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現代信息技術的高速發展，帶動了港口生產和管理技術的長足進步，港口堆場內的自動化場橋的智能化水平成為碼頭提高生產率一個重要標簽。在現行集裝箱信息管理標準條件下，結合了現代計算機技術、現代電子技術、軟件工程技術、數據庫技術、射頻識別技術，實現了自動化堆場進場道口的數據采集、設備自動控制、業務自動處理的高效堆場系統[1]。

全球港口場橋設備中輪胎式起重機（以下簡稱輪胎吊）占據比例較大，軌道式起重機占據比例較小。因此，自動化、智能化綠色港口的發展離不開輪胎吊，同樣，輪胎吊自動化改造[2] 將會為綠色港口、港機制造企業走向自動化、智能化起到積極推動作用。

文中詳細介紹了無線射頻識別技術（RadioFrequency Identification，簡稱RFID）[3] 以及車輛道閘系統的工作原理、系統結構、工作流程及其在輪胎吊自動化改造中的應用。RFID 數據采集技術具有其特殊性，需要綜合考慮現場機械及作業環境的特點、實際使用需求、智能射頻技術實現理念和整體作業功能結構等關鍵環節進行規劃設計，將RFID 智能設計與道閘系統配合使用，并融入碼頭堆場管理中，基于整個生產作業系統的結構和功能進行設計和實施，與港內其他作業子系統既相互獨立，又存在很多交互和關聯，最終為碼頭提供一個功能完善、設備先進、操作方便、安全可靠、投資經濟的自動化系統集成解決方案。

碼頭自動化堆場入口配置的RFID、道閘系統體系結構設計為三層架構。三層架構的設計思想以接口規范化為基礎，充分滿足了系統的可擴展性、系統組成的靈活性。

1.1 系統設計思想

1）提供系統軟硬件標準接口的設備連接框架（包括RFID 設備、車輛檢測器等），為生產管理系統提供原始數據，同時擔負對設備的聯動控制。系統提供無縫集成連接，各種設備可以正常獨立工作，也可以在系統時序控制邏輯的控制下協調聯動。

2）運用現代先進的軟件工程學根據業務流程提供信息處理系統體系結構，合理規范數據流。同時提供易用、界面友好的客戶端操作系統。體系結構的設計遵從先進性、可擴展性、靈活性和規范性。

1.2 系統設計架構

智能堆場RFID、道閘系統結構為三層架構設計，第一層是客戶端（用戶界面），提供用戶與系統的友好訪問；第二層是應用服務器，負責業務邏輯的實現；第三層是數據服務器，負責數據信息的存儲、訪問及其優化。由于業務邏輯被提取到應用服務器，大大降低了客戶端的負擔，因此也稱為瘦客戶（Thin Client）結構，如圖1 所示。

圖1 三層架構設計

1.3 系統架構優勢

三層結構在傳統的二層結構的基礎上增加了應用服務器，將應用邏輯單獨進行處理，從而使用戶界面與應用邏輯位于不同的平臺上，兩者之間的通信協議由系統自行定義。這樣的結構設計可使應用邏輯被所有用戶共享，是兩層結構應用軟件與三層應用軟件之間最大的區別。

首先，通過將整個系統分為不同的邏輯塊，大大降低了應用系統開發和維護成本。三層結構將表示部分和業務邏輯部分按照客戶層和應用服務器相分離，客戶端和應用服務器、應用服務器和數據庫服務器之間的通訊、異構平臺之間的數據交換等都可以通過中間件或者相關程序來實現。當數據庫或者應用服務器的業務邏輯改變時，客戶端并不需要改變，反之亦然，大大提高了系統模塊的復用性，縮短了開發周期，降低了維護費用。其次，系統的擴展性大大增強。模塊化系統易于在縱向和水平兩個方向進行拓展：一方面可以將系統升級為更大、更有力的平臺，同時也可以適當增加規模來增強系統的網絡應用。由于擺脫了系統同構性的限制，使分布數據處理成為可能。

1.4 系統架構實現

智能堆場RFID 識別、道閘系統利用識別到的車輛信息結合碼頭運營管理系統為進場作業提供數據比對、動態地為遠程核心控制工作人員提供操作信息并對各種出錯信息進行報警和提示。對于這樣復雜的系統，采用的系統設計結構直接決定了系統的穩定性、可靠性、實用性。本系統設計采用三層軟件系統架構，平衡各種硬件設備和關聯系統對整個系統的資源利用，最大程度優化系統資源，使系統具有靈活性、使用維護便捷性、運行穩定性以及良好的開放性、靈活的擴展性和層次的可伸縮性。系統架構如圖2 所示。

碼頭自動化RTG 堆場RFID 系統由RFID 數據采集系統、RTG 通道道閘系統、出口道閘系統三部分組成，如圖3 所示。

圖3 集裝箱堆場RFID 閘口管理系統拓撲圖

2.1 RFID 數據采集系統

RFID 數據采集系統由電子車牌、RFID 讀寫器、射頻天線、嵌入式主機、電磁感應線圈、車輛檢測器等組成。在堆場中，RFID 道口弱電箱設備安裝在道口金屬立桿上，金屬立桿的門框桿上安裝RFID 天線，設備箱中安裝RFID 讀卡器、工控機、網絡交換機、車輛檢測器等設備，如圖4 所示。RFID 電子車牌貼在車輛前擋風玻璃上，通過道口觸發讀卡。

圖4 RFID 通道布置示意圖

2.2 RTG 通道道閘系統

當RTG 轉場時，遠控中心需要知道RTG 離開或進入另一個堆場，為此設置RTG 通道道閘系統。接收移動指令后，由安全人員負責手工或通過無線遙控器打開RTG 通道道閘，待RTG 全部通過并確認安全后，再現場手動或無線遙控進行落桿關閉通道。

2.3 車輛出口道閘系統

車輛出口道閘系統主要功能是限制車輛逆向進入堆場。由出口道閘、車輛檢測器、網絡控制、地感線圈組成。車輛離開駛近出口時，觸發抬桿地感，道閘抬桿放行，駛出通道離開落桿地感后，道閘自動落桿。車輛離開道閘落桿后，道閘系統會通過網絡控制器向港內遠程控制中心發送車輛離開信號，便于后臺管理系統進行車輛作業計數統計。逆向車輛駛入落桿地感線圈道閘不抬桿。

碼頭自動化堆場RFID、道閘系統作業流程如圖5所示。

碼頭堆場RFID、道閘系統功能調試及測試完成后，2 個堆場4 臺自動化輪胎吊投入使用。堆場RFID、道閘系統性能穩定，整個堆場自動化系統運用情況良好。該系統的成功應用不僅減輕了自動化輪胎吊遠控中心操作人員的作業壓力，同時還可清楚集卡進出堆場的情況。使自動化輪胎吊自動調度系統作業更加合理。

對天津太平洋堆場RFID、道閘系統進行了單功能測試、抗干擾性測試、可靠性測試、系統測試與作業系統融合性測試等多項測試，測試結果表明，RFID、道閘系統應用于港口、碼頭作業管理可簡化作業流程。該系統不僅可以實現RFID 自動識別車牌號，在港區作業過程中實現自動作業核對，而且還能夠控制堆場內道閘快速開放閘，為港口管理及高效運行帶來便利。系統硬件結構簡單，投資費用少，易于實施，非常適用于箱區無人化管理的大型集裝箱碼頭，具有很好的行業推廣使用價值。

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