物联网技术在港口生产管理中的应用

1、物联网技术在港口生产管理中的应用Application of the Internet of things technology in port in production management专 业 项目管理 准考证号 080214101209 姓 名 王思维 指导教师 王立君 2015年04月06日天津理工大学高等教育自学考试本科毕业论文任务书1. 课题名称：物联网技术在港口生产管理中的应用2. 题目类型：论文 题目来源：生产实践3. 论文的主要内容，主要技术指标及基本要求本文围绕港口的生产管理来简析物联网技术在港口生产管理中的应用，结合物联网及智能化对港口生产管理的促进作用。主要技术指标

2、：射频识别(RFID)技术：是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别对象并获取相关数据。RFID 为物体贴上 RFID 标签，具有读取距离远、穿透能力强、无磨损、非接触、抗污染、效率高、信息量大等特点。RFID 技术是物联网最关键的一个技术。传感器技术：传感器负责物联网信息的采集，是实现对现实世界感知的基础，是物联网服务和应用的基础。传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受捡出功能，并按照一定规律转换成与之对应的有用信号的元器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。网络通信技术：传感器的网络通信技术为物联网数据提供传送通道。传感器的网络通信技术分为两类：近距离通信和广域网络通

3、信。在近距离通信方面，以IEEE 802.15.4 和 2.4GHz 为代表。在广域网路通信方面，IP 互联网、2G3G/4G 移动通信、卫星通信技术等实现了信息的远程传输，特别是以 IPv6 为核心的下一代互联网的发展，将为每个传感器分配 IP 地址创造可能，也为物连网的发展创造了良好的基础网条件。 基本要求：（1）要求深入的进行调研，理论与实践相结合，避免假、大、空现象。（2）要求多方搜集资料，严厉杜绝剽窃、抄袭行为。（3）要求论文写作文字通顺，用语准确，逻辑清晰，写作格式必须符合自考本科毕业论文的写作规范。（4）论文字数要求不少于 12000 字。4. 论文的软、硬件环境1 徐莉等编著，

4、项目管理，武汉大学出版利，2003年。2 任春来，王振雨等编著，项目管理，经济管理出版，2004年。3 朱勤雯. 大型港口物流产业升级换代的战略选择.物流技术，2006年。4 马仁洪，陈有文，以物联网技术促进港口智能化发展.水运工程，2012年。5 徐小凤，物联网在港口运营中的应用探析，中国水运，2011年。36 徐凯，李建丽，物联网技术对港口生产力的影响，水运管理，2011年。7 张仪清，射频识别技术在港口生产中的应用，港口装卸，2005年。8 李万才，RFID技术在交通、港口领域中的典型应用分析，中国安防，2011年。9 赵海霞，物联网关键技术分析与发展探讨，中国西部科技，2010年。10

5、 李一方，姜宝，物联网技术在港口信息化建设中的问题研究，科技和产业，2010年。11 刘强，崔莉，陈海明，物联网关键技术与应用，计算机科学，2010 。12 (美)美国项日管理协会编著，卢有杰，王勇译，项日管理知识体系指南，北京电子工出版社，2004年。13 Dennis Lock主编，李金海译，项日管理，南开大学出版，2005年。学生姓名 王思维 专 业 项目管理 指 导 教 师 王立君 审 批 人 任务下达日期 2014.12.10 全部完成日期 2015.04.06 天津理工大学高等教育自学考试本科毕业论文进度计划及检查情况记录表序号起止 日期计划完成内容实际完成情况检查日期检查人签名1

6、此表由指导老师完成确定论文研究方向2确定论文题目3完成计划时间表和写作提纲4查阅相关资料，撰写论文。提交论文初稿。5根据指导老师意见，修改论文6论文定稿，打印装订7准备论文答辩8论文答辩9注：(1) 表中“实际完成内容”和“检查人签名”栏目要求用笔填写，其余各项均要求打印。(2) 毕业论文任务书一式二份，一份由教师留存，一份发给学生，任务完成后与毕业论文一并交。天津理工大学高等教育自学考试本科毕业论文质量指导教师评分表年 月 日学生姓名王思维准考证号080214101209专业项目管理论文题目物联网技术在港口生产管理中的应用评价内容优 秀 标 准分值分数1. 选题能体现本专业培养目标，难度和工

7、作量较大，有较强的创新性。252. 调研论证能独立查阅文献以及从事其它形式的调研，能较好的理解课题任务并提出实施方案，有分析整理各类信息，从中获得新知识的能力。103. 论文质量圆满完成任务书中各项要求，理论正确，结构严谨，结论明确、图样绘制精美，有较高学术性，对专业知识综合训练程度高，撰写规范。354. 计算机能力包括编程、数据、图形及文字处理。105. 学习态度态度认真，作风严谨，刻苦钻研精神突出，遵守各项规章制度，无任何事故发生。106. 特点特色与综合素质论文有明显的特点或特色，学生的综合素质较高。10评语论文得分指导教师签字天津理工大学高等教育自学考试本科毕业论文质量评阅人评分表年

