喻驍瀟

摘 要：近幾年來(lái)，國(guó)家能源集團(tuán)黃驊港務(wù)公司在提升作業(yè)效率，提升作業(yè)環(huán)境方面做出巨大努力，也收獲了許多成效。遠(yuǎn)程自動(dòng)堆取料項(xiàng)目讓堆場(chǎng)無(wú)人化，提升了操作人員的工作環(huán)境，而且大大提升了取料作業(yè)的效率。近期的遠(yuǎn)程裝船項(xiàng)目則提升了裝船機(jī)操作人員的工作環(huán)境。那遠(yuǎn)程裝船能不能提升作業(yè)效率呢，這在大部分人的心中都是一個(gè)問(wèn)號(hào)。我通過(guò)長(zhǎng)期觀察裝船機(jī)的作業(yè)流程，發(fā)現(xiàn)了自從黃驊港務(wù)公司建港開(kāi)始就存在著的一種輔助時(shí)間較長(zhǎng)的情況：裝船機(jī)作業(yè)時(shí)的臂架必須與船只保持安全距離，當(dāng)較大船只的空艙作業(yè)或者剛排壓艙水完畢作業(yè)時(shí)，尤其是適逢海水漲潮，臂架能降到的最低角度不一定在裝船機(jī)的作業(yè)角度內(nèi)，也就是說(shuō)在此船艙裝船機(jī)處于不能作業(yè)的狀態(tài)。傳統(tǒng)方法是挨個(gè)往較低的船艙嘗試對(duì)艙，直到裝船機(jī)臂架角度在作業(yè)范圍內(nèi)或者船方不同意繼續(xù)換艙為止，每換一個(gè)艙需要10到20分鐘不等的時(shí)間，而且最后還不一定能成功，不成功再移泊至少需要30分鐘，嚴(yán)重影響了作業(yè)效率。這種時(shí)間有著大幅度縮短的可能性，只是之前因?yàn)樵O(shè)備限制不能縮短，而且也沒(méi)有詳細(xì)的分析這種可能的可行性和準(zhǔn)確度。

關(guān)鍵詞：碼頭遠(yuǎn)程作業(yè);輔助;遠(yuǎn)程自動(dòng)堆取料

1 實(shí)現(xiàn)原理

伴隨著黃驊港務(wù)公司裝船機(jī)遠(yuǎn)程操作項(xiàng)目的進(jìn)行，為了確保操作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的把控，每個(gè)裝船機(jī)操作室均有大量的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)z像頭。其中，大臂下懸左側(cè)和大臂下懸右側(cè)這2個(gè)監(jiān)控是固定在裝船機(jī)的行走架上的，且不能活動(dòng)。這意味著這2個(gè)監(jiān)控除了在碼頭面上進(jìn)行東西平移外沒(méi)有其他變化。而且這2個(gè)監(jiān)控畫(huà)面在有船只的情況下都能看見(jiàn)船只側(cè)面。到黃驊港的較大船只艙蓋打開(kāi)方式只有2種水平左右打開(kāi)和前后豎直打開(kāi)。

區(qū)分艙蓋打開(kāi)方式，在這2個(gè)監(jiān)控畫(huà)面的合適位置劃定刻度線。劃刻度線的方法為此裝船機(jī)在對(duì)應(yīng)的艙蓋打開(kāi)方式船只作業(yè)時(shí)，臂架下降至正常作業(yè)角度的上限，在船艙上沿通過(guò)托舉水平標(biāo)志物接近裝船機(jī)臂架下方直至安全距離，在監(jiān)控畫(huà)面上找出標(biāo)志物的上沿，通過(guò)裝船機(jī)的東西行走，找出標(biāo)志物在臂架下懸左和臂架下懸右的監(jiān)控畫(huà)面上處于合適位置，并在標(biāo)志物的上沿位置劃出虛擬刻度線。

只要裝船機(jī)行走至需要作業(yè)船艙時(shí)，操作員只要對(duì)比對(duì)應(yīng)的艙蓋打開(kāi)方式的刻度線與實(shí)際船艙上沿的位置，即可知道此船艙能否正常作業(yè)，免去了嘗試對(duì)艙的時(shí)間。

