目前，國(guó)內(nèi)各集裝箱碼頭均不同程度存在司機(jī)大齡化、設(shè)備老化等諸多問(wèn)題。越來(lái)越多的岸橋設(shè)備開(kāi)始采用遠(yuǎn)程操控技術(shù)，今天就讓我們一起來(lái)看看廈門集裝箱碼頭集團(tuán)為提高集裝箱岸橋遠(yuǎn)程操控作業(yè)效率，所采用的遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)組成和功能、提升遠(yuǎn)程操控作業(yè)效率的技術(shù)。
01集裝箱岸橋遠(yuǎn)程操作現(xiàn)狀
操作上的困境
國(guó)內(nèi)港口普遍追求岸邊操作高效率，而在效率方面岸橋遠(yuǎn)程操控暫時(shí)無(wú)法達(dá)到人工操作的水平。
技術(shù)上的困境
遠(yuǎn)程操控主要難點(diǎn)是水平方向上的操作。司機(jī)在設(shè)備上作業(yè)時(shí)，可以通過(guò)接觸器、制動(dòng)器、車輪與軌道的聲音、小車的振動(dòng)和三維視覺(jué)等來(lái)判斷操作。司機(jī)在遠(yuǎn)程操控臺(tái)操作時(shí)，只能通過(guò)電腦屏幕來(lái)操作。
02提高岸橋遠(yuǎn)程操控作業(yè)效率的技術(shù)
在遠(yuǎn)程操控模式下提高作業(yè)效率的方法就是盡量減少司機(jī)手動(dòng)操作，增加岸橋自動(dòng)運(yùn)行部分，在這個(gè)方向上可以做一些技術(shù)改進(jìn)。
岸橋遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)組成
廈門集裝箱碼頭集團(tuán)岸橋遠(yuǎn)程操控主系統(tǒng)組成見(jiàn)圖1。
自動(dòng)化控制系統(tǒng)是岸橋遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)的核心，它根據(jù)作業(yè)指令并利用所獲取的掃描信息對(duì)作業(yè)路徑進(jìn)行規(guī)劃，在允許的安全作業(yè)路徑內(nèi)，通過(guò)自動(dòng)控制小車和起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度，引導(dǎo)吊具從源位置運(yùn)行到目標(biāo)位置。
集卡定位系統(tǒng)的主要功能是引導(dǎo)集卡停在指定位置，并反饋集卡、集裝箱的姿態(tài)信息給自動(dòng)化控制系統(tǒng)。
船形掃描系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)掃描障礙物的位置，提供半自動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行路徑的障礙物信息，保證半自動(dòng)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。
吊具姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)利用傳感器技術(shù)，并根據(jù)定位系統(tǒng)所檢測(cè)到的岸橋陸側(cè)集裝箱或集卡的位置信息，自動(dòng)調(diào)整吊具傾轉(zhuǎn)角度和水平位置。
吊具防搖系統(tǒng)利用傳感器技術(shù)獲取吊具與小車之間的相對(duì)位置信息，自動(dòng)調(diào)整小車運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)在規(guī)定的時(shí)間周期內(nèi)使吊具與小車之間的相對(duì)位置處于設(shè)定偏差范圍內(nèi)。
吊具防扭系統(tǒng)利用傳感器技術(shù)獲取吊具與小車之間的相對(duì)角度信息，自動(dòng)調(diào)整鋼絲繩進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)吊具與小車之間的相對(duì)角度值保持在設(shè)定偏差范圍內(nèi)。
