港口机械自动化的安全技术创新与发展趋势.pdf

智 慧 交 通 新 业 态水上安全 2023 年 第11期10作者简介：谢加兵，男，本科，工程师，研究方向为机电工程。港口机械自动化的安全技术创新与发展趋势谢加兵（上海振华重工股份有限公司长兴分公司，上海 202150）摘要：在产业结构不断调整，生产技术持续创新的大环境中，我国港口安全生产能力得到了明显提升。但为了更好地探索港口机械自动化控制系统安全性与港口生产安全之间的关系，推进港口实现智能化、自动化、智慧化发展，围绕北斗卫星导航系统（BDS）高精度技术，从港口货车调度、生产监控、自动化堆场、仓储管理、自动驾驶、导航避碰、船舶自动识别、安全监管、协同作业这几个方面进行讨论十分重要，是全面增长港口生产领域经济效益，构建智慧港口的关键技术。关键词：港口机械自动化；BDS 高精度技术；创新发展；生产监控0 引言港口是航运的起点和终点，也是贸易与物流的枢纽，随着人工智能、第五代移动通信技术（5th-generation mobile communication technology，5G）等技术的成熟，实现港口生产自动化已成港口未来发展趋势。船舶进出港、岸侧作业、水平运输、堆场作业外集卡运输、闸口作业。其中，水平运输是实现港口全自动化生产作业的重点和难点。传统水平运输有三大痛点：一是转运司机需求大，招工困难；二是司机疲劳驾驶，有安全隐患；三是人工调度作业效率提升难。由此可见，随着港口机械向智能化与自动化的方向发展，其在设计、调试以及操作环节中的失误，都有可能会导致严重的安全事故。对此，围绕提升港口机械自动化发展安全性为核心，探究北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system，BDS）高精度技术在港口机械自动化作业中的有效应用，能够降低安全风险，能够提升港口机械系统运作安全性1。1 港口机械自动化控制系统的作用结合各个港口发展情况，明确港口基础设施建设的巨大变化，不仅配备了完整的机械设备，同时也引入了更多集成化、现代化的装卸设备。整体来说，港口机械设备正在不断完善与进步的发展阶段，为了进一步提高港口生产安全性，增强港口经济效益，促进港口生产经济水平的提升，必须明确港口机械自动化控制系统的重要作用。港口机械自动化控制系统通过计算机控制监控，实现多种机械设备自动化操作，大大提高港口作业效率和安全性，在港口管理工作中发挥重要作用，对整个行业都具有积极意义和影响2。1）提高装卸效率，港口机械自动化控制系统可以实现多种机械设备自动化操作，如，自动堆高机、自动起重机、自动输送机等，通过计算机程序，实现对货物快速装卸，提高港口作业效率。港口机械自动化控制系统集成设备操作，能够实现作业自动化控制，使整个装卸过程更加高效、快速，有助于提高港口安全性。2）由于港口机械自动化控制系统可以实现自动化操作，减少人工操作环节。在高危环境中作业，能够大大减少意外事故发生。此外，港口机械自动化控制系统通过实时监控和检测，及时发现设备故障，减少因设备故障导致的意外事故，这样就能确保港口管理工作安全性得到全面提升。3）降低人工成本，传统港口作业需要投入大量人力，而利用港口机械自动化控制系统，则可以通过自动化操作，降低对人力的依赖性，这不仅可以减少人力成本，还可以提高作业效率，为港口企业带来更大经济收益。与此同时，还能避免在人工管理工作中出现失误等问题，更大程度规避风险，确保在经营管理各方面都具有很好的优势3。综上所述，机械自动化智 慧 交 通 新 业 态Maritime Safety 水上安全11控制系统作用不容忽视，安全性和低成本的机械自动化控制系统为港口发展带来了巨大帮助和支持，这对港口管理生产各方面而言具有诸多优势，让核心竞争实力得到全面提升，2 BDS 高精度技术在港口机械自动化控制系统中的应用2.1 货车调度在交通繁忙的港口，货车要想实现精准定位和调度，需要应用 BDS 高精度定位技术。即智慧港口的智能交通管理中，通过高精度定位终端实时监控货车位置，提高港口交通管理的精度和效率，该技术还可以应用于货车调度和路径规划，减少货车拥堵和排放，提高港口运输效率和经济效益，通过对港口的交通流量和物流信息的监测和分析，BDS 高精度定位技术可以提供更加细致的数据，更加科学地指导、帮助港口管理者做出更加明智的决策4。