物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧港口安全信息化建設(shè)中的應(yīng)用研究

高璇

摘 要 由于智慧港口碼頭生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)集控水平不斷提高，給港口前端的安全保障以及環(huán)保方面帶來(lái)了很大壓力，如人員、車(chē)輛在碼頭現(xiàn)場(chǎng)的位置及軌跡不能實(shí)時(shí)進(jìn)行跟蹤定位，日常巡檢沒(méi)有應(yīng)用信息化手段僅靠人工記錄，缺乏準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，極大增加了港口碼頭現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)管理壓力。通過(guò)GPS物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)的研究應(yīng)用，獲取現(xiàn)場(chǎng)人員、車(chē)輛等設(shè)備的精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)位置和詳細(xì)的歷史軌跡信息，解決碼頭現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全區(qū)域管控、人員在崗監(jiān)控、威脅人身安全的問(wèn)題，以達(dá)到安全生產(chǎn)、合理調(diào)度，避免無(wú)關(guān)人員誤入設(shè)備作業(yè)區(qū)域，為企業(yè)提供實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)人員和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管控手段，大幅提升企業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)管控能力。同時(shí)，結(jié)合NFC通信技術(shù)研發(fā)出適應(yīng)港口碼頭現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境的安全保障系統(tǒng)，使現(xiàn)場(chǎng)巡檢員使用具有NFC功能的手持終端就可以方便地開(kāi)展巡檢任務(wù)工作，應(yīng)用信息化手段提升日常巡檢工作效率，為智慧港口集控作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)提供信息化安全保障。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);智慧港口;信息化建設(shè)

引言

隨著煤炭專(zhuān)業(yè)化碼頭集控作業(yè)水平的不斷提升，碼頭現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全管理發(fā)生許多變化，帶來(lái)諸多現(xiàn)實(shí)管理問(wèn)題，如人員、車(chē)輛位置及軌跡不能實(shí)時(shí)進(jìn)行跟蹤定位，以及日常巡檢沒(méi)有應(yīng)用信息化手段僅靠人工記錄等，極大地增加了現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)管理的壓力。利用先進(jìn)的信息化技術(shù)手段作為提升港口碼頭安全管理水平的一個(gè)重要措施，已經(jīng)逐步在現(xiàn)有港口中應(yīng)用起來(lái)，但是當(dāng)前常規(guī)的信息管理系統(tǒng)，不同程度地存在功能不足和與實(shí)際需求不符等痛點(diǎn)。

目前在信息化領(lǐng)域中，GPS和NFC兩大物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，并且在很多行業(yè)中也初步得到了應(yīng)用，通過(guò)上述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新利用，解決港口碼頭堆場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)人員及車(chē)輛等設(shè)備的安全管理問(wèn)題，提高集控作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全管理信息化水平，降低安全管理的難度，提升人員應(yīng)急處置能力，在同類(lèi)型碼頭安全生產(chǎn)管理中形成示范作用。

本文通過(guò)GPS等新型定位物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究應(yīng)用，獲取現(xiàn)場(chǎng)人員、車(chē)輛等設(shè)備的精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)位置和詳細(xì)的歷史軌跡信息，解決碼頭現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全區(qū)域管控、人員在崗監(jiān)控，以達(dá)到安全生產(chǎn)、合理調(diào)度，避免無(wú)關(guān)人員誤入設(shè)備作業(yè)區(qū)域，威脅人身安全的問(wèn)題，為企業(yè)提供實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)人員和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管控手段，大幅提升企業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)管控能力。同時(shí)研究開(kāi)發(fā)應(yīng)用巡檢任務(wù)信息化管理平臺(tái)將巡檢任務(wù)分發(fā)至巡檢人員手持機(jī)，再由巡檢人員按流程完成巡檢任務(wù)，并上報(bào)至管理端進(jìn)行記錄、分析和統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用信息化手段提升日常巡檢工作效率，為煤炭專(zhuān)業(yè)化碼頭集控作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)提供信息化安全保障。

1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧港口信息化建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著港口碼頭及堆場(chǎng)等現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化和智能化程度不斷提高、生產(chǎn)作業(yè)流程的復(fù)雜性不斷提升、從業(yè)人員素質(zhì)的多樣性以及港口快速建設(shè)造成的壓力，港口企業(yè)在安全生產(chǎn)管理中的難點(diǎn)發(fā)生了變化，對(duì)港口企業(yè)精細(xì)化管理手段和水平也提出了更高的要求。而運(yùn)用先進(jìn)的信息化技術(shù)手段來(lái)提高港口的精細(xì)化管理水平是一個(gè)重要的突破方向。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，目前我國(guó)已經(jīng)逐步開(kāi)始利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行港口企業(yè)生產(chǎn)及安全方面的日常管理，但是由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)尚處于起步階段，所以在很多方面還存在著不足和缺陷。

