一种用于船载小包货物的自动化码垛物流管控方法、系统及介质与流程

本技术涉及船载货物智能堆垛，尤其是涉及一种用于船载小包货物的自动化码垛物流管控方法、系统及介质。

背景技术：

1、目前，在港口物流领域，针对大宗散货或标准集装箱的自动化装卸技术已相对成熟。然而，针对单件重量在数十公斤级别的袋装货物（如50kg左右的袋装化工原）的船载运输，其装卸与舱内码垛仍高度依赖人工或半机械化辅助。

2、尽管岸上仓储已广泛应用agv和机械臂实现自动化码垛,但现有技术中，自动导引运输车(agv)和码垛机器人多针对平坦、稳定的厂房或堆场设计，但在船载货物自动化堆垛方面，仍面临较多的挑战。

3、现有专利公开了一种自动化集装箱装卸船作业方法及系统，为码头配置可移动的锁站，在船舶靠泊后，码头操作系统为船舶分配装卸船岸边装卸设备，然后结合岸边装卸设备下作业车道数量随机生成多个布设方案，以一台岸边装卸设备配置一条作业车道及一部锁站、相邻两部锁站错开、agv在每台岸边装卸设备下斜行次数不超过设定次数的条件从随机生成的多个布设方案中找出最优布设方案，达到装卸船作业期间每个集装箱在相应岸边装卸设备下作业车道即时拆装锁和agv进出作业车道不拥堵的技术效果，从而能够降低码头agv作业的整体能耗并提高装卸船作业效率。

4、上述中的现有技术方案存在以下缺陷：1.船舶持续晃动导致定位与操作基准失准，传统基于静止平面的定位和导航算法完全失效，机械臂抓放精度严重下降；

5、2.船舱空间结构复杂且不规则，存在低矮、狭窄区域及众多固定障碍物（肋骨、立柱、管路），通用的路径规划算法难以适配，且缺乏针对航行稳性的专用码垛规则，无法实现从甲板接货到舱内定址堆垛的全流程一体化码垛控制。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本技术的目的是提供一种用于船载小包货物的自动化码垛物流管控方法、系统及介质，通过船体固定虚拟坐标系，有效消除船体摆动对定位和导航系统的干扰，使agv和机械臂在晃动环境下仍能获得厘米级精度的稳定位姿信息，以保障行驶和操作的精准可靠。

2、采用以下技术方案得以实现的：

3、第一方面，本技术提供一种用于船载小包货物的自动化码垛物流管控方法，包括：

4、解析船舶型线图，构建船体固定虚拟坐标系，结合船舱室内布局，生成三维电子舱图；

5、采集货物姿态数据结合坐标变换矩阵，转换至船体固定虚拟坐标系，确定货物位置坐标；

6、根据三维电子舱图结合货物位置坐标，生成货物全局转移路径，并移动至目标堆垛区；

7、监控目标堆垛区的货物堆垛进度，结合货物形态数据，计算货物最佳码放位姿态，生成电子舱图报表。

8、通过采用上述技术方案，通过解析船舶型线图构建船体固定虚拟坐标系，融合舱室布局生成三维电子舱图，利用坐标变换矩阵将货物姿态数据转换至船体坐标系以精确定位，结合电子舱图规划全局转移路径并引导至目标堆垛区，实时监控堆垛进度并根据货物形态数据计算最佳码放位姿，生成电子舱图报表，实现了货物装卸的数字化、可视化与智能化管理，显著提升了舱容利用率、作业效率与安全性。

9、本技术进一步设置为：解析船舶型线图，构建船体固定虚拟坐标系，结合船舱室内布局，生成三维电子舱图，包括：

10、对船舶型线图进行数字化解析，提取基准水线面、中横剖面和中纵剖面，并映射为型线三维点云；

11、对中横剖面和中纵剖面与基准水线面的交叉点进行定位，作为船体固定虚拟坐标系；

12、根据船体固定虚拟坐标系对型线三维点云进行曲面插值，生成船体三维曲面模型；

13、根据船舱室内布局对船体三维曲面模型进行边界划分建模，得到舱室曲面边界区；

14、对舱室曲面边界区进行分级布尔运算及边界分割，生成三维电子舱图。

15、通过采用上述技术方案，基于数字化解析与三维点云重建算法，通过提取船舶型线图关键剖面构建船体固定虚拟坐标系，并利用曲面插值技术生成三维曲面模型；随后结合舱室布局进行分级布尔运算与边界分割，实现了三维电子舱图的自动化、高精度生成，提升了舱室建模效率、空间可视化水平与后续货物布局的规划准确性。

