集装箱码头智能闸口功能分析及配置设计

舒帆+宓为建+李勋

闸口作为码头与集卡的交接点，涉及集装箱相关信息（包括集装箱归属船名、航次、尺寸、箱型、质量、货物、铅封等）核查及整合工作；同时，闸口作为集装箱信息控制节点，影响集装箱码头操作系统对闸口业务的判断，是码头业务与陆运业务正式交接的标志。随着集装箱船舶日趋大型化，对集装箱码头的岸边作业能力、堆场处理能力及闸口通过能力的要求越来越高。闸口通过能力直接影响码头客户的满意度和码头综合作业能力。受人工输入单据信息效率较低且差错率较高，伪造、套用车牌的现象较多，人工验箱效率较低，打印单据耗时较长且浪费资源，对异常情况的响应速度较慢等因素的影响，传统人工闸口存在集疏港车辆拥堵、通行效率低下等弊端。鉴于此，有必要发展利用信息技术和自动化技术完成集装箱信息核查工作的智能闸口。

1 集装箱码头智能闸口应用及研究现状

智能闸口主要应用于自动化集装箱码头。韩国釜山新集装箱码头、荷兰Euromax码头及西班牙TTI码头等自动化集装箱码头均有成功应用智能闸口的案例。我国首个智能闸口在上海沪东集装箱码头投入使用[1]，其采用当今世界领先的智能箱号识别系统并结合日趋成熟的电子数据交换系统，实现码头交接箱作业信息的快速传递，有效提高闸口的综合通过能力。目前，该智能闸口系统的性能和功能进一步提升，并成功应用于上海港洋山深水港区和外高桥港区的多个集装箱码头。[2]大连集装箱码头于2005年6月正式启用智能闸口，该闸口是我国首个双向全自动化无人值守智能闸口。[3]宁波港智能闸口项目于2008年12月上线试运行，现已推广应用到其包括北仑国际集装箱码头、北仑第二集装箱码头、远东码头、大榭招商码头等在内的所有下属集装箱码头，目前各码头智能闸口系统的整体运行情况良好。天津港太平洋国际集装箱码头（以下简称太平洋国际码头）智能闸口系统于2011年1月上线运行；系统上线后集港记录与上线前历史记录的抽样对比分析结果表明，如果集装箱信息正常，集卡通过智能闸口的时间为30～，效率提升2倍以上。[4]此外，营口港和苏州现代货箱码头也有智能闸口应用案例。[5-6]

综上所述，智能闸口系统已成功应用于我国多个港口码头，未来，随着我国自动化集装箱码头的发展，智能闸口的应用范围将进一步扩大。然而，国际上对集装箱码头智能闸口的系统研究相对较少：赵海英等[7]和同宁方等[8]主要探讨光学字符识别（Optical Character Recognition，OCR）技术在智能闸口的应用；刘旭[9]和孙志军[10]主要研究闸口系统设计，侧重信息技术的应用；陈健[11]针对硬件改变对闸口正常运行带来的影响，提出采用OPOS技术降低软件对硬件依赖性的方案。上述研究者对闸口普适性功能进行描述，但由于智能闸口设计受码头布局、集疏运流程及集装箱装卸工艺等因素的影响，其功能配置有较大差异。智能闸口的整体设计及其差异性配置均应是智能闸口建设和应用过程中关注的重点。

2 集装箱码头智能闸口功能分析

2.1 进场闸口功能

针对集港集卡，智能闸口系统一般采用无线射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术识读集卡信息及其集装箱预约信息，同时利用OCR技术完成箱号识别和集装箱残损鉴别，并根据集装箱的预约信息以及堆场的作业状态合理确定集装箱的堆场位置，确保闸口交通顺畅（见图1）。对于提箱集卡，一般无须开启智能闸口系统的集装箱信息检验功能，集卡到达闸口后，由司机刷RFID卡进行箱号识别，然后根据预录集装箱信息决定集卡行驶路径。当箱单齐全且场地机械空闲时，集卡可直接进入堆场；当箱单齐全但场地机械繁忙时，集卡司机取小票后在原地等待；当箱单不齐全或无场地机械服务时，集卡进入缓冲区。

