1.本发明涉及信息技术领域，尤其涉及一种龙门吊碰撞仿真检测方法。
背景技术：2.龙门吊可以对集装箱进行吊起动作，但是如果操作不当，也会导致龙门吊经常与集装箱发生碰撞，导致龙门吊上的设备，包括激光、摄像头等遭到损坏或测量角度不准。但是如果控制时,龙门吊离集装箱太远，又导致根本无法将集装箱抓起。摄像头激光等对集装箱的检测精度下降。对龙门吊的仿真可以便于对每次的抓取，进行结果的预测。根据仿真得到的预测结果来判断是否吊起，是一种好的辅助吊取的方式。
技术实现要素：3.本发明提供了一种龙门吊碰撞仿真检测方法，主要包括：龙门吊根据位置信息和重量信息判断是否吊起集装箱；获取龙门吊精准吊起的必要条件；检测龙门吊设备的运行情况；碰撞检测仿真；损失情况仿真系统的构建；计算效率与危险度并判断是否执行吊起作业；进一步可选地，所述龙门吊根据位置信息和重量信息判断是否吊起集装箱包括：构建龙门吊的信息系统；通过吊具上的相机获取集装箱上的编号，并且在信息系统内搜索出集装箱编号对应的集装箱的位置，在获取集装箱的位置信息后与龙门吊的活动范围比较，判断集装箱位置是否在龙门吊的活动范围内；通过吊具上的相机获取集装箱上的编号，并且在信息系统内搜索出集装箱编号对应的集装箱的重量，判断该集装箱的重量是否在龙门吊的可吊起范围之内；包括：构建起龙门吊的基本信息系统；获取集装箱的位置信息和重量信息；判断是否执行吊起作业；所述构建起龙门吊的基本信息系统，具体包括：将龙门吊的可活动范围，可吊起的重量范围，大车，小车的移动速度范围输入到信息系统当中。对集装箱进行编号，编号由十位数字组成，前六位代表集装箱的位置信息，其中第一，第三和第五位数字代表的是正负号，其取值只为1或0，1代表正号，0代表负号；其余的第二，第四和第六位数字代表的是对应的坐标轴上具体数据的绝对值；后四位代表集装箱的重量信息，并且将集装箱编号与重量的对应关系，集装箱编号与位置的对应关系导入到信息系统中。
4.所述获取集装箱的位置信息和重量信息，具体包括：以龙门吊相机当前位置的正下方水平面上的点为坐标原点，正东方向为x轴的正方向，正北方向为y轴的正方向，正上方为z轴的正方向，建立空间直角坐标系。利用龙门吊上的相机获取含有目标集装箱编号的照片，然后对所得的照片进行图像识别后会得到目标集装箱的编号信息，将得到的编号信息导入到信息系统中进行检索后导出该编号信息对应的重量信息和位置信息。
5.所述判断是否执行吊起作业，具体包括：
龙门吊通过分析集装箱的编号获取了集装箱的位置信息和重量信息后，将得到的位置信息和重量信息输入龙门吊的信息系统中并与信息系统中的龙门吊的可活动位置范围，可吊起的重量范围进行比较。若输入的位置信息在龙门吊的可活动位置范围内，则输出1，否则输出0；若输入的重量信息在龙门吊的可吊起重量范围内，则输出1，否则输出0。根据位置信息和重量信息判断是否执行吊起作业。
6.进一步可选地，所述获取龙门吊精准吊起的必要条件包括：龙门吊获取的集装箱的位置信息准确无误或在可接受误差范围之内；龙门吊获取的集装箱的重量信息在龙门吊的可吊起的重量范围之内；大车和小车的运行方向平稳，速度平稳,即大车，小车的运行方向准确无误或者实际方向偏差小于允许的最大方向偏差，运行速度与设定的运行速度一致或在允许的误差范围之内；龙门吊的制动装置工作正常,即龙门吊的实际制动时间小于设定的制动时间；龙门吊运行时周围的风速不超过允许工作的最大风速，龙门吊的吊具摆角大小不超过允许工作的最大摆角。
7.进一步可选地，所述检测龙门吊设备的运行情况包括：采集龙门吊的各个设备的正常工作范围，并将收集到的各项数据导入到龙门吊的信息系统之中；龙门吊通过相机，激光器和风速仪器来实时地获取龙门吊设备运行时的信息并且将获得的信息实时地传输到龙门吊的信息系统之中，然后信息系统将传输进来的各项数据分别在其对应的工作范围里进行检索，若检索后输出为0，则证明不在正常工作范围内，此时龙门吊处于异常工作状态；若检索后输出为1，则证明处于正常工作范围内，此时龙门吊处于正常工作状态；包括：车速检测和方向检测；风速检测和吊具摆角检测；所述车速检测和方向检测，具体包括：在龙门吊的运行途中，一个集装箱的长度除以龙门吊上的激光器扫过一个集装箱所需要的时间得到龙门吊驶过这个集装箱时的速度。在龙门吊运行之前，在龙门吊的起点安装三个向终点照射的激光器a,b,c，三个激光器放置在水平面的同一直线上并且此直线与龙门吊的运行方向垂直，激光器之间的间隔为龙门吊能接受的最大方向偏差除以2，三个激光器照射出来的激光相互平行，通过龙门吊在运行途中是否遮挡住激光器发射出来的激光来判断龙门吊的运行方向是否出现偏差以及方向偏差程度。若激光器a，b，c均未被遮挡，则判定为方向准确无误，方向偏差等级为0；若激光器a被遮挡而激光器b，c均未被遮挡，则判定为基本无偏差，方向偏差等级为1；若激光器a，b均被遮挡而激光器c未被遮挡，则判定为发生可接受的偏差，方向偏差等级为2；若激光器a，b，c均被遮挡，则判定为发生不可接受的偏差，方向偏差等级为3。
