智能理貨設(shè)備在港口倒運(yùn)作業(yè)中的應(yīng)用

◎ 申 鵬，朱先念，左家翰，康中利

（日照港裕廊股份有限公司，山東 日照 276826）

目前，港口貨物汽運(yùn)倒運(yùn)作業(yè)，標(biāo)準(zhǔn)流程分為空車(chē)檢斤（過(guò)皮）、裝車(chē)、重車(chē)檢斤（過(guò)重）、卸車(chē)四個(gè)環(huán)節(jié)，往復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)貨物的轉(zhuǎn)運(yùn)和計(jì)量。為了提高生產(chǎn)效率，加強(qiáng)車(chē)輛管控，提升貨運(yùn)安全質(zhì)量，通過(guò)智慧港口大建設(shè)背景，眾多港口企業(yè)都根據(jù)自身特點(diǎn)開(kāi)發(fā)建設(shè)了倒運(yùn)系統(tǒng)。而作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的代表技術(shù)之一，RFID 卡是倒運(yùn)系統(tǒng)中識(shí)別認(rèn)證的重要方式[1-2]。

通常做法是，為每一輛倒運(yùn)車(chē)唯一綁定了一張RFID 卡，當(dāng)作業(yè)車(chē)輛經(jīng)過(guò)過(guò)皮、裝車(chē)、過(guò)重、卸車(chē)等不同環(huán)節(jié)時(shí)，讀卡設(shè)備識(shí)別RFID 卡信息，進(jìn)而判斷車(chē)輛的作業(yè)狀態(tài)，并將生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳記錄，實(shí)現(xiàn)對(duì)倒運(yùn)過(guò)程的實(shí)時(shí)管控，標(biāo)準(zhǔn)倒運(yùn)流程示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)倒運(yùn)流程示意圖

在裝車(chē)和卸車(chē)兩個(gè)環(huán)節(jié)，普遍采用理貨人員使用手持終端掃描RFID 卡的方式進(jìn)行理貨確認(rèn)。此種方式存在3 個(gè)問(wèn)題。①需要專(zhuān)人掃卡理貨。由于港口倒運(yùn)作業(yè)點(diǎn)多面廣，每一個(gè)理貨點(diǎn)就需要配備一名理貨員，對(duì)人力依賴(lài)程度高，人力成本大幅增加；同時(shí)，由于港口作業(yè)環(huán)境惡劣，大部分港口都存在招工難的問(wèn)題。②需要停車(chē)取送卡。由于手持終端讀卡距離短，車(chē)輛在理貨過(guò)程中，需要司機(jī)停車(chē)送卡至理貨員手中，或是理貨員靠近取卡，作業(yè)效率大幅降低；手持終端普遍采用運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)，而在港區(qū)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到位，數(shù)據(jù)傳輸速度和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性都得不到保障，理貨時(shí)長(zhǎng)進(jìn)一步增加。同時(shí)，車(chē)輛停頓間接增加了油耗，運(yùn)輸成本增加。③人機(jī)交叉作業(yè)。港口倒運(yùn)作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，手持移動(dòng)終端理貨方式不可避免的形成了人機(jī)交叉作業(yè)的現(xiàn)狀，尤其是夜間作業(yè)，受人員狀態(tài)、能見(jiàn)度等因素影響，極有可能發(fā)生人身傷害事故，安全隱患大。針對(duì)上述問(wèn)題，本研究工作旨在提供一種可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)掃卡、人機(jī)分離、高效快捷、靈活部署的港口智能理貨終端。

1 技術(shù)內(nèi)容

1.1 設(shè)計(jì)思路與目標(biāo)

設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單有效的系統(tǒng)，在裝卸車(chē)確認(rèn)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、安全、高效、靈活。①自動(dòng)。自動(dòng)掃描理貨，減少人員配備。②安全。實(shí)現(xiàn)人機(jī)分離，降低事故隱患。③高效。理貨過(guò)程不停車(chē)，提高作業(yè)效率。④靈活。部署靈活快捷，不受位置限制。本研究工作技術(shù)方案是將RFID 讀卡器、LED 屏、車(chē)載電腦、光伏發(fā)電裝置等硬件設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)集成，同時(shí)配套開(kāi)發(fā)一套應(yīng)用程序，整合各硬件設(shè)備功能，實(shí)現(xiàn)倒運(yùn)作業(yè)業(yè)務(wù)邏輯自動(dòng)處理，進(jìn)而完成倒運(yùn)作業(yè)自動(dòng)理貨。