1.1 國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)正處于標(biāo)準(zhǔn)的制定和平臺(tái)的建立階段，而在標(biāo)準(zhǔn)的制定和平臺(tái)的統(tǒng)一階段中，由于物聯(lián)網(wǎng)不同于互聯(lián)網(wǎng)，它是基于已有的行業(yè)和已有的技術(shù)，不是一種單純的創(chuàng)新，而是一種新的融合;物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的成型需要將現(xiàn)有的應(yīng)用和技術(shù)，以及不同行業(yè)的數(shù)據(jù)通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)接，但目前國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 選型困難

支持企業(yè)個(gè)性化需求的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備選型困難，定制化設(shè)備成本高。目前民用級(jí)別的物聯(lián)網(wǎng)定位設(shè)備較多，但是這些設(shè)備大多都是為統(tǒng)一的行業(yè)平臺(tái)服務(wù)，例如小米、華為等，針對(duì)企業(yè)級(jí)定制化信息系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可選型范圍比較小，定制化設(shè)備成本很高[1]。

2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧港口信息化建設(shè)發(fā)展趨勢(shì)

對(duì)于港口設(shè)備資產(chǎn)密集型企業(yè)來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行車(chē)輛以及日常運(yùn)維人員較多，安全生產(chǎn)管理人員由于無(wú)法掌握現(xiàn)場(chǎng)車(chē)輛和人員的實(shí)時(shí)位置導(dǎo)致無(wú)法及時(shí)進(jìn)行管控，并且日常巡檢設(shè)備也缺乏統(tǒng)一的信息化平臺(tái)進(jìn)行可視化精細(xì)化管理，無(wú)法快速、準(zhǔn)確反饋巡檢狀況，紙質(zhì)記錄容易丟失，導(dǎo)致無(wú)法精確統(tǒng)計(jì)巡檢線路檢查情況以及時(shí)間是否按照計(jì)劃進(jìn)行。

2.1 GPS技術(shù)引用

GPS（Global Positioning System）技術(shù)可為用戶提供隨時(shí)隨地的準(zhǔn)確位置信息服務(wù)。它的基本原理是將GPS接收機(jī)接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)誤差處理后解算得到位置信息，再將位置信息傳給所連接的設(shè)備，連接設(shè)備對(duì)該信息進(jìn)行一定的計(jì)算和變換（如地圖投影變換、坐標(biāo)系統(tǒng)的變換等）后傳遞給移動(dòng)終端。目前，GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用于商業(yè)和科學(xué)研究上。GPS空間部分使用衛(wèi)星組成的矩陣，衛(wèi)星高度約20200公里，分布在六條升交點(diǎn)互隔60度的軌道面上，每條軌道上均勻分布四顆衛(wèi)星，相鄰兩軌道上的衛(wèi)星相隔40度，使得地球任何地方至少同時(shí)可看到四顆衛(wèi)星。傳統(tǒng)的GPS定位技術(shù)在戶外運(yùn)轉(zhuǎn)良好，但在室內(nèi)或衛(wèi)星信號(hào)無(wú)法覆蓋的地方效果較差，而且如果所在位置上空沒(méi)有3顆以上的衛(wèi)星，那么系統(tǒng)就無(wú)法從冷啟動(dòng)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)定位。

GPS技術(shù)的主要特點(diǎn)有：①全球，全天候工作：能為用戶提供連續(xù)，實(shí)時(shí)的三維位置，三維速度和精密時(shí)間，不受天氣的影響。②定位精度高：?jiǎn)螜C(jī)定位精度優(yōu)于10米，采用差分定位，精度可達(dá)厘米級(jí)和毫米級(jí)。③功能多，應(yīng)用廣：隨著人們對(duì)GPS 認(rèn)識(shí)的加深，GPS 不僅在測(cè)量，導(dǎo)航，測(cè)速，測(cè)時(shí)等方面得到更廣泛的應(yīng)用，而且其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

