港口安全与应急物流管理信息系统研究综述

[摘 要] 港口是交通运输的重要枢纽，保障其安全是关系到国计民生的重大问题。收集整理大量相关文献，从主要功能、关键技术及新技术应用等三个主要方面综述我国港口安全与应急物流管理信息系统的研究现状。梳理港口安全防范和应急指挥的核心内容；总结开发环境、编程语言、体系架构等关键技术；应用GIS、物联网、云计算等拓展系统功能。形成研究港口安全与应急物流管理系统较完备的知识体系，为港口信息化发展提供理论指导与技术支持。

[关键词] 港口；生产安全；应急物流；管理信息系统

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 11. 023

[中图分类号] U65；C931.6 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2017）11- 0048- 05

1 引 言

港口作为国民经济基础设施，在推动我国经济发展中发挥着越来越重要的作用。中国的港口建设、港口经济与港口物流有了长足发展，越来越凸显出其强大的生命力。然而，物流通道可能且极易被自然或人为的各种因素影响，使港口经济活动的正常运行受到阻碍，进而一定程度地影响到国民的经济发展。因此，港口必须采取有效的措施解决和防止这类危害港口安全的事件发生。

使用港口安全管理信息系统来管理港口安全问题不但可以节省人力，还可以极大地提高工作效率。在港口安全管理信息系统中，首先建立一个安全信息管理数据库，以掌握企业当前的安全生产信息，对有关信息进行方便快速的查询。系统中可实现资源共享，使办公人员、职能部门之间有效协同，为安全管理负责人和企业领导提供及时、动态、完整的安全信息，为企业安全生产管理中各项工作的规范化提供一个强大、有效的平台。

港口应急物流系统是指当突发性事件对港口及港区经济生活的正常运行造成影响时，以提供所需的各类应急物资为目的，以追求灾害损失最小化和时间效益最大化为目标的特殊的物流活动。这种突发事件可能包括海啸、台风、飓风、水灾、游轮爆炸、污染物泄露等。在突发事件发生时，港口需对物资、设施设备、人员等进行紧急救援。为了降低突发事件给港口造成的经济损失，港口需要建立完善的应急物流系统，并对其进行功能分析与架构，以提高应对突发事件时港口的快速反应能力。

文本将通过对大量相关文献进行归纳总结，针对与港口安全有关的港口安全管理信息系统和港口应急物流系统的主要功能、关键技术以及应用的新技术等三个方面进行综述。

2 港口安全与应急物流管理信息系统主要功能

将港口安全与应急物流管理信息系统功能凝练为安全防范、应急指挥两个主要方面。

2.1 安全防范功能

很多不确定因素可能会影响港口正常的经济活动，因此及时有效地控制危险源并做好安全防范工作是港口安全管理的首要任务。对相关系统的主要功能进行归纳，总结为以下方面。

2.1.1 港口货物审核功能

随着港口的迅速发展，越来越多的港口在扩建码头以增大港口货物的存储量，伴随而来的就是港口货物安全问题，“天津8.12事件”曾引起高度重视。因此，港口安全管理信息系统中将港口货物审核作为主要功能。

文献[1]在货物审核方面分为货物入港管理和货物出港管理两个模块。以货物入港管理为例，在货物到达港口前，入港货物清单就会发送到港口并录入该系统。工作人员进行核对和安全性审查，并为货物制作电子标签，将需要的信息写在对应标签内。当货物到达港口，将实际货物清单与预入港货物清单对比，如一致则粘贴电子标签，手持机将信息发送到服务器，实现货物标记与跟踪管理。该系统在实现过程中结合了RFID（Radio Frequency Identification， 无线射频识别）通信技术。

对于安全性未知的货物要做好危险货物申报工作。文献[2]的危险货物管理信息系统旨在对危险货物申报信息进行审核。该系统最大的特色是应用了智能决策系统来辅助决策，对需要审核的数据经过抽取、清洗、转换等过程载入数据仓库，并提供可视化的业务界面，使决策分析结果得以清晰地展示。利用计算机自动化判定功能，并结合危险货物信息、国际危规信息、船舶信息、码头作业货种与限量等，实现危险货物的审核和风险决策分析。

2.1.2 港口区域环境监控

港口区域环境监控指监视和保护水域范围内的海关、边防、环境安全，同时提供气象、交通安全等信息查询服务。

文献[3]针对不同地区港口承担不同业务具有的不同特点，设计了港口区域安全控制系统。具体功能包括：检查港口周边环境、保证港口水域及船舶安全、限制区域安全。该系统主要以电子监控的形式控制周边环境安全。

