趙強(qiáng)

（張家港港務(wù)集團(tuán)有限公司，江蘇蘇州 215600）

1 太倉(cāng)港四期建設(shè)概況

4 個(gè)5 萬(wàn)噸級(jí)集裝箱泊位（水工結(jié)構(gòu)按10 萬(wàn)噸級(jí)設(shè)計(jì)）及相應(yīng)配套設(shè)施，泊位總長(zhǎng)度1292m，年設(shè)計(jì)吞吐量為200 萬(wàn)標(biāo)箱。港區(qū)總用地面積約120.6 萬(wàn)m2，項(xiàng)目概算總投資約40.27 億元，工程建設(shè)期3 年。

太倉(cāng)港區(qū)四期工程為棧橋式碼頭，碼頭前沿采用遠(yuǎn)控岸橋作業(yè)，并在原有光纖通信的基礎(chǔ)上嘗試使用5G 通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制岸橋作業(yè)。堆場(chǎng)平行碼頭前沿布置，采用雙懸臂自動(dòng)化軌道吊，海側(cè)內(nèi)集卡全自動(dòng)，陸側(cè)外集卡半自動(dòng)的模式。水平運(yùn)輸與堆場(chǎng)的作業(yè)交接前期采用有人集卡作業(yè)并進(jìn)行無(wú)人集卡試驗(yàn)，后期將有人集卡全部替換成無(wú)人集卡作業(yè)模式，實(shí)現(xiàn)真正意義上的集裝箱水平搬運(yùn)無(wú)人化。太倉(cāng)四期自動(dòng)化項(xiàng)目在現(xiàn)有自動(dòng)化軌道吊技術(shù)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)RFID 識(shí)別率、集卡引導(dǎo)、防打保齡、集卡防吊起等方面研究，以提高作業(yè)效率和作業(yè)安全性，進(jìn)一步完善和提升自動(dòng)化軌道吊相關(guān)技術(shù)，形成自動(dòng)化軌道吊的成套關(guān)鍵技術(shù)。

2 太倉(cāng)港四期智慧港口建設(shè)內(nèi)容

智慧港口建設(shè)是借助于物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)、云計(jì)算、決策分析優(yōu)化等智慧技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)港口供應(yīng)鏈上各種資源和各個(gè)參與方之間無(wú)縫連接與協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，從而對(duì)港口管理運(yùn)作做出智慧響應(yīng)，形成信息化、智能化、最優(yōu)化的現(xiàn)代港口。

根據(jù)太倉(cāng)港四期集裝箱碼頭的運(yùn)營(yíng)管理需要，結(jié)合信息化建設(shè)的一體化要求，整個(gè)碼頭主要包括以下建設(shè)內(nèi)容。

一是裝卸設(shè)備：自動(dòng)化軌道吊、遠(yuǎn)控岸橋、電動(dòng)集卡（包括無(wú)人集卡）、正面吊、堆高機(jī)等。二是應(yīng)用系統(tǒng)：集裝箱碼頭生產(chǎn)系統(tǒng)（TOS）、自動(dòng)化堆場(chǎng)作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)、智能閘口系統(tǒng)、岸邊智能理貨系統(tǒng)、冷藏箱監(jiān)控系統(tǒng)、集卡智能調(diào)度系統(tǒng)及大型設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等。三是自動(dòng)控制系統(tǒng)：岸橋遠(yuǎn)控操作系統(tǒng)、軌道吊設(shè)備控制系統(tǒng)、中央控制室系統(tǒng)、智能照明控制系統(tǒng)等。四是通信系統(tǒng)方面，包括基礎(chǔ)設(shè)施和信息服務(wù)設(shè)施兩個(gè)方面?；A(chǔ)設(shè)施：機(jī)房設(shè)施、建筑設(shè)備管理設(shè)施和公共安全設(shè)施等；信息服務(wù)設(shè)施：無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)、電話系統(tǒng)和多媒體應(yīng)用支撐相關(guān)設(shè)施。五是能源管理系統(tǒng)：智慧能源管理及綠色能源應(yīng)用等。

3 太倉(cāng)港四期智慧碼頭建設(shè)措施

智慧港口建設(shè)是借助物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)、云計(jì)算、決策分析優(yōu)化等智慧技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)港口供應(yīng)鏈上各種資源和各個(gè)參與方之間無(wú)縫連接與協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，從而對(duì)港口管理運(yùn)作做出智慧響應(yīng)，形成信息化、智能化、最優(yōu)化的現(xiàn)代港口[1]。

