◎ 章建設(shè) 付光中 杜軍 錢懿佳 易少東

1.廣東省湛江市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督標準與編碼所；2.廣東海洋大學

1.客貨滾裝智慧港口的概念界定

智慧港口是以物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、智能感知、大數(shù)據(jù)、云計算等為代表的新一代信息技術(shù)與現(xiàn)代港口服務和監(jiān)管深度融合的產(chǎn)物，是現(xiàn)代港口信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化的重要載體，也是港口行業(yè)新一輪競爭的制高點。智慧港口建設(shè)，正成為現(xiàn)代港口企業(yè)競爭的新賽道、港口物流產(chǎn)業(yè)布局的新方向、港口上下游物流鏈爭奪的新焦點。智慧港口是“互聯(lián)網(wǎng)+便捷交通”在國務院《“十三五”現(xiàn)代綜合交通運輸體系發(fā)展規(guī)劃》中的重要內(nèi)容，是貫徹落實交通運輸部《交通運輸信息十三五規(guī)劃》的重要體現(xiàn)，對于發(fā)揮信息化引領(lǐng)和支撐作用，加快港口信息化、智能化進程，促進港口提質(zhì)增效升級，具有重要意義。

客貨滾裝智慧港口是為了滿足客貨滾裝港口網(wǎng)絡化、數(shù)字化、智能化要求，構(gòu)建集安檢、計重、售票、裝車、票務控制為一體的智能管理系統(tǒng)，支撐港口資源的靈活供應和高效配置，進而實現(xiàn)港口客貨滾裝服務和監(jiān)控全過程的自動化和智能化。

2.客貨滾裝智慧港口建設(shè)相關(guān)的國內(nèi)研究概況

張矢宇（2010）在國內(nèi)最先提出全球的部分大型港口正在從第二代港口向第三代港口轉(zhuǎn)型，即智能港口[1]。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的逐步發(fā)展，智能港口正在逐步將互聯(lián)網(wǎng)等新一代技術(shù)融入港口系統(tǒng)建設(shè)中，張曉（2012）提出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在港口服務系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、區(qū)港聯(lián)動等方面的應用[2]。接著，部分學者開始探究其智慧港口建設(shè)的系統(tǒng)架構(gòu)并對系統(tǒng)架構(gòu)中各組成部分實現(xiàn)的功能進行了研究（包雄關(guān)，2013[3]）。隨著港口建設(shè)邁入了起步階段，技術(shù)的逐步成熟，智慧港口建設(shè)也逐漸配備了移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（孫子安，2014[4]）、數(shù)據(jù)鏈技術(shù)（李可學，2013[5]）、AI、人工智能、5G（孟月，2022[6]）等新一代技術(shù)。孫浩（2018）[7]基于智慧港口的概念探究了天津滾裝港口的智慧化路徑。王東魁等（2019）提出應結(jié)合BIM技術(shù)建設(shè)客貨滾裝智慧港口以克服現(xiàn)階段港口存在的不足與問題[8]。魏世橋等（2020）則提出了客貨滾裝數(shù)字孿生港口的概念與運行機制[9]。

3.客貨滾裝智慧港口建設(shè)的國內(nèi)外現(xiàn)狀

現(xiàn)如今，世界各地的戰(zhàn)略要地為應對經(jīng)濟全球化時代對產(chǎn)品日益增長的需求正在逐步開展海港設(shè)施發(fā)展建設(shè)。世界各地的產(chǎn)品需求量的高速增長極大的提高了多式聯(lián)運單位的運輸量，特別是伴隨著部署具有高運輸能力的新的在役船舶。預計這一趨勢將在未來幾年持續(xù)上漲。

多式聯(lián)運單位運輸量的激增將無疑給海港帶來巨大壓力，更新其基礎(chǔ)設(shè)施、改進海港建設(shè)技術(shù)并配備現(xiàn)代化管理系統(tǒng)已成為了海港適應急劇增加的需求的必經(jīng)之路。

在第五代港口中，信息技術(shù)在改善港口的物流和運輸過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。位于城市地區(qū)的漢堡港不可能擴展港口來處理增加的流量。根據(jù)預測，通過漢堡港運輸?shù)臉藴氏鋽?shù)量為900萬個，到2025年將翻一番。因此，港口必須更智能地運營，以應對不斷增加的運輸量。被稱為智能港口的新加坡港就是一個典型的例子，通過“智能”將有針對性的改善國家的經(jīng)濟、社會和環(huán)境等方面。新技術(shù)促進了港口的業(yè)務流程，并有可能實現(xiàn)流程成本的降低。鹿特丹港務局為了簡化流程，滿足終端和運營商的需求，以及提高規(guī)劃過程和進度預測的效率近年推出了一款名為OnTrack的新應用程序用以了解列車的預計到達時間和終點站處理情況，這將有助于鹿特丹成為世界上最智能的港口。格丁尼亞港于2019年初實施全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)-實時動態(tài)系統(tǒng)使其擁有了世界上最現(xiàn)代化的船舶引導機制，這將使格丁尼亞港成為世界上最安全的海港之一。

