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匕山丈心门刿丸MU 丿八/
Vol. 30 No. 12 General Serial No. 341
EQUIPMENT
T E C H N O L O G Y
H无穷控制LMI
DOI: 10. 2019.12.006
按摩锤
MAERSK
MAERSK UAER5K
宁波梅山岛国际集装箱码头有限公司李约翰
当前，越来越多的港口加入自动化或半自动化
改造队伍，以达到降本增效、提高港口作业效率和运 营效率的目的。宁波梅山岛国际集装箱码头有限公
司（以下简称“梅山岛国际集装箱码头”）对2台固定 吊实施远程控制改造，在固定吊上配置高清摄像头,
实现在中控室全方位显示固定吊图像，从而使司机 能够通过远程控制调转集卡上集装箱的方向。此次 改造应用港机远程视觉监控（port remote control and
surveillance, PRCS ）系统，利用集卡视频检测技术, 自动检测驶入固定吊作业区域的集卡，并通过自动
切台技术实现远控操作台与固定吊的动态匹配。
PRCS 系统操作台能够自动弹出固定吊的远控视频,
并提醒司机开始作业，从而减少集卡司机与固定吊
环境，提高固定吊作业效率。
1固定吊PRCS 系统介绍
1.1固定吊PRCS 系统结构
在传统固定吊作业模式下，由司机在司机室对 固定吊实施单对单操作，效率低下且工作环境恶劣O 鉴于此，梅山岛国际集装箱码头针对固定吊作业应
用PRCS 系统。在固定吊PRCS 系统作业模式下，由
2个远控操作台（包括1个主操作台和1个备操作
台）控制2台固定吊，司机在中控室通过PRCS 系统 对固定吊实施远程控制，并可执行2对2
自由切换
C O j ISLU j I J/J
D j I i
2019年第42期总第341期19
控制(见图1)。通常情况下，仅需1个主操作台即可完成2台固定吊集装箱转向作业，从而大大提高作业效率。
图1固定吊PRCS系统结构
1.2固定吊PRCS系统组成
可信的密封黏胶条
固定吊PRCS系统由前端视频采集设备、广播系统、网络传输系统及远控视觉软件等组成，并结合可编程逻辑控制器(programmable logic controller, PLC)系统实现对固定吊的远程控制(见图2)O PRCS 系统从多个角度对固定吊工作区域进行视频采集，以便远控司机及时掌握固定吊及其周边环境情况。
图2固定吊PRCS系统组成
手机摄像头驱动
固定吊PRCS系统主要功能包括：(1)视频采集
功能，以固定吊本地司机视角采集固定吊实时视频
画面，为远控司机提供全方位现场画面;(2)集卡视
频自动检测功能，自动检测集卡驶入固定吊工作区
域，并通知中控台开始作业;(3)自动切台功能，实
现固定吊操作台自动切换，无须人工干预，大大提
高工作效率;(4)远程半自动化控制功能，实现对固
定吊的远程半自动化控制，改善司机工作环境;(5)
广播功能，远控司机通过呼叫话筒呼叫集卡司机调
整集卡位置。
裝
备
技
术
3固定吊PRCS系统关键技术
3.1集卡视频自动检测技术
集卡视频自动检测技术实现以下功能：当集卡
驶入固定吊工作区域时，通过摄像机采集的视频自
动检测集卡并将消息发送至自动切台模块。集卡视
频检测摄像头采集的实时画面见图40集卡视频自
动检测系统采用运动目标检测技术，运动目标检测
实现方式主要包括背景差分法、帧间差分法、高斯
模型算法及其改进算法等。
(a)无集卡驶入工作区域时(b)有集卡驶入工作区域时
采集的画面采集的画面
2固定吊PRCS系统工作流程及主要功能固定吊PRCS系统能够实现对固定吊的半自动化控制，其工作流程如图3所示。
图3固定吊PRCS系统工作流程
图4集卡视频检测摄像头采集的实时画面
(1)背景差分法背景差分法指选取特定帧作为背景图像，以当前帧减去背景帧的差值来检测运动目标，是当前普遍采用的目标检测算法。背景差分法具有简单、实用的优点，其关键是背景的选取；而在港口环境中，背景会随着光线及天气等的变化而改变，因此背景差分法很难适应港口复杂光线状况。
