二維碼在進出港口集裝箱流通效率提高上的應用研究
——以北海港為例

文/吳桂榮 秦統云 石先蓮 劉浩 林科勇 韋葵宇，桂林電子科技大學海洋信息工程學院寧開發區支行

引言

當前，北海港系統管理處于港口進出閘口、過磅半人工智能化階段，檢查貨物、裝卸操作人工化階段，系統管理電子化等多項相協調管理，無法跟上港口發展的步伐，工作精度和效率低。港口的快速發展讓港口進出閘口、過磅半人工智能化，檢查貨物、裝卸操作人工化等亟需改善的問題逐漸暴露。智能港口的發展將能夠有效解決這些問題，二維碼和GIS、GPS，用于港口操作信息交換，能夠完成貨物和集裝箱的自動調度，它能夠完成貨物監管、定位和技術檢驗應用實時信息處理，信息管理的安全性極大提升。一.傳統港口集裝箱和車輛管理系統存在的弊端

（1）集裝箱的識別環節集裝箱辨別和數據收集依賴于紙質的清單，集裝箱本身不擁有數據。集裝箱的辨別是傳統的非智能方式。近些年，數碼相機辨別技術的使用能提升集裝箱辨別效果，但由于其較差的局部性、可靠性，無法跟蹤物流運輸信息，不便識別并記錄集裝箱運輸的信息。

（2）碼頭堆場環節集裝箱碼頭集裝箱采用中央控制系統。在集裝箱中先進入預訂信息，在入閘口時輸入信息，通過訪問控制系統的信息傳輸到中央控制室，控制室會形成一個特定的信息反饋到訪問控制系統配電箱。當車輛進入堆場時，被認為是車輛到達指定位置，不能實時監控車輛的路線。現場橋站在指定地點卸載車輛后，將指定貨物儲存。當與龍門起重機或起重機接觸時，集裝箱管理系統需要使用望遠鏡從集裝箱信息中查找和查看設備操作員，以便準確定位指定集裝箱。即使如此，往往會出現集裝箱錯誤，錯放錯誤等，降低了終端集裝箱管理的效率。

1 北海港車輛管理的現狀分析

1.1 北海港發展現狀

北海港位置在廣西的南部邊境靠近中國的南海地區，是中國西南地區非常重要的出境關口，北海港是廣西海岸運輸交通的重要港口。是港口航道、天然的深水港。截至1995年底，港區北部港區面積為15.71平方公里，有泊位11個，碼頭全長1218.5米，其中能夠容納?？坎次荒芰υ?0000噸以上，一次性可容納最大?？坎次荒芰?萬5000噸，港口內部堆場面積達到8萬2000平方米，擁有可操作裝卸機械52臺。北海港是廣西壯族自治區的一大港口。它是中國西南航線和欽北鐵路線的終點站，是廣西北部灣沿海港口經濟區的重要商埠。因為其優勢的地理和天然環境，成為中國內陸地區供給便利的出海道路，并供給經濟和貿易聯合深入中國腹地的東南亞鄰國的重要窗口，是督促雙邊的經濟關系和經濟交流。北海港與全球的218港口和98個國家和地區的貿易，是中國的西南區域便利、快捷的出海口。

1.2 北海港車輛管理現狀

目前北海港車輛管理主要集中提運貨業務，經過發展已經改變曾經繳費開單全人工管理，現在采用的是IC卡半智能管理。相比較之下，IC卡在一定程度上減輕了管理工作的繁瑣，使得人工在一定程度上得到解放，但是IC卡技術的限制，還不能實現完全的解放，卡車司機和港口管理中心、海關部門仍然需要不同程度的手工作業及現場操作（圖表2-2）。通過實地考察發現IC卡的使用仍然存才很多繁瑣環節（圖表2-3），根據港口發展IC卡管理還存在改進的可行性。

