专利名称：用于集装箱处理机的识别和/或位置确定的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及如在权利要求1的前序部分中所陈述的、用于集装箱处理机的识别和 /或用于确定集装箱处理机的位置的系统。两个可替代方案应用如后继公开的相同的新颖性和创造性特征。
背景技术：
现在应当解释典型的集装箱口岸的操作以达到在其操作方面理解本发明所必要的程度。当今大多数国际货物运输通过集装箱1来进行。集装箱是标准形状运输单元，在其内部货物被包装以经历运输期间。集装箱典型地具有三种不同的尺寸，长度20英尺、40 英尺或45英尺。集装箱由集装箱船2、集装箱卡车或集装箱火车运载分别抵达和离开集装箱口岸。标准形状运输单元使得在运输的多个阶段货物处理显著地更快，特别是在装载或卸载集装箱船的过程中、以及在从海上运输向陆地运输(集装箱卡车的装载)以及从陆地运输向海上运输的转运中。此处描述的发明促进集装箱的处理中的自动化，特别是在装载和卸载集装箱船的过程中的自动化，因此本描述关注水岸操作。通过使用特殊码头起重机4 (图1)来装载和卸载集装箱船2，所述特殊码头起重机分别将集装箱从码头区域转移到船上或将集装箱从船举升到码头区域上。能够运载一个或多个集装箱1的诸如跨载机(straddle carrier)、原动机(prime mover) /集装箱拖车组合、集装箱抵达堆垛机(stacker)或其他这样的运载工具之类的多种集装箱处理机12分别将要装载的集装箱递送到水岸区域以及将从船卸载的集装箱远离水岸区域而运载到指定的集装箱存储场地。在下文中将更详细地讨论(图1)码头起重机4和集装箱处理机12之间的协作。集装箱处理机12和码头起重机4的对准首先讨论从船卸载集装箱。在将集装箱船2停泊到码头3处的其泊位之后，码头起重机4被驱动到该集装箱船上方的位置以将起重机的臂5精确地放置在板上构造的集装箱筒仓(silo) 6或集装箱隔仓(by)顶部。甲板下集装箱筒仓6将若干集装箱保持为在彼此顶部堆叠，并且通过特殊的导杆在横向稳定集装箱。另外，最顶部集装箱被堆叠在船的甲板上并且通过特殊夹具联锁。码头起重机通过特殊轨道7沿码头方向移动。然而，沿轨道移动码头起重机是缓慢的过程，这就是为什么期望为了较迅速的操作而从船连续地卸载全部并排的集装箱筒仓8或集装箱堆叠(一个完整的隔仓)。从而，根据图1，为了较迅速的装载和卸载而将集装箱筒仓和堆叠并排编组。特殊举升台车9沿码头起重机臂顶部的导轨行进，吊具10通过举升绳索悬吊在特殊举升台车9上。码头起重机操作员将举升台车操纵到要精确地处于从船上拾起的集装箱的上方的位置，将吊具降低以与集装箱接合，从而将吊具中存在的特殊扭锁与集装箱1的角处的特殊角铸件中存在的孔重合。随后扭锁旋转90 度，从而吊具10抓住集装箱并且可以从船举升集装箱。当集装箱已经被从船的集装箱筒仓 6举升出来到足以将其安全转移到码头3上的高度时，举升台车9和从台车悬吊的集装箱被驱动到码头上方与期望的道11对齐的位置。此后，集装箱可以被降低到地面，或可替代地集装箱可以被降落到特殊集装箱拖车或类似运输车辆上，所述特殊集装箱拖车或类似运输车辆自然必须在集装箱下降之前被驱动到集装箱下方的位置。集装箱可以被直接降低到码头3上的地面上，只要集装箱将例如通过能够分别独立地从地面拾起集装箱以及独立地将集装箱降低到地面上的特殊跨载机或类似的集装箱处理机12而在海港区域内移动。(跨载机还能够将集装箱堆叠在彼此顶部，但该能力与本发明无关。)当例如通过使用跨载机来操作海港时，码头起重机4可以使用码头3作为集装箱的一种缓冲存储，其中多个道11中的码头起重机下方的若干集装箱1A、1B等待被装载到船上或在船正在被卸载的情况下等待将集装箱1A、1B运输到集装箱存储场地。在装载集装箱船的过稈中,操作按相反顺序进行。在该情况下。码头起重机4的操作员从地面或从集装箱拖车的顶部拾起要装载到船上的集装箱1。在从地面拾起例如被跨载机留在该处的集装箱的过程中，特别重要的是集装箱1A、1B已经被留在码头上相对于码头方向正确的位置13中，以避免码头起重机4沿轨道7的不必要的前后移动。应当注意，集装箱船不总是停泊在与之前精确相同的位置中，从而不能例如通过在码头上喷涂符号来指定将集装箱留在码头上的正确点13。据此，本发明的一个益处涉及例如通过交通灯21 (图 2)明确地引导集装箱处理机器12，从而抵达码头起重机4下方的集装箱处理机12在正确的点在码头起重机下方停止，以使得被递送以进行装载的集装箱IC(图1)的中心线14精确地处于码头起重机4臂5的中心线13下方的正确位置。