基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧港口平臺(tái)設(shè)計(jì)

鐘振洋

摘要：為了提高港口運(yùn)營(yíng)效率和提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，文章對(duì)智慧港口平臺(tái)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧港口平臺(tái)設(shè)計(jì)方法。智慧港口平臺(tái)設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括港口物流服務(wù)云平臺(tái)設(shè)計(jì)、智能碼頭云平臺(tái)設(shè)計(jì)、大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)和云計(jì)算平臺(tái)設(shè)計(jì)。智慧港口平臺(tái)設(shè)計(jì)為智慧港口的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)提供幫助，提高了港口經(jīng)濟(jì)效益和服務(wù)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智慧港口；平臺(tái)設(shè)計(jì)；大數(shù)據(jù)；云計(jì)算

中圖分類號(hào)：U691? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著商品貿(mào)易全球化的加快，區(qū)域經(jīng)濟(jì)正朝著一體化的方向發(fā)展，一體化形勢(shì)下商品流通愈加廣泛。由于海路運(yùn)輸成本低廉，運(yùn)輸能力強(qiáng)大，海路運(yùn)輸受到了世界各國(guó)的青睞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，90%貿(mào)易運(yùn)輸服務(wù)都依賴于港口，港口在貨物運(yùn)輸方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用［1-2］。當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)正在飛速發(fā)展，在新時(shí)代的背景下，通過擴(kuò)大港口規(guī)模和增加吞吐能力來獲取持續(xù)增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)效益已十分困難，許多沿海地區(qū)普遍存在港口過度建設(shè)的現(xiàn)象。在日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中，港口發(fā)展面臨著巨大挑戰(zhàn)［3］。在此背景下，朝著智慧化港口發(fā)展的方向已成為大勢(shì)所趨，通過建設(shè)智能港口，提升港口經(jīng)濟(jì)效益和服務(wù)質(zhì)量，以提高港口運(yùn)營(yíng)的核心競(jìng)爭(zhēng)力［4］。

在互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的時(shí)代背景下，信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)港口的作用顯著增加［5］，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于智慧港口建設(shè)，實(shí)現(xiàn)港口企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，已成為目前多數(shù)港口企業(yè)的共識(shí)［6］。因此，對(duì)智慧港口平臺(tái)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為智慧港口的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)提供幫助，物聯(lián)網(wǎng)智慧港口平臺(tái)對(duì)于提高港口運(yùn)營(yíng)效率和提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

1 物聯(lián)網(wǎng)與智慧港口概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是將全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、傳感器、激光掃射器等技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的一種網(wǎng)絡(luò)體系。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過射頻、傳感器、GPS等技術(shù)實(shí)現(xiàn)物體識(shí)別和定位追蹤，達(dá)到物與物的相互連接，實(shí)現(xiàn)智能化的高效管理［7］。

物聯(lián)網(wǎng)作為一種新興技術(shù)，具有下列特點(diǎn)［8］： （1）實(shí)現(xiàn)了對(duì)客觀信息的收集和使用；（2）在海量信息傳輸?shù)倪^程中，能夠?qū)崿F(xiàn)安全高效傳輸；（3）人與物之間的溝通更加高效準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)信息的智能高效處理。

物聯(lián)網(wǎng)通過數(shù)據(jù)獲取的開發(fā)和通信功能將物體的實(shí)際和虛擬載體聯(lián)系起來，物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層3部分組成，具體如圖1所示。其中，感知層的作用是采集信息，感知層利用通信模塊連接應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層的作用有3個(gè)：一是接收來自各類信息，二是對(duì)信息進(jìn)行處理，三是與應(yīng)用層建立連接。應(yīng)用層的服務(wù)對(duì)象是各類用戶，為用戶提供相應(yīng)服務(wù)。

1.2 智慧港口概述

智慧港口是集物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、云計(jì)算和決策分析為一體的現(xiàn)代化智能港口，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等技術(shù)為港口生產(chǎn)進(jìn)行服務(wù)，智慧港口統(tǒng)籌生產(chǎn)信息，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物、人與港口之間的互聯(lián)互通，港口信息化、高端化、技術(shù)密集化和網(wǎng)絡(luò)化是智慧港口的發(fā)展方向［9］。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深度挖掘港口運(yùn)營(yíng)信息，港口實(shí)現(xiàn)資源合理利用和協(xié)同聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)港口的智能、安全、綠色發(fā)展。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧港口平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 總體框架