3.1 建立專業(yè)的核心管理團(tuán)隊(duì)

根據(jù)在項(xiàng)目執(zhí)行中的不同分管方向和角色，除了傳統(tǒng)的土建、設(shè)施方面的專業(yè)人員，還要配置以下管理團(tuán)隊(duì)，協(xié)調(diào)各參與單位，把控項(xiàng)目進(jìn)度，使項(xiàng)目有序推進(jìn)。

一是生產(chǎn)調(diào)度團(tuán)隊(duì)，包括船舶和場(chǎng)地計(jì)劃人員，岸邊和場(chǎng)內(nèi)設(shè)備調(diào)度人員，碼頭拖車調(diào)度管理人員，閘口管理人員。他們能夠從不同的業(yè)務(wù)角度提出針對(duì)性的自動(dòng)化需求，參與TOS 流程測(cè)試，并結(jié)合碼頭的生產(chǎn)實(shí)際，追蹤項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)的生產(chǎn)調(diào)度方面的問(wèn)題。

二是設(shè)備管理團(tuán)隊(duì)，包括岸邊和場(chǎng)內(nèi)設(shè)備管理人員，其熟悉設(shè)備的控制系統(tǒng)以及設(shè)備與生產(chǎn)調(diào)度的交互，能夠從設(shè)備的生產(chǎn)、使用和維護(hù)等角度提出針對(duì)性的自動(dòng)化需求，并追蹤、評(píng)估設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況和工作能力，進(jìn)而提出改進(jìn)方案。

三是網(wǎng)絡(luò)IT 團(tuán)隊(duì)，包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器管理，以及軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)管理方面的人員，其熟悉網(wǎng)絡(luò)框架，以及TOS 軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用，應(yīng)參與TOS 的流程測(cè)試以及實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境測(cè)試，這樣能從碼頭所有網(wǎng)絡(luò)資源配比以及后期維護(hù)的角度，提出針對(duì)性的自動(dòng)化需求，并提出改進(jìn)方案。

四是現(xiàn)場(chǎng)安全管理團(tuán)隊(duì)，具備碼頭安全管理知識(shí)和豐富現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的管理人員。他們能夠根據(jù)碼頭安全管理以及國(guó)家安全生產(chǎn)法規(guī)的要求對(duì)自動(dòng)化提出要求，參與TOS 的流程測(cè)試，識(shí)別生產(chǎn)流程中各系統(tǒng)交互過(guò)程可能產(chǎn)生的安全隱患。

3.2 建設(shè)智慧港口的技術(shù)保障

對(duì)設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)、TOS 系統(tǒng)開發(fā)等方面進(jìn)行全方位考察和研究，最終選擇一種成熟可靠的方案作為太倉(cāng)四期智慧港口建設(shè)的技術(shù)保障，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新升級(jí)。

3.2.1 自動(dòng)化軌道吊

太倉(cāng)四期碼頭自動(dòng)化軌道吊采用內(nèi)集卡全自動(dòng)、外集卡半自動(dòng)模式，作業(yè)效率不低于30MOV/h，實(shí)現(xiàn)“一對(duì)多”或“多對(duì)多”遠(yuǎn)程操作，采用了目前最成熟的自動(dòng)化控制技術(shù)，確保設(shè)備安全可靠地生產(chǎn)作業(yè)。

（1）主機(jī)構(gòu)定位技術(shù)

主機(jī)構(gòu)定位包括對(duì)起升、小車和大車這三大機(jī)構(gòu)的精確定位，比較成熟的方案是在各機(jī)構(gòu)的電機(jī)、減速箱或車輪上安裝高精度絕對(duì)值編碼器，且采用雙編碼器。此外，小車采用沿小車軌道敷設(shè)的磁尺線性編碼器，大車采用FLAG 板加絕對(duì)值編碼器。

（2）負(fù)載定位技術(shù)

目前的主流方案是在小車架上安裝紅外相機(jī)，在吊具上架設(shè)3 個(gè)紅外光源，紅外相機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)3 個(gè)光源相對(duì)于小車架的偏移位置和旋轉(zhuǎn)角度，以測(cè)量整個(gè)吊具的位置。該方案具有精度高、通信穩(wěn)定和測(cè)量結(jié)果不易受外部環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)，是一項(xiàng)成熟的方案。

