內河港口散雜貨智能化作業管理與決策系統

肖勁勇 謝淞郁 李勇華 劉洪星

1 重慶果園港埠有限公司 2 武漢理工大學

1 引言

港口是水陸交通運輸的樞紐，85%以上的進出口貨物需要通過港口中轉[1]。由信息化向智慧化發展是各港口未來發展的重點，智慧港口的建設不僅是新技術的創新運用，更是生產關系的深刻變化[2-3]。面對迅速發展的內河港口物流市場，綜合運用信息化和智能化技術，對于提升內河港口的管理水平、提高生產作業效率有著重要的意義。以重慶果園港散雜貨碼頭為應用背景，介紹了針對內河港口的智能化作業管理與決策系統的研究與應用。該系統采用“互聯網+港口”的設計理念，將“生產業務管理”、“生產作業控制”、“生產智能調度”集成管理，是一個集生產、控制、調度于一體的集成化平臺。

2 系統概況

內河港口的散雜貨作業包括生產調度、作業線管理、堆場管理和理貨管理等環節，在整個作業流程中，必須使用大量的作業機械和計量設備。智能化作業管理與決策系統從設備的智能化改造開始，包含信息的自動采集、智能分析和智能決策幾個子系統，完成對散雜貨作業全過程的智能化管理。系統實現了散雜貨作業生產控制與生產管理過程的緊密集成，初步達到了管理智能化與裝卸生產自動化。

系統采用三層架構：

(1)環境支撐層。指網絡系統、數據庫管理系統、數據互聯互通平臺、應用服務器、Web服務器等軟硬件支撐平臺，是系統運行的基礎。

(2)信息管理層。即功能實現層，包含生產業務管理、辦公管理、分析決策三部分，采用.NET框架技術、Android技術實現，面向碼頭生產業務流程及具體業務操作，實現生產管理、智能分析決策、商務管理、生產統計等功能，同時包括與控制系統、監視系統以及現有應用系統的接口。

(3)服務層。分為內、外兩部分，采用Web技術實現；內部部分主要面向于碼頭內部操作用戶，如高層領導、生產業務相關部門等；外部部分主要面向于碼頭外部操作用戶，如貨主、貨物代理、船代、政府機關等。

3 系統功能

系統從功能上可分為數據采集子系統、智能作業子系統和智能決策子系統。

3.1 數據采集子系統

該子系統采用互聯網+、RFID(射頻識別)、物聯網等技術，對港口的計量設備進行智能化改造，將港口的大型機械、流動機械設備產生的實時數據采集到系統中，實現計量設備的無人化采集和自動化管理。機械設備數據采集的一個典型界面見圖1，圖中顯示了堆場斗輪堆取料機和皮帶秤的作業情況以及作業數據。

計量設備(地磅)的數據采集界面見圖2，磅秤系統利用RFID技術，對各類過磅車輛進行自動識別、自動稱量、數據自動匯總。整個數據采集過程無需人員參與，全自動完成。

圖1 堆場機械設備數據采集界面

圖2 計量設備(地磅)的數據采集界面

3.2 智能作業子系統

該子系統對采集到的作業數據進行實時分析，綜合多渠道數據來源，對作業流程進行實時檢查和校驗，防止錯誤數據的產生。該子系統實現了對作業現場的智能化管理，在整個作業過程中，無需理貨員現場參與，通過智能終端、手機APP(港外貨車司機使用)，實現作業過程數據的自動提醒、智能校驗、作業量自動匯總、港內人員工作量自動統計等功能。

該App可對港外提貨車輛進行實時作業提醒。在堆場取貨時，提貨車輛需要通過App掃描堆場二維碼，與智能作業子系統進行通訊和校驗；在所有步驟均正確的情況下，智能作業子系統會指揮流動裝載機給客戶完成裝貨作業，從而確?？蛻籼嶝涀鳂I的準確性和高效性。

