自動化集裝箱碼頭閘口模擬仿真系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

李新照 張祚良

隨著區(qū)域經(jīng)濟一體化進程和經(jīng)濟全球化趨勢的加快，自動化集裝箱碼頭成為集裝箱碼頭發(fā)展的必然趨勢。自動化集裝箱碼頭涉及的信息系統(tǒng)繁多，各系統(tǒng)都是獨立的異構(gòu)系統(tǒng)且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)之間需要進行信息交互和流程銜接，以確保自動化集裝箱碼頭在信息系統(tǒng)支撐下的高效、穩(wěn)定運行。為驗證系統(tǒng)間銜接的協(xié)調(diào)性以及交互的穩(wěn)定性和準確性，本文提出自動化集裝箱碼頭閘口模擬仿真系統(tǒng)，模擬電子數(shù)據(jù)交換、集卡入閘、陸側(cè)交互區(qū)刷卡、集卡出閘等業(yè)務(wù)，生成相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，從而為碼頭操作系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)的開發(fā)和測試提供基礎(chǔ)信息。閘口模擬仿真系統(tǒng)設(shè)計有利于加快自動化集裝箱碼頭信息系統(tǒng)建設(shè)、測試及調(diào)試進度，為自動化集裝箱碼頭的按期投產(chǎn)打下堅實基礎(chǔ)。

1 自動化集裝箱碼頭主要閘口業(yè)務(wù)操作 流程

1.1 入閘業(yè)務(wù)操作流程

集卡入閘操作流程如圖1所示。外集卡進入閘口，觸發(fā)光學(xué)字符識別（Optical Character Recognition，OCR）和無線射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）系統(tǒng)：OCR系統(tǒng)采集箱號、ISO碼、箱門方向、集裝箱裝車位置、冷藏箱外掛機組、司機臉部照片、殘損照片等信息，若識別失敗，由閘口遠程控制人員進行人工識別；RFID系統(tǒng)采集車牌號信息、電子鉛封（轉(zhuǎn)關(guān)箱和直通箱）等信息。集卡司機通過刷身份卡進行身份驗證；若司機沒有身份卡或身份卡失效，直接按自助服務(wù)機按鈕打印小票，擋桿抬起，外集卡進入緩沖區(qū)進行處理。對于提箱的外集卡，司機刷提箱卡后系統(tǒng)進行提箱處理；OCR系統(tǒng)和RFID系統(tǒng)識別成功后，將車號、箱號和司機身份卡信息進行綁定，并將轉(zhuǎn)關(guān)箱和直通箱信息發(fā)送給海關(guān)。入閘集卡通過業(yè)務(wù)規(guī)則校驗后隨即進行收發(fā)箱處理：自助服務(wù)機打印收發(fā)箱小票，擋桿自動抬起；對于20英尺集裝箱，由外集卡司機選擇集裝箱裝車位置；外集卡司機根據(jù)自助服務(wù)機提示和小票到相應(yīng)的場區(qū)（緩沖區(qū)、調(diào)轉(zhuǎn)箱門區(qū)、自動堆垛起重機場區(qū)）。

1.2 出閘業(yè)務(wù)操作流程

集卡出閘操作流程如圖2所示。外集卡進入出場閘口，觸發(fā)OCR和RFID系統(tǒng)，司機刷身份卡。RFID系統(tǒng)識別電子車牌和海關(guān)電子鉛封，OCR系統(tǒng)識別箱號、集裝箱裝車位置、司機臉部照片、殘損照片等信息；然后，將識別的信息與系統(tǒng)中的相關(guān)信息進行比對，并存儲比對信息。系統(tǒng)向海關(guān)發(fā)送電子車牌、箱號、稱重數(shù)據(jù)（重箱）、電子鉛封等信息。若出

閘集卡得到海關(guān)電子待檢指令或未通過碼頭業(yè)務(wù)校驗，閘口自助服務(wù)機給出提示，司機按“確定”按鈕，擋桿抬起，外集卡駛往指定區(qū)域進行處理；若出閘集卡得到海關(guān)電子放行指令且通過碼頭業(yè)務(wù)校驗，閘口自助服務(wù)機給出提示，擋桿自動抬起，外集卡駛出閘口，系統(tǒng)存儲海關(guān)反饋的比對結(jié)果。對于海關(guān)待檢集裝箱，系統(tǒng)自動給海關(guān)發(fā)送報關(guān)單號信息；閘口系統(tǒng)記錄外集卡和集裝箱待檢信息，集卡司機駛?cè)胂鄳?yīng)區(qū)域（調(diào)箱區(qū)、檢查區(qū)、緩沖區(qū)）。

