基于集成技術的智能化信息系統設計

梁 超，倪永紅，張明明，沙 鋼

（1上海環境實業有限公司，上?！?00000；2上海萬坤企業發展有限公司，上海　200000）

基于集成技術的智能化信息系統設計

梁 超1，倪永紅1，張明明1，沙 鋼2

（1上海環境實業有限公司，上海200000；2上海萬坤企業發展有限公司，上海200000）

為解決中小物流企業在區域物流信息系統應用中存在的問題，以上海市生活垃圾內河集裝化轉運系統為例，根據系統運營背景和智能化建設目標，設計了四層架構的系統原型并給出了具體部署方案。在此基礎上，研究系統關鍵技術的集成路線，分析其在系統架構各組件中的應用，從而實現了生產作業管理、船舶靠泊調度、資產管理、數據統計報表管理、作業監控指揮中心等子系統的功能，提高了系統智能信息化管理能力。

生活垃圾；集裝化轉運；集成技術；信息管理系統

0　引 言

區域物流系統是一個復雜的社會大系統工程，是指在一個城市、國家或者一個經濟區范圍內開展的具有完整物流過程和服務管理的供應鏈活動。伴隨社會經濟高速發展趨勢，社會生產的規模不斷增大，因此就需要一個能與區域物流系統相匹配的先進物流管理信息系統，而在目前計算機與信息技術飛速發展的背景下，人們提出了智能物流的概念。智能物流是利用集成智能化技術模仿人的思維、感知、學習和推理判斷力，完成物流活動的各個基本環節，實現運輸過程的自動化運作和高效率優化管理［1］。目前，能夠實施區域物流業務的公司不多，即使在從事這方面運營的公司，綜合分析其信息管理系統，可以發現，現有的系統是對部分區域進行分別管理，沒有建立區域間的聯系，不能實施統一監管。由于作業流程設計不夠合理，難以適應生產規模的不斷擴大。信息化程度不高，部分數據采集是人工記錄完成，造成整體作業效率下降，加之，不能實現可視化操作使得生產過程存在監管的盲點。另一方面，缺少先進數據統計與分析功能，增加了生產運作風險?；谶@些問題，本文使用現代計算機與信息處理的集成技術，給出了上海城市生活垃圾內河集裝化運輸信息系統實例，實現了對區域物流系統的智能化控制與管理。

1　上海市生活垃圾內河集裝化轉運系統背景

據統計，上海市生活垃圾日排放量在2萬噸左右并呈現逐年上升的趨勢，這些源源不斷、大量產生的生活垃圾已經成為困擾城市發展、污染市容環境、影響市民生活的社會問題。城市生活垃圾的處理處置［2］是目前上海市環境衛生、環境污染和治理亟待解決的問題。

目前上海市區大部分生活垃圾采用散裝水陸聯運的方式運到老港填埋場，為了改善運輸環境，保護水運河道水質，提升城市形象，實現綠色環保運輸，上海已建成市區生活垃圾內河集裝化轉運系統［3］。新建的市區生活垃圾內河集裝化轉運系統是一種高標準、環保型內河轉運系統，該系統以市區的虎林碼頭、徐浦碼頭和老港碼頭為基地，利用虎林、黃浦江、大治河、老港環衛專用航道等航道資源，建設環衛碼頭/中轉站，選用符合國際通用集裝箱規格的垃圾專用集裝箱，在市區碼頭/市區中轉站將垃圾壓縮裝箱后車、船/車聯運至老港。

上海市區生活垃圾內河集裝化轉運系統（以下簡稱集運系統）總體思路可以概括為：“一個系統、二個中轉站、三個碼頭”。一個系統即利用現成內河航道，建設一個固體廢棄物內河集裝化轉運系統；二個中轉站即新建虎林中轉站、新建徐浦中轉站；三個碼頭即改建虎林碼頭、老港碼頭，新建徐浦碼頭。其中虎林中轉站和碼頭將負責蘇州河以北區域的垃圾轉運任務，徐浦中轉站和碼頭將負責蘇州河以南區域的垃圾轉運任務。為此，整個上海市區生活垃圾內河集裝化轉運系統包括2個子系統，即“徐浦～老港”子系統和“虎林～老港”子系統。如圖1所示，基于區域的系統劃分要考慮子系統間的協調性，同時要能保證較高的運輸效率。

圖1　集運系統運輸路徑Fig.1 Transportations routes of containerized system

2　智能轉運信息系統架構

根據垃圾轉運系統的業務需求，本文設計了一個面向服務［4-5］的智能轉運信息系統四層架構方案，如圖2所示，主要分為基礎設施層、空間信息支撐層、系統業務邏輯層和系統應用層。

