无线技术在港口安全监控中的应用

　　CPS中安网记者：周智勇

　　引言：

　　中国是一个港口大国，共有约1400多个港口，其中对外开放的港口有130多个，拥有14个亿吨大港：上海港、宁波舟山港、广州港、深圳港、天津港、秦皇岛港、青岛港、大连港、苏州港、南京港、日照港、南通港、烟台港、营口港灯灯。港口是一个人员密集、货物密集、劳动密集、资金密集的区域，做好港口设施保安工作、保障安全生产是港口正常运行、发挥经济社会功能的前提。

　　良好的港口安全环境直接影响着在港船舶、港内人员、港内货物和财产的安全，也关系着港口区域安全和国际航运环境建设。为实现各级港政部门对各港口企业安全及保安等生产作业场所、防护区域图像、声音、报警数据的远程监视、监测、控制功能；为达到港政部门对各港口企业生产作业实时、集中监管的需求，各级港政部门通过远程网络视频监控平台，可以实现各级港政部门通过网络随时查看各港口企业安全及保安情况，并能对港口企业安全及保安进行工作指导，实现集中远程监控，交通部通过监控平台进行保安核验和应急指挥。

　　本文介绍无线技术在港口安全监控系统建设中的应用，这些方案能有效应对安全生产过程中的潜在风险、有意无意破坏、违章操作、人员安全保障的实时监控、管理和应急反应处理所面临的诸多挑战。灵活的安防解决方案可用于规模大小不等的港口码头，可解决不同类型及不同程度的安全防范问题，全面保护生产、员工和周边的安全。

　　一、无线技术在港口安全监控中的主要应用

　　港口是一个非常典型的无线应用场景，港口、码头及货场，由于大型港机作业，运输道路和货物通道不能敷设电缆。无线宽带接入提供了理想的解决方案，这种解决方案除了避免在混凝土和海洋中敷设有线线路基础设施的难题，也为停靠在海港和码头的船舶提供了宽带接入。

　　无线宽带接入在港口主要有以下几种应用：

　　● 港机CMS数据传输应用(起重机远程监控管理系统)；

　　● 港机GPS纠偏数据传输应用；

　　● 港机视频监控传输应用；

　　● 码头视频监控接入应用；

　　● 集装箱堆场无线应用(手持终端、车载终端接入)；

　　● 磅房车辆监控与数据传输应用；

　　● 为码头停靠船舶提供Internet接入服务；

　　1、港口机械远程管理应用

　　宽带无线接入方式可以帮助码头技术部门实现港机的远程监控和维护。相关技术人员不出办公室就可以知道港机设备工作状态、故障位置、保养部件等信息，大大提高了港机设备的检修与维护效率，故障判断更准确，故障处理更快速。

　　单台基站设备以覆盖方式，为码头港机提供无线接入。宽带无线接入方式可以代替价格昂贵的拖链光缆，实现可靠稳定的数据传输。

　　图1：大型港口安全监控系统的应用场景。

　　2、港口视频监控远程传输应用

　　宽带无线接入方式同样可以代替传统的光缆传输手段，让摄像机安装位置摆脱了有线电缆的束缚，安装布置更加灵活、快速。

　　视频监控在港机上主要涉及生产监控、操作监控、设备监控和安全监控等多种应用，无线传输方式主要用在港机不方便敷设电缆的位置或将港机摄像机图像传输至码头生产管理办公室，用于远程视频监控。

　　港区内固定视频监控点也可以通过无线方式快速、可靠的接入相关管理部门。

　　图2：港区无线监控点的设置。

　　3、集装箱堆场无线应用(堆场无线覆盖)

　　 随着港口、码头信息化建设的快速发展和无线通信技术的成熟，宽带无线被广泛应用于码头调度和管理中。码头集装箱装卸、堆存业务趋向标准化，宽带无线作为一种传输技术手段可以帮助码头合理、有效的针对人工、堆卸港机和集卡进行调度和管理。

　　二、无线技术在港口安全监控中的主要作用

　　港口码头、车站货场等，往往环境布局复杂，作业区不允许架空明线，不适宜铺设有线网络；龙门吊等大型起重设备和其他转运车辆，更需要能支持移动作业的业务网络。因此，利用自身品质优良的无线网络设备，建立起支持高移动性、具有强保密性和抗干扰性的无线宽带网络，能够很好地满足作业现场业务的需要。