8、月 日学生姓名王思维准考证号080214101209专业项目管理论文题目物联网技术在港口生产管理中的应用评价内容标 准分值分数1. 选题能体现本专业培养目标，难度和工作量较大，有较强的创新性。252. 分析、计算综合分析正确、合理；计算正确。153. 创新与实用有自己的独特见解，方案合理、数据可靠，有一定实用价值。204. 论文撰写质量结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，用表清楚，书写格式规范。305. 与任务书相符情况与任务书完全相符10评语论文得分评阅人签字天津理工大学高等教育自学考试本科毕业论文答辩评分表(答辩小组及答辩委员会专用) 年 月 日学生姓名王思维准考证号0802141012

9、09专业项目管理论文题目物联网技术在港口生产管理中的应用评价内容优 秀 标 准分值分数1. 选题能体现本专业培养目标，难度和工作量较大，有较强的创新性。252. 论文质量圆满完成任务书中各项要求，论文立论正确，结构严谨，图样绘制及技术要求符合国家标准。结论明确，有较大创新、较高的学术性和实用价值。论文分析、计算、实验正确、严密，对专业知识的综合运用能力较高，撰写规范。303. 学生陈述陈述清晰、正确、逻辑性强，基本概念清楚，语言流畅、精炼。154. 答辩表现回答问题有理有据，体现出较宽泛的知识面，思维敏捷、逻辑性强。30评 语答辩得分答辩小组组长签字指导教师评定成绩评阅人评定成绩综合评定成绩五

10、级分制成绩汇总人签字答辩委员会主任签章：摘 要物联网(The Internet of Things) 就是“物物相连的互联网” ，是通过射频识别(RFID)、红外传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，进行信息交换和通讯，以实现物与物、物与人的泛在链接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。本文主要介绍了港口的信息化建设，将物联网RFID技术，视频监控技术、LED屏显示技术、GPRS无线传输技术、自动化控制技术、短信数据交换技术应用到港口生产管理中的实例，重点介绍了系统的建设和应用，实现对车辆的自动识别控制、引导和监控，追踪车辆在港动态

11、，结合生产作业过程形成更为严密的流程控制，杜绝货物错装、多装情况的发生，杜绝人为因素干扰，达到了提高港口安全生产管理水平和工作效率的目标，也是数字化港口建设规划中的重要组成部分。最后，对智能港口发展的未来前景进行展望。关键词：智能港口，物联网，无线传感网，无线射频识别AbstractThe Internet of things (The Internet of Things) is connected things Internet, is through the radio frequency identification (RFID), infrared sensors, global p

12、osition system, laser scanners and other information sensing device, object or process real-time acquisition of any monitoring, connection, interaction, information exchange and communication, to the realization of objects and objects, objects and people in the pan link, achieve the recognition and

13、management of intelligent perception, of items and processes.This paper mainly introduces the information construction of the port, the RFID of Internet of things technology, video monitoring technology, LED screen display technology, GPRS technology, automation control technology, wireless transmis

14、sion of message data exchange technology is applied to an example of port production management, this paper focuses on the construction and application of the system, realize the automatic recognition of vehicle control, guidance and monitor, track vehicle in port dynamic, the formation of more cont

15、rol flow closely combined with the production operation process, prevent wrong equipment, goods occurred more loading conditions, eliminate the interference of artificial factors, so as to improve the level and efficiency of port safety production management objectives, it is also an important part

16、of the construction of the digital port planning in. Finally, the development of intelligent port future prospects.Keywords：Intelligent port, networking, wireless sensor network, radio frequency identificationi目 录第 1 章 绪 论.21.1 问题的提出及选题意义.21.1.1 问题的提出 .31.1.2 选题意义 .31.2 相关概念界定.31.2.1 港口 .31.2.2 智能港口

17、 .31.2.3 港口管理 .41.2.4 RFID 技术 .41.2.5 车载终端（TCU） .41.2.6 手持移动终端（PDA） .41.2.6 全球卫星定位系统（GPS）.4第 2 章 物联网的概念与技术标准.52.1 物联网的概念.52.2 物联网关键技术.52.2.1 感知层.62.2.2 传送层.72.2.3 应用层.72.3 物联网的技术领域.82.3.1 全面感知.82.3.2 可靠传递.82.3.2 智能处理.82.4 物联网技术标准.82.5 物联网的标准化特点.92.6 车载物联网.102.7 物联网的安全特性.112.8 物联网的密钥管理技术.12第 3 章 物联网技

18、术在港口生产管理中的应用.133.1 项目背景.133.2 项目建设意义.133.3 项目建设内容.143.4 项目建设目标.143.5 系统技术架构.143.6 系统主要功能.15ii3.7 系统特点及应用效果.17第 4 章 结论与展望.1参考文献.2致 谢.33第 1 章 绪 论1.1 问题的提出及选题意义国际上，现代港口如图1已向第四代港口演进。现代港口作为全球综合运输网络的节点，其功能也更加广泛，正朝着全方位的增值服务方向发展，成为商品流、资金流、技术流、信息流与人才流汇聚、环保、智能、宜居的共生社区。在21世纪科学发展和物联网环境下，将进一步向第五代绿色、低碳、联营、虚拟港口进化，

