邱濤 林棟 李凌凱

岸邊集裝箱起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱“岸橋”）是集裝箱碼頭用于集裝箱船裝卸作業(yè)的專業(yè)設(shè)備。在傳統(tǒng)岸橋作業(yè)過(guò)程中，岸橋司機(jī)需要高度集中精力地操控岸橋各機(jī)構(gòu)動(dòng)作，存在工作強(qiáng)度大、工作環(huán)境惡劣等問(wèn)題，容易導(dǎo)致司機(jī)疲勞且易引發(fā)職業(yè)病。隨著遠(yuǎn)程操控技術(shù)的普及，世界各國(guó)港口紛紛打造不同作業(yè)模式的自動(dòng)化集裝箱碼頭，將岸橋司機(jī)轉(zhuǎn)移到環(huán)境舒適的遠(yuǎn)程控制中心，以降低岸橋司機(jī)工作強(qiáng)度，提高岸橋作業(yè)效率。為了適應(yīng)自動(dòng)化港口建設(shè)的需要，我國(guó)諸多集裝箱碼頭著力于傳統(tǒng)岸橋的自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制改造;但受限于傳統(tǒng)岸橋（單小車(chē)岸橋）的性能及其與自動(dòng)化作業(yè)流程的不兼容，改造后的岸橋在作業(yè)效率方面的表現(xiàn)欠佳。本文提出提升子系統(tǒng)性能、優(yōu)化自動(dòng)化作業(yè)流程等傳統(tǒng)岸橋自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制改造優(yōu)化方案，以期提升岸橋自動(dòng)化作業(yè)能力。

1 優(yōu)化子系統(tǒng)

增加子系統(tǒng)是傳統(tǒng)岸橋自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制改造的途徑之一，這些子系統(tǒng)包括船型掃描系統(tǒng)（ship profile scanning system，SPSS）、閉路電視監(jiān)控（closed-circuit television，CCTV）系統(tǒng)、防搖防扭系統(tǒng)、半自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)等。各子系統(tǒng)相互配合工作是實(shí)現(xiàn)岸橋自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制的基礎(chǔ)條件;因此，有必要對(duì)子系統(tǒng)實(shí)施優(yōu)化，以滿足岸橋自動(dòng)化作業(yè)要求，提升岸橋作業(yè)效率。

1.1 增強(qiáng)CCTV系統(tǒng)功能

CCTV系統(tǒng)的主要功能是：通過(guò)在岸橋各部位配置攝像頭，實(shí)現(xiàn)岸橋司機(jī)對(duì)大車(chē)運(yùn)行、作業(yè)貝位、吊具全局、俯仰機(jī)構(gòu)運(yùn)行軌跡及集卡車(chē)道的遠(yuǎn)程監(jiān)控。司機(jī)在遠(yuǎn)程操控著箱動(dòng)作時(shí)存在視覺(jué)盲區(qū)，在距離過(guò)遠(yuǎn)的情況下，還存在無(wú)法看清鎖孔等問(wèn)題，給著箱作業(yè)造成安全隱患。據(jù)統(tǒng)計(jì)，岸橋司機(jī)平均著箱耗時(shí)為36.5 s，仍有較大的提升空間。為了提升岸橋司機(jī)遠(yuǎn)程操控著箱能力，在海側(cè)和陸側(cè)理貨室上方增設(shè)監(jiān)控?cái)z像頭，使司機(jī)可以從側(cè)面觀察著箱情況;同時(shí)，在CCTV系統(tǒng)中增設(shè)可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）Text插件和TextBar插件。PLC Text插件可以獲取岸橋起升高度，CCTV高清攝像頭根據(jù)起升高度自動(dòng)變焦，遠(yuǎn)控操作臺(tái)（remote operation service，ROS）顯示器自動(dòng)切換顯示岸橋司機(jī)所需觀察角度最佳方位的攝像頭畫(huà)面，并使岸橋吊具始終處于畫(huà)面中合適的位置，以減少視覺(jué)盲區(qū)。TextBar插件設(shè)在ROS中央顯示器下方（見(jiàn)圖1），主要顯示岸橋起升高度、開(kāi)閉鎖狀態(tài)等信息，從而極大地方便岸橋司機(jī)著箱操作。實(shí)踐證明，CCTV系統(tǒng)功能的增強(qiáng)對(duì)縮短岸橋司機(jī)著箱耗時(shí)效果顯著（平均著箱耗時(shí)縮短至25.0 s），并且有利于增強(qiáng)岸橋司機(jī)對(duì)碼頭作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的掌控力，從而保障碼頭作業(yè)安全。

