淺析計算機技術(shù)在無人碼頭中的運用

閆靜祎

摘要：近幾年，計算機技術(shù)已經(jīng)運用到各行各業(yè)，今天我們就來淺析計算機技術(shù)在無人碼頭中的運用。本文首先概述了什么是無人碼頭，接著分析了計算機技術(shù)在無人碼頭中的應(yīng)用，包括智能識別、精確定位、自動導引三大技術(shù)。最后，對比了無人碼頭相對于傳統(tǒng)碼頭的優(yōu)勢，包括更高效的效率、更安全的操作、更綠色的工具、更低廉的成本四個方面。

關(guān)鍵詞：計算機技術(shù);無人碼頭;無人時代

中圖分類號：TN91 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）12-0204-02

0 引言

2017年年末，上海洋山港四期自動化碼頭正式投產(chǎn)，這一舉世矚目的工程在聚光燈下走上工業(yè)制造歷史的舞臺。尤其那些無人駕駛的“搬運工”站到了中國智能物流的舞臺中央，吸引了全世界的眼球。上海洋山港的吞吐量從零開始，至今已經(jīng)連續(xù)7年榮登全球第一。四期自動化的投入使用，又將上海洋山港的吞吐量、工作效率、安全指數(shù)等推上新高。要知道，在自動化碼頭領(lǐng)域，中國既無先例可參考積累又特別少，走到現(xiàn)在連曾經(jīng)海運第一的英國都來取經(jīng)的水平著實太不容易。這一次，中國再一次讓世界看到了中國速度、中國精神。

除了連續(xù)第一的吞吐量之外，最值得我們驕傲的還有被應(yīng)用其中的自動化技術(shù)。洋山港無人碼頭是國內(nèi)首個全部由中國自主研發(fā)的自動化碼頭，也是世界上綜合能力最強、自動化程度最高的自動化碼頭。全部由智能傳感器自動執(zhí)行工作動作，使得碼頭對于集裝箱的識別更加智能，定位更加準確，作業(yè)也更加安全。以海運為例，貨物從船舶卸下來到被安置于堆場的指定地點的整個過程中，裝卸也好運輸也罷，所有工作無需任何人工參與。燈火通明、川流不息的碼頭上，工作井然有序地進行，而且整個工作過程下來也只需要5～10分鐘，工作效率顯著提高。無人碼頭引領(lǐng)了工業(yè)無人化的大方向，使得智能物流相關(guān)技術(shù)更上一個臺階，有關(guān)專家認為自動化碼頭將成為中國工業(yè)4.0的領(lǐng)頭羊。接下來，我們將針對計算機技術(shù)在無人碼頭中的應(yīng)用進行分析，讓我們一起見證計算機技術(shù)在中國的碼頭上創(chuàng)造的奇跡。

1 無人時代的開端—無人碼頭

無人碼頭的開端在歐洲，當?shù)匕嘿F的人工以及成熟技工的匱乏等原因，使得碼頭成本高、效率低，所以急需要自動化技術(shù)的介入。但以當時歐洲的技術(shù)水平實現(xiàn)的自動化只是起到了節(jié)省人工的作用，遠遠達不到智能化港口的水平。20世紀80年代，英國、荷蘭、日本等國家率先嘗試了自動化碼頭的科研工作，但受技術(shù)、經(jīng)濟以及財政等因素的限制，最終未能成行。

1993年，荷蘭鹿特丹港ETC碼頭第一次投放使用以內(nèi)燃機液壓驅(qū)動、運行速度為3m/s的AGV。配備單小車結(jié)構(gòu)岸橋、固定圓形AGV運行路線及每個堆場只有一臺的軌道吊，這便是第一代自動化集裝箱碼頭。第二代則以德國漢堡港CTA碼頭為代表的，雙小車結(jié)構(gòu)的岸橋和能夠依靠異頻雷達導航的AGV，使得碼頭效率大幅度提升。第三代則是以隸屬和記黃埔港口集團的荷蘭鹿特丹港Euromax碼頭為代表，這一代自動化港口的主要提升點是每個堆區(qū)內(nèi)的軌道吊裝卸貨方式變?yōu)閷ΨQ接力式，裝卸效率大幅度提升。第四代就完全以中國碼頭為主了，代表碼頭有廈門遠海、青島前灣港及洋山港四期。

