岸边起重机船体离梆监测方法及其岸边起重机
阅读说明：本技术 岸边起重机船体离梆监测方法及其岸边起重机 (Shore crane hull gap monitoring method and shore crane thereof ) 是由 刘敏毅 杨少华 芦小军 李春雷 丁国辉 林志中 李鹏 刘凯 窦琴 于 2021-07-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种岸边起重机船体离梆监测方法及其岸边起重机,所述岸边起重机包括离梆监测控制器和垂直激光扫描仪；所述离梆监测控制器使用从垂直激光扫描仪获取的实时扫描数据提取正在进行岸边装卸作业的集装箱货轮的船体垂直剖面轮廓,对船体的运动情况进行检测,实时判断是否发现船体摇摆幅度过大或非正常离梆等作业险情,并在发现险情时及时发出船体离梆报警。本发明的岸边起重机船体离梆监测方法及其岸边起重机能够适应各种集装箱码头、集装箱货轮船体类型和气象天候条件,可在进行装卸作业时及时有效发现离梆险情,提升岸边起重机安全生产水平。(The invention discloses a bank crane hull cut edge monitoring method and a bank crane thereof, wherein the bank crane comprises a cut edge monitoring controller and a vertical laser scanner; the cargo ship. The shore crane and the method for monitoring the fastening of the hull of the shore crane can adapt to various container terminals, container cargo ship hull types and weather conditions, can effectively find the fastening situation in time during loading and unloading operation, and improve the safety production level of the shore crane.)
技术领域
本发明涉及智能港口装卸设备技术领域，尤其涉及一种岸边起重机船体离梆监测方法及其岸边起重机。
背景技术
(一)现有集装箱码头海侧装卸作业的作业设备及作业场布局
集装箱码头海侧集装箱装卸作业中，最为普遍的方式是采用岸边门式起重机(以下简称岸边起重机)作为装卸设备实现集装箱货轮装卸，现有集装箱码头海侧装卸作业场景中各作业要素如下：
1、集装箱货轮：为带有方舱和甲板的货轮，在货轮的方舱内和甲板上按行列整齐堆放集装箱，上下层相邻集装箱之间用箱底锁紧固。
2、泊位：为一段平直的岸线，供集装箱货轮停泊；货轮泊岸后需要将船头和船尾的缆绳紧密绕系在泊位上；在泊位贴近岸边的位置上按等距布设了缆墩，用于绕系缆绳。
3、岸边起重机：为框架结构的起重机，结构要素包括：
1)大车：由两套“门腿”和一对架设在门腿顶部的横梁组成，称为“大车”。集装箱装卸作业时，靠近岸线一侧称为海侧，靠近岸线一侧的门腿称为“前门腿”，也称“海侧门腿”，远离岸线一侧称为陆侧，远离岸线一侧的门腿称为“后门腿”，每套门腿包括左右两根门柱，门柱下方安装有轮对，作业时沿平行于岸线的方向在地面钢轨上行走。
2)小车：横梁上铺设有钢轨，架设了一个轮轨行走机构，可以沿横梁方向行走，称为“小车”；小车上设有司机室，岸边起重机司机在司机室内操作起重机，完成收发箱作业。
3)大梁：横梁伸出岸线以外的部分称为“大梁”，小车需要沿大梁行走至集装箱货轮上方，完成海侧的集装箱装卸作业；大梁可以绕海侧门腿上方的旋转轴旋转，在不需要作业时需要拉起，避免撞击停靠的集装箱货轮上的建筑物。
4)吊具：在小车上通过钢丝绳吊装了一个“吊具”，集装箱装卸作业时，小车带动吊具行走至集装箱货轮上方，通过收放钢丝绳实现吊具升降，将吊具下放至货轮上的集装箱上方，完成收发箱作业；吊具主梁具有两对可伸缩的水平“吊臂”，吊臂底面两端和中间位置带有可旋转的“锁销”；吊具按需要装卸的集装箱的箱型伸缩吊臂，使锁销与集装箱的顶面锁孔对准，锁销插入锁孔并旋转后可实现与集装箱的紧固连接，实现对集装箱的吊运。
