全自动化码头发展视域下的集装箱可视化智能理货系统研究

陈　芳，周玉宝

(1.青岛港湾职业技术学院，山东　青岛　266404；2.青岛港集团信息中心，山东　青岛　266011)

浙江交通职业技术学院学报，第16卷第2期，2015年6月

Journal of Zhejiang Institute of Communications

Vol.16 No.2,Jun.2015

全自动化码头发展视域下的集装箱可视化智能理货系统研究

陈芳1，周玉宝2

(1.青岛港湾职业技术学院，山东青岛266404；2.青岛港集团信息中心，山东青岛266011)

摘要：当今，在信息化程度非常高的自动化、无人化集装箱码头理货，常规人盯岸桥的方式已经落伍,我国理货行业如何突破传统理货技术瓶颈，打造适应成本最低、效率最高的整合后物流链的生产工艺已成为行业发展的关键课题。通过现场安装摄像头，采用OCR、RFID、PLC、激光、红外线等进行智能识别箱号、拖车号、拍照验残、全程监控，经过理货业务智能处理系统的处理等，最终实现了通过室内监控即可进行集装箱理货信息的实时传输与共享，体现人性化操作的同时实现了理货的智能化。这一理货工艺的革新加快推动了理货行业的转型升级，并能取得良好的经济效益和社会效益。

关键词:集装箱；可视化；智能；理货

0引言

理货，根据委托方不同分为仓库理货和船方理货。本文研究的是船方理货，又称为外轮理货。外轮理货处于承运人和托运人二者的中间地位，主要职能是判断货物(集装箱)的数字(集装箱箱号)和外表状态(集装箱残损)，还包括船舶水尺计量、理货信息咨询、货损箱损检验鉴定、易流态化货物取样等[1-2]。理货作为物流链上的一个重要环节，它的发展水平与国家的经济发展和物流畅通息息相关。只有不断适应国际贸易和物流发展的新形式、新标准和新要求，才能更好地发挥理货应有的作用。

1集装箱码头发展的现状及趋势

近几年，随着物流链的进一步整合，门到门的物流服务中各区段的运输方式衔接得越来越紧密，物联网技术和信息技术不断创新，码头公司的服务意识和环保意识进一步增强，同时人力成本不断增加，较大的码头公司在新建和扩建集装箱码头时纷纷将目标瞄准了自动化码头。国外汉堡的HHLA-CTA码头、鹿特丹港的ECT码头和EUROPMAX码头等为自动化程度较高且运行稳定的集装箱码头。国内的上海港(洋山四期)、厦门港(远海)、青岛港、天津港等也纷纷加入到自动化码头建设大潮中，尤其被称为“魔鬼码头”的厦门港(远海)现已通过验收投入运营，证明我国的自动化码头建设已迈上新的台阶。

在自动化、无人化集装箱码头上，集装箱理货业务的开展迎来了新的问题和挑战，需要一个全新的自动化、智能化、一体化的集装箱理货系统支撑理货业务在自动化码头顺利开展。集装箱可视化智能理货，实现了“自动识别、一人多线、远程监控、全程追踪”的集装箱先进理货工艺。这一理货工艺革新对理货企业与行业具有深远影响。

2集装箱可视化智能理货系统的构成

将监控设备安置在码头或装卸设备上，在单个桥吊上面安装三对摄像头，通过PLC触发，自动智能识别箱号、拍照，通过千兆光口交换机，将信号传输到中央监控系统，最后实现EDI数据传输与共享。

