上海建設(shè)國際航運(yùn)中心， 必須提高港口集裝箱處理的核心競爭力。２００５ 年， 上海港集裝箱吞吐量已達(dá) １８０８ 萬標(biāo)準(zhǔn)箱， 連續(xù)三年保持世界第三。上海港在逐步成為國際集裝箱運(yùn)輸樞紐大港的同時(shí)， 必須在技術(shù)創(chuàng)新、科學(xué)管理方面與此同步。上海港技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新是上海實(shí)施 ＂科教興市 ＂主戰(zhàn)略的組成部分， 也是上海建設(shè)國際航運(yùn)中心的技術(shù)支撐。
自動化無人堆場系統(tǒng)
２００４ 年 ６ 月， 上海港集團(tuán)與振華港機(jī)、上海交通大學(xué)合作， 啟動自動化無人堆場系統(tǒng)項(xiàng)目；2００６ 年 ３ 月， 在上海港外高橋二期建成了國際領(lǐng)先的集裝箱自動化無人堆場， 并順利完成了工業(yè)性試生產(chǎn)。
１． 堆場裝卸工藝方案
該方案創(chuàng)新了一套高、低架軌道龍門吊和緩沖區(qū)相結(jié)合的接力式堆場裝卸工藝系統(tǒng)。
堆場總體布局。堆場面積： ２６４ｍ×２４５ｍ＝ ６４，６８０ｍ２； 堆存能力： ５ 垛×８層×６４ 排×６ 列＝ １５，３６０ＴＥＵ。一期工程： 已完成 ２ 垛。二期： 將完成另 ３ 垛。
堆場的主要特點(diǎn)。一是集卡不進(jìn)入堆區(qū)， 在堆區(qū)兩端完成裝卸， 在自動的作業(yè)過程中確保了司機(jī)的安全； 二是裝卸集卡與堆存箱分別由高架軌道吊（ ＤＲ－ＭＧ） 和低架軌道吊（ ＣＲＭＧ） 通過地面緩沖區(qū)進(jìn)行中轉(zhuǎn)接力完成； 堆區(qū)集裝箱排列方向和集卡方向一致， 并將垂直作業(yè)和水平作業(yè)分開； 顯著提高了作業(yè)效率；三是創(chuàng)新設(shè)計(jì)獨(dú)立運(yùn)行的雙小車 ＤＲＭＧ 配上二個(gè)吊具， 可以一次起吊二只 ４０英尺或 ４ 只 ２０ 英尺箱； 并具有冗余功能； 四是地面固定式集裝箱轉(zhuǎn)接平臺， 解決了進(jìn)出箱裝卸能力不平衡的難題， 同時(shí)其導(dǎo)板結(jié)構(gòu)保證了集裝箱的快速落位， 有助于規(guī)范進(jìn)出箱區(qū)集裝箱的位置， 提高了 ＤＲＭＧ 提取箱的作業(yè)效率； 五是 ＣＲＭＧ 專門用來裝卸集卡， 易于實(shí)現(xiàn)防搖和定位； 使集卡快速裝卸， 大大減少集卡的逗留時(shí)間。
２． 堆場智能控制系統(tǒng)
集裝箱的堆放策略。相同船公司的集裝箱集中堆放； 相同計(jì)劃任務(wù)的集裝箱集中堆放； 相同箱型的集裝箱集中堆放； 相同箱高的集裝箱集中堆放。
操作對象的數(shù)字化描述。堆場場地 ／ 緩沖區(qū)工位數(shù)字化編碼， 箱區(qū)碼＋ 箱區(qū)位碼＋ 箱區(qū)排碼＋ 箱區(qū)層高碼， 如 Ｄ１０１１１ 表示該箱位置為 Ｄ１ 區(qū) ０１ 位第 １ 排第 １ 層。ＣＲＭＧ、ＤＲＭＧ、集卡等裝卸裝備的數(shù)字化編碼， 集裝箱的數(shù)字化標(biāo)識，如集裝箱個(gè)體屬性： 箱型、箱高，群體屬性： 所屬公司、作業(yè)批次。
緩沖區(qū)中轉(zhuǎn)方案優(yōu)化。進(jìn)箱或出箱作業(yè)過程中， 緩沖區(qū)優(yōu)化分配， 雙 ２０＇、單４０＇、單 ４５＇ 與單 ２０＇ 分開堆放， 保證雙小車同時(shí)作業(yè)。進(jìn)箱或出箱作業(yè)過程中， 拼箱方案優(yōu)化， 后堆放的 ２０＇ 單箱與先堆放的 ２０＇ 單箱集中堆放， 形成雙 ２０＇ 堆放。
