使自由突出的长型元件的端部着陆的控制系统和方法，以及用于生成控制系统的控制参数的图像处理器的应用与流程

本发明涉及一种用于操纵长型元件的控制系统和方法，该长型元件以可枢转的方式从基部(foundation)突出并被设置为使突出端部相对于远离基部的着陆地点(landingplace)定位，这种操纵借助连接到控制系统的一个或多个致动器来提供。还描述了一种图像处理器的应用，该图像处理器用于生成控制系统用以定位长型元件的突出端部的控制参数，长型元件的突出端部相对于远离基部的着陆地点、以可枢转的方式从基部突出。

背景技术：

当操纵长型元件(例如舷梯)，其一个端部被可枢转地支撑在基部上且具有相对的自由突出端部，该自由突出端部相对于远程定位区域被准确定位，并且该元件被放置在可移动基底(典型地为受波浪运动和风力影响的船舶(vessel))上，或者可能地，该元件被放置在固定基底上且突出端部相对于可移动基底定位，或者基部和远程区域均可移动时，有必要控制该元件的外端以正确定位该元件的外端部。对于用以使人员能够在船舶与相邻的结构(例如油田或天然气田装置或海上风电站)之间移动的舷梯，除了其他方面，重要的是使舷梯的外端部在相对于该结构上的锚定点和固定走道的恰当位置着陆。

这些突出元件的操纵大体上通过使它们在基部处围绕竖直轴线和水平轴线旋转来完成。此外，突出元件可以是可伸缩的，或可能包括使突出元件能够折叠的若干水平的旋转接头。不同的移动通过液压致动器(例如，液压缸和液压马达等)来控制。以其最简单的形式，控制基准为外端部到着陆地点的距离的目视观测。现有技术的缺点在于，由于(除其他原因之外)着陆地点不可辨认而导致基准不准确，以及控制信号适应于对基准变量的开发的不足程度，即，外端部的运动速度适应于到着陆地点的剩余距离的不足程度。

ep2623413a1公开了一种通过使电缆从船舶上的绞车越过着陆地点处的滑轮、并回到舷梯的外端部运转来操纵海事结构上的船舶与着陆地点之间的伸缩舷梯的系统和方法。然后，舷梯被拉到海事结构上的支承台(abutment)中。

wo2012069825a1公开了一种用于在船舶与海上装置之间转移人员的桥装置，桥台(bridgeplatform)从船舶上的支撑结构以竖直移动的方式悬浮，桥可围绕其在船舶上的支撑的端部枢转。

no330279b1涉及一种在漂浮式结构之间转移船员、货物等的系统，其中舷梯被设置在一个结构上而平台被设置在另一结构上。这些结构连接到一根线(line)，这根线在被连接到平台以及与平台断开时支撑且引导舷梯。

ep2439335a2公开了一种设置为使海运码头连接到船的舷梯。舷梯是可伸缩的，并且第一伸缩段在第一端部处通过立柱支撑且在第二端部处通过支撑结构支撑，该支撑结构包括用于移动舷梯的突出端部以补偿船的移动的装置。

wo2012021062a1公开了一种在船舶上的升沉补偿平台，该平台设有舷梯，舷梯被可枢转地支撑在平台中并设置为用突出端部着陆在目标上。

技术实现要素：

本发明的目的是弥补或减少现有技术的至少一个缺点，或者至少提供一种对现有技术有用的替代性方案。

该目的通过下面的说明书和所附权利要求书中详细描述的特征来实现。

一种用于长型元件的可靠操纵的控制系统，该长型元件特别地为舷梯，该长型元件可枢转地支撑在基部中并从基部突出，且被设置为相对于远离所述基部的着陆地点定位外端部，该控制系统基于在构成着陆地点的对象上形成的图案可借助在所述端部上设置的相机读取。该图案通过至少一个相机，优选地以间隔开的方式设置的两个相同定向的相机来同时地读取，其中至少一个相机被设置在元件下方、靠近外端部的区域，该外端部相对于着陆地点定位且通常在着陆地点处被放下。

