顏銀慧

隨著集裝箱船舶大型化和世界經(jīng)濟一體化趨勢日益明顯，港口之間的競爭日趨激烈，集裝箱碼頭不斷引進和應用先進的信息通信技術，以增強碼頭信息處理能力，優(yōu)化碼頭作業(yè)流程，提升碼頭裝卸效率和核心競爭力。集裝箱碼頭操作系統(tǒng)是碼頭主要的信息技術系統(tǒng)和碼頭生產(chǎn)管理的核心系統(tǒng)，其主要任務是指導和輔助碼頭組織高效、合理的生產(chǎn)計劃和控制，實時、準確地記錄和存儲碼頭作業(yè)過程中的關鍵數(shù)據(jù)，科學、有效地分配資源，為碼頭生產(chǎn)決策提供完備的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和信息分析，從而確保碼頭作業(yè)計劃有據(jù)、指揮有方、監(jiān)管有力、操作有序。本文在介紹集裝箱碼頭操作系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，分析其借助現(xiàn)代科學技術朝圖形化、自動化、集成化和智能化方向發(fā)展的趨勢。

1 集裝箱碼頭操作系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 集裝箱碼頭操作系統(tǒng)主要供應商

1.1.1 全球四大供應商

（1）美國Navis公司 Navis公司總部位于加利福尼亞州奧克蘭市，主要為海運碼頭和其他貨運機構提供合適的解決方案。該公司成立于 1988 年，是全球首家提供自動化集裝箱碼頭管理系統(tǒng)的公司，目前有正式員工330多名，2011年營業(yè)額接近萬美元。2007年12月，該公司被Zebra集團以1.45 億美元收購；2011年1月，Zebra集團將Navis公司以1.9億美元的價格賣給芬蘭的Cargotec集團。Cargotec集團是世界領先的貨物裝卸方案供應商，旗下品牌包括希爾博（Hiab）、卡爾瑪（Kalmar）和麥基嘉（MacGegor）。

（2）美國Tideworks技術公司 Tideworks技術公司原為Carrix公司（控股美國最大集裝箱碼頭營運商SSA Marine）下屬的信息技術部門，1999年脫離母公司成為獨立的信息技術公司，致力于為海運和多式聯(lián)運碼頭提供完整的技術解決方案。該公司總部位于華盛頓州西雅圖市，目前有正式員工超過200人，在全球擁有90多家客戶和超過5萬多個使用者。

（3）韓國Total Soft Bank（TSB）公司 TSB公司成立于1988 年，主要面向航運、港口行業(yè)提供解決方案。TSB公司早期用微軟VB編程語言開發(fā)的碼頭自動作業(yè)系統(tǒng)CATOS目前仍在一些碼頭使用；2004年6月，TSB公司采用J2EE技術為香港現(xiàn)代貨箱碼頭有限公司開發(fā)了新一代碼頭管理系統(tǒng)MOTOS；2010年，為提高系統(tǒng)開發(fā)效率和增強系統(tǒng)的可維護性，TSB公司將MOTOS的部分模塊改用.NET技術開發(fā)。

（4）比利時COSMOS公司 COSMOS公司原為比利時碼頭營運商Hessenatie的信息技術部門，早在20世紀80年代便已開始開發(fā)碼頭操作系統(tǒng)，自1992 年開始以獨立公司形式運作。2002年，比利時碼頭運營商Hessenatie與NoordNatie合并成為HesseNordNatie（簡稱HNN）；同年，新加坡國際港務集團有限公司（以下簡稱新加坡港務集團）通過收購HNN 80%的股份成為COSMOS公司的實際擁有者。

1.1.2 客戶分布情況

根據(jù)各供應商官方網(wǎng)站公布的信息統(tǒng)計，目前Navis公司有200多家客戶，Tideworks技術公司有90多家客戶，TSB公司有70多家客戶，COSMOS公司有60多家戶，澳大利亞Realtime Business Solution（RBS）公司有20多家客戶。