19、港口分代进化阶段史的下一个演进阶段是否应该是“物联网港口阶段” 。图1 港口分代进化阶段史物联网让所有的物品都与网络实现任何时间和任何地点的无处不在的连接。人们可以通过对物体进行识别、定位、追踪、监控并触发相应事件，形成信息化解决方案。目前很多全球主要国家都制订了开发物联网的长期发展计划。中国已经把物联网明确列入国家中长期科学技术发展规划（20062020年） 和42050年国家产业发展路线图 。1.1.1 问题的提出随着港口吞吐量的增加，港口规模的迅速扩大和强化生产管理的需求，迫切要求利用信息技术，实现利用信息技术对港口生产管理的全方位支持，提高港口作业生产效率，固化及完善生产作业流程，方便

20、快捷的实现港口生产的管理控制，减少用人和降低工人劳动强度。加强进出港区和库场监管，加快过磅效率，杜绝人为因素干扰，提高港口安全管理水平，保障货物安全，对货主、货代、车队提供增值服务。1.1.2 选题意义我国港口大多还停留在第二代港口阶段，向第三代港口转型刚刚起步，信息技术的应用是主要内容和特征。港口之间的竞争越来越激烈，利用信息技术支持港口生产管理，提高港口的服务水平，可以大大提高港口的竞争力。港口在供应链上的地位是非常重要的，它具有很大的货物吞吐量，此外港口具备一些水陆联运设备以及相应的条件，从而成为水陆交通的枢纽，港口的规模是非常大的，比铁路、公路都要大，并且得到了政府的大力支持，有能力进

21、行新技术的研发。港口的作业中有一些复杂的而且对技术要求比较严格的工作比如码头装卸以及仓库的储存工作，这些工作都需要自动化运作，想要实现这一点就需要前沿的技术的支撑。许多港口企业的信息量是非常大的，而且类型也比较复杂，数据要求具有很高的时效性，如果使用物联网技术就可以使数据吹的准确性以及时效性增大。1.2 相关概念界定1.2.1 港口港口是具有水陆联运设备和条件，供船舶安全进出和停泊的运输枢纽。产品是货物的位移。1.2.2 智能港口智能港口是一个基于现代电子信息技术面向港口运输的服务系统。它的突出特点是以信息的收集、处理、发布、交换、分析、利用为主线，为港口服务参与者提供多样性的信息服务。可见智

22、能港口迫切地需要和物联网技术紧密的结合，实现港口服务的数据共享和稳定高效。51.2.3 港口管理是指港口企业计划、组织、控制等活动的过程，按经营目的顺利地执行、有效地调整而所进行的活动。1.2.4 RFID 技术是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。无线电的信号是通过调成无线电频率的电磁场，把数据从附着在物品上的标签上传送出去，以自动辨识与追踪该物品。某些标签在识别时从识别器发出的电磁场中就可以得到能量，并不需要电池；也有标签本身拥有电源，并可以主动发出无线电波（调成无线电频率的电磁场） 。标签包含了电子存储的信息，

23、数米之内都可以识别。与条形码不同的是，射频标签不需要处在识别器视线之内，也可以嵌入被追踪物体之内。1.2.5 车载终端（TCU）车载终端可用于智能堆场、智能仓库等工程建设及大机、集卡、叉车等工具车辆，可将工具车辆或货物的 RFID 信息采用 3G 或 WiFi 等短距离无线通讯方式，将工具车辆或货物的 RFID 信息上传到监控中心，达到实时监控的目的。1.2.6 手持移动终端（PDA）手持移动终端可用于智能卡口、智能堆场、智能仓储及海关监管中心等，以实现对运输工具、货物进行远程视频和数据监控。1.2.6 全球卫星定位系统（GPS）利用 GPS 定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称

24、为全球卫星定位系统，简称 GPS。GPS 是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息，是卫星通信技术在导航领域的应用6典范，它极大地提高了地球社会的信息化水平，有力地推动了数字经济的发展。第 2 章 物联网的概念与技术标准2.1 物联网的概念物联网是新一代信息技术的重要组成部分，其英文名称是：“The Internet of things”。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了

25、任何物品与物品之间，进行信息交换和通信 也就是物物相息。物联网就是“物物相连的互联网”。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新 2.0 是物联网发展的灵魂。2.2 物联网关键技术物联网技术不是对现有技术的颠覆性革命，而是通过对现有技术的综合运用。物联网技术融合现有技术实现全新的通信模式转变，同时，通过融合也必定会对现有技术提出改进和提升的要求，催生出一些新的技术。 在通信业界，物联

26、网通常被公认为有 3 个层次，从下到上依次是感知层、传送层和应用层，如图 2 所示。如果拿人来比喻的话，感知层就像皮肤和五官，用来识别物体，采集信息；传送层则是神经系统，将信息传递到大脑进行处理；应用层类似人们从事的各种复杂的事情，完成各种不同的应用。7图2 物联网的三个层次2.2.1 感知层物联网的感知层主要完成信息的采集、转换和收集。感知层包含两个部分：传感器（或控制器） 、短距离传输网络。 传感器（或控制器）用来进行数据采集及实现控制，短距离传输网络将传感器收集的数据发送到网关或将应用平台控制指令发送到控制器。 感知层的关键技术主要为传感器技术和短距离传输网络技术，例如射频标识（RFID

