二维码在进出港口集装箱流通效率提高上的应用研究——以北海港为例

文/吴桂荣 秦统云 石先莲 刘浩 林科勇 韦葵宇，桂林电子科技大学海洋信息工程学院宁开发区支行

引言

当前，北海港系统管理处于港口进出闸口、过磅半人工智能化阶段，检查货物、装卸操作人工化阶段，系统管理电子化等多项相协调管理，无法跟上港口发展的步伐，工作精度和效率低。港口的快速发展让港口进出闸口、过磅半人工智能化，检查货物、装卸操作人工化等亟需改善的问题逐渐暴露。智能港口的发展将能够有效解决这些问题，二维码和GIS、GPS，用于港口操作信息交换，能够完成货物和集装箱的自动调度，它能够完成货物监管、定位和技术检验应用实时信息处理，信息管理的安全性极大提升。一.传统港口集装箱和车辆管理系统存在的弊端

（1）集装箱的识别环节集装箱辨别和数据收集依赖于纸质的清单，集装箱本身不拥有数据。集装箱的辨别是传统的非智能方式。近些年，数码相机辨别技术的使用能提升集装箱辨别效果，但由于其较差的局部性、可靠性，无法跟踪物流运输信息，不便识别并记录集装箱运输的信息。

（2）码头堆场环节集装箱码头集装箱采用中央控制系统。在集装箱中先进入预订信息，在入闸口时输入信息，通过访问控制系统的信息传输到中央控制室，控制室会形成一个特定的信息反馈到访问控制系统配电箱。当车辆进入堆场时，被认为是车辆到达指定位置，不能实时监控车辆的路线。现场桥站在指定地点卸载车辆后，将指定货物储存。当与龙门起重机或起重机接触时，集装箱管理系统需要使用望远镜从集装箱信息中查找和查看设备操作员，以便准确定位指定集装箱。即使如此，往往会出现集装箱错误，错放错误等，降低了终端集装箱管理的效率。

1 北海港车辆管理的现状分析

1.1 北海港发展现状

北海港位置在广西的南部边境靠近中国的南海地区，是中国西南地区非常重要的出境关口，北海港是广西海岸运输交通的重要港口。是港口航道、天然的深水港。截至1995年底，港区北部港区面积为15.71平方公里，有泊位11个，码头全长1218.5米，其中能够容纳停靠泊位能力在10000吨以上，一次性可容纳最大停靠泊位能力为3万5000吨，港口内部堆场面积达到8万2000平方米，拥有可操作装卸机械52台。北海港是广西壮族自治区的一大港口。它是中国西南航线和钦北铁路线的终点站，是广西北部湾沿海港口经济区的重要商埠。因为其优势的地理和天然环境，成为中国内陆地区供给便利的出海道路，并供给经济和贸易联合深入中国腹地的东南亚邻国的重要窗口，是督促双边的经济关系和经济交流。北海港与全球的218港口和98个国家和地区的贸易，是中国的西南区域便利、快捷的出海口。

1.2 北海港车辆管理现状

目前北海港车辆管理主要集中提运货业务，经过发展已经改变曾经缴费开单全人工管理，现在采用的是IC卡半智能管理。相比较之下，IC卡在一定程度上减轻了管理工作的繁琐，使得人工在一定程度上得到解放，但是IC卡技术的限制，还不能实现完全的解放，卡车司机和港口管理中心、海关部门仍然需要不同程度的手工作业及现场操作（图表2-2）。通过实地考察发现IC卡的使用仍然存才很多繁琐环节（图表2-3），根据港口发展IC卡管理还存在改进的可行性。

2 北海港车辆管理的问题与挑战

2.1 北海港车辆管理的问题目前，码头功能和港口设施无法跟上市场需求

图表 2 -2 提运货业务流程图

图表 2 3 海关IC卡发卡管理规定

由于泊位和堆场的短缺，导致许多西南区域货物选择转移到广东的湛江出口。在港口服务方面，海关的通关环境有待进一步优化，北海港所有货品均已完成海关手续及“一站式”服务。统计到2017年6月，与往年相比，北海港集装箱管理信息系统，在堆场作业，人工管理，节省一些时间和成本。但是由于港口吞吐量有限，装卸设备相对落后，港口服务质量仍然受到限制。与其他港口相比，生产组织的流程和管理不充分，尤其是北海港装卸的装卸环节，极大地影响了装卸效率，影响了整体管理。广西、贵州、云南及西南地区是香港海港的经济中心地带，西南地区的货物供应是主要来源，而该港的主要来源是从西南来港。鉴于西南铁路的运输距离钦州港最短，北海港铁路的长度要比钦州和防城港更长。再加上较高的运输成本比航运，这导致更多的成本比铁路运输成本在其他两个港口，并降低了吸引力的托运人的经济成本。对中国的大型工矿企业主要集聚区分布在西南地区，尤其是西南地区。但由于广西北部湾港口吞吐能力的限制，不少放弃就近拥有的“北部湾港”向广东和湛江运送货物，甚至通过“中国运输”向“上海港”出口。这种海运方式不仅给工矿企业带来了成本压力，而且浪费了宝贵的时间。

