散貨碼頭便攜式船舶艙口監(jiān)控系統(tǒng)

王均偉 馬德發(fā)

山東港口日照港嵐山公司

1 引言

門(mén)座起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)門(mén)機(jī))在港口生產(chǎn)作業(yè)中發(fā)揮著重要作用。門(mén)機(jī)在裝卸過(guò)程中需要與其他機(jī)械、人員配合作業(yè),尤其是清艙作業(yè)時(shí),由于船舶艙形結(jié)構(gòu)不一,作業(yè)面多且分散,需要大量的人力輔助,才能保證作業(yè)的安全、高效。門(mén)機(jī)在作業(yè)時(shí),因駕駛室距艙內(nèi)料堆平面較遠(yuǎn),與門(mén)機(jī)抓斗、吊具的作業(yè)區(qū)域(船艙)有一定的跨度,駕駛員視線容易被船體和艙口遮擋,不能看清船艙內(nèi)的細(xì)節(jié)情況[1],特別是清艙時(shí),艙內(nèi)人、車(chē)同時(shí)作業(yè),艙底是門(mén)機(jī)駕駛員的視線盲區(qū),存在重大安全隱患。為解決視線盲區(qū)問(wèn)題,常規(guī)采取門(mén)機(jī)駕駛員與艙口指揮人員配合的方式,這種方式如果人員脫崗或思想不集中,容易導(dǎo)致安全隱患,造成門(mén)機(jī)抓斗碰撞艙內(nèi)設(shè)備、艙內(nèi)機(jī)械誤抓起的事故[2]。

為解決以上問(wèn)題,設(shè)計(jì)便攜式船舶艙口監(jiān)控系統(tǒng),在作業(yè)時(shí)安裝在船舶艙口,使門(mén)機(jī)司機(jī)可以全方位查看艙內(nèi)貨物、機(jī)械情況,減少司機(jī)視線盲區(qū),實(shí)現(xiàn)門(mén)機(jī)自主作業(yè),減少參與作業(yè)的輔助人員,進(jìn)而降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

2 系統(tǒng)可行性分析

2.1 主要工作環(huán)境

散貨碼頭裝卸作業(yè)是臨海室外環(huán)境,對(duì)防水、防塵、防鹽霧等有較高要求,室外環(huán)境防護(hù)等級(jí)應(yīng)為IP65及以上;駕駛室內(nèi)設(shè)備因?yàn)榈V石粉塵、振動(dòng)等環(huán)境影響,電子設(shè)備易損壞,應(yīng)具備IP65及以上防護(hù)等級(jí)使其可在各種天氣情況下使用,支持室外光線變化,如白夜、明暗光線變化,可適用于多種光線照射角度與多種光源,支持多貨種散貨船舶艙內(nèi)監(jiān)控。

2.2 主要技術(shù)難點(diǎn)

在船上安裝監(jiān)控系統(tǒng),需滿(mǎn)足供電、網(wǎng)絡(luò)通訊等要求,另外設(shè)備要便于攜帶,移動(dòng)性好,具備防塵、防水功能。在所有的要求中,保障網(wǎng)絡(luò)通訊是重中之重。

(1)網(wǎng)絡(luò)通訊方案。因門(mén)機(jī)自身結(jié)構(gòu)分支撐和回轉(zhuǎn)上下兩部分,如果采用一對(duì)無(wú)線網(wǎng)橋,當(dāng)上部回轉(zhuǎn)時(shí),網(wǎng)絡(luò)通訊將中斷,無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通訊要求。如果采用5G技術(shù),當(dāng)回轉(zhuǎn)時(shí)同樣會(huì)受到大型設(shè)備的遮擋干擾。結(jié)合門(mén)機(jī)作業(yè)特點(diǎn)以及門(mén)機(jī)本身構(gòu)造,提出一種有效的網(wǎng)絡(luò)通訊解決方案:利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)雙無(wú)線網(wǎng)橋與有線網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的4段式連接。第一對(duì)網(wǎng)橋發(fā)射端位于船上設(shè)備,接收端在門(mén)機(jī)下端固定部分,接收端網(wǎng)橋通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)連接第二對(duì)網(wǎng)橋的發(fā)射端[3]。第二對(duì)網(wǎng)橋通過(guò)門(mén)機(jī)滑環(huán)箱,采用垂直對(duì)射的方式,接收端在滑環(huán)箱頂部,使其很好地跨越門(mén)機(jī)回轉(zhuǎn)部分,再用有線連接將第二對(duì)網(wǎng)橋接收端接入司機(jī)室,滿(mǎn)足門(mén)機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)網(wǎng)絡(luò)不中斷,保證船上設(shè)備與門(mén)機(jī)的通訊。

