一种码头智能化水泥装卸监控系统的制作方法

1.本发明属于码头装卸船智能控制的技术领域，具体涉及一种码头智能化水泥装卸监控系统。


背景技术：

2.目前，国内水泥行业码头装卸大部分采用人工操作装卸设备，装卸作业的范围以及装卸船机的各机构运动均由操作人员通过操作台控制，作业效率与作业安全性完全取决于操作人员与舱口指挥人员的熟练程度及配合默契程度。也有部分码头采用了具有半自动控制功能的装卸设备，即主要控制参数由人工辅助设定完成，以达到比较高的工作效率和工作可靠性。当前装卸船工艺主要问题是：装卸船机的操作室位于装卸船机的臂架正上方，在作业过程中视线被挡，操作人员无法观测到溜筒的落料情况以及臂架正下方的物料分布情况，难以观测到船体倾斜情况，难以准确定位溜筒。因此在水泥等装卸船作业时，需在船上另外设置一名人员，与操作人员对话交流，配合实现装卸船作业，存在风险。
3.同时现场人工操作一方面由于码头恶劣的工作条件(高温、高粉尘、高噪声等)会危害作业人员的身心健康，另一方面由于恶劣的工作条件和长时间简单重复装卸动作，极易引起作业人员疲劳，造成装卸船过程中的安全事故。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种码头智能化水泥装卸监控系统，用于解决现有技术中对船舶进行水泥物料装卸时缺乏足够的监控和自动控制，而必须通过码头现场人员和装船机两处人员相互交流和操作实现物料装船，容易因为交流不畅或人为操作失误造成安全风险，同时装船效率也明显较低的技术问题。
5.所述的一种码头智能化水泥装卸监控系统，包括装船机和中控室，所述装船机通过5g虚拟专有网络与中控室通信，所述装船机设有直立的溜筒，所述溜筒的两侧上端对称设置有一对溜筒监控摄像机，所述溜筒监控摄像机向下竖直拍摄且拍摄方向与所述溜筒的下料口中轴线对齐，所述码头岸边通过立柱设置有两个船舶监控摄像机，所述船舶监控摄像机分别设于停靠在所述码头处船舶的船头和船尾位置，所述中控室包括溜筒监控模块和船舶监控模块，所述溜筒监控模块通过所述溜筒监控摄像机监控所述溜筒的下料口是否位于所述船舶的船舱中间位置，所述船舶监控模块通过所述船舶监控摄像机监控所述船舶的位置和状态，所述溜筒监控摄像机和所述船舶监控摄像机均为与所述中控室无线通信的5g高清摄像机。
6.优选的，所述溜筒的下料口处设有护尘罩，所述中控室还包括护尘罩识别模块，所述护尘罩识别模块根据所述溜筒监控摄像机采集的图像确定所述护尘罩相对所述船舱两侧的横向位置，将该横向位置结合到所述船舶监控摄像机采集到的包含所述护尘罩的图像，识别出所述护尘罩和所述船舱并计算出所述护尘罩相对所述船舱的高度。
7.优选的，在船舶准备阶段，本系统通过船舶监控模块识别船舶的位置，当船舶的位
置紧靠在码头岸边，同时识别出至少有一个码头上的系缆桩与船舶锚定完毕，则将此状况识别为船舶已入港，而当识别出所有系缆桩解除锚定并且船舶的位置与码头岸边之间有一定间隔，则将此状况识别为船舶未入港。船舶监控模块通过训练后的识别模型一自动识别出图像中的船舶、人物以及系缆桩，并能识别系缆桩是否系有缆索。
8.优选的，在非作业状态下，所述船舶监控模块船舶监控模块从船舶监控摄像机采集到的图像中识别出的溜筒位置不应超出岸壁，如果识别出溜筒位置超出岸壁则发出警报信号。
9.优选的，在船舶已入港的状态下，船舶监控模块识别出有其他船舶靠近已停泊有船舶的码头时，发出警报信号。
10.优选的，装船机上的本机plc与中控室中远程操作台的plc同时采用连接有5g通信模块的plc，本机plc和5g高清摄像机均通过5gvpn虚拟专有网络与中控室通讯，5gvpn虚拟专有网络采用cpe与ar路由器多对一连接，实现双发选收功能。
11.优选的，应用所述码头智能化水泥装卸监控系统的水泥装卸作业方法包括：
12.s1.作业准备：整体作业环境监测；
