于代成 吴逸霏
摘要：当下经济社会不断发展，机器视觉技术被广泛的应用于各行各业，尤其是在国内外港口自动化智能化的要求下，岸桥集卡定位系统也逐步取代了以往以人为主的对位方式。同时，岸桥集卡定位系统也不存在像激光雷达、GPS、电磁定位等自动化技术的应用范围窄、技术成本高、操作难度难等弊端，能直接有效的以当下的技术手段进行延伸用较低的成本解决上述集卡定位难的问题。而且，基于机器视觉的岸桥集卡定位系统既能准确确定集卡定位点、工作区域车道等要素，还能同时对多点、多区域进行同步定位，高效智能的规划安排了装卸工作，有效提升了装卸效率。本文主要探讨了机器视觉技术在集卡定位系统中的设计思路、应用设计、操作流程和工作特点等基础信息，目的在于为岸桥集卡定位系统开发提供一定参考。
关键词：机器视觉技术;岸桥集卡定位;智能化;自动化
引言
科学技术不断进步，很多机械设备已经在仿真拟人科技方面有了突破性的进展，一部分科技人员通过模拟人的思路构成思想的形态，也就是人工智能。而且在其中很关键的一部分就是对人的器官进行模拟设计、研究。目前，机械手臂的设计已经趋于完善，目前的模拟仿真重点就是人眼研究，也就是延伸出的电子摄影机、照相机等基础科技产品的再创造。虽然摄影机、照相机已经能够胜任信息收集、分类的进程，但是在信息的处理、分析方面还是有许多可突破的点的，本文就主要探讨了机器视觉在岸桥集卡定位系统方面的应用特点。
一、机器视觉技术特点
近几年，智能视觉系统逐步进入了车辆定位的操作系统中，并取得了一些进展。Ahmed根据即时的路况AVI视觉数据，利用贝叶斯更新框架即时作出交通规划，进而推测交通事故的发生概率。数据表明，这种方案对追尾事故的预测正确率到了75.93%，对车辆碰撞事故的预测正确率为72.92%。而元海文、肖长诗等人应用单目视觉检测车轮来定位车辆[1];YCai则应用单目和双目视觉来跟踪车辆[2]。但是，这两种应用手段都不能及时判断集卡工作状态、工作区域情况，很难应用在环境极度复杂的港口集装箱领域。
机械视觉技术是信息技术的一种，它是由计算机技术、图像处理算法、人工智能、机械自动化、光学以及仿真学等学科共同构成。机械视觉主要就是由计算机模拟人的眼睛，由此得到所视物体的相关信息和所处环境相关信息，进而完成机械自动化生产。利用视觉引导系统来拟真人的眼睛和大脑对信息的交流，以此来对所视物体进行分析，这样就实现了对人眼视觉的解放和擴充。而且，机械视觉在精度、稳定度、安全度、记录广度上都要远远强于人眼视觉，机械视觉还有着更全面的资源校正机制。在重复、机械、高精度、高强度的工作环境中，机械视觉有着更为宽广的前景。所以，在环境复杂、应用强度高的港口，岸桥集卡的定位最好应用机器视觉技术做技术支持。
二、岸桥集卡定位系统设计原理
以往集卡定位都是以电射雷达、红外传感等技术为依托，应用成本价格居高不下，而且缺点很多，主要有以下几点：
（一）不能分辨车辆运动轨迹。
（二）不能实现多车道即时工作。
（三）工作进程里不允许无关车辆、人员、物件入内，不能确定运动物件和集卡的关系。
因以上缺点急需解决，且岸桥环境结构复杂、即时操作要求难度大，本文就基于机器视觉的岸桥集卡定位系统进行探讨。这套系统对集卡的定位是由背景搭建算法来实现，将即时视觉图像与背景作出比较，划分卡车的概率区域，详细操作如下：
（一）背景搭建：先将操作环境的RGB图像灰度转换，在利用高斯混合模型来进行背景搭建。以现实应用状况考虑，精确的背景搭建直接决定其定位精度。所以，针对IMBS背景减除进行了优化，也就是对部分暗面进行矢量排除，完成了中高速下的岸桥背景提取。将原算法和优化后的进行比较，例如两辆集卡之间经过原算法处理之后存在连通背景搭建，然而采用以背景搭建色调比对分析的改进方法，造成联通的暗面搭建能够被有效消除掉。因此，这种更新的方法能够更精确地提取和计算出目标轮廓。对每一个提取到轮廓的车辆轮胎进行背景搭建，以此得到准确的轮胎位置，并作为集卡在车道上的背景位置。
（二）背景排除：背景排除即排除很多不在目标集卡的小图像块。在正常排除时，不在目标集卡的小图像块也会出现在图像中，这是因为发生了图像块聚类。所以，为得到集卡的正确位置，要在系统中筛选连通域的长、宽、高、体积以及白色像素占比等参数。这里，设置中高速下的连续背景，并进行测试：将ROI背景搭建的集卡作分析对象，逐一定位车辆目标在背景中的位置，即现实相对定位。一般来说，每个车辆的轮胎背景搭建结果都不相同，再进行视觉单应性平面投影变换处理，就能获得相应的空间位置。所以背景排除不但实现了集卡的现实定位，同时也能判定出集卡的车型、尺寸、速度、与车道间的偏角等车况信息。也就是说，这就能在多车道定位时在每一辆集卡定位的过程中互相作为背景，能够逐一、准确的确定到每一辆集卡的位置。
