集装箱码头智能化生产作业系统的研究与实现论文

1、1 / 93职业型硕士博士（打印时删除）职业型硕士博士（打印时删除）硕士学位论文硕士学位论文 （专业学位）（专业学位）2 / 93A dissertation submitted to集装箱码头集装箱码头智能化生产作业系统的智能化生产作业系统的研究与实现研究与实现姓 名： 学 号：所在院系： 软件学院职业类型： 工程硕士专业领域： 软件工程指导教师： 副指导教师： 二一一年六月3 / 93TongjiUniversity in conformity with the requirements forthe degree of Master of EngineeringThe Research

2、and Realization of The Container Terminal Intelligent Operation SystemCandidate: Student Number: School/Department: Software EngineeringDiscipline: Master of EngineeringMajor: Software EngineeringSupervisor: June, 2011I / 93集集装装箱箱码码头头智智能能化化生生产产作作业业系系统统的的研研究究与与实实现现同同济济大大学学II / 93学位论文使用授权书学位论文使用授权书本人完

3、全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以与提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年 月 日III / 93同济大学学位论文原创性声明同济大学学位论文原创性声明本人重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的容外

4、，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的容。对本论文所涉与的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日I / 93摘要摘要港的集装箱码头始建于 1980 年，经过 30 多年的工作实践，已经积累了丰富的集装箱装卸、疏运作业经验。本文试以港集装箱码头不断引进和开发智能化的计算机生产作业系统，阐明船舶的装卸作业、进出口集装箱的集疏港、特种箱管理、航陆运杂作业等已经具备了现代化集装箱码头的管理水平。文章通过研究港集装箱码头的标准作业流程，论述如何利用高效的网络通信、成熟的

5、计算机控制、先进的程序算法、智能的业务处理等提升生产过程的重要环节，使其更加自动化和智能化，促进码头的实际生产作业。文章基于已投产的集装箱码头生产作业系统，研究其程序部的数据流程和业务逻辑，遵照现行的生产管理方式，全面提升软件性能，尽可能的实现自动化和智能化操作，例如：码头堆场的可视化监控、GPS 辅助龙门吊装卸、模拟集卡行驶路线、智能闸口自动化收提箱、射频卡无线数据传输、出口船图的自动配载、EDI 电子报文自动接收和发送等。实现减免部分人工操作，逐步自动化和智能化生产作业系统。文章立足于标准的集装箱作业工艺和生产流程，探讨怎样通过成熟的开发模式和先进的开发工具，发挥先进的硬件设备和软件程序相

6、结合带来的优越性，向统一的、更加智能和自动的生产操作发展。集装箱码头的生产作业系统作为港口业务的核心容，可以提高整个港口的集装箱吞吐量和客户服务水平，进而提升港口的综合竞争实力。最后，对生产作业系统自动化和智能化开发和应用方面进行了总结和展望。专业排版，专业论文写作修改 降低论文重复率 制作答辩幻灯片免费提供论文下载 论文指导等服务免费咨询请联系淘宝旺旺：文交天下友淘宝搜索 文天下wentianxia.taobao./关键词：关键词：数据库、软件开发工具、可视化、GPS 定位、智能闸口、射频卡、箱号识别、EDI 自动化II / 93ABSTRACTABSTRACTEstablished in

7、1980, the container terminal of TianjinPort has already accumulated plentiful experience of container handling andtransport in the past over 30 years. The thesis tries to clarify that container terminals have had advanced level of management in container ships loading and discharging, import and exp

8、ort containershandling, special container operating and other vessel stevedoring, through the development of the computer operation system.In terms of the standard technological process, the thesis discusses how to improvethe whole production procedure and make operationsautomated and intellectualiz

9、ed by using efficient networking, mature computer control, advanced algorithm, intellective business processing. And it had promoted the production of the port. Based on the application of the container terminal operation system, the thesis researches the inside program flow and business logic, and

10、makes great efforts to achieve the automatic operation in some respects, such as: the container yard visualization,GPS to Rubber Tired Gantry Crane, container truck tracking, auto-gate, RFID card,auto planning of BAPLIE,EDI files auto sending and receiving. It can reduce manual work and complete the

11、 automatic and intelligent management system gradually.On the basis of the container administration standardization, the thesis indicates that the good software development tool and model combined with sophisticated equipment and program can make the manufacturing management more and more automatic.

