對(duì)我國(guó)智慧港口建設(shè)的認(rèn)識(shí)與思考

馬巍巍

【摘 要】 為更好地認(rèn)識(shí)智慧港口建設(shè)過(guò)程及特征，分析智慧港口的含義，提出智慧港口發(fā)展有自我感知、自我建設(shè)、自我動(dòng)力、自我適應(yīng)等4個(gè)階段的觀點(diǎn)，以自動(dòng)化集裝箱碼頭為例闡述智慧港口的發(fā)展重點(diǎn)，并對(duì)當(dāng)前我國(guó)智慧港口發(fā)展所處的階段進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】 智慧港口；自我感知；自我建設(shè)；自我動(dòng)力；自我適應(yīng)；集裝箱；自動(dòng)化碼頭

0 引 言

自IBM于2008年11月提出“智慧地球”概念以來(lái)，“智慧城市”“智慧醫(yī)療”“智慧海洋”等概念應(yīng)運(yùn)而生。隨著研究與實(shí)踐的不斷深入，智慧化發(fā)展的重點(diǎn)正逐步由全面的感知、智能的管控轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾鲗W(xué)習(xí)、自動(dòng)適應(yīng)和自發(fā)調(diào)整，將給世界帶來(lái)重大改變，引發(fā)新一輪科技革命。

2014年全國(guó)交通運(yùn)輸工作會(huì)議提出加快推進(jìn)“四個(gè)交通”（綜合交通、智慧交通、綠色交通、平安交通），并將智慧交通作為“四個(gè)交通”的關(guān)鍵，提出要以信息化、智能化為牽引，推動(dòng)現(xiàn)代信息技術(shù)與交通運(yùn)輸管理和服務(wù)全面融合，實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸設(shè)施裝備、運(yùn)輸組織的智能化，提升運(yùn)營(yíng)效率和服務(wù)質(zhì)量。

2017年1月，交通運(yùn)輸部計(jì)劃在港口智慧物流、危險(xiǎn)貨物安全管理等方面，選取一批港口正式啟動(dòng)智慧港口示范工程建設(shè)。

1 智慧港口的基本認(rèn)識(shí)

港口是水運(yùn)與陸運(yùn)的交接點(diǎn)，是工業(yè)活動(dòng)的重要基地，是綜合物流中心，是城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新增長(zhǎng)點(diǎn)。為了使港口的運(yùn)轉(zhuǎn)更有效率、更安全、更綠色，人們不斷求助于新的信息技術(shù)，數(shù)字化港口、自動(dòng)化港口、智能化港口等概念應(yīng)運(yùn)而生。近年來(lái)，隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的蓬勃興起，隨著谷歌人工智能程序AlphaGo贏得圍棋人機(jī)大戰(zhàn)的勝利，人們發(fā)現(xiàn)人工智能程序已經(jīng)有可能企及甚至超過(guò)人類智力；因此，對(duì)于智慧港口的認(rèn)識(shí)要從人工智能具有自我學(xué)習(xí)、自我適應(yīng)、自我決策、自我完善等能力的高度來(lái)認(rèn)識(shí)和理解[1]，而不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為是各種新技術(shù)的疊加或混合。無(wú)論新技術(shù)在港口應(yīng)用得多么復(fù)雜和深入，那都只應(yīng)歸于“數(shù)字化港口”“自動(dòng)化港口”“智能化港口”的范疇，而絕不是“智慧港口”的本義。

2 智慧港口發(fā)展的4個(gè)階段

2.1 初級(jí)階段――港口要素自我感知階段

智慧港口的基本特征是對(duì)港口要素的全面感知，依托物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)港口要素的可測(cè)、可視和可控。具體來(lái)說(shuō)，要對(duì)港口運(yùn)行過(guò)程中的運(yùn)載工具、裝卸設(shè)備、運(yùn)營(yíng)人員、運(yùn)輸貨物等進(jìn)行全方位的測(cè)量、監(jiān)控和分析，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、精準(zhǔn)地掌握整個(gè)港口系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，獲取所需要的所有靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)信息，包括信息流、物流和資金流。對(duì)港口系統(tǒng)中的任何對(duì)象、時(shí)間、地點(diǎn)、業(yè)務(wù)的全面感知是發(fā)展智慧港口的基礎(chǔ)條件。

當(dāng)前我國(guó)智慧港口建設(shè)還處在自我感知建立階段，并將長(zhǎng)期處于這一階段，這個(gè)階段的建設(shè)與智慧港口其他階段的建設(shè)是并行交叉的關(guān)系。目前港口要素感知的覆蓋面和聯(lián)網(wǎng)情況還有待提升，這對(duì)港口的動(dòng)態(tài)管理和多元服務(wù)產(chǎn)生制約。例如：當(dāng)前港口對(duì)危險(xiǎn)貨物安全監(jiān)管、船舶污染排放區(qū)，都面臨著難以及時(shí)獲知監(jiān)管對(duì)象動(dòng)態(tài)信息的問(wèn)題；港口范圍內(nèi)的船舶、車輛、貨物、裝卸設(shè)備、經(jīng)營(yíng)企業(yè)等信息還不完整，并且還缺乏與其他行業(yè)信息的整合應(yīng)用，如有利安全監(jiān)管的天氣環(huán)境信息等。