2 誤差分析及解決方法

縝密分析產(chǎn)生誤差的原因，并作出減少或者消除誤差的方法如下：

2.1 船只寬度及艙蓋大小不一

根據(jù)GB/T 34000-2016《中國(guó)造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[1]3.1.2.5.6 h）規(guī)定船體主尺度，載重超過(guò)4萬(wàn)噸以上的散裝貨船，船只整體設(shè)計(jì)型寬為32.26米，船艙設(shè)計(jì)型寬為14.2米，5.1.9.1規(guī)定實(shí)際寬型相對(duì)于設(shè)計(jì)型寬誤差不超過(guò)1/1 000，即整體型寬0.032 6米，船艙型寬0.014 2米。到黃驊港的裝煤的船只，除開(kāi)“天龍星”號(hào)這種是原有軍艦改裝貨船外均遵循此標(biāo)準(zhǔn)。配載小于4萬(wàn)噸的散裝貨船其船艙沿高度較低，不會(huì)因?yàn)檠b船機(jī)臂架角度原因影響作業(yè)。

裝船機(jī)的俯仰角度s由公式算出：

公式中，s為裝船機(jī)的俯仰角度，h為船艙上沿相對(duì)于裝船機(jī)臂架下懸監(jiān)控的相對(duì)高度，L1為裝船機(jī)臂架下懸監(jiān)控相對(duì)于船舷最內(nèi)側(cè)的水平距離，L2為船艙上沿最內(nèi)側(cè)相對(duì)于船舷最內(nèi)側(cè)的水平距離。其中，船舷內(nèi)側(cè)水平位置即碼頭鐵鞋外側(cè)水平位置，L1是固定值。h根據(jù)船艙和時(shí)間變化而變化，確定作業(yè)艙號(hào)后，當(dāng)前時(shí)間的h就確定了。L2只和船只和船艙有關(guān)，確定作業(yè)艙號(hào)后，L2就確定了。船艙上沿到攝像頭的水平距離誤差l’根據(jù)艙蓋的打開(kāi)方式，分2種情況：

艙蓋水平打開(kāi)時(shí)，等于船只寬度減去2倍船艙寬度后除以2，綜合誤差極大值l’=0.15米。

艙蓋豎直打開(kāi)時(shí)，L2等于船只寬度減去船艙寬度后除以2，綜合誤差極大值l’=0.1米。

船只寬度誤差l’造成的最終裝船機(jī)臂架角度誤差s’值由下公式算出：

在常規(guī)作業(yè)角度即7度左右時(shí)，反推出船艙上沿相對(duì)于裝船機(jī)臂架下懸監(jiān)控的相對(duì)高度h=X，船艙橫向?qū)挾劝礃?biāo)準(zhǔn)計(jì)算，將最大綜合誤差極大值l’代入公式，最終產(chǎn)生的角度誤差s’如下：艙蓋水平打開(kāi)時(shí)，s’=0.025°;艙蓋豎直打開(kāi)時(shí)，s’=0.014°。

由此得出，通常作業(yè)時(shí)因?yàn)榇粚挾仍蛟斐傻恼`差體現(xiàn)在俯仰角度上一般不大于0.025°，對(duì)于實(shí)際作業(yè)無(wú)意義，此誤差可以忽略不計(jì)。

2.2 透視畸變

雖然監(jiān)控?cái)z像頭的鏡頭不是廣角鏡頭，但是在船艙高度較高時(shí)，船艙距離到監(jiān)控鏡頭較近時(shí)，因?yàn)楫?huà)面中心到監(jiān)控?cái)z像頭的距離太近，且畫(huà)面寬度太大，實(shí)際上會(huì)產(chǎn)生透視畸變，船艙的直線在監(jiān)控下看起來(lái)會(huì)是圍繞鏡頭的幾何中心十字產(chǎn)生的圓弧線。而且此圓弧的曲率還不確定，鏡頭幾何中心十字在監(jiān)控畫(huà)面的位置也不在中心，不能準(zhǔn)確的用直線刻度來(lái)衡量。

解決方法為調(diào)整刻度線在監(jiān)控畫(huà)面上的位置，將合適角度的橫跨屏幕的線變成屏幕邊緣的點(diǎn)，分別位于臂架下懸左的右邊緣和臂架下懸右的左邊緣。因?yàn)檫吘壩恢秒x監(jiān)控?cái)z像頭距離已經(jīng)較遠(yuǎn)，能盡可能地降低透視畸變的影響。而且L2的綜合誤差極大值只有不到0.15米，可以視為同角度船只的透視畸變曲率一致，因此，只需對(duì)比船艙上沿和監(jiān)控畫(huà)面邊緣的交點(diǎn)和刻度即可。

