物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧港口中的應(yīng)用

馮軍偉

（國(guó)能珠海港務(wù)有限公司，廣東 珠海 519050）

1 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展概述

從國(guó)際上來(lái)看，最早提及物聯(lián)網(wǎng)概念是在比爾蓋茨的《未來(lái)之路》中，物聯(lián)網(wǎng)的前身是傳感網(wǎng)，在1999年美國(guó)召開(kāi)的移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國(guó)際會(huì)議中明確指出了傳感網(wǎng)是未來(lái)信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個(gè)重大機(jī)遇。在2005年的突尼斯信息社會(huì)世界峰會(huì)上，國(guó)際電信聯(lián)盟正式提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念，逐漸迎來(lái)了物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，相應(yīng)的對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)、傳感網(wǎng)以及智能嵌入式技術(shù)的研究與應(yīng)用更為深入[1]。從國(guó)內(nèi)來(lái)看，其實(shí)我國(guó)早在1999年就已經(jīng)開(kāi)始了傳感網(wǎng)的研究，并且取得了一定的科研成果，在某些領(lǐng)域建立起了適用的傳感網(wǎng)絡(luò)，可以說(shuō)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用和研究上我國(guó)處于世界前列，同樣的我國(guó)也是物聯(lián)網(wǎng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定的主導(dǎo)國(guó)之一。在2009年，物聯(lián)網(wǎng)正式被列為我國(guó)新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。《中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展報(bào)告2021》中的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了1.7萬(wàn)億元，人工智能市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了3 031億元[2]。同年，中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部又印發(fā)了關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的三年行動(dòng)計(jì)劃，這無(wú)疑加快推動(dòng)在社會(huì)各個(gè)層面上物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，使萬(wàn)物互聯(lián)真正得以實(shí)現(xiàn)。

2 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 射頻識(shí)別技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)中最受關(guān)注的技術(shù)就是射頻識(shí)別技術(shù)（見(jiàn)圖1），也可以將其理解為非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。射頻識(shí)別其實(shí)就是一種比較簡(jiǎn)易的無(wú)線系統(tǒng)，由詢問(wèn)器和應(yīng)答器組成，通過(guò)給物體設(shè)定電子編碼，由射頻信號(hào)對(duì)物體編碼進(jìn)行掃描和識(shí)別，之后傳遞給詢問(wèn)器自動(dòng)讀取信息就可以完成基礎(chǔ)的信息交換[3]。射頻識(shí)別技術(shù)賦予了物體的可追蹤性，通過(guò)給物體打上電子標(biāo)簽，即使是遠(yuǎn)距離、無(wú)交互同樣也可以獲取相應(yīng)的物體信息。

圖1 射頻識(shí)別技術(shù)原理

2.2 傳感技術(shù)

傳感技術(shù)同樣是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中非常關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù)。通過(guò)組建由微傳感器、執(zhí)行器、嵌入式技術(shù)、無(wú)線通信于一體的傳感網(wǎng)絡(luò)，可以很好地實(shí)現(xiàn)信息采集、處理和執(zhí)行的集成，組建具有多功能的微型傳感系統(tǒng)，對(duì)于提升系統(tǒng)自動(dòng)化及智能化水平具有十分重要的意義[4]。在該技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，首先通過(guò)傳感器設(shè)備來(lái)對(duì)特定物體進(jìn)行信息采集與感知，這是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)。之后再借助嵌入式技術(shù)對(duì)采集的信息加以綜合處理，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號(hào)，經(jīng)由無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至用戶終端。在傳感技術(shù)的支持下，通過(guò)對(duì)物品的識(shí)別和感知能夠很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)人的監(jiān)控與保護(hù)。

2.3 終端智能交互技術(shù)

終端智能交互技術(shù)也是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，是一種以機(jī)器終端智能交互為核心的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用與服務(wù)體系。該項(xiàng)技術(shù)主要是基于云計(jì)算平臺(tái)和智能網(wǎng)絡(luò)，依據(jù)傳感器采集的物體信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和決策，進(jìn)而對(duì)對(duì)象行為進(jìn)行控制與反饋[5]。以智慧港口中的停車系統(tǒng)為例，要想更好地實(shí)現(xiàn)物流車輛的協(xié)調(diào)，在物流車輛停車場(chǎng)中應(yīng)保證通信區(qū)覆蓋，當(dāng)物流車輛駛?cè)牖蛘呤请x開(kāi)通信區(qū)覆蓋范圍時(shí)，可以以短波通信的方式與車輛的電子識(shí)別卡進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)交換，自動(dòng)識(shí)別和讀取有關(guān)的物流車輛進(jìn)出信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)物流車輛的調(diào)度和控制。

3 智慧港口的運(yùn)行特點(diǎn)