所述图案可能为以下类型：仅从红外光源(ir-lightsource)反射红外线光，以便消除光反射、雾、雨等导致的读数误差。

该图案通过至少一个相机来成像，通过将图像中图案的尺寸和图案的定向不断地转化为关于至少一个相机与图案之间的距离的信息，特别是关于待定位的元件的相关部分与着陆地点之间的距离有关的信息，在图像解译单元中分析图像。当例如使用两个相机时，结合对应的图像以用于图像分析，如同图案的描绘之间的距离和相机间的距离的图像信息也包括在生成关于待定位的元件的相关部分与着陆地点之间的距离的信息的基础中。经过图像解译生成的信息通常借助算法被转化为用于致动器的控制参数，致动器被设置为使元件相对于基部移动，由此使元件的端部被自动放置在正确位置。使用来自若干相机的图像信息可以给出较好质量的所生成的控制参数。

通过使用将由相机读取的图案的一个对象(object)(子图案)，例如一个圆，可以准确地确定相机平面与图案之间的距离。如果使用以等间距的方式设置的三个对象(即，在等边三角形的转角处设置)，图像分析还将表明相机的围绕垂直于相机平面的轴线的旋转，且还将表明相机的围绕与相机平面重合的轴线的旋转。

当使用若干相机时，来自每个相机的图像的分析可以按顺序地被用于相机的功能控制，从而确保如下基础：控制系统使用的控制信号是按顺序的。

形成图案的一个或多个对象可以以将允许图案被相机记录的任一方式来形成。图案可以被形成为以颜色来区分元件与基底的再生成的图形元素，这些图形元素可以被形成为着陆地点中的剪影(cut-out)，其中着陆地点设有确保图案可见的基础光源(underlyinglightsource)等。

本发明通过独立权利要求来限定。从属权利要求限定本发明的有利实施例。

在第一方案中，本发明更具体地涉及一种操纵长型元件的控制系统，该长型元件以可枢转的方式从基部突出并被设置为使突出端部相对于远离基部的着陆地点定位，这种操纵借助连接到控制系统的一个或多个致动器来提供，其特征在于，

着陆地点设有相机可读的图案；

突出端部设有至少一个相机，当所述端部靠近着陆地点时，上述至少一个相机被设置为使图形图案成像；

相机以信号通信的方式连接到图像处理器；以及

图像处理器被设置为通过图像分析来确定相机相对于图案的位置，并将图像信息转化为用于控制系统的控制参数，以相对于着陆地点定位突出端部。

突出端部可以设有至少两个相机，上述至少两个相机以间隔开的方式设置，是单向的且具有重合的相机平面。

突出端部可以包括起落架，该起落架至少部分在相机的视野中。

长型元件可以为舷梯，突出端部可以被设置为在着陆地点处着陆。

在第二方案中，本发明更具体地涉及一种操纵长型元件的方法，该长型元件以可枢转的方式从基部突出并被设置为使突出端部相对于远离基部的着陆地点定位，该方法包括以下步骤：

借助连接到控制系统的若干致动器来操纵该元件，其特征在于，该方法包括进一步的步骤：

使着陆地点设有相机可读的图案；

使突出端部设有至少一个相机，当所述端部靠近着陆地点时，上述至少一个相机被设置为使图形图案成像；

将相机以信号通信的方式连接到图像处理器；

通过图像处理器中的图像分析，确定相机相对于图案的位置，并将图像信息转化为用于控制系统的控制参数；以及

相对于着陆地点定位突出端部。

该方法可以包括进一步的步骤：不断更新控制参数。

该方法可以包括进一步的步骤：通过自动地不断更新用于控制系统的控制参数，执行突出端部或从突出端部悬挂的元件在着陆地点处的着陆。

在第三方案中，本发明更具体地涉及图像处理器的应用，该图像处理器用于生成控制系统用以定位长型元件的突出端部的控制参数，该长型元件的突出端部相对于远离基部的着陆地点、以可枢转的方式从基部突出。

长型元件可以为舷梯。

附图说明

在下文中，描述了优选实施例的示例，在附图中示出了该示例，在附图中：

图1示出舷梯形式的长型元件的立体图，该长型元件在外端部中设有起落架和包括两个相机的相机装备，舷梯的外端部被定位在设有等间距图形对象形式的相机可读的图案的着陆地点之上；