2.2 中級(jí)階段――港口系統(tǒng)自我建設(shè)階段

智慧港口發(fā)展的基礎(chǔ)是大量港口系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用，我國(guó)沿海港口建設(shè)已處于這一階段很久，并針對(duì)港口的各類業(yè)務(wù)、港口管理和經(jīng)營(yíng)者開(kāi)發(fā)了大量的信息系統(tǒng)。這些信息系統(tǒng)有力地支持了港口的業(yè)務(wù)發(fā)展，提升了港口的運(yùn)營(yíng)效率，但也不可避免地面臨信息孤島、新舊系統(tǒng)融合、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)等信息化建設(shè)中普遍存在的難題。隨著新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)沿海智慧港口發(fā)展的一個(gè)顯著標(biāo)志就是自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)。于2017年12月開(kāi)港試運(yùn)行的上海港洋山深水港區(qū)四期碼頭是全球規(guī)模最大、自動(dòng)化程度最高的碼頭，采用上港集團(tuán)自主研發(fā)的全自動(dòng)化碼頭智能生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)（TOS），覆蓋自動(dòng)化碼頭全部業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)并銜接上海港的各大數(shù)據(jù)信息平臺(tái)，整個(gè)碼頭的作業(yè)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。

2.3 高級(jí)階段――港口環(huán)境自我動(dòng)力階段

發(fā)展智慧港口與發(fā)展智能港口的區(qū)別，主要在于從自我建設(shè)階段到自我動(dòng)力階段的跨越，要找到港口發(fā)展的本質(zhì)需求和內(nèi)在動(dòng)力，應(yīng)從政策、制度、標(biāo)準(zhǔn)等軟環(huán)境上為智慧港口的建設(shè)保駕護(hù)航，這個(gè)軟環(huán)境的優(yōu)劣決定了智慧港口發(fā)展的縱深度。這個(gè)階段既需要港口內(nèi)部小環(huán)境的努力，也需要社會(huì)外部大環(huán)境的配合；正如智慧港口的發(fā)展一定離不開(kāi)智慧交通、智慧城市的發(fā)展一樣，要達(dá)到智慧化就不能有短板。

當(dāng)前智慧港口發(fā)展的自我動(dòng)力差異還很大，人們對(duì)于智慧港口的認(rèn)識(shí)還不一致，政府和企業(yè)都在不斷加大投入，但存在著只是將原來(lái)的信息化建設(shè)工程貼上智慧港口標(biāo)簽的問(wèn)題。我國(guó)港口眾多，沿海與內(nèi)河港口情況不同，集裝箱碼頭與大宗散貨碼頭情況不同，普通貨物碼頭與危險(xiǎn)貨物碼頭情況也不相同，要從政策制定、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和頂層設(shè)計(jì)層面明確不同港口建設(shè)智慧港的實(shí)施路徑，要解決從港口系統(tǒng)自我建設(shè)的中級(jí)階段邁向港口環(huán)境自我動(dòng)力階段的跨越問(wèn)題，也就是解決如何營(yíng)造一個(gè)適合智慧港口發(fā)展的環(huán)境問(wèn)題，建立一套適合智慧港口發(fā)展的動(dòng)力體系。

2.4 終級(jí)階段――港口體系自我適應(yīng)階段

智慧港口建設(shè)進(jìn)入這一階段后，港口的運(yùn)載工具、裝卸設(shè)備等將具備自我學(xué)習(xí)、自我適應(yīng)、自我決策、自我完善等四大特征，港口有了自己的生命力，它將根據(jù)外界環(huán)境的變化來(lái)選擇自我發(fā)展路徑。這個(gè)階段港口發(fā)展的“決策”完全不同于現(xiàn)在所有信息系統(tǒng)中的“決策系統(tǒng)”，它是在大數(shù)據(jù)分析技術(shù)達(dá)到一定程度下的“自主決策”。港口體系具有自我適應(yīng)能力是港口發(fā)展的愿景目標(biāo)，也是目前人類對(duì)港口發(fā)展能夠設(shè)想的終極階段。[2]

3 集裝箱碼頭的自動(dòng)化

面對(duì)全球工業(yè)4.0和“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展趨勢(shì)，自動(dòng)化集裝箱碼頭成為了智慧港口當(dāng)前及未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。截至2015年底，全球已建和在建的自動(dòng)化集裝箱碼頭共計(jì)51個(gè)，其中，以堆場(chǎng)自動(dòng)化裝卸為核心的半自動(dòng)化碼頭共36個(gè)，以全過(guò)程自動(dòng)化裝卸為核心的全自動(dòng)化碼頭共15個(gè)。我國(guó)廈門港、青島港和上海港均已建成自動(dòng)化集裝箱碼頭，極大地提升了港口的裝卸效率，促進(jìn)了港口的轉(zhuǎn)型升級(jí)。[3-4]endprint

