物联网技术在智慧港口安全信息化建设中的应用研究

高璇

摘 要 由于智慧港口码头生产作业现场集控水平不断提高，给港口前端的安全保障以及环保方面带来了很大压力，如人员、车辆在码头现场的位置及轨迹不能实时进行跟踪定位，日常巡检没有应用信息化手段仅靠人工记录，缺乏准确性和实时性，极大增加了港口码头现场安全生产管理压力。通过GPS物联网定位技术的研究应用，获取现场人员、车辆等设备的精准、实时位置和详细的历史轨迹信息，解决码头现场作业的安全区域管控、人员在岗监控、威胁人身安全的问题，以达到安全生产、合理调度，避免无关人员误入设备作业区域，为企业提供实时的现场人员和环境风险管控手段，大幅提升企业安全风险管控能力。同时，结合NFC通信技术研发出适应港口码头现场作业环境的安全保障系统，使现场巡检员使用具有NFC功能的手持终端就可以方便地开展巡检任务工作，应用信息化手段提升日常巡检工作效率，为智慧港口集控作业现场提供信息化安全保障。

关键词 物联网技术;智慧港口;信息化建设

引言

随着煤炭专业化码头集控作业水平的不断提升，码头现场作业安全管理发生许多变化，带来诸多现实管理问题，如人员、车辆位置及轨迹不能实时进行跟踪定位，以及日常巡检没有应用信息化手段仅靠人工记录等，极大地增加了现场安全生产管理的压力。利用先进的信息化技术手段作为提升港口码头安全管理水平的一个重要措施，已经逐步在现有港口中应用起来，但是当前常规的信息管理系统，不同程度地存在功能不足和与实际需求不符等痛点。

目前在信息化领域中，GPS和NFC两大物联网技术已经取得了很大的发展，并且在很多行业中也初步得到了应用，通过上述物联网技术的创新利用，解决港口码头堆场现场人员及车辆等设备的安全管理问题，提高集控作业现场安全管理信息化水平，降低安全管理的难度，提升人员应急处置能力，在同类型码头安全生产管理中形成示范作用。

本文通过GPS等新型定位物联网技术的研究应用，获取现场人员、车辆等设备的精准、实时位置和详细的历史轨迹信息，解决码头现场作业的安全区域管控、人员在岗监控，以达到安全生产、合理调度，避免无关人员误入设备作业区域，威胁人身安全的问题，为企业提供实时的现场人员和环境风险管控手段，大幅提升企业安全风险管控能力。同时研究开发应用巡检任务信息化管理平台将巡检任务分发至巡检人员手持机，再由巡检人员按流程完成巡检任务，并上报至管理端进行记录、分析和统计，应用信息化手段提升日常巡检工作效率，为煤炭专业化码头集控作业现场提供信息化安全保障。

1物联网技术在智慧港口信息化建设发展现状

随着港口码头及堆场等现场生产设备的自动化和智能化程度不断提高、生产作业流程的复杂性不断提升、从业人员素质的多样性以及港口快速建设造成的压力，港口企业在安全生产管理中的难点发生了变化，对港口企业精细化管理手段和水平也提出了更高的要求。而运用先进的信息化技术手段来提高港口的精细化管理水平是一个重要的突破方向。

随着物联网技术的迅猛发展，目前我国已经逐步开始利用物联网技术进行港口企业生产及安全方面的日常管理，但是由于物联网技术的应用在国内尚处于起步阶段，所以在很多方面还存在着不足和缺陷。

1.1 国内物联网技术标准不统一

中国物联网正处于标准的制定和平台的建立阶段，而在标准的制定和平台的统一阶段中，由于物联网不同于互联网，它是基于已有的行业和已有的技术，不是一种单纯的创新，而是一种新的融合;物联网行业的成型需要将现有的应用和技术，以及不同行业的数据通过一个统一的平台实现对接，但目前国内物联网技术标准还未形成统一标准。

1.2 选型困难

支持企业个性化需求的物联网设备选型困难，定制化设备成本高。目前民用级别的物联网定位设备较多，但是这些设备大多都是为统一的行业平台服务，例如小米、华为等，针对企业级定制化信息系统的物联网设备可选型范围比较小，定制化设备成本很高[1]。

