基于物联网技术构建智能港口的可靠性研究

王永祥

中国电子工程设计院

基于物联网技术构建智能港口的可靠性研究

王永祥

中国电子工程设计院

论文以港口行业为背景，分析了某港口管理信息系统的基本状况和信息化建设的情况，介绍了物联网的定义和涵盖范围，探讨了在港口实施物联网建设所需的基础条件和可行性，提出了在港口行业实施物联网建设的步骤方法。

港口管理信息系统；数字化口岸信息流；物联网 ；RFID

1　引言

随着全球经济发展进程的加快，港口作为各种运输方式汇集的节点，是地区和国家间物资交换的枢纽，其地位变得越来越突出。各港口纷纷通过扩建码头、增加设备等措施，扩大码头规模，以迎接新一轮挑战。但是，仅仅通过硬件设施的建设，还不足以应对急剧变化的水运交通市场。港口必须构建完善的信息化系统，利用全面、快捷、准确的信息流，提高效率，降低成本，以提升港口的综合竞争力。发达国家的港口在20世纪80年代初，就已经实现了计算机信息系统的应用。我国港口从无到有，也已经开发运行了很多的应用系统，对于港口的管理和业务能力的提升起到了良好的效用。当前，随着世界经济一体化和各港口业务量大幅增加，根据运输市场的竞争和港口发展的实际需要，怎样使港口信息化建设上台阶，以便于提高港口的效率和吞吐量，搞好港口信息系统的集成？怎样才能抢占物流供应链上的更大份额，进一步提高港口的业务能力，增强港口的核心竞争力？是港口管理人员和信息系统负责人面临的新问题。物联网技术的产生和发展无疑给了港口管理信息系统一个升级的契机与技术的支持。

物联网的定义是：通过射频识别（ RFID）、红外感应器全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升，是一种聚合性、系统性的创新应用与发展，也因此被称为信息技术的第三次革命性创新！

通过将物品进行标识，实时监控物品的运载情况，物联网技术的发展能够实现供应链系统的全程信息化，引进先进的物联网技术并对现有供应链上企业、单位的管理信息系统进行升级将逐渐成为一种趋势。而港口作为供应链上一个重要的运输枢纽点，它的信息化管理的升级将极大推动供应链信息化的发展

2　项目背景

某港口是中国最大的人工港，我国北方重要的对外贸易口岸。现有水路域面积近200 km2，陆域面积100km2，规划到2015年港口陆域总面积达200 km2。某港口也是华北、西北等内陆地区货物运输的重要港口，腹地包括京津冀及中西部地区的14个省、市、自治区。

某港口近年的货物吞吐量整体呈现趋势性上扬，产能和货量上都得到了实质性的提升。公司集装箱业务近年来增长良好，成为公司盈利的重要一极；公司未来在油品和散装货方面的发展空间较大；公司财务指标整体有较好表现，随着业务结构的调整，将会进一步得以优化。按照发展计划，随着一批重要设施的建成投运，未来，某港口年货物吞吐量将具备登上6亿吨台阶的规模和实力。

随着区域合作的增强，地区间经济发展的互动越来越多。把握港口开发开放战略实施和港口保税港区开发建设带来的发展机遇，充分发挥港口的地理资源优势和广阔的腹地货源优势，建立以港口为主要环节的一体化供应链，打造全程化物流运营模式，构建综合型的现代港口物流基础平台，逐步形成公司独特的核心竞争能力。这些都要求港口的现代物流信息化建设必须向高层次的物流中心迈进，坚持用信息技术、网络技术促进港口现代化管理，提高港口的综合能力和国际、国内竞争能力，融商流、物流、信息流、资金流的流通功能为一体，并配备高效、便捷、完善服务的现代物流信息系统，也是提高港口竞争力的必由之路。

3　港口数字化口岸建设的基本思路和目标

改进信息系统，实现知识管理网络化；充分运用现代化信息技术，改造或重组生产过程，实现生产过程自动化；改善港口的经营管理，实现管理方式的系统化；改变服务手段，实现服务体系数字化。

3.1业务过程数字化

依托计算机应用和信息化技术，不断加强码头、仓储、运输等口岸相关单位生产业务过程数字化，主要包括卡口的自动化、堆场箱位管理的智能化、岸边作业的自动化、指挥和组织的高效化、生产操作的方便简易化，提高码头集装箱的作业效率和周转速度，逐步实现智能化码头的建设。

3.2管理数字化

根据各平台的特点进行优化设计，提高系统的快速反应能力，使系统的运作更加稳健和有效，最终实现辅助决策、经营管理信息化。

3.3服务体系数字化

通过构建公共信息服务平台，提供实时的网上资助服务，实现口岸高效运作与监管，实现政务、商务和物流的“一站式”服务。

3.4基础设施数字化

口岸地上、地下各种公共配套基础设施的管理实现数字化。包括建设规划设计子系统、工程建设子系统、地下管线子系统、三维景观子系统等，并通过数字化技术进行计量、检测、故障定位，实现整个口岸基础设施的一体化监控与管理。

4　港口信息化建设目标

通过港口集团领导和职工的奋发努力，建成面向客户、功能完善的电子商务服务平台、港口信息资源集成平台和集装箱码头管理平台，促进港口口岸物流信息服务的全面提升。

通过“生产业务管理”等五类应用系统的研究、开发和建设，保证“港口作业组织采用计算机管理覆盖率达到100%，成为技术密集型的现代化港口，形成现代化的信息管理系统和符合国际惯例的航运服务体系”科学管理目标的实现。使港口“十二五”期间基本建成“数字化”港口，信息化建设在国内同行业内保持领先水平。

