【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于自动化集装箱码头堆放系统，具体涉及u型自动化集装箱码头动态堆放优化系统。
技术介绍
1、自动化集装箱码头动态堆放系统是一种高效的集装箱堆放系统，利用自动化技术，通过智能化的堆垛机和控制系统，实现对集装箱的快速堆放和提取。动态堆放系统可以根据集装箱堆放情况和作业需求进行智能调度，最大限度地利用堆场空间，并确保快速、高效的集装箱装卸作业。
2、为了在装卸时提供更大的安全区域，u型自动化集装箱码头将成为发展的重要项目之一，利用u型集装箱码头的布局相对紧凑性，减少对集装箱操作中的一些限制和风险。
3、然而，u型自动化集装箱码头在对集装箱堆放时,会出现集装箱堆存箱位安排不合理、igv和外集卡的水平运输距离较长、设备等待时间久、出现空载等问题，影响堆场作业效率，不利于自动化堆放管理，因此我们需要提出u型自动化集装箱码头动态堆放优化系统来解决上述存在的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供u型自动化集装箱码头动态堆放优化系统，在对集装箱堆放时,通过先识别堆放集装箱的位置、属性和状态信息，再进行堆放路径的规划，以及对堆放后的集装箱进行堆放优化，以利于集装箱自动化堆放管理，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、u型自动化集装箱码头动态堆放优化系统，包括：集装箱识别模块，所述集装箱识别模块是用于识别待堆放集装箱的位置、属性和状态信息，所述集装箱识别模块包括感应是否有集装箱存在的
4、路径规划模块，所述路径规划模块采用算法优化方式规划集装箱堆放路径，并根据堆放路径对识别的集装箱进行堆放作业；
5、堆放优化算法模块，所述堆放优化算法模块根据不同的优化目标进行堆放优化，将堆放的集装箱进行最小范围内的挪动，以增加集装箱堆放的数量；
6、智能控制模块，所述智能控制模块用于控制堆垛机和输送带对集装箱进行自动化搬运和堆放，使集装箱按照堆放路径进行自动化堆放；
7、数据管理模块，所述数据管理模块用于处理集装箱识别模块、路径规划模块、堆放优化算法模块和智能控制模块中产生的数据以进行自动化管理。
8、优选的，所述距离感应单元包括超声波感应芯片u1、变压器t1和收发芯片u2，所述超声波感应芯片u1的输出端与变压器t1的输入端连接，所述变压器t1的输出端与收发芯片u2的输入端连接，且所述收发芯片u2的输入端与变压器t1的输出端之间并联有电容c3和电阻r3，所述超声波感应芯片u1的16脚连接有对地电容c2，所述超声波感应芯片u1的14脚连接有对地电容c6，所述超声波感应芯片u1的2脚通过电容c7与收发芯片u2的1脚连接。
9、优选的，所述图像采集单元包括安装在u型自动化集装箱码头不同位置的多个摄像头，所述摄像头设置为能够进行360°旋转的高清摄像头，每个所述摄像头处均安装有一个距离感应单元。
10、优选的，所述识别单元在对采集的图像进行处理时，包括如下步骤：
11、a1、先对收集的大量图像数据进行标注，标注出图像中物体的位置和类别；
12、a2、对采集的图像进行预处理以确保图像数据的质量和一致性，预处理包括大小调整、颜色空间转换、降噪的操作；
13、a3、利用卷积神经网络深度学习的方式从图像数据中提取物体特征，根据提取的物体特征进行区分集装箱和非集装箱，存在以下两种情况：
14、a3.1、当为集装箱时，使用卷积神经网络(cnn)的目标检测模型，以识别图像中的集装箱，并通过调整模型参数、数据增强和超参数优化的方式对目标检测模型进行优化，提高目标检测模型在集装箱识别任务上的性能，并通过数据传输单元触发路径规划模块对待堆放集装箱进行堆放路径规划；
15、a3.2、当为非集装箱时，通过数据传输单元给智能控制模块传输货物异常信号，通过智能控制模块控制报警器进行告警作业。
16、优选的，所述路径规划模块在进行堆放路径规划时，包括如下步骤：
17、b1、收集堆放区域的尺寸和已存放集装箱的位置信息，以及待堆放集装箱的尺寸、重量和目的地的信息；
18、b2、根据待堆放集装箱的目的地和移动方向进行路径搜索，寻找多个与待堆放集装箱移动相符的堆放路径；
19、b3、针对多个堆放路径进行对比，对比内容包括路径长度、集装箱摆放调整次数、集装箱吊装高度，选取综合得分最高的为最优堆放路径；
