航天智港：青岛港无人化运转背后的“最强大脑”

今年以来,世界港第四大港青岛港屡刷新纪录。预计本年吞吐将达7亿,它究竟如何运作?如果说,30年前作为干散货码头,青岛港靠的是肩挑手扛的高强度作业;那如今,你只能看到海岸边大型机械昼夜不息“自行工作”,码头作业区几乎空无一人。

人都去哪了? 早早下班了吗?答案在数百米外的控制室——工人们一身西装领带,抓料、卸船、堆取料全程自动化。过去“晴天一身土、雨天一身泥”的场面再也看不到了。但这背后,上万个集装箱形态迥异、千台运输车密布……如何确保一切安全运行?如何自动识别各类隐患呢?

图:“航天智港”部署于青岛港

在青岛港全自动化集装箱码头,中国航天科技集团有限公司一院12所计算机视觉创新团队,凭借在探测制导与控制技术领域的丰富积累,构建了港区一体化智能视频监控系统——“航天智港”港区智能视频监控系统平台,全面覆盖码头重点管控区域,有效监测识别各类安全隐患。

港口“无人化”运转 全靠智能识别装备

在青岛港,近五层楼高的轨道在岸边规律地移动着。一辆辆集装箱卡车有条不紊地停在指定区域,等待集装箱放箱,在确认放箱无误后,按规定路线行驶离开,这一整套流程十分顺畅,且几乎所有步骤都是通过机械自动完成,偌大的港区鲜少看到工作人员。

那么,复杂的集装箱转运流程如何实现无人化呢?

原来,研制团队通过安装在轨道、吊具、车道等位置的“航天智港”智能识别装备,从集装箱的箱门、放箱过程和防止运输车辆被吊起等几个容易产生安全隐患的风险点,监测集装箱与运输车辆的安全。

“航天智港”系统的外观,看上去很像普通的监控摄像头,但它内部嵌入的算法可不普通。据12所二室港口业务项目经理李钊介绍,普通摄像头拍摄的范围比较有限,识别精度也不够高,“像青岛港之类的潮湿、盐碱度高,且需要24小时昼夜开工的极端环境,就格外需要强大、智能的监控系统来保障安全。”李钊说。

图:“航天智港”部署于青岛港的锁扣识别系统

“航天智港”除了探测制导与控制技术外,还应用了计算机视觉的图像特征提取技术和目标检测算法,以及目标跟踪算法、模板匹配算法和稳定控制技术等。

以“航天智港”的自动精准放箱系统为例,安装在吊具上的8个摄像头,会精准探测集装箱卡车上锁销的位置,并对其进行识别和侦测,通过算法进行判断,核实吊具下放的角度,自动控制吊具放箱的动作,确保集装箱与卡车上锁销完美锁定,保障集装箱的经济安全和卡车司机的人身安全。

部署全国重要港口,自动化流程“无安全死角”

目前,我国港口“航天智港”系统大受欢迎。除青岛港外,“航天智港”系统还接连参与了北部湾港、上海港、香港HIT码头、深圳港等全国重要码头的部署运行。就在今年,“航天智港”还完成了北部湾港的功能验证和批量部署。

“航天智港系统的普及,源于其应对复杂‘安全隐患’有一套成熟解决方案”,航天智港市场经理闫涛告诉记者。在码头自动化流程中,识别箱号、箱门是否异常打开、锁扣遗留等问题时有发生。这将高度考验图像处理和机器视觉技术,能否在码头关键节点深入应用。

“航天智港”系统优势恰恰在于这类精细化问题的处理上。以港口最头疼的“锁扣遗留问题”为例,闫涛向记者重点介绍了,航天智港的“机器视觉集装箱底锁遗留状态识别系统”,这项系统在北部湾港的部署最为典型。

据了解,集装箱遗留锁垫进入堆场,是集装箱港口最重视的问题之一。它会导致集装箱与其他箱产生固连,从而在移箱过程中,发生碰撞事故。

图:“航天智港”机器视觉集装箱底锁遗留状态识别系统

为对摘除锁垫的集装箱进行复检,同时对集装箱吊具的安全保护系统进行改进与革新, “航天智港”系统通过现代传感、检测、识别与控制技术的综合应用,研制出了集装箱转运过程中,对底角遗漏锁垫等异物的自动识别系统。该系统识别和预测该类问题,及时发出报警信息,中止作业,从而预防事故发生。

图:遗留的锁扣图例

针对“锁扣遗留”复杂性高这一痛点,“航天智港”系统采用视觉识别技术,首先采集到超过100种的锁扣样本,以及现场的各种复杂环境变化样本,然后进行深度学习训练及识别策略修正,从而做到高识别率以及低虚警率。

据闫经理介绍,该系统经过试验验证,可以在雨天,雾天,雪天,夜晚(需要光源)环境下正常作业。据统计,在“航天智港”系统赋能下,大锁垫(带自锁)、中锁垫(带自锁)的检测准确率优于99%;小锁垫(非自锁)的检测准确率优于95%;虚警率优于0.2%。

有了“航天智港”赋能港区,人们即可对前沿、堆场、车道、闸口、缓冲区的视频流进行分析,及时、准确地识别人员、场地、设备的安全隐患,并及时将该信息推送到安全管理系统,有效监测识别各类安全隐患。

现代化港口建设 国内“智慧港口”关键技术力量

目前,在全球吞吐量十大港口中,中国已经占领了7个席位。这与中国智慧港口建设大步伐迈进密不可分。而北京航天自动控制研究所“航天智港”系统,基于航天视觉技术,研发了多种港口智能化解决方案,正是国内“智慧港口”建设关键技术力量和重要助推者。

图:航天智港系统架构图

多年来“航天智港”持续向港口导入大量识别技术。在码头装卸等安全关键环节,“航天智港”已先后研发并部署“轮胎吊自动纠偏与防撞系统、龙门吊自动抓放箱系统、漏摘锁垫预警系统、岸桥全景智能识别系统、集装箱卡车自动引导系统”等数十项视觉技术,综合服务于港口系统管控平台,形成了一整套码头智能装卸解决方案,为港口带去了全方位安全防护。

图:北京航天自动控制研究所部分获奖证书

三年间,“航天智港”已获国家发明专利授权8项,实用新型专利1项,发表论文2篇;荣获2021年度山东省科学技术进步奖一等奖、2021年中国航海学会科技进步奖三等奖、北京质量协会第七十八次QC小组示范成果等10项政府/行业奖项。

未来,航天智港将聚焦关键核心技术,在自动化码头领域,以更高水平自主创新,通过智慧化赋能推动效率再提升。