一种通过无人集卡自车感知的垂直空箱区作业方法与流程

1.本发明属于自动驾驶技术领域，特别涉及一种通过无人集卡自车感知的垂直空箱区作业方法。


背景技术：

2.随着港口业务的不断扩大，港口自动化、无人化已成为减少成本、提高港口作业效率的必然趋势。借助无线通信、云计算、地图定位、车端感知识别等技术，无人集装箱卡车（即无人集卡）已能够实现在港口龙门吊区、岸桥吊区和空箱区等场景的装卸箱自动化作业。重箱需要由大型机械如龙门吊进行装卸作业，而空箱可以由灵活度更高且价格更低的堆高机进行作业，所以一般港口重箱和空箱会分开堆放在龙门吊区和空箱区，龙门吊和堆高机分开作业，提高港口的转运效率和成本。
3.现有场景中，无人集卡作业的空箱区为标准空箱区，地面标有贝位号，集装箱按照贝位号依次摆放，集装箱箱体平行于作业车道。无人集卡通过贝位号停车。
4.然而港口场地有限，日益增加的港口吞吐量，致使一些港口堆放集装箱超过规划的堆放区域或从水平摆放集装箱改成垂直摆放，即集装箱箱体垂直于作业车道，原先的贝位号无法与集装箱对应。这种非标准的垂直空箱区场景给无人集卡停位增加了难度。
5.同时，现有技术中，堆高机与无人集卡交互作业后，需要堆高机驾驶员和无人集卡的驾驶员或跟车安全员进行手势等形式的示意，由无人集卡驾驶员或安全员人工介入后，再驶离作业位置。或者通过智能化改造的堆高机在进行作业以后，向码头操作系统（tos）上发已完成作业信号，tos再向无人集卡下发可驶离信号，无人集卡接收到信号后再起步驶离。然而，堆高机智能化改造需要时间和成本，一些港口暂未具备这样的条件，所以还是需要人工介入来确认作业完成，无人集卡再驶离作业箱区，这不仅影响了作业效率，而且无人集卡需要配备驾驶员或安全员，增加了人工成本。
6.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种通过无人集卡自车感知的垂直空箱区作业方法，从而克服上述现有技术中的缺陷。
8.为实现上述目的，本发明提供了一种通过无人集卡自车感知的垂直空箱区作业系统，空箱区为单行道，空箱区的入口为入栏口，空箱区的出口为出栏口，堆高机作业时从最靠近入栏口的位置开始依次抓箱或放箱，其特征在于， 在出栏口对应最外侧第一个集装箱位置设有第一集装箱箱线，所述第一集装箱箱线为处理激光点云直线拟合出来的第一个集装箱的箱体的延长线；无人集卡上装有感知所述第一集装箱箱线的感知模块；所述无人集卡上还设有用于获取车辆位置的定位模块，以及用于收发码头操作系统下传任务的通讯模块。
9.优选地，上述技术方案中，定位模块是通过全球导航卫星系统、实时动态载波相位差分技术、惯性导航等技术多种融合实现自车定位的模块。根据自车传感器获取的数据进行处理、融合后得到自车位置信息。
10.感知模块是通过相机、毫米波雷达或激光雷达等传感器的多个传感器组合，对环境数据进行融合从而获取外界视觉信息的模块。；所述定位模块使无人集卡能够实时获取自身位置信息，所述感知模块可以使无人集卡在停位时通过实时感知进行停车，并且完成作业后通过自车感知确认装卸箱状态，结合感知周围状况驶离作业位置，自车可以通过感知模块识别并区分堆高机的作业状态，如已抓取箱的堆高机和未抓取的堆高机，结合自车传感器感知车上是否有箱，从而判断装卸箱状态。例如，装箱过程中，堆高机需要从无人集卡上抓取集装箱再转堆到箱区内，自车识别出堆高机已抓起箱子并已远离自车，并感知到车上无箱，则判断交互作业已完成。卸箱过程同理。通讯模块用于无人集卡和码头操作系统进行实时信息交互，收发任务信息，接受港口调度。
11.判断作业任务已完成后，且周围无来车或其他障碍物有碰撞风险，则安全驶离作业位置。
12.一种通过无人集卡自车感知的垂直空箱区作业方法，其特征在于：包括如下步骤：s1，无人集卡通过通讯模块接收到任务，驶入空箱区后在获得的停车点位置停车；s2，无人集卡在停车点开启激光箱线感知对位功能后再次起步，通过自车感知识别第一集装箱延伸箱线的纵向距离，识别到第一个集装箱的箱线后进行停车；无人集卡进入箱区后再打开激光；可以减少箱区外误检后就停车的风险，这里是指，如果在箱区就打开上述的激光识别功能，可能会误检，也就是识别到其他箱区的、并非目标箱区的集装箱的箱线就停车了。即还没有到目标地点就停车了。
