本发明涉及港口机械，具体涉及港口装卸设备作业安全防护，尤其涉及一种岸边起重机舱盖板防砸方法。
背景技术：
1、目前的集装箱货轮主要为带有方舱和甲板的货轮，在货轮的方舱内和甲板上按行列整齐堆放集装箱。而集装箱货轮的甲板为分块式可吊装结构，每块甲板的长度基本相同，宽度与船体结构相关，称为舱盖板；进行方舱内集装箱装卸作业时，需要首先将舱室上方的舱盖板吊离，放置于岸边固定位置，待舱内作业完成后再将舱盖板吊运装回原来所处的甲板位置。
2、现有集装箱码头的集装箱装卸作业最为普遍的方式是采用门式的岸边起重机作为装卸设备，实现对集装箱货轮的装卸。岸边起重机主要包括起重机大车、起重机小车和起重机吊具；其中起重机大车由两套门腿和一对架设在门腿顶部的横梁组成。集装箱装卸作业时，靠近岸线一侧称为海侧，靠近岸线一侧的门腿称为前门腿(也称为海侧门腿)，远离岸线一侧称为陆侧，远离岸线一侧的门腿称为后门腿(也称为陆侧门腿)，每套门腿包括左右两根门柱，门柱下方安装有轮对，作业时能够沿平行于岸线的方向在地面钢轨上行走。在起重机大车的横梁上铺设有钢轨，架设有轮轨行走机构，起重机小车能够沿横梁方向行走；小车上设有司机室，岸边起重机司机在司机室内操作起重机，完成吊装集装箱以及舱盖板作业。在起重机小车上通过钢丝绳吊装有起重机吊具，集装箱装卸和舱盖板吊运作业时，小车带动吊具行走至集装箱货轮上方，通过收放钢丝绳实现吊具的升降，将吊具下放至货轮上的集装箱或舱盖板上方，进行吊装集装箱以及舱盖板作业；起重机吊具的主梁设置有两对可伸缩的水平吊臂，吊臂底面两端和中间位置带有可旋转的锁销；吊具按需要装卸的集装箱或舱盖板的类型伸缩吊臂，使锁销与集装箱或舱盖板的顶面锁孔对准，锁销插入锁孔并旋转后与集装箱或舱盖板紧固连接，继而实现对集装箱和舱盖板的吊运。
3、采用上述作业模式的岸边起重机进行舱盖板地面放置作业时，首先使用吊具将集装箱货轮上的目标舱盖板锁定，将舱盖板吊运至岸边起重机陆侧门腿后方(一般认为面朝大海的方向为前方)，并放置于地面，地面放置的舱盖板可以堆叠，最大层数一般为四层，陆侧门腿后方除放置舱盖板外，也用来临时放置待运或待处理的集装箱，集装箱和舱盖板不能堆叠。
4、采用前述的舱盖板吊运作业流程，可能会发生地面砸压险情，对地面人员和车辆安全构成重大威胁。例如地面人员或车辆因疏忽，进入陆侧门腿后方的舱盖板下放范围；岸边起重机司机在舱盖板地面放置过程中，因视线被舱盖板阻挡(操作人员无法看到吊装物下方的区域情况，吊具和吊装物使得司机存在大范围的视觉盲区)，无法发现误入的地面人员车辆，持续进行下放作业，则会导致出现地面砸压险情。同时由于岸边起重机在集装箱装卸作业过程中，需要频繁移动起重机大车，在集装箱货轮上不同的集装箱箱列之间切换；同时，地面工作车辆因工作需要会经常性停车，停车位置一般对应于岸边起重机陆侧门腿后方；如果在岸边起重机移动作业位置后，地面工作车辆未能及时移开，会进入舱盖板放置区，在舱盖板地面放置过程中，可能因司机疏忽发生地面砸压险情。地面砸压险情需要尽早发现，并对岸边起重机的吊具下放进行制动保护，同时对地面目标进行告警和驱离，待地面处险目标离开舱盖板实际放置区域后再解除保护和警示。
