内河港口散杂货智能化作业管理与决策系统

肖劲勇 谢淞郁 李勇华 刘洪星

1 重庆果园港埠有限公司 2 武汉理工大学

1 引言

港口是水陆交通运输的枢纽，85%以上的进出口货物需要通过港口中转[1]。由信息化向智慧化发展是各港口未来发展的重点，智慧港口的建设不仅是新技术的创新运用，更是生产关系的深刻变化[2-3]。面对迅速发展的内河港口物流市场，综合运用信息化和智能化技术，对于提升内河港口的管理水平、提高生产作业效率有着重要的意义。以重庆果园港散杂货码头为应用背景，介绍了针对内河港口的智能化作业管理与决策系统的研究与应用。该系统采用“互联网+港口”的设计理念，将“生产业务管理”、“生产作业控制”、“生产智能调度”集成管理，是一个集生产、控制、调度于一体的集成化平台。

2 系统概况

内河港口的散杂货作业包括生产调度、作业线管理、堆场管理和理货管理等环节，在整个作业流程中，必须使用大量的作业机械和计量设备。智能化作业管理与决策系统从设备的智能化改造开始，包含信息的自动采集、智能分析和智能决策几个子系统，完成对散杂货作业全过程的智能化管理。系统实现了散杂货作业生产控制与生产管理过程的紧密集成，初步达到了管理智能化与装卸生产自动化。

系统采用三层架构：

(1)环境支撑层。指网络系统、数据库管理系统、数据互联互通平台、应用服务器、Web服务器等软硬件支撑平台，是系统运行的基础。

(2)信息管理层。即功能实现层，包含生产业务管理、办公管理、分析决策三部分，采用.NET框架技术、Android技术实现，面向码头生产业务流程及具体业务操作，实现生产管理、智能分析决策、商务管理、生产统计等功能，同时包括与控制系统、监视系统以及现有应用系统的接口。

(3)服务层。分为内、外两部分，采用Web技术实现；内部部分主要面向于码头内部操作用户，如高层领导、生产业务相关部门等；外部部分主要面向于码头外部操作用户，如货主、货物代理、船代、政府机关等。

3 系统功能

系统从功能上可分为数据采集子系统、智能作业子系统和智能决策子系统。

3.1 数据采集子系统

该子系统采用互联网+、RFID(射频识别)、物联网等技术，对港口的计量设备进行智能化改造，将港口的大型机械、流动机械设备产生的实时数据采集到系统中，实现计量设备的无人化采集和自动化管理。机械设备数据采集的一个典型界面见图1，图中显示了堆场斗轮堆取料机和皮带秤的作业情况以及作业数据。

计量设备(地磅)的数据采集界面见图2，磅秤系统利用RFID技术，对各类过磅车辆进行自动识别、自动称量、数据自动汇总。整个数据采集过程无需人员参与，全自动完成。

图1 堆场机械设备数据采集界面

图2 计量设备(地磅)的数据采集界面

3.2 智能作业子系统

该子系统对采集到的作业数据进行实时分析，综合多渠道数据来源，对作业流程进行实时检查和校验，防止错误数据的产生。该子系统实现了对作业现场的智能化管理，在整个作业过程中，无需理货员现场参与，通过智能终端、手机APP(港外货车司机使用)，实现作业过程数据的自动提醒、智能校验、作业量自动汇总、港内人员工作量自动统计等功能。

该App可对港外提货车辆进行实时作业提醒。在堆场取货时，提货车辆需要通过App扫描堆场二维码，与智能作业子系统进行通讯和校验；在所有步骤均正确的情况下，智能作业子系统会指挥流动装载机给客户完成装货作业，从而确保客户提货作业的准确性和高效性。

3.3 智能决策子系统

该子系统通过对港区的资源情况进行动态分析，结合业务特殊要求，实现港区作业调度和决策的智能推荐，从而实现散杂货生产作业的精益化和成本控制的精细化，更好地提高港口的资源利用率和港口的收益。该子系统包括如下3个主要模块。

(1)装卸船作业调度决策推荐模块。根据当前船舶作业进度、等待船舶数量(包括载货数量)、装卸船作业相关的内转车数量、机械作业能力等因素，从多种调度方案中自动规划出一种最优的装卸船作业指令集，供调度员参考选用。

(2)客户提货预约模块。客户车辆在来港提货作业前，先在预约网站中预约车辆到港时间和提货数量；预约模块会根据港区提货作业量的历史信息，结合港区可用流动机械数量，对客户预约的时间进行合理推荐，可保证港区作业处于平稳状态，同时缩短客户在港区内的等待时间。

(3)港区车辆作业交通引导模块。在内河港口港区作业时，码头平台、地磅、流动设备周边是内运车和港外提货车云集的地方，这些地方极易发生交通拥堵，从而影响港区的整体作业效率。在司机到上述关键设备处作业时，该引导模块会根据设备周边的交通情况，通过智能终端和手机APP，提醒相关作业司机按指令分批抵达，从而避免交通拥堵。

4 系统主要技术

4.1 “互联网+”港口机械智能化改造技术

“互联网+”的核心内容是依靠信息物理系统构建一套智慧网络系统，这就要求港口的各个主要生产设备成为具有信息处理能力的“智能体”，以便于设备之间的协同工作。内河港口普遍存在作业机械种类杂、老旧设备多的情况，由于港口机械投资大，难以大批量直接淘汰老旧设备。系统采用了“互联网+”技术改造旧设备，对其进行信息化改造，使之具备数据收发和处理能力，能实现对设备工作过程信息的实时采集和管理。

4.2 智慧化资源调度模型与算法

内河港口由于受机械设备和传统调度方法的限制，作业效率普遍低于沿海大型港口。分析果园港散杂货现有的调度方法，发现存在的效率瓶颈，结合改造后的智慧化机械设备，研究了内河港口多种资源的实时动态调度模型和算法，以实现生产效率、设备利用率、堆场利用率、铁路利用率、码头利用率、船舶停时、外运车辆、能耗优化等多要素的综合优化，进而提高港口经济效益和社会效益。

以港口常见的闸口管理为例，因为港口方不知道客户车队准确达到时间，客户也不清楚港口作业是否繁忙，因此港口方难于制订准确的作业计划，易导致港口进出通道过车效率低、港口入口车辆拥堵，给港口方和客户方都造成损失。结合移动互联网和物联网技术，设计了一套支持客户预约、港口自动审批、闸口自动识别、自动称重的调度模型，能有效地解决这一问题，从而为港口节省人力成本，为客户和运输公司节省时间成本，进而降低了整体物流成本。

4.3 数据采集和决策系统

在港口已经建成的生产业务管理系统的基础上，进一步开发和完善了覆盖生产业务管理过程和机械作业控制过程的集成系统(管控一体化系统)。该系统能对生产作业中的各个环节进行监控与智能分析，能有效地帮助内河港口实现精细化的生产作业和成本控制。

5 结语

内河港口散杂货智能化作业管理与决策系统，已在重庆果园港投产运行，基本实现了码头作业区生产数据采集的无人化、生产过程管理的自动化和作业调度的智能化。实践表明，系统能减少现场理货作业人员20%，同时能明显地提高港口作业效率。系统的部分子系统已在重庆江津港和珞璜港推广。目前系统还缺乏港区铁路作业的智能化管理子系统，下一步，将研究内河港口在铁水联运模式下的作业管理流程，实现对铁路作业的智能管控和智能调度，以减少铁路作业区的理货人员，提高港口铁水联运的作业效率。