基于“物联网+”的多要素散杂货码头生产智能管理系统研究

摘要：本项目借助“物联网+”技术将港口码头生产作业中所需的资源，包括船舶、货物、作业机械、人员、视频监控、计量、理货等资源要素通过GIS、差分定位、无线通信、视频监控、RFID、移动终端、智能传感器等“物联网+”技术集成于GIS平台，以便监控散杂货码头作业全过程，分析作业资源配置的合理性、生产环节衔接是否有序高效，根据实时情况进行科学调度和指挥，从而进一步提高生产效率，实现散杂货码头生产智能化管理。通过提高生产管控能力，不仅提高了生产效率和设备利用率，并且减少了无效作业和等待时间，进而提高生产效率，降低能耗。1.技术概况本项目借助“物联网+”技术对现场生产资源多要素进行智能化管理，以便监控散杂货码头作业全过程，分析作业资源配置的合理性、生产环节衔接是否有序高效，根据实时情况进行科学调度和指挥，从而进一步提高生产效率，降低能耗。2.技术原理2.1技术原理该项技术是将生产作业中所需的资源，包括船舶、货物、作业机械、人员、视频监控、计量、理货等资源要素通过GIS、差分定位、无线通信、视频监控、RFID、移动终端、智能传感器等“物联网+”技术集成于GIS平台，实现散杂货码头生产智能化管理，提高生产效率，降低能耗。通过建立港区码头地理信息系统、覆盖生产现场的无线通信系统，对生产资源要素进行定位管理，对生产数据电子化和自动采集以及多要素散杂货码头生产进行智能管理，实现系统集成开发，如图1所示。图1智能管理集成系统2.2节能低碳效益（1）建立港区码头地理信息系统为了直观、全面地显示和查看生产作业过程中各种生产资源要素的信息，实现全面的监控和管理，项目通过对港口码头散杂货生产区域进行详细的测绘，形成了准确的区域地理信息，并依托测绘的地理空间位置信息数据实现Web地图服务（WMS），利用WMS服务将用户请求的各层元素以瓦片无延迟加载的方式展现到用户界面，从而大大提升用户体验。（2）建设现场无线通信网络港口生产现场的船舶、货物、生产设备、人员等大多数情况下处于移动状态，信息的传输必须依靠无线传输，并且有时需要图片、短视频的传输，对传输速度和带宽有较高的要求。项目规划建设一套覆盖生产现场的无线网络，是移动应用的基础。（3）生产资源要素定位项目中需要定位的生产资源要素包括在港船舶、货物、门机、装载机、牵引车、半挂车、自卸车、单船指导员、库场员、安全管理员、职能管理人员等。定位技术的应用是本项目的重点之一。①在港货物货物在场地的位置及占用场地的情况，如果定位精度低，会出现位置和场地占用偏离较多的情况，对场地安排、进出库作业有较大的影响，因此需要较高的定位精度。本项目应用了D-GPS差分定位技术对在港货物进行定位，选择了支持差分定位的手持定位终端，定位精度为厘米级，实现了码头现场散杂货货物的精准定位。②流动作业设备a.门机、斗轮机、装船机直线轨道移动设备，清扫车、洒水车等环保非生产性移动设备仍使用普通卫星定位，通过软件技术限定移动范围来保证定位精度。b.自有的生产性车辆，因涉及生产信息的交互，安装具备差分定位功能的工业级平板电脑，单机定位能够达到2~3m，接入CORS差分信号，最高可达1m以内，工作温度-30℃~60℃,既能满足业务信息交互的要求，也能提高定位的精度。c.进行港内业务承包的外部车辆，鉴于不需要生产信息的交互和费用，使用普通卫星定位。③在港船舶由于码头前沿标有长度刻度，通过人工录入船头或船尾在码头位置，结合船长、船宽等船舶参数进行定位并显示船舶的实际大小。④人员人员所用定位设备要考虑携带的便捷性。对于直接从事生产操作和管理的人员，使用便携式充电普通定位设备。对于职能管理人员，在集团的移动办公系统中增加定位功能，利用个人手机的普通定位功能实现在生产现场的定位。（4）生产数据电子化和自动采集①现场移动终端理货对于散杂货作业，因一般需要通过计件统计作业量，无法通过自动计量实现，通过开发现场理货APP实现作业量的实时统计和信息传输。生产车辆和库场员均配备移动终端，安装APP，能实时接收生产指令，进行进库、出库、转栈操作及库场管理等。②设备作业计量a.门机作业。为生产指挥人员能实时、准确掌握卸船作业相关信息，在卸船门机上安装了动态称重设备，在作业过程中自动统计作业量。门机动态称重设备在为生产指挥管理提供精细化数据的同时，实现了更准确的负荷保护，还可将数据细化应用到门机及管件部件的寿命统计、班组直至个人的作业量统计，为量化绩效和能耗核算提供了依据。b.散货流程作业。散货专业码头流程作业的计量主要是电子皮带秤，为获取散货流程作业实时作业数据，将电子皮带秤进行了信息化改造，更换为带联网功能的计量仪表，开发电子皮带秤计量软件。数据采集电脑通过多串口卡和数据传输协议，将多台电子皮带秤的实时数据进行采集，计量软件可对多台皮带秤数据进行管理。c.散货卡车作业。针对原来汽车衡手工操作、孤立运行的情况，进行了集中控制、自动化、信息化改造。实现了多台汽车衡的集中操作和建立装船运输卡车自动识别，做到计量数据自动可靠采集、自动判别、自动指挥、自动处理、自动控制，最大限度地降低人工操作所带来的弊端和工作强度，提高系统的信息化、自动化程度以及生产作业效率。