2014年8月廈門遠海自動化碼頭投產(chǎn)試運行，這是中國第一個全自動化碼頭，配備3臺帶轉(zhuǎn)接平臺的雙小車自動化岸橋、18臺全鋰電池驅(qū)動的AGV以及8個帶有兩個自動化軌道的自動化堆場，該碼頭年吞吐量可達78萬～91萬標箱。

2017年5月，青島前灣自動化碼頭投產(chǎn)，岸線全長660米，配備兩個泊位、7臺STS、38臺自升起混合動力自動化引導小車、20臺ARMG，其中值得一提的是，自升起混合動力自動化引導小車可自動循環(huán)充電，這就意味著續(xù)航時間沒有限制。再加上全自動理貨、噴淋熏蒸消毒及空箱查驗，青島前灣港自動化碼頭年吞吐量高達150萬標箱。

2017年12月，上海港洋山碼頭四期投產(chǎn)，這次中國又實現(xiàn)了一個世界第一。這個碼頭岸線全長近2800米，設(shè)置了5個五萬噸級和2個7萬噸級的集裝箱泊位、58個自動化堆場、26臺自動化岸橋、130臺AGV、116臺ARMG，年吞吐量630萬標箱。

尤其是上海港洋山碼頭，這是我國首座具有完整自主知識產(chǎn)權(quán)的自動化集裝箱碼頭，從我國港口的創(chuàng)新、升級和轉(zhuǎn)型等各方面來看都具有重要的意義。從數(shù)據(jù)來看，中國在自動化碼頭領(lǐng)域已經(jīng)走在世界的前端，洋山碼頭將成為世界級自動化碼頭的示范工程。

2 計算機技術(shù)在無人碼頭中的應(yīng)用

通過上文的分析，我們可以在腦海中形成一個大概的無人碼頭作業(yè)模型。試想，一艘船按照計劃?？吭谥付ú次唬稑蚋鶕?jù)指令移動到指定位置，主小車自動下降到適當高度，由遠程人員控制著箱后切換到自動模式，主小車再將集裝箱放置在中轉(zhuǎn)平臺后繼續(xù)執(zhí)行作業(yè)。接著由門架小車將該集裝箱運送到AGV上，AGV載著集裝箱運行到指定的交換區(qū)，通過自帶的升降平臺將集裝箱放在堆區(qū)的支架上。然后軌道吊從支架上吊起集裝箱將集裝箱放置在指定地點。就這樣，一個集裝箱的安置作業(yè)就完成了。

這個過程之所以能夠看起來如此順暢簡單完全依賴于多智能體協(xié)同技術(shù)。這項技術(shù)是基于自動控制、人工智能、運籌學、通信工程及系統(tǒng)工程學等多領(lǐng)域?qū)W科的綜合為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，能夠適應(yīng)復雜系統(tǒng)的控制要求，讓多個智能體能夠在復雜且實時變化的動態(tài)環(huán)境下合理分配資源、分工協(xié)作，最終高效地完成工作任務(wù)。在無人碼頭中，從計算機角度來看，多智能體涉及到的技術(shù)大致可簡單分為智能識別技術(shù)、精確定位技術(shù)及自我導航技術(shù)。

2.1 智能識別技術(shù)

在碼頭中裝卸集裝箱時，需要對集裝箱堆垛的形狀進行判斷，然后岸橋再到準確位置進行裝卸，這個過程以前是需要人工到達指定地點手工操作，自動化無人碼頭則通過激光掃描器這一智能的“眼睛”實現(xiàn)了對集裝箱輪廓的識別，同時激光掃描不但識別精準，而且不受風雨雷電的干擾。在任何情況下都能取得集裝箱輪廓值并上傳至上位機，然后由控制器重構(gòu)出堆區(qū)堆垛的三維輪廓，找到最佳安置地點，最終裝卸設(shè)備得以實現(xiàn)集裝箱的裝卸工作。

2.2 精確定位技術(shù)