总体架构如图1所示。

图1　集装箱可视化智能理货系统总体架构图

系统的网络结构图如图2所示。

图2　集装箱可视化智能理货系统网络结构图

2.1　视频采集系统

由百万像素高清透雾摄像机、高清长焦距自动变焦透雾镜头、红外夜视成像系统、激光辅助照明系统、室外载重高精度云台、前端控制柜、防雷、接地等部分组成。

2.2　智能识别系统

采用OCR (Optical Character Recognition，光学字符识别)红外触发实现箱号识别信息、箱体照片和验残照片数据信息的上传，具体情况如图3所示。两对红外设置在岸桥前后方下面大梁上，以吊具中心为中心点，上下间距2.1m，左右间距5m。两对红外都遮挡时，确定有集装箱作业，按遮挡的顺序判断是装船箱还是卸船箱，如上部红外先遮挡，则为卸船；反之，下部红外先遮挡，则为装船。验残拍照时，单箱作业拍5张以上照片，记录箱子左、右、前、后和上部情况，双箱作业拍4张以上，记录左、右、上部、前或后情况。根据箱体多张照片进行多次识别、比对后取正确箱号。利用 RFID(射频识别系统)中的电子标签(Tag)保存集卡车信息。通过PLC读取岸桥的运行参数,如小车坐标、锁扣的开闭动作等。

该系统详细记录每个集装箱的位置和状态信息、作业时间信息，实现集装箱理货的全面动态管理[3]。外理公司根据视频采集画面自动比对实际集装箱箱号与电子船图数据，实现与相关部门的电子数据交换和信息互通共享。

图3　OCR流程

2.3　信息传输系统

传输系统由光缆有线传输和无线传输方式构成。每个红外通过有线将信号传输到桥吊顶部的无线发射AP(Access Point,无线网络接入点)天线上，信号经中转站发送至监控中心室外铁塔的接收AP天线上，经线路接入局域网。

2.4　中央监控系统

通过千兆光口交换机将室外信号传入数据库服务器和验残服务器，再将数据发送至各集中监控管理平台。

(1)港区监控

显示整体码头监控区域，能直观看到各个集装箱码头公司位置、泊位、在泊船舶、机械运行等信息，方便码头作业情况统计，如作业船舶艘数、作业桥吊台数等。

(2)集装箱码头监控

显示集装箱公司各个泊位的作业情况，显示作业泊位、船舶、岸桥等情况。提示有作业的岸桥，多选择监控作业岸桥，查看理货作业情况，显示现场作业信号情况，网络是否在连接等。

(3)集装箱理货作业监控

分三个屏幕显示，包括主屏、监控屏和作业屏。主屏显示现场作业捕获情况，自动识别疑似破损信息，放大缩小显示图片，对特别图片进行标注以备查询，可限定只显示集装箱特定位置的图片；监控屏显示现场作业视频情况，包括各个角度的视频信息，至少包含岸桥下集卡、集装箱5个面、船舶对应贝位等位置视频；作业屏显示装卸船作业进度情况、桥吊作业进度情况、作业汇总等信息，显示已完成箱信息和数量等。理货人员在监控房内通过调整控制摄像头运行，看清箱号、残损及位置，确认装卸信息。

2.5　业务一体化智能处理系统

通过集成上述视频采集、智能识别、信息传输、中央监控系统，结合外理公司集装箱船舶理货系统，形成理货业务一体化智能处理系统。

(1)正常集装箱作业自动处理

采用先进的物联网技术，如OCR、RFID等，对集装箱属性和集卡等理货要素智能准确识别，自动显示目前岸桥作业集装箱情况和汇总。

(2)例外作业情况系统化处理

整合集装箱装卸理货现场数据、理货船图，把现有人工操作流程化、自动化。系统验残并把图片或者视频发送到理货组长；短溢卸系统自动提示；船图位置错误自动修正；系统不符或出问题系统自动报警，解决人工处理时容易出现差错的问题。

(3)作业数据随时备查

能够随时查看作业历史情况。

(4)全方位满足客户需求

通过全程追溯监控，实现残损照片的获取、溢短箱的自动比对、特殊货物监装监卸，为包括货主、物流公司、船公司、货代、船代、边检、商检、海关，提供个性化信息服务。

3集装箱可视化智能理货系统的优越性

3.1　人机分离，营造安全作业环境

通过OCR自动识别使理货员脱离危险的现场作业环境，现场理货人员由一人一岗的室外站位盯箱变为室内进行监控，岗位从船边转移到室内，彻底改变了理货人员的现场工作环境，最大限度地消除了安全隐患。

