智慧港口綜合信息系統(tǒng)的業(yè)務架構分析

艾亞釗, 周坤曉

(1.東莞職業(yè)技術學院 物流工程系， 廣東 東莞 523808； 2.東莞理工學院 計算機學院， 廣東 東莞 523808)

智慧港口綜合信息系統(tǒng)的業(yè)務架構分析

艾亞釗1, 周坤曉2

(1.東莞職業(yè)技術學院 物流工程系， 廣東 東莞 523808； 2.東莞理工學院 計算機學院， 廣東 東莞 523808)

文章針對智慧港口信息系統(tǒng)建設中面臨的問題進行分析，從業(yè)務需求和技術需求的角度分析港口的信息化建設，對智慧港口建設最終要達到的業(yè)務上的效果做出梳理.智慧港口綜合信息系統(tǒng)設計和應用的核心目的必須是提高客戶服務水平和提高業(yè)務效率，為企業(yè)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略服務.系統(tǒng)設計的技術核心是信息共享和資源整合，系統(tǒng)需要解決關鍵問題是面向客戶的技術開發(fā)、確保貨運安全和交易安全、以及公共部門(政府)與企業(yè)間的協(xié)同運作.技術本身并沒有優(yōu)劣之分，而協(xié)同運作才是確保技術標準化、規(guī)范化和可持續(xù)發(fā)展的唯一途徑.

水路運輸； 信息系統(tǒng)分析； 業(yè)務需求； 智慧港口

智慧港口被認為是充分借助物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、智能感知等新一代信息技術對港口進行透徹感知、廣泛互聯(lián)以及信息深度挖掘，實現(xiàn)港口各類資源要素的無縫連接和各功能模塊的協(xié)同聯(lián)動，并最終實現(xiàn)港口智能、高效、安全、便捷和綠色發(fā)展的現(xiàn)代化港口形態(tài)[1].智慧港口綜合信息系統(tǒng)則是一個信息物理系統(tǒng)框架(Cyber-Physical Systems，CPS)，其功能是實現(xiàn)多方用戶互聯(lián)互通、全程參與、業(yè)務集成、智能監(jiān)管、智能決策、智能服務和持續(xù)創(chuàng)新等諸多目標[2]，這些目標是第四代港口向第五代港口發(fā)展的趨勢和終極目標.國外智慧港口建設是在早期的智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transport Systems，ITS)的基礎上發(fā)展起來的[3]，其智能技術的創(chuàng)新應用已較為成熟，其原有的港口信息系統(tǒng)的框架正在向港口物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)轉變,如荷蘭的鹿特丹港[4]、德國的漢堡港[5]，以及英、美、日等國的現(xiàn)代化港口等[3,6-7].國內智慧港口的設計與應用仍處于起步階段，建設內容仍停留在理論層面或規(guī)劃層面，國內當前的建設思路框架主要集中在6個方面[8-10]：①建立港口集成化、網(wǎng)絡化、可視化和智能化管理信息系統(tǒng)；②建立“港口-區(qū)域”物流數(shù)據(jù)中心；③整合電信運營商的無線通信網(wǎng)絡資源；④建立港航企業(yè)和供應鏈企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用示范區(qū)；⑤建立以港口為中心面向經(jīng)濟腹地的大物流云計算服務系統(tǒng)；⑥建立大宗貨物電子交易平臺及依托電子口岸的第四方物流口岸平臺.智慧港口系統(tǒng)在技術上都是可以實現(xiàn)的，現(xiàn)在擺在人們面前的是智慧港口具體實現(xiàn)的業(yè)務需求有哪些，或者說，建設“智慧港口”最終要達到的業(yè)務上的效果是什么.這需要作進一步的梳理和明確.

