基于集成技术的智能化信息系统设计

梁 超，倪永红，张明明，沙 钢

（1上海环境实业有限公司，上海　200000；2上海万坤企业发展有限公司，上海　200000）

基于集成技术的智能化信息系统设计

梁 超1，倪永红1，张明明1，沙 钢2

（1上海环境实业有限公司，上海200000；2上海万坤企业发展有限公司，上海200000）

为解决中小物流企业在区域物流信息系统应用中存在的问题，以上海市生活垃圾内河集装化转运系统为例，根据系统运营背景和智能化建设目标，设计了四层架构的系统原型并给出了具体部署方案。在此基础上，研究系统关键技术的集成路线，分析其在系统架构各组件中的应用，从而实现了生产作业管理、船舶靠泊调度、资产管理、数据统计报表管理、作业监控指挥中心等子系统的功能，提高了系统智能信息化管理能力。

生活垃圾；集装化转运；集成技术；信息管理系统

0　引 言

区域物流系统是一个复杂的社会大系统工程，是指在一个城市、国家或者一个经济区范围内开展的具有完整物流过程和服务管理的供应链活动。伴随社会经济高速发展趋势，社会生产的规模不断增大，因此就需要一个能与区域物流系统相匹配的先进物流管理信息系统，而在目前计算机与信息技术飞速发展的背景下，人们提出了智能物流的概念。智能物流是利用集成智能化技术模仿人的思维、感知、学习和推理判断力，完成物流活动的各个基本环节，实现运输过程的自动化运作和高效率优化管理［1］。目前，能够实施区域物流业务的公司不多，即使在从事这方面运营的公司，综合分析其信息管理系统，可以发现，现有的系统是对部分区域进行分别管理，没有建立区域间的联系，不能实施统一监管。由于作业流程设计不够合理，难以适应生产规模的不断扩大。信息化程度不高，部分数据采集是人工记录完成，造成整体作业效率下降，加之，不能实现可视化操作使得生产过程存在监管的盲点。另一方面，缺少先进数据统计与分析功能，增加了生产运作风险。基于这些问题，本文使用现代计算机与信息处理的集成技术，给出了上海城市生活垃圾内河集装化运输信息系统实例，实现了对区域物流系统的智能化控制与管理。

1　上海市生活垃圾内河集装化转运系统背景

据统计，上海市生活垃圾日排放量在2万吨左右并呈现逐年上升的趋势，这些源源不断、大量产生的生活垃圾已经成为困扰城市发展、污染市容环境、影响市民生活的社会问题。城市生活垃圾的处理处置［2］是目前上海市环境卫生、环境污染和治理亟待解决的问题。

目前上海市区大部分生活垃圾采用散装水陆联运的方式运到老港填埋场，为了改善运输环境，保护水运河道水质，提升城市形象，实现绿色环保运输，上海已建成市区生活垃圾内河集装化转运系统［3］。新建的市区生活垃圾内河集装化转运系统是一种高标准、环保型内河转运系统，该系统以市区的虎林码头、徐浦码头和老港码头为基地，利用虎林、黄浦江、大治河、老港环卫专用航道等航道资源，建设环卫码头/中转站，选用符合国际通用集装箱规格的垃圾专用集装箱，在市区码头/市区中转站将垃圾压缩装箱后车、船/车联运至老港。

上海市区生活垃圾内河集装化转运系统（以下简称集运系统）总体思路可以概括为：“一个系统、二个中转站、三个码头”。一个系统即利用现成内河航道，建设一个固体废弃物内河集装化转运系统；二个中转站即新建虎林中转站、新建徐浦中转站；三个码头即改建虎林码头、老港码头，新建徐浦码头。其中虎林中转站和码头将负责苏州河以北区域的垃圾转运任务，徐浦中转站和码头将负责苏州河以南区域的垃圾转运任务。为此，整个上海市区生活垃圾内河集装化转运系统包括2个子系统，即“徐浦～老港”子系统和“虎林～老港”子系统。如图1所示，基于区域的系统划分要考虑子系统间的协调性，同时要能保证较高的运输效率。

图1　集运系统运输路径Fig.1 Transportations routes of containerized system

2　智能转运信息系统架构

根据垃圾转运系统的业务需求，本文设计了一个面向服务［4-5］的智能转运信息系统四层架构方案，如图2所示，主要分为基础设施层、空间信息支撑层、系统业务逻辑层和系统应用层。

