自動化集裝箱碼頭岸橋遠程操控的人因問題

陳斌 潘洋 夏禎捷 張潤梁 趙華

近年來，廈門港、青島港和上海港的自動化集裝箱碼頭陸續(xù)投入使用，其中岸橋遠程操控技術的應用大大減輕了岸橋操控人員的工作強度和職業(yè)病損傷，但同時也引發(fā)了新的人因問題。從人因?qū)W的角度來看，遠程操控指作業(yè)人員在不通過感知器官直接獲取作業(yè)現(xiàn)場信息的情況下，操作和控制設備完成作業(yè)任務。[1]取代人類感知器官的技術包括視頻拍攝和傳輸、傳感器和通信傳輸?shù)燃夹g。遠程操控技術有助于提高系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟性，在軍事、航空航天、林業(yè)巡檢、地鐵交通等危險性或重要性較高的領域得到廣泛應用。本文結合自動化集裝箱碼頭岸橋遠程操控的作業(yè)特征，分析岸橋遠程操控的人因問題，并提出相應的解決措施。

1 自動化集裝箱碼頭岸橋遠程操控的作業(yè)特征

1.1 任務特征

傳統(tǒng)集裝箱碼頭岸橋作業(yè)由司機在作業(yè)現(xiàn)場操控完成，包括運行大車、運行小車、起升操控和變幅操控等環(huán)節(jié)，其中運行小車和起升操控為主要環(huán)節(jié);而自動化集裝箱碼頭岸橋作業(yè)的大部分環(huán)節(jié)由設備自動完成，只有對位環(huán)節(jié)需要作業(yè)人員通過遠程操控設備完成。由此可見：傳統(tǒng)集裝箱碼頭岸橋作業(yè)屬于追蹤作業(yè)，即作業(yè)人員可以對追蹤對象進行預測加工，從而對整個追蹤過程中的預期進行補償[2];相比之下，自動化集裝箱碼頭岸橋遠程操控作業(yè)缺乏類似的預檢程序，作業(yè)人員必須利用可獲得的信息和心理計算工具來預測輸入路線[3]。

1.2 環(huán)境和系統(tǒng)特征

1.2.1 分立顯示

在自動化集裝箱碼頭岸橋遠程操控作業(yè)過程中，作業(yè)人員通過閉路電視（closed-circuit television，CCTV）、輔助操作系統(tǒng)（operation assistant system，OAS）和碼頭操作系統(tǒng)（terminal operating system，TOS）來獲取作業(yè)信息。自動化集裝箱碼頭岸橋遠程操控控制臺共配備6臺顯示器，其中：CCTV顯示器有4臺，OAS顯示器和TOS顯示器各有1臺。

CCTV1可顯示分屏畫面，并且隨吊具位置的變化而自動切換畫面;因此，CCTV1呈現(xiàn)的信息是跳躍式的而非連續(xù)的。

CCTV2呈現(xiàn)穩(wěn)定的畫面：安裝于岸橋后大梁的攝像頭可幫助作業(yè)人員觀察岸橋中間框架的情況;安裝于岸橋海側上橫梁左右兩側的攝像頭可幫助作業(yè)人員觀察大車運行過程中大梁左側和下方的情況;安裝于岸橋樓梯中部的攝像頭可幫助作業(yè)人員觀察艙蓋板存放區(qū)域的情況。

CCTV3的畫面呈現(xiàn)特點與CCTV1類似，可分屏顯示不同攝像頭拍攝的畫面。

CCTV4呈現(xiàn)固定的畫面（不允許切換）：安裝于岸橋海側和陸側鞍梁中部的攝像頭可幫助作業(yè)人員觀察集裝箱與吊具或集卡之間的高度差;安裝于岸橋小車架前后的攝像頭能夠自動跟蹤吊具，幫助司機觀察岸橋小車架下方吊具和車道的情況。

OAS顯示器和TOS顯示器呈現(xiàn)仿真畫面。

1.2.2 多軸控制

多軸控制指在多個坐標軸內(nèi)對岸橋?qū)嵤┻h程操控。在分立顯示模式下，由于每臺顯示器呈現(xiàn)的畫面不同，多軸控制的績效會受到一定影響。

2 自動化集裝箱碼頭岸橋遠程操控的人因問題

（1）人機功能分配效果有限。在傳統(tǒng)集裝箱碼頭岸橋作業(yè)模式下，司機為了追求作業(yè)效率，縮短吊運環(huán)節(jié)的作業(yè)時間，傾向于通過手柄的組合動作使吊具在空中形成拋物線的移動軌跡，從而容易引發(fā)事故。在自動化集裝箱碼頭岸橋遠程操控作業(yè)模式下，吊運環(huán)節(jié)由設備自動完成，而起吊和著箱環(huán)節(jié)仍然由作業(yè)人員手動操控完成，從而通過技術手段限制吊運路線，提高現(xiàn)場作業(yè)的安全性。吊運環(huán)節(jié)由設備自動完成，能夠在一定程度上減輕作業(yè)人員的工作疲勞;但系統(tǒng)設置上的人機功能分配并未在作業(yè)意識中產(chǎn)生人機功能區(qū)分的效果，對于無法適應遠程操控的作業(yè)人員而言，即使在設備自動吊運的過程中，其雙手仍然處于緊握手柄的狀態(tài)，難以完全放松。

