太仓港四期智慧港口建设分析

赵强

（张家港港务集团有限公司，江苏苏州 215600）

1 太仓港四期建设概况

4 个5 万吨级集装箱泊位（水工结构按10 万吨级设计）及相应配套设施，泊位总长度1292m，年设计吞吐量为200 万标箱。港区总用地面积约120.6 万m2，项目概算总投资约40.27 亿元，工程建设期3 年。

太仓港区四期工程为栈桥式码头，码头前沿采用远控岸桥作业，并在原有光纤通信的基础上尝试使用5G 通信技术实现远程控制岸桥作业。堆场平行码头前沿布置，采用双悬臂自动化轨道吊，海侧内集卡全自动，陆侧外集卡半自动的模式。水平运输与堆场的作业交接前期采用有人集卡作业并进行无人集卡试验，后期将有人集卡全部替换成无人集卡作业模式，实现真正意义上的集装箱水平搬运无人化。太仓四期自动化项目在现有自动化轨道吊技术的基础上，加强RFID 识别率、集卡引导、防打保龄、集卡防吊起等方面研究，以提高作业效率和作业安全性，进一步完善和提升自动化轨道吊相关技术，形成自动化轨道吊的成套关键技术。

2 太仓港四期智慧港口建设内容

智慧港口建设是借助于物联网、传感网、云计算、决策分析优化等智慧技术手段，实现港口供应链上各种资源和各个参与方之间无缝连接与协调联动，从而对港口管理运作做出智慧响应，形成信息化、智能化、最优化的现代港口。

根据太仓港四期集装箱码头的运营管理需要，结合信息化建设的一体化要求，整个码头主要包括以下建设内容。

一是装卸设备：自动化轨道吊、远控岸桥、电动集卡（包括无人集卡）、正面吊、堆高机等。二是应用系统：集装箱码头生产系统（TOS）、自动化堆场作业调度系统、智能闸口系统、岸边智能理货系统、冷藏箱监控系统、集卡智能调度系统及大型设备远程监控系统等。三是自动控制系统：岸桥远控操作系统、轨道吊设备控制系统、中央控制室系统、智能照明控制系统等。四是通信系统方面，包括基础设施和信息服务设施两个方面。基础设施：机房设施、建筑设备管理设施和公共安全设施等；信息服务设施：无线对讲系统、电话系统和多媒体应用支撑相关设施。五是能源管理系统：智慧能源管理及绿色能源应用等。

3 太仓港四期智慧码头建设措施

智慧港口建设是借助物联网、传感网、云计算、决策分析优化等智慧技术手段，实现港口供应链上各种资源和各个参与方之间无缝连接与协调联动，从而对港口管理运作做出智慧响应，形成信息化、智能化、最优化的现代港口[1]。

3.1 建立专业的核心管理团队

根据在项目执行中的不同分管方向和角色，除了传统的土建、设施方面的专业人员，还要配置以下管理团队，协调各参与单位，把控项目进度，使项目有序推进。

一是生产调度团队，包括船舶和场地计划人员，岸边和场内设备调度人员，码头拖车调度管理人员，闸口管理人员。他们能够从不同的业务角度提出针对性的自动化需求，参与TOS 流程测试，并结合码头的生产实际，追踪项目实施过程中出现的生产调度方面的问题。

二是设备管理团队，包括岸边和场内设备管理人员，其熟悉设备的控制系统以及设备与生产调度的交互，能够从设备的生产、使用和维护等角度提出针对性的自动化需求，并追踪、评估设备的实际运行情况和工作能力，进而提出改进方案。

三是网络IT 团队，包括网络、服务器管理，以及软件、数据库管理方面的人员，其熟悉网络框架，以及TOS 软件、数据库的应用，应参与TOS 的流程测试以及实际网络环境测试，这样能从码头所有网络资源配比以及后期维护的角度，提出针对性的自动化需求，并提出改进方案。

四是现场安全管理团队，具备码头安全管理知识和丰富现场经验的管理人员。他们能够根据码头安全管理以及国家安全生产法规的要求对自动化提出要求，参与TOS 的流程测试，识别生产流程中各系统交互过程可能产生的安全隐患。

3.2 建设智慧港口的技术保障

对设备自动控制系统、TOS 系统开发等方面进行全方位考察和研究，最终选择一种成熟可靠的方案作为太仓四期智慧港口建设的技术保障，并在此基础上进行创新升级。

3.2.1 自动化轨道吊

太仓四期码头自动化轨道吊采用内集卡全自动、外集卡半自动模式，作业效率不低于30MOV/h，实现“一对多”或“多对多”远程操作，采用了目前最成熟的自动化控制技术，确保设备安全可靠地生产作业。

