本發(fā)明涉及一種基于激光特征改進(jìn)的岸橋船箱輪廓識別方法。

背景技術(shù)：

1、船箱輪廓識別通常作用于碼頭岸橋裝卸箱過程中，用于構(gòu)建獲取船艙和集裝箱輪廓、箱位、箱高、吊具位置等信息，實現(xiàn)岸橋裝卸作業(yè)的自動化控制。傳統(tǒng)岸橋?qū)τ诩b箱的裝卸方式依然停留在小車駕駛員肉眼判斷的階段，由于駕駛員所處的位置以及作業(yè)中的起重機(jī)設(shè)備附近的環(huán)境限制，往往只能從局部視角對集裝箱的位置進(jìn)行判斷，且作業(yè)效率低，發(fā)生碰撞的危險程度高。近些年也出現(xiàn)了基于激光雷達(dá)的岸橋自動化作業(yè)的裝置系統(tǒng)，但是由于激光原始數(shù)據(jù)存在噪聲干擾，后續(xù)數(shù)據(jù)處理不恰當(dāng)，導(dǎo)致系統(tǒng)識別精度不高，且出現(xiàn)防撞誤判誤報等情況。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，本發(fā)明提出了一種基于激光特征改進(jìn)的岸橋船箱輪廓識別方法。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于激光特征改進(jìn)的岸橋船箱輪廓識別方法，包括如下步驟：

3、步驟一、在岸橋大車的小車駕駛室的右側(cè)下部和底部右側(cè)分別安裝橫向激光雷達(dá)和縱向激光雷達(dá)，在岸橋大車大臂前端安裝標(biāo)識板；設(shè)定岸橋坐標(biāo)原點，已知岸橋大臂長度和高度，通過對激光雷達(dá)掃描的激光點數(shù)據(jù)做聚類處理得到標(biāo)識板的中心位置，然后由已知的相對位置推算出激光雷達(dá)的相對坐標(biāo)和小車位置；

4、步驟二、橫向激光雷達(dá)和縱向激光雷達(dá)分別對船箱進(jìn)行橫向180度和縱向180度掃描得到船艙和集裝箱的兩組實時2d激光點數(shù)據(jù)，利用岸橋大車作業(yè)時小車的運行信息對兩組實時2d激光點數(shù)據(jù)進(jìn)行時間同步并緩存用于后續(xù)數(shù)據(jù)處理；

5、步驟三、對兩組實時2d激光點數(shù)據(jù)分別進(jìn)行分割和濾波預(yù)處理，獲取船艙和集裝箱有效區(qū)域的激光點，并根據(jù)特征識別提取出集裝箱、艙蓋板及船舷特殊位置；

6、步驟四、利用基于激光回波強度特征的聚類方法對激光點進(jìn)行分類，通過直線擬合得到船箱輪廓的水平線和豎直線，將兩組激光數(shù)據(jù)計算得到的輪廓組合并補全，構(gòu)建出船艙和集裝箱輪廓，最后填充柵格地圖信息；

7、步驟五、將輸出的輪廓和小車的位置信息作歷史構(gòu)建處理，利用激光雷達(dá)獲取的小車點云數(shù)據(jù)優(yōu)化小車位置并不斷更新船艙和集裝箱地圖信息；

8、步驟六、根據(jù)構(gòu)建的船艙和集裝箱地圖信息，給岸橋小車自動化作業(yè)提供箱位信息和防撞策略。

9、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是：

10、本發(fā)明的基于激光回波強度特征改進(jìn)的岸橋船箱輪廓識別方法利用兩個2d激光分別對船箱進(jìn)行橫向180度，縱向180度掃描，并結(jié)合岸橋大小車的移動采集完整作業(yè)地圖，通過基于激光回波強度改進(jìn)的聚類方法和激光雷達(dá)里程計構(gòu)建船箱輪廓和小車位置。本發(fā)明提出了一種基于激光回波強度特征改進(jìn)的岸橋船箱輪廓識別方法，數(shù)據(jù)采集模塊接收激光傳感器掃描的船箱點云，并將獲取到的船箱激光點數(shù)據(jù)做預(yù)處理后輸入到船箱識別模塊中，經(jīng)過計算得到船箱輪廓及小車的位置信息，根據(jù)船箱輪廓結(jié)果和小車位置坐標(biāo)信息構(gòu)建岸橋作業(yè)地圖信息，實現(xiàn)自動化集裝箱裝卸以及防碰撞功能。具體優(yōu)點包括：

11、(1)在本發(fā)明中，提出采用閾值分割和基于拓?fù)潢P(guān)系的點云濾波算法對采集到的激光點數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，具有如下優(yōu)點：①去除無效范圍數(shù)據(jù)點，精確識別范圍；②去除激光噪聲點，提高識別精度并減少誤判；

