装船机国内外研究情况

装船机国内外研究情况（共3篇）

篇1：装船机国内外研究情况

唐山港曹妃甸港区煤码头续建工程

装船电控室施工总结

中交股份国投曹妃甸煤码头续建工程项目经理部

2012年9月19日唐山港曹妃甸港区煤码头续建工程装船电控室

竣 工 总 结

一、工程概况

1、总体概况

曹妃甸港区位于河北省东北部，唐山市滦南县所辖境内。西距天津港38海里，东北距京唐港33海里，秦皇岛港92海里。其地理坐标为：北纬38º55′N，东经118º30′E。

唐山港曹妃甸港区煤码头续建工程由国投曹妃甸港口有限公司筹建，中交第一航务工程勘察设计院有限公司进行地质勘察和设计，中交水规院京华工程监理有限公司监理，中国交通建设股份有限公司承建。

2、结构工程概况

装船电控室建筑面积107㎡，结构形式为框架结构，层数为一层，檐高5.1米；基础为独立基础，建筑工程等级为三级，设计使用年限为为50年；墙身室内防潮层以下使用MU10的烧结普通砖，M5水泥砂浆砌筑，防潮层以上为烧结多孔砖，M5混合砂浆砌筑，烧结多孔砖容重小于1400kg/m³，墙厚240。

二、主要施工工艺

1、混凝土施工 1、1本工程的基础混凝土采用C40商品混凝土，结构类型为独立基础，由于基础的形状不利于混凝土的浇筑，浇筑混凝土时特别要注意上面45℃斜面的混凝土的振捣和表面的平整度，采取的方法是泵车浇筑振捣完以后，用人工把多余的混凝土清除，使用铝合金杠尺刮平和做角。

1.2顶板、梁和楼梯混凝土浇筑严格控制混凝土的塌落度，振捣避免漏振，振捣完以后挂线找平，赶光压实两遍，避免产生裂缝。12小时以后，进行覆盖养护14天。

1.3混凝土按照规范要求留置试块。

2、门窗工程

外窗采用断桥铝75系列，玻璃采用透明浮法玻璃（6+9+6）；窗安装完以后进行淋水试验。所有的外门采用钢制防盗门（保温型）。

3、防水工程

本工程的防水采用SBS改性沥青防水卷材，3+3两道设防，采用满粘法，卷材的铺设方向及卷材的接茬处进行溜缝，搭接长度100mm，满足规范要求。

三、施工管理措施 1.进度管理措施

为保证工程各项指标的完成，我们重点抓了好如下几个方面的工作：

1.1 组织保证措施

(1)成立项目领导小组，集全公司力量，在技术准备、资源配置、计划安排等方面给予该项目充分保证。

(2)组织施工经验丰富、技术业务精湛的专业施工队伍。健全项目部内部组织管理。(3)建立强有力的生产、计划、调度、指挥系统。设立专门机构负责监控影响工期的不确定因素并制定和实施处置预案，与当地政府部门、群众及友邻单位建立良好关系。

1.2 计划管理措施

(1)采用先进的工期管理技术,进行实时施工进度统计分析,随时掌握关键线路项目的实施情况。

(2)制定科学的施工总进度计划和季、月计划。合理分解，并编制周、日作业计划下达班组执行。

(3)通过计划评审、监督、考核及定期召开生产调度会等方式，保证计划严格执行。

1.3 技术保证措施

(1)做好技术准备工作。研究施工中可能出现的各种技术难题，提前攻关，充分发挥施工组织设计、技术交底和典型施工的技术保证作用。

(2)分析本工程的施工特点，针对每一单位、分部和分项工程，制定具体的保证工期的技术措施计划。

(3)采用先进施工技术，实现全天候作业，增加有效作业时间。1.4物资保证措施

(1)严格执行物资管理制度，按计划统一采购、统一调运、及时进行取样和试验检验。

(2)按计划储备材料并定期检查。1.5 劳动力保证措施(1)严格管理劳务单位，设专门机构负责对劳务工进行教育培训。

(2)对已进场的劳动力实施一体化管理，保证施工队伍的素质和人员相对稳定。

(3)保证全民合同制职工在总劳动力中所占的比例。统筹安排职工休假、探亲。

1.7 施工作业保证措施

(1)合理安排施工流水和交叉作业。保证施工现场有条不紊、各种资源发挥最大使用效率。

(2)科学管理。推行内部经济责任制，鼓励职工提高生产效率。加强安全和质量控制，避免由此引发停工或返工。

(3)信息化施工。建立网络系统，及时搜集有关信息，由计算机系统进行实时统计和分析。施工作业尽可能采用计算机自动控制方式。依据信息系统的监控和预测，及时调整施工部署或采取事前防范措施。