　　例如，艾克赛尔根据港口码头、车站货场等的特点，提供整套无线宽带网络的解决方案。根据业务的不同，解决方案共分为以下两个方面：

　　1、无线视频监控

　　无线视频监控多应用于货场、重点区域和作业面等的视频实时监控。根据现场环境的特点与实际情况，通过无线传输方式组网，将前端监控摄像机的视频图像传输至专门的监控控制中心。

　　图3：用于港口监控的无线组网方式。

　　艾克赛尔无线视频监控系统整体解决方案，既支持码头、货场等地的固定视频监控点的视频传输，又支持巡逻车辆的移动视频传输，极大地完善了安防体系，大大提高了安全性。

　　另外，艾克赛尔无线视频传输网络的还使实时监控龙门吊、起重机等的操作成为可能。无线网络传输设备安装便利、支持运动中的传输，监控控制中心能够通过无线视频监控网络实时监控各种大型机械的操作，保障了现场的安全作业与生产。

　　2、无线数据传输网络

　　艾克赛尔货场无线数据传输网络实现了中心控制室与作业现场的数据信息共享。例如无线现场作业调度系统，中心控制室可以通过无线网络向作业现场远程发送作业调度指令、装卸作业指令等，现场工作人员通过无线网络，将现场实时作业信息传回中心控制室，还可以查询使用中心控制室相关数据信息。可以说无线现场作业调度系统在确保现场作业高效运行、保障生产安全方面起到了举足轻重的作用。

　　图4：无线数据传输的示意图。

　　另外，货场PDA货物无线扫描系统也是艾克赛尔无线数据传输网络的典型应用。通过在货场内组建全方位的无线覆盖传输网络，为PDA货物无线扫描系统搭建起了应用的平台，实现了货场的信息化，大大提高现场工作效率。

　　3、构建车载无线局域网

　　如今，港口集装箱作业采用2.4G无线技术和计算机技术进行管理已经相当普遍，特别是大型的集装箱码头，已经离不开计算信息管理系统的支持，港口信息管理系统的先进程度已经成为制约一个港口吞吐能力的重要因素之一。

　　达文VT-725/825无线车载终端在装载集装箱的时候，中控把每个待装载的集装箱信息通过网络发送到等候任务的拖车的车载终端上，拖车司机通根据车载终端上的指示，将集装箱托送到指定的桥吊下，任务完成后拖车司机通过车载终端向中控发送任务完成指令，等待中控分配下一个任务。这样中控就能实时监控桥吊和拖车的工作情况，合理分配资源，避免了拖车与桥吊配合的不均衡，减少了任务传达的层次，缩短了信息传递的时间，减小了差错率，增加了集装箱吞吐率。

　　图5：车载无线终端在港口安全监控中的应用。

　　 无线车载终端在港口码头管理中应用，解决的主要问题是码头复杂的地理位置和特殊功能造成的传统网络利用不便的问题。利用车载无线终端搭建的无线局域网具有高移动性、强保密性、抗干扰性和架设与维护便捷等特点，在位置变动频繁、成长快速、各类突发性事件，以及不方便铺设有线网络的地方是最明智的解决方案。

　　通过车载无线终端构建无线局域网，在被覆盖的整个码头可实现从调度中心发出作业指令到车载终端或手持终端，工作人员可随时随地获取所需的指令和数据，实时指挥厂桥、流机、集卡进行合理作业，大大提高了包括装船、卸船、集港、倒箱、运输等作业的效率，为数字港口的建设提供了优良的网络基础。

　　三、港口集装箱物流安全管理系统

　　集装箱制造商和集装箱运输管理企业承担了大量的生产运输、成品运输和堆放存储等繁重的统计管理工作。在集装箱出厂后，不能实时知道集装箱的位置和状态，是否安全到达堆场，由于出入堆场的繁杂手续导致托运车辆排长队现象，除此之外在面积庞大的堆场上找出指定集装箱非常困难，不仅浪费时间而且容易出错。此外由于无法实时了解堆场上的集装箱的数量和位置空缺，无形中造成堆场利用率低，浪费了企业资源。基于这种状况下，要建立一套基于RFID的集装箱管理系统，提高整个港口的物流自动化水平，确保货物流的安全。

