物联网技术在散粮进出仓作业动态监控中的作用

(广州港集团有限公司, 广东 广州 )

摘要:  为提高港口散粮进出仓作业效率,减少人为失误,对广州港新沙港区散粮进出仓流程环节进行分析,研究应用RFID、传感器、自动识别等物联网技术建立智慧监控系统,对散粮进出仓作业各环节进行动态监控。通过实施改造,实现散粮进出仓作业的全过程自动监控和自动生成操作指令,提高作业效率,杜绝人工统计错误和人工指令失误,从而实现港口散货作业管理信息化和智能化。

关键词: 港口;散货码头;仓库;动态监控;物联网;RFID;OCR图像识别

0 引 言

全球港口正在纷纷打造智慧港口,加快港口作业信息化、智能化改造,我国政府和港口企业也越来越重视智慧港口系统的研究。交通运输部《深入推进绿色港口建设行动方案(2018—2022年)》提出:“建设完善港口物流信息系统,实现港口智能化生产作业,优化生产调度,提升作业和物流效率。”物联网技术是实现港口作业信息化、智能化的核心技术。

1 物联网概念及应用现状

1.1 物联网概念

根据国际电信联盟的定义,物联网是指通过二维码识读设备、射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议把任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络,其核心技术是射频识别(RFID)技术、传感器技术和网络集成技术等。

1.2 物联网技术在港口的应用

在港口集装箱装卸方面,国内外主要集装箱枢纽港口已经较全面地应用物联网技术,基本实现港口集装箱作业从运输、堆场存放、报关、装卸、理货等整个物流过程的实时数据采集、实时监控和即时数据查询,各项技术都已发展比较成熟。但针对散货码头,研究应用物联网技术还是近年才开始的,尚未形成规范和标准,国内大部分散货码头还停留在传统的人工采集数据、凭纸质单证进行货物流转的作业方式。该方式工作效率普遍低下,而且准确性和时效性较差,经常导致货物的堆存信息不准确,不能实时反映货物的数量、位置等信息,无法实现精细化管理,制约散货码头作业效率和吞吐能力的进一步提升,物流成本很难降低。广州港新沙港区是华南典型的散杂货综合港区,近年来,港区积极开展物联网技术应用改造,取得较好的效果。

2 广州港新沙港区散粮作业流程分析

经过20多年的发展,广州港新沙港区已成为华南地区重要的散杂货装卸基地,散装粮食业务得到蓬勃发展,后方的麻涌地区已经发展成为华南最主要的粮食加工储备基地。新沙港区散装粮食的年吞吐量超过600万t,港区现有仓库容量约25万t。由于后方厂家快进快出的需求,新沙港区内的散粮仓库现都是传统的平房仓,共有8座平房仓,采用进出仓装卸工艺。门机卸散粮过磅进出仓工艺流程见图1。货物进出仓作业原来均由仓库员按照地磅单现场登记,再由人工输入电脑进行统计,效率低,容易出错,且不利于货物数据的及时统计分析。自卸车在码头前沿装载粮食时,没有进行监控、核查,容易造成货损事件。

3 散粮进出仓作业智能动态监控系统设计

3.1 网络拓扑设计

散货进出仓动态监控系统网络拓扑设计见图2。系统采用RFID技术、网络技术、OCR图像识别技术、无线感应技术、综合布线技术、自动控制技术、数据库技术等物联网技术,其中以RFID技术为核心,以数据库技术为后台支撑。

在门机卸船漏斗上布置智能采集终端,作为漏斗的中控设备,对漏斗上安装的物联网设备信息进行采集,采集的信息通过4G无线网络传输至调度机房中的数据解析服务器。智能采集终端主要由RFID读取设备、摄像头和处理器等构成。漏斗上安装的红外感应器感应到车辆到达时,摄像头拍摄车头照片,通过OCR图像识别技术自动识别车牌号,同时RFID读取设备自动读取车辆上的RFID卡内信息。智能采集终端将RFID设备读取的信息和实际识别出的车牌信息同步传输到数据解析服务器,数据解析服务器将数据和生产调度系统传输过来的可装车车辆的信息进行核对,三者相符则发出装车指令信号。采集终端同时保留装车视频片段。

同样地,在各平房仓的仓库出入口布置智能采集终端和相关设备,由于仓库和出入口数量较多,在每座仓库现场设置控制交换机,各个出入口智能终端读取和自动识别的信息通过专用光纤传输至该仓库控制交换机,各仓库控制交换机将数据传输至仓库集群服务器,服务器进行初步分析整理,再将数据回传至调度机房中的数据解析服务器。

数据解析服务器接收和解析通过专用4G网络传回的前沿数据及通过专用光纤传回的仓库数据,再通过统一的接口与生产业务管理系统数据中心进行数据交换。在港区门岗和地磅配置智能系统,能自动读取自卸车车牌号,将车辆的车牌号、过磅等信息通过生产业务管理系统和该系统对接。

