集裝箱碼頭遠程控制智能堆場系統設計及實施

朱益鋒

在“一帶一路”倡議的引領下，產業與區域協同發展日新月異，取得顯著成果，在推動我國沿海港口吞吐量增長的同時，也對港口集疏運能力提出更高要求。為了提高碼頭作業效率，減少人力成本支出，順應新時代港口發展需求，廈門港、青島港和上海港等港口相繼建設并運營自動化集裝箱碼頭。在自動化集裝箱碼頭建設浪潮的影響下，傳統集裝箱碼頭也開始探索改造升級之路，包括實施設備遠程控制改造、建設智能堆場、研發和應用無人集卡等。本文以天津港太平洋國際集裝箱碼頭有限公司（以下簡稱“太平洋國際碼頭”）堆場改造項目為例，介紹集裝箱碼頭遠程控制智能堆場系統，以期探索基于智能化和遠程控制的集裝箱碼頭堆場作業新模式。

1 集裝箱碼頭遠程控制智能堆場系統設計

1.1 設計目標

（1）系統功能層面：實現堆場貝位倒箱、移箱全自動作業模式與集卡配合作業時人工抓箱、放箱半自動作業模式相結合;基于堆場集卡列表，實現作業指令的智能派發，從而提升輪胎吊與集卡協同作業能力以及堆場整體作業效率。

（2）效率和效益層面：實現單人遠程操控4～6臺輪胎吊，使單臺輪胎吊的作業效率達到25自然箱/h。

（3）人機安全層面：采用視頻識別、激光掃描等智能感知技術，確保堆場作業安全。

1.2 系統架構

太平洋國際碼頭遠程控制智能堆場系統主要由堆場作業智能管控系統、設備綜合控制中心系統、設備智能控制系統、遠程控制系統等構成（見圖1），并通過數據接口接入天津港集裝箱碼頭一體化操作系統。

1.3 系統功能

1.3.1 堆場作業智能管控系統

堆場作業智能管控系統由智能堆場閘口管理子系統、智能閘口集卡隊列管理子系統和作業指令智能控制子系統組成，其主要功能是實現輪胎吊作業指令的智能控制。該系統針對太平洋國際碼頭堆場單車道作業模式而設計，并與碼頭操作系統對接。

智能堆場閘口管理子系統由無線射頻識別讀卡器、地感線圈和電子擋桿等模塊組成，其主要功能是識別車輛和人員以及控制擋桿起落。

智能閘口集卡隊列管理子系統的主要功能是控制外集卡進場數量，避免因堆場擁堵而影響作業效率。

作業指令智能控制子系統是堆場作業智能管控系統的核心模塊，其主要功能包括：與碼頭操作系統對接，獲取堆場輪胎吊和集卡作業指令;按照作業效率最高原則，基于集卡進場順序、當前輪胎吊位置和作業指令優先級，智能派發輪胎吊作業指令;為智能閘口集卡隊列管理子系統提供當前各堆場的內集卡和外集卡信息，實現智能閘口集卡隊列管理子系統對集卡的智能管控。

1.3.2 設備綜合控制中心系統

設備綜合控制中心系統是堆場輪胎吊的綜合控制樞紐，其主要功能包括：接收指令與設備控制接口服務系統推送的指令，從中解析輪胎吊設備編號、作業類型和作業起止位置等信息，并將作業指令推送給指定輪胎吊的智能控制系統;根據現場輪胎吊的作業類型和作業執行狀態，為特定輪胎吊分配空閑的遠程控制臺;借助設備狀態實時監控系統，將設備狀態上傳至堆場作業智能管控系統，并智能控制輪胎吊大車移動，從而為堆場作業輪胎吊提供軟件層面的大車防撞保護。

1.3.3 指令與設備控制接口服務系統

指令與設備控制接口服務系統的主要功能是：實現堆場作業智能管控系統與設備綜合控制中心系統之間的數據交互，并將交互數據存儲在Oracle 12C服務數據庫中，實現控制信息的緩存及歷史數據的存儲和查詢。指令與設備控制數據交互功能見表1，其中：包含自動派發和手動請求在內的雙重指令派發模式是對傳統集裝箱碼頭堆場實施自動化改造的有益探索，其既能滿足正常工況下指令優化和智能派發的要求，又能降低異常工況下人工處理的難度，在確保堆場作業效率的同時簡化人工操作。

