CN113222225A - 一种集装箱码头数字孪生系统 - Google Patents

Abstract

一种集装箱码头数字孪生系统，涉及集装箱港口技术领域，包括客户端、服务器以及数据处理系统；客户端包括有浏览器、用户界面，浏览器、用户界面用于数据显示、操作显示以实现三维还原码头管控情况；客户端还包括有数据缓冲模块、渲染优化模块、WebGL模块、UI系统模块、网络连接模块，WebGL模块驱动UI系统模块以实现UI事件在UI系统模块内部交互，网络连接模块与服务器通信连接；服务器包括有状态缓存模块、同步会话模块、协议转化模块、事件驱动模块。本系统对码头作业数据进行离线和实时分析，结合数字孪生概念与前沿三维图形技术，构建码头作业数据空间孪生体和数据知识空间，同时，结合人工智能和运筹优化算法，为码头作业提供智能决策支持。

Description

一种集装箱码头数字孪生系统

技术领域

本发明涉及集装箱港口技术领域，具体涉及到一种集装箱码头数字孪生系统。

背景技术

在传统的码头大数据分析系统中，主要以二维表格和图表的形式展示数据分析结果，分析行为以被动查询为主。这样的大数据分析系统有以下的缺点：

1、不直观：对于影响生产效率的性能瓶颈和事件，往往需要对运营数据和图形敏感、经验丰富的专业人员才能识别；

2、不及时：发现问题往往都是在被动查询之后，这时距离问题的产生可能已经过去了很长时间；

3、无关联：当影响性能的瓶颈出现时，一些异常指标往往体现在多张图表中，这些图表之间没有直观的关联性，因此需要有经验的专业人员经过多步骤查询分析，才能可能找到引起瓶颈的源头。

综上，现有的码头大数据分析系统缺陷较多，在码头实际作业生产过程中若发生问题，大数据分析系统难以及时、直观地展示码头作业过程中的故障、延迟等问题，因此，存在待改进之处。

发明内容

针对现有技术所存在的不足，本发明目的在于提出一种集装箱码头数字孪生系统，具体方案如下：

一种集装箱码头数字孪生系统，包括客户端、服务器以及数据处理系统，所述数据处理系统用于处理采集到的码头整体数据，所述服务器用于提取所述数据处理系统中的数据再转换成所述客户端识别的数据格式，并推送给所述客户端；

所述客户端包括有浏览器、用户界面，所述浏览器、用户界面用于数据显示、操作显示以实现三维还原码头管控情况；

所述客户端还包括有数据缓冲模块、渲染优化模块、WebGL模块、UI系统模块、网络连接模块，所述数据缓冲模块、渲染优化模块用于提高所述用户界面的三维显示流畅性，所述WebGL模块驱动所述UI系统模块以实现UI事件在所述UI系统模块内部交互，所述网络连接模块用于与所述服务器通信连接；

所述服务器包括有状态缓存模块、同步会话模块、协议转化模块、事件驱动模块，所述状态缓存模块与所述数据处理系统连接，所述同步会话模块、协议转化模块、事件驱动模块均与所述客户端连接。

进一步的,所述用户界面包括全局看板模式、实时分析模式、无人机巡航模式。

进一步的，所述用户界面处于全局看板模式时，所述用户界面用于显示码头的全局概况，包括功能键区、码头显示区、海侧指标区、海侧图表区、陆侧指标区、陆侧图表区，所述海侧指标区、陆侧指标区呈上下设置于所述用户界面的左侧，所述海侧图表区、陆侧图表区呈上下设置于所述用户界面的右侧，所述码头显示区处于所述用户界面的中部，所述功能键区分散于所述用户界面的四侧边缘处。

进一步的，所述用户界面处于实时分析模式时，所述用户界面用于显示船舶作业状态、设备作业状态、堆场作业状态，包括有功能键区、码头显示区，所述码头显示区处于所述用户界面的中部，所述功能键区分散于所述用户界面的四侧边缘处。

