一种基于3D激光雷达扫描的船舶漂移检测方法及设备与流程

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一种基于3d激光雷达扫描的船舶漂移检测方法及设备
技术领域
1.本发明涉及码头安全生产设备技术领域，具体为一种基于3d激光雷达扫描的船舶漂移检测方法及设备。

背景技术：

2.随着码头作业量的加大，大小船舶靠泊频繁，特别是船舶在码头停泊期间，由于停泊后船体受洋流、季风外力影响和缆绳受力不均会造成船舶向前或向后发生漂移靠，船舶发生漂移后有严重的安全隐患，因此防范船舶发生漂移，对船舶漂移的距离实时检测是非常必要的。
3.现有技术中针对船舶漂移的现场检测一直都是空白，给码头的安全留下了重大隐患，因此，怎样检测船舶漂移是现阶段亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

4.为解决上述问题，本技术提出了一种基于3d激光雷达扫描的船舶漂移检测方法，所述方法包括：
5.步骤1：采用安装在卸船机的多台3d激光扫描仪对船舶进行扫描，将船舶扫描点云数据传输给激光数据处理器；
6.步骤2：所述激光数据处理器对船舶扫描点云数据处理，实现对船舶坐标数据提取，并将结果数据发送至主服务器；
7.步骤3：所述主服务器根据船舶结果数据建立船舶运行轨迹模型；
8.步骤4：所述主服务器根据船舶运行轨迹模型检测船舶是否发生漂移，如果发生漂移，则主服务器进行报警。
9.优选的，采用安装在卸船机的多台3d激光扫描仪对船舶进行扫描包括：2台用于扫描船舶的激光扫描仪，在扫描船舶的同时，将船舱口与船舱内轮廓也进行扫描，所述3d激光扫描仪刷新周期≤250ms。
10.优选的，所述卸船机激光数据处理器对点云数据处理，实现对船舶坐标数据提取包括：对点云数据进行处理，三维建模、特征分割，实现对海陆侧船舱口、甲板面、舱内煤堆表面轮廓的数据提取。
11.优选的，所述点云数据是所述3d激光扫描仪于现场角中被测物表面所检测到的所有点云的总和，每个点云包含以下信息：
12.目标反射率：以0至255表示，其中，0至150对应反射率介于0至100％的漫散射物体，而151至255对应全反射物体；
13.3d激光扫描仪的坐标信息可表示为直角坐标(x，y，z)或球坐标(r，θ，φ)，其直角坐标和球坐标的关系公式如下：
14.x＝r
×
sin(θ)
×
cos(φ)
15.y＝r
×
sin(θ)
×
sin(φ)
16.z＝r
×
cos(θ)。
17.优选的，主服务器根据停靠在码头的船舶的三轴坐标以及运行范围来确定船舶运行有效路径，根据有效路径来建立运行轨迹模型，其中，所述船舶运行轨迹：三轴坐标(x、y、z)≤20cm，实时坐标(x、y、z)数据更新周期：≤250ms。
18.相应的，本发明还提供了一种基于3d激光雷达扫描的船舶漂移检测设备，所述设备包括：
19.扫描系统处理模块：用于采用安装在卸船机的多台3d激光扫描仪对船舶进行扫描，并将船舶扫描点云数据传输给卸船机激光数据处理器模块；
20.激光数据处理模块：用于对船舶扫描点云数据处理，实现对船舶坐标数据提取，并将结果数据发送至主服务器模块；
21.主服务器模块：用于根据船舶结果数据建立船舶运行轨迹模型，并根据船舶运行轨迹模型检测船舶是否发生漂移，如果发生漂移，主服务器模块进行报警。
22.优选的，所述扫描系统处理模块具体为：2台用于扫描船舶的激光扫描仪，在扫描船舶的同时，将船舱口与船舱内轮廓也进行扫描，所述3d激光扫描仪刷新周期≤250ms。
23.优选的，所述激光数据处理模块还具体用于：对点云数据进行处理，三维建模、特征分割，实现对海陆侧船舱口、甲板面、舱内煤堆表面轮廓的数据提取。
24.优选的，所述激光数据处理模块还具体用于：对点云数据进行处理，其中，所述点云数据是所述3d激光扫描仪于现场角中被测物表面所检测到的所有点云的总和，每个点云包含以下信息：
