智慧港口综合信息系统的业务架构分析

艾亚钊, 周坤晓

(1.东莞职业技术学院 物流工程系， 广东 东莞 523808； 2.东莞理工学院 计算机学院， 广东 东莞 523808)

智慧港口综合信息系统的业务架构分析

艾亚钊1, 周坤晓2

(1.东莞职业技术学院 物流工程系， 广东 东莞 523808； 2.东莞理工学院 计算机学院， 广东 东莞 523808)

文章针对智慧港口信息系统建设中面临的问题进行分析，从业务需求和技术需求的角度分析港口的信息化建设，对智慧港口建设最终要达到的业务上的效果做出梳理.智慧港口综合信息系统设计和应用的核心目的必须是提高客户服务水平和提高业务效率，为企业和产业的发展战略服务.系统设计的技术核心是信息共享和资源整合，系统需要解决关键问题是面向客户的技术开发、确保货运安全和交易安全、以及公共部门(政府)与企业间的协同运作.技术本身并没有优劣之分，而协同运作才是确保技术标准化、规范化和可持续发展的唯一途径.

水路运输； 信息系统分析； 业务需求； 智慧港口

智慧港口被认为是充分借助物联网、云计算、大数据、智能感知等新一代信息技术对港口进行透彻感知、广泛互联以及信息深度挖掘，实现港口各类资源要素的无缝连接和各功能模块的协同联动，并最终实现港口智能、高效、安全、便捷和绿色发展的现代化港口形态[1].智慧港口综合信息系统则是一个信息物理系统框架(Cyber-Physical Systems，CPS)，其功能是实现多方用户互联互通、全程参与、业务集成、智能监管、智能决策、智能服务和持续创新等诸多目标[2]，这些目标是第四代港口向第五代港口发展的趋势和终极目标.国外智慧港口建设是在早期的智能交通系统(Intelligent Transport Systems，ITS)的基础上发展起来的[3]，其智能技术的创新应用已较为成熟，其原有的港口信息系统的框架正在向港口物联网信息系统转变,如荷兰的鹿特丹港[4]、德国的汉堡港[5]，以及英、美、日等国的现代化港口等[3,6-7].国内智慧港口的设计与应用仍处于起步阶段，建设内容仍停留在理论层面或规划层面，国内当前的建设思路框架主要集中在6个方面[8-10]：①建立港口集成化、网络化、可视化和智能化管理信息系统；②建立“港口-区域”物流数据中心；③整合电信运营商的无线通信网络资源；④建立港航企业和供应链企业物联网应用示范区；⑤建立以港口为中心面向经济腹地的大物流云计算服务系统；⑥建立大宗货物电子交易平台及依托电子口岸的第四方物流口岸平台.智慧港口系统在技术上都是可以实现的，现在摆在人们面前的是智慧港口具体实现的业务需求有哪些，或者说，建设“智慧港口”最终要达到的业务上的效果是什么.这需要作进一步的梳理和明确.

1 当前的智慧港口综合信息系统存在的主要问题

目前的港口信息系统由港口信息系统、海关(电子口岸系统)、三检、边检、航运公司系统和港区联动系统等构成.这些系统共同完成货物从发货、运输，到港口、海关查验、装船等的进出口功能(图1).其存在的主要问题有：

1.1 面向用户的信息共享程度低

在这个系统中，货物进出口要完成货主备货接货、租船订舱、安排拖车、提空箱、装箱、编制单据、重箱返场、报检、报关、装船、外汇核销、退税申请和集装箱查询跟踪等诸多功能，这些业务均由货方驱动.货方与其它各方对物流信息的分享极不对等，货方对物流信息的享有处于最劣势，其次是货代、物流公司、拖车行、报关行等，对物流信息享有最优势的是港口、三检、海关、航运公司、边检等方.港口、三检、海关、航运公司等通过港口电子数据交换(Electronic Data Interchange，EDI)系统实现信息共享，形成了3个相对独立的信息层.货主与其它各方单线联系，效率低下，且信息不共享导致人力与物力资源的浪费.