國外智慧港口建設(shè)實踐與經(jīng)驗為我國智慧港口建設(shè)提供了寶貴的可供借鑒經(jīng)驗。近年來，我國智慧港口也開始了如火如荼的建設(shè)階段，積極嘗試在運營管理中應用新的技術(shù)。一是實現(xiàn)作業(yè)智能化，例如上海港是我國第一個配備“5G+智能駕駛”的智慧港口，實現(xiàn)了港口大型設(shè)備超遠程作業(yè)控制的兩個首次突破性、實踐性應用。二是實現(xiàn)全自動碼頭，例如廣州港通過融入了新一代物聯(lián)網(wǎng)感知、大數(shù)據(jù)分析、云計算等先進技術(shù)成功實現(xiàn)港區(qū)全自動化。三是實現(xiàn)服務智能化，顛覆傳統(tǒng)的紙質(zhì)操作模式，發(fā)揮移動互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢，實現(xiàn)無紙化智能一體性操作，并實現(xiàn)智能船舶調(diào)度，加快進出港口閘口放行速度，提升碼頭集疏運效率。

位于海南島與雷州半島之間的瓊州海峽，為中國三大海峽之一，是全國最繁忙的水上客貨滾裝運輸通道，作為連接海南島與祖國大陸的水上交通主要通道，瓊州海峽承擔了海南島內(nèi)90%以上的生活物資和全島30%乘客的進出需求[10-11]，瓊州海峽兩岸現(xiàn)有廣東湛江的徐聞港、海安新港、粵海鐵路北港，和海南?？诘男潞８邸⑿阌⒏?、粵海鐵南港6個客貨滾裝港口。其中，徐聞港在建港之初就是以“智慧港口”為設(shè)計理念，以深入對接海南自由貿(mào)易港建設(shè)，打造世界一流客貨滾裝智慧港口為發(fā)展目標，并于2020年建成運營，其目前已經(jīng)建成車渡結(jié)算系統(tǒng)、船舶調(diào)度系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安檢系統(tǒng)、預約售票系統(tǒng)、線上辦公等多個智慧化信息系統(tǒng)，擁有的旅客登船橋、泊位自動調(diào)節(jié)等多項專利技術(shù)在我國客貨滾裝港口中處于領(lǐng)先水平。

4.客貨滾裝智慧港口框架模型構(gòu)建

4.1 客貨滾裝智慧港口的總體框架

在中央精神與國家戰(zhàn)略的指導與內(nèi)外部影響因素的驅(qū)動下，綜合考慮客貨滾裝智慧港口的發(fā)展戰(zhàn)略、能力構(gòu)建與戰(zhàn)略匹配，進行客貨滾裝智慧港口的總體框架構(gòu)建（見圖1），進而實現(xiàn)港口高質(zhì)量發(fā)展與港航一體化的建設(shè)目標?？拓洕L裝智慧港口的建設(shè)需要三方面的基礎(chǔ)支撐，分別為：技術(shù)支撐、基礎(chǔ)設(shè)施支撐與數(shù)據(jù)支撐。在客貨滾裝智慧港口建設(shè)中，通過將5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計算等新一代數(shù)字技術(shù)與港口新型基礎(chǔ)設(shè)施相融合，暢通信息采集與傳輸渠道，為智慧運行管理、智慧平臺建設(shè)、智慧安全監(jiān)管服務與客戶關(guān)系管理提供基礎(chǔ)支撐。

圖1 客貨滾裝智慧港口總體框架圖

依據(jù)客貨滾裝港口的業(yè)務功能及發(fā)展需求，“智慧港口”的應用服務平臺建設(shè)包括生產(chǎn)運營平臺、客戶服務平臺、安全監(jiān)控平臺、綜合服務平臺、海峽協(xié)同平臺、商貿(mào)物流平臺共六大平臺。通過六大平臺的建設(shè)實現(xiàn)智慧化運行管理與智慧安全監(jiān)管服務，顯著提高港口的作業(yè)運營能力、物流協(xié)同能力、口岸支持能力，實現(xiàn)碼頭運營數(shù)字化、集團管控一體化、決策支持可視化、集成服務便捷化，為客戶與供應商提供智慧票務服務、進港服務、智慧配載服務、卸船出港服務、智慧商貿(mào)服務等服務項別，助力打造國際領(lǐng)先的客貨滾裝智慧港口。在客貨滾裝智慧港口的建設(shè)過程中，通過建立權(quán)責明晰的組織機制，部署高水平科技人才生力軍，實現(xiàn)高層次的人力資源信息化程度，加強資源保障，建立合適的指標指引并在相應階段進行過程評估實現(xiàn)客貨滾裝智慧港口的建設(shè)與完善。

