曹 樂 葉建勇

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海200125）

0 引言

在現(xiàn)代化物流運(yùn)輸中，碼頭里的集裝箱裝卸是依靠集裝箱起重機(jī)來完成的。作為起重機(jī)的功能部件，吊具占據(jù)著重要的地位，起重機(jī)通過吊具實(shí)現(xiàn)對集裝箱的裝卸，而自動化軌道式起重機(jī)的吊具更是在無人值守的工況下進(jìn)行作業(yè)，作業(yè)中的安全和精準(zhǔn)直接影響到碼頭作業(yè)的效率。

1 吊具在最終著箱時的安全和精準(zhǔn)問題

在自動化起重機(jī)上吊具著箱已經(jīng)告別了傳統(tǒng)的需要司機(jī)用眼睛觀察后再將吊具放到集裝箱上的模式，通過吊具上的傳感器等設(shè)備的幫助，系統(tǒng)可以更精準(zhǔn)地將吊具放置到集裝箱上，避免了人為砸箱時對集裝箱和吊具產(chǎn)生的沖擊以及一些不安全因素。雖然現(xiàn)在有很多設(shè)備在吊具或起重機(jī)的相關(guān)部位安裝激光掃描器來實(shí)現(xiàn)定位功能，但是其昂貴的費(fèi)用和對安全工作環(huán)境判斷的缺失限制了其發(fā)展，而利用攝像頭監(jiān)控加入目標(biāo)識別定位功能就具有很高的性價比，應(yīng)更好地得到推廣和應(yīng)用。

2 攝像頭監(jiān)控系統(tǒng)的目標(biāo)識別定位功能分析

本文以新加坡自動化軌道吊攝像頭監(jiān)控加入目標(biāo)識別定位功能在吊具最終著箱上的應(yīng)用為例進(jìn)行分析，來說明這套系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)安全精準(zhǔn)著箱功能同時還有很高的性價比，能極大地提高作業(yè)效率。

（1）TRL即 Target Recognition Location，目標(biāo)識別定位。TRL系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)組成：4個CCD攝像頭，帶調(diào)節(jié)支持（適配器）；4個金屬攝像頭罩殼支架，本文采用Axis品牌；1個上架攝像頭編碼器；兩個以太網(wǎng)關(guān)配光纜接口；兩個單模光纜；4個攝像頭接線分線盒；兩個帶 RJ45接頭的CAT6（CAT5E）網(wǎng)線；DC12 V（max.0.5 A）電源模塊（視現(xiàn)場情況選擇）；1套攝像系統(tǒng)應(yīng)用軟件。

技術(shù)參數(shù)：水平分辨率為480 TV－Lines（752×582 Pixel），核心元件為1／3″Shar p CCD－Chip，最小照度為 0.25 Lux／F 1.4，連接電纜為3 m BNC－socket ＆12 V DC－socket，防護(hù)等級為IP67。

軟件系統(tǒng)：將TRL應(yīng)用軟件（圖2）安裝在主機(jī)上，設(shè)置好網(wǎng)絡(luò)通訊連接后即可使用。

圖2 TRL應(yīng)用軟件

（2）在安裝好軟硬件后還要進(jìn)行調(diào)試。首先，保證各個元件通電處于正常狀態(tài)，然后檢查通訊，這里有兩種方式：一種是檢查攝像頭本身傳回來的模擬量視頻信號，應(yīng)以能否看清楚畫面為準(zhǔn)；另一種是檢查軟件與視頻編碼器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的數(shù)字量通訊信號。視頻編碼器通過以太網(wǎng)發(fā)送視頻流到TRL處理系統(tǒng)（即攝像系統(tǒng)應(yīng)用軟件），這個處理過程并不需要PLC，因?yàn)門RL應(yīng)用軟件能夠手動觸發(fā)并識別物體（集裝箱的鎖孔和地面標(biāo)記），并在快照后將相關(guān)值記錄下來。數(shù)據(jù)是由TRL應(yīng)用軟件通過攝像頭照片的像素分辨率處理得來的，相對吊具中心的補(bǔ)償值（X、Y、旋轉(zhuǎn)）由PLC內(nèi)部程序計算。

