专利名称：一种轮胎吊防跑偏控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及集装箱码头和集装箱堆场监控领域，尤其涉及一种轮胎吊防跑偏控制 器。
背景技术：
国际海运业在世界贸易与经济的发展中发挥着极其重要的作用，同时世界经贸的 稳步增长又为航运业的发展提供了机会。我国已成为世界航运大国，其发展对我国国民经 济、对外贸易的发展，乃至世界经济与贸易都具有举足轻重的作用。高效率的港口离不开 高效率的机械设备和高新技术的应用，这其中包括GNSS(Global Navigation Satellite System,全球导航卫星系统)控制系统在码头轮胎吊上的应用。 RTG(Rubber-Tyre Gantry,轮胎吊)作为集装箱码头的重要作业工具，它的效率关 系到集装箱运输供应链是否畅通。由于轮胎吊设备非常庞大，而且离两边的集装箱箱位距 离非常近，驾驶室离地面很高，司机操纵着这些庞大的机械设备在集装箱堆场非常窄的空 间中进行长距离直线行走，靠目视来控制其按直线行走，很容易因大车走偏而引发撞箱事 故；可见，实现轮胎吊的防跑偏控制，仅仅靠人工来控制是非常困难的，司机长时间劳累工 作时更是如此。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种轮胎吊防跑偏控制器，安装在RTG上，可以 进行自动纠偏控制。 为了解决上述问题，本发明提供了一种RTG防跑偏控制器，包括 第一、第二 GNSS接收机，其天线均安装在RTG大车的电气房侧或动力房侧，分别用
于输出第一、第二GNSS信息； 嵌入式处理器，用于根据所述第一、第二GNSS信息，分别计算出所述第一、第二 GNSS接收机偏离轨道基准线的第一、第二水平距离； PLC，用于根据所述第一、第二水平距离调整所述RTG大车的行进方向。 进一步地，所述第一 GNSS接收机为定位GNSS接收机，输出第一 GNSS信息是指根
据接收的基准站发送的GNSS差分改正数，以及所接收的GNSS信号，产生所述GNSS差分改
正数和定位信息并输出；所述定位信息至少包括本定位GNSS接收机的位置；所述第二 GNSS接收机为测向GNSS接收机，输出第二 GNSS信息是指根据所述定
位GNSS接收机产生的GNSS差分改正数，以及所接收的GNSS信号，产生所述测向信息并输
出；所述测向信息包括所述定位GNSS接收机和本测向GNSS接收机在水平面上的投影点之
间的连线的长度及测向角度。 进一步地，所述嵌入式处理器还用于保存所述RTG大车正常位置时的第一、第二 GNSS接收机的平面坐标作为第一、第二坐标校正值；以及分别计算所述第一、第二坐标校 正值到所述轨道基准线的水平距离，保存为第一、第二校正水平距离。
进一步地，所述嵌入式处理器计算所述第一、第二 GNSS接收机偏离轨道基准线的 第一、第二水平距离具体是指 所述嵌入式处理器保存作业场地中轨道基准线的GIS信息，由所述GIS信息得到 所述轨道基准线在水平面上投影所得的直线的位置；由所述定位信息得到所述第一 GNSS 接收机在水平面上的投影点的位置，由所述第一 GNSS接收机在水平面上的投影点的位置、 所述长度及测向角度确定所述第二 GNSS接收机在水平面上的投影点的位置；
计算第一/第二GNSS接收机在水平面上的投影点的位置到所述直线的水平距离， 得到第一/第二当前水平距离；用所述第一/第二当前水平距离减去所述第一/第二校正 水平距离得到第一/第二水平距离。 进一步地，所述嵌入式处理器还用于根据所述测向信息及GIS信息计算出第一、 第二 GNSS接收机在水平面上的投影点之间的连线，与所述轨道基准线在水平面上投影所 得的直线之间的夹角。 进一步地，所述PLC还用于根据所述夹角进行RTG大车行进方向预测，调整RTG大 车的行进方向。 进一步地，所述PLC还用于根据变频器的速度反馈建立模型，进行RTG大车行进方 向预测，调整RTG大车的行进方向。 进一步地，所述PLC根据所述第一、第二水平距离调整所述RTG大车的行进方向具 体是指 比较所述第一、第二水平距离与预设的距离阈值，如果所述第一或第二水平距离 大于该距离阈值，则根据所述第一、第二水平距离的正负，判断出RTG大车是在所述轨道基 准线的左侧或右侧，从而判断RTG大车位置相对所述轨道基准线左偏或右偏，相应进行右/ 左纠偏。 进一步地，所述PLC进行右/左纠偏具体是指