　　基于RFID的集装箱管理系统，是将电子标签固定在集装箱上，读写器安装在作业车辆或港口的出入口，通过非接触式信息读写，实现集装箱与管理系统的数据信息连接。900M频段射频识别系统，可同时读写多个静止或移动的标签。杰讯电子最新研制的磁力金属标签，具有一下特点：吸附力强；安装、回收方便；可重复使用；储存信息量大；使用寿命长；保密性好。天线和读写设备安装在集装箱运行通道和集装箱吊运设备上，读写器可以向电子标签读写集装箱运输中的信息，并连接到集装箱管理系统，进行数据交换，实现集装箱的自动识别和实时管理。

　　图6：港口物流的监控。

　　基于RFID技术的集装箱管理系统包括：中央监控中心系统、作业现场监控系统、出入闸口监控系统、船只装卸监控系统四个主要部分。

　　1、中央监控中心系统：监控其他系统运作，与其他系统进行信息交互，进行集装箱信息管理和托运车辆信息管理，数据统计与分析，进行运费结算，并向客户提供集装箱信息查询服务。

　　2、作业现场监控系统：监测、记录集装箱的信息、托运车辆的信息、发生时间、操作人员等，统计分析各种集装箱的情况。

　　3、堆场集装箱管理系统：监测，记录经过港口检验通道闸口的集装箱信息、对应的拖运车辆信息、操作人员等信息。堆场集装箱堆放位置信息管理，通过堆场堆放车辆上面的读写器和放置在驾驶室内的显示屏迅速准确查找集装箱位置，根据集装箱堆场地图完成放箱、找箱功能。

　　4、船只装卸监控系统：监测、记录船只装卸时的相关信息，对装卸作业的集装箱的信息进行有效记录。

　　基于RFID的集装箱管理系统采用900MHz频段的系统。包括在每个集装箱的指定位置安装1-2个电子标签，在每一辆注册过的托运车辆上安装一个电子标签(电子标签一般安装在托运车辆的前挡风玻璃上)，在港口查验通道处和堆场出入口选择位置安装读写器，在堆场的堆高车、铲车上安装读写器，堆高车、铲车驾驶室显示屏显示读取信息，在港口岸边桥机、岸边门座起重机、场地龙门吊、集装箱叉车、集装箱正面吊等装卸装备上安装读写器，在吊运集装箱的作业过程中，对集装箱电子标签进行识别，提高作业的准确性和提高工作效率。

　　系统的工作流程如下：

　　在车辆和集装箱的指定位置安装写有相关信息的电子标签，在车辆通过货场专用验证通道时，系统自动采集相关信息，并在室外显示屏上显示引导车辆到达地点的信息，查验工作人员确认信息无误后放行，同时系统采集到的信息通过传递到调度中心，调度中心指挥装卸设备进行相关作业。实现对集装箱在港口运行的全过程控制。基于RFID 技术的集装箱管理系统，加强了集装箱监控能力，为客户提供相关信息，实现堆场自动化管理，减少集装箱管理人员工作量和人为失误。

　　电子标签在集装箱安装示意图如下：

　　
　　系统实现的主要功能包括：(1) 满足岸边桥机、岸边门座起重机、场地龙门吊、集装箱叉车、集装箱正面吊等装卸装备，在吊运集装箱的作业过程中，对集装箱电子标签的读写；(2) 满足集装箱卡车通过集装箱港区道口时，对集装箱电子标签的自动读写。

　　四、港口吊车作业监控与可视化管理系统

　　北京合众思壮的集装箱码头轮胎吊AGSS/PDS系统采用全球卫星定位技术GPS、地理信息系统GIS、二三维仿真技术、无线通信技术、数据仓库等多项技术，为集装箱港口提供一整套作业监控与辅助决策解决方案，可以有效提高集装箱码头作业效率，保障作业安全，降低生产成本，全方位提升港口的综合竞争力。

　　港口GPS系统解决方案的主要功能包括：

　　1、作业实时监控：

　　● 二三维码头前沿实时多角度动态展示

　　● 堆场二三维实时多角度动态监控

　　● QC、RTG、集卡、堆高机、正面吊等码头机械设备位置和作业过程实时监控

　　● 作业机械安全保护，RTG防跑偏、防“打保龄”、防碰撞预警和控制

　　● 机械设备状态监测和故障报警

　　2、辅助决策管理：

　　● 历史作业数据自动记录、查询、回放

　　● 作业调度合理性分析和提示

　　● 作业效率统计，瓶颈分析

　　● 数据挖掘，提供科学决策支持

　　● 作业调度计划可视化仿真与优化

　　3、系统组成包括：

　　1)PDS集装箱箱位侦测系统

　　 系统能自动实现集装箱位置的侦测和位置数据的传输。使用该系统后，司机可以实时知道当前吊具在BLOCK、STACK、LANE场地地图中的位置，并快速确认，同时该系统通过无线数据系统将轮胎吊的位置信息实时传回控制中心。

