王均偉

（山東港口日照港嵐山公司，山東 日照 276808 ）

1 前言

安全對(duì)于一個(gè)企業(yè)來說，是生存的根本。如果用分?jǐn)?shù)來衡量的話，100分里，安全就是最前面的1，沒有安全，其他的全是0。當(dāng)前各企業(yè)都在不斷追求本質(zhì)化安全生產(chǎn)，在生產(chǎn)作業(yè)過程中，人這個(gè)因素是最大的不安全，最大限度地減少人的參與，減人就是減風(fēng)險(xiǎn)，已經(jīng)是當(dāng)前安全管理的普遍共識(shí)。港口作為交通行業(yè)重要的一環(huán)，生產(chǎn)作業(yè)中大型設(shè)備多，臨近海邊，氣候條件和作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高。雖然各大港口積極利用機(jī)械化、自動(dòng)化等技術(shù)手段，減少人的勞動(dòng)強(qiáng)度，但是，對(duì)傳統(tǒng)的散貨碼頭來說，還是有大量的作業(yè)場(chǎng)景離不開人來輔助。例如，本文討論的船舶裝卸場(chǎng)景下的艙內(nèi)機(jī)械駕駛?cè)藛T、門機(jī)駕駛?cè)藛T等，在技術(shù)上還沒有達(dá)到可靠的應(yīng)用程度時(shí)，人還是不可或缺的。

當(dāng)前，我們已經(jīng)進(jìn)入了萬物互聯(lián)的時(shí)代，各種新技術(shù)層出不窮,不斷推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步。射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID），是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種，通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無線射頻方式對(duì)記錄媒體（電子標(biāo)簽或射頻卡）進(jìn)行讀寫，從而達(dá)到識(shí)別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的，其被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一。射頻技術(shù)被廣泛應(yīng)用于資產(chǎn)管理、物流等行業(yè)，給我們的工作和生活帶來了極大的便利。

隨著RFID射頻技術(shù)的不斷發(fā)展，在港口行業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛。例如，港口行業(yè)中應(yīng)用最多、最成熟的對(duì)生產(chǎn)作業(yè)車輛的管理，利用RFID射頻技術(shù)，對(duì)港口的流動(dòng)機(jī)械如裝載機(jī)、水平運(yùn)輸車輛等進(jìn)行電子化管理，實(shí)現(xiàn)不停車采集,快速通過閘口、地磅等關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)。還有利用射頻進(jìn)行人員的定位管理，實(shí)時(shí)掌握人員動(dòng)態(tài)等等。依托射頻技術(shù)，港口的生產(chǎn)作業(yè)數(shù)據(jù)采集更加快速、高效，在提高生產(chǎn)作業(yè)效率的同時(shí)，港口的運(yùn)營成本不斷降低，管理水平不斷提升。

傳統(tǒng)的散貨船舶裝卸作業(yè)，主要依靠門機(jī)進(jìn)行船岸作業(yè)，利用門機(jī)抓斗抓取貨物，隨著船艙內(nèi)貨物的不斷減少，為保證船舶裝卸效率，通常情況下，在船艙內(nèi)貨物快完成時(shí)，需要輔助清倉機(jī)械來輔助門機(jī)作業(yè)，保證門機(jī)抓斗的滿載率，提高裝卸效率。當(dāng)船艙內(nèi)有機(jī)械輔助清倉時(shí)，門機(jī)抓斗與艙內(nèi)機(jī)械極易發(fā)生碰撞事故，進(jìn)而造成人身傷害。此環(huán)節(jié)也是港口生產(chǎn)作業(yè)安全重點(diǎn)關(guān)注的之一。由于安全管控難度大，既要保證作業(yè)效率高，又要兼顧安全，所以一直是行業(yè)難點(diǎn)。如何保證安全的前提下，最大限度地提高作業(yè)效率是港口管理者一直追求的目標(biāo)。本文探討一種利用有源射頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)門機(jī)抓斗與船艙內(nèi)機(jī)械的防碰撞預(yù)警，能夠切實(shí)提高船舶裝卸作業(yè)的安全水平，有力保障人員安全。

基于RFID的門機(jī)抓斗防碰撞預(yù)警系統(tǒng)主要應(yīng)用在門機(jī)與船艙內(nèi)作業(yè)機(jī)械的防碰撞，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)很好地克服了門機(jī)抓斗無法供電、不能加裝相關(guān)設(shè)備的難點(diǎn)，巧妙地利用有源射頻標(biāo)簽，通過安裝在艙內(nèi)機(jī)械的射頻讀寫器來感應(yīng)門機(jī)抓斗的標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)防撞預(yù)警，同時(shí)再通過5G網(wǎng)絡(luò)把報(bào)警信號(hào)實(shí)時(shí)反饋給門機(jī)司機(jī)，使艙內(nèi)機(jī)械司機(jī)和門機(jī)司機(jī)能夠同時(shí)收到報(bào)警信號(hào)，達(dá)到防撞預(yù)警的目的。