所述PLC减小RTG大车右/左侧变频器的值。 进一步地，所述嵌入式处理器还用于比较所述定位信息与测向信息中携带的时间
标识，如相同，则获取定位信息中携带的数据，以及测向信息中携带的数据；如不同，则继续
读取后继信息，直至所述定位信息与测向信息中携带的时间标识相同。 本发明的技术方案能够精确测量RTG的航向和姿态，结合GIS (Geogr即hical
Information System,地理信息系统)测得的堆场车道数据，自动对大车的行走路线进行
纠偏，从而大大减轻司机的劳动强度，提高码头的作业效率，同时也减少碰撞事故的发生，
特别适用于集装箱港口码头作业；其优化方案可以测量出载体的高精度位置及位置相关信
息，精确定位。
图1是实施例一中的RTG防跑偏控制器的结构示意图。
具体实施例方式
下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。
实施例一，RTG防跑偏控制器，如图1所示，包括
第一、第二 GNSS接收机，其天线均安装在RTG大车的电气房侧或动力房侧，分别用 于输出第一、第二GNSS信息； 嵌入式处理器，用于根据所述第一、第二GNSS信息，分别计算出所述第一、第二 GNSS接收机偏离轨道基准线的第一、第二水平距离； PLC (Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)，用于根据所述第一、 第二水平距离调整所述RTG大车的行进方向。 本实施例中，所述嵌入式处理器可以但不限于为ARM处理器。 本实施例的一种实施方式中，所述第一、第二GNSS接收机的天线可以但不限于均 安装在RTG大车车顶上，保证IO。仰角内无遮挡，其安装位置可以但不限于分别为RTG大车 的两侧大梁上，相对距离越远越好，以得到更高精度的测向信息。实际应用时，也不排除安 装在RTG其它位置上。 本实施例中，所述第一 GNSS接收机为定位GNSS接收机，输出第一 GNSS信息是指 根据接收的基准站发送的GNSS差分改正数，以及所接收的GNSS信号，产生所述GNSS差分 改正数和定位信息并输出；所述定位信息至少包括本定位GNSS接收机的位置；该位置可以 但不限于为经纬度信息。 所述第二 GNSS接收机可以为测向GNSS接收机，输出第二 GNSS信息是指根据所 述定位GNSS接收机产生的GNSS差分改正数，以及所接收的GNSS信号，产生所述测向信息 并输出；所述测向信息包括所述定位GNSS接收机和本测向GNSS接收机在水平面上的投影 点之间的连线的长度及测向角度；该测向角度是水平面上，所述连线与一基准方向(比如 正北方向)之间的夹角。 实际应用时，所述第一、第二 GNSS接收机也可以均为定位GNSS接收机，所述第 二GNSS信息也为定位信息；而利用定位、测向信息相结合实现防跑偏控制，则精度高，成本 低。 本实施例的一种实施方式里，所述嵌入式处理器还用于保存作业场地中轨道基准 线的GIS信息； 所述嵌入式处理器计算所述第一、第二 GNSS接收机偏离轨道基准线的第一、第二 水平距离具体是指 所述嵌入式处理器由所述GIS信息得到所述轨道基准线在水平面上投影所得的 直线的位置； 由所述定位信息得到所述第一 GNSS接收机在水平面上的投影点的位置，计算出 该投影点到所述直线的距离，即所述第一水平距离； 根据所述测向信息和定位信息确定所述第二 GNSS接收机在水平面上的投影点的 位置，即由所述第一 GNSS接收机在水平面上的投影点的位置、所述长度及测向角度唯一确 定所述第二 GNSS接收机在水平面上的投影点的位置；然后计算出该投影点到所述直线的 距离，即所述第二水平距离。 本实施例的另一种实施方式中，还可以对所述嵌入式处理器在初始化时进行坐标 校正，在所述RTG大车运行位置正常的情况下，初始化RTG大车与轨道基准线之间的距离。
