基于集成技術的智能化信息系統(tǒng)設計

梁 超，倪永紅，張明明，沙 鋼

（1上海環(huán)境實業(yè)有限公司，上?！?00000；2上海萬坤企業(yè)發(fā)展有限公司，上海　200000）

基于集成技術的智能化信息系統(tǒng)設計

梁 超1，倪永紅1，張明明1，沙 鋼2

（1上海環(huán)境實業(yè)有限公司，上海200000；2上海萬坤企業(yè)發(fā)展有限公司，上海200000）

為解決中小物流企業(yè)在區(qū)域物流信息系統(tǒng)應用中存在的問題，以上海市生活垃圾內河集裝化轉運系統(tǒng)為例，根據(jù)系統(tǒng)運營背景和智能化建設目標，設計了四層架構的系統(tǒng)原型并給出了具體部署方案。在此基礎上，研究系統(tǒng)關鍵技術的集成路線，分析其在系統(tǒng)架構各組件中的應用，從而實現(xiàn)了生產作業(yè)管理、船舶靠泊調度、資產管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表管理、作業(yè)監(jiān)控指揮中心等子系統(tǒng)的功能，提高了系統(tǒng)智能信息化管理能力。

生活垃圾；集裝化轉運；集成技術；信息管理系統(tǒng)

0　引 言

區(qū)域物流系統(tǒng)是一個復雜的社會大系統(tǒng)工程，是指在一個城市、國家或者一個經(jīng)濟區(qū)范圍內開展的具有完整物流過程和服務管理的供應鏈活動。伴隨社會經(jīng)濟高速發(fā)展趨勢，社會生產的規(guī)模不斷增大，因此就需要一個能與區(qū)域物流系統(tǒng)相匹配的先進物流管理信息系統(tǒng)，而在目前計算機與信息技術飛速發(fā)展的背景下，人們提出了智能物流的概念。智能物流是利用集成智能化技術模仿人的思維、感知、學習和推理判斷力，完成物流活動的各個基本環(huán)節(jié)，實現(xiàn)運輸過程的自動化運作和高效率優(yōu)化管理［1］。目前，能夠實施區(qū)域物流業(yè)務的公司不多，即使在從事這方面運營的公司，綜合分析其信息管理系統(tǒng)，可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的系統(tǒng)是對部分區(qū)域進行分別管理，沒有建立區(qū)域間的聯(lián)系，不能實施統(tǒng)一監(jiān)管。由于作業(yè)流程設計不夠合理，難以適應生產規(guī)模的不斷擴大。信息化程度不高，部分數(shù)據(jù)采集是人工記錄完成，造成整體作業(yè)效率下降，加之，不能實現(xiàn)可視化操作使得生產過程存在監(jiān)管的盲點。另一方面，缺少先進數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析功能，增加了生產運作風險?；谶@些問題，本文使用現(xiàn)代計算機與信息處理的集成技術，給出了上海城市生活垃圾內河集裝化運輸信息系統(tǒng)實例，實現(xiàn)了對區(qū)域物流系統(tǒng)的智能化控制與管理。

1　上海市生活垃圾內河集裝化轉運系統(tǒng)背景

據(jù)統(tǒng)計，上海市生活垃圾日排放量在2萬噸左右并呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，這些源源不斷、大量產生的生活垃圾已經(jīng)成為困擾城市發(fā)展、污染市容環(huán)境、影響市民生活的社會問題。城市生活垃圾的處理處置［2］是目前上海市環(huán)境衛(wèi)生、環(huán)境污染和治理亟待解決的問題。

目前上海市區(qū)大部分生活垃圾采用散裝水陸聯(lián)運的方式運到老港填埋場，為了改善運輸環(huán)境，保護水運河道水質，提升城市形象，實現(xiàn)綠色環(huán)保運輸，上海已建成市區(qū)生活垃圾內河集裝化轉運系統(tǒng)［3］。新建的市區(qū)生活垃圾內河集裝化轉運系統(tǒng)是一種高標準、環(huán)保型內河轉運系統(tǒng)，該系統(tǒng)以市區(qū)的虎林碼頭、徐浦碼頭和老港碼頭為基地，利用虎林、黃浦江、大治河、老港環(huán)衛(wèi)專用航道等航道資源，建設環(huán)衛(wèi)碼頭/中轉站，選用符合國際通用集裝箱規(guī)格的垃圾專用集裝箱，在市區(qū)碼頭/市區(qū)中轉站將垃圾壓縮裝箱后車、船/車聯(lián)運至老港。