25.目标反射率：以0至255表示，其中，0至150对应反射率介于0至100％的漫散射物体，而151至255对应全反射物体；
26.3d激光扫描仪的坐标信息可表示为直角坐标(x，y，z)或球坐标(r，θ，φ)，其直角坐标和球坐标的关系公式如下：
27.x＝r
×
sin(θ)
×
cos(φ)
28.y＝r
×
sin(θ)
×
sin(φ)
29.z＝r
×
cos(θ)。
30.优选的，主服务器模块具体用于：根据停靠在码头的船舶的三轴坐标以及运行范围来确定船舶运行有效路径，根据有效路径来建立运行轨迹模型，其中，所述船舶运行轨迹：三轴坐标(x、y、z)≤20cm，实时坐标(x、y、z)数据更新周期：≤250ms。
31.通过应用以上技术方案，利用在卸船机上的3d激光扫描仪对船舶进行扫描，激光数据处理器对船舶扫描点云数据处理，主服务器根据船舶结果数据建立船舶运行轨迹模型，主服务器并根据船舶运行轨迹模型检测船舶是否发生漂移，如果发生漂移，主服务器进行报警。由此可见，本发明原理简单可靠，可有效检测船舶是否发生漂移，确保码头稳泊安全。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附
图。
33.图1示出了本发明实施例提出的一种基于3d激光雷达扫描的船舶漂移检测方法的流程图；
34.图2示出了本发明实施例中点云数据与球数据关系图；
35.图3示出了本发明实施例提出的一种基于3d激光雷达扫描的船舶漂移检测设备的结构示意图。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
37.所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
38.本发明提出了一种基于3d激光雷达扫描的船舶漂移检测方法，为检测船舶在码头停靠发生偏移，如图1所示，包括以下步骤：
39.步骤s01：采用安装在卸船机的多台3d激光扫描仪对船舶进行扫描，将船舶扫描点云数据传输给激光数据处理器；
40.本实施例中，首先采用安装在卸船机的2台3d激光扫描仪对船舶进行扫描包括，在扫描船舶的同时，将船舱口与船舱内轮廓也进行扫描，并将船舶扫描点云数据传输给激光数据处理器所述3d激光扫描仪刷新周期≤250ms。
41.步骤s02：所述激光数据处理器对船舶扫描点云数据处理，实现对船舶坐标数据提取，并将结果数据发送至主服务器；
42.所述卸船机激光数据处理器接收到船舶扫描点云数据后对点云数据进行处理包括：三维建模、特征分割，实现对海陆侧船舱口、甲板面、舱内煤堆表面轮廓的数据提取，并将结果数据发送至主服务器。
43.本实施例中，3d激光扫描仪的输出数据中包含点云数据和imu数据。其中点云数据和imu数据中都包含了时间戳信息以及状态指示码信息，而点云数据中还包括了目标反射率、坐标信息及标记信息。
44.所述点云数据是所述3d激光扫描仪于现场角中被测物表面所检测到的所有点云的总和，每个点云包含以下信息：
45.目标反射率：以0至255表示，其中，0至150对应反射率介于0至100％的漫散射物体，而151至255对应全反射物体；
46.如图2所示，3d激光扫描仪的坐标信息可表示为直角坐标(x，y，z)或球坐标(r，θ，φ)，其直角坐标和球坐标的关系公式如下：
47.x＝r
×
sin(θ)
×
cos(φ)
48.y＝r
×
sin(θ)
×
sin(φ)
49.z＝r
×
cos(θ)。
50.如果前方无被测物体或者被测物体超出量程范围(例如600m)，在直角坐标系下，点运输处为(0，0，0)；在球坐标系下，点云输出为(0，θ，φ)。
51.步骤s03：所述主服务器根据船舶结果数据建立船舶运行轨迹模型；
52.主服务器根据停靠在码头的船舶的三轴坐标以及运行范围来确定船舶运行有效路径，根据有效路径来建立运行轨迹模型，其中，所述船舶运行轨迹：三轴坐标(x、y、z)≤20cm，实时坐标(x、y、z)数据更新周期：≤250ms。