（1）主机构定位技术

主机构定位包括对起升、小车和大车这三大机构的精确定位，比较成熟的方案是在各机构的电机、减速箱或车轮上安装高精度绝对值编码器，且采用双编码器。此外，小车采用沿小车轨道敷设的磁尺线性编码器，大车采用FLAG 板加绝对值编码器。

（2）负载定位技术

目前的主流方案是在小车架上安装红外相机，在吊具上架设3 个红外光源，红外相机实时检测3 个光源相对于小车架的偏移位置和旋转角度，以测量整个吊具的位置。该方案具有精度高、通信稳定和测量结果不易受外部环境影响等优点，是一项成熟的方案。

（3）目标定位技术

为实现对箱区作业箱位的轮廓扫描，以及对作业车道集卡的拖板、拖板上的集装箱做精确扫描和测量。采取以下方案：在小车架前后各安装一个3D 激光扫描仪，激光向下扫描目标物体，如集装箱和集卡的轮廓，能够在小车行进过程中对目标位置进行扫描和测量，同时能实现小车方向的路径优化及防打保龄功能。

（4）集卡引导技术

集卡引导技术可引导作业车道的集卡准确停车，避免人工对箱环节，提高作业效率。在太仓四期项目中，可以采用成熟的CPS 方案，在大车两侧鞍梁上各安装一套2D 激光扫描仪来扫描集卡，以引导集卡停到准确位置。

（5）集卡防吊技术

由于集卡拖板车与集装箱之间的锁头为解开状态，为保证自动化轨道吊从集卡上抓箱时的安全性，避免在吊具起升过程中卡车被吊起，采用集卡防吊技术。在大车门腿中部位置安装摄像机，实时检测拖车和集装箱之间的状态。

（6）集卡识别技术

目前市场上比较成熟的方案是在堆场闸口和自动化轨道吊上安装RFID 检测设备，当集卡进入堆场闸口处时，识别一次集卡用以触发任务指令，轨道吊自动执行任务，停到指定位置等待集卡，集卡来到相应任务位置后，轨道吊上的RFID 检测设备进行第二次识别，自动核对轨道吊所吊取的集装箱是否与集卡信息匹配。如果信息匹配，自动化作业流程继续，如果不匹配，作业终止并进入异常处理流程。

（7）吊具微动功能

吊具微动功能是由四个变频器推动电动推杆电机实现的，同时在推杆上增加绝对值编码器反馈推杆实际位置信息，从而快速、精准地调整吊具姿态，尽可能缩短吊具对箱时间。

（8）终端显示系统

终端显示系统安装在远程操作中心，能够提供集装箱码头的全景支持，包括对岸桥、堆场ARMG 和集卡的监控，三维堆场地图，状态报警显示，水平运输信息，生产报告等，集中化的显示，可以为码头操作人员和维护人员提供全面的信息支持。

3.2.2 远控岸桥

太仓四期码头岸桥采用远程控制方式进行装卸作业，平均作业效率每小时不低于25 个循环。同时，在原有的光纤通信基础上，尝试使用5G 通信技术替换光纤通信，利用5G 无线传输技术低延时、高带宽、大容量等特点，实现远程控制岸桥作业。

（1）船型扫描系统

船型扫描系统是在小车架上安装三个2D 扫描仪，使其同时开展扫描作业，并相互校准数据，以降低单个扫描系统的数据误差，同时数据集合形成三维船型轮廓数据，实现小车方向的路径优化及防打保龄功能。

（2）电子防摇防扭系统

安装在小车架上的两个角度传感器实时监测吊具角度变化，通过控制小车动作，使吊具保持在允许的垂直范围内。

（3）集卡引导技术（目标定位技术）

采用3D 激光扫描仪扫描集卡轮廓，计算出集卡停车位置，LED 显示屏指引集卡正确停车，这样可以降低司机的工作强度，提高作业效率。

3.2.3 无人驾驶集卡

国内外现有自动化码头基本采用自动导引车AGV（Automated Guided Vehicle）水平运输，采用这种技术需要在地面埋设磁钉，且必须在新建码头建设，技术难度巨大且施工成本昂贵[2]。太仓港四期工程对无人集卡技术进行研究探索，实现了真正意义上的集装箱水平搬运无人驾驶。