12、 The operation system of container terminal is essential to the port operations, and can not only raise standards of service but also help us to compete with other countries for global marine market.At last, the problems requiring further studies are discussed briefly.III / 93KeyKey Words:Words:data

13、base, software development tool, visualization, GPS, auto-gate, RFID, container number auto-recognition, automated EDIIV / 93目录目录第 1 章引言 111 概述 112 国外的研究现状 213 论文的主要研究容 214 论文的章节结构 3第 2 章系统开发环境 421 CTIOS 的软件开发工具 4211 微软公司的 C+开发工具 4212 SYBASE 公司的 PowerBuilder 开发工具 522 CTIOS 的数据库平台 6221 Oracle 10g 产品的

14、技术优势 7222 Oracle 10g 产品的安全性 7223 Oracle 的强大后台运算能力 8224 Oracle 的管理存储程序 923 集装箱码头智能化生产作业系统的应用现状和运行环境 10231 CTIOS 的自动化和智能化方面 10232 CTIOS 的运行模式和环境 10233 CTIOS 系统运行的环境拓扑图 11第 3 章系统需求分析 1231 用户提出需求 13311 集装箱码头的可视化生产控制系统 14312 集装箱码头的闸口自动化系统 14313 集装箱码头的自动配载系统 15314 集装箱码头的 EDI 自动发送接收系统 1632 可行性研究 16321 经济可行

15、性分析 16322 技术可行性分析 1833 需求分析 20331 码头可视化生产控制系统的需求分析 20332 码头闸口自动化系统的需求分析 21333 出口集装箱自动配载系统的需求分析 23334 EDI 自动发送接收系统的需求分析 2434 非功能需求 2535 运行环境需求 26V / 93351 软件环境 26352 硬件环境 26第 4 章系统智能化模块设计 2741 系统设计思路 2742 系统设计目标 2743 系统设计原则 2744 系统开发平台、体系结构和开发模式 28441 系统开发平台 28442 系统体系结构 28443 系统开发模式 2945 系统模块设计 3045

16、1 可视化生产控制系统的核心功能设计 30452 闸口自动化系统的主要功能设计 31453 自动配载系统关键功能的设计 33454 EDI 自动发送接收主要功能的设计 3746 系统数据库设计 39461 数据库的选择 39462 数据库的设计规 39463 可视化生产控制系统核心功能的标准设计 40464 闸口自动化系统主要功能的标准设计 42465 自动配载系统关键功能的标准设计 44466 EDI 自动发送接收系统的标准设计 47第 5 章系统模块实现 5151 可视化生产控制系统核心功能实现 51511 堆场与集装箱分布图的数据表创建 51512 机械运行状态的更新过程 5152 闸口

17、自动化系统主要功能实现 52521 箱号自动识别的接口实现 52522 系统接收箱号的代码实现 53523 系统传送收箱数据进行找位的实现 54524 后台实现找位 5453 自动配载系统关键功能的实现 55531 自动配载系统校验船型结构 55532 自动配载系统校验船图 5654 EDI 自动发送接收系统的实现 57541 EDI 报文格式定义 57542 EDI 自动发送参数配置 57VI / 93543 EDI 自动发送报文的指令生成 58544 EDI 自动接收的实现 58第 6 章系统模块测试和绩效分析 6061 确定系统测试的方法和测试用例 6062 可视化生产控制系统核心功能的

18、测试 60621 堆场集装箱分布画面 60622 龙门起重机（RTG）定位和操作画面 61623 集装箱拖车的分布图 62624 GPS 辅助龙门吊装卸集装箱的详细过程 62625 可视化生产控制系统的测试结果分析 6363 闸口自动化系统主要功能的测试 63631 闸口自动化系统的前端数据采集 63632 闸口自动化系统的集中控制中心 64633 闸口自动化系统的集中验残 65634 闸口自动化系统的缓冲区管理 66635 闸口自动化系统的测试结果分析 6664 船舶自动配载关键功能的测试 66641 自动配载的预配分组 66642 自动配载的参数设置 67643 运行自动配载 68644

19、配载图的检验 68645 自动配载测试结果的分析 6965 EDI 自动发送接收系统的测试 69651 EDI 自动发送报文格式 69652 EDI 自动发送参数设置 70653 EDI 自动接收设置参数 71654 EDI 自动发送接收系统的测试结果分析 7166 绩效分析 72661 可视化生产控制系统核心功能的绩效分析 72662 闸口自动化系统主要功能的绩效分析 72663 自动配载主要功能的绩效分析 73664 EDI 自动发送接收系统主要功能的绩效分析 73665 总体绩效分析 73第 7 章结论和展望 7471 结论 7472 进一步工作方向 75致 76VII / 93参考文献

20、 77附录 A 个人论文发表情况 78个人简历、在读期间发表的学术论文与研究成果 791 / 93第第 1 1 章章引言引言11 概述党中央、国务院将滨海新区纳入国家总体发展战略布局，为和滨海新区的发展带来了难得的历史性机遇。港位于渤海湾上的海河入，处于京津城市带和环渤海经济圈的交汇点上，是环渤海港口中与华北、西北等陆地区距离最短的港口，是首都和市的海上门户，也是亚欧大陆桥的东端起点。港同世界上的180 多个国家和地区的 400 多个港口有贸易往来，每月集装箱航班 400 余班，包括国、日本、 、东南亚、波斯湾、地中海、欧洲、美国与加拿大等国家和地区；并与日本、国、美国、荷兰等国家的 12 个

