利用圖形可視化技術實現(xiàn)貨物堆場動態(tài)監(jiān)控

1、利用圖形可視化技術實現(xiàn)貨物堆場的動態(tài)監(jiān)控王宇 高峰 朱琳（交通運輸部水運科學研究院，北京，100088）摘要 針對港口企業(yè)散雜貨堆放不規(guī)則的特點，提出應用圖形可視化技術來實現(xiàn)貨物堆場的動態(tài)監(jiān)控，探討實現(xiàn)堆場高效運作的合理技術途徑，以達到充分利用堆場，提高通過能力的目的。關鍵詞 圖形化；港口；貨物；堆場；監(jiān)控隨著港口貨物吞吐量的快速增長，提高港口堆場利用率與提高港口的作業(yè)效率成為主要關注的兩大問題，但是由于二者之間的矛盾性導致這一工作相對復雜和困難。采用港口生產(chǎn)信息化是解決該問題的有效方法，而貨物堆場的管理在港口企業(yè)的信息化建設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，堆場作

2、為貨物進出港口碼頭的重要場所，對堆場的實時動態(tài)的監(jiān)控管理存在很大的不便1。所以，對堆場進行動態(tài)監(jiān)控亟需借助一種直觀的技術手段。本文在分析貨物堆場堆碼類別的同時，提出了利用圖形可視化技術實現(xiàn)貨物堆場的動態(tài)監(jiān)控，并在此基礎上提出堆場管理圖形化技術框架。1 港口運輸貨物類別和堆垛形式1.1 港口運輸貨物類別根據(jù)交通行業(yè)標準（JT/T 19-2001），運輸貨物的分類共分17大類、122個中類、197小類2。其中17大類如表1所示：表1 運輸貨物大類代碼貨類名稱品名細目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機械設備、電器（含整機總成、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 港口貨物堆場堆垛分類根據(jù)交通行業(yè)標準（JT/T 706-2007），港口貨物堆垛共分64類堆垛形式3。經(jīng)過分析，可以總結出主要有4種堆垛類別：(1) 散貨堆垛形式垛型：長方型平頂垛、貨垛頂部平直、勻整、垛底邊至

4、作業(yè)機械軌道距離不少于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是堆垛在一起的貨物屬性基本相同，在對該類貨物進出作業(yè)的時候關心貨物的總件數(shù)和總重量，而不必關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) 筒倉形式垛型：專用的堆存設備，如圖3所示：圖3 筒倉形式筒倉形式適用于表4所示貨類：表4 筒倉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，但對于堆垛時需要精確位置關系的貨類，一般是通過識別該貨物某屬性類別進行區(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

6、致移動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精確位置關系的件雜貨堆垛形式精確位置關系的件雜貨堆垛形式適用于表5所示貨類：表5 精確位置關系的件雜貨堆垛形式適用貨類代碼貨類名稱04鋼鐵12機械設備、電器17其他屬性繁多貨物2 利用圖形可視化實現(xiàn)貨物堆場動態(tài)監(jiān)控2.1 貨物堆場圖形可視化的特點貨物堆場圖形可視化有助于生產(chǎn)管理人員及時掌握堆場的利用情況，合理安排和最大限度地利用堆場。目前，堆場的圖形可視化在集裝箱堆場的管理中應用較多，因為集裝箱是標準化的貨物，其外型尺寸規(guī)范統(tǒng)一，堆場也根據(jù)集裝箱的尺寸進行規(guī)劃，實現(xiàn)堆場圖形可視化相對比較容