架構中的各層及其組建之間的相互關系如下所述：基礎設施層處于最底層，主要由物流設施和通訊服務設施組成。物流設施主要包括車船、橋吊、正面吊、壓縮機等硬件設備；通訊服務設施主要包括服務器、計算機等計算設備、網絡通訊設備、電子標簽閱讀器等?；A設施層重點負責完成數據信息的采集、轉換和收集工作。系統統一采用Oracle集群數據庫存儲數據，摒棄了區域獨立存儲的多數據庫模式?？臻g信息支撐層是信息傳輸服務的提供者和組織者，由通訊服務器、ArcIMS空間服務器等設備組成。其中，通訊服務器主要負責對車船的定位信息進行解析、轉換和處理，再通過ArcIMS空間服務器的ArcSDE與Oracle數據庫服務器相連，將空間數據和非空間數據一并提供給ArcIMS空間服務器，最后由ArcIMS的應用服務器和連接器共同作用提供詳盡的空間信息服務。系統業務邏輯層主要是由空間信息服務和物流業務服務2類組件構成，并且對系統邏輯功能的實現起到至關重要的作用，因為，系統業務邏輯層需要由其下層提供支撐服務，同時為實現其上層的應用功能提供技術支持，所以在系統中起到承上啟下的作用。系統應用層是系統功能的提供者，具體涵蓋了信息系統全部運輸業務的功能模塊，主要包括垃圾的封裝、壓縮、調度、車運、船運，以及系統管理，尤其是，管理層功能包含有作業監控、信息查詢和數據分析等。系統應用層還提供了可擴展業務接口功能，以便為各類用戶的不同需求提供一種較完備的應用解決方案。

3　系統關鍵技術的集成

物流信息系統的關鍵技術是物流體系的重要組成部分，也是建立智能化的物流信息系統以提高系統運營效率的保障。此系統綜合使用計算機通信技術、信息采集技術、數據庫技術和物流信息跟蹤技術［6］，并將其實現有機結合，形成自動化周期運轉的業務工作模式。

圖2　智能轉運系統架構Fig.2 Architecture of intelligent transport system

集裝箱是整個業務流程的重要管理對象之一，垃圾轉運系統中承載集裝箱運輸的車、船橋吊和正面吊等設備處于運動狀態，生產作業時無法捕捉到其具體位置。所以系統采用2種方案解決這個問題。對其分析闡述如下。

1）使用GPS和GIS結合的技術。在基礎設施層的車船上安裝GPS接收裝置（集裝箱由于供電、碰撞、污漬等原因不適合安裝），通過接收不同方位導航衛星的定位信號計算返回自身當前的經緯度坐標，地面監控中心就能實時監控車船的位置，并根據道路、水路交通狀況向車船發出實時調度指令。輔以GIS技術提供車船運動的地理空間數據，再利用GIS的網絡分析和路徑分析等功能，科學快速地預先設定最佳運輸路線，當GPS信號反饋回的車船運行路徑出現偏差時，系統發出警告提示，以便決策層針對情況快速反應。此外，利用車船載GPS接收機獲取到車輛船只的位置信息，使用電子地圖進行圖上定位，能很好地進行車船跟蹤和軌跡回放，在集裝箱的運輸中具有頗高的實用價值。

2）對于橋吊上集裝箱在裝卸過程中的定位，這涉及到集裝箱對船和對堆場的操作。由于要獲取高精度的位置信息，同時考慮架設成本，所以系統選擇使用PLC技術方案獲取集裝箱的實時精確位置。該方案對前方堆場和碼頭執行坐標映射，使用運動機制測量算法結合位移傳感器獲取的數據，得出橋吊的作業狀態和集裝箱的精確位置。系統還能進行探測預警，一旦探測到行車工作可能超出受限范圍則自動限制此操作的繼續發生，有效提高了系統的安全性，同時記錄行車作業中的危險工況，為事故的分析處理提供可靠依據。