1.2 設(shè)備組成

新型移動(dòng)掃描終端設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖2，具體為：①LED顯示屏。顯示作業(yè)信息，為司機(jī)提供引導(dǎo)。②RFID讀卡器。讀取RFID 射頻卡信息，并傳輸給車(chē)載系統(tǒng)。③車(chē)載系統(tǒng)。移動(dòng)掃描終端的核心，通過(guò)該系統(tǒng)配備的車(chē)載電腦，實(shí)現(xiàn)了前臺(tái)數(shù)據(jù)處理以及與后臺(tái)的業(yè)務(wù)邏輯對(duì)接，從而實(shí)現(xiàn)了裝卸車(chē)業(yè)務(wù)的處理。④供配電裝置。光伏發(fā)電、蓄電、配電。⑤車(chē)體。LED 顯示屏、RFID 讀卡器、車(chē)載電腦、太陽(yáng)能光伏發(fā)電板、蓄電池等設(shè)備的載體，可通過(guò)外力牽引實(shí)現(xiàn)整套設(shè)備的移動(dòng)。

1.3 工作原理

車(chē)輛在作業(yè)過(guò)程中，途經(jīng)智能理貨終端讀卡覆蓋區(qū)域時(shí)，讀卡器獲取RFID 卡信息，傳輸至車(chē)載系統(tǒng)，車(chē)載系統(tǒng)做前臺(tái)處理后，將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳至倒運(yùn)系統(tǒng)，倒運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行邏輯判斷后，記錄判斷結(jié)果并反饋給車(chē)載系統(tǒng)，車(chē)載系統(tǒng)再將判斷結(jié)果推送至LED屏，給司機(jī)做出指引。司機(jī)根據(jù)指引即可執(zhí)行下一步操作，見(jiàn)圖3。

圖2 新型移動(dòng)掃描終端設(shè)計(jì)圖

圖3 作業(yè)示意圖

2 關(guān)鍵技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)

（1）基于Android、VS（Visual Studio）開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)RS485 串行總線技術(shù)，完成了多種硬件設(shè)備的系統(tǒng)集成，研制了移動(dòng)智能理貨系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了港口車(chē)輛作業(yè)智能理貨，實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛理貨“無(wú)人化”。智能理貨系統(tǒng)采用Android+VS（Visual Studio）+多串口開(kāi)發(fā)，后臺(tái)采用J2EE 輕量級(jí)架構(gòu)spring+springmvc+myibatis。基于Android 作為智能理貨系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了APP 應(yīng)用程序；基于VS（Visual Studio）平臺(tái)開(kāi)發(fā)了后臺(tái)應(yīng)用程序；通過(guò)RS485 串行總線技術(shù)，完成了讀卡器、LED 屏等硬件設(shè)備與車(chē)載電腦的數(shù)據(jù)交互。以APP 應(yīng)用程序?yàn)榍岸藬?shù)據(jù)處理的核心，以VS 后臺(tái)應(yīng)用程序?yàn)榍昂笈_(tái)數(shù)據(jù)交互的接口，研制出了一套集數(shù)據(jù)讀取、業(yè)務(wù)處理、信息交互于一體的智能理貨終端系統(tǒng)。作為港口倒運(yùn)流程中的一個(gè)子系統(tǒng)，倒運(yùn)作業(yè)過(guò)程中，在實(shí)現(xiàn)過(guò)皮、裝車(chē)、過(guò)重、卸車(chē)4 個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了裝車(chē)和卸車(chē)兩個(gè)環(huán)節(jié)中的自動(dòng)智能理貨，無(wú)需配備專(zhuān)人進(jìn)行理貨操作，人工成本大幅降低。同時(shí)避免了人機(jī)交叉作業(yè)，作業(yè)安全性也大幅提高。

（2）采用基于RFID 的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò) 125 KHz 和2.4 GHz 雙頻通訊模式，實(shí)現(xiàn)了射頻卡數(shù)據(jù)的高速交互；采用基于LTE 的4G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將日照港專(zhuān)網(wǎng)通訊植入車(chē)載系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了智能理貨終端與監(jiān)控平臺(tái)數(shù)據(jù)高速、穩(wěn)定傳輸；車(chē)輛理貨過(guò)程“不停車(chē)”。基于RFID 的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，射頻卡數(shù)據(jù)交互過(guò)程中，采用了125 KHz 和2.4 GHz 雙頻通訊模式。讀卡器在待機(jī)模式下，不間斷向外發(fā)射125 KHz低頻信號(hào)，任何進(jìn)入低頻覆蓋區(qū)域的有源射頻卡將接收到低頻ID 編碼，并解析出低頻信號(hào)強(qiáng)度RSSI 值、射頻卡電池電壓狀態(tài)等信息，隨后立即以2.4 GHz 信號(hào)回復(fù)給讀卡器，識(shí)別速度可達(dá)200 km·h-1，實(shí)現(xiàn)了射頻卡數(shù)據(jù)的高速交互。以基于LTE 的4G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的鼎橋4G 通訊模塊植入車(chē)載電腦，通過(guò)日照港4G 無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)，將智能理貨終端識(shí)別到的數(shù)據(jù)上傳至后臺(tái)倒運(yùn)系統(tǒng)，倒運(yùn)系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯判斷，再通過(guò)無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)將指令分發(fā)到智能理貨終端，實(shí)現(xiàn)了前后臺(tái)數(shù)據(jù)高速、穩(wěn)定傳輸。車(chē)輛在作業(yè)過(guò)程中，途經(jīng)智能理貨終端讀卡覆蓋區(qū)域時(shí)，勻速通過(guò)即可快速完成自動(dòng)理貨，實(shí)現(xiàn)了理貨過(guò)程“不停車(chē)”，單車(chē)?yán)碡浻?1 s 降至2 s，效率提升90%以上；同時(shí)，“不停車(chē)”理貨，車(chē)輛油耗相比“停車(chē)”理貨，每萬(wàn)t貨物約減少62 L燃油左右，間接降低了運(yùn)輸成本。

