基于地理围栏技术的集装箱电子锁监控系统设计与应用.pdf

Cowwinerization集装箱化10DOI:10.13340/j.c0nt.2023.08.003装备技术2023年第8 期总第3 8 2 期基于地理围栏技术的集装箱电子锁监控系统设计与应用深圳中集智能科技有限公司陈东明摘要为了解决传统机械箱封不足以在集装箱运输过程中为货物提供安全保障的弊端，采用地理围栏技术并结合电子锁监控终端与数据监控平台，实现电子锁在集装箱码头指定区域内自动上锁和解锁以及电子锁监控系统对集装箱的远程实时监控。实际应用效果显示：基于地理围栏技术的集装箱电子锁监控系统能够保证集装箱货物运输安全，提高码头自动化作业及服务水平。关键词地理围栏；电子锁；监控系统；驳船运输我国拥有1.8 万km大陆海岸线和12 万km内河航道，集装箱水路运输在我国综合运输系统特别是国际贸易运输中具有十分重要的地位。深圳港西部港区集装箱码头依托水运发达的珠江水系，开辟连接珠三角地区主要货物进出口区域的华南驳船快线，并在此基础上建立珠三角地区水路运输网络。一方面，深圳港西部港区作为珠三角地区内河码头进口货物的中转港，承载大量驳船中转业务；另一方面，珠三角地区水路运输网络为班轮公司和货主提供高效、经济、环保的水上运输通道，使珠江水系的优势得到充分发挥。不过，虽然驳船运输具有经济、环保、便捷的优点，但是运输过程中货物被盗等安全问题也日益凸显。鉴于传统机械箱封具有极高的可复制性，不能满足集装箱货物运输安全要求，设计并应用基于地理围栏技术的集装箱电子锁监控系统，实现对集装箱的远程实时监控，确保集装箱货物运输安全。1基于地理围栏技术的集装箱电子锁监控系统设计基于地理围栏技术的集装箱电子锁监控系统主要由电子锁控制终端和数据监控平台组成（见图1）：电子锁控制终端具有定位、通信、状态检测等功能，可以实时采集集装箱的位置和状态信息并通过移动通信网络传输至数据监控平台；数据监控平台结合地理围栏技术对电子锁实施自动上锁和解锁作者简介：陈东明（1990 一），男，工程师，从事港口控制工程管理工作Contoinerizstion集装箱化2023年第8 期总第3 8 2 期11通信单元操作，并实现对集装箱的远程实时监控。全球定位系统/北斗卫星导航系统电子锁4G/5G网络客户控制终端网络交换机移动控制终端电子锁控制终端图1基于地理围栏技术的集装箱电子锁监控系统总体架构1.1地理围栏实现原理地理围栏技术是基于位置服务的新应用,即：用虚拟栅栏在电子地图上围出虚拟地理边界，当设备进人或离开某个特定地理区域或在该区域内活动时，设备可以接收推送消息、通知和警告。与基于位置服务定位技术不同的是，地理围栏技术划分出的区域是网格化的，相当于采用定位技术划定地理范围，位置服务平台便可以使设备在进入某一区域时自动完成相关操作。集装箱电子锁监控系统利用电子锁控制终端采集全球定位系统(global positioningsystem,GPS)和北斗卫星导航系统数据，再通过移动通信网络将位置信息发送至数据监控平台并显示。用户在数据监控平台的电子地图上预先设置虚拟围栏区域，当电子锁控制终端位于预先设置的围栏区域内时，数据监控平台自动向其发送指令和推送消息。1.2电电子锁控制终端结构和功能电子锁控制终端是集装箱电子锁监控系统的主要组成部分，由控制单元、通信单元、定位单元、数据存储单元、状态检测和显示单元以及电源等构数据专线成（见图2），具有卫星定位、无线数据通信、盲区补录、状态检测与报警等功能。