13.s3，无人集卡到达最靠近入栏口的第一个集装箱位置停位后，自车感知到已和堆高机完成交互作业后，无人集卡通过通讯模块和码头操作系统tos进行实时信息交互，收发任务信息，接受港口调度。判断作业任务已完成后，且周围无来车或其他障碍物有碰撞风险，则安全驶离作业位置。
14.s4，无人集卡完成作业任务后超过一定时间，例如x分钟（x为可标定值，根据港口需求可更改）未收到下一个任务，则结合自身车辆状态，主动发送任务请求；s5，若仍无回应，自主规划路径驶离空箱区，不影响后续无人集卡的装箱作业。如果在作业位置完成作业后，无新的作业任务，长时间停车逗留，占用作业车道，会影响后续即后面其他的集卡（不一定是无人集卡，也可能是普通集卡）的装卸箱作业。
15.优选地，上述技术方案中，感知箱线的具体步骤为：感知箱线的具体步骤为：点云数据预处理；将三维点云信息映射到二维栅格地图上；获取空箱区相对无人集卡的大致位置；在一定区域范围内搜索栅格占据点；将搜索出的栅格占据点做直线拟合；根据集装箱特征筛选出拟合集装箱位置的直线；计算出自车与集装箱位置的距离；
距离最靠近入栏口的第一个集装箱延伸箱线x m内进行停车，x为可标定值，根据港口需求可更改，m为距离单位米。
16.点云数据和二维栅格地图再详细一点，就是在一定区域范围内搜索栅格占据点，把地面点去除，保留障碍物的栅格信息。根据集装箱特征筛选出用ransac或者最小二乘法拟合集装箱位置的直线集装箱栅格点特征是两条互相垂直的直线。对拟合出来的直线进行相对位置的计算得到两条相互垂直的直线。两条直线交点是集装箱的角点，计算角点与自车的位置，即集装箱相对于车的位置。
17.优选地，上述技术方案中，步骤s1中，若入栏口存在多辆集装箱卡车，无人集卡结合自身感知识别，进行排队停车，与前车保持安全车距。在进入箱区前，如果有集装箱卡车在入口排队停车，无法驶入，则无人集卡根据感知到的与前车的距离，进行停车等待、跟车。
18.优选地，上述技术方案中，s3中，自车可以通过感知模块识别并区分堆高机的作业状态，如已抓取箱的堆高机和未抓取的堆高机，结合自车传感器感知车上是否有箱，从而判断装卸箱状态。
19.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本公开方案中，非标准空箱区内堆高机由入栏口到出栏口的顺序进行作业，解决了非标准空箱区中，无人集卡无法通过贝位号和集装箱对应关系进行停位的问题。同时，通过自车感知识别最外侧集装箱箱线进行自主停位，提高了停位的准确性。最后，无人集卡通过自车感知实现自主驶离，为堆高机还没进行智能化改造的港口提供了可行且安全的方案，且无人集卡的驾驶员或安全员不再必须，可以减少人工成本，做到真正的高效低成本的无人驾驶。
附图说明
20.图1a为本技术实施例中无人集卡通过自车感知在港口空箱区作业的示意图a；图1b为本技术实施例中无人集卡通过自车感知在港口空箱区作业的示意图b；图2为本技术实施例中无人集卡通过自车感知在港口空箱区作业的流程图；图3为本技术实施例中无人集卡自车感知停位功能流程图；图4为申请实施例中无人集卡停位后作业及作业完成后驶离的流程图。
具体实施方式
21.下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护 范围并不受具体实施方式的限制。
22.除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包 括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或 组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
23.为了解决以上问题，为集装箱堆放空间日益紧张的港口空箱区提供高效、安全的解决方案，本发明针对非标准空箱区提出了一种通过无人集卡自车感知的空箱区作业方法。
24.方案包括港口空箱区装卸箱顺序，从箱区入栏口到出栏口，堆高机作业时从最靠近入栏口的位置开始依次抓箱或放箱。方案中的无人集卡至少包括定位模块、感知模块和
通讯模块。无人集卡通过定位模块获取实时自车位置，结合高精地图实现在目标箱区内坐标点的停位。本方案重点是进入箱区后在坐标点停位，开启激光箱线感知对位功能，通过自车感知开始识别与集装箱的纵向距离，识别到最外侧第一个集装箱的箱线后进行停车，由堆高机进行抓箱或卸箱作业。完成作业后，无人集卡通过自车感知确认装卸箱状态，结合感知周围状况，再安全地驶离作业位置。通过通讯模块，无人集卡与码头操作系统tos进行信息交互，获取作业任务等信息。