8.所述风速检测和吊具摆角检测，具体包括：利用龙门吊上的风速仪来实时地检测龙门吊附近的风速大小并且将检测到的风速数据实时地传输到龙门吊的信息系统中。利用龙门吊上的相机实时地捕捉龙门吊运行时吊具的照片，然后对得到的照片进行图像识别,将目标即吊具识别出来后对图像进行图像的分割以得到仅含龙门吊吊具的图片，对得到的图片进行高斯低通滤波得到吊具的轮廓边界，之后对得到的吊具轮廓边界进行图像分析以此来得到吊具的摆角大小，最后将得到的吊具摆角数据实时地传输到龙门吊的信息系统中。
9.进一步可选地，所述碰撞检测仿真包括：根据检测得到的车速数据，方向偏差数据，风速和吊具摆角数据建立起一个碰撞
仿真系统,输入龙门吊的设定工作车速和允许的最大速度偏差，可接受的最大方向偏差，允许工作的最大风速和允许工作的最大吊具摆角；将车速偏差分为三个等级：若检测到的车速与设定值一致，则认为车速无偏差，车速偏差等级为0；若检测到的车速与设定的车速不一致但速度偏差小于最大速度偏差，则判定为发生可接受偏差，车速偏差等级为1；若检测到的车速与设定车速不一致且速度偏差大于最大速度偏差，则认为发生不可接受偏差，车速偏差等级为2；将方向偏差分为四个等级：方向准确无误，方向基本无偏差，方向偏差可接受和方向偏差不可接受，分别对应等级0到等级3；将风速分为两个等级：若检测到的风速小于允许工作的最大风速，则认为龙门吊可正常工作，风速等级为0；若检测到的风速大于允许工作的最大风速，则认为龙门吊不可正常工作，风速等级为1；将吊具摆角分为两个等级：若吊具摆角小于允许工作的最大摆角，则认为龙门吊可正常工作，摆角等级为0；若吊具摆角大于允许工作的最大摆角，则认为龙门吊不可正常工作，摆角等级为1；计算碰撞发生的概率：p1=0.1*v+0.1*q+0.2*f+0.3e;其中v为车速等级，0.1为车速权重，q为方向偏差等级，0.1为方向偏差权重，f为风速等级，0.2为风速权重，e为吊具摆角等级，0.3为吊具摆角权重。
10.进一步可选地，所述损失情况仿真系统的构建包括：总的损失包括抓取失败导致的再次抓取损失和碰撞发生导致对龙门吊上的相机，激光器和风速仪造成的损失，h=k+l，其中h为总的损失，k为抓取失败导致再次抓取损失，l为碰撞发生导致的损失；输入龙门吊执行一次吊起作业所需要的成本，发生碰撞导致龙门吊上的相机，激光器和风速仪器损坏的维修成本，然后根据碰撞检测仿真得到的碰撞发生概率来构建一个损失状况仿真系统；计算龙门吊执行一次吊起作业时抓取失败的概率和龙门吊执行一次吊起作业时发生碰撞的概率；将计算得到的抓取失败概率和碰撞发生概率导入到构建起来的仿真系统中；包括：龙门吊抓取失败概率的计算；损失情况仿真；所述龙门吊抓取失败概率的计算，具体包括：龙门吊的抓取失败的条件有：车速偏差大于允许的最大车速偏差，方向偏差大于允许的最大方向偏差，风速大于允许工作的最大风速和吊具摆角大于允许的最大摆角，集装箱位置在龙门吊的移动范围之外，集装箱的重量在龙门吊的可吊起的范围之外。若集装箱位置在龙门吊的可移动范围之内，则理想的抓取概率为1，否则为0；若集装箱的重量在龙门吊的可吊起范围之内，则理想的抓取概率为1，否则为0。那么，集装箱位置，集装箱重量，龙门吊车速，方向偏差，风速和吊具摆角的共同影响下，龙门吊抓取失败的概率为：p2=(0.1*v+0.1*q+0.2*f+0.3*e)*t*y，其中v为车速等级，q为方向偏差等级，f为风速等级，e为吊具摆角等级，t为集装箱位置在龙门吊可移动范围之内的概率，y为集装箱重量在龙门吊可吊起范围之内的概率，字母前的系数为权重。
11.所述损失情况仿真，具体包括：总的损失包括抓取失败导致的再次抓取损失和碰撞发生导致对龙门吊上的相机，激光器和风速仪造成的损失，h=k+l，其中h为总的损失，k为抓取失败导致再次抓取损失，l为碰撞发生导致的损失。输入龙门吊执行一次吊起作业所需要的成本u，发生碰撞导致龙门吊上的相机，激光器和风速仪器损坏的维修成本v。计算龙门吊执行一次吊起作业时抓取失败的概率和龙门吊执行一次吊起作业时发生碰撞的概率；将计算得到的抓取失败概率和碰撞发生概率导入到构建起来的仿真系统中。然后再分别计算抓取失败导致再次抓取的损失
k和碰撞发生导致的损失l；其中抓取失败导致再次抓取的损失等于抓取失败的概率乘以龙门吊执行一次吊起作业所需的成本，即k=p2*u；碰撞发生导致的损失等于碰撞发生的概率乘以相机，激光器和风速仪损坏的维修成本，即l=p1*v；最后将计算得到的抓取失败导致再次抓取的损失与碰撞发生导致的损失相加可得到总的损失，即h=k+l=p2*u+p1*v。