自動(dòng)化集裝箱碼頭是在綜合應(yīng)用人工智能、運(yùn)籌學(xué)和系統(tǒng)工程理論的基礎(chǔ)上，采用自動(dòng)化作業(yè)設(shè)備及配套的管理和控制軟件，形成的一個(gè)完整的集裝箱裝卸作業(yè)工藝系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以全部或部分替代通常需要由人工控制的復(fù)雜的集裝箱搬運(yùn)和裝卸作業(yè)，碼頭現(xiàn)場(chǎng)需要配備的生產(chǎn)人員大量減少。目前，自動(dòng)化集裝箱碼頭一般可以實(shí)現(xiàn)集裝箱堆場(chǎng)作業(yè)和水平運(yùn)輸?shù)娜詣?dòng)化，岸邊集裝箱起重機(jī)裝卸船作業(yè)半自動(dòng)化。

結(jié)合我國(guó)港口實(shí)際情況，未來(lái)集裝箱碼頭向著智慧港口的目標(biāo)邁進(jìn)的過(guò)程中，可從以下5個(gè)方面加快發(fā)展。

（1）改造人工操作的集裝箱碼頭。為降低改造初期投資，可先利用現(xiàn)有設(shè)施進(jìn)行堆場(chǎng)半自動(dòng)化改造，而后擇機(jī)進(jìn)行全自動(dòng)化改造。日本名古屋港TCB碼頭的總體布局和工藝模式可為國(guó)內(nèi)集裝箱碼頭的自動(dòng)化改造提供借鑒，其堆場(chǎng)平行碼頭岸線布置，采用自動(dòng)化輪胎式集裝箱門式起重機(jī)（Automated Rubber Tired Gantry，ARTG）工藝、自動(dòng)導(dǎo)引車（Automated Guided Vehicle，AGV）運(yùn)箱進(jìn)堆場(chǎng)以縮短自動(dòng)化輪胎式集裝箱門式起重機(jī)行走距離，在提高自動(dòng)化程度的同時(shí)降低能耗。

（2）制定自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。在集裝箱碼頭總體布置模式、自動(dòng)化裝備、工藝、控制技術(shù)、環(huán)保節(jié)能等方面應(yīng)盡快制定行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，用以指導(dǎo)我國(guó)自動(dòng)化集裝箱碼頭的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)技術(shù)的跨越式發(fā)展。

（3）提升碼頭智能化作業(yè)管理系統(tǒng)水平。積極應(yīng)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)及移動(dòng)互聯(lián)等技術(shù)，不斷推動(dòng)全自動(dòng)化碼頭智能生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)向更高端智能化、智慧化方向發(fā)展。

（4）推動(dòng)全自動(dòng)化設(shè)備研發(fā)。推動(dòng)自動(dòng)堆垛起重機(jī)（ASC）的研發(fā)及其在全自動(dòng)化碼頭的應(yīng)用，推動(dòng)集裝箱自動(dòng)摘鎖技術(shù)及設(shè)備的研發(fā)。

（5）提升自動(dòng)化設(shè)備的軟硬件配置。應(yīng)用先進(jìn)算法、IT技術(shù)、人工智能、現(xiàn)代通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以及移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)，推動(dòng)設(shè)備控制系統(tǒng)（Equipmeut Control System，ECS）智能化發(fā)展。采用新型合金材料，在使自動(dòng)導(dǎo)引車和跨運(yùn)車（Shuttle Carrier，SC）輕型化的同時(shí)，提高載質(zhì)量，降低營(yíng)運(yùn)成本。

4 結(jié) 語(yǔ)

當(dāng)前智慧港口的建設(shè)還遠(yuǎn)未觸及“自我適應(yīng)”的終極階段，其發(fā)展歷程中的前3個(gè)階段的持續(xù)發(fā)展，也要寄希望于新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，還需要社會(huì)其他領(lǐng)域智慧化的配合。2017年初，AlphaGo擊敗數(shù)十位中日韓圍棋高手，轟動(dòng)棋界和科技界，打破了人們對(duì)機(jī)器“智力水平”的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，人工智能發(fā)展進(jìn)入了新階段。也許有一天，這種顛覆式的情況也會(huì)發(fā)生在港口發(fā)展中，打破人們的傳統(tǒng)觀念，從而進(jìn)入智慧港口建設(shè)新階段。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉興鵬，張澍寧.智慧港口內(nèi)涵及其關(guān)鍵技術(shù)[J].世界海運(yùn)，2016（1）：1-6.

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[4] 中國(guó)水運(yùn)網(wǎng).碼頭無(wú)人區(qū)：集裝箱自動(dòng)化發(fā)展之勢(shì)[EB/OL].[2016-07-05]（2017-08-01）http：//www.zgsyb.com/html/content/2016-07/05/content_544609.shtml.endprint