集装箱码头管理系统与自动驾驶集装箱卡车的对接方法与流程

本发明属于自动驾驶领域，尤其涉及一种集装箱码头管理系统与自动驾驶集装箱卡车的对接方法。

背景技术：

自动驾驶车辆是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。

码头的车辆装箱和卸箱作业的操作规范是：车辆必须停止在集装箱龙门起重机可操作区域内。因此对于自动驾驶集装箱卡车定位精度要求较高，一般要求小于20厘米。在现有技术中，由于控制算法及传感器传输的误差都会影响到自动驾驶车辆停靠的位置精度。目前难以精确控制在20厘米范围内，因此在码头现实装箱和卸货过程中多为人工驾驶或需要人工辅助完成操作，此类工作危险性极高，同时需要大量人力的支持。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种集装箱码头管理系统与自动驾驶集装箱卡车的对接方法，采用自动驾驶集装箱卡车和集装箱码头管理系统的网络结构搭建和信息交互方式，完成集装箱码头管理系统与自动驾驶集装箱卡车的精确对接，实现自动驾驶集装箱卡车在码头运输货物的高效精准装卸货操作。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种集装箱码头管理系统与自动驾驶集装箱卡车的对接方法，其特征是：搭建网络系统后，通过集装箱码头管理系统的调度命令将自动驾驶集装箱卡车指引到作业贝位，实现集装箱码头管理系统调度自动驾驶集装箱卡车的第一阶段；再由集装箱龙门起重机提供厘米级的精确指引，引导自动驾驶集装箱卡车准确停靠到装箱/卸箱的可操作区域内，实现对接的第二阶段，具体步骤如下：

步骤1、搭建网络系统：通过网络系统实现集装箱码头管理系统、码头内集装箱龙门起重机和自动驾驶集装箱卡车三者的通信互联；

步骤2、集装箱码头管理系统调度的第一阶段，即调度自动驾驶集装箱卡车阶段：

1)自动驾驶集装箱卡车向集装箱码头管理系统发送登录验证信息；

2)集装箱码头管理系统验证登录信息，通过验证后，向自动驾驶集装箱卡车发送包括车辆编号、任务类型以及任务目的地的调度信息；

3)自动驾驶集装箱卡车向集装箱码头管理系统发送确认收到调度的信息；

4)自动驾驶集装箱卡车自动行驶至任务目的地，等待集装箱龙门起重机的引导；

步骤3、集装箱码头管理系统调度的第二阶段，即集装箱龙门起重机引导阶段：

1)集装箱码头管理系统向集装箱龙门起重机发送包括车辆编号、任务类型、集装箱箱号、集装箱所在贝位的任务信息；

2)集装箱龙门起重机通过验证车辆信息，通过验证后，集装箱龙门起重机每100毫秒向自动驾驶集装箱卡车发送包括车辆编号、行为类别和行动距离的引导信息；

3)自动驾驶集装箱卡车根据集装箱龙门起重机引导信息进行相应的位置调整，自动驾驶集装箱卡车完全进入可操作区域，此时集装箱龙门起重机给自动驾驶集装箱卡车发送行为类别为停止的引导信息，自动驾驶卡车停靠在准确贝位；

4)集装箱龙门起重机检测自动驾驶集装箱卡车位置可以抓箱/放箱后，执行抓箱/放箱动作，将集装箱码头管理系统任务中指定的集装箱放到自动驾驶集装箱卡车上，或者将自动驾驶集装箱卡车上的集装箱放到堆场或船上的指定贝位上；

5)集装箱龙门起重机向集装箱码头管理系统发送任务完成的信息；

6)集装箱码头管理系统根据当前工况向自动驾驶集装箱卡车发送下一个任务信息；

步骤4、经过上述两个阶段，完成集装箱码头管理系统与自动驾驶集装箱卡车的精确对接，实现自动驾驶集装箱卡车在码头运输货物的精准装卸货操作。

所述集装箱码头管理系统通过路由器、网关和交换机搭建无线局域网，集装箱码头管理系统作为一个网络节点向局域网内注册的节点发送调度命令。

所述集装箱龙门起重机连接无线接入点设备与自动驾驶集装箱卡车进行数据通信。

所述自动驾驶集装箱卡车固接有两台无线终端设备，一台用于加入集装箱码头管理系统的局域网；另一台用于连接集装箱龙门起重机的无线接入点，与集装箱龙门起重机进行通信。

所述集装箱码头管理系统包括依次连接的数据传输模块、数据加密/解密模块、信息验证模块和车辆调度模块,所述车辆调度模块与数据加密/解密模块连接；所述信息验证模块用于验证接入集装箱码头管理系统局域网内的网络节点是否合法，并且只对通过验证的网络节点发送调度数据；所述调度模块根据实际工况发送调度命令，调度命令的接收方式采用需要完成特定行为的某个节点或广播方式通知局域网内所有节点两种方式；所述数据加密/解密模块用于对传输的调度命令和码头状态信息进行加密和解密；所述数据传输模块用于通过局域网下发送或接收数据。

