CN117372619A - 一种集团级港口生产作业智慧指挥中心系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种集团级港口生产作业智慧指挥中心系统，该系统包括：数据提供模块，用于提供与各港口对应的若干数据元素；全局数字孪生模块，用于根据所述数据元素建立所有港口对应的全局三维数字孪生体，所述全局三维数字孪生体用于对所有港口进行整体可视化监测及展示；港口数字孪生模块，用于根据所述数据元素建立每个港口分别对应的港口三维数字孪生体，所述港口三维数字孪生体用于对相应港口进行可视化监测及展示。本发明实现了集团级多港口管控技术从自动化到智能化的跨越式发展。

Description

一种集团级港口生产作业智慧指挥中心系统

技术领域

本发明涉及港口智能化技术领域，尤其涉及一种集团级港口生产作业智慧指挥中心系统。

背景技术

随着集装箱运量增长以及船舶大型化、高速化发展，国际物流运输对港口作业能力提出了更高的要求。但是随着港口自动化程度的提高及资源规模的扩大，港口各子系统之间的随机扰动性随之增强，导致系统多阶段串行与并行作业及其相互衔接难度不断加大，港口运营管理复杂性呈指数型增长。目前，数字孪生作为一种新兴的信息化技术，为重构港口生产数字化平台提供了新的方向。

因此，本发明亟待提供一种基于数字孪生技术实现级团级多港口智能化管控的技术方案。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种集团级港口生产作业智慧指挥中心系统及其系统架构，以实现集团级多港口的智能化管控，提升港口数字化管控能力。

为了实现上述目的，本发明提供一种集团级港口生产作业智慧指挥中心系统，包括：

数据提供模块，用于提供若干与各个港口对应的数据元素；

全局数字孪生模块，用于根据所述数据元素建立所有港口对应的全局三维数字孪生体，所述全局三维数字孪生体用于对所有港口进行整体可视化监测及展示；

港口数字孪生模块，用于根据所述数据元素建立每个港口分别对应的港口三维数字孪生体，所述港口三维数字孪生体用于对相应港口进行可视化监测及展示。

优选地，所述全局数字孪生模块包括：

全局孪生体展示单元，用于建立并展示所有港口对应的所述全局三维数字孪生体；

交互组件展示单元，用于展示人机交互组件；

状态信息展示单元，用于展示所有港口对应的目标状态信息。

优选地，所述港口数字孪生模块具有看板模式、实时分析模式，其中：

在看板模式下，所述港口数字孪生模块基于相应港口对应的所述港口三维数字孪生体显示该港口的实时作业工况，并实时显示相应海侧船舶作业效率分析图表与陆侧进提箱作业效率分析图表、以及该港口对应的整体资源数据及整体作业数据；

在实时分析模式下，所述港口数字孪生模块基于相应港口对应的港口三维数字孪生体实时显示用户选择查看的信息，并展示该港口各个实体间的作业关联关系，同时实时监控各实体的作业情况。

优选地，所述港口数字孪生模块还具有场外效率分析模式，在场外效率分析模式下，所述港口数字孪生模块用于提供相应港口的堆场外围的作业情况。

优选地，所述港口包括码头、航道、锚地和船舶，所述系统还包括航道锚地船舶监控模块，其中，所述航道锚地船舶监控模块包括：

视频流接入单元，用于接收各所述港口对应的视频流数据，以将所述视频流数据与所述全局三维数字孪生体及港口三维数字孪生体进行融合显示；

航道规划单元，用于根据所述港口对应的航道及船舶相关数据，通过海事部门接口生成航道电子围栏并对所述港口的船舶进行展示，同时分析各码头的拥堵情况；

锚地拥堵及靠泊预警单元，用于根据所述港口对应的船舶信息，分析所述港口各个锚地的船舶密度，进而结合各航道的流量及流速，预估各锚地的拥堵情况并发出相应的靠泊延误预警信息，同时整合整个港口的靠泊延误预警信息，生成相应的船舶调配协调方案。