堆場 ＂山 ＂字形堆放策略。空箱 ＂山 ＂字型堆放， 可以防止倒箱， 增強(qiáng)高垛箱防風(fēng)能力。可以實(shí)現(xiàn)在大車運(yùn)動時(shí)， 吊具同時(shí)進(jìn)行提升作業(yè)， 不會和場地上的集裝箱發(fā)生碰撞， 提高了作業(yè)效率和安全性。
３． 堆場智能道口技術(shù)
信息識別。自動識別集卡信息和自動識別箱號信息。
信息校驗(yàn)。根據(jù)碼頭生產(chǎn)管理系統(tǒng)， 校驗(yàn)集卡車號和集裝箱箱號。
信息反饋。根據(jù)堆場箱區(qū)業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)系統(tǒng)（ ＬＤＳ） ， 指示集卡在堆場的作業(yè)目的地將進(jìn)入智能堆場箱區(qū)的集卡車號及裝載的箱號信息， 反饋提交給碼頭生產(chǎn)管理系統(tǒng)（ ＧＤＳ） 。
智能道口系統(tǒng)構(gòu)成。集箱箱號 ＯＣＲ 識別系統(tǒng)、ＲＦＩＤ 車號識別管理系統(tǒng)、道口自助終端系統(tǒng)。
４． 堆場地基不均勻沉降控制
集裝箱自動化堆場對土建提出了特殊要求， 地面的平整是確保集裝箱準(zhǔn)確對位的基礎(chǔ)。采用土工格柵處理的方案， 配合振動碾壓與降水的聯(lián)合的方法以解決堆場地基的不均勻沉降問題。
５． ＣＲＭＧ 裝卸作業(yè)定位系統(tǒng)
研制了一種集裝箱作業(yè)的自動定位系統(tǒng)， 在世界上首次實(shí)現(xiàn)了對集卡的無人自動對箱和落箱。工業(yè)性試驗(yàn)情況。從 ２００６ 年 ３ 月 １５ 日起， 正式啟用自動化堆場， 進(jìn)行工業(yè)性試生產(chǎn)。截止 ２００６ 年 ４ 月 １５ 日， 系統(tǒng)共完成了 ５１４６ＴＥＵ 作業(yè)。２００６ 年 ４ 月底， 無人堆場投入正式運(yùn)營。
港口數(shù)字化智能化管理系統(tǒng)
１． 大型機(jī)械設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)
ＲＣＭＳ 監(jiān)控系統(tǒng)功能。大型機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障診斷和維護(hù)管理， 包括對輪胎吊（ ＲＴＧ） 的 ＧＰＳ實(shí)時(shí)定位； 與集裝箱生產(chǎn)實(shí)時(shí)管理系統(tǒng)（ ＣＴＭＳ） 的接口；通過 ＩＥ 瀏覽器實(shí)時(shí)查看起重機(jī)設(shè)備的工作狀態(tài)、業(yè)務(wù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)及故障信息。
２． 基于橋吊效率最優(yōu)化實(shí)時(shí)配載系統(tǒng)
橋吊效率是集裝箱碼頭發(fā)揮效率的決定因素。針對港口＂先進(jìn)港、后放關(guān) ＂的口岸環(huán)境所帶來的多次加載問題， 在分析影響橋機(jī)裝船效率主要因素的基礎(chǔ)上， 提出了提高效率的配載規(guī)則， 建立了配載優(yōu)化模型； 基于 ＣＴＭＳ 系統(tǒng)， 加入計(jì)算機(jī)智能輔助配載； 通過提高管理質(zhì)量， 從根本上提高橋機(jī)效率。
３． 最優(yōu)進(jìn)出場規(guī)劃系統(tǒng)