12.一种龙门吊碰撞仿真检测方法其特征在于，所述系统包括：计算执行一次吊起作业的工作效率及其危险程度；龙门吊的工作效率由龙门吊抓取集装箱的成功率及其实际的运行速度决定，即n=((1-p2)/1)*(v1/v2),其中n为龙门吊的工作效率，(1-p2)为龙门吊抓取集装箱的成功率,v1为实际的工作速度，v2为设定的工作速度；龙门吊的工作危险程度由龙门吊的碰撞发生概率决定，i=p1，其中i为工作危险程度，p1为碰撞发生概率，龙门吊的碰撞发生概率越高，其工作的危险性就越大；根据计算得到的效率和危险度来判断是否执行吊起作业，定义一个值s=n*i,并且预设一个阈值z，若计算得到的s大于z，则不会执行吊起作业；若计算得到的s小于z，则会执行吊起作业。
13.本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本发明能够在抓取效率与吊起危险性上进行平衡，根据车辆速度、吊起速度、天气风力情况、龙门吊行驶方向的偏差情况，计算出龙门吊抓取的成功率，发生碰撞的概率并根据计算得到的数据仿真出可能的吊起结果。最终根据仿真得到的龙门吊的工作效率和危险性来判断是否进行本次吊起。
14.【附图说明】图1为本发明的一种龙门吊碰撞仿真检测方法的流程图。
15.图2为本发明的一种龙门吊碰撞仿真检测方法的示意图。
16.【具体实施方式】为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
17.图1为本发明的一种龙门吊碰撞仿真检测方法流程图。如图1所示，本实施例一种龙门吊碰撞仿真检测方法具体可以包括：步骤101，龙门吊根据位置信息和重量信息判断是否吊起集装箱。
18.构建龙门吊的信息系统。通过吊具上的相机获取集装箱上的编号，并且在信息系统内搜索出集装箱编号对应的集装箱的位置，在获取集装箱的位置信息后与龙门吊的活动范围比较，判断集装箱位置是否在龙门吊的活动范围内。通过吊具上的相机获取集装箱上的编号，并且在信息系统内搜索出集装箱编号对应的集装箱的重量，判断该集装箱的重量是否在龙门吊的可吊起范围之内。
19.构建起龙门吊的基本信息系统。
20.将龙门吊的可活动范围，可吊起的重量范围，大车，小车的移动速度范围输入到信息系统当中。对集装箱进行编号，编号由十位数字组成，前六位代表集装箱的位置信息，其中第一，第三和第五位数字代表的是正负号，其取值只为1或0，1代表正号，0代表负号；其余的第二，第四和第六位数字代表的是对应的坐标轴上具体数据的绝对值；后四位代表集装箱的重量信息，并且将集装箱编号与重量的对应关系，集装箱编号与位置的对应关系导入到信息系统中。例如：一个龙门吊的可活动范围为以该龙门吊目前的位置为坐标原点，只能横向或纵向移动并且移动的距离范围为10米，该龙门吊的可吊起的重量范围为100到1500
吨。一个集装箱的编号由十位数字组成，前面六位代表的是集装箱的位置信息，后面四位则代表该集装箱的重量信息，如：集装箱的编号是0112030900则表示该集装箱的位置坐标为(-1,2,-3)，该集装箱的重量是900吨。根据龙门吊的信息和集装箱编号与位置，重量的对应信息可以构建出一个基本的信息系统。
21.获取集装箱的位置信息和重量信息。
22.以龙门吊相机当前位置的正下方水平面上的点为坐标原点，正东方向为x轴的正方向，正北方向为y轴的正方向，正上方为z轴的正方向，建立空间直角坐标系。利用龙门吊上的相机获取含有目标集装箱编号的照片，然后对所得的照片进行图像识别后会得到目标集装箱的编号信息，将得到的编号信息导入到信息系统中进行检索后导出该编号信息对应的重量信息和位置信息。例如：一龙门吊吊具上的相机获取了一张包含目标集装箱编号的照片，对所得照片进行图像识别后获得的编码信息为：1111110900，将此编号信息导入龙门吊的信息系统中检索后导出目标集装箱的位置信息为(1,1,1),单位为米；目标集装箱的重量信息为900，单位为吨。
23.判断是否执行吊起作业。
24.龙门吊通过分析集装箱的编号获取了集装箱的位置信息和重量信息后，将得到的位置信息和重量信息输入龙门吊的信息系统中并与信息系统中的龙门吊的可活动位置范围，可吊起的重量范围进行比较。若输入的位置信息在龙门吊的可活动位置范围内，则输出1，否则输出0；若输入的重量信息在龙门吊的可吊起重量范围内，则输出1，否则输出0。根据位置信息和重量信息判断是否执行吊起作业。例如：如果一个集装箱的编号为1111110900，经过对编号的分析后获得要吊起的集装箱的位置信息为(1,1,1),重量信息为900吨。而龙门吊的活动范围是在横纵坐标轴上，距离范围为10，则该集装箱的位置不在龙门吊的可活动范围之内。然后与龙门吊的可吊起重量范围（100到1500吨）进行比较，可得重量在可吊起的范围内。最后要综合考虑位置信息和重量信息来考虑，只有在位置信息和重量信息都满足可工作的范围内的前提下才会执行吊起作业，位置信息或重量信息任意一个不在可工作范围内都会停止吊起作业的执行，故编号为1110900的集装箱不会被吊起。