所謂的智慧港口，主要就是在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，面向港口運(yùn)輸服務(wù)所架構(gòu)起的智能化、自動(dòng)化、信息化的服務(wù)系統(tǒng)。通過(guò)搭建相應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)港口生產(chǎn)作業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)管理以及物流跟蹤等多個(gè)方面的智慧化管理。例如，在倉(cāng)儲(chǔ)管理中，可以借助射頻識(shí)別技術(shù)、傳感技術(shù)對(duì)港口內(nèi)的貨物、車輛等相關(guān)信息進(jìn)行采集和識(shí)別，傳輸?shù)较鄳?yīng)的信息管理平臺(tái)中，直接通過(guò)后臺(tái)操作就可以清晰掌握倉(cāng)儲(chǔ)情況。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧港口管理系統(tǒng)架構(gòu)分析

依托于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧港口管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)港口各類基礎(chǔ)設(shè)施與生產(chǎn)資料的有效整合，通過(guò)搭建相應(yīng)的信息管理平臺(tái)，在平臺(tái)內(nèi)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的信息和數(shù)據(jù)交換，從而使港口各項(xiàng)作業(yè)更為智能化和便捷化[6]。基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧港口管理系統(tǒng)主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層這3個(gè)部分組成，具體如圖2所示。

圖2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧港口系統(tǒng)架構(gòu)

4.1 感知層

智慧港口的感知層主要是借助射頻識(shí)別技術(shù)、無(wú)線傳感技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)、全球定位系統(tǒng)，對(duì)港口內(nèi)的各項(xiàng)作業(yè)設(shè)備（如堆高機(jī)、正面吊）以及各作業(yè)區(qū)域（如閘口、堆場(chǎng)、岸橋等）進(jìn)行信息數(shù)據(jù)采集和方位識(shí)別。感知層所采集到的信息數(shù)據(jù)經(jīng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)入到智能港口的網(wǎng)絡(luò)層[7]。

4.2 網(wǎng)絡(luò)層

智能港口的網(wǎng)絡(luò)層主要就是針對(duì)感知層采集的各種信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析與處理。網(wǎng)絡(luò)層包括物聯(lián)網(wǎng)管理中心和信息中心，這也就表明了網(wǎng)絡(luò)層不僅要進(jìn)行信息的過(guò)濾、分類以及存儲(chǔ)，還要通過(guò)編碼、認(rèn)證來(lái)完成信息數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和提取，根據(jù)這些信息數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行港口作業(yè)的管理和調(diào)度。

4.3 應(yīng)用層

智慧港口的應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與港口實(shí)際作業(yè)深度融合的重要體現(xiàn)，按功能可以分為2大部分，分別是生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)和港口信息資源管理系統(tǒng)。對(duì)于生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)，在進(jìn)行港口裝卸作業(yè)、運(yùn)輸作業(yè)以及倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)時(shí)，都可以在遠(yuǎn)程服務(wù)平臺(tái)中進(jìn)行智能化的識(shí)別、監(jiān)控與跟蹤。根據(jù)港口生產(chǎn)作業(yè)的實(shí)際需求，還能夠在應(yīng)用層直接建立相應(yīng)的智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、智能裝卸系統(tǒng)、智能閘口系統(tǒng)等[8]。對(duì)于信息資源管理系統(tǒng)，通過(guò)集中收集和整理港口的各項(xiàng)業(yè)務(wù)信息，同樣可以在遠(yuǎn)程服務(wù)平臺(tái)構(gòu)建相應(yīng)的港口運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)、供應(yīng)鏈系統(tǒng)等。此外，通過(guò)在應(yīng)用層子系統(tǒng)的構(gòu)建，能夠進(jìn)一步提升港口在運(yùn)營(yíng)管理方面的智慧化水平。

5 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧港口中的具體應(yīng)用

5.1 在港口消防管理中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在港口消防管理中發(fā)揮著非常重要的作用，依托于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠建立起相應(yīng)的智能消防系統(tǒng)。港口生產(chǎn)作業(yè)的過(guò)程中，安全始終是第一位，而在安全管理中，消防安全又是重中之重。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，可以將港口內(nèi)的各類重點(diǎn)設(shè)施以及建筑連接起來(lái)，形成一個(gè)一體化的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警網(wǎng)絡(luò)，借助全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）技術(shù)對(duì)這些重點(diǎn)設(shè)施或者建筑進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，并且安裝紅外探頭、熱感報(bào)警裝置、煙霧報(bào)警裝置以及監(jiān)控裝置等進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控[9]。一旦在某個(gè)區(qū)域發(fā)生火災(zāi)險(xiǎn)情，相應(yīng)的熱感裝置和煙霧裝置就會(huì)立即探測(cè)并且發(fā)出火災(zāi)預(yù)警，將有關(guān)的信息通過(guò)有線或者無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)控中心，相關(guān)人員能夠立即做出響應(yīng)，聯(lián)動(dòng)有關(guān)部門及時(shí)加以處理，將火災(zāi)險(xiǎn)情造成的影響降到最低。

