散貨碼頭便攜式船舶艙口監控系統

王均偉 馬德發

山東港口日照港嵐山公司

1 引言

門座起重機(以下簡稱門機)在港口生產作業中發揮著重要作用。門機在裝卸過程中需要與其他機械、人員配合作業,尤其是清艙作業時,由于船舶艙形結構不一,作業面多且分散,需要大量的人力輔助,才能保證作業的安全、高效。門機在作業時,因駕駛室距艙內料堆平面較遠,與門機抓斗、吊具的作業區域(船艙)有一定的跨度,駕駛員視線容易被船體和艙口遮擋,不能看清船艙內的細節情況[1],特別是清艙時,艙內人、車同時作業,艙底是門機駕駛員的視線盲區,存在重大安全隱患。為解決視線盲區問題,常規采取門機駕駛員與艙口指揮人員配合的方式,這種方式如果人員脫崗或思想不集中,容易導致安全隱患,造成門機抓斗碰撞艙內設備、艙內機械誤抓起的事故[2]。

為解決以上問題,設計便攜式船舶艙口監控系統,在作業時安裝在船舶艙口,使門機司機可以全方位查看艙內貨物、機械情況,減少司機視線盲區,實現門機自主作業,減少參與作業的輔助人員,進而降低作業風險。

2 系統可行性分析

2.1 主要工作環境

散貨碼頭裝卸作業是臨海室外環境,對防水、防塵、防鹽霧等有較高要求,室外環境防護等級應為IP65及以上;駕駛室內設備因為礦石粉塵、振動等環境影響,電子設備易損壞,應具備IP65及以上防護等級使其可在各種天氣情況下使用,支持室外光線變化,如白夜、明暗光線變化,可適用于多種光線照射角度與多種光源,支持多貨種散貨船舶艙內監控。

2.2 主要技術難點

在船上安裝監控系統,需滿足供電、網絡通訊等要求,另外設備要便于攜帶,移動性好,具備防塵、防水功能。在所有的要求中,保障網絡通訊是重中之重。

(1)網絡通訊方案。因門機自身結構分支撐和回轉上下兩部分,如果采用一對無線網橋,當上部回轉時,網絡通訊將中斷,無法滿足實時網絡通訊要求。如果采用5G技術,當回轉時同樣會受到大型設備的遮擋干擾。結合門機作業特點以及門機本身構造,提出一種有效的網絡通訊解決方案:利用點對點雙無線網橋與有線網絡結合的4段式連接。第一對網橋發射端位于船上設備,接收端在門機下端固定部分,接收端網橋通過有線網絡連接第二對網橋的發射端[3]。第二對網橋通過門機滑環箱,采用垂直對射的方式,接收端在滑環箱頂部,使其很好地跨越門機回轉部分,再用有線連接將第二對網橋接收端接入司機室,滿足門機回轉時網絡不中斷,保證船上設備與門機的通訊。

(2)便攜性設計,采用不銹鋼箱體,盡量減輕設備重量;設計把手,使之便于攜帶。總重控制在20 kg以內。

(3)供電部分配套專用的船用轉接頭,可以從船舶每個艙的配電口接電,同時配備磷酸鐵鋰蓄電池,轉接頭不適用時采用蓄電池供電。

(4)防水、防塵,設備防護需滿足IP66防護等級,線纜接頭用防水航空插頭。

3 系統組成

便攜式船舶艙口監控系統由艙口便攜攝像系統、無線傳輸系統、供電裝置組成。每臺門機建設1套,一對一使用,不能混用。該系統通過無線通訊方式傳輸信號至門機司機室,船艙內監控畫面接入司機室內硬盤錄像機進行存儲,并在司機室液晶監視器上顯示,司機通過監控屏幕可實時查看船艙內的貨物情況。主要架構見圖1。

圖1 系統架構

船上部分采用大廣角高清云臺攝像機、可變焦帶紅外夜視功能。利用不銹鋼箱體,集成無線網橋、攝像機等,便于攜帶。整體質量約12.8 kg,額定功率<10 W,采用磁吸的安裝方式,IP66防護等級。

網橋傳輸應具備穩定性、可靠性、防爆性、抗干擾性等特點;應支持在小范圍遮擋情況的無線通訊;無線工作頻段支持2.4 GHz或5.8 GHz室外傳輸,傳輸距離≥500 m。組網靈活,應支持點對點和一點對多點傳輸方式,支持802.11a/n/ac無線標準,信道寬度應支持20/40/80 MHz。自帶0/100/1000 Mb/s自適應RJ45接口。網橋設備延時小于200 ms,空口傳輸速率應≥100 Mb/s。支持通過撥碼和Web方式進行中心端(主)和監控端(從)配對、切換。應支持頻譜分析功能,能根據通信狀況進行實時頻譜掃描并切換至空閑信道。支持POE供電和DC12 V供電,應具有防護等級IP65以上。

視頻監控圖像如需回傳后端,可采用網橋或5G方式。采用4G傳輸會出現明顯的卡頓現象,不建議使用[4]。可定做專業支架,監控球型攝像機深入艙沿下方,進一步減少艙內成像盲區。攝像機需要開啟強光抑制,減少強光對成像的影響。

4 結語

便攜式船舶艙口監控系統用于散貨船舶艙口指揮作業,針對不同船舶船艙的需求,提供便攜式、可移動、可持續擴展、高適配度、信息實時傳輸的監控系統,能夠滿足船舶卸船全過程可視化管控。

在船舶每個艙口安裝攝像機,與門機象鼻梁下方的攝像機形成雙視角。調整網橋方向,對準岸邊大機上的網橋接收器,依托無線網橋把船艙的監控圖像實時呈現給門機駕駛員。艙內貨物高度、剩余量、機械位置等可準確呈現在司機室監控屏幕上,司機可以更加全面地掌握船艙內的情況,安全、準確地抓取貨物,減少人員使用,降低人機交叉作業風險,提高現場的安全管控水平。