裝船機對艙輔助線

喻驍瀟

摘 要：近幾年來，國家能源集團黃驊港務(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)程自動堆取料項目讓堆場無人化，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)程裝船項目則提升了裝船機操作人員的工作環(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問號。我通過長期觀察裝船機的作業(yè)流程，發(fā)現(xiàn)了自從黃驊港務(wù)公司建港開始就存在著的一種輔助時間較長的情況：裝船機作業(yè)時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，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的作業(yè)角度內(nèi)，也就是說在此船艙裝船機處于不能作業(yè)的狀態(tài)。傳統(tǒng)方法是挨個往較低的船艙嘗試對艙，直到裝船機臂架角度在作業(yè)范圍內(nèi)或者船方不同意繼續(xù)換艙為止，每換一個艙需要10到20分鐘不等的時間，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。這種時間有著大幅度縮短的可能性，只是之前因為設(shè)備限制不能縮短，而且也沒有詳細(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)程自動堆取料

1 實現(xiàn)原理

伴隨著黃驊港務(wù)公司裝船機遠(yuǎn)程操作項目的進(jìn)行，為了確保操作人員對現(xiàn)場的把控，每個裝船機操作室均有大量的現(xiàn)場監(jiān)控攝像頭。其中，大臂下懸左側(cè)和大臂下懸右側(cè)這2個監(jiān)控是固定在裝船機的行走架上的，且不能活動。這意味著這2個監(jiān)控除了在碼頭面上進(jìn)行東西平移外沒有其他變化。而且這2個監(jiān)控畫面在有船只的情況下都能看見船只側(cè)面。到黃驊港的較大船只艙蓋打開方式只有2種水平左右打開和前后豎直打開。

區(qū)分艙蓋打開方式，在這2個監(jiān)控畫面的合適位置劃定刻度線。劃刻度線的方法為此裝船機在對應(yīng)的艙蓋打開方式船只作業(yè)時，臂架下降至正常作業(yè)角度的上限，在船艙上沿通過托舉水平標(biāo)志物接近裝船機臂架下方直至安全距離，在監(jiān)控畫面上找出標(biāo)志物的上沿，通過裝船機的東西行走，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。

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

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4萬噸以上的散裝貨船，船只整體設(shè)計型寬為32.26米，船艙設(shè)計型寬為14.2米，5.1.9.1規(guī)定實際寬型相對于設(shè)計型寬誤差不超過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“天龍星”號這種是原有軍艦改裝貨船外均遵循此標(biāo)準(zhǔn)。配載小于4萬噸的散裝貨船其船艙沿高度較低，不會因為裝船機臂架角度原因影響作業(yè)。

裝船機的俯仰角度s由公式算出：

公式中，s為裝船機的俯仰角度，h為船艙上沿相對于裝船機臂架下懸監(jiān)控的相對高度，L1為裝船機臂架下懸監(jiān)控相對于船舷最內(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)船艙和時間變化而變化，確定作業(yè)艙號后，當(dāng)前時間的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)艙蓋的打開方式，分2種情況：

艙蓋水平打開時，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。

艙蓋豎直打開時，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，反推出船艙上沿相對于裝船機臂架下懸監(jiān)控的相對高度h=X，船艙橫向?qū)挾劝礃?biāo)準(zhǔn)計算，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：艙蓋水平打開時，s’=0.025°;艙蓋豎直打開時，s’=0.014°。

由此得出，通常作業(yè)時因為船只寬度原因造成的誤差體現(xiàn)在俯仰角度上一般不大于0.025°，對于實際作業(yè)無意義，此誤差可以忽略不計。

2.2 透視畸變

雖然監(jiān)控攝像頭的鏡頭不是廣角鏡頭，但是在船艙高度較高時，船艙距離到監(jiān)控鏡頭較近時，因為畫面中心到監(jiān)控攝像頭的距離太近，且畫面寬度太大，實際上會產(chǎn)生透視畸變，船艙的直線在監(jiān)控下看起來會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)控畫面的位置也不在中心，不能準(zhǔn)確的用直線刻度來衡量。

解決方法為調(diào)整刻度線在監(jiān)控畫面上的位置，將合適角度的橫跨屏幕的線變成屏幕邊緣的點，分別位于臂架下懸左的右邊緣和臂架下懸右的左邊緣。因為邊緣位置離監(jiān)控攝像頭距離已經(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，只需對比船艙上沿和監(jiān)控畫面邊緣的交點和刻度即可。

2.3 監(jiān)控攝像頭轉(zhuǎn)動

本來需要用到的這2個監(jiān)控攝像頭是固定住的，不用擔(dān)心移動的問題，但也不能保證長期使用過程中會有所轉(zhuǎn)動，圍繞x軸的轉(zhuǎn)動會1：1的影響到刻度線的準(zhǔn)確性，圍繞y軸和z軸的轉(zhuǎn)動也會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)控攝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)控攝像頭的后方和側(cè)面固定上水平標(biāo)尺，且這2個水平標(biāo)尺都在水平位置，確保圍繞x軸和圍繞y軸的角度一定。長期使用以后，定期檢查或發(fā)現(xiàn)異樣的時候按照監(jiān)控攝像頭水平垂直于安裝面，2個水平標(biāo)尺在水平位置就可以確保此時的監(jiān)控攝像頭角度和劃刻度線時一致。以消除監(jiān)控攝像頭轉(zhuǎn)動造成的誤差。

3 應(yīng)用場景

場景1：一艘配載7萬噸，有7個船艙的散裝貨船靠上103泊位，此時需要SL3裝船機對2艙進(jìn)行裝船作業(yè)，SL3裝船機行走至103泊位船只的2艙時，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次嘗試對艙時間。

場景2：一艘配載5.5萬噸，有5個船艙的散裝貨船靠上102泊位，此時需要SL2裝船機對2艙進(jìn)行裝船作業(yè)，SL2裝船機行走至102泊位船只的2艙時，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次嘗試對艙時間，1次臂架完整的下降上升時間，并節(jié)省了取料機對垛時間。

4 結(jié)論

裝船機的對艙輔助線看起來就是監(jiān)控畫面上兩個小小的刻度，但卻能實際地提升黃驊港務(wù)公司的裝船效率。而且畫面背后嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治觥⒂嬎?、設(shè)計和維護讓這小小的刻度很可靠，很準(zhǔn)確。

國家能源集團黃驊港務(wù)公司正是因為積累了無數(shù)這樣的小小的改進(jìn)，才造就了整個港口翻天覆地的變化，實現(xiàn)了生產(chǎn)和環(huán)保全面領(lǐng)先，成為了國內(nèi)散貨下水港的領(lǐng)頭羊。

參考文獻(xiàn)：

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