摘 要

在我国进出口贸易不断攀升的背景下，港口成为我国国际供应链环节的重要一环，随着物联网技术的不断发展和信息化在社会各个领域内应用的不断深入，为了提升港口质量，基于物联网的信息化技术在港口中的应用势在必行，并将随着信息化的进程蓬勃发展。本文就基于物联网的港口信息化进行研究，希望可以对我国港口进一步的信息化发展起到一些借鉴作用。

本文首先分析了当前港口的信息化发展现状，并结合当前信息化技术的发展情况和港口信息化的应用情况介绍了几种港口信息化的支持技术；还根据国内外文献对港口的不同建设阶段进行列举，结合我国现状进行分析后认为当前我国港口应在更为直观的可视化方向进行努力。

随后本文分为两个部分进行论述，第一，以港口信息化技术对当前港区的建设提升角度入手进行了信息化技术在港口中的应用设计，从遥感技术、数据处理技术和三维建模技术方面提升了港区的感知能力和数据直观表现能力。第二，从当前港口中的实际业务流程入手进行了港口信息化的实例应用设计，从港口作业和船舶车辆调度方面融入了信息化技术，并引入港区车辆路线的智慧化调度建模设计和港区泊位分配的建模设计。

最后以天津港为背景进行了设计的实现。从港口的整体性出发，通过EDI等现代信息手段，与港口相关企事业单位进行实时沟通，提出了船舶到港、货物入库、港区车辆作业调度的一体化处理过程。然后通过3D建模技术将经过信息化处理的港区数据通过构建直观三维模型的形式显示出来，最终完成为港区的管理和决策层应用。

关键词：港区可视化；货物到港一体化；路径优化模型；天津港

Abstract

Under the background of the rising import and export trade of our country, the port has become an important link in the international supply chain of our country. With the continuous development of the Internet of things technology and the deepening of the application of information in all fields of society, in order to improve the quality of the port, The application of information technology based on Internet of things in port is imperative, and will flourish with the process of informatization.

This paper studies the port informatization based on the Internet of things, hoping to play some reference role in the further development of port informatization in China. This paper first analyzes the current situation of port informatization development, and introduces several kinds of port informatization support technologies combined with the current development of information technology and the application of port informatization. According to the domestic and foreign literature, this paper enumerates the different stages of port construction, and analyzes the present situation of our country, and points out that the port of our country should make efforts in a more intuitionistic visualization direction at present.

Then this paper is divided into two parts. First, from the point of view of port information technology, the application design of information technology in port is carried out from the point of view of port information technology, from the point of view of remote sensing technology. Data processing technology and three-dimensional modeling technology improve the perceptual ability and intuitive expression ability of the port area. Second, starting with the actual business process in the current port, the application design of port informatization is carried out, and the information technology is integrated into the port operation and ship vehicle scheduling. The intelligent scheduling modeling design of port vehicle route and the modeling design of port parking allocation are introduced.

Finally, the design is realized against the background of Tianjin Port. Starting from the integrity of the port, through EDI and other modern information means, the real-time communication with the relevant enterprises and institutions of the port is carried out, and the integrated processing process of ship arrival, cargo warehousing and vehicle operation scheduling in the port area is put forward. Then through 3D modeling technology, the port area data processed by information is displayed in the form of intuitionistic three-dimensional model, and finally the application of port area management and decision-making level is completed.

Keywords: Port area visualization; cargo arrival integration; path optimization model; Tianjin Port