5、针对岸边起重机舱盖板防砸保护的需求，技术人员已经进行了一些探索和实验工作，也提出了若干解决方案。主要包括图像分析方案和激光扫描方案；其中图像分析方案采用摄像机对地面舱盖板放置区进行拍摄，通过视频图像对地面处险目标进行检测，发现砸压险情。但是该方案的主要缺陷是全天候工作能力不足，例如在降雨、逆光、夜间等气象和天候条件下由于图像成像可靠性不高，从而误报率过高，且存在漏报的风险。而激光扫描方案主要为在陆侧门腿后方安装激光仪，对地面舱盖板放置区进行激光扫描，通过扫描轮廓对地面处险目标进行检测，发现砸压险情。激光扫描方案能够有效解决全天候工作能力问题；但是，由于舱盖板宽度和在地面的实际放置位置各不相同，为确保安全，只能采用最大放置范围进行检测，从而导致位于舱盖板实际放置区以外的地面安全目标(例如反光锥等)触发防砸报警，影响正常作业，实际应用价值不高。同时，除了未放置舱盖板操作过程中需要对放置区进行扫描，由于舱盖板能够堆叠，因此即当操作员吊装了一层、两层或三层舱盖板的时候，在继续吊装舱盖板的时候，需要判断舱盖板放置区域除了舱盖板之外是否还有其它非舱盖板的物体(例如人员)，同时也需要判断区域内的物体是否为已经放置或堆叠的舱盖板，这些判断现有激光扫描方案无法实现。
6、二维激光扫描仪为现有设备，其主要通过内部的旋转机构在一个扫描平面上对周边环境进行激光扫描测距，测距方式是“飞行时间测量”。通过在当前的扫描角度上发射特定形状的激光脉冲、对从被测目标表面反射回来的激光脉冲进行接收、对激光脉冲从被发射到被接收的时间间隔进行测量，通过“时间-距离转换”得到当前扫描角度上被测目标的距离、通过旋转机构在一个平面(激光扫描平面)上连续改变扫描角度，实现对周边环境在此平面上的截面轮廓的测量，以极坐标表示方式给出测量数据，并可以进一步转换为扫描仪设备坐标系下的二维直角坐标表示。即二维激光扫描仪能够得到扫描截面轮廓以及该平面上扫描物件的截面尺寸。并且二维激光扫描仪能够在全天候条件下有效工作，获取精确的二维轮廓数据，是实现大型机械设备自动化和安全作业的重要传感器。
7、中国发明专利公开文本cn108946485a公开了一种集装箱堆场装卸作业防碰箱系统，通过设置垂直的激光扫描仪对吊装过程中的集装箱进行扫描确定，避免了集装箱的碰撞险情；但是该系统无法转用应用于舱盖板的吊装防砸，其判断方式与舱盖板完全不相同。中国实用新型公告文本cn208166413u公开了一种门式起重机安全防护和作业辅助系统，公开了设置有垂直扫描仪、水平扫描仪、左扫描仪、右扫描仪等多个扫描仪进行各个方向的二维扫描，在此基础上生成大车、吊具、拖车和相关作业箱的二维和三维空间位置信息，即其设置多个不同方向的扫描仪是为了获取不同部件的二维和三维空间位置信息，因此即使将其转用也无法解决舱盖板的吊装防砸技术问题。
8、因此如何通过合理设置的具体的多台扫描仪的空间配合来有效解决舱盖板的防砸成为亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、本发明针对上述现有的技术问题，提出了一种岸边起重机舱盖板防砸方法。
2、具体通过如下技术方案实现：
3、一种岸边起重机舱盖板防砸方法，在岸边起重机大车的陆侧门腿的后方设置有垂直激光扫描仪和水平激光扫描仪。
4、包括如下步骤：
5、s1，根据岸边起重机的控制装置判断岸边起重机是否在舱盖板放置区进行舱盖板的放置作业；如果是，则进行步骤s2，如果不是，则不进行操作。
6、s2，启动所述垂直激光扫描仪进行陆侧门腿后方的垂直方向的激光扫描，判断岸边起重机吊具吊运的是否为舱盖板，如果是，则进行步骤s3，如果不是，则不进行操作。
7、s3，通过垂直激光扫描仪对舱盖板的宽度进行扫描判定，得到舱盖板在舱盖板放置区的实际放置区。
