CN107892236B - 一种集装箱装卸作业辅助设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集装箱装卸作业辅助设备，由差分基准站模块、吊具测量模块和显示模块组成；所述吊具测量模块的相机通过近景摄影测量技术确定集装箱与起重机吊具之间的相对关系，可对集装箱、起重机吊具实现高精度的定位测向，以相对距离、角度等数字化引导信息在显示模块上显示，从而直观地辅助起重机操作员进行装卸作业，提高了集装箱装卸过程的效率与安全性。本发明的设备可直接在原有集装箱起重机上进行改造，改造和运行维护的成本低，广泛适用于港口码头的升级改造。

Description

一种集装箱装卸作业辅助设备

技术领域

本发明属工业测量及机械自动化领域；具体涉及GNSS动态RTK定位定向测量和近景摄影测量技术的一种集装箱装卸作业辅助设备。

背景技术

相关数据显示，近年来我国港口集装箱吞吐量呈稳定增长趋势，并且在未来的几年也将维持这一趋势。从目前的情况来看，我国多数港口的泊位供给相对紧张，而港口集装箱的装卸效率是影响船舶在港停靠时间的主要因素。传统码头的集装箱作业主要是依靠人工操作完成。集装箱起重机司机在距地面几十米高的驾驶室内凭借肉眼和地面指挥人员的提示，操作起重机吊具进行集装箱的吊取、堆放等作业。然而，即便是经验丰富的操作人员，在作业过程中不可避免的出现：1）吊具转锁偏离集装箱锁孔；2）集装箱摆放位置不准确等失误。反复调试不仅造成作业效率低下，还有可能使集装箱发生碰撞而损伤内部货物等问题。

相关技术中，采用自动化作业模式的港口通过自动引导运输车将集装箱精确运输至指定位置后，由轨道控制的集装箱起重机直接进行吊取，完成全自动化操作，极大地提升了集装箱装卸效率。但是该作业模式需要对整个港口进行规划升级，改造工程量大；需更新大量设备，成本较高；因此不适用于所有港口。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的实施例提供了一种可全自动化操作、集装箱装卸效率高且设备改造成本低，适用性广泛的集装箱装卸作业辅助操作设备。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用的技术方案是，一种集装箱装卸作业辅助设备，包括差分基准站模块、吊具测量模块和显示模块，所述差分基准站模块接收基准站的卫星观测数据，并传输至所述吊具测量模块；所述吊具测量模块安装于起重机吊具上，包括两个相机、两个测量天线、定位测向板卡和嵌入式计算机，所述两个相机位于所述起重机吊具上获取起重机吊具下方集装箱的实时影像，并将获得的实时影像传输至所述嵌入式计算机，两个所述测量天线接收所述起重机吊具的卫星观测数据；所述差分基准站模块和所述测量天线接收到的卫星观测数据传输至所述定位测向板卡，所述定位测向板卡对所述卫星观测数据作差分处理后得到起重机吊具的位置和姿态信息，并传输至所述嵌入式计算机；所述嵌入式计算机根据接收的集装箱实时影像、起重机吊具的位置和姿态信息处理后得到集装箱四个角点的绝对坐标值操作指引信息、起重机吊具装卸相应集装箱需旋转的角度和相应方向移动距离的仿真操作影像；并将所述操作指引信息及仿真操作影像传输至所述显示模块，在所述显示模块上显示所述操作指引信息和仿真操作影像。

优选地，所述差分基准站模块包括基准站接收机、无线电数传模块，所述基准站接收机位于已知位置的基准站的固定观测墩上，所述无线电数传模块分别位于所述基准站与所述起重机吊具上；所述基准站接收机与所述无线电数传模块通过串口连接，所述无线电数传模块上安装无线电数传天线，将所述基准站已知的坐标站点的卫星观测数据传输至多个起重机吊具上的定位测向板卡。

