双小车岸桥远程控制照明系统技术分析

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随着科技的进步和各集装箱码头对运营效率的进一步追求，目前自动化集装箱码头技术在全球得到了快速发展，在岸桥起重机的自动化运行上也做了大量探索和开发。目前岸桥已经发展到，在后方建筑物内通过类似于原常规岸桥司机室内的操作台来远程操作岸桥，使其在安全高度以下运行，甚至直接取消机上操作司机室，完全依靠装备在后方建筑物内的远程操作平台。能够实现如此操作作业模式，除了起重机自身传动系统和自动化系统性能提升外，就目前的技术发展水平来说，一个必不可少的条件是，现场实况视频需要实时采集并传送到远离起重机的操作人员眼前显示，抛开光照充足的白天不提，夜间给视频采集系统提供辅助照明的配光研究是亟待解决的课题。最理想的夜间照明是能够最大化地使摄像系统呈现出接近日光环境下的视频采集效果，这就需要夜间配光照明兼顾配光均匀度、照度、色温、显色值以及透雾能力等指标，以取得最优化配置。在常规码头岸桥的夜间照明上，更多地关注了照度值、照明灯具的光效以及为适应沿海海雾环境的透雾能力，在常规码头上较高光效和寿命的高压钠灯类照明得到了大量应用。此类配光照明所得到的主观感受就是低色温值，昏黄颜色的作业场景和作业目标，在摄像系统视频采集条件下，传统的仅有照度要求的夜间配光照明已经不能满足自动化码头的高效运行要求。

一、照明光效

光源所发出的总光通量（流明、亮度）与该光源所消耗的电功率（瓦）的比值，称为该光源的光效。发光效率值越高，表明照明器材将电能转化为光能的能力越强，即在提供同等亮度的情况下该照明器材的节能性越强。为了满足相应的节能指标，就需要优选较高照明光效的灯具，并且随着照明灯具使用时间的累加，原有光效衰减。保证相应配光在最小能耗消耗的基础上满足夜间照明的照度要求。

二、眩光及配光均匀度

在人眼目视情况下，眩光的形成是由于亮度分布不适当或亮度变化的幅度太大,或空间、时间上存在着极端的对比,引起不舒适或降低观察重要物体的能力,或同时产生这两种现象。因此对于灯具的表面亮度应该加以限制，不宜过高。对于目前安装在岸桥上的摄像系统来说，虽然宽动态技术得到了大力发展和广泛推广，但其动态范围相对于人眼仍有很大的差距。当在强光源（日光、灯具或反光等）照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。往往动态范围大的摄像机灵敏度低，高灵敏度的摄像机动态范围相对小。因此针对摄像系统采光要求之一的配光均匀度需要加以限定，配光均匀度以不小于0.8为宜，降低操作作业对摄像头的宽动态范围要求，保证视频系统诸如清晰度、灵敏度、色彩等具有较优的指数。需要注意的是，虽然岸桥操作人员工作环境完全脱离了现场，无需在直接光照环境下工作，但鉴于目前的集装箱装卸作业要求，仍会保留部分装卸人员实施完成集装箱固定旋锁的拆装作业，在某些操作面甚至会有仰视的作业状况，因此更需避免眩光以及某些灯具照明本身蓝光效应对工作人员造成的影响或生理损害。

三、照度

沿海港口作业方式和繁忙程度的差异，对于照明的要求会有所不同。作业产生差错会造成很大损失时，对于精确性和生产效率要求很高时，视觉作业持续时间特别长时，可将照度标准值分级提高一级。目前宽动态摄像机在环境光线足够时完全能够满足环境的需求，呈现出高质量的图像，但在低照度情况下的实际状况并不是那么理想，视频图像会出现类似雪花点的现象，噪点过大。因此，对于繁忙的大型沿海集装箱港口可根据需要适当提高照度标准，特别是为了给摄像系统提供充足的光通量，加之舱内作业时照度条件进一步变差，对于地面的平均照度以不低于100lx为宜。