数据服务器基站互联网装备技术供电单元文防火墙定位单元网络交换机服务器数据监控平台数据存储单元控制单元施解封执行单元状态检测单元图2 电子锁控制终端功能单元（1)卫星定位功能电子锁控制终端采用兼容GPS与北斗卫星导航系统的双模卫星定位系统模块，可以同时接收GPS和北斗卫星导航系统发送的位置报文信息，结合定位优化算法，定位精度可达1 m以内。（2）无线数据通信功能电子锁控制终端采用兼容4 G和5 G蜂窝移动通信网络的通信模块，可以通过地面基站传输无线数据，定时上报集装箱位置与状态信息，同时接收数据监控平台发送的上锁和解锁指令，实现电子锁自动上锁和解锁。当电子锁在集装箱运输过程中因被遮挡而不能正常接收卫星定位信息时，可通过基站实现辅助定位。（3)盲区补录功能蜂窝移动通信网络的信号覆盖能力有一定局限性，尤其是在海上的信号覆盖范围更加有限。当通信受限时，电子锁控制终端可通过数据暂存和盲区补报功能实现集装箱位置跟踪和历史轨迹查询。（4)状态检测与报警功能测电路可以检测锁杆、锁体和电池电量状态。当锁状态显示单元电子锁内部状态检MAERSKLINECowwinerization集装箱化122023年第8 期总第3 8 2 期装备技术杆被剪断、锁体遭到破坏或电池电量过低时，电子锁控制终端将这些异常状态通过移动通信网络实时发送至数据监控平台，再由数据监控平台通过电子邮件、手机短信等方式将异常报警信息推送至用户。1.3数据监控平台设计1.3.1数据监控平台架构数据监控平台主要包括电子锁监控网络应用服务、通信接入、数据库管理、网络地理信息系统服务、系统接口等模块（见图3）。数据监控平台网络服务端采用C#开发技术，支持IS6.0和IIS7.0。地理信息系统地图放弃原有的Flash框架，采用最新的JavaScript框架，支持智能手机浏览器访问。客户端支持微软Windows2000、Wi n d o w s XP、Wi n d o w s V i s t a和Windows7等操作系统，浏览器为微软IE6.0或以上版本，浏览器安全设置为“默认”，可顺利访问系统主要页面。数据库管理系统采用国际上广泛使用的性能强大的Oracle系统。数据库管理员定期对数据库进行维护，确保数据库稳定运行和数据安全。客户端互联网系统与网络安全保障体系电子锁监控网络通信接入层应用服务业务数据库图3 数据监控平台功能架构1.3.2数据监控平台主要功能（1)地理围栏功能用户根据实际需要,在数据监控平台的电子地图上绘制不同形状的围栏区域，这些围栏区域分别对应不同码头的前沿区域。当具有定位功能的电子锁控制终端位于围栏区域内时，数据监控平台可自动对其下发指令；电子锁控制终端收到数据监控平台的控制指令后，自动完成上锁和解锁操作。（2）实时监控功能电子锁控制终端与数据监控平台之间采用移动通信网络以及TCP/IP长连接方式通信，电子锁监控终端定时将集装箱位置和状态信息传送至数据监控平台，用户通过数据监控平台实时监控集装箱位置、电池电压、上解锁状态和异常报警等信息。（3）轨迹回放功能用户可以根据电子锁控制终端的位置信息随时了解集装箱位置，并通过数据监控平台实现对集装箱的实时追踪和任意时段的历史轨迹数据查询。（4)报警与推送功能电子锁锁杆、锁体被非法破坏会触发数据监控平台电子锁异常报警，数据监控平台界面自动弹窗提示用户，并以电子邮件和手机短信等方式将报警信息推送至相关人员。（5)报表统计功能数据监控平台具有报表统计功能，能够统计上锁和解锁操作记录、电子锁报警信息、航次明细等报表。