（3）目標(biāo)定位技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)箱區(qū)作業(yè)箱位的輪廓掃描，以及對(duì)作業(yè)車道集卡的拖板、拖板上的集裝箱做精確掃描和測(cè)量。采取以下方案：在小車架前后各安裝一個(gè)3D 激光掃描儀，激光向下掃描目標(biāo)物體，如集裝箱和集卡的輪廓，能夠在小車行進(jìn)過(guò)程中對(duì)目標(biāo)位置進(jìn)行掃描和測(cè)量，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)小車方向的路徑優(yōu)化及防打保齡功能。

（4）集卡引導(dǎo)技術(shù)

集卡引導(dǎo)技術(shù)可引導(dǎo)作業(yè)車道的集卡準(zhǔn)確停車，避免人工對(duì)箱環(huán)節(jié)，提高作業(yè)效率。在太倉(cāng)四期項(xiàng)目中，可以采用成熟的CPS 方案，在大車兩側(cè)鞍梁上各安裝一套2D 激光掃描儀來(lái)掃描集卡，以引導(dǎo)集卡停到準(zhǔn)確位置。

（5）集卡防吊技術(shù)

由于集卡拖板車與集裝箱之間的鎖頭為解開狀態(tài)，為保證自動(dòng)化軌道吊從集卡上抓箱時(shí)的安全性，避免在吊具起升過(guò)程中卡車被吊起，采用集卡防吊技術(shù)。在大車門腿中部位置安裝攝像機(jī)，實(shí)時(shí)檢測(cè)拖車和集裝箱之間的狀態(tài)。

（6）集卡識(shí)別技術(shù)

目前市場(chǎng)上比較成熟的方案是在堆場(chǎng)閘口和自動(dòng)化軌道吊上安裝RFID 檢測(cè)設(shè)備，當(dāng)集卡進(jìn)入堆場(chǎng)閘口處時(shí)，識(shí)別一次集卡用以觸發(fā)任務(wù)指令，軌道吊自動(dòng)執(zhí)行任務(wù)，停到指定位置等待集卡，集卡來(lái)到相應(yīng)任務(wù)位置后，軌道吊上的RFID 檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行第二次識(shí)別，自動(dòng)核對(duì)軌道吊所吊取的集裝箱是否與集卡信息匹配。如果信息匹配，自動(dòng)化作業(yè)流程繼續(xù)，如果不匹配，作業(yè)終止并進(jìn)入異常處理流程。

（7）吊具微動(dòng)功能

吊具微動(dòng)功能是由四個(gè)變頻器推動(dòng)電動(dòng)推桿電機(jī)實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)在推桿上增加絕對(duì)值編碼器反饋推桿實(shí)際位置信息，從而快速、精準(zhǔn)地調(diào)整吊具姿態(tài)，盡可能縮短吊具對(duì)箱時(shí)間。

（8）終端顯示系統(tǒng)

終端顯示系統(tǒng)安裝在遠(yuǎn)程操作中心，能夠提供集裝箱碼頭的全景支持，包括對(duì)岸橋、堆場(chǎng)ARMG 和集卡的監(jiān)控，三維堆場(chǎng)地圖，狀態(tài)報(bào)警顯示，水平運(yùn)輸信息，生產(chǎn)報(bào)告等，集中化的顯示，可以為碼頭操作人員和維護(hù)人員提供全面的信息支持。

3.2.2 遠(yuǎn)控岸橋

太倉(cāng)四期碼頭岸橋采用遠(yuǎn)程控制方式進(jìn)行裝卸作業(yè)，平均作業(yè)效率每小時(shí)不低于25 個(gè)循環(huán)。同時(shí)，在原有的光纖通信基礎(chǔ)上，嘗試使用5G 通信技術(shù)替換光纖通信，利用5G 無(wú)線傳輸技術(shù)低延時(shí)、高帶寬、大容量等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制岸橋作業(yè)。

（1）船型掃描系統(tǒng)