25.步骤102，获取龙门吊精准吊起的必要条件。
26.龙门吊获取的集装箱的位置信息准确无误或在可接受误差范围之内。龙门吊获取的集装箱的重量信息在龙门吊的可吊起的重量范围之内。大车和小车的运行方向平稳，速度平稳,即大车，小车的运行方向准确无误或者实际方向偏差小于允许的最大方向偏差，运行速度与设定的运行速度一致或在允许的误差范围之内。龙门吊的制动装置工作正常,即龙门吊的实际制动时间小于设定的制动时间。龙门吊运行时周围的风速不超过允许工作的最大风速，龙门吊的吊具摆角大小不超过允许工作的最大摆角。例如:某一龙门吊要求集装箱的重量范围为100到1500吨，大车的运行方向误差小于3厘米，小车的运行方向误差小于2厘米，大车和小车的制动时间都不能超过3秒。龙门吊允许工作的最大风力等级为6级，风力等级大于6级时不允许龙门吊执行吊起工作。正常工作时龙门吊吊具的摆角幅度不能大于5
°
，若摆角角度大于5
°
则认定为危险作业，须立即停止起吊作业。
27.步骤103，检测龙门吊设备的运行情况。
28.采集龙门吊的各个设备的正常工作范围，并将收集到的各项数据导入到龙门吊的信息系统之中。龙门吊通过相机，激光器和风速仪器来实时地获取龙门吊设备运行时的信
息并且将获得的信息实时地传输到龙门吊的信息系统之中，然后信息系统将传输进来的各项数据分别在其对应的工作范围里进行检索，若检索后输出为0，则证明不在正常工作范围内，此时龙门吊处于异常工作状态；若检索后输出为1，则证明处于正常工作范围内，此时龙门吊处于正常工作状态。要检测龙门吊设备是否在正常工作首先就要知道该龙门吊的各个设备的正常工作范围，例如大车，小车的运行速度范围；大车，小车可接受的速度偏差范围和可接受的运行方向误差范围；龙门吊吊具可以承受的风速范围和吊具的摆角范围。在掌握了龙门吊的各个设备的正常工作范围后，就可以将实时检测到的龙门吊各个设备实际的工作数据与正常的工作范围对比，并以此来判断龙门吊目前的工作状况。若当前的实际工作数据在正常的工作范围之内，则判定为设备正常并且会继续进行工作，但如果当前的实际工作数据不在正常工作范围之内，则判定为设备异常并且会停止工作。
29.车速检测和方向检测。
30.在龙门吊的运行途中，一个集装箱的长度除以龙门吊上的激光器扫过一个集装箱所需要的时间得到龙门吊驶过这个集装箱时的速度。在龙门吊运行之前，在龙门吊的起点安装三个向终点照射的激光器a,b,c，三个激光器放置在水平面的同一直线上并且此直线与龙门吊的运行方向垂直，激光器之间的间隔为龙门吊能接受的最大方向偏差除以2，三个激光器照射出来的激光相互平行，通过龙门吊在运行途中是否遮挡住激光器发射出来的激光来判断龙门吊的运行方向是否出现偏差以及方向偏差程度。若激光器a，b，c均未被遮挡，则判定为方向准确无误，方向偏差等级为0；若激光器a被遮挡而激光器b，c均未被遮挡，则判定为基本无偏差，方向偏差等级为1；若激光器a，b均被遮挡而激光器c未被遮挡，则判定为发生可接受的偏差，方向偏差等级为2；若激光器a，b，c均被遮挡，则判定为发生不可接受的偏差，方向偏差等级为3。例如：在一个港口中，某一龙门吊负责吊起的集装箱长度都为8米，龙门吊上的激光器扫过集装箱a所用的时间为16秒，则可以计算出龙门吊通过集装箱a时的速度为0.5m/s，激光器扫过集装箱b所用的时间为10秒，则可以计算出龙门吊通过集装箱b时的速度为0.8m/s。龙门吊每驶过一个集装箱，通过用集装箱的长度除以通过该集装箱所用的时间就可以得到龙门吊驶过每一个集装箱时的速度，以此来达到车速实时检测的目的。因为激光具有的良好的方向性，故可以利用激光良好的方向性来判断龙门吊的运行方向是否出现偏差。例如：在龙门吊运行之前，先在龙门吊运行的起点安装三个激光器，并且激光器的照射方向为龙门吊的运行终点。龙门吊运行时若激光器a，b，c发射出来的激光均被遮挡，即方向偏差等级为3，则认为龙门吊的运行方向出现了不可接受的偏差，需要进行方向调整或停止运行；若龙门吊运行时激光器a，b，c产生的激光均未被遮挡，即方向偏差等级为0，则认为龙门吊的运行方向准确无误，目前正在正常运行。
31.风速检测和吊具摆角检测。
32.利用龙门吊上的风速仪来实时地检测龙门吊附近的风速大小并且将检测到的风速数据实时地传输到龙门吊的信息系统中。利用龙门吊上的相机实时地捕捉龙门吊运行时吊具的照片，然后对得到的照片进行图像识别,将目标即吊具识别出来后对图像进行图像的分割以得到仅含龙门吊吊具的图片，对得到的图片进行高斯低通滤波得到吊具的轮廓边界，之后对得到的吊具轮廓边界进行图像分析以此来得到吊具的摆角大小，最后将得到的吊具摆角数据实时地传输到龙门吊的信息系统中。例如：吊具上的相机捕捉到一张含有吊具摆角的照片，但照片中还含有龙门吊的吊梁，集装箱，大小车等其他无关的信息会对吊具
