摘要：黄骅港是国家西煤东运、北煤南运的重要枢纽港口，连续6年煤炭下水量超两亿吨，是中国最大的煤 炭下水港。黄骅港主要由翻、堆、取、装四个环节构成，为提升作业效率、降低人员劳动强度，翻、堆、 取环节陆续实现了自动化，但装船机自动化却迟迟无法实现，与其它环节相比，装船机

申报单位：国能黄骅港务有限责任公司

联合申报单位：

主要完成人：刘强、陈致远、刘华实、闫家鹏、齐凯轩、赵德林

一、案例简介

黄骅港是国家西煤东运、北煤南运的重要枢纽港口，连续6年煤炭下水量超两亿吨，是中国最大的煤 炭下水港。黄骅港主要由翻、堆、取、装四个环节构成，为提升作业效率、降低人员劳动强度，翻、堆、 取环节陆续实现了自动化，但装船机自动化却迟迟无法实现，与其它环节相比，装船机自动化主要受到以 下几个环节的影响：船舶位置动态变化，受潮汐、风浪、装载等因素的影响，船舶在装载过程中位置实时 变动；船型多样，不同年代、不同吨位的船舶，在船舶形状上存在很大差异，舱盖类型、舱口尺寸、克令 吊等，形式多样；平舱要求高，不同于铁矿等其他矿物，煤炭密度低，很多情况下均要求满舱装载，动作 不及时容易发生冒舱等情况。基于此，黄骅港以船在哪、怎么动、如何保证安全、特殊场景如何自动四个 关键问题为切入点，研发了基于5G+北斗的位姿测量装置，获取船舶高精位姿，与解决船在哪的问题；根 据装船机机械结构特点与运动特性，开发路径规划、轨迹控制、运动控制等算法，解决怎么动的问题；利 用实时船舶三维模型与装船机模型，对机船碰撞进行主动避让，解决保证安全的问题；通过语音控制，解决 特殊工况或特殊船型下难以自动作业的问题，形成全场景智能作业解决方案。

二、技术方案

黄骅港自动装船主要有两个应用场景，一是标准船型、非结舱工况下装船机自动化作业场景，二是特 殊船型、特殊工况下装船机自动化作业场景。基于人工智能技术的装船机操控技术研究与应用，针对标准 船型、非结舱工况下装船机自动化作业场景，采用”5G+北斗+船舶大数据”的方案构建装船机智能化系统， 实现装船机自动移舱、自动对舱、自动装舱、主动防碰撞等功能。针对特殊船型、特殊工况下装船机自动 化作业场景，采用“5G+语音识别”技术术，搭建语音引擎对语音指令进行训练和识别，对装船机的各种 动作进行控制。最终形成煤炭码头装船机全场景、全工况、全机型的智能化作业解决方案。

三、创新亮点

1)突破性的全域融合架构，实现了北斗高精度CORS网在5G信息系统架构的新探索与新实践。CORS

系统是在一定区域布设若干个北斗连续运行基站，对区域北斗定位误差进行整体建模，通过无线数据通讯 网络向用户播发定位增强信息，将用户终端的定位精度从3~10m提高到1~2cm。项目组通过对北斗高精度 CORS系统各子系统及功能组件和自动化堆取料机/装船机设备及各类位姿传感单元间的空间感知、动态控 制的原理性研究，并经过系统、周密、完整的工程化设计研究，通过5G专网将CORS北斗差分业务UPF

服务本地私有化、MEC计算边缘化等技术实现自动化散货码头各类北斗感知设备与CORS系统的多活并

发，构建了CORS-MEC-ECS融合架构模式，堆取料机北斗感知单元光纤接入PLC获取差分数据。有效地解决北斗差分数据无线范畴在项目设计阶段的复杂限制，通过本架构的可配置、全域融合等特性，实现了ECS设备北斗感知单元数据的安全性。

2)研发了多传感器融合的智能装船安全感知与避碰关键技术。基于北斗卫星导航系统，采用北斗高 精度定位技术以及双天线定向测姿技术，实现装船机的高精度建模及机械精密控制，并综合运用电子陀螺 仪、毫米波雷达、激光雷达、高清相机等多传感器测量和识别，利用船舶与装船机实时三维模型，研发控 制算法，实现移舱、装舱过程中机船主动避让，创新提出岸基测向扫描设备和深度识别算法，监测船舶方 向、漂移、缆绳松紧等关键安全信息，创新提出毫米波雷达装置和舱口智能识别定位算法，对船舱口进行 实时扫描、建模、分析、汇总输出舱口与溜筒位置关系，综合分析预警，保障无人自主装船作业安全可靠。

3)突破了全场景、全工况和全机型的装船机无人化智能作业技术。提出一种基于船舶和装船机三维 模型的煤炭装舱算法，根据不同的船型自动配置装舱点，自动计算每点配载量，实时计算入舱量，并与船 舶配载进行匹配，实现标准船型、非结舱工况下装船机无人化自动操控作业。研发了装船移舱控制算法， 实现装船机的无人化自动移舱、对舱和装舱作业，根据船舶姿态、作业舱口等信息实时自动控制装船机位 置和大铲姿态。结合无人操作需求，研发了基于“5G+语音指令识别”的装船机智能操控技术，通过搭建 语音引擎对控制指令和方言语音进行模型训练和识别，突破实现装船机全场景、全工况和全机型的智能化 作业技术。

来源：筑梦北斗领航前行