优选地，所述起重机吊具上靠近所述基准站的一侧安装无线电数传模块，所述无线电数传模块上安装无线电数传天线。

优选地，两个所述测量天线分别为主天线和从天线，所述主天线和从天线分别位于所述起重机吊具的对角线两端上，接收所述起重机吊具的卫星观测数据。

优选地，所述两个相机分别位于所述起重机吊具两侧面的中间位置。

优选地，所述嵌入式计算机分别与所述两个相机、定位测向板卡、显示模块有线或无线连接。

优选地，所述显示模块包括触摸显示屏，位于起重机操作室内的操作平台上；所述嵌入式计算机得到的操作指引信息传输至所述触摸显示屏上。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种集装箱装卸作业辅助操作设备，包括差分基准站模块、吊具测量模块和显示模块，通过差分基准站模块接收和传输基准站的卫星观测数据，吊具测量模块的相机实时获取起重机吊具下方的影像，并传输至嵌入式计算机，吊具测量模块的测量天线接收起重机吊具的卫星观测数据，其定位测向板卡接收基准站和吊具的卫星观测数据并作差分处理得到起重机吊具的位置和姿态信息，并传输至所述嵌入式计算机；所述嵌入式计算机通过所述相对位置信息、起重机吊具的位置和姿态信息处理后得到集装箱操作指引信息及操作仿真影像，并传输至所述显示模块，在所述显示模块上显示；与相关技术中的集装箱装卸作业模式比较，本发明实施例通过简洁直观的图形化引导信息，辅助作业人员快速准确地完成装卸操作，克服作业人员自身错误判断和地面指挥人员模糊提示所带来的影响效率的问题，以提升作业效率；且仅需在原有集装箱和起重机上加装设备，无需进行大规模的升级改造，成本低；适合广泛使用。

附图说明

图1是本发明实施例的设备示意框图；

图2是本发明实施例的起重机吊具示意图；

图3是本发明实施例的差分基准站模块示意图。

其中：差分基准站模块1、吊具测量模块2、嵌入式计算机3、显示模块4、起重机吊具5、基准站6、一号相机7、二号相机8、定位测向板卡9、基准站接收机10、无线电数传模块11、主天线12、从天线13。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种集装箱装卸作业辅助设备，包括差分基准站模块1、吊具测量模块2和显示模块4，所述差分基准站模块1接收已知站点的坐标卫星观测数据，并传输至所述吊具测量模块2；所述吊具测量模块2安装于起重机吊具5上，包括嵌入式计算机3、一号相机7、二号相机8、主天线12、从天线13、定位测向板卡9，所述一号相机7、二号相机8位于所述起重机吊具5上，获取起重机吊具5下的实时影像，并将获得的实时影像传输至所述嵌入式计算机3，所述主天线12、从天线13位于所述起重机吊具5上，接收起重机吊具5的卫星观测数据；所述差分基准站模块1和主天线12接收的卫星观测数据传输至所述定位测向板卡9，所述定位测向板卡9对所述卫星观测数据处理后得到起重机吊具5的位置和姿态信息，并传输至所述嵌入式计算机3；所述嵌入式计算机3根据接收的信息得到操作指引信息和仿真操作影像，并传输至所述显示模块4，在所述显示模块4上显示所述操作指引信息和仿真操作影像。所述操作指引信息即为集装箱四个角点的绝对坐标值，所述仿真操作影像内容包括起重机吊具4需旋转的角度和某个方向移动的距离等，且仿真操作影像以一定频率更新，直到操作人员将起重机吊具4精确地移动到集装箱目标区域的正上方，完成集装箱吊取或放置作业为止，有效提供了作业效率，且设备改进小，在多数港口均适合对设备改造使用，且改造成本低。

进一步地，所述差分基准站模块1包括基准站接收机10、无线电数传模块11，所述基准站接收机10位于已知位置的基准站6的固定观测墩上，长时间连续接收卫星信号，将二进制的基准站6的坐标点的原始观测数据转换成CMR或RTCM 3格式的观测数据，由串口输出至所述无线电数传模块11中，所述无线电数传模块11分别位于所述基准站6与所述起重机吊具5上；所述无线电数传模块11上安装无线电数传天线，通过所述无线电数传天线将所述差分数据传输至多个起重机吊具5的定位测向板卡9上。所述定位测向板卡9的内部微处理器对CMR或RTCM 3格式的差分数据进行解码处理，分别各可视卫星至基准站6的伪距及载波相位观测值。

进一步地，所述起重机吊具5上靠近所述基准站6的一侧安装无线电数传模块11，所述无线电数传模块11上安装无线电数传天线。基准站接收机10接收的信息通过起重机吊具5上的无线电数传模块11传输至所述定位测向板卡9上。