27、）标签与用来识别RFID信息的扫描仪、视频采集的摄像头和各种传感器中的传感与控制技术、短距离无线通信技术（包括由短距离传输技术组成的无线传感网技术） 。在实现这些技术的过程中，又涉及到芯片研发、通信协议研究、RFID材料研究、智能节点供电等细分领域。82.2.2 传送层物联网的传送层主要完成信息传递和处理，传送层包括两个部分：接入单元、接入网络。 接入单元是连接感知层的网桥，它汇聚从感知层获得的数据，并将数据发送到接入网络。接入网络即现有的通信网络，包括移动通信网、有线电话网、有线宽带网等。通过接入网络，人们将数据最终传入互联网。 传送层是基于现有通信网和互联网建立起来的层。传送层的关键技术既

28、包含了现有的通信技术，如移动通信技术、有线宽带技术、公共交换电话网（PSTN）技术、Wi-Fi通信技术等，也包含了终端技术，如实现传感网与通信网结合的网桥设备、为各种行业终端提供通信能力的通信模块等。2.2.3 应用层物联网的应用层主要完成数据的管理和数据的处理，并将这些数据与各行业应用的结合。应用层包括两部分：物联网中间件、物联网应用。 物联网中间件是一种独立的系统软件或服务程序。中间件将许多可以公用的能力进行统一封装，提供给丰富多样的物联网应用。统一封装的能力包括通信的管理能力、设备的控制能力、定位能力等。 物联网应用是用户直接使用的各种应用，种类非常多。物联网应用包括家庭物联网应用，如家

29、电智能控制、家庭安防等，也包括很多企业和行业应用，如石油监控应用、电力抄表、车载应用、远程医疗等。 应用层主要基于软件技术和计算机技术实现。应用层的关键技术主要是基于软件的各种数据处理技术，此外云计算技术作为海量数据的存储、分析平台，也将是物联网应用层的重要组成部分。应用是物联网发展的目的。各种行业和家庭应用的开发是物联网普及的源动力，将给整个物联网产业链带来巨大利润。92.3 物联网的技术领域物联网的技术领域可以用如下三个关键词语概括：“全面感知” 、 “可靠传递”和“智能处理” 。2.3.1 全面感知物联网最核心的特征即在对于物的特性的识别。简单易用并有效的物体识别和动态信息的感知系统是至

30、关重要的。射频识别(RFID)、条形码、二维码、GPS、摄像头、传感器等感知、捕获、测量的技术手段，随时随地对物体进行信息采集和获取。2.3.2 可靠传递物联网要求通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去，随时随地进行信息交互和共享。为做到这一点，需要利用和发展已有的有线与无线，近距和远距，固定与移动，窄带和宽带等各种通讯手段，解决物体到信息采集基站，基站到信息中心，信息中心到信息中心的信息传递问题。2.3.2 智能处理物体的信息通过网络传输到信息处理中心，完成对物体通信信息的相关计算。利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量的跨地域、跨行业、跨部门的数据和信息进行

31、分析处理，提升对物理世界、经济社会各种活动和变化的洞察力、实现智能化的决策和控制。2.4 物联网技术标准物联网的最大瓶颈既不是 IP 地址不够问题，也不是一定要攻克下什么关键技术才能发展。 三网合一，IPv6 固然重要，但物联网的很多底层通讯介质根本不能运行 IP 10Stack，可以通过 UID 等软件标准解决。一些传感器和传感器网络关键技术的攻关也很重要，但那是“点”的问题，不是“面”的问题。 大面的问题还是数据表达、交换，与处理的标准以及应用支撑的中间件架构问题。 同方从 2004 年起就推出了 ezM2M 物联网业务基础中间件产品和 oMIX 数据交换标准（产品中还实现了中国移动的 W

32、MMP 标准） ，但是一个企业的力量是有限的，既然物联网产业已经被提到国家战略的高度，如果以国家层面的高度来推物联网数据交换标准和中间件标准，一定能够发挥整体效果，而且要比制定其他通讯层和传感器的技术攻关见效快。 数据交换标准主要落地在物联网 DCM 三层体系的应用层和感知层，配合传输层通道，目前国外已提出很多标准，如 EPCGlobal 的 ONS/PML 标准体系，还有 Telematics 行业推出的 NGTP 标准协议及其软件体系架构，以及 EDDL, M2MXML, BITXML, obix 等，传感层的数据格式和模型也有 TransducerML, SensorML, IRIG,