3.3 智能決策子系統

該子系統通過對港區的資源情況進行動態分析，結合業務特殊要求，實現港區作業調度和決策的智能推薦，從而實現散雜貨生產作業的精益化和成本控制的精細化，更好地提高港口的資源利用率和港口的收益。該子系統包括如下3個主要模塊。

(1)裝卸船作業調度決策推薦模塊。根據當前船舶作業進度、等待船舶數量(包括載貨數量)、裝卸船作業相關的內轉車數量、機械作業能力等因素，從多種調度方案中自動規劃出一種最優的裝卸船作業指令集，供調度員參考選用。

(2)客戶提貨預約模塊?？蛻糗囕v在來港提貨作業前，先在預約網站中預約車輛到港時間和提貨數量；預約模塊會根據港區提貨作業量的歷史信息，結合港區可用流動機械數量，對客戶預約的時間進行合理推薦，可保證港區作業處于平穩狀態，同時縮短客戶在港區內的等待時間。

(3)港區車輛作業交通引導模塊。在內河港口港區作業時，碼頭平臺、地磅、流動設備周邊是內運車和港外提貨車云集的地方，這些地方極易發生交通擁堵，從而影響港區的整體作業效率。在司機到上述關鍵設備處作業時，該引導模塊會根據設備周邊的交通情況，通過智能終端和手機APP，提醒相關作業司機按指令分批抵達，從而避免交通擁堵。

4 系統主要技術

4.1 “互聯網+”港口機械智能化改造技術

“互聯網+”的核心內容是依靠信息物理系統構建一套智慧網絡系統，這就要求港口的各個主要生產設備成為具有信息處理能力的“智能體”，以便于設備之間的協同工作。內河港口普遍存在作業機械種類雜、老舊設備多的情況，由于港口機械投資大，難以大批量直接淘汰老舊設備。系統采用了“互聯網+”技術改造舊設備，對其進行信息化改造，使之具備數據收發和處理能力，能實現對設備工作過程信息的實時采集和管理。

4.2 智慧化資源調度模型與算法

內河港口由于受機械設備和傳統調度方法的限制，作業效率普遍低于沿海大型港口。分析果園港散雜貨現有的調度方法，發現存在的效率瓶頸，結合改造后的智慧化機械設備，研究了內河港口多種資源的實時動態調度模型和算法，以實現生產效率、設備利用率、堆場利用率、鐵路利用率、碼頭利用率、船舶停時、外運車輛、能耗優化等多要素的綜合優化，進而提高港口經濟效益和社會效益。

以港口常見的閘口管理為例，因為港口方不知道客戶車隊準確達到時間，客戶也不清楚港口作業是否繁忙，因此港口方難于制訂準確的作業計劃，易導致港口進出通道過車效率低、港口入口車輛擁堵，給港口方和客戶方都造成損失。結合移動互聯網和物聯網技術，設計了一套支持客戶預約、港口自動審批、閘口自動識別、自動稱重的調度模型，能有效地解決這一問題，從而為港口節省人力成本，為客戶和運輸公司節省時間成本，進而降低了整體物流成本。

4.3 數據采集和決策系統

在港口已經建成的生產業務管理系統的基礎上，進一步開發和完善了覆蓋生產業務管理過程和機械作業控制過程的集成系統(管控一體化系統)。該系統能對生產作業中的各個環節進行監控與智能分析，能有效地幫助內河港口實現精細化的生產作業和成本控制。

5 結語

內河港口散雜貨智能化作業管理與決策系統，已在重慶果園港投產運行，基本實現了碼頭作業區生產數據采集的無人化、生產過程管理的自動化和作業調度的智能化。實踐表明，系統能減少現場理貨作業人員20%，同時能明顯地提高港口作業效率。系統的部分子系統已在重慶江津港和珞璜港推廣。目前系統還缺乏港區鐵路作業的智能化管理子系統，下一步，將研究內河港口在鐵水聯運模式下的作業管理流程，實現對鐵路作業的智能管控和智能調度，以減少鐵路作業區的理貨人員，提高港口鐵水聯運的作業效率。