2 北海港車輛管理的問題與挑戰

2.1 北海港車輛管理的問題目前，碼頭功能和港口設施無法跟上市場需求

圖表 2 -2 提運貨業務流程圖

圖表 2 3 海關IC卡發卡管理規定

由于泊位和堆場的短缺，導致許多西南區域貨物選擇轉移到廣東的湛江出口。在港口服務方面，海關的通關環境有待進一步優化，北海港所有貨品均已完成海關手續及“一站式”服務。統計到2017年6月，與往年相比，北海港集裝箱管理信息系統，在堆場作業，人工管理，節省一些時間和成本。但是由于港口吞吐量有限，裝卸設備相對落后，港口服務質量仍然受到限制。與其他港口相比，生產組織的流程和管理不充分，尤其是北海港裝卸的裝卸環節，極大地影響了裝卸效率，影響了整體管理。廣西、貴州、云南及西南地區是香港海港的經濟中心地帶，西南地區的貨物供應是主要來源，而該港的主要來源是從西南來港。鑒于西南鐵路的運輸距離欽州港最短，北海港鐵路的長度要比欽州和防城港更長。再加上較高的運輸成本比航運，這導致更多的成本比鐵路運輸成本在其他兩個港口，并降低了吸引力的托運人的經濟成本。對中國的大型工礦企業主要集聚區分布在西南地區，尤其是西南地區。但由于廣西北部灣港口吞吐能力的限制，不少放棄就近擁有的“北部灣港”向廣東和湛江運送貨物，甚至通過“中國運輸”向“上海港”出口。這種海運方式不僅給工礦企業帶來了成本壓力，而且浪費了寶貴的時間。

2.2 北海港車輛管理的挑戰

根據港口的發展對IC卡管理進行可行性的改進。傳統的IC卡半智能人工管理方法存在許多不足，亟待改進。利用二維碼技術進行港口智能化管理可以有效地解決以下問題：

(1)IC卡半智能人工管理存在著消耗時間長和人為造成過失的問題，計算機的高性能也能夠讓單位流程內的作業減少到最優的時間，因為在系統的正常運行中，利用計算機技術自動提取二維碼存儲信息，沒有錯誤。

(2)在網絡故障的情況下，通過讀取二維碼標簽的數據區域，可以直接獲得車輛的身份信息。沒有實時更新問題，所以系統可以不中斷運行。

(3)高效防偽，根據一定的系統規則，將每個車輛的身份數據編寫入二維碼中，容易區分車輛信息。

(4)不易丟失，二維碼標簽可固定于集裝箱，不需要反復移動，相較于IC卡而言不會存在丟失等現象。

(5)減少貨車通關的排隊時間。根據二維碼系統實施前后的數據進行對比，針對集裝箱進閘口項目能夠看出系統實施后時間明顯變短，每輛集卡進閘平均時間由先前的2分7秒縮短到50秒，提高近60%。

3 維碼技術在北海港港口車輛管理的應用

3.1 本設計的主要特點如下：

(1)智能化識別。設計二維碼技術的應用，對所有車輛的港口、集裝箱準確自動識別。

(2)實現所有車輛建立港口貨物信息管理，以及獲取貨物得類型、名稱、數量和倉儲位置。

(3)智能調度與管理。所有進出港車輛，都將完成智能調度和管理工作，減輕車主、司機、調度員和磅房工作員的任務; 計劃交付的貨物都可以通過網絡終端及時告知，甚至調度員可以快速識別車輛信息，不需要人工查驗，提高車輛調度管理和解決交通堵塞的情況。

(4)集裝箱的智能化識別。集裝箱附有二維碼標簽，以便自己攜帶數據，只要經過設備的掃描就能獲取相關數據，完成了智能信息收集，提升了集裝箱辨別的效率。動態辨別標簽能夠動態跟蹤和記錄集裝箱運輸數據和物流數據，便于集裝箱運輸熟記的辨別和記錄。