图1 港口信息系统现状Fig.1 Present situation of port information system

1.2 缺乏有效的系统协同互动性与资源整合

智慧港口综合信息系统涉及公共部门(政府)、企业、港口、中介、电商公司、人员、基础设施和设备等诸多方面，任何一方都必须作为系统的参与一方协同开展业务.那么，政府必须作为主管方，在确立了各参与方的利益分配和纠纷解决规则的基础上，对基础设施、设备、管理进行投资，并且保持政府与企业之间以及企业子系统之间有效的协同运作.当前的智慧港口综合信息系统设计和应用更多地体现在政府管理系统条块分割，企业子系统各自为政的局面，没有有效的资源整合.虽然在港口、三检、海关和航运公司之间能够实现一定程度的资源整合和协作互动，但是智慧港口综合信息系统的初衷是以用户为中心的实时互动系统，没有进出口企业、金融、保险、航运交易、货代和物流公司等企业用户参与的互联互通，其业务功能也大打折扣，甚至成为摆设.要实现系统的资源整合和实时互动，在建立系统之初就必须确立一个系统所要达到的服务水平，即在多大程度上保持用户之间的协作与互动的可靠性、一致性、安全性等.这正是当前系统设计所缺乏的.

1.3 缺乏统一的技术标准和功能指引

现代化的国际物流需要在共同协作和增值服务中进行同步化操作和实时的信息反馈，客户需要更低的成本获得更快捷、更可靠、更完善的服务，包括货物全程跟踪、在线库存管理、配送、制单和通关等，它们需要更复杂而准确的物流系统来优化业务架构.港口综合信息系统，通过不同的数据处理、转换和控制技术来提供高效、安全和可持续的港口物流服务，这些技术可以捕获、处理和传输有关货运、交通和车辆运行的参数信息，从而提高人力资源和设备管理效率.例如，采用货运实时跟踪，可实现增值服务和复杂情况下的准时制物流服务，减少不合理运输里程，减少交通拥堵或港口拥堵的等待时间，以及提高能源利用效率和物流安全性，同时控制运营成本和负外部性(对社会和环境造成的不利影响).公共管理部门(政府)必须就系统各个业务功能的实现上制订统一的技术标准，确保技术兼容性和可操作性，并且在业务功能上给予明确的规则指引，例如，辅助决策水平、优化调度水平、航运交易中确保交易安全的规则和制度等，这在当前的智慧港口综合信息系统设计中并未明确.

2 智慧港口综合信息系统的业务需求分析

智慧港口综合信息系统是一个复杂的庞大的系统工程，其目的是如何有效地支持企业(产业)的发展战略，即如何在整个业务范围内对信息技术资源进行需求分析、系统建设、接口处理、系统集成和运行管理等，这是港口信息化的首要前提.正因为智慧港口信息系统是在线的实时系统，其能够自动采集和处理信息，实时在线跟踪、监控和优化物流过程.那么，必须把提高效率，提高生产力作为主要目标，把服务作为核心目标.信息系统建设的出发点是满足客户需要，达到顾客满意，通过信息化实现供应链伙伴之间的信息沟通与共享.港口信息化必须围绕提高客户服务水平、提高业务管理效率、提高生产力这一目标展开，为企业和产业的发展战略服务.智慧港口综合信息系统的业务需求主要有以下3个方面：

2.1 信息共享基础上的“一门式”进出口业务

进出口货运业务是智慧港口综合信息系统最基础、最主要、最核心的业务(图2).货主启动流程，各方获取经过授权的共享信息，从备货、发货、运输到港口、海关查验、装船、出口退税和保险等全过程所需要的信息传递都能在该平台上实现.出口时，货方向航运公司订舱后，订舱单号会汇总到码头操作系统，拖车公司到码头提空箱和装箱完成后，货方在系统里输入出口报关信息，然后，集装箱返场，“三检”审核检验检疫资料，并实地检验检疫，海关审核网上出口信息资料，查验放行，最后，货物装船出海，货主通过平台进行集装箱查询和跟踪.进口时，货物信息进入海关系统，海关查验放行，收货人在平台上选择拖车行，到码头提货，或放入保税仓库.所有进出口业务(现场查验除外)实现 “一门式”网上订舱、网上安排拖车、自动生成报关文件、网上报关报检、网上跟踪、网上支付和电子通关，实现港口物流服务电子化、网络化、无纸化和自动化.

图2 智慧港口综合信息系统Fig.2 Integrated smart port information system

2.2 辅助业务

辅助业务是智慧港口综合信息系统的重要组成部分，是开展港口物流运营不可或缺的业务.其主要包括：①辅助决策.港口综合信息系统实时共享多个应用模块的基础数据库，为企业决策层提供质量分析、成本分析、效益分析、市场调查、风险评估、战略分析和经营环境分析等辅助决策，进而实现数字化在线管理，在线协同处理事务，物流远程调度，优化作业组织等.②电子商务.高效的港口物流通关系统要实现电子化、网络化、无纸化和自动化，就必须具备从网上订舱、网上报关、网上安排拖车、网上航运交易、网上出入保税仓到网上支付货款、网上购买保险、网上外汇核销、网上出口退税、自动生成票据等尽可能全程的网上支付功能.银行、保险等金融机构的加入必不可少.③供应链管理.智慧港口综合信息系统将货主企业、第三方物流企业以及货主的上游企业的信息和资源通过系统授权整合在一个大系统里面，最终达到产业高度融合.可以在支持港口综合信息系统的数据库中设立多个相对独立的供应链数据库，确保商业信息的安全(图3).④航运交易.智慧港口综合信息系统可以提供一个船舶买卖、船舶租赁、航运动态、沟通协调的平台，实现供需信息发布，船舶估值、代收船款、代理招投标、法律咨询、发布航运动态信息、航运政策和运价指数等活动，类似于网上航运交易中心.