33、CBRN, EXDL, TEDS 等等，目前的挑战是把这些现有标准融合，实现一个统一的物联网数据交换大集成应用标准，如果国家能够整合资源， 这个标准的建立具备一定的可行性。不过由于其涉及面广，整体协调难度大，只有受到监管层和高层领导的高度重视，委托国家级的综合性物联网标准委员会 （目前的一些标准组织多半还是更多的关注于传输层标准，或行业应用标准， 如 RFID 和 WSN 无线通讯标准等，统筹能力不够，视野不够宽）具体实施才有可能实现这个目标。2.5 物联网的标准化特点物联网不是全新的网络和应用。物联网是在现有电信网、互联网、行业专用网的基础上，增强网络延伸和信息感知的能力和信息处理能力，基于

34、应用的需求构建的信息通信融合应用的基础设施，因此物联网不是新的网络和应用，而是多年来各行各业应用与信息通信技术融合发展的产物。物联网的应用和感知设备呈现跨行业的多样性。物联网应用涉及经济与社会发展的各个行业和领域，并与各自业务流程紧密结合，具有应用跨度大、需11求长尾化、产业分散度高、产业链长和技术集成性高的特点。物联网的应用按照最终用户来进行分类，可以分为公共服务( 服务于普通消费者，例如智能家居、手机支付等) 和行业服务( 服务于各行各业，例如智能电网、智能物流等)。由于应用的不同，应用所需感知的内容不同，因此对感知设备的性能和接口要求也不一样。物联网应用的提供者是各行各业，应用提供者利用

35、信息通信技术和网络为其提供服务。物联网是各行各业应用与信息通信技术融合发展的产物，各行各业的应用提供者是物联网应用的主体，其应用种类繁多，需求差异较大。信息通信行业是其中一个行业，但因通信行业具有网络规模大、覆盖范围广的优势，因此能够为其他行业提供信息通信基础网络设施。2.6 车载物联网车载物联网是一项新兴技术，可以大幅提高未来交通系统的安全和效率，并将车辆连接到计算机网络。车载物联网能够在行驶中的车辆之间建立无线通信，也能够在过路车辆和路边基站之间建立无线通信。利用多跳转发的方式，车载网络能够让两个在信号范围之外的车辆也建立通信连接。车载网络将成为未来智能交通系统的重要组成部分。本质上车载物

36、联网是一个巨大的无线传感器网络。每一辆汽车都可以被视为一个超级传感器节点。通常一辆汽车装备有内部和外部温度计、亮度传感器、一个或多个摄像头、麦克风、超声波雷达，以及许多其他装备。此外，未来的汽车将配备一个车载计算机、GPS定位仪和无线收发装置。这使得汽车之间，以及汽车和路边基站之间能够无线通信。这种前所未有的无线传感器网络扩展了计算机系统对整个世界的感知与控制能力，并可以让信息在本地产生和共享，不必涉及庞大的基础设施。未来的汽车和车载网络为人们提供了一系列应用。车载网络的应用可分为4个类别。(1)安全应用：安全应用包括碰撞预警、电子路牌、红绿灯警告、网上车辆12诊断、道路湿滑检测等。通常这类应

37、用利用短距离通信实时性的特点来为司机提供即时警告。 (2)效率应用：效率应用包括城市交通管理、交通拥塞检测、路径规划、公路收费、公共交通管理等。这类应用致力于改善公众和个人的出行效率。 (3)商业应用：商业应用包括基于位置的服务，将带给人们巨大的商机。这些商业应用的种类繁多，如，最近的餐馆、最便宜的加油站、商场促销信息等。这些可能的商业应用将为服务业带来新的竞争手段。 (4)信息娱乐应用：信息娱乐应用包括视频和音乐共享、基于位置的餐厅评论、拼车、社交网络等。实际上，信息娱乐的一些应用，如福特SYNC1和起亚UVO，已成为当前汽车市场的一个引人注目的亮点。信息娱乐系统的网络化将是必然趋势。2.7

38、 物联网的安全特性虽然物联网三个层次中各层都具有针对性较强的密码技术和安全措施，但相互独立的安全措施不能为多层融合一起的新的庞大的物联网系统解决安全问题，所以我们必须在原来的基础上研究系统整合后带来的新的安全问题。应用层支撑物联网业务有不同的策略，如云计算，分布式系统，大数据处理等等都要为相应的服务应用建立起高效，可靠，稳定的系统，这种多业务类型，多种平台，大规模的物联网系统都要面临安全架构的建立问题。网络层虽然在因特网的基础之上有一定的安全保护能力，但在物联网系统中，由于用户端节点大量增加，信息节点也由原来的人与人之间拓展为物与物之间进行通信，数据量急剧增大，如何适应感知信息的传输，以及信息

39、的机密性，完整性和可用性如何保证，信息的隐私保护，信息的加密在多元异构的物联网中显得更加困难。感知层信息的采集，汇聚，融合，传输和信息安全问题，因为物联网的感知网络种类复杂，各个领域都有可能涉及，感知节点相对比较多元化，传感器功能简单，无法具有复杂的安全保护能力。132.8 物联网的密钥管理技术物联网中的密钥管理是实现信息安全的有力保障手段之一，我们要建立一个涉及多个网络的统一的密钥管理体系，解决感知层密钥的分配，更新和组播等问题。而所有这些都是建立在加密技术的基础之上，通过加密实现完整性，保密性以及不可否认性等需求。加密技术分为两大部分：算法和密钥。之前国际上比较成熟的算法有AES，DES等

