(完整版)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bay位同步装卸；

4、针对双40尺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。

图2 TPS系统构成示意图

三、实施方案

TPS系统的建立经历了三个阶段。第一阶段：以无线网络传输数据指令信息代替了传统的寻呼语音对讲系统调度集卡的模式；第二阶段进一步优化升级了TPS自动调度系统；第三阶段运用GPS定位实现了精确的智能调度控制。

上港集团通过多年来的自主研发，逐步完成了无线网络系统的建立、硬件配