(二)现有集装箱码头海侧装卸作业的作业流程
采用上述作业模式的岸边起重机在海侧的基本作业内容为：集装箱货轮靠岸后，首先进行系泊作业，将货轮紧固在泊位上，然后使用吊具将集装箱吊运到货轮上，或从货轮上将集装箱吊运至陆侧，完成收发箱作业，典型流程为：
1、系泊：货轮放缆，由系泊作业人员将船头和船尾的缆绳绷紧绕系在缆墩上，避免船体晃动和漂离。
2、收发箱：岸边起重机司机根据作业指令沿岸线轨道移动大车，使吊具与集装箱货轮上的指定箱列对齐，然后行走小车，将吊具移动至指定箱排上，下放吊具到目标箱位上，将吊具吊运的目标箱放置在目标箱位上，或将目标箱位上的目标箱吊运至陆侧。
(三)现有集装箱码头海侧装卸作业中，船体离梆险情及险情规避方式
采用前述的海侧装卸作业流程，可能会发生船体离梆险情，对岸边起重机的设备安全构成重大威胁，险情成因及类型主要包括：
1、松缆：因潮位快速上升，导致缆绳被持续防松，如果人工紧缆不及时，在洋流带动下，船体可能发生大幅度摇摆，对吊具的目标箱对位带来困难；如果吊具已与目标箱完成闭锁，吊具的钢丝绳还会被周期性拉拽，可能造成岸边起重机大梁的结构损伤。
2、断缆：因潮位快速下降，导致缆绳被持续拉紧，如果人工松缆不及时，可能会导致缆绳被拉断，在洋流带动下，船体可能发生大幅度摇摆甚至漂离，导致大梁撞击货轮的船楼等建筑物；如果吊具已与目标箱完成闭锁，吊具的钢丝绳会被强烈拉拽，造成断绳等重大作业事故；如果是船尾缆绳断缆，船体可能会绕船头缆绳的系缆缆墩旋转，船头会发生内切，侵入岸线，撞击海侧门腿，造成结构损伤。
离梆险情需要尽早发现并对岸边起重机司机发出警示，司机可以快速采取保护性操作，避免作业事故的发生。现有基本的保护性操作包括：
1、开锁并拉起吊具：避免吊具被拉拽；
2、拉起大梁：避免大梁撞击货轮建筑物；
3、移动大车：操作位于船头位置的大车向船尾方向移动，避免海侧门腿被船头内切撞击。
(四)船体离梆险情监测应用现状
针对岸边起重机海侧作业船体离梆险情的监测需求，已经进行了一些探索和实验工作，提出了若干解决方案，这些解决方案的工作原理和缺陷包括：
1、图像分析方案：此类解决方案采用摄像机对船体进行拍摄，通过视频图像对船体的运动趋势进行分析，发现船体的整体移动和摇摆。图像分析方案的主要缺陷是全天候工作能力不足，在降雨、逆光、夜间等气象和天候条件下可靠性不高，误报率过高，且存在漏报风险。
2、激光点测距方案：此类方案在海侧门腿高于缆墩的高度上安装点测距的激光测距仪，实时测量船体上的特定位置的距离，发现距离发生明显变化时给出船体离梆报警。此类方案的缺陷也是可靠性不高。由于大型集装箱货轮船头位置的船体内倾斜率较大，且船体漆面光洁度很高，会造成点测距失效，无法完成监测，存在漏报风险；此外，在船体发生正常摇摆时，固定式点测距在船头位置的船体上的测量点会发生持续变化，实际测到的距离值会有明显变化，易造成误报。
上述这些解决方案还不能有效满足离梆监测的实际需求。
(五)二维激光扫描仪的应用
二维激光扫描仪通过内部的旋转机构在一个扫描平面上对周边环境进行激光扫描测距，测距方式是“飞行时间测量”：
1、在当前的扫描角度上发射圆形光斑的激光脉冲；
2、对从被测目标表面反射回来的激光脉冲进行接收；
3、对激光脉冲从被发射到被接收的时间间隔进行测量，通过“时间-距离转换”得到当前扫描角度上被测目标的距离；
4、通过旋转机构在一个平面(激光扫描平面)上连续改变扫描角度，实现对周边环境在此平面上的截面轮廓的测量，以极坐标表示方式给出测量数据，并可以进一步转换为扫描仪设备坐标系下的二维直角坐标表示。
基于上述技术的二维激光扫描仪能够在全天候条件下有效工作，获取精确的二维轮廓数据，是实现大型机械设备自动化安全作业的重要传感器，但二维激光扫描仪在集装箱码头装卸作业中应用比较少，有待进一步开发以充分发挥其价值。
发明内容
本发明旨在为岸边起重机海侧作业船体离梆险情监测需求提供可靠的系统解决方案，克服现有系统的应用缺陷，提升岸边起重机安全生产水平。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种岸边起重机船体离梆监测方法，包括如下步骤：