摆角信息得提取造成干扰；若先对图片进行图像分割得出仅含吊具得部分就可以排除其他信息得干扰；然后进行高斯低通滤波可以排除高频信息的干扰，只留下低频信息即吊具的边缘轮廓信息，这样可以大大降低图像分析的难度，方便将吊具摆角的大小识别出来。
33.步骤104，碰撞检测仿真。
34.根据检测得到的车速数据，方向偏差数据，风速和吊具摆角数据建立起一个碰撞仿真系统,输入龙门吊的设定工作车速和允许的最大速度偏差，可接受的最大方向偏差，允许工作的最大风速和允许工作的最大吊具摆角。将车速偏差分为三个等级：若检测到的车速与设定值一致，则认为车速无偏差，车速偏差等级为0；若检测到的车速与设定的车速不一致但速度偏差小于最大速度偏差，则判定为发生可接受偏差，车速偏差等级为1；若检测到的车速与设定车速不一致且速度偏差大于最大速度偏差，则认为发生不可接受偏差，车速偏差等级为2。将方向偏差分为四个等级：方向准确无误，方向基本无偏差，方向偏差可接受和方向偏差不可接受，分别对应等级0到等级3。将风速分为两个等级：若检测到的风速小于允许工作的最大风速，则认为龙门吊可正常工作，风速等级为0；若检测到的风速大于允许工作的最大风速，则认为龙门吊不可正常工作，风速等级为1。将吊具摆角分为两个等级：若吊具摆角小于允许工作的最大摆角，则认为龙门吊可正常工作，摆角等级为0；若吊具摆角大于允许工作的最大摆角，则认为龙门吊不可正常工作，摆角等级为1。计算碰撞发生的概率：p1=0.1*v+0.1*q+0.2*f+0.3e;其中v为车速等级，0.1为车速权重，q为方向偏差等级，0.1为方向偏差权重，f为风速等级，0.2为风速权重，e为吊具摆角等级，0.3为吊具摆角权重。例如：如果一个龙门吊的设定车速为0.5m/s，允许的最大车速偏差为0.2m/s,可接受的最大方向偏差为6cm,允许的最大工作风速为6级，允许的最大吊具摆角为5
°
；则当该龙门吊运行时，如果检测得到的车速为0.6m/s，方向偏离了4cm，当时的风速为4级，吊具摆角为2
°
；那么可以得到该龙门吊的车速偏差等级为1，方向偏差等级为2，风速等级为0，吊具摆角等级为0；所以可以得到碰撞发生的概率为p1=0.1*v+0.1*q+0.2*f+0.3e=0.1*1+0.1*2+0.2*0+0.3*0=0.。
35.步骤105，损失情况仿真系统的构建。
36.总的损失包括抓取失败导致的再次抓取损失和碰撞发生导致对龙门吊上的相机，激光器和风速仪造成的损失，h=k+l，其中h为总的损失，k为抓取失败导致再次抓取损失，l为碰撞发生导致的损失。输入龙门吊执行一次吊起作业所需要的成本，发生碰撞导致龙门吊上的相机，激光器和风速仪器损坏的维修成本，然后根据碰撞检测仿真得到的碰撞发生概率来构建一个损失状况仿真系统。计算龙门吊执行一次吊起作业时抓取失败的概率和龙门吊执行一次吊起作业时发生碰撞的概率；将计算得到的抓取失败概率和碰撞发生概率导入到构建起来的仿真系统中。
37.龙门吊抓取失败概率的计算。
38.龙门吊的抓取失败的条件有：车速偏差大于允许的最大车速偏差，方向偏差大于允许的最大方向偏差，风速大于允许工作的最大风速和吊具摆角大于允许的最大摆角，集装箱位置在龙门吊的移动范围之外，集装箱的重量在龙门吊的可吊起的范围之外。若集装箱位置在龙门吊的可移动范围之内，则理想的抓取概率为1，否则为0；若集装箱的重量在龙门吊的可吊起范围之内，则理想的抓取概率为1，否则为0。那么，集装箱位置，集装箱重量，龙门吊车速，方向偏差，风速和吊具摆角的共同影响下，龙门吊抓取失败的概率为：p2=
(0.1*v+0.1*q+0.2*f+0.3*e)*t*y，其中v为车速等级，q为方向偏差等级，f为风速等级，e为吊具摆角等级，t为集装箱位置在龙门吊可移动范围之内的概率，y为集装箱重量在龙门吊可吊起范围之内的概率，字母前的系数为权重。例如：如果一个龙门吊的设定车速为0.5m/s，允许的最大车速偏差为0.2m/s,可接受的最大方向偏差为6cm,允许的最大工作风速为6级，允许的最大吊具摆角为5
°
；则当该龙门吊运行时，如果检测得到的车速为0.6m/s，方向偏离了4cm，当时的风速为4级，吊具摆角为2
°
；那么可以得到该龙门吊的车速偏差等级为1，方向偏差等级为2，风速等级为0，吊具摆角等级为0；若集装箱的位置在龙门吊的移动范围内且集装箱的重量在龙门吊的可吊起范围内，那么t=y=1，则龙门吊抓取失败的概率为：p2=(0.1*v+0.1*q+0.2*f+0.3*e)*t*y=0.。
39.损失情况仿真。
