太倉港四期智慧港口建設分析

趙強

（張家港港務集團有限公司，江蘇蘇州 215600）

1 太倉港四期建設概況

4 個5 萬噸級集裝箱泊位（水工結構按10 萬噸級設計）及相應配套設施，泊位總長度1292m，年設計吞吐量為200 萬標箱。港區總用地面積約120.6 萬m2，項目概算總投資約40.27 億元，工程建設期3 年。

太倉港區四期工程為棧橋式碼頭，碼頭前沿采用遠控岸橋作業，并在原有光纖通信的基礎上嘗試使用5G 通信技術實現遠程控制岸橋作業。堆場平行碼頭前沿布置，采用雙懸臂自動化軌道吊，海側內集卡全自動，陸側外集卡半自動的模式。水平運輸與堆場的作業交接前期采用有人集卡作業并進行無人集卡試驗，后期將有人集卡全部替換成無人集卡作業模式，實現真正意義上的集裝箱水平搬運無人化。太倉四期自動化項目在現有自動化軌道吊技術的基礎上，加強RFID 識別率、集卡引導、防打保齡、集卡防吊起等方面研究，以提高作業效率和作業安全性，進一步完善和提升自動化軌道吊相關技術，形成自動化軌道吊的成套關鍵技術。

2 太倉港四期智慧港口建設內容

智慧港口建設是借助于物聯網、傳感網、云計算、決策分析優化等智慧技術手段，實現港口供應鏈上各種資源和各個參與方之間無縫連接與協調聯動，從而對港口管理運作做出智慧響應，形成信息化、智能化、最優化的現代港口。

根據太倉港四期集裝箱碼頭的運營管理需要，結合信息化建設的一體化要求，整個碼頭主要包括以下建設內容。

一是裝卸設備：自動化軌道吊、遠控岸橋、電動集卡（包括無人集卡）、正面吊、堆高機等。二是應用系統：集裝箱碼頭生產系統（TOS）、自動化堆場作業調度系統、智能閘口系統、岸邊智能理貨系統、冷藏箱監控系統、集卡智能調度系統及大型設備遠程監控系統等。三是自動控制系統：岸橋遠控操作系統、軌道吊設備控制系統、中央控制室系統、智能照明控制系統等。四是通信系統方面，包括基礎設施和信息服務設施兩個方面。基礎設施：機房設施、建筑設備管理設施和公共安全設施等；信息服務設施：無線對講系統、電話系統和多媒體應用支撐相關設施。五是能源管理系統：智慧能源管理及綠色能源應用等。

3 太倉港四期智慧碼頭建設措施

智慧港口建設是借助物聯網、傳感網、云計算、決策分析優化等智慧技術手段，實現港口供應鏈上各種資源和各個參與方之間無縫連接與協調聯動，從而對港口管理運作做出智慧響應，形成信息化、智能化、最優化的現代港口[1]。

3.1 建立專業的核心管理團隊

根據在項目執行中的不同分管方向和角色，除了傳統的土建、設施方面的專業人員，還要配置以下管理團隊，協調各參與單位，把控項目進度，使項目有序推進。

一是生產調度團隊，包括船舶和場地計劃人員，岸邊和場內設備調度人員，碼頭拖車調度管理人員，閘口管理人員。他們能夠從不同的業務角度提出針對性的自動化需求，參與TOS 流程測試，并結合碼頭的生產實際，追蹤項目實施過程中出現的生產調度方面的問題。

二是設備管理團隊，包括岸邊和場內設備管理人員，其熟悉設備的控制系統以及設備與生產調度的交互，能夠從設備的生產、使用和維護等角度提出針對性的自動化需求，并追蹤、評估設備的實際運行情況和工作能力，進而提出改進方案。

三是網絡IT 團隊，包括網絡、服務器管理，以及軟件、數據庫管理方面的人員，其熟悉網絡框架，以及TOS 軟件、數據庫的應用，應參與TOS 的流程測試以及實際網絡環境測試，這樣能從碼頭所有網絡資源配比以及后期維護的角度，提出針對性的自動化需求，并提出改進方案。

四是現場安全管理團隊，具備碼頭安全管理知識和豐富現場經驗的管理人員。他們能夠根據碼頭安全管理以及國家安全生產法規的要求對自動化提出要求，參與TOS 的流程測試，識別生產流程中各系統交互過程可能產生的安全隱患。

3.2 建設智慧港口的技術保障

對設備自動控制系統、TOS 系統開發等方面進行全方位考察和研究，最終選擇一種成熟可靠的方案作為太倉四期智慧港口建設的技術保障，并在此基礎上進行創新升級。

3.2.1 自動化軌道吊

太倉四期碼頭自動化軌道吊采用內集卡全自動、外集卡半自動模式，作業效率不低于30MOV/h，實現“一對多”或“多對多”遠程操作，采用了目前最成熟的自動化控制技術，確保設備安全可靠地生產作業。

