單起升岸橋遠程自動化操作技術難點及解決方案

李振廣

針對集裝箱碼頭單起升岸橋遠程自動化操作的市場空白，天津港太平洋國際集裝箱碼頭根據岸橋遠程自動化操作系統的特點，在現有岸橋電控系統的基礎上，通過加裝激光掃描儀、視頻監控儀、服務器、可編程邏輯控制器等控制和傳感裝置，解決船舶漂移和最優作業路徑兩大技術難點，實現單起升岸橋遠程自動化操作。

1 船舶漂移問題及其解決方案

1.1 問題概述

在岸橋裝卸作業過程中，船舶水平漂移量和垂直高度隨作業箱量的變化而變化，這是影響岸橋機構定位的最主要因素。如果岸橋小車和起升機構無法自動運行至作業集裝箱上方，將對岸橋作業效率造成負面影響。

1.2 解決方案

在岸橋小車下部安裝3D激光掃描儀，掃描儀沿小車運行方向掃描，并在小車行駛過程中記錄船上集裝箱的輪廓。由于掃描儀所在的岸橋小車機構存在抖動現象，需要進行坐標轉換：將碼頭作業面上的不動點設定為坐標的0位點，并以為坐標單位，檢測每個坐標的最大值，將結果繪制成掃描圖并寫入可編程邏輯控制器；可編程邏輯控制器根據掃描儀提供的數據控制岸橋小車和起升機構，在移動過程中自動定位集裝箱。

如圖1所示：將C點設為0位點，此時B點的縱坐標為B點與C點的垂直距離，B點的橫坐標為B點與C點的水平距離。由于掃描儀A點位于岸橋小車上，是移動點，故掃描得出的B點縱坐標=A點與C點的垂直距離 A點與B點的垂直距離，B點橫坐標=A點與C點的水平距離 A點與B點的水平距離。掃描儀以的掃描周期持續掃描，得到多個作業點的相對坐標，并連接成掃描線，經后臺計算得出船型掃描圖。

A―3D激光掃描儀；

B―作業集裝箱；

C―岸邊基準點（不動點）

本項目選用施克激光掃描儀。在實際測試中發現，當掃描儀的掃描精度太高時，其掃描結果受環境影響較大。為了在確保掃描精度的同時排除非作業因素對掃描結果的影響，經過分析掃描儀的程序，設計增加“飄落物體識別篩選”功能。例如：在下雪天氣，掃描儀會掃描到飄落的雪花，造成岸橋起升機構執行大循環作業，導致作業效率下降；增加“飄落物體識別篩選”功能后，對于在多個掃描循環中出現的位置不斷變化的物體，掃描儀自動屏蔽其數據。通過反復試驗，掃描儀在傾斜精度達0.1€啊⒍ㄎ瘓卻锏那榭魷攏蘢既芳鹱饕導跋浜頭親饕滴鍰澹閬殖∽饕狄蟆？

2 最優作業路徑問題及其解決方案

2.1 問題概述

最優作業路徑最初應用于倉庫管理，目的是以最優路徑提取庫存備件，從而提高效率并降低消耗。單起升岸橋遠程自動化操作同樣需要考慮安全、效率和能耗的問題，如何實現三者之間的平衡是單起升岸橋遠程自動化操作面臨的難題之一。

2.2 解決方案

2.2.1 路徑設計

確定最優作業路徑首先需要解決路徑設計問題，實現拋物線式作業路徑，并考慮路徑上影響岸橋作業安全的因素。

（1）陸側最優作業路徑 如圖2所示：岸橋海陸兩側下橫梁是影響陸側最優作業路徑的主要因素，兩者高度均為5.8 m；此外，作業時其他車道的帶箱車輛也是在作業路徑上移動的高點，設計路徑時需要加以考慮。

（2）海側最優作業路徑 海側最優作業路徑根據激光掃描儀的掃描情況而變化（見圖3）。

2.2.2 路徑選擇

在設計最優作業路徑時，系統程序根據掃描路徑上的起始點、最高點、最低點、目標點之間的距離計算拋物線路徑，路徑之間使用平滑的過渡曲線，從而形成連續的拋物曲線，且曲線弧度可以通過設置系統參數進行調整。在分析對比各種曲線的能耗后，選擇最節能曲線，最終形成最優作業路徑。通過調整系統參數形成不同作業路徑（見圖4），經實際驗證，在確保安全的前提下，綜合考慮效率和節能方面的要求，路徑2為最優作業路徑。

3 結束語

在解決船舶漂移和最優路徑兩大技術難點的基礎上，天津港太平洋國際集裝箱碼頭于2014年初實施針對不同船型的單起升岸橋遠程自動化操作實船測試，自動化卸船作業效率達到28自然箱/h，與人工平均作業效率相當，在降低特種作業強度的同時，提高了司機作業的舒適度。