2.安全、环保管理措施

在安全环境管理工作中，项目部以局和公司安全环境管理文件为标准，以“三标一体”程序文件为依据，以创建文明工地为突破口，结合项目部施工生产实际情况，推行安全质量标准化管理。

2.1制定措施、确定目标

项目部根据施工生产情况制订了包括安全环境、交通及消防等方面的11项措施，在“贯彻‘三标一体’程序文件，实现全员、全过程安全”的方针指导下，实现“无死亡、无重伤事故，杜绝交通、火灾事故，不发生机械事故和环境污染事故”的目标。

2.2开展宣传教育工作

2.3层层签定“安全环保目标责任书” 2.4重点防范，加强检查，奖罚分明

项目部在对危险源辩识与评价的基础上,对火灾、电气伤害、高处作业等重大危险源制定了预防措施和应急预案。在日常工作中，按照项目部制定的“安全环保文明施工考核标准”进行检查考核。对电气伤害、高处坠落、吊机作业等重点部位做好安全教育和安全交底工作,按照技术措施和防范要求做重点控制。

2.5加大对施工队伍安全管理力度

对施工队伍管理既是项目部的安全管理重点,也是项目部安全管理的难点。为此,项目部从进入现场的施工队伍开始，就将项目部的安全生产管理延伸到各施工队伍之中。从安全资格审查、安全教育、特种设备、特种作业人员、劳保用品穿戴、安全检查、隐患整改与反馈、文明施工、安全活动、安全会议、安全考核、安全奖惩等方面与项目部安全管理接轨。作业前有关人员对机械逐一进行检查、对全部作业人员进行安全教育后，方可允许作业。

2.6积极争创文明工地

项目部编制了创建“文明工地实施方案”，要求各有关职能部门和技术人员、职能人员严格管理,严格把关,在工程管理、安全管理、机械管理、治安综合治理、交通消防、环卫、.精神文明建设方面的工作都达到河北省文明工地的创建要求。我们已经完成的工作有：施工道路的硬化；项目部的生活、办公、娱乐设施条件完善；农民工宿舍楼的建设。

经过全体职工的共同努力，我们在工程中未发生任何安全环保责任事故。

四、施工技术创新与关键技术的处理

预埋铁施工工艺

电缆沟预埋铁安装待钢筋绑扎、和模板加固完以后进行，准备水准仪超平挂线，加固预埋铁时先把钢筋骨架固定好，再使用钢筋把预埋铁与钢筋连接，加固完以后在进行测量调整。浇筑混凝土时，预埋铁下面的混凝土要填充饱满，振捣密实，严格要求工人随意踩踏预埋铁和使用振捣棒时撬动预埋铁。此操作方法在该工程中取得了较好的效果，有效的保证了预埋件位置、平整度，同时操作方便，便于施工。

五、工程建设标准强制性条文执行情况

我们认真组织工程管理人员学习并贯彻落实《工程建设标准强制性条文》，结合工程的具体情况，做好工程项目的管理工作。

1、混凝土的配合比经中心试验室设计，满足设计的强度等级和耐久性要求。采用拌和机拌和，所用粗骨料粒径为5～40mm及所用其他材料均符合标准和有关规定。

2、混凝土保护层垫块的强度比本体强度高一级，无负偏差。混凝土拆模后，表面无螺栓、拉杆等铁件，3、用于工程的钢筋、钢材的品种、规格、性能等符合现行国家产品标准和设计要求。