集裝箱在經過物流閉環系統的各個關口時，其個體識別操作是運輸、監管、維護工作的基本條件，再與定位跟蹤功能綁定則能為各級作業的實施提供保障。由于集裝箱運輸過程中污漬、潮濕、遮蓋、方向位置、退化磨損因素的影響，若使用RFID技術識別箱號將具有切實、穩定的可靠性。為此，系統在閘口、橋吊、正面吊和集裝箱作業環節部署了RFID設備，采集經過的集卡或集裝箱上的電子標簽，同時利用通信技術、網絡技術等手段傳輸到后臺服務器。物流運營系統包含3個基地作業數據，在加強基地業務間聯系方面采用數據庫集群技術，構建統一數據庫服務器，將徐浦、虎林、老港基地碼頭的中控服務器進行耦合，使其并發運行、互為備份，在保證網速的前提下，可做到實時同步。集群后的分布式數據庫可提高數據訪問的并發性和安全性，所有碼頭數據格式統一、且提供優質共享，因此應急狀態下任何碼頭均可訪問其他碼頭的數據。對于大數據的處理系統進行了前瞻性考慮，抽取壓縮、運輸、中轉、吊車裝卸、船運和填埋等各環節產生的數據，建立數據倉庫，使用數據挖掘技術進行分析，獲得一些未知的有用信息，提高系統自我調節和智能化運行的能力。生產數據在應用層的顯示，將WPF技術引入到集運系統中，開發具有友好人機交互界面、豐富表現形式的軟件系統，支持對集裝箱和車船操作信息的詳盡查詢，進而結合3D建模技術實現對生產全景的實時監控。

4　智能轉運信息系統功能與實現

根據系統的設計方案，基于B/S架構模式，采用Microsoft.NET開發平臺，以Web Service技術作為系統主要功能實現技術［7-8］，結合Oracle集群數據庫和開源的GIS服務平臺，實現了該轉運信息系統。系統主要包括生產作業管理、船舶靠泊調度、資產管理、數據統計報表管理和作業監控指揮中心等方面功能，總體功能結構如圖3所示。以徐浦基地為例，下面將具體介紹應用該系統進行垃圾轉運的詳細過程和相關數據信息分析。

圖3　系統總體功能結構Fig.3 System general function structure

4.1生產作業管理

垃圾運輸至徐浦和虎林碼頭基地要經過入口道口、指令道口和后方道口等3個重要道口，設計道口采集子系統用于采集相應道口處的過車記錄，包括過車時間、車號、數量等。指令道口要控制集裝箱的裝卸與存放，所以增加了空重箱轉換功能。當進入基地和等待指令的集卡遭遇特殊情況時，該子系統支持人工處理相關信息。橋吊子系統主要監管基地3個橋吊裝卸集裝箱的過程，顯示當前作業的集裝箱號、集裝箱類型和作業狀態，查詢歷史作業記錄和操作指令。進入基地的散裝垃圾首先要進行壓縮，壓縮機子系統顯示了對應機號處等待的集卡和使用集裝箱的編號，給出壓縮長度和重量，同時記錄了日作業量，若出現異常情況將能即時中止作業或轉換壓縮機。集卡作業子系統主要用于顯示集卡作業指令接收及執行狀態，包括指引前往橋吊、堆場、壓縮機、洗/修箱、箱體保養等工作區進行作業。對于生產過程中出現的異常情況，例如：GPS未有效更新船舶信息、道口處RFID未檢測到集卡或集裝箱標簽、橋吊司機操作失誤等，這在消息子系統中能夠得到實時記錄，并根據情況程度連接中控報警系統，通知管理層做出應急處理。

4.2船舶靠泊調度

由于使用了GPS/GIS系統，船舶靠泊子系統能顯示當前船舶位置，預測抵港時間并生成抵港通知，同時記錄到港時間；根據船舶到港具體情況，自動安排靠泊計劃，輔助生成靠泊離泊指令、引導泊位作業狀態。

4.3資產管理

集裝箱是垃圾轉運的重要載體，因此系統提供了修箱、洗箱和保養功能以延長箱體的使用壽命。根據箱體的周轉次數，系統自動安排清洗計劃，查詢清洗箱體的時間、所屬集卡信息，在清洗完成后通知集卡離開。修箱子系統與資產管理系統對接，提供維修申報平臺對壞箱進行申報，查詢待修箱體，確認維修結果，并同時提供校驗功能，確認壞箱在信息化系統與資產管理系統間的遷移。