視頻識(shí)別系統(tǒng)采集集裝箱的箱號(hào)，輔助系統(tǒng)判斷當(dāng)前作業(yè)集裝箱是否符合作業(yè)順序，參與遠(yuǎn)程智能交接和遠(yuǎn)程智能理貨的信息交互。
遠(yuǎn)程操作臺(tái)集成船舶的具體作業(yè)信息、岸橋工作狀態(tài)信息、CMS內(nèi)容、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、操作手柄和按鈕等。
視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用視頻技術(shù)為司機(jī)提供實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面，監(jiān)控所有岸橋作業(yè)中的重要視角，識(shí)別起重機(jī)周圍環(huán)境。
安全管理系統(tǒng)主要有2個(gè)功能：一是利用傳感器技術(shù)識(shí)別操作人員，通過(guò)機(jī)械裝置禁止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入岸橋作業(yè)區(qū)域；二是利用傳感器技術(shù)識(shí)別周圍物體，防止岸橋發(fā)生各種碰撞。
廈門集裝箱碼頭集團(tuán)6臺(tái)遠(yuǎn)程操控岸橋配置比較見(jiàn)表1。
提高作業(yè)效率的技術(shù)
要使遠(yuǎn)程操控岸橋真正能夠常態(tài)化應(yīng)用，遠(yuǎn)程操控的作業(yè)效率就需要達(dá)到或接近人工平均作業(yè)效率。這樣遠(yuǎn)程操控的每個(gè)環(huán)節(jié)，包括岸橋陸側(cè)對(duì)箱放箱、小車起升聯(lián)動(dòng)運(yùn)行、海側(cè)對(duì)箱放箱等，都必須接近或超過(guò)人工操作的速度。陸側(cè)對(duì)箱放箱是最有條件實(shí)現(xiàn)的。在集卡定位系統(tǒng)中采用雙維度集卡姿態(tài)識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)陸側(cè)作業(yè)安全監(jiān)控下的“一鍵”著箱，大幅提高遠(yuǎn)程操控的作業(yè)效率。
（1）雙維度集卡姿態(tài)識(shí)別技術(shù)。以往的集卡定位系統(tǒng)功能主要是引導(dǎo)集卡停在指定位置，并沒(méi)有檢測(cè)集卡在岸橋小車方向上的位置和相對(duì)于岸橋吊具的傾斜角度的功能。新型集卡定位系統(tǒng)具備雙維度集卡姿態(tài)識(shí)別能力，它利用激光掃描儀配合轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)掃描車道上的集卡，實(shí)現(xiàn)2個(gè)方向上的坐標(biāo)定位。它主要實(shí)現(xiàn)以下3個(gè)功能：
準(zhǔn)確引導(dǎo)集卡停到指定位置；
將集卡在岸橋小車方向上的位置坐標(biāo)發(fā)送給自動(dòng)化控制系統(tǒng)；
通過(guò)綜合計(jì)算集卡在岸橋大車方向上的坐標(biāo)和小車方向上的坐標(biāo)，得到集卡停止時(shí)相對(duì)于吊具的傾斜角度，并發(fā)送給自動(dòng)化控制系統(tǒng)。
（2）岸橋陸側(cè)安全監(jiān)控下的“一鍵”著箱。在裝船作業(yè)時(shí)，集卡定位系統(tǒng)引導(dǎo)目標(biāo)集卡到達(dá)準(zhǔn)確位置，同時(shí)得到集裝箱小車方向上的坐標(biāo)和傾斜角度。自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)小車方向上的坐標(biāo)指揮小車移動(dòng)到位，再根據(jù)傾斜角度啟動(dòng)自動(dòng)防扭功能，調(diào)整吊具姿態(tài)以匹配集裝箱傾斜角度。當(dāng)?shù)蹙咦詣?dòng)運(yùn)行到目標(biāo)集裝箱正上方安全高度時(shí)，系統(tǒng)提示司機(jī)按住手動(dòng)按鈕，吊具將自動(dòng)減速運(yùn)行接近集裝箱，直至精確對(duì)箱。