內河岸電智能化改造與應用

劉芭，付婷，鄧東德，朱嘉

（中鐵長江交通設計集團有限公司，重慶 401121）

水路運輸作為全世界最經濟和綠色的運輸方式之一，一直承擔著社會物資中轉集散的作用。近年來，船舶在運輸、靠泊過程中所產生的大氣污染也成為了重點關注的領域。從十二五期開始，國家就大氣污染防治頒布了《大氣污染防治法》以及《長江保護法》等法律法規，從而約束港口船舶的大氣污染排放。推進長江經濟帶船舶靠港使用岸電是貫徹習近平總書記關于推動長江經濟帶發展系列重要講話精神、認真落實《長江保護法》的有關要求、促進長江經濟帶航運綠色發展的重要舉措，是長江航運積極落實黨中央碳達峰、碳中和目標的具體行動。

由于內河碼頭類型多、船型復雜，容量需求多、接插件規格不一致等問題[1]，導致內河碼頭岸電建設和船舶岸電改造進度不平衡、改造成本不一致、岸電使用價格亂、貨船使用岸電意愿不強烈等[2]。與此同時岸電智能化建設進程也較為滯后。目前，南通港口已于2021年完成了75 家非危碼頭的智能岸電設施建設，并上線了南通港區岸電智能管理平臺。該平臺實現了用電監測、訂單管理、用電預約、自動統計報表等功能[3]。但該平臺更多側重關注監管方的需求，對于港口船舶方的電子支付、船舶識別等需求關注較少。何浩等研究的船舶岸電監測系統主要包括船舶岸電受電設施監測終端和岸電數據平臺，能夠實現對船舶使用岸電監測，記錄船舶岸電使用情況，監督船舶使用岸電[2]，但該平臺主要是針對船舶方的岸電使用情況進行監測，未能對港口岸側岸電進行智能化改造。目前，港口智能用電業務系統的邏輯結構大致分為3 層，一是終端設備層，主要是采集港口碼頭的用電數據采集、用電情況監控。二是網絡通訊層，根據設備所處的環境選擇不同的互聯網通信方式將碼頭前沿終端與后臺系統進行聯系。三是業務應用層，將港口內各系統進行融合，實現港口用電設備應用[4]。

本文提出港口船舶岸電智能岸電服務平臺已在重慶地區進行應用實踐，該平臺能夠有效監測港口和船舶岸電使用情況，促進和方便港口和船舶方使用岸電，同時為岸電監管方和使用方提供一個健康的岸電智能服務生態圈。

1 重慶岸電設施智能化現狀

據統計，截至2020 年，重慶地區共有具備向船舶供應岸電能力的泊位208 個，2020 年重慶地區使用岸電約600 萬度左右。由于歷史客觀原因，目前符合《工業用插頭插座和耦合器第5 部分：低壓岸電連接系統（LVSC 系統）用插頭、插座、船用連接器和船用輸入插座的尺寸兼容性和互換性要求》（GB/T11918.5-2020）》規范的岸電設施極少，大部分岸電設施接插件均需重新進行改造。目前，具備岸電運營數據自動采集上傳的岸電設施主要為國家電網的巫山、豐都、渝中朝天門的客運碼頭或是不同岸電供應商自有的岸電信息系統，其主要用于監測港口岸電使用狀態和顯示岸電使用數據，未獲取船舶方的相關信息。

2 港口船舶智能岸電服務平臺

為整體推進岸電使用工作，構建一體化運營服務管理平臺，打造廣泛接入、使用便捷、內容豐富的岸電服務生態圈，結合重慶岸電發展實際，建設一套集碼頭管理、泊位管理、岸電管理、結算管理等為一體的港口船舶智能岸電服務平臺。該平臺主要包括岸電智能終端模塊、港口船舶智能岸電服務平臺研發以及智慧岸電微信移動端研發。充分運用4G 無線通信+大數據實現岸電設施、船舶用戶岸電數據、動態電能數據實時采集上傳至后臺服務器，在線監控船舶岸電、港口岸電設施使用情況，實現船舶用戶自主完成充電、付費等操作，可對現有自建岸電箱進行低成本的快速升級。后期通過合作框架協議，也可對接國家電網岸電云網平臺、海事“船E 行”、其他岸電第三方平臺數據。具體的系統架構圖如圖1 所示。