1 當前的智慧港口綜合信息系統(tǒng)存在的主要問題

目前的港口信息系統(tǒng)由港口信息系統(tǒng)、海關(電子口岸系統(tǒng))、三檢、邊檢、航運公司系統(tǒng)和港區(qū)聯(lián)動系統(tǒng)等構成.這些系統(tǒng)共同完成貨物從發(fā)貨、運輸，到港口、海關查驗、裝船等的進出口功能(圖1).其存在的主要問題有：

1.1 面向用戶的信息共享程度低

在這個系統(tǒng)中，貨物進出口要完成貨主備貨接貨、租船訂艙、安排拖車、提空箱、裝箱、編制單據(jù)、重箱返場、報檢、報關、裝船、外匯核銷、退稅申請和集裝箱查詢跟蹤等諸多功能，這些業(yè)務均由貨方驅動.貨方與其它各方對物流信息的分享極不對等，貨方對物流信息的享有處于最劣勢，其次是貨代、物流公司、拖車行、報關行等，對物流信息享有最優(yōu)勢的是港口、三檢、海關、航運公司、邊檢等方.港口、三檢、海關、航運公司等通過港口電子數(shù)據(jù)交換(Electronic Data Interchange，EDI)系統(tǒng)實現(xiàn)信息共享，形成了3個相對獨立的信息層.貨主與其它各方單線聯(lián)系，效率低下，且信息不共享導致人力與物力資源的浪費.

圖1 港口信息系統(tǒng)現(xiàn)狀Fig.1 Present situation of port information system

1.2 缺乏有效的系統(tǒng)協(xié)同互動性與資源整合

智慧港口綜合信息系統(tǒng)涉及公共部門(政府)、企業(yè)、港口、中介、電商公司、人員、基礎設施和設備等諸多方面，任何一方都必須作為系統(tǒng)的參與一方協(xié)同開展業(yè)務.那么，政府必須作為主管方，在確立了各參與方的利益分配和糾紛解決規(guī)則的基礎上，對基礎設施、設備、管理進行投資，并且保持政府與企業(yè)之間以及企業(yè)子系統(tǒng)之間有效的協(xié)同運作.當前的智慧港口綜合信息系統(tǒng)設計和應用更多地體現(xiàn)在政府管理系統(tǒng)條塊分割，企業(yè)子系統(tǒng)各自為政的局面，沒有有效的資源整合.雖然在港口、三檢、海關和航運公司之間能夠實現(xiàn)一定程度的資源整合和協(xié)作互動，但是智慧港口綜合信息系統(tǒng)的初衷是以用戶為中心的實時互動系統(tǒng)，沒有進出口企業(yè)、金融、保險、航運交易、貨代和物流公司等企業(yè)用戶參與的互聯(lián)互通，其業(yè)務功能也大打折扣，甚至成為擺設.要實現(xiàn)系統(tǒng)的資源整合和實時互動，在建立系統(tǒng)之初就必須確立一個系統(tǒng)所要達到的服務水平，即在多大程度上保持用戶之間的協(xié)作與互動的可靠性、一致性、安全性等.這正是當前系統(tǒng)設計所缺乏的.

1.3 缺乏統(tǒng)一的技術標準和功能指引

現(xiàn)代化的國際物流需要在共同協(xié)作和增值服務中進行同步化操作和實時的信息反饋，客戶需要更低的成本獲得更快捷、更可靠、更完善的服務，包括貨物全程跟蹤、在線庫存管理、配送、制單和通關等，它們需要更復雜而準確的物流系統(tǒng)來優(yōu)化業(yè)務架構.港口綜合信息系統(tǒng)，通過不同的數(shù)據(jù)處理、轉換和控制技術來提供高效、安全和可持續(xù)的港口物流服務，這些技術可以捕獲、處理和傳輸有關貨運、交通和車輛運行的參數(shù)信息，從而提高人力資源和設備管理效率.例如，采用貨運實時跟蹤，可實現(xiàn)增值服務和復雜情況下的準時制物流服務，減少不合理運輸里程，減少交通擁堵或港口擁堵的等待時間，以及提高能源利用效率和物流安全性，同時控制運營成本和負外部性(對社會和環(huán)境造成的不利影響).公共管理部門(政府)必須就系統(tǒng)各個業(yè)務功能的實現(xiàn)上制訂統(tǒng)一的技術標準，確保技術兼容性和可操作性，并且在業(yè)務功能上給予明確的規(guī)則指引，例如，輔助決策水平、優(yōu)化調度水平、航運交易中確保交易安全的規(guī)則和制度等，這在當前的智慧港口綜合信息系統(tǒng)設計中并未明確.