4、钢筋焊接接头的机械性能符合现行有关技术规范的规定。

5、模板及支架具有足够的强度、刚度和稳定性。

6、模板脱模剂未污染钢筋和混凝土接茬处。

六、质量管理体系及质量控制

1、工程质量管理

项目经理部针对工程的特点，制定了《质量责任制》、《创优计划》、《质量检验计划》、《质量奖罚条例》等质量控制文件，在工程质量管理方面发挥了指导和监控作用。加强管理力度，还编制了《强制性标准检查计划》、《质量通病预防和消除计划》等质量计划。在施工过程中各项质量管理工作按照计划有条不紊的进行。

⑵针对总体工程工期紧、任务重的特点，设计图纸提供后，认真学习图纸，及时进行图纸会审工作。每个单位工程、及主要分项工程开工前编制了《施工组织设计（施工方案）》，直接指导施工。

⑶每道工序开工前各项目部都组织有关施工人员参加技术交底会，并同时进行职业健康安全和环境保护的交底，分项工程施工技术交底率100%。通过技术交底会所有的施工作业人员对工程的技术、质量、安全、环境保护要求都有了一个明确的认识。

⑷项目部对主要分项工程组织了典型施工，对典型施工中存在的问题，制定解决方案和措施，并传达到作业层，指导下一步施工。并认真进行总结。

⑸加强现场质量控制 测量控制：在测量管理方面，项目部配置了各种测量仪器和设备，共有GPS4套、全站仪1台、经纬仪3台、水准仪3台等，仪器的精度和数量满足了工程建设的需要，项目部密切与监理配合，按期进行复核，保证了测量系统的统一和准确性。

质量监控：为保证工程创优，项目部加强了质量监控力度。项目部共有质量员四名，做到了无论何时专检、抽检都有质量员参加，同时加强施工过程中的巡视制度，发现问题及时整改，保证了工程质量。

⑹按程序组织施工

工程开工，从图纸会审、施工组织设计、开工报审，材料试验检验、设备仪器、特殊工种进场报验，技术交底，分项工程自检，到监理验收等，均按程序进行报验和组织施工，保证工程有序进行。

⑺运用奖罚手段，促进质量意识的提高

为加强现场施工人员的质量意识，为保证施工工艺纪律的严肃性，项目部做到了奖罚有所依据。根据现场出现的问题，进行了奖罚，促进了现场施工人员质量意识的提高，保证了工程质量

2、现场施工管理 ⑴材料供应与试验检验

针对目前建材市场材料供应较混乱的情况，本工程采用的钢材除特殊情况外均选用首钢和唐钢的产品，水泥统一采用冀东水泥。

各种材料进场合格证齐全，进场复试按规范要求及时进行，检测结果均达到产品质量要求。

砼采用现场拌和站统一供应，拌合质量稳定。

3、质量评定情况

本单位工程共含地基与基础、主体结构、装饰装修、屋面、建筑电气、建筑给排水及采暖、智能建筑七个分部46个分项。按建筑工程施工质量验收统一规定核定：本单位工程资料齐全，质量等级评定为合格。

七、施工经验及体会等

本工程在整个施工过程中，各级领导多次来本工地视察，全体施工人员受到极大鼓舞，对工程质量和进度及安全生产起到极大的推动作用，同时业主、设计及监理对施工单位给予大力的支持和帮助，使工程进展比较顺利，对此我们表示衷心的感谢！

篇2：装船机国内外研究情况

北良港两台法国凯亚公司出产的2000t/h装船机用于散粮装船作业, 2000年投入使用。装船机控制系统为分布式I/O结构, 主PLC采用罗克韦尔SLC500系列产品, 现场分控制站采用现场总线分布式I/O模块 (魏德米勒产) , SLC500通过DE-VICENET总线通信方式与I/O模块通信。装船机主要由大车行走机构、提升皮带机构、臂架输送机构等组成, 分布式I/O模块安装在各机构的就地控制箱和MCC控制柜内, 装船机控制系统网络结构见图1。

目前魏德米勒该系列产品已停产, I/O模块故障后只能采用其他厂家产品替换。鉴于港内瑞士布勒原装卸船机使用的I/O模块 (WAGO产) 运行比较稳定, 于是选用WAGO I/O对1台装船机的5个控制箱进行改造。