架构中的各层及其组建之间的相互关系如下所述：基础设施层处于最底层，主要由物流设施和通讯服务设施组成。物流设施主要包括车船、桥吊、正面吊、压缩机等硬件设备；通讯服务设施主要包括服务器、计算机等计算设备、网络通讯设备、电子标签阅读器等。基础设施层重点负责完成数据信息的采集、转换和收集工作。系统统一采用Oracle集群数据库存储数据，摒弃了区域独立存储的多数据库模式。空间信息支撑层是信息传输服务的提供者和组织者，由通讯服务器、ArcIMS空间服务器等设备组成。其中，通讯服务器主要负责对车船的定位信息进行解析、转换和处理，再通过ArcIMS空间服务器的ArcSDE与Oracle数据库服务器相连，将空间数据和非空间数据一并提供给ArcIMS空间服务器，最后由ArcIMS的应用服务器和连接器共同作用提供详尽的空间信息服务。系统业务逻辑层主要是由空间信息服务和物流业务服务2类组件构成，并且对系统逻辑功能的实现起到至关重要的作用，因为，系统业务逻辑层需要由其下层提供支撑服务，同时为实现其上层的应用功能提供技术支持，所以在系统中起到承上启下的作用。系统应用层是系统功能的提供者，具体涵盖了信息系统全部运输业务的功能模块，主要包括垃圾的封装、压缩、调度、车运、船运，以及系统管理，尤其是，管理层功能包含有作业监控、信息查询和数据分析等。系统应用层还提供了可扩展业务接口功能，以便为各类用户的不同需求提供一种较完备的应用解决方案。

3　系统关键技术的集成

物流信息系统的关键技术是物流体系的重要组成部分，也是建立智能化的物流信息系统以提高系统运营效率的保障。此系统综合使用计算机通信技术、信息采集技术、数据库技术和物流信息跟踪技术［6］，并将其实现有机结合，形成自动化周期运转的业务工作模式。

图2　智能转运系统架构Fig.2 Architecture of intelligent transport system

集装箱是整个业务流程的重要管理对象之一，垃圾转运系统中承载集装箱运输的车、船桥吊和正面吊等设备处于运动状态，生产作业时无法捕捉到其具体位置。所以系统采用2种方案解决这个问题。对其分析阐述如下。

1）使用GPS和GIS结合的技术。在基础设施层的车船上安装GPS接收装置（集装箱由于供电、碰撞、污渍等原因不适合安装），通过接收不同方位导航卫星的定位信号计算返回自身当前的经纬度坐标，地面监控中心就能实时监控车船的位置，并根据道路、水路交通状况向车船发出实时调度指令。辅以GIS技术提供车船运动的地理空间数据，再利用GIS的网络分析和路径分析等功能，科学快速地预先设定最佳运输路线，当GPS信号反馈回的车船运行路径出现偏差时，系统发出警告提示，以便决策层针对情况快速反应。此外，利用车船载GPS接收机获取到车辆船只的位置信息，使用电子地图进行图上定位，能很好地进行车船跟踪和轨迹回放，在集装箱的运输中具有颇高的实用价值。

2）对于桥吊上集装箱在装卸过程中的定位，这涉及到集装箱对船和对堆场的操作。由于要获取高精度的位置信息，同时考虑架设成本，所以系统选择使用PLC技术方案获取集装箱的实时精确位置。该方案对前方堆场和码头执行坐标映射，使用运动机制测量算法结合位移传感器获取的数据，得出桥吊的作业状态和集装箱的精确位置。系统还能进行探测预警，一旦探测到行车工作可能超出受限范围则自动限制此操作的继续发生，有效提高了系统的安全性，同时记录行车作业中的危险工况，为事故的分析处理提供可靠依据。

集装箱在经过物流闭环系统的各个关口时，其个体识别操作是运输、监管、维护工作的基本条件，再与定位跟踪功能绑定则能为各级作业的实施提供保障。由于集装箱运输过程中污渍、潮湿、遮盖、方向位置、退化磨损因素的影响，若使用RFID技术识别箱号将具有切实、稳定的可靠性。为此，系统在闸口、桥吊、正面吊和集装箱作业环节部署了RFID设备，采集经过的集卡或集装箱上的电子标签，同时利用通信技术、网络技术等手段传输到后台服务器。物流运营系统包含3个基地作业数据，在加强基地业务间联系方面采用数据库集群技术，构建统一数据库服务器，将徐浦、虎林、老港基地码头的中控服务器进行耦合，使其并发运行、互为备份，在保证网速的前提下，可做到实时同步。集群后的分布式数据库可提高数据访问的并发性和安全性，所有码头数据格式统一、且提供优质共享，因此应急状态下任何码头均可访问其他码头的数据。对于大数据的处理系统进行了前瞻性考虑，抽取压缩、运输、中转、吊车装卸、船运和填埋等各环节产生的数据，建立数据仓库，使用数据挖掘技术进行分析，获得一些未知的有用信息，提高系统自我调节和智能化运行的能力。生产数据在应用层的显示，将WPF技术引入到集运系统中，开发具有友好人机交互界面、丰富表现形式的软件系统，支持对集装箱和车船操作信息的详尽查询，进而结合3D建模技术实现对生产全景的实时监控。