40、，同时他们需要强大的密钥生成算法保证信息的安全。目前的密钥管理技术主要分为对称密钥管理和非对称密钥管理，对称密钥管理又分为预分配方式，中心方式和分组分簇方式。比较典型的有q-composite密钥预置方法，概率密钥预分配方法，SPINS协议，E-G方法等，相对于非对称密钥系统，它的计算复杂度明显较低，但安全性也相对要低。非对称密钥管理中比较典型的就是ECC公钥密码体制，它的硬件实现简单，在同等强度的大整数域中，它的计算和存储复杂度有很大的优势，在ECC上，乘法和加法运算速度较快，但配对运算较慢。ECC是典型的基于椭圆曲线离散对数问题，它和传统的加密算法相比，具有安全性高，计算量小，处理速度快，

41、存储空间小，带宽要求低的特点。因为ECC椭圆曲线上的点群离散对数计算困难性在计算时间复杂堵上目前是指数级别的，这就决定了它的抗攻击性强度非常高。在相同资源条件下，在加密速度上ECC远比其他加密算法快得多，因为ECC系统的密钥生成速度比传统的加密算法要快百倍以上，所以它的加密性能显然更高。同时ECC的密钥尺寸要比传统的加密算法小得多，但却具有同等的安全强度，所以意味着ECC所占的存储空间要小很多，这对于在物联网系统中机密算法受资源环境受限的影响下的使用具有非常重要的意义。在对于比较长的消息进行加密解密时，传统的算法和ECC对带宽都有一定得要求，基本处在同一个级别，但在较短消息的加密解密时，ECC

42、的要求就明显底很多，所以ECC在无线网络环境下进行应用具有非常大的优势。在物联网的密钥管理技术中，无论是对称密钥管理还是非对称密钥管理，14能否进行高效运算，降低高层信息安全对各种运算的依赖，提高物联网信息的安全性，并降低安全成本都是在物联网系统中需要解决的问题。第 3 章 物联网技术在港口生产管理中的应用3.1 项目背景本案例以S港物联网建设项目为例说明物联网技术在港口生产管理中的实际应用情况。随着近几年S港货物吞吐量（尤其是散货吞吐量）的快速增长，生产管理压力越来越大。一是交通管理难度越来越大，二是表现出来的通过各种违规、违法手段夹带、偷盗货物情况时有发生。3.2 项目建设意义随着全球一体

43、化速度的进一步加快，在世界各国国际贸易蓬勃发展的背景下，港口运输以其高效、安全、便捷等特点在国际航运中发挥着越来越重要的作用。尤其作为全球发展速度最快的中国，近年来港口运输发展迅速。面对如此庞大的吞吐量，加之运输过程环节众多，如何实现运输更高效、安全、快速的周转是港口相关企业面临的重点问题。 目前国内大多数港口信息化建设情况较好，码头作业信息基本实现电子化。尤其是集装箱码头，信息化水平普遍较高。信息化是港口运营提高生产效率、降低成本的关键，在当前的港口运营中已成为不可或缺的一分部。但有一个突出问题就是供应链的流通管理、跟踪监控等信息处于孤立状态，无法自动、实时的获取信息。物联网作为下一代互联网

44、，在港口生产运营中的建设发展，必将对港航业产生极其深远的影响。 首先，港口作为航运物流的核心，具有无限的上穿与下行的延伸空间，对建设物流网具有一定的实践意义。其次，建设港口物联网能实现地方产业结构的调整，同时为职能部门对物流行业的规划、管理与控制提供辅助决策依据。再次，港口物联网提供各种远程管理、信息交流的手段及个性化服务，不仅提15升了码头的管理水平，并为推进物流供应链管理，降低管理运营成本，为企业向规模化、集约化发展提供全方位的技术支撑，为区域物流的发展提供物联化功能支撑。3.3 项目建设内容采用物联网技术，以安全生产为主旨，将外部车辆进行集疏港作业和内部车辆进行内部倒运作业的流程各个步骤

45、以信息化的手段体现出来，将每个作业步骤具体到每个子系统中，环环相扣，紧密结合，以“RFID射频卡为主体贯穿整个过程。外来车辆通过到保卫部核查备案后，将车辆信息关联到每个射频卡之中，而每个射频卡都有单独的RFID号码与车辆相对应。通过对RFID卡的扫描来完成车辆的进港、过磅、装/卸车、二次过磅、出港或直取的手持机确认的分步控制，同时，利用物联网技术，与收费站进行结合，实现不停车收费，以提高车辆的通过效率。3.4 项目建设目标为更好的利用物联网技术管理进出港车辆、货物、人员，解决门口进出效率低下、核对进港证、出门证、磅房计量、二次装车等问题，将散杂货生产管理系统与门禁系统整合，采用成熟的 RFID

