摘 要

世界经济一体化、贸易全球化和尖端科学技术的发展为集装箱运输业带来了巨大的变化。随着国际航运的发展，对港口有更多的需求，港口资源整合迫在眉睫。在多种资源整合中，本文着重介绍港口信息资源的整合。以武汉阳逻港为例，运用SWOT法对阳逻港的现状进行分析，分析结果显示阳逻港三个港区在泊位分配上缺乏从整体的角度考虑，各期港口信息不够共享。针对上述问题，本文采用了具有船舶优先权的动态泊位调度模型对阳逻港泊位分配问题进行建模，然后在MATLAB中使用遗传算法对模型求解，得出泊位分配方案。同时针对阳逻港三期港区信息不共享的问题，本文将介绍一种广泛使用的信息整合技术——物流信息平台Portal的设计。结合阳逻港的实际情况提出基于港口泊位分配的阳逻港信息平台Portal的设计。

关键词：港口信息系统；信息整合；Portal技术；遗传算法；泊位调度模型

Abstract

The development of world economy integration, trade globalization and cutting-edge science and technology have brought about tremendous changes to the container transportation industry. As an important part of the container logistics system, the role of the container port as a hub becomes more and more important. The container port is International logistics and national economy play an important role. With the development of ports, people's requirements for ports have become increasingly stringent and the integration of port resources is imminent. In the integration of various resources, this article focuses on the integration of port information resources. Taking Wuhan Yangluo Port as an example, the SWOT method is used to analyze the current status of Yangluo Port. The analysis results show that the three port areas of Yangluo Port do not consider the berth allocation from a holistic point of view. Port information in each period is not enough to share. In view of the above problems, this paper uses the dynamic berth scheduling model with ship priority to model the berth allocation problem in Yangluo Port. Then the MATLAB algorithm is used to solve the model and the berth allocation scheme is obtained. At the same time, in view of the problem of information sharing in the Yangluo Port Phase 3 port area, this article will introduce a widely used information integration technology—the design of the logistics information platform Portal, in combination with the actual situation of Yangluo Port, the design of the Yangluo Port Information Platform based on the Portal.

Key Words：Port Information System; Information Integration; Portal Technology; Genetic Algorithm;Berth Allocation Mode

目 录

第1章 绪论 1

1.1 背景 1

1.2 目的与意义 1

1.3 国内外发展现状 1

1.4 研究内容及技术方案 2

1.4.1 研究主要内容 2

1.4.2 设计技术方案 3

第2章 港口业务流程 5

2.1 进口卸船业务分析 5

2.2 出口装船业务分析 6

2.3 港口信息资源 7

2.4 船舶管理系统 8

2.5 集装箱管理系统 8

2.6 货物管理系统 9

第3章 港口信息整合 10

3.1 信息整合的概念 10

3.2 信息整合的层次 10

3.3 信息整合的必要性 10

3.4 信息整合的内容 11

3.5 Portal技术介绍 12

3.5.1 Portal基本特点 12

3.5.2 Portal架构 13

第4章 基于阳逻港的物流信息平台Portal的设计 15

4.1 阳逻港物流资源整合的SWOT分析 15

4.2 泊位分配系统的设计 17

4.2.1 泊位分配问题的介绍 17

4.2.2 具有船舶优先权的动态泊位调度模型 18

4.2.3 泊位调度模型的求解方法 19

4.2.4 遗传算法的讲解与介绍 20

4.2.5 遗传算法的应用 22

4.2.6 泊位调度系统的MATLAB页面设计 25

4.3 以阳逻港为例设计企业门户平台 26

4.3.1 平台设计原则 26

4.3.2 平台的架构 26

4.3.3 系统间组成结构 27

4.3.4 整体功能设计 27

4.3.5 系统主页设计 29

4.3.6 单点登录功能的设计 29

第5章 总结与展望 31

5.1 经济性分析 31

5.2 环保性分析 31

5.3 总结与展望 31

参考文献 33

致谢 35

第1章 绪论

1.1 背景

现阶段港口已经不再是一个货物装卸转运的地方，随着港口的发展，港口的作用越来越大，在全球经济贸易中扮演的角色日益重要^[1]，为了提供更加优质的服务，全球各地的港口都在加速发展和转型。

1.2 目的与意义

近年来，随着科学信息技术的发展与应用，港口已发生了翻天覆地的改变，港口的信息化程度已经成为决定港口发展的关键因素。但港口各信息系统在建设时各自选择了不同的开发平台、方法和语言，采用了不同的体系框架、数据组织方法和信息传递标准，缺乏必要的沟通和联系。为响应国家政策，打造长江流域“黄金水道”，武汉新港规划紧锣密鼓的进行中，其中武汉阳逻港更是万众瞩目，其位于武汉天兴洲往东七十公里处，将其打造为国家一级开放口岸，长江中下游最大的集装箱枢纽港。但阳逻港也同样没有标准化的物流信息系统，港内各个环节的衔接缺乏协调，信息资源无法共享，导致利用率较低。在港口物流中许多的过程都需要进行信息的交换。如果某环节处理的不及时就会影响到港口作业的效率，这些问题制约了港口的发展，信息整合迫在眉睫。

