自動化集裝箱碼頭岸橋遠(yuǎn)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(yuǎn)程操控技術(shù)的應(yīng)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(yuǎn)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(shè)備完成作業(yè)任務(wù)。[1]取代人類感知器官的技術(shù)包括視頻拍攝和傳輸、傳感器和通信傳輸?shù)燃夹g(shù)。遠(yuǎn)程操控技術(shù)有助于提高系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)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(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合自動化集裝箱碼頭岸橋遠(yuǎn)程操控的作業(yè)特征，分析岸橋遠(yuǎn)程操控的人因問題，并提出相應(yīng)的解決措施。

1 自動化集裝箱碼頭岸橋遠(yuǎn)程操控的作業(yè)特征

1.1 任務(wù)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(shè)備自動完成，只有對位環(huán)節(jié)需要作業(yè)人員通過遠(yuǎn)程操控設(shè)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(jìn)行預(yù)測加工，從而對整個追蹤過程中的預(yù)期進(jìn)行補償[2];相比之下，自動化集裝箱碼頭岸橋遠(yuǎn)程操控作業(yè)缺乏類似的預(yù)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(yù)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(yuǎn)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(yuǎn)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(cè)上橫梁左右兩側(cè)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(cè)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(cè)和陸側(cè)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(biāo)軸內(nèi)對岸橋?qū)嵤┻h(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)程操控作業(yè)模式下，吊運環(huán)節(jié)由設(shè)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(shù)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(shè)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(shè)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(yīng)遠(yuǎn)程操控的作業(yè)人員而言，即使在設(shè)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(dǎo)致船舶駕駛?cè)藛T的判斷能力、現(xiàn)場反應(yīng)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(yuǎn)程操控存在同樣的問題。岸橋遠(yuǎn)程操控作業(yè)人員的操控技能由心智技能和動作技能構(gòu)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(xué)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(rèn)失敗會導(dǎo)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(dǎo)致作業(yè)人員心智技能退化，進(jìn)而導(dǎo)致其動作技能退化。

（3）系統(tǒng)故障修復(fù)成本較高且修復(fù)時間較長。自動化集裝箱碼頭岸橋遠(yuǎn)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(fù)雜，導(dǎo)致其故障修復(fù)成本較高且修復(fù)時間較長。

（4）作業(yè)人員對設(shè)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(yuǎn)程操控作業(yè)模式下，作業(yè)人員遠(yuǎn)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(gòu)整體信息。

（5）顯示器呈現(xiàn)的畫面信息零散且過于細(xì)節(jié)化。岸橋遠(yuǎn)程操控控制臺的顯示器呈現(xiàn)的畫面信息零散且過于細(xì)節(jié)化，可能導(dǎo)致以下問題：一是作業(yè)人員對相關(guān)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(yuǎn)程操控的適應(yīng)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(yīng)岸橋遠(yuǎn)程操控。

3 自動化集裝箱碼頭岸橋遠(yuǎn)程操控人因

問題的解決措施

（1）遵循以人為中心的岸橋設(shè)計原則。在自動化改造的過程中，人機各自承擔(dān)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(rèn)知規(guī)律為前提。岸橋設(shè)計也要遵循以人為中心的原則，利用先進(jìn)技術(shù)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(jì)的方式完成作業(yè)任務(wù)，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(yuǎn)程操控作業(yè)流程。自動化集裝箱碼頭岸橋遠(yuǎn)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(xùn)。自動化集裝箱碼頭應(yīng)當(dāng)加強對作業(yè)人員的自動化技術(shù)培訓(xùn)，使作業(yè)人員了解岸橋遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)的功能和內(nèi)在邏輯，幫助其順利適應(yīng)岸橋遠(yuǎn)程操控作業(yè)。

（4）推動人工智能與自動化技術(shù)相結(jié)合。利用人工智能技術(shù)實現(xiàn)機器學(xué)習(xí)和決策，最終實現(xiàn)岸橋作業(yè)的全自動化。

參考文獻(xiàn)：

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[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(xué)與人的作業(yè)[M]. 朱祖祥，譯. 上海：華東師范大學(xué)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）