20、b4、针对最优堆放路径使用三维建模的方式进行集装箱模拟堆放，确认是否存在堆放问题，若能够顺利堆放则为最佳堆放路径，将待堆放集装箱按照最佳堆放路径堆放，若不能够顺利堆放，则根据不能顺利堆放的问题点进行优化改进，再使用三维建模软件进行重复模拟堆放。
21、优选的，步骤b3中，最优堆放路径在进行选取时，根据具体情况确定评估标准的重要性，评估内容包括路径长度可能是关键指标、集装箱摆放调整次数可能次要，为每个指标赋予相应的权重，并将不同堆放路径的表现量化为得分或评估值，根据对比结果和评估标准，综合考虑各方面指标的重要性，为每个堆放路径确定综合得分，选择综合得分最高的堆放路径作为最优化堆放路径。
22、优选的，所述堆放优化算法模块在对堆放的集装箱进行堆放优化时，先确定优化目标，优化目标包括增加集装箱堆放数量、减少堆放集装箱的挪动距离和在减少堆放集装箱挪动距离的前提下增加集装箱堆放数量；
23、针对增加集装箱堆放数量的优化方式为：采用利用堆放区域的空间，将集装箱紧密堆放，减少空隙的产生，优先处理小尺寸的集装箱，以便在有限空间内更容易找到合适位置堆放，从而增加堆放数量；
24、减少堆放集装箱的挪动距离的优化方式为：将相同目的地的集装箱尽量集中存放，减少不同目的地之间的挪动，使用动态规划算法来寻找最优的挪动方案，使得挪动的距离最小化；
25、在减少堆放集装箱挪动距离的前提下增加集装箱堆放数量的优化方式为：综合考虑堆放数量和挪动范围两个指标，通过权衡两者之间的关系来制定最优化策略。
26、优选的，所述智能控制模块包括用于感知集装箱位置的位置传感器，用于执行具体控制动作的驱动器、负责接收感应信号进行逻辑判断并输出控制信号给驱动器的plc以及用于与堆垛机通信的通信模组，所述plc上嵌设有用于实现自动化控制的ai算法和pid控制算法，所述位置传感器与驱动器连接，所述通信模组分别与plc和驱动器电性连接。
27、优选的，所述智能控制模块在对集装箱进行自动化搬运和堆放时，通过位置传感器感知集装箱位置、堆垛机位置以及堆放路径的环境信息传输给plc，通过plc根据接收到的感知信号利用ai算法和pid控制算法分析计算制定集装箱自动搬运和堆放的决策，plc根据决策结果生成相应的控制信号，通过通信模组本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.U型自动化集装箱码头动态堆放优化系统，其特征在于：包括：集装箱识别模块，所述集装箱识别模块是用于识别待堆放集装箱的位置、属性和状态信息，所述集装箱识别模块包括感应是否有集装箱存在的距离感应单元、用于采集集装箱外形和状态的图像采集单元、用于识别采集的图像是否为集装箱的识别单元以及用于对集装箱识别的信息传输的数据传输单元；
2.根据权利要求1所述的U型自动化集装箱码头动态堆放优化系统，其特征在于：所述距离感应单元包括超声波感应芯片U1、变压器T1和收发芯片U2，所述超声波感应芯片U1的输出端与变压器T1的输入端连接，所述变压器T1的输出端与收发芯片U2的输入端连接，且所述收发芯片U2的输入端与变压器T1的输出端之间并联有电容C3和电阻R3，所述超声波感应芯片U1的16脚连接有对地电容C2，所述超声波感应芯片U1的14脚连接有对地电容C6，所述超声波感应芯片U1的2脚通过电容C7与收发芯片U2的1脚连接。
3.根据权利要求2所述的U型自动化集装箱码头动态堆放优化系统，其特征在于：所述图像采集单元包括安装在U型自动化集装箱码头不同位置的多个摄像头，所述摄像头设
4.根据权利要求3所述的U型自动化集装箱码头动态堆放优化系统，其特征在于：所述识别单元在对采集的图像进行处理时，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的U型自动化集装箱码头动态堆放优化系统，其特征在于：所述路径规划模块在进行堆放路径规划时，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的U型自动化集装箱码头动态堆放优化系统，其特征在于：步骤B3中，最优堆放路径在进行选取时，根据具体情况确定评估标准的重要性，评估内容包括路径长度可能是关键指标、集装箱摆放调整次数可能次要，为每个指标赋予相应的权重，并将不同堆放路径的表现量化为得分或评估值，根据对比结果和评估标准，综合考虑各方面指标的重要性，为每个堆放路径确定综合得分，选择综合得分最高的堆放路径作为最优化堆放路径。