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧港口應(yīng)以生產(chǎn)需求為導(dǎo)向，智慧港口平臺(tái)設(shè)計(jì)主要包括港口物流服務(wù)云平臺(tái)、智能碼頭云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)和云計(jì)算平臺(tái)，具體如圖2所示。

物聯(lián)網(wǎng)智慧港口平臺(tái)設(shè)計(jì)框架由港口物流服務(wù)云平臺(tái)、智能碼頭云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)、云計(jì)算平臺(tái)4個(gè)部分組成。

（1）港口物流服務(wù)云平臺(tái)。該平臺(tái)主要包含電子商務(wù)、電子口岸、船舶動(dòng)態(tài)、客戶信息等內(nèi)容，保障港口航運(yùn)、口岸、鐵路等用戶獲取準(zhǔn)確信息，為港口的智能化生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)提供有力支持。

（2）智能碼頭云平臺(tái)。智能碼頭云平臺(tái)包含港口調(diào)度、作業(yè)、監(jiān)控等相關(guān)資源的統(tǒng)一調(diào)配，使港口運(yùn)營(yíng)模式發(fā)生變化，促進(jìn)港口物流的智能化轉(zhuǎn)型，提高物流作業(yè)效率，通過智能港口的智能碼頭云平臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)港口調(diào)度管理的一體化。

（3）大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)。大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)的主要服務(wù)對(duì)象是客戶，通過整合大量客戶資源數(shù)據(jù)，借助智能設(shè)備向用戶提供更多服務(wù)，服務(wù)內(nèi)容包括查詢業(yè)務(wù)、推送業(yè)務(wù)和辦理業(yè)務(wù)，以滿足用戶多樣化的需求。

（4）云計(jì)算平臺(tái)。云計(jì)算平臺(tái)是利用云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理，為港口運(yùn)營(yíng)提供數(shù)據(jù)安全保障。智慧港口云計(jì)算平臺(tái)主要包含4個(gè)部分：一是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，二是網(wǎng)絡(luò)管理中心，三是視頻監(jiān)控中心，四是安全審計(jì)中心。

2.2 港口物流服務(wù)云平臺(tái)設(shè)計(jì)

港口物流服務(wù)云平臺(tái)是智慧港口的應(yīng)用層，也是用戶體驗(yàn)的重要平臺(tái)，通過建設(shè)港口物流服務(wù)云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)物流信息的共享與協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與相關(guān)管理部門、鐵路及口岸方面的信息對(duì)接，使物流業(yè)務(wù)體系網(wǎng)絡(luò)化。港口物流服務(wù)云平臺(tái)的系統(tǒng)框架如圖3所示。

港口物流服務(wù)云平臺(tái)框架由內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、外部網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)管理、系統(tǒng)傳輸優(yōu)化等部分組成。（1）內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的使用對(duì)象為港口工作人員，其作用是保存港口調(diào)度業(yè)務(wù)信息、貨源信息和管理信息。管理人員利用智能監(jiān)控設(shè)備掌握作業(yè)狀況，下達(dá)準(zhǔn)確指令。（2）外部網(wǎng)絡(luò)。外部網(wǎng)絡(luò)的使用對(duì)象為港口用戶，登錄后可以查詢物流信息，獲取當(dāng)前運(yùn)輸狀態(tài)。在客戶端，客戶可以在手機(jī)端查詢相關(guān)貨物信息。（3）系統(tǒng)管理。根據(jù)管理權(quán)限，系統(tǒng)對(duì)用戶信息進(jìn)行整理，對(duì)用戶相關(guān)權(quán)限進(jìn)行分配。對(duì)于新用戶，系統(tǒng)管理員會(huì)對(duì)用戶資料進(jìn)行審核，判斷用戶名和密碼是否符合要求。（4）系統(tǒng)傳輸優(yōu)化。系統(tǒng)傳輸優(yōu)化的使用保障系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定，確保數(shù)據(jù)符合傳輸標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，系統(tǒng)優(yōu)化傳輸可以為用戶提供貨主行為分析、作業(yè)動(dòng)態(tài)估計(jì)等高端服務(wù)。

2.3 智能碼頭云平臺(tái)設(shè)計(jì)

