孫良艷

摘要：為了提高起重機司機實操自動化考試評判的準(zhǔn)確性、客觀性和公正性，文中介紹了一種起重機司機實操自動化考試評分系統(tǒng)，著重對其中定點停放環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)結(jié)果采集實現(xiàn)不同方式方法及工作原理進行說明，綜合分析不同方式方法的優(yōu)劣勢，最終得出適合實際的最優(yōu)實現(xiàn)方式，并對此方式實現(xiàn)的數(shù)學(xué)模型進行闡述，且提出優(yōu)化思路。

關(guān)鍵詞：起重機司機考試；定點停放；數(shù)據(jù)采集

Research on the Optimal Implementation Method for Data Acquisition in Designated Parking? Locations During Crane Driver Exams

SUN Liangyan

（Fujian Special Equipment Inspection and Research Institute， Fuzhou 350008， Fujian， China）

Abstract： In order to improve the accuracy， objectivity， and impartiality of evaluating crane driver practical operation automation exams， this paper introduces a scoring system for the crane driver practical operation automation exam. The focus is on explaining the different methods and working principles for collecting data results in the fixed-point parking process. A comprehensive analysis of the advantages and disadvantages of each approach is conducted， ultimately leading to the identification of an optimal implementation method that is practical and efficient.. The mathematical model for implementing this method is explained， and optimization ideas are proposed.

Key Words：? Crane driver exams; Parking at designated locations; Data acquisition

0引言

據(jù)市場監(jiān)管總局統(tǒng)計，截至2022年底，全國起重機械數(shù)量達279.24萬臺，占特種設(shè)備總量14.28%，而起重機械事故在全國特種設(shè)備事故起數(shù)占比為23.15%，僅次于場（廠）內(nèi)專用機動車輛。據(jù)不完全統(tǒng)計，因使用、管理不當(dāng)發(fā)生事故，約占80%以上，作業(yè)人員操作能力為其中重要因素，操作水平考核為企業(yè)管理員工的重要一環(huán)。對于起重機械，具有司機室的起重機司機應(yīng)持證上崗，起重機司機上崗證書取證分理論知識和實際操作技能（以下簡稱“實操”）考試。理論知識考試為機考。隨著信息化等技術(shù)的發(fā)展，實操考試為避免人為因素影響，研發(fā)出一套實操自動化考試評分系統(tǒng)，將極大地提高考試評判的準(zhǔn)確性、客觀性和公正性。

1系統(tǒng)簡介

本系統(tǒng)含身份證識別模塊、考生人機交互模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、視頻錄制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和考試報告生成模塊。整個系統(tǒng)根據(jù)考核大綱設(shè)置，學(xué)員用身份證進行人臉比對通過后領(lǐng)取考試觸摸平板后考試。實操考試100分，各部分內(nèi)容所占比例：部件識別占30%，基本操作能力占50%，應(yīng)急處置能力占20%。單科成績達到70分為合格；每科均合格，評定為考試合格；考試合格者即可獲得上崗證書[1]。

起重機實操考試中部件識別考核考生現(xiàn)場作業(yè)識別能力：主要零部件和作業(yè)現(xiàn)場安全標(biāo)志識別。考生在部件考核區(qū)進行作答，采用實物加圖片的模式，考生在觸摸平板上進行答題，系統(tǒng)根據(jù)選擇或回答情況進行自動評分。

起重機實操考試中基本操作能力考核考生機構(gòu)空載運行操作和機構(gòu)帶載運行操作。機構(gòu)空載運行操作考核考生是否具備基本的操作能力。機構(gòu)帶載運行操作考核學(xué)員起吊一定的載荷，進行指定行程運行操作，并定點停放；操作過程要求“穩(wěn)準(zhǔn)快、安全合理”。考試過程有一票否決項：如未安全操作、不會空載運行操作和不聽從指令等?？忌谒緳C室進行操作，根據(jù)提示指令完成基本操作能力考核，系統(tǒng)實時分析收集到的數(shù)據(jù)并進行自動評分。