在岸橋吊和場橋吊的小車進行作業(yè)的過程中，需要對小車的位置進行精確定位以便準確地抓取到集裝箱。傳統(tǒng)方法都是使用普通的旋轉(zhuǎn)編碼器，這種方式精確度低容易造成打滑，就需要人工進行干預(yù)。而自動化無人碼頭的岸橋吊和場橋吊則使用直線編碼器解決了這一問題。直線編碼器能夠確定起重機在運行中的覺對位置，使得集裝箱的堆棧盡可能具有最小誤差，這樣直接就避免了人工干預(yù)，提升了橋吊的自動化水平。

2.3 自動導引技術(shù)

在無人碼頭中有序且忙碌地運行著的AGV中文名字叫無人搬運車，它上面配備了電磁學或光學等自動導引裝置。該裝置使得AGV既能夠按照導引路徑行駛到準確地點而不發(fā)生碰撞，又能通過電腦人工控制行進路線。像洋山碼頭就使用的粘貼在地上的電磁軌道設(shè)置好路線，然后AGV依據(jù)電磁軌道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行作業(yè)，最終能夠平穩(wěn)地完成指定任務(wù)，這一過程準確又迅速，效率非常高。

3 與傳統(tǒng)碼頭相比無人碼頭的優(yōu)勢

洋山港無人碼頭因為在工作區(qū)域幾乎看不到人，所以被人們戲稱為“魔鬼碼頭”。碼頭從原來的肩挑手抗升級成為機械抓斗，從原來的以人工為主到現(xiàn)在的全自動化、智能化，技術(shù)的精進一刻都未曾停止過。港口已不再停止在追求效率的單一層面，自動化、人工智能及大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷深入拓展，使得港口搭上了物聯(lián)網(wǎng)的快車，高效的同時也增加了更安全可靠的環(huán)境、更綠色環(huán)保的工具，為中國的經(jīng)濟發(fā)展以及海上絲綢之路搭建了重要支撐。與傳統(tǒng)碼頭相比，無人碼頭的優(yōu)勢顯著，全球自動化碼頭的春天正在向我們走來。

3.1 更高效的效率

在傳統(tǒng)碼頭的作業(yè)中占主導地位的是人力，所有事情都需要人力出面處理。就拿單證放行業(yè)務(wù)來說，傳統(tǒng)碼頭都是需要業(yè)務(wù)人員手動操作，這個過程中涉及多名業(yè)務(wù)員，同時需要客戶方人員現(xiàn)場辦理，人力的介入出現(xiàn)錯誤就無法徹底避免。而且在繁忙的工作過程中，紙質(zhì)的單證非常容易遺失，后續(xù)再想查閱也比較麻煩。在港口中的每個崗位都對操作能力有非常高的要求。實踐證明，由于人力的獨特性使得每個人的能力及責任心不同，對待工作的態(tài)度不同，會對現(xiàn)場作業(yè)產(chǎn)生影響。甚至某一個崗位上的工作人員狀態(tài)不好，就會影響整個流程甚至整個碼頭的的生產(chǎn)。傷病、假期或者其它無法人力抗拒的自然因素更會對工作效率產(chǎn)生影響。

自動化碼頭則可有效避免以上所有問題，可以對船期進行精確的安排，對作業(yè)進行周全的策劃，裝卸作業(yè)也不再會受到人力能力、體力的影響。就拿上面提到的單證放行業(yè)務(wù)來說，目前各個碼頭已經(jīng)實現(xiàn)了電子化、無紙化、EDI信息自動核對及自動放行等業(yè)務(wù)，去掉了業(yè)務(wù)辦理人員，客戶方不需要再單獨派人到碼頭現(xiàn)場辦理業(yè)務(wù)。更重要的是，自動化無人碼頭可以24小時全天候井然有序地作業(yè)，更精確的集裝箱識別、更快捷的裝卸方式以及更科學的自動路線規(guī)劃使得貨物的裝卸工作得以最快速的方式、最短的時間內(nèi)完成，同時對于緊急事件的應(yīng)變能力也大幅度增強，有效地緩解了碼頭的作業(yè)壓力，在提高了碼頭的作業(yè)效率的同時，還能滿足更多船舶大型化的要求。精確的集裝箱安置定位，也使得集裝箱擺放整齊，高效地利用了堆場的容積，使碼頭最大容量得以充分體現(xiàn)。

