智慧系泊在智能港中的應(yīng)用探索

倪文利

（山東交通職業(yè)學(xué)院 山東濰坊 261000）

一、“智慧系泊”提出的背景

目前，以上海洋山港為代表的智慧港在規(guī)劃建設(shè)中，港口物物之間的互聯(lián)，工作人員或客戶可以隨時(shí)查看港口集裝箱、機(jī)械設(shè)備、車輛等狀態(tài)、位置等級(jí)港口業(yè)務(wù)的運(yùn)維系統(tǒng)基本建立，在許多領(lǐng)域的系統(tǒng)都實(shí)現(xiàn)了機(jī)器換人，但在船舶系泊操作的領(lǐng)域，人工的使用率依然很高，船舶進(jìn)出港時(shí)人工系泊操作需全船人員三分之二在船首船尾作業(yè)，而且潛在風(fēng)險(xiǎn)很高，出現(xiàn)過很多人員傷亡的案例，對(duì)安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重威脅。同時(shí)人工系泊的效率較低，不利于船舶經(jīng)濟(jì)性能的提升。因此依托信息化技術(shù)，融合智能交通理念，構(gòu)建高度信息化、高度自動(dòng)化和高度集成化的“智慧系泊”系統(tǒng)在港口建設(shè)中顯得極為迫切，該機(jī)器換人系統(tǒng)也會(huì)成為智慧港的重要組成部分，填補(bǔ)港口系泊領(lǐng)域的國(guó)際空白。[1]

二、“智慧系泊”的需求分析

1.船員市場(chǎng)供給側(cè)現(xiàn)狀使得系泊操作人員緊缺

近年來，受國(guó)際經(jīng)濟(jì)金融危機(jī)影響，國(guó)際航運(yùn)市場(chǎng)總體表現(xiàn)低迷，直接導(dǎo)致航運(yùn)企業(yè)縮減人才需求計(jì)劃。從船員市場(chǎng)供給看，管理級(jí)船員不足，操作級(jí)船員過剩，支持級(jí)船員緊缺。港口的系泊操作，主要依靠管理級(jí)船員的指揮和支持級(jí)船員的操作，因此船員市場(chǎng)供給側(cè)的不平衡，使得人工系泊操作人手尤其是有經(jīng)驗(yàn)的人員較為緊缺。[2]

2.常規(guī)系泊作業(yè)系統(tǒng)與人工系泊存在的問題

（1）常規(guī)系泊作業(yè)系統(tǒng)組成。船舶系泊裝置是船舶靠離碼頭、系離浮筒、傍靠他船或拖帶時(shí)，用以帶纜、絞纜的設(shè)備統(tǒng)稱為系泊設(shè)備。系泊設(shè)備由系船纜、導(dǎo)纜裝置、挽纜裝置、絞纜機(jī)械、系纜卷車及屬具組成。絞纜機(jī)械又稱系纜絞車，用于絞收纜繩。一般情況來講，船上裝有七臺(tái)絞車:船艏3臺(tái)，船艉4臺(tái)。絞車的結(jié)構(gòu)規(guī)定能把兩根系索分別卷在卷筒的兩側(cè)，這樣便能保證向任何一舷輸送系索。因此，在每臺(tái)絞車附近，設(shè)有兩個(gè)帶六角滾輪的導(dǎo)纜孔，以免系索與船體結(jié)構(gòu)發(fā)生摩擦。船舶系纜前的全部準(zhǔn)備工作是絞車測(cè)試，纜繩預(yù)處理。

（2）纜繩作用及受力分析：艏纜是靠泊時(shí)，由船艏最前端向前出纜，向前帶到碼頭上，一則將船艏部分靠緊碼頭，同時(shí)，防止船舶后移；艉纜是靠泊時(shí)，由船艉最后端向后出纜，向后帶到碼頭上，一則將船艉部分靠緊碼頭，同時(shí)，防止船舶前移；艏倒纜是在船艏部甲板適當(dāng)位置，靠泊時(shí)，由甲板出纜后，向船艉方向帶到碼頭上，協(xié)助艉纜，防止船舶前移；艉倒纜是位于船艉部甲板適當(dāng)位置，靠泊時(shí)，由甲板出纜后，向船艏方向帶到碼頭上，協(xié)助艏纜防止船舶向后移動(dòng)；艏橫纜是位于艏纜與艏倒纜之間，與船體約垂直方向帶到碼頭上，使船體靠緊碼頭；艉橫纜是位于艉纜與艉倒纜之間，與船體約垂直方向帶到碼頭上，使船體靠緊碼頭。

（3）人工系泊存在問題。隨著國(guó)際貿(mào)易的發(fā)展，船舶的大型化成為一種趨勢(shì)，船舶大型化不但對(duì)船舶設(shè)計(jì)和制造提出了更高的要求，也對(duì)碼頭船舶的系泊安全性提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。一方面，大型船舶在碼頭系泊時(shí)，使用了大量的系泊纜繩，在系泊過程中，會(huì)存在風(fēng)、浪、流等作用的外載荷，人工作業(yè)因外載荷的不斷變化在各纜繩的分配難以做到均衡，在這種受力不均勻的狀態(tài)下，受力最大的纜繩容易崩斷，繼而其他的纜繩相繼崩斷，釀成嚴(yán)重的海損事故；另一方面，現(xiàn)代船舶特別是集裝箱船靠離泊頻繁，作業(yè)周期快，勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)人員時(shí)長(zhǎng)處于疲勞狀態(tài)，而且惡劣海況下，人工撇纜，帶纜準(zhǔn)確率底，延長(zhǎng)了船舶靠港時(shí)間，增加了相應(yīng)的費(fèi)用，也直接影響船舶安全系泊安全作業(yè)。

