面向港区的智慧港口解决方案

港口科技•智慧港口面向港区的智慧港口解决方案任海涛(唐山港集团信息技术有限公司，河北唐山，063611)摘要：针对传统码头运营系统和设备控制系统在自动化不断深入过程中存在的诸多弊端以及信息系统独立分散、资源共享困难等问题，结合智慧港口发展趋势，以唐山港智慧港口改造项目为基础，提出面向港区的智慧港口建设解决方案，使得港区做到泊位及航道资源智慧决策、设备智能调度、库场使用成本最低等。

关键词：智慧港口；智慧决策;智能调度;唐山港0引言2002年以来，我国港口货物吞吐量和集装箱吞吐量连续15a位居世界第1,港口建设规模和技术装备也走在世界前列。

目前，我国自动化码头建设主要标志性成果有：(1)2005年，我国自主研发和制造首个全自动集装箱空箱堆场系统，在上海港外高桥港区二期完成试验并投入运营。

(2)2012年以来，厦门远海、上海洋山四期、青岛港、唐山港等一批具有当代国际先进水平的自动化码头工程项目相继开工建设。

(3)2015年，厦门远海自动化码头作为我国首个生产型自动化码头正式投入运营。

(4)2017年5月11日，当今世界最先进、亚洲首个真正意义上的全自动化码头在青岛港成功投产。

(5)2017年12月10H,全球最大单体自动化智能码头和全球综合自动化程度最高的码头——上海洋山港四期码头开港，为实现智慧港口发展目标走出坚实的一步。

目前，我国港口总体上仍处于建设型和资源投入型港口发展阶段，国内大部分港口与欧美发达港口比较，在信息化、智能化、智慧化、绿色环保、供应链与物流服务等方面还有相当差距。

近年来，我国沿海大型枢纽港已敏锐觉察到全球港口•4•国际化、智慧化、绿色化发展的趋势，特别是在智慧港口规划、建设方面加快步伐。

1智慧港口的发展趋势智慧港口不仅是新技术创新应用，更是生产关系的深刻变化,从而带来管理、组织、生产的改革，生产方式与业态的变化。

港口由信息化向智慧化发展是必然趋势，以智慧港口实现创新与突破，是港口转型升级的重要抓手，也是综合软实力的重要标志。

1.1转变港口等相关企业服务理念和运营模式未来一段时期，打造智慧港口、推进智慧港口管理，实现港口资源配置智能化、港口服务敏捷化、生产组织柔性化、物流运作便利化、港产城一体化的发展模式,打造可持续、协调发展的港口组织生态圈，将是大部分的港口企业的战略重点与发展方向。

在智慧港口的发展进程中，自动化、智能化码头是其发展的基石。

未来的自动化码头在控制的自动化、计划的智能化、内外协同的一体化等方面将进一步深入。

1.2智慧港口的码头内部流程和管理职能发生变化自动化码头的生产部门，由于生产实现自动化、智能化，原来码头的泊位、配载、堆场策划以及船舶控制、设备操作等职能已经全部由计算机替代,业务人员的职责主要是监控生产的实时变化，港口科技•智慧港口承担计算机不能处理的协调意外事件等职能。

同样地,对于技术部门而言，服务的专业化将对传统的管理模式产生冲击。

自动化码头核心的2个部门在职能和人员上的巨大变化，将带动码头体制机制的调整。

1.3码头相关的服务企业职能的变化从自动化码头发展的趋势来看，一部分企业功能将会弱化，一部分企业将会调整与港口的协作关系，还可能产生新的业务或公司。

例如:理货业务逐步由机器取代,企业功能会持续弱化;保险业务针对无人作业的码头在保险标准及保险方式上将发生变化；装卸设备供应商将提高对码头技术保障方面的服务范围。

2智慧港口建设存在的问题2.1信息体系架构不适应智慧港口建设目前的自动化码头系统主要构成是码头运营系统(Terminal Operation System,TOS)和设备控制系统(Equipment Control System,ECS)o随着自动化、智能化程度的不断深入,该体系架构存在如下弊端：(1)TOS与ECS相分离，导致系统接口需要承担大量的实时交互任务，从客观上增加系统的压力和并发性问题。