2.2 北海港车辆管理的挑战

根据港口的发展对IC卡管理进行可行性的改进。传统的IC卡半智能人工管理方法存在许多不足，亟待改进。利用二维码技术进行港口智能化管理可以有效地解决以下问题：

(1)IC卡半智能人工管理存在着消耗时间长和人为造成过失的问题，计算机的高性能也能够让单位流程内的作业减少到最优的时间，因为在系统的正常运行中，利用计算机技术自动提取二维码存储信息，没有错误。

(2)在网络故障的情况下，通过读取二维码标签的数据区域，可以直接获得车辆的身份信息。没有实时更新问题，所以系统可以不中断运行。

(3)高效防伪，根据一定的系统规则，将每个车辆的身份数据编写入二维码中，容易区分车辆信息。

(4)不易丢失，二维码标签可固定于集装箱，不需要反复移动，相较于IC卡而言不会存在丢失等现象。

(5)减少货车通关的排队时间。根据二维码系统实施前后的数据进行对比，针对集装箱进闸口项目能够看出系统实施后时间明显变短，每辆集卡进闸平均时间由先前的2分7秒缩短到50秒，提高近60%。

3 维码技术在北海港港口车辆管理的应用

3.1 本设计的主要特点如下：

(1)智能化识别。设计二维码技术的应用，对所有车辆的港口、集装箱准确自动识别。

(2)实现所有车辆建立港口货物信息管理，以及获取货物得类型、名称、数量和仓储位置。

(3)智能调度与管理。所有进出港车辆，都将完成智能调度和管理工作，减轻车主、司机、调度员和磅房工作员的任务; 计划交付的货物都可以通过网络终端及时告知，甚至调度员可以快速识别车辆信息，不需要人工查验，提高车辆调度管理和解决交通堵塞的情况。

(4)集装箱的智能化识别。集装箱附有二维码标签，以便自己携带数据，只要经过设备的扫描就能获取相关数据，完成了智能信息收集，提升了集装箱辨别的效率。动态辨别标签能够动态跟踪和记录集装箱运输数据和物流数据，便于集装箱运输熟记的辨别和记录。

(5)提高港口的安全管理。信息系统设计、自动识别系统和电子控制设备结合二维码技术，提高了港口内部的安全。并通过二维码技术加密的功能能够有效地避免港口工作人员和港口外人员之间的不法行为，能够提升港区内部的安全级别。

3.2 基于二维码技术的车辆管理的子系统与功能设计

基于二维码系统管并结合GPS和GIS，新旧系统对比。①新系统能够实现车辆的实时监控，能够在手持终端查看车辆任何状态下的信息，出现异常信息时系统自动启动警报系统；②智能调度，通过手持终端能够准确、快捷的完成相应的操作，无需人工检验操作减轻人工使用IC卡为录入信息反复操作等待，降低人工操作带来的失误；③二维码技术信息读取快速，车辆直接通过闸口快速读取信息无需等待，降低了车辆管理中等待的时间消耗，消除车辆拥堵，提高管理的安全性和效率性。其系统结构图如图表3-1所示。该系统包括以下子系统：

车辆自动识别子系统进入港区的车辆均配备有二维码标签，用来存放车辆数据。车理系统配置二维码”（二维码固定在车上，无法移动）。二维码拥有车辆的相关数据，如车牌号、车辆类型、重量、车辆主姓名、工作单位、停车场日期、检查日期等。当车辆进入港口时二维码通过闸口的二维码扫描仪，扫描仪读取车辆注册信息，将信息与系统数据进行对比，自动车辆识别细节如图表3-2所示。

3.3 定位导航子系统

GPS系统由三个部分组成：移动单元、控制中心和监控平台。第一移动单元收到GPS卫星发射的监测数据并计算位置数据，第二根据中央控制单元的调配将数据编码发出给控制中心，最后将数据发出给监测平台定位。控制中心通过中央调配单元操作所有无线通信网络的营运，监测平台通过电子地图完成信息数据的处理。具体流程如图表3-3所示。

(1)地理信息子系统

将港口堆场地理环境转化为电子地图，应用GIS空间分析和处理功能，提供路径分析，在车辆堆场内进行车辆运行实时监控。

(2)智能门禁子系统

图表 3 -1 车辆管理系统结构图

图表 3 -2 基于二维码的车辆识别

该系统包括门禁控制子系统和自动控制的车重子系统。门禁控制子系统配有摄像头和二维码扫描仪，用于监控车辆和识别二维码。通过电子汽车衡自动呼叫车重子系统的控制数据，电子汽车衡的使用能够自动获取车辆的重量，车辆检验，降低停留时间，极大减少了工作人员的工作力度。

在控制室接收图像自动识别和车辆载荷试验数据信号与数据库服务器进行数据交换和比较，然后接收服务器发出控制命令，控制和自动操作端口禁。因此，基于二维码技术的智能门禁系统可以实现监控、识别和称重的完美结合。