3.2　港城联动港港合作，实现航运效率新突破

从港口发展角度，集装箱智能理货有力促进以港兴市发展战略。理货信息关系到通关、报检、装卸、仓储各环节，必将促使港口城市完成自动化码头物流信息链建设，助力港口城市打造港口的物流链整体效率、独特的成本竞争优势。此外，还为解决集装箱到位率提供有效方案。受制于理货水平和法规，国际港口间集装箱到位率参差不齐，严重影响码头堆场计划与作业效率，港口可以通过港际合作，从中资境外码头、合作境外码头入手，输出自动化码头及配套智能理货技术，从根本上解决进境集装箱到位率低的问题，推动国际航运效率提升。

3.3　整合资源促效率，实现经济社会效益双提升

(1)通过全程追溯监控，提高零时间签证、零时间验残技术含量，加快船舶周转，提高码头利用率。

(2)缩减岗位人员和无纸化办公，节约成本。由人工定点查看、手工记录，转为PLC多面识别智能理货、全程视频监控，实现“一人多条作业线理货”，为企业减少30%集装箱理货人员，降低年运营成本约35%。比如以某公司理货区域内的65台桥吊计算为例，原始的理货工艺至少需要理货员65×4(班)=260人，而采用可视化理货工艺只需182人即可，每年仅人力资源成本一项，可节省78人×7万元=546万元。

(3)解决自动化无人化码头生产方式下的理货工艺升级难题，形成完整的自动化码头物流信息链，使货物通关、报检、仓储、装卸信息无缝衔接。

(4)创立领先的集装箱码头作业模式。集装箱理货信息传输由完船后6h发送升级为实时发送，极大缩短了集装箱待运时间，提高物流效率，降低物流企业及外贸企业成本。

(5)提升航运监管与国际供应链安保水平，为海关、国检、边检、公安、安监等政府监管机构提供完备的集装箱信息，为加强监管与国际安保合作提供高效技术手段。

4智能理货系统需完善之处

理货过程中关键环节是通过先进的信息技术进行理货，但是存在以下问题：

(1)信号传输不稳定。视频信号由移动的岸桥到固定的无线接入点之间，无线传输存在不稳定性。即发射端(集装箱桥吊左右移动350m)的移动范围，影响接收端(无线AP接收天线)的信号传输稳定性，尤其在恶劣天气下或者设备老化的情况下。

(2)视频大数据同时传输，抗干扰性差。假设在3，000m岸线上，那么至少有 400余台1，080P高清摄像头的视频大数据同时要进行传输，信号间相互干扰及大型设备对无线信号的干扰都非常强烈，易造成信号模糊。

(3)难以实现真正意义上的无人理货。在部分设备不稳定情况下，只能由理货组长保证理货业务顺利开展。完船时仍需要理货组长汇总或缮制相关单证并登轮完成签证工作。

(4)箱号等理货数据难以做到百分比自动识别。由于箱体损坏、污损等造成箱号无法识别的情况，后方监控人员只能采用视频监控的方式进行理货，不断熟练调整摄像头角度才可以保障理货业务无任何停顿。

(5)箱号由视频信号转换为电子信息的自动识别比对易出错，集装箱箱号箱主太多，集装箱上的标志样式、版本太多。

(6)不能完全解放劳动力，依然需要人对作业过程时刻监控，并且验残方面人工盯屏幕劳动强度大。

5基于物流链的畅通性和自动化码头发展趋势的相关建议

现行阶段,集装箱可视化智能理货系统还需要手工操作辅助，要完全适应全自动化集装箱码头的高效无人作业，还需要不断完善，做好以下几方面的工作：

(1)增加系统的可靠性。桥吊端业务作业情况复杂，充分考虑恶劣天气、集装箱码头特殊作业等情况，提供灵活性操作手段，支持现场各种作业情况。根据运行情况对智能球机设置巡航轨迹，实现对桥吊吊装集装箱的全程监控，进一步提高识别率。