(2)E CS中相关设备的调度缺乏实时的TOS 业务计划信息，导致相关决策无法进一步优化，增加大量的逻辑处理和数据交互，反之亦然□(3)随着港口行业的快速发展,无论是港口企业的统一信息管理平台，还是专业设备供应商的管理平台，若要实现大数据分析及预测，都需要TOS与ECS的深度融合。

(4)港口与港口间、港口与各码头间以及港口内各码头间优势共享需要可以提升整个区域优化算法平台的支持。

2.2信息系统独立分散,资源共享困难智慧港口的核心功能是信息感知、共享和智慧决策。

目前，国内港口各相关单位分别隶属于不同部门，各单位间信息系统相对独立分散，港口船舶、生产、库场、设备、人事、财务、货源等业务管理系统大多未实现集成化和信息共享，系统数据分散导致信息“孤岛”存在，区域物流枢纽数据交换不畅，计算机信息管理系统未能充分发挥智能管控作用,对外信息服务能力较弱,导致在系统应用实施投入大量资金和人力却无法取得相应成效。

部分港口业务管理系统数据库标准不统一，导致信息资源基础不一致，系统升级和二次开发困难，信息资源基础不能适应信息化建设和业务发展需求。

部分港口系统信息采集渠道单一，手段落后，信息量不够全面，传输渠道不畅通.对采集的信息加工处理能力薄弱，使得信息资源潜力无法充分发挥。

2.3对智慧港口建设存在误解现阶段，我国港口信息化发展迅速，港口企业信息化平台可实现生产管理、业务管理、设备管理、库存管理、采购管理、客户关系管理、供应商关系管理等功能。

目前存在一种误解,误认为实现企业0A系统、EDI中心等信息化平台的建设即实现智慧港口，阻碍智慧港口进一步发展。

建设真正的智慧港口不应仅局限于港口信息化，而是将云计算、大数据、无线射频识别技术、自动化装卸设备、地理信息系统等先进的信息技术和自动化技术综合应用于港口物流和生产运营的各个环节.提升效率，为客户提供高质量服务。

3唐山港智慧港口解决方案3.1唐山港发展历程2008年,唐山港京唐港区启动散杂货生产管理系统建设,生产作业调度、运行监控、统计具备一定的信息化基础。

2013年,唐山港自主研发的车辆作业智能管控系统通过融合射频识别、视频监控、无线传输、自动化控制等技术,实现对在港作业车辆的引导、监控，同时实现与外部社会公路收费站联网，使公路集疏运效率总体提升20%,闸口、磅房等关键场所效率提升3倍以上。

2015年,唐山港在网上业务办理平台的基础上，开发推广移动应用“港通宝”，司机、货主通过移动客户端就能随时随地办理业务。

2017年，唐山港智慧港口建设全面发力，集团层面确立“智慧生产、智慧商务、智慧职能”3大板块，各板块齐头并进。

同年，唐山港危险货物智能管理项目入选交通运输部智慧港口示范工程。

2018年，唐山港自动化集装箱码头投入运营。

唐山港散杂货智慧生产项目开始建设。

3.2智慧港口设计原则和建设目标根据行业发展趋势,采用业界规范、标准，以•5•港口科技•智慧港口库场管理为中心、指泊调度为龙头的原则,全面整合港口和物流相关方数据信息，统筹全港生产资 源,充分利用数学模型、算法,强化计划与执行之间的有效协同，从而实现整体港口生产管理的智 慧化。