從實(shí)際裝船要求出發(fā)， 為提高堆場出箱能力， 采用基于規(guī)則的多層搜索算法、啟發(fā)式廣度優(yōu)先算法、＂預(yù)分配 ＂和 ＂搶占 ＂技術(shù)， 開發(fā)了：（ １） 堆場的自動配位系統(tǒng)（ ＣＡＧ） 。代替人工勞動， 在集裝箱進(jìn)入堆場時(shí)由計(jì)算機(jī)為其規(guī)劃合適的堆放位置；（ ２） 最小預(yù)翻箱系統(tǒng)（ ＴＩＢＳ） 。在碼頭裝卸過程的間隙對堆場箱區(qū)作進(jìn)一步的整理， 為裝船作業(yè)做準(zhǔn)備。
４． 數(shù)據(jù)分析決策系統(tǒng)
建立了企業(yè)級的數(shù)據(jù)存儲機(jī)制， 為企業(yè)提供了豐富全面的數(shù)據(jù)來源； 實(shí)現(xiàn)了智能化、參數(shù)化的報(bào)表生成、數(shù)據(jù)顯示和利用。
數(shù)據(jù)查詢功能。固定信息查詢， 提供相對固定信息資料的展現(xiàn)， 滿足報(bào)上級報(bào)表的需求， 以及企業(yè)相對固定報(bào)表格式的需求； 即席查詢， 最終用戶根據(jù)自己的需求來組織報(bào)表的內(nèi)容和格式， 通過查詢及時(shí)獲得所需的數(shù)據(jù)。
商務(wù)智能分析。實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的各種整合分析， 為把握潛在市場提供科學(xué)依據(jù)。分析功能。集裝箱、客戶、船舶及航線、機(jī)械設(shè)備、收入、競爭對手、設(shè)備成本及效率分析。
５． 無線實(shí)時(shí)理貨系統(tǒng)
通過手持 ＰＤＡ， 經(jīng)港口無線局域網(wǎng)與碼頭生產(chǎn)管理系統(tǒng)和外理生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行船圖等信息交換， 實(shí)現(xiàn)了碼頭現(xiàn)場理貨無紙化， 開創(chuàng)了該工藝及技術(shù)在全國港口中應(yīng)用的先例； 碼頭公司實(shí)際裝船船圖和外理實(shí)際裝船船圖的一致； 理貨的“ 零簽證 ＂和信息的 ＂零延時(shí) ＂， 確保船期。
集裝箱電子標(biāo)簽系統(tǒng)
１． 集裝箱電子標(biāo)簽應(yīng)用示范的意義
現(xiàn)代集裝箱碼頭的信息化水平的高低已經(jīng)成為制約集裝箱運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵。目前， 集裝箱在運(yùn)載過程中的信息傳遞還依賴于傳統(tǒng)的方式。集裝箱的流向、流轉(zhuǎn)和識別基本上還是處于人工、半人工狀態(tài)。近幾年來， 在運(yùn)輸中對卡車采用了條形碼、圖像軟件識別技術(shù)和無源電子標(biāo)簽等技術(shù)， 但是由于其識別距離近， 可靠性差， 而且只能識別卡車， 無法識別集裝箱， 更不能實(shí)時(shí)跟蹤記載集裝箱運(yùn)輸過程中的物流信息， 因此無法滿足需要。國際上為了防恐的安全需要， 美國和歐盟紛紛提出集裝箱運(yùn)輸安全鎖的概念， 先后提出了許多解決方案， 但因技術(shù)和成本的原因， 其發(fā)展多處于試驗(yàn)階段。我國集裝箱運(yùn)輸如何適應(yīng)國際的潮流， 需要研發(fā)實(shí)用的電子安全鎖技術(shù)。