李勝永，徐 勇

（南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院 交通工程系，江蘇 南通 226010）

0 引言

自第四代港口概念提出到發(fā)展至今，現(xiàn)代港口逐步向港口聯(lián)盟、資源整合和供應(yīng)鏈中心方向發(fā)展，并且具備了港口物流統(tǒng)一集成信息平臺相關(guān)技術(shù)。而要成功實施第四代港口的轉(zhuǎn)型，進(jìn)一步降低港口物流成本，就需要借助信息化管理建立港口航運透明化供應(yīng)鏈，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐的信息化和智能化道路是實現(xiàn)途徑之一。[1]散貨不同于集裝箱裝卸與管理，后者在信息識別、智能閘口管理、貨運調(diào)度、統(tǒng)一物流信息平臺等方面初步具備了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系的雛形，而由于散貨物流的特點，其在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各個層次方面發(fā)展滯后。本文以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在散貨碼頭倉儲管理中的應(yīng)用為研究對象，對其進(jìn)行了設(shè)計與實施。

1 倉儲管理系統(tǒng)現(xiàn)狀

散貨倉儲系統(tǒng)中包括兩部分，一是堆場散貨儲存，如煤炭和礦石等；二是筒倉，如不適合露天存放的糧食、水泥等。目前大部分堆場倉儲管理基本實現(xiàn)了無紙化，由堆場管理人員將堆場存貨數(shù)據(jù)、出貨數(shù)據(jù)、清理操作、灑水作業(yè)、堆溫檢測和可燃?xì)怏w濃度檢測等信息輸入到信息平臺，供管理人員做數(shù)據(jù)分析、查詢、圖形化管理等工作，然后發(fā)布物流信息、堆場安全管理信息和數(shù)據(jù)查詢更新，這種模式距物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要求的智能化水平和物流效率標(biāo)準(zhǔn)有較大距離。在筒倉存儲中，由于筒倉的封閉特性及貨物存放時間長而引起的溫度升高和貨物變質(zhì)等問題都需要人工進(jìn)行檢測，可燃?xì)怏w濃度過高等危險信息也需要定期監(jiān)測。同樣由于智能化程度低，和當(dāng)下物流體系在信息數(shù)據(jù)傳輸和貨物實時監(jiān)控的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要求相距甚遠(yuǎn)。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉儲管理系統(tǒng)方案設(shè)計

該系統(tǒng)分為堆場管理和筒倉管理兩大模塊，可以實現(xiàn)堆場作業(yè)可視化管理、地基沉降觀測、堆體溫度監(jiān)測、可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測、空氣濕度監(jiān)測等功能。各模塊及實現(xiàn)功能如圖1所示，其功能具體情況如下。

（1）堆場作業(yè)可視化管理。利用TPS（全站儀定位系統(tǒng)）實時顯示堆場作業(yè)和貨堆狀態(tài)，不在僅僅顯示圖形而是進(jìn)行數(shù)字百分比量化。

（2）地基沉降觀測。由于堆場大都靠近海河沿岸，地質(zhì)松散，易沉降，造成了堆場水泥地面等基礎(chǔ)設(shè)施下沉損壞，不具備設(shè)計排水條件。在堆場設(shè)置地基監(jiān)測設(shè)備，控制室可根據(jù)獲取的實時數(shù)據(jù)設(shè)定相關(guān)地基的最大載荷，自動提醒堆場計劃的堆垛高度，保證地基的載荷在一定的范圍內(nèi)，防止地基沉降。

（3）堆體溫度監(jiān)測（堆場）。利用紅外溫度探測儀檢測堆場料堆表溫度，利用溫感線圈檢測料堆內(nèi)部溫度。

（4）可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測。利用可燃?xì)怏w探測儀監(jiān)測一氧化碳、甲烷和氫氣的濃度，并具備煙度檢測功能。

（5）堆體溫度監(jiān)測（筒倉）。利用紅外溫度探測儀和溫感線圈監(jiān)測筒倉表溫和內(nèi)部溫度。

（6）空氣濕度監(jiān)測。利用空氣濕度傳感器監(jiān)測筒倉內(nèi)濕度。

以上監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線通信的方式與倉儲管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，倉儲管理系統(tǒng)基于以上數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理分析，由系統(tǒng)控制自動化作業(yè)設(shè)備進(jìn)行灑水、空氣惰化、調(diào)濕作業(yè)，或發(fā)出人為清掃任務(wù)。