4.2 客貨滾裝智慧港口建設(shè)的模型設(shè)計

在以上關(guān)于客貨滾裝智慧港口概念界定、國內(nèi)外相關(guān)研究、建設(shè)現(xiàn)狀分析與總體框架設(shè)計的基礎(chǔ)上，為了進一步給我國客貨滾裝智慧港口的建設(shè)提供實踐借鑒與參考，本文提出了客貨滾裝智慧港口建設(shè)的技術(shù)模型，模型設(shè)計共分為七層，具體層次見圖2。

圖2 客貨滾裝智慧港口技術(shù)模型圖

第一，感知層。感知層可以實現(xiàn)客滾港口基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備泛在連接，為現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、匯聚和分析提供支撐。它首先通過各類現(xiàn)場設(shè)備上的傳感器，采集外部物理世界的數(shù)據(jù)，然后通過RFID、條碼、工業(yè)現(xiàn)場總線、藍牙、紅外等短距離傳輸技術(shù)傳遞數(shù)據(jù)。感知層所需要的關(guān)鍵技術(shù)包括智能感知技術(shù)、檢測技術(shù)、短距離無線通信技術(shù)等。在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，建設(shè)完善港口六大應用支撐系統(tǒng)。依據(jù)客貨滾裝港口具體的業(yè)務及作業(yè)流程應用需求，進行物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備及網(wǎng)絡的推選及布局、安裝和調(diào)試工作，構(gòu)建起“智慧港口”的感知層。

第二，邊緣層。邊緣層通過工業(yè)通信協(xié)議、通用協(xié)議、無線協(xié)議等實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備接入邊緣層，利用協(xié)議解析、中間件等技術(shù)兼容ModBus、OPC、CAN、Profibus等各類工業(yè)通信協(xié)議和軟件通信接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一。另一方面，利用HTTP、MQTT等方式從邊緣側(cè)將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫耍瑢崿F(xiàn)數(shù)據(jù)遠程接入。同時，在靠近現(xiàn)場設(shè)備或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡邊緣側(cè)進行數(shù)據(jù)預處理、存儲及智能分析應用，提升操作響應靈敏度、消除網(wǎng)絡堵塞。

第三，支撐層。包括云基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化、基礎(chǔ)軟件環(huán)境、服務器及其設(shè)置、網(wǎng)絡設(shè)備、存儲設(shè)備等。云計算數(shù)據(jù)中心IT服務管理系統(tǒng)可以提供對客貨滾裝智慧港口數(shù)據(jù)中心內(nèi)多個系統(tǒng)、異構(gòu)環(huán)境下的工作負載狀況的集中管理，根據(jù)應用程序的性能需求和業(yè)務目標動態(tài)地分配數(shù)據(jù)中心的資源，提高資源利用率的同時維持、監(jiān)視數(shù)據(jù)中心整體的服務水平；可以通過統(tǒng)一運維平臺集中監(jiān)控管理數(shù)據(jù)中心包括系統(tǒng)、網(wǎng)絡、監(jiān)控、存儲、中間件到數(shù)據(jù)庫等整個IT基礎(chǔ)設(shè)施，從而提高數(shù)據(jù)中心的運維效率。

