◎ 申 鵬，朱先念，左家翰，康中利

（日照港裕廊股份有限公司，山東 日照 276826）

目前，港口貨物汽運倒運作業(yè)，標準流程分為空車檢斤（過皮）、裝車、重車檢斤（過重）、卸車四個環(huán)節(jié)，往復(fù)循環(huán)，實現(xiàn)貨物的轉(zhuǎn)運和計量。為了提高生產(chǎn)效率，加強車輛管控，提升貨運安全質(zhì)量，通過智慧港口大建設(shè)背景，眾多港口企業(yè)都根據(jù)自身特點開發(fā)建設(shè)了倒運系統(tǒng)。而作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的代表技術(shù)之一，RFID 卡是倒運系統(tǒng)中識別認證的重要方式[1-2]。

通常做法是，為每一輛倒運車唯一綁定了一張RFID 卡，當作業(yè)車輛經(jīng)過過皮、裝車、過重、卸車等不同環(huán)節(jié)時，讀卡設(shè)備識別RFID 卡信息，進而判斷車輛的作業(yè)狀態(tài)，并將生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時回傳記錄，實現(xiàn)對倒運過程的實時管控，標準倒運流程示意圖見圖1。

圖1 標準倒運流程示意圖

在裝車和卸車兩個環(huán)節(jié)，普遍采用理貨人員使用手持終端掃描RFID 卡的方式進行理貨確認。此種方式存在3 個問題。①需要專人掃卡理貨。由于港口倒運作業(yè)點多面廣，每一個理貨點就需要配備一名理貨員，對人力依賴程度高，人力成本大幅增加；同時，由于港口作業(yè)環(huán)境惡劣，大部分港口都存在招工難的問題。②需要停車取送卡。由于手持終端讀卡距離短，車輛在理貨過程中，需要司機停車送卡至理貨員手中，或是理貨員靠近取卡，作業(yè)效率大幅降低；手持終端普遍采用運營商網(wǎng)絡(luò)，而在港區(qū)內(nèi)運營商網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到位，數(shù)據(jù)傳輸速度和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性都得不到保障，理貨時長進一步增加。同時，車輛停頓間接增加了油耗，運輸成本增加。③人機交叉作業(yè)。港口倒運作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，手持移動終端理貨方式不可避免的形成了人機交叉作業(yè)的現(xiàn)狀，尤其是夜間作業(yè)，受人員狀態(tài)、能見度等因素影響，極有可能發(fā)生人身傷害事故，安全隱患大。針對上述問題，本研究工作旨在提供一種可實現(xiàn)自動掃卡、人機分離、高效快捷、靈活部署的港口智能理貨終端。

1 技術(shù)內(nèi)容

1.1 設(shè)計思路與目標

設(shè)計一種簡單有效的系統(tǒng)，在裝卸車確認環(huán)節(jié)實現(xiàn)自動、安全、高效、靈活。①自動。自動掃描理貨，減少人員配備。②安全。實現(xiàn)人機分離，降低事故隱患。③高效。理貨過程不停車，提高作業(yè)效率。④靈活。部署靈活快捷，不受位置限制。本研究工作技術(shù)方案是將RFID 讀卡器、LED 屏、車載電腦、光伏發(fā)電裝置等硬件設(shè)備進行系統(tǒng)集成，同時配套開發(fā)一套應(yīng)用程序，整合各硬件設(shè)備功能，實現(xiàn)倒運作業(yè)業(yè)務(wù)邏輯自動處理，進而完成倒運作業(yè)自動理貨。

1.2 設(shè)備組成

新型移動掃描終端設(shè)計圖見圖2，具體為：①LED顯示屏。顯示作業(yè)信息，為司機提供引導(dǎo)。②RFID讀卡器。讀取RFID 射頻卡信息，并傳輸給車載系統(tǒng)。③車載系統(tǒng)。移動掃描終端的核心，通過該系統(tǒng)配備的車載電腦，實現(xiàn)了前臺數(shù)據(jù)處理以及與后臺的業(yè)務(wù)邏輯對接，從而實現(xiàn)了裝卸車業(yè)務(wù)的處理。④供配電裝置。光伏發(fā)電、蓄電、配電。⑤車體。LED 顯示屏、RFID 讀卡器、車載電腦、太陽能光伏發(fā)電板、蓄電池等設(shè)備的載體，可通過外力牽引實現(xiàn)整套設(shè)備的移動。

