[发明专利]基于物体轮廓跟踪的集装箱码头场桥防撞控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于物体轮廓跟踪的集装箱码头场桥防撞控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、初始化激光扫描仪安装参数和场桥结构参数：

激光扫描仪安装参数包括安装高度、安装倾角、激光到吊具中心距离；场桥结构参数包括场桥高度和场桥跨距；

步骤二、确定占用概率栅格图边界及激光初始位置：

利用场桥高度h、场桥跨距w，分别乘以2，作为占用概率栅格图的大小；激光初始位置作为平面坐标系原点, 位于栅格覆盖区域的横向中心、纵向7/10处，由此确定栅格左上角对应平面坐标为（-w, 0.6h），栅格右下角对应平面坐标为(w, -1.4h)；

步骤三、利用激光扫描仪的安装参数，以激光扫描仪的安装位置为坐标系原点，将激光扫描极坐标数据转换到激光直角坐标系；

步骤四、利用已有物体轮廓与当前激光扫描数据进行匹配，求得激光相对于开机时所处位置的位移OffsetX，将激光直角坐标数据平移转换到地面直角坐标系；

步骤五、根据吊具特征识别出吊具在地面直角坐标系中的位置；

步骤六、防撞控制：当障碍物与吊具之间的距离小于设定的安全距离时，进行减速或停车控制。

2.根据权利要求1所述的基于物体轮廓跟踪的集装箱码头场桥防撞控制方法，其特征在于：步骤三所述将激光扫描极坐标数据转换到激光直角坐标系的方法为：

x= radial* cos(angle-AngleOffset)；

y= radial* sin(angle-AngleOffset)；

其中，x、y表示激光直角坐标系中激光扫描点位置，radial、angle分别表示极坐标下扫描点到激光扫描仪的距离和角度，AngleOffset表示激光安装角度补偿值。

3.根据权利要求1所述的基于物体轮廓跟踪的集装箱码头场桥防撞控制方法，其特征在于：步骤四所述利用已有物体轮廓与当前激光扫描数据进行匹配，求取激光相对于开机时所处位置的位移OffsetX的方法如下：

（1）tempOffsetX=LastOffsetX-0.2，其中LastOffsetX表示激光上次扫描时的位置与开机初始化时的位置距离；

（2）将激光扫描轮廓平移tempOffsetX；

（3）计算此时所有激光扫描点所在栅格的概率和，记为sumP；

（4）重复步骤（1）至（3），直到tempOffsetX= LastOffsetX+0.2；

（5）找到sumP最大时，tempOffsetX的值；

（6）OffsetX=tempOffsetX。

4.根据权利要求3所述的基于物体轮廓跟踪的集装箱码头场桥防撞控制方法，其特征在于：所述栅格的概率采用如下方法进行更新：设栅格初始化占用概率为0.5，表示环境中任意位置存在障碍物的概率为0.5，经过每一次激光扫描后，反射点所在栅格的概率乘以1.5，概率的极限值为0.95，激光传播路径经过的栅格的概率乘以0.4，概率的极限值为0.01。

5.根据权利要求1所述的基于物体轮廓跟踪的集装箱码头场桥防撞控制方法，其特征在于：步骤五所述根据吊具特征识别出吊具在地面直角坐标系中位置的方法为：

依激光扫描仪与小车安装几何位置，确定吊具中心相对于激光扫描仪的水平位置SpreaderXcenter；吊具宽度取固定值2.5米，以吊具中心水平位置SpreaderXcenter前后2米作为吊具工作区域，对落入吊具工作区域的激光扫描点进行点的聚合，根据所有聚合子区域的落入点数、区域纵横比、几何形心数据和吊具经验区域模型数据，剔除无效子区域，即得到吊具所在位置的真实子区域的点数据；最后，对吊具子区域的所有点数据做几何质心计算，得到吊具在激光直角坐标系中的位置；根据OffsetX和激光到吊具中心的距离，计算出吊具在地面直角坐标系中的位置。

6.根据权利要求5所述的基于物体轮廓跟踪的集装箱码头场桥防撞控制方法，其特征在于：所述吊具经验区域模型数据包括吊具宽度、吊具高度和吊具宽度高度的纵横比。