陳 華

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

引言

當(dāng)前智慧港口已成為港口發(fā)展的主要方向，是港口轉(zhuǎn)型升級(jí)和創(chuàng)新發(fā)展的必然趨勢。交通運(yùn)輸部陸續(xù)出臺(tái)了相關(guān)政策，特別是2020年8月出臺(tái)的《關(guān)于推動(dòng)交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》，將技術(shù)創(chuàng)新、提效、增能作為導(dǎo)向，不斷推動(dòng)港口向綠色、智慧、安全的方向轉(zhuǎn)型升級(jí)[1]。

某港圍繞建設(shè)世界一流港口的核心發(fā)展目標(biāo)，打造鐵礦石中轉(zhuǎn)集輸/貿(mào)易核心、煤炭下水/混配核心等多重角色，充分發(fā)揮大宗散貨運(yùn)輸、鐵路集疏運(yùn)以及臨港產(chǎn)業(yè)積聚優(yōu)勢，打造全國最大的大宗散貨集散、混配基地。

智慧港口的規(guī)劃，力求打造符合作業(yè)區(qū)實(shí)際需求的現(xiàn)代化信息系統(tǒng)，提升作業(yè)區(qū)綜合智能管控水平，提高其作業(yè)效率和環(huán)保治理水平，打造散貨業(yè)務(wù)現(xiàn)代運(yùn)輸體系，同時(shí)為全國散貨港口智慧化轉(zhuǎn)型升級(jí)樹立行業(yè)標(biāo)桿，發(fā)揮示范作用。

1 規(guī)劃目標(biāo)

1）構(gòu)建高可用、高容量、高帶寬的南作業(yè)區(qū)一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在建筑單體室內(nèi)、外必要區(qū)域建設(shè)覆蓋 WIFI6的無線網(wǎng)絡(luò)，作為各類設(shè)備終端的聯(lián)網(wǎng)途徑。近期完成南作業(yè)區(qū)部分泊位的 5G試點(diǎn)工作，并逐步覆蓋整個(gè)南作業(yè)區(qū)堆場，實(shí)現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢互補(bǔ)；

2）建設(shè)數(shù)字中臺(tái)，將港口生產(chǎn)管理等系統(tǒng)、工藝流程等設(shè)備的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面整合處理，通過對(duì)上述多類型數(shù)據(jù)信息的分析提煉、形成港口優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)資產(chǎn)，賦能各智慧應(yīng)用，解決數(shù)據(jù)“匯管用”的問題[2]；

3）充分利用自動(dòng)化、機(jī)器視覺、AI、雷達(dá)、激光技術(shù)，實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)、皮帶機(jī)、裝船機(jī)、翻車機(jī)、裝車樓等大型生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)作業(yè)流程的自動(dòng)化；

4）通過建設(shè)智慧生產(chǎn)+調(diào)度、智慧客服+商務(wù)、智慧能源+環(huán)保、智慧安防、智慧設(shè)備、智慧決策支持、智慧航道等十大智慧應(yīng)用，全面覆蓋港口管理及生產(chǎn)經(jīng)營環(huán)節(jié)，優(yōu)化生產(chǎn)作業(yè)流程，提高港口的作業(yè)運(yùn)營能力、物流協(xié)同能力、口岸支持能力、客戶服務(wù)能力，優(yōu)化資源配置；

5）通過南作業(yè)區(qū)的多源數(shù)據(jù)信息的集成，構(gòu)建一個(gè)作業(yè)區(qū)范圍內(nèi)從底層生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)采集、到分析提煉優(yōu)化、再到管理層決策支持的“管控一體化”平臺(tái)。