2.3 監(jiān)控?cái)z像頭轉(zhuǎn)動(dòng)

本來(lái)需要用到的這2個(gè)監(jiān)控?cái)z像頭是固定住的，不用擔(dān)心移動(dòng)的問(wèn)題，但也不能保證長(zhǎng)期使用過(guò)程中會(huì)有所轉(zhuǎn)動(dòng)，圍繞x軸的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)1：1的影響到刻度線的準(zhǔn)確性，圍繞y軸和z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)也會(huì)很大程度的影響刻度線的準(zhǔn)確性。

解決方法是劃刻度線之前確保監(jiān)控?cái)z像頭水平方向垂直于行走架的安裝面，確保圍繞z軸的角度一定。劃好刻度線以后在監(jiān)控?cái)z像頭的后方和側(cè)面固定上水平標(biāo)尺，且這2個(gè)水平標(biāo)尺都在水平位置，確保圍繞x軸和圍繞y軸的角度一定。長(zhǎng)期使用以后，定期檢查或發(fā)現(xiàn)異樣的時(shí)候按照監(jiān)控?cái)z像頭水平垂直于安裝面，2個(gè)水平標(biāo)尺在水平位置就可以確保此時(shí)的監(jiān)控?cái)z像頭角度和劃刻度線時(shí)一致。以消除監(jiān)控?cái)z像頭轉(zhuǎn)動(dòng)造成的誤差。

3 應(yīng)用場(chǎng)景

場(chǎng)景1：一艘配載7萬(wàn)噸，有7個(gè)船艙的散裝貨船靠上103泊位，此時(shí)需要SL3裝船機(jī)對(duì)2艙進(jìn)行裝船作業(yè)，SL3裝船機(jī)行走至103泊位船只的2艙時(shí)，發(fā)現(xiàn)船艙沿比刻度高，判斷不能作業(yè)。隨后聯(lián)系裝船指導(dǎo)員，溝通船方后表示3、4艙都可以作業(yè)，但是其他艙不行。SL3裝船機(jī)行走至3艙發(fā)現(xiàn)船艙沿比刻度高，判斷不能作業(yè)。SL3裝船機(jī)行走至4艙發(fā)現(xiàn)船艙沿比刻度低，判斷可以作業(yè)，隨后在艙口指揮工的配合下正常進(jìn)行作業(yè)，節(jié)省了2次嘗試對(duì)艙時(shí)間。

場(chǎng)景2：一艘配載5.5萬(wàn)噸，有5個(gè)船艙的散裝貨船靠上102泊位，此時(shí)需要SL2裝船機(jī)對(duì)2艙進(jìn)行裝船作業(yè)，SL2裝船機(jī)行走至102泊位船只的2艙時(shí)，發(fā)現(xiàn)船艙沿比刻度高，判斷不能作業(yè)。隨后聯(lián)系裝船指導(dǎo)員，溝通船方后表示能更換至3、4艙作業(yè)，但是其他艙不行。SL2裝船機(jī)行走至3艙和4艙都發(fā)現(xiàn)船艙沿比刻度高，判斷不能作業(yè)。隨后直接行走至101泊位作業(yè)，節(jié)省了2次嘗試對(duì)艙時(shí)間，1次臂架完整的下降上升時(shí)間，并節(jié)省了取料機(jī)對(duì)垛時(shí)間。

4 結(jié)論

裝船機(jī)的對(duì)艙輔助線看起來(lái)就是監(jiān)控畫(huà)面上兩個(gè)小小的刻度，但卻能實(shí)際地提升黃驊港務(wù)公司的裝船效率。而且畫(huà)面背后嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?、?jì)算、設(shè)計(jì)和維護(hù)讓這小小的刻度很可靠，很準(zhǔn)確。

國(guó)家能源集團(tuán)黃驊港務(wù)公司正是因?yàn)榉e累了無(wú)數(shù)這樣的小小的改進(jìn)，才造就了整個(gè)港口翻天覆地的變化，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)和環(huán)保全面領(lǐng)先，成為了國(guó)內(nèi)散貨下水港的領(lǐng)頭羊。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T 34000-2016，中國(guó)造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].