13.包括：收集天气信息好水文信息进行风险预警，并供决策者或操作者进行环境判断；对出船舶是否已入港通过船舶监控模块进行监控判断；通过物联网接收装船机的各项参数信息判断装船机是否准备完毕；通过物联网或其他外部系统接收物料数量信息，用于确定装船的水泥料数量是否充足；
14.s2.作业过程：监控装船作业过程中的船舶、装船机、环境的变化；
15.包括：通过船舶监控摄像机采集的图像识别甲板、船舱、人员位置以及对人员安全行为监控；监测的装船机各项状态数据；通过溜筒监控摄像机采集的图像进行溜筒位置监控，确定下料口相对船舱两侧的位置，保证下料口位于船舱的中心线上；护尘罩识别模块识别出所述护尘罩和所述船舱并计算出所述护尘罩相对所述船舱的高度；基于识别出的溜筒位置和护尘罩高度辅助操作员控制装船机升降溜筒的下料口和护尘罩对船舱中间进行下料装船；
16.s3.作业完成：对后续装船机恢复作业前状态和船舶离港的过程进行持续监控；
17.包括：根据装船机发出的物联网参数信息以及由图像识别得到的溜筒位置和防尘罩高度，辅助操作员控制装船机将溜筒收起并恢复到作业前的状态；船舶监控模块根据图像识别装载有物料的船舶是否离港。
18.本发明具有以下优点：
19.1.现有技术从送料控制室到装船机控制室，信息传递不及时，还需要手机通讯辅助。本方案通过5gvpn虚拟专有网络进行信息传输，通信速度快，信息传递可靠。
20.2.现有技术中，由于装船机操作室的窗口限制，操作员观察角度不足，无法准确掌握装船作业过程中的整体安全情况、环境情况等信息；同时现场人员的观察视角操作人员不同，常规语音通信难以准确描述现场实际情况，也不便操作员从装船机角度理解现场状况。而本方案通过新增的摄像机拍摄并直接传输图像到中控室，中控室则通过相应的监控模块自动识别关键物体和特征，在基于图像识别结果和操作员指令生成控制信号，能更加高效准确地控制溜筒位置实现对船舶的物料装载，并且还能自动避免溜筒位置不在船舱中心线装料时，可能导致的船倾斜甚至倾覆的安全问题。
21.3.现有技术中，现场人员在地面上观察溜筒的下端下料口以及护尘罩的高度无法精准判断，因此对操作人员的反馈是模糊化的，操作员因此无法准确控制溜筒升降的速度和高度，装船作业和防尘效果过度依赖操作员的经验，非常容易受人为判断失误的影响。而本方案的系统通过对图像的识别和关键部件护尘罩位置计算，能实时准确计算出下料口和护尘罩的位置高度，因此能准确控制合理的溜筒升降速度以及控制护尘罩的高度，既保证装料的效率和安全，又能防止引起冒灰和扬尘现象。
附图说明
22.图1为本发明中船舶监控摄像机在正视视角下的布置示意图。
23.图2为本发明中船舶监控摄像机在俯视视角下的布置示意图。
24.图3为本发明中溜筒监控摄像机在正视视角下的布置示意图。
25.图4为本发明中船舶已入港情况下的图像识别效果的示意图。
26.图5为本发明中船舶未入港情况下的图像识别效果的示意图。
27.图6为本发明中装船机的溜筒位置正确情况下的图像识别效果的示意图。
28.图7为本发明中装船机的溜筒位置错误情况下的图像识别效果的示意图。
29.图8为本发明中船舶离港情况下的图像识别效果的示意图。
30.图9为本发明中其他船舶靠近已停泊船舶情况下的图像识别效果的示意图。
31.图10为本发明中5gvpn虚拟专有网络的示意图。
32.图11为本发明中的网络联接图。
具体实施方式
33.下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和伸入的理解。
