智能监测及雷达测距系统在海上吊装中的应用

邹 菁，胡 盼，莫醒宝

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江 524057）

0 引言

海上吊装是一项高风险作业，同时也是每天都必须进行的作业，无论是拖轮物资补给、人员转运，还是装置物件转位，吊装作业已经成为海上装置日常生活不可或缺的部分。但由于海上装置空间有限，甲板层上下间预留吊装可视空间较少，在起吊甲板货场货物时，由于吊车司机的视线被甲板及设备遮挡，无法观察到货物起吊及放落的情况，存在较多吊装盲区，而盲区吊装给吊装带来了巨大风险；只能由司索通过对讲机，指挥吊车司机操作，存在一定的安全风险隐患，如果司索与吊车司机配合不当，容易造成人员碰伤夹伤、货物碰撞损坏。虽然吊装司机与司索指挥的配合沟通能解决部分盲区问题，但仍存在人员视线无法有效判断的地方，如高空障碍物跨越、海面重物起吊移位等情况。因为吊装视线问题造成的事故时有发生，单凭经验感觉来判断给吊装作业带来极大风险。为保障海上吊装安全，保护员工的生命及设备财产安全，解决海上生产现场吊装视线问题是一个很重要的课题。

1 吊机作业动态智能监测系统

1.1 系统介绍

该系统是基于吊机安全作业需求，根据实际工况，通过在吊机吊臂最前端安装可自动变焦的摄像头，实时将高清图像传回吊机驾驶室，让司机通过第一视角，查看吊装盲区具体情况，以便于及时判断做出操作和规避动作，在配合现场司索指挥下，安全完成盲区吊装作业，解决远距离视觉模糊，语音引导易出差错等行业难题。该监测系统能够有效避免事故的发生，是新形势下提高现场施工效率、减少安全事故率、减少人力成本、推广数字化等不可缺少的行业利器。

工作原理：利用高清摄像机的自动变焦、变倍、转动功能，实时捕捉吊钩下方区域画面，并将影像传回驾驶室。

吊机吊臂前端部安装了数字式电子记录装置，就像汽车“雷达”一样，可实时采集吊钩工作状况，及时将影像传输至吊机驾驶室，解决吊机吊距超高、视线存在盲区的问题，使司机在驾驶室里就可以清晰地看到吊钩实时状态，从而了解吊装现场材料是否绑好、周围是否有人、吊装是否有障碍物，然后再进行起吊，从而有效确保了吊装作业的安全。

1.2 系统施工及功能

在吊机吊臂最前端安装高清球机，通过变幅传感器和高度传感器与驾驶室内的主控制器连接，采集幅度传感器与高度传感器的实际采样值，实现对吊钩位置的智能追踪、智能控制高清摄像头自动对焦、360°无死角追踪拍摄、危险状况随时可见，降低了因为司机看不见吊物而产生的安全隐患。

系统采用高清球形红外摄像机36 倍高速自动变焦，夜视红外距离高达120～260 m，能实时接收主控制器各项指令、秒速智能追踪聚焦、有效解决“等下效应”造成的视频模糊不清，保障安全24 h 可视。系统预留多种接口，可以随需求而定。

因为采用球状监控仪安装在吊臂最前端，自动聚焦追踪吊钩并发送视频至操作屏幕上，吊机司机无死角监控吊运范围，减少盲吊所引发事故，对地面司索的对讲机语音指挥进行有效补充。可以让吊机司机视线无死角作业，即使在夜晚，仍然可以看到吊钩下面作业场景，视线无阻，有效避免危险事故的发生。

1.3 系统组成

该系统由一部高清球形摄像机、液晶显示器、供电系统、硬盘录像机、摄像机控制器、有线网络及网桥等部分组成。高清球形摄像机完成吊机吊钩图像信息的捕捉，视频信息直接显示在液晶显示器，吊机司机能查看吊钩及所吊物品的状态。此外，还可根据设备选配清况，视频信号通过有线或无线的方式传送到本地中控室供平台，值班人员监视吊机吊物的实际工作状态和网上异地调取吊机吊钩工作过程的录像，用于回放查询。