2.2 NFC技術(shù)引用

NFC（Near Field Communication）技術(shù)即近場(chǎng)通信技術(shù)，又稱(chēng)近距離無(wú)線通信，是一種短距離的高頻無(wú)線通信技術(shù)，允許電子設(shè)備之間進(jìn)行非接觸式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸（在十厘米內(nèi)）交換數(shù)據(jù)。這個(gè)技術(shù)由免接觸式射頻識(shí)別（RFID）演變而來(lái)，并向下兼容RFID。NFC可以使用有源標(biāo)簽和無(wú)源標(biāo)簽，通過(guò)NFC技術(shù)科在單一移動(dòng)設(shè)備上提供多種應(yīng)用服務(wù)，啟用每一個(gè)服務(wù)室必須輸入對(duì)應(yīng)的密鑰才能訪問(wèn)，這樣的管理方式讓單一移動(dòng)設(shè)備上的多個(gè)服務(wù)能夠確保其安全性。由于NFC具有成本低廉、方便易用以及高可靠性等特點(diǎn)，目前，NFC技術(shù)被廣泛應(yīng)用于金融支付、交通、通信、廣告、圖書(shū)出版、醫(yī)療等領(lǐng)域[2]。

3基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧港口安全信息化建設(shè)發(fā)展的改進(jìn)措施

3.1 基于GPS以及NFC物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的集控作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全保障系統(tǒng)建設(shè)

隨著港口專(zhuān)業(yè)化碼頭集控作業(yè)水平的不斷提升，碼頭及堆場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全管理發(fā)生了許多變化，帶來(lái)諸多現(xiàn)實(shí)管理問(wèn)題，如現(xiàn)場(chǎng)人員、車(chē)輛位置及軌跡不能實(shí)時(shí)進(jìn)行跟蹤定位，當(dāng)人員及車(chē)輛靠近危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警;以及日常巡檢工作缺乏應(yīng)用信息化手段，僅靠人工記錄等管理模式極大地增加了現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)的壓力。因此，對(duì)于專(zhuān)業(yè)化碼頭企業(yè)來(lái)說(shuō)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)車(chē)輛、人員的實(shí)時(shí)定位管理并運(yùn)用NFC技術(shù)實(shí)現(xiàn)巡檢工作的信息化，對(duì)于有效加強(qiáng)防護(hù)、減少安全事故的發(fā)生有重要意義。目前國(guó)內(nèi)的港口企業(yè)中兼具這些功能的綜合性平臺(tái)的應(yīng)用案例還很少。

本文擬在參考相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)港口企業(yè)碼頭、堆場(chǎng)的特性和周邊建筑環(huán)境的特點(diǎn)，建立了相應(yīng)的2D以及3D地圖模型，借助專(zhuān)業(yè)軟件，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的全景可視化模擬場(chǎng)景，同時(shí)對(duì)人員及車(chē)輛的GPS定位算法進(jìn)行了糾偏等優(yōu)化。

3.2 巡檢任務(wù)管理應(yīng)用軟件

該部分?jǐn)M由任務(wù)管理端和巡檢員移動(dòng)端構(gòu)成。管理人員在任務(wù)管理端操作，按實(shí)際需求制定定期巡檢和臨時(shí)巡檢任務(wù)，形成巡檢任務(wù)線路，將線路推送至巡檢員移動(dòng)端。巡檢員接收到巡檢任務(wù)后，按系統(tǒng)提示逐步完成檢查，并將檢查結(jié)果回傳至管理端。在任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中管理人員可以通過(guò)二維GIS地圖實(shí)時(shí)查看巡檢員位置及任務(wù)執(zhí)行情況。并設(shè)有統(tǒng)計(jì)分析模塊，可以為巡檢員業(yè)務(wù)量考核提供數(shù)據(jù)支持。巡檢任務(wù)管理軟件按任務(wù)分發(fā)執(zhí)行的形式設(shè)計(jì)，首先建立任務(wù)結(jié)點(diǎn)庫(kù)，由管理人員錄入，分日常巡檢結(jié)點(diǎn)和臨時(shí)巡檢結(jié)點(diǎn)。再由管理人員按照節(jié)點(diǎn)位置合理設(shè)置巡檢路線，形成多條巡檢任務(wù)。管理人員可以按選定巡檢頻率將巡檢任務(wù)下發(fā)至巡檢員移動(dòng)端。系統(tǒng)主要功能模塊說(shuō)明如下：

（1）地圖管理模塊：通過(guò)地圖發(fā)布工具用于顯示集控作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的二維以及三圍地圖，同時(shí)地圖具有縮放、漫游、關(guān)聯(lián)定位等功能。

（2）實(shí)時(shí)定位模塊：將人員、車(chē)輛上配置的GPS/北斗衛(wèi)星定位終端，通過(guò)移動(dòng)、電信物聯(lián)網(wǎng)傳輸至服務(wù)器，本模塊具有顯示實(shí)時(shí)位置信息，定位跟蹤，地圖框選，終端軌跡回放等功能。

（3）預(yù)警模塊：根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的電子圍欄，預(yù)設(shè)報(bào)警邏輯機(jī)制，對(duì)誤入警示區(qū)域的人員及車(chē)輛進(jìn)行報(bào)警。同時(shí)研究動(dòng)態(tài)電子圍欄，利用快速選擇的迭代循環(huán)算法，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警功能。

