本发明涉及图像，具体是基于图像技术的石油化工品船流体装卸臂的自动对接系统。
背景技术：
1、传统石油化工品船流体装卸臂的对接方式主要依赖于人工操作，其中操作人员需通过视觉观察和经验判断，手动控制臂柱的运动，实现与其船体接合口对接。这种方式存在诸多缺陷：包括操作效率低：人工操作需花费大量时间进行定位、调整和对接，导致装卸过程效率低下；安全风险高：操作员需在恶劣天气和复杂海况下进行操作，存在安全隐患；对接精度差：人工操作容易受到疲劳和外界环境的影响，导致对接精度难以保证，难以避免泄漏和安全事故的发生。
2、近些年来，随着计算机视觉技术的发展，越来越多的人工智能应用被引入到海运领域中，例如自动驾驶船舶、船舶识别等。针对流体装卸臂的对接问题，一些采用激光、超声波等传感器进行目标定位和对接的方案也已出现。然而，这些方案存在各自的局限性：激光和超声波传感器受天气影响较大，海况复杂时难以准确定位；同时这些方案通常需要配备昂贵的传感器设备，成本较高；
3、针对上述的技术缺陷，现提出一种基于图像技术的石油化工品船流体装卸臂的自动对接系统的解决方案。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：
2、一种基于图像技术的石油化工品船流体装卸臂的自动对接系统，包括：
3、船体，所述船体用于各组件的连接；
4、装卸臂组件，所述装卸臂组件设置于所述船体上，所述装卸臂组件用于对穿流体进行装卸对接；
5、移动组件，所述移动组件设置于所述船体上，所述移动组件连接所述装卸臂组件，所述移动组件用于对所述装卸臂组件进行移动并与船只对接进行校对；
6、控制系统，所述控制系统连接所述装卸臂组件与所述移动组件，所述控制系统用于对船只装卸对接进行自动化控制，并用于实现对石油化工品船流体装卸臂的精准自动对接。
7、进一步的，所述装卸臂组件包括移动块、转动块和机械臂，所述移动块设置于所述船体上，所述转动块设置于所述移动块上，所述转动块沿着所述移动块的轴心呈转动设置，所述机械臂固定连接于所述转动块上。
8、进一步的，所述移动组件包括移动槽、双向丝杆、驱动电机，所述移动槽沿着所述船体的边缘设置并沿着船体的长度方向布设，所述移动块设置于所述移动槽内，所述双向丝杆沿着所述移动槽的内壁转动连接，且所述双向丝杆的一端转动穿设过所述移动槽的一端，所述双向丝杆螺纹穿设过所述移动块并驱使相向的两所述移动块靠近或者背离，所述驱动电机与所述双向丝杆的伸出端固定连接并带动所述双向丝杆转动。
9、进一步的，所述控制系统包括：
10、中央控制单元，负责整体系统的协调与管理，接收来自各个子系统的数据，执行控制算法，生成指令并传递给下游执行单元；
11、运动控制模块，控制装卸臂的运动，包括位置、速度和加速度，接收来自图像处理模块和定位模块的数据，计算并执行装卸臂的运动轨迹，以实现准确对接；
12、图像处理与识别控制模块，负责处理视觉系统采集的图像数据，并将处理结果传递给中央控制单元，包括图像处理算法和识别算法，用于实时分析和识别船舶和装卸臂的相对位置；
13、定位与传感器融合模块，整合来自不同传感器的数据，如激光雷达、超声波传感器，与视觉系统的数据进行融合，提高对接精度和可靠性；
14、通信模块，负责系统内部和外部的通信，包括设备之间的数据交换、与船舶控制系统的通信、与岸上控制中心的网络连接；
15、用户界面模块，提供操作人员与系统交互的平台，显示实时状态信息、图像、警报以及操作选项，允许手动干预、调整系统参数和监控对接过程；
16、安全控制模块，监控系统的安全状态，包括碰撞检测、紧急停止、故障报警，确保对接过程中的安全性，及时响应异常情况。
17、进一步的，所述运动控制模块包括计算装卸臂从当前位置到目标对接点的运动路径，确保运动平滑且高效，包括位置控制、速度控制和加速度控制，确保装卸臂按照预定轨迹精准运动，负责驱动装卸臂的各个关节和执行器，伺服驱动器接收控制指令，调整装卸臂的运动，设置编码器或电位计，用于实时监测装卸臂的实际位置，并将数据反馈给控制系统，以进行位置修正，设置速度传感器，监测装卸臂的运动速度，确保运动过程中的速度控制和稳定性，通过闭环控制系统实现运动控制的闭环反馈，包括位置反馈、速度反馈和力反馈，通过比较实际运动状态与目标状态，调整控制输出，确保装卸臂的准确性和稳定性，对由于环境变化或机械误差导致的运动偏差进行补偿，通过实时调整运动参数，确保装卸臂在各种工作条件下的高精度对接，与中央控制单元和其他系统模块进行数据交换，包括接收控制指令、发送状态信息和反馈数据。
