本发明属于叉车考试技术领域，具体涉及一种叉车场地考试位置检测与判定装置及其方法。
背景技术：
叉车作为港口、码头、仓库等场所重要运输工具，其安全作业至关重要，政府职能部门对叉车的安全作业愈发重视，对叉车场地考试也日趋严格，一方面追求考试过程中评判的精准化，另一方面追求考试评分的客观公正、做到扣分有依据、倒查有证据。叉车场地考试过程中对叉车位置的检测与判定是其中的一项难点，绝大多数依靠人工判断，难免影响考试的客观、公正。如何借助信息化手段高效、直观、公正的判定叉车考试中的位置、车身、车轮压线、出线至关重要。
如CN 206388392U公开的一种叉车实训场地线路轨迹实时采集装置，通过在叉车的底部设置金属检测件，在车道两侧布置大量的电容式接近传感器阵列，叉车在运动过程中通过传感器阵列来采集叉车的线路轨迹，同时通过在边界设置光敏或者红外传感器来检测行车偏离。但该装置无法实现对叉车压线、出线的精准判断，特别是在考场的弧度区域通过光敏或红外传感器很难精准的检测车胎、车身的压线与出线判断，同时该方案要求布置的传感器数量较多、系统硬件设备复杂度较高。
因此，有必要开发一种叉车场地考试位置检测与判定装置及其方法。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种叉车场地考试位置检测与判定装置及其方法，能准确判断叉车压线和叉车出线行为，并联动视频抓拍取证，为考试评判提供依据。
本发明所述的叉车场地考试位置检测与判定装置，包括差分北斗定位移动站、差分北斗地面站、无线接收模块、数据传输模块、视频取证模块和上位机；
所述差分北斗定位移动站设置在叉车考场的预置位置和叉车上处，所述差分北斗地面站安装在考场附近，用于获取所述预置位置的坐标值以及叉车的位置坐标信息，并通过数据传输模块发送给无线接收模块，无线接收模块发送给上位机；
所述上位机根据所述叉车的位置坐标信息以及叉车考场上各预置位置的坐标值判断叉车是否存在扣分行为，若存在扣分行为，则进行相应的扣分操作并发送视频抓拍指令给视频取证装置；
所述视频取证装置基于视频抓拍指令进行拍照取证，并将所拍摄的照片发送给上位机保存；
所述扣分行为包括叉车压线和叉车出线。
本发明所述的叉车场地考试位置检测与判定方法，采用如本发明所述的叉车场地考试位置检测与判定装置，其方法包括：
建立考场凸边形模型和考场扇环集：
以考场边缘线的内外侧和圆弧起始点为顶点将考场边缘线切割为八个凸边形和两个扇环，这八个凸边形组成考场压线凸边形集，两个扇环组成考场扇环集
将考场边缘线的内外侧顶点连线向场外延伸a米，考场边缘线外侧顶点与延长线顶点形成八个凸边形，这八个凸边形组成出线凸边形集；
建立叉车凸边形模型：
叉车的车身在水平面上的正投影为车身凸边形，叉车的四个轮胎在水平面上的正投影为轮胎凸边形，叉车的货叉在水平面上的正投影为货叉凸边形，这三个凸边形组成叉车凸边形集；
获取考场凸边形模型中各凸边形以及考场扇环集中各扇环的各个顶点的坐标值：
将差分北斗定位移动站设置在待测量的顶点处，通过差分北斗定位移动站获取该顶点的坐标值，并发送给上位机；
获取叉车凸边形集中各凸边形的各个顶点的坐标值：
将差分北斗定位移动站设置在叉车上，在叉车移动过程中基于差分北斗定位移动站所采集的数据计算出叉车凸边形集中各凸边形的每个顶点的坐标值，并发送给上位机；
扣分判断并取证：
在上位机的系统中将模拟的跑道和叉车进行碰撞测试，并基于遍历式分离轴算法和遍历式离心判定法来判断叉车是否有压线或出线行为，若判断出存在叉车压线或叉车出线时，则进行相应的扣分操作并发送视频抓拍指令给视频取证装置；所述视频取证装置基于视频抓拍指令进行拍照取证，并将所拍摄的照片发送给上位机保存；