(5)提高港口的安全管理。信息系統設計、自動識別系統和電子控制設備結合二維碼技術，提高了港口內部的安全。并通過二維碼技術加密的功能能夠有效地避免港口工作人員和港口外人員之間的不法行為，能夠提升港區內部的安全級別。

3.2 基于二維碼技術的車輛管理的子系統與功能設計

基于二維碼系統管并結合GPS和GIS，新舊系統對比。①新系統能夠實現車輛的實時監控，能夠在手持終端查看車輛任何狀態下的信息，出現異常信息時系統自動啟動警報系統；②智能調度，通過手持終端能夠準確、快捷的完成相應的操作，無需人工檢驗操作減輕人工使用IC卡為錄入信息反復操作等待，降低人工操作帶來的失誤；③二維碼技術信息讀取快速，車輛直接通過閘口快速讀取信息無需等待，降低了車輛管理中等待的時間消耗，消除車輛擁堵，提高管理的安全性和效率性。其系統結構圖如圖表3-1所示。該系統包括以下子系統：

車輛自動識別子系統進入港區的車輛均配備有二維碼標簽，用來存放車輛數據。車理系統配置二維碼”（二維碼固定在車上，無法移動）。二維碼擁有車輛的相關數據，如車牌號、車輛類型、重量、車輛主姓名、工作單位、停車場日期、檢查日期等。當車輛進入港口時二維碼通過閘口的二維碼掃描儀，掃描儀讀取車輛注冊信息，將信息與系統數據進行對比，自動車輛識別細節如圖表3-2所示。

3.3 定位導航子系統

GPS系統由三個部分組成：移動單元、控制中心和監控平臺。第一移動單元收到GPS衛星發射的監測數據并計算位置數據，第二根據中央控制單元的調配將數據編碼發出給控制中心，最后將數據發出給監測平臺定位。控制中心通過中央調配單元操作所有無線通信網絡的營運，監測平臺通過電子地圖完成信息數據的處理。具體流程如圖表3-3所示。

(1)地理信息子系統

將港口堆場地理環境轉化為電子地圖，應用GIS空間分析和處理功能，提供路徑分析，在車輛堆場內進行車輛運行實時監控。

(2)智能門禁子系統

圖表 3 -1 車輛管理系統結構圖

圖表 3 -2 基于二維碼的車輛識別

該系統包括門禁控制子系統和自動控制的車重子系統。門禁控制子系統配有攝像頭和二維碼掃描儀，用于監控車輛和識別二維碼。通過電子汽車衡自動呼叫車重子系統的控制數據，電子汽車衡的使用能夠自動獲取車輛的重量，車輛檢驗，降低停留時間，極大減少了工作人員的工作力度。

在控制室接收圖像自動識別和車輛載荷試驗數據信號與數據庫服務器進行數據交換和比較，然后接收服務器發出控制命令，控制和自動操作端口禁。因此，基于二維碼技術的智能門禁系統可以實現監控、識別和稱重的完美結合。

(3)作業調度子系統

利用二維碼技術實現港口作業車輛的自動、準確和不間斷的車輛數據采集，使港口調度員精準掌控車輛運行的軌跡數據，再利用智能移動平臺對車輛實現智能調配，并能夠對收集到的信息完成分析和研究，總結出車輛運行的規律，全面清除車輛管理中的不足。所以，二維碼技術是完成港口車輛智能調配這一目標的有效途徑。

3.4 基于二維碼技術的集裝箱管理子系統與功能設計

基于二維碼技術的集裝箱管理系統能夠自動辨別和定位港口里的全部集裝箱。配備在港口集裝箱上的二維碼電子標簽通過掃描儀，能夠自動讀取集裝箱堆場調配人員的數據，經由數據和集裝箱裝卸位置布置有效的分析，用以完成任務的整個堆場。系統結構如圖表3-5所示。該系統包括以下子系統：