2基于地理围栏技术的集装箱电子锁监控系统应用2.1应用流程深圳港西部港区集装箱码头作为珠三角地区主要码头，承载大量进出口集装箱中转业务。为了网络地理信息系统服务器网络地理信息系统数据服务报警业务处理服务网络地理信息系统应用服务解决集装箱货物被盗等顽疾，改善珠三角地区驳船运输现状，深圳港西部港区集装箱码头联合驳船公司和珠三角地区支线码头共同推出基于地理围栏技术的集装箱电子锁监控系统解决方案，对集装箱实施全程监控。基于地理围栏技术的集装箱电子锁监控系统应用流程(见图4)如下：(1)在数据监控平台设置对应实际码头前沿区域的地理围栏区域，并根据实际需要将不同区域设置为自动上锁或解锁区域；（2)码头操作人员在地理围栏区域内将电子锁挂在箱门上，电子锁通过移动通信网络将定位信息发送至数据监控平台；（3)数据监控平台判断电子锁位于地理围栏区域内，对电子锁实施相应的自动上锁和解锁操作；（4)在集装箱运输过程中，系统定时发送位置和状态信息至数据监控平台，用户可以实时监控集装箱状态。Contninerizaion集装箱化2023年第8 期总第3 8 2 期13集装箱码头与珠三角地区各支线码头之间的驳船互联网运输并实现稳定运行，有效避免了珠三角地区驳船数据监控中心用户GPS/北斗卫星导航系统凡集装箱码头图4 基于地理围栏技术的集装箱电子锁监控系统应用流程示意2.2应用效果经过前期的试运行测试，基于地理围栏技术的集装箱电子锁监控系统已应用于深圳港西部港区装备技术运输过程中集装箱货物被盗或丢失现象。此外，由于电子锁可重复使用，在提高集装箱运输安全性的同时，还能帮助相关企业节约成本，提高客户满意度和市场竞争力。3结束语电子锁为了保障集装箱货物运输安全，结合GPS和北斗卫星导航系统、无线通信、地理围栏、自动控制等在途监控支线码头先进技术，设计适用于集装箱水路运输安全监控的集装箱电子锁监控系统，并应用于珠三角地区驳船运输。该系统的应用不仅满足客户对集装箱运输的实时监控需求，而且大大提高码头自动化作业水平，具有进一步推广应用的价值。（编辑：曹莉琼收稿日期：2 0 2 3-0 7-19）（上接第9页）效率提升10%以上且设备调度周转时间缩短10%，可有效满足码头调度作业阶段的表2 码头基建智能决策体系应用效果效率提升率/项目优化性能船舶配载计划支持同时配载超10 0 0 自然箱桥吊作业计划支持同时制定超10 0 0 自然箱作业计划码头机械设备资源支持同时调度超2 0 0 台设备集成调度上海港某码头应用该平台后，码头协同作业效率大幅提升，设备作业效率平均提升3 0%以上，跨作业阶段的协调时间缩短，作业成本降低6 0%以上，取得显著的经济效益。5结束语基于大数据的码头基建数字化生产运营优化系统管理平台融合数字李生技术，以计划和调度决策算法、智能分析决策算法为核心，实现智能计划、集成调度和实时控制，具备事前决策、事中监控、事实时反馈要求。人工调整率/计算时间%5510后分析功能。该平台打破国内港口工业软件市场长期被国外企业垄断的局面，为我国传统码头智能化改造提供强大支撑，有力推进我国世界一流港口建设步伐。参考文献：1范宝文.港口码头系统智能化应用的现状与发展分析 .科技创新与应用,2 0 19(2 9）：18 4-18 5.2黄桁.上海港智能化港口发展路径 J.港口科技,2 0 2 0(10)：10-11.（编辑：张敏收稿日期：2 0 2 3-0 7-0 6）功能支持%15min 以内510min以内5秒级实时5计算算法参数标准化、多船配载多船同时调度、不同作业工艺设备调度周转时间缩短10%