4　智能转运信息系统功能与实现

根据系统的设计方案，基于B/S架构模式，采用Microsoft.NET开发平台，以Web Service技术作为系统主要功能实现技术［7-8］，结合Oracle集群数据库和开源的GIS服务平台，实现了该转运信息系统。系统主要包括生产作业管理、船舶靠泊调度、资产管理、数据统计报表管理和作业监控指挥中心等方面功能，总体功能结构如图3所示。以徐浦基地为例，下面将具体介绍应用该系统进行垃圾转运的详细过程和相关数据信息分析。

图3　系统总体功能结构Fig.3 System general function structure

4.1生产作业管理

垃圾运输至徐浦和虎林码头基地要经过入口道口、指令道口和后方道口等3个重要道口，设计道口采集子系统用于采集相应道口处的过车记录，包括过车时间、车号、数量等。指令道口要控制集装箱的装卸与存放，所以增加了空重箱转换功能。当进入基地和等待指令的集卡遭遇特殊情况时，该子系统支持人工处理相关信息。桥吊子系统主要监管基地3个桥吊装卸集装箱的过程，显示当前作业的集装箱号、集装箱类型和作业状态，查询历史作业记录和操作指令。进入基地的散装垃圾首先要进行压缩，压缩机子系统显示了对应机号处等待的集卡和使用集装箱的编号，给出压缩长度和重量，同时记录了日作业量，若出现异常情况将能即时中止作业或转换压缩机。集卡作业子系统主要用于显示集卡作业指令接收及执行状态，包括指引前往桥吊、堆场、压缩机、洗/修箱、箱体保养等工作区进行作业。对于生产过程中出现的异常情况，例如：GPS未有效更新船舶信息、道口处RFID未检测到集卡或集装箱标签、桥吊司机操作失误等，这在消息子系统中能够得到实时记录，并根据情况程度连接中控报警系统，通知管理层做出应急处理。

4.2船舶靠泊调度

由于使用了GPS/GIS系统，船舶靠泊子系统能显示当前船舶位置，预测抵港时间并生成抵港通知，同时记录到港时间；根据船舶到港具体情况，自动安排靠泊计划，辅助生成靠泊离泊指令、引导泊位作业状态。

4.3资产管理

集装箱是垃圾转运的重要载体，因此系统提供了修箱、洗箱和保养功能以延长箱体的使用寿命。根据箱体的周转次数，系统自动安排清洗计划，查询清洗箱体的时间、所属集卡信息，在清洗完成后通知集卡离开。修箱子系统与资产管理系统对接，提供维修申报平台对坏箱进行申报，查询待修箱体，确认维修结果，并同时提供校验功能，确认坏箱在信息化系统与资产管理系统间的迁移。

4.4数据统计报表管理

系统从宏观上统计了各类数据信息并以图形化的形式显示，通过相关分析能确保物流业务周期稳定运转，提高系统危机预测和抵御风险的能力。系统首先提供了对集装箱信息的统计查询，能查看箱体在一段时期内的使用频率，对使用率过高和过低的箱体进行适当调配；其次，统计了同一基地内各种集装箱在不同作业区域的分布情况，可推测工作强度的集中区域。集装箱运输载体统计模块功能主要是查询内集卡总量、出勤和在后方指令区的分布情况，还有一段时期内各船舶靠离该基地的频率分布。系统能查询指定时段内徐汇、长宁、青浦和黄埔各区的垃圾重量，有利于参考制订生产计划，此外，还提供了系统垃圾吞吐量的查询。基地综合负载功能模块给出了徐浦、虎林、老港基地实际处理量与系统剩余处理能力的对比分析，基地综合负载趋势模块则给出同一基地系统各月份的负载情况。24小时作业分布统计模块功能是分析一个工作日周期内集卡、外集卡的使用数量及桥吊卸车和装船的数量。而且，系统还具有基地设备负载、基地设备负载趋势、二次吊装作业量等模块的功能。从这些统计数据，即能现实获得系统的综合运营能力，从而对生产任务、设备使用进行更科学合理的规划分配。做进一步的深入分析，对原始大数据加以处理，使用数据挖掘技术建立模型，根据分析预测可获得有用的未知信息，这对于决策层参与生产的宏观调控具有重要作用。