　　2)AGSS轮胎吊自动纠偏系统

　　系统实现了轮胎吊沿基准线自动行走的功能，从而减轻司机的劳动强度，避免事故的发生。同时由于系统会自动检测轮胎吊行驶轨迹是否超出警戒范围并迅速给出声光提示，从而可以最大限度地减小撞箱事故的发生。

　　3)TPS集卡调度系统

　　由于集装箱、桥吊、轮胎吊的遮挡影响，运行在桥吊下和堆场中的集卡，仅靠GPS无法完成实时、连续的定位功能，可同时采用陀螺仪、有源RFID等组合定位技术，实现高可靠性的定位监控。通过对集卡动态的智能调度，大大减少了堆场翻箱率和集卡空车的运行距离，提高了集卡的运输效率和等待时间，降低了能源消耗。

　　4)二、三维作业监控与辅助决策管理软件

　　合众思壮的研发、具有自主产权的GIS引擎，同时支持码头堆场、作业设备等二维和三维的显示、操作，支持场景漫游，用户可360×360度任意变换观察角度。具有以下功能：

　　● 码头泊位动态展示

　　● 桥吊动态展示

　　● 堆场作业设备可视化管理和监控

　　● 集装箱作业过程监控

　　● 作业数据存档、查询、回放、统计、分析

　　● 作业效率统计和优化

　　● 事先推演和调度规划

　　五、港口输油管道安全监控系统

　　港口输油管道的安全监控系统的建设有着至关重要的意义。其结构如图所示，系统主要由温度、压力、流量等传感器和ZigBee网络构成。在管道上每隔一定距离布置一组温度、压力、流量传感器。温度、压力、流量传感器均应采用防爆或本安型。由于油气管道的空间跨度很大，所以管道监控装置布置的比较分散，各监测节点成链型线性分布，采用经济的无线数据传输方式ZigBee能够满足这一空间要求。

　　ZigBee这种低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，适合于远程数据采集领域。各监控点的信息经过多级节点接力传输，最后由主节点汇集后，向监控PLC传送。ZigBee网络控制方式相比于PLC直接控制和现场总线控制有着很大的优势，节省了控制电缆的铺设、检查及维护。

　　六、港口船只区域的安防监控

　　港口给船舶提供安全的进出港和停泊位，是水陆交通的集结点和枢纽。为了保证港口的正常运营，需要对进出港口的船只进行管理，确保航道内船只的正常有序的运行。对于港口内禁止通行停泊的区域，船只的违规行驶等情况，需要通过技术的手段实行24小时不间断的监控和管理，在有违规事件时立刻触发报警并通知管理人员。贝尔信公司以智能视频监控技术的手段，提供以下解决方案：港口、海面船只管理监控方案。

　　1、船只区域入侵检测

　　在需要监控管理的港口区域安装固定摄像机，智能视觉服务器启用区域入侵检测模式。在发现船只进入区域时报警，提示管理人员进行处理。

　　2、船只穿越警戒线检测：

　　在需要监控管理的港口区域安装固定摄像机，智能视觉服务器启用绊线穿越检测模式，设定穿越报警的方向。在发现船只越过警戒线时报警，提示管理人员进行处理。

　　该系统应用在港口、海面等环境，主要监控船只等大型目标，要求设备具有区域入侵检测及警戒线穿越检测等智能视频分析功能，所选用的前端摄像机应包括入侵检测、绊线穿越检测、围墙翻越检测等智能检测功能。

　　结束语

　　通过本文介绍的内容可见，大型港口安防监控系统涉及到港区、货物、作业区、船舶停泊与进出区、输油管线等区域的安防监控，无线技术、RFID技术、智能视频分析技术在该领域有着广阔的应用，对于集成商来说，掌握该领域的需求特点，有助于尽早布局大型港口安防监控市场。

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