优选地，所述系统还包括指标数据展示模块，所述指标数据展示模块用于展示所述港口对应的以下多维目标指标数据：日吞吐量、设备出勤数据、道口监控数据、堆场监控数据、船舶监控数据、航线服务数据、集疏运数据、码头能力指标数据。

优选地，所述数据提供模块提供以下主题的数据元素：港口基础信息主题、港口实体状态主题、孪生显示主题、作业动作主题、作业预警主题、作业数据主题以及看板主题。

优选地，该系统基于包括客户端、服务器以及数据处理系统的系统架构实现，所述数据处理系统用于处理采集到的港口整体数据，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，以在所述客户端进行相应展示。

优选地，所述客户端包括有浏览器、支持所述浏览器进行三维渲染的渲染模块、以及用于提供显示、操作及体验功能的操作界面。

优选地，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。通过采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

本发明通过数据提供模块提供若干与各个港口对应的数据元素，并在数据提供模块的数据支持下，通过全局数字孪生模块建立所有港口对应的全局三维数字孪生体，通过港口数字孪生模块建立每个港口分别对应的港口三维数字孪生体，从而实现集团级港口运营态势的实时可视化精准分析，为港口多港口运营提供决策支持，同时为推动港口行业集团级别智能化和数字化管控的创新性发展提供一个切实的突破口和范例，推进港口数字化转型与智慧港口建设。

附图说明

图1为本发明的集团级港口生产作业智慧指挥中心系统的结构框图；

图2为本发明的集团级港口生产作业智慧指挥中心系统采用的系统架构的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

针对集团级多港口数字化运营管理技术难题，本发明提供一种集团级港口生产作业智慧指挥中心系统，通过构建实时高精度、可分析量化的集团级多港口孪生管控系统，提升集团级港口数字化管控能力。

如图1所示，本发明的集团级港口生产作业智慧指挥中心系统包括全局数字孪生模块11、航道锚地船舶监控模块12、港口数字孪生模块13、指标数据展示模块14以及数据提供模块15。其中，全局数字孪生模块11用于建立并展示所有港口整体对应的三维数字孪生体(为便于区分，此处的三维数字孪生体称为全局三维数字孪生体)，各港口分别包括多个码头港口、航道、锚地和船舶等；航道锚地船舶监控模块12用于对港口的航道、锚地、船舶进行实时监控；港口数字孪生模块12用于建立并展示每个港口分别对应的三维数字孪生体(为便于区分，此处的三维数字孪生体称为港口三维数字孪生体)；指标数据展示模块14用于展示各港口对应的多维目标指标数据；数据提供模块15用于提供与各港口对应的若干数据元素，以向全局数字孪生模块11、港口数字孪生模块13提供数据支持，使两者分别基于相应数据元素建立对应的全局三维数字孪生体及港口三维数字孪生体。

本发明采用数字孪生技术，实现了集团级港口多港口物理空间和虚拟空间的关联映射，实现在虚拟空间展现港口全生命周期运营，为实际港口生产提供全方位指导。

再次参阅图1所示，本发明中的全局数字孪生模块11用于以集团视角建立并展示所有港口整体对应的全局三维数字孪生体，具体采用俯视全局地图的模式，直观呈现所有港口的3D空间关键位置信息，并展示所有三维空间实体，包括码头、航道、锚地、船舶以及潮汐点等。

本发明中的全局数字孪生模块11具体包括全局孪生体展示单元、交互组件展示单元以及状态信息展示单元。其中，全局孪生体展示单元用于建立并展示前述全局三维数字孪生体。交互组件展示单元用于展示人机交互组件，具体包括日期罗盘、全屏切换控键、设置控键、消息窗口(如与航警的消息窗口)、天气信息窗口、回播功能控键等交互组件。状态信息展示单元用于展示各港口对应的目标状态信息，具体包括集团港口的运营指标，如吞吐量、准班率、作业效率、数据缓冲信息等，展示形式主要通过标签、图表进行展示。当信息量过多时，采用翻转、换图的动画形式进行更替。