为了提高港口的资源的利用率和港口的工作效率，本文将从信息一体化的角度，提出一种基于港口泊位分配的阳逻港信息平台Portal的设计。利用目前较为成熟的资源整合技术将分别记录三期港口的信息系统进行有效集成并对这些信息资源进行有效的管理。在统一的组织协调后，实现对港口信息资源共享、泊位的统一调度分配、信息资源利用率更高、港口资源利用率更高。

1.3 国内外发展现状

近年来，国内外对信息整合和港口信息系统有很多相关研究，现简要介绍如下：

港口作为水路运输的枢纽，是各种货物的集散地，也是信息交换的枢纽，港口信息的动态性强，具有共享性^[2]。港口作为不同运输方式的主要节点，已经成为最重要的物流信息中心^[3]。王爱虎等^[4]强调在未来物流管理的发展方向是一体化、集成化。眭凌等^[5]介绍了一种信息化公共服务平台，将船方、货方、代理方、港方、海关、税务、等多方信息资源全部关联，及时共享信息。王志良^[6]指出将信息技术应用于信息系统可以大大地提高信息系统的工作效率。廉小亲等^[7]将RFID技术运用到物流信息系统中，将数据收集变得更加方便快速。倪超^[8]提出了数字港口建设，并将GIS技术应用于港口信息系统管理。龚志锋等^[9]提出在现代物流园区信息系统建设中需要整合信息，实现信息的实时共享。霍国庆等^[10]介绍了一种常见企业信息集成的方法，同时也提出可以将其运用于港口。李灿旭等^[11]在设计信息系统时运用了SOA技术与RFID技术，达到港口信息的集成。农官彬等^[12]对集装箱码头物流系统进行了的分析，阐述了码头运行的主要流程。Y H Venus Lun等^[13]建立了一个路径分析模型来解释航运需求如何影响船舶价格等变量，实验验证模型可谓管理人员和研究人员提供一个见解。Christina W.Y.Wong^[14]等通过实例分析提出了供应链信息整合时会出现的缺陷和不足。Ming Li等^[15]以某汽车零部件公司为例详细介绍企业供应链物上关于流信息系统集成所存在的问题及对策。

在既有文献中，Imai等为了使所有船舶的总等待时间最短，设计了一种基于拉格朗日松弛算法的启发式算法求解集装箱码头动态泊位分布问题^[16]；Imai 等^[17]考虑到不同的船舶具有不同的重要度，于是对现有模型进行的改动，且采用遗传算法来解决；Cordeau J.et al.^[18] 设计了另一种基于时间窗的模型，并对此设计了一种新型算法进行求解。Imai 等^[19]根据实际情况创建了一个新模型使所有船舶在港时间最小。 M. Monaco 等将离散泊位分配问题设置为动态调度问题，借用Akio Imai 等所构建的模型，设计了拉格朗日启发式算法^[20]。李平等^[21]将泊位的调度和岸桥的调度结合到一起，并创建模型进行求解。

遗传算法（Genetic Algorithm）是一种学习生物进化律（适者生存，优胜劣汰遗传机制）而来的随机化搜索方法^[22]。这种算法由J.Holland教授提出，它直接对结构对象进行操作，不存在求导和函数连续性的限定^[23]。它具有内在的隐并行性和更好的全局寻优能力，采用概率化的寻优方法，自动获取和指导优化的搜索空间，遗传算法的这些性质，已被人们广泛地应用于组合优化、机器学习、信号处理、自适应控制和人工生命等领域^[24]。

Portal最开始代表的是门户网站。刚开始的Portal指的是像雅虎、新浪这样的互联网门户网站。这些门户网站为用户提供个性化定制服务，帮助用户更快地找到自己所需要的信息^[25]，可称为Public Portal。企业信息门户（EIP,Enterprise Information Portal）已经获得大量企业的青睐。EIP是一种基于Web的系统，不同使用者可以通过浏览器就能获取信息二期管理者可以非常方便的对系统进行管理。许多软件厂商开发了产品来占据市场，由于没有统一标准，产品的适用性并不是很高。因此很多重要的资源都白白浪费了。为了解决这个问题，厂家共同制定了两个行业代码——JSRL68和WSRP。这一措施可以改善各种产品之间的不兼容性的问题。

1.4 研究内容及技术方案

1.4.1 研究主要内容

（1）分析港口物流系统

首先了解港口的运作机制和港口的业务流程，对港口业务流程的了解主要涉及到对进口卸船和出口装船业务的了解。然后熟悉了解港口信息资源的构成，包括船舶、集装箱和货物等的信息。最后熟悉了解港口物流信息系统，了解不同系统的主要功能。