图1 集港进场闸口功能

2.1.1 智能闸口门架区功能

当进场闸口磁感应系统检测到有集卡到达时，门架区执行的任务主要是箱号识别和箱体验残。进场闸口前左右门架上布置多个摄像头，用于抓拍视频或图片，以便进行箱体验残及箱号识别。集卡经过进场门架后，智能闸口系统完成对箱号和集装箱表面状态信息的收集。

2.1.2 智能闸口人机交互区功能

集卡司机利用人机交互终端收集和反馈信息。人机交互设备读取集卡司机RFID卡信息，并将卡中的集装箱信息与进场门架区利用OCR技术读取的集装箱信息进行比对。人机交互设备为集卡司机反馈进场作业单并指示进场路径。

2.1.3 智能闸口远程中控室功能

安排相关人员在闸口中控室进行远程控制：由验残人员查看集装箱的截图照片，判断其是否有残损；由箱号识别人员查看系统识别的箱号信息，当系统识别不出箱号信息时，由人工填入。

2.1.4 智能闸口码头操作系统决策功能

部分闸口集装箱信息综合汇总到码头操作系统，并由其进行相应处理；然后，码头操作系统指示集卡直接进场或进缓冲区，由人机交互设备将结果输出为小票信息；最后，码头操作系统决策结果驱动电子道闸控制器的开关。在遇到异常情况时，集卡司机可以直接与闸口中控人员对讲，由中控人员进行人工应急处理。

2.1.5 智能闸口缓冲区功能

缓冲区的设计有利于缓解异常情况对闸口通过能力的影响。缓冲区的主要功能是：为等待入场的集装箱提供缓冲等待空间；为箱单不全的集装箱提供办理业务的空间。集卡司机进入该区域后的操作流程为：停车→至受理大厅办理业务→等待进场→电子显示屏提示进场后打印小票→进场。

2.2 出场闸口功能

出场闸口需要人工核对集装箱单据并将铅封号信息录入码头操作系统，并据此为集卡司机备制包含集装箱铅封号等信息的RFID卡，以便其能顺利进场。该做法把进场闸口的部分功能转移到出场闸口，使进场闸口成为真正的自动化闸口。我国集装箱码头智能闸口的普遍处理方法是在进场闸口设置专人输入集装箱铅封号信息；荷兰Euromax码头则需要集卡司机在进场闸口的人机交互终端上自助输入集装箱铅封号，从而简化出场闸口的功能。

3 集装箱码头智能闸口配置设计

根据集装箱码头实际需要和布局特点进行适应性设计是智能闸口建设面临的实际问题。为实现智能闸口配置设计的科学化和合理化，对智能闸口配置进行差异性分析显得尤为必要。

3.1 智能闸口差异性分析

目前世界上已建成的集装箱码头智能闸口虽然基本功能类似，但存在可选配置的差异性。这些差异性是制约智能闸口效率的关键因素，因此是智能闸口设计的核心。本文选择我国应用智能闸口集装箱码头的典型代表上海港洋山深水港区集装箱码头（以下简称洋山码头）、太平洋国际码头以及国际上成熟的自动化集装箱码头（如釜山新集装箱码头、Euromax码头和TTI码头）进行智能闸口配置差异性分析。

3.1.1 闸口职能分配差异性

智能闸口按照闸口承担的业务类型可以分为集港闸口和提箱闸口，按照车流的方向可以分为进场闸口和出场闸口；因此，综合来看，按照职能的不同，智能闸口可分为集港进场闸口、集港出场闸口、提箱进场闸口和提箱出场闸口。闸口职能分配设计指闸口职能的物理分布设计，即每个闸口承担的职能划分。如表1所示：太平洋国际码头进场闸口将集港集卡和提箱集卡分流，因此集港进场闸口与提箱进场闸口门架区的功能有所不同；洋山码头的进场闸口是集港集卡和提箱集卡通用的，其需要具备区分来车属性的功能；Euromax码头的进场闸口与出场闸口完全合并。闸口布局及职能分配直接影响闸口的技术配置方案。例如，在进场闸口合并的模式下，闸口系统必须配置红外系统，以检测集卡是否带箱，从而作出集港集卡或提箱集卡的判断（见图2）。