（1）集裝箱自動識別子系統

集裝箱二維碼標簽是一種裝載信息的工具。集裝箱二維碼標簽數據包括：集裝箱號、箱型、大小、廠家、生產日期等基本數據；具體位置在集裝箱堆場和集裝箱、堆場的具體時間和地點數據，如集裝箱裝卸、貨物數據、集裝箱維修數據和裝卸數據。

智能門禁子系統集裝箱自動辨別系統包括集裝箱、二維碼標簽、二維碼掃描儀、數據處理和存儲設備和計算機。輸入端口集裝箱實現后的采集和自動識別，可以使用端口掃描儀完成數據輸入，包裝集裝箱信息，并將信息傳送到控制室，控制室在堆場管理和安全管理。

智能門禁子系統配有攝像頭和二維碼讀寫器。結合二維碼自動辨別子系統，能夠達到集裝箱的動態監控和自動辨別。通過攝像頭的訪問控制子系統和二維碼閱讀器收取集裝箱檢查的數據，和數據傳送到控制室，與服務器數據交換和比較；然后收取到控制命令室出具的，自動開啟和關閉的控制門。

(1)堆場管理子系統

堆場管理系統用于碼頭的作業和數據調度。集裝箱運輸到堆場，接收港口集裝箱調度中心發出的命令，使入車停放指定區域。一個橋梁工作人員得到命令安排集裝箱停放在相應的地點，通過二維碼掃描儀，自動辨別集裝箱數據，查驗集裝箱是否到達指定地點，數據發回確認位置數據服務器。

(2)作業調度子系統

作業調度系統是根據調度計劃，科學的安排作業機器和工作人員，其實是生產作業的終端。根據門禁系統，中央控制室應用二維碼掃描儀自動讀取集裝箱數據和查看集裝箱分配情況，并將集裝箱調配命令發出到現場調度工作站，一個調度員按照要求從集裝箱中，將空置數據發回控制室，然后實現智能安排車輛的任務，從而減少生產過程的復雜性，減少手工操作造成的誤差。因此，二維碼技術是完成集裝箱智能操作的核心技術。

(3)信息安全管理子系統

所有集裝箱均有二維碼標簽， 二維碼標簽記錄相應的集裝箱號、類型、重量、時間，并進出堆場存放位置、貨物搬運、搬運等信息。通過港口閘門時，二維碼掃描儀收集集裝箱的全部數據，同時把數據存放在信息存儲器中。在堆場操作中，二維碼技術用于記載存儲集裝箱的數據。通過二維碼技術在集裝箱數據收集和存放中的使用，增強了集裝箱數據安全管理。

圖表 3 -3 GPS工作流程圖

圖表 3 -5 基于二維碼的集裝箱識別系統工作流程圖

4 結論

本文主要針對集裝箱管理和車輛管理兩個方面進行設計：車輛管理方面：應用二維碼技術完成車輛監測、辨別、稱重合一，并與GPS、GIS高度融合，達到車輛動態監控與智能調配。改變了港口閘口使用IC卡半智能人工管理，減輕人工使用IC卡為錄入信息反復操作等待，降低人工操作帶來的失誤，二維碼技術具有快速讀取信息特點，降低了車輛管理中等待的時間消耗，提高管理的安全性和效率性如圖表4-1所示。

(1)集裝箱管理方面：采用二維碼技術完成集裝箱的自動辨別，經過分析數據，堆場調度人員調配集裝箱裝卸地點。為了擺脫集裝箱信息不透明的現狀，我們可以實時了解集裝箱信息，對集裝箱進行合理的管理和調度，提高堆場的利用率和效率。

隨著科技的進步，二維碼技術在各個領域都引起相當的重視，特別在港口物流管理方面，多方專家都提出了實施方案。本文以北海港為例研究應用二維碼技術于港口管理提出了一套設計方案，以解決目前北海港出現的集裝箱運輸規模上升而人工管理無法相適配的狀況。

圖表 4 -1 二維碼技術應用前后的提運貨業務流程圖

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