鄒國亮

（大連集裝箱碼頭有限公司，遼寧 大連 116601）

隨著經(jīng)濟全球化和區(qū)域經(jīng)濟合作的快速發(fā)展，港口的作用已逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榇笮瓦\輸樞紐和物流中心，特別是集裝箱港口在資源配置和物資流通中發(fā)揮著越來越重要的作用。碼頭岸線資源有限，隨著箱量的增加，碼頭不斷通過增加裝卸設(shè)備數(shù)量和提高碼頭設(shè)備的運行速度來提高產(chǎn)能。而隨著數(shù)量的增多和速度的提升，設(shè)備間的交叉作業(yè)加劇，同時加之人員疲勞駕駛的原因，易導(dǎo)致設(shè)備碰撞事故發(fā)生。

1 設(shè)備間碰撞原因分析

傳統(tǒng)集裝箱碼頭的作業(yè)設(shè)備主要為岸橋、場橋和集卡，岸橋負(fù)責(zé)船舶的裝卸，場橋負(fù)責(zé)場區(qū)集裝箱的裝卸，而集卡是負(fù)責(zé)水平運輸?shù)摹＜b箱碼頭設(shè)備碰撞主要發(fā)生在岸橋與岸橋，集卡與岸橋，集卡與場橋，場橋與場橋之間。設(shè)備間碰撞原因主要是以下幾種原因?qū)е拢旱谝?，設(shè)備自身的防撞限位失效，導(dǎo)致防撞保護功能缺失；第二，因觀察視線的盲區(qū)導(dǎo)致的設(shè)備碰撞；第三，人員疲勞駕駛導(dǎo)致設(shè)備碰撞事故。從碰撞原因看有設(shè)備本身的原因，現(xiàn)場實際環(huán)境的原因，以及人員精神狀態(tài)的原因。目前的設(shè)備防撞形式設(shè)計主要是靠人控制設(shè)備避讓和設(shè)備接近報警的設(shè)計形式，但隨著設(shè)備交叉頻率的增加和人員作業(yè)負(fù)荷的增加，人員主觀防護意識有時會減弱，造成碰撞事故發(fā)生，甚至造成嚴(yán)重的人員傷亡事故。圖1為設(shè)備碰撞照片。

圖1 設(shè)備碰撞照片

2 技術(shù)背景

GPS導(dǎo)航系統(tǒng)是以全球24顆定位人造衛(wèi)星為基礎(chǔ)，向全球各地全天候地提供三維位置、三維速度等信息的一種無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。它由三部分構(gòu)成，一是地面控制部分，由主控站、地面天線、監(jiān)測站及通訊輔助系統(tǒng)組成。二是空間部分，由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個軌道平面。三是用戶裝置部分，由GPS接收機和衛(wèi)星天線組成。民用的定位精度可達(dá)10米內(nèi)。

GPS定位分為單點定位和相對定位（差分定位）。單點定位就是根據(jù)一臺接收機的觀測數(shù)據(jù)來確定接收機位置的方式，它只能采用偽距觀測量，可用于車船等的概略導(dǎo)航定位。相對定位（差分定位）是根據(jù)兩臺以上接收機的觀測數(shù)據(jù)來確定觀測點之間的相對位置的方法。在GPS觀測量中包含了衛(wèi)星和接收機的鐘差、大氣傳播延遲、多路徑效應(yīng)等誤差，在定位計算時還要受到衛(wèi)星廣播星歷誤差的影響。在進行相對定位時大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度將大大提高。雙頻接收機可以根據(jù)兩個頻率的觀測量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在精度要求高，接收機間距離較遠(yuǎn)時（大氣有明顯差別），應(yīng)選用雙頻接收機。

GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點的位置。如圖2所示，假設(shè)t時刻在地面待測點上安置GPS接收機，可以測定GPS信號到達(dá)接收機的時間△t，再加上接收機所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定圖2四個方程式。GPS差分技術(shù)可使定位精度提升至厘米級。

3 設(shè)備防撞方案

現(xiàn)階段碼頭設(shè)備防撞主要以人員操作防護為主，限位防護為補充的防撞設(shè)計，設(shè)備對外部環(huán)境無感知。如果可以將所有設(shè)備統(tǒng)一到一個系統(tǒng)中進行防撞控制，將使得所有設(shè)備共同使用一個大腦，從而實現(xiàn)防撞保護。如果實現(xiàn)該方案，首先需要對設(shè)備進行精確定位，其次是對碼頭地理信息進行細(xì)致描繪，同時還需個平臺對所有設(shè)備的位置信息和運行趨勢進行統(tǒng)計分析，對可能發(fā)生碰撞的設(shè)備發(fā)出警報提醒和必要的干預(yù)。

