利用圖形可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)貨物堆場(chǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)控

1、利用圖形可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)貨物堆場(chǎng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控王宇 高峰 朱琳（交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院，北京，100088）摘要 針對(duì)港口企業(yè)散雜貨堆放不規(guī)則的特點(diǎn)，提出應(yīng)用圖形可視化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)貨物堆場(chǎng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，探討實(shí)現(xiàn)堆場(chǎng)高效運(yùn)作的合理技術(shù)途徑，以達(dá)到充分利用堆場(chǎng)，提高通過(guò)能力的目的。關(guān)鍵詞 圖形化；港口；貨物；堆場(chǎng)；監(jiān)控隨著港口貨物吞吐量的快速增長(zhǎng)，提高港口堆場(chǎng)利用率與提高港口的作業(yè)效率成為主要關(guān)注的兩大問(wèn)題，但是由于二者之間的矛盾性導(dǎo)致這一工作相對(duì)復(fù)雜和困難。采用港口生產(chǎn)信息化是解決該問(wèn)題的有效方法，而貨物堆場(chǎng)的管理在港口企業(yè)的信息化建設(shè)中是很重要的組成部分。由于港口貨物種類繁雜，作業(yè)類型多種多樣，堆場(chǎng)作

2、為貨物進(jìn)出港口碼頭的重要場(chǎng)所，對(duì)堆場(chǎng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的監(jiān)控管理存在很大的不便1。所以，對(duì)堆場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控亟需借助一種直觀的技術(shù)手段。本文在分析貨物堆場(chǎng)堆碼類別的同時(shí)，提出了利用圖形可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)貨物堆場(chǎng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，并在此基礎(chǔ)上提出堆場(chǎng)管理圖形化技術(shù)框架。1 港口運(yùn)輸貨物類別和堆垛形式1.1 港口運(yùn)輸貨物類別根據(jù)交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JT/T 19-2001），運(yùn)輸貨物的分類共分17大類、122個(gè)中類、197小類2。其中17大類如表1所示：表1 運(yùn)輸貨物大類代碼貨類名稱品名細(xì)目01煤炭及制品02石油、天然氣及制品03金屬礦石各種黑色金屬礦石、砂、粉（含原礦、選礦、精礦）04鋼 鐵（含普通鋼、鐵；合金鋼、鐵；硅

3、電鋼等）05礦物性建筑材料06水泥硅酸鹽水泥、礬土水泥、富硫酸鹽水泥等各種特性和型號(hào)的水泥07木材08非金屬礦石（含石、砂、粉、土）09肥料及農(nóng)藥10鹽11糧食（不包括種子）12機(jī)械設(shè)備、電器（含整機(jī)總成、零部件、配件、備件）13化工原料及制品14有色金屬（含冶煉產(chǎn)品、壓延加工后的塊、板、粉、合金材料）15輕工、醫(yī)藥產(chǎn)品16農(nóng)、林、牧、漁業(yè)產(chǎn)品（含初加工產(chǎn)品、副產(chǎn)品）17其它貨類1.2 港口貨物堆場(chǎng)堆垛分類根據(jù)交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JT/T 706-2007），港口貨物堆垛共分64類堆垛形式3。經(jīng)過(guò)分析，可以總結(jié)出主要有4種堆垛類別：(1) 散貨堆垛形式垛型：長(zhǎng)方型平頂垛、貨垛頂部平直、勻整、垛底邊至

4、作業(yè)機(jī)械軌道距離不少于1.5m，如圖1所示：圖1 散貨堆垛形式散貨堆垛形式適用于表2所示貨類：表2 散貨堆垛形式適用貨類代碼貨類名稱01煤03金屬礦05礦物性建筑材料08非金屬礦17其它貨類等其他散裝貨物(2) 大包件雜貨堆垛形式垛型：不同貨類不同包裝形狀的貨物有不同的堆垛方式，根據(jù)港口貨物堆垛技術(shù)要求，大概有60幾種堆垛形式。其中，主要的幾種堆垛形式如圖2所示：圖2大包件雜貨堆垛形式這類貨物的共同點(diǎn)是堆垛在一起的貨物屬性基本相同，在對(duì)該類貨物進(jìn)出作業(yè)的時(shí)候關(guān)心貨物的總件數(shù)和總重量，而不必關(guān)心每件貨物在堆垛中的具體位置。大包件雜貨堆垛形式適用于表3所示貨類：表3大包件雜貨堆垛形式適用貨類代碼貨

