物联网技术在智能港口中的应用前景

第一篇：物联网技术在智能港口中的应用前景

物联网技术在智能港口中的应用前景

王宇1 李继春2

（1.北京交通大学经济管理学院，北京，100044 2.交通运输部水运科学研究院，北京，100088）

摘要：本文简要介绍了物联网、智能港口的相关概念和发展前景，并根据国内物联网的研究现状提出对智能港口物联网的架构，为中国物联网在智能港口中的应用研究提供了参考。关键词：物联网；智能港口；集装箱； RFID 引言

物联网(The Internet of Things)就是“物物相连的互联网”，是通过射频识别(RFID)、红外传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，进行信息交换和通讯，以实现物与物、物与人的泛在链接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。本文在综述物联网发展现状和关键技术的同时，提出了物联网在智能港口中的应用前景，并在应用前景下提出智能港口中物联网技术框架。

1.物联网的发展现状

1.1物联网在国外的发展

2005年在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟发布了《互联网报告2005：物联网》，正式提出物联网概念，并指出无所不在的物联网时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷，从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行信息交换。日本提出的“i-Japan”以及IBM所倡导的“智慧地球”，点燃这一概念的产业化热情。美国奥巴马总统就职后，积极回应了IBM提出的“智慧地球”的概念，并很快将物联网的计划升级为国家战略[1]。目前，美国拥有技术及标准的全球优势地位，并且已在多个领域应用物联网，例如得克萨斯州的电网公司建立了智慧的数字电网。

欧盟为了加强对物联网的管理，消除物联网发展的障碍，制定了一系列物联网的管理规则，并建立一个有效的分布式管理架构，使全球管理机构可以公开、公平、尽责的履行管理职能[2]。此外，为了提高物联网的可信度、接受度、安全性，欧盟积极推广标准化，执委会将评估现有物联网相关标准并推动制定新的标准，确保物联网标准的制定是在各相关方的积极参与下，以一种开放、透明、协商一致的方式达成。从目前的发展看，欧盟已推出的物联网应用是对药品使用专用序列码从而提高了欧洲在对抗不安全药品和打击制假方面的措施力度。

1.2物联网在国内的发展

我国中科院早在1999年，就启动了传感网的研究，并已建立了一些实用的传感网[3]。与其它国家相比，我国技术研发水平处于世界前列，在世界传感网领域，中国、德国、美国、韩国等国成为国际标准制定的主导国。据中国电信介绍，目前中国电信开发的物联网应用已经超过了1O项。而日前，无锡传感网中心的传感器产品在上海浦东国际机场和上海世博会被成功应用。温家宝总理2009年8月在江苏无锡考察时提出了“感知中国”，推进物联网发展，11月底，温总理在江苏南京考察时再次表示，当前，流通行业要大力运用网络技术，特别是物联网技术，实现流通现代化。自2009年8月温家宝总理提出“感知中国”以来,物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”，物联网在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的。2.物联网的关键技术

物联网主要涉及的关键技术包括：射频识别(RFID)技术，传感器技术、传感器网络技术、网络通信技术等。2．1射频识别(RFID)技术

RFID技术是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别对象并获取相关数据。RFID为物体贴上RFID标签，具有读取距离远、穿透能力强、无磨损、非接触、抗污染、效率高、信息量大等特点。RFID技术是物联网最关键的一个技术。2．2传感器技术

传感器负责物联网信息的采集，是实现对现实世界感知的基础，是物联网服务和应用的基础。传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受捡出功能，并按照一定规律转换成与之对应的有用信号的元器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。2．3传感器网络技术

传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端，从而真正实现“无处不在的计算”理念。2．4网络通信技术

传感器的网络通信技术为物联网数据提供传送通道。传感器的网络通信技术分为两类：近距离通信和广域网络通信。在近距离通信方面，以IEEE 802.15.4和2.4GHz 为代表。在广域网路通信方面，IP互联网、2G／3G/4G移动通信、卫星通信技术等实现了信息的远程传输，特别是以IPv6为核心的下一代互联网的发展，将为每个传感器分配IP地址创造可能，也为物连网的发展创造了良好的基础网条件。

3.物联网在智能港口中的应用前景

3．1智能港口的概念

智能港口是一个基于现代电子信息技术面向港口运输的服务系统。它的突出特点是以信息的收集、处理、发布、交换、分析、利用为主线，为港口服务参与者提供多样性的信息服务。可见智能港口迫切地需要和物联网技术紧密的结合，实现港口服务的数据共享和稳定高效。