进一步的，所述船舶作业状态包括作业船舶信息、船舶关联、船舶追踪、船舶延误报警；

当码头一侧的船舶被选中时，所述用户界面上形成有用于显示作业船舶信息的船舶具体信息弹窗；

所述船舶具体信息弹窗对应船舶关联、船舶追踪设有船舶关联按键、船舶定位按键，当所述船舶关联按键被选中时，所述用户界面上高亮显示和该船舶作业相关联的作业机械，当所述船舶定位按键被选中时，所述用户界面上实时显示追踪该船舶的作业情况；

当码头一侧的目标船时量大于当前船时量时，所述船舶上显示有延误预警信息。

进一步的，当码头上的设备被选中时，所述用户界面上形成有用于显示该设备的设备作业状态的设备弹窗，所述设备作业状态包括基本信息、工作状态、工作效率，所述设备弹窗包括有充电桩弹窗、AGV弹窗、ASC弹窗、桥吊弹窗；

所述充电桩、AGV、ASC、桥吊分别被选中时，所述充电桩弹窗、AGV弹窗、ASC弹窗、桥吊弹窗分别显示所述充电桩、AGV、ASC、桥吊的设备作业状态。

进一步的，当码头上的堆场被选中时，所述用户界面上形成有用于显示该堆场的堆场作业状态的堆场弹窗，所述堆场作业状态包括堆场基本信息、实时效率分析、占用率、箱量。

进一步的，所述堆场作业状态还包括堆场关联、堆场追踪；

所述堆场弹窗对应堆场关联、堆场追踪设有堆场关联按键、堆场定位按键，当所述堆场关联按键被选中时，所述用户界面上高亮显示和该堆场作业相关联的作业机械，当所述堆场定位按键被选中时，所述用户界面上实时显示追踪该堆场的作业情况。

进一步的，所述功能键区包括有用于对状态异常的机械进行预警的预警开关，当所述预警开关打开时，所述用户界面上形成有机械预警弹窗。

进一步的，所述机械预警弹窗包括桥吊预警弹窗、AGV预警弹窗、ASC预警弹窗；

所述桥吊预警弹窗用于显示桥吊的空闲预警、延误预警、超时预警、断档预警以及故障预警；

所述AGV预警弹窗用于显示AGV的空闲预警、超时预警、故障预警以及电量预警；

所述ASC预警弹窗用于显示ASC的空闲预警、繁忙预警、超时预警、冲突预警、故障预警以及空闲预警。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

使用大数据技术对码头作业数据进行离线和实时分析，结合数字孪生概念的应用与前沿三维图形技术，构建码头作业数据空间孪生体和数据知识空间。同时，结合人工智能和运筹优化算法，为码头作业提供智能决策支持。具体来说，客户端由浏览器承担所有显示、控制功能，服务器通过和数据处理系统对接为客户端提供数据显示支撑，客户端在服务器、数据处理系统的配合下，在数据工作的基础上应用前沿三维图形技术对数字孪生和数据进行可视化应用，使得本系统能真实地还原码头管控情况，并能实时显示刷新，流畅无卡顿，既支持嵌入主系统界面操作显示，又支持全屏化操作显示，且操作体验良好，符合人性化直觉，在主系统切换的过程中流畅，不会因为有大量的资源加载导致长时间卡顿。