系统设计用户端接口,企业各级管理人员、海关、客户等相关方可以通过互联网连接该系统,实时了解仓库内粮食的库存、进仓量、出仓量、堆放位置、有无异常情况等情况。

3.2 硬件集成架构设计

散货进出仓动态监控系统硬件集成框架见图3,与系统的网络拓扑结构类似,其分为漏斗子系统和仓库子系统。各硬件有机组成,形成整个散货进出仓监控硬件系统。

图 3 新沙散货进出仓动态监控系统硬件集成架构

3.3 作业流程设计

以卸船过磅入仓工艺为例,散货进出仓动态监控系统卸船过磅入仓作业流程见图4。流程从生成作业指令开始,当车辆入港时,智能闸口读取车辆信息,与系统内数据核对,确认车辆合法性;车辆过空磅后到达指定漏斗,漏斗采集终端采集车辆信息,系统再次确认车辆合法性,给出装车指令;车辆装粮并过重磅后到达指定仓库门口,仓库门口采集终端采集车辆信息,系统确认后进行卸粮作业。作业整个流程均实现全过程监控,数据自动读取、采集、处理。

为满足特殊作业情况作业数据的完整,设计人工补录数据的功能,在原有生产业务管理系统的手持终端系统功能上进行扩充,增加漏斗信息补录、进出仓信息补录等功能。在车辆倒车入库作业等不能自动采集数据的特殊作业状况时,由仓库员采用手持终端补录方式对车辆车牌进行输入,使系统得到相关指令数据。

散粮装卸作业还有其他工艺流程,如卸船过磅出港、卸船不过磅入仓(出港)、过磅汽车提货出仓(出港或装船)、汽车不过磅出仓(出港或装船)、汽车转仓作业等,这些流程的设计和卸船过磅入仓流程设计相类似。智能监控系统可以覆盖所有散粮进出仓工艺流程,使仓库内货物数据保持实时更新。

4 软件系统流程设计

软件系统采用B/S、Socket架构、Eclipse平台,开发语言采用Java、J2ee、C#(用于部分硬件接口),采用Mysql作为后台数据库,服务器端的操作系统是 Ubuntu Server,用户端采用IE浏览器,系统分为仓库子系统和漏斗子系统。

以散粮入仓作业的仓库子系统为例,散货进出仓动态监控系统仓库子系统运行流程见图5。仓库门外安装地面触发感应器,门框两边安装红外对射开关,门框上方安装RFID读取设备和摄像机,仓库物联网设备现场布置见图6。当车辆到达仓库门口时,地面感应器触发,车辆位置判定逻辑系统开始运行,通过红外对射开关自动判定车辆位置是否能获取到车辆车牌信息。当车辆到达适当位置时,图像抓拍摄像机抓拍车辆车牌图像,OCR图像识别系统自动识别车牌号码,同时RFID设备读取车辆上RFID卡的数据,系统进行自动核对,确认该车辆是否已装粮并过磅。若车辆符合条件,指示灯绿灯亮,允许进入仓库进行卸粮作业;若车辆不符合条件,指示灯红灯亮,仓库管理员可以通过语音对讲设备或到现场对车辆进行核查。

图 5  新沙散货进出仓动态监控系统仓库子系统运行流程

5 应用效果

广州港于2017年8月立项实施新沙散粮仓库进出仓动态监控系统开发改造项目,项目于2018年9月通过验收,各项物联网技术改造和系统开发顺利完成,达到预设效果。该项目对散粮装卸机械和仓库进行物联网信息化改造,使其有机融合到信息化生产系统中,实现散粮装卸机械和散粮仓库的全程智能化动态监控管理。该项目改变在传统的港口散粮作业中,装卸机械、仓库与生产系统无法直接关联,无法自动统计作业信息,无法实时提供仓储数据,无法为优化装卸流程提供数据支持的状态。

通过物联网技术改造,达到以下效果:一是实现数据自动采集,自动判断并生成下一步生产指令,减少人工沟通、核对环节,杜绝因仓库员、地磅员的人为出错影响,提高生产作业效率,保证数据的准确性;二是对各环节作业车辆进行自动鉴别确认,降低货损;三是实现数据实时监控,将进出仓车辆信息与过磅数据实时对接,实时显示最新库存数据,为客户提供更好服务;四是利用自动采集设备实时监控进出仓作业,减少港口人员投入,有效降低港口运营成本。

6 结 语

通过应用物联网技术对港口散货作业进行信息化改造,改造成本低、效果好,为传统散货码头实施信息化、智能化改造提供参考。同时,对综合利用物联网技术对相似的存储、计量、运输等物流行业进行智慧化改造提供经验,推动物联网技术在港口物流行业的应用。