1.3 工作原理

車輛在作業(yè)過程中，途經(jīng)智能理貨終端讀卡覆蓋區(qū)域時，讀卡器獲取RFID 卡信息，傳輸至車載系統(tǒng)，車載系統(tǒng)做前臺處理后，將數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳至倒運系統(tǒng)，倒運系統(tǒng)進行邏輯判斷后，記錄判斷結(jié)果并反饋給車載系統(tǒng)，車載系統(tǒng)再將判斷結(jié)果推送至LED屏，給司機做出指引。司機根據(jù)指引即可執(zhí)行下一步操作，見圖3。

圖2 新型移動掃描終端設(shè)計圖

圖3 作業(yè)示意圖

2 關(guān)鍵技術(shù)及其實現(xiàn)

（1）基于Android、VS（Visual Studio）開發(fā)平臺，通過RS485 串行總線技術(shù)，完成了多種硬件設(shè)備的系統(tǒng)集成，研制了移動智能理貨系統(tǒng)，實現(xiàn)了港口車輛作業(yè)智能理貨，實現(xiàn)了車輛理貨“無人化”。智能理貨系統(tǒng)采用Android+VS（Visual Studio）+多串口開發(fā)，后臺采用J2EE 輕量級架構(gòu)spring+springmvc+myibatis?；贏ndroid 作為智能理貨系統(tǒng)的開發(fā)平臺，開發(fā)了APP 應(yīng)用程序；基于VS（Visual Studio）平臺開發(fā)了后臺應(yīng)用程序；通過RS485 串行總線技術(shù)，完成了讀卡器、LED 屏等硬件設(shè)備與車載電腦的數(shù)據(jù)交互。以APP 應(yīng)用程序為前端數(shù)據(jù)處理的核心，以VS 后臺應(yīng)用程序為前后臺數(shù)據(jù)交互的接口，研制出了一套集數(shù)據(jù)讀取、業(yè)務(wù)處理、信息交互于一體的智能理貨終端系統(tǒng)。作為港口倒運流程中的一個子系統(tǒng)，倒運作業(yè)過程中，在實現(xiàn)過皮、裝車、過重、卸車4 個環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣的同時，實現(xiàn)了裝車和卸車兩個環(huán)節(jié)中的自動智能理貨，無需配備專人進行理貨操作，人工成本大幅降低。同時避免了人機交叉作業(yè)，作業(yè)安全性也大幅提高。

（2）采用基于RFID 的自動識別技術(shù)，通過 125 KHz 和2.4 GHz 雙頻通訊模式，實現(xiàn)了射頻卡數(shù)據(jù)的高速交互；采用基于LTE 的4G 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將日照港專網(wǎng)通訊植入車載系統(tǒng)，實現(xiàn)了智能理貨終端與監(jiān)控平臺數(shù)據(jù)高速、穩(wěn)定傳輸；車輛理貨過程“不停車”?；赗FID 的自動識別技術(shù)，射頻卡數(shù)據(jù)交互過程中，采用了125 KHz 和2.4 GHz 雙頻通訊模式。讀卡器在待機模式下，不間斷向外發(fā)射125 KHz低頻信號，任何進入低頻覆蓋區(qū)域的有源射頻卡將接收到低頻ID 編碼，并解析出低頻信號強度RSSI 值、射頻卡電池電壓狀態(tài)等信息，隨后立即以2.4 GHz 信號回復(fù)給讀卡器，識別速度可達200 km·h-1，實現(xiàn)了射頻卡數(shù)據(jù)的高速交互。以基于LTE 的4G 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的鼎橋4G 通訊模塊植入車載電腦，通過日照港4G 無線專網(wǎng)，將智能理貨終端識別到的數(shù)據(jù)上傳至后臺倒運系統(tǒng)，倒運系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯判斷，再通過無線專網(wǎng)將指令分發(fā)到智能理貨終端，實現(xiàn)了前后臺數(shù)據(jù)高速、穩(wěn)定傳輸。車輛在作業(yè)過程中，途經(jīng)智能理貨終端讀卡覆蓋區(qū)域時，勻速通過即可快速完成自動理貨，實現(xiàn)了理貨過程“不停車”，單車理貨由21 s 降至2 s，效率提升90%以上；同時，“不停車”理貨，車輛油耗相比“停車”理貨，每萬t貨物約減少62 L燃油左右，間接降低了運輸成本。