港口物流服務(wù)云平臺(tái)設(shè)計(jì)完成后，為了更好地實(shí)現(xiàn)碼頭作業(yè)，需要對(duì)智能碼頭云平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。云平臺(tái)設(shè)計(jì)就是利用信息化和大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)碼頭的智能化運(yùn)輸。港口物流服務(wù)云平臺(tái)的設(shè)計(jì)主要有4個(gè)部分。（1）智能調(diào)度系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要涉及港口調(diào)度業(yè)務(wù)和作業(yè)信息，通過智能調(diào)度系統(tǒng)對(duì)港區(qū)裝卸貨物及庫(kù)場(chǎng)情況進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，安排各類生產(chǎn)作業(yè)，提高港區(qū)生產(chǎn)作業(yè)效率。（2）碼頭智能化作業(yè)。其作用是利用智能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)碼頭自動(dòng)化作業(yè)，對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用的車輛、設(shè)備、船舶、作業(yè)人員進(jìn)行自動(dòng)化管理。（3）港口安全應(yīng)急指揮系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備安全監(jiān)督、主動(dòng)防控、應(yīng)急處置、安全巡查等諸多功能，應(yīng)急指揮系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)港口運(yùn)輸業(yè)務(wù)的智能化管理。系統(tǒng)實(shí)時(shí)共享業(yè)務(wù)信息、降低丟件概率、提高港口運(yùn)輸效率，從而提升客戶滿意度，實(shí)現(xiàn)港口的安全運(yùn)營(yíng)。（4）生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)。生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)對(duì)原調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集約化管理，即在統(tǒng)一調(diào)度平臺(tái)上集成各項(xiàng)調(diào)度功能。指揮系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度港口的多項(xiàng)作業(yè)，對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安全管控，實(shí)現(xiàn)港口的安全智能化生產(chǎn)。

2.4 智慧港口大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)

大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)是建設(shè)智慧港口的核心內(nèi)容，是智慧港口的中樞，負(fù)責(zé)港口所有數(shù)據(jù)的傳輸和分析，根據(jù)分析結(jié)果做出決策。從平臺(tái)的作用和功能進(jìn)行分析，大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)的主要結(jié)構(gòu)如圖4所示。

大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)利用智能監(jiān)控、App、智能終端、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，對(duì)港口物流服務(wù)云平臺(tái)、智能碼頭云平臺(tái)和云計(jì)算平臺(tái)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集和整合，平臺(tái)通過數(shù)據(jù)處理、分析、訪問3個(gè)模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)港口作業(yè)指令的下達(dá)，對(duì)于不正確的指令，平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行糾正。根據(jù)平臺(tái)大數(shù)據(jù)分析港口管理層進(jìn)行決策，運(yùn)用平臺(tái)資源取得企業(yè)需要的資料，有效降低了管理成本。

2.5 智慧港口云計(jì)算平臺(tái)設(shè)計(jì)

智慧港口的云計(jì)算平臺(tái)的作用是分析港口運(yùn)行數(shù)據(jù)，也被稱為數(shù)據(jù)分析層，其主要結(jié)構(gòu)如圖5所示。云計(jì)算平臺(tái)主要包括平臺(tái)服務(wù)層和基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層。其中，平臺(tái)服務(wù)層主要用于應(yīng)用的接入、監(jiān)控和用戶租用，提供費(fèi)用計(jì)算、運(yùn)營(yíng)維護(hù)、中間件支持和Web開發(fā)等功能?；A(chǔ)設(shè)施服務(wù)層主要包括資源管理環(huán)境和硬件設(shè)施。資源管理環(huán)境主要包括網(wǎng)絡(luò)虛擬化、計(jì)算虛擬化和存儲(chǔ)虛擬化，硬件設(shè)施主要是指存儲(chǔ)設(shè)備和服務(wù)器。

3 結(jié)語

本文對(duì)智慧港口平臺(tái)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。智慧港口平臺(tái)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括港口物流服務(wù)云平臺(tái)設(shè)計(jì)、智能碼頭云平臺(tái)設(shè)計(jì)、大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)和云計(jì)算平臺(tái)設(shè)計(jì)4個(gè)方面的內(nèi)容。為智慧港口的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)提供幫助，物聯(lián)網(wǎng)與港口信息融合對(duì)于提高港口運(yùn)營(yíng)效率和提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

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（編輯 王永超）

Design of smart port platform based on Internet of Things technology

ZHONG? Zhenyang

（Zhuhai Port Information Technology Co.， Ltd.， Zhuhai 519000， China）

Abstract：? In order to improve the efficiency of port operation and enhance the competitiveness of enterprises， this paper studies the design of smart port platforms and proposes a smart port platform design method based on the Internet of Things. The main design content of the smart port platform includes the design of the port logistics service cloud platform， the smart port cloud platform， the big data service platform， and the cloud computing platform. The design of the smart port platform provides assistance for the construction and operation of the smart port， improving the economic benefits and service quality of the port.

Key words： Internet of Things; smart port; platform design; big data; cloud computing