內(nèi)河岸電智能化改造與應(yīng)用

劉芭，付婷，鄧東德，朱嘉

（中鐵長江交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，重慶 401121）

水路運(yùn)輸作為全世界最經(jīng)濟(jì)和綠色的運(yùn)輸方式之一，一直承擔(dān)著社會(huì)物資中轉(zhuǎn)集散的作用。近年來，船舶在運(yùn)輸、靠泊過程中所產(chǎn)生的大氣污染也成為了重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域。從十二五期開始，國家就大氣污染防治頒布了《大氣污染防治法》以及《長江保護(hù)法》等法律法規(guī)，從而約束港口船舶的大氣污染排放。推進(jìn)長江經(jīng)濟(jì)帶船舶靠港使用岸電是貫徹習(xí)近平總書記關(guān)于推動(dòng)長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展系列重要講話精神、認(rèn)真落實(shí)《長江保護(hù)法》的有關(guān)要求、促進(jìn)長江經(jīng)濟(jì)帶航運(yùn)綠色發(fā)展的重要舉措，是長江航運(yùn)積極落實(shí)黨中央碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的具體行動(dòng)。

由于內(nèi)河碼頭類型多、船型復(fù)雜，容量需求多、接插件規(guī)格不一致等問題[1]，導(dǎo)致內(nèi)河碼頭岸電建設(shè)和船舶岸電改造進(jìn)度不平衡、改造成本不一致、岸電使用價(jià)格亂、貨船使用岸電意愿不強(qiáng)烈等[2]。與此同時(shí)岸電智能化建設(shè)進(jìn)程也較為滯后。目前，南通港口已于2021年完成了75 家非危碼頭的智能岸電設(shè)施建設(shè)，并上線了南通港區(qū)岸電智能管理平臺(tái)。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了用電監(jiān)測(cè)、訂單管理、用電預(yù)約、自動(dòng)統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能[3]。但該平臺(tái)更多側(cè)重關(guān)注監(jiān)管方的需求，對(duì)于港口船舶方的電子支付、船舶識(shí)別等需求關(guān)注較少。何浩等研究的船舶岸電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括船舶岸電受電設(shè)施監(jiān)測(cè)終端和岸電數(shù)據(jù)平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)船舶使用岸電監(jiān)測(cè)，記錄船舶岸電使用情況，監(jiān)督船舶使用岸電[2]，但該平臺(tái)主要是針對(duì)船舶方的岸電使用情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，未能對(duì)港口岸側(cè)岸電進(jìn)行智能化改造。目前，港口智能用電業(yè)務(wù)系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)大致分為3 層，一是終端設(shè)備層，主要是采集港口碼頭的用電數(shù)據(jù)采集、用電情況監(jiān)控。二是網(wǎng)絡(luò)通訊層，根據(jù)設(shè)備所處的環(huán)境選擇不同的互聯(lián)網(wǎng)通信方式將碼頭前沿終端與后臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)系。三是業(yè)務(wù)應(yīng)用層，將港口內(nèi)各系統(tǒng)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)港口用電設(shè)備應(yīng)用[4]。

本文提出港口船舶岸電智能岸電服務(wù)平臺(tái)已在重慶地區(qū)進(jìn)行應(yīng)用實(shí)踐，該平臺(tái)能夠有效監(jiān)測(cè)港口和船舶岸電使用情況，促進(jìn)和方便港口和船舶方使用岸電，同時(shí)為岸電監(jiān)管方和使用方提供一個(gè)健康的岸電智能服務(wù)生態(tài)圈。