附图说明

图1为用户界面处于全局看板模式下的整体效果示意图；

图2为用户界面处于全局看板模式下的整体效果示意图(堆场被选中)；

图3为用户界面处于实时分析模式下的整体效果示意图(船舶被选中)；

图4为用户界面处于实时分析模式下的整体效果示意图(船舶关联被选中)；

图5为用户界面处于实时分析模式下的整体效果示意图(船舶追踪被选中)；

图6为用户界面处于实时分析模式下船舶拉近后的局部效果示意图(船舶追踪被选中)；

图7为用户界面处于实时分析模式下展示船舶延误预警的局部效果示意图；

图8为用户界面处于实时分析模式下展示堆场弹窗的局部效果示意图(堆场被选中)；

图9为用户界面处于实时分析模式下展示堆场中每个箱区占用率的局部效果示意图；

图10为用户界面处于实时分析模式下的整体效果示意图(堆场关联被选中)；

图11为用户界面处于实时分析模式下展示被锁定追踪的堆场的局部效果示意图(堆场追踪被选中)；

图12为用户界面处于实时分析模式下展示充电桩位置的整体效果示意图；

图13为用户界面处于实时分析模式下展示充电桩繁忙预警的局部效果示意图；

图14为用户界面处于实时分析模式下展示AGV弹窗的局部效果示意图(AGV被选中)；

图15为用户界面处于实时分析模式下展示桥吊弹窗的局部效果示意图(桥吊被选中)；

图16为用户界面处于实时分析模式下展示ASC弹窗的局部效果示意图(ASC被选中)；

图17为用户界面处于实时分析模式下展示预警开关的整体效果示意图；

图18为用户界面处于实时分析模式下展示出现桥吊空闲预警的整体效果示意图；

图19为用户界面处于实时分析模式下展示出现桥吊超时预警的整体效果示意图；

图20为用户界面处于实时分析模式下展示出现桥吊断档预警的整体效果示意图；

图21为用户界面处于实时分析模式下展示出现AGV电量预警的整体效果示意图；

图22为用户界面处于实时分析模式下展示出现AGV故障预警的整体效果示意图；

图23为用户界面处于实时分析模式下展示出现ASC空闲预警的整体效果示意图；

图24为用户界面处于无人机巡航模式下的整体效果示意图；

图25为用户界面处于无人机巡航模式下进行数据展示的局部效果示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

为解决以往码头大数据分析系统中出现问题时不直观、不及时、无关联的缺陷，本发明将采用新的Web GL技术，开发一种集装箱码头数字孪生系统，从三维可视化的视角对码头大数据分析做出新的尝试和诠释。使用大数据技术对码头作业数据进行离线和实时分析，结合数字孪生概念的应用与前沿三维图形技术，构建码头作业数据空间孪生体和数据知识空间。同时，结合人工智能和运筹优化算法，为码头作业提供智能决策支持。

一种集装箱码头数字孪生系统，包括客户端、服务器以及数据处理系统，数据处理系统用于处理采集到的码头整体数据，服务器用于提取数据处理系统中的数据再转换成客户端识别的数据格式，并推送给客户端。整个系统采用B/S(Browser/Server)结构，客户端由浏览器(Browser)承担所有显示、控制功能，服务器通过和数据处理系统对接为客户端提供数据显示支撑。

客户端包括有浏览器、用户界面，浏览器、用户界面用于数据显示、操作显示以实现三维还原码头管控情况。

为支持浏览器三维渲染能力，客户端还包括有WebGL模块，采用WebGL2.0技术，同时，客户端在设计上要求达到以下三个主要目标。在显示上：真实地还原码头管控情况，并能实时显示刷新，流畅无卡顿。在操作上：既支持嵌入主系统界面操作显示，又支持全屏化操作显示，且操作体验良好，符合人性化直觉；在体验上：在主系统切换的过程中流畅，不会因为有大量的资源加载导致长时间卡顿。

为了达成以上三个目标，客户端还包括有数据缓冲模块、渲染优化模块、UI系统模块、网络连接模块。在显示上，数据缓冲模块、渲染优化模块用于提高用户界面的三维显示流畅性，数据缓冲模块采用带时间的数据缓冲动态插值方法，对于离散的数据(尤其是位置数据)进行一段几十秒级数据缓冲，并在数据间做动态插值，从而保证所有三维物体显示动画的流畅性，例如：集卡移动。对于影响渲染效率的三维物体(比如：大量动态子物体)，渲染优化模块能够做到发布前动态合并，同时对数据形态敏感的三维物体做基于数据的动态Mesh和材质贴图生成和动态绘制。