21、港口建立了友好港关系。港是中国最大的人工海港，是我国对外贸易的重要口岸。现有水陆域面积近 200 平方公里，陆域面积 47 平方公里，规划到 2011 年港口陆域总面积达 100 平方公里。目前，港航道最大可进出 25 万吨级船舶，水深最深达-19.5 米。港主要分为北疆、南疆、东疆、海河四大港区，港集团公司所属公用泊位 85 个，岸线长度 18.1 公里。北疆港区以集装箱和件杂货作业为主；南疆港区以干散货和液体散货作业为主；海河港区以 5000 吨级以下小型船舶作业为主；东疆港区为港的一个新港区，规划面积为 30 平方公里。目前，港吞吐量位居世界港口第六位，国港口第四位，北方港口第一位；集装

22、箱吞吐量位居世界港口第十六位，国港口第六位。连续多年入选全国 500 强企业，港口行业第二位。随着全球经济一体化与信息技术的突飞猛进，特别是现代物流业的蓬勃发展，现代港口竞争因素日趋多元化、经营变得国际化，港口只有依靠信息化和数字化，才能立足于各大港口之间的激烈竞争，这种竞争不只局限于生产、设备、场地、人力等有形资源，更主要的是港口的信息化管理能力。所谓的信息化管理就是利用计算机和系统程序等先进技术进行码头作业的管理和调配，极尽可能的使用现代化设备来代替传统的人工录入、核对、分析、设计等工作，真正使计算机成为人的大脑、眼睛和手脚。正如开篇所示，集装箱吞吐量占全港总吞吐量的比例很大，加上集装箱的

23、装卸作业较为标准化，所以集装箱码头在全港的生产业务里最能体现企业的工作能力和作业效率，集装箱码头生产作业系统当然也就成为了港口服务的核心平台，对提高码头的进出口吞吐量、提升企业服务质量、增加码头的凝聚力和竞争力，起了至关重要的作用。2 / 9312 国外的研究现状世界上比较著名的集装箱码头生产作业系统应该是比利时的 COSMOS 系统。其最大的特点应该是智能性和整体性，它非常具体的囊括了一条船舶的所有工作，包括：船型结构、船期编排、集港收箱、提箱等。如果是较为理想的状态，那么船舶的装卸速度和质量、码头的泊位和场位利用率都会很高。其次是美国NAVIS 软件公司开发的码头系统。该系统最为核心的是图

24、形化船舶配载和堆场管理控制系统SPARCS 和集装箱基本信息系统EXPRESS。它最大程度的节省人力、优化堆场空间，而且还能确保码头所有信息数据的安全和准确性，全面提高码头的作业能力。这两家公司保持着集装箱码头生产系统的“领头”地位。COSMOS 产品应用于堆场管理的较多，NAVIS 更侧重于船舶的配载和装卸指令管理。彼此各有千秋，它们都汇聚了各业务环节、各科技领域的专家，共同研究如何提高场地的利用率、提升机械运行效率、增强集装箱船舶的积载稳性等，使码头的船舶操作更加高效和安全。13 论文的主要研究容现代化的集装箱码头需要具备智能化的生产作业系统，而这个“智能化”经历了几代人的努力和奋斗，从最

25、开始的人工纸面记录模板操作，逐步升级为计算机终端信息处理。此后，随着计算机的日益普与，客户端全部应用单机系统，这使得客户端的信息处理能力加强，降低了服务器端的数据处理压力。随着码头信息化水平稳步提高，码头的生产操作不仅依靠计算机的先进管理，而且愈来愈多的人工智能被应用到码头的作业过程。论文立足于标准的港集装箱装卸作业和疏运流程，结合目前正在使用的港集装箱码头生产作业系统，总结出与国外先进集装箱码头作业系统的不同之处和有待提高的方面，提高程序自动化能力和人工智能化水平。在智能化方面，综合利用统计运筹、工控模拟等信息技术，建立健全码头的管理理念和业务流程，整理出科学的智能化算法，使场的各类机械资源

26、在任何环境和作业条件下，得到最有效和合理的调配，降低了人工操作环节所带来的风险，提高了机械的生产效率，提升了码头的资源利用率。例如：智能化的无人集装箱闸口。利用电子信息技术、图像识别技术与集装箱射频卡合理整合，自动识别箱号和获取车辆信息，程序会根据业务的各个环节控制，通过视频监控集装箱的残损情况，与核心服务器进行数据交换，实现集装箱闸口的无人化管理，提高闸口的车辆通行速度。出口集装箱的自动化配图。集装箱自动配载3 / 93系统是模拟人脑、具有智能计算功能的集装箱配载系统，包含集装箱船舶领域的专业知识和船舶积载的实际经验，具有人的思维能力，可以针对集装箱出口数据处理量多、计算难度高、各类条件多、

27、限制因素复杂等要求，根据集装箱船舶的参数属性、堆场集装箱分布情况、预配要求等，完成符合船舶稳性、倒箱量低的出口船图。14 论文的章节结构针对以上研究容，论文分为五大章节，每个章节容如下：第 1 章：引言。主要说明了论文的研究背景、研究容和方向等。第 2 章：系统开发环境。主要描述了集装箱码头生产作业系统的架构和研发过程中所涉与的开发工具、开发平台以与相关的理论依据等。第 3 章：系统需求分析。按照码头装卸集装箱的实际工作流程，系统说明业务管理流程，阐述客户化需求，充分使用用例图说明系统的实现要求和目的。第 4 章：系统智能化模块设计。依据港集装箱码头的标准生产规和作业流程，结合现有投产系统的功