40.总的损失包括抓取失败导致的再次抓取损失和碰撞发生导致对龙门吊上的相机，激光器和风速仪造成的损失，h=k+l，其中h为总的损失，k为抓取失败导致再次抓取损失，l为碰撞发生导致的损失。输入龙门吊执行一次吊起作业所需要的成本u，发生碰撞导致龙门吊上的相机，激光器和风速仪器损坏的维修成本v。计算龙门吊执行一次吊起作业时抓取失败的概率和龙门吊执行一次吊起作业时发生碰撞的概率；将计算得到的抓取失败概率和碰撞发生概率导入到构建起来的仿真系统中。然后再分别计算抓取失败导致再次抓取的损失k和碰撞发生导致的损失l；其中抓取失败导致再次抓取的损失等于抓取失败的概率乘以龙门吊执行一次吊起作业所需的成本，即k=p2*u；碰撞发生导致的损失等于碰撞发生的概率乘以相机，激光器和风速仪损坏的维修成本，即l=p1*v；最后将计算得到的抓取失败导致再次抓取的损失与碰撞发生导致的损失相加可得到总的损失，即h=k+l=p2*u+p1*v。例如：若某一龙门吊执行一次吊起作业所需的成本为100元，若发生碰撞，那么对龙门吊上的相机，激光器和风速仪进行一次维修的成本为400元，在该龙门吊执行一项吊起项目时，设定车速为0.3m/s，允许的最大车速偏差为0.2m/s,可接受的最大方向偏差为8cm,那么三个激光器a，b，c之间的间距为4cm，位于水平面上与龙门吊运行方向垂直的同一条直线上，允许的最大工作风速为6级，允许的最大吊具摆角为5
°
。集装箱位置和重量都在龙门吊的工作范围之内。该龙门吊在运行时测得实时的工作车速为0.4m/s,测得风速为3级，吊具摆角为2
°
，三个激光器其中激光器a和b被遮挡，激光器c未被遮挡。那么可以得到该龙门吊的工作情况为：车速偏差等级为1，方向偏差等级为2，风速等级为0，吊具摆角等级为0。则执行一次吊起作业可能造成的损失为：h=k+l=p2*u+p1*v=0.15
×
100+0.3
×
400=135，单位为元。
41.步骤106，计算效率与危险度并判断是否执行吊起作业。
42.计算执行一次吊起作业的工作效率及其危险程度。龙门吊的工作效率由龙门吊抓取集装箱的成功率及其实际的运行速度决定，即n=((1-p2)/1)*(v1/v2),其中n为龙门吊的工作效率，(1-p2)为龙门吊抓取集装箱的成功率,v1为实际的工作速度，v2为设定的工作速度。龙门吊的工作危险程度由龙门吊的碰撞发生概率决定，i=p1，其中i为工作危险程度，p1为碰撞发生概率，龙门吊的碰撞发生概率越高，其工作的危险性就越大。根据计算得到的效率和危险度来判断是否执行吊起作业，定义一个值s=n*i,并且预设一个阈值z，若计算得到的s大于z，则不会执行吊起作业；若计算得到的s小于z，则会执行吊起作业。例如：经过计算得到某一龙门吊抓取集装箱的成功率为0.8，碰撞发生的概率为0.2，设定的工作速度为0.5m/s，实际测得工作速度为0.4m/s；则其工作效率为n=((1-p2)/1)*(v1/v2)=0.64，其工
作危险性为：i=0.2。若设定的阈值z=0.5，那么s=n*i=0.128，小于0.5，所以会执行吊起作业。
技术特征：1.一种龙门吊碰撞仿真检测方法，其特征在于，所述方法包括：龙门吊根据位置信息和重量信息判断是否吊起集装箱，所述龙门吊根据位置信息和重量信息判断是否吊起集装箱，具体包括：构建起龙门吊的基本信息系统，获取集装箱的位置信息和重量信息，判断是否执行吊起作业；获取龙门吊精准吊起的必要条件；检测龙门吊设备的运行情况，所述检测龙门吊设备的运行情况，具体包括：车速检测和方向检测，风速检测和吊具摆角检测；碰撞检测仿真；损失情况仿真系统的构建，所述损失情况仿真系统的构建，具体包括：龙门吊抓取失败概率的计算，损失情况仿真；计算效率与危险度并判断是否执行吊起作业。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述龙门吊根据位置信息和重量信息判断是否吊起集装箱，包括:构建龙门吊的信息系统；通过吊具上的相机获取集装箱上的编号，并且在信息系统内搜索出集装箱编号对应的集装箱的位置，在获取集装箱的位置信息后与龙门吊的活动范围比较，判断集装箱位置是否在龙门吊的活动范围内；通过吊具上的相机获取集装箱上的编号，并且在信息系统内搜索出集装箱编号对应的集装箱的重量，判断该集装箱的重量是否在龙门吊的可吊起范围之内；包括：构建起龙门吊的基本信息系统；获取集装箱的位置信息和重量信息；判断是否执行吊起作业；所述构建起龙门吊的基本信息系统，具体包括:将龙门吊的可活动范围，可吊起的重量范围，大车，小车的移动速度范围输入到信息系统当中；对集装箱进行编号，编号由十位数字组成，前六位代表集装箱的位置信息，其中第一，第三和第五位数字代表的是正负号，其取值只为1或0，1代表正号，0代表负号；其余的第二，第四和第六位数字代表的是对应的坐标轴上具体数据的绝对值；后四位代表集装箱的重量信息，并且将集装箱编号与重量的对应关系，集装箱编号与位置的对应关系导入到信息系统中；所述获取集装箱的位置信息和重量信息，具体包括:以龙门吊相机当前位置的正下方水平面上的点为坐标原点，正东方向为x轴的正方向，正