18、进一步的，所述图像处理与识别控制模块包括高分辨率的工业摄像头或其他成像设备，用于实时捕捉船舶、装卸臂及其对接点的图像数据，对采集到的图像数据进行初步处理，包括去噪、增强对比度、色彩校正，使用图像处理算法提取关键特征，如船舶的位置、装卸臂的姿态和对接点的准确位置。常见的算法包括边缘检测、角点检测、模板匹配，识别算法包括模式识别、机器学习或深度学习技术，用于识别和分类目标对象，判断装卸臂和对接点的相对位置和姿态，识别图像中的目标物体，如船舶的接驳口和装卸臂的端部，跟踪算法用于监控目标物体在连续图像帧中的运动，确保实时调整控制策略，将图像数据与其他传感器数据进行融合，以提高定位精度和对接可靠性。
19、进一步的，所述定位与传感器融合模块包括工业摄像头，用于捕捉船舶和装卸臂的图像数据，测量装卸臂与船舶之间的距离和环境结构，提供高精度的深度信息，测量距离，检测装卸臂与船舶之间的接近情况，提供装卸臂的加速度、角速度动态信息，用于补偿运动中的震动和偏差，融合传感器数据，通过对传感器测量的不确定性进行加权，提供最优的状态估计，处理非线性系统的状态估计，通过模拟多个粒子来估计目标的状态，结合来自不同传感器的数据，提高对环境和目标物体的识别精度，将传感器数据中的不同坐标系转换为统一的坐标系，以便进行准确的定位和对接计算，根据传感器数据动态估计装卸臂和船舶的实时位置和姿态，对由于动态因素造成的定位误差进行补偿，根据激光雷达和其他传感器的数据生成环境地图，用于辅助定位和避障，创建目标物体的模型，以便更准确地进行对接。
20、进一步的，所述通信模块包括can总线、ethernet、profibus，用于系统内部各模块之间的通信，确保数据的实时传输和系统的协调工作，定义数据传输的格式、速率和处理方法，确保不同模块之间的信息能够正确解码和处理，通过标准化协议与船舶的控制系统进行通信，传递装卸命令、接收状态信息，通过网络连接与岸上的监控和控制系统进行数据交换，提供实时监控数据，接收远程指令和更新，与岸上系统、远程监控平台进行无线数据传输，通过数据的无线传输，减少布线复杂度，提高系统的灵活性，对数据分包、重组和校验，确保数据在传输过程中不丢失和不损坏，根据系统需求管理数据传输的带宽，避免网络拥塞和数据传输延迟，通过实时数据传输确保系统能够实时接收和发送数据，优化数据传输的延迟，确保系统的响应时间满足对接精度和安全性的要求。
21、进一步的，所述用户界面模块包括：
22、图形用户界面，显示系统的整体状态，包括装卸臂的位置、对接进度、船舶位置信息，显示来自各传感器的实时数据，如图像、传感器读数、警报信息；
23、操作控制面板，用于手动控制装卸臂的各个动作，例如启动、停止、调整位置，允许用户输入参数和调整设置，如速度、对接位置；
24、数据展示与分析，展示系统的实时数据和状态信息，包括装卸臂的当前位置、速度、传感器读数，提供历史数据的回顾和分析功能，用于性能评估和故障排查；
25、警报和通知系统，显示系统故障、异常情况或操作警告的提示信息，以弹出窗口、声音警报或颜色变化形式呈现，提供系统状态的通知，告知操作人员关于系统的关键事件或需要注意的事项；
26、用户管理与权限控制，提供用户认证和登录功能，确保授权的操作人员能够访问系统，根据用户角色设置不同的访问权限，控制对系统功能和数据的访问权限。
