朱益鋒

在“一帶一路”倡議的引領(lǐng)下，產(chǎn)業(yè)與區(qū)域協(xié)同發(fā)展日新月異，取得顯著成果，在推動(dòng)我國(guó)沿海港口吞吐量增長(zhǎng)的同時(shí)，也對(duì)港口集疏運(yùn)能力提出更高要求。為了提高碼頭作業(yè)效率，減少人力成本支出，順應(yīng)新時(shí)代港口發(fā)展需求，廈門港、青島港和上海港等港口相繼建設(shè)并運(yùn)營(yíng)自動(dòng)化集裝箱碼頭。在自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)浪潮的影響下，傳統(tǒng)集裝箱碼頭也開始探索改造升級(jí)之路，包括實(shí)施設(shè)備遠(yuǎn)程控制改造、建設(shè)智能堆場(chǎng)、研發(fā)和應(yīng)用無(wú)人集卡等。本文以天津港太平洋國(guó)際集裝箱碼頭有限公司（以下簡(jiǎn)稱“太平洋國(guó)際碼頭”）堆場(chǎng)改造項(xiàng)目為例，介紹集裝箱碼頭遠(yuǎn)程控制智能堆場(chǎng)系統(tǒng)，以期探索基于智能化和遠(yuǎn)程控制的集裝箱碼頭堆場(chǎng)作業(yè)新模式。

1 集裝箱碼頭遠(yuǎn)程控制智能堆場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

（1）系統(tǒng)功能層面：實(shí)現(xiàn)堆場(chǎng)貝位倒箱、移箱全自動(dòng)作業(yè)模式與集卡配合作業(yè)時(shí)人工抓箱、放箱半自動(dòng)作業(yè)模式相結(jié)合;基于堆場(chǎng)集卡列表，實(shí)現(xiàn)作業(yè)指令的智能派發(fā)，從而提升輪胎吊與集卡協(xié)同作業(yè)能力以及堆場(chǎng)整體作業(yè)效率。

（2）效率和效益層面：實(shí)現(xiàn)單人遠(yuǎn)程操控4～6臺(tái)輪胎吊，使單臺(tái)輪胎吊的作業(yè)效率達(dá)到25自然箱/h。

（3）人機(jī)安全層面：采用視頻識(shí)別、激光掃描等智能感知技術(shù)，確保堆場(chǎng)作業(yè)安全。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

太平洋國(guó)際碼頭遠(yuǎn)程控制智能堆場(chǎng)系統(tǒng)主要由堆場(chǎng)作業(yè)智能管控系統(tǒng)、設(shè)備綜合控制中心系統(tǒng)、設(shè)備智能控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)等構(gòu)成（見圖1），并通過(guò)數(shù)據(jù)接口接入天津港集裝箱碼頭一體化操作系統(tǒng)。

1.3 系統(tǒng)功能

1.3.1 堆場(chǎng)作業(yè)智能管控系統(tǒng)

堆場(chǎng)作業(yè)智能管控系統(tǒng)由智能堆場(chǎng)閘口管理子系統(tǒng)、智能閘口集卡隊(duì)列管理子系統(tǒng)和作業(yè)指令智能控制子系統(tǒng)組成，其主要功能是實(shí)現(xiàn)輪胎吊作業(yè)指令的智能控制。該系統(tǒng)針對(duì)太平洋國(guó)際碼頭堆場(chǎng)單車道作業(yè)模式而設(shè)計(jì)，并與碼頭操作系統(tǒng)對(duì)接。

智能堆場(chǎng)閘口管理子系統(tǒng)由無(wú)線射頻識(shí)別讀卡器、地感線圈和電子擋桿等模塊組成，其主要功能是識(shí)別車輛和人員以及控制擋桿起落。

智能閘口集卡隊(duì)列管理子系統(tǒng)的主要功能是控制外集卡進(jìn)場(chǎng)數(shù)量，避免因堆場(chǎng)擁堵而影響作業(yè)效率。