在操作上，在WebGL模块中采用Web Assembly驱动UI系统模块，所有UI事件只在系统内部交互，而不会通过JavaScript和外部交互。优化的，整体Canvas和UI系统模块支持浏览器的大小改变，并在UI层做到自适应。另外，在输入和字体方面，内部UI支持中文字体、西文字体、中文输入法。在按键冲突方面，主要操作设计避免和浏览器快捷键冲突。

在体验上，浏览器采用缓存机制，对初次加载的资源做到本地缓存，第二次加载直接从本地加载，此外，缓存机制可支持资源的版本变更和更新。客户端在在场景加载上可做到动态加载显示，从而缩短场景加载时间。此外，考虑到系统将会长时间、大数据量的实时刷新三维场景，而浏览器对于三维显示有很多限制，因此还要综合考虑以下方面，在性能指标方面，能够支持主流中高端显卡上流畅运行，在内存限制方面，应用程序整体内存使用不能超过浏览器限制，在资源大小方面，为了提升下载和加载速度，提升体验，整体资源控制大小在256MB以下，采用更平衡的资源压缩算法，同时不能因为资源节省而降低质量要求。在网络连接方面，因浏览器限制，网络连接模块采用WebSocket协议和服务器通信连接，保证长连接和消息推送，同时考虑断线重连的设计。

服务器的角色是作为数据处理系统和三维WebGL的客户端的中间缓冲层，因此，服务器需要能够提供多种技术功能支撑，对应的，服务器包括有状态缓存模块、同步会话模块、协议转化模块、事件驱动模块。状态缓存模块与数据处理系统连接，同步会话模块、协议转化模块、事件驱动模块均与客户端连接。

通过设置状态缓存模块，接收数据处理系统推送过来的码头整体数据，对状态进行缓存，并通过状态差进行数据更新，从而减小整体数据流量。

本实施例中，码头整体数据包括海侧指标数据、陆测指标数据、堆场数据、桥吊数据、AGV数据、轨道吊数据、船舶数据、道口数据。详述参见如下。

海侧指标数据：完成干支线数据，冷危超数据，作业总量数据，船时量数据，标杆高亮等。

陆测指标数据：外集卡进出峰值，AGV周转率，AGV换电率，翻箱率，标杆高亮等。

堆场数据：箱区基础信息，堆场占用率，在场箱数量，各种箱型箱量分布情况，转堆、装箱、提箱翻箱率，异常状态预警，标杆高亮等。

桥吊数据：设备基础信息，设备状态信息，装卸作业量，台时量，出勤市场，正在作业箱信息，预警信息与预警原因信息，标杆高亮等。

AGV数据:当前电量，设备预警信息，限速状态，车次，周转率，行驶距离，空载时间，异常状态预警，标杆高亮等。

轨道吊数据：任务信息，状态信息，设备效率KPI，作业量，作业饱和率，翻箱数，台时量，人工介入次数，异常状态预警，标杆高亮等。

船舶数据：船舶信息，作业信息，效率指标，作业进度，剩余分类作业，特殊箱作业情况，计划与实际靠离泊时间，计划与实际完工时间，异常状态预警，标杆高亮等。

道口数据：预警信息，基础信息，作业信息，繁忙程度，预约，进箱，提箱车次，平均周转等。

通过设置同步会话模块，支持不同的客户端在不同时间点连接服务器，以增量数据的方式向客户端推送整体状态。通过设置协议转化模块，支持通过不同的协议(大部分是基于底层Socket的协议)向数据处理系统获取数据，最终以统一的WebSocket协议向客户端提供数据。通过设置事件驱动模块，当有优先级高的警告事件发送时，能主动向客户端推送消息。