2 現(xiàn)狀評(píng)估及需求分析

2.1 港區(qū)現(xiàn)狀

南作業(yè)區(qū)以礦石、煤炭、糧食等大宗干散貨為主，現(xiàn)有東作業(yè)區(qū)的煤炭堆場緊鄰旅游風(fēng)景區(qū)和城市居民區(qū)，對(duì)城市環(huán)境和居民生活質(zhì)量造成較大影響。根據(jù)城市總體規(guī)劃的布局要求，某港對(duì)南作業(yè)區(qū)進(jìn)行功能調(diào)整，將南作業(yè)區(qū)定位為以煤炭、礦石等大宗散貨運(yùn)輸為主。港區(qū)規(guī)劃將南作業(yè)區(qū)大宗干散貨運(yùn)輸由東作業(yè)區(qū)、北作業(yè)區(qū)調(diào)整至南作業(yè)區(qū)，配套建設(shè)散貨堆場及進(jìn)出港鐵路專用線等。該舉措既能優(yōu)化港口功能布局，提升大宗散貨運(yùn)輸能力，又能實(shí)現(xiàn)港口為城市讓渡發(fā)展空間、改善生態(tài)環(huán)境的目的，對(duì)推進(jìn)陸海聯(lián)動(dòng)、實(shí)現(xiàn)港產(chǎn)城融合發(fā)展具有重要示范意義。

2.2 港口發(fā)展面臨的形勢和要求

1）國內(nèi)散貨智能化碼頭建設(shè)現(xiàn)狀

目前國內(nèi)散貨碼頭智能化建設(shè)主要體現(xiàn)在設(shè)備單機(jī)自動(dòng)化、智能安防等功能子項(xiàng)的智能化改造，缺乏全局性的智能化建設(shè)頂層設(shè)計(jì)和統(tǒng)一規(guī)劃，基于港口大數(shù)據(jù)分析整合的作業(yè)場區(qū)整體智能規(guī)劃、智能決策支持、管控一體化等方面的建設(shè)還主要處在探索階段。

2）智能化碼頭新技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用趨勢

本次智慧港口規(guī)劃全面分析智慧港口相關(guān)前沿技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、可靠性，并將其應(yīng)用在南作業(yè)區(qū)的智能化建設(shè)中，包括北斗高精度定位、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、5G網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)智能感知、云計(jì)算、數(shù)字孿生、全景可視化、地理信息系統(tǒng)（GIS）、建筑信息模型（BIM）、人工智能（AI）、大數(shù)據(jù)等技術(shù)。

3 總體規(guī)劃

3.1 總體架構(gòu)

南作業(yè)區(qū)智慧港口規(guī)劃主要包括應(yīng)用架構(gòu)、數(shù)字中臺(tái)、技術(shù)架構(gòu)、基礎(chǔ)設(shè)施、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、安全保障等部分，如圖1。

南作業(yè)區(qū)智能化項(xiàng)目核心在于構(gòu)建一套適應(yīng)現(xiàn)代散雜貨港口發(fā)趨勢、突破傳統(tǒng)散雜貨港口作業(yè)模式的全新港口智能化系統(tǒng)。此系統(tǒng)將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI人工智能、5G等新型基礎(chǔ)設(shè)施（“新基建”）與生產(chǎn)業(yè)務(wù)融合，創(chuàng)新生產(chǎn)作業(yè)流程及資源配置，顯著提高港口的作業(yè)運(yùn)營能力、物流協(xié)同能力、口岸支持能力，實(shí)現(xiàn)碼頭運(yùn)營數(shù)字化、集團(tuán)管控一體化、決策支持可視化、集成服務(wù)便捷化，助力某港打造全國領(lǐng)先的基于“5G+數(shù)字中臺(tái)+AI”的智能化碼頭。智能化項(xiàng)目總體建設(shè)思路為分步實(shí)施，急用先行。結(jié)合項(xiàng)目各組成部分之間先后順序關(guān)系，業(yè)務(wù)發(fā)展需求的重要緊迫程度，從而明確項(xiàng)目建設(shè)期的實(shí)施演進(jìn)原則、策略和實(shí)施路徑。