53.步骤s04：所述主服务器根据船舶运行轨迹模型检测船舶是否发生漂移，如果发生漂移，则主服务器进行报警。
54.最后，所述主服务器根据船舶运行轨迹模型判断船舶是否发生漂移，如果发生漂移，则主服务器进行报警，如果船舶没有发生漂移，则船舶正常停靠。
55.本技术实施例还提出了一种基于3d激光雷达扫描的船舶漂移检测设备，如图3所示，所述设备包括：
56.扫描系统处理模块10：用于采用安装在卸船机的多台3d激光扫描仪对船舶进行扫描，并将船舶扫描点云数据传输给卸船机激光数据处理器模块；
57.激光数据处理模块20：用于对船舶扫描点云数据处理，实现对船舶坐标数据提取，并将结果数据发送至主服务器模块；
58.主服务器模块30：用于根据船舶结果数据建立船舶运行轨迹模型，并根据船舶运行轨迹模型检测船舶是否发生漂移，如果发生漂移，主服务器模块进行报警。
59.在具体的应用场景中，所述扫描系统处理模块10具体为：
60.2台用于扫描船舶的激光扫描仪，在扫描船舶的同时，将船舱口与船舱内轮廓也进行扫描，所述3d激光扫描仪刷新率最快≤125ms。
61.在具体的应用场景中，所述激光数据处理模块20，还具体用于：
62.对点云数据进行处理，三维建模、特征分割，实现对海陆侧船舱口、甲板面、舱内煤堆表面轮廓的数据提取。
63.在具体的应用场景中，所述激光数据处理模块20还具体用于对点云数据进行处理，其中，所述点云数据是所述3d激光扫描仪于现场角中被测物表面所检测到的所有点云的总和，每个点云包含以下信息：
64.目标反射率：以0至255表示，其中，0至150对应反射率介于0至100％的漫散射物体，而151至255对应全反射物体；
65.3d激光扫描仪的坐标信息可表示为直角坐标(x，y，z)或球坐标(r，θ，φ)，其直角坐标和球坐标的关系公式如下：
66.x＝r
×
sin(θ)
×
cos(φ)
67.y＝r
×
sin(θ)
×
sin(φ)
68.z＝r
×
cos(θ)。
69.在具体的应用场景中，主服务器模块30，具体用于：
70.根据停靠在码头的船舶的三轴坐标以及运行范围来确定船舶运行有效路径，根据有效路径来建立运行轨迹模型，其中，所述船舶运行轨迹：三轴坐标(x、y、z)≤20cm，实时坐标(x、y、z)数据更新周期：≤250ms。
71.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、“一个具体实施例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对术语的示
意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
72.以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的范围内，根据本发明的技术方案及其发明的构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种基于3d激光雷达扫描的船舶漂移检测方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：采用安装在卸船机的多台3d激光扫描仪对船舶进行扫描，将船舶扫描点云数据传输给激光数据处理器；步骤2：所述激光数据处理器对船舶扫描点云数据处理，实现对船舶坐标数据提取，并将结果数据发送至主服务器；步骤3：所述主服务器根据船舶结果数据建立船舶运行轨迹模型；步骤4：所述主服务器根据船舶运行轨迹模型检测船舶是否发生漂移，如果发生漂移，则主服务器进行报警。2.根据权利要求1所述的基于3d激光雷达扫描的船舶漂移检测方法，其中，采用安装在卸船机的多台3d激光扫描仪对船舶进行扫描包括：2台用于扫描船舶的激光扫描仪，在扫描船舶的同时，将船舱口与船舱内轮廓也进行扫描，所述3d激光扫描仪刷新周期≤250ms。