28、能特点，分析设计出可以提高生产效率、作业能力的智能化功能模块。第 5 章：系统模块实现。挑选具有代表性的关键代码和后台过程，描述主要功能模块的实现方法。第 6 章：系统模块测试和绩效分析。选择典型功能界面，测试程序的运行情况和执行结果。第 7 章：结论和展望。4 / 93第第 2 2 章章系统开发环境系统开发环境本章主要介绍港集装箱码头智能化生产作业系统（Tianjin Port Container Terminal Intelligent Operation System） ，以下简称 CTIOS 的系统架构和研发过程中所用到的软件工具、系统平台以与相应的数据库后台等技术条件。21 CTIO

29、S 的软件开发工具生产作业系统如果按照与用户交互方面区分，主要包括可视化图形操作和基础数据维护两大部分。前者依据计算机视觉科学原理充分发挥出计算机模拟实际场景的强大能力，应用美国微软公司的 MS Visual C+进行设计开发，最终形成可以模拟实际场地布局、集装箱堆放和机械运行的图形化管理系统。基础数据维护采用擅长数据库通信的美国赛贝斯公司 PowerBuilder 开发工具，通过 PowerBuilder 数据窗口功能可以快速的维护和查询记录，界面友好并支持多客户端的并发数据操作。211 微软公司的 C+开发工具C+软件开发工具使用相当广泛，它是一种静态数据类型检查、支持多型的通用程序设计语

30、言。C+支持过程化程序设计、数据抽象化、面向对象程序设计、泛型程序设计、基于原则设计等多种程序设计理念。从本质上说，C+是从 C 语句中继承而来的。C+的发展壮大，主要是因为程序方法的发展。程序设计方法的发展，主要是计算机应用围的扩大和编程规模的扩大。早期的编程，其目的主要是解决某些科学计算问题。C+以其高度的灵巧性和实现上的高效性比其它语言更胜一筹，因为计算问题愈加复杂多样，难于用简单通用的数据类型来描述，而且它更需要在时间和空间上的合理运筹，以与算法上的高度技巧来完成1。C+附带提供一个集成开发环境（Integrated Development Environment，IDE） ，包括程序

31、源代码编辑器、代码编译器、程序调试器和图形用户界面控件工具，集成了代码编写、错误分析、编译调试、运行查看等全部功能的软件开发环境。也就是说，程序员可以在该图形界面中，编写源文件并逐个编译调试源代码，装配和部署全部源文件与资源文件，直到顺利运行。5 / 93新版本的 C+提供了功能更加丰富的 MFC（Microsoft Foundation Class）编写 Windows 应用程序。它是建立在 Windows API 之上的 C+类库（C+ Class Library） ，目的是让 Windows 程序的设计编写更快，更加符合面向对象的要求；MFC 可以编写应用程序的 C+类集，其按照层次结构

32、来组织，封装了很多功能强大的 API 函数和视窗控件2。MFC 功能甚至包含到整个 Windows 操作系统。MFC向开发者提供图形操作系统下所有程序的应用框架以与它们的组件构成。所以，利用 C+的可视化设计环境和丰富的 MFC 类库，开发程序周期大大缩短，编写难度降低很多，程序代码具有较强的可靠性和复用性。早期的 MFC 版本只有非图形类和图形类两种类型，用于应用程序的图形界面接口就是 GDI（Graphics Device Interface） 。最新的 MFC 版本已经囊括了上百种类，不同的类实现不同的功能。它们之间相辅相成，不同的层次结构对应 Windows 系统的不同接口。接口有：窗

33、口类、对象类、GDI 类、文件类、OLE嵌入类、异常处理类等。利用 C+的 MFC 图形设计类可以绘制出用户需要的各种图形，甚至可以创造出三维效果的立体图形。目前主流的两大图形接口是 OpenGL 和Direct3D。Direct3D 主要应用于游戏的开发，OpenGL 则专门处理图形应用系统，如：GIS 地理信息系统、模拟集装箱堆场三维场景、码头装卸生产过程等。OpenGL 是目前最新的开放式的三维图形标准，用 OpenGL 编写的程序不仅可以在 SGI、DEC、SUN、HP 等图形工作站上运行，而且可以在微机环境下运行。我们生活在一个充满三维物体的三维世界中，为了使计算机能精确地再现这些物