（1）主機構定位技術

主機構定位包括對起升、小車和大車這三大機構的精確定位，比較成熟的方案是在各機構的電機、減速箱或車輪上安裝高精度絕對值編碼器，且采用雙編碼器。此外，小車采用沿小車軌道敷設的磁尺線性編碼器，大車采用FLAG 板加絕對值編碼器。

（2）負載定位技術

目前的主流方案是在小車架上安裝紅外相機，在吊具上架設3 個紅外光源，紅外相機實時檢測3 個光源相對于小車架的偏移位置和旋轉角度，以測量整個吊具的位置。該方案具有精度高、通信穩定和測量結果不易受外部環境影響等優點，是一項成熟的方案。

（3）目標定位技術

為實現對箱區作業箱位的輪廓掃描，以及對作業車道集卡的拖板、拖板上的集裝箱做精確掃描和測量。采取以下方案：在小車架前后各安裝一個3D 激光掃描儀，激光向下掃描目標物體，如集裝箱和集卡的輪廓，能夠在小車行進過程中對目標位置進行掃描和測量，同時能實現小車方向的路徑優化及防打保齡功能。

（4）集卡引導技術

集卡引導技術可引導作業車道的集卡準確停車，避免人工對箱環節，提高作業效率。在太倉四期項目中，可以采用成熟的CPS 方案，在大車兩側鞍梁上各安裝一套2D 激光掃描儀來掃描集卡，以引導集卡停到準確位置。

（5）集卡防吊技術

由于集卡拖板車與集裝箱之間的鎖頭為解開狀態，為保證自動化軌道吊從集卡上抓箱時的安全性，避免在吊具起升過程中卡車被吊起，采用集卡防吊技術。在大車門腿中部位置安裝攝像機，實時檢測拖車和集裝箱之間的狀態。

（6）集卡識別技術

目前市場上比較成熟的方案是在堆場閘口和自動化軌道吊上安裝RFID 檢測設備，當集卡進入堆場閘口處時，識別一次集卡用以觸發任務指令，軌道吊自動執行任務，停到指定位置等待集卡，集卡來到相應任務位置后，軌道吊上的RFID 檢測設備進行第二次識別，自動核對軌道吊所吊取的集裝箱是否與集卡信息匹配。如果信息匹配，自動化作業流程繼續，如果不匹配，作業終止并進入異常處理流程。

（7）吊具微動功能

吊具微動功能是由四個變頻器推動電動推桿電機實現的，同時在推桿上增加絕對值編碼器反饋推桿實際位置信息，從而快速、精準地調整吊具姿態，盡可能縮短吊具對箱時間。

（8）終端顯示系統

終端顯示系統安裝在遠程操作中心，能夠提供集裝箱碼頭的全景支持，包括對岸橋、堆場ARMG 和集卡的監控，三維堆場地圖，狀態報警顯示，水平運輸信息，生產報告等，集中化的顯示，可以為碼頭操作人員和維護人員提供全面的信息支持。

3.2.2 遠控岸橋

太倉四期碼頭岸橋采用遠程控制方式進行裝卸作業，平均作業效率每小時不低于25 個循環。同時，在原有的光纖通信基礎上，嘗試使用5G 通信技術替換光纖通信，利用5G 無線傳輸技術低延時、高帶寬、大容量等特點，實現遠程控制岸橋作業。

（1）船型掃描系統

船型掃描系統是在小車架上安裝三個2D 掃描儀，使其同時開展掃描作業，并相互校準數據，以降低單個掃描系統的數據誤差，同時數據集合形成三維船型輪廓數據，實現小車方向的路徑優化及防打保齡功能。

（2）電子防搖防扭系統

安裝在小車架上的兩個角度傳感器實時監測吊具角度變化，通過控制小車動作，使吊具保持在允許的垂直范圍內。

（3）集卡引導技術（目標定位技術）

采用3D 激光掃描儀掃描集卡輪廓，計算出集卡停車位置，LED 顯示屏指引集卡正確停車，這樣可以降低司機的工作強度，提高作業效率。

3.2.3 無人駕駛集卡

國內外現有自動化碼頭基本采用自動導引車AGV（Automated Guided Vehicle）水平運輸，采用這種技術需要在地面埋設磁釘，且必須在新建碼頭建設，技術難度巨大且施工成本昂貴[2]。太倉港四期工程對無人集卡技術進行研究探索，實現了真正意義上的集裝箱水平搬運無人駕駛。