起重機實操考試中應(yīng)急處置能力考核考生運行故障與異常情況的辨識、意外和事故的預(yù)發(fā)或處置等。考生在應(yīng)急處置考核區(qū)進行作答，采用實物操作加圖片的模式，考生在觸摸平板上進行答題，系統(tǒng)根據(jù)選擇或回答情況進行自動評分。

考試全程進行視頻錄像，考生一人一檔，將全程的操作數(shù)據(jù)和視頻、起重機空載和帶載視頻存入后方數(shù)據(jù)庫。

2定點停放數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)方法與工作原理[2]

實操自動化考試評分系統(tǒng)基本操作能力要求定點停放，現(xiàn)普遍定點停放考題為吊物（圓桶，D直徑500mm）停于指定圈內(nèi)，出內(nèi)圈（D1直徑600mm）、中圈（D2直徑700mm）和外圈（D3直徑800mm）相應(yīng)的扣分[3]。實現(xiàn)方法有以下四種：

2.1? 傳感器檢測方法

可采用壓力傳感器或遮擋式光電傳感器作為現(xiàn)場采集用設(shè)備，通過吊物的停放位置獲取壓力信號或光電信號，并將壓力信號或者光電信號輸出為受壓數(shù)據(jù)或遮擋數(shù)據(jù)，加以分析判斷停放情況。采用壓力傳感器：設(shè)計一套鋼結(jié)構(gòu)裝置，內(nèi)圈與中圈、中圈與外圈、外圈外三個圓環(huán)，壓力傳感器置于圓環(huán)下，當(dāng)圓桶壓到響應(yīng)的圓環(huán)，壓力傳感器將受壓數(shù)據(jù)傳于數(shù)據(jù)分析模塊，即可判斷停放情況。采用遮擋式光電傳感器：常用方法將內(nèi)圈、中圈和外圈留出凹槽，將此傳感器圓形整圈布置，當(dāng)圓桶將光電遮擋，數(shù)據(jù)傳于數(shù)據(jù)分析模塊，即可判斷停放情況。[4]

2.2? 激光測距檢測方法

使用兩套激光測距模組作為現(xiàn)場采集用設(shè)備，分別放置在指定位置并對準(zhǔn)定點圓心。吊物上設(shè)置反射板，根據(jù)吊物在落地后的定點位置提取數(shù)據(jù)傳送至上位機；通過上位機演算出吊桶圓心位置與底座圓心位置之間的距離，得出停放情況。同時，在吊物底部安裝測距傳感器，判斷吊物的起升流程及高度是否按要求完成指定操作。

2.3? 視覺處理分析方法

利用雙工業(yè)攝像機作為現(xiàn)場采集用設(shè)備，分別安裝在特定位置，將吊桶、底座噴涂上色差較大的不同顏色，利用顏色識別、邊緣識別算法計算出吊桶實際放置位置圓心坐標(biāo)，采用位置法和圖像法進行分析，計算出吊桶圓心與底座圓心位置之間的距離。此方法將視覺信息進行數(shù)字化，并將整個考場物體設(shè)置在三維坐標(biāo)中定義相關(guān)的誤差數(shù)據(jù)，在進行數(shù)據(jù)識別時，根據(jù)吊物在停放過程中，構(gòu)造的幾何數(shù)學(xué)模型推斷出定點和吊物的目標(biāo)點與雙目攝像頭之間的位置，從而將整個過程中的目標(biāo)運動均通過相對坐標(biāo)來定制或傳達到上位機，通過上位機采樣分析計算得出停放情況。

2.4 北斗衛(wèi)星定位方法

據(jù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)官網(wǎng)文章，“在中國境內(nèi)能夠提供實時米級、分米級、厘米級和后處理毫米級高精度服務(wù)”，毫米級別定位服務(wù)用于民用適用于本系統(tǒng)。將圓心位置標(biāo)定，圓桶圓心裝配上北斗定位儀，根據(jù)兩圓心距離即可判斷結(jié)果。

