智慧系泊在智能港中的應用探索

倪文利

摘 要：隨著經(jīng)濟全球化和區(qū)域經(jīng)濟合作的快速發(fā)展，智能港口建設對港口運行效率，經(jīng)濟效益及港口流通能力的提升起到至關重要的作用。物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術的進一步成熟和應用，為”智慧”港口發(fā)展提供了技術支持。

關鍵詞：智慧系泊 機器換人作業(yè) 智能港

一、“智慧系泊”提出的背景

目前，以上海洋山港為代表的智慧港在規(guī)劃建設中，港口物物之間的互聯(lián)，工作人員或客戶可以隨時查看港口集裝箱、機械設備、車輛等狀態(tài)、位置等級港口業(yè)務的運維系統(tǒng)基本建立，在許多領域的系統(tǒng)都實現(xiàn)了機器換人，但在船舶系泊操作的領域，人工的使用率依然很高，船舶進出港時人工系泊操作需全船人員三分之二在船首船尾作業(yè)，而且潛在風險很高，出現(xiàn)過很多人員傷亡的案例，對安全生產(chǎn)帶來嚴重威脅。同時人工系泊的效率較低，不利于船舶經(jīng)濟性能的提升。因此依托信息化技術，融合智能交通理念，構建高度信息化、高度自動化和高度集成化的“智慧系泊”系統(tǒng)在港口建設中顯得極為迫切，該機器換人系統(tǒng)也會成為智慧港的重要組成部分，填補港口系泊領域的國際空白。[1]

二、“智慧系泊”的需求分析

1.船員市場供給側現(xiàn)狀使得系泊操作人員緊缺

近年來，受國際經(jīng)濟金融危機影響，國際航運市場總體表現(xiàn)低迷，直接導致航運企業(yè)縮減人才需求計劃。從船員市場供給看，管理級船員不足，操作級船員過剩，支持級船員緊缺。港口的系泊操作，主要依靠管理級船員的指揮和支持級船員的操作，因此船員市場供給側的不平衡，使得人工系泊操作人手尤其是有經(jīng)驗的人員較為緊缺。[2]

2.常規(guī)系泊作業(yè)系統(tǒng)與人工系泊存在的問題

（1）常規(guī)系泊作業(yè)系統(tǒng)組成。船舶系泊裝置是船舶靠離碼頭、系離浮筒、傍靠他船或拖帶時，用以帶纜、絞纜的設備統(tǒng)稱為系泊設備。系泊設備由系船纜、導纜裝置、挽纜裝置、絞纜機械、系纜卷車及屬具組成。絞纜機械又稱系纜絞車，用于絞收纜繩。一般情況來講，船上裝有七臺絞車：船艏3臺，船艉4臺。絞車的結構規(guī)定能把兩根系索分別卷在卷筒的兩側， 這樣便能保證向任何一舷輸送系索。因此，在每臺絞車附近，設有兩個帶六角滾輪的導纜孔，以免系索與船體結構發(fā)生摩擦。船舶系纜前的全部準備工作是絞車測試，纜繩預處理。

（2）纜繩作用及受力分析：艏纜是靠泊時，由船艏最前端向前出纜，向前帶到碼頭上，一則將船艏部分靠緊碼頭，同時，防止船舶后移；艉纜是靠泊時，由船艉最后端向后出纜，向后帶到碼頭上，一則將船艉部分靠緊碼頭，同時，防止船舶前移；艏倒纜是在船艏部甲板適當位置，靠泊時，由甲板出纜后，向船艉方向帶到碼頭上，協(xié)助艉纜，防止船舶前移；艉倒纜是位于船艉部甲板適當位置，靠泊時，由甲板出纜后，向船艏方向帶到碼頭上，協(xié)助艏纜防止船舶向后移動；艏橫纜是位于艏纜與艏倒纜之間，與船體約垂直方向帶到碼頭上，使船體靠緊碼頭；艉橫纜是位于艉纜與艉倒纜之間，與船體約垂直方向帶到碼頭上，使船體靠緊碼頭。

（3）人工系泊存在問題。隨著國際貿(mào)易的發(fā)展， 船舶的大型化成為一種趨勢， 船舶大型化不但對船舶設計和制造提出了更高的要求， 也對碼頭船舶的系泊安全性提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。一方面，大型船舶在碼頭系泊時， 使用了大量的系泊纜繩， 在系泊過程中，會存在風、浪、流等作用的外載荷，人工作業(yè)因外載荷的不斷變化在各纜繩的分配難以做到均衡， 在這種受力不均勻的狀態(tài)下， 受力最大的纜繩容易崩斷， 繼而其他的纜繩相繼崩斷， 釀成嚴重的海損事故；另一方面，現(xiàn)代船舶特別是集裝箱船靠離泊頻繁，作業(yè)周期快，勞動強度大，作業(yè)人員時長處于疲勞狀態(tài)，而且惡劣海況下，人工撇纜，帶纜準確率底，延長了船舶靠港時間，增加了相應的費用，也直接影響船舶安全系泊安全作業(yè)。