（編輯：張敏 收稿日期：2014-08-28）

針對集裝箱碼頭單起升岸橋遠程自動化操作的市場空白，天津港太平洋國際集裝箱碼頭根據岸橋遠程自動化操作系統的特點，在現有岸橋電控系統的基礎上，通過加裝激光掃描儀、視頻監控儀、服務器、可編程邏輯控制器等控制和傳感裝置，解決船舶漂移和最優作業路徑兩大技術難點，實現單起升岸橋遠程自動化操作。

1 船舶漂移問題及其解決方案

1.1 問題概述

在岸橋裝卸作業過程中，船舶水平漂移量和垂直高度隨作業箱量的變化而變化，這是影響岸橋機構定位的最主要因素。如果岸橋小車和起升機構無法自動運行至作業集裝箱上方，將對岸橋作業效率造成負面影響。

1.2 解決方案

在岸橋小車下部安裝3D激光掃描儀，掃描儀沿小車運行方向掃描，并在小車行駛過程中記錄船上集裝箱的輪廓。由于掃描儀所在的岸橋小車機構存在抖動現象，需要進行坐標轉換：將碼頭作業面上的不動點設定為坐標的0位點，并以為坐標單位，檢測每個坐標的最大值，將結果繪制成掃描圖并寫入可編程邏輯控制器；可編程邏輯控制器根據掃描儀提供的數據控制岸橋小車和起升機構，在移動過程中自動定位集裝箱。

如圖1所示：將C點設為0位點，此時B點的縱坐標為B點與C點的垂直距離，B點的橫坐標為B點與C點的水平距離。由于掃描儀A點位于岸橋小車上，是移動點，故掃描得出的B點縱坐標=A點與C點的垂直距離 A點與B點的垂直距離，B點橫坐標=A點與C點的水平距離 A點與B點的水平距離。掃描儀以的掃描周期持續掃描，得到多個作業點的相對坐標，并連接成掃描線，經后臺計算得出船型掃描圖。

A―3D激光掃描儀；

B―作業集裝箱；

C―岸邊基準點（不動點）

本項目選用施克激光掃描儀。在實際測試中發現，當掃描儀的掃描精度太高時，其掃描結果受環境影響較大。為了在確保掃描精度的同時排除非作業因素對掃描結果的影響，經過分析掃描儀的程序，設計增加“飄落物體識別篩選”功能。例如：在下雪天氣，掃描儀會掃描到飄落的雪花，造成岸橋起升機構執行大循環作業，導致作業效率下降；增加“飄落物體識別篩選”功能后，對于在多個掃描循環中出現的位置不斷變化的物體，掃描儀自動屏蔽其數據。通過反復試驗，掃描儀在傾斜精度達0.1€啊⒍ㄎ瘓卻锏那榭魷攏蘢既芳鹱饕導跋浜頭親饕滴鍰澹閬殖∽饕狄蟆？

2 最優作業路徑問題及其解決方案

2.1 問題概述

最優作業路徑最初應用于倉庫管理，目的是以最優路徑提取庫存備件，從而提高效率并降低消耗。單起升岸橋遠程自動化操作同樣需要考慮安全、效率和能耗的問題，如何實現三者之間的平衡是單起升岸橋遠程自動化操作面臨的難題之一。

2.2 解決方案

2.2.1 路徑設計

確定最優作業路徑首先需要解決路徑設計問題，實現拋物線式作業路徑，并考慮路徑上影響岸橋作業安全的因素。

（1）陸側最優作業路徑 如圖2所示：岸橋海陸兩側下橫梁是影響陸側最優作業路徑的主要因素，兩者高度均為5.8 m；此外，作業時其他車道的帶箱車輛也是在作業路徑上移動的高點，設計路徑時需要加以考慮。

（2）海側最優作業路徑 海側最優作業路徑根據激光掃描儀的掃描情況而變化（見圖3）。

2.2.2 路徑選擇

在設計最優作業路徑時，系統程序根據掃描路徑上的起始點、最高點、最低點、目標點之間的距離計算拋物線路徑，路徑之間使用平滑的過渡曲線，從而形成連續的拋物曲線，且曲線弧度可以通過設置系統參數進行調整。在分析對比各種曲線的能耗后，選擇最節能曲線，最終形成最優作業路徑。通過調整系統參數形成不同作業路徑（見圖4），經實際驗證，在確保安全的前提下，綜合考慮效率和節能方面的要求，路徑2為最優作業路徑。

3 結束語

在解決船舶漂移和最優路徑兩大技術難點的基礎上，天津港太平洋國際集裝箱碼頭于2014年初實施針對不同船型的單起升岸橋遠程自動化操作實船測試，自動化卸船作業效率達到28自然箱/h，與人工平均作業效率相當，在降低特種作業強度的同時，提高了司機作業的舒適度。