所述嵌入式处理器保存RTG大车正常位置时的第一、第二 GNSS接收机在水平面 (或平行于水平面的平面)上的平面坐标(x， y)，作为第一、第二坐标校正值，完成坐标校正。 当所述RTG大车运行位置正常时，假设所述嵌入式处理器已知定位信息和测向信 息转换得到的GNSS接收机位置的平面坐标(x3，y3)、轨道基准线的平面坐标((xl，yl) (x2， y2))，还可以进一步通过点到直线的距离公式计算出所述RTG大车正常位置时所述第一、 第二GNSS接收机的位置(第一、第二坐标校正值)到所述轨道基准线的水平距离dbtmp3， 保存为第一、第二校正水平距离 dbtmpl = (y2-yl)X (x3-xl)-(x2-xl)X (y3-yl);
dbtmp2 = sqrt(pow((y2-yl)， 2)+pow((x2-xl)， 2));
dbtmp3 = dbtmp 1/dbtmp2。 其中，sqrt为开方运算，pow(n，m)为求n的m次幂。 此后每当所述嵌入式处理器重新启动时，先读取所保存的第一、第二坐标校正值， 或先读取第一、第二校正水平距离。 所述嵌入式处理器计算所述第一、第二 GNSS接收机偏离轨道基准线的第一、第二 水平距离具体是指 所述嵌入式处理器由所述定位信息得到所述第一 GNSS接收机在水平面上的投影 点的位置(该位置可以但不限于是平面坐标，后面的位置也一样)，由所述第一GNSS接收机 在水平面上的投影点的位置、所述长度及测向角度可以唯一确定所述第二GNSS接收机在 水平面上的投影点的位置；由所述GIS信息得到所述轨道基准线在水平面上投影所得的直 线的位置； 计算第一GNSS接收机在水平面上的投影点的位置到所述直线的水平距离，得到 第一当前水平距离；用所述第一当前水平距离减去所述第一校正水平距离得到第一水平距 离； 计算第二GNSS接收机在水平面上的投影点的位置到所述直线的水平距离，得到 第二当前水平距离；用所述第二当前水平距离减去所述第二校正水平距离得到第二水平距 离。 如果只保存了第一、第二坐标校正值，则需要每次计算所述第一、第二校正水平距 离。 该实施方式中，所述嵌入式处理器在所述RTG大车运行过程中，实时的计算出所 述RTG大车的位置和行进方向，然后用当前与所述轨道基准线之间的水平距离，对比所述 坐标校正值和所述轨道基准线之间的水平距离，就可以精确的得到所述第一、第二水平距离。 本实施例中，所述嵌入式处理器还可以用于根据所述测向信息及GIS信息，计算 出第一、第二 GNSS接收机在水平面上的投影点之间的连线与所述轨道基准线在水平面上 投影所得的直线之间的夹角；比如所述测向信息中的所述测向角度为50度，而根据所述 GIS信息得到所述轨道基准线在水平面上投影所得的直线与基准方向之间为52. 43度，则 所述夹角为2. 43度。 所述PLC还可以进一步根据所述夹角进行RTG大车行进方向预测，调整RTG大车 的行进方向；比如根据夹角的变化趋势预测出下一时间点RTG大车已经位置正常，则可以 停止纠偏，或降低纠偏的幅度。
当第二 GNSS接收机也为定位GNSS接收机时，所述嵌入式处理器可以由两个定位 信息得到所述夹角，由第二 GNSS接收机的定位信息直接得到第二 GNSS接收机在水平面上 的投影点的位置，从而得到第二水平距离；其它处理细节相同。 本实施例中，所述嵌入式处理器还可以用于对所述定位信息与测向信息的时间匹 配，并对其解析，具体包括 所述嵌入式处理器比较所述定位信息与测向信息中携带的时间标识，如相同，则 获取定位信息中携带的纬度、经度、定位状态等数据，以及测向信息中携带的测向角度、长 度、定位状态等数据；如不同，则继续读取后继信息，直至所述定位信息与测向信息中携带 的时间标识相同。 该实施方式中，所述嵌入式处理器将所述轨道基准线的GIS信息以文本形式保 存，基准线为两点组成，即为(Xl， Yl) (X2，Y2)。 所述嵌入式处理器将所述定位信息中的纬度、经度信息也转化为平面坐标的X、 Y 信息，即第一 GNSS接收机在水平面上的投影点位置；对于测向信息，则利用已转换得到的 X、Y值与所述长度及测向角度计算出另一平面坐标的X、Y值，即第二 GNSS接收机在水平面 上的投影点位置。 本实施例中，所述嵌入式处理器计算出的所述第一、第二水平距离和夹角可以有 正负值；比如规定偏向所述轨道基准线海侧为正(所述轨道基准线与码头前沿方向一致)， 当所述RTG大车行进方向偏向路侧时，所述夹角为负值；当所述RTG大车位于所述轨道基准 线路侧时，所述水平距离为负值。 