1、物联网环境下集装箱堆场管理系统解决方案在国际贸易蓬勃发展的背景下,集装箱物流以其高效、安全、便捷等特点在国际航运中发挥着越来越重要的作用。2010 年上海港和深圳港集装箱吞吐量分别达到和,分列世界港口集装箱吞吐量第一和第四位。随着港口集装箱吞吐量的上升,集装箱堆场的集装箱处理量大幅度提升,堆场作业效率不仅直接关系整个港口的物流效率和成本,而且关系船公司和货主的切身利益。1 在集装箱物流快速发展的同时,2010 年我国物联网产业市场规模达到亿元人民币 。物联网通过无线数据通信网络,把无线射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)标签存储的产品电子代码自动采
2、集到中央信息系统中,从而实现对物品的识别。将物联网运用到集装箱堆场管理中不仅可以实现对堆场内集装箱的定位和跟踪,而且可以利用开放的计算机网络实现信息交换和共享,通过对数据进行及时的分析处理为集装箱堆场管理提供解决方案。本文以物联网为背景,在分析目前大多数集装箱堆场所面临的堆存区规划和箱位管理问题的基础上,提出基于物联网的集装箱堆场管理系统解决方案,以达到降低堆场翻箱率、提高箱位分配效率的目的。 1 基于物联网的集装箱堆场管理需求 目前我国大多数港口主要通过人工或半自动方式采集集装箱信息,存在效率低、差错率高、不及时等缺点,影响后期数据信息的传输和应用。随着集装箱运输的发展,越来越多的集装箱堆场
3、及其客户(包括船公司、集装箱制造公司以及用箱公司等)要求建立信息共享平台,实现数据信息共享。除此之外,集装箱堆场管理还存在其他许多尚待解决的问题。 (1)集装箱识别精度较低。集装箱在进出堆场或在堆场堆存的过程中通过箱号进行识别,集装箱交接也以箱号为准。目前经常采用的集装箱数据采集方法有人工采集和图像识别等。人工采集的数据有 35%是不准确或不实时的;而采用图像识别方式进行监管则需要用 45 台摄像机同时拍摄,成本较高,识别率也只能达到 80%90%,雨雾天气下的识别率则更低,对供应链的整体效率造成一定影响。 (2)进提箱作业出错率较高。提箱作业指码头将堆场集装箱提供给客户的作业,这对堆场服务的
4、准确性和高效性的要求较高;然而,受船公司放箱和收箱指令、堆场箱管信息、闸口工作人员发放指令、吊机工作准确度等因素的影响,堆场进提箱作业出错率居高不下。 (3)堆场管理依赖人工经验。目前,多数集装箱堆场的堆存区规划、箱位计划等均依靠人工经验安排,因人工规划考虑的因素不够全面且精准度有限,具有很大局限性,部分堆场使用的堆场管理系统只能起到代替员工手工劳动的作用,无法为管理者提供有效的决策支持。 (4)翻箱率较高。翻箱问题在各个堆场普遍存在,部分堆场的翻箱率甚至达到 20%左右。按堆场年处理箱量 100 万 TEU 计算,每年翻箱量达到 20 万 TEU;单位翻箱成本(包括人员成本、燃油费和维修费等
5、)近 30元人民币,每年翻箱成本接近 420 万元人民币。 针对集装箱堆场存在的上述问题,引入物联网,将 RFID 技术应用于集装箱自动识别和货物信息数据采集,实现物品追踪定位,从而解决集装箱识别精度较低的问题;所有集装箱的信息均能在系统里查找,减少各终端输入错误,从而保证堆场进提箱作业的准确度,使提箱效率得以提升;建立堆场集装箱管理平台,实现用箱公司、船公司、集装箱制造公司及海关之间的信息共享,由数据库存储集装箱的进场时间,并预先存储集装箱的出场时间、箱属、箱型、内装货物等信息,由系统按照一定顺序自动为集装箱分配箱位,并在预计出场时间之前自动分配不同的时间段给客户并通知其前来提箱,从而避免人
6、工安排箱位,并减少随机提箱、装船等造成的翻箱情况。 2 物联网环境下 RFID 技术在堆场管理中的作用 物联网指在计算机互联网的基础上,利用 RFID 和无线数据通信等技术构造覆盖世界上万事万物的网络,在该网络中,物品(商品)无需人的干预即可彼此“交流” 。2RFID 正是能够让物品“开口说话”的技术,在 RFID 标签中存储着规范且具有互用性的信息,无线数据通信网络将之自动采集到中央信息系统,从而实现对物品的识别,进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享,并实现对物品的透明化管理。RFID 技术是形成堆场物联网的必备条件,在集装箱堆场管理中起到十分关键的作用,具体表现为: (1)集装箱唯
7、一标识 基于产品电子代码的 RFID 标签利用微型芯片存储信息,并采用特殊薄膜封装技术,体积大大缩小,并且随着技术改进和推广应用,其成本不断降低;此外,RFID 标签利用全球统一标识系统编码技术,能够为每个物品设定唯一的身份标识。3 (2)记录集装箱信息 集装箱上的 RFID 电子标签可以记录固定信息,包括序列号、箱号、持箱人、箱型、尺寸等,还可以记录可改写信息,如货品信息、运单号、启运港、目的港、船名、航次等,且这些可改写信息可以随着物品的转移变化而实时更新。 (3)读写标签信息 RFID 技术能够帮助设备读取标签信息或将信息写入标签,并将读出的标签信息通过有线或无线通信网络传输给计算机系统