作業(yè)指令智能控制子系統(tǒng)是堆場(chǎng)作業(yè)智能管控系統(tǒng)的核心模塊，其主要功能包括：與碼頭操作系統(tǒng)對(duì)接，獲取堆場(chǎng)輪胎吊和集卡作業(yè)指令;按照作業(yè)效率最高原則，基于集卡進(jìn)場(chǎng)順序、當(dāng)前輪胎吊位置和作業(yè)指令優(yōu)先級(jí)，智能派發(fā)輪胎吊作業(yè)指令;為智能閘口集卡隊(duì)列管理子系統(tǒng)提供當(dāng)前各堆場(chǎng)的內(nèi)集卡和外集卡信息，實(shí)現(xiàn)智能閘口集卡隊(duì)列管理子系統(tǒng)對(duì)集卡的智能管控。

1.3.2 設(shè)備綜合控制中心系統(tǒng)

設(shè)備綜合控制中心系統(tǒng)是堆場(chǎng)輪胎吊的綜合控制樞紐，其主要功能包括：接收指令與設(shè)備控制接口服務(wù)系統(tǒng)推送的指令，從中解析輪胎吊設(shè)備編號(hào)、作業(yè)類型和作業(yè)起止位置等信息，并將作業(yè)指令推送給指定輪胎吊的智能控制系統(tǒng);根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輪胎吊的作業(yè)類型和作業(yè)執(zhí)行狀態(tài)，為特定輪胎吊分配空閑的遠(yuǎn)程控制臺(tái);借助設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，將設(shè)備狀態(tài)上傳至堆場(chǎng)作業(yè)智能管控系統(tǒng)，并智能控制輪胎吊大車移動(dòng)，從而為堆場(chǎng)作業(yè)輪胎吊提供軟件層面的大車防撞保護(hù)。

1.3.3 指令與設(shè)備控制接口服務(wù)系統(tǒng)

指令與設(shè)備控制接口服務(wù)系統(tǒng)的主要功能是：實(shí)現(xiàn)堆場(chǎng)作業(yè)智能管控系統(tǒng)與設(shè)備綜合控制中心系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互，并將交互數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Oracle 12C服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)控制信息的緩存及歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和查詢。指令與設(shè)備控制數(shù)據(jù)交互功能見表1，其中：包含自動(dòng)派發(fā)和手動(dòng)請(qǐng)求在內(nèi)的雙重指令派發(fā)模式是對(duì)傳統(tǒng)集裝箱碼頭堆場(chǎng)實(shí)施自動(dòng)化改造的有益探索，其既能滿足正常工況下指令優(yōu)化和智能派發(fā)的要求，又能降低異常工況下人工處理的難度，在確保堆場(chǎng)作業(yè)效率的同時(shí)簡(jiǎn)化人工操作。

1.3.4 設(shè)備智能控制系統(tǒng)

設(shè)備智能控制系統(tǒng)的主要功能是：將設(shè)備綜合控制中心系統(tǒng)下達(dá)的作業(yè)任務(wù)分解為大車移動(dòng)、小車移動(dòng)、開鎖、閉鎖等指令，并在安全防護(hù)子系統(tǒng)和自動(dòng)定位子系統(tǒng)的輔助下安全、高效、精準(zhǔn)地完成各項(xiàng)指令。

安全防護(hù)子系統(tǒng)在原有的集卡防吊起和輪胎吊大車防撞等技術(shù)的基礎(chǔ)上，借助視頻監(jiān)控、雷達(dá)探測(cè)、激光掃描等智能感知技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)人員和設(shè)備的安全防護(hù)。

自動(dòng)定位子系統(tǒng)的主要功能包括：智能感知并自動(dòng)確定輪胎吊大車、小車和吊具位置;實(shí)現(xiàn)輪胎吊大車運(yùn)行自主糾偏;自動(dòng)識(shí)別、定位并引導(dǎo)集卡。

1.3.5 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)作為人機(jī)交互的核心系統(tǒng)，通過(guò)指示燈和遠(yuǎn)程控制界面實(shí)時(shí)顯示作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)和指令執(zhí)行狀態(tài)，并通過(guò)遙控手柄、機(jī)械按鈕和GP觸摸屏等輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)輪胎吊的控制以及與堆場(chǎng)作業(yè)智能管控系統(tǒng)的交互等功能。當(dāng)遠(yuǎn)程控制臺(tái)對(duì)特定輪胎吊切入控制時(shí)，視頻和語(yǔ)音控制系統(tǒng)智能切入相應(yīng)輪胎吊的視頻畫面和語(yǔ)音，從而使遠(yuǎn)程操控人員能夠?qū)崟r(shí)了解作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情況，并與集卡司機(jī)及時(shí)溝通。

