自動(dòng)化集裝箱碼頭視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

殷婷婷，吳俊孟，錢 龍

(中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510290)

現(xiàn)代化港口的機(jī)械化、自動(dòng)化、智慧化程度日益增加，高效率、低人工、高穩(wěn)定性、低風(fēng)險(xiǎn)的港區(qū)運(yùn)營模式成為碼頭營運(yùn)者最為關(guān)心的問題。視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)調(diào)度人員在控制室即可遠(yuǎn)程監(jiān)控港區(qū)運(yùn)營情況，安保人員在安保中心即可完成港區(qū)的安全防范，且比巡邏更為安全、可靠，因此視頻監(jiān)控系統(tǒng)成為了現(xiàn)代化港口不可或缺的設(shè)施之一。隨著我國的自動(dòng)化集裝箱碼頭逐步推廣、發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置也隨之發(fā)展，以適應(yīng)自動(dòng)化集裝箱碼頭的特點(diǎn)。

1 自動(dòng)化集裝箱碼頭監(jiān)控特點(diǎn)

1.1 常規(guī)集裝箱碼頭視頻監(jiān)控特點(diǎn)

專業(yè)集裝箱碼頭分為常規(guī)集裝箱碼頭與自動(dòng)化集裝箱碼頭。常規(guī)集裝箱碼頭堆場(chǎng)通常平行于碼頭前沿線布置，堆場(chǎng)區(qū)域移動(dòng)機(jī)械如吊機(jī)、叉車、集卡等有序運(yùn)行，但堆場(chǎng)操作人員較多，區(qū)域劃分不甚嚴(yán)格。視頻監(jiān)控范圍主要有碼頭前沿水域、前沿裝卸區(qū)域、堆場(chǎng)裝卸區(qū)、倉庫和車間內(nèi)部輔建區(qū)以及場(chǎng)地四周圍網(wǎng)。其中堆場(chǎng)裝卸區(qū)根據(jù)箱區(qū)布置，監(jiān)控重點(diǎn)在于縱橫主干道和箱區(qū)間集卡通道，通常在高桿燈或攝像機(jī)立桿等高點(diǎn)設(shè)置覆蓋主干道各方向的監(jiān)控?cái)z像機(jī)，以監(jiān)控主干道車流量和運(yùn)行情況。箱區(qū)間車道兩側(cè)通常在高點(diǎn)各布置1臺(tái)攝像機(jī)監(jiān)控車道內(nèi)集裝箱吊裝情況和集卡運(yùn)行軌跡。由堆場(chǎng)攝像機(jī)布置原則和安裝位置來看，常規(guī)集裝箱碼頭監(jiān)控布置大多側(cè)重監(jiān)控車道是否暢通、裝卸過程是否正常，安裝位置大多為高點(diǎn)安裝。

1.2 自動(dòng)化碼頭監(jiān)控特點(diǎn)

自動(dòng)化集裝箱碼頭與常規(guī)集裝箱碼頭最大不同在于前沿和堆場(chǎng)內(nèi)的裝卸流程、生產(chǎn)區(qū)內(nèi)堆場(chǎng)區(qū)布置以及自動(dòng)化與非自動(dòng)化區(qū)域的分隔。輔建區(qū)、進(jìn)出閘口、各建筑單體等與常規(guī)集裝箱碼頭做法基本相同，布置沒有明顯區(qū)別。

以欽州港大欖坪南作業(yè)區(qū)7#、8#泊位集裝箱自動(dòng)化改造工程為例，工程擬將已建2個(gè)7萬噸級(jí)多用途泊位改造成專業(yè)化全自動(dòng)化集裝箱碼頭。集裝箱堆場(chǎng)采用堆場(chǎng)垂直碼頭前沿線、外集卡作業(yè)車道呈U形且與IGV車道間隔并列的布置方式。碼頭前沿裝卸設(shè)備采用自動(dòng)化雙小車岸橋，水平運(yùn)輸采用智能導(dǎo)引車(IGV)，見圖1。堆場(chǎng)采用雙懸臂自動(dòng)化集裝箱龍門吊結(jié)合IGV、外集卡的作業(yè)方式，IGV車道和外集卡車道分別在龍門吊懸臂兩側(cè)進(jìn)行裝卸作業(yè)，見圖2[1]。

圖1 前沿作業(yè)地帶布置

圖2 堆場(chǎng)作業(yè)斷面(單位：m)

在自動(dòng)化集裝箱碼頭裝卸過程中，除外集卡車輛外其余裝卸機(jī)械均無現(xiàn)場(chǎng)操控人員，整個(gè)裝卸流程的管控很大程度上依賴于遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控實(shí)現(xiàn)，因此現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)流程視頻監(jiān)控必須覆蓋每一個(gè)環(huán)節(jié)，其中碼頭前沿作業(yè)地帶和堆場(chǎng)龍門吊裝卸車道為生產(chǎn)流程監(jiān)控的重點(diǎn)。

