物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在港口信息化建設(shè)中的應(yīng)用研究

吳振銘 威海青威集裝箱碼頭有限公司

一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)理論基礎(chǔ)

（一）物聯(lián)網(wǎng)的定義

物聯(lián)網(wǎng)是根據(jù)移動互聯(lián)網(wǎng)和傳統(tǒng)式電信網(wǎng)的信息承載體，它能夠使這些單獨尋址的物理學(xué)目標中間完成互聯(lián)互通。當(dāng)今，物聯(lián)網(wǎng)通常為無線網(wǎng)絡(luò)，其中包含了豐富的信息內(nèi)容，包含了500-1000 兆個物體[1]。通過物聯(lián)網(wǎng)，人們可以通過電子標簽的形式將現(xiàn)實生活當(dāng)中的真實物體在網(wǎng)絡(luò)上進行聯(lián)接，并準確地查詢到具體的位置。與此同時，基于物聯(lián)網(wǎng)還可以對系統(tǒng)當(dāng)中的機器、設(shè)備以及人員等進行集中化的管理與控制，并對家庭設(shè)備以及汽車等進行遙控，達到防止物品被盜的效果。

（二）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念與特征

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)指的是根據(jù)信息傳感設(shè)備、按照約定信息協(xié)議，將物體聯(lián)入到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)當(dāng)中，實現(xiàn)物體與物體、物體與人之間的信息互通，在這個基礎(chǔ)上對物體進行智能化的感知、識別、跟蹤與管理的技術(shù)。從本質(zhì)上來說，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是基礎(chǔ)信息載體使物理對象互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，目前已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到了農(nóng)業(yè)、水利工程、電力工程、化學(xué)工業(yè)、建筑制造、交通運輸?shù)榷鄠€領(lǐng)域當(dāng)中，并在這個過程中還形成了很多新興產(chǎn)業(yè)。

實踐證明，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特征重要包括以下三個。第一是實時性，它指的是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以確保信息的實時獲取和實施傳遞，增強了決策解決的實時性和有效性；第二是大范圍，指的是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對現(xiàn)實世界之中大區(qū)域的信息開展采集、分析和處理，可以為決策處理提供充足的信息和數(shù)據(jù)支持；第三是自動化，指的是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計方案的愿景是利用自動化設(shè)備來替代人工，對系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備實行自動化控制，再無必須人工干預(yù)的情況下提高運行效率。

（三）無線通信

無線通信指的是在好幾個節(jié)點中間不經(jīng)過導(dǎo)體或是纜線而實現(xiàn)的遠距離通信散播，目前比較常見的無線通信包括收音機、無線電、手機、wifi 等。在人們的日常生活當(dāng)中，很多固定式和移動式的應(yīng)用都運用了無線通信的原理，除了各種數(shù)碼產(chǎn)品之外，GPS、無線鼠標等也需要將無線通信作為支撐。除此之外，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在運行和發(fā)揮作用的過程中也會將無線通信作為重要的技術(shù)手段。

（四）物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議

物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議能夠被分成傳輸協(xié)議和通信協(xié)議這兩個一部分，在其中傳輸協(xié)議的效果是承擔(dān)子網(wǎng)掩碼內(nèi)部設(shè)備中間的組合和通訊，通信協(xié)議則是運作在傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)TCP/IP 協(xié)議基本上的設(shè)備通訊協(xié)議，作用是完成設(shè)備中間的數(shù)據(jù)傳輸和互相通訊。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中，常用的傳輸協(xié)議包含RFID、紅外技術(shù)、藍牙技術(shù)、GPRS、Wi-Fi、NB-IoT 等這幾種，常用的通信協(xié)議則包含REST/ HTTP、CoAP、MQTT、DDS、AMQP、XMPP、JMS 等[2]。

二、港口信息化發(fā)展現(xiàn)狀及需求分析

（一）港口信息化現(xiàn)狀及存在的問題

在信息時代當(dāng)中，港口信息化發(fā)展和建設(shè)過程當(dāng)中所面臨的一個最為主要的問題就是信息安全。在這個過程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)做為信息時代的產(chǎn)物，在港口領(lǐng)域應(yīng)用的時間比較短，安全問題是較為突出的。在信息化建設(shè)的過程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運用雖然可以提高港口運行的效率和質(zhì)量，但在這個過程中也出現(xiàn)了信號干擾、病毒入侵及其通訊傳輸不安全等領(lǐng)域的難題。一方面，在網(wǎng)絡(luò)感知的過程中，無論是信息的采集還是傳輸都可能會出現(xiàn)安全問題。同時，在核心網(wǎng)絡(luò)層的信息傳輸及其物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)流程運作的全過程中也很有可能會產(chǎn)生安全性上的難題。另一方面，在港口信息化發(fā)展的過程中還可能會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)入侵、木馬病毒攻擊及其路由器攻擊等難題，這會對互聯(lián)網(wǎng)信息造成破壞，與此同時對港口物品信息和數(shù)據(jù)的完整性和可用性導(dǎo)致不好的危害。

