节能减排示范项目集装箱码头集卡全场智能调度系统

节能减排典型示范项目——集装箱码头集卡全场智能调度系统

综合点评：上海港是我国沿海主要港口，也是国家集装箱运输9大干线港之一，2007年完成集装箱吞吐量2615万TEU，居世界第二位。外高桥港区和洋山港区是上海港集装箱装卸作业的主港区，共配有682辆集卡，每年消耗柴油达17600吨以上。为响应国家节能减排号召，提高港口装卸效率，减少集卡空车行驶距离，降低单位能源消耗，上海港以科学发展观为统领，积极研究探索，对传统集装箱装卸工艺进行大胆技术创新，自主开发了先进的集卡全场智能调度系统（Tractor paging subsystem，简称TPS系统）。

TPS系统是将多种信息技术应用于一体的科技创新产品，是集装箱码头改革传统装卸工艺、实行码头快装快卸、合理控制燃油消耗的成功范例。通过使用该系统，码头管理者可以合理配置水平运输机械，优化集卡调度过程，提高集卡作业效率，从而减少作业成本、降低能源消耗。

TPS系统的应用改变了集装箱码头传统的集卡管理模式，在国内港口企业中属首创。该系统经过多年的现场调试、应用和运行验证，已取得了良好的节能和经济效果，为企业节能减排工作做出了贡献。

该系统运行稳定、操作方便，其节能创新理念、系统设计原理及软件产品，在大型专业化集装箱码头具有广泛的推广价值。

上海国际港务（集团）股份有限公司

“集装箱码头集卡全场智能调度系统”推广材料

——交通部节能减排专家工作组

一、概况

上海国际港务（集团）股份有限公司是中国大陆最大的港口集团之一，同时又是中国大陆最大的集装箱装卸运输集团，占长江三角洲地区港口集装箱吞吐量的四分之一，为中国大陆集装箱航线最多、航班最密、覆盖航区最广的港口集团。上海港经过多年的建设，将逐步形成以码头和集装箱经营为主体，辐射国内、国际市场的跨地区、跨国经营的格局。2007年，上海港货物吞吐量为56145万吨，排名世界第一位；集装箱吞吐量为2615万TEU，首次跃居世界第二，仅次于新加坡港。

随着集装箱吞吐量的快速增长，一些集装箱码头出现了硬件设施跟不上发展速度的情况，以上港集团振东分公司为例，该公司由外高桥二期和三期集装箱码头组成，位于长江入海口南岸外高桥地区，建设规模为5个大型专业化集装箱泊位，岸线长度1566m，堆场纵深875m，陆域面积165.9

万㎡。现有岸边集装箱起重机26台，轮胎式集装箱门式起重机76台，场内水平运输机械集卡119台，设计吞吐量250万TEU/a。该码头投产于2000年，当年吞吐量即达到设计能力，成为当时世界

上最先进的集装箱码头之一。

到2007年，该公司实际集装箱吞吐量已达到590万TEU，港口各作业环节的压力越来越大。集装箱码头亟需进行内部挖潜革新，突破传统装卸工艺系统的瓶颈，提高集装箱码头的综合效率，从而保证港口的良性发展。

随着通信和计算机技术的快速发展，使现代集装箱码头经营管理的数字化革命成为可能。集装箱码头运营具有信息量大、效率高等特点，没有数字化的支撑，现代集装箱码头无法正常运营和实施有效的管理。因此，世界各港口集装箱码头加速了数字化建设的步伐，数字化已成为现代集装箱码头的重要标志之一。

为满足集装箱船舶大型化的需要，集装箱码头规模化、高效化的需要和建设资源节约型、环境友好型港口的需要，上港集团领导高度重视集装箱码头数字化建设工作，通过理念创新和开拓思路，以科学发展观为统领，自主研发并不断完善了TPS系统。

二、基本原理

（一）需求分析

集装箱码头船舶、堆场配载计算机管理系统的发展在国际、国内已经比较成熟，而水平运输车集卡的调度属于集装箱箱流控制的薄弱环节。上海集装箱码头传统装卸工艺采用的是码头配置岸边集装箱起重机、堆场配置轮胎式门式起重机、码头与堆场之间的水平运输采用集卡。传统的做法，每台岸边集装箱起重机按照一定的比例配置集卡数量，一台岸边集装箱起重机配备一定数量的集卡组成一条作业路，由调度人员安排。传统的装卸工艺示意图见图1。

图1 传统的装卸工艺示意图

这种传统的集装箱生产工艺根据“作业线”来静态配置集卡。一组集卡只为指定的一条作业线服务，即集卡分配给固定的岸边集装箱起重机后，其行车路线相对固定。随着码头吞吐量的增加，这种调度方式变得越来越难于控制和管理。由于作业负荷随时间分布不均匀，在某一时段内，往往出现岸边集装箱起重机、场桥等待集卡拖运集装箱或集卡排队等候、堆场堵塞现象，造成集卡的无序、低效流动局面，过多的空载行驶和等待，严重影响了装卸效率，也大量浪费了能源。而且传统工艺卸船和装船采用分段作业，累计作业时间长。卸船时集卡空车来重车去，装船时集卡重车来空车去。集卡有将近50%的时间在空驶，利用率不高，不利于集卡效率的提高及节约能源。另外，大型集装箱码头集卡数量较多，作业过程中依靠人工调度方式集卡已越来越不能与港口发展相适应，因此，必需按照现场的实际情况，通过计算机系统合理调配集卡。

（二）功能目标

上港集团经过多年的研究、实践，为自主开发研制的TPS系统制定了以下功能目标：

1、尽可能做到集卡重车来重车去，减少集卡空驶现象。本系统综合判断一定时间范围内的任务及集卡的最优组合，为作业任务选择合适并且符合作业要求的集卡，通过无线通讯网络实现自动向集卡发布动态调配指令，提高作业路之间的重进重出率，缩短累计作业时间；

2、灵活地将全部集卡动态地分为几组，每组包括一定数量的集卡作为一个集卡池，每辆集卡可以根据实际情况动态地分配一条或多条作业路，充分利用集卡资源，优化码头配机，减少集卡忙闲不均造成的效率降低；

3、在可能条件下，实现装船和卸船同时作业的同倍位同步装卸；

4、针对洋山港双40呎岸边集装箱起重机的作业工艺，按照双吊具作业集卡同时上档的要求，应实时跟踪集卡位置，优化调度，向集卡发出不同的作业指令，从而提高作业效率，保障双吊具作业的顺利进行。

（三）工作原理

根据以上功能目标要求，上港集团充分利用先进的数字化技术，按照以需求为导向、经济实用有效为原则，对TPS系统的数学模型进行了反复研究和设计，形成了如图2所示的系统构成示意图。

TPS系统是镶嵌在集装箱码头控制系统中的一个子系统。主要由中控室主机、集卡智能调度控制软件、无线集群系统及安装在集卡等装卸机械上的无线数据终端和GPS组成。其中集卡智能调度控制软件的编制是运用规划论、排队论和模糊控制理论，融合现场操作管理人员的智慧和经验，建立箱流、车流调度数学模型，解决非线性尺度变换和模糊逻辑推理规则等问题，实现对全场集卡的智能调度控制管理。