圖1 南作業(yè)區(qū)智慧港口規(guī)劃總體架構(gòu)圖

3.2 規(guī)劃定位

以新一代信息技術(shù)與港口行業(yè)的深度融合為核心，以設(shè)備自動(dòng)化、應(yīng)用智能化、管控一體化為目標(biāo)；以全過程資源共享、業(yè)務(wù)協(xié)同、管理創(chuàng)新、應(yīng)急處置為重點(diǎn)；以智能化、信息化推動(dòng)散雜貨碼頭轉(zhuǎn)型升級(jí)，樹立散貨港口智能化新標(biāo)桿。

3.3 規(guī)劃內(nèi)容

智能化項(xiàng)目總體建設(shè)思路為分步實(shí)施，急用先行。結(jié)合目標(biāo)各組成部分之間先后順序關(guān)系，以及業(yè)務(wù)發(fā)展需求的重要緊迫程度，明確建設(shè)期的目標(biāo)實(shí)施演進(jìn)原則、策略和建設(shè)實(shí)施路徑。

1）標(biāo)準(zhǔn)先行——總體規(guī)劃設(shè)計(jì)

保證異構(gòu)系統(tǒng)間的資源共享和業(yè)務(wù)協(xié)同是南作業(yè)區(qū)智能化建設(shè)的基礎(chǔ)，須建立數(shù)據(jù)信息標(biāo)準(zhǔn)體系，構(gòu)建一體化的數(shù)據(jù)信息標(biāo)準(zhǔn)和使用規(guī)范，為港區(qū)內(nèi)各個(gè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)部門以及不同類型應(yīng)用管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)交互提供可靠保障[3]。

2）全面感知——1張網(wǎng)建設(shè)

通過工業(yè)有線網(wǎng)絡(luò)、5G、WiFi6等技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)南作業(yè)區(qū)的全面感知1張網(wǎng)建設(shè)。全面感知是提升散貨港區(qū)智慧化水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，全面感知是實(shí)現(xiàn)對(duì)散貨港區(qū)人、設(shè)備、作業(yè)的綜合探知，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地獲取散貨港區(qū)狀態(tài)信息、狀態(tài)變化、態(tài)勢需求，形成以安全性和高可靠性為前提的控制網(wǎng)、視頻網(wǎng)、生產(chǎn)網(wǎng)、辦公網(wǎng)、運(yùn)維網(wǎng)等四位一體的“一張網(wǎng)”。

3）深度融合——1個(gè)平臺(tái)建設(shè)

整合信息資源，創(chuàng)建一個(gè)港口全鏈條的智慧物流管理（數(shù)據(jù)即服務(wù)）大數(shù)據(jù)平臺(tái)，該平臺(tái)通過多類型數(shù)據(jù)算法的挖掘分析，提升港區(qū)內(nèi)外部數(shù)據(jù)信息資源的深度融合水平，為港區(qū)提供智能決策支持。

4）智能應(yīng)用——N項(xiàng)應(yīng)用和3個(gè)中心

根據(jù)智能化應(yīng)用需求確立起智慧生產(chǎn)+調(diào)度、智慧客服+商務(wù)、智慧能源+環(huán)保、智慧安防、智慧設(shè)備、智慧決策支持、智慧航道等多項(xiàng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)南作業(yè)區(qū)生產(chǎn)智能化，客戶服務(wù)立體化，與關(guān)聯(lián)單位物流服務(wù)協(xié)同化，與監(jiān)管機(jī)構(gòu)監(jiān)管聯(lián)動(dòng)化。同時(shí)建設(shè)南作業(yè)區(qū)的生產(chǎn)指揮中心、綜合集控中心、環(huán)保智能管控中心。

5）信息安全——信息安全體系建設(shè)