当跨载机或另一这样的集装箱处理机12正确地停车时，集装箱IC可以被降落到地面上以等待被装载到船上。根据本发明的系统也可以用于通过集装箱拖车和拖动集装箱拖车的特殊原动机在海港内运载集装箱的情况。接着是对将这类系统与例如通过跨载机而发生的操作比较的区别的描述。在卸载集装箱船2的过程中，当正在被从船卸载的集装箱1通过码头起重机4被降落到集装箱拖车的顶部时，或可替代地在装载集装箱船2的过程中，当正在被装载到船上的集装箱1通过码头起重机4被从集装箱拖车的顶部拾起时，自然，集装箱拖车必须位于沿码头方向的正确的点13以避免在船装载和卸载操作中不必要地沿轨道7前后驱动码头起重机。在集装箱拖车未被精确地放置在沿码头方向的正确的位置的情况下，拖动集装箱拖车的原动机的操作员略微向前或向后驱动原动机/集装箱拖车组合12，从而码头起重机 4不需要沿轨道7移动。然而，可以通过使集装箱拖车预停车在正确的点来使得码头起重机的操作更快。实际上，本发明的一个益处明确地涉及例如通过交通灯21 (图2)引导原动机 /集装箱拖车组合或类似的集装箱处理机12，从而集装箱拖车已经等待在码头上精确地正确的位置13。交通道11的识别本发明所提供的另一益处涉及保持集装箱的存货的自动化。在集装箱1已经被从船2卸载之后，集装箱通过集装箱处理机12被运输到明确的集装箱存储场地，在该处集装箱通常按行和隔仓堆叠。每个集装箱在存储场地上的位置在特殊的基于计算机的集装箱终端控制系统(T0S，终端操作系统)中记录，所述集装箱终端控制系统包含恰当的数据库。当前的一个目的是在处理过程中的每步使集装箱位置的追踪自动化，以避免由人为错误(具体是由集装箱处理机12的操作员产生的错误)导致的问题。在集装箱处理机的操作员将集装箱存储场地上的集装箱1带到并非终端操作系统(TOS)假定的位置、或可替代地集装箱处理机的操作员向操作系统(TOS)报告不正确的集装箱位置的情况下，之后在集装箱存储场地上找到该集装箱将存在问题。特别地在必须在船装载操作期间在存储场地上搜索集装箱的情况下，所产生的成本将特别高，这是因为海港处的特别的目的是最小化船装载和卸载时间。可以通过现有技术、通过应用例如卫星定位技术(GPQ来监视集装箱存储场地上的集装箱位置。在该情况下，集装箱处理机12被安装GPS接收器天线和装置，其使得能够典型地以1秒的间隔实时地追踪集装箱处理机的位置。另外，通过电监视集装箱处理机12 的扭锁动作，可以验证在特定时间点集装箱被抓取以及集装箱被留在集装箱的堆叠上。作为自然的假定，集装箱1除非由一些集装箱处理机12移动否则不移动，则可以可靠地追踪集装箱位置，只要集装箱处理机在GPS定位卫星的可见范围内的开放区域中操作。然而，GPS定位技术在码头起重机4下方并不可靠地工作，这就是为什么该技术不是检测集装箱被集装箱处理机12留在哪个位置中(或特别地哪条道11中)、或集装箱被集装箱处理机12从哪条道11拾起、或特定的集装箱处理机12 (例如原动机/集装箱拖车组合)在哪条道11上前进以对于装载或卸载集装箱待机的可靠的方式。另一方面，即使现有技术也使得能够可靠地追踪集装箱1的位置，只要集装箱正在由码头起重机4处理。例如，与码头起重机的举升台车9耦合的脉冲传感器(编码器)能够可靠地测量举升台车9在码头起重机的臂55顶部的位置。从而，码头起重机能够可靠地确定正在被卸载的集装箱1A、1B被放在码头起重机4下方的哪条道11上或者正在被装载到船上的集装箱1A、1B从码头起重机4下方的哪条道11上被拾起。仍然，例如在卸载船的过程中，从以下情况出现问题码头起重机4已经下降了多于一个集装箱到码头上(图1， 集装箱IA和1B)。在该情况下，没有进一步的信息的话，无法断定哪个集装箱被抵达起重机下方的集装箱处理机12拾起。作为结果，也无法知道所述集装箱IA和IB被运输到集装箱存储场地上的哪些位置，从而无法集装箱位置的自动追踪。相应地，在装载船的过程中，没有进一步信息的话，无法得知集装箱处理机12将集装箱(图1，集装箱1C)留在哪条道中， 作为其结果，不可能自动地识别将集装箱IC放置在船2上的哪个位置或筒仓6、或自动地确保集装箱IC实际上被装载到船上。在实际中，在卸载和装载船时，由人员在码头3上监视操作，该人员的责任之一是确保正确的集装箱被集装箱处理机12和码头起重机4拾起。然而，在该阶段存在人为错误的可能性，对该可能性的消除通过自动化来实现。