文献[4]的港口隐患排查系统中设立了员工隐患检查功能。以多种形式提醒检查人员按期进行隐患排查，自动匹配需排查的各方面内容，如若发现隐患，可利用终端现场拍照确保真实性。

文献[5]重点关注港口区域环境的安全性，该系统的一大特色是建立了地理信息系统（Geographic Information System， GIS）。将港口空间信息根据不同作用和不同特征进行划分。通过对港口进行属性-空间和空间-属性组合的查询，实现实时监测从而及时掌握港区内交通情况、消防设施、船舶停放等安全信息。

文献[6]利用了雷达和其他先进网络通信技术，实时监控港口及附近水域环境，保护边防及海关安全。有效地组织船舶交通流，减少时间延误及交通拥堵。

除此之外，还有一些难以控制的自然环境因素要考虑在内。文献[7]从气象方面设计了港口天气预警系统，该系y的特点是通过运行超级计算机，并结合气象自动站、GIS、气象雷达等来获取各类气象信息，再通过形象的色斑图将结果表现出来，对未来的天气状况进行预判。并为大风、高温、骤雨等设定指标阈值，若监测达到阈值，系统自动报警。当该系统进入预警状态，自动链接到相对应的应急预案，做好恶劣天气来临的事前处理。同时，为实现资源共享，该系统还可将气象数据同步到港口控制区域。

2.1.3 港口设备监控功能

为了杜绝因为设备年限等问题造成机械事故的隐患，需要对港口设备进行实时监控。

文献[5]把对设备的管理划分为静态和动态两种类型。静态模型中包含计划维修、故障统计、备件、设备履历模块，且模块间可共享信息。管理人员可以使用这些信息实现配置人员、计划安排、备件预报、故障分析和成本控制。动态模型充分利用比较先进的内容管理系统（Content Management System， CMS），有故障诊断、实时状态显示、稻萃臣啤⑿藕鸥踪等功能。可有效及时地将设备实时运行状态反馈给生产调度人员和维修管理人员，以保证尽快抢修和调度。

文献[8]将港口的重点设备确定为研究对象。首先建立起风险评价指标体系，利用模糊综合评价法和风险评价原理，进行港口重点设备的风险等级划分。根据港口重点设备的历史风险数据，运用人工神经网络模型，进行风险态度预测，并使用仿真软件进行仿真，能够比较准确地预测出港口重点设备的风险态势。

2.1.4 港口职工安全教育功能

为了增强安全防范，首先要培养企业中各级管理人员和职工“安全第一，预防为主”的理念。

文献[5]设立了安全教育模块，为职工提供安全培训，包括视频教学、自动生成试卷、线上考试和判卷等功能。文献[9]则提出作业人员必须经过三级安全教育并且持有安全培训合格证才能上岗。上岗证中记录员工培训、奖惩、违章等基本信息，安监人员利用手持读卡器现场对员工信息进行查看。文献[10]系统中设立了港口保安管理子系统，以进行保安训练演习等活动。

2.2 应急指挥功能

港口经济活动会受到自然或人为原因的影响，为了降低突发事件给港口运营和经济带来的损失，有必要建立完善的应急物流系统。可以把应急物流系统功能总结归纳为如下方面。

2.2.1 应急物流指挥系统

应急物流指挥中心相当于应急物流系统的大脑，是整个流程的核心部分，负责协调应急组织各个机构运作和关系。所有的指挥调度命令都是从指挥中心发出去的，其主要工作是决策，负责对港口应急物流预案和计划进行选择。

文献[11-13]均指出应急指挥系统起到总揽全局的作用。应急指挥系统融合有线无线通讯、信息技术网络、全球定位系统（Global Positioning System， GPS）、数据库、GIS、计算机辅助调度等多种技术为一体。在平时状态时，可进行监控评估、管理物资仓储等。一旦接到警报，可通过通信系统、计算机网络、GIS等组成的应急网络和多个联动单位迅速掌握该地点周边范围内的应急资源、及时制定应急方案并正确地指挥救援。指挥中心与其他各部门通过信息平台进行信息交互，从而实时掌握应急物资情况，保证信息共享和高效救援。文献[14]将应急物流指挥系统分为四大子模块：信息沟通、调度管理、预案管理、行动指挥管理。另外，文献[11]还指出应急指挥车作为指挥系统中心功能的外延扩展的必要性。文献[13]提出应由政府相关部门领导担任指挥中心的领导层，并需要专业技术人员的参与。

2.2.2 应急物流信息系统

港口应急物流信息系统采用多种手段对信息进行采集、管理和，全方位监视港口应急物流运作中的各个环节和节点，以保证信息在系统内部传递的安全畅通，从而提高系统在应对重大突发事件时的反应速度。主要任务包括开发应急系统和建设应急预案库。