图3 基于综合信息服务平台的供应链管理业务

Fig.3 The supply chain management service based on the integrated information service platform

2.3 增值业务

资源的融合和信息共享，带动子系统的优化升级，提高通关效率、作业效率、降低作业成本和交易成本.如利用电子车牌、移动终端、RFID、电子铅封、GPS、GIS等技术手段形成电子监管通道；利用智能闸口、智能(视频、音频、指纹等)识别、智能验残、智能退场等技术实现港区联动.进而推动作业管理、货运管理、客户管理、安全管理、财务与结算管理、自动化办公和安防等系统的升级.

3 智慧港口综合信息系统业务架构设计需要解决的关键问题

3.1 面向客户的技术开发与应用

港口综合信息系统使得不同领域的信息系统整合在一个共同的信息平台上，优化港口运输业务，适应不断变化的市场需求.系统各个业务功能的实现必须以用户为中心，制订统一的技术标准，确保技术兼容性和可操作性.在港口物流业务中，表1提供了基本的技术应用类别，揭示出不同的系统可以使用相同的技术和支持多样化的应用程序.

表1 面向客户的基本技术类别

港口综合信息系统可以使供应链上的成员都能共享标准化了的信息资源，减少货物检测时间和作业时间，提高数据准确性，提高储存和运输效率，减少文书工作，提高通关效率和进出港效率，确定人员、设备和区位的工作重点，优化基础设施和可用空间，降低运营成本.概括起来，其适用领域包括：

(1)优化货运计划；

(2)识别和设置优先级的订单；

(3)优化人力资源、存储、库存、货物检测、设施设备和基础设施；

(4)运力计划和调度系统，分配货运时间和地点；

(5)运输方式之间、运输工具与装卸机械之间的自动导引、快速进出港的智能衔接和准确定位；

(6)自动电子阅读、自动识别、图像处理等；

(7)计算机辅助决策；

(8)货运全程跟踪监测(如门到门运输).

3.2 货运安全和交易安全

3.2.1 货运安全

货运安全主要包括不开箱检测货物和集装箱安全铅封.不开箱检测货物是在不开箱的情况下，完成对货物的检测，可以减少检测时间、提高检测效率和降低货损，目前常用的技术有X射线检测和放射性检测.X射线可以对箱内货物形状和内容密度清晰成像，而放射性检测系统采用γ射线或中子射线可以检测到爆炸物品、危险化学品、放射性物品等，检测速度比X射线快10倍以上，并且对人和货物的损害较小，具有较高的效率和安全性.

集装箱安全铅封是为了监控运输过程中的偷窃、剧烈震荡和损坏，集装箱安全铅封理论上应当坚固，有唯一的编号，在方法得当的情况下能够快速打开，并且在锁具破损或者剧烈震荡的情况下必须留下可辨识的痕迹(ISO标准).它必须具有易识别、号码唯一和对震荡敏感3个特性.现代电子技术已经开发出了一系列的安全电子铅封.主要有：

(1)电子铅封.安装在箱门链接处的电子装置，并设置号码，一旦箱门被打开，号码会发生改变.

(2)高安全铅封.带有激光记录的装置，通过产生连续的激光号码，记录箱门打开的的详细过程.

(3)远程控制铅封.带有GPS装置的铅封，可以在箱门被打开的时候发出信息通知有关人员.

(4)铅封传感器.可以检测箱门，同时检测货物的温度、湿度、光线、震荡和冲击的传感器，实现对货物的远程监控.

3.2.2 交易安全

港口综合信息系统系统整合不同的子系统，每个子系统在自己的授权的领域内共享信息、同步化协同操作.需要同时确保各个子系统内部的信息安全和交易安全，以及不同系统之间的信息安全和交易安全.因此，电子签章技术、电子签章识别技术必不可少.当然，笔者在系统设计时需要做的是减少系统漏洞，使用安全的授权方式访问信息资源.