（編輯：張敏 收稿日期：2014-08-28）

針對集裝箱碼頭單起升岸橋遠程自動化操作的市場空白，天津港太平洋國際集裝箱碼頭根據岸橋遠程自動化操作系統的特點，在現有岸橋電控系統的基礎上，通過加裝激光掃描儀、視頻監控儀、服務器、可編程邏輯控制器等控制和傳感裝置，解決船舶漂移和最優作業路徑兩大技術難點，實現單起升岸橋遠程自動化操作。

1 船舶漂移問題及其解決方案

1.1 問題概述

在岸橋裝卸作業過程中，船舶水平漂移量和垂直高度隨作業箱量的變化而變化，這是影響岸橋機構定位的最主要因素。如果岸橋小車和起升機構無法自動運行至作業集裝箱上方，將對岸橋作業效率造成負面影響。

1.2 解決方案

在岸橋小車下部安裝3D激光掃描儀，掃描儀沿小車運行方向掃描，并在小車行駛過程中記錄船上集裝箱的輪廓。由于掃描儀所在的岸橋小車機構存在抖動現象，需要進行坐標轉換：將碼頭作業面上的不動點設定為坐標的0位點，并以為坐標單位，檢測每個坐標的最大值，將結果繪制成掃描圖并寫入可編程邏輯控制器；可編程邏輯控制器根據掃描儀提供的數據控制岸橋小車和起升機構，在移動過程中自動定位集裝箱。

如圖1所示：將C點設為0位點，此時B點的縱坐標為B點與C點的垂直距離，B點的橫坐標為B點與C點的水平距離。由于掃描儀A點位于岸橋小車上，是移動點，故掃描得出的B點縱坐標=A點與C點的垂直距離 A點與B點的垂直距離，B點橫坐標=A點與C點的水平距離 A點與B點的水平距離。掃描儀以的掃描周期持續掃描，得到多個作業點的相對坐標，并連接成掃描線，經后臺計算得出船型掃描圖。

A―3D激光掃描儀；

B―作業集裝箱；

C―岸邊基準點（不動點）

本項目選用施克激光掃描儀。在實際測試中發現，當掃描儀的掃描精度太高時，其掃描結果受環境影響較大。為了在確保掃描精度的同時排除非作業因素對掃描結果的影響，經過分析掃描儀的程序，設計增加“飄落物體識別篩選”功能。例如：在下雪天氣，掃描儀會掃描到飄落的雪花，造成岸橋起升機構執行大循環作業，導致作業效率下降；增加“飄落物體識別篩選”功能后，對于在多個掃描循環中出現的位置不斷變化的物體，掃描儀自動屏蔽其數據。通過反復試驗，掃描儀在傾斜精度達0.1€啊⒍ㄎ瘓卻锏那榭魷攏蘢既芳鹱饕導跋浜頭親饕滴鍰澹閬殖∽饕狄蟆？

2 最優作業路徑問題及其解決方案

2.1 問題概述

最優作業路徑最初應用于倉庫管理，目的是以最優路徑提取庫存備件，從而提高效率并降低消耗。單起升岸橋遠程自動化操作同樣需要考慮安全、效率和能耗的問題，如何實現三者之間的平衡是單起升岸橋遠程自動化操作面臨的難題之一。

2.2 解決方案

2.2.1 路徑設計

確定最優作業路徑首先需要解決路徑設計問題，實現拋物線式作業路徑，并考慮路徑上影響岸橋作業安全的因素。

（1）陸側最優作業路徑 如圖2所示：岸橋海陸兩側下橫梁是影響陸側最優作業路徑的主要因素，兩者高度均為5.8 m；此外，作業時其他車道的帶箱車輛也是在作業路徑上移動的高點，設計路徑時需要加以考慮。

（2）海側最優作業路徑 海側最優作業路徑根據激光掃描儀的掃描情況而變化（見圖3）。

2.2.2 路徑選擇

在設計最優作業路徑時，系統程序根據掃描路徑上的起始點、最高點、最低點、目標點之間的距離計算拋物線路徑，路徑之間使用平滑的過渡曲線，從而形成連續的拋物曲線，且曲線弧度可以通過設置系統參數進行調整。在分析對比各種曲線的能耗后，選擇最節能曲線，最終形成最優作業路徑。通過調整系統參數形成不同作業路徑（見圖4），經實際驗證，在確保安全的前提下，綜合考慮效率和節能方面的要求，路徑2為最優作業路徑。

3 結束語

在解決船舶漂移和最優路徑兩大技術難點的基礎上，天津港太平洋國際集裝箱碼頭于2014年初實施針對不同船型的單起升岸橋遠程自動化操作實船測試，自動化卸船作業效率達到28自然箱/h，與人工平均作業效率相當，在降低特種作業強度的同時，提高了司機作業的舒適度。

（編輯：張敏 收稿日期：2014-08-28）