27、进一步的，所述安全控制模块包括使用各种传感器实时监测系统的工作状态，确保各项指标在安全范围内，通过摄像头和图像处理技术监控装卸臂的运行状态，及时发现潜在的安全隐患，自动检测系统中出现的故障，如设备异常、传感器失效，并生成警报，在系统运行出现异常时，及时发出预警，提醒操作人员和维护人员采取措施，在检测到严重故障或危险情况时，系统自动停止所有相关操作，防止事故进一步扩大，提供紧急停止按钮或开关，允许操作人员在紧急情况下手动停止系统运行，设定装卸臂的操作范围和限制条件，例如最大允许速度、最小安全距离等，防止超出安全范围的操作，通过用户权限控制，确保经过授权的人员进行高风险操作。
28、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
29、1、本发明基于图像技术的石油化工品船流体装卸臂的自动对接系统中，通过船体用于各组件的连接；装卸臂组件，装卸臂组件设置于船体上，装卸臂组件用于对穿流体进行装卸对接；移动组件，移动组件设置于船体上，移动组件连接装卸臂组件，移动组件用于对装卸臂组件进行移动并与船只对接进行校对；控制系统，控制系统连接装卸臂组件与移动组件，控制系统用于对船只装卸对接进行自动化控制，并用于实现对石油化工品船流体装卸臂的精准自动对接，具有对船流体装卸臂的对接进行自动化控制的效果；
30、2、本发明基于图像技术的石油化工品船流体装卸臂的自动对接系统中，通过中央控制单元，负责整体系统的协调与管理，接收来自各个子系统的数据，执行控制算法，生成指令并传递给下游执行单元；运动控制模块，控制装卸臂的运动，包括位置、速度和加速度，接收来自图像处理模块和定位模块的数据，计算并执行装卸臂的运动轨迹，以实现准确对接；图像处理与识别控制模块，负责处理视觉系统采集的图像数据，并将处理结果传递给中央控制单元，包括图像处理算法和识别算法，用于实时分析和识别船舶和装卸臂的相对位置；定位与传感器融合模块，整合来自不同传感器的数据，如激光雷达、超声波传感器，与视觉系统的数据进行融合，提高对接精度和可靠性；通信模块，负责系统内部和外部的通信，包括设备之间的数据交换、与船舶控制系统的通信、与岸上控制中心的网络连接；用户界面模块，提供操作人员与系统交互的平台，显示实时状态信息、图像、警报以及操作选项，允许手动干预、调整系统参数和监控对接过程；安全控制模块，监控系统的安全状态，包括碰撞检测、紧急停止、故障报警，确保对接过程中的安全性，及时响应异常情况，具有对船只装卸实现智能化控制并预警分析的效果。
1.一种基于图像技术的石油化工品船流体装卸臂的自动对接系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于图像技术的石油化工品船流体装卸臂的自动对接系统，其特征在于，所述装卸臂组件(2)包括移动块(21)、转动块(22)和机械臂(23)，所述移动块(21)设置于所述船体(1)上，所述转动块(22)设置于所述移动块(21)上，所述转动块(22)沿着所述移动块(21)的轴心呈转动设置，所述机械臂(23)固定连接于所述转动块(22)上。
3.根据权利要求1所述的基于图像技术的石油化工品船流体装卸臂的自动对接系统，其特征在于，所述移动组件(3)包括移动槽(31)、双向丝杆(32)、驱动电机(33)，所述移动槽(31)沿着所述船体(1)的边缘设置并沿着船体(1)的长度方向布设，所述移动块(21)设置于所述移动槽(31)内，所述双向丝杆(32)沿着所述移动槽(31)的内壁转动连接，且所述双向丝杆(32)的一端转动穿设过所述移动槽(31)的一端，所述双向丝杆(32)螺纹穿设过所述移动块(21)并驱使相向的两所述移动块(21)靠近或者背离，所述驱动电机(33)与所述双向丝杆(32)的伸出端固定连接并带动所述双向丝杆(32)转动。
4.根据权利要求1所述的基于图像技术的石油化工品船流体装卸臂的自动对接系统，其特征在于，所述控制系统包括：
