[发明专利]基于三维视觉的堆场防碰撞系统

说明书

本发明属于人工智能算法领域，尤其是一种基于三维视觉的堆场防碰撞系统，针对现有的堆场防碰撞系统，都单独使用激光雷达，单个激光雷达存在较大视角盲区，而多个昂贵的激光雷达成本较高，导致成本和效能无法兼顾的问题，现提出如下方案，其包括两组相机阵列、工控设备、场桥吊和人工智能控制器，所述相机阵列设置于场桥吊的顶部，场桥吊内设置有电气房，工控设备安装于电气房内，人工智能控制器与两组相机阵列连接，本发明利用数字摄像机拍摄场桥吊或岸桥吊下方堆场的不同角度图片，然后使用多视图三维重建算法与人工智能算法生成整个下方堆场的电子虚拟地图，可以对临近贝位的集装箱错位提供更好的保护，也具有更好的性价比。

技术领域

本发明涉及人工智能算法技术领域，尤其涉及一种基于三维视觉的堆场防碰撞系统。

背景技术

堆场防碰撞系统，又称堆场防打保龄系统(以下简称LCPS)，主要用于自动化或半自动化集装箱港口码头吊具作业时的三个功能，小车、大车方向防撞保护功能：在小车前进方向上，如果空吊具或者吊具带载的位置低于障碍物时，LCPS会根据PLC读取到的当前小车位置，来计算障碍物和吊具负载(可能为空载)之间的水平距离，并根据距离，在较近时限制小车移动速度，或极近时自动停止小车，并给出急停原因，和建议上升的最小距离，只有当操作或自动控制系统，将吊具负载提高于障碍物时，小车防撞才解除锁死，LCPS所检测的障碍物，除了小车方向，还要实现吊具与大车方向相邻堆场障碍物的防撞保护功能，比如大车方向相邻堆场错位或大车倾斜时，相邻堆场的集装箱会突出到本堆场内，造成小车运行的安全隐患；最优路径规划：在以上功能的基础上进一步地，LCPS应当对整个集装箱路径，进行智能化的最优规划，视自动化程度的高低，分为基础功能、进阶功能和高阶功能，基础功能中LCPS可以将目标位置的障碍物高度信息提供给半自动系统，通过与起升高度值进行比较，在司机室主画面中，实时显示接近任务箱顶的距离，以方便司机确定落箱距离，同时LCPS可以对指定的目标集装箱位，计算抛物线化的小车吊具运行路线，并给出操作建议，和操作限制，即小车在不同位置、吊具在不同高度时，LCPS限制小车和吊具的运行速度，以实现智能软着陆，进阶功能中的控制系统自动化程度更高，那么抛物线化的运行线路，可直接自动运行，操作人员只需监视即可，即吊具自动抛物线运行到目标集装箱位上方较低高度，高阶功能中LCPS系统会智能分析堆场或货轮上，堆场堆箱情况，传给TOS系统，给出目标集装箱位的选取建议，并且操作人员可以方便地通过交互式界面，重新设置目标集装箱位到堆场或货轮上任一新堆场处；

因为过去缺乏有效的技术手段，在室外复杂光照环境下，相机拍摄的平面图像无法准确快速地转换成三维点云，所以传统的堆场防碰撞系统，都单独使用激光雷达，利用激光扫描测距原理，获得下方一条扫描线上的实时数据，将单线数据视作下方集装箱高度分布的情况，来进行吊具运动路径规划，实现防碰撞的目的，但是在实际中，堆场内吊具下方的集装箱高度分布方式，经过排列组合以后有几百上千种可能的情形，并且单个激光雷达存在较大视角盲区，可能无法检测到，大车方向相邻堆场集装箱错位的情形，造成防碰撞保护漏洞，虽然可以通过增加激光雷达个数的方式进行漏洞弥补，但是因为激光雷达的数据非常不直观，需要耗费开发者付出巨大的时间和管理成本，人工调试优化多雷达数据的合成，加上廉价激光雷达扫描范围有限，易受雨雪、雾霾等室外复杂气象的干扰，这都导致传统使用激光雷达的LCPS，必须组合使用多个昂贵的激光雷达，成本和效能无法兼顾。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的堆场防碰撞系统，都单独使用激光雷达，单个激光雷达存在较大视角盲区，而多个昂贵的激光雷达成本较高，导致成本和效能无法兼顾的缺点，而提出的基于三维视觉的堆场防碰撞系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：