装船机对舱辅助线

喻骁潇

摘 要：近几年来，国家能源集团黄骅港务公司在提升作业效率，提升作业环境方面做出巨大努力，也收获了许多成效。远程自动堆取料项目让堆场无人化，提升了操作人员的工作环境，而且大大提升了取料作业的效率。近期的远程装船项目则提升了装船机操作人员的工作环境。那远程装船能不能提升作业效率呢，这在大部分人的心中都是一个问号。我通过长期观察装船机的作业流程，发现了自从黄骅港务公司建港开始就存在着的一种辅助时间较长的情况：装船机作业时的臂架必须与船只保持安全距离，当较大船只的空舱作业或者刚排压舱水完毕作业时，尤其是适逢海水涨潮，臂架能降到的最低角度不一定在装船机的作业角度内，也就是说在此船舱装船机处于不能作业的状态。传统方法是挨个往较低的船舱尝试对舱，直到装船机臂架角度在作业范围内或者船方不同意继续换舱为止，每换一个舱需要10到20分钟不等的时间，而且最后还不一定能成功，不成功再移泊至少需要30分钟，严重影响了作业效率。这种时间有着大幅度缩短的可能性，只是之前因为设备限制不能缩短，而且也没有详细的分析这种可能的可行性和准确度。

关键词：码头远程作业;辅助;远程自动堆取料

1 实现原理

伴随着黄骅港务公司装船机远程操作项目的进行，为了确保操作人员对现场的把控，每个装船机操作室均有大量的现场监控摄像头。其中，大臂下悬左侧和大臂下悬右侧这2个监控是固定在装船机的行走架上的，且不能活动。这意味着这2个监控除了在码头面上进行东西平移外没有其他变化。而且这2个监控画面在有船只的情况下都能看见船只侧面。到黄骅港的较大船只舱盖打开方式只有2种水平左右打开和前后竖直打开。

区分舱盖打开方式，在这2个监控画面的合适位置划定刻度线。划刻度线的方法为此装船机在对应的舱盖打开方式船只作业时，臂架下降至正常作业角度的上限，在船舱上沿通过托举水平标志物接近装船机臂架下方直至安全距离，在监控画面上找出标志物的上沿，通过装船机的东西行走，找出标志物在臂架下悬左和臂架下悬右的监控画面上处于合适位置，并在标志物的上沿位置划出虚拟刻度线。

只要装船机行走至需要作业船舱时，操作员只要对比对应的舱盖打开方式的刻度线与实际船舱上沿的位置，即可知道此船舱能否正常作业，免去了尝试对舱的时间。

2 误差分析及解决方法

缜密分析产生误差的原因，并作出減少或者消除误差的方法如下：

2.1 船只宽度及舱盖大小不一

根据GB/T 34000-2016《中国造船质量标准》[1]3.1.2.5.6 h）规定船体主尺度，载重超过4万吨以上的散装货船，船只整体设计型宽为32.26米，船舱设计型宽为14.2米，5.1.9.1规定实际宽型相对于设计型宽误差不超过1/1 000，即整体型宽0.032 6米，船舱型宽0.014 2米。到黄骅港的装煤的船只，除开“天龙星”号这种是原有军舰改装货船外均遵循此标准。配载小于4万吨的散装货船其船舱沿高度较低，不会因为装船机臂架角度原因影响作业。

装船机的俯仰角度s由公式算出：

公式中，s为装船机的俯仰角度，h为船舱上沿相对于装船机臂架下悬监控的相对高度，L1为装船机臂架下悬监控相对于船舷最内侧的水平距离，L2为船舱上沿最内侧相对于船舷最内侧的水平距离。其中，船舷内侧水平位置即码头铁鞋外侧水平位置，L1是固定值。h根据船舱和时间变化而变化，确定作业舱号后，当前时间的h就确定了。L2只和船只和船舱有关，确定作业舱号后，L2就确定了。船舱上沿到摄像头的水平距离误差l’根据舱盖的打开方式，分2种情况：