3.根据权利要求1所述的基于3d激光雷达扫描的船舶漂移检测方法，其中，所述卸船机激光数据处理器对点云数据处理，实现对船舶坐标数据提取包括：对点云数据进行处理，三维建模、特征分割，实现对海陆侧船舱口、甲板面、舱内煤堆表面轮廓的数据提取。4.根据权利要求3所述的基于3d激光雷达扫描的船舶漂移检测方法，其中，所述点云数据是所述3d激光扫描仪于现场角中被测物表面所检测到的所有点云的总和，每个点云包含以下信息：目标反射率：以0至255表示，其中，0至150对应反射率介于0至100％的漫散射物体，而151至255对应全反射物体；3d激光扫描仪的坐标信息可表示为直角坐标(x，y，z)或球坐标(r，θ，φ)，其直角坐标和球坐标的关系公式如下：x＝r
×
sin(θ)
×
cos(φ)y＝r
×
sin(θ)
×
sin(φ)z＝r
×
cos(θ)。5.根据权利要求1所述的基于3d激光雷达扫描的船舶漂移检测方法，其中，所述主服务器根据船舶结果数据建立船舶运行轨迹模型具体为：主服务器根据停靠在码头的船舶的三轴坐标以及运行范围来确定船舶运行有效路径，根据有效路径来建立运行轨迹模型，其中，所述船舶运行轨迹：三轴坐标(x、y、z)≤20cm，实时坐标(x、y、z)数据更新周期：≤250ms。6.一种基于3d激光雷达扫描的船舶漂移检测设备，其特征在于，所述设备包括：扫描系统处理模块：用于采用安装在卸船机的多台3d激光扫描仪对船舶进行扫描，并将船舶扫描点云数据传输给卸船机激光数据处理器模块；激光数据处理模块：用于对船舶扫描点云数据处理，实现对船舶坐标数据提取，并将结果数据发送至主服务器模块；主服务器模块：用于根据船舶结果数据建立船舶运行轨迹模型，并根据船舶运行轨迹模型检测船舶是否发生漂移，如果发生漂移，主服务器模块进行报警。7.根据权利要求6所述的基于3d激光雷达扫描的船舶漂移检测设备，其中，所述扫描系统处理模块具体为：2台用于扫描船舶的激光扫描仪，在扫描船舶的同时，将船舱口与船舱内轮廓也进行扫描，所述3d激光扫描仪刷新周期≤250ms。8.根据权利要求6所述的基于3d激光雷达扫描的船舶漂移检测设备，其中，所述激光数
据处理模块还具体用于：对点云数据进行处理，三维建模、特征分割，实现对海陆侧船舱口、甲板面、舱内煤堆表面轮廓的数据提取。9.根据权利要求8所述的基于3d激光雷达扫描的船舶漂移检测设备，其中，所述激光数据处理模块还具体用于：对点云数据进行处理，其中，所述点云数据是所述3d激光扫描仪于现场角中被测物表面所检测到的所有点云的总和，每个点云包含以下信息：目标反射率：以0至255表示，其中，0至150对应反射率介于0至100％的漫散射物体，而151至255对应全反射物体；3d激光扫描仪的坐标信息可表示为直角坐标(x，y，z)或球坐标(r，θ，φ)，其直角坐标和球坐标的关系公式如下：x＝r
×
sin(θ)
×
cos(φ)y＝r
×
sin(θ)
×
sin(φ)z＝r
×
cos(θ)。10.根据权利要求7所述的基于3d激光雷达扫描的船舶漂移检测设备，其中，主服务器模块具体用于：根据停靠在码头的船舶的三轴坐标以及运行范围来确定船舶运行有效路径，根据有效路径来建立运行轨迹模型，其中，所述船舶运行轨迹：三轴坐标(x、y、z)≤20cm，实时坐标(x、y、z)数据更新周期：≤250ms。

技术总结

本发明公开了一种基于3D激光雷达扫描的船舶漂移检测方法及设备，该发明包括：采用安装在卸船机的多台3D激光扫描仪对船舶进行扫描，将船舶扫描点云数据传输给激光数据处理器；所述激光数据处理器对船舶扫描点云数据处理，实现对船舶坐标数据提取，并将结果数据发送至主服务器；所述主服务器根据船舶结果数据建立船舶运行轨迹模型；所述主服务器根据船舶运行轨迹模型检测船舶是否发生漂移，如果发生漂移，则主服务器进行报警。本发明可有效检测船舶是否发生漂移，确保码头稳泊安全。确保码头稳泊安全。确保码头稳泊安全。