散貨碼頭非標準跺位建模數(shù)據(jù)共享處理技術

張東 李偉

摘要：散貨港口在無人化應用方面將堆場單機控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)、中央控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)、堆場垛形數(shù)據(jù)、策略關鍵數(shù)據(jù)等相結合，因此，在處理超高、超寬非標準跺位的情況下，跺位掃描數(shù)據(jù)是關鍵信息，可采用建模數(shù)據(jù)共享技術，這對數(shù)據(jù)處理方式和系統(tǒng)能力提出了更高的要求。

關鍵詞：無人作業(yè)、建模數(shù)據(jù)、校驗與共享

Non - standard stamping terminal modeling data sharing processing technology

ZhangDong、 LiWei

（HuanengCaofeidian Port LTD、

North Branch of CcMEP）

Abstract：Bulk port yard single machine control system in unmanned application data， the central control system， yard crib， strategies， key data such as combination， therefore， in dealing with ultra-high， extra-wide non-standard stamping， stamping a scan data is the key information， modeling data sharing technology， can be used for the data processing method and system ability put forward higher requirements.

Keyword：Unmanned operation， modeling data， calibration and sharing。

1 ? 散貨港口無人作業(yè)系統(tǒng)

1.1 ? 無人作業(yè)系統(tǒng)的出現(xiàn)

煤碼頭的生產(chǎn)環(huán)節(jié)較多，需要卸貨、轉(zhuǎn)運、裝船等過程。傳統(tǒng)的煤碼頭的生產(chǎn)管理需要很多人力、物力及財力且效率和準確率均得不到保證。

無人作業(yè)系統(tǒng)是將散貨港口生產(chǎn)管理的智能化和數(shù)字化的具體實現(xiàn)。該系統(tǒng)將先進的計算機圖形圖像技術、計算機軟件技術及互聯(lián)網(wǎng)的技術結合形成，有效整合了人、機、環(huán)、安的影響因素，整體提升散貨港口效率，是典型的互聯(lián)網(wǎng)+概念的具體應用的體現(xiàn)。

無人作業(yè)系統(tǒng)整合生產(chǎn)管理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的相關作業(yè)過程，以垛型三維化、生產(chǎn)過程策略化為抓手，結合空間防碰撞技術，將生產(chǎn)作業(yè)標準化、規(guī)范化，以達到整體的效率提升。

1.2 ? 無人作業(yè)系統(tǒng)原理

近幾年，無人作業(yè)系統(tǒng)在各散貨港口中進入大范圍建設，無人作業(yè)系統(tǒng)的核心之一，是數(shù)據(jù)成像，無論在無人作業(yè)初始階段的雷達成像，還是隨著激光技術不斷成熟逐步應用起來的激光掃描儀設備，精準的形成跺堆形狀是在后期指導系統(tǒng)進行作業(yè)的關鍵中的關鍵。

常規(guī)無人作業(yè)通過：

實現(xiàn)大機的遠程化操作階段，在中控室內(nèi)采用操作手柄，進行包括走行、俯仰、旋轉(zhuǎn)等動作;

實現(xiàn)大機設備運行狀態(tài)及現(xiàn)場圖像的遠程監(jiān)控;實現(xiàn)與大機形成的料堆三維掃描成像數(shù)據(jù)無縫對接，并為自動控制提供數(shù)據(jù)依據(jù);

實現(xiàn)大機的防碰撞報警、實現(xiàn)安全作業(yè)。

實現(xiàn)料場大機無人控制的一體化：人工設定系統(tǒng)任務，系統(tǒng)按照設定的參數(shù)自動化取料運行，同時，在特殊情況下，人工可以隨時參與中控手柄手動操作，對系統(tǒng)的兼容性、安全性和完整性達到更高層次;

