单起升岸桥远程自动化操作技术难点及解决方案

李振广

针对集装箱码头单起升岸桥远程自动化操作的市场空白，天津港太平洋国际集装箱码头根据岸桥远程自动化操作系统的特点，在现有岸桥电控系统的基础上，通过加装激光扫描仪、视频监控仪、服务器、可编程逻辑控制器等控制和传感装置，解决船舶漂移和最优作业路径两大技术难点，实现单起升岸桥远程自动化操作。

1 船舶漂移问题及其解决方案

1.1 问题概述

在岸桥装卸作业过程中，船舶水平漂移量和垂直高度随作业箱量的变化而变化，这是影响岸桥机构定位的最主要因素。如果岸桥小车和起升机构无法自动运行至作业集装箱上方，将对岸桥作业效率造成负面影响。

1.2 解决方案

在岸桥小车下部安装3D激光扫描仪，扫描仪沿小车运行方向扫描，并在小车行驶过程中记录船上集装箱的轮廓。由于扫描仪所在的岸桥小车机构存在抖动现象，需要进行坐标转换：将码头作业面上的不动点设定为坐标的0位点，并以为坐标单位，检测每个坐标的最大值，将结果绘制成扫描图并写入可编程逻辑控制器；可编程逻辑控制器根据扫描仪提供的数据控制岸桥小车和起升机构，在移动过程中自动定位集装箱。

如图1所示：将C点设为0位点，此时B点的纵坐标为B点与C点的垂直距离，B点的横坐标为B点与C点的水平距离。由于扫描仪A点位于岸桥小车上，是移动点，故扫描得出的B点纵坐标=A点与C点的垂直距离 A点与B点的垂直距离，B点横坐标=A点与C点的水平距离 A点与B点的水平距离。扫描仪以的扫描周期持续扫描，得到多个作业点的相对坐标，并连接成扫描线，经后台计算得出船型扫描图。

A―3D激光扫描仪；

B―作业集装箱；

C―岸边基准点（不动点）

本项目选用施克激光扫描仪。在实际测试中发现，当扫描仪的扫描精度太高时，其扫描结果受环境影响较大。为了在确保扫描精度的同时排除非作业因素对扫描结果的影响，经过分析扫描仪的程序，设计增加“飘落物体识别筛选”功能。例如：在下雪天气，扫描仪会扫描到飘落的雪花，造成岸桥起升机构执行大循环作业，导致作业效率下降；增加“飘落物体识别筛选”功能后，对于在多个扫描循环中出现的位置不断变化的物体，扫描仪自动屏蔽其数据。通过反复试验，扫描仪在倾斜精度达0.1€啊⒍ㄎ痪却锏那榭鱿拢茏既芳鹱饕导跋浜头亲饕滴锾澹阆殖∽饕狄蟆？

2 最优作业路径问题及其解决方案

2.1 问题概述

最优作业路径最初应用于仓库管理，目的是以最优路径提取库存备件，从而提高效率并降低消耗。单起升岸桥远程自动化操作同样需要考虑安全、效率和能耗的问题，如何实现三者之间的平衡是单起升岸桥远程自动化操作面临的难题之一。

2.2 解决方案

2.2.1 路径设计

确定最优作业路径首先需要解决路径设计问题，实现抛物线式作业路径，并考虑路径上影响岸桥作业安全的因素。

（1）陆侧最优作业路径 如图2所示：岸桥海陆两侧下横梁是影响陆侧最优作业路径的主要因素，两者高度均为5.8 m；此外，作业时其他车道的带箱车辆也是在作业路径上移动的高点，设计路径时需要加以考虑。

（2）海侧最优作业路径 海侧最优作业路径根据激光扫描仪的扫描情况而变化（见图3）。

2.2.2 路径选择

在设计最优作业路径时，系统程序根据扫描路径上的起始点、最高点、最低点、目标点之间的距离计算抛物线路径，路径之间使用平滑的过渡曲线，从而形成连续的抛物曲线，且曲线弧度可以通过设置系统参数进行调整。在分析对比各种曲线的能耗后，选择最节能曲线，最终形成最优作业路径。通过调整系统参数形成不同作业路径（见图4），经实际验证，在确保安全的前提下，综合考虑效率和节能方面的要求，路径2为最优作业路径。

3 结束语

在解决船舶漂移和最优路径两大技术难点的基础上，天津港太平洋国际集装箱码头于2014年初实施针对不同船型的单起升岸桥远程自动化操作实船测试，自动化卸船作业效率达到28自然箱/h，与人工平均作业效率相当，在降低特种作业强度的同时，提高了司机作业的舒适度。