（二）港口信息化業(yè)務(wù)流程

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐下，港口中這些能夠被鑒別和被控制并能開展信息交換的物質(zhì)都是會被嵌入一個電子標簽，該標簽可以與貨物一同移動。在供應(yīng)鏈的各個環(huán)節(jié)都可以對該標簽開展檢測，標簽上的數(shù)據(jù)和信息也可以傳遞到數(shù)據(jù)平臺上。通過這種方式，港口中特殊的物件就會在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)之中被映射為一個實體線。港口之中的貨品在歷經(jīng)每一個環(huán)節(jié)的過程中都是被紀錄和掃描儀。在這樣的情況下，公司就可以根據(jù)一個統(tǒng)一的平臺來完成貨物信息的共享，并通過供應(yīng)鏈延伸的方式與航運企業(yè)、物流企業(yè)等進行合作，溝通建立港口信息化業(yè)務(wù)管理的子系統(tǒng)，使信息和數(shù)據(jù)的交流與傳遞變得更為便利。

（三）港口信息化建設(shè)的運營狀況

在港口信息化建設(shè)與運行的過程中，企業(yè)充分利用了物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，形成了完善的供應(yīng)鏈體系。港口貨物的吞吐量比較大，同時大多數(shù)的港口還支持水陸聯(lián)運，是水陸交通的重要樞紐。在這樣的情況下，港口運輸規(guī)模也是比較大的。只有投入足夠的資金研發(fā)新技術(shù)，實現(xiàn)信息化建設(shè)，才能提高運輸?shù)男屎瓦\輸?shù)囊?guī)范性。在運營的過程中，要利用物聯(lián)網(wǎng)感知、互聯(lián)及其智慧的工藝特點來完成港口機器設(shè)備、船貨信息以及物流信息的互聯(lián)互通，提高港口智能化運行的效果。

三、港口信息化建設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計

（一）港口信息化建設(shè)的總體設(shè)計方案

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特點和港口信息化建設(shè)的特征，可以確定信息化建設(shè)的總體設(shè)計方案。在這個過程中，可以利用不同類型的傳感設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備及其GPS 定位技術(shù)來進行信息的采集工作，同時基于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)來將陸路運輸、港口作業(yè)及其貨運物流武器裝備等信息系統(tǒng)軟件做好融合，從而得到更加健全的港口管理方法信息，這能夠為港口作業(yè)管控給予信息層面的適用，與此同時為港口公共貨運物流信息化服務(wù)平臺的快速發(fā)展和運作給出的數(shù)據(jù)來源于方式。在這個全過程中，能夠根據(jù)差異的港口生產(chǎn)制造企業(yè)將其劃定為不一樣的產(chǎn)業(yè)園區(qū)，每一個產(chǎn)業(yè)園區(qū)都涵蓋了路運貨運運輸、港口作業(yè)等管理體系，在這個基礎(chǔ)上可以更好地進行信息化建設(shè)。

（二）物聯(lián)網(wǎng)的軟件選擇

在港口信息化建設(shè)的過程當(dāng)中，選擇合適的物聯(lián)網(wǎng)軟件是十分有必要的。在這個過程中，能夠選擇AWS IoT Device Management來對系統(tǒng)之中的設(shè)備開展管理，它可以通過無線通信的方式來實現(xiàn)遠程管理，為信息化建設(shè)提供便利的服務(wù)。在該軟件的支持下，港口能夠構(gòu)建起獨立的Web 應(yīng)用程序，并通過這種方式對設(shè)備的運行情況進行監(jiān)視，同時可以有效地解決設(shè)備在操作上和在安全上的問題[3]。與此同時，還可以與云平臺的設(shè)備進行連接，對物聯(lián)網(wǎng)發(fā)送的設(shè)備警報開展審核和監(jiān)視，并在這個基礎(chǔ)上進行安全修復(fù)。

