激光辅助靠泊系统安装技术的研究

广东省第一建筑工程有限公司 邱伟斌

一、工程应用

本人参与施工管理的广东惠州港荃湾港区煤炭码头一期工程就采用新型激光辅助靠泊系统，作为码头靠泊系统。该工程建设2个7万吨级煤炭卸船泊位及相应配套设施，设计年卸船能力为1500万吨，泊位长度550m。在施工前我司针对工程需要以及设计要求，对整个系统进行深化设计，并从施工、调试等关键环节进行技术研究，制定出激光辅助靠泊系统的施工方案及具体技术应用措施，令系统施工过程得以顺利进行，验收效果达到设计要求。

本技术利用先进的激光传感器测量船舶靠岸的距离、角度等方面，从实际的施工效果来看，由于激光探测仪器体积小且安装灵活、施工便捷、能有效缩短工期、增加使用寿命、有效降低安装及维护费用，能够实现激光辅助靠泊系统技术的测量距离长，测量精度高等特点。与传统靠泊系统技术相比，具有测量精度高、探测距离长、抗干扰性强、保密性好、质量可靠、安装灵活等优点，方便船岸人员对码头作业环境以及船舶信息的了解，大大提高码头作业效率，保障港口作业安全。

二、特点分析

到目前为止，靠泊辅助系统经历了雷达技术、声呐技术、空气声波技术等，但由于这些技术或多或少存在一些不足，因此难以被大规模普及使用。

激光靠泊系统能够实时准确地测出船舶在靠岸过程中的横移速度、距离以及船舶与码头的夹角，这些信息将显示在码头中控室的电脑屏幕上、码头的大屏幕显示板上和手提便携式数字显示器上。

在船舶靠岸后，该系统可与系缆荷载监测系统相结合，对船舶进行漂移监测，还可与海洋水文和气象监测仪器系统相结合，实时显示流速、流向、风速、风向等信息。

三、工艺原理

激光辅助靠泊系统主要由激光探头、控制室电脑、控制主机、环境测量仪、数据处理转换器、大型显示屏、系统软件、无线电发射机、便携式数据接收机等组成。

激光探头用于发射激光并接收碰到目标反射回来的激光束。控制主机负责计算由各个传感器传输过来的各种数据，主机通过软件处理数据，并以此为依据模拟现场实际情况在电脑屏幕上进行图形和数据显示，供调度人员指挥参考。

环境测量仪主要是对风向、风速、气温、气压、降水、能见度等环境因素进行实时监测。环境测量仪具有自动采集功能，测量数据通过传输接口纳入靠泊系统主机，与靠泊数据同屏显示。

数据处理转换器主要将系统各设备的数据：如探头及各种环境传感器集成在一起，经过编码，通过线缆与控制中心相连。同时转换器内置计算机可在处理各种数据的同时将原始数据存储。

无线电发射机通过天线在一定范围内发射图、数据信息、操作指令或警告，船舶上引航员使用手中的便携式数据接收机接收数据，使工作人员更加了解船舶以及港口气象水文信息。

大型显示屏幕推送船舶动态信息，可令码头管理人员更好了解船舶靠岸动态，方便船舶引航员近距离靠近码头时接收信息，从而能更好地引导船舶安全靠岸。

四、施工流程及操作要点

1、施工流程

系统深化设计→施工准备→材料、机具准备→桥架、配管安装→线缆敷设→设备安装→系统调试。

2、操作要点

（1）图纸深化设计

熟悉施工图纸和设计说明，充分了解码头安全监控系统设备以及机柜的安装位置以及功能。确定系统产品品牌及规格，向厂家咨询深化后靠泊系统的可行性与实用性是否能满足设计及规范要求。系统深化包括通过在环境测量仪上增加RS232通信传输接口，环境测量仪测量数据传输至靠泊系统数据接口单元（LMS4），将环境监控系统与靠泊系统相结合；利用码头无线发射基站增加系统信息无线收发功能，通过天线将靠泊系统监控数据在一定范围内发送发射图、数据信息、操作指令或警告至船舶引航员的便携式数据接收机上；通过在PAC控制器上增加RS485接口以及在码头前沿增加现场采集控制模块，实现靠泊系统对围油栏自动布放装置进行动态监控的功能。

（2）设备安装

①激光探头安装

A、每个泊位需安装两个激光传感器，传感器的安装位置应对称安装于泊位首尾两端，传感器之间距离应为50米。

B、本工程共安装4个激光探头，每激光探头需分别放置于4个不锈钢箱内。不锈钢箱安装位置与码头施工单位及设计沟通后决定，并划出具体预埋位置。根据厂家提供的激光探头安装图纸和现场实际情况，确定不锈钢箱尺寸。不锈钢箱需带防水盖并预埋相应的管道、孔洞及激光照射孔洞，以及在箱体底部预留与激光探头底座安装板孔的螺栓孔。

C、每个激光探头配有一个电镀支座可安装于预埋的不锈钢箱内，用M20螺栓将激光探头固定。利用水平仪对激光探头进行校准，调节传感器水平调整螺栓整螺栓，确保激光探头射出激光线保持水平。