3.機器換人“智慧系泊”模型的建立

（1）智慧港口信息化基礎建設

港務集團虛擬園區(qū)網(wǎng)是通過先進的網(wǎng)絡虛擬化技術，實現(xiàn)港務集團園區(qū)網(wǎng)端到端虛擬化，可以實現(xiàn)在一套高性能高可靠物理網(wǎng)絡上得到N部分虛擬網(wǎng)絡資源分配給不同的碼頭分公司使用，既能節(jié)省投資，又能簡化管理。虛擬的網(wǎng)絡資源能夠靈活控制，相互間可實現(xiàn)安全隔離或可控互訪，滿足港口業(yè)務規(guī)劃。港口碼頭室外無線網(wǎng)絡是專業(yè)級的室外無線解決方案，具備IP66等級，能夠穩(wěn)定工作于-40～65℃環(huán)境，適用于港口室外復雜環(huán)境，為港口堆場、碼頭室外作業(yè)區(qū)手持終端、車載終端、RFID讀寫器、無線監(jiān)控、無線語音等提供無線WIFI接入。[3]

（2）智慧系泊系統(tǒng)構建

駕控中心位置設置在船舶駕駛臺，靠離港時以引航員、船長為中心，值班駕駛輪機員為協(xié)助，協(xié)同控制船舶智能系統(tǒng)、岸基服務設施，完成船舶操縱，無人機遙控自動攜帶纜繩、船舶機器人操作絞纜機、 港口機器人拖帶纜繩系纜樁、 絞纜機自動預纜及脫扣系統(tǒng)等智慧工作過程。

機控中心位置設置在機艙集控室，以輪機長為中心，值班輪機員為協(xié)助，配合駕控中心，完成船舶機器人操作絞纜機、絞纜機自動預纜及脫扣系統(tǒng)作業(yè)前測試、過程監(jiān)控及系統(tǒng)故障應急處理。

系統(tǒng)監(jiān)控中心在港口碼頭管理中心、駕控中心、機控中心分別設置顯示終端，實時傳送船舶靠離港作業(yè)場景。

無人機遙控自動攜帶纜繩模塊在駕控中心配置移動終端，根據(jù)引航員、船長的指令，無人機遙控操作由值班駕駛控制，無人機可使用四旋翼飛行器完成水平和垂直飛行，配備攝像頭方便值班駕駛員操作，無人機下方安裝纜繩攜帶裝置方便將纜繩送至港口機器人。

船舶機器人操作絞纜機模塊在駕控中心配置移動終端，根據(jù)引航員、船長的指令，大副操控設于船頭機器人操作絞纜機，二副操控設于船尾機器人操作絞纜機，船舶機器人主要負責操作絞纜機完成啟停、正反轉等功能。

港口機器人拖帶纜系纜樁模塊在駕控中心配置移動終端，根據(jù)引航員、船長的指令，大副操控設于船頭港口機器人拖帶纜系纜樁，二副操控設于船尾港口機器人拖帶纜系纜樁，港口機器人安裝纜繩攜帶裝置，與無人機配合接受纜繩，然后將纜繩系在系纜樁上。

結語

隨著我國“一帶一路”戰(zhàn)略的實施，航運業(yè)必將迎來大力發(fā)展的絕佳機遇，港口需要?？康拇皵?shù)量、種類必將大幅增加，這對船舶靠港系泊作業(yè)的高效性和安全性提出了新的挑戰(zhàn)。隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術的進一步成熟和應用，未來的港口將向是"智慧"的港口發(fā)展，其中“智慧系泊”必將是其中的重要環(huán)節(jié)。本創(chuàng)意通過虛擬化軟件和機器人的有機結合，依托信息化技術，融合智能交通理念，構建高度信息化、高度自動化和高度集成化的“智慧系泊”系統(tǒng)，機器換人有效的解決了人工系泊效率較低，受環(huán)境影響大，安全性能不高的問題，為我國“智慧”港口建設提供了一塊技術含量高、時效性強且易于實現(xiàn)的拼圖。

參考文獻

[1]智慧港口解決方案.工程中心.2015.4.

[2]張曉.未來港口財富論壇.2011.2.

[3]徐小鳳.物聯(lián)網(wǎng)在未來港口中的應用探析J.中國水運.2011.01.