并且，码头3上的人员不仅是额外的成本因素，还是危险情况的来源，因为作为该人员被集装箱处理机12压过的结果在海港发生甚至会致命的事故。在利用原动机/集装箱拖车组合12在海港的边界内移动集装箱的过程中，在若干原动机/集装箱拖车组合同时抵达码头起重机4下方时，产生类似的情况。没有进一步的消息，无法自动追踪运载工具变得位于哪些道11，并且即使码头起重机4例如在卸载船时不知道所卸载的集装箱1降落到哪条道11上，无法得知该集装箱被装载到哪个原动机/集装箱拖车上，也不能自动监视后继集装箱移动(即使原动机配备如上所述的GPS装置)。相应地，当在装载船时存在若干原动机/集装箱拖车组合12在相邻道11中待机以供拾起拖车上的集装箱的情况时，没有进一步的信息的话，码头起重机无法得知哪个集装箱被拾起， 即使知道集装箱是从哪条道11拾起的。
作为以上的总结，为了使得能够进行追踪序列的不被中断的自动化，特别重要的是识别由集装箱处理机12从码头起重机4下方的哪条道11拾起集装箱、集装箱被集装箱处理机12留在哪条道11上、或在集装箱被码头起重机4拾起并且装载到集装箱拖车上使原动机/集装箱拖车组合或其他集装箱处理机12位于哪些道11中。此处描述的发明在解决前述问题方面优于现有技术，特别是在多于一个集装箱处理机12同时抵达码头起重机4下方的情况下。此处描述的发明还能够解决前述问题而无需单独地测量或确定码头起重机4的位置。以下将描述现有技术及其缺点。现有技术描述如前面所指出的，可以通过卫星定位(GPQ来定位集装箱处理机12。然而，在码头起重机下方或在一些其他卫星盲点中卫星定位是非常不可靠的。另外，这还要求单独地确定沿轨道移动的码头起重机4的位置，以使得能够确定集装箱处理机12和码头起重机4的相对位置。例如已经通过所谓的航位推算(dead reckoning)和惯性导航(例如利用陀螺仪传感器)来处理GPS技术的盲点问题。然而这些技术中的一个问题是由陀螺仪和里程仪所收集的累积位置误差，这就是为什么合理地定价的系统将只是能够在短距离上追踪集装箱处理机12。然而，每当若干码头起重机4已经被驱动到并排位置以卸载单个集装箱船2时， GPS卫星盲区可以非常大。已经提出了可替代的集装箱处理机12定位系统，其例如使用安装在集装箱处理机上的旋转激光束和安装在集装箱场地中(例如灯柱上)的光反射器、通过应用三角测量技术。然而该系统中的缺点是安装和校准(特别是光反射器)方面的困难、例如在雾中的激光束的短距离、清洁反射器的需要、从其他闪亮物体的假反射、设备的高价格、以及单独地定位码头起重机的需要。另外，被设置为彼此靠近的集装箱处理机将阻挡彼此的操作以及激光束的传播。另一可替代的现有技术集装箱处理机12定位系统基于安装在集装箱存储场地中 (例如灯柱上)的无线电发射器以及安装在集装箱处理机上的无线电接收器，该系统将涉及测量无线电信号传播时间并且通过三角测量技术定位集装箱处理机12。然而该系统中的缺点是不足的精度、安装和校准(特别是无线电发射器)方面的困难、设备的高价格、以及单独地定位码头起重机的需要。又一现有技术集装箱处理机12定位系统基于地面安装的所谓应答机传感器以及将安装在集装箱处理机12上的应答机读取器(读取距离典型地为10…20cm)。然而该系统中的缺点是安装和测量(特别是地面安装的应答机)的困难、显著大量的必需的应答机、 设备的高价格、设备(应答机)所需的维护、以及单独地定位码头起重机的需要。在近距离检测和识别集装箱处理机12的又一现有技术基于比较廉价的RFID标签和RFID天线。然而RFID技术的定位精度不足以解决前述问题，特别是当将需要从长距离读取RFID标签时(例如，从而RFID标签将附接到集装箱处理机12而RFID天线将附接到码头起重机4)。在RFID标签安装在地面上的情况下，这样的标签可以自然地利用安装在集装箱处理机12上的RFID标签从近距离读取，但这将使得系统类似于上述基于应答机的系统，并且将涉及与应答机系统中所发现的相同的上述主要问题。又一现有技术基于照相机技术的使用，其中安装在码头起重机4上的照相机被用