所述自动驾驶集装箱卡车控制系统包括感知模块、地图模块、定位模块、决策模块、控制模块、数据加密/解密模块和通信模块，所述感知模块、地图模块、定位模块、决策模块和控制模块依次连接，数据加密/解密模块分别与决策模块和通信模连接，定位模块与数据加密/解密模块连接；所述感知模块用于提供自动驾驶集装箱卡车周围障碍物和车道线信息；所述定位模块用于提供车辆和包括岸桥区域、堆场区域、堆场贝位的特定参照物信息；所述地图模块用于将集装箱码头管理系统调度命令的位置映射到定位模块的位置；所述决策模块用于根据感知模块、地图模块、定位模块和码头管理系统调度命令规划路线、设置自动驾驶集装箱卡车期望速度、加速度和转向角度；所述控制模块用于自动驾驶集装箱卡车平滑地实现决策模块的期望速度、加速度和转向角度；所述数据加密/解密模块用于与集装箱码头管理系统通信的加密与解密；所述通信模块用于与集装箱码头管理系统和集装箱龙门起重机的网络数据通信。

有益效果：与现有技术相比，本发明专注于自动驾驶集装箱卡车在港口码头的应用。本发明采用双重引导的方式将对接方法分为两个阶段，其中一个为集装箱码头管理系统调度自动驾驶集装箱卡车阶段；另一个为集装箱龙门起重机引导自动驾驶集装箱卡车阶段，两个阶段共同协作配合集装箱卡车行驶；采用集装箱龙门起重机的精确定位能够有效的引导自动驾驶卡车进行作业贝位的精确停靠；集装箱码头调度系统与集装箱龙门起重机系统相互配合，减少人工定位及驾驶的投入，同时提高了码头卡车运输的工作效率。

附图说明

图1是网络设备连接示意图；

图2是作业流程图。

图3是集装箱龙门起重机示意图；

图4是集装箱龙门起重机可操作区域示意图；

图5是集装箱码头管理系统模块连接示意图；

图6是自动驾驶集装箱卡车控制系统模块连接示意图。

图中：1、轨道式集装箱龙门起重机无线访问点，2、自动驾驶集装箱卡车，3、集装箱码头管理系统节点，4、其他多个工作节点，5、码头内部局域网，6、网关，7、无线访问点，8、路由器，9、交换机，10、集装箱龙门起重机连接无线节点。

具体实施方式

下面结合较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

详见附图，本实施例提供了一种集装箱码头管理系统与自动驾驶集装箱卡车的对接方法，搭建网络系统后，通过集装箱码头管理系统的调度命令将自动驾驶集装箱卡车指引到作业贝位，实现集装箱码头管理系统调度自动驾驶集装箱卡车的第一阶段；再由集装箱龙门起重机提供厘米级的精确指引，引导自动驾驶集装箱卡车准确停靠到装箱/卸箱的可操作区域内，实现对接的第二阶段，具体步骤如下：

如图1所示，为本发明的网络设备连接示意图，主要分为三个部分：轨道式集装箱龙门起重机无线访问点1、集装箱码头管理系统节点3、自动驾驶集装箱卡车2，其中自动驾驶集装箱卡车接收来自龙门起重机和码头管理系统通过无线方式传输的信息，实现卡车通过自动驾驶停入贝位。集装箱码头管理系统具有其他多个工作节点4，将不同的信号传递给分布在码头内部的局域网5中，并由得到信号的局域网启动相应网关6借助无线设备的无线访问点7传递信号。龙门起重机则根据自身精确的定位功能，在自动驾驶卡车即将驶入贝位调整时为卡车的精确停车做引导。

如图2所示，集装箱码头管理系统向集装箱龙门起重机和自动驾驶集装箱卡车发送任务信息及调度命令，其中集装箱龙门起重机移动到如图3所示的指定位置等待车辆，与此同时卡车自动驾驶至指定作业位置。龙门起重机验证任务车辆信息通过后对卡车进行精确引导停靠至如图4所示的指定作业贝位，车辆到达指定位置后开始装卸作业任务，任务完成向集装箱码头管理系统传回任务完成信息，等待管理系统发送下个指令。

