基于RFID的门机抓斗防碰撞预警系统研究与应用

王均伟

（山东港口日照港岚山公司，山东 日照 276808 ）

1 前言

安全对于一个企业来说，是生存的根本。如果用分数来衡量的话，100分里，安全就是最前面的1，没有安全，其他的全是0。当前各企业都在不断追求本质化安全生产，在生产作业过程中，人这个因素是最大的不安全，最大限度地减少人的参与，减人就是减风险，已经是当前安全管理的普遍共识。港口作为交通行业重要的一环，生产作业中大型设备多，临近海边，气候条件和作业环境复杂多变，作业风险高。虽然各大港口积极利用机械化、自动化等技术手段，减少人的劳动强度，但是，对传统的散货码头来说，还是有大量的作业场景离不开人来辅助。例如，本文讨论的船舶装卸场景下的舱内机械驾驶人员、门机驾驶人员等，在技术上还没有达到可靠的应用程度时，人还是不可或缺的。

当前，我们已经进入了万物互联的时代，各种新技术层出不穷,不断推动社会进步。射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID），是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体（电子标签或射频卡）进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的，其被认为是21世纪最具发展潜力的信息技术之一。射频技术被广泛应用于资产管理、物流等行业，给我们的工作和生活带来了极大的便利。

随着RFID射频技术的不断发展，在港口行业中应用越来越广泛。例如，港口行业中应用最多、最成熟的对生产作业车辆的管理，利用RFID射频技术，对港口的流动机械如装载机、水平运输车辆等进行电子化管理，实现不停车采集,快速通过闸口、地磅等关键作业环节。还有利用射频进行人员的定位管理，实时掌握人员动态等等。依托射频技术，港口的生产作业数据采集更加快速、高效，在提高生产作业效率的同时，港口的运营成本不断降低，管理水平不断提升。

传统的散货船舶装卸作业，主要依靠门机进行船岸作业，利用门机抓斗抓取货物，随着船舱内货物的不断减少，为保证船舶装卸效率，通常情况下，在船舱内货物快完成时，需要辅助清仓机械来辅助门机作业，保证门机抓斗的满载率，提高装卸效率。当船舱内有机械辅助清仓时，门机抓斗与舱内机械极易发生碰撞事故，进而造成人身伤害。此环节也是港口生产作业安全重点关注的之一。由于安全管控难度大，既要保证作业效率高，又要兼顾安全，所以一直是行业难点。如何保证安全的前提下，最大限度地提高作业效率是港口管理者一直追求的目标。本文探讨一种利用有源射频技术，实现门机抓斗与船舱内机械的防碰撞预警，能够切实提高船舶装卸作业的安全水平，有力保障人员安全。

基于RFID的门机抓斗防碰撞预警系统主要应用在门机与船舱内作业机械的防碰撞，主要创新点很好地克服了门机抓斗无法供电、不能加装相关设备的难点，巧妙地利用有源射频标签，通过安装在舱内机械的射频读写器来感应门机抓斗的标签，实现防撞预警，同时再通过5G网络把报警信号实时反馈给门机司机，使舱内机械司机和门机司机能够同时收到报警信号，达到防撞预警的目的。

2 系统组成

基于RFID的门机抓斗防碰撞预警系统，主要是利用有源射频技术，工作频率为2.4G，包括射频标签、射频读写器、车载终端三部分组成。系统主要利用感应射频标签起到警示作用，达到防碰撞预警目的。按照安装部位主要分为舱内机械和门机两部分。舱内机械部分主要由射频读写器和车载终端模块组成，门机部分主要由抓斗射频标签和车载终端组成。

2.1 门机部分

2.1.1 抓斗射频标签

由于门机抓斗与门机主体是由钢丝绳连接，无法直接接入电源，因此，采用安装有源射频标签的形式，定位门机抓斗的位置。考虑到门机抓斗与散货货物接触，容易造成磕碰、撞击等，所以对射频标签进行加固处理，但又不能影响标签的读写。因此，采用镂空的不锈钢盒进行固定，即起到了防护作用，也不影响射频卡的读取。安装位置也需要选在抓斗上方，不容易被磕碰的地方，同时为了保证不受到抓斗本身的遮挡，能够及时读取标签，所以在抓斗的两个对立的面上分别安装标签，防止一侧有标签受到抓斗本身的遮挡造成无法读取标签，不能报警的情况发生。射频标签采用有源纽扣电池，供电电池可持续供电1年，1年后进行更换。为保证标签的可靠性，需对标签电池定期进行检测，如需更换电池可在进行抓斗维修维护的时候一起更换。