采用垂直激光扫描仪对靠泊船体进行垂直扫描；
获取垂直激光扫描仪的实时扫描数据；
从垂直激光扫描仪的实时扫描数据中提取船体垂直剖面轮廓；
对连续提取的船体垂直剖面轮廓进行运动状态分析，检测船体垂直剖面轮廓是否发生整体位移及/或整体倾斜；
设定船体停泊位置；
在确定船体停泊位置后，判断在设定的离梆报警检测时间内是否持续检测到船体垂直剖面轮廓发生整体位移及/或整体倾斜；
若在设定的离梆报警检测时间内持续检测到船体垂直剖面轮廓发生整体位移及/或整体倾斜，发出离梆报警信息；
所述船体垂直剖面轮廓发生整体位移及/或整体倾斜的判断准则为：
对当前时刻的船体垂直剖面轮廓与前一时刻的船体垂直剖面轮廓进行形状和位置匹配，计算从前一时刻的船体垂直剖面轮廓按旋转和平移变换到当前时刻的船体垂直剖面轮廓的最优变换参数；所述最优变换参数包括船体垂直剖面轮廓的平移矢量和船体垂直剖面轮廓的旋转角；
若当前时刻的船体垂直剖面轮廓相较于前一时刻的船体垂直剖面轮廓的平移矢量的绝对值大于预设的船体最大稳定平移量，则船体垂直剖面轮廓发生整体位移；
若当前时刻的船体垂直剖面轮廓相较于前一时刻的船体垂直剖面轮廓的旋转角的绝对值大于预设的船体最大稳定摇摆角，则船体垂直剖面轮廓发生整体倾斜。
进一步地，所述船体垂直剖面轮廓的提取准则为：于垂直激光扫描仪的激光扫描面所在的平面设定船体垂直剖面轮廓的空间位置分布范围，所述空间位置分布范围中的实时扫描数据点集中存在平滑曲线，且所述平滑曲线的顶端高度超过设定值，则该段平滑曲线为船体垂直剖面轮廓。
进一步地，所述船体垂直剖面轮廓的确定步骤包括:
将垂直激光扫描仪的扫描数据点从扫描仪设备坐标系变换到岸边起重机设备坐标系；所述岸边起重机设备坐标系中，X轴指向平行于岸线的方向，Y轴指向水平垂直于岸线的方向，Z轴指向竖直垂直于岸线的方向，坐标原点为海侧门腿建筑限界地面投影的形状中心点；
提取垂直激光扫描仪在当前时刻的扫描数据点在YZ平面的点集，所述扫描数据点在YZ平面的点集指的是：垂直激光扫描仪在当前时刻的扫描数据点在YZ平面的投影点的集合；
提取垂直激光扫描仪在当前时刻的扫描数据点在YZ平面的子集，所述扫描数据点的YZ平面的子集指的是：垂直激光扫描仪在当前时刻的扫描数据点在YZ平面上的垂直投影落入船体垂直剖面轮廓的空间位置分布范围；
所述船体垂直剖面轮廓的空间位置分布范围指YZ平面上的对边分别平行于Y轴和Z轴的矩形；
若子集中存在平滑曲线段，且所有平滑曲线段中的最高点的高度超过预设的最低船舷度，则所有平滑曲线段的并集构成船体垂直剖面轮廓。
进一步地，所述船体垂直剖面轮廓的空间位置分布范围为：
其中，SCRECTYZ表示船体垂直剖面轮廓的空间位置分布范围，SCRCPosYZ为SCRECTYZ的中心点，表示船体的最大宽度，表示船体的最高船舷度。
进一步地，SCRECTYZ的中心点为：
其中，PosYZ表示在YZ平面的投影点，BW表示岸线距离，所述岸线距离指岸线与岸边起重机设备坐标系坐标原点的纵向距离。
进一步地，所述船体垂直剖面轮廓按旋转和平移变换到当前时刻的船体垂直剖面轮廓的最优变换参数包括绕X轴旋转的旋转角和YZ平面内的平移矢量其中，
体现了靠泊船体当前的整体倾斜，当前时刻的船体垂直剖面轮廓发生整体倾斜的判定准则为：
体现了靠泊船体当前的整体位移，当前时刻的船体垂直剖面轮廓发生整体位移的判定准则为：
其中，表示前一时刻的船体垂直剖面轮廓变换到当前时刻的船体垂直剖面轮廓绕X轴旋转的旋转角；表示预设的船体最大稳定摇摆角；表示前一时刻的船体垂直剖面轮廓变换到当前时刻的船体垂直剖面轮廓在YZ平面内的平移矢量；表示预设的船体最大稳定平移量；t表示当前时刻；
最优判定准则为：中每个轮廓点经变换后与中最近距离点的距离平方和最小。
进一步地，所述垂直激光扫描仪包括左侧垂直激光扫描仪及右侧垂直激光扫描仪，所述左侧垂直激光扫描仪标记为LLD；所述右侧垂直激光扫描仪标记为RLD，所述扫描仪设备坐标标记为(x,y)，所述岸边起重机设备坐标标记为(X,Y,Z)，垂直激光扫描仪出光点与岸边起重机设备坐标系坐标原点的横向距离标记为LLD；垂直激光扫描仪出光点与岸边起重机设备坐标系坐标原点的纵向距离标记为WLD；左侧和右侧垂直激光扫描仪出光点距离地面的高度标记为HLD，则：