本实施例中，所述PLC根据所述第一、第二水平距离调整所述RTG大车的行进方向 具体是指 所述PLC比较所述第一、第二水平距离与预设的距离阈值，当所述第一或第二水 平距离大于相应阈值时，根据所述RTG大车的机械参数控制大车自动纠偏，即将大车重新 引导回安全车道内；所述PLC当所述第一和第二水平距离小于或等于相应阈值时，判断所 述RTG大车位置正常，即当前运行在安全位置内，此时不进行纠偏。 本实施例中，所述PLC比较所述第一、第二水平距离与预设的距离阈值，最终得到 的就是三个结果大车位置正常，不进行纠偏；大车位置相对所述轨道基准线左偏，进行右 纠偏动作；大车位置相对所述轨道基准线右偏，进行左纠偏动作。 所述第一、第二水平距离可有正负，所述距离阈值也可以有两个的，一个是正的， 一个是负的。通过所述第一、第二水平距离的正负，所述PLC就能判断出RTG大车是在基 准线的左侧还是右侧，再通过与所述距离阈值的对比，能进一步判断出是否已经偏离出设 定范围(所述第一或第二水平距离大于所述距离阈值)，如偏离出设定范围，则进行纠偏动 作。当然也可以只有一个距离阈值，用所述第一、第二水平距离的绝对值和该距离阈值进行 比较。 本实施例中，所述PLC控制大车自动纠偏具体可以是指 如大车位置相对所述轨道基准线左偏，则所述PLC降低大车右侧轮胎速度，即减 小右侧变频器的值(未动作前，两侧车轮速度一样，变频器值一样)，使得大车左侧轮胎速 度大于右侧，大车向右运动，达到大车右纠的自动纠偏动作，引导大车重新返回到运行基准 线上；如大车位置相对所述轨道基准线右偏，则所述PLC降低大车左侧轮胎速度，即减小左
8侧变频器的值，使得大车右侧轮胎速度大于左侧，大车向左运动，达到大车左纠的自动纠偏 动作，引导大车重新返回到运行基准线上。 本实施例中，所述嵌入式处理器和PLC之间可以但不限于通过串口连接和通讯。
本实施例中，所述嵌入式处理器可以将计算得到的所述第一、第二水平距离、夹 角，结合所述定位信息、测向信息、大车相关信息(比如是否大车的机械参数，比如大车是 否在堆场内等)按照与PLC之间的串口通讯的接口格式进行组包，通过串口发送给所述 PLC。 本实施例中，所述PLC通过串口接收所述嵌入式处理器发送的数据，通过消息头、 消息尾、信息编号判断数据是否正确如消息头、消息尾不正确，则数据不正确；如在一定 时间内，接收到信息编号(所述嵌入式处理器每发送一包数据，消息编号自加一)不变，则 认为数据不正确。 对于现场环境中的RTG还可以根据需要设计纠偏的其它参数；比如所述PLC不仅 当所述RTG在作业堆场内进行纠偏，还可以在大车过道时也进行纠偏。再比如所述PLC当 所述RTG大车在一档以下可以不进行纠偏，因为效果不明显。 所述PLC还可以用于根据所述RTG大车状态判断是否根据所述第一、第二水平距 离调整所述RTG大车的行进方向；比如通常来说，RTG大车在堆场作业时，所述RTG大车为0 度，需进行转场时所述RTG大车为90度，则所述PLC当所述RTG大车为0度时才进行调整， 为90度时不进行调整。 本实施例中，所述RTG大车的机械参数包括速度、变频器的参数等。 本实施例中，所述PLC还可以用于根据所述变频器的速度反馈建立模型，进行行
进方向预测，调整RTG大车的行进方向。比如根据两侧轮胎速度的不同，预测出下一时间点
RTG大车的惯性行进方向，如下一时间点即将进入位置正常，则可以停止纠偏，或降低纠偏
的幅度。 可以设定多组距离阈值，分别与不同的所述RTG大车的速度对应；这样当速度不 同时，纠偏的幅度也不一样，速度大的话，阈值设大一些，这样是考虑阈值太小，速度太快惯 性大，会频繁的进行纠偏，长时间纠偏会影响变频器的寿命。 当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟 悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变 形都应属于本发明的权利要求的保护范围。
权利要求
一种RTG防跑偏控制器，其特征在于，包括第一、第二GNSS接收机，其天线均安装在RTG大车的电气房侧或动力房侧，分别用于输出第一、第二GNSS信息；嵌入式处理器，用于根据所述第一、第二GNSS信息，分别计算出所述第一、第二GNSS接收机偏离轨道基准线的第一、第二水平距离；PLC，用于根据所述第一、第二水平距离调整所述RTG大车的行进方向。
