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基于5G通讯的无人清舱研发与应用

摘要：码头散货作业过程中的辅助作业机械挖掘机进行系统性研发改造，传

统挖掘机需要操作人员跟随设备同步操作，本文主要介绍通过设备研发与改造，

通过5G信号传输技

术，实现控制远程挖掘机的目的。

关键词：挖掘机5G远程操控控制系统改造

概述：本文基于物联网、互联网、远程控制等技术平台，突破电控液转换技

术，采用高精度陀螺仪、雷达聚集感知、CAN网络、OBD模块、监控布防等先进

技术的集成应用，研发了具有远程控制、姿态回馈、安全互锁、5G通讯、船舱安

防等功能于一体的无人清舱系统，清舱作业和船舱指挥实现了远程化、无人化、

可视化。

正文：

一、课题背景：目前日照港股份二公司大泊位清舱辅助作业以挖掘机为主，

作业过程由辅助作业人员将设备吊入船舱内，操作手由船舶自由走梯进入舱内，

操作挖掘机配合卸船机、门座式起重机开展作业。此作业过程目前主要存在以下

几个方面的问题：

1、安全风险大

（1）挖掘机操作人员由船舶自有走梯上下，然后进入舱内挖掘机进行操作，

上下船舱过程的安全隐患较大。在人员不足的情况下，人员需跨舱操作多台挖掘

机进行作业，增加了上下船舱的次数，操作人员的劳动强度、安全风险进一步增

大。

（2）大机抓斗与清舱挖掘机在同一个舱口作业，需进行分区作业，当分区

视线不明显或舱口尺寸较小时，存在交叉作业危险。

（3）舱内作业环境较为封闭、操作司机的作业条件相对恶劣。

2、疫情防控风险大

在疫情防控严峻的形势下，作为外防输入的重要关口，疫情期间作业操作司

机需尽力避免与外轮及外轮船员的接触，操作人员进舱作业增大了疫情防控的风

险。且操作人员必须穿好防护服上下舱作业，使得行动更加不便，更增大了上下

船舱爬梯时的安全风险。

3、作业效率受限制

一名操作人员只能操作一台挖掘机，操作多台设备只能靠司机自行跨舱交替

作业，增加了操作人员的劳动强度和用工数量，限制了船舶作业效率。且根据疫

情防控需要遵守相关隔离规定，使得人员的利用受到限制。

针对以上卸船作业过程中，人员入舱作业存在安全的问题，研发了一种基于

5G通讯技术的无人清舱系统。通过5G通信技术，将挖掘机设备的驾驶室移到了

办公室，解决了司机必须跟随设备一起下舱作业的操作模式，有5G信号覆盖的

区域即可对设备进行远程操作，从根本上解决人员出入舱带来的安全隐患，通过

信号源的切换实现一对多操作，减少操作人员的数量并有效减少设备待机时间，

提升设备的利用效率以及降低人员的操作强度。本系统利用5G高速率、低时延

的特性，对船舶舱口进行智慧布防，辅助无人清舱作业的同时，实现布控球视频

图像实时回传，完全替代船舱指挥工，保障大机司机高效安全进行装卸作业。是

5G技术在国内工程机械应用领域的首次新突破。

二、系统组成：于5G通讯技术的无人清舱系统，主要依托三大系统和5G通

道作为技术架构，两大控制系统分别是“车身控制系统”和“中央控制系统”，

辅助以“船舱布控安防系统”，三大系统以5G技术作为通道，通过两端信号编

码器互联互通，实现船舱布控视频的实时回传，以及电控模块、液压模块和车辆

状态远程控制和实时同步。

三、功能特性：

（1）5G通讯技术。充分发挥出移动5G网络高带宽、低时延、大容量的突出

优势，满足了挖掘机远程操控对网络质量的需要。

（2）远程控制。突破电控液转换技术，通过比例电流控制液压控制挖掘机，

实现远程低延迟控制。

（3）姿态反馈。采用了挖掘机姿态反馈系统，做到远程操控平台与舱内挖

掘机操作室的1：1还原，司机在操作平台能够感受真实的作业环境。

（4）安全互锁。双通路控制，互控互锁，保障设备控制本质安全。

（5）船舱布防。使用方便、传输稳定、配置灵活、安全可靠的快捷船舱安

防监控手段。

四、技术方案

1、实现功能

电控模块：远程通断电、远程启动熄火、灯光、雨刮控制、发动机远程调速、

工作模式选择。

液压模块：大小臂铲斗控制、回转、行走控制。

作业环境与车辆状态采集：车身倾角1:1反馈、运行数据实时显示、作业环

境采集。

船舱布防系统：使用一种牢固、轻便、可拆卸、易安装的专用设备支架，利

用5G高速率、