智能理货设备在港口倒运作业中的应用

◎ 申 鹏，朱先念，左家翰，康中利

（日照港裕廊股份有限公司，山东 日照 276826）

目前，港口货物汽运倒运作业，标准流程分为空车检斤（过皮）、装车、重车检斤（过重）、卸车四个环节，往复循环，实现货物的转运和计量。为了提高生产效率，加强车辆管控，提升货运安全质量，通过智慧港口大建设背景，众多港口企业都根据自身特点开发建设了倒运系统。而作为物联网技术应用的代表技术之一，RFID 卡是倒运系统中识别认证的重要方式[1-2]。

通常做法是，为每一辆倒运车唯一绑定了一张RFID 卡，当作业车辆经过过皮、装车、过重、卸车等不同环节时，读卡设备识别RFID 卡信息，进而判断车辆的作业状态，并将生产数据实时回传记录，实现对倒运过程的实时管控，标准倒运流程示意图见图1。

图1 标准倒运流程示意图

在装车和卸车两个环节，普遍采用理货人员使用手持终端扫描RFID 卡的方式进行理货确认。此种方式存在3 个问题。①需要专人扫卡理货。由于港口倒运作业点多面广，每一个理货点就需要配备一名理货员，对人力依赖程度高，人力成本大幅增加；同时，由于港口作业环境恶劣，大部分港口都存在招工难的问题。②需要停车取送卡。由于手持终端读卡距离短，车辆在理货过程中，需要司机停车送卡至理货员手中，或是理货员靠近取卡，作业效率大幅降低；手持终端普遍采用运营商网络，而在港区内运营商网络覆盖不到位，数据传输速度和网络稳定性都得不到保障，理货时长进一步增加。同时，车辆停顿间接增加了油耗，运输成本增加。③人机交叉作业。港口倒运作业环境复杂，手持移动终端理货方式不可避免的形成了人机交叉作业的现状，尤其是夜间作业，受人员状态、能见度等因素影响，极有可能发生人身伤害事故，安全隐患大。针对上述问题，本研究工作旨在提供一种可实现自动扫卡、人机分离、高效快捷、灵活部署的港口智能理货终端。

1 技术内容

1.1 设计思路与目标

设计一种简单有效的系统，在装卸车确认环节实现自动、安全、高效、灵活。①自动。自动扫描理货，减少人员配备。②安全。实现人机分离，降低事故隐患。③高效。理货过程不停车，提高作业效率。④灵活。部署灵活快捷，不受位置限制。本研究工作技术方案是将RFID 读卡器、LED 屏、车载电脑、光伏发电装置等硬件设备进行系统集成，同时配套开发一套应用程序，整合各硬件设备功能，实现倒运作业业务逻辑自动处理，进而完成倒运作业自动理货。

1.2 设备组成

新型移动扫描终端设计图见图2，具体为：①LED显示屏。显示作业信息，为司机提供引导。②RFID读卡器。读取RFID 射频卡信息，并传输给车载系统。③车载系统。移动扫描终端的核心，通过该系统配备的车载电脑，实现了前台数据处理以及与后台的业务逻辑对接，从而实现了装卸车业务的处理。④供配电装置。光伏发电、蓄电、配电。⑤车体。LED 显示屏、RFID 读卡器、车载电脑、太阳能光伏发电板、蓄电池等设备的载体，可通过外力牵引实现整套设备的移动。

1.3 工作原理

车辆在作业过程中，途经智能理货终端读卡覆盖区域时，读卡器获取RFID 卡信息，传输至车载系统，车载系统做前台处理后，将数据通过无线网络传至倒运系统，倒运系统进行逻辑判断后，记录判断结果并反馈给车载系统，车载系统再将判断结果推送至LED屏，给司机做出指引。司机根据指引即可执行下一步操作，见图3。

图2 新型移动扫描终端设计图

图3 作业示意图

2 关键技术及其实现

（1）基于Android、VS（Visual Studio）开发平台，通过RS485 串行总线技术，完成了多种硬件设备的系统集成，研制了移动智能理货系统，实现了港口车辆作业智能理货，实现了车辆理货“无人化”。智能理货系统采用Android+VS（Visual Studio）+多串口开发，后台采用J2EE 轻量级架构spring+springmvc+myibatis。基于Android 作为智能理货系统的开发平台，开发了APP 应用程序；基于VS（Visual Studio）平台开发了后台应用程序；通过RS485 串行总线技术，完成了读卡器、LED 屏等硬件设备与车载电脑的数据交互。以APP 应用程序为前端数据处理的核心，以VS 后台应用程序为前后台数据交互的接口，研制出了一套集数据读取、业务处理、信息交互于一体的智能理货终端系统。作为港口倒运流程中的一个子系统，倒运作业过程中，在实现过皮、装车、过重、卸车4 个环节环环相扣的同时，实现了装车和卸车两个环节中的自动智能理货，无需配备专人进行理货操作，人工成本大幅降低。同时避免了人机交叉作业，作业安全性也大幅提高。