传统的码头大数据分析系统中，主要以二维表格和图表的形式展示数据分析结果，工作人员在进行数据分析时看到的基本是没有直接联系的二维表格和图表，表格和图表上的文字、数字只是一种中间表达方式，难以直观体现出码头实际工作时的各种性能，还需要对表格、图表之间进行梳理、演算等操作后才能发现瓶颈、事件。比如，现有技术中，针对堆场的数据统一收集表格、图表，针对船舶的数据统一收集表格、图表，针对AGV的数据统一收集表格、图表，如果码头出现异常，由于不同主体之间的表格、图表没有直观的关联性，工作人员还需依次检查不同主体的数据，进一步分析查询才能找到异常源头，费时费力，影响码头的生产效率。

而本发明中，正如前述所说，客户端在服务器、数据处理系统的配合下，在数据工作的基础上应用前沿三维图形技术对数字孪生和数据进行可视化应用，客户端的浏览器、用户界面能实现如下显示功能，包括：(1)码头场景整体精细化建模以及数字孪生体精细建模，三维建模保证高精细度和高美观度的同时孪生三维场景提供360°视角旋转和全方向镜头移动，拉近、拉远、旋转从而实现具体实体观看、全局观看等。(2)可视化展现方式丰富，包括多种分析方式，结合数据知识空间，提供如全局看板分析、图表分析、关联分析等多种分析方式。(3)从用户使用角度，系统构建多层次、完整的用户交互方式，为用互提供可交互的实时监控能力。

综合以上特性，可视化的数字孪生系统为码头提供从微观到宏观、从海侧到陆侧的实时、直观反映。另外，系统整体可支持嵌入其它Web系统，在浏览器环境下保障系统的性能消耗控制和高流畅度，同时要支持多种大屏展示功能，例如超宽屏、超高分辨率屏幕的展示。

针对前述的可视化展示方式，详述如下，用户界面包括全局看板模式、实时分析模式、无人机巡航模式。

结合图1至图2，用户界面处于全局看板模式时，用户界面用于显示码头的全局概况，包括功能键区、码头显示区、海侧指标区、海侧图表区、陆侧指标区、陆侧图表区。海侧指标区、陆侧指标区呈上下设置于用户界面的左侧，海侧图表区、陆侧图表区呈上下设置于用户界面的右侧，实时地更新一些重要的指标和图标。码头显示区处于用户界面的中部，通过对码头业务梳理和分析后，构建全方位的数字孪生体，包括码头宏观整体状态和大部分码头作业重要相关实体，如堆场、桥吊、AGV、轨道吊、船舶、道口等，达到仿真效果，主要展示码头整体的运转情况。码头显示区上能清楚地看到停放在码头附近的船舶、各个堆场、设备等，设备包括集卡、桥吊、AGV转运车等等。功能键区分散于用户界面的四侧边缘处，具体的，左下角有消息窗口、回放功能，右下角有模式切换，右上角有教学操作、全屏切换，功能键及其位置不做限制，根据实际情况确定。

结合图3至图16，用户界面处于实时分析模式时，用户界面用于显示船舶作业状态、设备作业状态、堆场作业状态，提供了多种方式帮助工作人员多维度地了解码头作业的情况。与处于全局看板模式时类似，包括有功能键区、码头显示区，码头显示区处于用户界面的中部，功能键区分散于用户界面的四侧边缘处。

为便于工作人员直观地了解码头的工作情况，工作人员操作客户端时只需将鼠标移动至码头上各个结构上，便可对应显示船舶作业状态、设备作业状态、堆场作业状态。

船舶作业状态包括作业船舶信息、船舶关联、船舶追踪、船舶延误报警。当码头一侧的船舶被选中时，用户界面上形成有用于显示作业船舶信息的船舶具体信息弹窗，船舶具体信息弹窗弹出时显示有该船舶的船舶信息、作业信息、效率指标，船舶信息比如有船舶中文名、英文名等，作业信息比如有实际停泊时间、冷危超等，效率指标比如有船时量、作业进度等，具体参加附图。