在卸船作業(yè)時(shí)，利用岸橋在海側(cè)抓箱的時(shí)間，集卡定位系統(tǒng)引導(dǎo)目標(biāo)集卡到達(dá)準(zhǔn)確位置，同時(shí)得到集卡小車方向上的坐標(biāo)和傾斜角度。自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)小車方向上的坐標(biāo)指揮小車移動(dòng)到位，再根據(jù)傾斜角度啟動(dòng)自動(dòng)防扭功能，調(diào)整吊具姿態(tài)以匹配集卡傾斜角度。當(dāng)岸橋自動(dòng)運(yùn)行到集卡正上方安全高度時(shí)，系統(tǒng)提示司機(jī)按住手動(dòng)按鈕，岸橋?qū)⒆詣?dòng)減速運(yùn)行接近集卡，直至集裝箱安全放到集卡上。岸橋陸側(cè)安全監(jiān)控下的“一鍵”著箱流程見(jiàn)圖2。
岸橋遠(yuǎn)程操控作業(yè)效率
岸橋C遠(yuǎn)程操控作業(yè)效率見(jiàn)表2。將2019年7月14—21日岸橋C遠(yuǎn)程操控作業(yè)效率與人工機(jī)上作業(yè)效率進(jìn)行對(duì)比，岸橋C遠(yuǎn)程操控平均作業(yè)效率為22.11 TEU/h，距離人工機(jī)上平均作業(yè)效率大約有3 TEU的差距。
岸橋E和岸橋F遠(yuǎn)程操控作業(yè)效率見(jiàn)表4。2019年7月12—18日岸橋F遠(yuǎn)程操控平均作業(yè)效率為21.23 TEU/h，距離人工機(jī)上平均作業(yè)效率大約有12 TEU的差距。
從表2和表4可以看出，岸橋遠(yuǎn)程操控作業(yè)效率比人工機(jī)上作業(yè)效率低，只在個(gè)別情況下遠(yuǎn)程操控作業(yè)效率是超過(guò)人工機(jī)上作業(yè)效率的。岸橋遠(yuǎn)程操控作業(yè)效率是在遠(yuǎn)程操控作業(yè)模式未全面強(qiáng)制使用、大部分司機(jī)遠(yuǎn)程操作技能尚不熟練、操作工藝尚未完善的情況下取得的。隨著司機(jī)遠(yuǎn)程操作技能的提高、相關(guān)操作工藝進(jìn)一步完善，岸橋遠(yuǎn)程操控作業(yè)效率應(yīng)能接近或達(dá)到人工機(jī)上作業(yè)效率，甚至超過(guò)人工機(jī)上作業(yè)效率。
03未來(lái)技術(shù)展望
通過(guò)建立船舶信息數(shù)據(jù)庫(kù)，形成高精船圖，實(shí)現(xiàn)海側(cè)作業(yè)智能化
如果遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)能獲得船舶各種尺寸的準(zhǔn)確信息，依據(jù)這些信息系統(tǒng)能形成高精船圖，并將TOS提供的船圖與高精船圖匹配合成實(shí)際尺寸的高精裝卸船圖。在遠(yuǎn)程作業(yè)時(shí)，通過(guò)船形掃描系統(tǒng)得到初始位置，小車起升機(jī)構(gòu)就可以根據(jù)高精裝卸船圖的實(shí)際尺寸使吊具自動(dòng)達(dá)到指定裝卸位置，大車也可以根據(jù)高精裝卸船圖實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換貝動(dòng)作，整個(gè)海側(cè)裝卸船作業(yè)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作。
通過(guò)融合多種識(shí)別技術(shù)，制作智能吊具，準(zhǔn)確識(shí)別位置
現(xiàn)有岸橋遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)已經(jīng)使用激光掃描儀和視頻攝像頭，但沒(méi)有對(duì)這2種識(shí)別技術(shù)進(jìn)行融合。未來(lái)可將這2種識(shí)別技術(shù)融合應(yīng)用在智能吊具上，在吊具四角安裝攝像頭用于視頻識(shí)別，在吊具中間和兩端安裝激光掃描儀精確掃描目標(biāo)輪廓。所采集的數(shù)據(jù)通過(guò)吊具電纜卷盤回傳給遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)用于精確定位。