圖1 港口船舶智能岸電服務系統架構圖

2.1 岸電智能終端模塊

岸電智能終端模塊是智能岸電平臺的數據終端，為平臺存儲、傳輸岸電數據。其中，數據采集模塊實現對現場設備信息的采集；數據轉發模塊實現岸電對云平臺的接入功能；岸電模塊基于采集信息實現充電狀態、充電信息和充電記錄的生成，結合轉發模塊狀態實現充電記錄的離線存儲和重連重發，以及對充電設備啟停（包含金額不足自動停機）等功能。

2.2 智能岸電服務平臺

該平臺作為市域岸電智能管理平臺，采取模塊化分層體系結構，為了便于模塊重用、功能擴展以及分布式部署。可對各港口碼頭的岸電信息和岸電設施狀態進行集中監測和分類管理。

分層體系結構分為：①數據層：三層體系結構中最底層，完成數據的實時處理和存儲，為業務邏輯層提供數據支撐；②業務邏輯層：三層體系結構中核心層，將數據層信息轉化為表示層所需形式，為表示層提供信息支持；③表示層：三層體系結構中人機交互層，基于業務邏輯層處理的信息，以友好的界面實現用戶和系統的互動。模塊化分層結構如圖2。

圖2 平臺模塊化分層結構示意圖

圖3 平臺展示界面

圖4 微信小程序界面

2.3 微信應用移動端

對于船舶業主，在手機上實現岸電使用和繳費功能是極為便利的。為充分解決船舶和港口方的實際需求，特此開發了智能岸電微信小程序。旨在向船舶用戶提供用電導航服務及用電過程服務。船舶通過掃描岸電設備靜態二維碼實現線上用電。船舶用戶掃碼后，小程序將自動判斷設備運行狀態（在線/離線、停止/運行）。船舶用電完成后可以直接在微信應用線上完成支付，設備自動斷開開關。同時提供了3 種用電支付模式：先充后用、先用后付、線下付款供用戶選擇。

3 應用成效

該平臺自上線以來，已接入重慶8 個港口共計37個岸電設施，為80 余艘船舶提供了用電服務，為監管方、港口方和船舶方打造了全方位、智能化的岸電服務生態圈。

3.1 實現了岸電設備低成本的智能化改造

目前，重慶岸電已按照GB/T11918.5-2020 標準化改造70 余個，但智能化岸電系統建設是屬于市場化運作且沒有統一的技術規范標準，各地港口碼頭自行建設岸電設施或岸電系統，這也就導致一地多設備、多系統，由于智能化岸電價格不透明，智能化岸電設備價格從十幾萬到幾萬。對于港口方而言，又是一筆不小的投入。本項目已建成了市域的智能岸電服務平臺和研發了智能岸電使用微信小程序，僅需通過在已有岸電箱安裝或掛靠智能電表以及智能終端，實現低成本的智能化改造，相關岸電數據就可實現實時監測、存儲、上傳和使用。極大地節約了相關成本和方便了港口船舶方。

3.2 實現了船岸用電信息連接

對于不同監管方，管理側重點有所不同。對于交通主管部門，更多地關注港口岸電使用情況，而對于海事主管部門，更多地關注船舶用電情況。通過該平臺不僅可掌握重慶各碼頭的岸電使用情況，也能在線監控船舶用電數據，實現船岸信息互聯互通。

3.3 提高了岸電使用的便利性

對于港口方和船舶方，更多地關注岸電使用的便利性。本項目通過船舶使用微信小程序，實現了船舶掃描用電、訂單支付等功能。不僅為船舶方節省了支付費用的人力成本，也為港口方節省了人工值守岸電的人力和物力成本。

4 結束語

為有效提升內河港口船舶岸電的使用，本文通過構建統一、規范、可操作性的市域級的內河港口船舶岸電信息平臺，打通了岸電監管方與使用方的信息壁壘。不僅實現了港口船舶基本信息采集、岸電使用情況監測，同時也實現了船舶掃碼用電支付等功能。但在使用過程中，由于相關機制體制和市場化原因，平臺還存在與其他平臺的銜接不暢、體現用戶需求不夠、推廣力度不夠等問題，有待后續進一步完善。