根據(jù)南作業(yè)區(qū)生產(chǎn)運(yùn)營所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息特點(diǎn)，對(duì)南作業(yè)區(qū)信息安全進(jìn)行體系化建設(shè)，包括所有生產(chǎn)管理平臺(tái)、數(shù)據(jù)計(jì)算平臺(tái)、各個(gè)功能應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)、作業(yè)區(qū)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等，對(duì)南作業(yè)區(qū)生產(chǎn)運(yùn)營的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，搭建起一套信息安全防護(hù)機(jī)制，以滿足管理層及現(xiàn)場操作層對(duì)數(shù)據(jù)信息的要求，保證集團(tuán)公司生產(chǎn)作業(yè)、流程管理、商務(wù)及物流管理等子系統(tǒng)的安全。

6）機(jī)制完善——協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略

在項(xiàng)目建設(shè)階段，形成智慧港口的全生命周期管理的機(jī)制，包括：整體管理、范圍管理、進(jìn)度管理、風(fēng)險(xiǎn)管理、變更管理、質(zhì)量管理等。

7）“1張網(wǎng)”——基礎(chǔ)設(shè)施

使用工業(yè)有線網(wǎng)絡(luò)、5G、WiFi6等技術(shù)，建設(shè)南作業(yè)區(qū)“一張網(wǎng)”。連接南作業(yè)區(qū)所有的設(shè)備、儀表、系統(tǒng)、人員，形成“萬物感知”的港口工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。

8）“1個(gè)平臺(tái)”——數(shù)字化平臺(tái)

數(shù)字化平臺(tái)采用數(shù)字中臺(tái)架構(gòu)，突破傳統(tǒng)單垂直化業(yè)務(wù)系統(tǒng)模式，應(yīng)用一種分層構(gòu)建的平臺(tái)化、組件化應(yīng)用構(gòu)建模式，形成一個(gè)數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)的調(diào)度與運(yùn)營中心，即數(shù)字中臺(tái)將港口生產(chǎn)管理等系統(tǒng)、工藝流程等設(shè)備的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面整合處理，通過對(duì)上述多類型數(shù)據(jù)信息的分析提煉、形成港口優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)資產(chǎn)，賦能各智慧應(yīng)用，解決數(shù)據(jù)“匯管用”的問題，技術(shù)迭代升級(jí)更高效，服務(wù)擴(kuò)展更便捷。

9）南作業(yè)區(qū)中央控制室

圖2 中央控制室示意圖

3.4 整體框架

平臺(tái)主服務(wù)器可直接連接港口集團(tuán)私有云、碼頭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，并通過物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議訪問物聯(lián)網(wǎng)傳感器，從而訪問各種多源異構(gòu)數(shù)據(jù)。主服務(wù)器支撐各種終端：web、大屏、移動(dòng)端（app）通過公有云（限定訪問數(shù)據(jù)的權(quán)限）間接訪問主服務(wù)器。

圖3 南作業(yè)區(qū)智慧港口規(guī)劃物理框架圖

3.5 實(shí)施計(jì)劃

1）智慧生產(chǎn)

A、堆場作業(yè)自動(dòng)化

近期：數(shù)字堆場、堆場GIS系統(tǒng)和設(shè)備高精度定位、單機(jī)防碰撞系統(tǒng)、堆取料機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。

遠(yuǎn)期：利用AI機(jī)器學(xué)習(xí)及系統(tǒng)仿真技術(shù)對(duì)堆場生產(chǎn)作業(yè)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真及調(diào)優(yōu)。通過作業(yè)過程的實(shí)時(shí)糾偏對(duì)生產(chǎn)推演的結(jié)果進(jìn)行兌現(xiàn)分析并做到持續(xù)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)自動(dòng)化作業(yè)控制的自學(xué)習(xí)，不斷提高方案的運(yùn)行效率。

B、裝卸作業(yè)自動(dòng)化

近期：遠(yuǎn)控化裝船機(jī)、皮帶機(jī)智能控制、卸船機(jī)自動(dòng)化、AIS船舶動(dòng)態(tài)跟蹤、單機(jī)作業(yè)效率分析系統(tǒng)。