利用港口新区快速发展的历史机遇，将信息化提升到战略高度，结合集团信息化建设的现状与能力，根据竞争与发展的需要，在规划建设中，突出亮点工程，抓住重点建设项目，落实信息化建设的主要研究与开发应用系统，使港口成为中国北方港航信息的集散中心。

经过近几年的积累，港口已建成内部的信息化办公系统，可进行快速统计、库场图形化、GPS/GIS定位；EDI中心，可与船代、船公司、码头和海关、国检等政府监管部门进行数据交换；外部的门户网站，可以进行信息发布、宣传、以及各种港口业务信息查询；特别是“十二五”规划的实施，让某港口的信息化建设迈上一个新台阶。

但是，某港口物流服务尚处于发展初级阶段，还缺乏能适应航运交易、货品交易、金融结算、数据传输、文件传送等社会化信息服务的信息网络；缺乏具有较强组织协调能力和相当服务规模的经营主体及大规模、集中发展物流业的合理空间。

5　项目的可行性

5.1物联网技术日趋成熟，产业链逐步完善

自2009年以来，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的。物联网的概念与其说是个外来概念，不如说它已经是一个“中国制造”的概念，它的覆盖范围与时俱进，已经超越了2005年ITU报告所指的范围，物联网已被贴上“中国式”标签。

物联网通过传感器、射频识别、全球定位系统等技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，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。物联网的末端设备和设施包括：具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等；各种物品设备，如贴上RFID的各种资产、携带无线终端的个人与车辆等“智能化物件或动物”或其他物品。通过各种通信网络实现互联互通、应用大集成、以及基于云计算营运等模式；在内网、专网、互联网环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持等管理和服务功能，实现对物品的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。

物联网的开展步骤一般如下：

1）对物体属性进行标识，属性包括静态和动态的属性，静态属性可以直接存储在标签中，动态属性需要先由传感器实时探测；

2）需要识别设备完成对物体属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式；

3）将物体的信息通过网络传输到信息处理中心（处理中心可能是分布式的，如个人电脑或者手机，也可能是集中式的，如信息中心的IDC），由处理中心完成物体通信的相关计算。

近年来，在政府的大力支持和推动下，物联网在各行业都有很多应用，遍及智能交通、环境保护、集装箱运输、智能消防、环境监测、园林栽培、水系监测等多个领域；在生产管理、经营管理、对外服务、综合治理、交通管理等方面，物联网使港口区域经济又好又快地协同发展。

5.2政府的政策支持

中国政府将采取四大措施支持电信运营企业开展物联网技术创新与应用。这些措施包括：突破物联网关键核心技术，实现科技创新；同时结合物联网特点，在突破关键共性技术时，研发和推广应用技术；加强行业和领域物联网技术解决方案的研发和公共服务平台建设，以应用技术为支撑突破应用创新。

制订中国物联网发展规划，全面布局。熏点发展高端传感器、MEMS、智能传感器和传感器网节点、传感器网关、超高频RFID、有源RFID和RFID中间件产业等，重点发展物联网相关终端和设备以及软件和信息服务。

推动典型物联网应用示范，带动发展。通过应用引导和技术研发的互动式发展，带动物联网的产业发展。重点建设传感网在公众服务与重点行业的典型应用示范工程，确立以应用带动产业的发展模式，消除制约传感网规模发展的瓶颈。深入开发物联网采集来的信息资源，提升物联网的应用过程产业链的整体价值。

不断丰富完善物联网国际国内标准，保障发展。做好顶层设计，满足产业需要，形成技术创新、标准和知识产权协调互动机制。面向重点业务应用，加强关键技术的研究，建设标准验证、测试和仿真等标准服务平台，加快关键标准的制定、实施和应用。积极参与国际标准制订，整合国内研究力量形成合力，推动国内自主创新研究成果推向国际。

6　港口信息化建设已能够支撑物联网实施

综上所述，作为我国发展最早的沿海港口，已经发展为港口设施装备先进、集疏运系统便捷、口岸通畅、通关迅速、服务完善和功能齐全的综合性枢纽港。目前，港口已建成面向客户功能完善的电子商务服务平台、港口信息资源集成平台和集装箱码头管理平台；同时，港口信息化的基础布局也已逐步完善。这些都为物联网的全面应用打下了良好的基础。

目前，港口物流信息平台的建设主要集中在区域内或企业级内部的物流信息整合和集成，易受到来自环境和体制等诸多方面的约束和限制，与其他物流信息平台的互联也十分欠缺。因此，本地海港、空港、铁路和公路系统的信息与资源并未能被完全有效利用；同时，散货交易平台缺乏、物流企业信誉低和交易信息发布渠道不通畅等问题较为突出。

因此，应用物联网技术，将港口物流平台业务数据和业务流程进行优化组合，包括口岸物流所有的环节，即海关、海事、商检、边检、铁路、船公司、船代、货代、码头、堆场和运输公司等，为企业及用户提供一个全方位、高效率和透明化的综合物流服务。

【1】牛东来.现代物流信息系统［M］.北京：清华大学出版社，2004（9）.

【2】赵一飞.航运与物流管理［M］.上海：上海交通大学出版社，2004（1）.

【3】陈瑞鑫，邹传云.有源RFID定位系统设计与实现［J］.电子技术应用，2010（10）.

【4】李苏建.物流管理信息系统理论与案例［M］.北京：电子工业出版社，2004（1）.

The Research on the Reliability to Establish Intelligent Port Based on Internet of Things Technology

WANG Yong-xiang
（Chinese Electronic Engineering Design Institute）

This paper analysis the basic situation and the situation of informatization construction on a Port management information system，recommends the definition and scope of the Internet of Things， investigates the feasibility and the foundation demands on establishing Internet of Things in port with the background of port industry， proposed a method on establishing Internet of Things in port industry.

port management information system； digital ports information flow； internet of things； RFID