船型掃描系統(tǒng)是在小車架上安裝三個(gè)2D 掃描儀，使其同時(shí)開展掃描作業(yè)，并相互校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以降低單個(gè)掃描系統(tǒng)的數(shù)據(jù)誤差，同時(shí)數(shù)據(jù)集合形成三維船型輪廓數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)小車方向的路徑優(yōu)化及防打保齡功能。

（2）電子防搖防扭系統(tǒng)

安裝在小車架上的兩個(gè)角度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)吊具角度變化，通過(guò)控制小車動(dòng)作，使吊具保持在允許的垂直范圍內(nèi)。

（3）集卡引導(dǎo)技術(shù)（目標(biāo)定位技術(shù)）

采用3D 激光掃描儀掃描集卡輪廓，計(jì)算出集卡停車位置，LED 顯示屏指引集卡正確停車，這樣可以降低司機(jī)的工作強(qiáng)度，提高作業(yè)效率。

3.2.3 無(wú)人駕駛集卡

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有自動(dòng)化碼頭基本采用自動(dòng)導(dǎo)引車AGV（Automated Guided Vehicle）水平運(yùn)輸，采用這種技術(shù)需要在地面埋設(shè)磁釘，且必須在新建碼頭建設(shè)，技術(shù)難度巨大且施工成本昂貴[2]。太倉(cāng)港四期工程對(duì)無(wú)人集卡技術(shù)進(jìn)行研究探索，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的集裝箱水平搬運(yùn)無(wú)人駕駛。

3.2.4 信息化建設(shè)

（1）TOS 系統(tǒng)

作為太倉(cāng)港四期碼頭信息化系統(tǒng)的大腦中樞，TOS 系統(tǒng)涵蓋了碼頭裝卸船作業(yè)、收提箱作業(yè)、CFS作業(yè)、智能堆場(chǎng)管理、商務(wù)費(fèi)收、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、決策分析等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)碼頭管理信息化。

要想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化碼頭的有序、高效運(yùn)作，除了先進(jìn)的設(shè)備，還需要智能軟件TOS 的配合。TOS 系統(tǒng)覆蓋碼頭全部業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，銜接業(yè)務(wù)受理，集卡預(yù)約、數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)一調(diào)度等信息平臺(tái)。它能夠提供智能的生產(chǎn)計(jì)劃模塊，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)作業(yè)調(diào)度及自動(dòng)監(jiān)控調(diào)整，通過(guò)設(shè)備調(diào)度模塊與協(xié)同過(guò)程控制系統(tǒng)，高效組織現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。

（2）智能理貨系統(tǒng)

智能理貨系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)岸橋作業(yè)過(guò)程中系統(tǒng)在無(wú)須人員干預(yù)的情況下自動(dòng)采集集裝箱，同時(shí)能夠顯示集裝箱裝卸狀態(tài)，提供集裝箱前后左右面的圖像、車牌圖像、貝位相應(yīng)圖像及視頻信息，并且自動(dòng)實(shí)現(xiàn)集裝箱號(hào)碼、ISO 號(hào)碼、車牌號(hào)碼、前后箱門位置方向信息，同時(shí)保留擴(kuò)展鉛封有/無(wú)自動(dòng)識(shí)別、貝位自動(dòng)識(shí)別的擴(kuò)展數(shù)據(jù)接口。之后系統(tǒng)會(huì)將識(shí)別信息和圖像、視頻信息傳輸?shù)胶笈_(tái)的服務(wù)器，工作人員通過(guò)后臺(tái)的信息管理程序完成集裝箱破損檢測(cè)、鉛封有/無(wú)識(shí)別、貝位識(shí)別及數(shù)據(jù)校正工作，結(jié)合碼頭生產(chǎn)系統(tǒng)完成一次理貨作業(yè)。

（3）智能閘口系統(tǒng)

電子閘口項(xiàng)目建設(shè)通過(guò)整合碼頭的單證流、物流和通關(guān)資源，利用先進(jìn)的現(xiàn)代科技手段，打造了一個(gè)科學(xué)、高效、可實(shí)際運(yùn)作的電子化服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)出碼頭的貨物無(wú)紙化放行及免人工值守。

（4）智能照明系統(tǒng)

太倉(cāng)港四期的智能照明系統(tǒng)采用最新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。該系統(tǒng)能夠根據(jù)TOS 系統(tǒng)的作業(yè)指令自動(dòng)控制燈具亮度，從而節(jié)約電能。另外，該系統(tǒng)能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)故障燈具，降低巡檢人員的工作負(fù)荷，提高檢修效率，降低維護(hù)成本，進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益。