7.根据权利要求6所述的U型自动化集装箱码头动态堆放优化系统，其特征在于：所述堆放优化算法模块在对堆放的集装箱进行堆放优化时，先确定优化目标，优化目标包括增加集装箱堆放数量、减少堆放集装箱的挪动距离和在减少堆放集装箱挪动距离的前提下增加集装箱堆放数量；
8.根据权利要求7所述的U型自动化集装箱码头动态堆放优化系统，其特征在于：所述智能控制模块包括用于感知集装箱位置的位置传感器，用于执行具体控制动作的驱动器、负责接收感应信号进行逻辑判断并输出控制信号给驱动器的PLC以及用于与堆垛机通信的通信模组，所述PLC上嵌设有用于实现自动化控制的AI算法和PID控制算法，所述位置传感器与驱动器连接，所述通信模组分别与PLC和驱动器电性连接。
9.根据权利要求8所述的U型自动化集装箱码头动态堆放优化系统，其特征在于：所述智能控制模块在对集装箱进行自动化搬运和堆放时，通过位置传感器感知集装箱位置、堆垛机位置以及堆放路径的环境信息传输给PLC，通过PLC根据接收到的感知信号利用AI算法和PID控制算法分析计算制定集装箱自动搬运和堆放的决策，PLC根据决策结果生成相应的控制信号，通过通信模组分别与驱动器和堆垛机进行通讯，控制堆垛机位置和操作，驱动器接收到控制信号后，驱动输送带转动和驱动堆垛机移动使集装箱按照预设的堆放路径进行自动化堆放操作。
10.根据权利要求9所述的U型自动化集装箱码头动态堆放优化系统，其特征在于：所述数据管理模块包括用于存储集装箱识别模块、路径规划模块、堆放优化算法模块和智能控制模块的数据信息的数据库、用于对数据库中存储数据进行处理和分析的数据处理器、用于保护数据库内数据安全和完整的数据安全单元以及用于数据交互的数据接口单元，所述数据库与数据处理器连接，所述数据处理器与数据安全单元连接，所述数据安全单元与数据接口单元连接。
...【技术特征摘要】
1.u型自动化集装箱码头动态堆放优化系统，其特征在于：包括：集装箱识别模块，所述集装箱识别模块是用于识别待堆放集装箱的位置、属性和状态信息，所述集装箱识别模块包括感应是否有集装箱存在的距离感应单元、用于采集集装箱外形和状态的图像采集单元、用于识别采集的图像是否为集装箱的识别单元以及用于对集装箱识别的信息传输的数据传输单元；
2.根据权利要求1所述的u型自动化集装箱码头动态堆放优化系统，其特征在于：所述距离感应单元包括超声波感应芯片u1、变压器t1和收发芯片u2，所述超声波感应芯片u1的输出端与变压器t1的输入端连接，所述变压器t1的输出端与收发芯片u2的输入端连接，且所述收发芯片u2的输入端与变压器t1的输出端之间并联有电容c3和电阻r3，所述超声波感应芯片u1的16脚连接有对地电容c2，所述超声波感应芯片u1的14脚连接有对地电容c6，所述超声波感应芯片u1的2脚通过电容c7与收发芯片u2的1脚连接。
3.根据权利要求2所述的u型自动化集装箱码头动态堆放优化系统，其特征在于：所述图像采集单元包括安装在u型自动化集装箱码头不同位置的多个摄像头，所述摄像头设置为能够进行360°旋转的高清摄像头，每个所述摄像头处均安装有一个距离感应单元。
4.根据权利要求3所述的u型自动化集装箱码头动态堆放优化系统，其特征在于：所述识别单元在对采集的图像进行处理时，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的u型自动化集装箱码头动态堆放优化系统，其特征在于：所述路径规划模块在进行堆放路径规划时，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的u型自动化集装箱码头动态堆放优化系统，其特征在于：步骤b3中，最优堆放路径在进行选取时，根据具体情况确定评估标准的重要性，评估内容包括路径长度可能是关键指标、集装箱摆放调整次数可能次要，为每个指标赋予相应的权重，并将不同堆放路径的表现量化为得分或评估值，根据对比结果和评估标准，综合考虑各方面...
【专利技术属性】
技术研发人员：莫怒，闻祖毅，宋海涛，耿卫宁，周垂剑，杨锋，黄钦声，宁春婷，林劲康，
申请(专利权)人：广西钦州保税港区盛港码头有限公司，
类型：发明
国别省市：
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