8、s4，启动所述水平激光扫描仪，对舱盖板放置区进行目标扫描，判定是否存在目标，以及目标是否为舱盖板，如果不存在目标或目标是舱盖板，则进行步骤s5，如果存在目标且目标不是舱盖板，则进行步骤s6。
9、s5，继续进行舱盖板吊装放置步骤。
10、s6，判定步骤s4激光扫描得到的目标水平剖面轮廓的外接矩形与步骤s3得到的实际放置区是否存在重叠的部分，如果存在重叠的部分，则通过岸边起重机的控制装置对吊具下放进行制动而进行防砸保护，并启动报警装置进行声和/或光的警示。
11、作为优选，在岸边起重机大车上还设置有系统控制部件，所述系统控制部件包括主控模块，以及与所述主控模块相连的垂直扫描数据提取模块、舱盖板垂直剖面轮廓提取模块、舱盖板宽度检测模块、水平扫描数据提取模块、水平剖面轮廓提取模块、舱盖板放置区目标提取模块、舱盖板防砸检测模块及报警信息发送模块。
12、作为优选，步骤s1中，根据岸边起重机的控制装置而获取岸边起重机的吊具位置和吊具下放速度而判定是否在舱盖板放置区进行舱盖板的下放作业。
13、作为优选，判断岸边起重机吊具吊运的是否为舱盖板的具体方法为：判定位于吊具下方具体的高度范围内和具体的宽度范围内的实时激光扫描点是否形成连续轮廓曲线，且连续轮廓曲线的外接矩形的宽度大于等于设定的舱盖板的最小宽度阈值，所述最小宽度阈值为舱盖板的最小宽度减去设定的检测误差。其中所述高度范围的边界点为吊具下方1700～1900mm，宽度范围的边界点为14700～14900mm。
14、作为优选，步骤s3中，通过垂直激光扫描仪对舱盖板的宽度进行扫描判定，得到舱盖板在待放置区域的实际放置区，具体方法为：判定吊运物连续轮廓曲线的外接矩形的宽度为舱盖板的宽度，舱盖板实际放置区为地面上的矩形区域，且矩形的中心为吊具工作面水平中心点的地面投影点，矩形长度为舱盖板的最大长度与安全余量的和，矩形宽度为吊运物轮廓曲线的外接矩形的宽度与安全余量的和(安全余量优选为0.2～0.9米，进一步优选为0.5米)。
15、作为优选，步骤s4中，判定目标是否为舱盖板的具体判定方法为：通过所述水平激光扫描仪实时扫描点集中存在位于舱盖板放置区内的连续轮廓曲线，当轮廓曲线的外接矩形的长度大于等于舱盖板的最小长度阈值时，则目标判定为舱盖板；否则判定目标为不可堆叠物，所述最小长度阈值为舱盖板的最小长度减去设定的检测误差(检测误差优选为0.2～0.9米，进一步优选为0.5米)。
16、作为优选，步骤s1中，通过岸边起重机的控制装置获取岸边起重机的吊具高度和吊具下放速度，判定是否在舱盖板放置区进行舱盖板的放置作业，其中长度在x方向上定义，宽度在y方向上定义，高度和厚度在z方向上定义，判定由主控模块完成；具体为：当吊具工作面水平中心点在地面的投影点在舱盖板放置区，且舱盖板正在进行放置作业，即当且<0，则判定为当前正在进行舱盖板放置作业，舱盖板防砸检测启动。
17、其中sposxy(0,sy)为吊具工作面水平中心点在地面的投影点，sy为小车位置，为矩形区域的舱盖板放置区；为吊具当前在竖直方向上的升降速度，小于零为向下运动，大于零为向上运动。
18、作为优选，步骤s2和s3中，判断岸边起重机吊具吊运的是否为舱盖板以及通过垂直激光扫描仪对舱盖板的宽度进行扫描判定，得到舱盖板在舱盖板放置区的实际放置区，由垂直扫描数据提取模块、舱盖板垂直剖面轮廓提取模块和舱盖板宽度检测模块完成，具体包括如下步骤：
19、s21，确定吊具吊运的舱盖板垂直剖面轮廓的空间范围：