34、体，我们必须能在三维空间描绘这些物体。能否尽快地理解并运用这些信息将直接影响事业的成败，所以我们需要用一种最直接的形式来表示这些信息。最近几年计算机图形学的发展使得三维表现技术得以形成，这些三维表现技术使我们能够再现三维世界中的物体，能够用三维形体来表示复杂的信息，这种技术就是可视化( Visualization ) 技术。可视化技术使人能够在三维图形世界中直接对具有形体的信息进行操作，和计算机直接交流。这种技术已经把人和机器的力量以一种直觉而自然的方式加以统一，这种革命性的变化无疑将极提高人们的工作效率3。212 SYBASE 公司的 PowerBuilder 开发工具Sybase 公司经过

35、二十多年的进取开拓，取得了令世人瞩目的成绩。PB 可以安全、可靠地管理信息和交互数据，提供最先进的信息管理、开发和集成解决方案。PowerBuilder 是面向对象的可视化编程工具，相对于传统的面向过程语言，可以更好的实现系统功能，而不用在界面上花费很多时间。6 / 93PowerBuilder 是一个面向对象的图形应用开发环境。使用 PowerBuilder可以容易的开发功能强大的图形界面程序访问数据库。PowerBuilder 应用程序由窗口组成，这些窗口包含用户交互控件。开发人员可以使用标准控件，如：命令钮、复选框、下拉式框、文本框等，以与高级自定义控件，使应用程序更易于开发和使用。Po

36、werBuilder 可以通过传统的图形客户/服务器两层应用，访问服务器数据库4。PowerBuilder 最强大的控件是数据窗口（DATA WINDOW） ，通过数据窗口控件可以快速的存储读取记录。而且，定义数据窗口对象时，可以呈现多种样式和不同的数据源。界面样式包含报表通用模板和数据多种显示方式，记录呈现样式包括：Tabular：表格形式的数据列，标题在列头，每次显示几条记录。Freeform：自由显示各数据字段，每次只显示一条记录。Grid：行列格式，类似表单格式，可以调整边框。Label：每个标签显示一条记录。N-Up：每页有两条或多条记录，用于区间数据。Group：标题下有行分组的表

37、格样式，每组带有统计值的计算域。Composite：可包含多个数据窗口。Graph：图形显示数据的方式。Crosstab：行列格式，有数据统计值。Rich Text：具有超文本数据列的文本段。OLE：嵌入和 OLE 对象。数据窗口对象的数据源定义了如何取记录，数据可以绑定到数据库表，也可以从文件导入，或者利用 SQL 语句定义。可以随时修改 SQL 语句改变记录源。数据窗口的数据源包括：Quick Select：记录来自 SQL 数据库的一个或多个表，表通过外键关联。SQL Select：定义的 Select 语句，可以随时修改语句，定义分组、计算列等。Query：创建一个查询对象。Store

38、d Procedure：利用数据库存储过程查询记录。Externam：从外部文件导入记录。由于 PB 的数据窗口可以很好的与数据库交互数据，功能强大、方便快捷。所以 CTIOS 基本数据管理模块采用 PowerBuilder 10.0 工具开发。7 / 9322 CTIOS 的数据库平台生产作业系统的数据存储和数据挖掘是实现码头智能化生产的基础和保障。有了稳健的数据仓库、高效的数据通信、良好的后台并发控制、丰富的存储过程管理等，才会更好的实现码头作业过程中的人工智能。所以，CTIOS 的数据库采用当今世界一流的美国甲骨文公司 Oracle Database 10g 产品。221 Oracle

39、10g 产品的技术优势Oracle 10g 数据库是第一个为企业级网格计算而设计的数据库。提供了众多特性支持企业网格计算。Oracle 数据库是数据单元的集合，数据库的目的是存储和提取相关信息。数据库服务器能够解决信息管理的问题，能够在多用户环境下管理大量的数据，使得这些用户能够同时访问一致的数据记录。数据库服务器提供了高稳定性和安全特性，防止未经授权的用户访问企业重要的信息资源5。企业级网格计算目的是创建大型的存储器和服务器池。利用这种体系结构，所有应用系统都可以从组件池中快速得到供应，不需要根据高峰负载来确定系统规模。可以方便地增加和重新分配容量。企业级网格计算在各方面都降低了成本，不仅可

40、以使用低成本的组件提高资源利用率，而且可以使用同样的设计图来构建应用系统，通过集中化管理工具统筹维护应用程序。网格计算是新兴科学，企业可以将各类服务器、存储机器和客户端联合组成一个庞大系统，进而能够优化计算利用数据，把所有资源集过局域网络资源共享。222 Oracle 10g 产品的安全性数据库中的数据是企业最为重要的资源，一旦发生故障，可能无法挽回。但是，如果过分的加入安全控制反而会影响到数据库本身的效率。所以，必须选择一个适当的安全策略，即可以限制员工访问敏感记录，又能保证数据库工作稳定。Oracle 提供了完善的权限、角色和安全规则，可以建立相应的安全策略和某些高级安全特性。数据安全解决