5.根据权利要求4所述的基于图像技术的石油化工品船流体装卸臂的自动对接系统，其特征在于，所述运动控制模块包括计算装卸臂从当前位置到目标对接点的运动路径，确保运动平滑且高效，包括位置控制、速度控制和加速度控制，确保装卸臂按照预定轨迹精准运动，负责驱动装卸臂的各个关节和执行器，伺服驱动器接收控制指令，调整装卸臂的运动，设置编码器或电位计，用于实时监测装卸臂的实际位置，并将数据反馈给控制系统，以进行位置修正，设置速度传感器，监测装卸臂的运动速度，确保运动过程中的速度控制和稳定性，通过闭环控制系统实现运动控制的闭环反馈，包括位置反馈、速度反馈和力反馈，通过比较实际运动状态与目标状态，调整控制输出，确保装卸臂的准确性和稳定性，对由于环境变化或机械误差导致的运动偏差进行补偿，通过实时调整运动参数，确保装卸臂在各种工作条件下的高精度对接，与中央控制单元和其他系统模块进行数据交换，包括接收控制指令、发送状态信息和反馈数据。
6.根据权利要求5所述的基于图像技术的石油化工品船流体装卸臂的自动对接系统，其特征在于，所述图像处理与识别控制模块包括高分辨率的工业摄像头或其他成像设备，用于实时捕捉船舶、装卸臂及其对接点的图像数据，对采集到的图像数据进行初步处理，包括去噪、增强对比度、色彩校正，使用图像处理算法提取关键特征，如船舶的位置、装卸臂的姿态和对接点的准确位置。常见的算法包括边缘检测、角点检测、模板匹配，识别算法包括模式识别、机器学习或深度学习技术，用于识别和分类目标对象，判断装卸臂和对接点的相对位置和姿态，识别图像中的目标物体，如船舶的接驳口和装卸臂的端部，跟踪算法用于监控目标物体在连续图像帧中的运动，确保实时调整控制策略，将图像数据与其他传感器数据进行融合，以提高定位精度和对接可靠性。
7.根据权利要求6所述的基于图像技术的石油化工品船流体装卸臂的自动对接系统，其特征在于，所述定位与传感器融合模块包括工业摄像头，用于捕捉船舶和装卸臂的图像数据，测量装卸臂与船舶之间的距离和环境结构，提供高精度的深度信息，测量距离，检测装卸臂与船舶之间的接近情况，提供装卸臂的加速度、角速度动态信息，用于补偿运动中的震动和偏差，融合传感器数据，通过对传感器测量的不确定性进行加权，提供最优的状态估计，处理非线性系统的状态估计，通过模拟多个粒子来估计目标的状态，结合来自不同传感器的数据，提高对环境和目标物体的识别精度，将传感器数据中的不同坐标系转换为统一的坐标系，以便进行准确的定位和对接计算，根据传感器数据动态估计装卸臂和船舶的实时位置和姿态，对由于动态因素造成的定位误差进行补偿，根据激光雷达和其他传感器的数据生成环境地图，用于辅助定位和避障，创建目标物体的模型，以便更准确地进行对接。
8.根据权利要求6所述的基于图像技术的石油化工品船流体装卸臂的自动对接系统，其特征在于，所述通信模块包括can总线、ethernet、profibus，用于系统内部各模块之间的通信，确保数据的实时传输和系统的协调工作，定义数据传输的格式、速率和处理方法，确保不同模块之间的信息能够正确解码和处理，通过标准化协议与船舶的控制系统进行通信，传递装卸命令、接收状态信息，通过网络连接与岸上的监控和控制系统进行数据交换，提供实时监控数据，接收远程指令和更新，与岸上系统、远程监控平台进行无线数据传输，通过数据的无线传输，减少布线复杂度，提高系统的灵活性，对数据分包、重组和校验，确保数据在传输过程中不丢失和不损坏，根据系统需求管理数据传输的带宽，避免网络拥塞和数据传输延迟，通过实时数据传输确保系统能够实时接收和发送数据，优化数据传输的延迟，确保系统的响应时间满足对接精度和安全性的要求。
9.根据权利要求8所述的基于图像技术的石油化工品船流体装卸臂的自动对接系统，其特征在于，所述用户界面模块包括：
10.根据权利要求9所述的基于图像技术的石油化工品船流体装卸臂的自动对接系统，特征在于，所述安全控制模块包括使用各种传感器实时监测系统的工作状态，确保各项指标在安全范围内，通过摄像头和图像处理技术监控装卸臂的运行状态，及时发现潜在的安全隐患，自动检测系统中出现的故障，如设备异常、传感器失效，并生成警报，在系统运行出现异常时，及时发出预警，提醒操作人员和维护人员采取措施，在检测到严重故障或危险情况时，系统自动停止所有相关操作，防止事故进一步扩大，提供紧急停止按钮或开关，允许操作人员在紧急情况下手动停止系统运行，设定装卸臂的操作范围和限制条件，例如最大允许速度、最小安全距离，防止超出安全范围的操作，通过用户权限控制，确保经过授权的人员进行高风险操作。