5、類名稱04鋼鐵05礦物性建筑材料06水泥07木材09肥料10鹽11糧食13化工原料14有色金屬15輕工醫(yī)藥16農(nóng)林木漁17其它貨類等其他件雜貨物(3) 筒倉(cāng)形式垛型：專用的堆存設(shè)備，如圖3所示：圖3 筒倉(cāng)形式筒倉(cāng)形式適用于表4所示貨類：表4 筒倉(cāng)形式適用貨類代碼貨類名稱02石油11糧食17其他液體類貨物 (4) 精確位置關(guān)系的件雜貨堆垛形式垛型：不同貨類不同包裝形狀的貨物有不同的堆垛方式，但對(duì)于堆垛時(shí)需要精確位置關(guān)系的貨類，一般是通過(guò)識(shí)別該貨物某屬性類別進(jìn)行區(qū)分每件不同貨物，并且由于該屬性的種類繁多，以至于在有限的堆場(chǎng)范圍內(nèi)不能夠滿足相同屬性同一堆垛的要求。這就出現(xiàn)了由于需要提取某屬性的貨物導(dǎo)

6、致移動(dòng)同垛位其他屬性的貨物，造成了裝卸效率的下降和作業(yè)成本的增加。其中，主要的2種堆垛形式如圖4所示：圖4精確位置關(guān)系的件雜貨堆垛形式精確位置關(guān)系的件雜貨堆垛形式適用于表5所示貨類：表5 精確位置關(guān)系的件雜貨堆垛形式適用貨類代碼貨類名稱04鋼鐵12機(jī)械設(shè)備、電器17其他屬性繁多貨物2 利用圖形可視化實(shí)現(xiàn)貨物堆場(chǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)控2.1 貨物堆場(chǎng)圖形可視化的特點(diǎn)貨物堆場(chǎng)圖形可視化有助于生產(chǎn)管理人員及時(shí)掌握堆場(chǎng)的利用情況，合理安排和最大限度地利用堆場(chǎng)。目前，堆場(chǎng)的圖形可視化在集裝箱堆場(chǎng)的管理中應(yīng)用較多，因?yàn)榧b箱是標(biāo)準(zhǔn)化的貨物，其外型尺寸規(guī)范統(tǒng)一，堆場(chǎng)也根據(jù)集裝箱的尺寸進(jìn)行規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)堆場(chǎng)圖形可視化相對(duì)比較容

7、易。散雜貨物堆場(chǎng)與集裝箱堆場(chǎng)有很大的區(qū)別，主要表現(xiàn)如下：(1)散雜貨物的堆放形狀無(wú)法統(tǒng)一；(2)堆場(chǎng)的規(guī)劃無(wú)標(biāo)準(zhǔn)參考；因?yàn)樨浳锍叽鐔?wèn)題可能要連續(xù)占用1個(gè)以上的規(guī)劃區(qū)域甚至非重要通道。利用圖形可視化技術(shù)必須考慮以上特點(diǎn)，無(wú)論貨物如何堆放，都能直觀顯示堆場(chǎng)的占用情況4。2.2 貨物堆場(chǎng)圖形可視化應(yīng)具備的功能利用圖形可視化技術(shù)對(duì)貨物堆場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，需要具備如下系統(tǒng)功能：(1)港口俯視圖港口俯視圖在尺寸上比普通視圖小,可靈活的縮放，以節(jié)省屏幕空間。選擇這種視圖來(lái)以盡量少的空間顯示堆場(chǎng)，顯示一個(gè)大概的港區(qū)地理信息系統(tǒng)。港口俯視圖界面如圖5所示：圖5 港口俯視圖港口俯視圖需要具備如下功能：a以圖形化的方