1.3.4 設備智能控制系統

設備智能控制系統的主要功能是：將設備綜合控制中心系統下達的作業任務分解為大車移動、小車移動、開鎖、閉鎖等指令，并在安全防護子系統和自動定位子系統的輔助下安全、高效、精準地完成各項指令。

安全防護子系統在原有的集卡防吊起和輪胎吊大車防撞等技術的基礎上，借助視頻監控、雷達探測、激光掃描等智能感知技術，實現對人員和設備的安全防護。

自動定位子系統的主要功能包括：智能感知并自動確定輪胎吊大車、小車和吊具位置;實現輪胎吊大車運行自主糾偏;自動識別、定位并引導集卡。

1.3.5 遠程控制系統

遠程控制系統作為人機交互的核心系統，通過指示燈和遠程控制界面實時顯示作業現場設備狀態和指令執行狀態，并通過遙控手柄、機械按鈕和GP觸摸屏等輸入設備實現對輪胎吊的控制以及與堆場作業智能管控系統的交互等功能。當遠程控制臺對特定輪胎吊切入控制時，視頻和語音控制系統智能切入相應輪胎吊的視頻畫面和語音，從而使遠程操控人員能夠實時了解作業現場情況，并與集卡司機及時溝通。

1.3.6 設備狀態實時監控系統

設備狀態實時監控系統的主要功能是：實時監控全場輪胎吊的狀態、位置等，并將相關信息上傳至設備綜合控制中心系統，從而實現對全場輪胎吊的實時調度和防撞功能，并輔助堆場作業智能管控系統實現智能決策。

1.3.7 異常工況應急處置機制

為了提升系統處置異常工況的靈活性，增強系統容錯能力，針對堆場作業過程中可能出現的異常情況建立應急處置機制，例如：在系統未檢測到進出閘口集卡信息的情況下，允許遠程操控人員手工輸入集卡信息;在系統發布的作業指令與實際作業任務不符的情況下，允許遠程操控人員自主選擇作業指令。此外，為了避免因服務器發生故障而導致作業全面癱瘓，對作業指令智能控制子系統、設備綜合控制中心系統等涉及全局性作業的模塊采取主服務器和備用服務器雙活配置，使備用服務器在主服務器發生故障后能夠及時接管報務，從而確保堆場作業的持續性和安全性。

2 集裝箱碼頭遠程控制智能堆場系統實施

太平洋國際碼頭遠程控制智能堆場系統一期工程需要改造2個冷藏箱堆場和4臺輪胎吊，涉及現場土建施工、設備硬件改造、軟件系統開發等，工期緊且任務重。為了確保項目順利實施并兼顧堆場日常作業，項目組加強時間控制、質量控制、成本控制以及合同管理、安全管理、協調管理，力爭在工期內保質、保量地完成各項任務指標。在系統實施過程（見圖2）中，針對軟件系統開發進度不一致、無線射頻識別讀卡器測試不達標等問題，項目組迅速協調各方資源，加強軟件系統開發人員之間的溝通和配合，確保各系統協調開發、高效集成，并及時更換

無線射頻識別讀卡器。目前太平洋國際碼頭遠程控制智能堆場系統項目實施工作已進入尾聲，后期項目組將根據現場作業情況，從效率、安全、節能、環保等方面對系統實施優化升級，推動碼頭堆場作業向智能化、綠色化方向發展。

3 結束語

集裝箱碼頭遠程控制智能堆場系統能夠對堆場作業資源實施全程監控和全局調度，優化資源配置，并實現人機分離和一對多作業，從而使人力成本大幅降低，設備利用率顯著提高。太平洋國際碼頭遠程控制智能堆場系統的設計和實施是對傳統集裝箱碼頭應用“智能化+遠程控制”堆場作業新模式的有益探索，有利于推動智慧港口建設和發展。

（編輯：張敏 收稿日期：2019-03-05）