41、方案包括：a) 数据的并发性和一致性：多个用户可以同时查询出一样的记录。客户修改数据时，不必关心其它用户修改同样的记录，多个并行事务的语句会排队更新一样的记录。完全一样的事务同时执行，数据库会自动创建事务隔离模型，称为串行化。事务的串行化就是保证事务按时间先后顺序执行。8 / 93b) 数据的锁：避免一样数据访问时事务之间的有害性交互。语句被执行时，Oracle 都会自动加锁，发挥其最底层的限制功能，保护数据并发性和完整性。锁分为独占和共享两种。每当修改数据，独占锁可以防止当前资源被共用，只有事务释放才能被修改。共享锁可以防止书写器同时访问，只允许多用户一起读数据。c) FLASHBACK 查

42、询：能够查看和修复历史记录。用户通过简单配置就可以实现数据库多长时间的记录恢复。d) 数据的完整性：避免非法信息入侵，增强数据规性。完整性规则定义在表，存储在数据字典。任何应用系统的数据都满足了一样的表完整约束，所以表就保证的数据的合法性。完整性约束包括：NULL 是否空、UNIQUE 唯一性、Primary Key 主键、Foreign Key 参考完整性和 CHECK复杂完整性。此外，用户可以使用触发器定义等增加特殊类型的约束规则。e) 认证、权限、角色和安全规则：通过操作系统、网络服务、数据库管理来多层授权用户。多层环境中，数据库位于中间层通过限制权限、保留所有层的客户标识来审计管制用户

43、。权限是执行某种类型 SQL 语句或访问其它用户对象的权力，包括：连接数据库、建表、查询修改数据等。角色指用户在每个表上的特定访问授权。223 Oracle 的强大后台运算能力Oracle 具有强大的后台操作管理，其中嵌的 PL/SQL 语言为用户提供了方便的数据操作接口。我们可以使用 SQL 语言操作和管理记录，但 SQL 语言正如其名 Structured Query Language 结构化查询语言，仅能存取记录与更新、管理关系数据库，没有任何编程功能，不可能写套完整的数据库应用程序。为此，Oracle 创建了一种过程化编程语言 PL/SQL（Procedural Language/SQ

44、L） 。PL/SQL 是 Oracle 数据库对 SQL 语句的扩展，在普通 SQL 语句的使用上增加了编程语言的特点，所以 PL/SQL 就是把数据操作和查询语句组织在 PL/SQL 代码的过程性单元中，通过逻辑判断、循环等操作实现复杂的功能或者计算的程序语言。PL/SQL 中可以使用过程控制语句、定义常量和变量，也能够嵌 SQL 语句交互数据库6。熟练 PL/SQL 语法规则，就能编写很多涉与底层高级功能的应用程序。也许多个 SQL 语句也会实现一样的功能，但相比之下，PL/SQL 更具备编程语言的优点：a) 可以模块化批量 SQL 语句的程序实现功能。9 / 93b) 具有可移植性，PL

45、/SQL 编写的后台程序可以执行在任何一个 Oracle 数据库。c) 使用了标准的过程化控制语句。d) 能够自动捕获程序执行过程中的意外和错误，不会造成系统流程中断。e) 都是在服务器端执行，所以集成性、安全性和效率都比较高。假如使用一组 SQL 语句实现特定功能，C/S 结构的系统程序首先要传递每条语句，之后还要交互每条语句的执行结果。不仅浪费时间，而且浪费了网络资源，被传递的容都是语句执行时的过程数据，并不是最终的执行结果。由于PL/SQL 程序代码存储在数据库部，程序调用、分析、执行等过程完全封闭进行，客户端只需执行调用 PL/SQL 的命令，数据库负责执行并返回结果。程序执行的过程中

46、，网络基本没什么流量，性能非常强大。224 Oracle 的管理存储程序使用 Oracle 的 PL/SQL 语言可以编写函数（Function） 、过程（Procedure） 、触发器（Trigger） 、包体（Package）等存储程序。存储函数和存储过程都是具有特定功能完成某种任务的 PL/SQL 语言块，区别是函数会返回一个值给调用者。它俩都是通过预编译存储在存，执行时不需要再编译，可以直接执行，速度相当快。普通 SQL 语句发出后，提交数据库需要解析、编译、执行等，速度慢很多，所以存储函数和过程保证了数据库系统的高效管理和运行。存储过程可以减少 SQL 注入式攻击，提高了系统安全性，

47、没有一定权限的用户不能执行相应的存储过程。如果同时进行主从表或多表间的数据有效性验证和操作时，存储过程会更方便的利用 SQL 中的事务处理机制。程序包可以把过程和函数封闭起来，作为一个独立的单元，以完成相应的操作。它含有两个部分：规说明和程序包体。规说明包含了程序包的信息、过程和函数列表。程序包体中包含了实际的代码7。它可以把过程和函数放在逻辑分组中，存在两个部分：即包说明（规、 ）和包体（程序主体） 。它们都被存储在数据字典中，程序包同过程、函数相比，它仅能存储在非本地的数据库中。除了允许相关的对象结合为组之外，包与依赖性较强的存储子程序相比其所收的限制较少。本质讲包是一个命名的声明部分，任