20、满足
21、其中hcroiyz为吊具吊运的舱盖板垂直剖面轮廓的空间范围，sy为小车位置，sz为吊具工作面高度，为舱盖板的最大厚度，为舱盖板的最大宽度；posyz(y,z)为位置在yz平面的投影点坐标；rectyz(posyz,w,h)为yz平面上的矩形区域，且其中中心点为posyz，对边分别平行于y轴和z轴，矩形区域宽度为w，高度为h。
22、s22，根据连续轮廓曲线点集得到垂直激光扫描仪vld的连续轮廓曲线集合，垂直激光扫描仪vld的连续轮廓曲线集合与垂直激光扫描仪扫描得到第k条连续轮廓曲线的点集相等，即其中)为垂直激光扫描仪vld的连续轮廓曲线集合，为距离阈值，对于舱盖板垂直剖面的轮廓，轮廓曲线平滑，距离阈值为0.1～0.3米；ω(vld)为垂直激光扫描仪vld在被测目标上的扫描点在yz平面的投影点的集合；为垂直激光扫描仪扫描的第k条连续轮廓曲线的点集,k为连续轮廓的个数。
23、s31，吊运舱盖板垂直剖面轮廓提取和宽度检测：
24、对于当
25、时，
26、其外接矩形
27、
28、其中为吊运物外接矩形第k条连续轮廓曲线投影的矩形中心点的y轴坐标，为吊运物外接矩形第k条连续轮廓曲线投影的矩形中心点的z轴坐标，为吊运物外接矩形第k条连续轮廓曲线在宽度方向上的投影点，为吊运物外接矩形第k条连续轮廓曲线在高度方向上的投影点。
29、其中如果：
30、
31、且
32、
33、其中为检测误差，且检测误差为0.1～0.3米；为吊运物轮廓曲线的外接矩形的宽度，为舱盖板的最小宽度；
34、则
35、为当前吊运的舱盖板的垂直剖面轮廓；
36、且得出
37、
38、其中hcw为当前吊运的舱盖板的宽度。
39、s32，舱盖板实际放置区生成：
40、舱盖板实际放置区的矩形区域hcfrectxy满足：
41、其中hcfposxy为吊具工作面水平中心点在地面的投影点，且hcfposxy＝posxy(0,sy)，和分别为横向安全余量和纵向安全余量，为舱盖板的最大长度，rectxy(posxy,l,w)为xy平面上的矩形区域，其中，中心点为posxy，对边分别平行于x轴和y轴，长度为l，宽度为w。
42、作为优选，步骤s4中，启动所述水平激光扫描仪，对舱盖板放置区进行目标扫描，判定目标是否为舱盖板，由水平扫描数据提取模块、水平剖面轮廓提取模块和舱盖板放置区目标提取模块完成，具体包括如下步骤：
43、s41，生成水平激光扫描仪hld的连续轮廓曲线集合其满足：
44、其中为算法的距离阈值，对于舱盖板水平剖面轮廓，轮廓曲线存在孔洞结构，距离阈值为0.2～0.8米；ω(hld)为水平激光扫描仪hld在被测目标上的扫描点在xy平面的投影点的集合，为水平激光扫描仪扫描的第k条连续轮廓曲线的点集,k为连续轮廓的个数；
45、s42，舱盖板放置区地面目标提取：
46、舱盖板放置区地面目标集合为
47、满足：
48、其中为水平激光扫描仪在舱盖板放置区内扫描的的第k条连续轮廓曲线的点集,k为连续轮廓的个数；
49、其中
50、
51、且
52、
53、其中为矩形区域的舱盖板放置区。
54、s43，地面舱盖板检测：
55、对于当
56、时，
57、其外接矩形
58、
59、其中为扫描的目标物外接矩形第k条连续轮廓曲线投影的矩形中心点的x轴坐标，为扫描的目标物外接矩形第k条连续轮廓曲线投影的矩形中心点的y轴坐标，为扫描的目标物外接矩形第k条连续轮廓曲线在长度方向上的投影点,为扫描的目标物外接矩形第k条连续轮廓曲线在宽度方向上的投影点；rectxy(posxy,l,w)为xy平面上的矩形区域，且矩形的中心点为posxy，对边分别平行于x轴和y轴，矩形区域的长度为l，宽度为w。
