摘要：随着世界经济一体化和外贸经济的迅速发展，集装箱运输逐渐成为当今航运的发展方向，集装箱业务在港口业务中增长最快、利润最高。同时集装箱装卸、堆存业务日趋标准化，集装箱业务正朝着类似流水线的方向发展。在这种环境下，集装箱码头操作必然要采用一切可以利用的先进技术提高港口码头的处理能力、提高装卸效率、合理利用堆场。集装箱总量稳居世界第一的中国集装箱码头近几年来吞吐量大幅度增长，因此提高港口码头系统的运营效率就显得尤为重要。
关键词：智能化无人集装箱堆场；设计；
根据统计显示，我国外贸进出口货物90％以上是通过港口由海上运输完成的。外贸进出口总额的持续增长为海上运输提供了充足的货源。集装箱码头的经营管理是国际集装箱运输系统中的重要环节。集装箱港口及码头是国民经济的基础设施，为内外贸易服务，同时又促进外贸的发展。由于集装箱运输确保了货运质量，提高了运输效率，减少乃至杜绝了杂货运输中的货损货差等缺点，因此，集装箱运输在全球的发展迅速。
一、智能化无人集装箱堆场设计
1．堆场作业智能管控系统。堆场作业智能管控系统由智能堆场闸口管理子系统、智能闸口集卡队列管理子系统和作业指令智能控制子系统组成，其主要功能是实现轮胎吊作业指令的智能控制。该系统针对太平洋国际码头堆场单车道作业模式而设计，并与码头操作系统对接。智能堆场闸口管理子系统由无线射频识别读卡器、地感线圈和电子挡杆等模块组成，其主要功能是识别车辆和人员以及控制挡杆起落。智能闸口集卡队列管理子系统的主要功能是控制外集卡进场数量，避免因堆场拥堵而影响作业效率。作业指令智能控制子系统是堆场作业智能管控系统的核心模块，其主要功能包括：与码头操作系统对接，获取堆场轮胎吊和集卡作业指令；按照作业效率最高原则，基于集卡进场顺序、当前轮胎吊位置和作业指令优先级，智能派发轮胎吊作业指令；为智能闸口集卡队列管理子系统提供当前各堆场的内集卡和外集卡信息，实现智能闸口集卡队列设备综合控制中心系统是堆场轮胎吊的综合控制枢纽，其主要功能包括：接收指令与设备控制接口服务系统推送的指令，从中解析轮胎吊设备编号、作业类型和作业起止位置等信息，并将作业指令推送给指定轮胎吊的智能控制系统；根据现场轮胎吊的作业类型和作业执行状态，为特定轮胎吊分配空闲的远程控制台；借助设备状态实时监控系统，将设备状态上传至堆场作业智能管控系统，并智能控制轮胎吊大车移动，从而为堆场作业轮胎吊提供软件层面的大车防撞保护。
2.指令与设备控制接口服务系统。指令与设备控制接口服务系统的主要功能是：实现堆场作业智能管控系统与设备综合控制中心系统之间的数据交互，并将交互数据存储在服务数据库中，实现控制信息的缓存及历史数据的存储和查询。其中：包含自动派发和手动请求在内的双重指令派发模式是对传统集装箱码头堆场实施自动化改造的有益探索，其既能满足正常工况下指令优化和智能派发的要求，又能降低异常工况下人工处理的难度，在确保堆场作业效率的同时简化人工操作。
3.设备智能控制系统设备智能控制系统的主要功能是：将设备综合控制中心系统下达的作业任务分解为大车移动、小车移动、开锁、闭锁等指令，并在安全防护子系统和自动定位子系统的辅助下安全、高效、精准地完成各项指令。
安全防护子系统在原有的集卡防吊起和轮胎吊大车防撞等技术的基础上，借助视频监控、雷达探测、激光扫描等智能感知技术，实现对人员和设备的安全防护。自动定位子系统的主要功能包括：智能感知并自动确定轮胎吊大车、小车和吊具位置；实现轮胎吊大车运行自主纠偏；自动识别、定位并引导集卡。
