自动化集装箱码头闸口模拟仿真系统设计与实现

李新照 张祚良

随着区域经济一体化进程和经济全球化趋势的加快，自动化集装箱码头成为集装箱码头发展的必然趋势。自动化集装箱码头涉及的信息系统繁多，各系统都是独立的异构系统且结构复杂，系统之间需要进行信息交互和流程衔接，以确保自动化集装箱码头在信息系统支撑下的高效、稳定运行。为验证系统间衔接的协调性以及交互的稳定性和准确性，本文提出自动化集装箱码头闸口模拟仿真系统，模拟电子数据交换、集卡入闸、陆侧交互区刷卡、集卡出闸等业务，生成相关业务数据，从而为码头操作系统、设备控制系统的开发和测试提供基础信息。闸口模拟仿真系统设计有利于加快自动化集装箱码头信息系统建设、测试及调试进度，为自动化集装箱码头的按期投产打下坚实基础。

1 自动化集装箱码头主要闸口业务操作 流程

1.1 入闸业务操作流程

集卡入闸操作流程如图1所示。外集卡进入闸口，触发光学字符识别（Optical Character Recognition，OCR）和无线射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）系统：OCR系统采集箱号、ISO码、箱门方向、集装箱装车位置、冷藏箱外挂机组、司机脸部照片、残损照片等信息，若识别失败，由闸口远程控制人员进行人工识别；RFID系统采集车牌号信息、电子铅封（转关箱和直通箱）等信息。集卡司机通过刷身份卡进行身份验证；若司机没有身份卡或身份卡失效，直接按自助服务机按钮打印小票，挡杆抬起，外集卡进入缓冲区进行处理。对于提箱的外集卡，司机刷提箱卡后系统进行提箱处理；OCR系统和RFID系统识别成功后，将车号、箱号和司机身份卡信息进行绑定，并将转关箱和直通箱信息发送给海关。入闸集卡通过业务规则校验后随即进行收发箱处理：自助服务机打印收发箱小票，挡杆自动抬起；对于20英尺集装箱，由外集卡司机选择集装箱装车位置；外集卡司机根据自助服务机提示和小票到相应的场区（缓冲区、调转箱门区、自动堆垛起重机场区）。

1.2 出闸业务操作流程

集卡出闸操作流程如图2所示。外集卡进入出场闸口，触发OCR和RFID系统，司机刷身份卡。RFID系统识别电子车牌和海关电子铅封，OCR系统识别箱号、集装箱装车位置、司机脸部照片、残损照片等信息；然后，将识别的信息与系统中的相关信息进行比对，并存储比对信息。系统向海关发送电子车牌、箱号、称重数据（重箱）、电子铅封等信息。若出

闸集卡得到海关电子待检指令或未通过码头业务校验，闸口自助服务机给出提示，司机按“确定”按钮，挡杆抬起，外集卡驶往指定区域进行处理；若出闸集卡得到海关电子放行指令且通过码头业务校验，闸口自助服务机给出提示，挡杆自动抬起，外集卡驶出闸口，系统存储海关反馈的比对结果。对于海关待检集装箱，系统自动给海关发送报关单号信息；闸口系统记录外集卡和集装箱待检信息，集卡司机驶入相应区域（调箱区、检查区、缓冲区）。

2 自动化集装箱码头闸口模拟仿真系统设计

2.1 主要目标

为优化码头闸口业务流程，应用智能算法和可视化技术，以装箱单、卸船清单为计划源，模拟电子数据交换、集卡入闸、陆侧交换区刷卡、集卡出闸等业务操作，寻找自动化集装箱码头闸口操作性能和流程优化途径，为堆场作业提供基础数据，同时帮助测算堆场计划策略。

自动化集装箱码头闸口模拟仿真系统的主要功能包括：（1）电子数据交换，生成不同流向和不同尺寸箱型、不同船舶、不同装货港、不同卸货港信息以及随机质量、随机箱号等集装箱相关信息，并将其导入到码头操作系统；（2）模拟入闸，随机生成集卡模拟收箱、提箱入闸过程，申请作业位置；（3）模拟刷卡，集卡根据作业位置到指定路侧车道模拟刷卡；（4）模拟出闸，集卡完成堆场作业，模拟出闸过程；（5）灵活配置，可以接入不同码头操作系统环境。

2.2 数据处理流程

自动化集装箱码头闸口模拟仿真系统主要涉及数据准备、闸口模拟和逻辑反馈等3个流程，系统的整体数据处理流程如图3所示。

2.3 总体结构和模块设计

自动化集装箱码头闸口模拟仿真系统通过网络服务与码头操作系统相连，不直接进行数据库交互；通过接口传递电子数据交换信息、入闸指令、刷卡指令和出闸指令等，将数据组织为标准的XML数据格式进行传输；系统设计遵循低耦合、高内聚的原则，主要包括业务模型层、数据模型处理层、业务逻辑层、对外接口层、用户界面层等模块（见图4）。

3 自动化集装箱码头闸口模拟仿真系统功能实现

3.1 电子数据交换模块

电子数据交换模块主要根据箱号前缀、起止箱号顺序生成集装箱箱号，箱号校验位根据箱号规则计算生成；提供进出口类别设置、集装箱状态设置、空重设置，可随机生成质量；可设置船型、特殊积载类型、包装类型、ISO码、装货港或卸货港以及生成数量，且进口集装箱可设置集装箱装船位置；设置完成后系统可批量生成不同类型集装箱电子数据交换信息，并发送给码头操作系统，然后存储到本系统数据库服务器中。

3.2 生成船图功能模块

生成船图功能模块（见图5）根据电子数据交换模块中设置的船舶信息设置甲板上下的贝、层、高等信息，生成该船舶的船图结构。

3.3 闸口模拟模块

闸口模拟模块可随机生成车牌号，模拟批量入闸，获取作业顺序、刷卡位置及场地位置等信息，并模拟陆侧作业区刷卡和批量出闸等。

3.4 系统设置模块

系统设置模块的主要功能是设置与码头操作系统接口的网络之间互连的协议及端口、用户界面字体大小和风格样式以及是否开启闸口和打开日志等操作。

4 结束语

自动化集装箱码头闸口模拟仿真系统实现码头闸口电子数据交换、集卡进闸、陆侧交互区司机刷卡以及集卡出闸等业务的模拟操作，并实现在模拟状态下对闸口操作流程的逻辑验证，从而为自动化码头操作系统和设备控制系统的开发和测试提供基础数据，达到降低自动化码头信息系统测试成本、加快信息系统建设速度的目的。

（编辑：曹莉琼 收稿日期：2016-09-07）