再次参阅图1所示，本发明中的航道锚地船舶监控模块12包括视频流接入单元、航道规划单元以及锚地拥堵及靠泊预警单元。

其中，视频流接入单元用于接收各港口对应的视频流数据，并将二维的视频流数据与的全局三维数字孪生体及港口三维数字孪生体进行融合显示，同时支持视频即点即看，同步呈现港口全过程作业状况。

航道规划单元用于根据各港口对应的航道及船舶相关数据(包括航道和船舶AIS数据及抵港确报数据，融合海事部门提供的航道基础信息、航道流量监控数据、海事交通管制信息等航道实时监控数据)，通过海事部门接口生成航道电子围栏并对各港口的船舶进行展示，同步显示码头关联潮汐等关键作业信息，进而分析各码头的拥堵等情况。

锚地拥堵及靠泊预警单元用于根据各港口对应的船舶信息(包括所有船舶的实时位置、呼号、船舶类型、航次、到达时间等信息)，分析港口各个锚地的船舶密度，进而结合各航道的流量及流速，预估各锚地的拥堵情况并向各个码头发出相应的靠泊延误预警信息，同时整合各港口的靠泊延误预警信息，按预定规则生成满足预定条件的最佳船舶调配协调方案，以减小每个港口所有船舶总的延误时间。

再次参阅图1所示，本发明中的港口数字孪生模块13用于以港口视角展示相应港口对应的三维数字孪生体，具体支持看板模式、实时分析模式、场外效率分析模式。

其中，看板模式用于全面掌握当前港口作业工况、进提箱作业总体工况。在看板模式下，港口数字孪生模块13基于相应港口对应的三维数字孪生体显示该港口的实时作业工况，并实时辅助显示相应海侧船舶作业效率分析图表与陆侧进提箱作业效率分析图表、以及该港口对应的整体资源数据(包括岸线长度、泊位占用、在泊船、桥吊、水平机械和堆场机械等资源数据)及整体作业数据(包括月完成和日完成吞吐量)，所有数据能够随时间实时变动。

实时分析模式用于信息实时显示、关联分析、追踪分析。在实时分析模式下，信息实时显示用于基于相应港口对应的港口三维数字孪生体实时显示用户选择查看的信息；关联分析用于展示该港口各个监控实体间的作业关联关系，以客观反映各个实体对于港口其他资源的实时占用情况，将关联实体与所选实体进行高亮显示；追踪分析用于实时监控各实体的作业情况。

在场外效率分析模式下，港口数字孪生模块用于提供相应港口的堆场外围的作业情况信息，确保工作人员对堆场外围生产状况的全面把控。

再次参阅图1所示，本发明中的指标数据展示模块14展示的目标指标数据包括以下八大指标体系：日吞吐量、设备出勤数据、道口监控数据、堆场监控数据、船舶监控数据、航线服务数据、集疏运数据、码头能力指标数据。

其中，日吞吐量包括港口不同维度的吞吐量信息；设备出勤数据包括港口不同的设备资源情况，包括桥吊、轮胎吊、铲车、内集卡等；道口监控数据包括港口各码头道口进出车辆情况，反映码头道口作业繁忙程度，道口作业可分为进场与出场，作业可显示车次以及箱量；堆场监控数据包括港口各码头当前堆场占用率，可动态显示码头当前堆存量，分为空重、进出口、本地中转、冷危超等不同箱型结构；船舶监控数据包括港口对应的预报、确报、取消、停工、在泊、离泊、重点船等船舶数量，并生成具体清单，清单内容包含船名航次、预靠码头、抵港时间、等泊时间、装卸作业量等；航线服务数据包括全港航线的具体作业吞吐量；集疏运数据包括港口各码头集疏运情况；码头能力指标数据包括港口现实码头作业能力情况。

再次参阅图1所示，本发明中的孪生数据提供模块15以主题的形式来细分和构建整个集团的孪生数据体系，整合集团级港口作业数据，为孪生技术提供数据侧基础设施。具体地，孪生数据提供模块15所提供的数据元素包括但不限于以下主题：港口基础信息主题、港口实体状态主题、孪生显示主题、作业动作主题、作业预警主题、作业数据主题以及看板主题。