②大型显示屏安装

A、大屏幕显示器安装于位于码头前沿的转运站屋面上。

B、在屋面平台大屏幕指定安装位置上，预埋屏幕支架地脚螺栓，按图纸要求预埋地脚螺栓及钢管并引入线缆。

C、大屏幕显示器应在码头平台上，将屏幕与支架组装完毕，再通过吊车将大屏幕直接吊装到转换站屋顶上并紧固螺栓。为便于船上工作人员查看，屏幕面板与船舶靠泊方向呈15度角。

③气象站安装

A、气象站安装于附近的变电所屋面上方，在图纸指定位置上预埋地脚螺栓以及钢管。

B、将气象站立杆固定于图纸指定位置后，按厂家设备图纸对气象站进行组装。气象站传感器安装于立杆顶端，并用螺栓紧固。按厂家图纸要求，安装能见度传感器与接线盒并接好传感器与线盒间线缆。

C、气象站安装完毕后，校对气象传感器，将传感器校准标记调校至其指向北方向。

④天线安装

A、无线天线立杆由三种三种规格的钢管焊接组成，立杆上避雷针应不小于5米。

B、本系统天线采用偶极子同轴全向天线，固定端填为竖直1米长管状，利用厂家提供U型管夹固定于立杆两端，天线与线缆连接处增加热缩套管作保护。

⑤控制设备及机柜安装

A、机柜安装方法

机柜安装完毕后，水平、垂直度应符合厂家规定。如无厂家规定时，垂直度偏差不大于3mm。安装机柜面板，架前留有1.5m空间，机柜背面离墙距离大于0.8m，以便于安装和施工。壁挂式机柜底距地面宜为300mm-800mm。

B、配线设备机柜安装方法

采用下走线方式时，架底位置与电缆上线孔相对应，各直列垂直倾斜误差不应大于3mm，底座水平误差每平方米不大于2mm，接线端子各种标志齐全。交接箱或暗线箱暗设在墙体内，预留墙洞安装，箱底高出地面为500mm-1000mm。

C、各类接线模块安装方法

模块设备完整，安装就位，标志齐全。安装螺丝必须拧紧，面板保持在一个水平面上。

D、控制台安装方法

控制台位置应符合设计要求；控制台应竖直安装，台面水平；附件完整，无损伤，螺丝紧固，台面整洁无滑痕；台内插件和设备应可靠，安装应牢固；内部接线应符合设计要求，无扭曲脱落现象。

（3）系统调试

系统施工完毕，经施工、监理及业主三方联合验收，确保线路敷设正确无误、设备安装质量、安装位置符合设计及规范要求后，可联系厂家技术人员到场进行系统调试。

①首先将操作台机柜内电源接通，再将“数据交换终端”前的电源开启后，查看“PAC 控制器”前面的指示灯是否亮起，亮起状态是否为正常。

②再开启电脑，进入靠泊主界面，点选“工作”进入系统，进入待机主界面。

③参数设置”：进入靠泊主界面“设置”对系统进行警告设置、系统参数、用户管理及船舶管理参数更改。

④然后按主界面上的“开始靠泊”按钮后在出现的对话框中选择“是”进入下一个对话框，再输入或下拉选择相应的船舶名称和航次，然后按“确定”即可进入靠泊状态。

⑤利用物体遮挡码头激光探测器，观测系统界面数据以及大屏幕显示数据是否正确。准备能见度测量仪，风速仪等气象测量器具，观测系统读取的环境监测数据与测量器具所得数据是否一致。

⑥通知业主准备与码头平时靠泊船只吨位、大小相仿的船只进行靠泊调试。利用DGPS板卡获取船只准确定位，并将系统获得数据与之相比较，观测数据是否在误差范围内。

⑦船上便携式移动设备安装系统程序，连接上码头激光靠泊系统的无线信号源后，点击图标，靠泊系统客户端将运行。只要以上设置和操作都无误，并且信号连接稳定的情况下，通讯指示将为绿色，并且显示当前连接的服务器上的（风速风向）数据及码头名称；当靠泊开始后，激光传感器收到距离信号后，距离、速度及角度数据即能显示出来。

五、结束语

国民经济的飞速发展为国内港口码头提供了前所未有的发展机遇。因此，为了进一步提高和改善国内港口码头的运作效益和效率，国内大部分港口码头陆续使用激光靠泊监测系统来提高生产效率。激光辅助靠泊系统比其他靠泊系统提高了监测长度以及探测精度，并增加无线通信功能、围油栏开闭功能以及加入气象信息，令码头以及船上工作人员能够更加及时地掌握更详尽的船舶靠泊信息，大大减少船舶因靠泊失误造成的事故，保护码头设施免受破坏，减少人员伤亡及财务损失，为码头可靠运行提供又一保障。

同时通过对系统进行深化设计，也可将码头环境监测系统与靠泊系统进行合并，无需再为环境监测系统另外设置控制器、监控器等设备，减少线缆以及线管的使用，有利于弱电机房布置的综合协调，有效降低施工成本，为港口码头的作业安全起到了保驾护航的作用。