3優(yōu)劣勢和具體實現(xiàn)模型

3.1? 四種實現(xiàn)方式的優(yōu)劣

以上分析定點停放數(shù)據(jù)結(jié)果采集實現(xiàn)方法，在運用中根據(jù)實際情況進行取舍?；诋?dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展和作者認(rèn)知情況，對四種實現(xiàn)方法進行優(yōu)劣勢分析，詳見表1，表中高中低指標(biāo)為四種方法的相對值，并采用評分來進行綜合判斷。

綜合以上分析，激光雷達測距作為定點停放數(shù)據(jù)結(jié)果采集實現(xiàn)方法。

3.2? 基于激光雷達測距技術(shù)的數(shù)學(xué)模型

定點停放點如圖1所示的方式擺放，在每個定點檢測底座周圍安裝兩個激光測距傳感器，兩個激光傳感器以激光發(fā)出方向與地面平行，通過底座圓心垂直方向相交，兩束激光形成90度夾角的布置方式，從而通過軟件計算吊桶圓心位置。

數(shù)學(xué)模型如圖2所示。

為方便布置，水平和垂直方向的激光傳感器到同心的距離同時設(shè)為L（已知，也可根據(jù)現(xiàn)場情況將傳感器的距離設(shè)為不同）。設(shè)圓桶圓心距定點停放點的圓心（兩激光測距儀激光相交位置）距離X，則：。

K1和K2可由以下公式獲得。

式中：D—圓桶直徑（已知），mm；

K1—圓桶中心到停放點圓心水平方向的距離（未知），mm；

K2—圓桶中心到停放點圓心豎直方向的距離（未知），mm；

L1—水平激光到圓桶的距離（已知），mm；

L2—豎直激光到圓桶的距離（已知），mm。

判斷，當(dāng)X+D/2＞D3，出外圈；當(dāng)D2＜X+

D/2＜D3，出中圈；D1＜X+D/2＜D2，出內(nèi)圈；X+D/2＜D1，停放準(zhǔn)確?，F(xiàn)場實操案例如圖3所示。

3.3激光測距方法的優(yōu)化思路

通過對現(xiàn)場實物的部署與實現(xiàn)，激光測距方法達到了預(yù)期效果，也存在可優(yōu)化部分：

1）快速安裝優(yōu)化。因以上是兩激光測距垂直交匯，現(xiàn)場安裝采用三角膠調(diào)平，并要核對是否交匯，消耗時間。修改建議，對激光支架進行優(yōu)化，因考試現(xiàn)場基本平整，只要將激光儀固定微調(diào)水平，并可兩固定儀器沿著中心拉一條線，線中一點通過定點圓心形成角度，即可安裝完畢。

2）多定點停放點減少激光儀器使用，如三個定點位置采用3個激光測距儀，但因作者尚在研究中，數(shù)學(xué)模型未建立。

3）優(yōu)化數(shù)學(xué)模型方式，使數(shù)據(jù)更少，更易管理。

4 結(jié)語

文中對起重機司機實操自動化考試評分系統(tǒng)中定點停放實現(xiàn)方式的研究，并給出最終方案，科研項目也產(chǎn)出結(jié)果。操作過程的安全監(jiān)控和保護，考生的軌跡研究判斷學(xué)員的掌握程度等內(nèi)容，具有研究價值。

參考文獻

[1]國家市場監(jiān)督管理總局.特種設(shè)備作業(yè)人員考核規(guī)則：

TSGZ 6001-2019[S].2019，5（27）.

[2]林健民.橋門式起重機作業(yè)人員實操考試自動評分

系統(tǒng)實現(xiàn)方法的研究[J].中國設(shè)備工程，2020，08（下）：

246-247.

[3]黃劍.起重機電子信息化考試系統(tǒng)應(yīng)用探索[J].

內(nèi)燃機與配件，2016，10：47-49.

[4]熊治，張?zhí)煊?，張桐，?橋門式起重機考試自動評分系

統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2018，15：62-64.