表1 多个典型集装箱码头智能闸口布局

图2 进场闸口合并模式职能分配

3.1.2 缓冲区布局差异性

太平洋国际码头智能闸口缓冲区用于所载集装箱未预约或场地无作业机械的集卡；釜山新集装箱码头智能闸口缓冲区是集卡正式进场前必须进入的区域，集卡进入缓冲区后才分流。码头操作系统的判断时机因缓冲区布局的差异而有所不同。

3.1.3 信息交互差异性

在智能闸口应用中一般涉及集装箱信息预录，即将集装箱信息记录到集成电路卡或RFID电子标签中。在信息交互方式上，当集卡进入闸口时，闸口系统可通过RFID识读器自动识读集装箱信息，或通过人机交互设备由司机刷RFID卡后识读集装箱信息。交互信息内容方面：部分智能闸口需要集卡司机自助输入集装箱预约号、铅封号信息；部分智能闸口转由码头操作系统或出场闸口作业人员判断、核对集装箱相关信息。

3.1.4 闸口中控系统职能差异性

我国集装箱码头的智能闸口中控系统负责对验残系统输出的图片进行实时判断，若发现集装箱残损，立即进行相应处理；国外集装箱码头的智能闸口验残系统一般直接将结果输出到计算机进行存储，在发生货损理赔时才查询这些数据。

3.2 智能闸口配置设计

3.2.1 设计影响因素

（1）RFID电子标签容量 除必须记录基本的箱号、船名、航次等信息外，还需要确认一些辅助信息是否需要记录于RFID电子标签中。如果需要的信息未能记录在电子标签中，那么只能通过人机交互方式实现信息的读取。

（2）信号识读水平 码头环境和识读设备等级是影响闸口RFID识读方式和水平的关键因素。当远距离信号读取率高时，可以采用系统直接读取信息方式；否则，需要集卡司机刷RFID卡后由系统读取相关信息。

（3）码头布局 码头布局（尤其是闸口位置与周围道路的距离及其交通组织的规划等）影响闸口职能分配。当码头地理位置具有一定局限性时，闸口职能分配相对集中。

（4）闸口作业流程 闸口集装箱分流作业流程（即集港集卡在进入缓冲区之前分流还是进入缓冲区后分流）是影响闸口配置设计的重要因素之一。

（5）功能的实时性需求 需要实时执行的功能通过闸口中控系统远程实时操作；反之，可以采取事后调用方案。

（6）码头装卸工艺 码头装卸工艺的差异会导致集卡从闸口进场后的运行路径不同。

3.2.2 设计方案

集装箱码头智能闸口差异性及相应配置设计见表2。

表2 集装箱码头智能闸口差异性及相应配置设计

参考文献：

[1] 上海沪东集装箱码头有限公司. 以打造世界一流集装箱码头为目标强化作业效率管理[J]. 集装箱化，2005，16（12）：1-5.

[2] 徐钟. 智能道口技术洋山港高效运作的保障[J]. 华东科技，2007（12）：64-65.

[3] 汤玮，李一凡，李光辉. 集装箱智能道口系统的设计[J]. 集装箱化，2006，17（1）：16-19.

[4] 姜嘉旗. 天津港集装箱码头智能闸口建设[J]. 集装箱化，2011，22（6）：31-33.

[5] 戴江红，张绍明. 智能闸口系统在集装箱码头业务中应用的研究[J]. 中国电子商务，2012 （20）：86-87.

[6] 芦瑶，黄晓霞.苏州现代货箱码头闸口的建设[J].集装箱化，2009，20（2）：25-27.

[7] 赵海英，姚振强，陈斌，等. 集装箱智能道口箱号识别系统中的字符识别技术[J]. 水运工程，2006（6）：34-36.

[8] 同宁方，王铭. 智能道口自动识别技术[J]. 水运工程，2005（5）：84-87.

[9] 刘旭. 集装箱码头智能闸口的设计与实现[D]. 济南：山东大学，2012.