1.2 主要集裝箱碼頭操作系統(tǒng)產(chǎn)品

目前全球范圍內(nèi)的集裝箱碼頭操作系統(tǒng)產(chǎn)品可分為以下兩類：

（1）由第三方軟件公司開發(fā)的產(chǎn)品，主要有Navis公司研發(fā)的SPARCS和Express系統(tǒng)、TSB公司開發(fā)的碼頭自動作業(yè)系統(tǒng)、RBS公司研發(fā)的碼頭營運管理系統(tǒng)以及煙臺華東電子軟件技術有限公司研發(fā)的計算機智能碼頭操作系統(tǒng)；

（2）由碼頭運營商下屬信息技術部門或下屬公司開發(fā)的產(chǎn)品，主要供集團內(nèi)部碼頭使用，個別產(chǎn)品也賣給其他碼頭，這類產(chǎn)品主要有Tideworks技術公司開發(fā)的Mainsail Vanguard系統(tǒng)、COSMOS公司研發(fā)的集裝箱碼頭控制系統(tǒng)、新加坡港務集團下屬Portnet公司研發(fā)的計算機智能碼頭操作系統(tǒng)、和記黃埔港口集團研發(fā)的新一代碼頭管理系統(tǒng)、韓進集團下屬CyberLogitec公司研發(fā)的OPUS系統(tǒng)、上海港集團下屬海勃物流公司研發(fā)的碼頭營運管理系統(tǒng)以及招商局國際下屬招商國際信息公司研發(fā)的CMPort碼頭操作系統(tǒng)等。

目前Navis公司開發(fā)的SPARCS系統(tǒng)最高版本為3.7，用C++開發(fā)；Express系統(tǒng)采用Oracle Forms技術開發(fā)。由于客戶與系統(tǒng)源代碼一一對應，隨著客戶數(shù)量增多，受SPARCS和Express兩大模塊架構的局限，系統(tǒng)無法快速響應客戶的客制化和日常維護需要；因此，Navis公司于2006年打造一體化系統(tǒng)SPARCS N4。SPARCS N4是包含SPARCS和Express功能的一體化碼頭操作系統(tǒng)，基于J2EE技術開發(fā)，當前版本為2.5，目前在全球已經(jīng)有100多家客戶。

COSMOS公司研發(fā)的集裝箱碼頭操作系統(tǒng)基于國際商業(yè)機器公司生產(chǎn)的AS/400主機研發(fā)而成，部分模塊提供仿真終端供用戶使用，部分模塊使用客戶端，開發(fā)語言主要為RPG和Visual Foxpro，其程序架構和開發(fā)語言目前都不是市場主流。2008年12月，COSMOS公司宣布未來的產(chǎn)品開發(fā)將主要滿足其股東的需求，不再為股東之外的碼頭提供升級服務；2011年6月，COSMOS公司改變之前的決定，開始實施CSR計劃，計劃花5年時間分2個階段應用J2EE和Database技術重新開發(fā)全新的碼頭操作系統(tǒng)，新系統(tǒng)將在比利時安特衛(wèi)普港的新加坡港務集團碼頭經(jīng)過測試并驗證可行后，重新向股東之外的客戶提供升級服務。

2 集裝箱碼頭操作系統(tǒng)主要模塊

2.1 Navis系統(tǒng)的主要模塊

Navis系統(tǒng)主要由Express和SPARCS兩大子系統(tǒng)組成。Express為箱務信息管理模塊，提供閘口、船舶、列車卡、辦單、電子數(shù)據(jù)交換、集裝箱貨運站和集裝箱等信息查詢和錄入，有助于碼頭提高服務水平；SPARCS 為通過無線網(wǎng)絡對船舶、堆場、列車卡和作業(yè)設備等進行實時圖形化計劃和控制模塊。SPARCS 與Express共享實時信息，并提供多種接口以集成各種新技術，具有良好的伸縮性（如在堆場空間、船舶大小和設備數(shù)量等方面），也可以用于管理冷藏集裝箱和危險貨物集裝箱。