1 重慶岸電設(shè)施智能化現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2020 年，重慶地區(qū)共有具備向船舶供應(yīng)岸電能力的泊位208 個(gè)，2020 年重慶地區(qū)使用岸電約600 萬度左右。由于歷史客觀原因，目前符合《工業(yè)用插頭插座和耦合器第5 部分：低壓岸電連接系統(tǒng)（LVSC 系統(tǒng)）用插頭、插座、船用連接器和船用輸入插座的尺寸兼容性和互換性要求》（GB/T11918.5-2020）》規(guī)范的岸電設(shè)施極少，大部分岸電設(shè)施接插件均需重新進(jìn)行改造。目前，具備岸電運(yùn)營數(shù)據(jù)自動(dòng)采集上傳的岸電設(shè)施主要為國家電網(wǎng)的巫山、豐都、渝中朝天門的客運(yùn)碼頭或是不同岸電供應(yīng)商自有的岸電信息系統(tǒng)，其主要用于監(jiān)測(cè)港口岸電使用狀態(tài)和顯示岸電使用數(shù)據(jù)，未獲取船舶方的相關(guān)信息。

2 港口船舶智能岸電服務(wù)平臺(tái)

為整體推進(jìn)岸電使用工作，構(gòu)建一體化運(yùn)營服務(wù)管理平臺(tái)，打造廣泛接入、使用便捷、內(nèi)容豐富的岸電服務(wù)生態(tài)圈，結(jié)合重慶岸電發(fā)展實(shí)際，建設(shè)一套集碼頭管理、泊位管理、岸電管理、結(jié)算管理等為一體的港口船舶智能岸電服務(wù)平臺(tái)。該平臺(tái)主要包括岸電智能終端模塊、港口船舶智能岸電服務(wù)平臺(tái)研發(fā)以及智慧岸電微信移動(dòng)端研發(fā)。充分運(yùn)用4G 無線通信+大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)岸電設(shè)施、船舶用戶岸電數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)電能數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集上傳至后臺(tái)服務(wù)器，在線監(jiān)控船舶岸電、港口岸電設(shè)施使用情況，實(shí)現(xiàn)船舶用戶自主完成充電、付費(fèi)等操作，可對(duì)現(xiàn)有自建岸電箱進(jìn)行低成本的快速升級(jí)。后期通過合作框架協(xié)議，也可對(duì)接國家電網(wǎng)岸電云網(wǎng)平臺(tái)、海事“船E 行”、其他岸電第三方平臺(tái)數(shù)據(jù)。具體的系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 港口船舶智能岸電服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.1 岸電智能終端模塊

岸電智能終端模塊是智能岸電平臺(tái)的數(shù)據(jù)終端，為平臺(tái)存儲(chǔ)、傳輸岸電數(shù)據(jù)。其中，數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備信息的采集；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)岸電對(duì)云平臺(tái)的接入功能；岸電模塊基于采集信息實(shí)現(xiàn)充電狀態(tài)、充電信息和充電記錄的生成，結(jié)合轉(zhuǎn)發(fā)模塊狀態(tài)實(shí)現(xiàn)充電記錄的離線存儲(chǔ)和重連重發(fā)，以及對(duì)充電設(shè)備啟停（包含金額不足自動(dòng)停機(jī)）等功能。

2.2 智能岸電服務(wù)平臺(tái)

該平臺(tái)作為市域岸電智能管理平臺(tái)，采取模塊化分層體系結(jié)構(gòu)，為了便于模塊重用、功能擴(kuò)展以及分布式部署。可對(duì)各港口碼頭的岸電信息和岸電設(shè)施狀態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)和分類管理。

分層體系結(jié)構(gòu)分為：①數(shù)據(jù)層：三層體系結(jié)構(gòu)中最底層，完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理和存儲(chǔ)，為業(yè)務(wù)邏輯層提供數(shù)據(jù)支撐；②業(yè)務(wù)邏輯層：三層體系結(jié)構(gòu)中核心層，將數(shù)據(jù)層信息轉(zhuǎn)化為表示層所需形式，為表示層提供信息支持；③表示層：三層體系結(jié)構(gòu)中人機(jī)交互層，基于業(yè)務(wù)邏輯層處理的信息，以友好的界面實(shí)現(xiàn)用戶和系統(tǒng)的互動(dòng)。模塊化分層結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 平臺(tái)模塊化分層結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 平臺(tái)展示界面