(2)增加无线信号AP塔基站，消除信号盲区，建立可以覆盖整个可视化作业场所的信号网络。前、后端无线AP安装角度根据现场情况精准调试，确保桥吊横向移动范围的无线覆盖。

(3)在系统设计中，除了考虑信息资源的充分共享，更要注意信息的安全。考虑大数据量对办公网络的冲击，最好形成外理理货系统专网，网络对外出入口处，充分考虑网络信息数据安全性。

(4)提高箱号自动识别、比对准确率，区别于车牌固定尺寸、款式、材质，集装箱箱号因不同箱主有多种版本，通过对彩图进行灰度图像转化、差分和二值化，确定箱号字符图，高效、准确自动识别视频电子信息与系统原有电子信息的自动比对。

(5)进一步加强与码头方的融合。理货作业管控平台涉及面广，集装箱装卸作业过程及轨迹的视频、理货要素自动识别、集装箱验残和集装箱作业信息于一体，而集装箱自动化码头作业效率高、环节多、过程复杂、涉及主体多，需和码头方做好信息业务融合，特别要和调度、计划、中控协调配合好，控制好作业各个环节。

(6)统一数据规范标准。注意与国外船公司及港口数据口径一致，通过云服务平台及物联网等技术与船公司、货主、港口等加强合作，真正筑牢物流链，实现理货信息资源效能的最大化。

6结语

集装箱可视化智能理货系统的应用是理货逐步向数字理货和人文理货方向发展的必经过程，推动了理货工艺与现代科技技术的融合，提高了理货科技含量，改进了业务操作和服务模式，为保障现代物流畅通提供及时高效的服务，能取得良好的经济效益和社会效益，具有极强的推广应用价值。此系统不仅在集装箱理货应用上，还可推广到件杂货理货、散货理货，或者码头的调度仿真研究和港口装卸流程实时数据研究等。

参考文献：

[1]孙肇裕．外轮理货业务[M]．北京：中国物资出版社，2004.

[2]綦宗华．理货公司参与国际供应链集装箱安保工作探讨[J]．交通企业管理，2012，27(6)：73-74．

[3]朱心和．应对铁路箱管理滞后有“良策”[J]．物流时代，2006,(6):59-61.

Fully Automated Terminal Development Horizon Container Visualization

Intelligent Tally System Research

CHEN Fang1，ZHOU Yu -bao2

( 1.Qingdao Harbour Vocational and Technical College, Qingdao 266404,China；

2. Information Center of Qingdao Port Group, Qingdao 266011,China )

Abstract:Nowadays, with the appearance of the automated and unmanned container terminal of high-level informatization, the way of tallying by portainers has been out of style. It has become a key project to research on how to break the bottleneck of traditional way of tallying and achieve the logistic-chain technology of low cost and high efficiency. By fixing the monitor on the spot and identifying the container number and traitor number by OCR, RFID, PLC, Laser, as well as damage checking by taking photos and whole-process monitoring, simultaneous transmission and sharing of tallying information by monitoring in the room has come true. which is personalized and smart for tally work. This tallying technology innovation has accelerated the transformation and upgrading of tallying industry and can receive great economic and social benefit.

Key words:automation; container; visualization; intelligent; tally

文章编号：1671-234X(2015)02-0034-05

中图分类号:U691.34-

文献标识码：A-doi：10.3969/j.issn.1671-234X.2015.02.008

作者简介：陈芳(1976-)，女，山东费县人，讲师，E-mail：qdchenfangjia@126.com。

收稿日期：2015-02-09