摄像头监控系统在自动化轨道式起重机上的应用

曹 乐 叶建勇

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海200125）

0 引言

在现代化物流运输中，码头里的集装箱装卸是依靠集装箱起重机来完成的。作为起重机的功能部件，吊具占据着重要的地位，起重机通过吊具实现对集装箱的装卸，而自动化轨道式起重机的吊具更是在无人值守的工况下进行作业，作业中的安全和精准直接影响到码头作业的效率。

1 吊具在最终着箱时的安全和精准问题

在自动化起重机上吊具着箱已经告别了传统的需要司机用眼睛观察后再将吊具放到集装箱上的模式，通过吊具上的传感器等设备的帮助，系统可以更精准地将吊具放置到集装箱上，避免了人为砸箱时对集装箱和吊具产生的冲击以及一些不安全因素。虽然现在有很多设备在吊具或起重机的相关部位安装激光扫描器来实现定位功能，但是其昂贵的费用和对安全工作环境判断的缺失限制了其发展，而利用摄像头监控加入目标识别定位功能就具有很高的性价比，应更好地得到推广和应用。

2 摄像头监控系统的目标识别定位功能分析

本文以新加坡自动化轨道吊摄像头监控加入目标识别定位功能在吊具最终着箱上的应用为例进行分析，来说明这套系统在实现安全精准着箱功能同时还有很高的性价比，能极大地提高作业效率。

（1）TRL即 Target Recognition Location，目标识别定位。TRL系统工作原理如图1所示。

图1 系统工作原理

系统组成：4个CCD摄像头，带调节支持（适配器）；4个金属摄像头罩壳支架，本文采用Axis品牌；1个上架摄像头编码器；两个以太网关配光缆接口；两个单模光缆；4个摄像头接线分线盒；两个带 RJ45接头的CAT6（CAT5E）网线；DC12 V（max.0.5 A）电源模块（视现场情况选择）；1套摄像系统应用软件。

技术参数：水平分辨率为480 TV－Lines（752×582 Pixel），核心元件为1／3″Shar p CCD－Chip，最小照度为 0.25 Lux／F 1.4，连接电缆为3 m BNC－socket ＆12 V DC－socket，防护等级为IP67。

软件系统：将TRL应用软件（图2）安装在主机上，设置好网络通讯连接后即可使用。

图2 TRL应用软件

（2）在安装好软硬件后还要进行调试。首先，保证各个元件通电处于正常状态，然后检查通讯，这里有两种方式：一种是检查摄像头本身传回来的模拟量视频信号，应以能否看清楚画面为准；另一种是检查软件与视频编码器网络协议的数字量通讯信号。视频编码器通过以太网发送视频流到TRL处理系统（即摄像系统应用软件），这个处理过程并不需要PLC，因为TRL应用软件能够手动触发并识别物体（集装箱的锁孔和地面标记），并在快照后将相关值记录下来。数据是由TRL应用软件通过摄像头照片的像素分辨率处理得来的，相对吊具中心的补偿值（X、Y、旋转）由PLC内部程序计算。

（3）在实际作业中会出现两种情况：一是吊具与集装箱锁孔对齐过程中没有误差或误差很小，在允许范围内。自动堆箱过程中吊具下降到目标位置对目标集装箱锁孔进行快照，若锁孔不可见则认为吊具下的集装箱与下层集装箱位置上只有很小的误差，几乎在一条线上。图像的评估区域是可调节的，并用灰色方框标记，用于缩短处理时间（通常1～2 s），TRL应用程序会确认方框内的两个最佳值并用灰色标记。另一个是吊具位置与集装箱位置有偏差，吊具下集装箱不在直线状态（或是X、Y、旋转），至少两个锁孔是可见的并且被系统捕获到，通过系统计算出偏移量，再由PLC程序控制吊具进行修正。所以，在初始状态时就需要进行校正偏差量的工作。工程师需要待在地面测量真实值（图3），真实偏差值可以通过箱脚和锁孔在X、Y方向的偏差得到。测量吊具最大旋转和平移量后记录在软件的数据块中，之后只要吊具与集装箱位置有偏差，系统就会自动计算出补偿量，再将这个补偿量发送给PLC，主系统就会控制吊具移动到集装箱正上方，保证了各种情况下吊具都能很精准地落在集装箱上。

图3 测量箱脚侧偏差值

3 分析结论

由于目标定位系统是集成在摄像头监控中的，通常工作人员都是在控制室远程监控吊具的作业情况，实时判断作业区的安全情况，可以随时进行人工干预，增强了安全性。正是出于安全性的考虑，用户通常都会在起重机吊具上安装监控摄像头，尤其是自动化起重机更是如此。那么在已有的硬件上几乎不用增加元器件就能实现目标定位功能，又不会增加太多的成本支出，这就使得整个监控系统性价比突出。而它从扫描到发出数据执行小于3 s，且在吊具下降时就可以进行快照同时处理数据，当吊具到达集装箱上面时，系统已经判断出吊具是否需要纠偏，大大提高了吊具反应速度，极大地提高了码头作业效率

4 TRL系统的优点

（1）TRL系统与监控系统做成一体，共享软硬件资源，能减少资金投入。（2）若原来吊具上安装有监控系统，将更方便施工调试、接线。（3）性价比高，在满足监控功能的基础上又可获得自动着箱功能。（4）软件系统可在设备原有工控机或视频处理机上安装调试，减少了通讯故障。（5）防护等级高，防腐性能优越。（6）模块化设计，便于维护修理。

［1］张德丰.MATLAB数字图像处理［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［2］Ram吊具原理图［Z］.