2 智慧港口綜合信息系統(tǒng)的業(yè)務需求分析

智慧港口綜合信息系統(tǒng)是一個復雜的龐大的系統(tǒng)工程，其目的是如何有效地支持企業(yè)(產(chǎn)業(yè))的發(fā)展戰(zhàn)略，即如何在整個業(yè)務范圍內對信息技術資源進行需求分析、系統(tǒng)建設、接口處理、系統(tǒng)集成和運行管理等，這是港口信息化的首要前提.正因為智慧港口信息系統(tǒng)是在線的實時系統(tǒng)，其能夠自動采集和處理信息，實時在線跟蹤、監(jiān)控和優(yōu)化物流過程.那么，必須把提高效率，提高生產(chǎn)力作為主要目標，把服務作為核心目標.信息系統(tǒng)建設的出發(fā)點是滿足客戶需要，達到顧客滿意，通過信息化實現(xiàn)供應鏈伙伴之間的信息溝通與共享.港口信息化必須圍繞提高客戶服務水平、提高業(yè)務管理效率、提高生產(chǎn)力這一目標展開，為企業(yè)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略服務.智慧港口綜合信息系統(tǒng)的業(yè)務需求主要有以下3個方面：

2.1 信息共享基礎上的“一門式”進出口業(yè)務

進出口貨運業(yè)務是智慧港口綜合信息系統(tǒng)最基礎、最主要、最核心的業(yè)務(圖2).貨主啟動流程，各方獲取經(jīng)過授權的共享信息，從備貨、發(fā)貨、運輸?shù)礁劭凇⒑ｊP查驗、裝船、出口退稅和保險等全過程所需要的信息傳遞都能在該平臺上實現(xiàn).出口時，貨方向航運公司訂艙后，訂艙單號會匯總到碼頭操作系統(tǒng)，拖車公司到碼頭提空箱和裝箱完成后，貨方在系統(tǒng)里輸入出口報關信息，然后，集裝箱返場，“三檢”審核檢驗檢疫資料，并實地檢驗檢疫，海關審核網(wǎng)上出口信息資料，查驗放行，最后，貨物裝船出海，貨主通過平臺進行集裝箱查詢和跟蹤.進口時，貨物信息進入海關系統(tǒng)，海關查驗放行，收貨人在平臺上選擇拖車行，到碼頭提貨，或放入保稅倉庫.所有進出口業(yè)務(現(xiàn)場查驗除外)實現(xiàn) “一門式”網(wǎng)上訂艙、網(wǎng)上安排拖車、自動生成報關文件、網(wǎng)上報關報檢、網(wǎng)上跟蹤、網(wǎng)上支付和電子通關，實現(xiàn)港口物流服務電子化、網(wǎng)絡化、無紙化和自動化.