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1国内研究现状 1

1.2.2国外研究现状 2

1.3本文的研究内容 3

第2章 物联网港口概述 5

2.1物联网港口概念 5

2.2物联网港口支持技术 6

2.2.1感知及可视化技术 6

2.2.2大数据与云计算技术 7

2.2.3 三维GIS技术 8

2.3物联网港口的发展阶段及建设分析 9

2.3.1物联网港口的发展阶段 9

2.3.2物联网港口建设分析 10

第3章 信息化技术在港口中的应用设计 11

3.1遥感技术在港口感知中的应用设计 11

3.1.1 感知设备布置 11

3.1.2 处理信息的数据模式选择 13

3.2数据处理技术在数据可读性上的应用设计 14

3.2.1港口作业数据处理 15

3.2.2 外部相关数据处理 17

3.3三维建模技术在直观反映港区上的应用设计 18

第4章 信息化在港口中的实例应用设计 21

4.1港区作业应用设计 21

4.1.1集装箱调度可视化设计 21

4.1.2危险品货物管理功能设计 22

4.2船舶车辆调度应用设计 24

4.2.1车辆船舶智慧化路线设计 25

4.2.2船舶进出港管理 32

4.2.3车辆电子通关系统设计 33

第5章 以天津港为背景的设计实现 36

5.1天津港基本状况 36

5.2货物到港感知一体化实现 36

5.2.1船舶到港 36

5.2.2货物到区 41

5.2.3港内运输设计 43

5.3港区三维建模可视化实现 44

5.3.1建模软件选择 44

5.3.2港区地形建模 46

5.3.3港区建筑设备建模 48

总结与展望 50

参考文献 51

致谢 52

绪论

1.1研究背景及意义

世界正发生着经济全球化、国际运输市场化和贸易自由化的深刻变化，各国港口都极为重视自己的业务与信息化的结合，并将其视作建立港口竞争优势的战略性举措。一些较为先进的港口，如新加坡港、汉堡港、鹿特丹港、上海港等都进行了积极地探索与实践，向着最新的港口理念——智慧港口发展，并在实践中取得了很多成果。

物联网是当前惹人注目的热点问题，受到世界的高度关注。而物联网在港口中的应用也引发了物流界创新的高潮。物联网港口以传感技术、RFID技术体系为基础，配合有线、无线等传输技术，以实现物品的互联互通为发展方向，推进港口的物联网建设，实现港口在生产、仓储、海关监管、实时监管等方面的智慧化管理，从而最终建设完成高水平、高度智能化的智慧港口。在此基础之上，通过业务模式整合、发展理念创新等进一步构成港口生态圈，通过不断努力，在人工智能的帮助下实现港口的自我学习，最终发展成为理想中的智慧港口。

本文将以物联网、信息化技术为基础，着眼物联网港口可视化方向的研究，通过对国内外港口研究、发展现状的分析，对船舶到港、货物入库、港区车辆作业调度出港的一体化过程进行信息化设计，从而降低成本，提高港区的效率。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内研究现状

我国物流的信息化建设开始于二十世纪八十年代，1984年国务院提出进行信息化建设，1993年到1997年这段时间港口的信息化建设准备工作完成，从1997年到2008年间，射频技术、互联网技术及GIS技术等迅猛发展，港口的基础建设不断完善，为以后的一体化和共享化发展奠定了基础。

随着经济的不断发展，中国港口的规模不断增大，从经济角度对港口进行信息化改造从而降低成本提高服务成为港口发展的新方向。

潘丽、严屹（2009）以港口经济的特点为切入点，提出港口信息化发展需要关注的五大平台与四个发展阶段，提出基础网络建设对于港口信息化发展的重要意义^[1]。

孙晋名（2011）从我国物流业的角度表明了港口信息化的重要性，提出港口信息化建设中存在人才问题、管理问题等，并建议港口信息化的科学建设，强调了数据处理和数据库在港口信息化中的重要性用^[2]。

眭凌（2011）通过对国外港口的现状及发展前景介绍，提出了港口同政府、企业等各部门间的协调配合的重要性，并指出信息平台建设的大趋势，文中对条形码技术、全球卫星定位技术、 辅助决策技术、EDI技术自动识别技术等现代信息技术进行了前景分析，其标明了以后物联网港口的蓬勃发展的方向^[3]。

上海国际航运研究中心在2014年启动了“港行大数据实验室建设”，深入研究信息挖掘、加工和分析等技术，为云计算和大数据在港口中的应用打下基础^[4]。

张胜利（2015）通过对前期港口的建设进行回顾和比较，提出了21世纪新的港口将是精细化、敏捷华、智能化的新型“智慧型港口”，更加强调云计算、大数据、物联网在港口中的重要性，还提出了绿色发展方式^[5]。

林捷（2017）提出了物联网港口信息化建设中信息安全的思考问题，肖水泉提出了信息化深入发展后港口供应链间的沟通与利益分配问题。可见随着信息化和大数据云计算的持续发展，一些新的问题也在不断产生^[6][7]。

马巍巍（2018）提出对我国智慧港口建设的思考，认为人工智能技术的发展会继续深化港口信息化的变革，且使得能够进行自主学习的自适应港口成为可能^[8]。

1.2.2国外研究现状

在20世纪90年代前，国外还没有进行系统性的港口信息化研究，但是对于港口的自动化建设非常重视，这为以后的信息化研究和建设奠定了硬件基础。进入21世纪后，国外进行了港口信息化的研究，并将目光聚焦于港口的信息化平台建设。