所述遍历式分离轴算法为：取叉车凸边形集中的凸边形与场地凸边形集的凸边形，基于遍历式分离轴算法计算两个凸边形的位置关系，直到叉车凸边形集中的每一个凸边形均与场地凸边形集中的各凸边形完成运算为止；
所述遍历式离心判定法为：取叉车凸边形集中的凸边形与考场扇环集的扇环，基于离心判定法来判定叉车凸边形集中的凸边形与考场扇环集中扇环之间的位置关系，直到叉车凸边形集中的每一个凸边形均与考场扇环集中的各扇环完成运算为止。
所述取叉车凸边形集中的凸边形与场地凸边形集的凸边形，基于分离轴算法计算两个凸边形的位置关系的方法为：
检测场地凸边形集的凸边形A和叉车凸边形集中的凸边形B之间是否有重叠，
首先找到需要检测碰撞测试的凸边形A和凸边形B的每条边的中心点，并模拟一条线作为轴线，然后分别根据轴线模拟一条平行于它的平行轴直线，接着找到凸边形A和凸边形B上的每个顶点垂直于该平行轴直线的点，最后将凸边形A和凸边形B垂直于该平行轴直线的点相连接，检测两条线是否有重叠，只要有一条平行轴直线上的垂直点连接起来不重叠，则得到凸边形A和凸边形B之间没有碰撞。
所述取叉车凸边形集中的凸边形与考场扇环集的扇环，基于离心判定法来判定叉车凸边形集中的凸边形与考场扇环集中扇环之间的位置关系的方法如下：
所述扇环包括内圆弧和外圆弧；
当判断凸边形与内圆弧之间的位置关系时，首先找到凸边形中每条边离与内圆弧的圆心最近的点，然后将这个点与内圆弧的圆心进行连接得到此线段的长度，再将此线段的长度与内圆弧的半径进行比较，如果此线段长度大于内圆弧的半径，则表示该凸边形与内圆弧之间没有碰撞，反之，则表示该凸边形与内圆弧之间有碰撞；
当判断凸边形与外圆弧之间的位置关系时，首先找到凸边形中每条边离与外圆弧的圆心最近的点，然后将这个点与外圆弧的圆心进行连接得到此线段的长度，再将此线段的长度与外圆弧的半径进行比较，如果此线段长度大于外圆弧的半径，则表示该凸边形与外圆弧之间没有碰撞，反之，则表示该凸边形与外圆弧之间有碰撞。
若车身凸边形与考场压线凸边形集中的凸边形或考场扇环集中的扇环的外圆弧之间有碰撞，则表示叉车压线；
若轮胎凸边形与出线凸边形集中的凸边形或考场扇环集中的扇环的内圆弧之间有碰撞，则表示叉车出线；
若货叉凸边形与考场压线凸边形集中的凸边形或考场扇环集中的扇环的外圆弧之间有碰撞，则表示叉车压线；
若货叉凸边形与出线凸边形集中的凸边形或考场扇环集中的扇环的内圆弧之间有碰撞，则表示叉车出线。
本发明的有益效果：
（1）硬件平台包括差分北斗定位站、无线采集传输模块、视频抓拍三部分，结构紧凑、精炼；
（2）能够有效记录叉车在考场中的行驶路线；
（3）能够准确判断叉车车身在考场中的出线行为，并联动视频抓拍取证，为考试评判提供依据；
（4）能够准确判断叉车轮胎在考场中的压线行为，并联动视频抓拍取证，为考试评判提供依据。
（5）能够准确判断叉车货叉在考场中的压线及出线行为，并联动视频抓拍取证，为考试评判提供依据；
（6）整个判定过程为自动化，无需人为控制,减少人为工作量，能够很大程度上提高工作效率。
附图说明
图1 为本发明的原理框图；
图2为本发明中考场凸边形集和考场扇环集的模型图；
图3为本发明中叉车凸边形集合模型图；
图4为本发明中凸形块碰撞检测原理图（未碰撞）；
图5为本发明中凸形块碰撞检测原理图（已碰撞）；
图6为本发明中凸形块与扇环碰撞检测原理图（未碰撞）；
图7为本发明中凸形块与扇环碰撞检测原理图（已碰撞）；