6于例如从上方倾斜地对集装箱处理机或安装在其上的无源光反射器或自照明信标成像。然而照相机技术中的缺点包括多种天气和光线条件中的可靠性、在成像过程中对集装箱处理机12的其他结构的可能的视觉错误解释、以及清洁信标和光学元件的需要。另外，设备具有高价格，特别是在使用安装在集装箱处理机上的自照明或其他方式的主动信标时。应当注意，与码头起重机4的数目相比，典型地存在大量的集装箱处理机12。因此最小化安装在这些处理机12上的设备的价格是经济上合理的。另外一些集装箱处理机(例如用于集装箱拖车的原动机)是相对合理地定价的，从而阻碍了在每个机器上安装昂贵的电子设备。另外，在现有技术中存在解决前述问题的所提出的多种部分解决方案。例如，特定类型的装置将使得能够进行码头起重机4下方的正确的道11的识别，但将不指示集装箱处理机12的操作员在正确的点停止。另一装置可以在停止方面指示操作员，但不能够识别道 11。这将使得有必要向海港提供在不同的技术上工作的若干重叠的设备集合，这当然不是有益的。许多所公开的解决方案也使得不能够进行码头起重机4下方的若干起重机处理机 12的并行工作，其原因之一例如是横向指向的激光束或无线电束例如被一个集装箱处理机12阻挡而不能被另一集装箱处理机12’检测到。此处公开的发明解决前述问题而没有所描述的现有技术缺点
发明内容
在权利要求1中呈现了本发明的用于集装箱处理机的识别和/或用于确定集装箱处理机的正确位置的解决方案。
现在将参考附图更详细地描述本发明，在附图中图1示出了通过码头起重机4卸载或装载集装箱船2 ；图2示出了码头起重机4下方的道11，该码头起重机4具有其中携带有集装箱1 的处理机12，例如跨载机；图3示出了实施本发明的反射器20的一种方式；图4为码头起重机4下方的道11的横视图，该码头起重机4具有其中携带有集装箱1的处理机12，例如跨载机；图5示出了实施本发明的一种可能的方法；图6示出了用于实施本发明的一种可能的算法；以及图7示出了实施本发明的反射器20的一种方式。
具体实施例方式根据本发明的系统基于安装在码头起重机4上的扫描激光距离传感器17(图2) 以及例如以薄片金属制造并且安装在集装箱处理机12上的无源反射器20。以下讨论处理扫描激光距离传感器17的操作以达到理解根据本发明的系统的操作所必要的程度。在第一步骤中，激光距离传感器发射短和窄的激光脉冲18，在20米的距离测量， 其长度典型地在约1米的量级而其光束18、19宽度典型地为20厘米。所发射的激光可以是可见的或不可见的GR激光)。在第二步骤中，所发射的激光从在光束18、19中可能发现的物体反射，并且激光中的一些返回到激光距离传感器的光接收器。激光距离传感器具有检测激光脉冲18的例如从长达30米的距离的反射的能力，即使反射物体(例如反射器 20)是无光泽的黑色并且应当仅反射回落在其上的光的百分之10。在物体颜色较浅并且反射落在其上的光的大部分(例如百分之90)的情况下，可以从远得多的距离、甚至从一百米的距离检测物体。在第三步骤中，激光距离传感器确定光脉冲的发射和接收之间的飞行时间。这典型地如此实施以使得所接收的光的量在光接收器中被求和(积分)，并且当已经接收到足够量的光(时间X亮度)时，认为光脉冲18的反射已经到达。因此，激光束19不需要整体落在物体上，而是对于浅色物体，即使光束19部分落在在光束中最靠近存在的物体上也触发飞行时间测量的终止。在第四步骤中，光传播飞行时间被用作计算反射物体和激光传感器之间的距离R的基础，并且对于传感器的用户输出读数。除了距离信息R之外， 另一典型的输出项是所测量的反射的强度I，其与反射物体的距离和颜色成比例。特别在本发明中有用的扫描激光距离传感器17的操作是使得上述激光距离传感器附接到以高速率(例如每秒50转)围绕其轴22 (图幻旋转的转子，并且激光的脉冲18 以高速率发射以使得对距离R的一个之前的测量的完成紧接着下一光脉冲的发射。当转子的旋转速度和激光脉冲的发射速率彼此恰当地适配时，激光束19η与之前的光束19η-1部分重叠，并且从而激光束19使得能够覆盖连续的带类型范围(图2和图3)。扫描激光距离传感器的旋转轴22典型地设置在与激光束的轴18垂直的位置，从而激光束19在物体的表面画直线(图2和图3)。自然地，可以以一些其它方式选择旋转轴22以实施多种弯曲扫描曲线。扫描激光距离传感器17固有地能够通过内部传感器集合实时测量激光束18的发射角(旋转角)a。实际上，传感器17典型地对于每个单独的激光距离测量输出以下数据 测量角a、测量距离R和反射强度I。商业可用的扫描激光距离传感器17相对合理地定价并从而非常适合根据本发明的自动化，但并不固有地提供对前述技术问题的解决方案。扫描激光距离传感器的最常见的应用涉及安全特征，诸如检测移动工作机器的邻近中的障碍。为了使传感器覆盖其邻近中的连续区域(例如以检测障碍)，光束18在其宽度19方面必须非常大(典型地在20米的距离处为20厘米)，并且两个光束19、19’ η和η+1之间的步长也较大(典型地在20米的距离处为10厘米)。