5.2 在散貨碼頭汽運(yùn)裝車作業(yè)中的應(yīng)用

在散貨港口生產(chǎn)作業(yè)中，汽運(yùn)作業(yè)是其中非常重要的組成部分，為了避免汽運(yùn)車輛在港口中出現(xiàn)擁堵、碰撞、裝錯(cuò)車的情況，有必要應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度。具體來(lái)看，在港口的檢查入口處安裝相應(yīng)的感知設(shè)備，當(dāng)汽運(yùn)車輛駛?cè)霗z查出入口時(shí)，感知設(shè)備能夠自動(dòng)地對(duì)車輛信息進(jìn)行識(shí)別和讀取，依托于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與智慧港口信息管理平臺(tái)發(fā)出信息驗(yàn)證，確保相關(guān)信息與系統(tǒng)錄入的信息相一致，完成驗(yàn)證之后信息管理平臺(tái)就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的調(diào)度指令，司機(jī)可以通過(guò)移動(dòng)智能終端或者是車載顯示屏來(lái)獲取相應(yīng)的路線信息，根據(jù)指令信息司機(jī)按照既定的路線將卡車開(kāi)到指定地點(diǎn)。整個(gè)的信息傳輸和指令過(guò)程非常快，并且全程不需要人工指揮和干預(yù)，能夠?qū)崿F(xiàn)不停車過(guò)檢查出入口，這樣就避免了汽運(yùn)車輛在通過(guò)檢查出入口時(shí)出現(xiàn)擁堵。

當(dāng)汽運(yùn)車輛到達(dá)指定地點(diǎn)后，相應(yīng)的裝車設(shè)備也在收到作業(yè)指令后開(kāi)始裝車，這個(gè)過(guò)程同樣依靠相應(yīng)的感知設(shè)備對(duì)汽運(yùn)車輛信息進(jìn)行讀取和識(shí)別，然后給出垛位，同樣的會(huì)在裝車設(shè)備信息屏中進(jìn)行顯示，裝車司機(jī)根據(jù)相應(yīng)的示意圖就可以清楚地知道需要裝的垛位刻度[10]。完成汽運(yùn)裝車后，還要再進(jìn)行1次信息采集，對(duì)裝車貨物信息和位置進(jìn)行最后的確認(rèn)。當(dāng)汽運(yùn)裝車開(kāi)始作業(yè)后，汽車司機(jī)、裝車司機(jī)以及檢查出入口都會(huì)接收到相應(yīng)的信息指令，汽車司機(jī)和裝車司機(jī)都按照指令到達(dá)相應(yīng)地點(diǎn)，將指定刻度的散貨裝入指定的汽運(yùn)車輛，然后再重復(fù)上述作業(yè)，直到完成本次裝車任務(wù)。

整個(gè)汽運(yùn)車輛作業(yè)的過(guò)程全部依靠感知設(shè)備來(lái)進(jìn)行物與物之間的信息交互，通過(guò)自動(dòng)化指令的發(fā)出確保作業(yè)的協(xié)調(diào)性和有序性，并且還能夠通過(guò)智能感知給予司機(jī)一定的安全信息提示，有效避免視線盲區(qū)，確保港口內(nèi)的行車安全，進(jìn)一步提升了港口作業(yè)的可視化、安全化以及精準(zhǔn)化程度。

5.3 在港口安防監(jiān)控中的應(yīng)用

在一些大型港口中，其作業(yè)區(qū)域分布比較復(fù)雜，因此對(duì)于港口內(nèi)的安防監(jiān)控有著更高的要求。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于港口安防監(jiān)控領(lǐng)域中能夠建立起相應(yīng)的智能監(jiān)控系統(tǒng)，只要確保網(wǎng)絡(luò)鏈接暢通，就可以隨時(shí)隨地掌握各作業(yè)區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)情況。在智能安防監(jiān)控系統(tǒng)中，借助于攝像頭、紅外探測(cè)儀、化學(xué)探測(cè)器以及壓力傳感器等各種相關(guān)的傳感器設(shè)備，能夠?qū)Ω劭趦?nèi)重點(diǎn)區(qū)域、重要機(jī)械設(shè)備等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)無(wú)線傳感技術(shù)、智能行為識(shí)別算法對(duì)港口作業(yè)中車輛、人員以及設(shè)備的相關(guān)作業(yè)信息和行為信息進(jìn)行識(shí)別，如果被識(shí)別為異常信息或者是異常環(huán)境數(shù)據(jù)，則傳感器就可以將有關(guān)的信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)發(fā)出警報(bào)，監(jiān)控室在遠(yuǎn)程接收到有關(guān)的信號(hào)之后，就可以及時(shí)采取有效的安防措施。

6 結(jié) 論

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于智慧港口建設(shè)，不僅能夠切實(shí)提升港口的智能化、自動(dòng)化水平，還能夠使現(xiàn)代港口的信息綜合服務(wù)效率大大提升，提高港口在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，必將成為智慧港口建設(shè)的核心技術(shù)。