（编辑：张敏 收稿日期：2014-08-28）

针对集装箱码头单起升岸桥远程自动化操作的市场空白，天津港太平洋国际集装箱码头根据岸桥远程自动化操作系统的特点，在现有岸桥电控系统的基础上，通过加装激光扫描仪、视频监控仪、服务器、可编程逻辑控制器等控制和传感装置，解决船舶漂移和最优作业路径两大技术难点，实现单起升岸桥远程自动化操作。

1 船舶漂移问题及其解决方案

1.1 问题概述

在岸桥装卸作业过程中，船舶水平漂移量和垂直高度随作业箱量的变化而变化，这是影响岸桥机构定位的最主要因素。如果岸桥小车和起升机构无法自动运行至作业集装箱上方，将对岸桥作业效率造成负面影响。

1.2 解决方案

在岸桥小车下部安装3D激光扫描仪，扫描仪沿小车运行方向扫描，并在小车行驶过程中记录船上集装箱的轮廓。由于扫描仪所在的岸桥小车机构存在抖动现象，需要进行坐标转换：将码头作业面上的不动点设定为坐标的0位点，并以为坐标单位，检测每个坐标的最大值，将结果绘制成扫描图并写入可编程逻辑控制器；可编程逻辑控制器根据扫描仪提供的数据控制岸桥小车和起升机构，在移动过程中自动定位集装箱。

如图1所示：将C点设为0位点，此时B点的纵坐标为B点与C点的垂直距离，B点的横坐标为B点与C点的水平距离。由于扫描仪A点位于岸桥小车上，是移动点，故扫描得出的B点纵坐标=A点与C点的垂直距离 A点与B点的垂直距离，B点横坐标=A点与C点的水平距离 A点与B点的水平距离。扫描仪以的扫描周期持续扫描，得到多个作业点的相对坐标，并连接成扫描线，经后台计算得出船型扫描图。

A―3D激光扫描仪；

B―作业集装箱；

C―岸边基准点（不动点）

本项目选用施克激光扫描仪。在实际测试中发现，当扫描仪的扫描精度太高时，其扫描结果受环境影响较大。为了在确保扫描精度的同时排除非作业因素对扫描结果的影响，经过分析扫描仪的程序，设计增加“飘落物体识别筛选”功能。例如：在下雪天气，扫描仪会扫描到飘落的雪花，造成岸桥起升机构执行大循环作业，导致作业效率下降；增加“飘落物体识别筛选”功能后，对于在多个扫描循环中出现的位置不断变化的物体，扫描仪自动屏蔽其数据。通过反复试验，扫描仪在倾斜精度达0.1€啊⒍ㄎ痪却锏那榭鱿拢茏既芳鹱饕导跋浜头亲饕滴锾澹阆殖∽饕狄蟆？

2 最优作业路径问题及其解决方案

2.1 问题概述

最优作业路径最初应用于仓库管理，目的是以最优路径提取库存备件，从而提高效率并降低消耗。单起升岸桥远程自动化操作同样需要考虑安全、效率和能耗的问题，如何实现三者之间的平衡是单起升岸桥远程自动化操作面临的难题之一。

2.2 解决方案

2.2.1 路径设计

确定最优作业路径首先需要解决路径设计问题，实现抛物线式作业路径，并考虑路径上影响岸桥作业安全的因素。

（1）陆侧最优作业路径 如图2所示：岸桥海陆两侧下横梁是影响陆侧最优作业路径的主要因素，两者高度均为5.8 m；此外，作业时其他车道的带箱车辆也是在作业路径上移动的高点，设计路径时需要加以考虑。

（2）海侧最优作业路径 海侧最优作业路径根据激光扫描仪的扫描情况而变化（见图3）。

2.2.2 路径选择

在设计最优作业路径时，系统程序根据扫描路径上的起始点、最高点、最低点、目标点之间的距离计算抛物线路径，路径之间使用平滑的过渡曲线，从而形成连续的抛物曲线，且曲线弧度可以通过设置系统参数进行调整。在分析对比各种曲线的能耗后，选择最节能曲线，最终形成最优作业路径。通过调整系统参数形成不同作业路径（见图4），经实际验证，在确保安全的前提下，综合考虑效率和节能方面的要求，路径2为最优作业路径。

3 结束语

在解决船舶漂移和最优路径两大技术难点的基础上，天津港太平洋国际集装箱码头于2014年初实施针对不同船型的单起升岸桥远程自动化操作实船测试，自动化卸船作业效率达到28自然箱/h，与人工平均作业效率相当，在降低特种作业强度的同时，提高了司机作业的舒适度。