[10]孙志军. 提高集装箱码头闸口通过能力之对策研究[D]. 上海：上海海事大学，2006.

[11]陈健. 基于OPOS技术的集装箱码头智能闸口系统构建[D]. 上海：复旦大学，2011.

（编辑：曹莉琼 收稿日期：2014-11-26）

3 集装箱码头智能闸口配置设计

根据集装箱码头实际需要和布局特点进行适应性设计是智能闸口建设面临的实际问题。为实现智能闸口配置设计的科学化和合理化，对智能闸口配置进行差异性分析显得尤为必要。

3.1 智能闸口差异性分析

目前世界上已建成的集装箱码头智能闸口虽然基本功能类似，但存在可选配置的差异性。这些差异性是制约智能闸口效率的关键因素，因此是智能闸口设计的核心。本文选择我国应用智能闸口集装箱码头的典型代表上海港洋山深水港区集装箱码头（以下简称洋山码头）、太平洋国际码头以及国际上成熟的自动化集装箱码头（如釜山新集装箱码头、Euromax码头和TTI码头）进行智能闸口配置差异性分析。

3.1.1 闸口职能分配差异性

智能闸口按照闸口承担的业务类型可以分为集港闸口和提箱闸口，按照车流的方向可以分为进场闸口和出场闸口；因此，综合来看，按照职能的不同，智能闸口可分为集港进场闸口、集港出场闸口、提箱进场闸口和提箱出场闸口。闸口职能分配设计指闸口职能的物理分布设计，即每个闸口承担的职能划分。如表1所示：太平洋国际码头进场闸口将集港集卡和提箱集卡分流，因此集港进场闸口与提箱进场闸口门架区的功能有所不同；洋山码头的进场闸口是集港集卡和提箱集卡通用的，其需要具备区分来车属性的功能；Euromax码头的进场闸口与出场闸口完全合并。闸口布局及职能分配直接影响闸口的技术配置方案。例如，在进场闸口合并的模式下，闸口系统必须配置红外系统，以检测集卡是否带箱，从而作出集港集卡或提箱集卡的判断（见图2）。

表1 多个典型集装箱码头智能闸口布局

图2 进场闸口合并模式职能分配

3.1.2 缓冲区布局差异性

太平洋国际码头智能闸口缓冲区用于所载集装箱未预约或场地无作业机械的集卡；釜山新集装箱码头智能闸口缓冲区是集卡正式进场前必须进入的区域，集卡进入缓冲区后才分流。码头操作系统的判断时机因缓冲区布局的差异而有所不同。

3.1.3 信息交互差异性

在智能闸口应用中一般涉及集装箱信息预录，即将集装箱信息记录到集成电路卡或RFID电子标签中。在信息交互方式上，当集卡进入闸口时，闸口系统可通过RFID识读器自动识读集装箱信息，或通过人机交互设备由司机刷RFID卡后识读集装箱信息。交互信息内容方面：部分智能闸口需要集卡司机自助输入集装箱预约号、铅封号信息；部分智能闸口转由码头操作系统或出场闸口作业人员判断、核对集装箱相关信息。

3.1.4 闸口中控系统职能差异性

我国集装箱码头的智能闸口中控系统负责对验残系统输出的图片进行实时判断，若发现集装箱残损，立即进行相应处理；国外集装箱码头的智能闸口验残系统一般直接将结果输出到计算机进行存储，在发生货损理赔时才查询这些数据。

3.2 智能闸口配置设计

3.2.1 设计影响因素

（1）RFID电子标签容量 除必须记录基本的箱号、船名、航次等信息外，还需要确认一些辅助信息是否需要记录于RFID电子标签中。如果需要的信息未能记录在电子标签中，那么只能通过人机交互方式实现信息的读取。

（2）信号识读水平 码头环境和识读设备等级是影响闸口RFID识读方式和水平的关键因素。当远距离信号读取率高时，可以采用系统直接读取信息方式；否则，需要集卡司机刷RFID卡后由系统读取相关信息。