3.2.4 信息化建設

（1）TOS 系統

作為太倉港四期碼頭信息化系統的大腦中樞，TOS 系統涵蓋了碼頭裝卸船作業、收提箱作業、CFS作業、智能堆場管理、商務費收、互聯網服務、決策分析等領域，實現碼頭管理信息化。

要想實現自動化碼頭的有序、高效運作，除了先進的設備，還需要智能軟件TOS 的配合。TOS 系統覆蓋碼頭全部業務環節，銜接業務受理，集卡預約、數據分析和統一調度等信息平臺。它能夠提供智能的生產計劃模塊，實現實時作業調度及自動監控調整，通過設備調度模塊與協同過程控制系統，高效組織現場生產。

（2）智能理貨系統

智能理貨系統可以實現岸橋作業過程中系統在無須人員干預的情況下自動采集集裝箱，同時能夠顯示集裝箱裝卸狀態，提供集裝箱前后左右面的圖像、車牌圖像、貝位相應圖像及視頻信息，并且自動實現集裝箱號碼、ISO 號碼、車牌號碼、前后箱門位置方向信息，同時保留擴展鉛封有/無自動識別、貝位自動識別的擴展數據接口。之后系統會將識別信息和圖像、視頻信息傳輸到后臺的服務器，工作人員通過后臺的信息管理程序完成集裝箱破損檢測、鉛封有/無識別、貝位識別及數據校正工作，結合碼頭生產系統完成一次理貨作業。

（3）智能閘口系統

電子閘口項目建設通過整合碼頭的單證流、物流和通關資源，利用先進的現代科技手段，打造了一個科學、高效、可實際運作的電子化服務平臺，實現了進出碼頭的貨物無紙化放行及免人工值守。

（4）智能照明系統

太倉港四期的智能照明系統采用最新的物聯網技術。該系統能夠根據TOS 系統的作業指令自動控制燈具亮度，從而節約電能。另外，該系統能夠自動監測故障燈具，降低巡檢人員的工作負荷，提高檢修效率，降低維護成本，進一步提高經濟效益。

（5）冷藏箱遠程監控系統

為了提高港區自動化管理水平，實施信息化管理、減輕勞動強度、降低管理成本，該工程為堆場冷藏集裝箱建立了一套冷藏集裝箱信息監控系統。該系統能夠實時監測冷藏集裝箱工作狀態信號、溫度范圍及化霜狀態信號等，且與集裝箱計算機信息管理網絡建立數據傳輸通道。

（6）生產作業氣象監控系統

在港區辦公樓屋面設置氣象監測立桿，安裝風速、風向、能見度等傳感器，傳感器的數據通過通信電纜傳送到港區計算機中心數據庫，數據集中整合后，用可視化圖形標識出各傳感器的信息，包括瞬時、某時參數及數天和數月的平均值等數據，可為調度部門發布生產指令提供準確依據，確保港區作業生產安全可靠。

（7）能源管理系統

太倉港四期碼頭采用國際先進的工業物聯網技術，將港區內所有供能與用能設備接入管理平臺，進行實時分類分項能耗數據統計，此舉能夠推進港口能源管理自動化。同時，采用系統技術，實現供能和用能系統全過程各環節的監、控、管一體化。

（8）堆場門禁系統

設置門禁系統的主要目的是建立安全規范的自動化堆場作業流程。堆場上的門禁系統流程的執行，需要建立在規范碼頭工作人員行為的基礎上，所有人員必須嚴格按照規則制度執行系統流程，以確保人員及設備的安全。

（9）集卡智能指揮調度系統

通過車輛GPS 定位（差分）以及基站定位方式，實時定位集卡車輛的位置，且通過與TOS 系統的對接，接受TOS 發送的任務指令，通過手機App 的方式與集卡司機互動，從而達到智能調度，提升作業效率的目的。

（10）5G 無線網絡系統

太倉港四期自動化碼頭定位于堆場自動化建設模式，因此碼頭無線信號的覆蓋對自動化建設工作的成功實施起重要作用。由于港口碼頭的環境布局復雜，尤其是近海作業區，受潮水的影響，不適合大面積鋪設線纜；在作業區域，如集裝箱堆放場等又不允許設架空明線，不適宜鋪設有線網絡。這種情況下，利用無線局域網技術構建基礎通信平臺，實現無線全覆蓋，是非常實用且有效的。

4 結語

太倉港四期集裝箱智慧碼頭采用了當前國際集裝箱碼頭技術最高水平的全自動化集裝箱碼頭建設方案。應用碼頭作業生產系統（TOS）、設備管理系統以及相應的智能化技術，實現了碼頭作業、堆存無人化、智能化。該建設方案在大大提升碼頭作業效率、降低碼頭作業成本同時，實現了智慧碼頭的綠色低碳可持續發展。