(2)帧间差分法帧间差分法指根据运动目标的影像在不同图像帧中的不同位置，对时间上连续的两帧或三帧图像进行差分运算，将不同帧对应的像素点相减，得到灰度差的绝对值；当绝对值超过一定阈值时，即可判断运动目标。帧间差分法分为
两帧差分法和三帧差分法：两帧差分法适用于运动
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T E C H N O L O G Y 目标速度较慢的场景，算法效果严重依赖所选取的
帧间间隔和分割阈值，容易出现空洞（运动物体内
部灰度值相近）、双影（差分图像物体边缘轮廓较粗）
现象；三帧差分法适用于运动目标速度较快的场景,
可在一定程度上解决双影现象，但是仍会存在空洞
现象，且当物体运动速度较慢时，容易丢失轮廓。帧
间差分法的算法实现简单，程序设计复杂度较低，
对光线等场景变化不太敏感，能够适应各种动态环
境，稳定性较好；但其无法判断目标类型，故一般不
单独作为目标运动检测算法。
（3）高斯模型算法高斯模型算法指用高斯概
率密度函数精确量化事物，将一个物体分解为若干
个基于高斯概率密度函数形成的模型。对图像背景
建立高斯模型的原理为：图像灰度直方图反映图像
中某个灰度值出现的频次，也可认为是图像灰度概
率密度的估计。高斯模型算法包括单高斯模型算法
和混合高斯模型算法：单高斯模型算法针对图像中
每个像素点的时间序列建立单个高斯分布模型；混
合高斯模型算法针对每个像素点的时间序列建立
多个高斯分布模型，即每个像素点的分布是多个高
斯分布的联合。
本项目采用混合高斯模型分布算法，即同时检
测划定区域多个区域块。混合高斯模型算法适合复
杂场景，能够保证复杂背景下目标检测的质量，满
足港口对集卡驶入固定吊作业区域的检测需求。固
定吊集卡视频自动检测系统的摄像机界面图像划
定区域须根据集卡驶入的场景来设置。本项目中集
城乡信息一体化卡视频自动检测系统的摄像机界面图像划定区域
高210像素，宽620像素，可将误报率降至最低，集
卡驶入检测正确率可达100%o
3.2自动切台技术
切台即切换固定吊的远控操作台。梅山岛国际
集装箱码头固定吊PRCS系统实现操作台与固定吊
2:2控制（操作台与固定吊对应关系可扩展至N：
M,N>1,M>1）。传统PRCS系统普遍采用手动切
台模式，由远控司机根据码头操作系统下发的任
务，通过操作按钮的方式实现对不同港机的切换控
制，作业效率取决于司机的操作熟练度及工作状
态。基于集卡视频检测技术的固定吊PRCS系统通
过专用的切台软件模块实现自动切台，切台软件自
动识别操作台与港机（固定吊）的绑定关系及操作
台的工作状态（见图5）。
图5基于集卡视频检测技术的固定吊PRCS系统自动切台流程
在基于集卡视频检测技术的固定吊PRCS系统
作业模式下，当集卡视频自动检测系统检测到集卡
驶入固定吊作业区域时，自动切台软件首先判断操套管头
作台与固定吊的绑定关系。若操作台与固定吊绑
定，则优先按绑定关系执行，将远控任务下发到该
操作台；操作台提示灯亮起并弹出该固定吊的远控
视频画面，提示司机执行远控作业。若操作台与固
定吊无绑定关系，则系统执行以下流程：切台软件
判断主操作台工作状态，当主操作台处于空闲状态
时，下发工作任务至主操作台，当主操作台处于工
作状态时，判断备操作台工作状态；如果备操作台
处于空闲状态，将任务下发至备操作台，如果备操
作台处于工作状态，工作任务处于排队等待状态，直
至其中一台操作台处于空闲状态再继续下发工作
任务。
4结束语
为了响应港机远控系统改造趋势，梅山岛国际
集装箱码头完成固定吊远控系统改造，并创新应用
集卡视频自动检测技术和自动切台技术，在改善固
定吊司机工作环境、提升固定吊作业效率等方面具
有重要意义，可为其他码头港机远控系统改造项目
提供借鉴和参考。
（编辑：曹莉琼收稿日期：2019-10-08
）
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