8、,以便对之进行管理和相关操作。 3 物联网环境下集装箱堆场管理系统解决方案 物联网环境下的集装箱堆场管理系统利用 RFID 技术,通过计算机互联网实现集装箱自动识别、信息互联和共享及智能管理。该系统可以实时记录堆场中集装箱、货物、箱位、集装箱进出堆场时间等信息以及相关安全信息(如合法开箱时间和地点、非法开箱时间等) ,结合互联网及覆盖整个堆场的通信服务商网络,实现对堆场内集装箱的实时感知;该系统还能智能地分配箱位,并根据箱位顺序和集装箱出场时间,分配不同时间段给各个客户;此外,该系统可以经由通信网络向客户手机终端发出通知,客户也可以通过信息平台查询重箱信息。4该系统的服务对象是与集装箱堆存相关
9、的组织或个体,如船公司、海关、集装箱租赁公司和堆场等。 3.1 系统构架 物联网环境下的集装箱堆场管理系统可分为集装箱 RFID 自动识别子系统、传输网络子系统、堆场数据处理子系统和堆场信息服务平台等多个部分。集装箱 RFID 自动识别子系统以二维码、RFID 和传感器为主,实现对集装箱或物品的自动识别;传输网络子系统通过现有互联网和通信网络实现集装箱信息、货物信息等数据的传输;堆场数据处理子系统的作用在于完善从传输网络子系统传来的信息,添加集装箱进出场时间、目的港等信息,运用先进的算法或者租用云计算服务给集装箱分配箱位;堆场信息服务平台旨在实现用箱公司、船公司、集装箱制造公司的信息共享。此外
10、,集装箱堆场管理系统可以接入商检、海关、检验检疫、外汇管理局等机构网络,共享堆场信息。物联网环境下的集装箱堆场管理系统框架如图 1 所示。 (1)集装箱 RFID 自动识别子系统 集装箱堆场设置 2 组 RFID 读写器,分别为 RFID 进场控制读写器和堆场内 RFID 监控读写器。前者主动读取装有电子标签集装箱的进场信息,后者可配合跨运车对堆场内集装箱实施安全监控和追踪定位。5集装箱 RFID 自动识别子系统通过电子地磅仪表获取质量数据,通过箱号识别模块获得集装箱图像信息并进行箱号识别,将采集到的数据实时上传至网络。集装箱电子标签采用有源标签,以保证集装箱的各种信息能够被自动、快速 、远距
11、离、可靠地采集和识别。 (2)传输网络子系统 传输网络子系统的主要作用在于实时上传自动采集的集装箱信息,保证数据传输在整个堆场有效运行。该子系统依赖现有大型通信网络运营商的无线通信网络,既减少组网成本,又提高互联网接入的灵活性。当前,我国 WiFi 技术发展很快, 利用此方式接入互联网也是选择之一。 (3)堆场数据处理子系统 堆场数据处理子系统的主要作用:完善由传输网络子系统传来的集装箱数据信息,添加集装箱预计出场时间、目的港、收货人及其联系方式、报关情况等;通过云计算服务器,根据集装箱的目的港、尺寸、种类、质量级别、出场时间等自动为集装箱分配合适的箱位,并向堆场的装卸设备发出作业指令。 (4
12、)堆场信息服务平台 堆场信息服务平台可以与用箱公司、船公司、集装箱制造公司共享信息,向堆场客户提供集装箱安全信息、货物信息和集装箱进出堆场信息的实时查询服务,并根据数据信息确定客户应提箱时间,在集装箱出场前由系统自动发送通知到客户负责人的手机终端。6 3.2 系统业务流程 基于物联网的集装箱堆场管理系统构架依据堆场的业务流程建设而成,系统构架与系统业务流程互相匹配才能够推进堆场的信息化管理及整体发展。物联网环境下集装箱堆场业务流程如图 2 所示。 4 结束语 基于物联网的集装箱堆场管理系统一方面为货主、船公司、集装箱制造公司等参与主体创造更多价值,使其不需要付出任何成本即可接入互联网 终端,随
13、时随地获知货物状况,另一方面通过实现物品跟踪和信息共享,提高堆场管理效率,降低堆场翻箱率。设计和开发基于 RFID 技术的集装箱堆场管理物联网系统,除要不断发展 RFID 技术外,还需要综合考虑堆场的流程和特点等,以提高其适应性、针对性和应用性。 参考文献: 1 徐小凤. 物联网在港口运营中的应用探析J. 中国水运, 2011,11(1):26-27. 2 周敏,师源,徐祯炜,等. 基于物联网的供应链管理应用研究J. 价值工程,2010,26(9):37-38. 3 史琳. 基于 RFID 技术的铁路集装箱实时查询系统的研究与实现D. 北京:北京交通大学,2008. 4 丁以中,费红英,韩晓龙. 港口集装箱流研究现状与分析J. 上海海运学院学报,2004,25(2):45-54. 5 杨玫. 青岛前湾集装箱码头堆场管理策略研究D. 大连:大连海事大学,2006. 6 GAUKLER G M. RFID in supply chain managementD. Stanford: Stanford University, 2005. (编辑:曹莉琼 收稿日期:2013-04-08)