二、分布式I/O模块的选型

由于是设备改造, 必须考虑新模块是否能够置入原来模块位置。选型之前需列出每个控制站I/O输入输出模块清单, 统计各站所需各类I/O点的数量, 然后再考察WAGO各型号模块, 正确选型。

此次改造采用WAGO 750系列I/O模块 (采用WAGO笼式弹簧接线技术, 接线简单、快速、可靠, 对移动机械设备的稳定运行非常有益。支持PROFIBUS、DeviceNet等多种现场总线, 通过总线适配器将现场总线输入/输出系统快速连接到主控系统PLC) , 每个站使用1块WAGO 750-306总线适配器用于DEVICE通信。表1是其中1个控制站 (C70T尾车控制箱) 的典型配置, 其他控制站配置相似, 这样不需要更换控制柜, 只需用WAGO模块代替原模块即可。

三、分布式I/O模块的安装

拆除原来模块, 按照产品说明书要求安装各控制站的新模块, 将输入输出信号线、电源线、通信线等接到相应的新模块上。WAGO I/O接线端子为弹簧压接端子, 模块供电电压为24V。750-306模块有8位DIP开关, 其中1~6位和7、8位分别用于选择地址和波特率 (表2) 。

为每个DEVICE-NET通信节点设置不同的地址, 新设备地址可使用被置换设备的地址, 确保不和已有的其他通信节点地址冲突即可。原魏德米勒产品, 每个控制站内适配器及其所带模块需要分别分配节点地址, 因此每个控制站有多个通信节点。而WOGO 750系列产品只需要为适配器分配节点地址即可, 适配器所带的I/O模块不需要分配地址, 因此每个控制站只需1个通信节点 (地址) 。将波特率设置与原来相同, 本次改造中设置为125kB。DEVICENET通信线和WAGO 750-306通信模块连接方式见表3, 注意在网络末端的CAN_H和CAN_L需要接120Ω的终端电阻。

四、分布式模块I/O点的映射

硬件安装后使用罗克韦尔的RsNetWorkxfor devicenet软件进行网络扫描和I/O映射, 使新模块与老模块映射点完全相同, 这样不需要修改PLC程序。

1. DEVICENET I/O的映射方法

750-306通信适配器的内部映射区域分为输入区域和输出区域, 模块按照所处的位置顺序进行映射。在输入区域中, 模拟量模块的映射总是排在前面, 然后是数字量模块的映射, 即使数字量模块的安装位置在模拟量模块之前。每个模拟量模块输入通道占用2个字节, 数字量I/O以8个通道为1组, 组成1个字节, 超过8位后开始1个新的映射字节, 输入映射中最后1个字节是通信状态诊断字节。诊断状态位定义为: (1) DS01=1, 内部总线错误 (0x01) ; (2) DS02=1, 模块通信错误 (0x02) ; (3) DS04=1, 模块诊断 (0x08) ; (4) DS08=1, 总线错误 (0x80) 。

2. RSNETWORX软件的使用方法

将WAGO提供的750-306模块的EDS文件在RsNetWorx for devicenet软件中进行注册。使用专用通信线连接编程电脑的DEVICENET通信卡和1747-SDN DEVICENET通信模块的通信口。打开RsNetWorx for devicenet软件, 配置映射I/O表, 操作步骤如下。

(1) 点击菜单的“file/open”, 打开以前保存的.dnt文件, 在出现窗口点击工具栏按钮, 进行网络扫描, 结果见图2。

(2) 在图2按鼠标右键点击1747-SDN, 选择“属性 (Properties) ”, 出现图3对话框, 选择“Scanlist“, 出现图4对话框, 点击≥或>按钮, 将模块导入到Scanlist列表中, 结果见图5。

(3) 在图5中鼠标选中某一模块, 如13号节点模块, 点击“Edit I/O Parameters”按钮, 在出现对话框 (图6) 中键入映射I/O的输入字节数和输出字节数, 该例为24和1。完成后点击OK按钮退出。对图5列表中的每个模块, 均采用上述方法进行配置。