2 系統(tǒng)組成

基于RFID的門機(jī)抓斗防碰撞預(yù)警系統(tǒng)，主要是利用有源射頻技術(shù)，工作頻率為2.4G，包括射頻標(biāo)簽、射頻讀寫器、車載終端三部分組成。系統(tǒng)主要利用感應(yīng)射頻標(biāo)簽起到警示作用，達(dá)到防碰撞預(yù)警目的。按照安裝部位主要分為艙內(nèi)機(jī)械和門機(jī)兩部分。艙內(nèi)機(jī)械部分主要由射頻讀寫器和車載終端模塊組成，門機(jī)部分主要由抓斗射頻標(biāo)簽和車載終端組成。

2.1 門機(jī)部分

2.1.1 抓斗射頻標(biāo)簽

由于門機(jī)抓斗與門機(jī)主體是由鋼絲繩連接，無法直接接入電源，因此，采用安裝有源射頻標(biāo)簽的形式，定位門機(jī)抓斗的位置?？紤]到門機(jī)抓斗與散貨貨物接觸，容易造成磕碰、撞擊等，所以對(duì)射頻標(biāo)簽進(jìn)行加固處理，但又不能影響標(biāo)簽的讀寫。因此，采用鏤空的不銹鋼盒進(jìn)行固定，即起到了防護(hù)作用，也不影響射頻卡的讀取。安裝位置也需要選在抓斗上方，不容易被磕碰的地方，同時(shí)為了保證不受到抓斗本身的遮擋，能夠及時(shí)讀取標(biāo)簽，所以在抓斗的兩個(gè)對(duì)立的面上分別安裝標(biāo)簽，防止一側(cè)有標(biāo)簽受到抓斗本身的遮擋造成無法讀取標(biāo)簽，不能報(bào)警的情況發(fā)生。射頻標(biāo)簽采用有源紐扣電池，供電電池可持續(xù)供電1年，1年后進(jìn)行更換。為保證標(biāo)簽的可靠性，需對(duì)標(biāo)簽電池定期進(jìn)行檢測(cè)，如需更換電池可在進(jìn)行抓斗維修維護(hù)的時(shí)候一起更換。

為防止其他信號(hào)對(duì)射頻標(biāo)簽的干擾，造成誤報(bào)的情況，需提前在數(shù)據(jù)庫中錄入射頻標(biāo)簽與抓斗的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在實(shí)際使用過程中,不在數(shù)據(jù)庫內(nèi)的標(biāo)簽不進(jìn)行報(bào)警,防止在作業(yè)過程中發(fā)生誤報(bào)警的情況發(fā)生,影響司機(jī)的正常作業(yè)。

2.1.2 車載終端

在門機(jī)駕駛室內(nèi)安裝車載終端,能夠與后臺(tái)服務(wù)端進(jìn)行通訊,確保報(bào)警信號(hào)能夠及時(shí)通過車載終端提醒門機(jī)司機(jī)進(jìn)行避讓?？蓪?bào)警信號(hào)同步輸出給門機(jī)控制系統(tǒng)PLC,自動(dòng)讓門機(jī)停止作業(yè)，提高系統(tǒng)的應(yīng)用效果。車載終端需滿足IP65以上防護(hù)等級(jí)，為便于軟件的開發(fā)，系統(tǒng)采用安卓系統(tǒng)，支持5G通訊，屏幕7寸以上，不宜過大，防止影響駕駛員視線。車載終端具備2個(gè)以上串口，便于連接門機(jī)PLC等。

2.2 艙內(nèi)機(jī)械部分

2.2.1 射頻讀寫器

散貨船舶裝卸作業(yè)，輔助的清倉機(jī)械一般為挖掘機(jī)或者裝載機(jī)。在挖掘機(jī)或者裝載機(jī)駕駛室頂部安裝射頻讀寫器，讀寫角度為360°，駕駛室內(nèi)接聲音報(bào)警器。反復(fù)調(diào)試讀寫器參數(shù)，確保設(shè)定15米范圍內(nèi)讀到標(biāo)簽后報(bào)警，提醒駕駛員進(jìn)行避讓。15米的報(bào)警范圍主要是考慮到射頻標(biāo)簽安裝在抓斗上方，需考慮抓斗本身的高度，同時(shí)，還需要留出司機(jī)做出避讓的反應(yīng)時(shí)間。此報(bào)警范圍可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以滿足報(bào)警需要為前提。