船舶具体信息弹窗对应船舶关联、船舶追踪设有船舶关联按键、船舶定位按键，当船舶关联按键被选中时，用户界面上高亮显示和该船舶作业相关联的作业机械，由于工作人员能通过客户端观看到整个码头显示区的情况，此时，工作人员可直观、清楚、快速地了解有哪些桥吊、堆场等设备正在为该船舶服务。当船舶定位按键被选中时，用户界面上实时显示追踪该船舶的作业情况。

系统设置为整点计算一次，当码头一侧的目标船时量大于当前船时量时，船舶上显示有延误预警信息，延误预警信息可以以高亮的词语显示便于工作人员查看。

当码头上的设备被选中时，用户界面上形成有用于显示该设备的设备作业状态的设备弹窗，设备作业状态包括基本信息、工作状态、工作效率，设备弹窗包括有充电桩弹窗、AGV弹窗、ASC弹窗、桥吊弹窗，本发明中，弹窗的数量不做限制，根据码头上的设备以及工作人员需要进行确定。

充电桩、AGV、ASC、桥吊分别被选中时，充电桩弹窗、AGV弹窗、ASC弹窗、桥吊弹窗分别显示充电桩、AGV、ASC、桥吊的设备作业状态。比如，工作人员可以在系统中实时地查看码头充电桩的状态。除了能了解各种设备的实时信息，本系统还提供有预警功能，比如，当有AGV正在充电时，会显示充电桩繁忙预警，当AGV发生异常时，会显示AGV异常预警。

当码头上的堆场被选中时，用户界面上形成有用于显示该堆场的堆场作业状态的堆场弹窗，堆场作业状态包括堆场基本信息、实时效率分析、占用率、箱量，当视角拉近时，能通过堆场的颜色深浅区分箱区的占用率。

堆场作业状态还包括堆场关联、堆场追踪，堆场弹窗对应堆场关联、堆场追踪设有堆场关联按键、堆场定位按键，当堆场关联按键被选中时，用户界面上高亮显示和该堆场作业相关联的作业机械，当堆场定位按键被选中时，用户界面上实时显示追踪该堆场的作业情况，旨在帮助工作人员锁定指定堆场，并对指定堆场的作业进行实时监控。

如图17所示，功能键区包括有用于对状态异常的机械进行预警的预警开关，当预警开关打开时，用户界面上形成有机械预警弹窗。机械预警弹窗包括桥吊预警弹窗、AGV预警弹窗、ASC预警弹窗。

结合图18至图23，桥吊预警弹窗用于显示桥吊的空闲预警、延误预警、超时预警、断档预警以及故障预警。空闲预警：桥吊30分钟以上未接收到作业指令。延误预警：以当前桥吊的效率无法在预期时间内完成作业时，会触发该预警。超时预警：主小车带order，并且超过7分钟未完成或者门架小车事件交互处理时间超过2分钟以上(不包括AGV未实占车道情况)。断档预警：根据时间矩阵计算AGV尚未发车的任务(即在预定时间内无法到达的AGV)、根据时间矩阵计算轨道吊还未发箱的任务、箱子在平台上时间超过3分钟以上三种情况都会触发预警。故障预警：根据单机故障表数据，获取桥吊故障信息报警(表权限待获取)。发生预警情况时，桥吊预警弹窗中显示有预警字体，同时预警信息也会发布在消息框中。

AGV预警弹窗用于显示AGV的空闲预警、超时预警、故障预警以及电量预警。空闲预警：当前工班出勤AGV超过30分钟以上为接收到作业任务。超时预警：全场AGV可调度空车数量小于3，并且全场AGV存在重车滞留PB超过10分钟。故障预警：AGV出现故障时触发，根据故障严重情况分为橙色一般故障以及红色严重故障。电量预警：对于本身电量低于35％的AGV报警。

