[发明专利]一种基于2D脉冲式激光雷达的辅助靠泊装置及其方法

权利要求书

1.一种基于2D脉冲式激光雷达的辅助靠泊装置，包括数据采集单元、数据处理单元以及数据发布显示单元，其特征在于：

包括2D脉冲式激光雷达，广角摄像机，局域网，数据处理单元即本例的数据处理工控机，Internet发布网络，码头现场显示模块和控制中心大屏幕显示模块；所述的2D脉冲式激光雷达和广角摄像机分别采集码头现场数据，通过所述的局域网发送到数据处理工控机，处理后数据分别发送到码头现场显示模块和控制中心大屏幕显示模块；

所述的2D脉冲式激光雷达和广角摄像机观测范围设置为大于180°，并且两者的观测范围一致，均安装在码头泊位现场；2D脉冲式激光雷达以脉冲波形式发射激光扫描观测范围内的扇形区域，接收来自海面船舶物标和背景物标的反射回波，并通过局域网，发送到数据处理工控机，用于实时采集码头靠泊现场数据包括用于采集码头靠泊现场的脉冲视频图像数据；广角摄像机录入与2D脉冲式激光雷达相同扇形区域的现场环境视频，并通过局域网，发送到数据处理工控机，用于采集码头靠泊环境的视频图像环境数据；

所述的局域网可以采用有线网络或无线网络传输；

所述的数据处理工控机能够接入内部局域网和外部网络，数据前期处理模块对接收到的2D脉冲式激光雷达的数据使用大津阈值法进行滤波处理，获得按照扫描范围分割的视频图像并将该视频图像存储在数据存储模块中的历史数据库中，便于调用分析上述数据，进而判断环境参数是否发生改变，便于确定是否有靠泊或者离泊的船舶；数据处理工控机的对比分析模块将该视频图像与数据存储模块中的历史数据对比，从而判断是否有船舶正在进行靠泊作业；若有船舶正在进行靠泊作业，后期处理模块对该视频图像进参数处理，计算物标运动速度和方向以及关键位置与岸壁的距离等参数，同时后期处理模块对该视频图像进行空间坐标变换，并对变换后的2D图像做岸线修正，获得关于岸线和离岸距离的区域函数，计算区域函数峰值，确定最小接近距离；其中所述大津阈值法进行滤波处理是指设定该视频图像的灰度图像灰度级是L，则灰度范围为[0,L-1]，利用大津阈值算法计算图像的最佳阈值为：

t＝Max[w0(t)*(u0(t)-u)^2+w1(t)*(u1(t)-u)^2)]

其中的变量说明：当分割的阈值为t时，w0为背景比例，u0为背景均值，w1为前景比例，u1为前景均值，u为整幅图像的均值。

2.一种基于2D脉冲式激光雷达的辅助靠泊方法，其特征在于：包括如下步骤：

首先实时采集码头靠泊现场数据，包括利用2D脉冲式激光雷达采集码头靠泊现场的脉冲视频图像数据以及利用采集码头靠泊环境的视频图像环境数据；

对接收到的脉冲视频图像数据进行滤波处理，获得2D脉冲式激光雷达按照扫描范围分割的脉冲视频图像数据以及对接收到的广角摄像机采集的视频图像环境数据进行角度修正处理；

预设历史数据库，实时将经过上述处理后的视频图像数据存储到历史数据库中；

调用历史数据库中存储的视频图像数据，对比分析当前经过滤波处理的脉冲视频图像数据与历史数据库中的脉冲视频图像数据，判断当前时间段内是否有船舶进行靠泊作业；

在判断有船舶进行靠泊作业时，对经过滤波的脉冲视频图像数据进行参数处理，获得当前船舶靠泊运行参数，同时对该脉冲视频图像数据进行空间坐标变换处理，并对变换后的2D图像进行岸线修正，获得当前船舶靠泊岸线参数；

实时显示发布上述船舶靠泊运行参数以及船舶靠泊岸线参数；

所述的方法还包括调用进行滤波处理的脉冲视频图像数据以及进行角度修正处理的视频图像环境数据；将上述视频图像环境数据作为视频图像输出的底层数据，将脉冲视频图像数据作为可视化显示数据，进行可视化显示集成处理；

对所述的脉冲视频图像数据进行参数处理包括对连续的脉冲视频图像数据中的运动物标进行检测，获得当前船舶靠泊运行参数即获得当前船舶运动的速度和方向、靠泊角度并与船舶回波截面大小结合，计算船舶长度等并通过上述船舶靠泊运行参数计算船舶靠泊位置，最靠近岸壁的危险点，船舶靠泊速度等涉及船舶安全的数据，输出到数据发布显示单元；对所述的脉冲视频图像数据进行空间坐标变换处理包括对视频图像按照旋转角度范围进行坐标变换，将极坐标变换成直角坐标，获得包含运动物标的有界函数后进行岸线修正，获得当前船舶靠泊岸线参数。