48、何出现在块声明中的 SQL 语句都能在包中使用，这些语句包括过程、函数、游标、类型、常量和变量等。它们都存储在包体，用户就能任意从别的 PL/SQL 块中引用，可以理解为程序包的全局变量和函数功能。因此，调用程序包完成工作效率是最快的。10 / 93触发器比较特殊，它只能由事件触发，附着在数据库表实体的 PL/SQL 程序，随着表记录的变化调用相应的程序指令。也可以查询操作其他表，包含更为复杂的 SQL 语句。甚至可以强制服从复杂的业务需要和规则，例如强制引用完整性约束，以便在多个表中同时添加、更新或删除行，保证这些表之间事先定义的关系8。触发器能够利用库结构里的关联表进行级联操作，通过级联调

49、用完整性约束较好的进行变更操作。所以，触发器可以使用比 CHECK 约束更复杂的约束。触发器可以使用另一个表中的 SELECT 比较插入或更新的数据，以与执行其它操作，如修改数据或显示用户定义错误信息。触发器也可以评估数据修改前后的表状态，并根据其差异采取对策。一个表中的多个同类触发器（INSERT、UPDATE 或 DELETE）允许采取多个不同的对策以响应同一个修改语句。触发器相对约束来说，在特殊情况下更具优势，尤其可以包含使用 TRANSACT-SQL 代码的复杂处理逻辑。触发器可以支持约束的所有功能，在约束所支持的功能无法满足应用程序的功能要求时，触发器就极为有用。23 集装箱码头智能

50、化生产作业系统的应用现状和运行环境港集装箱码头的智能化生产作业系统 CTIOS 在开始研发时就已经制定了着重使用 Oracle 后台的管理机制。再配以图形化界面的前端管理程序、多任务消息处理机制、千兆光纤局域网、2.4Ghz 无线网络通信、400Mhz 手持机等，充分保证了系统的稳定性、灵活性、便捷性。CTIOS 采用图形化操作方式，通过先进的控制平台和各种优化算法，实现了动态实时显示码头作业情况、自动编排船舶计划和场地计划、智能预演和回放、多种样式的报表和支持用户自定义报表。通过对泊位、堆场空间和机械设备等资源进行智慧化操作，充分考虑了岸桥等各种设备和操作工艺的特点，可以更好的适应各种规模的

51、集装箱码头，满足码头对于计算机辅助生产作业的智能化要求。231 CTIOS 的自动化和智能化方面港已经有三家大规模集装箱码头应用了此系统。长时间实践证明其可以充分满足码头日常的装卸和疏运作业，而且在智能化方面发挥了强大的作用。例如：投产运行的码头可视化生产控制系统、刚刚投产的闸口自动化系统、研发成功的船舶自动化指泊、自动配载系统、智能机械调度等。这些项目的攻关都本着节约人力成本、提高生产效率的原则，经过细致的系统调研、可行性分析、需求分析、软件设计开发、系统测试等，力争达到最好的效果，博得客户的广泛好评。11 / 93232 CTIOS 的运行模式和环境集装箱码头的业务量非常大，所以相应的数据

52、读取和存储量也相当惊人。一个集装箱码头平均每天装卸 2000 标准箱（Teu）以上，还有计费、提箱、转运、集港等陆运作业，所以对数据库与网络的访问非常频繁，是典型的“点多、面广、压力大” 。为此，CTIOS 采用 C/S 系统模式，C/S 解决码头生产作业过程里的数据管理和交互，使用 C+和 PB 工具开发，负责整个生产作业流程的控制管理。同时 WEB 提供了充足的外围客户功能，发布码头相关信息和功能。233 CTIOS 系统运行的环境拓扑图图 2.1 CTIOS 系统运行环境布局图a) 服务器数据库：Oracle Database 10gb) 系统软件开发工具：Visual C+6.0，Po

53、werBuilder 10.0c) 服务器：IBM 小型机 P590，AIX 操作系统d) 网络：千兆以太网12 / 93第第 3 3 章章系统需求分析系统需求分析顾名思义，系统需求分析就是针对所要完成工作任务或者达到某些目标的具体分析。它从客户的使用方角度出发，依据规定的计划和目标，逐渐创建和完善系统，尤其注重系统的性能、参数、动作等。最开始的应该是可行性分析，其中的需求调研最为基础，包括：调研对象和调研方法。调研对象指人与人、人与事物、事物与事物等。调研方法关键是明确业务流程和知识点，需要咨询行业专家或专业顾问。良好的调研人员解决问题的同时还能获取更丰富的知识，最终成为业专家。程序的设计开

54、发必须具有坚实的系统需求调研和分析，细致入微的需求分析会使程序设计更加合理和人性化。按照软件工程的标准，需求分析应该是较为重要的环节。如果没有务实的需求调研和详细的系统分析，根本不能符合用户的实际要求，更谈不上编程和使用了。软件工程的目标是提高系统程序的质量与生产率，最终实现软件的工业化生产。质量是软件需求最关心的问题，而生产率是软件供应方最关心的问题。软件工程的步骤分为：人员管理、项目管理、可行性与需求分析、系统设计、程序编码、测试、维护等。图 3.1 软件工程的组织环节和线性模型软件工程指导软件开发和维护。软件的开发模型包括：快速原型模型、增量模型、螺旋模型、喷泉模型等9。针对投产系统的智