2.2.2 車載終端

射頻讀寫器通過串口連接車載終端，及時(shí)把報(bào)警信號(hào)傳輸?shù)胶笈_(tái)數(shù)據(jù)庫?？紤]傳輸信號(hào)的穩(wěn)定性和及時(shí)性，車載終端需具備5G傳輸模塊,利用5G的低時(shí)延特征,保證預(yù)警信號(hào)能夠快速傳輸。門機(jī)司機(jī)駕駛室的車載終端，也通過5G網(wǎng)絡(luò)傳輸,同步接收?qǐng)?bào)警信號(hào)。在進(jìn)行部署過程中，需對(duì)整個(gè)作業(yè)場(chǎng)景的5G信號(hào)進(jìn)行全面檢測(cè)，保證信號(hào)全覆蓋，特別是船艙內(nèi)信號(hào)，需重點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，信號(hào)差或者不穩(wěn)定的區(qū)域聯(lián)系運(yùn)營商進(jìn)行優(yōu)化，確保5G信號(hào)覆蓋良好。

3 車載終端軟件

艙內(nèi)機(jī)械和門機(jī)的車載終端軟件一致，為保持系統(tǒng)的開放性，基于安卓平臺(tái)開發(fā),通電后軟件自啟動(dòng)，防止人工關(guān)閉報(bào)警裝置。軟件設(shè)置檢測(cè)按鈕,能夠檢測(cè)車載終端與射頻讀寫器的連通性以及讀卡情況,同時(shí)檢測(cè)與后端數(shù)據(jù)的聯(lián)通性，確保整套防碰撞預(yù)警系統(tǒng)工作正常。區(qū)別在于艙內(nèi)機(jī)械的車載終端連接射頻讀寫器，負(fù)責(zé)報(bào)警信號(hào)的觸發(fā)和回傳，門機(jī)上的車載終端負(fù)責(zé)接收?qǐng)?bào)警信號(hào)。

4 工作原理與過程

由于有源射頻卡識(shí)別距離較長，容易造成誤讀的情況。如果發(fā)生誤讀，產(chǎn)生誤報(bào)警信號(hào)，會(huì)給司機(jī)造成困擾，影響作業(yè)的順暢。為防止多臺(tái)設(shè)備造成報(bào)警混亂，每臺(tái)門機(jī)車載終端與抓斗的射頻標(biāo)簽進(jìn)行事先綁定，建立好一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，每臺(tái)車載終端只接收本機(jī)抓斗的報(bào)警信號(hào)，防止誤報(bào)警。

在門機(jī)抓取船艙內(nèi)貨物過程中,當(dāng)抓斗接近艙內(nèi)作業(yè)機(jī)械時(shí),艙內(nèi)機(jī)械上安裝的射頻讀寫器感應(yīng)到抓斗上的射頻標(biāo)簽,立即輸出一個(gè)報(bào)警信號(hào),通過車載終端進(jìn)行蜂鳴報(bào)警，提醒駕駛員避讓抓斗。同時(shí)，報(bào)警信號(hào)通過5G網(wǎng)絡(luò)傳回到后端數(shù)據(jù)庫。

門機(jī)駕駛室內(nèi)的車載終端與后端通訊，當(dāng)后臺(tái)接收到報(bào)警信號(hào)后，自動(dòng)推送到相應(yīng)的車載終端,車載終端同時(shí)報(bào)警,提醒門機(jī)司機(jī)避讓。車載終端收到信號(hào)后進(jìn)行蜂鳴報(bào)警，同時(shí)信號(hào)傳輸給門機(jī)PLC，PLC控制門機(jī)自動(dòng)停止工作。

本系統(tǒng)提供一種預(yù)警機(jī)制，在使用前需確保系統(tǒng)運(yùn)行正常。在實(shí)際作業(yè)中，門機(jī)司機(jī)和艙內(nèi)司機(jī)不能盲目完全依賴預(yù)警系統(tǒng)，還需要嚴(yán)格按照操作規(guī)程操作。

5 應(yīng)用效果

基于RFID的門機(jī)抓斗防碰撞預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了散貨船舶作業(yè)門機(jī)司機(jī)和艙內(nèi)司機(jī)的雙防碰撞預(yù)警，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)更透明，不僅可以應(yīng)用于門機(jī)，也可應(yīng)用于卸船機(jī)，部署簡單、快捷，成本低，利于大范圍推廣應(yīng)用。系統(tǒng)很好地解決了船舶裝卸過程中多個(gè)作業(yè)機(jī)械的防碰撞問題，保障艙內(nèi)機(jī)械司機(jī)的人身安全，有效提高散貨船舶的本質(zhì)安全水平，給港口帶來較大的安全效益。同時(shí)，讓門機(jī)司機(jī)、艙內(nèi)機(jī)械司機(jī)不用因擔(dān)心碰撞而過多的分神，更加專注于生產(chǎn)作業(yè)，裝卸效率更高。

6 結(jié)語

隨著RFID在港口中的不斷應(yīng)用，港口對(duì)人、車、貨物等生產(chǎn)要素的感知能力將大大增強(qiáng)，可以不間斷為生產(chǎn)調(diào)度提供實(shí)時(shí)、精確的生產(chǎn)作業(yè)數(shù)據(jù)，助力港口管理者更加科學(xué)、高效地統(tǒng)籌調(diào)度港口資源，實(shí)現(xiàn)資源利用最大化。