所述左侧垂直激光扫描仪LLD的扫描数据点从扫描仪设备坐标(x,y)向岸边起重机设备坐标(X,Y,Z)的变换方式为：
其中LLDPos＝Pos(-LLD,WLD,HLD)，为左侧垂直激光扫描仪的出光点的坐标；
所述右侧垂直激光扫描仪RLD的扫描数据点从扫描仪设备坐标(x,y)向岸边起重机设备坐标(X,Y,Z)的变换方式为：
其中RLDPos＝Pos(LLD,WLD,HLD)，为右侧垂直激光扫描仪的出光点的坐标。
进一步地，所述左侧垂直激光扫描仪及右侧垂直激光扫描仪分别用于完成左右两侧的船体离梆监测，两侧的船体离梆监测过程相互独立。
进一步地，所述设定船体停泊位置的具体步骤包括：
将船体靠泊过程中第一次提取到的船体垂直剖面轮廓设定为预设船体停泊位置；
将当前时刻提取的船体垂直剖面轮廓与预设船体停泊位置进行比对，检测船体垂直剖面轮廓是否发生整体位移及/或整体倾斜；
若检测到船体垂直剖面轮廓发生整体位移及/或整体倾斜，则将预设船体停泊位置更新为当前时刻的船体垂直剖面轮廓；
若未检测到船体垂直剖面轮廓发生整体位移及/或整体倾斜，则延长船体垂直剖面轮廓的静止保持时间；
若船体垂直剖面轮廓的静止保持时间超过设定的船体停泊检测时间，则将当前的预设船体停泊位置设定为实际船体停泊位置。
本发明同时还提供一种岸边起重机，包括：
起重机大车，设置有海侧门腿；
起重机小车，设置于海侧门腿的上方，可于海侧门腿上方沿陆地朝向岸线方向行走；
起重机控制系统，用于控制起重机大车及起重机小车工作；以及
船体离梆监测系统，与所述起重机控制系统相连，用于对集装箱货轮的离梆险情进行监测；
所述船体离梆监测系统包括：
垂直激光扫描仪，用于对靠泊船体进行垂直扫描以实时获取船体垂直剖面轮廓；
离梆监测控制器，与所述垂直激光扫描仪连接，所述离梆监测控制器同时与起重机控制系统连接；以及
离梆报警器，与所述起重机控制系统连接；
所述岸边起重机通过起重机控制系统及船体离梆监测系统采用如上任一项所述的岸边起重机船体离梆监测方法实现岸边起重机海侧装卸作业中的船体离梆监测；所述离梆监测控制器监测到发生船体离梆险情时向起重机控制系统发出离梆报警信息，所述起重机控制系统收到离梆报警信息后通过离梆报警器进行告警。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：设置与起重机控制系统通讯的船体离梆监测系统，通过垂直激光扫描仪获取的实时扫描数据提取正在进行岸边装卸作业的集装箱货轮的船体垂直剖面轮廓，实现对船体整体位移或整体倾斜的实时监控，并在发现船体摇摆幅度过大或非正常离梆等作业险情时及时发出离梆告警，可有效避免因船体离梆导致的作业事故的发生；本发明的岸边起重机能够适应各种集装箱货轮船体类型和气象天候条件，有效发现离梆险情，避免由此引发的集装箱货轮拉拽岸边起重机吊具和船头内切撞击起重机海侧门腿等作业事故，具有较高的可靠性和应用价值。
附图说明
本发明将通过具体实施例并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明的岸边起重机海侧作业工况条件示意图；
图2为本发明的岸边起重机设备坐标系示意图；
图3为本发明的岸边起重机的安装结构及作业场示意图；
图4为本发明的岸边起重机的系统结构框图；
图5为本发明的船体离梆监测方法流程图；
图6为本发明的离梆监测控制器的处理流程图；
图7为本发明的船体垂直剖面轮廓及运动状态检测示意图。
附图标记：10-起重机大车；20-起重机小车；30-起重机控制系统；11-海侧门腿；12-陆侧门腿；13-横梁；111-左门柱；112-右门柱；50-吊具；60-集装箱货轮船体；61-船体垂直剖面轮廓；400-激光扫描面；411-左侧垂直激光扫描仪；412-右侧垂直激光扫描仪；42-离梆监测控制器；43-离梆报警器；70-岸线；80-缆墩；90-以太网。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，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标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。