為保證自動(dòng)化裝卸的高效性，生產(chǎn)區(qū)域，尤其是自動(dòng)化區(qū)域和非自動(dòng)化區(qū)域須嚴(yán)格劃分。碼頭前沿作業(yè)地帶外集卡車道和自動(dòng)化裝卸車道間、堆場(chǎng)外集卡車道和IGV車道間均由圍網(wǎng)分隔，且為視頻監(jiān)控重點(diǎn)。

智能導(dǎo)引車接收到裝卸指令后由車載控制器分析、計(jì)算出行駛線路，導(dǎo)航系統(tǒng)提供定位和航向以行駛到準(zhǔn)確的裝卸位置[2]，在整個(gè)運(yùn)行過程中沒有現(xiàn)場(chǎng)人員參與。為了保證生產(chǎn)的安全性，自動(dòng)化區(qū)域必須嚴(yán)格控制人員入內(nèi)，非自動(dòng)化生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的人員則必須控制在指定區(qū)域，如堆場(chǎng)外集卡車道內(nèi)的集卡駕駛員在裝卸的全過程不得離開駕駛室，因此生產(chǎn)區(qū)人員違規(guī)進(jìn)入、違規(guī)翻越等行為是視頻監(jiān)控的重點(diǎn)。

2 自動(dòng)化集裝箱碼頭監(jiān)控要點(diǎn)

2.1 生產(chǎn)流程監(jiān)控要點(diǎn)

大欖坪南作業(yè)區(qū)7#、8#泊位生產(chǎn)流程如下：

1)集裝箱船?自動(dòng)化堆場(chǎng)區(qū)的流程為：集裝箱船?自動(dòng)化雙小車岸邊集裝箱裝卸橋?IGV?自動(dòng)化集裝箱軌道龍門吊?自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)。

2)集裝箱船?特殊箱區(qū)的流程為：集裝箱船?自動(dòng)化雙小車岸邊集裝箱裝卸橋?集裝箱牽引半掛車?自動(dòng)化集裝箱軌道龍門吊?自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)特殊箱區(qū)。

3)自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)?貨主的流程為：自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)?自動(dòng)化集裝箱軌道龍門吊?集裝箱牽引半掛車(港外)?港外。

針對(duì)以上生產(chǎn)流程特點(diǎn)，監(jiān)控重點(diǎn)主要在碼頭前沿作業(yè)區(qū)和集裝箱堆場(chǎng)區(qū)。碼頭前沿作業(yè)區(qū)監(jiān)控范圍，包括岸橋下方裝卸車道、岸橋后方的緩沖區(qū)以及自動(dòng)化平行運(yùn)輸設(shè)備行車道。對(duì)在非自動(dòng)會(huì)車道作業(yè)的集卡、自動(dòng)化車道、緩沖區(qū)和水平運(yùn)輸設(shè)備行車道作業(yè)的IGV，以及上述區(qū)域活動(dòng)的輔助人員的操作情況實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控。

集裝箱堆場(chǎng)區(qū)監(jiān)控又包括堆場(chǎng)大范圍監(jiān)控和車道監(jiān)控，大范圍監(jiān)控主要輸出堆場(chǎng)內(nèi)箱區(qū)整體情況、集裝箱流動(dòng)情況、龍門吊運(yùn)行情況，為調(diào)度中心管理人員全盤了解整個(gè)堆場(chǎng)生產(chǎn)情況提供畫面支持。外集卡車道監(jiān)控覆蓋整條車道以掌握外集卡車道內(nèi)車輛活動(dòng)軌跡和運(yùn)行、作業(yè)情況；U形車道堆場(chǎng)IGV車道監(jiān)控重點(diǎn)為IGV在車道內(nèi)的活動(dòng)軌跡和作業(yè)情況。

2.2 區(qū)域和人員管控監(jiān)控要點(diǎn)

針對(duì)碼頭四周圍網(wǎng)、碼頭前沿自動(dòng)化與非自動(dòng)化車道分隔圍網(wǎng)、堆場(chǎng)內(nèi)外集卡車道與IGV車道分隔圍網(wǎng)利用視頻監(jiān)控+智能分析技術(shù)進(jìn)行管控，圍網(wǎng)防入侵系統(tǒng)主要關(guān)注人員攀爬、越界等行為，防止人員進(jìn)入管控區(qū)域。

堆場(chǎng)內(nèi)U形外集卡車道監(jiān)控應(yīng)無盲區(qū)覆蓋，尤其駕駛?cè)藛T上下車一側(cè)，對(duì)違規(guī)上下車、違規(guī)攀爬、翻越圍網(wǎng)等行為進(jìn)行全面監(jiān)控。系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的多種行為特征和事件模式對(duì)防范區(qū)域或?qū)ο筮M(jìn)行智能化的視頻識(shí)別、分析，分析后自動(dòng)彈窗提醒安保人員并提供報(bào)警防區(qū)畫面，檢測(cè)到報(bào)警后通過管理平臺(tái)聯(lián)動(dòng)錄像和調(diào)轉(zhuǎn)周邊球機(jī)或云臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行報(bào)警確認(rèn)[3]。