图2a示出具有起落架和相机装备的外端部的前视图；

图2b示出具有起落架和相机装备的外端部的侧视图；

图3a和图3b示出从第一相机观察的着陆地点(图3a)和从第二相机观察的着陆地点(图3b)，镜头轴线垂直于着陆地点且图像基线平行于着陆地点的侧边缘；

图4示出由来自图3a和图3b表示的第一相机和第二相机的图像组成的图像，表明相同对象之间的成像距离；

图5示出在镜头轴线垂直于着陆地点且图像基线相对于着陆地点旋转时从第一相机观察的着陆地点；以及

图6示出在镜头轴线对于着陆地点倾斜以及图像基线平行于着陆地点的侧边缘时从第一相机观察的着陆地点。

具体实施方式

首先参考图1，其中长型元件1(这里示出为舷梯)从基部13突出，该基部13可以被设置在船舶或固定装置(未示出)上，第一端部11分别围绕第一旋转轴线131和第二旋转轴线132被支撑，且可伸缩地延长，以便能够借助致动器14使第二外端部12着陆在一装置(未示出，例如船舶或海上的固定装置)的着陆地点2上。外端部12适当地设有起落架15(此处被示为椎体元件)，该起落架15可旋转地支撑在外端部12中的球接头151中，并被设置为在舷梯1已着陆在图1的着陆标记23所示的优选位置时可被固定到在着陆地点2处的结构。控制系统16被连接到若干致动器14和一个驱动器(未示出)，驱动器例如为包括马达、泵、阀、蓄能器、软管和管道的液压系统，用以向致动器受控地供应加压流体。

现在具体参考图2a和图2b。在起落架15与舷梯1的附接的邻近区域中，设置一相机组件3，其中第一相机31和第二相机32被设置为至少对起落架15的下部152和位于起落架15下方的区域成像。相机31、32设有彼此平行的镜头轴线34、34’和重合的相机平面33、33’和图像基底35、35’(见图3a和图3b)，并且优选地设置有垂直于舷梯1的纵向轴线的图像基底35、35’(即，图像的一个图像边缘)。图1中示出了相机视野36。

现在具体参考图3a和图3b。着陆地点2(设有例如门的入口21)设有包括一个对象221的相机可读图案22。

可以使用对于可见光中不同波长的光敏感的相机。

当借助由根据图3a和图3b的描绘(representation)所示的两个相机成像的图形图案22识别着陆地点2时，图像被配对为如图4所示的组合图像，图形对象221的描绘之间读取的距离la可以与相机装备3中的相机31、32之间的已知距离一起使用，以计算出从相机平面33到着陆地点2的距离。这些计算通过图像处理器161来执行并被转化为用于舷梯1的致动器14的控制系统16的控制参数。通过图像信息的连续处理，控制系统16可以随着新的控制参数不断更新，直到舷梯1在着陆地点2处着陆。

通过计算以等间距方式设置在着陆地点2处的图像22中的三个对象221a、221b、221c的成像间距(如图5和图6所示)，除了给出有关舷梯1与着陆地点2之间的距离的信息之外，图像分析还可以给出有关舷梯1相对于着陆地点2的角度的信息。

图5示出由第一相机31成像的情况，其中镜头轴线34垂直于着陆地点2，但相机31已被旋转，使得图像基线35不平行于着陆地点2的前部(示出为底部)侧边缘2a。除其他方面外，通过与成像距离l2相比较，成像距离lv可以被用作旋转的指示。

图6示出由第一相机31成像的情况，其中镜头轴线34呈一角度，而图像基线35平行于着陆地点2的前部侧边缘2a。除其他方面外，成像距离l1和l2可以被用作镜头轴线34的倾斜的指示。

还可以检查、验证一组图像的分析结果，即通过将该结果与正在进行的着陆操作的前期阶段中得到的分析结果相比较。

通过图像分析生成的控制参数可以被用于自动操纵长型元件1，特别是在如舷梯的突出端部12、还有其他长型突出元件(例如起重机臂)在着陆地点2处着陆期间的关键阶段中。

应该注意的是，所有上述实施例均说明本发明，但并不限制本发明，本领域技术人员可以构想很多替代性实施例而不脱离从属权利要求的范围。在权利要求书中，带括号的附图标记并不被认为具有限制性。词语“包括”及其不同形式的使用不排除权利要求书中未涉及的元件或步骤的存在。元件之前的不定冠词“一”或“一个”不排除多个这种元件的存在。

在相互不同的从属权利要求中阐述一些特征的情况并不表明这些特征的组合不能被有益地使用。