3.機(jī)器換人“智慧系泊”模型的建立

（1）智慧港口信息化基礎(chǔ)建設(shè)

港務(wù)集團(tuán)虛擬園區(qū)網(wǎng)是通過先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)港務(wù)集團(tuán)園區(qū)網(wǎng)端到端虛擬化，可以實(shí)現(xiàn)在一套高性能高可靠物理網(wǎng)絡(luò)上得到N部分虛擬網(wǎng)絡(luò)資源分配給不同的碼頭分公司使用，既能節(jié)省投資，又能簡(jiǎn)化管理。虛擬的網(wǎng)絡(luò)資源能夠靈活控制，相互間可實(shí)現(xiàn)安全隔離或可控互訪，滿足港口業(yè)務(wù)規(guī)劃。港口碼頭室外無線網(wǎng)絡(luò)是專業(yè)級(jí)的室外無線解決方案，具備IP66等級(jí)，能夠穩(wěn)定工作于-40～65℃環(huán)境，適用于港口室外復(fù)雜環(huán)境，為港口堆場(chǎng)、碼頭室外作業(yè)區(qū)手持終端、車載終端、RFID讀寫器、無線監(jiān)控、無線語(yǔ)音等提供無線WIFI接入。[3]

（2）智慧系泊系統(tǒng)構(gòu)建

駕控中心位置設(shè)置在船舶駕駛臺(tái)，靠離港時(shí)以引航員、船長(zhǎng)為中心，值班駕駛輪機(jī)員為協(xié)助，協(xié)同控制船舶智能系統(tǒng)、岸基服務(wù)設(shè)施，完成船舶操縱，無人機(jī)遙控自動(dòng)攜帶纜繩、船舶機(jī)器人操作絞纜機(jī)、港口機(jī)器人拖帶纜繩系纜樁、絞纜機(jī)自動(dòng)預(yù)纜及脫扣系統(tǒng)等智慧工作過程。

機(jī)控中心位置設(shè)置在機(jī)艙集控室，以輪機(jī)長(zhǎng)為中心，值班輪機(jī)員為協(xié)助，配合駕控中心，完成船舶機(jī)器人操作絞纜機(jī)、絞纜機(jī)自動(dòng)預(yù)纜及脫扣系統(tǒng)作業(yè)前測(cè)試、過程監(jiān)控及系統(tǒng)故障應(yīng)急處理。

系統(tǒng)監(jiān)控中心在港口碼頭管理中心、駕控中心、機(jī)控中心分別設(shè)置顯示終端，實(shí)時(shí)傳送船舶靠離港作業(yè)場(chǎng)景。

無人機(jī)遙控自動(dòng)攜帶纜繩模塊在駕控中心配置移動(dòng)終端，根據(jù)引航員、船長(zhǎng)的指令，無人機(jī)遙控操作由值班駕駛控制，無人機(jī)可使用四旋翼飛行器完成水平和垂直飛行，配備攝像頭方便值班駕駛員操作，無人機(jī)下方安裝纜繩攜帶裝置方便將纜繩送至港口機(jī)器人。

船舶機(jī)器人操作絞纜機(jī)模塊在駕控中心配置移動(dòng)終端，根據(jù)引航員、船長(zhǎng)的指令，大副操控設(shè)于船頭機(jī)器人操作絞纜機(jī)，二副操控設(shè)于船尾機(jī)器人操作絞纜機(jī)，船舶機(jī)器人主要負(fù)責(zé)操作絞纜機(jī)完成啟停、正反轉(zhuǎn)等功能。

港口機(jī)器人拖帶纜系纜樁模塊在駕控中心配置移動(dòng)終端，根據(jù)引航員、船長(zhǎng)的指令，大副操控設(shè)于船頭港口機(jī)器人拖帶纜系纜樁，二副操控設(shè)于船尾港口機(jī)器人拖帶纜系纜樁，港口機(jī)器人安裝纜繩攜帶裝置，與無人機(jī)配合接受纜繩，然后將纜繩系在系纜樁上。

結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)“一帶一路”戰(zhàn)略的實(shí)施，航運(yùn)業(yè)必將迎來大力發(fā)展的絕佳機(jī)遇，港口需要?？康拇皵?shù)量、種類必將大幅增加，這對(duì)船舶靠港系泊作業(yè)的高效性和安全性提出了新的挑戰(zhàn)。隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的進(jìn)一步成熟和應(yīng)用，未來的港口將向是"智慧"的港口發(fā)展，其中“智慧系泊”必將是其中的重要環(huán)節(jié)。本創(chuàng)意通過虛擬化軟件和機(jī)器人的有機(jī)結(jié)合，依托信息化技術(shù)，融合智能交通理念，構(gòu)建高度信息化、高度自動(dòng)化和高度集成化的“智慧系泊”系統(tǒng)，機(jī)器換人有效的解決了人工系泊效率較低，受環(huán)境影響大，安全性能不高的問題，為我國(guó)“智慧”港口建設(shè)提供了一塊技術(shù)含量高、時(shí)效性強(qiáng)且易于實(shí)現(xiàn)的拼圖。

智慧系泊系統(tǒng)模塊關(guān)聯(lián)圖

[1]智慧港口解決方案.工程中心.2015.4.

[2]張曉.未來港口財(cái)富論壇.2011.2.

[3]徐小鳳.物聯(lián)網(wǎng)在未來港口中的應(yīng)用探析J.中國(guó)水運(yùn).2011.01.