（三）物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的港口信息化平臺數(shù)據(jù)采集的維度和頻率的都是比較高的，系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)備的數(shù)量也是比較多的，整體采集的數(shù)據(jù)量比較大。與此同時，平臺對物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的實時性要求比較高，港口信息化信息的運行需要大量的實時數(shù)據(jù)。除此之外，系統(tǒng)當(dāng)中的數(shù)據(jù)具有靜態(tài)化的特征，在產(chǎn)生之后不會再發(fā)生變化。因此，在選擇物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的時候要避免傳統(tǒng)的事務(wù)型數(shù)據(jù)庫，而是要選擇支持數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的新型數(shù)據(jù)庫。在這個過程中，PostgreSQL 可以滿足實際需要，數(shù)據(jù)查詢的速度也是比較快的。

四、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在港口信息化建設(shè)中的實現(xiàn)

（一）物聯(lián)網(wǎng)平臺

在港口信息化建設(shè)的過程中，要構(gòu)建起完善的物聯(lián)網(wǎng)平臺，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來對港口現(xiàn)場作業(yè)、理貨、車輛進出港等進行管理。在這個過程中，要應(yīng)用RFID 電子車牌替代紙面票據(jù)和傳統(tǒng)式入港證，與此同時對雜貨港口生產(chǎn)系統(tǒng)的貨品信息和汽車數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)即時收集，并對生產(chǎn)、庫場以及出入港等進行動態(tài)化的管理[4]。在物聯(lián)網(wǎng)平臺構(gòu)建的過程中，除了要運用RFID 技術(shù)之外，還要配置紅外感應(yīng)器、強求定位系統(tǒng)、傳感器等設(shè)備，實現(xiàn)運輸工具、物流對象之間的互聯(lián)互通，達到信息交換和信息通訊的目的，并對港口物流進行智能化識別、智能化跟蹤定位與管理。

（二）港口信息化系統(tǒng)關(guān)鍵功能設(shè)計

當(dāng)前，海港信息化系統(tǒng)的關(guān)鍵作用具體表現(xiàn)在智能閘口系統(tǒng)軟件和智能車子作業(yè)系統(tǒng)這兩個層面。在智能閘口系統(tǒng)當(dāng)中，車輛進到閘口的情況下讀寫器能夠獲取RFID 內(nèi)的數(shù)據(jù)，并將其傳遞到后臺系統(tǒng)，自動化地生成行車指南，減少人為干預(yù)，提高通關(guān)效率。在智能車輛作業(yè)系統(tǒng)當(dāng)中，港口全部的運輸車輛和駕駛員都配備了專業(yè)的RFID 車卡和駕照，在駕駛車輛的時候，駕駛員會將自己信息與實際操作車子信息開展關(guān)系，與此同時系統(tǒng)軟件可以將駕駛員的作業(yè)單據(jù)和作業(yè)場所等數(shù)信息傳送到車截終端設(shè)備，使駕駛員更好地了解作業(yè)信息，不僅可以提高作業(yè)調(diào)度的效率，與此同時還可以對車輛和駕駛員的工作量開展核算。

（三）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與其它模塊

在基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對港口信息化體系結(jié)構(gòu)進行規(guī)劃的過程中，形成了陸路客貨運輸體系和港口碼頭作業(yè)體系這兩個重要的模塊[5]。其中陸路客貨運輸體系的功能是搜集港口來往車輛的信息，并運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來對車輛的信息進行記錄和識別，為管理部門和貨主的監(jiān)管和查詢提供便利。在港口碼頭作業(yè)體系當(dāng)中，可以對碼頭最前沿的作業(yè)信息進行搜集，同時通過視頻監(jiān)控、識別傳感等技術(shù)來了解前沿的生產(chǎn)情況，達到無盲區(qū)監(jiān)管的效果，使管理人員更好地了解現(xiàn)場生產(chǎn)與管理狀況，提高決策的精準性。

五、結(jié)論

總的來說，在港口發(fā)展的過程中，信息化建設(shè)是一個重要的趨勢，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成了重要的技術(shù)支持。在這個過程中，管理人員要形成完善的信息化建設(shè)方案，要結(jié)合港口的特點和需要對物聯(lián)網(wǎng)軟件和數(shù)據(jù)庫進行合理選擇。與此同時，在這個過程中還要關(guān)注信息安全的問題，結(jié)合實際情況對港口信息化系統(tǒng)進行改進與創(chuàng)新，推動我國智能化港口的發(fā)展進程。在未來，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，港口信息化建設(shè)還將向著規(guī)范化、精準化以及安全化的方向不斷發(fā)展。