1.2 部署三維集卡對(duì)位系統(tǒng)

在傳統(tǒng)港口作業(yè)模式下，岸橋陸側(cè)著箱需要由捆扎工以一根標(biāo)桿為參照物配合集卡司機(jī)完成集卡引導(dǎo)，存在司機(jī)與捆扎工溝通不暢、集卡引導(dǎo)到位耗時(shí)較長(zhǎng)等問(wèn)題。集卡對(duì)位系統(tǒng)（chassis position-ing system，CPS）的主要功能如下：自動(dòng)檢測(cè)集卡和集卡上單20英尺、雙20英尺、40英尺和45英尺集裝箱的位置信息并上傳至單機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，同時(shí)通過(guò)岸橋支腿兩側(cè)的顯示屏向司機(jī)提示集卡方向、距離、位置等實(shí)時(shí)信息（見(jiàn)圖2），使司機(jī)無(wú)須依靠碼頭現(xiàn)場(chǎng)捆扎工的指揮就可實(shí)現(xiàn)集卡精準(zhǔn)?？?。在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，當(dāng)岸橋小車(chē)從海側(cè)回歸陸側(cè)車(chē)道上方時(shí)，若集卡未處于車(chē)道正中央位置，則會(huì)出現(xiàn)對(duì)箱不準(zhǔn)的問(wèn)題。二維CPS引導(dǎo)集卡結(jié)束后，岸橋司機(jī)在著箱動(dòng)作前可能還要微動(dòng)小車(chē)才能對(duì)箱成功;相比之下，三維CPS不僅能實(shí)現(xiàn)集卡自動(dòng)引導(dǎo)，還能通過(guò)采集集卡在碼頭的縱向位置信息實(shí)現(xiàn)吊具自動(dòng)切換，并能通過(guò)PLC計(jì)算實(shí)際的陸側(cè)目標(biāo)位，在回歸途中自動(dòng)調(diào)整吊具姿態(tài)和下放導(dǎo)板，從而使岸橋司機(jī)可以直接操作吊具升降著箱。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：部署三維CPS后，集卡平均自動(dòng)引導(dǎo)耗時(shí)從之前的11.3 s/箱縮短至8.0 s/箱，且岸橋司機(jī)遠(yuǎn)程操作一次著箱成功率達(dá)到90%以上，作業(yè)效率大幅提升。

1.3 應(yīng)用陸側(cè)自動(dòng)著箱系統(tǒng)

岸橋司機(jī)陸側(cè)著箱耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)是影響岸橋自動(dòng)化作業(yè)效率的癥結(jié)之一。在港口裝卸自動(dòng)化發(fā)展的過(guò)程中，陸側(cè)自動(dòng)著箱方案（如雙小車(chē)系統(tǒng)）的實(shí)施不僅使岸橋自動(dòng)化程度大大提高，而且使岸橋作業(yè)效率明顯提升。陸側(cè)自動(dòng)著箱系統(tǒng)的應(yīng)用，尤其是該系統(tǒng)在起升高度超過(guò)40 m的單小車(chē)岸橋上的應(yīng)用，是當(dāng)前港口自動(dòng)化研究的前沿課題。岸橋陸側(cè)自動(dòng)著箱系統(tǒng)在利用SPSS和三維CPS的基礎(chǔ)上引入陸側(cè)目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)，在陸側(cè)建立三維目標(biāo)模型;此外，系統(tǒng)配備防搖防扭系統(tǒng)，以控制吊具傾轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)吊具精準(zhǔn)對(duì)箱和著箱。在岸橋陸側(cè)自動(dòng)著箱作業(yè)過(guò)程中，吊具從起升到著箱成功的中途不再停滯，整個(gè)過(guò)程較傳統(tǒng)著箱模式縮短1個(gè)作業(yè)循環(huán)的時(shí)間（5 s）。陸側(cè)自動(dòng)著箱的一次著箱成功率至少需要達(dá)到95%，否則會(huì)影響岸橋整體作業(yè)效率。

2 優(yōu)化作業(yè)流程

集裝箱港口自動(dòng)化改造離不開(kāi)配套碼頭作業(yè)模式的轉(zhuǎn)變，例如，需要配備碼頭智能理貨系統(tǒng)、碼頭智能配載系統(tǒng)、碼頭作業(yè)面調(diào)度策略等。岸橋自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制改造不只是局部改造，而是整個(gè)作業(yè)鏈的改造。只有岸橋硬件配置與軟件系統(tǒng)兼容，才能實(shí)現(xiàn)岸橋作業(yè)智能化，達(dá)到提升岸橋作業(yè)效率的目的。