本发明所提出的对接方法具体实施过程从第一阶段开始进行：

a)自动驾驶集装箱卡车向集装箱码头管理系统发送登录验证信息，登录验证信息包括车辆设备ip及车辆在码头的唯一的id信息；

b)集装箱码头管理系统验证登录信息。若通过验证，系统根据作业任务向自动驾驶集装箱卡车发送调度信息。调度信息包括车辆编号、任务类型(装箱/卸箱)以及任务目的地(堆场贝位或岸桥的坐标位置)；

c)自动驾驶集装箱卡车向集装箱码头管理系统发送确认收到调度的信息；

d)自动驾驶集装箱卡车自动行驶至任务目的地坐标位置，等待集装箱龙门起重机的引导。

第二阶段集装箱龙门起重机引导阶段：

a)集装箱码头管理系统向集装箱龙门起重机发送任务信息。任务信息包括车辆编号、任务类型(装箱/卸箱)、集装箱箱号、集装箱所在贝位；

b)集装箱龙门起重机通过验证车辆信息。验证方式包括读取车辆rfid(射频识别)信号或者向区域内自动驾驶集装箱卡车广播任务信息，任务信息中附带车辆编号，自动驾驶集装箱卡车根据车辆编号判断是否执行；

c)若通过验证，集装箱龙门起重机每100毫秒向自动驾驶集装箱卡车发送引导信息。引导信息包括车辆编号、行为类别(前进、后退或停止)、行动距离(精确至厘米)；

d)自动驾驶集装箱卡车根据集装箱龙门起重机引导数据进行相应的位置调整(前进或后退指定行动距离)，由于自动驾驶车辆收到的引导信息可能与实际操作会产生一定程度的偏差，因此需要不断重复c和d步骤，直到车辆完全进入图4的可操作区域，此时龙门起重机给车辆发送引导信息的行为类别为停止，表示自动驾驶卡车已停靠在准确贝位；

e)集装箱龙门起重机检测自动驾驶集装箱卡车位置可以抓箱/放箱后，执行抓箱/放箱动作，将集装箱码头管理系统任务中指定的集装箱放到自动驾驶集装箱卡车上，或者将自动驾驶集装箱卡车上的集装箱放到堆场或船上的指定贝位上；

f)集装箱龙门起重机向集装箱码头管理系统发送任务完成的消息；

g)集装箱码头管理系统根据当前工况向自动驾驶集装箱卡车发送下一个任务信息。

经过上述两个阶段，完成集装箱码头管理系统与自动驾驶集装箱卡车的精确对接，实现自动驾驶集装箱卡车在码头运输货物的高效精准装卸货操作。

本发明所要解决的问题主要基于1)搭建网络系统，2)集装箱码头管理系统，3)自动驾驶集装箱卡车控制系统，提出自动驾驶集装箱卡车的对接方案，实现自动驾驶集装箱卡车准确停靠至作业贝位。

网络系统主要实现集装箱码头管理系统、码头内集装箱龙门起重机、集装箱卡车三者的通信互联，其中硬件层面包括：

所述集装箱码头管理系统通过路由器8、网关6和交换机9搭建无线局域网，集装箱码头管理系统作为一个网络节点向局域网内注册的节点发送调度命令。

所述集装箱龙门起重机连接无线节点10设备与自动驾驶集装箱卡车进行数据通信。

所述自动驾驶集装箱卡车固接有两台无线终端设备，一台用于加入集装箱码头管理系统的局域网；另一台用于连接集装箱龙门起重机的无线接入点，与集装箱龙门起重机进行通信。

如图5所示，所述集装箱码头管理系统包括依次连接的数据传输模块、数据加密/解密模块、信息验证模块和车辆调度模块,所述车辆调度模块与数据加密/解密模块连接。

所述信息验证模块用于验证接入集装箱码头管理系统局域网内的网络节点是否合法，并且只对通过验证的网络节点发送调度数据；所述调度模块根据实际工况发送调度命令，调度命令的接收方式采用需要完成特定行为的某个节点或广播方式通知局域网内所有节点两种方式；所述数据加密/解密模块用于对传输的调度命令和码头状态信息进行加密和解密；所述数据传输模块用于通过局域网下发送或接收数据。

如图6所示，所述自动驾驶集装箱卡车控制系统包括感知模块、地图模块、定位模块、决策模块、控制模块、数据加密/解密模块和通信模块，所述感知模块、地图模块、定位模块、决策模块和控制模块依次连接，数据加密/解密模块分别与决策模块和通信模连接，定位模块与数据加密/解密模块连接。

所述感知模块用于提供自动驾驶集装箱卡车周围障碍物和车道线信息；所述定位模块用于提供车辆和包括岸桥区域、堆场区域、堆场贝位的特定参照物信息；所述地图模块用于将集装箱码头管理系统调度命令的位置映射到定位模块的位置；所述决策模块用于根据感知模块、地图模块、定位模块和码头管理系统调度命令规划路线、设置自动驾驶集装箱卡车期望速度、加速度和转向角度；所述控制模块用于自动驾驶集装箱卡车平滑地实现决策模块的期望速度、加速度和转向角度；所述数据加密/解密模块用于与集装箱码头管理系统通信的加密与解密；所述通信模块用于与集装箱码头管理系统和集装箱龙门起重机的网络数据通信。

上述参照实施例对该一种集装箱码头管理系统与自动驾驶集装箱卡车的对接方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。