周界防入侵監(jiān)控系統(tǒng)除對(duì)違規(guī)行為報(bào)警外，還可聯(lián)動(dòng)智能廣播系統(tǒng)，在防入侵管控區(qū)布置一定數(shù)量的室外擴(kuò)音器，當(dāng)周界防入侵系統(tǒng)探測(cè)到管控區(qū)有違規(guī)行為發(fā)生時(shí)，可通過中控室IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)對(duì)指定區(qū)域進(jìn)行喊話或播放預(yù)設(shè)報(bào)警聲，以提示或驅(qū)逐違規(guī)闖入者。

3 攝像機(jī)安裝位置及設(shè)備選型

碼頭前沿作業(yè)區(qū)監(jiān)控?cái)z像機(jī)宜采用球機(jī)，主要安裝在兩類位置：1)安裝在岸橋軌間橫梁和后伸橫梁，以滿足裝卸車道近距離監(jiān)控需要；2)安裝于堆場(chǎng)海側(cè)高桿燈或照明鐵塔上，其安裝高度不小于25 m，以滿足前沿作業(yè)區(qū)大范圍監(jiān)控需求。

堆場(chǎng)大范圍監(jiān)控?cái)z像機(jī)安裝于堆場(chǎng)兩端照明鐵塔或高桿燈上，安裝高度不小于25 m，攝像機(jī)可選用室外球機(jī)或云臺(tái)攝像機(jī)，輔以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)全景拼接攝像機(jī)，提供3D實(shí)時(shí)畫面，以實(shí)現(xiàn)高點(diǎn)大范圍視頻監(jiān)控與低點(diǎn)精準(zhǔn)監(jiān)控畫面聯(lián)動(dòng)。

堆場(chǎng)外集卡車道可選用槍機(jī)、球機(jī)或槍球聯(lián)動(dòng)一體機(jī)以覆蓋通道，攝像機(jī)安裝高度不宜超過8 m，可根據(jù)堆場(chǎng)照明燈桿布置安裝于照明燈桿或攝像機(jī)立桿上。除了上述安裝位置還可選擇在龍門吊靠路側(cè)適當(dāng)位置設(shè)置球形攝像機(jī)，每縱列堆場(chǎng)有2臺(tái)龍門吊，攝像機(jī)跟隨其移動(dòng)獲取車道監(jiān)控畫面，作為定點(diǎn)監(jiān)控的補(bǔ)充。

由于龍門吊在IGV車道一側(cè)的裝卸范圍立桿安裝空間受限，IGV車道監(jiān)控主要依靠龍門吊門腿外側(cè)位置攝像機(jī)，約560 m縱深堆場(chǎng)由兩臺(tái)龍門吊各覆蓋280 m以監(jiān)控整條IGV車道，見圖3[4]。

注：①為3槍機(jī)+1球機(jī)；②為1球機(jī)；③為1槍機(jī)+1球機(jī)；④為4槍機(jī)；⑤為3槍機(jī)；⑥為3拼接槍機(jī)+7球機(jī)+全景攝像機(jī)；⑦為3槍機(jī)+7球機(jī)。圖3 堆場(chǎng)攝像機(jī)典型布置

周界攝像機(jī)采用固定槍機(jī)結(jié)合球機(jī)的布置，固定槍機(jī)直線段間距一般不超過100 m，安裝位置以高出圍網(wǎng)50～100 mm為宜[5]。智能監(jiān)控平臺(tái)通過對(duì)攝像機(jī)信號(hào)實(shí)時(shí)分析、處理，實(shí)現(xiàn)違規(guī)入侵報(bào)警，并可聯(lián)動(dòng)云臺(tái)攝像機(jī)或球機(jī)對(duì)報(bào)警區(qū)域違規(guī)行為進(jìn)行確認(rèn)。

4 結(jié)論

1)自動(dòng)化集裝箱碼頭裝卸流程監(jiān)控重點(diǎn)在于碼頭前沿作業(yè)區(qū)和堆場(chǎng)區(qū)作業(yè)監(jiān)控，利用安裝于岸橋、照明鐵塔(高桿燈)、路燈、攝像機(jī)立桿、龍門吊門腿等位置的攝像機(jī)高、低點(diǎn)結(jié)合覆蓋碼頭整個(gè)裝卸作業(yè)過程。

2)利用智能分析+視頻監(jiān)控技術(shù)對(duì)區(qū)域分隔圍網(wǎng)的違規(guī)攀爬和翻越、自動(dòng)化區(qū)域內(nèi)和外集卡車道的人員違規(guī)行為進(jìn)行遠(yuǎn)程安防管控。