图8为本发明的流程图之一；
图9为本发明的流程图之二；
图中，1、视频取证模块，2、上位机，3、无线接收模块，4、数据传输模块，5、差分北斗地面站，6、差分北斗定位移动站，7、内侧线，8、外侧线，9、延长线，10、轴线，11、平行轴直线，12、考场边缘线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示的叉车场地考试位置检测与判定装置，包括差分北斗定位移动站6、差分北斗地面站5、数据传输模块4、无线接收模块3、上位机2和视频取证模块1。
所述差分北斗定位移动站6（带双天线）设置在叉车考场的预置位置（即考场凸边形模型中凸边形和考场扇环集中扇环的各个顶点，标定各个顶点的坐标值）和叉车上处，所述差分北斗地面站5安装在考场附近的高点位置，获取所述预置位置的坐标值以及叉车的位置坐标信息（包括叉车的位置和方向信息），并通过数据传输模块4发送给无线接收模块3，无线接收模块3发送给上位机2，其中，无线接收模块3安装在考试监控室。
所述上位机2根据所述叉车的位置坐标信息以及叉车考场上各预置位置的坐标值判断叉车是否存在扣分行为，所述扣分行为包括叉车压线和叉车出线。若存在扣分行为，则进行相应的扣分操作并发送视频抓拍指令给视频取证装置。
所述视频取证装置包括绕考场区域环形布置的多个摄像头，摄像头的数量可根据实际情况增加或减少，视频取证装置基于视频抓拍指令进行拍照取证，并将所拍摄的照片发送给上位机2保存。
本发明所述的叉车场地考试位置检测与判定方法，采用如本发明所述的叉车场地考试位置检测与判定装置，其方法包括：
（一）建立考场凸边形模型和考场扇环集：
以考场边缘线12的内外侧和圆弧起始点为顶点将考场边缘线切割为八个凸边形（即图2中的凸边形x1、凸边形x2、凸边形x3、凸边形x4、凸边形x5、凸边形x6、凸边形x7和凸边形x8）和两个扇环（即图2中的扇环y1和扇环y2），这八个凸边形组成考场压线凸边形集，两个扇环组成考场扇环集。
将考场边缘线的内外侧顶点连线向场外延伸a（本实施例中，a为1.0m）米，考场边缘线外侧顶点与延长线9顶点形成八个凸边形（即图2中的凸边形z1、凸边形z2、凸边形z3、凸边形z4、凸边形z5、凸边形z6、凸边形z7和z8），这八个凸边形组成出线凸边形集。
（二）建立叉车凸边形模型：
叉车的车身在水平面上的正投影为车身凸边形（即图3中凸边形q2），叉车的四个轮胎在水平面上的正投影为轮胎凸边形（即图3中的凸边形q1），叉车的货叉在水平面上的正投影为货叉凸边形（即图3中的凸边形q3），这三个凸边形组成叉车凸边形集；
（三）获取考场凸边形模型中各凸边形以及考场扇环集中各扇环的各个顶点的坐标值：
将差分北斗定位移动站设置在待测量的顶点处，通过差分北斗定位移动站获取该顶点的坐标值，并发送给上位机。
（四）获取叉车凸边形集中各凸边形的各个顶点的坐标值：
将差分北斗定位移动站设置在叉车上，在叉车移动过程中基于差分北斗定位移动站所采集的数据计算出叉车凸边形集中各凸边形的每个顶点的坐标值，并发送给上位机。
（五）扣分判断并取证：
如图8和图9所示，在上位机2的系统中将模拟的跑道和叉车进行碰撞测试，并基于遍历式分离轴算法和遍历式离心判定法来判断叉车是否有压线或出线行为，若判断出存在叉车压线或叉车出线时，则进行相应的扣分操作并发送视频抓拍指令给视频取证装置；所述视频取证装置基于视频抓拍指令进行拍照取证，并将所拍摄的照片发送给上位机2保存。
所述遍历式分离轴算法为：取叉车凸边形集中的凸边形与场地凸边形集的凸边形，基于遍历式分离轴算法计算两个凸边形的位置关系，直到叉车凸边形集中的每一个凸边形均与场地凸边形集中的各凸边形完成运算为止。