四、色温

光源色温表征了照明灯具所发射的光的表观颜色，对于常规采光要求来说，其选择取决于照度、气候环境和应用场地条件等因素。为了配合摄像系统的采光要求，色温的选择还要考虑到摄像系统的白平衡问题，防止夜间照明环境下摄像系统采集的目标和背景出现偏色问题，另外，根据实际应用经验，在夜间辅助照明条件下，高色温照明时，摄像系统获取的视频中噪点控制要优于低色温照明条件，产生的噪点相应较少。综合上述，根据日落前后条件下的色温值4000K以及中午晴天条件下的色温值5000K，选择色温值为4000K左右的配光照明有利于摄像系统的白平衡比较稳定，不至于出现难以控制的偏色现象，使夜间作业环境下所获取的视频图像与白天日照条件下比较接近，进一步降低夜间作业难度和操作人员的疲劳度，是安全和效率的双重保证。

五、显色值

显色性是指光源发出的光照射到物体上所产生的客观效果和对物体真实色彩的显现程度，是评价照明光源的一个重要指标。显色性高的光源对颜色的表现较好，所看到的颜色接近自然原色；显色性低的光源对颜色表现较差，所看到的颜色偏差较大。如果光源发出的光中所含的各色光的比例和自然光相近，则人眼看到的颜色就较为逼真。不同显色值在同等照度条件下，给处于相应配光环境下的人员的主观感觉也是不同的，显色值提高，会相应提高对配光质量的评价，就会得到相同照度下更加清晰的视觉观感，有助于操作人员在夜间作业。在常规码头中，对于配光显色值的具体要求是20，这一数值所表征的意思是对显色性无具体要求的场所，高压钠灯的显色值虽然高于此标准，但仅有35。在实际应用中，虽然许多码头相应的配光照度明显高于相应配光照度标准等级，但实际的采光效果在目视条件下仍然是昏黄一片，清晰度较差，极易造成操作人员的视疲劳，从而间接影响到操作作业的安全和生产效率，这是港口码头配光的一个误区。鉴于集装箱自动化码头生产中，岸桥远程控制所必须引入的摄像系统通过视频系统进行实时还原现场操作环境和目标与原常规的目视有较大差别，能否提供喷涂颜色多样性的集装箱与背景清晰的边界识别，将影响到操作人员对目标的清晰识别度和目标周边环境深度的判断。因此岸桥远程控制摄像系统的全新操作方式就需要在配光灯具的选型上引入显色值这一衡量指标，这有助于相应配光照明的科学、规范、合理。

六、透雾能力

对于海洋作业环境下的夜间照明，另一个最重要的指标是所选择光源照明的透雾能力，通过光谱仪测量，在海雾不同浓度下将钨丝灯、LED灯、金卤灯和高压钠灯的光谱进行透光率比较，在中间视觉亮度条件下，钨丝灯的透雾性最佳，LED的透雾性最差，雾浓时金卤灯的透雾性优于高压钠灯，雾稀时高压钠灯的透雾性优于金卤灯，4种光源透光率在不同中间视觉亮度下的变换均不超过5%。需要注意的是，在选择光源色温时，也需要考虑到海雾的影响，色温不宜过高，防止因为雾的漫反射造成近景高亮，以至于屏蔽掉远景信息。摄像系统本身的透雾能力可以在雾气浓度稀薄时进一步降低对照明透雾能力的要求，而金卤灯在雾浓时透雾性较优，可与摄像系统本身透雾能力结合与互补，能够较好地辅助摄像系统完成海洋环境下不同浓度雾气作业环境的视频采集。由于自动化码头远程控制岸桥操作中摄像系统的引入，在夜间照明灯具的配光选择上，除了要考虑到原常规码头重点关注的照度、经济性以及透雾能力外，还要结合摄像系统本身工作特点，对配光照明的其他指标进行考量，使摄像系统条件下的配光照明能够满足相应的操作要求，保证自动化码头远程操作岸桥的夜间作业能力。

作者：张卫 王培山 江波 王学龙 单位：青岛新前湾集装箱码头有限责任公司