文献[4]设立了事故风险库和港口企业排查治理库；文献[5]有专门的安全档案以记录职工的违规操作记录和特种人员的特征记录；文献[8]建立了专门的事故应急处置方法库；文献[15]设立了保安知识库。文献[16]在港口公共安全网络综合信息系统中实现了信息的安全传输，并采用工作流来高效地协同工作，规范信息系统管理，为公安系统对接提供了丰富的对外接口。文献[17]有效管理港口企业众多应急预案，设计了电子地图、预案详细文档、预案基本信息等管理模块，便于应急预案的检索和修改更新，可及时调用指定应急预案，实现相关应急部门之间的预案信息共享。文献[18]利用GIS技术将电子地图中的对象和应急预案产生联系，实现根据提供的文字查找地图定位功能，以形成专项预案。

2.2.3 应急资源保障系统

港口应急物资可以看作是人、财、物等诸多资源的集合。应急物资主要特点是量大且要求及时。因此，应急资源的迅速调度至关重要。应急资源保障系统主要负责进行应急任务分配和人员调度，整合港口内外各方面的资源。

考虑到应急资源在事故应急处置中的重要性，文献[8]建立了应急设备数据库、应急人员数据库等，并开发了应急信息原型系统，旨在降低事故造成的损失。文献[12]指出应急物资筹备可通过平时储备、强制征用、紧急采购、社会募捐、突击研制和生产等多种方式。应急资源保障系统主要用于做好储备资源管理工作，如仓库的布局、物资的种类及数量。文献[13]指出将应急物资分为食品、医药等，实时掌握物资的储备情况。一旦收到指挥中心的灾情信息，迅速筹备物资或及时安排采购部门采购，以保证在灾情扩大前，已有充分的物资准备，最短时间内送达。文献[14]将应急资源保障系统分为四大模块：物资资源、人员管理、应急财务管理、法律法规管理。为了保证应急物资的仓储、运输、配送信息采集同步，该系统还设计了应急物流管理信息共享平台，对应急物流活动进行全程监控。保障了港口应急物流能够快速有效地反应。

3 港口安全与应急物流管理信息系统关键技术

3.1 编程语言及开发环境

相关系统主要使用到主流的编程语言，包括：Java，，C++，C#等。

文献[15]在Eclipse环境下使用了Java语言和SSH框架相结合来完成系统的编码工作；文献[18-19]中的系统使用；文献[14]在中使用C++进行编程；文献[1，17]使用C#。

3.2 数据库系统

使用的数据库主要有SQL Server，Oracle等数据库系统。

文献[9，14，19]的系统使用SQL 2000数据库系统。文献[1，8，10]使用SQL Server 2008和ASP技术。文献[2，14]使用Oracle9i数据库系统，并增添了数据仓库。文献[2]还利用SQL Server 2000的Analysis Manager工具对数据仓库中的数据进行分析和结果展现。

3.3 软件开发架构

大部分系统使用SSH架构（Struts进行流程控制，Spring管理依赖注入，Hibernate封装数据库操作）并结合了JSP、DAO组件等技术从而形成了完整的软件开发模式。文献[2，20]使用基于Internet的技术平台J2EE和MVC架构的Model2模式，使JSP功能得以简化。使用Servlet充当控制器负责所有业务逻辑，并通过Java Bean来操作数据库以及决定其显示页面。文献[10，16]使用J2EE和基于Spring的MVC模式，具有强大功能和高扩展性。

3.4 系统体系结构

大多数系统使用了B/S结构。该体系仅要求客户端安装Web浏览器，无需安装客户端程序。系统升级时只需升级服务器，无需对多个客户端程序进行同时升级，可节约系统维护成本，具有良好的灵活性、安全性、共享性、可扩展性和稳定性。更关键的是，B/S体系结构适用于广域网，能够更好地满足客户和市场需求，并且交互性更强，通过设置权限可实现多用户访问控制。

三层架构是公认的合理且符合面向对象思想的软件结构。在逻辑上，该模式将应用功能分为：客户显示层、业务逻辑层、数据逻辑层。文献[1，2，8，10，14，20]等均使用三层B/S模式。

浏览器端：主要作用于客户端，用来指令下达和浏览。

Web应用服务器端：用来接收客户端申请并进行处理，将结果返回客户端。

数据库服务器：以分布式集中管理数据，操作数据信息。

但同时也有少数系统采用C/S结构，如文献[17，21]的应急指挥系统。将系统安装在局域网中。服务器端存放于系统数据库，并通过局域网和客户端相连接；客户端用于实现系统的用户界面和业务逻辑。设计开发过程更具有通用性。