北方向为y轴的正方向，正上方为z轴的正方向，建立空间直角坐标系；利用龙门吊上的相机获取含有目标集装箱编号的照片，然后对所得的照片进行图像识别后会得到目标集装箱的编号信息，将得到的编号信息导入到信息系统中进行检索后导出该编号信息对应的重量信息和位置信息；所述判断是否执行吊起作业，具体包括:龙门吊通过分析集装箱的编号获取了集装箱的位置信息和重量信息后，将得到的位置信息和重量信息输入龙门吊的信息系统中并与信息系统中的龙门吊的可活动位置范围，可吊起的重量范围进行比较；若输入的位置信息在龙门吊的可活动位置范围内，则输出1，否则输出0；若输入的重量信息在龙门吊的可吊起重量范围内，则输出1，否则输出0；根据位置信息和重量信息判断是否执行吊起作业。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述获取龙门吊精准吊起的必要条件，包括:龙门吊获取的集装箱的位置信息准确无误或在可接受误差范围之内；龙门吊获取的集装箱的重量信息在龙门吊的可吊起的重量范围之内；大车和小车的运行方向平稳，速度平稳,即大车，小车的运行方向准确无误或者实际方向偏差小于允许的最大方向偏差，运行速
度与设定的运行速度一致或在允许的误差范围之内；龙门吊的制动装置工作正常,即龙门吊的实际制动时间小于设定的制动时间；龙门吊运行时周围的风速不超过允许工作的最大风速，龙门吊的吊具摆角大小不超过允许工作的最大摆角。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述检测龙门吊设备的运行情况，包括:采集龙门吊的各个设备的正常工作范围，并将收集到的各项数据导入到龙门吊的信息系统之中；龙门吊通过相机，激光器和风速仪器来实时地获取龙门吊设备运行时的信息并且将获得的信息实时地传输到龙门吊的信息系统之中，然后信息系统将传输进来的各项数据分别在其对应的工作范围里进行检索，若检索后输出为0，则证明不在正常工作范围内，此时龙门吊处于异常工作状态；若检索后输出为1，则证明处于正常工作范围内，此时龙门吊处于正常工作状态；包括：车速检测和方向检测；风速检测和吊具摆角检测；所述车速检测和方向检测，具体包括:在龙门吊的运行途中，一个集装箱的长度除以龙门吊上的激光器扫过一个集装箱所需要的时间得到龙门吊驶过这个集装箱时的速度；在龙门吊运行之前，在龙门吊的起点安装三个向终点照射的激光器a,b,c，三个激光器放置在水平面的同一直线上并且此直线与龙门吊的运行方向垂直，激光器之间的间隔为龙门吊能接受的最大方向偏差除以2，三个激光器照射出来的激光相互平行，通过龙门吊在运行途中是否遮挡住激光器发射出来的激光来判断龙门吊的运行方向是否出现偏差以及方向偏差程度；若激光器a，b，c均未被遮挡，则判定为方向准确无误，方向偏差等级为0；若激光器a被遮挡而激光器b，c均未被遮挡，则判定为基本无偏差，方向偏差等级为1；若激光器a，b均被遮挡而激光器c未被遮挡，则判定为发生可接受的偏差，方向偏差等级为2；若激光器a，b，c均被遮挡，则判定为发生不可接受的偏差，方向偏差等级为3；所述风速检测和吊具摆角检测，具体包括:利用龙门吊上的风速仪来实时地检测龙门吊附近的风速大小并且将检测到的风速数据实时地传输到龙门吊的信息系统中；利用龙门吊上的相机实时地捕捉龙门吊运行时吊具的照片，然后对得到的照片进行图像识别,将目标即吊具识别出来后对图像进行图像的分割以得到仅含龙门吊吊具的图片，对得到的图片进行高斯低通滤波得到吊具的轮廓边界，之后对得到的吊具轮廓边界进行图像分析以此来得到吊具的摆角大小，最后将得到的吊具摆角数据实时地传输到龙门吊的信息系统中。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碰撞检测仿真，包括:根据检测得到的车速数据，方向偏差数据，风速和吊具摆角数据建立起一个碰撞仿真系统,输入龙门吊的设定工作车速和允许的最大速度偏差，可接受的最大方向偏差，允许工作的最大风速和允许工作的最大吊具摆角；将车速偏差分为三个等级：若检测到的车速与设定值一致，则认为车速无偏差，车速偏差等级为0；若检测到的车速与设定的车速不一致但速度偏差小于最大速度偏差，则判定为发生可接受偏差，车速偏差等级为1；若检测到的车速与设定车速不一致且速度偏差大于最大速度偏差，则认为发生不可接受偏差，车速偏差等级为2；将方向偏差分为四个等级：方向准确无误，方向基本无偏差，方向偏差可接受和方向偏差不可接受，分别对应等级0到等级3；将风速分为两个等级：若检测到的风速小于允许工作的最大风速，则认为龙门吊可正常工作，风速等级为0；若检测到的风速大于允许工作的最大风速，则认为龙门吊不可正常工作，风速等级为1；将吊具摆角分为两个等级：若吊