4.4數據統計報表管理

系統從宏觀上統計了各類數據信息并以圖形化的形式顯示，通過相關分析能確保物流業務周期穩定運轉，提高系統危機預測和抵御風險的能力。系統首先提供了對集裝箱信息的統計查詢，能查看箱體在一段時期內的使用頻率，對使用率過高和過低的箱體進行適當調配；其次，統計了同一基地內各種集裝箱在不同作業區域的分布情況，可推測工作強度的集中區域。集裝箱運輸載體統計模塊功能主要是查詢內集卡總量、出勤和在后方指令區的分布情況，還有一段時期內各船舶靠離該基地的頻率分布。系統能查詢指定時段內徐匯、長寧、青浦和黃埔各區的垃圾重量，有利于參考制訂生產計劃，此外，還提供了系統垃圾吞吐量的查詢?；鼐C合負載功能模塊給出了徐浦、虎林、老港基地實際處理量與系統剩余處理能力的對比分析，基地綜合負載趨勢模塊則給出同一基地系統各月份的負載情況。24小時作業分布統計模塊功能是分析一個工作日周期內集卡、外集卡的使用數量及橋吊卸車和裝船的數量。而且，系統還具有基地設備負載、基地設備負載趨勢、二次吊裝作業量等模塊的功能。從這些統計數據，即能現實獲得系統的綜合運營能力，從而對生產任務、設備使用進行更科學合理的規劃分配。做進一步的深入分析，對原始大數據加以處理，使用數據挖掘技術建立模型，根據分析預測可獲得有用的未知信息，這對于決策層參與生產的宏觀調控具有重要作用。

4.5作業監控指揮中心

作業監控指揮中心是面向決策管理層、計劃監管層的管理者，基于業務流程閉環處理功能，向其提供數據查看與分析、視頻監控以及應急調度功能。集裝箱流轉運輸跟蹤功能模塊是一個網絡服務，用戶可根據箱號查詢到箱體的分布及狀態，具體包括箱體的基本信息、當前位置（堆場貝位號、集卡、船箱貝位號）、狀態（好箱/壞箱，空箱/重箱）；箱體流轉情況，即一段時期內清洗、維修的次數，參與作業的類型和作業基地。針對特殊箱體的管理，比如測試用箱，在管理界面提供了添加、刪除、修改功能，并可以更改其顯示顏色與透明度。同樣，車輛船舶跟蹤模塊功能則可在地圖上查詢顯示所有車船的具體位置，并實時觀測沿線運輸狀態，箱體在運輸設備上的空間分布信息也能詳細查詢。作業視頻監控功能模塊主要是對指令道口、入口道口、橋吊作業區、船舶靠泊區和后方道口的作業實況進行監控，將3個基地的生產作業視頻整合到監控指揮中心，以便配合全市集運運營進行統一管理。3D全景模擬展示功能主要針對實業生產過程，模擬基地生產場景，動態顯示當前各設備的作業狀態。

5　結束語

本文以上海市生活垃圾內河集裝化轉運系統的運營為載體，設計了一種物流信息管理系統四層架構，并以此為原型結合先進信息處理與傳輸技術的集成分析，實現了一個區域物流信息管理系統。實施結果表明，與同類系統相比該系統在技術方案、操作管理、功能擴展、信息化程度等方面做了較大提升。對改變現有傳統的內河集裝化運輸分析模式和管理方式，優化資源配置、提高企業核心競爭力，構建一個完善、智能、高效的集裝化運輸信息管理平臺，具有先進、標準示范性指導作用。

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4　結束語

通過設計構建實驗室開放管理系統，極大地方便了實驗室開放的現實全面綜合管理。在實際運營中表明，實驗室開放管理系統的使用不僅可以充分利用實驗資源，還可以為學生提供自主發展和實踐鍛煉的最佳理想空間，同時方便了教師、學生和管理員之間的互動，讓實驗室管理更趨高效，實驗室利用更加充分，這也是本文研究成果的主要貢獻及現實意義所在。

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Design of intelligent information system based on integration technology

LIANG Chao1，NI Yonghong1，ZHANG Mingming1，SHA Gang2
（1 Shanghai SMI Environmental Industry Co.，Ltd，Shanghai 200000，China；2 Shanghai Maxqueen Enterprise Development，Ltd，Shanghai 200000，China）

In order to solve the problems in the application of regional logistics information system for small and medium logistics enterprises，and taking shanghai living garbage river containerized transport system as an example，according to system operation background and intelligent construction target，the paper designs the system of four layer architecture and gives specific deployment plan. On this basis，the integrated route of key technologies is researched and the application in components of the system architecture is also analyzed.So then functions of the subsystems including production operation management，ship berthing schedule，asset management，data statistics report management and job monitoring command center are achieved，which improve the intelligent information degree of the management system.

living garbage；containerized transport；integrated technology；information management system

TP391

A

2095-2163（2016）03-0051-04

2016-04-22

梁 超（1958-），男，本科，高級政工師，主要研究方向：環境政策、物流管理及環境保護；倪永紅（1967-），男，本科，工程師，主要研究方向：現代物流裝備及自動化、市場流通及產業發展；張明明（1977-），男，本科，工程師，主要研究方向：工業自動化、計算機應用與管理；沙 鋼（1965-），男，本科，工程師，主要研究方向：計算機軟件開發及應用、企業運營和物流管理。