上海市區(qū)生活垃圾內河集裝化轉運系統(tǒng)（以下簡稱集運系統(tǒng)）總體思路可以概括為：“一個系統(tǒng)、二個中轉站、三個碼頭”。一個系統(tǒng)即利用現(xiàn)成內河航道，建設一個固體廢棄物內河集裝化轉運系統(tǒng)；二個中轉站即新建虎林中轉站、新建徐浦中轉站；三個碼頭即改建虎林碼頭、老港碼頭，新建徐浦碼頭。其中虎林中轉站和碼頭將負責蘇州河以北區(qū)域的垃圾轉運任務，徐浦中轉站和碼頭將負責蘇州河以南區(qū)域的垃圾轉運任務。為此，整個上海市區(qū)生活垃圾內河集裝化轉運系統(tǒng)包括2個子系統(tǒng)，即“徐浦～老港”子系統(tǒng)和“虎林～老港”子系統(tǒng)。如圖1所示，基于區(qū)域的系統(tǒng)劃分要考慮子系統(tǒng)間的協(xié)調性，同時要能保證較高的運輸效率。

圖1　集運系統(tǒng)運輸路徑Fig.1 Transportations routes of containerized system

2　智能轉運信息系統(tǒng)架構

根據(jù)垃圾轉運系統(tǒng)的業(yè)務需求，本文設計了一個面向服務［4-5］的智能轉運信息系統(tǒng)四層架構方案，如圖2所示，主要分為基礎設施層、空間信息支撐層、系統(tǒng)業(yè)務邏輯層和系統(tǒng)應用層。

架構中的各層及其組建之間的相互關系如下所述：基礎設施層處于最底層，主要由物流設施和通訊服務設施組成。物流設施主要包括車船、橋吊、正面吊、壓縮機等硬件設備；通訊服務設施主要包括服務器、計算機等計算設備、網(wǎng)絡通訊設備、電子標簽閱讀器等?；A設施層重點負責完成數(shù)據(jù)信息的采集、轉換和收集工作。系統(tǒng)統(tǒng)一采用Oracle集群數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)，摒棄了區(qū)域獨立存儲的多數(shù)據(jù)庫模式?？臻g信息支撐層是信息傳輸服務的提供者和組織者，由通訊服務器、ArcIMS空間服務器等設備組成。其中，通訊服務器主要負責對車船的定位信息進行解析、轉換和處理，再通過ArcIMS空間服務器的ArcSDE與Oracle數(shù)據(jù)庫服務器相連，將空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)一并提供給ArcIMS空間服務器，最后由ArcIMS的應用服務器和連接器共同作用提供詳盡的空間信息服務。系統(tǒng)業(yè)務邏輯層主要是由空間信息服務和物流業(yè)務服務2類組件構成，并且對系統(tǒng)邏輯功能的實現(xiàn)起到至關重要的作用，因為，系統(tǒng)業(yè)務邏輯層需要由其下層提供支撐服務，同時為實現(xiàn)其上層的應用功能提供技術支持，所以在系統(tǒng)中起到承上啟下的作用。系統(tǒng)應用層是系統(tǒng)功能的提供者，具體涵蓋了信息系統(tǒng)全部運輸業(yè)務的功能模塊，主要包括垃圾的封裝、壓縮、調度、車運、船運，以及系統(tǒng)管理，尤其是，管理層功能包含有作業(yè)監(jiān)控、信息查詢和數(shù)據(jù)分析等。系統(tǒng)應用層還提供了可擴展業(yè)務接口功能，以便為各類用戶的不同需求提供一種較完備的應用解決方案。

3　系統(tǒng)關鍵技術的集成

物流信息系統(tǒng)的關鍵技術是物流體系的重要組成部分，也是建立智能化的物流信息系統(tǒng)以提高系統(tǒng)運營效率的保障。此系統(tǒng)綜合使用計算機通信技術、信息采集技術、數(shù)據(jù)庫技術和物流信息跟蹤技術［6］，并將其實現(xiàn)有機結合，形成自動化周期運轉的業(yè)務工作模式。

圖2　智能轉運系統(tǒng)架構Fig.2 Architecture of intelligent transport system

集裝箱是整個業(yè)務流程的重要管理對象之一，垃圾轉運系統(tǒng)中承載集裝箱運輸?shù)能?、船橋吊和正面吊等設備處于運動狀態(tài)，生產作業(yè)時無法捕捉到其具體位置。所以系統(tǒng)采用2種方案解決這個問題。對其分析闡述如下。