最終無人堆料、無人取料效果達到或超過熟練工人操作能力。

堆料作業(yè)：堆料作業(yè)方式有長堆輔筑法堆料、定點堆積法，長堆輔筑法堆料的優(yōu)點是可以形成標準大梯形垛，提高堆場利用率和提高垛型儲量，但是，從這些堆法上可以看出堆垛時需要多次調(diào)整大臂俯仰角度、多次走行、多次換層，大機機構的反復調(diào)整勢必造成能耗的提高，從節(jié)能減排的角度出發(fā)，就需要尋找新的堆法，一是可以形成大垛，垛型存量滿足設計要求，二是可以減少機構的反復調(diào)整。定點俯仰堆積就是一種常用且高效的堆料方法，其工藝圖如下：

取料作業(yè)：本取料自動化作業(yè)采用旋轉(zhuǎn)分層取料作業(yè)方式。旋轉(zhuǎn)分層取料工藝，根據(jù)料堆長度又可以分為旋轉(zhuǎn)分層分段取料工藝和旋轉(zhuǎn)分層不分段取料工藝兩種作業(yè)方式，在華能曹妃甸港的無人作業(yè)中，為了使取料效率最大化，采用取料效率高的旋轉(zhuǎn)分層不分段取料工藝。

如圖為旋轉(zhuǎn)分層取料工藝的示意圖。

旋轉(zhuǎn)分層取料工藝圖

旋轉(zhuǎn)分層不分段取料作業(yè)，此作業(yè)效率最高，可以避免作業(yè)過程中由于塌方而造成設備的斗輪和臂架過載的危險，適用于較低、較短的料堆，在作業(yè)中臂架不會碰及料堆。為實現(xiàn)“旋轉(zhuǎn)分層等量取料”的目的，在自動控制方式下，按等量取料算法，臂架旋轉(zhuǎn)速度與臂架回轉(zhuǎn)角度成確定函數(shù)關系，并根據(jù)斗輪驅(qū)動電動機的電流進行反饋。此種方式為自動化取料采用的取料模型。

2 ? 非標準垛位信息處理

2.1 ? 特殊垛型的產(chǎn)生與遇到的問題

然而常規(guī)散貨港口因其在產(chǎn)業(yè)鏈中的特殊地位，港方基于生產(chǎn)作業(yè)全過程的考慮，大多數(shù)不能形成標準跺，特別是根據(jù)客戶需求情況在堆場形成超寬、超高垛位已經(jīng)逐步形成常態(tài)，這些垛位不能通過常規(guī)無人堆料實現(xiàn)，更無法通過堆料過程進行三維掃描成像，導致使用環(huán)境往往不能滿足無人作業(yè)設定的標準垛位的要求。這直接導致無人作業(yè)系統(tǒng)得不到有效的應用，造成大多數(shù)用戶對無人作業(yè)系統(tǒng)的認知偏差。

2.2 ? 建模共享數(shù)據(jù)處理

以華能曹妃甸港為例，單獨一臺單機設備因其設備俯仰角度有限的情況及垛位過高而無法完成掃垛建模。為了解決異形跺位成像的問題，我們提出了非標準跺位建模共享數(shù)據(jù)處理技術，該技術通過建立中間垛型數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)庫，將垛位的數(shù)據(jù)進行實時更新，在作業(yè)、非作業(yè)兩種情況下，對垛位掃描數(shù)據(jù)同步進行更新，從多方位、多數(shù)據(jù)源來確定垛型數(shù)據(jù)，其中間數(shù)據(jù)庫建立以下規(guī)則：

（1）數(shù)字化高程方式

垛位數(shù)據(jù)采用規(guī)則的數(shù)字化高程格網(wǎng)。規(guī)則的數(shù)字化高程格網(wǎng)是基于數(shù)字影像技術，在平面坐標的兩個方向按照設定規(guī)則排列的連續(xù)地理坐標點的平面坐標（X，Y）結合高程信息（Z）形成的數(shù)據(jù)集合，其中任意某一點P的三維坐標，可根據(jù)該點在數(shù)字化高程格網(wǎng)中的地理信息及存放在該數(shù)字化高程格網(wǎng)文件基本信息相結合通過預定算法計算出來。

