裝船機對艙輔助線

喻驍瀟

摘 要：近幾年來，國家能源集團黃驊港務公司在提升作業效率，提升作業環境方面做出巨大努力，也收獲了許多成效。遠程自動堆取料項目讓堆場無人化，提升了操作人員的工作環境，而且大大提升了取料作業的效率。近期的遠程裝船項目則提升了裝船機操作人員的工作環境。那遠程裝船能不能提升作業效率呢，這在大部分人的心中都是一個問號。我通過長期觀察裝船機的作業流程，發現了自從黃驊港務公司建港開始就存在著的一種輔助時間較長的情況：裝船機作業時的臂架必須與船只保持安全距離，當較大船只的空艙作業或者剛排壓艙水完畢作業時，尤其是適逢海水漲潮，臂架能降到的最低角度不一定在裝船機的作業角度內，也就是說在此船艙裝船機處于不能作業的狀態。傳統方法是挨個往較低的船艙嘗試對艙，直到裝船機臂架角度在作業范圍內或者船方不同意繼續換艙為止，每換一個艙需要10到20分鐘不等的時間，而且最后還不一定能成功，不成功再移泊至少需要30分鐘，嚴重影響了作業效率。這種時間有著大幅度縮短的可能性，只是之前因為設備限制不能縮短，而且也沒有詳細的分析這種可能的可行性和準確度。

關鍵詞：碼頭遠程作業;輔助;遠程自動堆取料

1 實現原理

伴隨著黃驊港務公司裝船機遠程操作項目的進行，為了確保操作人員對現場的把控，每個裝船機操作室均有大量的現場監控攝像頭。其中，大臂下懸左側和大臂下懸右側這2個監控是固定在裝船機的行走架上的，且不能活動。這意味著這2個監控除了在碼頭面上進行東西平移外沒有其他變化。而且這2個監控畫面在有船只的情況下都能看見船只側面。到黃驊港的較大船只艙蓋打開方式只有2種水平左右打開和前后豎直打開。

區分艙蓋打開方式，在這2個監控畫面的合適位置劃定刻度線。劃刻度線的方法為此裝船機在對應的艙蓋打開方式船只作業時，臂架下降至正常作業角度的上限，在船艙上沿通過托舉水平標志物接近裝船機臂架下方直至安全距離，在監控畫面上找出標志物的上沿，通過裝船機的東西行走，找出標志物在臂架下懸左和臂架下懸右的監控畫面上處于合適位置，并在標志物的上沿位置劃出虛擬刻度線。

只要裝船機行走至需要作業船艙時，操作員只要對比對應的艙蓋打開方式的刻度線與實際船艙上沿的位置，即可知道此船艙能否正常作業，免去了嘗試對艙的時間。

2 誤差分析及解決方法

縝密分析產生誤差的原因，并作出減少或者消除誤差的方法如下：

2.1 船只寬度及艙蓋大小不一

根據GB/T 34000-2016《中國造船質量標準》[1]3.1.2.5.6 h）規定船體主尺度，載重超過4萬噸以上的散裝貨船，船只整體設計型寬為32.26米，船艙設計型寬為14.2米，5.1.9.1規定實際寬型相對于設計型寬誤差不超過1/1 000，即整體型寬0.032 6米，船艙型寬0.014 2米。到黃驊港的裝煤的船只，除開“天龍星”號這種是原有軍艦改裝貨船外均遵循此標準。配載小于4萬噸的散裝貨船其船艙沿高度較低，不會因為裝船機臂架角度原因影響作業。

裝船機的俯仰角度s由公式算出：

公式中，s為裝船機的俯仰角度，h為船艙上沿相對于裝船機臂架下懸監控的相對高度，L1為裝船機臂架下懸監控相對于船舷最內側的水平距離，L2為船艙上沿最內側相對于船舷最內側的水平距離。其中，船舷內側水平位置即碼頭鐵鞋外側水平位置，L1是固定值。h根據船艙和時間變化而變化，確定作業艙號后，當前時間的h就確定了。L2只和船只和船艙有關，確定作業艙號后，L2就確定了。船艙上沿到攝像頭的水平距離誤差l’根據艙蓋的打開方式，分2種情況：