SPARCS系統(tǒng)中的高級模塊主要包括集卡調(diào)度模塊、專家找位模塊和自動配載模塊。集卡調(diào)度模塊基于總體成本最小的原則動態(tài)地為集卡分配作業(yè)指令，有利于減少集卡空載率，提高集卡利用率；專家找位模塊通過綜合考慮集裝箱信息、作業(yè)設備位置、堆場層高和進出口集裝箱分組等近60條業(yè)務規(guī)則，為通過閘口、船舶、列車卡進入堆場的集裝箱分配最優(yōu)場位，有利于提升堆場使用率，減少翻箱次數(shù)，提高堆場作業(yè)效率；自動配載模塊用于分析配載因素（如卸貨港、集裝箱總質(zhì)量和箱型等）、堆場限制和作業(yè)規(guī)則，通過建立數(shù)學模型和運用優(yōu)化理論合理配載集裝箱船舶，有利于節(jié)省配載計劃時間，降低翻箱率，提高船舶作業(yè)效率。此外，港口社區(qū)平臺為集裝箱供應鏈上各單位提供網(wǎng)站信息瀏覽和查詢服務，主要功能包括獲取報表（如閘口作業(yè)、集裝箱信息、辦單信息報表等）、錄入鎖箱和放行信息、上傳和下載電子數(shù)據(jù)交換文件、自動發(fā)送郵件通知、在線支付作業(yè)費用等。

2.2 Tideworks系統(tǒng)的主要模塊

（1）Mainsail模塊 該模塊主要用于閘口、堆場和船舶的實時庫存管理，其功能包括：提供靈活的工作流工具，為客戶提供方便的網(wǎng)絡在線信息查詢；提供系統(tǒng)接口，實現(xiàn)與碼頭外圍系統(tǒng)的無縫對接；提供完整靈活的報表功能。

（2）Spinnaker模塊 該模塊為船舶和堆場管理的圖形化模塊，其功能包括：通過圖形化計劃工具實時瀏覽和獲取船舶、堆場、閘口和鐵路運輸信息；提供電子數(shù)據(jù)收發(fā)預配和實配計劃；實現(xiàn)接口與差分全球定位系統(tǒng)、手持終端、車載終端的信息交互。

（3）GateVision模塊 該模塊通過單一用戶界面集成拖車司機與閘口工作人員的語音、視頻信息，有助于提高閘口處理速度，節(jié)省操作成本。

（4）設備控制模塊 該模塊是靈活的隊列管理工具，通過與Spinnaker計劃模塊無縫對接，實現(xiàn)對閘口、岸邊、堆場和鐵軌區(qū)域作業(yè)設備的動態(tài)調(diào)度，具有用戶界面直觀和遠程版本控制等特點。

（5）預告模塊 該模塊主要用作港口社區(qū)網(wǎng)絡門戶，為集卡公司、報關行等港口社區(qū)用戶提供信息查詢以及郵件提醒和預錄入信息預審等公共信息服務。

