港口生产作业链全信息溯源与决策系统

1）智慧港口

从整个国际港口的发展历程来讲，按照联合国贸发会对港口发展的定义和阶段的划分，现在港口的发展一共分四个阶段。第一代港口具备两个基本功能：船舶靠泊和货物装卸。第二代港口是在第一代港口的基础上加了一些商贸和专业化功能。码头可分为集装箱码头、原油码头、散杂货码头等专业化码头。第三代港口，就是在第二代港口的基础上增加了物流和金融方面的功能。第四代港口，是从21世纪开始，在物流基础上，不把港口简单看成一个物流中心，而是把港口看作供应链上的一个节点，从整个供应链的基础上来看港口的功能、设计、物联网、服务、技术等各个方面的创新［7］。“智慧港口”就是对第四代港口的形象化描述。“智慧港口”的建设目标是实现港口物流服务和管理智能化，建立港口生产作业链的全信息溯源和辅助决策系统：

（1）实现港口物流服务电子化、网络化、无纸化和自动化，降低港口物流服务成本，提高物流服务效率和港口经济效益。

（2）实现港口与船公司、铁路、公路、场站、货代、仓储等港口相关物流服务企业的无缝连接，通过物流信息平台实现信息集成和共享，优化物流供应链管理，提高物流服务水平。

（3）提高港口管理和决策水平，如实现远程调度，信息自动化采集、存储和加工，优化港口物流流程和生产组织提高港口物流服务质量。

（4）实现港口与海关、海事、商检等口岸单位的信息一体化，提高“大通关”效率和口岸部门服务水平。

（5）搭建港口物流市场信息服务平台，拓展港口物流市场交易、金融、保险等配套服务功能。

（6）实现港口物流信息资源的整合，为实施智能港口和智能交通系统规划提供支持。

2）系统框架

根据现代港口运作模式，将基于物联网技术的“智慧港口”分为以下五个层面：

（1）采集层包括港区内的作业设备及相应作业区域内的条码识读器、RFID读写器、摄像机和传感器等，主要作用是感知和识别物体以及采集和捕获信息。

（2）传输层以无线网络接入物联网管理中心和物联网信息中心，并在数据处理层对海量信息进行智能处理。

（3）业务层将物联网技术与智能港口的需求相结合，实现港口智能化应用的解决方案，包括港口客户服务系统、港口生产管理系统、港口运营管理系统等。

（4）业务层最终实现信息技术与智能港口的深度融合，是“智慧港口”的核心层次。

（5）呈现层指适用于港口工作人员或企业用户的终端设备或手机设备，是实现“智慧港口”与人交流的层次［8］。

“智慧港口”服务需求的主体是客户，按照实现“高效率、高安全性、高品质服务”的新一代“智慧港口”运输模式要求，“智慧港口”系统必须最大限度地为客户提供港口物流信息服务。“智慧港口”功能模块如图8-2所示。(www.xing528.com)

图8-2　“智慧港口”功能模块

（1）港口客户服务系统通过互联网利用港口物流信息平台，实现与客户的联系和交流，提供港口基本信息资料、客户服务指南、港口业务流程介绍、业务手续申请办理等信息。

（2）港口生产管理系统通过内部网络与港口内部各业务管理软件业务数据信息交换，进行生产调度、组织和指挥，并通过视频监控技术对作业过程进行可视化监控。

（3）港口运营管理系统进行港口运营管理决策，包括市场管理、货运管理、配送管理、客户管理、安全管理、财务与结算管理、自动化办公系统等。对管理流程中的各个关键环节支持短信通知功能。系统将支持与考勤系统、安防系统对接，通过电子标签、摄像机等设备为管理提供基础数据；同时可以通过人脸识别、轨迹跟踪智能分析、视频移动侦测等技术，配合广播、告警器等设备为安全管理提供保障。

（4）港口电子商务系统通过互联网方式实现客户与港口物流相关的商务活动及其他业务。该系统支持与其他电子商务平台、船舶信息系统、拖车信息系统、仓库及物流公司等相关系统对接，实现信息共享。企业通过电子商务系统实施发布和更新业务信息，客户和港口可以根据实际情况需要选取相关服务。

（5）综合运输管理系统通过与其他交通系统业务数据对接，解决水运与公路、铁路、航空等交通方式之间进行多式联运和水运中转的业务管理和决策，减少中转申办手续和环节，实现物流数据共享。

（6）港口资源管理系统通过港口内部信息网和港口、航道视频监控、船舶定位导航、GIS电子地图等技术，建立港口企业资源管理基础数据图文库，实现资源智能管理。通过电子地图、视频等方式呈现港口、航道和船舶行驶情况。

（7）港口口岸管理系统通过GPS定位通信、RFID技术、人脸视频识别、视频移动侦测、轨迹跟踪等技术对进出港口车辆和人员进行管理，实现智能闸口功能。为海关提供统一的口岸物流信息，实现港口物流信息平台与海关通关EDI申报系统信息共享和“大通关”服务一体化，优化或减少港口与海关之间的业务流程手续，提高效率。

3）研究内容与关键技术

（1）收集港口的航道、天气、泊位位置、船源数量、货源数量、轮胎吊GPS记录以及现场作业等历史大数据，建立港口生产作业链全信息溯源数据库，基于逆置函数反向查询法，实现港口生产作业链（进港、调度、装卸以及出港）的溯源。

（2）基于港口大数据的深度挖掘和分析，利用突变理论分析非常规突发事件下（如装船翻箱、箱区冲突或货物堆存延误）的生产行为状态。

（3）通过生产作业链的状态分析，利用OpenGL和Unity3D技术，再现作业现场情况，分析生产瓶颈环节，确定作业瓶颈的形成原因，提出避免作业瓶颈的解决方法。

（4）通过非线性规划理论，对生产作业链进行优化。例如根据轮胎吊GPS数据全程记录数据，利用轮胎吊GPS移动情况、作业规律、计算行车距离等数据参数，建立非线性规划模型，优化堆场的调配规则。

（5）通过对港口大数据的整合、挖掘，利用灰色预测模型，预测航道拥挤、装船翻箱及箱区冲突等瓶颈问题，为决策者提供辅助决策依据。