遠(yuǎn)期：半自動(dòng)化裝船，通過在溜筒處安裝多組艙口掃描激光雷達(dá)等各類監(jiān)測手段，實(shí)現(xiàn)多數(shù)場景下的自動(dòng)裝船作業(yè)。門機(jī)半自動(dòng)化控制，通過激光雷達(dá)、CMS系統(tǒng)、智能算法等手段實(shí)現(xiàn)大部分作業(yè)過程的自動(dòng)化控制。

C、調(diào)度作業(yè)智能化

智能調(diào)度管理系統(tǒng)、作業(yè)可視化系統(tǒng)。

D、智能化作業(yè)推演

近期：智能排程系統(tǒng)。

遠(yuǎn)期：AI仿真推演系統(tǒng)。

2）智慧商務(wù)

近期：網(wǎng)上營業(yè)廳、大宗現(xiàn)貨交易電商平臺(tái)。

遠(yuǎn)期：物流金融服務(wù)平臺(tái)。

3）智慧能源

近期：基于智慧能源管理平臺(tái)進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析，如分析單機(jī)、單流程、單班次的能耗信息等。

遠(yuǎn)期：勢能復(fù)用。

4）智慧環(huán)保

清潔能源、再生能源的使用，統(tǒng)一規(guī)劃重要監(jiān)測點(diǎn)并部署前端智能環(huán)境監(jiān)測設(shè)備和傳感器進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測組網(wǎng)。

5）智慧安防

近期：實(shí)現(xiàn)對(duì)人、車和指定區(qū)域根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的事前權(quán)限的自動(dòng)下發(fā)；實(shí)現(xiàn)GIS可視化綜合安防一張圖。

遠(yuǎn)期：根據(jù)發(fā)展趨勢，可引入與安防平臺(tái)聯(lián)動(dòng)的安防巡檢機(jī)器人或無人安防小車。

6）智慧設(shè)備

近期：采用巡檢機(jī)器人等方式進(jìn)行設(shè)備巡檢，縮短巡檢周期，加強(qiáng)巡檢準(zhǔn)確率，完善智能化巡檢手段。

遠(yuǎn)期：利用AI機(jī)器學(xué)習(xí)及系統(tǒng)仿真，建立設(shè)備故障知識(shí)庫，建立設(shè)備運(yùn)行趨勢模型，最終達(dá)到對(duì)故障進(jìn)行智能診斷和預(yù)見性故障分析，最大程度減少設(shè)備故障發(fā)生率和停機(jī)時(shí)間。

7）智慧決策支持

近期：生產(chǎn)作業(yè)效率分析、散貨港區(qū)生產(chǎn)作業(yè)管理駕駛艙。

遠(yuǎn)期：利用數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行港機(jī)設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和維護(hù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的健康監(jiān)測和維護(hù)。

8）智慧監(jiān)管聯(lián)動(dòng)

海關(guān)聯(lián)動(dòng)監(jiān)管邊防及其它聯(lián)動(dòng)監(jiān)管。

9）智慧基礎(chǔ)設(shè)施

通過數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和優(yōu)化流程，使分散的碼頭資源形成整體，實(shí)現(xiàn)對(duì)港區(qū)設(shè)備、堆場信息、碼頭作業(yè)、灑水作業(yè)實(shí)時(shí)智能化監(jiān)測。

10）智慧物流

物流協(xié)同平臺(tái)。

4 結(jié)語

在全國建設(shè)智慧綠色港口的大背景下，某港南作業(yè)區(qū)智慧港口規(guī)劃建設(shè)著重突出智慧港口頂層設(shè)計(jì)的重要性，并在頂層設(shè)計(jì)的指引下探尋散貨港區(qū)智慧建設(shè)的新理念、新路徑，助力某港打造真正意義上的安全、智慧、綠色、高效、先進(jìn)的智慧散貨港區(qū)。