（5）冷藏箱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

為了提高港區(qū)自動(dòng)化管理水平，實(shí)施信息化管理、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低管理成本，該工程為堆場(chǎng)冷藏集裝箱建立了一套冷藏集裝箱信息監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)冷藏集裝箱工作狀態(tài)信號(hào)、溫度范圍及化霜狀態(tài)信號(hào)等，且與集裝箱計(jì)算機(jī)信息管理網(wǎng)絡(luò)建立數(shù)據(jù)傳輸通道。

（6）生產(chǎn)作業(yè)氣象監(jiān)控系統(tǒng)

在港區(qū)辦公樓屋面設(shè)置氣象監(jiān)測(cè)立桿，安裝風(fēng)速、風(fēng)向、能見(jiàn)度等傳感器，傳感器的數(shù)據(jù)通過(guò)通信電纜傳送到港區(qū)計(jì)算機(jī)中心數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)集中整合后，用可視化圖形標(biāo)識(shí)出各傳感器的信息，包括瞬時(shí)、某時(shí)參數(shù)及數(shù)天和數(shù)月的平均值等數(shù)據(jù)，可為調(diào)度部門發(fā)布生產(chǎn)指令提供準(zhǔn)確依據(jù)，確保港區(qū)作業(yè)生產(chǎn)安全可靠。

（7）能源管理系統(tǒng)

太倉(cāng)港四期碼頭采用國(guó)際先進(jìn)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將港區(qū)內(nèi)所有供能與用能設(shè)備接入管理平臺(tái)，進(jìn)行實(shí)時(shí)分類分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，此舉能夠推進(jìn)港口能源管理自動(dòng)化。同時(shí)，采用系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)供能和用能系統(tǒng)全過(guò)程各環(huán)節(jié)的監(jiān)、控、管一體化。

（8）堆場(chǎng)門禁系統(tǒng)

設(shè)置門禁系統(tǒng)的主要目的是建立安全規(guī)范的自動(dòng)化堆場(chǎng)作業(yè)流程。堆場(chǎng)上的門禁系統(tǒng)流程的執(zhí)行，需要建立在規(guī)范碼頭工作人員行為的基礎(chǔ)上，所有人員必須嚴(yán)格按照規(guī)則制度執(zhí)行系統(tǒng)流程，以確保人員及設(shè)備的安全。

（9）集卡智能指揮調(diào)度系統(tǒng)

通過(guò)車輛GPS 定位（差分）以及基站定位方式，實(shí)時(shí)定位集卡車輛的位置，且通過(guò)與TOS 系統(tǒng)的對(duì)接，接受TOS 發(fā)送的任務(wù)指令，通過(guò)手機(jī)App 的方式與集卡司機(jī)互動(dòng)，從而達(dá)到智能調(diào)度，提升作業(yè)效率的目的。

（10）5G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

太倉(cāng)港四期自動(dòng)化碼頭定位于堆場(chǎng)自動(dòng)化建設(shè)模式，因此碼頭無(wú)線信號(hào)的覆蓋對(duì)自動(dòng)化建設(shè)工作的成功實(shí)施起重要作用。由于港口碼頭的環(huán)境布局復(fù)雜，尤其是近海作業(yè)區(qū)，受潮水的影響，不適合大面積鋪設(shè)線纜；在作業(yè)區(qū)域，如集裝箱堆放場(chǎng)等又不允許設(shè)架空明線，不適宜鋪設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)。這種情況下，利用無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建基礎(chǔ)通信平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線全覆蓋，是非常實(shí)用且有效的。

4 結(jié)語(yǔ)

太倉(cāng)港四期集裝箱智慧碼頭采用了當(dāng)前國(guó)際集裝箱碼頭技術(shù)最高水平的全自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)方案。應(yīng)用碼頭作業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)（TOS）、設(shè)備管理系統(tǒng)以及相應(yīng)的智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了碼頭作業(yè)、堆存無(wú)人化、智能化。該建設(shè)方案在大大提升碼頭作業(yè)效率、降低碼頭作業(yè)成本同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了智慧碼頭的綠色低碳可持續(xù)發(fā)展。