2.3 COSMOS系統(tǒng)的主要模塊

（1）船舶計劃模塊 該模塊通過利用預配信息以及船舶穩(wěn)定性、目的港及集裝箱總質(zhì)量等信息，優(yōu)化裝卸船舶計劃，以降低堆場翻箱率。

（2）場位安排模塊 該模塊通過定義相關規(guī)則和作業(yè)因素，基于運輸距離最短及箱型等分組規(guī)則，自動為集裝箱在堆場分配最佳場位。

（3）設備控制模塊 該模塊基于操作成本最小的原則，為作業(yè)設備分配最優(yōu)作業(yè)指令。

（4）箱務信息模塊 該模塊通過記錄和跟蹤碼頭操作過程中的集裝箱信息，對集裝箱信息預錄入、集裝箱鎖定和放行、閘口作業(yè)及集裝箱信息報表等進行管理。

（5）場站管理模塊 該模塊管理和記錄集裝箱場站的拆裝箱作業(yè)。

（6）電子數(shù)據(jù)交換模塊 該模塊支持UN/EDIFACTs和ANSI X.12等報文信息。

（7）計費模塊 該模塊基于箱務信息模塊記錄的集裝箱處理數(shù)據(jù)自動計費并生成發(fā)票。

（8）閘口系統(tǒng)模塊 該模塊對進出閘口的集裝箱和車輛進行高清攝像，并運用先進的字符識別技術進行箱號和車牌識別，以提高閘口通過效率。

2.4 TSB系統(tǒng)的主要模塊

（1）計劃模塊 該模塊主要用于作業(yè)資源、堆場、船舶和列車卡等計劃管理。

（2）操作模塊 該模塊主要用于電子信息交換、閘口作業(yè)（包括冷藏集裝箱管理和作業(yè)控制等）和堆場作業(yè)管理等。

（3）操作管理模塊 該模塊的功能包括計費、信息統(tǒng)計、設備維護等。

（4）普通管理模塊 該模塊主要用于員工個人信息和工資管理、財務信息管理等。

（5）自動配載計劃模塊 該模塊通過綜合考慮船上貝位信息和堆場集裝箱信息，自動生成配載計劃并以圖形化形式展示配載結果。

（6）起重設備模擬器模塊 該模塊基于虛擬技術，通過集成運動系統(tǒng)和指令系統(tǒng)模擬碼頭作業(yè)場景，并可以協(xié)助碼頭橋吊司機培訓工作。

3 集裝箱碼頭操作系統(tǒng)發(fā)展趨勢

現(xiàn)代集裝箱碼頭操作系統(tǒng)的技術發(fā)展特點表現(xiàn)為：綜合應用先進信息和通信技術發(fā)展成果，結合碼頭用戶的實際需求，不斷提高碼頭的生產(chǎn)和管理水平；作為集裝箱碼頭信息技術系統(tǒng)的核心，助力打造信息化、網(wǎng)絡化、自動化、智能化和低碳化的現(xiàn)代化碼頭。未來集裝箱碼頭操作系統(tǒng)的進一步發(fā)展依然離不開現(xiàn)代科學技術的支撐。

3.1 圖形化技術

隨著計算機性能的提高，未來集裝箱碼頭操作系統(tǒng)的界面圖形化功能將進一步增強，船舶和堆場將呈3D圖形化展示；隨著移動通信網(wǎng)絡從2G和3G向4G發(fā)展，無線網(wǎng)絡將能滿足移動商務對數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。此外，碼頭作業(yè)移動終端的功能和性能將得到極大提升，手持終端（如岸邊理貨手持終端、集卡終端和場橋終端等）的圖形化展示將得到進一步優(yōu)化。

3.2 集成優(yōu)化技術

當前集裝箱碼頭普遍應用優(yōu)化技術對生產(chǎn)作業(yè)進行科學決策，以提升設備利用率和堆場使用率。但是，目前集裝箱碼頭操作系統(tǒng)供應商提供的優(yōu)化模塊往往比較孤立，且人為假設的作業(yè)條件較為理想化，具體表現(xiàn)為：集卡調(diào)度未考慮與岸橋、場橋的協(xié)同作業(yè)，雖然集卡空載率有所降低，但可能導致堆場和岸邊交通擁擠，不能有效提高碼頭作業(yè)效率；配載計劃未考慮設備調(diào)度，可能導致翻箱次數(shù)增多。未來集裝箱碼頭操作系統(tǒng)設計將更加注重作業(yè)設備調(diào)度的集成優(yōu)化和整體優(yōu)化、裝卸計劃與調(diào)度的集成優(yōu)化、機器學習等人工智能技術在碼頭作業(yè)優(yōu)化方面的應用等。

3.3 云技術

云技術是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關軟件服務設計、使用和交付，其應用模式包括基礎設施即服務、平臺即服務和軟件即服務。軟件即服務的特點是用戶不需要購置軟件，只須根據(jù)自己的具體需求租用軟件的特定模塊功能（或若干模塊的集合）。軟件即服務模式一方面降低用戶購買軟件的成本，另一方面為企業(yè)配置軟件資源提供更大靈活性，企業(yè)可根據(jù)自身業(yè)務情況增減用戶規(guī)模和系統(tǒng)功能范圍。由于其相互間在地理位置上距離較近，同一港區(qū)的多個碼頭可以基于云技術共同使用同一套操作系統(tǒng)。對于小型碼頭來講，單獨購置操作系統(tǒng)的成本不菲，通過軟件即服務方式按需購買服務有利于節(jié)省碼頭的信息技術成本。

3.4 物聯(lián)網(wǎng)、無線射頻識別和智能集裝箱技術

物聯(lián)網(wǎng)是以無線射頻識別系統(tǒng)為基礎，結合已有的網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫、中間件等技術，由大量聯(lián)網(wǎng)閱讀器和移動標簽組成的比互聯(lián)網(wǎng)更為龐大的網(wǎng)絡。借助無線射頻識別技術，集裝箱碼頭操作系統(tǒng)通過中間件可以自動和實時地識別、定位、追蹤、監(jiān)控和觸發(fā)相應事件。例如，通過應用無線射頻識別技術，可以讀取出入閘口集卡的信息、實時監(jiān)控冷藏集裝箱、實現(xiàn)作業(yè)指令的自動確認、提高碼頭作業(yè)安全等。