1）使用GPS和GIS結合的技術。在基礎設施層的車船上安裝GPS接收裝置（集裝箱由于供電、碰撞、污漬等原因不適合安裝），通過接收不同方位導航衛(wèi)星的定位信號計算返回自身當前的經(jīng)緯度坐標，地面監(jiān)控中心就能實時監(jiān)控車船的位置，并根據(jù)道路、水路交通狀況向車船發(fā)出實時調度指令。輔以GIS技術提供車船運動的地理空間數(shù)據(jù)，再利用GIS的網(wǎng)絡分析和路徑分析等功能，科學快速地預先設定最佳運輸路線，當GPS信號反饋回的車船運行路徑出現(xiàn)偏差時，系統(tǒng)發(fā)出警告提示，以便決策層針對情況快速反應。此外，利用車船載GPS接收機獲取到車輛船只的位置信息，使用電子地圖進行圖上定位，能很好地進行車船跟蹤和軌跡回放，在集裝箱的運輸中具有頗高的實用價值。

2）對于橋吊上集裝箱在裝卸過程中的定位，這涉及到集裝箱對船和對堆場的操作。由于要獲取高精度的位置信息，同時考慮架設成本，所以系統(tǒng)選擇使用PLC技術方案獲取集裝箱的實時精確位置。該方案對前方堆場和碼頭執(zhí)行坐標映射，使用運動機制測量算法結合位移傳感器獲取的數(shù)據(jù)，得出橋吊的作業(yè)狀態(tài)和集裝箱的精確位置。系統(tǒng)還能進行探測預警，一旦探測到行車工作可能超出受限范圍則自動限制此操作的繼續(xù)發(fā)生，有效提高了系統(tǒng)的安全性，同時記錄行車作業(yè)中的危險工況，為事故的分析處理提供可靠依據(jù)。

集裝箱在經(jīng)過物流閉環(huán)系統(tǒng)的各個關口時，其個體識別操作是運輸、監(jiān)管、維護工作的基本條件，再與定位跟蹤功能綁定則能為各級作業(yè)的實施提供保障。由于集裝箱運輸過程中污漬、潮濕、遮蓋、方向位置、退化磨損因素的影響，若使用RFID技術識別箱號將具有切實、穩(wěn)定的可靠性。為此，系統(tǒng)在閘口、橋吊、正面吊和集裝箱作業(yè)環(huán)節(jié)部署了RFID設備，采集經(jīng)過的集卡或集裝箱上的電子標簽，同時利用通信技術、網(wǎng)絡技術等手段傳輸?shù)胶笈_服務器。物流運營系統(tǒng)包含3個基地作業(yè)數(shù)據(jù)，在加強基地業(yè)務間聯(lián)系方面采用數(shù)據(jù)庫集群技術，構建統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫服務器，將徐浦、虎林、老港基地碼頭的中控服務器進行耦合，使其并發(fā)運行、互為備份，在保證網(wǎng)速的前提下，可做到實時同步。集群后的分布式數(shù)據(jù)庫可提高數(shù)據(jù)訪問的并發(fā)性和安全性，所有碼頭數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一、且提供優(yōu)質共享，因此應急狀態(tài)下任何碼頭均可訪問其他碼頭的數(shù)據(jù)。對于大數(shù)據(jù)的處理系統(tǒng)進行了前瞻性考慮，抽取壓縮、運輸、中轉、吊車裝卸、船運和填埋等各環(huán)節(jié)產生的數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)倉庫，使用數(shù)據(jù)挖掘技術進行分析，獲得一些未知的有用信息，提高系統(tǒng)自我調節(jié)和智能化運行的能力。生產數(shù)據(jù)在應用層的顯示，將WPF技術引入到集運系統(tǒng)中，開發(fā)具有友好人機交互界面、豐富表現(xiàn)形式的軟件系統(tǒng)，支持對集裝箱和車船操作信息的詳盡查詢，進而結合3D建模技術實現(xiàn)對生產全景的實時監(jiān)控。

4　智能轉運信息系統(tǒng)功能與實現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)的設計方案，基于B/S架構模式，采用Microsoft.NET開發(fā)平臺，以Web Service技術作為系統(tǒng)主要功能實現(xiàn)技術［7-8］，結合Oracle集群數(shù)據(jù)庫和開源的GIS服務平臺，實現(xiàn)了該轉運信息系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包括生產作業(yè)管理、船舶靠泊調度、資產管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表管理和作業(yè)監(jiān)控指揮中心等方面功能，總體功能結構如圖3所示。以徐浦基地為例，下面將具體介紹應用該系統(tǒng)進行垃圾轉運的詳細過程和相關數(shù)據(jù)信息分析。