46、 技术，共同控制进出港车辆，实现信息化辅助门禁管理的目标。系统通过融合射频识别、视频监控、LED 屏显示、无线传输、自动化控制等技术，实现对在港作业车辆的引导和监控，追踪车辆在港动态，防止货物错装、多装情况的发生，结合生产作业过程形成更为严密的流程控制。系统实现对所有进出港车辆的管理，通过有线及无线网络系统，实现岗亭、地磅、库场卡口、装载机司机所安装和配置的设备，及散杂货生产管理系统接口能够即时通讯和数据交换。163.5 系统技术架构基于物联网的S港划分为一个由感知层、网络层和应用层组成的3层体系，如图3所示。感知层包括港区内作业设备和作业区域的条码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、

47、各种传感器，感知层的主要作用是感知和识别物体，采集并捕获信息。网络层包括无线网络接入物联网管理中心和信息中心，并利用网络的能力对海量信息进行智能处理的部分。也就是说网络层不但要具备网络的能力，还要提升信息处理的能力。应用层是将物联网技术与S港的需求相结合，实现港口智能化应用的解决方案。通过应用层最终实现信息技术与S港的深度融合，对S港的发展具有广泛的影响。应用层的关键在于在信息化的过程中，能满足港口管理系统的各个环节智能交流，精确管理的目标。图3 S港物联网技术架构173.6 系统主要功能S 港集团股份有限公司物联网系统包括车辆管理子系统、网上派车子系统、门岗控制子系统、接口子系统（含过磅模块

48、及调度派工模块） 、手持终端子系统、库场卡口子系统、短信解绑平台、收费站车辆自动控制子系统、预约集疏港子系统、物流服务与管控平台、GPS 车辆定位子系统。(1) 车辆管理子系统该子系统为保卫部办卡点使用。用于车辆管理及射频卡发放管理，包括射频卡的注册、关联、注销等功能。可以对车辆信息进行管理，包括车主、司机、车辆的基本信息管理、车辆黑名单管理、车辆皮重管理等。(2) 网上派车子系统该系统用于提供给货主或货代使用，其结合集疏港业务手续通过互联网进行车辆派工，将车辆与港口的作业单进行关联，车辆才允许过磅、装车、出港。可以实时查询货物的集疏港过磅信息,并可以打印磅单。可以进行用户账户注册和授权等。(

49、3) 门岗控制子系统该系统实现保卫部对进出港车辆控制的管理。系统将 RFID，道闸控制、视频监控、LED 显示整合，根据车辆的基本信息、过磅信息、电子出门证、警告信息进行自动判断其是否允许进出港。将车辆的基本信息、过磅信息、电子出门证、警告信息整合到一个操作界面，该界面要针对性强，清晰、操作简单，便于保安验证。每个车道设置两道挡车杆，一个自动杆一个手动杆。自动杆由系统判断是否抬杆，手动杆用于人工判断核查放行。手动杆指保安通过计算机发出放行指令之后抬杆。车辆出港时，手动杆抬起后该子系统注销本次电子出门证信息。(4)接口子系统该子系统包括：过磅系统、调度派工系统、业务办单系统。过磅系统主要是自动读

50、取车牌号及关联业务信息，实现计量称重功能。调度派工系统是作业公司调度对内部倒运车安排作业，实现调度指令关联到内部倒运车。内部倒运车辆不产生电子出门证，过磅时系统不校验装卸单信息。(5)库场卡口子系统该子系统实现车辆通过信息记录，对于具备电子出门证的车辆，通过该点时产生警告信息。车辆经过库场卡口时，读写器读到陶瓷卡后，摄像机自动抓拍车辆图像。(6)手持终端子系统18该子系统主要是装载机司机作业时使用。装载机司机登录手持移动终端时，保证只有当天派工的人员才能登陆，登陆后提示疏港船名、货名、垛位，明确派工指令信息。装载机司机通过手持移动终端采集车号后，在手持移动终端上显示车辆的装卸车单信息，系统自动

51、判断是否与该装载机司机疏港业务一致，只有一致才允许装载机司机确认装卸单信息。装载机司机在手持移动终端端系统中装卸车确认后，记录装载机司机装卸的信息。对于不过磅车辆，可由作业公司理货员、库管员核对车辆、业务信息及载货信息，通过手持移动终端开电子出门证。手持移动终端是通过 GPRS 实时传输数据。(7)短信解绑平台该子系统提供车辆与业务绑定后，司机要解除绑定的解决措施。每辆车只能绑定一个业务。司机发约定格式的短信到子系统后，系统自动给予解绑。解绑后，其他业务可以绑定该车。解绑要求限于港区内每次业务车辆第一次过磅前或具备电子出门证后。(8)收费站车辆自动控制子系统该子系统将 S 港集疏港车辆与收费站

52、通道进行有效、合理的融合，进出 S港的集疏港车辆通过专用通道时，系统自动检测识别，验证通过后自动抬杆放行。(9)预约集疏港子系统该子系统选取司机作为操作对象，车辆装货后，司机通过短信发送车号、货主、收货人、货名、规格型号等相关信息到短信平台，短信平台自动将信息传送到 S 港库场，库场计划员对短信内容进行编辑，填入预卸库区与货位后，通过短信平台反馈给司机，然后根据车辆预到港时间合理安排设备和场地。(10)物流服务与管控平台通过改变目前车、货的传统运作模式，变成结合现代信息网络技术的快捷运作模式，以实现形成港口层面与外围工厂层面对流货源信息、车源信息在平台高效配比，提高车辆运行、货物周转效率，达到