圖2 智慧港口綜合信息系統(tǒng)Fig.2 Integrated smart port information system

2.2 輔助業(yè)務

輔助業(yè)務是智慧港口綜合信息系統(tǒng)的重要組成部分，是開展港口物流運營不可或缺的業(yè)務.其主要包括：①輔助決策.港口綜合信息系統(tǒng)實時共享多個應用模塊的基礎數(shù)據(jù)庫，為企業(yè)決策層提供質量分析、成本分析、效益分析、市場調查、風險評估、戰(zhàn)略分析和經(jīng)營環(huán)境分析等輔助決策，進而實現(xiàn)數(shù)字化在線管理，在線協(xié)同處理事務，物流遠程調度，優(yōu)化作業(yè)組織等.②電子商務.高效的港口物流通關系統(tǒng)要實現(xiàn)電子化、網(wǎng)絡化、無紙化和自動化，就必須具備從網(wǎng)上訂艙、網(wǎng)上報關、網(wǎng)上安排拖車、網(wǎng)上航運交易、網(wǎng)上出入保稅倉到網(wǎng)上支付貨款、網(wǎng)上購買保險、網(wǎng)上外匯核銷、網(wǎng)上出口退稅、自動生成票據(jù)等盡可能全程的網(wǎng)上支付功能.銀行、保險等金融機構的加入必不可少.③供應鏈管理.智慧港口綜合信息系統(tǒng)將貨主企業(yè)、第三方物流企業(yè)以及貨主的上游企業(yè)的信息和資源通過系統(tǒng)授權整合在一個大系統(tǒng)里面，最終達到產(chǎn)業(yè)高度融合.可以在支持港口綜合信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中設立多個相對獨立的供應鏈數(shù)據(jù)庫，確保商業(yè)信息的安全(圖3).④航運交易.智慧港口綜合信息系統(tǒng)可以提供一個船舶買賣、船舶租賃、航運動態(tài)、溝通協(xié)調的平臺，實現(xiàn)供需信息發(fā)布，船舶估值、代收船款、代理招投標、法律咨詢、發(fā)布航運動態(tài)信息、航運政策和運價指數(shù)等活動，類似于網(wǎng)上航運交易中心.

圖3 基于綜合信息服務平臺的供應鏈管理業(yè)務

Fig.3 The supply chain management service based on the integrated information service platform

2.3 增值業(yè)務

資源的融合和信息共享，帶動子系統(tǒng)的優(yōu)化升級，提高通關效率、作業(yè)效率、降低作業(yè)成本和交易成本.如利用電子車牌、移動終端、RFID、電子鉛封、GPS、GIS等技術手段形成電子監(jiān)管通道；利用智能閘口、智能(視頻、音頻、指紋等)識別、智能驗殘、智能退場等技術實現(xiàn)港區(qū)聯(lián)動.進而推動作業(yè)管理、貨運管理、客戶管理、安全管理、財務與結算管理、自動化辦公和安防等系統(tǒng)的升級.

3 智慧港口綜合信息系統(tǒng)業(yè)務架構設計需要解決的關鍵問題

3.1 面向客戶的技術開發(fā)與應用

港口綜合信息系統(tǒng)使得不同領域的信息系統(tǒng)整合在一個共同的信息平臺上，優(yōu)化港口運輸業(yè)務，適應不斷變化的市場需求.系統(tǒng)各個業(yè)務功能的實現(xiàn)必須以用戶為中心，制訂統(tǒng)一的技術標準，確保技術兼容性和可操作性.在港口物流業(yè)務中，表1提供了基本的技術應用類別，揭示出不同的系統(tǒng)可以使用相同的技術和支持多樣化的應用程序.

表1 面向客戶的基本技術類別

港口綜合信息系統(tǒng)可以使供應鏈上的成員都能共享標準化了的信息資源，減少貨物檢測時間和作業(yè)時間，提高數(shù)據(jù)準確性，提高儲存和運輸效率，減少文書工作，提高通關效率和進出港效率，確定人員、設備和區(qū)位的工作重點，優(yōu)化基礎設施和可用空間，降低運營成本.概括起來，其適用領域包括：

(1)優(yōu)化貨運計劃；

(2)識別和設置優(yōu)先級的訂單；

(3)優(yōu)化人力資源、存儲、庫存、貨物檢測、設施設備和基礎設施；

(4)運力計劃和調度系統(tǒng)，分配貨運時間和地點；

(5)運輸方式之間、運輸工具與裝卸機械之間的自動導引、快速進出港的智能銜接和準確定位；

(6)自動電子閱讀、自動識別、圖像處理等；

(7)計算機輔助決策；

(8)貨運全程跟蹤監(jiān)測(如門到門運輸).