圖3　系統(tǒng)總體功能結構Fig.3 System general function structure

4.1生產作業(yè)管理

垃圾運輸至徐浦和虎林碼頭基地要經(jīng)過入口道口、指令道口和后方道口等3個重要道口，設計道口采集子系統(tǒng)用于采集相應道口處的過車記錄，包括過車時間、車號、數(shù)量等。指令道口要控制集裝箱的裝卸與存放，所以增加了空重箱轉換功能。當進入基地和等待指令的集卡遭遇特殊情況時，該子系統(tǒng)支持人工處理相關信息。橋吊子系統(tǒng)主要監(jiān)管基地3個橋吊裝卸集裝箱的過程，顯示當前作業(yè)的集裝箱號、集裝箱類型和作業(yè)狀態(tài)，查詢歷史作業(yè)記錄和操作指令。進入基地的散裝垃圾首先要進行壓縮，壓縮機子系統(tǒng)顯示了對應機號處等待的集卡和使用集裝箱的編號，給出壓縮長度和重量，同時記錄了日作業(yè)量，若出現(xiàn)異常情況將能即時中止作業(yè)或轉換壓縮機。集卡作業(yè)子系統(tǒng)主要用于顯示集卡作業(yè)指令接收及執(zhí)行狀態(tài)，包括指引前往橋吊、堆場、壓縮機、洗/修箱、箱體保養(yǎng)等工作區(qū)進行作業(yè)。對于生產過程中出現(xiàn)的異常情況，例如：GPS未有效更新船舶信息、道口處RFID未檢測到集卡或集裝箱標簽、橋吊司機操作失誤等，這在消息子系統(tǒng)中能夠得到實時記錄，并根據(jù)情況程度連接中控報警系統(tǒng)，通知管理層做出應急處理。

4.2船舶靠泊調度

由于使用了GPS/GIS系統(tǒng)，船舶靠泊子系統(tǒng)能顯示當前船舶位置，預測抵港時間并生成抵港通知，同時記錄到港時間；根據(jù)船舶到港具體情況，自動安排靠泊計劃，輔助生成靠泊離泊指令、引導泊位作業(yè)狀態(tài)。

4.3資產管理

集裝箱是垃圾轉運的重要載體，因此系統(tǒng)提供了修箱、洗箱和保養(yǎng)功能以延長箱體的使用壽命。根據(jù)箱體的周轉次數(shù)，系統(tǒng)自動安排清洗計劃，查詢清洗箱體的時間、所屬集卡信息，在清洗完成后通知集卡離開。修箱子系統(tǒng)與資產管理系統(tǒng)對接，提供維修申報平臺對壞箱進行申報，查詢待修箱體，確認維修結果，并同時提供校驗功能，確認壞箱在信息化系統(tǒng)與資產管理系統(tǒng)間的遷移。

4.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表管理

系統(tǒng)從宏觀上統(tǒng)計了各類數(shù)據(jù)信息并以圖形化的形式顯示，通過相關分析能確保物流業(yè)務周期穩(wěn)定運轉，提高系統(tǒng)危機預測和抵御風險的能力。系統(tǒng)首先提供了對集裝箱信息的統(tǒng)計查詢，能查看箱體在一段時期內的使用頻率，對使用率過高和過低的箱體進行適當調配；其次，統(tǒng)計了同一基地內各種集裝箱在不同作業(yè)區(qū)域的分布情況，可推測工作強度的集中區(qū)域。集裝箱運輸載體統(tǒng)計模塊功能主要是查詢內集卡總量、出勤和在后方指令區(qū)的分布情況，還有一段時期內各船舶靠離該基地的頻率分布。系統(tǒng)能查詢指定時段內徐匯、長寧、青浦和黃埔各區(qū)的垃圾重量，有利于參考制訂生產計劃，此外，還提供了系統(tǒng)垃圾吞吐量的查詢?；鼐C合負載功能模塊給出了徐浦、虎林、老港基地實際處理量與系統(tǒng)剩余處理能力的對比分析，基地綜合負載趨勢模塊則給出同一基地系統(tǒng)各月份的負載情況。24小時作業(yè)分布統(tǒng)計模塊功能是分析一個工作日周期內集卡、外集卡的使用數(shù)量及橋吊卸車和裝船的數(shù)量。而且，系統(tǒng)還具有基地設備負載、基地設備負載趨勢、二次吊裝作業(yè)量等模塊的功能。從這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)，即能現(xiàn)實獲得系統(tǒng)的綜合運營能力，從而對生產任務、設備使用進行更科學合理的規(guī)劃分配。做進一步的深入分析，對原始大數(shù)據(jù)加以處理，使用數(shù)據(jù)挖掘技術建立模型，根據(jù)分析預測可獲得有用的未知信息，這對于決策層參與生產的宏觀調控具有重要作用。