3.2 更安全的操作

碼頭作為一個操作性十足的企業(yè)，絕大部分業(yè)務(wù)都是發(fā)生在現(xiàn)場，而現(xiàn)場來來往往著很多大型運輸設(shè)備、裝卸設(shè)備，安全問題就不能不考慮。通過傳統(tǒng)碼頭的歷史數(shù)據(jù)來看，安全事故高發(fā)場所就是碼頭中涉及到的人機交互場景，引發(fā)事故的主要原因往往是出于操作人員本身，比如不嚴格按照操作規(guī)范執(zhí)行工作、長期抱有僥幸心理的麻痹大意、疲勞作業(yè)等等。遺憾的是，這些存在主觀能動性的人為失誤，只要有人在就很難避免。自動化無人碼頭在很大限度上減少了人機交互，原有很多的人機交互場景如今已不再需要人類直接接觸，工作人員只需要遠程控制即可實現(xiàn)作業(yè)。目前，自動化無人碼頭基本可以實現(xiàn)零事故作業(yè)。

3.3 更綠色的工具

傳統(tǒng)碼頭都是采用內(nèi)燃機驅(qū)動的水平運輸，這種模式下使得整個作業(yè)區(qū)噪音大、尾氣排放超標，嚴重污染環(huán)境。而自動化無人碼頭的岸橋與堆場之間，利用低價橋結(jié)合電動小車形式進行運輸，節(jié)能又環(huán)保。同時，運輸?shù)腁GV使用電驅(qū)動，還能夠自動循環(huán)充電，有效地降低了噪聲，同時尾氣零排放也大大降低了對環(huán)境的污染，使得整個碼頭的作業(yè)在更加綠色環(huán)保的環(huán)境中進行。

3.4 更低廉的成本

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們的生活水準在不斷提高，各方面的成本都在不斷增加，尤其是人力成本最為明顯。傳統(tǒng)碼頭中大量繁重的工作需要大量的人力，近些年，隨著員工的福利待遇納入法律范疇，人力成本對企業(yè)的壓力越來越大，尤其那些比較成熟、業(yè)務(wù)量趨近飽和的碼頭，利潤更是越來越少。自動化無人碼頭的用工人數(shù)最少只占傳統(tǒng)碼頭用工人數(shù)的5%，人工成本大幅度減少。同時機械還能全年無休作業(yè)，場地利用率、裝卸貨效率等再次得到提升，使得企業(yè)成本在降低、容量在增加，相比之前利潤自然非常可觀。

4 結(jié)語

目前，中國的自動化無人碼頭處于世界領(lǐng)先地位，本著可持續(xù)發(fā)展的道路，我們的無人碼頭自動化相關(guān)技術(shù)高效且環(huán)保，顛覆了傳統(tǒng)碼頭作業(yè)方式，降低成本的基礎(chǔ)上又提升了操作的安全度和可靠度，無論是裝卸貨方面，還是貨物運輸與查驗方面，都為全世界的船舶行業(yè)水平帶來了質(zhì)的飛躍。相信隨著碼頭作業(yè)越來越智能化，在計算機相關(guān)技術(shù)的加持下，碼頭供應(yīng)鏈涉及的碼頭設(shè)備生產(chǎn)、維護、運輸甚至與其息息相關(guān)的物流行業(yè)都將發(fā)生巨大變化。

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Analysis on the Application of Computer Technology in Unmanned Wharf

YAN Jing-yi

（Tangshan No.1 Middle School， Hebei Province，Tangshan Hebei? 063000）

Abstract：In recent years， computer technology has been applied to all walks of life. Today we will analyze the application of computer technology in unmanned terminals. This article first outlines what is an unmanned dock， and then analyzes the application of computer technology in unmanned docks， including intelligent identification， precise positioning， and automatic guidance. Finally， the advantages of unmanned terminals compared to traditional terminals are compared， including more efficient efficiency， safer operation， greener tools， and lower cost.

Key words：computer technology; unmanned dock; unmanned era