16、本技术进一步设置为：采集货物姿态数据结合坐标变换矩阵，转换至船体固定虚拟坐标系，确定货物位置坐标，包括：

17、对舱室内的货物进行多维度数据检测，采集货物姿态数据；

18、根据采集时间戳对货物姿态数据进行滤波去噪及插值同步，得到同步姿态数据；

19、根据数据源对同步姿态数据进行原点溯源，提取原局部坐标系；

20、对原局部坐标系与船体固定虚拟坐标系进行转换，得到对应的坐标变换矩阵；

21、根据坐标变换矩阵对同步姿态数据进行坐标转换，并结合几何约束参数进行校验，得到货物位置坐标。

22、通过采用上述技术方案，对舱室内货物进行多维度检测采集姿态数据，经滤波去噪与插值同步后，通过原点溯源提取原局部坐标系，并与船体固定虚拟坐标系解算坐标变换矩阵，最终将同步姿态数据转换并辅以几何约束校验，实现了货物位置坐标的高精度、高可靠性定位，提升了船体坐标系下空间管理的精准度与数据处理效率。

23、本技术进一步设置为：根据三维电子舱图结合货物位置坐标，生成货物全局转移路径，并移动至目标堆垛区，包括：

24、对三维电子舱图进行解析，确定障碍物边界坐标和静态通行区坐标；

25、根据障碍物边界坐标对货物位置坐标和目标堆垛区进行路径规划，生成初始全局转移路径；

26、对初始全局转移路径的行驶过程进行扫描感知，提取动态障碍物矢量；

27、根据静态通行区坐标对货物全局转移路径进行离散化，得到若干局部目标片段；

28、根据动态障碍物矢量对局部目标片段进行重规划，得到最优局部路径，并聚合为货物全局转移路径；

29、根据货物全局转移路径对货物进行转移，直至到达目标堆垛区。

30、通过采用上述技术方案，基于三维电子舱图解析障碍物边界与静态通行区，结合货物位置与目标堆垛区进行a*或dijkstra全局路径规划，并通过实时扫描感知动态障碍物矢量，对路径离散化为局部目标片段后采用动态窗口法（dwa）重规划最优局部路径，最终聚合生成全局转移路径引导货物移动，提升了复杂舱室环境下路径规划的实时适应性、避障能力与作业效率。

31、本技术进一步设置为：根据障碍物边界坐标对货物位置坐标和目标堆垛区进行路径规划，生成初始全局转移路径，包括：

32、对三维电子舱图进行降维压缩，生成分层舱室网格；

33、根据分层舱室网格对障碍物边界坐标进行映射，划分初始非通行区网格；

34、根据载货设备尺寸对初始非通行区网格进行碰撞膨胀处理，得到最终非通行区网格；

35、对货物位置坐标和目标堆垛区进行映射，并结合最终非通行区网格进行路径规划。得到候选全局转移路径；

36、根据巷道宽度和转弯半径对候选全局转移路径进行约束筛选，得到初始全局转移路径。

37、通过采用上述技术方案，基于分层网格降维与碰撞膨胀算法处理三维舱室环境，通过映射障碍物边界并考虑载货设备尺寸进行膨胀处理，结合路径搜索算法（如a*）在约束空间内规划候选路径，并依据巷道宽度与转弯半径进行运动学约束筛选，实现了货物全局转移路径的安全、高效生成，显著提升了路径规划的可行性与环境适应性。