艙蓋水平打開時，等于船只寬度減去2倍船艙寬度后除以2，綜合誤差極大值l’=0.15米。

艙蓋豎直打開時，L2等于船只寬度減去船艙寬度后除以2，綜合誤差極大值l’=0.1米。

船只寬度誤差l’造成的最終裝船機臂架角度誤差s’值由下公式算出：

在常規作業角度即7度左右時，反推出船艙上沿相對于裝船機臂架下懸監控的相對高度h=X，船艙橫向寬度按標準計算，將最大綜合誤差極大值l’代入公式，最終產生的角度誤差s’如下：艙蓋水平打開時，s’=0.025°;艙蓋豎直打開時，s’=0.014°。

由此得出，通常作業時因為船只寬度原因造成的誤差體現在俯仰角度上一般不大于0.025°，對于實際作業無意義，此誤差可以忽略不計。

2.2 透視畸變

雖然監控攝像頭的鏡頭不是廣角鏡頭，但是在船艙高度較高時，船艙距離到監控鏡頭較近時，因為畫面中心到監控攝像頭的距離太近，且畫面寬度太大，實際上會產生透視畸變，船艙的直線在監控下看起來會是圍繞鏡頭的幾何中心十字產生的圓弧線。而且此圓弧的曲率還不確定，鏡頭幾何中心十字在監控畫面的位置也不在中心，不能準確的用直線刻度來衡量。

解決方法為調整刻度線在監控畫面上的位置，將合適角度的橫跨屏幕的線變成屏幕邊緣的點，分別位于臂架下懸左的右邊緣和臂架下懸右的左邊緣。因為邊緣位置離監控攝像頭距離已經較遠，能盡可能地降低透視畸變的影響。而且L2的綜合誤差極大值只有不到0.15米，可以視為同角度船只的透視畸變曲率一致，因此，只需對比船艙上沿和監控畫面邊緣的交點和刻度即可。

2.3 監控攝像頭轉動

本來需要用到的這2個監控攝像頭是固定住的，不用擔心移動的問題，但也不能保證長期使用過程中會有所轉動，圍繞x軸的轉動會1：1的影響到刻度線的準確性，圍繞y軸和z軸的轉動也會很大程度的影響刻度線的準確性。

解決方法是劃刻度線之前確保監控攝像頭水平方向垂直于行走架的安裝面，確保圍繞z軸的角度一定。劃好刻度線以后在監控攝像頭的后方和側面固定上水平標尺，且這2個水平標尺都在水平位置，確保圍繞x軸和圍繞y軸的角度一定。長期使用以后，定期檢查或發現異樣的時候按照監控攝像頭水平垂直于安裝面，2個水平標尺在水平位置就可以確保此時的監控攝像頭角度和劃刻度線時一致。以消除監控攝像頭轉動造成的誤差。

3 應用場景

場景1：一艘配載7萬噸，有7個船艙的散裝貨船靠上103泊位，此時需要SL3裝船機對2艙進行裝船作業，SL3裝船機行走至103泊位船只的2艙時，發現船艙沿比刻度高，判斷不能作業。隨后聯系裝船指導員，溝通船方后表示3、4艙都可以作業，但是其他艙不行。SL3裝船機行走至3艙發現船艙沿比刻度高，判斷不能作業。SL3裝船機行走至4艙發現船艙沿比刻度低，判斷可以作業，隨后在艙口指揮工的配合下正常進行作業，節省了2次嘗試對艙時間。

場景2：一艘配載5.5萬噸，有5個船艙的散裝貨船靠上102泊位，此時需要SL2裝船機對2艙進行裝船作業，SL2裝船機行走至102泊位船只的2艙時，發現船艙沿比刻度高，判斷不能作業。隨后聯系裝船指導員，溝通船方后表示能更換至3、4艙作業，但是其他艙不行。SL2裝船機行走至3艙和4艙都發現船艙沿比刻度高，判斷不能作業。隨后直接行走至101泊位作業，節省了2次嘗試對艙時間，1次臂架完整的下降上升時間，并節省了取料機對垛時間。

4 結論

裝船機的對艙輔助線看起來就是監控畫面上兩個小小的刻度，但卻能實際地提升黃驊港務公司的裝船效率。而且畫面背后嚴謹的分析、計算、設計和維護讓這小小的刻度很可靠，很準確。

國家能源集團黃驊港務公司正是因為積累了無數這樣的小小的改進，才造就了整個港口翻天覆地的變化，實現了生產和環保全面領先，成為了國內散貨下水港的領頭羊。

參考文獻：

[1]GB/T 34000-2016，中國造船質量標準[S].