圖4 微信小程序界面

2.3 微信應(yīng)用移動(dòng)端

對(duì)于船舶業(yè)主，在手機(jī)上實(shí)現(xiàn)岸電使用和繳費(fèi)功能是極為便利的。為充分解決船舶和港口方的實(shí)際需求，特此開發(fā)了智能岸電微信小程序。旨在向船舶用戶提供用電導(dǎo)航服務(wù)及用電過程服務(wù)。船舶通過掃描岸電設(shè)備靜態(tài)二維碼實(shí)現(xiàn)線上用電。船舶用戶掃碼后，小程序?qū)⒆詣?dòng)判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)（在線/離線、停止/運(yùn)行）。船舶用電完成后可以直接在微信應(yīng)用線上完成支付，設(shè)備自動(dòng)斷開開關(guān)。同時(shí)提供了3 種用電支付模式：先充后用、先用后付、線下付款供用戶選擇。

3 應(yīng)用成效

該平臺(tái)自上線以來，已接入重慶8 個(gè)港口共計(jì)37個(gè)岸電設(shè)施，為80 余艘船舶提供了用電服務(wù)，為監(jiān)管方、港口方和船舶方打造了全方位、智能化的岸電服務(wù)生態(tài)圈。

3.1 實(shí)現(xiàn)了岸電設(shè)備低成本的智能化改造

目前，重慶岸電已按照GB/T11918.5-2020 標(biāo)準(zhǔn)化改造70 余個(gè)，但智能化岸電系統(tǒng)建設(shè)是屬于市場化運(yùn)作且沒有統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，各地港口碼頭自行建設(shè)岸電設(shè)施或岸電系統(tǒng)，這也就導(dǎo)致一地多設(shè)備、多系統(tǒng)，由于智能化岸電價(jià)格不透明，智能化岸電設(shè)備價(jià)格從十幾萬到幾萬。對(duì)于港口方而言，又是一筆不小的投入。本項(xiàng)目已建成了市域的智能岸電服務(wù)平臺(tái)和研發(fā)了智能岸電使用微信小程序，僅需通過在已有岸電箱安裝或掛靠智能電表以及智能終端，實(shí)現(xiàn)低成本的智能化改造，相關(guān)岸電數(shù)據(jù)就可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、存儲(chǔ)、上傳和使用。極大地節(jié)約了相關(guān)成本和方便了港口船舶方。

3.2 實(shí)現(xiàn)了船岸用電信息連接

對(duì)于不同監(jiān)管方，管理側(cè)重點(diǎn)有所不同。對(duì)于交通主管部門，更多地關(guān)注港口岸電使用情況，而對(duì)于海事主管部門，更多地關(guān)注船舶用電情況。通過該平臺(tái)不僅可掌握重慶各碼頭的岸電使用情況，也能在線監(jiān)控船舶用電數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)船岸信息互聯(lián)互通。

3.3 提高了岸電使用的便利性

對(duì)于港口方和船舶方，更多地關(guān)注岸電使用的便利性。本項(xiàng)目通過船舶使用微信小程序，實(shí)現(xiàn)了船舶掃描用電、訂單支付等功能。不僅為船舶方節(jié)省了支付費(fèi)用的人力成本，也為港口方節(jié)省了人工值守岸電的人力和物力成本。

4 結(jié)束語

為有效提升內(nèi)河港口船舶岸電的使用，本文通過構(gòu)建統(tǒng)一、規(guī)范、可操作性的市域級(jí)的內(nèi)河港口船舶岸電信息平臺(tái)，打通了岸電監(jiān)管方與使用方的信息壁壘。不僅實(shí)現(xiàn)了港口船舶基本信息采集、岸電使用情況監(jiān)測(cè)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了船舶掃碼用電支付等功能。但在使用過程中，由于相關(guān)機(jī)制體制和市場化原因，平臺(tái)還存在與其他平臺(tái)的銜接不暢、體現(xiàn)用戶需求不夠、推廣力度不夠等問題，有待后續(xù)進(jìn)一步完善。