散貨碼頭非標準跺位建模數據共享處理技術

張東 李偉

摘要：散貨港口在無人化應用方面將堆場單機控制系統數據、中央控制系統數據、堆場垛形數據、策略關鍵數據等相結合，因此，在處理超高、超寬非標準跺位的情況下，跺位掃描數據是關鍵信息，可采用建模數據共享技術，這對數據處理方式和系統能力提出了更高的要求。

關鍵詞：無人作業、建模數據、校驗與共享

Non - standard stamping terminal modeling data sharing processing technology

ZhangDong、 LiWei

（HuanengCaofeidian Port LTD、

North Branch of CcMEP）

Abstract：Bulk port yard single machine control system in unmanned application data， the central control system， yard crib， strategies， key data such as combination， therefore， in dealing with ultra-high， extra-wide non-standard stamping， stamping a scan data is the key information， modeling data sharing technology， can be used for the data processing method and system ability put forward higher requirements.

Keyword：Unmanned operation， modeling data， calibration and sharing。

1 ? 散貨港口無人作業系統

1.1 ? 無人作業系統的出現

煤碼頭的生產環節較多，需要卸貨、轉運、裝船等過程。傳統的煤碼頭的生產管理需要很多人力、物力及財力且效率和準確率均得不到保證。

無人作業系統是將散貨港口生產管理的智能化和數字化的具體實現。該系統將先進的計算機圖形圖像技術、計算機軟件技術及互聯網的技術結合形成，有效整合了人、機、環、安的影響因素，整體提升散貨港口效率，是典型的互聯網+概念的具體應用的體現。

無人作業系統整合生產管理系統、控制系統的相關作業過程，以垛型三維化、生產過程策略化為抓手，結合空間防碰撞技術，將生產作業標準化、規范化，以達到整體的效率提升。

1.2 ? 無人作業系統原理

近幾年，無人作業系統在各散貨港口中進入大范圍建設，無人作業系統的核心之一，是數據成像，無論在無人作業初始階段的雷達成像，還是隨著激光技術不斷成熟逐步應用起來的激光掃描儀設備，精準的形成跺堆形狀是在后期指導系統進行作業的關鍵中的關鍵。

常規無人作業通過：

實現大機的遠程化操作階段，在中控室內采用操作手柄，進行包括走行、俯仰、旋轉等動作;

實現大機設備運行狀態及現場圖像的遠程監控;實現與大機形成的料堆三維掃描成像數據無縫對接，并為自動控制提供數據依據;

實現大機的防碰撞報警、實現安全作業。

實現料場大機無人控制的一體化：人工設定系統任務，系統按照設定的參數自動化取料運行，同時，在特殊情況下，人工可以隨時參與中控手柄手動操作，對系統的兼容性、安全性和完整性達到更高層次;

最終無人堆料、無人取料效果達到或超過熟練工人操作能力。

堆料作業：堆料作業方式有長堆輔筑法堆料、定點堆積法，長堆輔筑法堆料的優點是可以形成標準大梯形垛，提高堆場利用率和提高垛型儲量，但是，從這些堆法上可以看出堆垛時需要多次調整大臂俯仰角度、多次走行、多次換層，大機機構的反復調整勢必造成能耗的提高，從節能減排的角度出發，就需要尋找新的堆法，一是可以形成大垛，垛型存量滿足設計要求，二是可以減少機構的反復調整。定點俯仰堆積就是一種常用且高效的堆料方法，其工藝圖如下：

取料作業：本取料自動化作業采用旋轉分層取料作業方式。旋轉分層取料工藝，根據料堆長度又可以分為旋轉分層分段取料工藝和旋轉分層不分段取料工藝兩種作業方式，在華能曹妃甸港的無人作業中，為了使取料效率最大化，采用取料效率高的旋轉分層不分段取料工藝。

如圖為旋轉分層取料工藝的示意圖。

旋轉分層取料工藝圖

旋轉分層不分段取料作業，此作業效率最高，可以避免作業過程中由于塌方而造成設備的斗輪和臂架過載的危險，適用于較低、較短的料堆，在作業中臂架不會碰及料堆。為實現“旋轉分層等量取料”的目的，在自動控制方式下，按等量取料算法，臂架旋轉速度與臂架回轉角度成確定函數關系，并根據斗輪驅動電動機的電流進行反饋。此種方式為自動化取料采用的取料模型。