2物联网技术在智慧港口信息化建设发展趋势

对于港口设备资产密集型企业来说，生产现场运行车辆以及日常运维人员较多，安全生产管理人员由于无法掌握现场车辆和人员的实时位置导致无法及时进行管控，并且日常巡检设备也缺乏统一的信息化平台进行可视化精细化管理，无法快速、准确反馈巡检状况，纸质记录容易丢失，导致无法精确统计巡检线路检查情况以及时间是否按照计划进行。

2.1 GPS技术引用

GPS（Global Positioning System）技术可为用户提供随时随地的准确位置信息服务。它的基本原理是将GPS接收机接收到的信号经过误差处理后解算得到位置信息，再将位置信息传给所连接的设备，连接设备对该信息进行一定的计算和变换（如地图投影变换、坐标系统的变换等）后传递给移动终端。目前，GPS全球卫星定位系统，被广泛应用于商业和科学研究上。GPS空间部分使用卫星组成的矩阵，卫星高度约20200公里，分布在六条升交点互隔60度的轨道面上，每条轨道上均匀分布四颗卫星，相邻两轨道上的卫星相隔40度，使得地球任何地方至少同时可看到四颗卫星。传统的GPS定位技术在户外运转良好，但在室内或卫星信号无法覆盖的地方效果较差，而且如果所在位置上空没有3颗以上的卫星，那么系统就无法从冷启动状态实现定位。

GPS技术的主要特点有：①全球，全天候工作：能为用户提供连续，实时的三维位置，三维速度和精密时间，不受天气的影响。②定位精度高：单机定位精度优于10米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。③功能多，应用广：随着人们对GPS 认识的加深，GPS 不仅在测量，导航，测速，测时等方面得到更廣泛的应用，而且其应用领域不断扩大。

2.2 NFC技术引用

NFC（Near Field Communication）技术即近场通信技术，又称近距离无线通信，是一种短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输（在十厘米内）交换数据。这个技术由免接触式射频识别（RFID）演变而来，并向下兼容RFID。NFC可以使用有源标签和无源标签，通过NFC技术科在单一移动设备上提供多种应用服务，启用每一个服务室必须输入对应的密钥才能访问，这样的管理方式让单一移动设备上的多个服务能够确保其安全性。由于NFC具有成本低廉、方便易用以及高可靠性等特点，目前，NFC技术被广泛应用于金融支付、交通、通信、广告、图书出版、医疗等领域[2]。

3基于物联网技术在智慧港口安全信息化建设发展的改进措施

3.1 基于GPS以及NFC物联网技术的集控作业现场安全保障系统建设

随着港口专业化码头集控作业水平的不断提升，码头及堆场现场作业安全管理发生了许多变化，带来诸多现实管理问题，如现场人员、车辆位置及轨迹不能实时进行跟踪定位，当人员及车辆靠近危险区域时无法进行实时预警;以及日常巡检工作缺乏应用信息化手段，仅靠人工记录等管理模式极大地增加了现场安全生产的压力。因此，对于专业化码头企业来说，利用物联网技术实现现场车辆、人员的实时定位管理并运用NFC技术实现巡检工作的信息化，对于有效加强防护、减少安全事故的发生有重要意义。目前国内的港口企业中兼具这些功能的综合性平台的应用案例还很少。

本文拟在参考相关研究的基础上，针对港口企业码头、堆场的特性和周边建筑环境的特点，建立了相应的2D以及3D地图模型，借助专业软件，实现现场的全景可视化模拟场景，同时对人员及车辆的GPS定位算法进行了纠偏等优化。

3.2 巡检任务管理应用软件

该部分拟由任务管理端和巡检员移动端构成。管理人员在任务管理端操作，按实际需求制定定期巡检和临时巡检任务，形成巡检任务线路，将线路推送至巡检员移动端。巡检员接收到巡检任务后，按系统提示逐步完成检查，并将检查结果回传至管理端。在任务执行过程中管理人员可以通过二维GIS地图实时查看巡检员位置及任务执行情况。并设有统计分析模块，可以为巡检员业务量考核提供数据支持。巡检任务管理软件按任务分发执行的形式设计，首先建立任务结点库，由管理人员录入，分日常巡检结点和临时巡检结点。再由管理人员按照节点位置合理设置巡检路线，形成多条巡检任务。管理人员可以按选定巡检频率将巡检任务下发至巡检员移动端。系统主要功能模块说明如下：