（3）采用基于半導(dǎo)體光電效應(yīng)的光伏發(fā)電技術(shù)，實現(xiàn)了智能理貨終端自身24 h 自主供配電；采用輪式小車設(shè)計，實現(xiàn)了終端的靈活移動；智能理貨終端在實際應(yīng)用中無需考慮設(shè)備的供配電問題，可根據(jù)作業(yè)需求任意時間、任意地點，靈活、快速的完成作業(yè)部署。將采用基于半導(dǎo)體光電效應(yīng)的光伏發(fā)電技術(shù)，通過智能控制器以及蓄電池，集成應(yīng)用在智能理貨終端上，實現(xiàn)理貨終端24 h 自主供配電。白天有陽光時，太陽能光伏發(fā)電板發(fā)電，將電能通過綜合控制器輸送給LED 屏、車載電腦、讀卡器，并將多余的電量輸送至蓄電池進行儲存。在夜晚沒有陽光時，蓄電池通過綜合控制器給LED 屏、車載電腦、讀卡器供電。解決了供配電對終端位置的限制，可根據(jù)作業(yè)需求靈活布置。當自主供電裝置出現(xiàn)問題，無法滿足設(shè)備用電需求時，也可外接市電進行供電，確保將設(shè)備故障對生產(chǎn)的影響降到最低。在設(shè)計研發(fā)中，為方便智能理貨終端移動，實現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)場，智能終端采用輪式小車設(shè)計，較短距離移動，通過人力牽引即可完成轉(zhuǎn)場；較長距離移動，通過牽引桿連接皮卡車，即可實現(xiàn)機動車長距離轉(zhuǎn)場，方便快捷。

3 技術(shù)指標

2018 年3 月至2020 年5 月底，新型終端共投入使用31 臺，完成理貨98 萬次，累計運行約7.8 萬h，完成倒運1 856 萬t，各方面指標表現(xiàn)突出。

（1）自動。智能理貨終端實現(xiàn)了自動掃描理貨，無需配備專人掃卡，解決了對人力的依賴，招工難的問題得到緩解，人力成本大幅降低，1 臺終端可替代 1 個理貨員，累計節(jié)約人工成本234 萬元。

（2）安全。由于實現(xiàn)了理貨“無人化”，避免了人機交叉作業(yè)，降低了人身傷害事故發(fā)生的概率，安全性增加，3 年來安全事故為零。

（3）高效。由于采用RFID 卡雙頻讀取模式和港口4G 專網(wǎng)通訊，射頻卡讀取速度以及數(shù)據(jù)處理能力都大幅提高，理貨過程“不停車”，單車理貨由21 s降至2 s，效率提升90%以上；效率提高，間接增加了倒運量，由此產(chǎn)生新增利潤548 萬元；效率提高，間接降低了車輛油耗，每萬t 貨物可降低油耗成本300 余元。

（4）靈活。由于配備了光伏供配電裝置，實現(xiàn)了智能理貨終端自身24 h 自主供配電，解決了供配電對終端位置的限制，可根據(jù)作業(yè)需求靈活布置，一次部署即可實現(xiàn)全過程免維護；輪式小車設(shè)計，即可人力牽引，又可機械牽引，實現(xiàn)了設(shè)備的靈活移動、快速部署。

4 結(jié)語

經(jīng)統(tǒng)計，2018 年3 月—2020 年5 月，日照港全港倒運1 222 萬車，疏港605 萬車，裝卸理貨3 049 萬次，而新型終端僅占3.2%，可以說擁有非常大的推廣空間。特別是該成果集成應(yīng)用模式，可通過車載電腦，在不同場景下搭配不同的外部組件，集成實現(xiàn)新的功能，應(yīng)用潛力巨大，推廣前景廣闊，有利于提升信息化裝備技術(shù)水平，有利于智慧港口建設(shè)。