ASC预警弹窗用于显示ASC的空闲预警、繁忙预警、超时预警、冲突预警、故障预警以及空闲预警。空闲预警：当前工班出勤ASC超过30分钟以上为接收到作业任务。繁忙预警：当ASC作业的任务大于阀值时，就会触发预警。超时预警：ASC存在有一关指令产生超过10分钟之后还未完成。冲突预警：对于非悬臂ASC，后续1个小时之后，海侧装船任务量大于11，同时有多条船(两条以上)的装船任务。对于悬臂ASC，后续1个小时之后，海侧装船任务量大于13，同时有多条船(两条以上)的装船任务。故障预警：根据故障表中影响生产的数据报警。

通过设置预警功能，当桥吊、AGV、ASC、充电桩出现异常时，用户界面上均会出现预警信息，直接以结果式的内容直观显示在客户端上，及时提醒工作人员，工作人员快速决策解决影响码头生产效率的性能瓶颈或者事件。又因为船舶、堆场分别设置为船舶关联、堆场关联，因此，工作人员可点击船舶关联、堆场关联，快速了解与船舶、堆场相关的信息，还能直观地获取关联的异常指标，进行决策。通过设置定位追踪功能，快速定位作业不理想实体，直观显示在客户端上，助力快速决策。

结合图24至图25，为了方便码头工作人员对外展示，本系统提供了无人机巡航模式。在该模式下，看板以无人机视角航拍整个码头。工作人员还可根据自己需求在看板上显示数据及图表，该操作可通过右下角的看板隐藏按键来控制。同时，码头工作人员根据展示需求，可以通过右下角的灯光按键切换白天和夜间模式，在夜间模式下，可以控制设备的灯光是否开启。

综上，本发明通过大数据批处理技术对离线数据进行分析，结合流式处理技术对实时数据的分析构建出自动化码头的作业数据知识空间。示例如下：

从船舶(船舶分析大表

船舶效率分析

船舶效率统计分析

船舶效率影响因素分析

单船小结

船舶放关分时段分析)

到道口，从月度(月度班组效率大表

月度工班监控分析

月度班组效率分析

月度航线效率分析

月度航线箱量分析

到实时，构建码头全过程关联关系和重要作业实体的作业效率标杆(效率标杆：离线大数据分析海量历史数据，提供经验阀值孪生场景中突出显示，快速定位作业不理想实体，助力快速决策)。

针对码头作业的事中、事前、事后这三个时间维度，通过对相关数据的采集和处理，(事前分析：运用人工智能，结合实时、离线大数据技术，事前智能决策，事中分析：大数据实时流处理技术，现场作业数据上顷刻体现，事后分析：对海量离线数据更全面、更细节的分析)。关联分析将不同实体根据作业安排进行关联展示，多视角、超低延迟，助力场控把握码头实时作业状态

在风控预警方面，各类实体，多种预警，提供详细原因结合离线计算、实时流处理、机器学习，实现事后、事中、事前多维度预警。结合实体间的关联关系和实体自身的作业效率从而挖掘自动化码头作业的瓶颈、定位码头作业异常的问题原因。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种集装箱码头数字孪生系统，其特征在于，包括客户端、服务器以及数据处理系统，所述数据处理系统用于处理采集到的码头整体数据，所述服务器用于提取所述数据处理系统中的数据再转换成所述客户端识别的数据格式，并推送给所述客户端；

所述客户端包括有浏览器、用户界面，所述浏览器、用户界面用于数据显示、操作显示以实现三维还原码头管控情况；

所述客户端还包括有数据缓冲模块、渲染优化模块、WebGL模块、UI系统模块、网络连接模块，所述数据缓冲模块、渲染优化模块用于提高所述用户界面的三维显示流畅性，所述WebGL模块驱动所述UI系统模块以实现UI事件在所述UI系统模块内部交互，所述网络连接模块用于与所述服务器通信连接；

所述服务器包括有状态缓存模块、同步会话模块、协议转化模块、事件驱动模块，所述状态缓存模块与所述数据处理系统连接，所述同步会话模块、协议转化模块、事件驱动模块均与所述客户端连接。