2. 如权利要求1所述的RTG防跑偏控制器，其特征在于所述第一 GNSS接收机为定位GNSS接收机，输出第一 GNSS信息是指根据接收的基准 站发送的GNSS差分改正数，以及所接收的GNSS信号，产生所述GNSS差分改正数和定位信 息并输出；所述定位信息至少包括本定位GNSS接收机的位置；所述第二 GNSS接收机为测向GNSS接收机，输出第二 GNSS信息是指根据所述定位 GNSS接收机产生的GNSS差分改正数，以及所接收的GNSS信号，产生所述测向信息并输出； 所述测向信息包括所述定位GNSS接收机和本测向GNSS接收机在水平面上的投影点之间的 连线的长度及测向角度。
3. 如权利要求2所述的RTG防跑偏控制器，其特征在于所述嵌入式处理器还用于保存所述RTG大车正常位置时的第一、第二 GNSS接收机的平 面坐标作为第一、第二坐标校正值；以及分别计算所述第一、第二坐标校正值到所述轨道基 准线的水平距离，保存为第一、第二校正水平距离。
4. 如权利要求3所述的RTG防跑偏控制器，其特征在于，所述嵌入式处理器计算所述第 一、第二 GNSS接收机偏离轨道基准线的第一、第二水平距离具体是指所述嵌入式处理器保存作业场地中轨道基准线的GIS信息，由所述GIS信息得到所述 轨道基准线在水平面上投影所得的直线的位置；由所述定位信息得到所述第一 GNSS接收 机在水平面上的投影点的位置，由所述第一 GNSS接收机在水平面上的投影点的位置、所述 长度及测向角度确定所述第二 GNSS接收机在水平面上的投影点的位置；计算第一 /第二 GNSS接收机在水平面上的投影点的位置到所述直线的水平距离，得到 第一 /第二当前水平距离；用所述第一 /第二当前水平距离减去所述第一 /第二校正水平 距离得到第一/第二水平距离。
5. 如权利要求2到4中任一项所述的RTG防跑偏控制器，其特征在于 所述嵌入式处理器还用于根据所述测向信息及GIS信息计算出第一、第二 GNSS接收机在水平面上的投影点之间的连线，与所述轨道基准线在水平面上投影所得的直线之间的夹 角。
6. 如权利要求5所述的RTG防跑偏控制器，其特征在于所述PLC还用于根据所述夹角进行RTG大车行进方向预测，调整RTG大车的行进方向。
7. 如权利要求2到4中任一项所述的RTG防跑偏控制器，其特征在于所述PLC还用于根据变频器的速度反馈建立模型，进行RTG大车行进方向预测，调整 RTG大车的行进方向。
8. 如权利要求2到4中任一项所述的RTG防跑偏控制器，其特征在于，所述PLC根据所 述第一、第二水平距离调整所述RTG大车的行进方向具体是指比较所述第一、第二水平距离与预设的距离阈值，如果所述第一或第二水平距离大于该距离阈值，则根据所述第一、第二水平距离的正负，判断出RTG大车是在所述轨道基准线 的左侧或右侧，从而判断RTG大车位置相对所述轨道基准线左偏或右偏，相应进行右/左纠 偏。
9. 如权利要求8所述的RTG防跑偏控制器，其特征在于，所述PLC进行右/左纠偏具体 是指所述PLC减小RTG大车右/左侧变频器的值。
10. 如权利要求2到4中任一项所述的RTG防跑偏控制器，其特征在于 所述嵌入式处理器还用于比较所述定位信息与测向信息中携带的时间标识，如相同，则获取定位信息中携带的数据，以及测向信息中携带的数据；如不同，则继续读取后继信 息，直至所述定位信息与测向信息中携带的时间标识相同。
全文摘要
一种轮胎吊防跑偏控制器，包括第一、第二GNSS接收机，其天线均安装在RTG大车的电气房侧或动力房侧，分别用于输出第一、第二GNSS信息；嵌入式处理器，用于根据所述第一、第二GNSS信息，分别计算出所述第一、第二GNSS接收机偏离轨道基准线的第一、第二水平距离；PLC，用于根据所述第一、第二水平距离调整所述RTG大车的行进方向。本发明能自动对大车的行走路线进行纠偏，从而大大减轻司机的劳动强度，提高码头的作业效率，同时也减少碰撞事故的发生。
文档编号B66C13/18GK101746676SQ20091024370
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月23日 优先权日2009年12月23日
发明者不公告发明人 申请人:北京北斗星通导航技术股份有限公司