（3）在實(shí)際作業(yè)中會出現(xiàn)兩種情況：一是吊具與集裝箱鎖孔對齊過程中沒有誤差或誤差很小，在允許范圍內(nèi)。自動堆箱過程中吊具下降到目標(biāo)位置對目標(biāo)集裝箱鎖孔進(jìn)行快照，若鎖孔不可見則認(rèn)為吊具下的集裝箱與下層集裝箱位置上只有很小的誤差，幾乎在一條線上。圖像的評估區(qū)域是可調(diào)節(jié)的，并用灰色方框標(biāo)記，用于縮短處理時間（通常1～2 s），TRL應(yīng)用程序會確認(rèn)方框內(nèi)的兩個最佳值并用灰色標(biāo)記。另一個是吊具位置與集裝箱位置有偏差，吊具下集裝箱不在直線狀態(tài)（或是X、Y、旋轉(zhuǎn)），至少兩個鎖孔是可見的并且被系統(tǒng)捕獲到，通過系統(tǒng)計算出偏移量，再由PLC程序控制吊具進(jìn)行修正。所以，在初始狀態(tài)時就需要進(jìn)行校正偏差量的工作。工程師需要待在地面測量真實(shí)值（圖3），真實(shí)偏差值可以通過箱腳和鎖孔在X、Y方向的偏差得到。測量吊具最大旋轉(zhuǎn)和平移量后記錄在軟件的數(shù)據(jù)塊中，之后只要吊具與集裝箱位置有偏差，系統(tǒng)就會自動計算出補(bǔ)償量，再將這個補(bǔ)償量發(fā)送給PLC，主系統(tǒng)就會控制吊具移動到集裝箱正上方，保證了各種情況下吊具都能很精準(zhǔn)地落在集裝箱上。

圖3 測量箱腳側(cè)偏差值

3 分析結(jié)論

由于目標(biāo)定位系統(tǒng)是集成在攝像頭監(jiān)控中的，通常工作人員都是在控制室遠(yuǎn)程監(jiān)控吊具的作業(yè)情況，實(shí)時判斷作業(yè)區(qū)的安全情況，可以隨時進(jìn)行人工干預(yù)，增強(qiáng)了安全性。正是出于安全性的考慮，用戶通常都會在起重機(jī)吊具上安裝監(jiān)控攝像頭，尤其是自動化起重機(jī)更是如此。那么在已有的硬件上幾乎不用增加元器件就能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位功能，又不會增加太多的成本支出，這就使得整個監(jiān)控系統(tǒng)性價比突出。而它從掃描到發(fā)出數(shù)據(jù)執(zhí)行小于3 s，且在吊具下降時就可以進(jìn)行快照同時處理數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)蹙叩竭_(dá)集裝箱上面時，系統(tǒng)已經(jīng)判斷出吊具是否需要糾偏，大大提高了吊具反應(yīng)速度，極大地提高了碼頭作業(yè)效率

4 TRL系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）TRL系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)做成一體，共享軟硬件資源，能減少資金投入。（2）若原來吊具上安裝有監(jiān)控系統(tǒng)，將更方便施工調(diào)試、接線。（3）性價比高，在滿足監(jiān)控功能的基礎(chǔ)上又可獲得自動著箱功能。（4）軟件系統(tǒng)可在設(shè)備原有工控機(jī)或視頻處理機(jī)上安裝調(diào)試，減少了通訊故障。（5）防護(hù)等級高，防腐性能優(yōu)越。（6）模塊化設(shè)計，便于維護(hù)修理。

［1］張德豐.MATLAB數(shù)字圖像處理［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［2］Ram吊具原理圖［Z］.