8、式顯示各種貨物占用堆場(chǎng)的情況；b不同品種、不同貨主的貨物能以不同的色彩顯示；c各貨堆有相應(yīng)的品種、數(shù)量、貨主、船舶等標(biāo)識(shí)信息；d能根據(jù)貨主、品種、船舶等要素統(tǒng)計(jì)貨物的數(shù)量，并能對(duì)貨物的分布情況進(jìn)行醒目的顯示；e能根據(jù)貨主、品種、船舶等要素進(jìn)行查詢并圖形化醒目顯示。(2)場(chǎng)區(qū)立體圖為進(jìn)一步查看具體場(chǎng)區(qū)不同場(chǎng)位間貨物的位置關(guān)系和場(chǎng)位的利用情況，可以在港口俯視圖中選擇具體場(chǎng)區(qū)進(jìn)入到場(chǎng)區(qū)立體圖。場(chǎng)區(qū)立體圖主要是針對(duì)精確位置關(guān)系的件雜貨堆垛形式的貨物，例如鋼板、卷鋼等貨物。場(chǎng)區(qū)立體圖界面如圖6所示：圖6 場(chǎng)區(qū)立體圖場(chǎng)區(qū)立體圖需要具備如下功能：a能根據(jù)場(chǎng)區(qū)堆放的貨物的垛型特點(diǎn)，繪制基本一致的圖形；b不同品

9、種、不同貨主的貨物能以不同的色彩顯示；c各貨堆有相應(yīng)的品種、數(shù)量、貨主、船舶等標(biāo)識(shí)信息；d能根據(jù)貨主、品種、船舶等要素統(tǒng)計(jì)貨物的數(shù)量，并能對(duì)貨物的分布情況進(jìn)行醒目的顯示；e能根據(jù)貨主、品種、船舶等要素進(jìn)行查詢并圖形化醒目顯示。(3)場(chǎng)位明細(xì)圖為進(jìn)一步查看具體場(chǎng)位不同貨物間的位置關(guān)系和貨物信息，可以在場(chǎng)區(qū)立體圖中選擇具體場(chǎng)位進(jìn)入到場(chǎng)位明細(xì)圖。但由于貨物之間存在層疊和相互擠靠，為了能夠看到該場(chǎng)位的所有貨物位置關(guān)系和貨物信息，只能通過(guò)橫向或縱向剖視圖進(jìn)行顯示，場(chǎng)位明細(xì)圖界面如圖7所示：圖7 場(chǎng)位明細(xì)圖場(chǎng)位明細(xì)圖需要具備如下功能：a能根據(jù)場(chǎng)區(qū)堆放的貨物的垛型特點(diǎn)，繪制基本一致的圖形；b不同品種、不同貨

10、主的貨物能以不同的色彩顯示；c各貨物有相應(yīng)的品種、數(shù)量、貨主、船舶等標(biāo)識(shí)信息；3 圖形可視化關(guān)鍵技術(shù)3.1 計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)利用圖形可視化技術(shù)對(duì)貨物堆場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控的發(fā)展歷史較短，所以目前已有的堆場(chǎng)管理系統(tǒng)多停留在應(yīng)用計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)實(shí)現(xiàn)的平面和假三維的圖形可視化。這種計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)是由VB、Dot.NET、VC+ 等開(kāi)發(fā)工具單獨(dú)完成，即應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具中相關(guān)的繪圖函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣做的好處是在單一系統(tǒng)中進(jìn)行開(kāi)發(fā)，重點(diǎn)比較突出，但是對(duì)于一個(gè)可視化要求程度高，而且需要有很高的交互性的系統(tǒng)，這樣的圖形處理功能開(kāi)發(fā)工作量較大且效果也不夠理想。3.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)監(jiān)控堆場(chǎng)時(shí)，可能看到的是堆場(chǎng)的