(4) 在图3对话框中选择“Input”, 出现图7a对话框 (图7b为点击图7a中的“ADVANCED”按钮后出现的对话框) , 通过图7对话框将每个节点的输入模块I/O映射到M1文件中, 本例中13号节点的输入模块分为4块, 分别映射到M1:1.19~M1:1.20, M1:1.85~M1:1.88, M1:1.92~M1:1.95, M1:1.99~M1:1.100, 共24个字节。

(5) 在图3对话框中选择“Output”, 在出现的对话框 (图8) 将每个节点的输出模块I/O映射到M0文件中, 本例中13号节点的输出模块映射到M0:1.3的1个字节。点击“确定”按钮, 完成映射I/O设置。

(6) 在图2按鼠标右键点击1747-SDN, 选择“下载 (Dowenload to Device) ”。下载时, 须将SLC500 CPU置于编程位置。

上述步骤完成后, 在CPU程序中即可使用映射的M1和M0文件, 从而实现CPU与现场分布式I/O的通信。另外, 必须将1747-SDN模块的命令寄存器的第0位置为1, 使模块置于运行模式, 从而使WAGO 750的输出模块使能。本项目中使用2个1747-SDN, 分别位于SLC500的1槽和2槽, 所以对应的命令寄存器的第0位分别为“O:1/0”和“O:2/0”, 在PLC RSlogix500程序中打开“Data File/O0-OUTPUT”数据表, 将其中的“O:1/0”和“O:2/0”置为1。

由于不同厂家I/O模块的组成形式不同, 有些是1个模块中既有输入, 又有输出, 有些是只有输入或只有输出, 映射时只需输入对应输入、输出对应输出, 输入输出模块内部顺序与原来相同, 映射M文件点使用原来的映射点即可。例如, C70T尾车控制箱 (新旧I/O映射对照见表2) 原数字量输入模块共24个输入点, 映射到M文件的M1:1.19~M1:1.20;改为WAGO模块后, 数字量输入模块仍为24点输入, 映射到M文件的M1:1.19~M1:1.20, 输入信号点0~23的顺序和位置要与原来保持一致。

五、结束语

篇3：自动化散货装船机物位检测技术

(1.天津港(集团)有限公司科技设备部，天津 300461;2.上海海事大学物流工程学院，上海 201306)

0 引言

随着经济全球化进程的加快，对煤、矿石等生产资料的需求日益增大，使散货的海运量也不断增长，港口散货的作业效率和作业可靠性成为人们关注的话题.各种提高作业效率及作业可靠性的方案不断被提出和应用，实现港口散货作业的自动化逐渐成为一种趋势.［1-3]

当前，在世界上个别大型国际枢纽港已开始无人操作(港口散货自动化装卸和管理)的研究，但这些研究大多着力于优化机械资源配置、港口工艺及管理决策层的智能化等方面，而有关机械生产过程自动化的研究还比较少.［4]

海船的载质量较大、船型多，不易于实现自动化装卸，国内外对海船的自动化装卸技术研究较少.［5]因此，这是一个非常有前瞻性的发展方向.这里研究的装卸对象以海船为主，系统需根据该散货装船机的作业情况、船舱的大小以及舱内物料的形状，确定落料点与船舱的相对位置，再判断该点何时落料结束，并自动控制溜筒落料位置、停留时间及其移动轨迹，实现安全、高效、均衡装载.

自动化散货装船机物位检测技术主要包含两个关键技术:对船舱尺寸(如船舱大小、船舱倾角)的识别，以确定单舱流量以及落料工艺;对物料形状(如物料分布、物料高度)的识别，以确定落料轨迹.

1 系统整体架构设计

本自动化散货装船机系统结合激光雷达传感检测、图像识别、运动控制等前沿技术，对散货装船机进行自动化改造.在散货装船机的安装平台上安装一套多轴伺服运动机构以及激光雷达，实现对目标的实时扫描.系统结构见图1:通过一套伺服运动机构带动激光雷达旋转到不同姿态，利用激光雷达对目标的截面外轮廓进行实时扫描，将截面外轮廓扫描转变为三维轮廓扫描;通过嵌入式控制器进行图像识别处理，完成对船舱位置、尺寸、倾角、舱内物料形状等的识别;通过通信总线的方式，将识别后的数据送入主控可编程逻辑控制器中，控制溜筒落料位置、停留时间及其移动轨迹，进行自动化作业.