此外，该技术还可以应用于港口的安全管理，实现对车辆进出港口的实时监控，有效防止安全事故的发生。可见，BDS 高精度定位技术正成为港口管理不可或缺的重要工具之一。2.2 生产监控BDS 高精度定位技术，正在改变智慧港口的运作方式。首先，通过搭载 BDS 高精度定位技术的监控设备，让港口的设备和物品的精准定位实时监控成为可能，它能精确定位港口内的集装箱船舶和货物，实时掌握它们的位置和状态，有效提高港口生产效率，减少物流拥堵和船舶碰撞风险。其次，BDS 高精度定位技术能实现港口设备的智能调度等管理，通过实时监控港口设备的作业情况和运行状态，合理调度和管理设备，提高设备利用率和维护效率，降低能源消耗和设备故障，从而降低港口生产成本。这说明 BDS 高精度定位技术的应用，让港口生产更高效、安全，让设备管理更智能、节能。2.3 自动化堆场BDS 高精度定位技术，为智慧港口集装箱自动化堆场带来了革新。传统堆场管理方式，已经无法满足高效、精确的需求。而 BDS 高精度定位技术的引入，实现了对集装箱的实时定位和跟踪，集装箱在进出堆场的过程中，可以精确地被识别并定位到特定的位置，大大提高了堆场管理的效率和准确度。此外，BDS 高精度定位技术，还可以与其他智能设备进行联动，实现自动化操作。例如，智能机械臂可以根据集装箱的位置信息，自动进行抓取、移动和叠放操作，无需人工干预，提高了集装箱的处理效率和安全性。随着技术的不断进步和创新，BDS 高精度定位技术，一定会为港口领域的发展贡献更多力量。2.4 仓储管理BDS 高精度定位技术，正引领港口物流行业进入全新的时代。首先，通过搭载 BDS 高精度定位技术的定位设备，可以实现货物的精准管理和追踪，让物流企业可以实时监控货物位置和状态，提前预知运输风险。其次，高精度定位技术对仓库内货物实施盘点和管理，提高了仓储效率，降低了人工成本。此外，它可以应于货物配送和码头作业，提高了货物配送的准确性和效率，降低了交通拥堵和环境污染。同时，通过 BDS 高精度定位技术，各个港口还可以实现智能装卸，具有提高作业效率，缩短作业时间的优势。可见，BDS 高精度定位技术，势必会推进港口物流行业的创新和变革。2.5 自动驾驶BDS 高精度定位技术，目前为智慧港口自动驾驶系统提供了强大的支持，它可以让系统准确地感知和判断车辆的位置、速度和形式轨迹，从而实现精准的导航和路径规划。而且它还具备抗干扰能力强、时效性高、稳定性好的优势，可确保自动驾驶系统在各种复杂环境下工作。同时，智慧港口的自动驾驶技术，可以提高港口运营效率、安全性，可助力智慧港口实现货物快速装卸、准确定位和即时监控，大大减少人工操控和操作失误的可能性。此外，自动驾驶技术，还可以减少车辆的能耗和排放量，降低环境污染，有助于达到安全管理的效果5。2.6 导航避碰首先，通过在港口设立多个定位节点，BDS 高精度定位技术可助力实现对船只的高精度定位。这意味着船只可以精确的确定自身位置和前进方向，从而为实现智能导航和壁碰功能打下了坚实基础。在智能导航方面，BDS 高精度定位技术可协助为船只提供包括水深、潮汐、港口设施等准确信息，帮助船只进行合理的航线规划，避免潜水区域和障碍物，确保航行安全。此外，该系统提供道路拥堵情况，帮助船只选择最优航线，提高航行效率。在避碰功能方面，利用BDS 高精度定位技术能够实时监测位置和速度，判断是否存在碰撞风险，当多艘船只靠近时，系统可以通过计算船只的运动轨迹，预测可能的碰撞点，并发出警告信号，确保船只及时采取措施，保障航行安全。可见，BDS 高精度定位技术为智慧港口的场景带来了无限可能。2.7 船舶自动识别BDS 高精度定位技术，作为中国自主研发的卫星导航系统，正改变着众多港口的运作模式。这是因为BDS 高精度定位技术具有高精度、高可靠性和全天候工作的优势，凭借这些优势可为港口船舶自动识别系智 慧 交 通 新 业 态水上安全 2023 年 第11期12统，提供精准定位信息。在船舶进出港口时自动完成识别、跟踪和管理等工作，通过实时跟踪传播，该系统能够更有效地进行资源管理和风险控制。此外，通过与航运管理系统和卫星通信系统等其他系统的集成，可实现信息共享和数据互通，有助于港口管理部门更好地掌握港口作业情况，提高港口整体运营效率和服务水平。