唐山港智慧生产业务流程与功能模块结构 示意图见图lo中控实时调度、监控 （船舶、场地、设备等 资源实时调度）设备实时调度（桥边设备、 水平碱、咖殳备）.大列作业计划 、火车集疏港计则.嚅位、货种等基础教扌麻货场堆存数据 设备计划数据 作业计划数据 当前作亚毅据J工班作业任务策划［大船作业计孙卜车驳作业计划j图1唐山港智慧生产业务流程与功能模块结构示意图"京唐港区预测、 •大列动恳索统丿亠厂》列预完工时间P遷内线区易态系飆系统UTMIS1、火歸翼划（货场安排原则阡业票定开展人工智能和自动控制技术在港口特定场 景下的研发应用，有效融合管控智能化和装备自动化,建设“能感知、善思考、会动作”的智慧生产 管控系统。

主要包含2大部分:智能调度中心和现场无人操控系统，其中：智能调度中心为“大脑”;无人操作系统为“四肢”。

建立港区调度指挥中心，使资源统一配置、全局优化,生产管理系统 具有预见性、计划性、应急性等特点。

港区内信息 实时交互，设备作业计划动态调整，生产计划与执行宜接对接。

3.3调整传统TOS 与ECS 的独立运行模式取消TOS 与ECS 之间的界限,形成整体的自 动化码头生产运营系统，每个决策或作业过程都在同一个共享的信息交互平台上，相关的算法和数据分析系统根据需要获取实时数据，通过港口 企业范围内甚至是港口间全局优化的决策，结果 再传回码头生产运营系统中。

信息交互平台上的数据和相关算法模型可以 放到云平台中，通过云计算、大数据、移动互联网等技术，使港口相关方可以随时随地利用多种终 端设备,全面融入统一云平台，通过深度互联,使港口网络综合服务云平台最大限度优化整合多方 需求与供给,使各方需求得到快速响应，提高运营 质量。

3.4智能调度（1） 港区级船舶智能调度。

按照一定的靠离泊 规则，由计算机通过算法对全港船舶靠离泊进行 统筹安排。

以泊位利用率达到最大及库场使用成本最低为综合目标进行智慧决策。

唐山港目前41 个作业泊位、每天进出50艘次以上，没有计算机智能辅助很难实现科学决策。

（2） 港区级设备智能调度。

通过全港区设备智 能调度,实现对每台设备状态集中实时监控,实现 任务派工自动化,从而实现设备最低成本配置,提 高港区整体设备利用率，提升作业效率。

（3） 港区级集疏运智能调度。

收集集疏运业务 信息、港内外车辆信息、堆存作业信息。

通过大数（下转第9页）• 6•港口科技•智慧港口大、港区功能结构性调整和转型升级、新技术新工艺的引入以及口岸环境的不断改善，传统堆场策划方式正面临诸多现实挑战，越来越不适应港口发展的需要。

主要表现在:一是难以应对作业高峰的连续冲击；二是难以挖掘和提升堆场设备的整体作业效能;三是难以适应新的口岸政策要求。

自动化的优势在于快速的响应和稳定的高效率，劣势在于各环节严苛的操作标准以及缺乏极限效率冲击能力。

自动化作业恰好是堆场策划方式革新的契机。

分散式堆场策划方式更适合自动化设备的运行特点(作业人员没有生理疲劳期、不会抱怨频繁的跑动和翻捣,速度恒定、效率稳定并及时响应任务指令等)。

五洲码头认为分散式堆场策划方式是与自动化操作匹配最佳的配套工艺，可以此挖掘设备整体的潜力。

五洲码头通过“分级策划”“进出口分区策划”“进出口全场混合策划”等3个阶段24次的参数调整与优化，实现分散式堆场策划方式的革新与稳定运行，从而提高场桥使用均衡度、选位合理性和场地调配的弹性，降低由于进出口比例转换、船舶班期调整等原因对生产作业产生的负面影响，减少装船捣箱总量，进而发挥出自动化轨道桥作业效能整体优势。

4.4操作体制从围绕单一船舶向围绕整体资源的优化配置转变自动化改造后,五洲码头生产、操作、设备JT 等部门均进行深刻的管理变革，以适应全新的自动化生产工艺。