详情

原文传递基于模板匹配的港口无人集卡起重机精确对位系统及方法

专利名称：	基于模板匹配的港口无人集卡起重机精确对位系统及方法
摘要：	本发明公开了一种基于模板匹配的港口无人集卡起重机精确对位系统及方法，其中，系统包括精确定位装置、对位计算机以及无人集卡控制器；精确定位装置，与无人集卡控制器连接，用于实时采集当前集卡的点云观测数据；对位计算机，与无人集卡控制器连接，用于基于预设的起重机特征模板和扩展卡尔曼滤波方法，得到集卡实际位置与集卡目标位置之间的误差的对位结果；无人集卡控制器，用于根据对位结果中的集卡实际位置与集卡目标位置之间的误差将集卡与起重机进行精确对位；本发明能够应用于无人集卡，实现无人集卡和起重机的精确对位，提高了港口的货物运输效率，减少港口运输的人为干预，提高安全性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京主线科技有限公司
发明人：	郭林栋;张天雷;何贝;郑思仪
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-01T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-22T00:00:00+0800
申请号：	CN201910707315.2
公开号：	CN110356976A
代理机构：	杭州裕阳联合专利代理有限公司
代理人：	姚宇吉
分类号：	B66C13/40(2006.01);B;B66;B66C;B66C13
申请人地址：	100000 北京市海淀区中关村丹棱街1号互联网金融中心1205室
主权项：	1.一种基于模板匹配的港口无人集卡起重机精确对位系统，其特征在于，所述系统包括安装在集卡上的精确定位装置、对位计算机以及无人集卡控制器；所述精确定位装置，与所述无人集卡控制器连接，用于实时采集当前集卡的点云观测数据；所述对位计算机，与所述无人集卡控制器连接，用于基于预设的起重机特征模板与所述点云观测数据进行匹配，得到对应的起重机特征模板；获取外部港口作业调度系统向目标作业集卡发送的目标作业信号，将所述目标作业信号转换为所述起重机特征模板下的集卡目标位置；通过扩展卡尔曼滤波方法对点云观测数据和集卡目标位置进行融合定位，得到集卡实际位置与集卡目标位置之间的误差的对位结果；并将所述对位结果反馈给无人集卡控制器；所述无人集卡控制器，用于根据所述对位结果中的集卡实际位置与集卡目标位置之间的误差将集卡与起重机进行精确对位。 2.如权利要求1所述的基于模板匹配的港口无人集卡起重机精确对位系统，其特征在于，所述精确定位装置包括激光雷达、惯性测量装置以及里程表传感器；所述激光雷达，通过支架水平安装于集卡顶部的中间位置，与所述对位计算机连接，用于探测在当前集卡下起重机的位置点云，将所述位置点云传输至所述对位计算机；所述惯性测量装置，设置在集卡内部，与所述对位计算机连接，用于采集当前集卡的惯性信息，将所述惯性信息传输至所述对位计算机；所述里程表传感器，设置在集卡内部，与所述对位计算机连接，用于采集当前集卡的里程信息，将所述里程信息传输至所述对位计算机。 3.如权利要求1所述的基于模板匹配的港口无人集卡起重机精确对位系统，其特征在于，所述系统还包括外部智能码头TOS系统；所述外部智能码头TOS系统，与每个所述对位计算机连接，用于通过TOS指令控制每个所述对位计算机运行。 4.一种基于模板匹配的港口无人集卡起重机精确对位方法，其特征在于，所述方法包括：通过精确定位装置实时采集当前集卡的点云观测数据；基于预设的起重机特征模板与所述点云观测数据进行匹配，得到对应的起重机特征模板和集卡在起重机特征模板下的虚拟位置；获取外部港口作业调度系统向目标作业集卡发送的目标作业信号，将所述目标作业信号转换为所述起重机特征模板下的集卡目标位置；通过扩展卡尔曼滤波方法对点云观测数据和集卡目标位置进行融合定位，得到集卡实际位置与集卡目标位置之间的误差的对位结果；根据所述对位结果中的集卡实际位置与集卡目标位置之间的误差将集卡与起重机进行精确对位。 5.如权利要求4所述的基于模板匹配的港口无人集卡起重机精确对位方法，其特征在于，所述通过精确定位装置实时采集当前集卡的点云观测数据，包括：通过精确定位装置中的激光雷达、惯性测量装置以及里程表传感器实时采集当前集卡的点云观测数据。 6.如权利要求4所述的基于模板匹配的港口无人集卡起重机精确对位方法，其特征在于，所述通过扩展卡尔曼滤波方法对点云观测数据和集卡目标位置进行融合定位，得到集卡实际位置与集卡目标位置之间的误差的对位结果，包括：通过扩展卡尔曼滤波方法将虚拟位置与对点云观测数据中的惯性信息和里程信息进行融合，将点云匹配结果滤波器的观测值更新，将惯性信息与里程信息结合集卡的运动模型作为滤波器状态预测，融合得到滤波后的起重机坐标系下的集卡实际位置；将所述集卡实际位置转换为与集卡目标位置之间的误差的对位结果。 7.如权利要求4所述的基于模板匹配的港口无人集卡起重机精确对位方法，其特征在于，还包括预先设置起重机特征模板；具体的包括：通过所述精确定位装置采集在集卡在沿预设作业路线运行过程中的起重机空间点云数据；利用迭代最近点算法对起重机空间点云数据进行离线配准，构建采集过程中集卡行径所涉及环境的全局点云地图信息；并对所述全局点云地图信息进行剔除，得到只包含起重机的起重机点云地图数据；通过对起重机点云地图数据进行旋转平移，构建起重机坐标系的相关关系；对所述起重机点云地图数据进行特征提取，并计算所述起重机点云地图数据空间正态分布特征，得到起重机特征模板。 8.如权利要求7所述的基于模板匹配的港口无人集卡起重机精确对位方法，其特征在于，所述方法还包括；在得到起重机特征模板后，将所述起重机特征模板存储至对位计算机。 9.如权利要求7所述的基于模板匹配的港口无人集卡起重机精确对位方法，其特征在于，所述利用迭代最近点算法对起重机空间点云数据进行离线配准，构建采集过程中集卡行径所涉及环境的全局点云地图信息，包括： a、以集卡的起始位置为坐标系原点，将所述精确定位装置中激光雷达采集的第一帧位置点云添加到当前坐标系内，作为全局点云地图初始； b、将激光雷达的后续观测帧利用ICP配准与全局点云地图进行配准，得到与已建立的全局点云地图之间的相对位置关系； c、以当前位置为激光雷达对应帧的全局位置，将当前帧激光雷达的位置点云加入到全局点云地图中，并更新全局点云地图； d、重复步骤b和c，直到将采集的位置点云全部处理完毕，得到整个采集过程中集卡行径所涉及环境的全局点云地图信息。 10.如权利要求9所述的基于模板匹配的港口无人集卡起重机精确对位方法，其特征在于，所述计算所述起重机点云地图数据空间正态分布特征，包括：以特定尺度栅格化起重机点云地图数据所处空间；对符合条件的空间栅格内的点云地图数据，计算其三维正态分布参数，得到对应空间栅格的特征的参数。
所属类别：	发明专利