（3）码头布局 码头布局（尤其是闸口位置与周围道路的距离及其交通组织的规划等）影响闸口职能分配。当码头地理位置具有一定局限性时，闸口职能分配相对集中。

（4）闸口作业流程 闸口集装箱分流作业流程（即集港集卡在进入缓冲区之前分流还是进入缓冲区后分流）是影响闸口配置设计的重要因素之一。

（5）功能的实时性需求 需要实时执行的功能通过闸口中控系统远程实时操作；反之，可以采取事后调用方案。

（6）码头装卸工艺 码头装卸工艺的差异会导致集卡从闸口进场后的运行路径不同。

3.2.2 设计方案

集装箱码头智能闸口差异性及相应配置设计见表2。

表2 集装箱码头智能闸口差异性及相应配置设计

参考文献：

[1] 上海沪东集装箱码头有限公司. 以打造世界一流集装箱码头为目标强化作业效率管理[J]. 集装箱化，2005，16（12）：1-5.

[2] 徐钟. 智能道口技术洋山港高效运作的保障[J]. 华东科技，2007（12）：64-65.

[3] 汤玮，李一凡，李光辉. 集装箱智能道口系统的设计[J]. 集装箱化，2006，17（1）：16-19.

[4] 姜嘉旗. 天津港集装箱码头智能闸口建设[J]. 集装箱化，2011，22（6）：31-33.

[5] 戴江红，张绍明. 智能闸口系统在集装箱码头业务中应用的研究[J]. 中国电子商务，2012 （20）：86-87.

[6] 芦瑶，黄晓霞.苏州现代货箱码头闸口的建设[J].集装箱化，2009，20（2）：25-27.

[7] 赵海英，姚振强，陈斌，等. 集装箱智能道口箱号识别系统中的字符识别技术[J]. 水运工程，2006（6）：34-36.

[8] 同宁方，王铭. 智能道口自动识别技术[J]. 水运工程，2005（5）：84-87.

[9] 刘旭. 集装箱码头智能闸口的设计与实现[D]. 济南：山东大学，2012.

[10]孙志军. 提高集装箱码头闸口通过能力之对策研究[D]. 上海：上海海事大学，2006.

[11]陈健. 基于OPOS技术的集装箱码头智能闸口系统构建[D]. 上海：复旦大学，2011.

（编辑：曹莉琼 收稿日期：2014-11-26）

3 集装箱码头智能闸口配置设计

根据集装箱码头实际需要和布局特点进行适应性设计是智能闸口建设面临的实际问题。为实现智能闸口配置设计的科学化和合理化，对智能闸口配置进行差异性分析显得尤为必要。

3.1 智能闸口差异性分析

目前世界上已建成的集装箱码头智能闸口虽然基本功能类似，但存在可选配置的差异性。这些差异性是制约智能闸口效率的关键因素，因此是智能闸口设计的核心。本文选择我国应用智能闸口集装箱码头的典型代表上海港洋山深水港区集装箱码头（以下简称洋山码头）、太平洋国际码头以及国际上成熟的自动化集装箱码头（如釜山新集装箱码头、Euromax码头和TTI码头）进行智能闸口配置差异性分析。

3.1.1 闸口职能分配差异性

智能闸口按照闸口承担的业务类型可以分为集港闸口和提箱闸口，按照车流的方向可以分为进场闸口和出场闸口；因此，综合来看，按照职能的不同，智能闸口可分为集港进场闸口、集港出场闸口、提箱进场闸口和提箱出场闸口。闸口职能分配设计指闸口职能的物理分布设计，即每个闸口承担的职能划分。如表1所示：太平洋国际码头进场闸口将集港集卡和提箱集卡分流，因此集港进场闸口与提箱进场闸口门架区的功能有所不同；洋山码头的进场闸口是集港集卡和提箱集卡通用的，其需要具备区分来车属性的功能；Euromax码头的进场闸口与出场闸口完全合并。闸口布局及职能分配直接影响闸口的技术配置方案。例如，在进场闸口合并的模式下，闸口系统必须配置红外系统，以检测集卡是否带箱，从而作出集港集卡或提箱集卡的判断（见图2）。

