综合论坛:上海生活垃圾集运系统的智能化设计
发布时间: 2017年04月10日       来源:绿色上海       【字体:

梁 超 倪永红 张明明 沙 钢


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区域物流系统是一个复杂的社会大系统工程,它是具有完整物流过程和服务管理的供应链活动,需要一个先进物流管理信息系统与之相匹配。

中小物流企业现有的信息管理系统,大多数是对部分区域进行分别管理,没有建立区域间的联系。由于作业流程设计不够合理、信息化程度不高、不能实现可视化操作,使得系统难以适应生产规模的不断扩大、造成整体作业效率下降、生产过程存在监管的盲点等;还因为缺少先进数据统计与分析功能,增加了生产运作风险。

基于以上这些问题,本文以上海市生活垃圾内河集装化转运系统(以下简称集运系统)为实例,阐述利用现代计算机与信息处理的集成技术如何实现对区域物流系统的智能化控制与管理。


一、集运系统简介

据统计,上海市生活垃圾日排放量在2万吨左右,并呈现逐年上升的趋势,而大部分生活垃圾采用散装水陆联运的方式运到老港填埋场。为了实现绿色环保运输,上海已建成市区生活垃圾内河集装化转运系统 。

这一高标准、环保型内河转运系统,以市区的虎林码头、徐浦码头和老港码头为基地,利用虎林、黄浦江、大治河、老港环卫专用航道等航道资源,建设环卫码头/中转站,选用符合国际通用集装箱规格的垃圾专用集装箱,在码头/中转站将垃圾压缩装箱后经车、船/车联运至老港。

总体思路可以概括为“一个系统、二个中转站、三个码头”。一个系统,即利用现成内河航道,建设一个固体废弃物内河集装化转运系统;二个中转站,即新建的虎林中转站和徐浦中转站;三个码头,即改建虎林码头、老港码头,新建徐浦码头。其中,虎林中转站和码头将负责苏州河以北区域的垃圾转运任务,徐浦中转站和码头将负责苏州河以南区域的垃圾转运任务。为此,整个集运系统包括两个子系统,即“徐浦—老港”子系统和“虎林—老港”子系统。如上图1所示。


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二、集运系统架构

根据垃圾转运系统的业务需求,集运系统主要分为基础设施层、空间信息支撑层、系统业务逻辑层和系统应用层等4层架构。

基础设施层,主要由物流设施和通讯服务设施组成,负责完成数据信息的采集、转换和收集工作。空间信息支撑层,是信息传输服务的提供者和组织者,由通讯服务器、ArcIMS空间服务器等设备组成。系统业务逻辑层,主要是由空间信息服务和物流业务服务两类组件构成,在系统中起到承上启下的作用。系统应用层,是系统功能的提供者,它涵盖了信息系统全部运输业务的功能模块。系统应用层还提供了可扩展业务的接口功能,以便为各类用户不同的需求提供一种较完备的应用解决方案。系统架构如图2所示。


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三、系统关键技术的集成

物流信息系统的关键技术是物流体系的重要组成部分,也是建立智能化的物流信息系统以提高系统运营效率的保障。集运系统将计算机通信技术、信息采集技术、数据库技术和物流信息跟踪技术有机地结合在一起,形成了自动化周期运转的业务工作模式。

(一)GPS和GIS结合的技术

在基础设施层的车船上安装GPS接收装置获取实时的经纬度坐标,地面监控中心就能实时监控车船的位置,并根据道路、水路交通状况向车船发出实时调度指令。辅以GIS技术提供车船运动的地理空间数据,再利用GIS的最佳路径分析等功能,科学快速地预设定最佳运输路线。当GPS信号反馈回的车船运行路径出现偏差时,系统发出警告提示,以便决策层针对情况快速反应。此外,利用车船载GPS接收机获取到车辆船只的位置信息,使用电子地图进行图上定位,能很好地进行车船跟踪和轨迹回放。

(二)PLC技术

系统选择PLC技术方案获取桥吊上集装箱在装卸过程中的实时精确位置信息。该方案对前方堆场和码头做坐标映射,使用运动机制测量算法结合位移传感器获取的数据,得出桥吊的作业状态和集装箱的精确位置。系统还能进行探测预警,一旦探测到行车工作可能超出受限范围则自动限制此操作的继续,有效提高了系统的安全性,同时记录行车作业中的危险工况,为事故的分析处理提供可靠依据。

(三)RFID技术

RFID技术在识别箱号方面具有很高的可靠性。集装箱在经过物流闭环系统的各个关口时,其个体识别操作是运输、监管、维护工作的基本条件,再与定位跟踪功能绑定能为各级作业的实施提供保障。为此,系统在闸口、桥吊、正面吊和集装箱作业环节部署了RFID设备,采集经过的集卡或集装箱上的电子标签,通过通信技术、网络技术等手段传输到后台服务器。