在本发明的描述中，需要理解的是，若涉及术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，若涉及“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，“第一”、“第二”等术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。需要说明的是，本发明中所述的起重机均指本发明所请求保护的岸边起重机，本发明中所述的岸线70均指泊位岸线，本发明中提及但未进行具体描述的设备/设施参考现有技术中集装箱装卸作业场景中的相关作业要素。
请参考图1～7，本发明公开一种岸边起重机船体离梆监测方法及其岸边起重机。
如图1～4所示，所述岸边起重机包括起重机大车10、起重机小车20、起重机控制系统30及船体离梆监测系统。
所述起重机大车10包括间隔设置的海侧门腿11与陆侧门腿12，以及设置于海侧门腿11及陆侧门腿12上方的横梁13，所述海侧门腿11包括左门柱111及右门柱112。
所述起重机小车20架设于起重机大车10上方的横梁13上，并可沿所述横梁13行走。所述起重机小车20包括司机室，所述起重机小车20下方设置有吊具50。
所述起重机控制系统30用于控制起重机大车10、起重机小车20、吊具50等起重机作业设备实现整个岸边起重机的有序安全运作。
所述船体离梆监测系统与起重机控制系统30连接，用于在集装箱码头装卸作业过程中对集装箱货轮船体60摇摆幅度过大或非正常离梆等作业险情进行监测，并在监测到险情时发出告警。
具体地，如图4所示，所述船体离梆监测系统包括垂直激光扫描仪、离梆监测控制器42及离梆报警器43。
所述垂直激光扫描仪采用二维激光扫描仪并以垂直扫描的方式设置于岸边起重机的海侧门腿11上，所述垂直激光扫描仪的激光扫描面400垂直于地面和岸线70，用于对靠泊的集装箱货轮船体60进行垂直扫描以获取船体垂直剖面轮廓61。本发明实施例中，所述垂直激光扫描仪的安装高度略高于岸线缆墩80的高度，以使所述垂直激光扫描仪可准确扫描集装箱货轮船体60并提取到船体垂直剖面轮廓61。所述垂直激光扫描仪的有效扫描角度范围由垂直激光扫描仪的安装高度以及其与岸线70的距离决定，一般为120°～150°。
所述离梆报警器43与起重机控制系统30连接，用于在起重机控制系统30接收到离梆报警信息后进行告警。所述离梆报警器43可以设置为声音报警器或者视觉报警器，其中，所述声音报警器可以是蜂鸣器或者扬声器，所述视觉报警器可以是闪烁或常亮的告警灯，如红色告警灯。
请继续参考图4，本发明实施例中，所述离梆监测控制器42通过以太网90与垂直激光扫描仪通讯以获取实时扫描数据。所述离梆监测控制器42通过工业总线与起重机控制系统30通讯。当所述离梆监测控制器42监测到船体离梆险情时，向所述起重机控制系统30发出离梆报警信息；所述起重机控制系统30收到离梆报警信息后，通过所述离梆报警器43进行告警，以提示工作人员及时采取保护措施，避免发生作业事故。
如图5所示，所述岸边起重机船体离梆监测方法包括以下步骤：
101，采用垂直激光扫描仪对靠泊船体进行垂直扫描；
102，获取垂直激光扫描仪的实时扫描数据；
103，从垂直激光扫描仪的实时扫描数据中提取船体垂直剖面轮廓；
104，实时检测船体垂直剖面轮廓运动状态：对连续提取的船体垂直剖面轮廓进行运动状态分析，检测船体垂直剖面轮廓是否发生整体位移及/或整体倾斜；
105，设定船体停泊位置：在设定的船体停泊检测时间内未检测到船体垂直剖面轮廓发生整体位移及/或整体倾斜，则将当前时刻的船体垂直剖面轮廓设定为船体停泊位置；
106，判断是否发生船体离梆险情：在确定船体停泊位置后，判断在设定的离梆报警检测时间内是否持续检测到船体垂直剖面轮廓发生整体位移及/或整体倾斜；
107，检测到船体离梆险情时发出报警：若在设定的离梆报警检测时间内持续检测到船体垂直剖面轮廓发生整体位移及/或整体倾斜，发出离梆报警信息。
其中，所述船体垂直剖面轮廓的提取准则为：于垂直激光扫描仪的激光扫描面所在的第一平面设定船体垂直剖面轮廓的空间位置分布范围，所述空间位置分布范围中的实时扫描数据点集中存在平滑曲线，且所述平滑曲线的顶端高度超过设定值，则该段平滑曲线为船体垂直剖面轮廓。