（3）采用基于半導(dǎo)體光電效應(yīng)的光伏發(fā)電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能理貨終端自身24 h 自主供配電；采用輪式小車(chē)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了終端的靈活移動(dòng)；智能理貨終端在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)需考慮設(shè)備的供配電問(wèn)題，可根據(jù)作業(yè)需求任意時(shí)間、任意地點(diǎn)，靈活、快速的完成作業(yè)部署。將采用基于半導(dǎo)體光電效應(yīng)的光伏發(fā)電技術(shù)，通過(guò)智能控制器以及蓄電池，集成應(yīng)用在智能理貨終端上，實(shí)現(xiàn)理貨終端24 h 自主供配電。白天有陽(yáng)光時(shí)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電板發(fā)電，將電能通過(guò)綜合控制器輸送給LED 屏、車(chē)載電腦、讀卡器，并將多余的電量輸送至蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)存。在夜晚沒(méi)有陽(yáng)光時(shí)，蓄電池通過(guò)綜合控制器給LED 屏、車(chē)載電腦、讀卡器供電。解決了供配電對(duì)終端位置的限制，可根據(jù)作業(yè)需求靈活布置。當(dāng)自主供電裝置出現(xiàn)問(wèn)題，無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)備用電需求時(shí)，也可外接市電進(jìn)行供電，確保將設(shè)備故障對(duì)生產(chǎn)的影響降到最低。在設(shè)計(jì)研發(fā)中，為方便智能理貨終端移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)場(chǎng)，智能終端采用輪式小車(chē)設(shè)計(jì)，較短距離移動(dòng)，通過(guò)人力牽引即可完成轉(zhuǎn)場(chǎng)；較長(zhǎng)距離移動(dòng)，通過(guò)牽引桿連接皮卡車(chē)，即可實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車(chē)長(zhǎng)距離轉(zhuǎn)場(chǎng)，方便快捷。

3 技術(shù)指標(biāo)

2018 年3 月至2020 年5 月底，新型終端共投入使用31 臺(tái)，完成理貨98 萬(wàn)次，累計(jì)運(yùn)行約7.8 萬(wàn)h，完成倒運(yùn)1 856 萬(wàn)t，各方面指標(biāo)表現(xiàn)突出。

（1）自動(dòng)。智能理貨終端實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)掃描理貨，無(wú)需配備專(zhuān)人掃卡，解決了對(duì)人力的依賴(lài)，招工難的問(wèn)題得到緩解，人力成本大幅降低，1 臺(tái)終端可替代 1 個(gè)理貨員，累計(jì)節(jié)約人工成本234 萬(wàn)元。

（2）安全。由于實(shí)現(xiàn)了理貨“無(wú)人化”，避免了人機(jī)交叉作業(yè)，降低了人身傷害事故發(fā)生的概率，安全性增加，3 年來(lái)安全事故為零。

（3）高效。由于采用RFID 卡雙頻讀取模式和港口4G 專(zhuān)網(wǎng)通訊，射頻卡讀取速度以及數(shù)據(jù)處理能力都大幅提高，理貨過(guò)程“不停車(chē)”，單車(chē)?yán)碡浻?1 s降至2 s，效率提升90%以上；效率提高，間接增加了倒運(yùn)量，由此產(chǎn)生新增利潤(rùn)548 萬(wàn)元；效率提高，間接降低了車(chē)輛油耗，每萬(wàn)t 貨物可降低油耗成本300 余元。

（4）靈活。由于配備了光伏供配電裝置，實(shí)現(xiàn)了智能理貨終端自身24 h 自主供配電，解決了供配電對(duì)終端位置的限制，可根據(jù)作業(yè)需求靈活布置，一次部署即可實(shí)現(xiàn)全過(guò)程免維護(hù)；輪式小車(chē)設(shè)計(jì)，即可人力牽引，又可機(jī)械牽引，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的靈活移動(dòng)、快速部署。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2018 年3 月—2020 年5 月，日照港全港倒運(yùn)1 222 萬(wàn)車(chē)，疏港605 萬(wàn)車(chē)，裝卸理貨3 049 萬(wàn)次，而新型終端僅占3.2%，可以說(shuō)擁有非常大的推廣空間。特別是該成果集成應(yīng)用模式，可通過(guò)車(chē)載電腦，在不同場(chǎng)景下搭配不同的外部組件，集成實(shí)現(xiàn)新的功能，應(yīng)用潛力巨大，推廣前景廣闊，有利于提升信息化裝備技術(shù)水平，有利于智慧港口建設(shè)。