25.具体来说，无人集卡至少安装定位模块、感知模块和通讯模块。定位模块是通过全球导航卫星系统、实时动态载波相位差分技术、惯性导航等技术多种融合实现自车定位的模块。根据自车传感器获取的数据进行处理、融合后得到自车位置信息的模块，感知模块是通过相机、毫米波雷达或激光雷达等传感器的多个传感器组合，对环境数据进行融合从而获取外界视觉信息的模块。定位模块使无人集卡能够实时获取自身位置信息，而感知模块可以使无人集卡在停位时通过实时感知进行停车，并且完成作业后通过自车感知确认装卸箱状态，结合感知周围状况驶离作业位置。除了定位模块和感知模块，无人集卡还应至少包括通讯模块。通过通讯模块，无人集卡可以和码头操作系统进行实时信息交互，收发任务信息，接受港口调度。判断作业任务已完成后，且周围无来车或其他障碍物有碰撞风险，则安全驶离作业位置。
26.本技术实施例中无人集卡在港口空箱区通过自车感知停位的作业方法，该方法包括：（1）无人集卡接收到任务，驶入空箱区后在获得的停车点位置停车；若入栏口存在多辆集装箱卡车，无人集卡结合自身感知识别，进行排队停车，与前车保持安全车距。
27.（2）无人集卡在停车点开启激光箱线感知对位功能后再次起步，通过自车感知识别集装箱纵向距离，识别到第一个集装箱的箱线后进行停车；无人集卡进入箱区后再打开激光，可以减少箱区外误检后就停车的风险。
28.感知箱线的具体步骤为：1.点云数据预处理；2.将三维点云信息映射到二维栅格地图上；3.获取空箱区相对无人集卡的大致位置（在无人集卡的左侧方还是右侧方）；4.在一定区域范围内搜索栅格占据点；5.将搜索出的栅格占据点做直线拟合；6.根据集装箱特征筛选出拟合集装箱位置的直线；7.计算出自车与集装箱位置的距离；距离最靠近入栏口的第一个集装箱延伸箱线xm（x为可标定值，根据港口需求可更改，m为距离单位米）内进行停车。
29.点云数据和二维栅格地图再详细一点，就是在一定区域范围内搜索栅格占据点，把地面点去除，保留障碍物的栅格信息。根据集装箱特征筛选出用ransac或者最小二乘法拟合集装箱位置的直线集装箱栅格点特征是两条互相垂直的直线。对拟合出来的直线进行相对位置的计算得到两条相互垂直的直线。两条直线交点是集装箱的角点，计算角点与自车的位置，即集装箱相对于车的位置。具体而言就是，无人集卡开启激光箱线感知对位功能后，根据激光获取的点云数据进行预处理，将三维点云信息映射到二维栅格地图上，由此得
出空箱区内集装箱相对无人集卡的大致位置（左侧方还是右侧方）得到大致位置后，在一定区域范围内搜索栅格占据点，把地面点去除，保留集装箱障碍物的栅格信息。根据集装箱特征筛选出用ransac或者最小二乘法拟合集装箱位置的直线。其中，集装箱栅格点特征是两条互相垂直的直线。然后对拟合出来的直线进行相对位置的计算得到两条相互垂直的直线。两条直线交点是集装箱的角点，通过计算角点与自车的位置，即得出集装箱相对于车的距离。距离最靠近入栏口的第一个集装箱延伸箱线xm（x为可标定值，根据港口需求可更改，m为距离单位米）内进行停车。
30.（3）无人集卡到达最靠近入栏口的第一个集装箱位置停位后，自车感知装卸箱状态；自车可以通过感知模块识别并区分堆高机的作业状态，如已抓取箱的堆高机和未抓取的堆高机，结合自车传感器感知车上是否有箱，从而判断装卸箱状态。例如，装箱过程中，堆高机需要从无人集卡上抓取集装箱再转堆到箱区内，自车识别出堆高机已抓起箱子并已远离自车，并感知到车上无箱，则判断交互作业已完成。卸箱过程同理。作业任务中，若感知识别到堆高机行驶至无人集卡附近停车，纵向距离存在偏差，则根据堆高机位置进行停位调整。
31.自车感知到已和堆高机完成交互作业后，向码头操作系统tos上发已完成任务信号，接收到下一个任务后，无人集卡结合感知周围情况，驶离空箱区。
32.（4）无人集卡完成作业任务后超过x分钟（x为可标定值，根据港口需求可更改）未收到下一个任务，则结合自身车辆状态，主动发送任务请求。若仍无回应，自主规划路径驶离空箱区，不影响后续无人集卡的装箱作业。
33.前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用。
34.前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。