60、如果
61、
62、其中为舱盖板的最小长度，为检测误差，检测误差设置为0.1～0.3米(优选检测误差值为0.2米)；
63、则得到舱盖板放置区内存在舱盖板，由于舱盖板是能够堆叠的，因此不存在砸压险情。
64、作为优选，步骤s6中，判定步骤s4激光扫描得到的目标水平剖面轮廓的外接矩形与步骤s3得到的实际放置区是否重叠，具体由舱盖板防砸检测模块完成，包括如下步骤：
65、当确定舱盖板放置区内不存在舱盖板，且存在k，使得k能够满足其中hcfrectxy为舱盖板实际放置区的矩形区域；即得到的目标水平剖面轮廓的外接矩形与步骤s3得到的实际放置区重叠，则判定存在地面砸压险情，则启动报警装置进行声和/或光的防砸警示。
66、作为优选，所述垂直扫描数据提取部件用于提取垂直激光扫描仪的实时扫描数据；所述舱盖板垂直剖面轮廓提取模块用于从垂直激光扫描仪的实时扫描数据中提取舱盖板垂直剖面轮廓；所述舱盖板宽度检测模块用于基于舱盖板垂直剖面轮廓而检测舱盖板的宽度，并基于舱盖板的宽度和岸边起重机吊具的前后位置确定地面舱盖板实际放置区的范围；所述水平扫描数据提取模块用于提取水平激光扫描仪的实时扫描数据；所述水平剖面轮廓提取模块用于从所述水平激光扫描仪的实时扫描数据中提取地面目标轮廓；所述舱盖板放置区目标提取模块用于从地面目标轮廓中提取舱盖板放置区内的地面目标，并确定目标是否为舱盖板；所述舱盖板防砸检测模块用于确定舱盖板放置区内的非舱盖板地面目标是否位于所述舱盖板实际放置区内，判断在舱盖板放置区内是否存在地面砸压险情；所述报警信息发送模块用于在检测到地面砸压险情时发出防砸报警信息。
67、作为优选，所述水平激光扫描仪的扫描平面与地面之间的距离为3.5～62cm。
68、本发明的技术效果在于：
69、(1)本发明通过对舱盖板进行垂直激光扫描而判定出舱盖板的尺寸数据，然后判定出本次的实际放置区域，然后通过水平激光扫描而确定整个放置区域是否有非舱盖板目标，然后将该目标的轮廓与实际放置区域的位置是否重叠进行判定，从而即可方便快捷且高效可靠的得出在本次实际放置区域内是否存在非舱盖板的其它目标，从而可靠高效的进行防砸预警判断。
70、通过垂直激光扫描仪获取的实时扫描数据，提取正在进行放置作业的舱盖板的宽度，结合从起重机控制系统获取的吊具前后位置，可以较为精确地确定舱盖板实际放置区的范围，避免地面安全目标触发误报。通过水平激光扫描仪获取的实时扫描数据提取舱盖板放置区内的目标位置和类型，正确区分舱盖板和非舱盖板目标，避免舱盖板堆叠作业触发误报(由于舱盖板可以堆叠而出现需要多次吊装的特殊性，从而通过上述具体设定，使得舱盖板这种特殊吊装部件能够实现准确判定而避免出现误报)；从而在可靠发现舱盖板砸压险情的情况下，最大限度减少误报，避免影响正常作业效率，具有较高的可靠性和应用价值。
71、(2)通过对具体步骤的详细数学处理方式判断的设定，使得根据简单的扫描结果即可高效准确的进行砸压风险的判定；配合水平激光扫描仪扫描面高度等位置的设置，达到了高效和准确对舱盖板以及非舱盖板目标的高效判定。通过这些细节的设置，使得仅通过设置垂直激光扫描仪和水平激光扫描仪即可达到高效准确可靠的判定，从而在保证相对低成本的情况下，实现了高效可靠的防砸判定，大大提高了作业的安全生产水平。