34.如图1-11所示，本发明提供一种码头智能化水泥装卸监控系统，包括装船机和中控室，所述装船机通过5g虚拟专有网络与中控室通信，所述装船机设有直立的溜筒，所述溜筒的两侧上端对称设置有一对溜筒监控摄像机，所述溜筒监控摄像机向下竖直拍摄且拍摄方向与所述溜筒的下料口中轴线对齐，所述码头岸边通过立柱设置有两个船舶监控摄像机，所述船舶监控摄像机分别设于停靠在所述码头处船舶的船头和船尾位置，所述中控室包括溜筒监控模块和船舶监控模块，所述溜筒监控模块通过所述溜筒监控摄像机监控所述溜筒的下料口是否位于所述船舶的船舱中间位置，所述船舶监控模块通过所述船舶监控摄像机监控所述船舶的位置和状态，所述溜筒监控摄像机和所述船舶监控摄像机均为与所述中控室无线通信的5g-ai高清摄像机。所述溜筒的下料口处设有护尘罩，所述中控室还包括护尘罩识别模块，所述护尘罩识别模块结合溜筒监控摄像机和所述船舶监控摄像机采集到的图像识别计算出所述护尘罩的高度，所述护尘罩识别模块根据所述溜筒监控摄像机采集的图像确定所述护尘罩相对所述船舱两侧的横向位置，将该横向位置结合到所述船舶监控摄像机采集到的包含所述护尘罩的图像，识别出所述护尘罩和所述船舱并计算出所述护尘罩相对所述船舱的高度。所述装船机设有检测各个组件运行情况的传感器，用于检测装船机各项状态。
35.具体实施时结合本行业应用调研需求结果，针对目标——海螺水泥港口新增规划1个宏站(2个小区)，以满足海螺水泥港口全覆盖需求。
36.覆盖区域及总设备需求如下：
37.表1：总设备需求表
[0038][0039]
aau(active antenna unit)：有源天线单元。
[0040]
bbu(building baseband unit)：室内基带处理单元。
[0041]
该码头智能化水泥装卸监控系统的监控过程包括：
[0042]
1.作业准备：整体作业环境监测。
[0043]
(1)环境是否允许。
[0044]
天气信息：通过环境监控模块或天气信息接收模块监控风、雨、雪等气象环境信息(环境风险设为由低到高的蓝、黄、橙、红四级)：环境风险变化或位于较高水平时自动发出气象灾害预警信号。
[0045]
水文信息：实时了解港口的水位情况并输入到水文信息模块，帮助决策者和操作员对现场环境有充分判断。
[0046]
(2)船舶准备。
[0047]
船舶已入港——ai监控：通过船舶监控摄像机采集的图像判断，包括下列情况：船舶已入港、船舶未入港。
[0048]
(3)港口准备。
[0049]
装船机准备完毕——物联网信息，需要华为远控系统提供，用于确定装船机是否准备完毕。
[0050]
物料充足，允许送料——物联网或其他外部系统提供，用于确定装船的水泥料数量是否充足，在充足的情况下允许送料。
[0051]
根据船舶进出港图(如图4、5所示)确定船舶是否已入港的方法：
[0052]
通过船舶监控模块识别船舶的位置，当船舶的位置紧靠在码头岸边，同时识别出至少有一个码头上的系缆桩与船舶锚定完毕，则将此状况识别为船舶已入港，而当识别出所有系缆桩解除锚定并且船舶的位置与码头岸边之间有一定间隔，则将此状况识别为船舶未入港。船舶监控模块通过训练后的识别模型一自动识别出图像中的船舶、人物以及系缆桩，并能识别系缆桩是否系有缆索。
[0053]
2.作业过程。
[0054]
本系统智能监控装船作业过程中的船舶、装船机、环境的变化，包括：
[0055]
(1)船舶各项状态。
[0056]
ai识别——全程监控：通过船舶监控摄像机采集的图像识别人员位置、识别甲板、船舱(存在异常时需要报警)、对人员安全行为监控(存在异常时需要报警)。
[0057]
(2)装船机各项状态
[0058]
监测的各项状态包括：缓冲箱闸板无卡阻、轨道无变形、气缸无漏气、震动器无异常、其他设备处于良好状态；
[0059]
下料口处于船舱正上方——ai识别：通过溜筒监控摄像机采集的图像进行溜筒位置监控，确定下料口相对船舱两侧的位置，保证下料口位于船舱的中心线上(如图6、7所示)，避免下料导致船只倾斜甚至倾覆。溜筒监控模块通过训练后的识别模型二自动识别出图像中的船舱边缘和溜筒下端，并能根据图像测定溜筒下端到船舱边缘的距离。
[0060]