2.根据权利要求1所述的集装箱码头数字孪生系统，其特征在于,所述用户界面包括全局看板模式、实时分析模式、无人机巡航模式。

3.根据权利要求2所述的集装箱码头数字孪生系统，其特征在于，所述用户界面处于全局看板模式时，所述用户界面用于显示码头的全局概况，包括功能键区、码头显示区、海侧指标区、海侧图表区、陆侧指标区、陆侧图表区，所述海侧指标区、陆侧指标区呈上下设置于所述用户界面的左侧，所述海侧图表区、陆侧图表区呈上下设置于所述用户界面的右侧，所述码头显示区处于所述用户界面的中部，所述功能键区分散于所述用户界面的四侧边缘处。

4.根据权利要求2所述的集装箱码头数字孪生系统，其特征在于，所述用户界面处于实时分析模式时，所述用户界面用于显示船舶作业状态、设备作业状态、堆场作业状态，包括有功能键区、码头显示区，所述码头显示区处于所述用户界面的中部，所述功能键区分散于所述用户界面的四侧边缘处。

5.根据权利要求4所述的集装箱码头数字孪生系统，其特征在于，所述船舶作业状态包括作业船舶信息、船舶关联、船舶追踪、船舶延误报警；

当码头一侧的船舶被选中时，所述用户界面上形成有用于显示作业船舶信息的船舶具体信息弹窗；

所述船舶具体信息弹窗对应船舶关联、船舶追踪设有船舶关联按键、船舶定位按键，当所述船舶关联按键被选中时，所述用户界面上高亮显示和该船舶作业相关联的作业机械，当所述船舶定位按键被选中时，所述用户界面上实时显示追踪该船舶的作业情况；

当码头一侧的目标船时量大于当前船时量时，所述船舶上显示有延误预警信息。

6.根据权利要求4所述的集装箱码头数字孪生系统，其特征在于，当码头上的设备被选中时，所述用户界面上形成有用于显示该设备的设备作业状态的设备弹窗，所述设备作业状态包括基本信息、工作状态、工作效率，所述设备弹窗包括有充电桩弹窗、AGV弹窗、ASC弹窗、桥吊弹窗；

所述充电桩、AGV、ASC、桥吊分别被选中时，所述充电桩弹窗、AGV弹窗、ASC弹窗、桥吊弹窗分别显示所述充电桩、AGV、ASC、桥吊的设备作业状态。

7.根据权利要求4所述的集装箱码头数字孪生系统，其特征在于，当码头上的堆场被选中时，所述用户界面上形成有用于显示该堆场的堆场作业状态的堆场弹窗，所述堆场作业状态包括堆场基本信息、实时效率分析、占用率、箱量。

8.根据权利要求7所述的集装箱码头数字孪生系统，其特征在于，所述堆场作业状态还包括堆场关联、堆场追踪；

所述堆场弹窗对应堆场关联、堆场追踪设有堆场关联按键、堆场定位按键，当所述堆场关联按键被选中时，所述用户界面上高亮显示和该堆场作业相关联的作业机械，当所述堆场定位按键被选中时，所述用户界面上实时显示追踪该堆场的作业情况。

9.根据权利要求3或4任意一项所述的集装箱码头数字孪生系统，其特征在于，所述功能键区包括有用于对状态异常的机械进行预警的预警开关，当所述预警开关打开时，所述用户界面上形成有机械预警弹窗。

10.根据权利要求9所述的集装箱码头数字孪生系统，其特征在于，所述机械预警弹窗包括桥吊预警弹窗、AGV预警弹窗、ASC预警弹窗；

所述桥吊预警弹窗用于显示桥吊的空闲预警、延误预警、超时预警、断档预警以及故障预警；

所述AGV预警弹窗用于显示AGV的空闲预警、超时预警、故障预警以及电量预警；

所述ASC预警弹窗用于显示ASC的空闲预警、繁忙预警、超时预警、冲突预警、故障预警以及空闲预警。

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