2 自動化集裝箱碼頭閘口模擬仿真系統(tǒng)設(shè)計

2.1 主要目標

為優(yōu)化碼頭閘口業(yè)務(wù)流程，應(yīng)用智能算法和可視化技術(shù)，以裝箱單、卸船清單為計劃源，模擬電子數(shù)據(jù)交換、集卡入閘、陸側(cè)交換區(qū)刷卡、集卡出閘等業(yè)務(wù)操作，尋找自動化集裝箱碼頭閘口操作性能和流程優(yōu)化途徑，為堆場作業(yè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時幫助測算堆場計劃策略。

自動化集裝箱碼頭閘口模擬仿真系統(tǒng)的主要功能包括：（1）電子數(shù)據(jù)交換，生成不同流向和不同尺寸箱型、不同船舶、不同裝貨港、不同卸貨港信息以及隨機質(zhì)量、隨機箱號等集裝箱相關(guān)信息，并將其導(dǎo)入到碼頭操作系統(tǒng)；（2）模擬入閘，隨機生成集卡模擬收箱、提箱入閘過程，申請作業(yè)位置；（3）模擬刷卡，集卡根據(jù)作業(yè)位置到指定路側(cè)車道模擬刷卡；（4）模擬出閘，集卡完成堆場作業(yè)，模擬出閘過程；（5）靈活配置，可以接入不同碼頭操作系統(tǒng)環(huán)境。

2.2 數(shù)據(jù)處理流程

自動化集裝箱碼頭閘口模擬仿真系統(tǒng)主要涉及數(shù)據(jù)準備、閘口模擬和邏輯反饋等3個流程，系統(tǒng)的整體數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。

2.3 總體結(jié)構(gòu)和模塊設(shè)計

自動化集裝箱碼頭閘口模擬仿真系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與碼頭操作系統(tǒng)相連，不直接進行數(shù)據(jù)庫交互；通過接口傳遞電子數(shù)據(jù)交換信息、入閘指令、刷卡指令和出閘指令等，將數(shù)據(jù)組織為標準的XML數(shù)據(jù)格式進行傳輸；系統(tǒng)設(shè)計遵循低耦合、高內(nèi)聚的原則，主要包括業(yè)務(wù)模型層、數(shù)據(jù)模型處理層、業(yè)務(wù)邏輯層、對外接口層、用戶界面層等模塊（見圖4）。

3 自動化集裝箱碼頭閘口模擬仿真系統(tǒng)功能實現(xiàn)

3.1 電子數(shù)據(jù)交換模塊

電子數(shù)據(jù)交換模塊主要根據(jù)箱號前綴、起止箱號順序生成集裝箱箱號，箱號校驗位根據(jù)箱號規(guī)則計算生成；提供進出口類別設(shè)置、集裝箱狀態(tài)設(shè)置、空重設(shè)置，可隨機生成質(zhì)量；可設(shè)置船型、特殊積載類型、包裝類型、ISO碼、裝貨港或卸貨港以及生成數(shù)量，且進口集裝箱可設(shè)置集裝箱裝船位置；設(shè)置完成后系統(tǒng)可批量生成不同類型集裝箱電子數(shù)據(jù)交換信息，并發(fā)送給碼頭操作系統(tǒng)，然后存儲到本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。

3.2 生成船圖功能模塊

生成船圖功能模塊（見圖5）根據(jù)電子數(shù)據(jù)交換模塊中設(shè)置的船舶信息設(shè)置甲板上下的貝、層、高等信息，生成該船舶的船圖結(jié)構(gòu)。

3.3 閘口模擬模塊

閘口模擬模塊可隨機生成車牌號，模擬批量入閘，獲取作業(yè)順序、刷卡位置及場地位置等信息，并模擬陸側(cè)作業(yè)區(qū)刷卡和批量出閘等。

3.4 系統(tǒng)設(shè)置模塊

系統(tǒng)設(shè)置模塊的主要功能是設(shè)置與碼頭操作系統(tǒng)接口的網(wǎng)絡(luò)之間互連的協(xié)議及端口、用戶界面字體大小和風(fēng)格樣式以及是否開啟閘口和打開日志等操作。

4 結(jié)束語

自動化集裝箱碼頭閘口模擬仿真系統(tǒng)實現(xiàn)碼頭閘口電子數(shù)據(jù)交換、集卡進閘、陸側(cè)交互區(qū)司機刷卡以及集卡出閘等業(yè)務(wù)的模擬操作，并實現(xiàn)在模擬狀態(tài)下對閘口操作流程的邏輯驗證，從而為自動化碼頭操作系統(tǒng)和設(shè)備控制系統(tǒng)的開發(fā)和測試提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，達到降低自動化碼頭信息系統(tǒng)測試成本、加快信息系統(tǒng)建設(shè)速度的目的。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2016-09-07）