可见，BDS 高精度定位技术的应用，为港口作业的安全和高效提供了有力的支持。2.8 安全监管BDS 高精度定位技术，正以其精准的定位和实时监控能力，成为智慧港口的安全监管与应急处置的得力助手，通过卫星信号定位系统和地面通信系统相结合，BDS 能够提供厘米级的定位精度，为港口安全监管提供了准确数据支持。港口管理人员可以实时掌握船舶货物和人员的准确位置，全面掌控港口的运营情况。在港口安全监管方面，可实时跟踪船舶的位置和轨迹，确保航道安全并及时发现和处理突发事件。同时，也能够监测货物的流动和储存情况，防止货物的丢失和损坏，提高港口的运营效果。在应急处置方面，BDS 高精度定位技术可以迅速定位事故发生地点，及时调派救援人员和装备，提高应急处置的效率和准确性。2.9 协同作业在智慧港口领域，BDS 高精度定位技术已得到广泛性，它不仅可以实现集装箱的快速定位和跟踪，提高港口的物流效率和安全性，还可以用于船舶航行的导航和监控，帮助船舶更加准确的停靠和操作，从而提高港口的运营效率和安全性。此外，在智慧港口协同作业中，通过与物流管理系统、智能码头、无人驾驶车辆等技术结合，可以实现对货物、车辆、船只等物流要素的实时监控和掌控，提高作业的质量和效果。BDS 高精度定位技术在智慧港口领域的应用，不仅可以改善港口的运营效率和安全性，还可以促进港口的数字化和智能化和可持续发展。3 港口机械自动化控制系统安全技术发展趋势今天的世界，得益于互联网及其相关科技的进步，制造业的流水线已经从工厂向外延伸，遍布全球的消费者成了流水线的真正终端。路网、各种转运点，以及飞机、车队、船队等运输工具已经渐渐成为这个巨型流水线的一部分，自动化港口就是提前在码头这个节点上实现了自动化运作。具体，港口机械自动化控制系统安全技术发展，可借鉴华为智能水平运输系统。首先，实现全局路径规划，全职路径规划算法基于车辆运动学特征，可保障单车行驶的平顺稳定，且实现了智慧型导引运输车（intelligent guided vehicle，IGV）在路口的并行转弯，是多车协同驾驶安全高效的关键前提。同时，云端的动态短路径规划，可解决码头作业场景多变、任务需调整的难题，实现了全局效率最优。其次，高精度定位。采用 BDS+5G+高精地图，结合路测辅助感知，实现车道级高精度定位，石岸桥一次对位成功率达 90%以上，极大提升作业效率。再次，移动数据中心（mobile data center，MDC）智能驾驶平台。MDC 智能驾驶平台达到了车规级、算力高、寿命长，通过打造标准化硬件，极大降低了运维复杂度。最后，核心系统集成。智能水平运输系统除了与运输智能调度系统等核心业务系统对接外，还具备与周边其他业务系统快速对接的能力。此外，充电管理系统对接，通过智能充电调度算法，可动态调度IGV 在最合适的时间充电，保障车队 24 h 连续不中断作业，与智能交通系统对接，通过智能路口调度算法，可预先设置路口通行策略，保证内外集卡在路口有序通行；云车解耦，通过开放生态模式实现云和车的解耦，目前已完成以多种智能驾驶车型的对接，不仅成本更低，而且可推广性更强。4 结束语通过分析港口机械自动化控制系统的作用，针对港口自动化作业流程进行讨论，并围绕 BDS 高精度技术这一安全技术的具体应用进行分析，旨在制定具有较强可行性与可操作性的自动化控制系统，提高我国港口机械自动化管理水平及应对能力，避免受到其他因素影响而发生严重的安全生产事故。同时，为落实港口安全生产长效机制，构建本质安全型港口，以华为智能水平运输系统为参考，针对性提出港口机械自动化安全技术的发展趋势，旨在全力实现“科技兴安”目标。5 参考文献1 庞晓宁.港口机械电气安全控制系统设计与应用研究 J.中国高新科技,2023(9):42-44.2 王亚梦,韩温金.浅析港口机械设备远程监控系统开发 J.设备管理与维修,2023(13):33-34.3 钱伟勇.港口机械设备的维修与精细化管理分析 J.中国设备工程,2022(5):54-55.4 孙佳星.港口机械设备防腐蚀保护研究 J.中国设备工程,2022(5):174-175.5 张道斌.港口机械设备门式起重机维修管理问题与对策 J.造纸装备及材料,2022,51(1):56-58.