2 ? 非標準垛位信息處理

2.1 ? 特殊垛型的產生與遇到的問題

然而常規散貨港口因其在產業鏈中的特殊地位，港方基于生產作業全過程的考慮，大多數不能形成標準跺，特別是根據客戶需求情況在堆場形成超寬、超高垛位已經逐步形成常態，這些垛位不能通過常規無人堆料實現，更無法通過堆料過程進行三維掃描成像，導致使用環境往往不能滿足無人作業設定的標準垛位的要求。這直接導致無人作業系統得不到有效的應用，造成大多數用戶對無人作業系統的認知偏差。

2.2 ? 建模共享數據處理

以華能曹妃甸港為例，單獨一臺單機設備因其設備俯仰角度有限的情況及垛位過高而無法完成掃垛建模。為了解決異形跺位成像的問題，我們提出了非標準跺位建模共享數據處理技術，該技術通過建立中間垛型數據存儲數據庫，將垛位的數據進行實時更新，在作業、非作業兩種情況下，對垛位掃描數據同步進行更新，從多方位、多數據源來確定垛型數據，其中間數據庫建立以下規則：

（1）數字化高程方式

垛位數據采用規則的數字化高程格網。規則的數字化高程格網是基于數字影像技術，在平面坐標的兩個方向按照設定規則排列的連續地理坐標點的平面坐標（X，Y）結合高程信息（Z）形成的數據集合，其中任意某一點P的三維坐標，可根據該點在數字化高程格網中的地理信息及存放在該數字化高程格網文件基本信息相結合通過預定算法計算出來。

（2）數據庫基本信息

項目采用oracle數據庫，建立料堆數據存放表，按照特定規則進行命名，表格屬性應當滿足數據存放格式的特殊性，充分考慮數據共享處理的權限、用戶等問題，需考慮場存點位分布情況，對應現場的各個堆場堆存信息。

（3）坐標信息規則

按照場區約定坐標系建立料場坐標，其中Y軸的正方向為走形大地址方向，OY代表現場的軌道中心線，（1234）矩形范圍是料場中可以存貯料場數據的地址范圍，1點現實坐標（a，b）（固定單位制）;2點現實坐標（c，d）;3點現實坐標（e，f）;4點現實坐標（g，h）。點位范圍應當充分滿足數據共享處理的邊界值和場存動態的優化值，對應數值應當底層關聯，避免數據跳變及寫入數據出現偏差造成整體數據錯誤。

（4）數據存儲

信息表中，對于數字化高程數據采用的是Blob數據結構（每行固定點數，每個點可分配固定字節數）存儲;表格數據位應當與堆場實時地理信息數據對應，定義blob單元數可作為各類數據源的參考項。

3 ? 數據驗證

3.1 ? 建立測試模型

以堆場2場為例，找到超寬超高垛位信息，標注信息如下：

3.2 ? 成像測試

掃描垛場為2-7，我們使用兩條軌道梁大機分別為S2堆料機和R1-2取料機，按照技術約定及場垛有效范圍為圖中60米內，現場通過設定3個定點靶向標定物，通過物理尺寸測量以R1-2壩基為基準，依次將標定物在20米、30米中心線及40米處（位置如上圖所示），通過S2大機對其進行掃描，掃描過后，在原有數據庫掃描圖中，發現三輛小車均被掃描到，在共享數據庫掃描圖中，發現20米處標定物完整圖像及30米中心線處標定物邊緣圖像。

根據數據拼接結果，可分辨出20米處標定物和30米中心線處標定物邊緣圖像在共享數據庫掃描范圍內，在定義掃描范圍后，通過采用中心數據容錯處理技術滿足現場對數據采集的需求，

4 ? 結束語

在散貨碼頭中，無人作業技術已開始廣泛應用，非標準跺位信息處理已成為極為普遍的需求。隨著港口生產過程的不斷變化，非標準跺位下超高、超寬跺位會更多的出現在生產過程中，該工況下的數據處理技術將為非標準跺位下進行散貨港口無人作業提供依據，同時該技術已應用于華能曹妃甸港的生產過程中。能夠承接無人作業系統對現場數據采集的需求，同時也能夠實時反饋現場跺位數據，為生產管理人員、技術開發人員提供指導，從而提升散貨港口無人作業生產應用水平。

5 ? 參考文獻

[1]DavidM.Kroenke，（馮飛譯）數據庫原理[J]工業技術，2008

[2]李增祥，數據庫技術及應用[J]電子工業出版社，2018

[3] Steve，Hoberman，霍伯曼 著，丁永軍 譯數據建模經典教程第2版人民郵電出版社，2017