2 雷达测距预警系统

2.1 系统介绍

雷达测距系统是目前较为成熟的电磁波测距设备，尤其是在智能驾驶领域，它能快速将周围目标检测到，反馈回来目标的距离、大小等信息，测距雷达按照工作检测方式分为脉冲雷达和连续波雷达。测距雷达主要是毫米波脉冲雷达，频段在77 GHz。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、方位、高度等信息。

工作原理：测距雷达作为一种脉冲雷达，它发射的是矩形脉冲波形，通过固定或者交错的反复周期工作。毫米波具有较强的穿透能力，导引头穿透烟雾、灰尘能力强，可以全天候有效工作，在恶劣的天气环境下工作也不受影响。毫米波雷达的测距原理，是将无线电波发出去，然后接收回波，通过计算收发之间的时间差从而得出目标的位置信息。得出目标距离数据，测距系统就能将相关信息呈现在画面上，同时根据数据提供各种提示和建议，方便操作人员进行作业；而雷达测距预警系统就是利用雷达的测距原理制作而成，通过程序设定一个最小距离，当吊机吊臂与障碍物之间的距离小于最小距离时，系统就会发出声音报警，提醒吊机司机注意。

2.2 系统组成

探测雷达系统采用毫米波雷达技术，不受天气环境影响，可实时显示探测目标的距离。它是一款用于重型机械的中短距离探测雷达系统。可为操作人员提供视觉和听觉警报。该雷达系统包含一个1080P 摄像头和一个显示器，支持1080P 输入和输出，毫米波雷达技术，可限定探测距0.1～20 m，最大可以扩展到40 m，CVBS 和AHD 高清视频融合、图层叠加报警，电脑USB转UART 有线连接控制盒，配置探测距离和报警方式，Wi-Fi 无线连接，通过电脑或者手机配置探测距离和报警方式，探测雷达系统连接如图1 所示。

图1 探测雷达系统系统

2.3 系统优势

毫米波雷达探测距离远、精度高，最大探测范围20 m，不受天气环境影响，可全天候工作，广泛应用于吊机、建筑机械等重型机械及车辆，雷达探测原理如图2 所示。

图2 雷达探测原理

3 吊机增强现实（ARS）远程协助系统及3D 建模数字孪生技术

3.1 系统介绍

ARS 远程协助系统是为企业用户打造的远程协作平台，可通过固定或者移动摄像头采集声音视频，并传输到后台协助端进行技术支持。借助AR 远程协助系统，可由经验丰富的技术人员，协助现场作业人员进行无障碍的远程指导服务，可以节省时间，大幅度提升工作效率，确保现场作业安全。ARS 远程协助系统适合企业大型的呼叫中心用来提供远程客户支持服务。远程服务有着更强大的处理效率和服务效果。通过ARS 远程协助系统，客户通过远程即可享受到快速、稳定、安全的专业级服务。

油气工业的数字孪生进程逐步深入，其核心是模型化过程和方法。数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。

3.2 系统功能

该吊机作业动态3D 建模数字孪生技术依据海上石油平台建设数字智慧油田需求，根据现场油田上配的具体吊机设施进行调研获取相关参数，在后台软件里做出具体的对应的配置，进行1∶1 还原展示吊机作业动态，3D 建模界面如图3 所示。

图3 3D 建模界面

4 结语

海上平台通过在在吊机吊臂前端安装作业动态智能监测和雷达测距预警系统，将吊机钩头吊货画面通过视频线传送回驾驶室监控显示屏上，方便吊机司机实时观察吊货情况，利用重力向下原理，高清球机选用单向机构设计和顶部安装方式，使用减振弹垫减少频振抖动对摄像机及画质的影响，采用同轴传输保证影像视频的清晰度与避免网络延时的不安全因素。同时，通过探测雷达系统实时显示探测障碍物的距离，可为吊车司机提供视觉和听觉警报。作业动态智能监测和雷达测距预警系统为海上平台吊装作业提供一种科学监测预警手段，解决盲区吊装难度大、安全风险高、人工耗时多等难题，具有广泛的应用价值。