作为其结果，扫描激光距离传感器17固有地具有非常差的横向分辨率，并且这样的传感器既不能区分小细节也不能提供横向上的厘米量级的精度。另外，集装箱处理机12形状非常不规则并且从而是对于精确定位非常不好的目标。进一步地，所描述类型的传感器在没有特殊布置的情况下无法将例如集装箱处理机12彼此区分，特别是由于集装箱处理机12在形状方面基本彼此相同。因此，之前还未发现可以利用所描述类型的扫描激光距离传感器17来解决前述问题。本发明的一个实施方案以下方案涉及本发明的一个实施方案，其特别适合于由跨载机执行的操作。在该情况下，如图2和图4中所示，在集装箱处理机12上方的码头起重机4上安装一个或多个扫描激光距离传感器17，从而激光束使其扫描线19、19’、19”在相对于码头3的垂直位置 (与坐标轴χ同向)，并且在集装箱处理机在码头起重机的中心线13的邻近15中时落在集装箱处理机12中所包括的反射器20上。在该情况下，反射器20将例如沿跨载机的中心线安装到其上边框的栏杆(railing)。在布置中的特别有益的特征是在利用跨载机操作的过程中，有可能在码头起重机4下沿任一方向穿过，这是因为该布置是对称的。在实际实施方案中，不能将激光距离传感器17直接安装在中心线13上方，但如图2所示，有必要将它们安装在略微向前或向后倾斜的位置，从而扫描线明确地在反射器20的安装高度处将聚焦在码头起重机4的中心线13上。在港口操作基于原动机/集装箱拖车类型设备的使用并且从而实际上反射器20 将必须安装在原动机上的情况下，将有必要使用用于分立的驱动方向的单独的激光距离传感器17。另外，扫描线19、19’、19”…将根据原动机(而不是根据所运载的集装箱1的中心线)聚焦。除非安装在集装箱处理机12上的反射器20能够整体在横向适配到一个扫描激光距离传感器17的视场内，否则可以通过将单独的传感器17彼此对齐并且通过将设备恰当地连接到公用数据处理单元而将一个或多个传感器17的测量读数彼此集成。以如此方式选择反射器20的长度尺度以使得当集装箱处理机12在图2中的中心线13的邻近中的接近区域15内时，由激光距离传感器17发射的激光束19落在安装到集装箱处理机的反射器20上，并且从该处反射的距离读数R可以受到检查。该系统的一个优点是，在码头起重机4正在沿轨道7移动到新位置时，激光传感器的扫描线也自动地行进到其新的正确位置。在研究扫描激光距离传感器17的测量读数的过程中，第一步骤包括通过应用三角测量将表示激光束18的所测量的反射的位置的距离-角读数(R，a)转换为表示矩形坐标系的位置读数(x，H)，其中H是纵坐标而χ是横坐标，其表示沿与码头3垂直的方向的反射。因此，(χ,H)被视为激光束的中心轴18与反射表面(图3)的交点。如图4中所示，在接近区域15内的给定道11*中存在集装箱处理机12的情况下，则根据反射器20的尺寸，从与道If相关的(X，H)窗口 23(图4)内接收到激光束19的例如6··· 7个连续的反射。在如图4中所示集装箱处理机安装有两个反射器20、20’的情况下，自然从两个相应的(χ，Η) 窗口 23接收到恰当数目的反射。相反，在没有从与道11相关的(X，H)窗口接收到反射的情况下，可以做出以下结论(图6)所讨论的道不存在任何集装箱处理机12，但集装箱处理机可能已经行进到一些其他道11上。(x，H)窗口 23的尺寸和位置(Href，dX)根据反射器 20的尺寸以及反射器20的已知安装高度和已知横向位置来定义。如本领域技术人员所理解的那样，在例如跨载机的栏杆或在足够高度的其一些其他边框构件穿过特定窗口(x，H)时，也可以从该窗口接收反射。为了确保可靠的识别，根据本发明的系统实际上进一步利用反射器20的现有技术形状。此外，为了从以上在使集装箱处理过程自动化的上下文中描述的系统的类型获益，若干集装箱处理机12同时在码头起重机4下方工作的情况不仅需要检测特定的道11存在集装箱处理机，而且还需要识别该特定集装箱处理机的身份，换言之，将集装箱处理机彼此区分的能力。针对反射器20的一个配置在根据本发明的一个实施例的系统中，以如此方式将集装箱处理机12彼此区分以使得安装集装箱处理机上的反射器20或安装在单个集装箱处理机12上的若干反射器 20、20’的组合不同于其他集装箱处理机的反射器。根据本发明的设计相互可区分的反射器 20的一种方式是如图3中所示向反射器提供以步进方式变化的高度简档Hp(或更一般地距离简档)。