起重機司機考試中定點停放數據結果采集實現方法的研究

孫良艷

摘要：為了提高起重機司機實操自動化考試評判的準確性、客觀性和公正性，文中介紹了一種起重機司機實操自動化考試評分系統，著重對其中定點停放環節數據結果采集實現不同方式方法及工作原理進行說明，綜合分析不同方式方法的優劣勢，最終得出適合實際的最優實現方式，并對此方式實現的數學模型進行闡述，且提出優化思路。

關鍵詞：起重機司機考試；定點停放；數據采集

Research on the Optimal Implementation Method for Data Acquisition in Designated Parking? Locations During Crane Driver Exams

SUN Liangyan

（Fujian Special Equipment Inspection and Research Institute， Fuzhou 350008， Fujian， China）

Abstract： In order to improve the accuracy， objectivity， and impartiality of evaluating crane driver practical operation automation exams， this paper introduces a scoring system for the crane driver practical operation automation exam. The focus is on explaining the different methods and working principles for collecting data results in the fixed-point parking process. A comprehensive analysis of the advantages and disadvantages of each approach is conducted， ultimately leading to the identification of an optimal implementation method that is practical and efficient.. The mathematical model for implementing this method is explained， and optimization ideas are proposed.

Key Words：? Crane driver exams; Parking at designated locations; Data acquisition

0引言

據市場監管總局統計，截至2022年底，全國起重機械數量達279.24萬臺，占特種設備總量14.28%，而起重機械事故在全國特種設備事故起數占比為23.15%，僅次于場（廠）內專用機動車輛。據不完全統計，因使用、管理不當發生事故，約占80%以上，作業人員操作能力為其中重要因素，操作水平考核為企業管理員工的重要一環。對于起重機械，具有司機室的起重機司機應持證上崗，起重機司機上崗證書取證分理論知識和實際操作技能（以下簡稱“實操”）考試。理論知識考試為機考。隨著信息化等技術的發展，實操考試為避免人為因素影響，研發出一套實操自動化考試評分系統，將極大地提高考試評判的準確性、客觀性和公正性。

1系統簡介

本系統含身份證識別模塊、考生人機交互模塊、數據采集模塊、數據分析模塊、視頻錄制模塊、數據存儲模塊和考試報告生成模塊。整個系統根據考核大綱設置，學員用身份證進行人臉比對通過后領取考試觸摸平板后考試。實操考試100分，各部分內容所占比例：部件識別占30%，基本操作能力占50%，應急處置能力占20%。單科成績達到70分為合格；每科均合格，評定為考試合格；考試合格者即可獲得上崗證書[1]。

起重機實操考試中部件識別考核考生現場作業識別能力：主要零部件和作業現場安全標志識別。考生在部件考核區進行作答，采用實物加圖片的模式，考生在觸摸平板上進行答題，系統根據選擇或回答情況進行自動評分。

起重機實操考試中基本操作能力考核考生機構空載運行操作和機構帶載運行操作。機構空載運行操作考核考生是否具備基本的操作能力。機構帶載運行操作考核學員起吊一定的載荷，進行指定行程運行操作，并定點停放；操作過程要求“穩準快、安全合理”。考試過程有一票否決項：如未安全操作、不會空載運行操作和不聽從指令等。考生在司機室進行操作，根據提示指令完成基本操作能力考核，系統實時分析收集到的數據并進行自動評分。

起重機實操考試中應急處置能力考核考生運行故障與異常情況的辨識、意外和事故的預發或處置等。考生在應急處置考核區進行作答，采用實物操作加圖片的模式，考生在觸摸平板上進行答題，系統根據選擇或回答情況進行自動評分。

考試全程進行視頻錄像，考生一人一檔，將全程的操作數據和視頻、起重機空載和帶載視頻存入后方數據庫。

2定點停放數據采集實現方法與工作原理[2]

實操自動化考試評分系統基本操作能力要求定點停放，現普遍定點停放考題為吊物（圓桶，D直徑500mm）停于指定圈內，出內圈（D1直徑600mm）、中圈（D2直徑700mm）和外圈（D3直徑800mm）相應的扣分[3]。實現方法有以下四種：

2.1? 傳感器檢測方法

可采用壓力傳感器或遮擋式光電傳感器作為現場采集用設備，通過吊物的停放位置獲取壓力信號或光電信號，并將壓力信號或者光電信號輸出為受壓數據或遮擋數據，加以分析判斷停放情況。采用壓力傳感器：設計一套鋼結構裝置，內圈與中圈、中圈與外圈、外圈外三個圓環，壓力傳感器置于圓環下，當圓桶壓到響應的圓環，壓力傳感器將受壓數據傳于數據分析模塊，即可判斷停放情況。采用遮擋式光電傳感器：常用方法將內圈、中圈和外圈留出凹槽，將此傳感器圓形整圈布置，當圓桶將光電遮擋，數據傳于數據分析模塊，即可判斷停放情況。[4]