进一步地，所述主天线12和从天线13分别位于所述起重机吊具5的对角线两端上，接收起重机吊具5的卫星观测数据。通过定位测向板卡9内置的RTK算法与基准站6的卫星观测数据构建双差观测方程，采用最小二乘法或卡尔曼滤波法实时估计出主天线12精确的绝对坐标，再由内置的定向算法计算出天线基线与正北方向的夹角，所得夹角减去量测的天线基线与起重机吊具5运动方向的夹角可得到起重机吊具5的偏航角信息获得主天线12的绝对位置信息。

进一步地，所述一号相机7、二号相机8分别位于所述起重机吊具5两侧面的中间位置。可获得起重机吊具5两侧下方完整的集装箱影像信息。在获得所述主天线12的绝对位置后，所述一号相机7、二号相机8的绝对位置通过主天线12分别与一号相机7、二号相机8的相对位置即可得到。

进一步地，所述嵌入式计算机3分别与所述一号相机7、二号相机8、定位测向板卡9、显示模块4有线连接。根据所述一号相机7、二号相机8的绝对位置及其分别拍摄的影像信息经嵌入式计算机3实时处理后得到集装箱四个角点的绝对坐标；所述嵌入式计算机3根据主天线12的绝对位置和集装箱四个角点的绝对坐标计算得到当前起重机吊具5与集装箱的相对位置，结合起重机吊具5的姿态信息模拟出正射图像，并以合适的更新频率，在所述显示模块4上显示。

进一步地，所述显示模块4包括触摸显示屏，位于起重机操作室内的操作平台上；所述嵌入式计算机3得到的操作指引信息传输至所述触摸显示屏上。所述触摸显示屏上显示起重机吊具5需旋转的角度以及需往某个方向移动的距离等操作提示，引导操作人员调整起重机吊具5，直到操作人员将起重机吊具5精确地移动到集装箱目标区域的正上方，完成集装箱吊取或放置作业为止。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种集装箱装卸作业辅助设备，其特征是：包括差分基准站模块、吊具测量模块和显示模块，所述差分基准站模块接收已知坐标站点的卫星观测数据，并传输至所述吊具测量模块；所述吊具测量模块安装于起重机吊具上，包括两个相机、两个测量天线、定位测向板卡和嵌入式计算机，所述两个相机位于所述起重机吊具上获取起重机吊具下方的集装箱实时影像，并将获得的实时影像传输至所述嵌入式计算机，两个所述测量天线用于接收所述起重机吊具的卫星观测数据；所述差分基准站模块和所述测量天线接收到的卫星观测数据传输至所述定位测向板卡，所述定位测向板卡对所述卫星观测数据作差分处理后得到起重机吊具的位置和姿态信息，并传输至所述嵌入式计算机；所述嵌入式计算机根据接收的集装箱实时影像、起重机吊具的位置和姿态信息处理后得到集装箱四个角点的绝对坐标值操作指引信息、起重机吊具装卸相应集装箱需旋转的角度和相应方向移动距离的仿真操作影像；并将所述操作指引信息及仿真操作影像传输至所述显示模块，在所述显示模块上显示所述操作指引信息和仿真操作影像，所述两个相机分别位于所述起重机吊具两侧面的中间位置，所述嵌入式计算机分别与所述两个相机、定位测向板卡、显示模块有线或无线连接。

2.根据权利要求1所述的一种集装箱装卸作业辅助设备，其特征是：所述差分基准站模块包括基准站接收机、无线电数传模块，所述基准站接收机位于已知位置的基准站的固定观测墩上，所述无线电数传模块分别位于所述基准站与所述起重机吊具上；所述基准站接收机与所述无线电数传模块通过串口连接，所述无线电数传模块上安装无线电数传天线，将接收的已知基准站的坐标站点卫星观测数据传输至多个起重机吊具上的定位测向板卡。

3.根据权利要求2所述的一种集装箱装卸作业辅助设备，其特征是：所述起重机吊具上靠近所述基准站的一侧安装无线电数传模块，所述无线电数传模块上安装无线电数传天线。

4.根据权利要求1所述的一种集装箱装卸作业辅助设备，其特征是：所述两个测量天线，分别为主天线和从天线，所述主天线和从天线分别位于所述起重机吊具的对角线两端上，接收所述起重机吊具的卫星观测数据。

5.根据权利要求1所述的一种集装箱装卸作业辅助设备，其特征是：所述显示模块包括触摸显示屏，位于起重机操作室内的操作平台上；所述嵌入式计算机得到的操作指引信息、仿真操作影像传输至所述触摸显示屏上。