（1）地图管理模块：通过地图发布工具用于显示集控作业现场的二维以及三围地图，同时地图具有缩放、漫游、关联定位等功能。

（2）实时定位模块：将人员、车辆上配置的GPS/北斗卫星定位终端，通过移动、电信物联网传输至服务器，本模块具有显示实时位置信息，定位跟踪，地图框选，终端轨迹回放等功能。

（3）预警模块：根据系统预设的电子围栏，预设报警逻辑机制，对误入警示区域的人员及车辆进行报警。同时研究动态电子围栏，利用快速选择的迭代循环算法，实现实时报警功能。

（4）安全巡检模块：该部分功能由巡检任务管理端和巡检员移动端构成，巡检员利用移动终端通过扫描任务中规定的NFC巡检点进行信息交互，完成对巡检项目的检查工作，并实时回传检查数据。系统通过对巡检数据的统计分析为巡检员工作任务的量化指标考核提供依据，提高巡检工作的效率和人员的主观能动性。

（5）报表模块：根据客户需求进行报表开发，用于查询各类业务的执行情况，如巡检任务完成统计表、定位终端统计表等，并支持文件导出。

（6）系统资源管理平台：该功能模块包含系统用户管理，角色管理，权限配置，操作日志等[3]。

4物联网技术在港口信息化建设中的未来发展趋势

4.1 物联网技术的发展趋势

当前，我国对于先进技术的研发力度已经超越了其他国家，处于世界领先地位。继物联网技术之后，又相继研发传感设备。目前一些国家对于传感设备的研发与使用获得了较大的成果。单以我国为例，对物联网技术的应用已经遍布各个行业领域。这对我国后期关于物联网的长期发展有一定的基础作用[4]。

4.2 物联网技术明确港口信息化建设方向

港口对物联网技术的使用，可以更高层次规范化信息建设与管理。并且还可以对港口作业以及物流运转提供合理的支撑。这一过程中所涉及的物流运输作业可以将信息化技术具体到某个细节中去，然后在经物流产业转向发展的影响，将此渗透进所有的作业环节中去。后期生成的电子报表中，对相关数据进行了详细的记录与说明。除此之外，港口中所有作业产生的信息都会形成数据体现在电子报表中，随之运用互联网技术对其加以描述与标识。

4.3 物联网技术推动港口信息化建设发展

在港口信息化建设过程中加以物联网技术，目前已在国内获得了理想的效果。比如针对港口物流企业物流交换物的控制方面。将货物运输过程中所经历的各个环节加以连接，其运输路线得以完整记载，这些数据被完整地记录在港口信息管理的统一平台中，这一举措，为今后我国港口的信息化建设打下坚实的基础。除此之外，港口信息化建设的实现，需要多加企业进行合作，其中主要涉及了进出口管理公司、航运、货代以及船代等等，只有将这些工作联系起来，才能实现对港口信息共享的目标，促进各环节作业可以达到无缝衔接的理想状态。在物联网技术的支撑下，降港口信息与银行、保险以及劳动力储备中心等相关机构中的管理信息加以共享，有效的促进今后港口的信息化建设[5]。

5结束语

当前GPS和NFC两大物联网技术已经有了长足的进步，同时在其他领域也取得了广泛的应用，达到了很好的应用效果，并且也在许多工程实例中达到了部分应用。随着GPS定位精度越来越高，在行业中已经广泛引用。同时，NFC技术也已经普及，并已经应用到地铁乘车，扫描支付等场景。因此，在码头安全生产以及巡检中应用GPS以及NFC物联网技术实现定位以及巡检是可行的。

參考文献

[1] 孙浩.物联网技术在智慧港口中的应用研究[J].电子世界，2019（9）：150-151.

[2] 杨宝珠，吕昭江.物联网技术在港口信息化建设中的问题与应对措施[J].信息与电脑（理论版），2019（6）：164-165.

[3] 刘枫.浅谈物联网技术在港口信息化建设中的问题[J].科技创新与应用，2017（22）：156，158.

[4] 林捷.港口信息化建设中物联网技术的现状探讨[J].通讯世界，2017（10）：274-275.

[5] 张英玲.浅谈物联网技术在港口信息化建设中的问题[J].信息通信，2015（3）：127-128.