（4）安全巡檢模塊：該部分功能由巡檢任務(wù)管理端和巡檢員移動(dòng)端構(gòu)成，巡檢員利用移動(dòng)終端通過(guò)掃描任務(wù)中規(guī)定的NFC巡檢點(diǎn)進(jìn)行信息交互，完成對(duì)巡檢項(xiàng)目的檢查工作，并實(shí)時(shí)回傳檢查數(shù)據(jù)。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)巡檢數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析為巡檢員工作任務(wù)的量化指標(biāo)考核提供依據(jù)，提高巡檢工作的效率和人員的主觀能動(dòng)性。

（5）報(bào)表模塊：根據(jù)客戶需求進(jìn)行報(bào)表開(kāi)發(fā)，用于查詢各類(lèi)業(yè)務(wù)的執(zhí)行情況，如巡檢任務(wù)完成統(tǒng)計(jì)表、定位終端統(tǒng)計(jì)表等，并支持文件導(dǎo)出。

（6）系統(tǒng)資源管理平臺(tái)：該功能模塊包含系統(tǒng)用戶管理，角色管理，權(quán)限配置，操作日志等[3]。

4物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在港口信息化建設(shè)中的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

4.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前，我國(guó)對(duì)于先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)力度已經(jīng)超越了其他國(guó)家，處于世界領(lǐng)先地位。繼物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后，又相繼研發(fā)傳感設(shè)備。目前一些國(guó)家對(duì)于傳感設(shè)備的研發(fā)與使用獲得了較大的成果。單以我國(guó)為例，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)遍布各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。這對(duì)我國(guó)后期關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的長(zhǎng)期發(fā)展有一定的基礎(chǔ)作用[4]。

4.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)明確港口信息化建設(shè)方向

港口對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用，可以更高層次規(guī)范化信息建設(shè)與管理。并且還可以對(duì)港口作業(yè)以及物流運(yùn)轉(zhuǎn)提供合理的支撐。這一過(guò)程中所涉及的物流運(yùn)輸作業(yè)可以將信息化技術(shù)具體到某個(gè)細(xì)節(jié)中去，然后在經(jīng)物流產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向發(fā)展的影響，將此滲透進(jìn)所有的作業(yè)環(huán)節(jié)中去。后期生成的電子報(bào)表中，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的記錄與說(shuō)明。除此之外，港口中所有作業(yè)產(chǎn)生的信息都會(huì)形成數(shù)據(jù)體現(xiàn)在電子報(bào)表中，隨之運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)其加以描述與標(biāo)識(shí)。

4.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動(dòng)港口信息化建設(shè)發(fā)展

在港口信息化建設(shè)過(guò)程中加以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，目前已在國(guó)內(nèi)獲得了理想的效果。比如針對(duì)港口物流企業(yè)物流交換物的控制方面。將貨物運(yùn)輸過(guò)程中所經(jīng)歷的各個(gè)環(huán)節(jié)加以連接，其運(yùn)輸路線得以完整記載，這些數(shù)據(jù)被完整地記錄在港口信息管理的統(tǒng)一平臺(tái)中，這一舉措，為今后我國(guó)港口的信息化建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。除此之外，港口信息化建設(shè)的實(shí)現(xiàn)，需要多加企業(yè)進(jìn)行合作，其中主要涉及了進(jìn)出口管理公司、航運(yùn)、貨代以及船代等等，只有將這些工作聯(lián)系起來(lái)，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)港口信息共享的目標(biāo)，促進(jìn)各環(huán)節(jié)作業(yè)可以達(dá)到無(wú)縫銜接的理想狀態(tài)。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐下，降港口信息與銀行、保險(xiǎn)以及勞動(dòng)力儲(chǔ)備中心等相關(guān)機(jī)構(gòu)中的管理信息加以共享，有效的促進(jìn)今后港口的信息化建設(shè)[5]。

5結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前GPS和NFC兩大物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，同時(shí)在其他領(lǐng)域也取得了廣泛的應(yīng)用，達(dá)到了很好的應(yīng)用效果，并且也在許多工程實(shí)例中達(dá)到了部分應(yīng)用。隨著GPS定位精度越來(lái)越高，在行業(yè)中已經(jīng)廣泛引用。同時(shí)，NFC技術(shù)也已經(jīng)普及，并已經(jīng)應(yīng)用到地鐵乘車(chē)，掃描支付等場(chǎng)景。因此，在碼頭安全生產(chǎn)以及巡檢中應(yīng)用GPS以及NFC物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)定位以及巡檢是可行的。

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