1. 对港口信息整合进行分析

首先了解信息整合的概念和特征，然后结合港口的实际情况分析信息整合的必要性，确定信息整合的环境和目标，最后选择一种合适的现代化信息技术可以对港口信息资源进行整合。

1. 港口泊位分配系统的设计

首先对阳逻港进行SWOT分析，针对泊位分配不合理的问题，提出解决方案，建立数学模型并利用MATLAB对模型进行求解，得到较为科学的泊位分配计划。

1. 基于港口泊位分配的阳逻港信息平台Portal的设计

首先本文将介绍portal技术，全面分析该技术的特点。针对阳逻港的实际情况，建立阳逻港信息平台的系统框架和系统功能结构，并实现部分功能。

1.4.2 设计技术方案

1. 了解港口信息系统。
2. 熟悉船舶、集装箱、货物信息系统的功能。
3. 对船舶、集装箱、货物信息系统整合的环境进行分析，确定信息整合的目标。
4. 以武汉阳逻港为例，对阳逻港进行SWOT分析。
5. 针对泊位调度问题提出解决模型并利用MATLAB遗传算法进行求解，并设计泊位分配系统。
6. 熟悉学习信息整合技术。
7. 以阳逻港为例，利用现代信息技术对三期港口的船舶、集装箱、货物信息系统进行整合，确定系统的框架和结构，并实现部分功能。

整体技术路线图，如图1.1所示。

图1.1 技术路线图

第2章 港口业务流程

根据航运业集装箱运输业务相关定义，一般可分为进口业务、出口业务和转口业务。进口是指当集装箱船靠泊后，码头前沿起重机吊取指定集装箱后放置于水平搬运工具，运送至堆场相应场箱位上堆码存放，再根据货物详细信息决定是否进一步转运至收货人；出口是指将集装箱运送到堆场，然后运送到岸边，最后使用工具将集装箱运送到指定位置。

2.1 进口卸船业务分析

进口业务是指根据计划装卸集装箱。集装箱船舶停靠指定泊位后，检查相关手续单证，如果有存在问题，快速做出调整。根据相应的卸船作业计划，控制中心调度指定的机械作业，对所有的操作实时监督。

（1）船舶情况

确认船舶预计到港时间、进口舱单、进口船舶的图纸和装运港的交货报告。确认船舶到达港口的时间，以及装载在船上的集装箱的体积信息，工作人员记录系统中的相关数据，并编制进口操作计划。

（2）船舶信息确认

工作人员核对信息系统中的数据和船方提供的纸质版数据，如果有不同的地方就与船方联系，改正错误的信息，最后信息完全正确了就将数据导入到相关系统中。

（3）堆场计划

堆场工作人员在获得相关数据后，了解堆场的现状依据规则对集装箱的箱位进行合理的分配，制作出堆场作业计划。

（4）卸船作业

工作人员根据卸船作业计划合理的安排机械进行作业，将船上的集装箱运送至指定地方，并且妥善保存。

上述业务流程如图2.1所示：

图2.1进口卸船详细业务流程图

2.2 出口装船业务分析

该业务是指把指定的集装箱运送船舶上。工作人员根据收到的作业计划和相关信息安排机械和时间进行作业。具体操作如下：

（1）船舶信息导入

工作人员在接收到预订消息后检查出口清单，并经过反复验证将装运消息信息传递给系统。

（2）堆场作业和场地作业

工作人员负责码头堆场堆垛情况的分布，并合理制定堆垛计划。闸口工作人员将核对集装箱并进行收箱。

（3）组织配载数据

船闸操作工完成后，船舶工作人员对船运计划进行三次检查：出口清单、站内收据和箱上信息。通过检查流程后，运输工作人员负责出口积载计划的编制。

（4）装船作业

工作人员根据装船作业计划合理的安排机械进行作业，将船上的集装箱运送至指定地方，并且妥善保存。

上述业务流程如图2.2所示。

图2.2 出口装船详细业务流程图

2.3 港口信息资源

（1）货物信息

货物名称、货物代码、提单号、件数、货毛重、交货地等信息。

（2）集装箱信息

集装箱箱号、尺寸类型、是否空箱、当前处理状态。

（3）场吊信息

场吊号，场吊司机工作号，场吊司机姓名。

（4）船舶信息

船名、航次、船公司名

（5）闸口信息

闸口代码，名称。

（6）场外拖车信息

车牌号，司机工作号，司机姓名

（7）堆场信息

堆场位置编号，位置，当前是否空闲

2.4 船舶管理系统

船舶管理系统是对船舶各种信息进行收集和分析，并指导船舶的作业。货船的月度计划、五天计划和航程计划得以维持。货船整个动态过程是从货船时间表的预测，记录操作和货船停泊，出发。确定航次的预计处理量和吞吐量。此外，它还记录了货船的各种操作，包括电系解缆、开关舱等信息。它可以指导计算港口相关费用，还可以查看有关单证、数据信息等。登记作业集装箱的信息，包括集装箱的航线、属性、损坏、卸货港等信息存储。

2.5 集装箱管理系统

该系统是对集装箱在堆场活动进行管理，其具体功能如下：

（1）收箱记录的登记和维护

（2）完好空箱信息的录入与维护

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