2.1 智能理貨系統(tǒng)流程

智能理貨系統(tǒng)是對(duì)傳統(tǒng)人工理貨方式的科技創(chuàng)新，其應(yīng)用智能化模塊、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、驗(yàn)殘模塊等實(shí)現(xiàn)信息采集、儲(chǔ)存和傳輸，省去人工理貨方式中核對(duì)箱號(hào)、輸入箱號(hào)、查驗(yàn)箱體殘損、確認(rèn)貝位等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)集裝箱裝卸實(shí)況的可追溯性。智能理貨系統(tǒng)流程會(huì)影響岸橋自動(dòng)化作業(yè)連貫性和作業(yè)效率。以目前應(yīng)用較為廣泛的光學(xué)字符識(shí)別（optical character recognition，OCR）系統(tǒng)為例，岸橋從碼頭操作系統(tǒng)獲取任務(wù)的速度取決于OCR系統(tǒng)識(shí)別速度，而OCR系統(tǒng)在晝夜交替時(shí)和極端天氣下存在識(shí)別成功率下降的問(wèn)題（識(shí)別成功率不到80%）。為了解決該問(wèn)題，需要優(yōu)化OCR系統(tǒng)的相機(jī)拍照邏輯和識(shí)別算法：在拍照邏輯方面，通過(guò)多次拍照取優(yōu)和調(diào)用相鄰相機(jī)一起拍照并校驗(yàn)的方法，成功調(diào)用清晰度和識(shí)別度最高的相片;在識(shí)別算法方面，通過(guò)加入深度自學(xué)習(xí)識(shí)別算法，將識(shí)別成功率提高至95%。目前，加入人工智能技術(shù)的OCR系統(tǒng)的識(shí)別成功率達(dá)到98%，并具備實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)識(shí)別、錯(cuò)誤攔截、自動(dòng)傳輸?shù)裙δ埽昝榔ヅ浒稑蜃詣?dòng)化作業(yè)流程，從而有效提升岸橋作業(yè)效率。

2.2 作業(yè)面策略應(yīng)用

在碼頭作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，通常只有重點(diǎn)作業(yè)路才配備數(shù)量充足的集卡，并且存在集卡等待岸橋的現(xiàn)象，而其他作業(yè)路則需要岸橋等待集卡，從而嚴(yán)重影響作業(yè)效率。集裝箱碼頭自動(dòng)化改造通常配套引入用于水平運(yùn)輸作業(yè)的自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)、跨運(yùn)車(chē)或無(wú)人集卡，同樣存在集卡調(diào)度不平衡的問(wèn)題。水平運(yùn)輸多路共享和資源池調(diào)度等作業(yè)面策略的應(yīng)用有助于使參與碼頭作業(yè)的集卡服務(wù)于多條作業(yè)路，實(shí)現(xiàn)資源池中所有裝卸指令共享，從而獲得最優(yōu)作業(yè)效率。作業(yè)面策略的實(shí)施過(guò)程實(shí)質(zhì)上是智能選擇的過(guò)程：通過(guò)碼頭動(dòng)態(tài)指令分發(fā)，水平運(yùn)輸設(shè)備完成不同岸橋作業(yè)路邊裝邊卸作業(yè)，控制員對(duì)水平運(yùn)輸設(shè)備作業(yè)的控制力減弱。作業(yè)面策略在解放水平運(yùn)輸設(shè)備生產(chǎn)力的同時(shí)大大提升岸橋作業(yè)效率，保障岸橋自動(dòng)化作業(yè)流暢。

3 結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)化港口建設(shè)是未來(lái)港口發(fā)展的必然趨勢(shì)，自動(dòng)化碼頭是智能港口建設(shè)的起點(diǎn);因此，如何提高碼頭自動(dòng)化作業(yè)效率逐漸成為港口行業(yè)研究的熱門(mén)課題。實(shí)際上，碼頭作業(yè)效率的提升不僅僅涉及岸橋、場(chǎng)橋等設(shè)備單機(jī)作業(yè)效率，同時(shí)還與整個(gè)自動(dòng)化作業(yè)鏈息息相關(guān);因此，碼頭設(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及流程優(yōu)化對(duì)提升碼頭作業(yè)效率至關(guān)重要。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2020-04-22）