（编辑：张敏 收稿日期：2014-08-28）

针对集装箱码头单起升岸桥远程自动化操作的市场空白，天津港太平洋国际集装箱码头根据岸桥远程自动化操作系统的特点，在现有岸桥电控系统的基础上，通过加装激光扫描仪、视频监控仪、服务器、可编程逻辑控制器等控制和传感装置，解决船舶漂移和最优作业路径两大技术难点，实现单起升岸桥远程自动化操作。

1 船舶漂移问题及其解决方案

1.1 问题概述

在岸桥装卸作业过程中，船舶水平漂移量和垂直高度随作业箱量的变化而变化，这是影响岸桥机构定位的最主要因素。如果岸桥小车和起升机构无法自动运行至作业集装箱上方，将对岸桥作业效率造成负面影响。

1.2 解决方案

在岸桥小车下部安装3D激光扫描仪，扫描仪沿小车运行方向扫描，并在小车行驶过程中记录船上集装箱的轮廓。由于扫描仪所在的岸桥小车机构存在抖动现象，需要进行坐标转换：将码头作业面上的不动点设定为坐标的0位点，并以为坐标单位，检测每个坐标的最大值，将结果绘制成扫描图并写入可编程逻辑控制器；可编程逻辑控制器根据扫描仪提供的数据控制岸桥小车和起升机构，在移动过程中自动定位集装箱。

如图1所示：将C点设为0位点，此时B点的纵坐标为B点与C点的垂直距离，B点的横坐标为B点与C点的水平距离。由于扫描仪A点位于岸桥小车上，是移动点，故扫描得出的B点纵坐标=A点与C点的垂直距离 A点与B点的垂直距离，B点横坐标=A点与C点的水平距离 A点与B点的水平距离。扫描仪以的扫描周期持续扫描，得到多个作业点的相对坐标，并连接成扫描线，经后台计算得出船型扫描图。

A―3D激光扫描仪；

B―作业集装箱；

C―岸边基准点（不动点）

本项目选用施克激光扫描仪。在实际测试中发现，当扫描仪的扫描精度太高时，其扫描结果受环境影响较大。为了在确保扫描精度的同时排除非作业因素对扫描结果的影响，经过分析扫描仪的程序，设计增加“飘落物体识别筛选”功能。例如：在下雪天气，扫描仪会扫描到飘落的雪花，造成岸桥起升机构执行大循环作业，导致作业效率下降；增加“飘落物体识别筛选”功能后，对于在多个扫描循环中出现的位置不断变化的物体，扫描仪自动屏蔽其数据。通过反复试验，扫描仪在倾斜精度达0.1€啊⒍ㄎ痪却锏那榭鱿拢茏既芳鹱饕导跋浜头亲饕滴锾澹阆殖∽饕狄蟆？

2 最优作业路径问题及其解决方案

2.1 问题概述

最优作业路径最初应用于仓库管理，目的是以最优路径提取库存备件，从而提高效率并降低消耗。单起升岸桥远程自动化操作同样需要考虑安全、效率和能耗的问题，如何实现三者之间的平衡是单起升岸桥远程自动化操作面临的难题之一。

2.2 解决方案

2.2.1 路径设计

确定最优作业路径首先需要解决路径设计问题，实现抛物线式作业路径，并考虑路径上影响岸桥作业安全的因素。

（1）陆侧最优作业路径 如图2所示：岸桥海陆两侧下横梁是影响陆侧最优作业路径的主要因素，两者高度均为5.8 m；此外，作业时其他车道的带箱车辆也是在作业路径上移动的高点，设计路径时需要加以考虑。

（2）海侧最优作业路径 海侧最优作业路径根据激光扫描仪的扫描情况而变化（见图3）。

2.2.2 路径选择

在设计最优作业路径时，系统程序根据扫描路径上的起始点、最高点、最低点、目标点之间的距离计算抛物线路径，路径之间使用平滑的过渡曲线，从而形成连续的抛物曲线，且曲线弧度可以通过设置系统参数进行调整。在分析对比各种曲线的能耗后，选择最节能曲线，最终形成最优作业路径。通过调整系统参数形成不同作业路径（见图4），经实际验证，在确保安全的前提下，综合考虑效率和节能方面的要求，路径2为最优作业路径。

3 结束语

在解决船舶漂移和最优路径两大技术难点的基础上，天津港太平洋国际集装箱码头于2014年初实施针对不同船型的单起升岸桥远程自动化操作实船测试，自动化卸船作业效率达到28自然箱/h，与人工平均作业效率相当，在降低特种作业强度的同时，提高了司机作业的舒适度。

（编辑：张敏 收稿日期：2014-08-28）