(2)便攜性設(shè)計(jì),采用不銹鋼箱體,盡量減輕設(shè)備重量;設(shè)計(jì)把手,使之便于攜帶?？傊乜刂圃?0 kg以?xún)?nèi)。

(3)供電部分配套專(zhuān)用的船用轉(zhuǎn)接頭,可以從船舶每個(gè)艙的配電口接電,同時(shí)配備磷酸鐵鋰蓄電池,轉(zhuǎn)接頭不適用時(shí)采用蓄電池供電。

(4)防水、防塵,設(shè)備防護(hù)需滿(mǎn)足IP66防護(hù)等級(jí),線纜接頭用防水航空插頭。

3 系統(tǒng)組成

便攜式船舶艙口監(jiān)控系統(tǒng)由艙口便攜攝像系統(tǒng)、無(wú)線傳輸系統(tǒng)、供電裝置組成。每臺(tái)門(mén)機(jī)建設(shè)1套,一對(duì)一使用,不能混用。該系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線通訊方式傳輸信號(hào)至門(mén)機(jī)司機(jī)室,船艙內(nèi)監(jiān)控畫(huà)面接入司機(jī)室內(nèi)硬盤(pán)錄像機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ),并在司機(jī)室液晶監(jiān)視器上顯示,司機(jī)通過(guò)監(jiān)控屏幕可實(shí)時(shí)查看船艙內(nèi)的貨物情況。主要架構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

船上部分采用大廣角高清云臺(tái)攝像機(jī)、可變焦帶紅外夜視功能。利用不銹鋼箱體,集成無(wú)線網(wǎng)橋、攝像機(jī)等,便于攜帶。整體質(zhì)量約12.8 kg,額定功率<10 W,采用磁吸的安裝方式,IP66防護(hù)等級(jí)。

網(wǎng)橋傳輸應(yīng)具備穩(wěn)定性、可靠性、防爆性、抗干擾性等特點(diǎn);應(yīng)支持在小范圍遮擋情況的無(wú)線通訊;無(wú)線工作頻段支持2.4 GHz或5.8 GHz室外傳輸,傳輸距離≥500 m。組網(wǎng)靈活,應(yīng)支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)傳輸方式,支持802.11a/n/ac無(wú)線標(biāo)準(zhǔn),信道寬度應(yīng)支持20/40/80 MHz。自帶0/100/1000 Mb/s自適應(yīng)RJ45接口。網(wǎng)橋設(shè)備延時(shí)小于200 ms,空口傳輸速率應(yīng)≥100 Mb/s。支持通過(guò)撥碼和Web方式進(jìn)行中心端(主)和監(jiān)控端(從)配對(duì)、切換。應(yīng)支持頻譜分析功能,能根據(jù)通信狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)頻譜掃描并切換至空閑信道。支持POE供電和DC12 V供電,應(yīng)具有防護(hù)等級(jí)IP65以上。

視頻監(jiān)控圖像如需回傳后端,可采用網(wǎng)橋或5G方式。采用4G傳輸會(huì)出現(xiàn)明顯的卡頓現(xiàn)象,不建議使用[4]?？啥ㄗ鰧?zhuān)業(yè)支架,監(jiān)控球型攝像機(jī)深入艙沿下方,進(jìn)一步減少艙內(nèi)成像盲區(qū)。攝像機(jī)需要開(kāi)啟強(qiáng)光抑制,減少?gòu)?qiáng)光對(duì)成像的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

便攜式船舶艙口監(jiān)控系統(tǒng)用于散貨船舶艙口指揮作業(yè),針對(duì)不同船舶船艙的需求,提供便攜式、可移動(dòng)、可持續(xù)擴(kuò)展、高適配度、信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)谋O(jiān)控系統(tǒng),能夠滿(mǎn)足船舶卸船全過(guò)程可視化管控。

在船舶每個(gè)艙口安裝攝像機(jī),與門(mén)機(jī)象鼻梁下方的攝像機(jī)形成雙視角。調(diào)整網(wǎng)橋方向,對(duì)準(zhǔn)岸邊大機(jī)上的網(wǎng)橋接收器,依托無(wú)線網(wǎng)橋把船艙的監(jiān)控圖像實(shí)時(shí)呈現(xiàn)給門(mén)機(jī)駕駛員。艙內(nèi)貨物高度、剩余量、機(jī)械位置等可準(zhǔn)確呈現(xiàn)在司機(jī)室監(jiān)控屏幕上,司機(jī)可以更加全面地掌握船艙內(nèi)的情況,安全、準(zhǔn)確地抓取貨物,減少人員使用,降低人機(jī)交叉作業(yè)風(fēng)險(xiǎn),提高現(xiàn)場(chǎng)的安全管控水平。