我們開發(fā)和部署的具有國際先進(jìn)水平的一體化的集裝箱自動識別技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng) － － 集裝箱電子標(biāo)簽系統(tǒng)， 使集裝箱作為信息流的載體， 將信息流和物流融為一體，對集裝箱運(yùn)輸?shù)奈锪骱托畔⒘鬟M(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤， 消除集裝箱在運(yùn)輸過程中的錯(cuò)箱、漏箱， 提高通關(guān)速度， 提高運(yùn)輸?shù)陌踩浴⒖煽啃裕?全面提升集裝箱運(yùn)輸?shù)姆⻊?wù)水平。
２． 集裝箱電子標(biāo)簽的行業(yè)特征和研發(fā)的目標(biāo)
集裝箱電子標(biāo)簽有著非常典型的行業(yè)特征。作業(yè)環(huán)境復(fù) 雜、技術(shù)難度很大， 提出的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、工藝性指標(biāo)、功能性需求都遠(yuǎn)不同于電子標(biāo)簽的其它應(yīng)用領(lǐng)域； 集裝箱電子標(biāo)簽的應(yīng)用只能在一個(gè)巨大的、涉及范圍十分廣泛的物流信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下才能形成； 集裝箱電子標(biāo)簽的應(yīng)用范圍很廣， 涉及多個(gè)領(lǐng)域， 對其整體協(xié)調(diào)和安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性提出很高的要求。
集裝箱電子標(biāo)簽的防沖突性設(shè)計(jì)。集裝箱電子標(biāo)簽中基于隨機(jī)延遲的防沖突機(jī)制。集裝箱電子標(biāo)簽多讀寫器協(xié)調(diào)ＣｏｌｏｒＷａｖｅ 防沖突算法。
集裝箱電子標(biāo)簽讀取可靠性分析。龍門吊、橋吊、門機(jī)作業(yè)環(huán)境下對電子標(biāo)簽的讀取可靠性分析。集裝箱電子標(biāo)簽。采用全球通行的 ＩＳＭ ２．４ＧＨｚ 工作頻段； 有源電子標(biāo)簽， 作用距離 ０～３０ 米可調(diào)節(jié)， 可讀寫， ３２ｋ字節(jié)存儲容量； 獨(dú)特的超低功耗技術(shù)， 使用壽命可達(dá) １０ 年；高安全性數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制， 采用非對稱性加 ／ 解密； 固態(tài)封裝， 可靠防拆卸功能， 滿足工業(yè)環(huán)境要求。
集裝箱電子封條。首次實(shí)現(xiàn)集裝箱物流、信息流、安全流多源融合下的數(shù)據(jù)載體； 采用全球通行的 ＩＳＭ ２．４ＧＨｚ 工作頻段； 支持集裝箱非法侵入和開關(guān)門的自動監(jiān)測及事件記錄； 支持總線擴(kuò)展溫度、濕度、振動等其他傳感單元； 加密計(jì)算與認(rèn)證， 確保數(shù)據(jù)安全， 防止鏈路竊聽與數(shù)據(jù)破解。
經(jīng)過四年多的努力， 課題組于 ２００５ 年 １２ 月 ３ 日正式開啟了 ＂兩港一航 ＂工業(yè)性試驗(yàn)， 中國第一條裝有電子標(biāo)簽的集裝箱航線 ＂浙海 ３２５＂輪從
煙臺正式起航， 在上海港至煙臺港的這條航線上完全實(shí)現(xiàn)了集裝箱運(yùn)輸環(huán)節(jié)的自動識別和實(shí)時(shí)信息交換， 截至 ２００６ 年 １ 月 １９ 日， ＂兩港一航 ＂示范線箱量累計(jì)已完成 ５２９４ＴＥＵ。