7、易。散雜貨物堆場與集裝箱堆場有很大的區(qū)別，主要表現(xiàn)如下：(1)散雜貨物的堆放形狀無法統(tǒng)一；(2)堆場的規(guī)劃無標準參考；因為貨物尺寸問題可能要連續(xù)占用1個以上的規(guī)劃區(qū)域甚至非重要通道。利用圖形可視化技術必須考慮以上特點，無論貨物如何堆放，都能直觀顯示堆場的占用情況4。2.2 貨物堆場圖形可視化應具備的功能利用圖形可視化技術對貨物堆場進行動態(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。選擇這種視圖來以盡量少的空間顯示堆場，顯示一個大概的港區(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各貨堆有相應的品種、數(shù)量、貨主、船舶等標識信息；d能根據(jù)貨主、品種、船舶等要素統(tǒng)計貨物的數(shù)量，并能對貨物的分布情況進行醒目的顯示；e能根據(jù)貨主、品種、船舶等要素進行查詢并圖形化醒目顯示。(2)場區(qū)立體圖為進一步查看具體場區(qū)不同場位間貨物的位置關系和場位的利用情況，可以在港口俯視圖中選擇具體場區(qū)進入到場區(qū)立體圖。場區(qū)立體圖主要是針對精確位置關系的件雜貨堆垛形式的貨物，例如鋼板、卷鋼等貨物。場區(qū)立體圖界面如圖6所示：圖6 場區(qū)立體圖場區(qū)立體圖需要具備如下功能：a能根據(jù)場區(qū)堆放的貨物的垛型特點，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各貨堆有相應的品種、數(shù)量、貨主、船舶等標識信息；d能根據(jù)貨主、品種、船舶等要素統(tǒng)計貨物的數(shù)量，并能對貨物的分布情況進行醒目的顯示；e能根據(jù)貨主、品種、船舶等要素進行查詢并圖形化醒目顯示。(3)場位明細圖為進一步查看具體場位不同貨物間的位置關系和貨物信息，可以在場區(qū)立體圖中選擇具體場位進入到場位明細圖。但由于貨物之間存在層疊和相互擠靠，為了能夠看到該場位的所有貨物位置關系和貨物信息，只能通過橫向或縱向剖視圖進行顯示，場位明細圖界面如圖7所示：圖7 場位明細圖場位明細圖需要具備如下功能：a能根據(jù)場區(qū)堆放的貨物的垛型特點，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各貨物有相應的品種、數(shù)量、貨主、船舶等標識信息；3 圖形可視化關鍵技術3.1 計算機繪圖技術利用圖形可視化技術對貨物堆場進行動態(tài)監(jiān)控的發(fā)展歷史較短，所以目前已有的堆場管理系統(tǒng)多停留在應用計算機繪圖技術實現(xiàn)的平面和假三維的圖形可視化。這種計算機繪圖技術是由VB、Dot.NET、VC+ 等開發(fā)工具單獨完成，即應用開發(fā)工具中相關的繪圖函數(shù)來實現(xiàn)。這樣做的好處是在單一系統(tǒng)中進行開發(fā)，重點比較突出，但是對于一個可視化要求程度高，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發(fā)工作量較大且效果也不夠理想。3.2 虛擬現(xiàn)實技術應用計算機繪圖技術監(jiān)控堆場時，可能看到的是堆場的

11、二維視圖，當需要查看貨物的某個具體位置時，要去切換某維度視圖，可以說最終對一個場位和貨物的認識是通過多種信息的綜合產(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)實技術能將如此復雜的信息直觀表達出來，它通過仿真的方式給用戶創(chuàng)造一個實時反映實體變化與相互作用的貨物堆場三維世界，提供用戶一個可觀測并與該虛擬世界交互的三維界面，使用戶可直接參與堆場貨物的變化以便做到動態(tài)監(jiān)控5。它最突出的優(yōu)點在于，所描繪的場景非常逼真，而且充分考慮了人機交互，并給用戶的是最直觀和準確的信息，幫助他們了解堆場現(xiàn)有的情況，做出相應的決策。虛擬現(xiàn)實技術主要包括兩個方面的主要內(nèi)容

12、:建模與仿真。通過建模技術完成三維場景的繪制，通過仿真技術按照一定的原則來驅(qū)動三維場景的變化。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)實技術也存在著對層疊相壓的貨物不能完全查看所有貨物信息，對一些不規(guī)則的貨物堆垛形式與實際情況存在較大差異的不足。3.3 視頻監(jiān)控技術視頻監(jiān)控是一種較成熟的技術，它以直觀、準確、及時和信息內(nèi)容豐富而廣泛應用于許多場合。近年來，隨著計算機、網(wǎng)絡以及圖像處理、傳輸技術的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術也有了長足的發(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)絡監(jiān)控。在利用圖形可視化技術實現(xiàn)貨

13、物堆場動態(tài)監(jiān)控中集成視頻監(jiān)控技術，可以彌補計算機繪圖技術和虛擬現(xiàn)實技術的不足。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)控技術也存在著監(jiān)控設備成本較高、安裝不方便、監(jiān)控存在盲點和夜視效果不理想等不足。3.4 圖形可視化技術的集成應用 由前文可知，單一應用計算機繪圖技術、虛擬現(xiàn)實技術和視頻監(jiān)控技術進行貨物堆場的動態(tài)監(jiān)控都存在優(yōu)點和不足。本著集成應用的理念，將計算機繪圖技術、虛擬現(xiàn)實技術和視頻監(jiān)控技術相結合，發(fā)揮各種圖形可視化技術的優(yōu)點，相互彌補各種技術的缺點，避免堆場監(jiān)控人員經(jīng)常要跑出中控室，在窗口遠距離進行堆場監(jiān)控，彌補單一技術的局限性。通過對圖形可視化技術的集成應用，將港口貨物堆場場景直接在計算機中模擬出來，這樣就可以做到隨心所欲的觀看堆場中的任何一個位置和貨物信息，能有效解決貨物堆場的動態(tài)監(jiān)控問題，以達到充分利用堆場，提高通過能力的目的。4 結束語目前，圖形可視化技術在的港口貨物堆場中已經(jīng)有初步的研究和應用。隨著港口業(yè)務的進一步發(fā)展，圖形可視化技術必將進一步深入研究和應用，對貨物堆場的動態(tài)監(jiān)控具有重要的經(jīng)濟價值和研究意義。我國應加快研究和推廣具有自主核心技術和中國特色的圖形可視化技術，力爭在未來世界港口發(fā)展中占據(jù)優(yōu)勢地位。參考文獻：1 王宇.件雜貨碼頭鋼板堆場出入庫