53、重去重回，降低港口层面与工厂层面的物流成本。(11)GPS 车辆定位子系统该子系统在电子地图上进行车辆的实时跟踪、定位和轨迹回放，在车辆超速、脱离监控区域、偏离倒运线路时行驶时给出提示报警信息，在可视化监控平台上车辆状态闪烁以提醒监控管理人员；对车辆行驶进行实时监控，包括轨迹回放，区域设置，关键点设置等以确保车辆的按指令运行行驶。193.7 系统特点及应用效果RFID 射频识别技术是很成熟，也是应用比较广泛和成功的技术。该技术为快速准确的数据采集、数据录入提供了有效、可靠的手段，它与计算机、网络通讯等一起构成了港口数字化的基础，RFID 防伪防拆、操作简单，信息化采集量大，在港口、物流、高速公

54、路 ETC，地铁等都有广泛的运用。通过关键点的车辆，系统自动记录通过信息，尤其对已经具备电子出门证的车辆通过关键点时，系统还将产生警告信息，该车出港时系统禁止出港，能够有效控制二次装车作弊问题。车辆出港带有不完整过磅信息时，禁止出港。这样能够避免司机空车过磅后，出港卸下备胎再去后场装货的问题。过磅时，采用射频卡中 RFID（射频识别）技术来读取车号，防止司机更换车牌作弊；采用电子车牌和业务绑定功能，防止司机换票作弊。 提供给保安车辆进出港的监控信息、业务信息，过磅信息、装卸车信息，警告信息和黑名单信息，而不局限于出门证、进港证来判断车辆放行，对车辆的控制更为全面。调度派工管理“粒度”细化到具体

55、铲车和司机，强化了调度对派工的审核和管理，司机扫描铲车和疏港车辆的射频卡，一方面校验业务的一致性和保证作业设备的数量，另一方面记录铲车司机电子装卸信息，从而为标准吨管理提供数据支持和为 GPS 系统提供派工数据支持。货主能够在网上发布疏港业务信息和网上派工，实现网上办公，从而避免货主在进港道路边、港区内现场开票派车，司机聚集派车点造成的交通堵塞。货主还可以从网上打印磅单，查询过磅动态信息，车辆进出港情况等信息，为货主提供增值服务。降低保安劳动强度，提高核对出门证的正确率和效率。车辆进出港时系统自动判断车辆进港证，自动校验磅房和保卫部确认的电子出门证，从而减轻保安劳动强度，避免人为因素干扰。降低

56、司磅员的劳动强度，提高过磅效率，节约耗材。过磅时司磅员无需录入车号和委托单号，而由系统自动带出，过磅后不再打印装卸车单和出门证，由系统自动产生电子装卸车单和电子出门证，减少过磅时间，同时也为目前磅房管理模式向集中过磅模式转变奠定技术基础。射频卡平均有效期为 10 年，保卫部不需要每年更换纸介出门证。对车辆的管理、收费从系统实现。车辆出港时，及时兑现列入黑名单的车辆的惩处，能有效规范车辆在港区20里的秩序和行为。通过物联网技术有效的解决了收费站交通拥堵、车辆通行缓慢的问题，原来通过人工收费模式，每辆车通过时间需要 3 至 5 分钟；集疏港专用通道每辆车只需 20-30 秒的时间，比原来的通行效率

57、提高了至少 9 倍。通过车辆预约集疏港，库场提前安排装卸设备及人力，有效提高了 S 港的装卸效率。代理、代发车队通过平台发布每日待运货物信息、每日集疏运计划，物流公司对其进行审核，审核通过后系统自动通过平台进行发布。货主、代理通过平台发布货源信息，固定车源、流向的车队通过平台发布专线车源信息，零散车队通过平台发布车源信息，各配货站通过平台发布每日配货信息，物流公司对其进行审核，审核通过后系统自动通过平台进行发布。货主、代理根据自己的权限等级通过平台查询各车队的车源信息，包括：主要运货方向、运货能力等。货主、代理通过平台搜索附近车辆信息，包括车号、手机号等相关信息。车队根据自己的权限等级查询各货主、代理的待运货物信息。货主、代理通过平台预定车辆，预定成功的车源信息进行实时更新。车队、车主通过平台预定货物，预定成功的货物信息进行实时更新。GPS 车辆定位子系统最大限度的避免货物亏吨，降低货物亏吨率，在加强管理的同时，决定在 GPS 设备、系统使用现状的基础上，来开发适合港口行业实际情况的 GPS 系统平台，来支撑各作业公司对库场内车辆的有效监控，同时将定位信息通过 GPRS 上传到港口可视化监控平台，不仅能动态显示港内堆场占用、货物存放、车辆动态情况，还能方便调度、管理和维护，大大提高工作效率、定位精度、安全等级等。天津理工大学高等教育自学考