（2）采用基于RFID 的自动识别技术，通过 125 KHz 和2.4 GHz 双频通讯模式，实现了射频卡数据的高速交互；采用基于LTE 的4G 无线网络技术，将日照港专网通讯植入车载系统，实现了智能理货终端与监控平台数据高速、稳定传输；车辆理货过程“不停车”。基于RFID 的自动识别技术，射频卡数据交互过程中，采用了125 KHz 和2.4 GHz 双频通讯模式。读卡器在待机模式下，不间断向外发射125 KHz低频信号，任何进入低频覆盖区域的有源射频卡将接收到低频ID 编码，并解析出低频信号强度RSSI 值、射频卡电池电压状态等信息，随后立即以2.4 GHz 信号回复给读卡器，识别速度可达200 km·h-1，实现了射频卡数据的高速交互。以基于LTE 的4G 无线网络技术的鼎桥4G 通讯模块植入车载电脑，通过日照港4G 无线专网，将智能理货终端识别到的数据上传至后台倒运系统，倒运系统根据业务逻辑判断，再通过无线专网将指令分发到智能理货终端，实现了前后台数据高速、稳定传输。车辆在作业过程中，途经智能理货终端读卡覆盖区域时，匀速通过即可快速完成自动理货，实现了理货过程“不停车”，单车理货由21 s 降至2 s，效率提升90%以上；同时，“不停车”理货，车辆油耗相比“停车”理货，每万t货物约减少62 L燃油左右，间接降低了运输成本。

（3）采用基于半导体光电效应的光伏发电技术，实现了智能理货终端自身24 h 自主供配电；采用轮式小车设计，实现了终端的灵活移动；智能理货终端在实际应用中无需考虑设备的供配电问题，可根据作业需求任意时间、任意地点，灵活、快速的完成作业部署。将采用基于半导体光电效应的光伏发电技术，通过智能控制器以及蓄电池，集成应用在智能理货终端上，实现理货终端24 h 自主供配电。白天有阳光时，太阳能光伏发电板发电，将电能通过综合控制器输送给LED 屏、车载电脑、读卡器，并将多余的电量输送至蓄电池进行储存。在夜晚没有阳光时，蓄电池通过综合控制器给LED 屏、车载电脑、读卡器供电。解决了供配电对终端位置的限制，可根据作业需求灵活布置。当自主供电装置出现问题，无法满足设备用电需求时，也可外接市电进行供电，确保将设备故障对生产的影响降到最低。在设计研发中，为方便智能理货终端移动，实现灵活转场，智能终端采用轮式小车设计，较短距离移动，通过人力牵引即可完成转场；较长距离移动，通过牵引杆连接皮卡车，即可实现机动车长距离转场，方便快捷。

3 技术指标

2018 年3 月至2020 年5 月底，新型终端共投入使用31 台，完成理货98 万次，累计运行约7.8 万h，完成倒运1 856 万t，各方面指标表现突出。

（1）自动。智能理货终端实现了自动扫描理货，无需配备专人扫卡，解决了对人力的依赖，招工难的问题得到缓解，人力成本大幅降低，1 台终端可替代 1 个理货员，累计节约人工成本234 万元。

（2）安全。由于实现了理货“无人化”，避免了人机交叉作业，降低了人身伤害事故发生的概率，安全性增加，3 年来安全事故为零。

（3）高效。由于采用RFID 卡双频读取模式和港口4G 专网通讯，射频卡读取速度以及数据处理能力都大幅提高，理货过程“不停车”，单车理货由21 s降至2 s，效率提升90%以上；效率提高，间接增加了倒运量，由此产生新增利润548 万元；效率提高，间接降低了车辆油耗，每万t 货物可降低油耗成本300 余元。

（4）灵活。由于配备了光伏供配电装置，实现了智能理货终端自身24 h 自主供配电，解决了供配电对终端位置的限制，可根据作业需求灵活布置，一次部署即可实现全过程免维护；轮式小车设计，即可人力牵引，又可机械牵引，实现了设备的灵活移动、快速部署。

4 结语

经统计，2018 年3 月—2020 年5 月，日照港全港倒运1 222 万车，疏港605 万车，装卸理货3 049 万次，而新型终端仅占3.2%，可以说拥有非常大的推广空间。特别是该成果集成应用模式，可通过车载电脑，在不同场景下搭配不同的外部组件，集成实现新的功能，应用潜力巨大，推广前景广阔，有利于提升信息化装备技术水平，有利于智慧港口建设。