3.2.4 信息化建设

（1）TOS 系统

作为太仓港四期码头信息化系统的大脑中枢，TOS 系统涵盖了码头装卸船作业、收提箱作业、CFS作业、智能堆场管理、商务费收、互联网服务、决策分析等领域，实现码头管理信息化。

要想实现自动化码头的有序、高效运作，除了先进的设备，还需要智能软件TOS 的配合。TOS 系统覆盖码头全部业务环节，衔接业务受理，集卡预约、数据分析和统一调度等信息平台。它能够提供智能的生产计划模块，实现实时作业调度及自动监控调整，通过设备调度模块与协同过程控制系统，高效组织现场生产。

（2）智能理货系统

智能理货系统可以实现岸桥作业过程中系统在无须人员干预的情况下自动采集集装箱，同时能够显示集装箱装卸状态，提供集装箱前后左右面的图像、车牌图像、贝位相应图像及视频信息，并且自动实现集装箱号码、ISO 号码、车牌号码、前后箱门位置方向信息，同时保留扩展铅封有/无自动识别、贝位自动识别的扩展数据接口。之后系统会将识别信息和图像、视频信息传输到后台的服务器，工作人员通过后台的信息管理程序完成集装箱破损检测、铅封有/无识别、贝位识别及数据校正工作，结合码头生产系统完成一次理货作业。

（3）智能闸口系统

电子闸口项目建设通过整合码头的单证流、物流和通关资源，利用先进的现代科技手段，打造了一个科学、高效、可实际运作的电子化服务平台，实现了进出码头的货物无纸化放行及免人工值守。

（4）智能照明系统

太仓港四期的智能照明系统采用最新的物联网技术。该系统能够根据TOS 系统的作业指令自动控制灯具亮度，从而节约电能。另外，该系统能够自动监测故障灯具，降低巡检人员的工作负荷，提高检修效率，降低维护成本，进一步提高经济效益。

（5）冷藏箱远程监控系统

为了提高港区自动化管理水平，实施信息化管理、减轻劳动强度、降低管理成本，该工程为堆场冷藏集装箱建立了一套冷藏集装箱信息监控系统。该系统能够实时监测冷藏集装箱工作状态信号、温度范围及化霜状态信号等，且与集装箱计算机信息管理网络建立数据传输通道。

（6）生产作业气象监控系统

在港区办公楼屋面设置气象监测立杆，安装风速、风向、能见度等传感器，传感器的数据通过通信电缆传送到港区计算机中心数据库，数据集中整合后，用可视化图形标识出各传感器的信息，包括瞬时、某时参数及数天和数月的平均值等数据，可为调度部门发布生产指令提供准确依据，确保港区作业生产安全可靠。

（7）能源管理系统

太仓港四期码头采用国际先进的工业物联网技术，将港区内所有供能与用能设备接入管理平台，进行实时分类分项能耗数据统计，此举能够推进港口能源管理自动化。同时，采用系统技术，实现供能和用能系统全过程各环节的监、控、管一体化。

（8）堆场门禁系统

设置门禁系统的主要目的是建立安全规范的自动化堆场作业流程。堆场上的门禁系统流程的执行，需要建立在规范码头工作人员行为的基础上，所有人员必须严格按照规则制度执行系统流程，以确保人员及设备的安全。

（9）集卡智能指挥调度系统

通过车辆GPS 定位（差分）以及基站定位方式，实时定位集卡车辆的位置，且通过与TOS 系统的对接，接受TOS 发送的任务指令，通过手机App 的方式与集卡司机互动，从而达到智能调度，提升作业效率的目的。

（10）5G 无线网络系统

太仓港四期自动化码头定位于堆场自动化建设模式，因此码头无线信号的覆盖对自动化建设工作的成功实施起重要作用。由于港口码头的环境布局复杂，尤其是近海作业区，受潮水的影响，不适合大面积铺设线缆；在作业区域，如集装箱堆放场等又不允许设架空明线，不适宜铺设有线网络。这种情况下，利用无线局域网技术构建基础通信平台，实现无线全覆盖，是非常实用且有效的。

4 结语

太仓港四期集装箱智慧码头采用了当前国际集装箱码头技术最高水平的全自动化集装箱码头建设方案。应用码头作业生产系统（TOS）、设备管理系统以及相应的智能化技术，实现了码头作业、堆存无人化、智能化。该建设方案在大大提升码头作业效率、降低码头作业成本同时，实现了智慧码头的绿色低碳可持续发展。