(3)作业调度子系统

利用二维码技术实现港口作业车辆的自动、准确和不间断的车辆数据采集，使港口调度员精准掌控车辆运行的轨迹数据，再利用智能移动平台对车辆实现智能调配，并能够对收集到的信息完成分析和研究，总结出车辆运行的规律，全面清除车辆管理中的不足。所以，二维码技术是完成港口车辆智能调配这一目标的有效途径。

3.4 基于二维码技术的集装箱管理子系统与功能设计

基于二维码技术的集装箱管理系统能够自动辨别和定位港口里的全部集装箱。配备在港口集装箱上的二维码电子标签通过扫描仪，能够自动读取集装箱堆场调配人员的数据，经由数据和集装箱装卸位置布置有效的分析，用以完成任务的整个堆场。系统结构如图表3-5所示。该系统包括以下子系统：

（1）集装箱自动识别子系统

集装箱二维码标签是一种装载信息的工具。集装箱二维码标签数据包括：集装箱号、箱型、大小、厂家、生产日期等基本数据；具体位置在集装箱堆场和集装箱、堆场的具体时间和地点数据，如集装箱装卸、货物数据、集装箱维修数据和装卸数据。

智能门禁子系统集装箱自动辨别系统包括集装箱、二维码标签、二维码扫描仪、数据处理和存储设备和计算机。输入端口集装箱实现后的采集和自动识别，可以使用端口扫描仪完成数据输入，包装集装箱信息，并将信息传送到控制室，控制室在堆场管理和安全管理。

智能门禁子系统配有摄像头和二维码读写器。结合二维码自动辨别子系统，能够达到集装箱的动态监控和自动辨别。通过摄像头的访问控制子系统和二维码阅读器收取集装箱检查的数据，和数据传送到控制室，与服务器数据交换和比较；然后收取到控制命令室出具的，自动开启和关闭的控制门。

(1)堆场管理子系统

堆场管理系统用于码头的作业和数据调度。集装箱运输到堆场，接收港口集装箱调度中心发出的命令，使入车停放指定区域。一个桥梁工作人员得到命令安排集装箱停放在相应的地点，通过二维码扫描仪，自动辨别集装箱数据，查验集装箱是否到达指定地点，数据发回确认位置数据服务器。

(2)作业调度子系统

作业调度系统是根据调度计划，科学的安排作业机器和工作人员，其实是生产作业的终端。根据门禁系统，中央控制室应用二维码扫描仪自动读取集装箱数据和查看集装箱分配情况，并将集装箱调配命令发出到现场调度工作站，一个调度员按照要求从集装箱中，将空置数据发回控制室，然后实现智能安排车辆的任务，从而减少生产过程的复杂性，减少手工操作造成的误差。因此，二维码技术是完成集装箱智能操作的核心技术。

(3)信息安全管理子系统

所有集装箱均有二维码标签， 二维码标签记录相应的集装箱号、类型、重量、时间，并进出堆场存放位置、货物搬运、搬运等信息。通过港口闸门时，二维码扫描仪收集集装箱的全部数据，同时把数据存放在信息存储器中。在堆场操作中，二维码技术用于记载存储集装箱的数据。通过二维码技术在集装箱数据收集和存放中的使用，增强了集装箱数据安全管理。

图表 3 -3 GPS工作流程图

图表 3 -5 基于二维码的集装箱识别系统工作流程图

4 结论

本文主要针对集装箱管理和车辆管理两个方面进行设计：车辆管理方面：应用二维码技术完成车辆监测、辨别、称重合一，并与GPS、GIS高度融合，达到车辆动态监控与智能调配。改变了港口闸口使用IC卡半智能人工管理，减轻人工使用IC卡为录入信息反复操作等待，降低人工操作带来的失误，二维码技术具有快速读取信息特点，降低了车辆管理中等待的时间消耗，提高管理的安全性和效率性如图表4-1所示。

(1)集装箱管理方面：采用二维码技术完成集装箱的自动辨别，经过分析数据，堆场调度人员调配集装箱装卸地点。为了摆脱集装箱信息不透明的现状，我们可以实时了解集装箱信息，对集装箱进行合理的管理和调度，提高堆场的利用率和效率。

随着科技的进步，二维码技术在各个领域都引起相当的重视，特别在港口物流管理方面，多方专家都提出了实施方案。本文以北海港为例研究应用二维码技术于港口管理提出了一套设计方案，以解决目前北海港出现的集装箱运输规模上升而人工管理无法相适配的状况。

图表 4 -1 二维码技术应用前后的提运货业务流程图

[1]谢文宁，郑见粹.我国第四代港口智能化发展对策[J].港口科技，2011（8）：58-60.

[2]马仁洪.物联网技术催生智慧港口[J].广东物流，2012（2）：6-9.

[3]王娇萍.包起帆领衔制定的集装箱国际标准获准颁布[J].工人日报，2011.