对我国智慧港口建设的认识与思考

【摘 要】 为更好地认识智慧港口建设过程及特征，分析智慧港口的含义，提出智慧港口发展有自我感知、自我建设、自我动力、自我适应等4个阶段的观点，以自动化集装箱码头为例阐述智慧港口的发展重点，并对当前我国智慧港口发展所处的阶段进行分析。

【关键词】 智慧港口；自我感知；自我建设；自我动力；自我适应；集装箱；自动化码头

0 引 言

自IBM于2008年11月提出“智慧地球”概念以来，“智慧城市”“智慧医疗”“智慧海洋”等概念应运而生。随着研究与实践的不断深入，智慧化发展的重点正逐步由全面的感知、智能的管控转变为自主学习、自动适应和自发调整，将给世界带来重大改变，引发新一轮科技革命。

2014年全国交通运输工作会议提出加快推进“四个交通”（综合交通、智慧交通、绿色交通、平安交通），并将智慧交通作为“四个交通”的关键，提出要以信息化、智能化为牵引，推动现代信息技术与交通运输管理和服务全面融合，实现交通运输设施装备、运输组织的智能化，提升运营效率和服务质量。

2017年1月，交通运输部计划在港口智慧物流、危险货物安全管理等方面，选取一批港口正式启动智慧港口示范工程建设。

1 智慧港口的基本认识

港口是水运与陆运的交接点，是工业活动的重要基地，是综合物流中心，是城市经济发展的新增长点。为了使港口的运转更有效率、更安全、更绿色，人们不断求助于新的信息技术，数字化港口、自动化港口、智能化港口等概念应运而生。近年来，随着云计算、大数据、物联网、移动互联网等新一代信息技术的蓬勃兴起，随着谷歌人工智能程序AlphaGo赢得围棋人机大战的胜利，人们发现人工智能程序已经有可能企及甚至超过人类智力；因此，对于智慧港口的认识要从人工智能具有自我学习、自我适应、自我决策、自我完善等能力的高度来认识和理解[1]，而不能简单地认为是各种新技术的叠加或混合。无论新技术在港口应用得多么复杂和深入，那都只应归于“数字化港口”“自动化港口”“智能化港口”的范畴，而绝不是“智慧港口”的本义。

2 智慧港口发展的4个阶段

2.1 初级阶段――港口要素自我感知阶段

智慧港口的基本特征是对港口要素的全面感知，依托物联网、互联网等技术实现港口要素的可測、可视和可控。具体来说，要对港口运行过程中的运载工具、装卸设备、运营人员、运输货物等进行全方位的测量、监控和分析，实时、动态、精准地掌握整个港口系统的运行状况，获取所需要的所有静态或动态的数据信息，包括信息流、物流和资金流。对港口系统中的任何对象、时间、地点、业务的全面感知是发展智慧港口的基础条件。

当前我国智慧港口建设还处在自我感知建立阶段，并将长期处于这一阶段，这个阶段的建设与智慧港口其他阶段的建设是并行交叉的关系。目前港口要素感知的覆盖面和联网情况还有待提升，这对港口的动态管理和多元服务产生制约。例如：当前港口对危险货物安全监管、船舶污染排放区，都面临着难以及时获知监管对象动态信息的问题；港口范围内的船舶、车辆、货物、装卸设备、经营企业等信息还不完整，并且还缺乏与其他行业信息的整合应用，如有利安全监管的天气环境信息等。

2.2 中级阶段――港口系统自我建设阶段

智慧港口发展的基础是大量港口系统的建设和应用，我国沿海港口建设已处于这一阶段很久，并针对港口的各类业务、港口管理和经营者开发了大量的信息系统。这些信息系统有力地支持了港口的业务发展，提升了港口的运营效率，但也不可避免地面临信息孤岛、新旧系统融合、数据标准等信息化建设中普遍存在的难题。随着新一代信息技术的快速发展，我国沿海智慧港口发展的一个显著标志就是自动化集装箱码头建设。于2017年12月开港试运行的上海港洋山深水港区四期码头是全球规模最大、自动化程度最高的码头，采用上港集团自主研发的全自动化码头智能生产管理控制系统（TOS），覆盖自动化码头全部业务环节并衔接上海港的各大数据信息平台，整个码头的作业实现全自动化。

2.3 高级阶段――港口环境自我动力阶段

发展智慧港口与发展智能港口的区别，主要在于从自我建设阶段到自我动力阶段的跨越，要找到港口发展的本质需求和内在动力，应从政策、制度、标准等软环境上为智慧港口的建设保驾护航，这个软环境的优劣决定了智慧港口发展的纵深度。这个阶段既需要港口内部小环境的努力，也需要社会外部大环境的配合；正如智慧港口的发展一定离不开智慧交通、智慧城市的发展一样，要达到智慧化就不能有短板。