其中，港口基础信息主题的数据元素包括用于构建整个数字孪生体基底的堆场、道口、船舶结构、港口地图(界面原型)、转换代码表等数据；港口实体状态主题的数据元素包括但不限于桥吊、内集卡、外集卡、堆场机械、道口等港口作业实体的数据；孪生显示主题的数据元素包括基本状态主题数据，用来在三维数字孪生体中绘制和展示重要的作业实体；作业动作主题的数据元素用于模拟港口机械设备的作业动画，使孪生体空间和物理空间有更高的一致性；作业预警主题的数据元素包括但不限于繁忙、延误、断档、空闲、冲突、超时、故障等高敏感度的作业异常状态数据，以实时直观地在三维孪生体中展示作业风险点；作业数据主题的数据元素用于串联几大指定的作业实体，以在数字孪生体空间将这些实体的关联关系直观地展示出来；看板主题的数据元素用于以三维孪生体的方式展示全港作业情况。

本发明通过全局数字孪生模块展示所有港口整体对应的三维数字孪生体，通过航道锚地船舶监控模块对港口的航道、锚地、船舶进行实时监控，同时通过指标数据展示模块整合各港口对应的多维目标指标数据，并针对单个港口设计港口数字孪生模块以展示单个港口对应的三维数字孪生体，通过数据提供模块为整个港口对应的三维数字孪生体及单个港口对应的三维数字孪生体的建立、更新及运行提供数据支持，从而实现港口运营态势的实时可视化精准分析，为多港口运营提供决策支持，同时为推动港口行业集团级别智能化和数字化管控的创新性发展提供一个切实的突破口和范例，推进港口数字化转型与智慧港口建设。

此外，本发明还提供前述集团级港口生产作业智慧指挥中心系统所采用的系统架构，如图2所示，该架构采用B/S(Browser/Server)结构，具体包括数据处理系统21、服务器22以及客户端23。其中，数据处理系统21用于处理采集到的港口整体数据；服务器22通过和数据处理系统21对接为客户端23提供数据显示支撑，主要用于提取数据处理系统21中的数据再转换成客户端23识别的数据格式，并推送给客户端23，以在客户端23进行相应展示；客户端23通过浏览器(Browser)承担所有显示、控制功能。

在本发明中，客户端23包括有浏览器、支持浏览器进行三维渲染的渲染模块、以及用于提供显示、操作及体验功能的操作界面。其中，渲染模块优选采用PortMeta3D孪生引擎技术实现，PortMeta3D用于实时渲染场景，同时保障大场景效率的情况下，逼真还原三维场景，其主流显卡渲染帧数超过30fps。PortMeta3D技术能够解决主动推送、实体移动路径平滑、时间回溯的问题，后端抽取多维度海量数据形成实时数据流，经过孪生引擎动态实时组装为基于时间、关键帧技术的增量压缩数据流输送给前端，用最小带宽传输海量流式动态数据。

在本发明中，服务器22主要作为数据处理系统21与客户端23之间的缓冲层，包括有状态缓存模块、同步会话模块、协议转化模块、以及事件驱动模块，且状态缓存模块与数据处理系统21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23连接。

本发明通过设置状态缓存模块，接收数据处理系统21推送过来的港口整体数据，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；通过设置同步会话模块，支持不同的客户端23在不同时间点连接服务器22，以增量数据的方式向客户端23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21获取数据，最终以统一的WebSocket协议向客户端23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23推送消息。

本发明通过构建集团级港多港口数字孪生体，研发实时高精度、可分析量化的集团级多港口孪生系统，支持对集团级多港口生产作业进行态势推演、运行评估、异常预警，最终实现集团多港口孪生实时管控。本发明显著地提升了集团级多港口的管控水平，从三维可视化的视角实现了实时高精度、可分析量化的运营新模式，进而实现了集团级多港口管控技术从自动化到智能化的跨越式发展。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种集团级港口生产作业智慧指挥中心系统，其特征在于，包括：