（2）作業(yè)人員操控技能退化。研究發(fā)現(xiàn)，無人船自動化程度的提高導致船舶駕駛人員的判斷能力、現(xiàn)場反應能力、技能遷移能力等有所退化。[4]自動化集裝箱碼頭岸橋遠程操控存在同樣的問題。岸橋遠程操控作業(yè)人員的操控技能由心智技能和動作技能構成，其中：動作技能是外在表現(xiàn)，心智技能是內(nèi)在支撐。從工程心理學的角度分析，心智技能作為長時記憶被保存，而長時記憶再現(xiàn)和再認失敗會導致心智技能退化。隨著岸橋自動化水平的提高，作業(yè)環(huán)境和情境發(fā)生顯著變化，作業(yè)人員長時記憶提取線索也會發(fā)生變化、轉(zhuǎn)化甚至被遺忘，從而導致作業(yè)人員心智技能退化，進而導致其動作技能退化。

（3）系統(tǒng)故障修復成本較高且修復時間較長。自動化集裝箱碼頭岸橋遠程操控系統(tǒng)的集成度較高且元器件價格昂貴，加之系統(tǒng)故障診斷較為復雜，導致其故障修復成本較高且修復時間較長。

（4）作業(yè)人員對設備的感知隔離。在傳統(tǒng)人工作業(yè)模式下，岸橋司機可以隨時了解作業(yè)信息和作業(yè)環(huán)境;而在遠程操控作業(yè)模式下，作業(yè)人員遠離岸橋，對岸橋震動、移動等缺乏直觀感受，即處于感知隔離狀態(tài)，只能通過可獲得的局部信息在頭腦中重構整體信息。

（5）顯示器呈現(xiàn)的畫面信息零散且過于細節(jié)化。岸橋遠程操控控制臺的顯示器呈現(xiàn)的畫面信息零散且過于細節(jié)化，可能導致以下問題：一是作業(yè)人員對相關信息缺乏臨在感和整體感，從而影響其作出正確判斷;二是長時間近距離注視顯示器容易引發(fā)作業(yè)人員眼部疲勞。

（6）作業(yè)人員對岸橋遠程操控的適應能力不同。對于具備傳統(tǒng)岸橋作業(yè)經(jīng)驗的人員而言，通過顯示器獲取的現(xiàn)場作業(yè)信息缺乏整體性;而對于不具備傳統(tǒng)岸橋作業(yè)經(jīng)驗的人員而言，需要熟知集裝箱裝卸作業(yè)的完整流程才能更好地適應岸橋遠程操控。

3 自動化集裝箱碼頭岸橋遠程操控人因

問題的解決措施

（1）遵循以人為中心的岸橋設計原則。在自動化改造的過程中，人機各自承擔的功能以及人機功能的切換和銜接都要以人為中心，以人的認知規(guī)律為前提。岸橋設計也要遵循以人為中心的原則，利用先進技術延伸和拓展作業(yè)人員的能力，幫助作業(yè)人員以安全、高效、經(jīng)濟的方式完成作業(yè)任務，從而提高自動化集裝箱碼頭作業(yè)的安全性和可靠性。

（2）規(guī)范岸橋遠程操控作業(yè)流程。自動化集裝箱碼頭岸橋遠程操控作業(yè)需要完善流程控制，使各作業(yè)環(huán)節(jié)密切配合，以免造成不必要的資源浪費。

（3）加強作業(yè)人員培訓。自動化集裝箱碼頭應當加強對作業(yè)人員的自動化技術培訓，使作業(yè)人員了解岸橋遠程操控系統(tǒng)的功能和內(nèi)在邏輯，幫助其順利適應岸橋遠程操控作業(yè)。

（4）推動人工智能與自動化技術相結合。利用人工智能技術實現(xiàn)機器學習和決策，最終實現(xiàn)岸橋作業(yè)的全自動化。

參考文獻：

[1] SHERIDAN T B. Telerobotics， automation， and human super-visory control[M]. Cambridge： MIT press， 1992： 35.

[2]GRUNWALD A J， ROBERTSON J B， HATFIELD J J. Experimental evaluation of a perspective tunnel display for three-dimensional helicopter approaches[J]. Journal of Gui-dance， Control， and Dynamics， 1981， 4（5）： 623-631.

[3] 威肯斯 C D，霍蘭茲J G. 工程心理學與人的作業(yè)[M]. 朱祖祥，譯. 上海：華東師范大學出版社，2003：510-512.

[4] WINGROVE M. What are the challenges for navigating drone ships？[EB/OL]. （2017-03-10）[2018-10-30]. https：//www.marine- mec.com/news/view，what-are-the-challenges-for-navigating-drone-ships_46852.htm.

（編輯：張敏 收稿日期：2018-11-21）