11、二維視圖，當(dāng)需要查看貨物的某個(gè)具體位置時(shí)，要去切換某維度視圖，可以說(shuō)最終對(duì)一個(gè)場(chǎng)位和貨物的認(rèn)識(shí)是通過(guò)多種信息的綜合產(chǎn)生的，人們需要不斷的在各種維度視圖間切換，這樣的直觀性顯然不好。正是基于這種考慮，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能將如此復(fù)雜的信息直觀表達(dá)出來(lái)，它通過(guò)仿真的方式給用戶創(chuàng)造一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)體變化與相互作用的貨物堆場(chǎng)三維世界，提供用戶一個(gè)可觀測(cè)并與該虛擬世界交互的三維界面，使用戶可直接參與堆場(chǎng)貨物的變化以便做到動(dòng)態(tài)監(jiān)控5。它最突出的優(yōu)點(diǎn)在于，所描繪的場(chǎng)景非常逼真，而且充分考慮了人機(jī)交互，并給用戶的是最直觀和準(zhǔn)確的信息，幫助他們了解堆場(chǎng)現(xiàn)有的情況，做出相應(yīng)的決策。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要包括兩個(gè)方面的主要內(nèi)容

12、:建模與仿真。通過(guò)建模技術(shù)完成三維場(chǎng)景的繪制，通過(guò)仿真技術(shù)按照一定的原則來(lái)驅(qū)動(dòng)三維場(chǎng)景的變化。目前常用的三維建模工具有OpenGL、3Dmax、WTK等。三維仿真工具有CATIA,UG,PRO/ENGNIEER等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也存在著對(duì)層疊相壓的貨物不能完全查看所有貨物信息，對(duì)一些不規(guī)則的貨物堆垛形式與實(shí)際情況存在較大差異的不足。3.3 視頻監(jiān)控技術(shù)視頻監(jiān)控是一種較成熟的技術(shù)，它以直觀、準(zhǔn)確、及時(shí)和信息內(nèi)容豐富而廣泛應(yīng)用于許多場(chǎng)合。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)以及圖像處理、傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)也有了長(zhǎng)足的發(fā)展。目前視頻監(jiān)控可分為兩大類:數(shù)字視頻監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。在利用圖形可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)貨

13、物堆場(chǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)控中集成視頻監(jiān)控技術(shù)，可以彌補(bǔ)計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不足。目前常用的視頻監(jiān)控軟件有銳眼視頻監(jiān)控衛(wèi)士、超級(jí)門衛(wèi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、DVR視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。視頻監(jiān)控技術(shù)也存在著監(jiān)控設(shè)備成本較高、安裝不方便、監(jiān)控存在盲點(diǎn)和夜視效果不理想等不足。3.4 圖形可視化技術(shù)的集成應(yīng)用 由前文可知，單一應(yīng)用計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和視頻監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行貨物堆場(chǎng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控都存在優(yōu)點(diǎn)和不足。本著集成應(yīng)用的理念，將計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和視頻監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合，發(fā)揮各種圖形可視化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，相互彌補(bǔ)各種技術(shù)的缺點(diǎn)，避免堆場(chǎng)監(jiān)控人員經(jīng)常要跑出中控室，在窗口遠(yuǎn)距離進(jìn)行堆場(chǎng)監(jiān)控，彌補(bǔ)單一技術(shù)的局限性。通過(guò)對(duì)圖形可視化技術(shù)的集成應(yīng)用，將港口貨物堆場(chǎng)場(chǎng)景直接在計(jì)算機(jī)中模擬出來(lái)，這樣就可以做到隨心所欲的觀看堆場(chǎng)中的任何一個(gè)位置和貨物信息，能有效解決貨物堆場(chǎng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控問(wèn)題，以達(dá)到充分利用堆場(chǎng)，提高通過(guò)能力的目的。4 結(jié)束語(yǔ)目前，圖形可視化技術(shù)在的港口貨物堆場(chǎng)中已經(jīng)有初步的研究和應(yīng)用。隨著港口業(yè)務(wù)的進(jìn)一步發(fā)展，圖形可視化技術(shù)必將進(jìn)一步深入研究和應(yīng)用，對(duì)貨物堆場(chǎng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和研究意義。我國(guó)應(yīng)加快研究和推廣具有自主核心技術(shù)和中國(guó)特色的圖形可視化技術(shù)，力爭(zhēng)在未來(lái)世界港口發(fā)展中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。參考文獻(xiàn)：1 王宇.件雜貨碼頭鋼板堆場(chǎng)出入庫(kù)