护尘罩高度——ai识别：根据所述溜筒监控摄像机采集的图像确定所述护尘罩相对所述船舱两侧的横向位置，将该横向位置结合到所述船舶监控摄像机采集到的包含所述护尘罩的图像，识别出所述护尘罩并计算出所述护尘罩相对所述船舱的高度。控制合理的护尘罩高度能避免引起堵料或扬尘。护尘罩识别模块根据训练后的识别模型三能自动识别护尘罩和船舱，并根据溜筒监控摄像机采集的图像确定所述护尘罩相对所述船舱两侧的横向位置，通过船舶监控摄像机采集到图像识别出的船舱边缘高度和相应护尘罩的位置，进一步计算出护尘罩的高度。
[0061]
操作员结合本系统提供的监控图像和计算、判断结果，基于识别出的溜筒位置和护尘罩高度辅助操作员控制装船机升降溜筒的下料口和护尘罩对船舱中间进行水泥的下料装船。
[0062]
3.作业完成。
[0063]
本系统在水泥装船完成后，对后续装船机恢复作业前状态和船舶离港的过程进行持续监控，保证安全。
[0064]
(1)装船机回收
[0065]
溜筒收起——物联网信息 ai识别判断，装船机上的感应器发出相应物联网信息到中控室，根据装船机发出的物联网参数信息以及由图像识别得到的溜筒位置和防尘罩高度，辅助操作员控制装船机将溜筒收起并恢复到作业前的状态。
[0066]
船舶离港——ai识别：与识别船舶未入港情况下的方法相同，但同时应识别到对应船舱中装载有物料(如图8所示)。
[0067]
4.其他情况监控
[0068]
非作业状态溜筒位置——ai识别：在非作业状态下，船舶监控模块从船舶监控摄像机采集到的图像中识别出的溜筒位置不应超出岸壁，如果非作业状态识别出溜筒位置超出岸壁则发出警报信号。
[0069]
其他船舶靠近：当船舶监控摄像机采集到的图像中，船舶监控模块识别出有其他船舶靠近已停泊有船舶的码头时(如图9所示)，发出警报信号。
[0070]
用于采集船舶和装船机的图像采集模块除一对溜筒监控摄像机和一对船舶监控摄像机外，也可以设置更多的摄像机采集其他角度船舶和/或装船机的图像，或者设置相应的备用摄像机用于采集图像。
[0071]
为实现摄像机和装船机的远程通信和控制，装船机上的plc连接有5g通信模块，如装船机上的本机plc与中控室中远程操作台的plc同时采用西门子s7-1200系列plc，并且本机plc通过5gvpn虚拟专有网络与中控室通讯，减少了通讯协议及故障等问题，保证数据传输的准确性和及时性。
[0072]
5gvpn虚拟专有网络采用cpe ar路由器完成plc信号的l2/l3协议互转及建立5g无
线连接。实际组网中cpe(customer premise equipment，直译为客户前置设备)与ar(access router)路由器可以多对一连接，以实现双发选收功能(如图10所示)。5gvpn虚拟专有网络要求100mbps网络带宽、100ms的网络时延性能，保证通信畅通。
[0073]
在完成5g基站部署、ai摄像头点位部署及数据联网后，在ai算法支持下，本方案的远程操作台将提供ai相关的可视化监控中心，用于辅助操作员完成现场作业，并为决策者提供更加全面、可视化的现场情况。
[0074]
上述技术方案具有以下优点：
[0075]
1.完成水泥港口5g宏站建设，实现5g全覆盖，解决了信息传输效率低，信息传递不及时等问题，提高作业效率。
[0076]
2.借助5g信息高速公路，融合ai场景辅助作业，实现24小时、人工监测不便点位的全天候监控，并通过ai将分析结果分享给作业人员，实现全面、有效的ai辅助能力。实现作业人员对作业环境全面监控，有效提升作业安全性、提升作业效率。
[0077]
3.通过监控系统，监控核心作业过程：装船准备工作、装船过程监测、装船作业回顾装船作业全过程监控，实现装船作业前、中、后的全面信息管理与记录。
[0078]
4.推动5g与工业互联网的深度融合，探索新场景、新应用，构建5g 工业互联网的核心能力，持续推动产业生态发展。
[0079]
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。