（2）數(shù)據(jù)庫基本信息

項目采用oracle數(shù)據(jù)庫，建立料堆數(shù)據(jù)存放表，按照特定規(guī)則進行命名，表格屬性應當滿足數(shù)據(jù)存放格式的特殊性，充分考慮數(shù)據(jù)共享處理的權限、用戶等問題，需考慮場存點位分布情況，對應現(xiàn)場的各個堆場堆存信息。

（3）坐標信息規(guī)則

按照場區(qū)約定坐標系建立料場坐標，其中Y軸的正方向為走形大地址方向，OY代表現(xiàn)場的軌道中心線，（1234）矩形范圍是料場中可以存貯料場數(shù)據(jù)的地址范圍，1點現(xiàn)實坐標（a，b）（固定單位制）;2點現(xiàn)實坐標（c，d）;3點現(xiàn)實坐標（e，f）;4點現(xiàn)實坐標（g，h）。點位范圍應當充分滿足數(shù)據(jù)共享處理的邊界值和場存動態(tài)的優(yōu)化值，對應數(shù)值應當?shù)讓雨P聯(lián)，避免數(shù)據(jù)跳變及寫入數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差造成整體數(shù)據(jù)錯誤。

（4）數(shù)據(jù)存儲

信息表中，對于數(shù)字化高程數(shù)據(jù)采用的是Blob數(shù)據(jù)結構（每行固定點數(shù)，每個點可分配固定字節(jié)數(shù)）存儲;表格數(shù)據(jù)位應當與堆場實時地理信息數(shù)據(jù)對應，定義blob單元數(shù)可作為各類數(shù)據(jù)源的參考項。

3 ? 數(shù)據(jù)驗證

3.1 ? 建立測試模型

以堆場2場為例，找到超寬超高垛位信息，標注信息如下：

3.2 ? 成像測試

掃描垛場為2-7，我們使用兩條軌道梁大機分別為S2堆料機和R1-2取料機，按照技術約定及場垛有效范圍為圖中60米內(nèi)，現(xiàn)場通過設定3個定點靶向標定物，通過物理尺寸測量以R1-2壩基為基準，依次將標定物在20米、30米中心線及40米處（位置如上圖所示），通過S2大機對其進行掃描，掃描過后，在原有數(shù)據(jù)庫掃描圖中，發(fā)現(xiàn)三輛小車均被掃描到，在共享數(shù)據(jù)庫掃描圖中，發(fā)現(xiàn)20米處標定物完整圖像及30米中心線處標定物邊緣圖像。

根據(jù)數(shù)據(jù)拼接結果，可分辨出20米處標定物和30米中心線處標定物邊緣圖像在共享數(shù)據(jù)庫掃描范圍內(nèi)，在定義掃描范圍后，通過采用中心數(shù)據(jù)容錯處理技術滿足現(xiàn)場對數(shù)據(jù)采集的需求，

4 ? 結束語

在散貨碼頭中，無人作業(yè)技術已開始廣泛應用，非標準跺位信息處理已成為極為普遍的需求。隨著港口生產(chǎn)過程的不斷變化，非標準跺位下超高、超寬跺位會更多的出現(xiàn)在生產(chǎn)過程中，該工況下的數(shù)據(jù)處理技術將為非標準跺位下進行散貨港口無人作業(yè)提供依據(jù)，同時該技術已應用于華能曹妃甸港的生產(chǎn)過程中。能夠承接無人作業(yè)系統(tǒng)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的需求，同時也能夠?qū)崟r反饋現(xiàn)場跺位數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)管理人員、技術開發(fā)人員提供指導，從而提升散貨港口無人作業(yè)生產(chǎn)應用水平。

5 ? 參考文獻

[1]DavidM.Kroenke，（馮飛譯）數(shù)據(jù)庫原理[J]工業(yè)技術，2008

[2]李增祥，數(shù)據(jù)庫技術及應用[J]電子工業(yè)出版社，2018

[3] Steve，Hoberman，霍伯曼 著，丁永軍 譯數(shù)據(jù)建模經(jīng)典教程第2版人民郵電出版社，2017