为防止其他信号对射频标签的干扰，造成误报的情况，需提前在数据库中录入射频标签与抓斗的对应关系，在实际使用过程中,不在数据库内的标签不进行报警,防止在作业过程中发生误报警的情况发生,影响司机的正常作业。

2.1.2 车载终端

在门机驾驶室内安装车载终端,能够与后台服务端进行通讯,确保报警信号能够及时通过车载终端提醒门机司机进行避让。可将报警信号同步输出给门机控制系统PLC,自动让门机停止作业，提高系统的应用效果。车载终端需满足IP65以上防护等级，为便于软件的开发，系统采用安卓系统，支持5G通讯，屏幕7寸以上，不宜过大，防止影响驾驶员视线。车载终端具备2个以上串口，便于连接门机PLC等。

2.2 舱内机械部分

2.2.1 射频读写器

散货船舶装卸作业，辅助的清仓机械一般为挖掘机或者装载机。在挖掘机或者装载机驾驶室顶部安装射频读写器，读写角度为360°，驾驶室内接声音报警器。反复调试读写器参数，确保设定15米范围内读到标签后报警，提醒驾驶员进行避让。15米的报警范围主要是考虑到射频标签安装在抓斗上方，需考虑抓斗本身的高度，同时，还需要留出司机做出避让的反应时间。此报警范围可根据现场实际情况进行适当调整，以满足报警需要为前提。

2.2.2 车载终端

射频读写器通过串口连接车载终端，及时把报警信号传输到后台数据库。考虑传输信号的稳定性和及时性，车载终端需具备5G传输模块,利用5G的低时延特征,保证预警信号能够快速传输。门机司机驾驶室的车载终端，也通过5G网络传输,同步接收报警信号。在进行部署过程中，需对整个作业场景的5G信号进行全面检测，保证信号全覆盖，特别是船舱内信号，需重点进行检测，信号差或者不稳定的区域联系运营商进行优化，确保5G信号覆盖良好。

3 车载终端软件

舱内机械和门机的车载终端软件一致，为保持系统的开放性，基于安卓平台开发,通电后软件自启动，防止人工关闭报警装置。软件设置检测按钮,能够检测车载终端与射频读写器的连通性以及读卡情况,同时检测与后端数据的联通性，确保整套防碰撞预警系统工作正常。区别在于舱内机械的车载终端连接射频读写器，负责报警信号的触发和回传，门机上的车载终端负责接收报警信号。

4 工作原理与过程

由于有源射频卡识别距离较长，容易造成误读的情况。如果发生误读，产生误报警信号，会给司机造成困扰，影响作业的顺畅。为防止多台设备造成报警混乱，每台门机车载终端与抓斗的射频标签进行事先绑定，建立好一一对应关系，每台车载终端只接收本机抓斗的报警信号，防止误报警。

在门机抓取船舱内货物过程中,当抓斗接近舱内作业机械时,舱内机械上安装的射频读写器感应到抓斗上的射频标签,立即输出一个报警信号,通过车载终端进行蜂鸣报警，提醒驾驶员避让抓斗。同时，报警信号通过5G网络传回到后端数据库。

门机驾驶室内的车载终端与后端通讯，当后台接收到报警信号后，自动推送到相应的车载终端,车载终端同时报警,提醒门机司机避让。车载终端收到信号后进行蜂鸣报警，同时信号传输给门机PLC，PLC控制门机自动停止工作。

本系统提供一种预警机制，在使用前需确保系统运行正常。在实际作业中，门机司机和舱内司机不能盲目完全依赖预警系统，还需要严格按照操作规程操作。

5 应用效果

基于RFID的门机抓斗防碰撞预警系统实现了散货船舶作业门机司机和舱内司机的双防碰撞预警，现场作业更透明，不仅可以应用于门机，也可应用于卸船机，部署简单、快捷，成本低，利于大范围推广应用。系统很好地解决了船舶装卸过程中多个作业机械的防碰撞问题，保障舱内机械司机的人身安全，有效提高散货船舶的本质安全水平，给港口带来较大的安全效益。同时，让门机司机、舱内机械司机不用因担心碰撞而过多的分神，更加专注于生产作业，装卸效率更高。

6 结语

随着RFID在港口中的不断应用，港口对人、车、货物等生产要素的感知能力将大大增强，可以不间断为生产调度提供实时、精确的生产作业数据，助力港口管理者更加科学、高效地统筹调度港口资源，实现资源利用最大化。