圖1 倉儲管理系統(tǒng)方案

3 硬件電路設(shè)計

3.1 堆場管理系統(tǒng)設(shè)計

（1）堆場作業(yè)可視化設(shè)計。TPS不僅具有測量功能、數(shù)據(jù)計算、變形動態(tài)監(jiān)測，還具有實時掃描和三維重建功能。利用TPS對料堆進(jìn)行掃描和三維重建便可以在倉儲管理系統(tǒng)中植入TPS上位機軟件進(jìn)行堆場可視化作業(yè)監(jiān)控。圖像視頻數(shù)據(jù)線可以通過HDMI接口與電腦連接，其三維重建百分比量化數(shù)據(jù)連接關(guān)系可以通過圖2進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但由于電腦串口信號衰減問題而采用如圖3所示的電路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

圖2 三維重建行數(shù)字百分比量化數(shù)據(jù)傳輸TPS與PC連接關(guān)系

圖3 利用ZigBee協(xié)議實現(xiàn)的無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸電路

（2）地基沉降觀測電路設(shè)計。地基沉降觀測的方法很多，大多是借助儀器設(shè)備和基準(zhǔn)點進(jìn)行監(jiān)測，如靜載試樁、復(fù)合地基載荷、標(biāo)尺目測、不動桿沉降觀測等，這里采用固定式沉降儀，由于其輸出信號類型和全站儀輸出類型相同，所以其傳輸線路設(shè)計方法類似。[2]

（3）堆體溫度檢測。利用紅外溫度探測儀檢測堆場料堆表溫度。紅外測溫采用非接觸方式工作，易于自動控制。采用TN9紅外溫度傳感器作為溫度檢測點，在堆場周圍布4點，分布在堆場四周，同時在電路設(shè)計過程中加入現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示，和溫度值監(jiān)測設(shè)定如圖4所示。由于利用ZigBee協(xié)議進(jìn)行無線傳輸數(shù)據(jù)電路都同文中設(shè)計過程一致，這里就沒有給出無線傳輸電路圖。利用接觸溫度傳感器DS18B20監(jiān)測料堆內(nèi)部溫度，監(jiān)測點的多少可以根據(jù)具體物料的性質(zhì)和要求。

圖4 堆體溫度監(jiān)測電路

3.2 筒倉管理系統(tǒng)設(shè)計

筒倉管理系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)如圖5所示，在具體電路設(shè)計中，其溫測電路和文中上述設(shè)計電路一致，這里給出可燃?xì)怏w濃度檢測和濕度監(jiān)測電路，采用MQ-2氣體傳感器監(jiān)測傳感器。MQ-2氣體傳感器對甲烷、氫氣、天然氣和其它可燃蒸汽的檢測比較理想。其輸出信號為0-5V模擬量。采用SHT10溫濕度傳感器監(jiān)測筒倉內(nèi)部空氣濕度，電路如圖6所示。

圖5 筒倉管理電路設(shè)計框圖

圖6 可燃?xì)怏w與濕度監(jiān)測電路

4 結(jié)束語

上述電路是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在港口倉儲管理中的應(yīng)用，可以實現(xiàn)通過多種信號的自動監(jiān)測和處理反饋到物聯(lián)網(wǎng)港口信息平臺上，這樣不僅可以提高倉儲管理系統(tǒng)的自動化程度，也為物聯(lián)網(wǎng)在港口技術(shù)中的應(yīng)用拓展了思路，豐富了物流信息，達(dá)到了物聯(lián)網(wǎng)實時監(jiān)控技術(shù)指標(biāo)。本文設(shè)計的系統(tǒng)不僅為港務(wù)公司提供了倉儲管理數(shù)據(jù)，也為下游物流環(huán)節(jié)提供了倉儲信息。

[1]尹曉霞.秦皇島物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究[D].秦皇島:燕山大學(xué),2012.

[2]葉國良.地基基礎(chǔ)沉降觀測方法綜述[J].中國港灣建設(shè),2003(3):18-19.