12、(2)本發(fā)明提出基于激光回波強度特征改進(jìn)的dbscan聚類和最小二乘法擬合結(jié)合的方法對激光點進(jìn)行準(zhǔn)確的分類處理，利用激光回波強度幫助系統(tǒng)更加準(zhǔn)確的識別出集裝箱、艙蓋板及船舷等目標(biāo)特征，然后通過直線擬合得到對應(yīng)的目標(biāo)輪廓信息；

13、(3)本發(fā)明基于柵格地圖構(gòu)建并結(jié)合歷史信息做優(yōu)化補全，提高船箱輪廓構(gòu)建的精度和完整性，優(yōu)化了岸橋小車的自動化控制和防撞策略；

14、(4)本發(fā)明采用激光雷達(dá)里程計作為小車定位估計，能很好地對小車真實位置進(jìn)行加權(quán)并獲得更好的位置信息，使得柵格地圖精度和小車控制準(zhǔn)確度方面進(jìn)一步的提升。

技術(shù)特征：

1.一種基于激光特征改進(jìn)的岸橋船箱輪廓識別方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光特征改進(jìn)的岸橋船箱輪廓識別方法，其特征在于：步驟三所述對兩組實時2d激光點數(shù)據(jù)分別進(jìn)行分割的方法為：設(shè)定岸橋的參考坐標(biāo)原點，劃定海平面，利用已知的岸橋大臂長度和高度、以及小車吊具的范圍，在激光點中截取出船箱邊界的點，得到船艙和集裝箱有效區(qū)域的激光點。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于激光特征改進(jìn)的岸橋船箱輪廓識別方法，其特征在于：步驟三所述的濾波方法為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于激光特征改進(jìn)的岸橋船箱輪廓識別方法，其特征在于：步驟四所述利用基于激光回波強度特征的聚類方法對激光點進(jìn)行分類的方法為：對柵格內(nèi)的每一個激光點p，計算其n鄰域內(nèi)點的集合n(p)；判斷|n(p)|是否大于等于設(shè)定的最小鄰域點數(shù)，若是，則標(biāo)記點p為核心點；對于每個核心點p，創(chuàng)建一個新的簇c，將p加入簇c，并將p的n鄰域內(nèi)的所有點加入簇c，然后標(biāo)記它們?yōu)橐言L問；對于剛加入簇c的每個點，如果它是核心點，則遞歸地將其鄰域內(nèi)的未訪問點加入簇c，在簇c中計算每個激光點的回波功率，并根據(jù)回波功率對簇c中的每個點設(shè)置類別屬性，去除其中的噪聲點后輸出最終的聚類結(jié)果。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于激光特征改進(jìn)的岸橋船箱輪廓識別方法，其特征在于：按如下公式計算每個激光點的回波功率pr：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于激光特征改進(jìn)的岸橋船箱輪廓識別方法，其特征在于：激光點的類別屬性包括平面點、角點和噪聲點。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于激光特征改進(jìn)的岸橋船箱輪廓識別方法，其特征在于：步驟四所述直線擬合的方法為：取每個柵格的點作為一組數(shù)據(jù)點((x_1,y_1),(x_2,y_2),...,(x_n,y_n))，找到一條直線y＝ax+b，其中a是斜率，b是截距，使得所有數(shù)據(jù)點到直線的偏差平方和最小。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于激光特征改進(jìn)的岸橋船箱輪廓識別方法，其特征在于：步驟四中，在對船箱輪廓進(jìn)行補全時，若擬合拼接后的水平線段長度不滿足集裝箱箱寬的，則自動延長線段為集裝箱寬度，若豎直線段長度小于集裝箱箱高的，則自動延長線段為集裝箱箱高。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光特征改進(jìn)的岸橋船箱輪廓識別方法，其特征在于：步驟五中，在利用激光雷達(dá)獲取的小車點云數(shù)據(jù)優(yōu)化小車位置時，采用如下公式計算小車的估計位姿p(k,i)：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光特征改進(jìn)的岸橋船箱輪廓識別方法，其特征在于：所述標(biāo)識板為形狀規(guī)則的藍(lán)色標(biāo)識板。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于激光特征改進(jìn)的岸橋船箱輪廓識別方法，基于激光回波強度特征改進(jìn)的岸橋船箱輪廓識別方法利用兩個2D激光分別對船箱進(jìn)行橫向180度，縱向180度掃描，并結(jié)合岸橋大小車的移動采集完整作業(yè)地圖，通過基于激光回波強度改進(jìn)的聚類方法和激光雷達(dá)里程計構(gòu)建船箱輪廓和小車位置。本發(fā)明通過數(shù)據(jù)采集模塊接收激光傳感器掃描的船箱點云，并將獲取到的船箱激光點數(shù)據(jù)做預(yù)處理后輸入到船箱識別模塊中，經(jīng)過計算得到船箱輪廓及小車的位置信息，根據(jù)船箱輪廓結(jié)果和小車位置坐標(biāo)信息構(gòu)建岸橋作業(yè)地圖信息，實現(xiàn)自動化集裝箱裝卸以及防碰撞功能。

技術(shù)研發(fā)人員：葉明
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青島開拓星云智能控制技術(shù)有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19