4.5作業(yè)監(jiān)控指揮中心

作業(yè)監(jiān)控指揮中心是面向決策管理層、計劃監(jiān)管層的管理者，基于業(yè)務流程閉環(huán)處理功能，向其提供數(shù)據(jù)查看與分析、視頻監(jiān)控以及應急調度功能。集裝箱流轉運輸跟蹤功能模塊是一個網(wǎng)絡服務，用戶可根據(jù)箱號查詢到箱體的分布及狀態(tài)，具體包括箱體的基本信息、當前位置（堆場貝位號、集卡、船箱貝位號）、狀態(tài)（好箱/壞箱，空箱/重箱）；箱體流轉情況，即一段時期內清洗、維修的次數(shù)，參與作業(yè)的類型和作業(yè)基地。針對特殊箱體的管理，比如測試用箱，在管理界面提供了添加、刪除、修改功能，并可以更改其顯示顏色與透明度。同樣，車輛船舶跟蹤模塊功能則可在地圖上查詢顯示所有車船的具體位置，并實時觀測沿線運輸狀態(tài)，箱體在運輸設備上的空間分布信息也能詳細查詢。作業(yè)視頻監(jiān)控功能模塊主要是對指令道口、入口道口、橋吊作業(yè)區(qū)、船舶靠泊區(qū)和后方道口的作業(yè)實況進行監(jiān)控，將3個基地的生產作業(yè)視頻整合到監(jiān)控指揮中心，以便配合全市集運運營進行統(tǒng)一管理。3D全景模擬展示功能主要針對實業(yè)生產過程，模擬基地生產場景，動態(tài)顯示當前各設備的作業(yè)狀態(tài)。

5　結束語

本文以上海市生活垃圾內河集裝化轉運系統(tǒng)的運營為載體，設計了一種物流信息管理系統(tǒng)四層架構，并以此為原型結合先進信息處理與傳輸技術的集成分析，實現(xiàn)了一個區(qū)域物流信息管理系統(tǒng)。實施結果表明，與同類系統(tǒng)相比該系統(tǒng)在技術方案、操作管理、功能擴展、信息化程度等方面做了較大提升。對改變現(xiàn)有傳統(tǒng)的內河集裝化運輸分析模式和管理方式，優(yōu)化資源配置、提高企業(yè)核心競爭力，構建一個完善、智能、高效的集裝化運輸信息管理平臺，具有先進、標準示范性指導作用。

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4　結束語

通過設計構建實驗室開放管理系統(tǒng)，極大地方便了實驗室開放的現(xiàn)實全面綜合管理。在實際運營中表明，實驗室開放管理系統(tǒng)的使用不僅可以充分利用實驗資源，還可以為學生提供自主發(fā)展和實踐鍛煉的最佳理想空間，同時方便了教師、學生和管理員之間的互動，讓實驗室管理更趨高效，實驗室利用更加充分，這也是本文研究成果的主要貢獻及現(xiàn)實意義所在。

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Design of intelligent information system based on integration technology

LIANG Chao1，NI Yonghong1，ZHANG Mingming1，SHA Gang2
（1 Shanghai SMI Environmental Industry Co.，Ltd，Shanghai 200000，China；2 Shanghai Maxqueen Enterprise Development，Ltd，Shanghai 200000，China）

In order to solve the problems in the application of regional logistics information system for small and medium logistics enterprises，and taking shanghai living garbage river containerized transport system as an example，according to system operation background and intelligent construction target，the paper designs the system of four layer architecture and gives specific deployment plan. On this basis，the integrated route of key technologies is researched and the application in components of the system architecture is also analyzed.So then functions of the subsystems including production operation management，ship berthing schedule，asset management，data statistics report management and job monitoring command center are achieved，which improve the intelligent information degree of the management system.

living garbage；containerized transport；integrated technology；information management system

TP391

A

2095-2163（2016）03-0051-04

2016-04-22

梁 超（1958-），男，本科，高級政工師，主要研究方向：環(huán)境政策、物流管理及環(huán)境保護；倪永紅（1967-），男，本科，工程師，主要研究方向：現(xiàn)代物流裝備及自動化、市場流通及產業(yè)發(fā)展；張明明（1977-），男，本科，工程師，主要研究方向：工業(yè)自動化、計算機應用與管理；沙 鋼（1965-），男，本科，工程師，主要研究方向：計算機軟件開發(fā)及應用、企業(yè)運營和物流管理。