所述船体垂直剖面轮廓发生整体位移及/或整体倾斜的判断准则为：
对当前时刻的船体垂直剖面轮廓与前一时刻的船体垂直剖面轮廓进行形状和位置匹配，计算从前一时刻的船体垂直剖面轮廓按旋转和平移变换到当前时刻的船体垂直剖面轮廓的最优变换参数；所述最优变换参数包括船体垂直剖面轮廓于第一平面的平移矢量和船体垂直剖面轮廓绕第一轴旋转的旋转角；所述第一旋转轴垂直于第一平面；
若当前时刻的船体垂直剖面轮廓相较于前一时刻的船体垂直剖面轮廓于第一平面的平移矢量的绝对值大于预设的船体最大稳定平移量，则船体垂直剖面轮廓发生整体位移；
若当前时刻的船体垂直剖面轮廓相较于前一时刻的船体垂直剖面轮廓于第一旋转轴的旋转角的绝对值大于预设的船体最大稳定摇摆角，则船体垂直剖面轮廓发生整体倾斜。
所述设定船体停泊位置的具体步骤包括：
将船体靠泊过程中第一次提取到的船体垂直剖面轮廓设定为预设船体停泊位置；
将当前时刻提取的船体垂直剖面轮廓与预设船体停泊位置进行比对，检测船体垂直剖面轮廓是否发生整体位移及/或整体倾斜；
若检测到船体垂直剖面轮廓发生整体位移及/或整体倾斜，则将预设船体停泊位置更新为当前时刻的船体垂直剖面轮廓；
若未检测到船体垂直剖面轮廓发生整体位移及/或整体倾斜，则延长船体垂直剖面轮廓的静止保持时间；
若船体垂直剖面轮廓的静止保持时间超过设定的船体停泊检测时间，则将当前的预设船体停泊位置设定为实际船体停泊位置。
以下，结合具体的实施例对本发明的岸边起重机船体离梆监测方法作一步具体描述。
一、船体离梆险情监测的实现
1、岸边起重机离梆监测设备组成及功能
请参考图3、图4，作为一种优选的实施例，所述垂直激光扫描仪设置有两个，分别为左侧垂直激光扫描仪411及右侧垂直激光扫描仪412，所述左侧垂直激光扫描仪411及右侧垂直激光扫描仪412均与离梆监测控制器42连接并通讯。
1)离梆监测控制器42：所述离梆监测控制器42安装在岸边起重机海侧门腿11的适当位置上，作为船体离梆监测系统的控制中枢，用于完成靠泊船体的离梆险情监测,并与起重机控制系统30进行通讯，以向起重机控制系统30发送离梆报警信息。
2)左侧垂直激光扫描仪411：所述左侧垂直激光扫描仪411安装在岸边起重机海侧门腿11左门柱111外侧高于缆墩80的位置上，所述左侧垂直激光扫描仪411的激光扫描面垂直于地面和岸线70，用于对靠泊船体的左侧进行垂直扫描。
3)右侧垂直激光扫描仪412：所述右侧垂直激光扫描仪412安装在岸边起重机海侧门腿11右门柱112外侧高于缆墩80的位置上，所述右侧垂直激光扫描仪412的激光扫描面垂直于地面和岸线70，用于对靠泊船体的右侧进行垂直扫描。
本发明实施例中，所述左侧垂直激光扫描仪411与右侧垂直激光扫描仪412按海侧门腿11左右方向中轴面对称。
4)离梆报警器43：作为一种优选的实施例，所述离梆报警器43的实现方式是安装在司机驾驶台上的声光报警器，所述声光报警器包括红色告警灯，以及蜂鸣器或扬声器。当发生船体离梆险情时，通过红色告警灯闪烁方式进行视觉报警，同时通过蜂鸣器的蜂鸣声或扬声器的语音提示进行听觉报警。
2、离梆监测控制器42的处理流程
所述离梆监测控制器42通过左侧垂直激光扫描仪411和右侧垂直激光扫描仪412分别完成左右两侧的船体离梆险情监测，两侧的处理过程相互独立。每一侧的处理流程如图6所示：
1)检测船体垂直剖面轮廓：
根据在岸线靠泊的集装箱货轮船体垂直剖面轮廓的空间位置分布范围从垂直激光扫描仪的实时扫描数据中提取船体垂直剖面轮廓，所述船体垂直剖面轮廓的提取准则为：船体垂直剖面轮廓的空间位置分布范围中的实时扫描数据点集中存在平滑曲线，且平滑曲线的顶端高度超过需要监测的集装箱货轮船体60的最低高度，所述集装箱货轮船体60的最低高度也即集装箱货轮船体60的最低船舷度。
在进行船体垂直剖面轮廓检测时，若检测成功，进行下一步；若未检测成功，则重新检测船体垂直剖面轮廓，直至检测成功。
2)设定船体停泊位置：
将船体靠泊过程中第一次提取到的船体垂直剖面轮廓设定为预设船体停泊位置；