3.2 貨運安全和交易安全

3.2.1 貨運安全

貨運安全主要包括不開箱檢測貨物和集裝箱安全鉛封.不開箱檢測貨物是在不開箱的情況下，完成對貨物的檢測，可以減少檢測時間、提高檢測效率和降低貨損，目前常用的技術有X射線檢測和放射性檢測.X射線可以對箱內貨物形狀和內容密度清晰成像，而放射性檢測系統(tǒng)采用γ射線或中子射線可以檢測到爆炸物品、危險化學品、放射性物品等，檢測速度比X射線快10倍以上，并且對人和貨物的損害較小，具有較高的效率和安全性.

集裝箱安全鉛封是為了監(jiān)控運輸過程中的偷竊、劇烈震蕩和損壞，集裝箱安全鉛封理論上應當堅固，有唯一的編號，在方法得當?shù)那闆r下能夠快速打開，并且在鎖具破損或者劇烈震蕩的情況下必須留下可辨識的痕跡(ISO標準).它必須具有易識別、號碼唯一和對震蕩敏感3個特性.現(xiàn)代電子技術已經(jīng)開發(fā)出了一系列的安全電子鉛封.主要有：

(1)電子鉛封.安裝在箱門鏈接處的電子裝置，并設置號碼，一旦箱門被打開，號碼會發(fā)生改變.

(2)高安全鉛封.帶有激光記錄的裝置，通過產(chǎn)生連續(xù)的激光號碼，記錄箱門打開的的詳細過程.

(3)遠程控制鉛封.帶有GPS裝置的鉛封，可以在箱門被打開的時候發(fā)出信息通知有關人員.

(4)鉛封傳感器.可以檢測箱門，同時檢測貨物的溫度、濕度、光線、震蕩和沖擊的傳感器，實現(xiàn)對貨物的遠程監(jiān)控.

3.2.2 交易安全

港口綜合信息系統(tǒng)系統(tǒng)整合不同的子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)在自己的授權的領域內共享信息、同步化協(xié)同操作.需要同時確保各個子系統(tǒng)內部的信息安全和交易安全，以及不同系統(tǒng)之間的信息安全和交易安全.因此，電子簽章技術、電子簽章識別技術必不可少.當然，筆者在系統(tǒng)設計時需要做的是減少系統(tǒng)漏洞，使用安全的授權方式訪問信息資源.

3.3 公共部門(政府)與企業(yè)間的協(xié)同運作

港口綜合信息系統(tǒng)實現(xiàn)整個供應鏈成員之間、供應鏈成員與公共部門(政府)之間信息交換，必須設計一個標準來確保信息交換的安全、準確、相互間可操作和在技術上的可持續(xù)性，因此，它主要包含以下4個方面的標準：

(1)應用程序和服務水平.針對不同子系統(tǒng)和不同的用戶，提供不同的應用程序和不同的服務內容，以及明確需要達到的服務水平.

(2)功能和基本流程.系統(tǒng)能夠容納足夠多的信息、功能和流程，這些功能和流程至少覆蓋基礎設施、機械、交通設備等.

(3)對狀態(tài)的判斷和指引.判斷和指引當前狀態(tài)最適合的技術和信息，確保系統(tǒng)和設備達到系統(tǒng)預期的工作目標.

(4)對系統(tǒng)和設施設備制訂標準化的定義和規(guī)范.確保該定義和規(guī)范與其它系統(tǒng)和規(guī)范(國內或者國際的或者專業(yè)上的)的兼容性、可互操作性和一致性.

這樣的信息系統(tǒng)在設計層面上至關重要，但是，更重要的是運營層面的，或者說需要公共部門(政府)和企業(yè)的緊密同步協(xié)作，在系統(tǒng)的指引下全力協(xié)作，共同提高物流效率和交易效率，推動供應鏈可持續(xù)發(fā)展.要建立這樣的系統(tǒng)應當采用開放的技術解決方案，而不是由某一個技術開發(fā)商獨立承擔，應當說這是一個復雜的開放系統(tǒng).它的基本框架有：

(1)網(wǎng)絡、系統(tǒng)和設備的兼容性和可接入性.智慧港口綜合信息系統(tǒng)要求我們必須從更廣泛的視角審視業(yè)務主體，那就是國家的某些公共部門(政府)、企業(yè)、港口、人員、基礎設施和設備等都可能是該網(wǎng)絡和系統(tǒng)的一個組成部分.