如本领域技术人员所理解的，图3的布置只是怎样实现高度简档Hp的一个例子。在图3中所示的反射器中，反射器被若干(例如6···7个)连续的激光束19击中。 如图中所示，反射器的高度层级(层级1…层级4)利用特定最小步长Hstep而量化，其中， 通过将从连续的激光反射19计算的高度值H彼此比较，可以针对相对高度层级，层级1···层级4，可靠地将反射分类。在该情况下，必须以如此方式选择高度层级的量化(Hstep)以使得激光距离测定过程R的测量噪声不导致高度层级的错误解释。由于商业可用的扫描激光距离传感器17典型地具有+/-5毫米量级的R测量噪声等级，所以高度层级之间的所选择的步长(Hst印)例如可以是5厘米。本发明的一个益处是例如由改变的地形或轮胎中的气压导致的反射器20的绝对高度中的可能的变化不影响解释的可靠性，这是因为只有相对高度差dHl和dH2受到检查(图幻。在这样的过程中，例如根据图5，可以根据最大测量高度值(Hmax)确定最高层级(层级1)，并且其后在Hstep的间隔放置单独的边界表面，层级 1和层级2的分隔边界表面在比最大测量高度值Hmax低半步长Hst印/2处。在使用如图3中所示的反射器20时，取决于反射器20沿χ方向的精确位置以及反射器20的高度层级的宽度，从一个高度层级可以接收到相邻激光束19的一个或多个反射。特别地，由于上述激光距离测定过程的原理(若干部分反射)，从最高层级典型地接收到多个反射。在图3和图5的示例情况下，从反射器20接收到的反射(点集合P)当被解释为相对高度层级时为(层级)3-1-1-1-1-2(总计 6 个反射)如果反射器20现在被缓慢地向χ轴的正方向移动，则反射当被解释为相对高度层级时将根据以下迭代的模式1改变3-1-1-1-2-2 (总计 6 个反射)3-3-1-1-1-2-2 (总计 7 个反射)3-3-1-1-1-2 (总计 6 个反射)3-1-1-1-1-2 (总计 6 个反射)模式1如本领域技术人员所理解的，扫描激光距离传感器17的测量处理计算机程序容易地能够处理这些多种选项，例如使得表示每个不同的反射器20的可接受的反射的模式 (如上)在计算机存储器中被列表表示。图3和图5还图示一种可能的方法，通过该方法可以将反射器20的边缘与集装箱处理机12的其他元件(例如与栏杆)可靠地区分。可以在得出图5的点集合P的过程中利用该方法，图5的点集合P被例如与模式1的值比较。以如此方式安装反射器20是恰当的 使得反射器的边缘相对于与反射器20紧邻的集装箱处理机的其他结构元件在比给定预定值(例如3Hst印)更高的层级。如果两个连续的激光束19的反射之间的高度值的差dH = Hn+1-Hn (图3和图5)大于该预定值(例如3Hstep)，则过度偏离的值不再满足点集合P (图 5)。在该情况下，自然地，反射器20的并排的层级之间的高度变化不能超过值2Hstep。应当注意，所描述的方法允许集装箱处理机的单个结构元件上升得比反射器20高，只要这些更高的元件不处于反射器的紧接旁边。图3中所示的反射器20的配置的类型使得能够使用两个较低的高度层级的不同值dHl和dH2来提供N个不同的组合并且从而提供N个不同于彼此的可识别的反射器20。数目N自然取决于可用高度层级的数目以及高度层级之间的步长尺寸(Hst印)。进一步地， 对于本领域技术人员明显的，如果层级具有比激光束19窄的宽度，则高度的特定组合(例如中间层级处于比最外层级低的层级的组合)由于可见性而不能使用。然而，在本发明的系统中，采用全部组合(或特别地所描述类型的不期望的组合)完全不是必须的。如果图 3中所描绘的三个高度层级中的两个相邻层级在相等的层级，则基于从连续的激光束19接收到的反射的数目如此大以至于这样大数目的光束不能适配到单个高度层级的区域内但因此必须存在相等高度的两个相邻的层级这样的事实，可以检测到该条件(以及所识别的相关的反射器)。在单个集装箱处理机12安装有多于一个反射器20 (例如两个反射器)的情况下， 这两个反射器20、20’的多种组合可以用于确定无疑地识别集装箱处理机12的NXN强队列。虽然上述反射器20的配置主要使得能够构造多种类型的反射器20并且从而构造集装箱处理机12彼此之间的区别，但上述配置还带来对于反射器20的识别和将其与集装箱处理机12的其他结构区分的必要的额外安全性。图6以概要形式示出了用于通过特定 (X，H)窗口 23识别反射器20的一种可能的算法。