第四，數(shù)據(jù)層。包括BIM+GIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)倉庫、港口運營數(shù)據(jù)庫、港口安全數(shù)據(jù)庫、生態(tài)圈數(shù)據(jù)庫、應用主題數(shù)據(jù)倉庫等，提供數(shù)據(jù)資源支撐。數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)倉庫的核心，它存儲了來自各個業(yè)務領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，是建立港口生產(chǎn)集疏運信息平臺系統(tǒng)統(tǒng)計分析的數(shù)據(jù)源，港口運營過程中產(chǎn)生的各種業(yè)務數(shù)據(jù)經(jīng)過抽取、轉(zhuǎn)換清洗后裝載到數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)庫中，裝載到數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)必須做到高質(zhì)量、一致性和準確性。同時，在使用過程中，要滿足開銷低、性能高等特點，根據(jù)港口業(yè)務實際，分別建立港口管理、生產(chǎn)運營、客戶服務、安全監(jiān)管、臨港物流等相關(guān)業(yè)務數(shù)據(jù)庫，滿足公司決策層、管理層進行決策分析的需要。數(shù)據(jù)層主要使用數(shù)據(jù)管理技術(shù)，滿足數(shù)據(jù)批處理和流處理計算需求。運用數(shù)據(jù)冗余剔除、異常檢測、歸一化等方法進行原始數(shù)據(jù)清洗。通過分布式文件系統(tǒng)、NoSQL數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、時序數(shù)據(jù)庫等不同的數(shù)據(jù)管理引擎實現(xiàn)數(shù)據(jù)分區(qū)選擇、存儲、編目和索引。

第五，交換層。包括企業(yè)服務總線ESB、大數(shù)據(jù)服務、統(tǒng)一接口服務、SOA、中間件等，為數(shù)據(jù)交換、共享、集成等提供支撐，實現(xiàn)包括集成、編排、路由、事件處理、相關(guān)性以及業(yè)務活動的監(jiān)控，自動地將這些服務獨立地部署到平臺或應用上，確保各個模塊間功能獨立，不交叉、不冗余，為這些服務提供標準化的接口，實現(xiàn)網(wǎng)絡、硬件、存儲設(shè)備、數(shù)據(jù)、業(yè)務系統(tǒng)和管理流程、IT采購流程、數(shù)據(jù)交換流程的統(tǒng)一集中。這些服務是松耦合的，能夠通過大量一般水平的硬件實現(xiàn)線性的擴展。數(shù)據(jù)交換層作為“智慧港口”系統(tǒng)的組成部分，需要和不同層次的行業(yè)系統(tǒng)，以及大量的業(yè)務系統(tǒng)作對接，進行數(shù)據(jù)交換。為了數(shù)據(jù)交換的需要，“智慧港口”數(shù)據(jù)交換平臺應該包括以下功能：用戶接口子系統(tǒng)、信息傳輸子系統(tǒng)，信息收發(fā)處理子系統(tǒng)，報文轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)訪問子系統(tǒng)、配置管理子系統(tǒng)和實時監(jiān)控子系統(tǒng)。

第六，應用層。依據(jù)客貨滾裝港口的業(yè)務功能，綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、BIM、GIS、數(shù)據(jù)挖掘、智能決策、系統(tǒng)集成、SOA、ESB等，對應“智慧港口”的應用平臺，開發(fā)生產(chǎn)運營平臺、安全監(jiān)控平臺、客戶服務平臺、綜合服務管理平臺、海峽協(xié)同平臺五大平臺，實現(xiàn)客貨滾裝港口的“智能、高效、便捷、安全、互通”。為港航企業(yè)、物流企業(yè)、政府、公眾等提供多樣化、定制化的客滾物流服務及其應用。應用層的系統(tǒng)開發(fā)，要支持“松耦合”的應用開發(fā)和部署，可以采用類似于Lab View的圖形化編程手段進行應用快速創(chuàng)建、測試、擴展。

第七，用戶層。包括內(nèi)部用戶和外部用戶，前者通過網(wǎng)絡辦公大廳進行內(nèi)部訪問，后者通過網(wǎng)絡服務大廳進行外部訪問。首先，通過企業(yè)門戶的應用整合能力，有效梳理和集成企業(yè)業(yè)務系統(tǒng)，并聚合業(yè)務功能和內(nèi)容信息，為企業(yè)各級用戶建立一個信息訪問的統(tǒng)一入口。同時借助有效的系統(tǒng)集成，提供高效的處理流程，對管理者提供更有價值的信息，對業(yè)務人員提供更敏捷的系統(tǒng)響應能力。內(nèi)部門戶在整個客貨滾裝港口“智慧港口”系統(tǒng)層面，綜合內(nèi)部各系統(tǒng)信息，提供統(tǒng)一的工作平臺，實現(xiàn)界面整合和單點登錄，是客貨滾裝港口各級員工默認的工作入口。其次，通過建立統(tǒng)一對外信息門戶和信息處理平臺，可增強客貨滾裝港口與客戶的互動交流，向客戶開放相關(guān)票務、船舶、港口有關(guān)信息資源，提供購票、客服、貨運等增值服務，宣傳企業(yè)形象，發(fā)布通知公告，向客戶征求服務需求與意見建議等。外部門戶是現(xiàn)代企業(yè)對外服務的重要窗口，是不可或缺的服務手段之一。