3．2智能港口在中国的发展

我国的研究人员对物联网在集装箱码头的应用研究是从跟踪发达国家发展的同时，逐渐有了自己的创新。参与这方面研究的有交通运输部水运科学研究院、中国集装箱标准协会、上海港、中集、中远等科研机构及一些企业，并取得了一些初步的成果。其中，由交通运输部水运科学研究院牵头，多家单位合作的针对无源电子标签的“集装箱电子标签”研究成果，已经在重庆寸滩港取得了卓有成效的应用，该成果的应用已经显现物联网技术在集装箱码头中的应用，并具有智能港口的雏形[4,5]。

3.3基于物联网的智能港口技术架构

基于物联网的智能港口可划分为一个由感知层、网络层和应用层组成的3层体系，如图所示：

图1基于物联网的智能港口技术架构

智能港口的感知层包括港区内作业设备和作业区域的条码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、各种传感器，感知层的主要作用是感知和识别物体，采集并捕获信息。

智能港口网络层包括无线网络接入物联网管理中心和信息中心，并利用网络的能力对海量信息进行智能处理的部分。也就是说网络层不但要具备网络的能力，还要提升信息处理的能力。同时，对海量的物联网提供的数据和信息进行分析处理，提升对智能港口的洞察力，实现港口真正的智能化。

智能港口应用层是将物联网技术与智能港口的需求相结合，实现港口智能化应用的解决方案。智能港口通过应用层最终实现信息技术与智能港口的深度融合，对智能港口的发展具有广泛的影响。应用层的关键在于在信息化的过程中，能满足港口管理系统的各个环节智能交流，精确管理的目标。

3.4基于物联网的智能港口应用前景

以集装箱出口为例，当集卡以规定速度驶入检查桥时，检查桥处的感知设备自动读取集装箱和集卡相关信息，并通过无线网络与港口信息管理平台进行信息验证，验证通过后，信息管理平台将调度信息发送给计划生产的机械，并将路线信息以图形化显示在集卡信息屏中，同时检查桥的电子杆自动抬起，集卡司机根据信息屏的显示的行驶路线将车开到指定地点，此过程无需人工干预，可实现不停车通过检查桥。当集卡依据指令到达堆场指定地点后，已经接到作业指令的场桥将集装箱吊离集卡，场桥感知设备自动读取集装箱信息，该信息经验证后，将计划箱位以图形化显示在场桥信息屏中，场桥司机可以通过该界面，清楚知道集装箱的作业位置。在完成集装箱落位后，感知设备自动读取集装箱和箱位信息，经验证通过后，集卡和场桥司机都将得到下一条作业指令信息。当装卸船作业开始后，集卡、场桥、岸桥都接到了信息指令并到达指定地点，集卡司机到达指定地点后，场桥司机按照指令，将指定集装箱放入指定集卡，场桥感知设备自动读取集装箱和集卡信息，经验证通过后，集卡和场桥司机都将得到下一条作业指令信息，集卡司机根据指令信息将车按指定行驶路线停在指定位置上，已经接到作业指令的岸桥将集装箱吊离集卡，岸桥感知设备自动读取集装箱信息，经验证通过，并将配载箱位以图形化显示在岸桥信息屏中，岸桥司机便可以通过该界面，清楚知道集装箱的作业位置。集卡和场桥司机都将得到下一条作业指令信息，完成本次作业。此外，集卡之间可以实现物与物的信息交互，不需要人为参与，前后车之间可以给予安全距离信息提示，车与车感知可以解决盲区，能够有效防止交叉口行车安全。

可见，基于物联网的智能港口，能够实现物与物之间信息共享和动态协作，提高了港口作业的效率、准确度和可视化程度，是安全畅通，环保高效的现代化智能港口。

4.结束语

物联网技术在目前的集装箱码头中已经有初步的研究和应用。随着物联网技术的进一步发展，物联网技术必将进一步渗透到集装箱码头的发展和建设中，具有重要的经济价值和研究意义。我国应加快研究和推广具有自主核心技术和中国特色的智能港口，力争在未来世界港口智能化中占据一席之地。

参考文献

[1]赵海霞.物联网关键技术分析与发展探讨[J].中国西部科技，2010(5):25-26 [2]C.M.Roberts.Radio Frequency Identification(RFID).[J].Computers&Security，2006（25）：18-26 [3]杨会平,马振洲,宁焕生.双频RFID标签平滑升级高速公路联网收费系统[J].智能卡与电子标签,2006(5):36-38.[4]许世博，邓延洁，曹文胜.RFID 技术在集装箱码头的应用示范[J].水运科学研究，2009(9)10-13.[5]陶学宗，钟燕.RFID技术在集装箱运输中的应用研究[J].物流技术，2006（4）：40-42.