(四)数据库集群技术

集运系统中物流运营部分包含3个基地作业数据,在加强基地业务间联系方面采用数据库集群技术,构建统一数据库服务器,将徐浦、虎林、老港基地码头的中控服务器进行耦合,使其并发运行、互为备份。在网速保证的前提下,所有基地作业数据可做到实时同步。集群后的分布式数据库可提高数据访问的并发性和安全性,所有码头数据格式统一和数据共享,因此在应急状态下任何码头均可访问其他码头的数据。

(五)WPF技术

生产数据在应用层的显示,将WPF技术引入到集运系统中,开发具有友好人机交互界面、丰富表现形式的软件系统,支持对集装箱和车船详尽操作信息的查询,并结合3D建模技术实现对生产全景的实时监控。


四、集运系统功能与实现

根据系统的设计方案,基于B/S架构模式,采用Microsoft.NET开发平台,以Web Service技术作为系统主要功能实现技术,并结合Oracle集群数据库和开源的GIS服务平台,实现了该转运信息系统。系统主要包括生产作业管理、船舶靠泊调度、资产管理、数据统计报表管理和作业监控指挥中心等功能,其结构如图3所示。以徐浦基地为例,下面具体介绍应用该系统进行垃圾转运的详细过程和相关数据信息分析。


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 (一)生产作业管理

道口采集子系统用于采集入口道口、指令道口和后方道口的过车记录,包括过车时间、车号、数量等信息,桥吊子系统主要监管基地3个桥吊装卸集装箱的过程,显示当前作业的集装箱号、集装箱类型和作业状态,查询历史作业记录和操作指令。进入基地的散装垃圾首先要进行压缩,压缩机作业子系统显示了对应机号处等待的集卡和使用集装箱的编号,给出压缩长度和重量,同时记录了日作业量。集卡作业子系统主要用于显示集卡作业指令接收及执行状态。船舶靠泊子系统能显示当前船舶位置,预测抵港时间并生成抵港通知,同时记录到港时间;根据船舶到港具体情况,自动安排靠泊计划,辅助生成靠泊离泊指令、引导泊位作业。

(二)数据报表管理

系统统计了各类数据信息并以报表的形式显示,通过相关分析能确保物流业务周期稳定运转,提高系统危机预测和抵御风险的能力。使用集装箱信息的统计查询功能,能查看箱体在一段时期内的使用频率、同一基地内各种集装箱在不同作业区域的分布情况等信息。车船统计模块功能主要是查询内集卡总量、出勤和在后方指令区的分布情况,以及一段时期内各船舶靠离该基地的频率分布。系统能查询指定时段内徐汇、长宁、青浦和黄埔各区的垃圾重量,有利于参考制订生产计划;此外,还提供了系统垃圾吞吐量的查询。基地性能功能模块给出了徐浦、虎林、老港基地实际处理量与系统剩余处理能力的对比分析,并给出同一基地系统各月份的负载情况。分析系统各类统计数据,使我们能获得系统的综合运营能力,从而对生产任务、设备使用进行更科学合理的分配。

(三)生产服务管理

集装箱是垃圾转运的重要载体,因此系统提供了修箱、洗箱和保养功能以延长箱体的使用寿命;对于生产过程中出现的异常情况,例如:GPS未有效更新船舶信息、道口处RFID未检测到集卡或集装箱标签、桥吊司机操作失误等,系统设计了中控报警模块,通知管理层做出应急处理;系统提供流量控制模块监控并调度作业流程中各环节的垃圾吞吐量,保证较高的运输效率。

(四)监控服务管理

监控服务管理是面向决策管理层、计划监管层的管理者,基于业务流程闭环处理功能,向其提供数据查看与分析、视频监控以及应急调度功能。用户在集装箱流转运输跟踪功能模块中,可根据箱号查询到箱体的基本信息、当前位置(堆场贝位号、集卡、船箱贝位号)、状态(好箱/坏箱,空箱/重箱)。同样,车辆船舶跟踪模块功能可在地图上查询、显示所有车船的具体位置,并实时观测沿线运输状态。作业视频监控功能模块主要是对指令道口、入口道口、桥吊作业区、船舶靠泊区和后方道口的作业实况进行监控,将3个基地的生产作业视频整合到监控指挥中心,以便配合全市集运运营进行统一管理。3D全景模拟展示功能主要针对实业生产过程,模拟基地生产场景,动态显示当前各设备的作业状态。


五、结语

本文着重介绍了集运系统四层架构、关键技术和功能实现等方面的内容,阐述集运系统成功地实现了对区域物流系统的智能化控制与管理。与同类系统相比该系统在技术方案、操作管理、功能扩展、信息化程度等方面做了较大提升,对改变现有传统的内河集装化运输分析模式和管理方式、优化资源配置、提高企业核心竞争力、构建智能高效的集装化运输信息管理平台等具有示范性作用。

(作者:梁超,上海环境实业有限公司董事长;倪永红、张明明,上海环境实业有限公司工程师;沙钢,上海万坤企业发展有限公司总裁)


(本文由作者供图)