智慧系泊在智能港中的应用探索

倪文利

（山东交通职业学院 山东潍坊 261000）

一、“智慧系泊”提出的背景

目前，以上海洋山港为代表的智慧港在规划建设中，港口物物之间的互联，工作人员或客户可以随时查看港口集装箱、机械设备、车辆等状态、位置等级港口业务的运维系统基本建立，在许多领域的系统都实现了机器换人，但在船舶系泊操作的领域，人工的使用率依然很高，船舶进出港时人工系泊操作需全船人员三分之二在船首船尾作业，而且潜在风险很高，出现过很多人员伤亡的案例，对安全生产带来严重威胁。同时人工系泊的效率较低，不利于船舶经济性能的提升。因此依托信息化技术，融合智能交通理念，构建高度信息化、高度自动化和高度集成化的“智慧系泊”系统在港口建设中显得极为迫切，该机器换人系统也会成为智慧港的重要组成部分，填补港口系泊领域的国际空白。[1]

二、“智慧系泊”的需求分析

1.船员市场供给侧现状使得系泊操作人员紧缺

近年来，受国际经济金融危机影响，国际航运市场总体表现低迷，直接导致航运企业缩减人才需求计划。从船员市场供给看，管理级船员不足，操作级船员过剩，支持级船员紧缺。港口的系泊操作，主要依靠管理级船员的指挥和支持级船员的操作，因此船员市场供给侧的不平衡，使得人工系泊操作人手尤其是有经验的人员较为紧缺。[2]

2.常规系泊作业系统与人工系泊存在的问题

（1）常规系泊作业系统组成。船舶系泊装置是船舶靠离码头、系离浮筒、傍靠他船或拖带时，用以带缆、绞缆的设备统称为系泊设备。系泊设备由系船缆、导缆装置、挽缆装置、绞缆机械、系缆卷车及属具组成。绞缆机械又称系缆绞车，用于绞收缆绳。一般情况来讲，船上装有七台绞车:船艏3台，船艉4台。绞车的结构规定能把两根系索分別卷在卷筒的两侧，这样便能保证向任何一舷输送系索。因此，在每台绞车附近，设有两个带六角滾轮的导缆孔，以免系索与船体结构发生摩擦。船舶系缆前的全部准备工作是绞车测试，缆绳预处理。

（2）缆绳作用及受力分析：艏缆是靠泊时，由船艏最前端向前出缆，向前带到码头上，一则将船艏部分靠紧码头，同时，防止船舶后移；艉缆是靠泊时，由船艉最后端向后出缆，向后带到码头上，一则将船艉部分靠紧码头，同时，防止船舶前移；艏倒缆是在船艏部甲板适当位置，靠泊时，由甲板出缆后，向船艉方向带到码头上，协助艉缆，防止船舶前移；艉倒缆是位于船艉部甲板适当位置，靠泊时，由甲板出缆后，向船艏方向带到码头上，协助艏缆防止船舶向后移动；艏横缆是位于艏缆与艏倒缆之间，与船体约垂直方向带到码头上，使船体靠紧码头；艉横缆是位于艉缆与艉倒缆之间，与船体约垂直方向带到码头上，使船体靠紧码头。

（3）人工系泊存在问题。随着国际贸易的发展，船舶的大型化成为一种趋势，船舶大型化不但对船舶设计和制造提出了更高的要求，也对码头船舶的系泊安全性提出了严峻的挑战。一方面，大型船舶在码头系泊时，使用了大量的系泊缆绳，在系泊过程中，会存在风、浪、流等作用的外载荷，人工作业因外载荷的不断变化在各缆绳的分配难以做到均衡，在这种受力不均匀的状态下，受力最大的缆绳容易崩断，继而其他的缆绳相继崩断，酿成严重的海损事故；另一方面，现代船舶特别是集装箱船靠离泊频繁，作业周期快，劳动强度大，作业人员时长处于疲劳状态，而且恶劣海况下，人工撇缆，带缆准确率底，延长了船舶靠港时间，增加了相应的费用，也直接影响船舶安全系泊安全作业。

3.机器换人“智慧系泊”模型的建立

（1）智慧港口信息化基础建设

港务集团虚拟园区网是通过先进的网络虚拟化技术，实现港务集团园区网端到端虚拟化，可以实现在一套高性能高可靠物理网络上得到N部分虚拟网络资源分配给不同的码头分公司使用，既能节省投资，又能简化管理。虚拟的网络资源能够灵活控制，相互间可实现安全隔离或可控互访，满足港口业务规划。港口码头室外无线网络是专业级的室外无线解决方案，具备IP66等级，能够稳定工作于-40～65℃环境，适用于港口室外复杂环境，为港口堆场、码头室外作业区手持终端、车载终端、RFID读写器、无线监控、无线语音等提供无线WIFI接入。[3]

（2）智慧系泊系统构建

驾控中心位置设置在船舶驾驶台，靠离港时以引航员、船长为中心，值班驾驶轮机员为协助，协同控制船舶智能系统、岸基服务设施，完成船舶操纵，无人机遥控自动携带缆绳、船舶机器人操作绞缆机、港口机器人拖带缆绳系缆桩、绞缆机自动预缆及脱扣系统等智慧工作过程。

机控中心位置设置在机舱集控室，以轮机长为中心，值班轮机员为协助，配合驾控中心，完成船舶机器人操作绞缆机、绞缆机自动预缆及脱扣系统作业前测试、过程监控及系统故障应急处理。

系统监控中心在港口码头管理中心、驾控中心、机控中心分别设置显示终端，实时传送船舶靠离港作业场景。

无人机遥控自动携带缆绳模块在驾控中心配置移动终端，根据引航员、船长的指令，无人机遥控操作由值班驾驶控制，无人机可使用四旋翼飞行器完成水平和垂直飞行，配备摄像头方便值班驾驶员操作，无人机下方安装缆绳携带装置方便将缆绳送至港口机器人。

船舶机器人操作绞缆机模块在驾控中心配置移动终端，根据引航员、船长的指令，大副操控设于船头机器人操作绞缆机，二副操控设于船尾机器人操作绞缆机，船舶机器人主要负责操作绞缆机完成启停、正反转等功能。

港口机器人拖带缆系缆桩模块在驾控中心配置移动终端，根据引航员、船长的指令，大副操控设于船头港口机器人拖带缆系缆桩，二副操控设于船尾港口机器人拖带缆系缆桩，港口机器人安装缆绳携带装置，与无人机配合接受缆绳，然后将缆绳系在系缆桩上。

结语

随着我国“一带一路”战略的实施，航运业必将迎来大力发展的绝佳机遇，港口需要停靠的船舶数量、种类必将大幅增加，这对船舶靠港系泊作业的高效性和安全性提出了新的挑战。随着物联网、云计算、大数据等技术的进一步成熟和应用，未来的港口将向是"智慧"的港口发展，其中“智慧系泊”必将是其中的重要环节。本创意通过虚拟化软件和机器人的有机结合，依托信息化技术，融合智能交通理念，构建高度信息化、高度自动化和高度集成化的“智慧系泊”系统，机器换人有效的解决了人工系泊效率较低，受环境影响大，安全性能不高的问题，为我国“智慧”港口建设提供了一块技术含量高、时效性强且易于实现的拼图。

智慧系泊系统模块关联图

[1]智慧港口解决方案.工程中心.2015.4.

[2]张晓.未来港口财富论坛.2011.2.

[3]徐小凤.物联网在未来港口中的应用探析J.中国水运.2011.01.