三、岸桥集卡定位系统设计方案
CPS是LED引导显示屏、计算服务器、集卡定位相机。
（一）引导显示屏设计
显示屏屏幕高度可调，默认以集卡司机视线高度为准，一般安置于海陆侧侧底梁两侧，视线距离不低于20m。
显示项目包括但不限于：拖车司机前/后调整提示，CPS待命，拖车作业车道号，拖车到位和驶离提示，拖车调整距离值，集卡车道偏角，CPS故障等信息。
画面颜色：车道号（黄色）、偏移距离（红色）、方向信号（绿色）、停车信号（红色）。
LED集卡引导显示屏提供引导定位信息给集卡司机。
（二）CPS计算服务器设计
CPS服务器进行与岸桥的信息交流，以采集的视觉图像流即时分析集卡位置状态。CPS服务器一般安置于电气房，是岸桥集卡定位引导系统的核心。
（三）集卡定位相机设计
两个集卡定位相机能够即时采集双向多车道的集卡作业视觉图像流。为了达到定位精度的标准，集卡定位相机安置于岸桥中间车道的横梁，且仅照射1～2条作业车道，首先保证集卡定位的准确性。
四、岸桥集卡定位系统运行流程
CPS系统运行流程：指令发送、集卡驶入、集卡定位、显示屏引导、集卡到位、开始装卸。具体流程如下。
（一）指令发送：岸桥和集卡司机作业开始，根据CPS系统指令（由TOS系统发送）去往指示岸桥位置及车道作业。
（二）集卡驶入：集卡司机到达指示车道后，查看车头面岸桥引导显示屏，岸桥引导显示屏信号指示灯变绿后，集卡向岸桥底部出发。
（三）集卡定位：集卡到达CPS覆盖区域，定位相机即时采集视觉图像流发送到CPS服务器中并进行视觉图像流分析。搜索到运动物体时，启动判定功能，初步判断运动物体是否为集卡。当初步判断运动目标为集卡，启动集卡精确定位，设定集卡的准确车道位置。
（四）显示屏引导：视觉图像分析后，岸桥集卡引导显示屏即时显示涉及到的集卡的位置信息，并显示行驶中的集卡位置。
（五）集卡到位：集卡司机在位置状态显示屏指示下操作集卡到达指定位置，这时指示灯变绿。位置状态指示灯由红色变为绿色，且唯一距离显示为“00”时，集卡成功到位。
（六）开始装卸：岸桥司机根据司机室集卡到位指示灯可以判断集卡是否到位到可以作业位置。指示灯变红则说明集卡未到位，指示灯变绿则说明集卡已就绪，可正常作业。
五、结束语
目前人工引导和机械自动化集卡定位在集卡定位中有许多缺陷，主要集中在定位方式的不智能上。本文对集卡定位的机器视觉解决方案作出了基本表述，也就是以集卡定位相机为基础，由采集到的视觉图像流来分析出集卡车头的面向和准确位置，而且集卡的位置数据还将即时分布在现场的作业屏幕，以此来指示集卡司机精准停靠在准确位置。CPS系统避免了人工引导的费时费力，不需要高经验高强度的指挥人力，极大降低了原有机器视觉技术的成本，提升了集卡定位系统的作业精度，对岸桥作业的效率提升不言而喻。各国都极度重视机器视觉技术的发展研究，并投入大量資源、人力来搜集数据、建立模型、案例分析、智能制造。目前看来，这项技术不能局限于简单的采集数据、分析处理以及结果判定，自动化、智能化、开放化、高效化是机器视觉的发展优势也是机器视觉未来的发展方向，持续对机器视觉技术进行投入、开发、应用，是实现制造业智能化的前提。
参考文献：
[1]元海文，肖长诗，修素朴，等.基于单应性平面投影的高速车辆检测与定位方法[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2017，41（1）：76-81.
（作者单位：上海振华重工（集团）股份有限公司）
猜你喜欢 自动化智能化 自动化焊接设备在工程机械制造中的应用大众科学·中旬(2020年4期)2020-10-21电气工程自动化的智能化技术应用与研究名城绘(2020年11期)2020-04-28关于天气现象自动化观测技术的探讨科学与财富(2020年33期)2020-03-10基于Moodle平台的语文阅读教学“智能化模式”初探福建基础教育研究(2019年1期)2019-05-28电力系统自动化中的应用智能化的研究现代职业教育·高职高专(2018年3期)2018-05-14智能化要颠覆什么？进出口经理人(2018年1期)2018-01-2410kV配电网现状及智能化改造中国信息化·学术版(2013年5期)2013-10-09