（5）生产智能管理系统开发在GIS平台建设、现场无线网络通信建设、生产数据电子化和自动采集的基础上，开发了现场生产智能管理系统，实时显示船舶、货物、设备、现场生产作业和管理人员信息，可直观、全面展示生产现场实时状况，实现港口生产作业信息的实时采集与交互，使生产管理人员能够实时掌握全港范围内的作业情况，提高管理和调度的准确性和实时性，切实提高机械利用率，提高基层公司生产设备的使用率，减少船舶滞港时间，提高生产效率，降低能耗。3.主要创新点（1）综合考虑了生产资源的各种要素，创新性地提出了一套散杂货生产智能管理模式。（2）基于GIS、差分定位、无线通讯、视频监控、RFID、移动终端、智能传感器等“物联网+”技术，进行多要素的信息化建设。（3）首次将生产作业中所需的资源，包括船舶、货物、作业机械、人员、视频监控、计量、理货等资源要素集成于GIS平台，实现散杂货码头生产智能化管理。基于“物联网+”的多要素散杂货码头生产智能管理系统正式投入运行后，该系统以简洁、美观的图标形式展示码头现场作业工作的整体状况，同时可以根据需要对内容作进一步的深度展示。包括船舶信息、货物信息、设备动态、人员动态、视频监控等主要功能。系统通过人员定位、车辆超速、视频监控等查询功能，对码头生产作业情况进行实时跟踪，大大提高管理人员履职自觉性，减少了多部门之间层层沟通的情况，提高了生产作业效率和安全生产管理水平。本项目改变了散杂货码头传统的生产管理模式，对码头生产作业全过程进行实时监控和智能管理，在安全生产管理、业务管理方面相比传统管理模式进步尤为明显，提升了港口生产业务管理能力。4.技术应用情况一般港口生产资源要素管理是通过许多不同的系统平台实现的，各系统互不联通，管理人员需要在不同的系统平台间进行切换，不仅使用不便，而且难以对现场资源要素进行综合配置与分析。本项目将港口生产作业中涉及的多种资源，包括船舶、货物、作业机械、人员、视频监控、计量、理货等多资源要素集成于GIS平台，建立了基于“物联网+”的多要素散杂货码头生产智能管理系统，实现了生产资源要素的全方位精准监控与智能管理，实现港口生产管理从“模糊管理”到“精准管理”的转变，提高了现场作业效率，降低了港口安全风险，提升了港口现代化管理水平。目前该技术在国内行业内应用比例在1%左右。本项目基于“物联网+”技术，创新性提出了港口散杂货码头生产智能管理模式，通过物联网、卫星定位、无线通讯、传感器、RFID、视频监控等技术应用，在GIS平台上监控生产现场船舶、货物、生产设备、人员等多种生产资源要素，实现了港口生产现场生产资源多要素的可视化、集中化、智能化管理。项目成果达到了国内领先水平，经济效益和社会效益显著，适用于港口码头领域推广应用。5.技术效益分析5.1节能低碳效益项目投入使用后，利用车载终端上的智能终端设备传输调度数据的车辆控制、视频监控系统的可视化调度管理、GPRS/3G或2.4G网络、条形码识别等技术现场作业管理，实现生产管理自动化、智能化、集成化，资源管理实时化、最优化，使生产管理人员能够更好地实时掌握全港范围内的作业情况，提高管理和调度的准确性和实时性，提高机械利用效率，提高散货和件杂货码头的生产作业效率、减少船舶滞港时间，提高吞吐量，降低能耗。5.2经济效益（1）减少理货员派工系统运行后，木材大轮装卸数据由理货员直接发送给水平运输司机，平均每工班可减少4名理货员出勤，三班共减少12名理货员，每年可降低用工成本120万元。木材内河驳船落驳数据由场地理货员发送给水平运输司机，司机与驳船直接交接，省去驳船端理货员出勤，平均每工班可减少1名理货员出勤，三班共减少3名理货员，每年可降低用工成本30万元。该系统总计每年可降低用人成本150万元。（2）提高大轮装卸效率系统能够实时记录作业人员的作业量，为单车、单人计件提供了数据支持，提升了员工工作积极性。2017年1月至5月，木材装卸船时效率平均达到189.3m3/h，比上年同期172.6m3/h提高了9.6%，间接提高了企业经济效益。（3）提高业务管控能力，降低商务风险系统具有导入木材电子码单功能，非出库单出库木材可以过滤屏蔽，无法出库，同时还具备拍照上传保存功能，保证了可追溯性。2016年截至目前，木材出库未发生错发等货运质量事故，间接提高了企业经济效益。5.3社会效益（1）为安全生产管理提供了有力支撑安全生产是企业的生存根本，由于散杂货码头主要以散杂货装卸为主，作业线分布点多面广，以往现场监管主要靠管理人员自觉，工作期间无法判断管理人员岗位履职情况，目前通过系统人员定位、车辆超速、视频监控等查询功能，能够对人员实时定位或轨迹回放，大大提高管理人员履职自觉性。（2）提升企业的竞争力随着港口规模的扩大、作业过程日趋复杂，以前单纯靠人工管理的模式已不能适应当前市场竞争环境。生产管理系统能够提高港口生产计划的灵活性，提高设备、人员、堆场的利用率，及时发现和分析管理不到位的问题，减少货运质量事故带来的损失，实