4.远程控制系统。
远程控制系统作为人机交互的核心系统，通过指示灯和远程控制界面实时显示作业现场设备状态和指令执行状态，并通过遥控手柄、机械按钮和GP触摸屏等输入设备实现对轮胎吊的控制以及与堆场作业智能管控系统的交互等功能。当远程控制台对特定轮胎吊切入控制时，视频和语音控制系统智能切入相应轮胎吊的视频画面和语音，从而使远程操控人员能够实时了解作业现场情况，并与集卡司机及时沟通。
5.设备状态实时监控系统。设备状态实时监控系统的主要功能是：实时监控全场轮胎吊的状态、位置等，并将相关信息上传至设备综合控制中心系统，从而实现对全场轮胎吊的实时调度和防撞功能，并辅助堆场作业智能管控系统实现智能决策。为了提升系统处置异常工况的灵活性，增强系统容错能力，针对堆场作业过程中可能出现的异统容错能力，针对堆场作业过程中可能出现的异常情况建立应急处置机制。此外，为了避免因服务器发生故障而导致作业全面瘫痪，对作业指令智能控制子系统、设备综合控制中心系统等涉及主服务器和备用服务器双活配置，从而确保系统发控试堆场作业的持续性和安全性。
6.智能道口系统。码头智能堆场进场道口主要是将进入智能堆场箱区的集卡车号及装载的箱号信息自动识别, 并提交码头营运系统, 它将与已在进港大门作业系统中生成的作业任务进行校验, 确保轨道吊作业指令与驶入的集卡装载信息的唯一匹配, 同时将得到的业务系统任务反馈信息给集卡司机, 使之明确应该进入的相应车道。针对集装箱运输车辆和集装箱的现状, 并考虑今后的发展趋势, 设计了一套用于集装箱自动化无人堆场的智能道口系统。该系统集成了用于集装箱箱号识别的自动识别技术和用于集卡车号识别的车辆识别技术, 并结合电子信息提示牌及闸道系统, 道口自助终端系统, 配合红绿灯等多重保护装置完善系统功能, 实现集卡信息与集装箱箱号高准确率识别。
二、堆存管理与作业策略
堆场设备自动化程度的提高未必会带来集装箱生产作业的低成本、高效率, 利用不当很有可能带来相反的效果, 只有通过有效的堆场堆存管理与作业策略规划, 才能充分发挥装卸设备自动化的优势。由于集装箱堆场为自动化无人智能堆场, 需要按照生产计划及时准确地实现堆场自动化设备的实时调度, 完成堆场的进出箱任务, 实现堆场集装箱的信息管理。作业策略规划是码头作业生产的关键技术, 它受到诸多因素的影响, 合理高效的集装箱码头作业策略一直是集装箱码头作业所追求的目标。为满足这些要求, 本研究通过以下几个方面实现自动化堆场堆存管理与作业策略的优化, 提高装卸效率,降低运营成本集装箱属性标志, 保证每个集装箱有唯一的编码, 用于集装箱信息的管理。堆场区域和缓冲区内任意位置的集装箱都具有唯一的编码, 用于堆场设备对集装箱的自动化操作。通过对作业过程的分配与控制、CRMG 作业分配与DRMG 作业分配的研究, 为自动化无人堆场提出了合理的作业策略。合理设计堆场的作业流程, 保证整个堆场各方面的运行协调一致。
无人堆场的启用, 减少和避免了集装箱在运输过程中的人为差错, 降低了操作人员的工作强度, 节省了运输成本, 可全面提升港口集装箱装卸作业的服务水平和管理水平。借助于智能化设备收集的大数据。使企业经营调度更为科学合理。本文所述的智能化实现方法仅是众多技术方法中的一种旨在为同类工程设计起到抛砖引玉的作用。
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