图1 自动化散货装船机系统结构

2 物位检测算法

2.1 船舱尺寸自动识别算法

2.1.1 三维目标检测

物位自动检测技术的应用是实现散货装船机装卸作业自动化运行的前提条件.根据港口自身的环境，可以选择激光雷达进行物位检测.

激光雷达测距的工作原理［6-7]见图2:激光雷达的激光器向被测目标发射出一频率周期变化的激光，发射的同时开启脉冲计数器;激光经过正弦调制后照射到目标，经目标反射后的光信号由接收器接收，接收器接收信号的同时关闭脉冲计数器;信号处理器将发射端和接收端的信号相比较，得出相位差Δφ.

图2 激光测距工作原理

假设发射和接收激光信号的时间差为Δt，调制频率为f，则可得激光在观测点与被测点之间的往返时间

观测点与被测点之间的距离

式中:c为光速;n为周期数.

激光雷达只能进行180°的一维扫描，根据式(2)，激光雷达只能扫出一条轮廓线，而该研究的目的是要得到船舱的尺寸以及物料的形状，因此要借助已有的多轴伺服运动机构实现多次检测，得到多条线段后再进行船舱及物料形状的拟合.

首先对激光雷达的检测范围及分度进行选择.这里分度的概念实际就是指激光雷达内部反射镜每次旋转的角度［8]，而每个角度上都会发出一束激光，得到一个测量值，所以分度值越小，检测精度越高.激光雷达提供的最大检测范围是 180°，最小分度是 0.25°，从0°起旋转一个平角，见图3.

图3 激光雷达检测范围示意图

设定好激光雷达的变量后，可在静态检测的情况下勾勒出物体的外轮廓线.激光雷达在水平面上旋转一周对目标进行多次检测后，就可生成船舱以及物料的大致形状.

因采回的点云数据经过解码得到的是以激光雷达检测中心为极点的极坐标系(l，α)，其中l为激光雷达到检测点的长度，α为此直线与水平方向的夹角，所以需进行极坐标系与直角坐标系的相互转换，将数据表示在直角坐标系中.［9]

图4为激光雷达与物料间的几何关系.图中，O为激光雷达所在位置，R为扫描点，α为OR与x轴的夹角，则可以得到扫描点R的投影到xOy平面上的二维坐标:

图4 激光雷达与物料间的几何关系

激光雷达绕x轴转动，扫描点R与其形成夹角β，则扫描点R相对于激光雷达的三维坐标:

2.1.2 船舱截面图像边缘提取算法

激光雷达位于船舱的上方，这里要检测的只是船舱的形状.由于数据越多处理速度越慢，因此最理想的情况是使激光雷达的检测范围刚好可以覆盖船舱.根据现场观察，选择180°的检测范围完全可以满足需要.

在对船舱形状进行识别之初，激光雷达在检测过程中有可能产生一些离散出去的点，而根据测距仪的初始设置可以知道它当前状态下可检测的最大距离.因此，超出最大距离的点都会被程序识别为无效点.

通过激光雷达扫描后反馈的图像信号进行船舱识别的方法［10]有:(1)差分算法;(2)霍夫变换检测直线;(3)小波分析模极大值和奇异点检测.

为了获得较明显的边缘点，将差分算法、霍夫变换和小波变换3者相结合，进行船舱边缘的检测.二维图像信号的高斯函数

设(x，y)［11]满足

则对图像进行平滑［11]后有

在某一方向n上的一阶方向导数

式中:n是方向矢量;▽G是梯度矢量.

将图像f(x，y)与Gn作卷积，同时改变n的方向，Gn·f(x，y)取得最大值时的n就是正交于检测边缘［12]的方向，

A(x，y)反映图像(x，y)点处的边缘强度，θ是图像(x，y)点处的法向与横坐标的夹角.

再利用最小二乘法进行最终匹配［13]，即可得到最佳匹配结果.