舱盖水平打开时，等于船只宽度减去2倍船舱宽度后除以2，综合误差极大值l’=0.15米。

舱盖竖直打开时，L2等于船只宽度减去船舱宽度后除以2，综合误差极大值l’=0.1米。

船只宽度误差l’造成的最终装船机臂架角度误差s’值由下公式算出：

在常规作业角度即7度左右时，反推出船舱上沿相对于装船机臂架下悬监控的相对高度h=X，船舱横向宽度按标准计算，将最大综合误差极大值l’代入公式，最终产生的角度误差s’如下：舱盖水平打开时，s’=0.025°;舱盖竖直打开时，s’=0.014°。

由此得出，通常作业时因为船只宽度原因造成的误差体现在俯仰角度上一般不大于0.025°，对于实际作业无意义，此误差可以忽略不计。

2.2 透视畸变

虽然监控摄像头的镜头不是广角镜头，但是在船舱高度较高时，船舱距离到监控镜头较近时，因为画面中心到监控摄像头的距离太近，且画面宽度太大，实际上会产生透视畸变，船舱的直线在监控下看起来会是围绕镜头的几何中心十字产生的圆弧线。而且此圆弧的曲率还不确定，镜头几何中心十字在监控画面的位置也不在中心，不能准确的用直线刻度来衡量。

解决方法为调整刻度线在监控画面上的位置，将合适角度的横跨屏幕的线变成屏幕边缘的点，分别位于臂架下悬左的右边缘和臂架下悬右的左边缘。因为边缘位置离监控摄像头距离已经较远，能尽可能地降低透视畸变的影响。而且L2的综合误差极大值只有不到0.15米，可以视为同角度船只的透视畸变曲率一致，因此，只需对比船舱上沿和监控画面边缘的交点和刻度即可。

2.3 监控摄像头转动

本来需要用到的这2个监控摄像头是固定住的，不用担心移动的问题，但也不能保证长期使用过程中会有所转动，围绕x轴的转动会1：1的影响到刻度线的准确性，围绕y轴和z轴的转动也会很大程度的影响刻度线的准确性。

解决方法是划刻度线之前确保监控摄像头水平方向垂直于行走架的安装面，确保围绕z轴的角度一定。划好刻度线以后在监控摄像头的后方和侧面固定上水平标尺，且这2个水平标尺都在水平位置，确保围绕x轴和围绕y轴的角度一定。长期使用以后，定期检查或发现异样的时候按照监控摄像头水平垂直于安装面，2个水平标尺在水平位置就可以确保此时的监控摄像头角度和划刻度线时一致。以消除监控摄像头转动造成的误差。

3 应用场景

场景1：一艘配载7万吨，有7个船舱的散装货船靠上103泊位，此时需要SL3装船机对2舱进行装船作业，SL3装船机行走至103泊位船只的2舱时，发现船舱沿比刻度高，判断不能作业。随后联系装船指导员，沟通船方后表示3、4舱都可以作业，但是其他舱不行。SL3装船机行走至3舱发现船舱沿比刻度高，判断不能作业。SL3装船机行走至4舱发现船舱沿比刻度低，判断可以作业，随后在舱口指挥工的配合下正常进行作业，节省了2次尝试对舱时间。

场景2：一艘配载5.5万吨，有5个船舱的散装货船靠上102泊位，此时需要SL2装船机对2舱进行装船作业，SL2装船机行走至102泊位船只的2舱时，发现船舱沿比刻度高，判断不能作业。随后联系装船指导员，沟通船方后表示能更换至3、4舱作业，但是其他舱不行。SL2装船机行走至3舱和4舱都发现船舱沿比刻度高，判断不能作业。随后直接行走至101泊位作业，节省了2次尝试对舱时间，1次臂架完整的下降上升时间，并节省了取料机对垛时间。

4 结论

装船机的对舱辅助线看起来就是监控画面上两个小小的刻度，但却能实际地提升黄骅港务公司的装船效率。而且画面背后严谨的分析、计算、设计和维护让这小小的刻度很可靠，很准确。

国家能源集团黄骅港务公司正是因为积累了无数这样的小小的改进，才造就了整个港口翻天覆地的变化，实现了生产和环保全面领先，成为了国内散货下水港的领头羊。

参考文献：

[1]GB/T 34000-2016，中国造船质量标准[S].