1.3.6 設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是：實(shí)時(shí)監(jiān)控全場(chǎng)輪胎吊的狀態(tài)、位置等，并將相關(guān)信息上傳至設(shè)備綜合控制中心系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)全場(chǎng)輪胎吊的實(shí)時(shí)調(diào)度和防撞功能，并輔助堆場(chǎng)作業(yè)智能管控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能決策。

1.3.7 異常工況應(yīng)急處置機(jī)制

為了提升系統(tǒng)處置異常工況的靈活性，增強(qiáng)系統(tǒng)容錯(cuò)能力，針對(duì)堆場(chǎng)作業(yè)過(guò)程中可能出現(xiàn)的異常情況建立應(yīng)急處置機(jī)制，例如：在系統(tǒng)未檢測(cè)到進(jìn)出閘口集卡信息的情況下，允許遠(yuǎn)程操控人員手工輸入集卡信息;在系統(tǒng)發(fā)布的作業(yè)指令與實(shí)際作業(yè)任務(wù)不符的情況下，允許遠(yuǎn)程操控人員自主選擇作業(yè)指令。此外，為了避免因服務(wù)器發(fā)生故障而導(dǎo)致作業(yè)全面癱瘓，對(duì)作業(yè)指令智能控制子系統(tǒng)、設(shè)備綜合控制中心系統(tǒng)等涉及全局性作業(yè)的模塊采取主服務(wù)器和備用服務(wù)器雙活配置，使備用服務(wù)器在主服務(wù)器發(fā)生故障后能夠及時(shí)接管報(bào)務(wù)，從而確保堆場(chǎng)作業(yè)的持續(xù)性和安全性。

2 集裝箱碼頭遠(yuǎn)程控制智能堆場(chǎng)系統(tǒng)實(shí)施

太平洋國(guó)際碼頭遠(yuǎn)程控制智能堆場(chǎng)系統(tǒng)一期工程需要改造2個(gè)冷藏箱堆場(chǎng)和4臺(tái)輪胎吊，涉及現(xiàn)場(chǎng)土建施工、設(shè)備硬件改造、軟件系統(tǒng)開發(fā)等，工期緊且任務(wù)重。為了確保項(xiàng)目順利實(shí)施并兼顧堆場(chǎng)日常作業(yè)，項(xiàng)目組加強(qiáng)時(shí)間控制、質(zhì)量控制、成本控制以及合同管理、安全管理、協(xié)調(diào)管理，力爭(zhēng)在工期內(nèi)保質(zhì)、保量地完成各項(xiàng)任務(wù)指標(biāo)。在系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程（見圖2）中，針對(duì)軟件系統(tǒng)開發(fā)進(jìn)度不一致、無(wú)線射頻識(shí)別讀卡器測(cè)試不達(dá)標(biāo)等問題，項(xiàng)目組迅速協(xié)調(diào)各方資源，加強(qiáng)軟件系統(tǒng)開發(fā)人員之間的溝通和配合，確保各系統(tǒng)協(xié)調(diào)開發(fā)、高效集成，并及時(shí)更換

無(wú)線射頻識(shí)別讀卡器。目前太平洋國(guó)際碼頭遠(yuǎn)程控制智能堆場(chǎng)系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施工作已進(jìn)入尾聲，后期項(xiàng)目組將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況，從效率、安全、節(jié)能、環(huán)保等方面對(duì)系統(tǒng)實(shí)施優(yōu)化升級(jí)，推動(dòng)碼頭堆場(chǎng)作業(yè)向智能化、綠色化方向發(fā)展。

3 結(jié)束語(yǔ)

集裝箱碼頭遠(yuǎn)程控制智能堆場(chǎng)系統(tǒng)能夠?qū)Χ褕?chǎng)作業(yè)資源實(shí)施全程監(jiān)控和全局調(diào)度，優(yōu)化資源配置，并實(shí)現(xiàn)人機(jī)分離和一對(duì)多作業(yè)，從而使人力成本大幅降低，設(shè)備利用率顯著提高。太平洋國(guó)際碼頭遠(yuǎn)程控制智能堆場(chǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施是對(duì)傳統(tǒng)集裝箱碼頭應(yīng)用“智能化+遠(yuǎn)程控制”堆場(chǎng)作業(yè)新模式的有益探索，有利于推動(dòng)智慧港口建設(shè)和發(fā)展。

（編輯：張敏 收稿日期：2019-03-05）