38、本技术进一步设置为：监控目标堆垛区的货物堆垛进度，结合货物形态数据，计算货物最佳码放位姿态，生成电子舱图报表，包括：

39、对目标堆垛区的货物堆垛进度进行扫描，获取货物已码放位置、已码放货物姿态和码放形态点云；

40、根据舱室固定结构边界结合码放形态点云，对目标堆垛区进行空间运算，计算堆垛空余容积，生成舱位占用热力图；

41、根据船舶装载状态结合货物已码放位置，对舱位占用热力图进行修正补偿，得到动态舱位热力图；

42、对货物形态数据进行进行解析，提取货物类型标识、货物重量、货物尺寸和货物重心位置；

43、根据货物类型标识结合货物尺寸，按照预设的防倾倒垛型规则库，对货物堆叠模式进行匹配，确定目标堆叠模式，

44、若当前货物类型标识与上一件货物类型标识相同，则保持当前货物堆叠模式不变，并作为目标堆叠模式，

45、若当前货物类型标识与上一件货物类型标识相异，则根据货物尺寸结合堆垛空余容积进行堆垛匹配，得到目标堆叠模式；

46、根据货物重量和货物重心位置，按照目标堆叠模式对货物进行码放位姿解算，得到货物最佳码放位姿态；

47、根据目标设备类型对货物最佳码放位姿态进行指令转化，生成设备执行信号；

48、分发设备执行信号至目标码垛设备，并对货物码放动作进行检测，采集货物堆垛受力数据，定位货物实际位姿；

49、若货物堆垛受力数据异常，则匹配对应的主动纠偏机制，生成码放力度修正指令；

50、对货物实际位姿与货物目标位姿进行偏差计算，得到位姿偏差值，

51、若位姿偏差值大于偏差阈值，则匹配对应的主动纠偏机制，生成位姿码放修正指令；

52、根据船舶标识对货物形态数据、主动纠偏机制和动态舱位热力图进行汇总并记录，生成电子舱图报表。

53、通过采用上述技术方案，通过三维空间扫描与动态热力图算法实时监测堆垛进度，结合货物形态数据与防倾倒规则库智能匹配堆叠模式，通过位姿解算优化码放姿态，并利用闭环受力监测与主动纠偏机制修正偏差，最终生成电子舱图报表，显著提升了舱容利用率、装卸效率与作业安全性。

54、本技术进一步设置为：根据货物重量和货物重心位置，按照目标堆叠模式对货物进行码放位姿解算，得到货物最佳码放位姿态，包括：

55、根据目标堆叠模式结合货物重心位置，生成候选码放位姿元组；

56、根据已码放货物姿态对候选码放位姿元组进行放置模拟，计算防倾倒安全系数；

57、若防倾倒安全系数小于防倾安全阈值，则对当前候选码放位姿元组进行剔除，得到初步码放位姿元组；

58、对动态舱位热力图与障碍物边界坐标进行融合，并对初步码放位姿元组进行碰撞检测，计算总空间利用率；

59、对总空间利用率进行降序排列，筛选最大值对应的初步码放位姿元组作为货物最佳码放位姿态。

60、通过采用上述技术方案，基于多目标优化算法（防倾倒安全系数与空间利用率加权），通过候选位姿模拟、碰撞检测及热力图融合，筛选出兼顾稳定性与容积率的最优码放姿态，提升了船舶装载的安全性与舱容利用率。

61、第二方面，本技术还提供一种用于船载小包货物的自动化码垛物流管控系统，采用以下技术方案：

62、一种用于船载小包货物的自动化码垛物流管控系统，用于实现的自动化码垛物流管控方法，包括：

63、基准舱室建立模块，用于解析船舶型线图，构建船体固定虚拟坐标系，结合船舱室内布局，生成三维电子舱图；

64、货物动态拾取模块，用于采集货物姿态数据结合坐标变换矩阵，转换至船体固定虚拟坐标系，确定货物位置坐标；

65、智能舱内转运模块，用于根据三维电子舱图结合货物位置坐标，生成货物全局转移路径，并移动至目标堆垛区；

66、协同监控优化模块，用于监控目标堆垛区的货物堆垛进度，结合货物形态数据，计算货物最佳码放位姿态，生成电子舱图报表。

67、通过采用上述技术方案，基于船舶型线图解析构建固定虚拟坐标系与三维电子舱图，通过坐标变换矩阵将货物姿态数据转换至船体坐标系以精确定位，并利用启发式搜索算法规划全局转移路径；在堆垛阶段，采用动态空间优化与多目标约束求解货物最佳码放位姿，实现舱容利用率最大化与防倾倒安全性的协同优化，显著提升了货物装卸的智能化水平与作业效率。

68、第三方面，本技术还提供一种电子设备，包括：

69、一个或多个处理器；

70、存储器，用于存储一个或多个程序；

71、当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现上述方案中任一的方法。

72、第四方面，本技术还提供了一种存储介质，上述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如上述方案中的用于船载小包货物的自动化码垛物流管控方法。

73、综上，本技术的有益技术效果为：

74、通过船体固定虚拟坐标系，有效消除船体摆动对定位和导航系统的干扰，使得agv和机械臂在晃动环境下仍能获得厘米级精度的稳定位姿信息，保障了行驶和操作的精准可靠；

75、通过构建一个船体固定虚拟坐标系来对抗物理晃动，并基于一个动态更新的三维电子舱图来驾驭复杂空间，实现货物定位、堆垛路径规划、自动码垛、舱位监控的全流程智能稳定作业。