2.1.3 船舱舱口图形拟合算法

通过激光雷达获取的点云数据一般为原始测量数据，因此在使用之前必须经过配准、滤波等一系列前期处理，在减小数据运算量同时减少噪点的干扰.在进行船舱形状拟合时，根据实际情况编写一个边缘提取算法.具体如下:

(1)找到测距仪中心下方正对的点x0;(2)向右寻找点x1，求得点x1与点x0所连成线段的斜率K1;(3)依次向右，求得点x2与x1所连成线段的斜率K2，如果 K1=K2，则说明 x0，x1，x2在一条直线上;同时，考虑到舱底可能会有一些结构凸出以及激光雷达在检测中存在误差，设定一个斜率差值的允许范围T，若|K2－K1|＜T，则表示未到船舱边缘处;(4)按照步骤(2)和(3)继续往下找，直到Kn与Kn－1差值的绝对值大于T，则认为找到边缘点xn;(5)按照步骤(2)，(3)和(4)向左边寻找左边缘点 x′n.

根据此边缘提取算法［14]可以检测到船舱舱口边缘上的两点，并得到测距仪中心到两点的水平距离，两个距离之和即为测距仪检测平面内舱口边缘两点间的长度.通过激光雷达在水平面内的旋转，激光雷达进行多次扫描，得到多组船舱边缘上的点，将这些点用直线依次连接起来，就可以得到船舱的形状(见图5).

图5 边缘提取算法示意图

2.2 物料形状自动提取算法

港口散货装卸作业中，作业料堆的堆型分布、最大高度、最小高度、体积等都需要进行实时监测，确定后续作业的工作参数须经过一定规则的计算.

由第2.1节的舱口图像拟合算法可同理找到垂直面上的边缘点{y0，y1，y2，…，yn}，利用式(3)将边缘点转换为二维平面上的点并拟合出内舱壁的形状［15-16]，见图 6.在散货作业中，作业的连续性极其重要，一旦停止流程或全线停机，可能导致抛料铲堵塞等严重情况，致使设备磨损、增加不必要的人工作业、影响作业效率.因此，必须实时监测作业船只的倾角，防止发生船舶倾覆事件.船舱的倾角α可以通过边缘直线的斜率k计算，根据最小二乘法即可得到k(式(14))，则船舱的倾角α可用式(15)求解.系统根据此倾角自动调整落料的轨迹，自动控制作业船舶的倾角在2°之内，以确保作业安全.

图6 船舱壁拟合示意图

设(x0，y0)，…，(xn，yn)是在船舱壁上找到的 n个点，设置阈值［17]

激光雷达扫描到的数据的绝对值若大于T，则此点不可能为物料点，软件自动将绝对值大于T的点过滤掉，剩下绝对值小于T的点即为物料点，将这些点用最小二乘法进行精确的直线拟合，即可得到物料的形状，见图7.

图7 物料二维曲面

3 激光雷达现场试验结果分析

改造结束后的自动化散货装船机在天津港煤码头进行一次装船试验，对系统性能进行测试:在散货装船机上安装激光雷达(见图8)，通过控制激光雷达在船舱上方不同的位置进行船舱尺寸以及物料位置的检测(见图9).表2是试验结果.

图8 激光雷达安装示意图

图9 现场检测软件截图

表2 检测数据与实际数据比对

由表2可知，误差大小控制在2%以内，测量的结果与实际结果非常接近，并且满足自动化装船作业的要求.根据船舱和舱内堆料的形状，即可得到船舱的倾角，为下一步的落料点提供确切依据，从而为实现装船的自动化提供基础.

4 结束语

随着世界港口散货总体吞吐量的迅速增长，码头散货装卸面临很大的压力，进行散货的自动化生产和信息化管理势在必行.此新型散货装船机自动化模式便是适应这一新形势的未来散货装卸自动化系统的组成部分之一，可在无人操作的情况下实现远程安全、可靠的自动化装卸作业，在节约人力的同时提高系统作业效率.

［1]包起帆.港口散货全自动装卸设备研究与开发［J].中国机械工程，2008(23):2797-2803.

［2]李柯.港口散货码头智能化控制和管理研究［J].水运管理，2001，23(1):19-21，32.

［3]陈韬.现代散货码头自动化和信息技术的发展趋势及应用［C]//中国土木工程学会港口工程分会技术交流文集，2009:28-32.

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