上海振华港机重工有限公司 201913
摘要：随着经济全球化的发展，海上运输成为许多国家经济的主要来源之一。在这种环境之下，自动化码头在节约人力物力的条件之下，成为世界各大港口必不可少的基础设施。随着自动化码头近几十年来的飞速发展，各项技术应运而生并且效率逐步提高。本文将结合目前自动化码头的现状进行全面的技术分析。
关键词：自动化；技术；码头
一、引言：
早在30多年前，便已经产生出了自动化码头的概念。其出现不仅能够缓解劳动力，更能缓解当今世界越来越多的物流压力，并且可以保护自然环境，提高工作效率。在未来，海上运输的需求将会不断上升，因此，研究人员需要熟知目前自动化码头的技术，并在此基础上不断进行升级、改造以应对未来的不断庞大的发展需求。
二、岸桥装卸技术
岸桥装卸技术是自动化码头的一项重要技术，目前已经逐渐成为主流。按其发展历史，可以分为单车结构的水平运输、双小车加双轨道以及目前的双小车并配备自动导向系统。在工作过程中，始终保证小车运行的精确，安全。
（一）合理的控制技术以及安全性
在众多的自动化码头技术中，自动导向小车技术由于其稳定性，安全性以及运营成本的优势成为了自动化码头的关键技术之一[1]。其主要采用的是双小车岸桥，具体的构造为主小车A（即海一侧起重车），门架小车B（陆一侧起重车）和中转平台C。其工作原理如图所示，各个小车通过传递的方式，将货物从陆地送到船上，反之亦然。B小车将货物从地面升起，放入中转平台中，再由A小车从中转平台中直接放入船舱中。A、B两辆小车的工作距离由之前L转变为更短的L2和L1。如图（1）所示。这样不仅节约了时间，而且还能保证一台小车在工作时，另一台小车也在运输，提高了效率。然而，L1和L2的距离不同，会造成A、B小车的运输时间不同，造成时间差，导致货物有可能在运输过程中造成撞击，影响安全。因此，面对这种情况，设计师通过软件和硬件两种方法来避免这样的碰撞发生。通过电脑软件，能够准确的分析和计算出两辆小车的运行速度以及距离，如果一旦发现距离相近的情况，系统就会控制其中一台小车的速度，甚至停止运输以保证安全。另一方面，在整个岸桥装卸系统中，工作人员安装了多个限位器来检测小车的实时位置，一旦超过安全距离，就会触发限位器来防止碰撞。其次，指示灯在系统安全中必不可少，在指示灯的作用下，A小车的操控人员能够清楚地了解到A、B两车的位置，类似于红绿交通灯，绿灯安全；黄灯减速；红灯停止。其次，当出现红灯或者黄灯不断闪烁时，说明出现突发情况，需要技术人员及时分析解决。并且摄像头的作用在其中也起着举足轻重的作用，如果出现任何紧急情况，工作人员能立马观察到并做出反应，避免了人员或者货物的损失。
图（1）岸桥装卸技术中双小车的工作原理
（二）防摇技术
在小车工作过程中，需要将货物提升一定高度，并且进行加速、减速、停止的运动。一般来说，货物会在空中摇摆。然而对于重量大，密集度高的码头来说，一旦出现摇摆，不仅对货物会造成严重的破坏，还有可能会对工作人员，机器设施造成不可估量的损坏。因此，如何避免货物在空中摇摆的技术就十分重要。电子防摇的出现，完美的解决了这一难题。其工作原理是通过软件和硬件的结合。小车上的红外摄像头、3D扫描设备以及吊具上的三角型结构光构成了主要的硬件系统，再通过电脑对于摄像头中结构光的分析，确定X、Y、Z分别所对应的坐标来确定此时货物的位置。并且通过3D扫描对陆地上的货物进行扫描，确定其位置之后，发送给计算机。如果此时吊具的位置有偏移，便直接进行调整。通过这一系列的采样、分析和计算，对即将升起的货物的摇摆进行准确预测，并对小车的速度进行控制，从而达到防摇的目的。
（三）精确地定位技术
为更加精确地确认小车的位置，RFID装置的使用必不可少。在实际运用中，RFID装置通常会被按照一定的距离在码头的地面上进行放置。一旦放置完毕，面对不同程度的作业时，码头的测量仪能够和RFID装置形成互动，码头中前后两个RFID相互协作，通过感应和数据分析来确定小车的位置。如图（2）所示，在小车上，工作人员会安装对应的编码器以测量小车的运动速度，转向角度以及车辆角速。系统会将信息进行综合，发送至扩展卡尔曼滤波器中，综合分析出小车目前的位置、速度，并进行预判。另一方面，在扩展卡尔曼滤波中，系统会自动进行识别，将AGV动作模块进行实时更新，以便于小车之后的定位以及实时演算的精准。
图（2）定位技术的过程
（四）先进的优化技术
系统优化技术能够帮助系统尽可能的提高效率，并且减少折旧成本。如图（2）所示，在岸桥装卸系统中，优化系统分为两个步骤，即自动生成多种优化方案（离线阶段）和根据情况系统自主选择最合适的方案（在现阶段）。离线阶段中，根据环境，周围信息生成诱导网络模型。再通过诱导网络模型和路径表生成器将小车的工作轨迹分成无数个分析和控制的路径。基于这些路径，系统会自动模拟出到船舱路径的所有情况，并在路径表进行保存，以提供在现阶段分析和使用。在现阶段中，在线交通控制器会接受到离线阶段中的所有路径表，做出一系列分析，包括：路径的长度、小车运行的时间、两辆小车是否同步、运输路线是否畅通等，得出一条最有途径，发送给任务管理模块。此时，任务管理模块接收到最优路径之后，就能模拟出小车运行速度、位置、上升高度，从而进行上述防摇摆、运输等一系列的工作任务。
图（2）优化过程的离线阶段和在现阶段
（五）完善地控制系统
主小车和门架小车是整个系统中的最要工作设备，对于其的控制是要精确而且可控的。因此，出现了车队管理系统，控制系统和导航系统[2]。管理人员在系统中编辑小车的工作位置，再由车队管理系统接受并处理位置信息，并通过优化技术生成小车工作的最佳方案。配合定位技术给予的各种数据，如小车的运动速度，转向角度以及车辆角速。再发送给导航系统统一处理。处理完毕之后，这些信息会被转入到小车的控制系统当中。在小车运行的过程中，一旦出现任何突发情况，比如安全距离过近，摇摆幅度大等，控制系统就会向小车发出指令，控制其进行刹车或者转向等操作。控制系统实则是所有系统共同作用的结果，上述系统缺一不可。正是因为有了众多系统的参与，控制系统才能稳定的发挥其作用。
三、结束语
作为现代重要的运输手段之一，海上运输以其安全，运输量大等优势，其发展必将会越来越快速，需求也会不断扩大。自动化码头的作用不可代替。因此，作为比较成熟的岸桥装卸技术，能够成为未来的自动化码头的大趋势。但是，随着未来科技的发展，码头自动化的发展需要不断研究，不断创新，在现有的基础上，更好的解决目前所存在的摇摆、导航，优化等问题，进一步向智能化，自动化发展。
参考文献：
[1]何钢，张耀周，李锋. 集装箱自动化码头关键技术[J]. 港口科技，2017（2）：6-13.
[2]刘汪洋. 集装箱自动化码头关键技术[J]. 环球市场，2017（25）.
论文作者:朱处处1,刘兵2
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/14
标签：小车论文; 码头论文; 技术论文; 系统论文; 货物论文; 位置论文; 路径论文; 《防护工程》2018年第36期论文;