圖2

3.1 設(shè)備精確定位

使用差分技術(shù)進行設(shè)備精確定位。在設(shè)備上安裝GPS天線，天線需能夠接受兩種以上的定位信號，比如中國的北斗定位系統(tǒng)，美國的GPS定位系統(tǒng)，俄羅斯的GLONASS定位系統(tǒng)等，定位天線接收多系統(tǒng)信號，通過GPS天線對接受到的信號進行篩選，選擇信號強的GPS信號進行差分計算，從而提升設(shè)備定位的精確度的穩(wěn)定性。GPS差分技術(shù)的關(guān)鍵是建立基準(zhǔn)站，所有設(shè)備接受到的GPS信號與基準(zhǔn)站信號進行比對，進行相對距離計算，得到各設(shè)備位置的相對信息，從而消除GPS的絕對誤差，提升定位精度。相對位置的精度主要取決于定位天線的精度，因此可以達(dá)到10mm。同時受基準(zhǔn)站距離設(shè)備的距離影響，誤差會增加8ppm（每10公里誤差8mm），因此基準(zhǔn)站不可設(shè)置太遠(yuǎn)。以現(xiàn)在碼頭的規(guī)模，基準(zhǔn)站可以保證在5公里范圍內(nèi)，設(shè)備的定位精度應(yīng)該可以達(dá)到20mm。GPS基準(zhǔn)站主要功能為生成并播發(fā)差分改正數(shù)，差分信息通過無線數(shù)傳電臺鏈路播發(fā)出去；差分信號需要覆蓋整個設(shè)備作業(yè)區(qū)?；鶞?zhǔn)站設(shè)備包括GPS基準(zhǔn)站接收機、GPS天線和數(shù)字電臺及天線。

3.2 碼頭地圖繪制

碼頭地圖繪制方案，可采用碼頭設(shè)計時的圖紙進行地圖信息繪制，從而保證碼頭地圖信息的準(zhǔn)確性。同時通過移動式定位天線對碼頭多個特征點進行定位測量，并將特征點與繪制的碼頭地圖信息進行精確匹配，進而得到準(zhǔn)確的地圖信息，因為地圖的繪制也是基于DGPS系統(tǒng)，所以碼頭電子地圖信息的精度也可以達(dá)到20mm，從而得到精確的地圖。

3.3 防撞保護設(shè)計

通過對現(xiàn)場設(shè)備位置信息的獲取，借助碼頭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將定位信息傳輸至防撞保護的系統(tǒng)平臺數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫對設(shè)備運行的位置、速度、方向等諸多信息進行運算分析，通過綜合判斷設(shè)備運行方向和與周圍設(shè)備或設(shè)施的距離來判斷發(fā)生碰撞的幾率，從而通過網(wǎng)絡(luò)提前向相關(guān)設(shè)備發(fā)出警報提醒，當(dāng)碰撞幾率持續(xù)增加，達(dá)到警戒值時，系統(tǒng)向設(shè)備PLC發(fā)送指令，強行設(shè)備停機。

因有精確的碼頭地圖信息，所以也可以在系統(tǒng)中建立規(guī)則，如系統(tǒng)檢測出設(shè)備經(jīng)過交叉路口時，系統(tǒng)可發(fā)出提醒，通知司機注意減速的避讓。針對特殊路段可以對設(shè)備的移動速度進行監(jiān)控，超速報警并進行內(nèi)部管理，對設(shè)備的安全行駛進行實時的監(jiān)控，以此保證設(shè)備的使用安全。系統(tǒng)可以通過統(tǒng)計功能對港內(nèi)設(shè)備的違章情況進行統(tǒng)計，并將統(tǒng)計結(jié)果發(fā)送至安全監(jiān)察部門，作為考核依據(jù)，提升碼頭安全管理水平。

設(shè)備防撞系統(tǒng)需要數(shù)據(jù)庫支持，同時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)處理速度也決定整個系統(tǒng)的效果，所以數(shù)據(jù)庫的選擇和系統(tǒng)的算法需要簡練，同時程序中避免多層的循環(huán)計算?？梢詫γ總€設(shè)備進行安全距離設(shè)定，只對進入安全距離內(nèi)的設(shè)備進行防撞保護。因統(tǒng)計數(shù)據(jù)數(shù)量的原因，需根據(jù)設(shè)備數(shù)量選用適合的數(shù)據(jù)庫軟件。

4 項目的效益

通過GPS定位技術(shù)在集裝箱碼頭的使用，可以將傳統(tǒng)以人員觀測和處置為主的防撞防護形式，改為以系統(tǒng)監(jiān)控和防護為主的形式。設(shè)備防護由單點的被動防護提升至整體設(shè)備的聯(lián)動式的防護形式，提升了集裝箱碼頭設(shè)備防撞保護的等級。

同時設(shè)備定位與碼頭地圖的綜合運用可實現(xiàn)為設(shè)備的運行管理，對速度的監(jiān)控，對特殊位置的監(jiān)控，有效地提升了現(xiàn)場的設(shè)備安全運行的管理，降低現(xiàn)場安全管理資源投入，實現(xiàn)24小時的實時監(jiān)控管理。設(shè)備防撞系統(tǒng)的運用，結(jié)合碼頭已經(jīng)實現(xiàn)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可有效地減少現(xiàn)場人員投入的同時，可大幅度的提升集裝箱碼頭現(xiàn)場的安全管理水平。

使用設(shè)備防撞系統(tǒng)進行碰撞防護，可以有效地避免因人員困倦和環(huán)境因素導(dǎo)致的碰撞事故的發(fā)生，杜絕碼頭內(nèi)設(shè)備碰撞事故的發(fā)生，為碼頭節(jié)省大量的設(shè)備維修費。

5 項目的意義與推廣

使用GPS定位技術(shù)同時可以在碼頭中進行其他功能使用，如箱位管理系統(tǒng)和設(shè)備調(diào)度管理系統(tǒng)等等。設(shè)備防撞系統(tǒng)同時也可以在多設(shè)備、交叉作業(yè)多的場合進行推廣使用。