自動化集裝箱碼頭閘口模擬仿真系統設計與實現

李新照 張祚良

隨著區域經濟一體化進程和經濟全球化趨勢的加快，自動化集裝箱碼頭成為集裝箱碼頭發展的必然趨勢。自動化集裝箱碼頭涉及的信息系統繁多，各系統都是獨立的異構系統且結構復雜，系統之間需要進行信息交互和流程銜接，以確保自動化集裝箱碼頭在信息系統支撐下的高效、穩定運行。為驗證系統間銜接的協調性以及交互的穩定性和準確性，本文提出自動化集裝箱碼頭閘口模擬仿真系統，模擬電子數據交換、集卡入閘、陸側交互區刷卡、集卡出閘等業務，生成相關業務數據，從而為碼頭操作系統、設備控制系統的開發和測試提供基礎信息。閘口模擬仿真系統設計有利于加快自動化集裝箱碼頭信息系統建設、測試及調試進度，為自動化集裝箱碼頭的按期投產打下堅實基礎。

1 自動化集裝箱碼頭主要閘口業務操作 流程

1.1 入閘業務操作流程

集卡入閘操作流程如圖1所示。外集卡進入閘口，觸發光學字符識別（Optical Character Recognition，OCR）和無線射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）系統：OCR系統采集箱號、ISO碼、箱門方向、集裝箱裝車位置、冷藏箱外掛機組、司機臉部照片、殘損照片等信息，若識別失敗，由閘口遠程控制人員進行人工識別；RFID系統采集車牌號信息、電子鉛封（轉關箱和直通箱）等信息。集卡司機通過刷身份卡進行身份驗證；若司機沒有身份卡或身份卡失效，直接按自助服務機按鈕打印小票，擋桿抬起，外集卡進入緩沖區進行處理。對于提箱的外集卡，司機刷提箱卡后系統進行提箱處理；OCR系統和RFID系統識別成功后，將車號、箱號和司機身份卡信息進行綁定，并將轉關箱和直通箱信息發送給海關。入閘集卡通過業務規則校驗后隨即進行收發箱處理：自助服務機打印收發箱小票，擋桿自動抬起；對于20英尺集裝箱，由外集卡司機選擇集裝箱裝車位置；外集卡司機根據自助服務機提示和小票到相應的場區（緩沖區、調轉箱門區、自動堆垛起重機場區）。

1.2 出閘業務操作流程

集卡出閘操作流程如圖2所示。外集卡進入出場閘口，觸發OCR和RFID系統，司機刷身份卡。RFID系統識別電子車牌和海關電子鉛封，OCR系統識別箱號、集裝箱裝車位置、司機臉部照片、殘損照片等信息；然后，將識別的信息與系統中的相關信息進行比對，并存儲比對信息。系統向海關發送電子車牌、箱號、稱重數據（重箱）、電子鉛封等信息。若出

閘集卡得到海關電子待檢指令或未通過碼頭業務校驗，閘口自助服務機給出提示，司機按“確定”按鈕，擋桿抬起，外集卡駛往指定區域進行處理；若出閘集卡得到海關電子放行指令且通過碼頭業務校驗，閘口自助服務機給出提示，擋桿自動抬起，外集卡駛出閘口，系統存儲海關反饋的比對結果。對于海關待檢集裝箱，系統自動給海關發送報關單號信息；閘口系統記錄外集卡和集裝箱待檢信息，集卡司機駛入相應區域（調箱區、檢查區、緩沖區）。

2 自動化集裝箱碼頭閘口模擬仿真系統設計

2.1 主要目標

為優化碼頭閘口業務流程，應用智能算法和可視化技術，以裝箱單、卸船清單為計劃源，模擬電子數據交換、集卡入閘、陸側交換區刷卡、集卡出閘等業務操作，尋找自動化集裝箱碼頭閘口操作性能和流程優化途徑，為堆場作業提供基礎數據，同時幫助測算堆場計劃策略。

自動化集裝箱碼頭閘口模擬仿真系統的主要功能包括：（1）電子數據交換，生成不同流向和不同尺寸箱型、不同船舶、不同裝貨港、不同卸貨港信息以及隨機質量、隨機箱號等集裝箱相關信息，并將其導入到碼頭操作系統；（2）模擬入閘，隨機生成集卡模擬收箱、提箱入閘過程，申請作業位置；（3）模擬刷卡，集卡根據作業位置到指定路側車道模擬刷卡；（4）模擬出閘，集卡完成堆場作業，模擬出閘過程；（5）靈活配置，可以接入不同碼頭操作系統環境。

2.2 數據處理流程

自動化集裝箱碼頭閘口模擬仿真系統主要涉及數據準備、閘口模擬和邏輯反饋等3個流程，系統的整體數據處理流程如圖3所示。

2.3 總體結構和模塊設計

自動化集裝箱碼頭閘口模擬仿真系統通過網絡服務與碼頭操作系統相連，不直接進行數據庫交互；通過接口傳遞電子數據交換信息、入閘指令、刷卡指令和出閘指令等，將數據組織為標準的XML數據格式進行傳輸；系統設計遵循低耦合、高內聚的原則，主要包括業務模型層、數據模型處理層、業務邏輯層、對外接口層、用戶界面層等模塊（見圖4）。

3 自動化集裝箱碼頭閘口模擬仿真系統功能實現

3.1 電子數據交換模塊

電子數據交換模塊主要根據箱號前綴、起止箱號順序生成集裝箱箱號，箱號校驗位根據箱號規則計算生成；提供進出口類別設置、集裝箱狀態設置、空重設置，可隨機生成質量；可設置船型、特殊積載類型、包裝類型、ISO碼、裝貨港或卸貨港以及生成數量，且進口集裝箱可設置集裝箱裝船位置；設置完成后系統可批量生成不同類型集裝箱電子數據交換信息，并發送給碼頭操作系統，然后存儲到本系統數據庫服務器中。

3.2 生成船圖功能模塊

生成船圖功能模塊（見圖5）根據電子數據交換模塊中設置的船舶信息設置甲板上下的貝、層、高等信息，生成該船舶的船圖結構。

3.3 閘口模擬模塊

閘口模擬模塊可隨機生成車牌號，模擬批量入閘，獲取作業順序、刷卡位置及場地位置等信息，并模擬陸側作業區刷卡和批量出閘等。

3.4 系統設置模塊

系統設置模塊的主要功能是設置與碼頭操作系統接口的網絡之間互連的協議及端口、用戶界面字體大小和風格樣式以及是否開啟閘口和打開日志等操作。

4 結束語

自動化集裝箱碼頭閘口模擬仿真系統實現碼頭閘口電子數據交換、集卡進閘、陸側交互區司機刷卡以及集卡出閘等業務的模擬操作，并實現在模擬狀態下對閘口操作流程的邏輯驗證，從而為自動化碼頭操作系統和設備控制系統的開發和測試提供基礎數據，達到降低自動化碼頭信息系統測試成本、加快信息系統建設速度的目的。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2016-09-07）