将当前时刻提取的船体垂直剖面轮廓与预设船体停泊位置进行比对，检测船体垂直剖面轮廓的整体位移及/或整体倾斜；若未检测到船体垂直剖面轮廓发生整体位移及/或整体倾斜，则延长船体垂直剖面轮廓的静止保持时间，若检测到船体垂直剖面轮廓发生整体位移及/或整体倾斜，则将预设船体停泊位置更新为当前的船体垂直剖面轮廓；若船体垂直剖面轮廓的静止保持时间超过设定的船体停泊检测时间，则将当前的预设船体停泊位置设定为实际船体停泊位置。
3)在确定实际船体停泊位置后，将提取的船体垂直剖面轮廓与确定的实际船体停泊位置进行比对，以继续检测船体垂直剖面轮廓的整体位移及/或整体倾斜。
4)若在设定的离梆报警检测时间内未检测到当前时刻的船体垂直剖面轮廓发生持续性整体位移及/或整体倾斜，则继续检测船体垂直剖面轮廓及船体垂直剖面轮廓的整体位移及/或整体倾斜。
5)若在设定的离梆报警检测时间内持续检测到当前时刻的船体垂直剖面轮廓发生整体位移或整体倾斜，则向起重机控制系统30发出离梆报警信息。
二、本发明中相关概念的表示方式与定义
本发明的岸边起重机及其船体离梆监测方法需要实时获取集装箱货轮的船体垂直剖面轮廓，并实时检测其运动状态。为清晰表述船体垂直剖面轮廓的空间分布及其运动状态，对本发明表述中使用的时间、方位、坐标系、符号和表达式的含义做出如下定义：
1、时间定义
1)系统的数据处理时间周期：τs；
2)当前时刻：t；
3)前一时刻：t-τs；
可以理解的，上文中所指的“系统的数据处理时间周期”具体指的是“岸边起重机船体离梆监测系统的数据处理时间周期”，本发明实施例中，所述岸边起重机船体离梆监测系统的数据处理时间周期一般为10～100毫秒。
2、方位定义
本发明中所涉及的方位按所述起重机小车20司机正常作业时的坐姿定义，因此，由陆地朝向岸线70方向为前方；所述起重机大车10的行走方向为“左/右”方向，称为横向；所述起重机小车20的行走方向为“前/后”方向，称为纵向；所述吊具50的升降方向为“上/下”方向。
3、岸边起重机设备坐标系及相关定义
如图2所示，本发明中所涉及的尺度和位置的表述使用如下的岸边起重机设备坐标系：X轴指向右方(平行于岸线70的方向)，Y轴指向前方(水平垂直于岸线70的方向)，Z轴指向上方(竖直垂直于岸线70的方向)；坐标原点为所述海侧门腿11建筑限界地面投影的形状中心点。
4、设备符号表示
垂直激光扫描仪：LD
左侧垂直激光扫描仪：LLD
右侧垂直激光扫描仪：RLD
5、所使用的空间数据的相关定义：
1)尺度：本发明中所述的“长度”在X方向上定义，“宽度”在Y方向上定义，“高度”在Z方向上定义；
2)位置：Pos(PosX,PosY,PosZ)表示坐标为(PosX,PosY,PosZ)的点；
3)二维投影坐标：PosXY(x,y)表示Pos在XY平面的投影点坐标；PosYZ(y,z)表示Pos在YZ平面的投影点坐标；PosZX(z,x)表示Pos在ZX平面的投影点坐标；
4)：从Pos1到Pos2的矢量；YZ平面内的矢量，Y方向分量为pY，Z方向分量为pZ；
5)RectYZ(PosYZ,W,H)：YZ平面上的对边分别平行于Y轴和Z轴的矩形，中心点为PosYZ，宽度为W，高度为H；
6)ΩYZ(LD,t)：垂直激光扫描仪LD在t时刻的扫描数据点在YZ平面的投影点的集合；
7)ΩYZ(RectYZ,LD,t)：垂直激光扫描仪LD在t时刻的扫描数据点的子集，其中的扫描数据点在YZ平面上的垂直投影落入RectYZ内。
三、基本工况参数
本发明所使用的基本工况参数的定义和符号表示综述如下：
1、涉及垂直激光扫描仪的相关参数
1)安装高度：HLD，为垂直激光扫描仪出光点距离地面的高度；
2)安装横向距离：LLD，为垂直激光扫描仪出光点与岸边起重机设备坐标系坐标原点的横向距离；
3)安装纵向距离：WLD，为垂直激光扫描仪出光点与岸边起重机设备坐标系坐标原点的纵向距离；
左侧垂直激光扫描仪LLD的扫描数据点从扫描仪设备坐标(x,y)向岸边起重机设备坐标(X,Y,Z)的变换方式为：
其中LLDPos＝Pos(-LLD,WLD,HLD)，为左侧垂直激光扫描仪的出光点的坐标；LLDPosT中的上标T表示矩阵的转置。
右侧垂直激光扫描仪RLD的扫描数据点从扫描仪设备坐标(x,y)向岸边起重机设备坐标(X,Y,Z)的变换方式为：