55、能化改良和升级都有稳定的系统基础和扎实的实践基础，所以采用了最为稳妥的增量模型。13 / 93图 3.2 典型的增量模型31 用户提出需求港的各大集装箱码头都比较注重“科技兴产” 。顺利完成集团分配的工作任务之外，还不遗余力的将生产流程中的重要环节优化完善，使生产效率不断提高、安全性得到加强。不仅如此，对于集装箱周转运输过程里可以省钱、省时、省人力的方面，从集团层面直到市政府、海关等主管部门也是竭尽全力的提供各种软、硬件条件，全面配合码头作业生产过程的智能化研发。经过长时间的实践工作和摸索研究，港集装箱码头的业务专家们在生产的各个环节都提出了更加人性化、科学化的改进要求，例如：如何通过计算机远

56、程监控全场机械的运行情况，使全码头的固定和活动对象都在屏幕上显示出来？怎么实现码头闸口的自动通车，不需要人为录入确认收提箱工作？能否尝试计算机系统自动配载出口船图，降低传统人工配图的工作强度和压力？尽可能的将 EDI 电子传输变成计算机自动控制，做到实时、准确的提供和接收电子报文。软件开发时，无论采用哪种开发方法和模型，都需要用例图从用户角度描述系统功能。用例图能够更好地描述系统应该具备什么样的功能，它由开发人员和用户经过多次商讨共同完成，以每一个参与系统开发的人员都可以理解的方式列举系统的业务需求。用例图驱动了需求分析之后各阶段的开发工作，不14 / 93仅在开发过程中保证了系统所有功能的实

57、现，而且被用于验证和检测所开发的系统，从而影响到开发工作台的各个阶段。用例图显示执行者、用例和用例之间的关系10。311 集装箱码头的可视化生产控制系统系统需要调度监控和机械 GPS 定位两个方面，结合多媒体和 LED 大屏显示等科技，业务调度可在中央控制室实时观察岸桥、场桥、正面吊、堆高机、拖车等堆场全部作业情况。系统可以使用二维或者三维动画模式实时显示所有现场作业。调度员监控每台机械的运行状态，还能监视整个码头的作业现场。通过 GPS 全球定位技术，业务员能够直观掌握每部作业机械的位置和设备状态。可以实现装卸集装箱的精确定位、避免生产过程中的机械碰撞、系统指令自动确认等功能。实现对集装箱码

58、头的计划管理、生产调度、过程控制、精确定位、动态跟踪和可视化管理，最终降低码头运营成本。监控全场集装箱堆码岸桥作业情况拖车行驶路线场桥装卸箱监控调度员机械司机发现安全隐患扩展图 3.3 可视化生产控制系统的用例图312 集装箱码头的闸口自动化系统集装箱码头的闸口自动化系统不仅是码头单方面的生产技术革新，还需要整个口岸的信息化提升。自动化闸口所需要的 RFID 射频卡通信、电子装箱单等，就是海关为了落实无纸化办公而实施的项目。也可以理解为，政府执能部门的一系列先进举措促进了港集装箱码头的技术提升。智能闸口目的要提高闸口的通行速度。智能闸口拟采用红外探测、地感线圈等传感技术、无线射频卡、箱号自动识

59、别、视频监控、过磅自动称重等，无缝结合集装箱码头基础数据系统，通过采集的车号、箱号、箱型代码、箱重、残损等数据，达到快速检查错误和处理业务流程，完成道口的自动化管理、降低人员成本、提高闸口通车效率。15 / 93集控中心监控员RFID采集信息自动箱号识别数据采集系统视频检查箱损自动称重业务数据处理错误处理检查数据正确包含缓冲区处理员图 3.4 闸口自动化系统的用例图313 集装箱码头的自动配载系统一艘集装箱船舶的装卸过程里，最重要的是出口配载。指的是将船公司承运的所有出口集装箱按照要求和规则放置在船舶的相关位置，也就是“计划配置装载” 。制作的预配船图用来指导后来的实际装船作业。当今的集装箱船

60、舶愈来愈大型化，装载上万标准箱的船舶已很常见。如果完全人工将几千集装箱一个一个配载上船，那至少需要前后两个班次两个熟练单船计划员共同完成。如果船公司调整部分集装箱的位置，或者因为退关、晚到等客观因素造成变更，船图的整个贝位或者舱位都会调整，费时费力。所以，业务专家们一直探讨通过程序自动配置和生成出口船图，降低人工操作的错误率。船舶计划员导入预配船图核对在场箱集装箱放行装卸调度员分配岸桥生成装卸顺序装船自动计划配图图 3.5 自动配载系统的用例图16 / 93314 集装箱码头的 EDI 自动发送接收系统集装箱码头顺利完成船舶所有集装箱的装卸后，就要给客户发送 EDI 报文。EDI（Electr