当事先知晓多种反射器选项20和从其产生的可能的高度模式(如模式1)时，可以从测量去除这样的结果该结果不匹配任何预先已知选项、而是例如来自跨载机的栏杆或来自操作员仓的屋顶的错误反射。特别是在集装箱处理机12安装有应当在图4的(a，H) 窗口 23中同时可见的两个反射器20的情况下，实现优秀的可靠性，这是因为可能仅在窗口中的一个中可见的跨载机的仓屋顶或另一类似的错误反射源在该情况下将不导致可能的错误解释。然而，本领域技术人员可以理解，即使仅使用单个反射器20，通过如此选择集装箱处理机12中的反射器20的形状和位置以使得除了反射器20的动作之外匹配形状不能出现在(a，H)窗口 23中，消除来自由集装箱处理机的其他结构导致的反射的错误解释是可能的。例如，跨载机的仓具有通常一致地为水平并且实际上在比反射器20明显更低的层级的屋顶或顶板。相应地，跨载机的栏杆实际上非常窄，并且从而由其发射的并排的反射的数目不足以将这些栏杆解释为反射器20。对集装箱处理机12的精确停止的控制以上讨论关于根据本发明的起重机4下方的集装箱处理机12的识别过程以及关于各条道11中的集装箱处理机的位置确定。本发明所提供的另一主要益处是以以下方式实现的一个或多个反射器20提供有特殊部分M，该特殊部分M沿集装箱处理机12的行进方向y上升或下降或否则改变其高度，并且基于此，集装箱处理机的位置可以在运载工具行进方向更精确地定义。在图7中描绘了一个这样的方案，其中随着集装箱处理机12向前或向后行进(沿y方向)，反射器20的相邻层级之间的所测量的高度差线性地改变。通过测量该高度差dH，从而可能精确地确定集装箱处理机12 (图幻从码头起重机4的期望的装载线13沿驱动方向y的偏离16。在最简单的情况下，可以例如通过以下方程计算该偏离 dy 16。dy = Kl dH-K2 (1)其中Kl和K2是常数。由于相对高度测量dH的精度典型地在+/-5毫米的量级，所以取决于层级M的斜率K1，可以以高精度(甚至在厘米的精度)确定偏离dy 16。一旦已经确定沿驱动方向的偏离dy 16，根据本发明的一个实施方案，可以指令集装箱处理机12 的操作员向前或向后驱动到集装箱1被装载、卸载或集装箱1被留在该处或拾起集装箱的正确的位置。对操作员的该指令例如可以利用附接到码头起重机4的边框的交通灯21 (图 2)来执行。由本发明的解决方案提供的特殊益处是随着码头起重机4沿轨道7移动，集装箱处理机12的期望停止位置与码头起重机4 一同自动地移动。由本发明的解决方案提供的另一益处是由与起重机道11和集装箱处理机12的身份识别相同的扫描激光测距仪 17来执行精确停止点的测量。从而以成本效益方式并且利用移动运载工具12中的非常廉价的反射器解决方案(其数目可能非常大)来实现非常高的多功能性。在利用本发明的该方面的情况下，图6的算法将例如受到接下来描述的变化。在对于图7的反射器将反射器20的可接受的相关层级(层级1···层级4)制表的过程中，对于反射器20的倾斜部分M任意值将是可接受的，例如如下x-1-1-1-1-2 (总计 6 个反射)其中χ可以是例如1··· 3之间的任何层级。于是，通过使用例如图6的算法，作为包括倾斜层级M的相关反射器20已经被接收，随后步骤是将以先前关于最外反射与例如相邻层级或最高层级(Hmax)相比的确切高度差dH所描述的方式进行检查。附图详述图1示出了通过码头起重机4装载或卸载集装箱船2。通过吊在来自码头起重机的举升台车9的绳索上的起重机吊具10将集装箱1从集装箱船2的集装箱筒仓6举升。随后沿臂5驱动举升台车9以将其放置在码头3上方与期望的道11对齐。此后，可以将集装箱1降低到地面上或集装箱拖车的顶部上。已卸载的或要装载的集装箱1由集装箱处理机 12运载到集装箱存储场地以及运载到码头3上。图2示出了码头起重机4下方存在的道11，在所述道11中由集装箱处理机12 (例如由跨载机)递送集装箱1。在集装箱被降低到地面上时，跨载机的中心线14应当与码头起重机4的中心线13重合，以消除将码头起重机4沿轨道7移动以拾起集装箱1的需要。 码头起重机4的框架配备扫描激光距离传感器17，从该处发射的激光束18、19从附接到集装箱处理机12的反射器20反射，并且使得能够测量偏离16和确定道11等等。图3示出实施本发明的反射器20的一种方式。发射器20的高度层级(层级L··· 层级4)被量化为步长Hst印的倍数。由激光距离传感器17发射的连续激光束18、19n+L··· n+6从反射器20的多个高度层级反射。