其中RLDPos＝Pos(LLD,WLD,HLD)，为右侧垂直激光扫描仪的出光点的坐标；RLDPosT中的上标T表示矩阵的转置。
2、涉及岸线的相关参数
岸线距离：BW，为岸线与岸边起重机设备坐标系坐标原点的纵向距离。
3、涉及集装箱货轮的相关参数
1)最大宽度：为集装箱货轮船体的最大宽度；
2)最低船舷度：为需要监测的货轮船舷高出地面的最低高度；
3)最高船舷度：为需要监测的货轮船舷高出地面的最高高度。
4、涉及检测时间的相关参数
1)船体停泊检测时间：τp，一般为10～30秒；
2)离梆报警检测时间：τa，一般为1～5秒，由船体最大摇摆周期决定。
一般而言，离梆报警检测时间设定为船体摇摆的四分之一周期，其中，船体的摇摆周期指船体绕纵轴(本发明中是X轴)摇摆的周期，取决于船体的尺寸、载重量、海浪幅度等一系列因素，实际考虑时由防离梆用户根据实际需求决定，例如，可能造成威胁的最小的船是多大，泊岸的最大的货轮是多大，等等。
5、涉及报警检测的相关参数
1)船体最大稳定摇摆角：一般为2°～5°；
2)船体最大稳定平移量：一般为0.1米～0.2米。
四、船体垂直剖面轮廓
当前时刻船体垂直剖面轮廓：
当前时刻左侧船体垂直剖面轮廓：
当前时刻右侧船体垂直剖面轮廓：
当前时刻船体停泊位置：
如图3及图7所示，船体离梆检测基于当前的船体垂直剖面轮廓t)和垂直激光扫描仪的扫描数据点从扫描仪设备坐标系变换到岸边起重机设备坐标系后，得到扫描数据点在YZ平面的点集ΩYZ(LLD,t)和ΩYZ(RLD,t)，其中位于船体垂直剖面轮廓的空间位置分布范围中内的子集为：
1)LLD的子集：ΩYZ(SCRECTYZ,LLD,t)
2)RLD的子集：ΩYZ(SCRECTYZ,RLD,t)
为船体垂直剖面轮廓的空间位置分布范围；
为SCRECTYZ的中心点。
从ΩYZ(SCRECTYZ,LLD,t)中提取的准则为：
如果子集中存在平滑曲线段，且所有平滑曲线段中的最高点的高度超过则所有平滑曲线段的并集构成
从ΩYZ(SCRECTYZ,RLD,t)中提取的准则为：
如果子集中存在平滑曲线段，且所有平滑曲线段中的最高点的高度超过则所有平滑曲线段的并集构成
五、运动状态检测
如图7所示，离梆监测控制器根据预设或实际船体停泊位置完成当前船体垂直剖面轮廓的运动检测。运动检测的具体方式为：
对和进行形状和位置匹配，计算从按旋转和平移变换到的最优变换参数，包括绕X轴旋转的旋转角和YZ平面内的平移矢量最优判定准则为：中每个轮廓点经变换后与中最近距离点的距离平方和最小。
体现了靠泊船体当前的整体倾斜，当前船体发生整体倾斜的判定准则为：
体现了靠泊船体当前的整体位移，当前船体发生整体位移的判定准则为：
六、船体停泊位置检测
离梆监测控制器根据船体垂直剖面轮廓的持续稳定时间确定当前靠泊船体的停泊位置，具体方式为：
如果在当前时刻t之前的τp时间段内都未检测到船体发生整体倾斜或整体平移，则将当前的预设船体停泊位置设定为实际船体停泊位置。
七、离梆报警检测
离梆监测控制器根据船体垂直剖面轮廓的持续不稳定运动状态确定当前靠泊船体是否发生离梆险情，具体方式为：
实际船体停泊位置被设定后，如果在当前时刻t之前的τa时间段内持续检测到船体发生整体倾斜或整体平移，则发出离梆报警。
本发明的岸边起重机，通过设置与起重机控制系统通讯的船体离梆监测系统，利用垂直激光扫描仪及离梆检测控制器实现对船体的运动情况的实时监测，并在发现船体摇摆幅度过大或非正常离梆等作业险情时及时发出离梆告警，可有效避免因船体离梆导致的作业事故的发生。本发明的岸边起重机船体离梆监测方法，通过垂直激光扫描仪获取的实时扫描数据提取正在进行岸边装卸作业的集装箱货轮的船体垂直剖面轮廓，实现对船体整体位移或整体倾斜的实时监控，系统响应速度快，数据分析结果准确。
本发明的岸边起重机船体离梆监测方法及其岸边起重机能够适应各种集装箱货轮船体类型和气象天候条件，可有效发现船体离梆险情，避免由此引发的集装箱货轮拉拽岸边起重机吊具和船头内切撞击起重机海侧门腿等作业事故，提升岸边起重机的安全生产水平。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
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