攝像頭監控系統在自動化軌道式起重機上的應用

曹 樂 葉建勇

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海200125）

0 引言

在現代化物流運輸中，碼頭里的集裝箱裝卸是依靠集裝箱起重機來完成的。作為起重機的功能部件，吊具占據著重要的地位，起重機通過吊具實現對集裝箱的裝卸，而自動化軌道式起重機的吊具更是在無人值守的工況下進行作業，作業中的安全和精準直接影響到碼頭作業的效率。

1 吊具在最終著箱時的安全和精準問題

在自動化起重機上吊具著箱已經告別了傳統的需要司機用眼睛觀察后再將吊具放到集裝箱上的模式，通過吊具上的傳感器等設備的幫助，系統可以更精準地將吊具放置到集裝箱上，避免了人為砸箱時對集裝箱和吊具產生的沖擊以及一些不安全因素。雖然現在有很多設備在吊具或起重機的相關部位安裝激光掃描器來實現定位功能，但是其昂貴的費用和對安全工作環境判斷的缺失限制了其發展，而利用攝像頭監控加入目標識別定位功能就具有很高的性價比，應更好地得到推廣和應用。

2 攝像頭監控系統的目標識別定位功能分析

本文以新加坡自動化軌道吊攝像頭監控加入目標識別定位功能在吊具最終著箱上的應用為例進行分析，來說明這套系統在實現安全精準著箱功能同時還有很高的性價比，能極大地提高作業效率。

（1）TRL即 Target Recognition Location，目標識別定位。TRL系統工作原理如圖1所示。

圖1 系統工作原理

系統組成：4個CCD攝像頭，帶調節支持（適配器）；4個金屬攝像頭罩殼支架，本文采用Axis品牌；1個上架攝像頭編碼器；兩個以太網關配光纜接口；兩個單模光纜；4個攝像頭接線分線盒；兩個帶 RJ45接頭的CAT6（CAT5E）網線；DC12 V（max.0.5 A）電源模塊（視現場情況選擇）；1套攝像系統應用軟件。

技術參數：水平分辨率為480 TV－Lines（752×582 Pixel），核心元件為1／3″Shar p CCD－Chip，最小照度為 0.25 Lux／F 1.4，連接電纜為3 m BNC－socket ＆12 V DC－socket，防護等級為IP67。

軟件系統：將TRL應用軟件（圖2）安裝在主機上，設置好網絡通訊連接后即可使用。

圖2 TRL應用軟件

（2）在安裝好軟硬件后還要進行調試。首先，保證各個元件通電處于正常狀態，然后檢查通訊，這里有兩種方式：一種是檢查攝像頭本身傳回來的模擬量視頻信號，應以能否看清楚畫面為準；另一種是檢查軟件與視頻編碼器網絡協議的數字量通訊信號。視頻編碼器通過以太網發送視頻流到TRL處理系統（即攝像系統應用軟件），這個處理過程并不需要PLC，因為TRL應用軟件能夠手動觸發并識別物體（集裝箱的鎖孔和地面標記），并在快照后將相關值記錄下來。數據是由TRL應用軟件通過攝像頭照片的像素分辨率處理得來的，相對吊具中心的補償值（X、Y、旋轉）由PLC內部程序計算。

（3）在實際作業中會出現兩種情況：一是吊具與集裝箱鎖孔對齊過程中沒有誤差或誤差很小，在允許范圍內。自動堆箱過程中吊具下降到目標位置對目標集裝箱鎖孔進行快照，若鎖孔不可見則認為吊具下的集裝箱與下層集裝箱位置上只有很小的誤差，幾乎在一條線上。圖像的評估區域是可調節的，并用灰色方框標記，用于縮短處理時間（通常1～2 s），TRL應用程序會確認方框內的兩個最佳值并用灰色標記。另一個是吊具位置與集裝箱位置有偏差，吊具下集裝箱不在直線狀態（或是X、Y、旋轉），至少兩個鎖孔是可見的并且被系統捕獲到，通過系統計算出偏移量，再由PLC程序控制吊具進行修正。所以，在初始狀態時就需要進行校正偏差量的工作。工程師需要待在地面測量真實值（圖3），真實偏差值可以通過箱腳和鎖孔在X、Y方向的偏差得到。測量吊具最大旋轉和平移量后記錄在軟件的數據塊中，之后只要吊具與集裝箱位置有偏差，系統就會自動計算出補償量，再將這個補償量發送給PLC，主系統就會控制吊具移動到集裝箱正上方，保證了各種情況下吊具都能很精準地落在集裝箱上。

圖3 測量箱腳側偏差值

3 分析結論

由于目標定位系統是集成在攝像頭監控中的，通常工作人員都是在控制室遠程監控吊具的作業情況，實時判斷作業區的安全情況，可以隨時進行人工干預，增強了安全性。正是出于安全性的考慮，用戶通常都會在起重機吊具上安裝監控攝像頭，尤其是自動化起重機更是如此。那么在已有的硬件上幾乎不用增加元器件就能實現目標定位功能，又不會增加太多的成本支出，這就使得整個監控系統性價比突出。而它從掃描到發出數據執行小于3 s，且在吊具下降時就可以進行快照同時處理數據，當吊具到達集裝箱上面時，系統已經判斷出吊具是否需要糾偏，大大提高了吊具反應速度，極大地提高了碼頭作業效率

4 TRL系統的優點

（1）TRL系統與監控系統做成一體，共享軟硬件資源，能減少資金投入。（2）若原來吊具上安裝有監控系統，將更方便施工調試、接線。（3）性價比高，在滿足監控功能的基礎上又可獲得自動著箱功能。（4）軟件系統可在設備原有工控機或視頻處理機上安裝調試，減少了通訊故障。（5）防護等級高，防腐性能優越。（6）模塊化設計，便于維護修理。

［1］張德豐.MATLAB數字圖像處理［M］.北京：機械工業出版社，2009.

［2］Ram吊具原理圖［Z］.