数据提供模块，用于提供与各个港口对应的若干数据元素；

全局数字孪生模块，用于根据所述数据元素建立所有港口对应的全局三维数字孪生体并进行展示，所述全局三维数字孪生体用于对所有港口进行整体可视化监测及展示；

港口数字孪生模块，用于根据所述数据元素建立每个港口分别对应的港口三维数字孪生体并进行展示，所述港口三维数字孪生体用于对相应港口进行可视化监测及展示全局数字孪生模块。

2.如权利要求1所述的集团级港口生产作业智慧指挥中心系统，其特征在于，所述全局数字孪生模块包括：

全局孪生体展示单元，用于建立并展示所述全局三维数字孪生体；

交互组件展示单元，用于展示人机交互组件；

状态信息展示单元，用于展示各所述港口对应的目标状态信息。

3.如权利要求1所述的集团级港口生产作业智慧指挥中心系统，其特征在于，所述港口数字孪生模块具有看板模式、实时分析模式，其中：

在看板模式下，所述港口数字孪生模块基于相应港口对应的所述港口三维数字孪生体显示该港口的实时作业工况，并实时显示相应海侧船舶作业效率分析图表与陆侧进提箱作业效率分析图表、以及该港口对应的整体资源数据及整体作业数据；

在实时分析模式下，所述港口数字孪生模块基于相应港口对应的港口三维数字孪生体实时显示用户选择查看的信息，并展示该港口各个实体间的作业关联关系，同时实时监控各实体的作业情况。

4.如权利要求1所述的集团级港口生产作业智慧指挥中心系统，其特征在于，所述港口数字孪生模块还具有场外效率分析模式，在场外效率分析模式下，所述港口数字孪生模块用于提供相应港口的堆场外围的作业情况。

5.如权利要求1所述的集团级港口生产作业智慧指挥中心系统，其特征在于，所述港口包括码头、航道、锚地和船舶，所述系统还包括航道锚地船舶监控模块，其中，所述航道锚地船舶监控模块包括：

视频流接入单元，用于接收各所述港口对应的视频流数据，以将所述视频流数据与所述全局三维数字孪生体及港口三维数字孪生体进行融合显示；

航道规划单元，用于根据所述港口对应的航道及船舶相关数据，通过海事部门接口生成航道电子围栏并对所述港口的船舶进行展示，同时分析各码头的拥堵情况；

锚地拥堵及靠泊预警单元，用于根据所述港口对应的船舶信息，分析所述港口各个锚地的船舶密度，进而结合各航道的流量及流速，预估各锚地的拥堵情况并发出相应的靠泊延误预警信息，同时整合整个港口的靠泊延误预警信息，生成相应的船舶调配协调方案。

6.如权利要求1所述的集团级港口生产作业智慧指挥中心系统，其特征在于，所述系统还包括指标数据展示模块，所述指标数据展示模块用于展示所述港口对应的以下多维目标指标数据：日吞吐量、设备出勤数据、道口监控数据、堆场监控数据、船舶监控数据、航线服务数据、集疏运数据、码头能力指标数据。

7.如权利要求1所述的集团级港口生产作业智慧指挥中心系统，其特征在于，所述数据提供模块提供以下主题的数据元素：港口基础信息主题、港口实体状态主题、孪生显示主题、作业动作主题、作业预警主题、作业数据主题以及看板主题。

8.如权利要求1所述的集团级港口生产作业智慧指挥中心系统，其特征在于，该系统基于包括客户端、服务器以及数据处理系统的系统架构实现，所述数据处理系统用于处理采集到的港口整体数据，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，以在所述客户端进行相应展示。

9.如权利要求8所述的集团级港口生产作业智慧指挥中心系统，其特征在于，所述客户端包括有浏览器、支持所述浏览器进行三维渲染的渲染模块、以及用于提供显示、操作及体验功能的操作界面。

10.如权利要求8所述的集团级港口生产作业智慧指挥中心系统，其特征在于，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。