2.2? 激光測距檢測方法

使用兩套激光測距模組作為現場采集用設備，分別放置在指定位置并對準定點圓心。吊物上設置反射板，根據吊物在落地后的定點位置提取數據傳送至上位機；通過上位機演算出吊桶圓心位置與底座圓心位置之間的距離，得出停放情況。同時，在吊物底部安裝測距傳感器，判斷吊物的起升流程及高度是否按要求完成指定操作。

2.3? 視覺處理分析方法

利用雙工業攝像機作為現場采集用設備，分別安裝在特定位置，將吊桶、底座噴涂上色差較大的不同顏色，利用顏色識別、邊緣識別算法計算出吊桶實際放置位置圓心坐標，采用位置法和圖像法進行分析，計算出吊桶圓心與底座圓心位置之間的距離。此方法將視覺信息進行數字化，并將整個考場物體設置在三維坐標中定義相關的誤差數據，在進行數據識別時，根據吊物在停放過程中，構造的幾何數學模型推斷出定點和吊物的目標點與雙目攝像頭之間的位置，從而將整個過程中的目標運動均通過相對坐標來定制或傳達到上位機，通過上位機采樣分析計算得出停放情況。

2.4 北斗衛星定位方法

據北斗衛星導航系統官網文章，“在中國境內能夠提供實時米級、分米級、厘米級和后處理毫米級高精度服務”，毫米級別定位服務用于民用適用于本系統。將圓心位置標定，圓桶圓心裝配上北斗定位儀，根據兩圓心距離即可判斷結果。

3優劣勢和具體實現模型

3.1? 四種實現方式的優劣

以上分析定點停放數據結果采集實現方法，在運用中根據實際情況進行取舍。基于當前科學技術發展和作者認知情況，對四種實現方法進行優劣勢分析，詳見表1，表中高中低指標為四種方法的相對值，并采用評分來進行綜合判斷。

綜合以上分析，激光雷達測距作為定點停放數據結果采集實現方法。

3.2? 基于激光雷達測距技術的數學模型

定點停放點如圖1所示的方式擺放，在每個定點檢測底座周圍安裝兩個激光測距傳感器，兩個激光傳感器以激光發出方向與地面平行，通過底座圓心垂直方向相交，兩束激光形成90度夾角的布置方式，從而通過軟件計算吊桶圓心位置。

數學模型如圖2所示。

為方便布置，水平和垂直方向的激光傳感器到同心的距離同時設為L（已知，也可根據現場情況將傳感器的距離設為不同）。設圓桶圓心距定點停放點的圓心（兩激光測距儀激光相交位置）距離X，則：。

K1和K2可由以下公式獲得。

式中：D—圓桶直徑（已知），mm；

K1—圓桶中心到停放點圓心水平方向的距離（未知），mm；

K2—圓桶中心到停放點圓心豎直方向的距離（未知），mm；

L1—水平激光到圓桶的距離（已知），mm；

L2—豎直激光到圓桶的距離（已知），mm。

判斷，當X+D/2＞D3，出外圈；當D2＜X+

D/2＜D3，出中圈；D1＜X+D/2＜D2，出內圈；X+D/2＜D1，停放準確。現場實操案例如圖3所示。

3.3激光測距方法的優化思路

通過對現場實物的部署與實現，激光測距方法達到了預期效果，也存在可優化部分：

1）快速安裝優化。因以上是兩激光測距垂直交匯，現場安裝采用三角膠調平，并要核對是否交匯，消耗時間。修改建議，對激光支架進行優化，因考試現場基本平整，只要將激光儀固定微調水平，并可兩固定儀器沿著中心拉一條線，線中一點通過定點圓心形成角度，即可安裝完畢。

2）多定點停放點減少激光儀器使用，如三個定點位置采用3個激光測距儀，但因作者尚在研究中，數學模型未建立。

3）優化數學模型方式，使數據更少，更易管理。

4 結語

文中對起重機司機實操自動化考試評分系統中定點停放實現方式的研究，并給出最終方案，科研項目也產出結果。操作過程的安全監控和保護，考生的軌跡研究判斷學員的掌握程度等內容，具有研究價值。

參考文獻

[1]國家市場監督管理總局.特種設備作業人員考核規則：

TSGZ 6001-2019[S].2019，5（27）.

[2]林健民.橋門式起重機作業人員實操考試自動評分

系統實現方法的研究[J].中國設備工程，2020，08（下）：

246-247.

[3]黃劍.起重機電子信息化考試系統應用探索[J].

內燃機與配件，2016，10：47-49.

[4]熊治，張天勇，張桐，等.橋門式起重機考試自動評分系

統研究[J].現代工業經濟和信息化，2018，15：62-64.