所述遍历式离心判定法为：取叉车凸边形集中的凸边形与考场扇环集的扇环，基于离心判定法来判定叉车凸边形集中的凸边形与考场扇环集中扇环之间的位置关系，直到叉车凸边形集中的每一个凸边形均与考场扇环集中的各扇环完成运算为止。
其中，所述取叉车凸边形集中的凸边形与场地凸边形集的凸边形，基于分离轴算法计算两个凸边形的位置关系的方法为：
检测场地凸边形集的凸边形A和叉车凸边形集中的凸边形B之间是否有重叠，具体为：
首先找到需要检测碰撞测试的凸边形A和凸边形B的每条边的中心点，并模拟一条线作为轴线10，然后分别根据轴线模拟一条平行于它的平行轴直线11，接着找到凸边形A和凸边形B上的每个顶点垂直于该平行轴直线11的点（如图4和图5中的a1,a2,a3,a4,b1,b2,b3,b4），最后将凸边形A和凸边形B垂直于该平行轴直线11的点相连接，检测两条线是否有重叠，只要有一条平行轴直线11上的垂直点连接起来不重叠，则得到凸边形A和凸边形B之间没有碰撞。在图4中a1和a2之间的连线与b1和b2之间的连线已经重叠，但是a3和a4之间的连线与b3和b4之间的连线没有重叠，所以凸边形A和凸边形B之间没有碰撞的。在图5中，a1和a2之间的连线与b1和b2之间的连线已经重叠，a3和a4之间的连线与b3和b4之间的连线也已经重叠，以此类推凸边形A和凸边形B的每条边的轴线的平行轴直线上的点连接起来都会重叠，最终可得到凸边形A和凸边形B之间已经碰撞，若凸边形A为出线凸边形集中的一个凸边形，若凸边形B为轮胎凸边形，可得出此时叉车轮胎出线。
所述取叉车凸边形集中的凸边形与考场扇环集的扇环，基于离心判定法来判定叉车凸边形集中的凸边形与考场扇环集中扇环之间的位置关系的方法如下：
所述扇环包括内圆弧和外圆弧；
当判断凸边形与内圆弧之间的位置关系时，首先找到凸边形中每条边离与内圆弧的圆心最近的点，然后将这个点与内圆弧的圆心进行连接得到此线段的长度，再将此线段的长度与内圆弧的半径进行比较，如果此线段长度大于内圆弧的半径，则表示该凸边形与内圆弧之间没有碰撞，反之，则表示该凸边形与内圆弧之间有碰撞；
当判断凸边形与外圆弧之间的位置关系时，首先找到凸边形中每条边离与外圆弧的圆心最近的点，然后将这个点与外圆弧的圆心进行连接得到此线段的长度，再将此线段的长度与外圆弧的半径进行比较，如果此线段长度大于外圆弧的半径，则表示该凸边形与外圆弧之间没有碰撞，反之，则表示该凸边形与外圆弧之间有碰撞。
例如：当图6中圆的半径r小于圆心到凸边形最近点（即C点）的距离d时，则表示圆与该凸边形没有碰撞。当图7中圆的半径r大于或者等于圆心到凸边形最近点（即C点）的距离d时，则表示圆与凸边形已经碰撞。
本发明中，若车身凸边形与考场压线凸边形集中的凸边形或考场扇环集中的扇环的外圆弧之间有碰撞，则表示叉车压线；即车身凸边形落入到考场边缘线12的外侧线8和内侧线7之间区域，则表示叉车压线。
若轮胎凸边形与出线凸边形集中的凸边形或考场扇环集中的扇环的内圆弧之间有碰撞，则表示叉车出线；即轮胎凸边形落入到考场边缘线12的外侧线8的外侧区域，则表示叉车出线。
若货叉凸边形与考场压线凸边形集中的凸边形或考场扇环集中的扇环的外圆弧之间有碰撞，则表示叉车压线；即货叉凸边形落入到考场边缘线的外侧线8和内侧线7之间区域，则表示叉车压线。
若货叉凸边形与出线凸边形集中的凸边形或考场扇环集中的扇环的内圆弧之间有碰撞，则表示叉车出线；即货叉凸边形落入到场边缘线的外侧线8的外侧区域，则表示叉车出线。