4 采用新技术

由于港口业务发展迅速多变，其对信息化建设的需求也日益迫切。结合GIS，物联网，云计算等新兴技术为港口安全与应急管理信息系统的升级提供了良好契机。

4.1 地理信息系统（GIS）

地理信息系统是在计算机系统支持下对空间中地理分布数据进行采集整理，并具有空间定位等功能的空间信息系统。

文献[5，7，17，18，19，21]系统中均利用GIS技术，构建以港口为中心，包含港口周边区域及范围内的陆域、海域地理环境的可视化平台。该数字显示平台上可以用形象直观的文字、数据、图形等方式展现港口相关信息，包括：港口的地理形势、整体概况、环境组成、自然条件等。为港口规划与建设、舰船航行等提供辅助决策。不但提高了信息化水平，而且具有重要的现实意义。

文献[22]在港口选址规划决策时，需要掌握大量的真实准确的基于地理定位的信息，随时对数据进行快速查询和综合分析。因此，结合GIS技术有效的解决了相关问题。

文献[23]建立了港口动态管理系统，以基础信息数据库为基础，将GIS作为核心，针对天津港的泥沙回淤问题，建立了一个可扩充、全方位的综合信息平台。将动态维护信息与船闸、航道、仓库、桥梁、泊位与码头结构等工程相关信息集成，从而实现对综合信息的可视化与集成化管理，为港口管理与维护提供支持。

4.2 物联网（IOT）

物联网（Internet Of Things，IOT）是互联网的应用拓展，能在所有能被独立寻址的普通物理对象间实现信息交换与通信。目前，物联网体系架构被公认分为三个层次：感知层，网络层，应用层。感知层主要负责感知与采集信息，包括RFID射频技术、传感器、二维码等。网络层一般用于传递和处理信息。在应用层中，物联网与专业技术深度融合，结合行业需求实现行业智能化。

文献[1，20，24]采用RFID射频技术为货物制作电子标签，将需要的信息写在对应标签内，通过手持机将信息发送到服务器。通过物联网技g，每件货物都是可标识的，且无论在什么位置都可以被系统监控到。不但解决了以往被动地收集货物的信息导致信息不完整和滞后性问题，还可以实现信息共享使得港际系统互联。该技术通过信号自动识别对象并读取数据，使用方便，安全可靠，且可应用在恶劣环境中，具有较强的适应性。

文献[25]针对港口生产实时统计系统中统计结存信息与实际库存不符、统计错误纠正不及时等问题，采用了典型的物联网体系架构对统计结果更加快速和精确的实时获取。另外，基于物联网的港口生产实时统计系统还能将实时获取的数据提供给港口其他业务系统，不但提高了数据利用率，实现了信息联动、资源共享，而且提高了整个港口信息系统的工作效率。

4.3 云计算

云计算是一种分布式计算技术，整合大量软硬件资源并灵活分配资源，通过网络提供给用户存储、计算等服务。具有规模大、虚拟化、可扩展、安全、按需服务等特点。

文献[26-27]的港口信息系统在结合云计算技术实现信息共享的过程中都提到了运用 SOA 思想和虚拟化技术，重组并优化了业务逻辑，使部门间协作更高效，增加港口对业务变化的灵敏度，提高港口核心竞争力。文献[26]中还提出了改进 NSGAII的物流算法，对基于云计算的系统进行验证，表明结果达到预期。

文献[28]分析研究云计算的特征和关键技术，提出了基于云计算的港口信息平台架构，选取Windows Azure Platform作为云计算平台。在实现模块功能划分的基础上，将其部署至云端，实现云计算与平台开发技术的有效结合。

文献[29]通过分析云计算和目前港口业务管理模式的特点，给出了港口综合管理信息系统的总体设计，提出在专用云、公用云及混合云中部署港口综合管理信息系统。在web集群服务器中以基于云计算的部署形式部署应用程序。

5 结 语

在港口信息化建设过程中，港口安全与应急物流管理信息系统起到越发重要的作用，运用科学的理论和管理方法，使影响港口安全的诸因素受到更有效的控制，将给港口安全和应急管理工作水平带来质的提高。但是由于诸多原因，仍然存在一些问题，例如：目前一些系统功能并不完整，应用积压比较严重和现存系统独立存在，使得无法开展协同管理与集成。在物联网等新技术的标准制定和基于新技术的管理信息系统的使用规范等方面还需要进一步的研究与完善。另外，需要政府在政策、法律、法规等方面给予必要的引导和帮助。相信随着对港口安全与应急管理问题的日益重视和新技术的逐渐成熟，必将对港口企业的安全与可持续发展提供更大的技术支撑。

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