由激光距离传感器17测量的距离-角读数(R，a) 通过三角测量被转换为矩形坐标系的位置-高度(x，H)读数。图4示出了码头起重机4下方存在道11的正视图，在所述道11中由集装箱处理机12 (例如由跨载机)递送集装箱1。码头起重机4的框架配备扫描激光距离传感器17， 从该处发射的激光束18从附接到集装箱处理机12的反射器20反射，并且使得能够确定道 11等等。由激光距离传感器17测量的距离-角读数(R，a)被三角测量地转换为矩形坐标系的位置-高度(X，H)读数。随后研究窗口 23是否被可以被解释为反射器20的反射击中。图5示出了本发明的一个可能的实施方法，通过该方法，从反射器20测量的可接受高度值(Hn+1…Hn+6=点集合P)针对相对层级(层级1···层级4)而进行了分类。点Hn 不满足点集合P，这是因为额外的高度差dH。根据最高测量高度值设置层级1，从而层级1和层级2的决定边界表面位于比最高测量高度值Hmax低值Hst印/2的层级。图6示出了用于实施本发明的一个可能的算法，其被用于研究图4的(X，H)窗口 23是否被由扫描激光距离传感器17测量的、并且可以被解释为可接受反射器20的读数 (R，a)击中。图7示出了实施本发明的反射器20的一种方式，通过其可以在码头起重机4的中心线13处测量集装箱处理机12的位置的偏离16。图7的反射器包括倾斜部分M，通过该倾斜部分24，随着集装箱处理机12沿其行进方向y移动，激光束1和激光束2之间的高度差dH线性地改变。
权利要求
1.一种系统，其能够在集装箱(1)被集装箱处理机(1 递送到起重机(4)或集装箱 (1)被集装箱处理机(1 从起重机(4)获取时，确定集装箱处理机(1 存在于码头起重机 ⑷或类似起重机之下的哪条道(11)中，和/或确定集装箱处理机(12)沿其驱动方向(y) 相对于码头起重机(4)或类似起重机的正确位置，该系统特征在于所述起重机(4)安装有至少一个扫描激光距离传感器(17)或类似的测距仪，并且所述集装箱处理机(12)安装有一个或多个反射器(20)，所述一个或多个反射器00)的高度简档(Hp)被用于确定正确位置和/或用于识别集装箱处理机(12)以及用于将其从其他集装箱处理机(12)区分开。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于该系统能够同时服务若干集装箱处理机 (12)。
3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述集装箱处理机具有多于一个反射器(20)，所述多于一个反射器00)的组合被用于识别集装箱处理机(12)的身份。
4.如权利要求1-3中的任一项所述的系统，其特征在于至少一个反射器配备有在其高度(H)方面沿驱动方向(y)倾斜的部分(M)，以确定集装箱处理机(1 的正确位置。
5.如权利要求1-4中的任一项所述的系统，其特征在于至少一个反射器OO)配备有沿着与驱动方向垂直的方向(χ)以步进方式改变的恒定高度层级(层级1…层级η)。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于将由激光传感器(17)测量的高度值(H)与预定的恒定高度层级(层级1…层级η)匹配。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于将与所述恒定高度层级(层级1…层级η) 匹配的测量与被编程到计算机上并且匹配多个反射器OO)的先前已知的选项进行比较。
全文摘要
本发明涉及一种系统，其在集装箱(1)被集装箱处理机(12)递送到起重机(4)或集装箱(1)被集装箱处理机(12)从起重机(4)获取时，能够确定集装箱处理机(12)存在于码头起重机(4)或类似起重机之下的哪条道(11)中，和/或能够确定集装箱处理机(12)沿其驱动方向(y)相对于码头起重机(4)或类似起重机的正确位置。所述起重机(4)安装有至少一个扫描激光距离传感器(17)或类似的测距仪，并且所述集装箱处理机(12)安装有一个或多个反射器(20)，所述一个或多个反射器(20)的高度简档(Hp)被用于确定正确位置和/或用于识别集装箱处理机(12)以及用于将其从其他集装箱处理机(12’)区分。
文档编号B66C13/46GK102439481SQ201080022055
公开日2012年5月2日 申请日期2010年4月14日 优先权日2009年4月15日
发明者K·林塔南, M·萨莫波 申请人:科尼起重机集团