3.3 公共部门(政府)与企业间的协同运作

港口综合信息系统实现整个供应链成员之间、供应链成员与公共部门(政府)之间信息交换，必须设计一个标准来确保信息交换的安全、准确、相互间可操作和在技术上的可持续性，因此，它主要包含以下4个方面的标准：

(1)应用程序和服务水平.针对不同子系统和不同的用户，提供不同的应用程序和不同的服务内容，以及明确需要达到的服务水平.

(2)功能和基本流程.系统能够容纳足够多的信息、功能和流程，这些功能和流程至少覆盖基础设施、机械、交通设备等.

(3)对状态的判断和指引.判断和指引当前状态最适合的技术和信息，确保系统和设备达到系统预期的工作目标.

(4)对系统和设施设备制订标准化的定义和规范.确保该定义和规范与其它系统和规范(国内或者国际的或者专业上的)的兼容性、可互操作性和一致性.

这样的信息系统在设计层面上至关重要，但是，更重要的是运营层面的，或者说需要公共部门(政府)和企业的紧密同步协作，在系统的指引下全力协作，共同提高物流效率和交易效率，推动供应链可持续发展.要建立这样的系统应当采用开放的技术解决方案，而不是由某一个技术开发商独立承担，应当说这是一个复杂的开放系统.它的基本框架有：

(1)网络、系统和设备的兼容性和可接入性.智慧港口综合信息系统要求我们必须从更广泛的视角审视业务主体，那就是国家的某些公共部门(政府)、企业、港口、人员、基础设施和设备等都可能是该网络和系统的一个组成部分.

(2)系统具有可互操作性.在建立了标准化的规范、开放的系统和多方参与的基础上，降低系统的操作成本.

(3)对系统的功能、性能和成本的优化，以及公共部门(政府)与企业等各参与主体之间的同步协作等.

(4)各参与方利益的分配和纠纷的解决.尤其是公共部门(政府)和私营企业之间的协商，追责机制和纠纷解决机制，确保系统运行的可靠性和系统性能的正常发挥.

(5)系统满足供应链企业的战略需要，不同企业之间可以通过协商解决利益分配和纠纷.

(6)系统需要公共部分和企业共同协作，在基础设施、设备、管理上进行投资，政府扮演重要角色，不但要对技术的可持续性承担较高的责任，而且需要不断地在企业之间进行协调和沟通.图4给出了建立综合信息系统需要解决的关键问题.

图4 智慧港口综合信息系统需要解决的关键问题

4 结 论

(1)智慧港口综合信息系统设计和应用的目的是提高客户服务水平、提高业务管理效率和提高物流节点作业效率，为企业和产业的发展战略服务.考虑到“智慧港口”是个复杂且投资巨大的系统工程，从业务需求的角度进行审视，在现有信息系统和技术成果的基础上，对系统进行整合升级、功能拓展和业务整合.提高客户服务水平，是最切合实际的技术路径，系统在业务上产生的效果是可操作的切入点.

(2)智慧港口综合信息系统设计的核心是信息共享和资源整合，其需要解决的关键问题是面向客户的技术开发、确保货运安全和交易安全、公共部门(政府)与企业间的协同运作.技术本身并没有优劣之分，而协同运作才是确保技术标准化、规范化和可持续发展的唯一途径，政府部门应承担较大的责任.人们迫切需要相关的制度创新和现有技术的综合应用.

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【责任编辑： 陈 钢】

Analysis on business architecture of integrated smart port information system

AI Ya-zhao1， ZHOU Kun-xiao2

(1.Department of Logistics Engineering, Dongguan Polytechnic, Dongguan 523808, China;2.Department of Computer, Dongguan University Of Technology, Dongguan 523808, China)

In this paper, the problems on the construction of integrated smart port information system were analyzed, the ultimate effect on the business about integrated smart port information system construction, from the perspective of the business requirements for information technology, were combed and were made clear. The main goal of integrated smart port information system must be to improve customer service level, to improve business efficiency, and to facilitate for the development of enterprise and industry. The core of the system is information sharing and resources integration. The key issues that the system need to deal with are to develop customer-oriented technology, to ensure the safety of freight and transaction, as well as to keep cooperative operation between public sector (government) and enterprises. Technology itself does not have advantages and disadvantages, but the collaborative operation is the only way to ensure the standardization and sustainable development of technology.

waterway transportation; information system analysis; business requirement; smart port

2016-09-10;

2016-09-23

中国物流学会2016年立项资助项目(2016CSLKT3-250)

艾亚钊(1979-)，男，副教授，硕士.E-mail：490229783@qq.com

1671- 4229(2016)06-0079-07

U 169.6