扫描激光控制器；所述视觉采集仪用于接收船舶扫描视觉控制器下发的图像拍摄指令，根据拍摄指令对船舶轮廓和船舶上集装箱堆码轮廓进行连续图像拍摄，将图像数据上传至船舶扫描视觉控制器；所述船舶扫描视觉控制器用于根据接收的图像数据，通过图像处理，得到船舶轮廓立体空间图像，将船舶轮廓立体空间图像发送至船舶扫描激光控制器；所述船舶扫描激光控制器用于根据接收的扫描数据，得到船舶轮廓点云数据，同时根据接收的船舶轮廓立体空间图像，对船舶轮廓点云数据进行校正，得到最终的船舶轮廓。2.如权利要求1所述的基于激光和视觉融合的船舶扫描和吊具防撞系统，其特征是，还包括岸桥PLC控制器、起升编码器和岸桥小车编码器；所述岸桥PLC控制器与起升编码器、岸桥小车编码器电连接，用于获取编码器信息数据和吊具开闭锁状态数据，并将所获取的数据发送至船舶扫描激光控制器；所述岸桥PLC控制器还用于接收船舶扫描激光控制器下发的控制指令，根据控制指令，控制岸桥小车编码器和起升编码器，进而控制岸桥小车的移动和吊具的升降。3.如权利要求2所述的基于激光和视觉融合的船舶扫描和吊具防撞系统，其特征是，还包括DP模块，所述DP模块为转换模块，连接岸桥PLC控制器和船舶扫描激光控制器，用于岸桥PLC控制器和船舶扫描激光控制器之间的通信协议转换及通信数据传输。4.如权利要求1所述的基于激光和视觉融合的船舶扫描和吊具防撞系统，其特征是，还包括光电模块和显示模块，所述船舶扫描激光控制器通过光电模块将获取的船舶轮廓转换为图像，通过显示模块进行可视化显示。5.如权利要求2所述的基于激光和视觉融合的船舶扫描和吊具防撞系统，其特征是，所述船舶扫描视觉控制器根据船舶轮廓立体空间图像，定位船舶导槽和目标集装箱锁孔，并将视觉检测的船舶导槽和目标集装箱锁孔定位信息传输至船舶扫描激光控制器；所述船舶扫描激光控制器根据接收的船舶导槽和目标集装箱锁孔定位信息，结合检测的岸桥小车位置、吊具高度以及岸桥状态数据，向岸桥PLC控制器下发控制指令；所述岸桥PLC控制器根据接收的控制指令，控制岸桥小车编码器和起升编码器，进而控制岸桥小...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东辉，崔汝佳，柳飞，
申请(专利权)人：青岛海西重机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：