具摆角小于允许工作的最大摆角，则认为龙门吊可正常工作，摆角等级为0；若吊具摆角大于允许工作的最大摆角，则认为龙门吊不可正常工作，摆角等级为1；计算碰撞发生的概率：p1=0.1*v+0.1*q+0.2*f+0.3e;其中v为车速等级，0.1为车速权重，q为方向偏差等级，0.1为方向偏差权重，f为风速等级，0.2为风速权重，e为吊具摆角等级，0.3为吊具摆角权重。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述损失情况仿真系统的构建，包括:总的损失包括抓取失败导致的再次抓取损失和碰撞发生导致对龙门吊上的相机，激光器和风速仪造成的损失，h=k+l，其中h为总的损失，k为抓取失败导致再次抓取损失，l为碰撞发生导致的损失；输入龙门吊执行一次吊起作业所需要的成本，发生碰撞导致龙门吊上的相机，激光器和风速仪器损坏的维修成本，然后根据碰撞检测仿真得到的碰撞发生概率来构建一个损失状况仿真系统；计算龙门吊执行一次吊起作业时抓取失败的概率和龙门吊执行一次吊起作业时发生碰撞的概率；将计算得到的抓取失败概率和碰撞发生概率导入到构建起来的仿真系统中；包括：龙门吊抓取失败概率的计算；损失情况仿真；所述龙门吊抓取失败概率的计算，具体包括:龙门吊的抓取失败的条件有：车速偏差大于允许的最大车速偏差，方向偏差大于允许的最大方向偏差，风速大于允许工作的最大风速和吊具摆角大于允许的最大摆角，集装箱位置在龙门吊的移动范围之外，集装箱的重量在龙门吊的可吊起的范围之外；若集装箱位置在龙门吊的可移动范围之内，则理想的抓取概率为1，否则为0；若集装箱的重量在龙门吊的可吊起范围之内，则理想的抓取概率为1，否则为0；那么，集装箱位置，集装箱重量，龙门吊车速，方向偏差，风速和吊具摆角的共同影响下，龙门吊抓取失败的概率为：p2=(0.1*v+0.1*q+0.2*f+0.3*e)*t*y，其中v为车速等级，q为方向偏差等级，f为风速等级，e为吊具摆角等级，t为集装箱位置在龙门吊可移动范围之内的概率，y为集装箱重量在龙门吊可吊起范围之内的概率，字母前的系数为权重；所述损失情况仿真，具体包括:总的损失包括抓取失败导致的再次抓取损失和碰撞发生导致对龙门吊上的相机，激光器和风速仪造成的损失，h=k+l，其中h为总的损失，k为抓取失败导致再次抓取损失，l为碰撞发生导致的损失；输入龙门吊执行一次吊起作业所需要的成本u，发生碰撞导致龙门吊上的相机，激光器和风速仪器损坏的维修成本v；计算龙门吊执行一次吊起作业时抓取失败的概率和龙门吊执行一次吊起作业时发生碰撞的概率；将计算得到的抓取失败概率和碰撞发生概率导入到构建起来的仿真系统中；然后再分别计算抓取失败导致再次抓取的损失k和碰撞发生导致的损失l；其中抓取失败导致再次抓取的损失等于抓取失败的概率乘以龙门吊执行一次吊起作业所需的成本，即k=p2*u；碰撞发生导致的损失等于碰撞发生的概率乘以相机，激光器和风速仪损坏的维修成本，即l=p1*v；最后将计算得到的抓取失败导致再次抓取的损失与碰撞发生导致的损失相加可得到总的损失，即h=k+l=p2*u+p1*v。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述计算效率与危险度并判断是否执行吊起作业，包括:计算执行一次吊起作业的工作效率及其危险程度；龙门吊的工作效率由龙门吊抓取集装箱的成功率及其实际的运行速度决定，即n=((1-p2)/1)*(v1/v2),其中n为龙门吊的工作效率，(1-p2)为龙门吊抓取集装箱的成功率,v1为实际的工作速度，v2为设定的工作速度；龙门吊的工作危险程度由龙门吊的碰撞发生概率决定，i=p1，其中i为工作危险程度，p1为
碰撞发生概率，龙门吊的碰撞发生概率越高，其工作的危险性就越大；根据计算得到的效率和危险度来判断是否执行吊起作业，定义一个值s=n*i,并且预设一个阈值z，若计算得到的s大于z，则不会执行吊起作业；若计算得到的s小于z，则会执行吊起作业。
技术总结本申请提供一种龙门吊碰撞仿真检测方法，包括：龙门吊根据位置信息和重量信息判断是否吊起集装箱，所述龙门吊根据位置信息和重量信息判断是否吊起集装箱，具体包括：构建起龙门吊的基本信息系统，获取集装箱的位置信息和重量信息，判断是否执行吊起作业；获取龙门吊精准吊起的必要条件；检测龙门吊设备的运行情况，所述检测龙门吊设备的运行情况，具体包括：车速检测和方向检测，风速检测和吊具摆角检测；碰撞检测仿真；损失情况仿真系统的构建，所述损失情况仿真系统的构建，具体包括：龙门吊抓取失败概率的计算，损失情况仿真；计算效率与危险度并判断是否执行吊起作业。与危险度并判断是否执行吊起作业。与危险度并判断是否执行吊起作业。
技术研发人员：熊常春 王敬贵 李国元 沈之锐 刘妍 吴江川 李苗 熊桥峰 张富耕
受保护的技术使用者：深圳季连科技有限公司
技术研发日：2022.07.25
技术公布日：2022/11/1