表1 多个典型集装箱码头智能闸口布局

图2 进场闸口合并模式职能分配

3.1.2 缓冲区布局差异性

太平洋国际码头智能闸口缓冲区用于所载集装箱未预约或场地无作业机械的集卡；釜山新集装箱码头智能闸口缓冲区是集卡正式进场前必须进入的区域，集卡进入缓冲区后才分流。码头操作系统的判断时机因缓冲区布局的差异而有所不同。

3.1.3 信息交互差异性

在智能闸口应用中一般涉及集装箱信息预录，即将集装箱信息记录到集成电路卡或RFID电子标签中。在信息交互方式上，当集卡进入闸口时，闸口系统可通过RFID识读器自动识读集装箱信息，或通过人机交互设备由司机刷RFID卡后识读集装箱信息。交互信息内容方面：部分智能闸口需要集卡司机自助输入集装箱预约号、铅封号信息；部分智能闸口转由码头操作系统或出场闸口作业人员判断、核对集装箱相关信息。

3.1.4 闸口中控系统职能差异性

我国集装箱码头的智能闸口中控系统负责对验残系统输出的图片进行实时判断，若发现集装箱残损，立即进行相应处理；国外集装箱码头的智能闸口验残系统一般直接将结果输出到计算机进行存储，在发生货损理赔时才查询这些数据。

3.2 智能闸口配置设计

3.2.1 设计影响因素

（1）RFID电子标签容量 除必须记录基本的箱号、船名、航次等信息外，还需要确认一些辅助信息是否需要记录于RFID电子标签中。如果需要的信息未能记录在电子标签中，那么只能通过人机交互方式实现信息的读取。

（2）信号识读水平 码头环境和识读设备等级是影响闸口RFID识读方式和水平的关键因素。当远距离信号读取率高时，可以采用系统直接读取信息方式；否则，需要集卡司机刷RFID卡后由系统读取相关信息。

（3）码头布局 码头布局（尤其是闸口位置与周围道路的距离及其交通组织的规划等）影响闸口职能分配。当码头地理位置具有一定局限性时，闸口职能分配相对集中。

（4）闸口作业流程 闸口集装箱分流作业流程（即集港集卡在进入缓冲区之前分流还是进入缓冲区后分流）是影响闸口配置设计的重要因素之一。

（5）功能的实时性需求 需要实时执行的功能通过闸口中控系统远程实时操作；反之，可以采取事后调用方案。

（6）码头装卸工艺 码头装卸工艺的差异会导致集卡从闸口进场后的运行路径不同。

3.2.2 设计方案

集装箱码头智能闸口差异性及相应配置设计见表2。

表2 集装箱码头智能闸口差异性及相应配置设计

参考文献：

[1] 上海沪东集装箱码头有限公司. 以打造世界一流集装箱码头为目标强化作业效率管理[J]. 集装箱化，2005，16（12）：1-5.

[2] 徐钟. 智能道口技术洋山港高效运作的保障[J]. 华东科技，2007（12）：64-65.

[3] 汤玮，李一凡，李光辉. 集装箱智能道口系统的设计[J]. 集装箱化，2006，17（1）：16-19.

[4] 姜嘉旗. 天津港集装箱码头智能闸口建设[J]. 集装箱化，2011，22（6）：31-33.

[5] 戴江红，张绍明. 智能闸口系统在集装箱码头业务中应用的研究[J]. 中国电子商务，2012 （20）：86-87.

[6] 芦瑶，黄晓霞.苏州现代货箱码头闸口的建设[J].集装箱化，2009，20（2）：25-27.

[7] 赵海英，姚振强，陈斌，等. 集装箱智能道口箱号识别系统中的字符识别技术[J]. 水运工程，2006（6）：34-36.

[8] 同宁方，王铭. 智能道口自动识别技术[J]. 水运工程，2005（5）：84-87.

[9] 刘旭. 集装箱码头智能闸口的设计与实现[D]. 济南：山东大学，2012.

[10]孙志军. 提高集装箱码头闸口通过能力之对策研究[D]. 上海：上海海事大学，2006.

[11]陈健. 基于OPOS技术的集装箱码头智能闸口系统构建[D]. 上海：复旦大学，2011.

（编辑：曹莉琼 收稿日期：2014-11-26）