4.5作业监控指挥中心

作业监控指挥中心是面向决策管理层、计划监管层的管理者，基于业务流程闭环处理功能，向其提供数据查看与分析、视频监控以及应急调度功能。集装箱流转运输跟踪功能模块是一个网络服务，用户可根据箱号查询到箱体的分布及状态，具体包括箱体的基本信息、当前位置（堆场贝位号、集卡、船箱贝位号）、状态（好箱/坏箱，空箱/重箱）；箱体流转情况，即一段时期内清洗、维修的次数，参与作业的类型和作业基地。针对特殊箱体的管理，比如测试用箱，在管理界面提供了添加、删除、修改功能，并可以更改其显示颜色与透明度。同样，车辆船舶跟踪模块功能则可在地图上查询显示所有车船的具体位置，并实时观测沿线运输状态，箱体在运输设备上的空间分布信息也能详细查询。作业视频监控功能模块主要是对指令道口、入口道口、桥吊作业区、船舶靠泊区和后方道口的作业实况进行监控，将3个基地的生产作业视频整合到监控指挥中心，以便配合全市集运运营进行统一管理。3D全景模拟展示功能主要针对实业生产过程，模拟基地生产场景，动态显示当前各设备的作业状态。

5　结束语

本文以上海市生活垃圾内河集装化转运系统的运营为载体，设计了一种物流信息管理系统四层架构，并以此为原型结合先进信息处理与传输技术的集成分析，实现了一个区域物流信息管理系统。实施结果表明，与同类系统相比该系统在技术方案、操作管理、功能扩展、信息化程度等方面做了较大提升。对改变现有传统的内河集装化运输分析模式和管理方式，优化资源配置、提高企业核心竞争力，构建一个完善、智能、高效的集装化运输信息管理平台，具有先进、标准示范性指导作用。

［1］郭成.物流信息技术应用现状及趋势［J］.中国储运，2007（3）：97 -99.

［2］郝广才，张全，赵由才.基于集装化外运与综合型处理的上海城市生活垃圾管理对策［J］.环境污染与防治，2006，28（11）：834-836，858.

［3］周家浩.上海市区生活垃圾内河集装化转运系统的实施［J］.上海建设科技，2012（6）：39-42.

［4］李学军，张明玉.基于SOA的物流信息系统架构研究［J］.物流技术，2007，26（1）：104-107.

［5］王先平，李双庆，刘志阳.SOA在物流系统中应用研究［J］.计算机工程与设计，2008，29（2）：303-305，336.

［6］戚铭尧.面向物流的空间信息服务及其关键技术研究［D］.北京：中国科学院，2006.

［7］王涛.基于Web Service的物流信息管理系统［D］.成都：电子科技大学，2010.

［8］王小建，王清亮.基于Web Service的物流信息系统设计与实现［J］.物流技术，2006（7）：221-223.

4　结束语

通过设计构建实验室开放管理系统，极大地方便了实验室开放的现实全面综合管理。在实际运营中表明，实验室开放管理系统的使用不仅可以充分利用实验资源，还可以为学生提供自主发展和实践锻炼的最佳理想空间，同时方便了教师、学生和管理员之间的互动，让实验室管理更趋高效，实验室利用更加充分，这也是本文研究成果的主要贡献及现实意义所在。

参考文献：

［1］林卉，胡召玲，赵长胜，等.高校开放实验室的建设与管理［J］.实验技术与管理，2010，27（3）：152-155.

［2］李晶晶.高校实验室开放存在问题及对策初探［J］.中国科教创新导刊，2010（1）：65.

［3］李秀苹.基于WEB的开放实验室管理信息系统的设计与实现［D］.成都：电子科技大学，2012.

［4］李迎.基于ASP.NET的高校学生管理系统的设计与实现［D］.北京：北京邮电大学，2008.

Design of intelligent information system based on integration technology

LIANG Chao1，NI Yonghong1，ZHANG Mingming1，SHA Gang2
（1 Shanghai SMI Environmental Industry Co.，Ltd，Shanghai 200000，China；2 Shanghai Maxqueen Enterprise Development，Ltd，Shanghai 200000，China）

In order to solve the problems in the application of regional logistics information system for small and medium logistics enterprises，and taking shanghai living garbage river containerized transport system as an example，according to system operation background and intelligent construction target，the paper designs the system of four layer architecture and gives specific deployment plan. On this basis，the integrated route of key technologies is researched and the application in components of the system architecture is also analyzed.So then functions of the subsystems including production operation management，ship berthing schedule，asset management，data statistics report management and job monitoring command center are achieved，which improve the intelligent information degree of the management system.

living garbage；containerized transport；integrated technology；information management system

TP391

A

2095-2163（2016）03-0051-04

2016-04-22

梁 超（1958-），男，本科，高级政工师，主要研究方向：环境政策、物流管理及环境保护；倪永红（1967-），男，本科，工程师，主要研究方向：现代物流装备及自动化、市场流通及产业发展；张明明（1977-），男，本科，工程师，主要研究方向：工业自动化、计算机应用与管理；沙 钢（1965-），男，本科，工程师，主要研究方向：计算机软件开发及应用、企业运营和物流管理。