(2)系統(tǒng)具有可互操作性.在建立了標準化的規(guī)范、開放的系統(tǒng)和多方參與的基礎上，降低系統(tǒng)的操作成本.

(3)對系統(tǒng)的功能、性能和成本的優(yōu)化，以及公共部門(政府)與企業(yè)等各參與主體之間的同步協(xié)作等.

(4)各參與方利益的分配和糾紛的解決.尤其是公共部門(政府)和私營企業(yè)之間的協(xié)商，追責機制和糾紛解決機制，確保系統(tǒng)運行的可靠性和系統(tǒng)性能的正常發(fā)揮.

(5)系統(tǒng)滿足供應鏈企業(yè)的戰(zhàn)略需要，不同企業(yè)之間可以通過協(xié)商解決利益分配和糾紛.

(6)系統(tǒng)需要公共部分和企業(yè)共同協(xié)作，在基礎設施、設備、管理上進行投資，政府扮演重要角色，不但要對技術的可持續(xù)性承擔較高的責任，而且需要不斷地在企業(yè)之間進行協(xié)調和溝通.圖4給出了建立綜合信息系統(tǒng)需要解決的關鍵問題.

圖4 智慧港口綜合信息系統(tǒng)需要解決的關鍵問題

4 結 論

(1)智慧港口綜合信息系統(tǒng)設計和應用的目的是提高客戶服務水平、提高業(yè)務管理效率和提高物流節(jié)點作業(yè)效率，為企業(yè)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略服務.考慮到“智慧港口”是個復雜且投資巨大的系統(tǒng)工程，從業(yè)務需求的角度進行審視，在現(xiàn)有信息系統(tǒng)和技術成果的基礎上，對系統(tǒng)進行整合升級、功能拓展和業(yè)務整合.提高客戶服務水平，是最切合實際的技術路徑，系統(tǒng)在業(yè)務上產(chǎn)生的效果是可操作的切入點.

(2)智慧港口綜合信息系統(tǒng)設計的核心是信息共享和資源整合，其需要解決的關鍵問題是面向客戶的技術開發(fā)、確保貨運安全和交易安全、公共部門(政府)與企業(yè)間的協(xié)同運作.技術本身并沒有優(yōu)劣之分，而協(xié)同運作才是確保技術標準化、規(guī)范化和可持續(xù)發(fā)展的唯一途徑，政府部門應承擔較大的責任.人們迫切需要相關的制度創(chuàng)新和現(xiàn)有技術的綜合應用.

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【責任編輯： 陳 鋼】

Analysis on business architecture of integrated smart port information system

AI Ya-zhao1， ZHOU Kun-xiao2

(1.Department of Logistics Engineering, Dongguan Polytechnic, Dongguan 523808, China;2.Department of Computer, Dongguan University Of Technology, Dongguan 523808, China)

In this paper, the problems on the construction of integrated smart port information system were analyzed, the ultimate effect on the business about integrated smart port information system construction, from the perspective of the business requirements for information technology, were combed and were made clear. The main goal of integrated smart port information system must be to improve customer service level, to improve business efficiency, and to facilitate for the development of enterprise and industry. The core of the system is information sharing and resources integration. The key issues that the system need to deal with are to develop customer-oriented technology, to ensure the safety of freight and transaction, as well as to keep cooperative operation between public sector (government) and enterprises. Technology itself does not have advantages and disadvantages, but the collaborative operation is the only way to ensure the standardization and sustainable development of technology.

waterway transportation; information system analysis; business requirement; smart port

2016-09-10;

2016-09-23

中國物流學會2016年立項資助項目(2016CSLKT3-250)

艾亞釗(1979-)，男，副教授，碩士.E-mail：490229783@qq.com

1671- 4229(2016)06-0079-07

U 169.6