J.E Lee-Partridge (2000)在文中举例说明新加坡港务局(PSA)广泛使用信息技术(IT)创造了一个高科技港口，成为世界上最繁忙的港口。提出了信息化在港口中的应用问题^[9]。

Badi Almotairi和Kenth Lumsden (2009) 运用系统论的方法对港口物流平台的供应链管理学科进行全面的理论分析。确定了港口物流平台的三个主要系统：港口物流系统、多式联运系统和信息通信系统^[10]。

Maria A. Lambrou（2013）提出搭建港口共同体操作平台，并设立终端和面向服务的软件技术。并相信这将发展成为下一代的技术平台形式，为众多的海上贸易者和政府提供一个完全一体化的数字环境^[11]。

Jardas, Mladen（2018）提出新技术的产生极大地影响了生产、消费、通信、服务提供的方式，港口作为供应链的一环，应当更加注重信息化的不断完善，避免成为整条供应链中的薄弱环节^[12]。

综上所述，我国对于物联网港口信息化的建设更加注重于基础设施和信息化技术的应用方面，并着力推进新技术与港口的融合发展。国外对于港口信息化的发展更偏向于整体性的思维，注重港口信息系统的建设和港口作为供应链中一环对于整个供应链的影响。

1.3本文的研究内容

未来港口的主流发展技术主要分布在高灵敏度的识别与感知技术、大数据处理和移动云数据计算上，根据港口工作人员生产作业的操作流程以及港区的现实环境，对港区进行升级改造，从而不断较少生产操作中人工的占比，创造出一种高效率、智能化的生产操作模式。伴随我国国民经济的飞速发展和一带一路战略的深入实施，各大港口正在面临着新的机遇和挑战，而物联网技术正是港口进行升级转化的关键基础。文章将主要着眼于可视化技术、大数据与3D建模技术在港口的具体应用设计，并结合相关实例证明所提出理论的可行性。

主要研究内容如下：

1)研究物联网港口的基本理论、发展阶段及发展方向。

2)研究可视化等技术、人工智能及云计算技术、3D建模技术等在物联网环境下对港口的作用。

3)研究港口信息化条件下的可视化需求，并对相关可视化模块进行设计。

4)进行基于实例背景的物联网港口可视化一体设计。

全文结构如下：

图1.1 论文结构

物联网港口概述

2.1物联网港口概念

21世纪，信息技术的第三次革命以物联网、大数据、云服务等为核心的信息技术的快速发展为标志徐徐拉开序幕。最初对物联网的认识是基于射频识别/产品电子代码(RFID/EPC)技术的互联网升级技术,后来相关技术不断发展进步，物联网的概念也随之演进,加之与各种感知技术与网络技术的的结合,物联网技术这一概念得到了认可。目前港口中已经有了许多成功的应用物联网技术的案例,但很多都局限于港口信息化管理及自动化作业的层面。通过对港口发展态势的研究,并结合物联网技术, 物联网港口概念被一些学者提出。随着现代港口的建设之中物联网技术越来越多的应用,物联网港口应运而生。

物联网港口英文缩写为IOP,即The Internet of Port。从字面上理解，是港口的互联互通之意,快速的感知、广泛的互联和深度的智能是这类港口的特征；具体的解释,这种港口是通过红外感应器、传感器、射频识别、全球定位系统等信息识别和采集的技术设备,借助通信协议,使得物流对象、船货信息、港口设备、运输工具与港口内部网络之间进行信息的相互通信交流，从而提高港口运营效率，降低成本。物联网港口通常是通过新一代绿色、低碳港口与大港口联盟实现的,是从港口发展理念和商业模式的层面提出的,采用的新的信息采集和信息共享技术,即物联网技术,建设基于物联网技术的新港口物流信息平台,通过该平台的不断发展和运作达到港口的智能化^[13]。

近年来，随着物联网、移动互联网、云计算、大数据等新一代信息技术的快速发展，人们意识到人工智能已经有可能企及甚至超过人类智力;因此，港口管理人员从人工智能所具有得自我学习、自我适应、自我决策、自我完善等能力这一方面提出了智慧港口的概念，智慧港口偏重于智能化技术的开发与应用，是一种发挥港口服务作用的港口物流服务技术体系。