3.5 商務智能和數(shù)據(jù)挖掘技術

商務智能技術是用于處理海量數(shù)據(jù)的技術，基于計算機軟硬件、網(wǎng)絡、通信、決策等多種成熟技術發(fā)展而成，該技術的應用需要從多種數(shù)據(jù)資源（數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫、網(wǎng)絡網(wǎng)頁等）中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，而這主要依賴數(shù)據(jù)挖掘技術來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)挖掘技術的應用目的是要從大量數(shù)據(jù)中挖掘出隱含的、未知的、對決策有價值的知識和規(guī)則。商務智能和數(shù)據(jù)挖掘技術在集裝箱碼頭的應用目標為：融合碼頭生產(chǎn)和管理的成功經(jīng)驗， 實時統(tǒng)計碼頭作業(yè)數(shù)據(jù)；探索建立科學的碼頭關鍵績效指標，針對不同崗位和需求進行圖形化展示，對異常指標進行提示和預警；深層次挖掘碼頭作業(yè)歷史數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分布規(guī)律，提煉成功經(jīng)驗，形成指導碼頭實際生產(chǎn)和運營的專家知識庫，以實現(xiàn)碼頭精細化管理和成本管控。

3.6 全球定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)技術

除在運輸管理、電子港圖和途中監(jiān)管等領域發(fā)揮作用外，全球定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)技術還在集裝箱精確定位、集卡全場調(diào)度、作業(yè)設備行車導航、碼頭作業(yè)優(yōu)化等領域發(fā)揮巨大作用。借助全球定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)的定位和地理信息，集裝箱碼頭操作系統(tǒng)中的設備調(diào)度等智能化模塊的優(yōu)化效果進一步提升，圖形化效果進一步增強，有助于為碼頭提供及時、科學的作業(yè)操作指導。

3.7 自動化技術

隨著科學技術不斷發(fā)展和人力成本不斷攀升，自動化已經(jīng)成為世界集裝箱碼頭的發(fā)展趨勢，為此，國際領先集裝箱碼頭紛紛購買自動化碼頭作業(yè)設備，如自動堆場起重機、無人搬運車等。由此可以預見，為便于應用自動化作業(yè)設備，未來集裝箱碼頭操作系統(tǒng)將提供更加靈活的系統(tǒng)接口，自動收集碼頭作業(yè)信息，實時監(jiān)控作業(yè)設備，動態(tài)地為作業(yè)設備分配最優(yōu)作業(yè)指令，從而使碼頭充分發(fā)揮自動化設備作業(yè)效率，實現(xiàn)核心競爭力的提升。

3.8 仿真技術

港口物流的復雜性決定了單純依靠經(jīng)驗進行相關決策存在一定缺陷性。通過建立合理的數(shù)學模型，對影響決策的因素進行重要性分析，模擬作業(yè)設備的運行和作業(yè)流程，運用現(xiàn)代仿真技術（如多代理技術、離散并行系統(tǒng)技術等）模擬港口作業(yè)，有利于碼頭快速驗證和評估決策；同時，運用虛擬現(xiàn)實、多層次細節(jié)等計算機圖形技術對作業(yè)過程進行三維圖形化展示，支持作業(yè)場景回放，有利于直觀分析和科學決策。此外，碼頭作業(yè)仿真系統(tǒng)還可以用于設備選型、碼頭建設或改建規(guī)劃等領域。

4 結束語

隨著現(xiàn)代信息技術的不斷創(chuàng)新和發(fā)展以及港口碼頭對現(xiàn)代科學技術的創(chuàng)新應用，未來集裝箱碼頭操作系統(tǒng)的圖形化展示將更加逼真，與外圍系統(tǒng)的可集成能力將更加強大，仿真速度將更快，信息交換和刷新速度將進一步提高，基于優(yōu)化技術的智能化程度也將進一步提升。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2013-11-20）