当前智慧港口发展的自我动力差异还很大，人们对于智慧港口的认识还不一致，政府和企业都在不断加大投入，但存在着只是将原来的信息化建设工程贴上智慧港口标签的问题。我国港口众多，沿海与内河港口情况不同，集装箱码头与大宗散货码头情况不同，普通货物码头与危险货物码头情况也不相同，要从政策制定、标准规范和顶层设计层面明确不同港口建设智慧港的实施路径，要解决从港口系统自我建设的中级阶段迈向港口环境自我动力阶段的跨越问题，也就是解决如何营造一个适合智慧港口发展的环境问题，建立一套适合智慧港口发展的动力体系。

2.4 终级阶段――港口体系自我适应阶段

智慧港口建设进入这一阶段后，港口的运载工具、装卸设备等将具备自我学习、自我适应、自我决策、自我完善等四大特征，港口有了自己的生命力，它将根据外界环境的变化来选择自我发展路径。这个阶段港口发展的“决策”完全不同于现在所有信息系统中的“决策系统”，它是在大数据分析技术达到一定程度下的“自主决策”。港口体系具有自我适应能力是港口发展的愿景目标，也是目前人类对港口发展能够设想的终极阶段。[2]

3 集装箱码头的自动化

面对全球工业4.0和“互联网+”的发展趋势，自动化集装箱码头成为了智慧港口当前及未来发展的一个重点。截至2015年底，全球已建和在建的自动化集装箱码头共计51个，其中，以堆场自动化装卸为核心的半自动化码头共36个，以全过程自动化装卸为核心的全自动化码头共15个。我国厦门港、青岛港和上海港均已建成自动化集装箱码头，极大地提升了港口的装卸效率，促进了港口的转型升级。[3-4]

自动化集装箱码头是在综合应用人工智能、运筹学和系统工程理论的基础上，采用自动化作业设备及配套的管理和控制软件，形成的一个完整的集装箱装卸作业工艺系统。该系统可以全部或部分替代通常需要由人工控制的复杂的集装箱搬运和装卸作业，码头现场需要配备的生产人员大量减少。目前，自动化集装箱码头一般可以实现集装箱堆场作业和水平运输的全自动化，岸边集装箱起重机装卸船作业半自动化。

结合我国港口实际情况，未来集装箱码头向着智慧港口的目标迈进的过程中，可从以下5个方面加快发展。

（1）改造人工操作的集装箱码头。为降低改造初期投资，可先利用现有设施进行堆场半自动化改造，而后择机进行全自动化改造。日本名古屋港TCB码头的总体布局和工艺模式可为国内集装箱码头的自动化改造提供借鉴，其堆场平行码头岸线布置，采用自动化轮胎式集装箱门式起重机（Automated Rubber Tired Gantry，ARTG）工艺、自动导引车（Automated Guided Vehicle，AGV）运箱进堆场以缩短自动化轮胎式集装箱门式起重机行走距离，在提高自动化程度的同时降低能耗。

（2）制定自动化集装箱码头建设标准。在集装箱码头总体布置模式、自动化装备、工艺、控制技术、环保节能等方面应尽快制定行业技术标准，用以指导我国自动化集装箱码头的建设，实现我国自动化集装箱码头建设技术的跨越式发展。

（3）提升码头智能化作业管理系统水平。积极应用云计算、大数据及移动互联等技术，不断推动全自动化码头智能生产管理控制系统向更高端智能化、智慧化方向发展。

（4）推动全自动化设备研发。推动自动堆垛起重机（ASC）的研发及其在全自动化码头的应用，推动集装箱自动摘锁技术及设备的研发。

（5）提升自动化设備的软硬件配置。应用先进算法、IT技术、人工智能、现代通信和网络技术，以及移动互联技术，推动设备控制系统（Equipmeut Control System，ECS）智能化发展。采用新型合金材料，在使自动导引车和跨运车（Shuttle Carrier，SC）轻型化的同时，提高载质量，降低营运成本。

4 结 语

当前智慧港口的建设还远未触及“自我适应”的终极阶段，其发展历程中的前3个阶段的持续发展，也要寄希望于新技术的不断出现，还需要社会其他领域智慧化的配合。2017年初，AlphaGo击败数十位中日韩围棋高手，轰动棋界和科技界，打破了人们对机器“智力水平”的传统认识，人工智能发展进入了新阶段。也许有一天，这种颠覆式的情况也会发生在港口发展中，打破人们的传统观念，从而进入智慧港口建设新阶段。

参考文献：

[1] 刘兴鹏，张澍宁.智慧港口内涵及其关键技术[J].世界海运，2016（1）：1-6.

[2] 罗本成.哲理视角剖析智慧港口[J].中国港口，2016（6）：14- 16.

[3] 陶德馨.智慧港口发展现状与展望[J].港口装卸，2017（1）：1-3.

[4] 中国水运网.码头无人区：集装箱自动化发展之势[EB/OL].[2016-07-05]（2017-08-01）http：///html/content/2016-07/05/content_544609.shtml.

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