物聯網應用案例|臺北港

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具備物聯網雛形的應用很多,像不少企業都有門禁系統就是一種,員工持有的員工證本身就記載了簡單識別資訊,在進出口感應時,系統就能即時記錄出入的人員、時間。不過,這麼常見的設備,大部分的企業多半用來記錄人員出入的身分與時間。事實上,門禁系統只要花一點力氣與其他系統作結合,就可藉由物與物的連接,做到更嚴謹的門禁管理,降低人工作業帶來的漏洞,而透過感測器所收集到的資料,未來還能延伸出更多應用,邁向更智慧化的物聯網的應用。

臺北港在今年導入RFID人證識別卡,是一種門禁卡的概念,但也因此做到物與物連結的概念,自動化門哨系統加上過去導入的自動化碼頭作業系統,兩個區域型的應用串連起來,就是一個很典型的物聯網應用。

臺北港是臺灣最年輕的國際港口,但也是首座藉由無線感測技術打造無人貨櫃碼頭的國際港口。在2010年初正式營運時,就利用ZigBee技術的報到卡,以及每個儲區設置的ZigBee掃描器,比對後端的櫃場管理系統(TOS),感應與調度裝載貨物的貨櫃車,完成貨櫃碼頭區的全自動化無人作業。

不過,當時的自動化作業仍僅貨櫃碼頭區而已,離開碼頭區後,所有的流程還是回到人工作業,也就是當貨車從碼頭區載完貨要離開港區進入市區時,駕駛就以手持三聯單的方式通過門哨。同樣的,進入港區也是如此。

今年1月,隸屬於基隆港的臺北港務分局導入了RFID貨車駕駛人證卡,結合光學字元辨識系統OCR辨識車號與貨櫃號碼,打造自動化門哨系統,並且將感應通過的人車櫃三種資料傳送給碼頭區,讓貨車從進入臺北港,全程不再需要人工作業,也等於正式完成了臺北港全港自動化作業的最後一哩。

先藉由ZigBee技術報到卡,完成碼頭區的貨櫃車自動化感應與調度

臺北港是2010年才正式營運的年輕港口,由三家海運公司組成的臺北港貨櫃碼頭公司取得50年特許經營權。為了降低貨輪靠港時間以爭取更多航運公司將航線拉到臺北港,臺北港貨櫃碼頭公司在每個貨櫃存放的櫃場儲區,建置設有ZigBee掃描器的儲區報到點,來感應貨車的所在位置,調度作業的自動化程度,讓裝卸貨物更快速,節省貨輪靠港時間。

能夠讓貨櫃碼頭區完全自動化的關鍵,是一張內建ZigBee晶片的儲位報到卡。當貨櫃車進入臺北港後,經由攝影機辨識貨櫃車的車牌號碼,TOS系統就會開始比對,確認無誤後,貨櫃車司機可從自動櫃員機取得這張ZigBee儲位報到卡。

在這張報到卡上面的電子螢幕會顯示出駕駛員將貨櫃車停放的儲位,以及裝卸貨的位置。當貨櫃車開到指定地點後,透過ZigBee掃描機掃描貨櫃車資料,讓後端的TOS系統比對,確認無誤後,系統會啟動吊起貨櫃車中貨櫃的吊臂開始執行裝卸貨的工作。

透過這樣的感測技術,碼頭區還能讓貨櫃車的調度更有效率。比如說,過去無論貨櫃車要裝貨還是卸貨,貨櫃車在來回之間總一定會有一趟是空車,但是藉由掃描器確認貨車所在位置後,TOS系統就能自動化調度,讓去港邊卸貨的貨櫃車,再去另一個指定位置裝貨櫃回儲區。

不過,過去的自動化作業只集中在碼頭區,離開碼頭區以後,貨車駕駛還是得手持一張三聯單,三聯單上有條碼,在通關時,由港區的管理人員感應條碼來對應後端的資料庫系統是否符合,到了最後門哨關卡時,再將單子交給港警核對。

這樣人工作業有幾項缺失,第一是耗費時間,駕駛上下車都需要時間,到了貨櫃車進出的尖峰時間,就會出現排隊的情況。第二,駕駛在貨車頻繁進出的車道上奔跑交件,也有交通安全的疑慮。第三是管理上的疏失,因為每日進入港區貨車眾多,港警只能針對每一臺貨車核對車號與貨櫃號碼,貨車駕駛也只能採抽檢的方式,才不會讓作業時間拖延太久,導致貨車排隊車潮湧現。

基隆港務局資訊室主任高傳凱表示,門哨系統一直無法自動化的關鍵是在人證的部分。

港口的門禁管理所要管理進出的標的包括貨櫃、貨車、還有貨車的駕駛員,必須要這三者同時符合航商所給予的資料,港口的門哨才能放行,讓貨櫃離開港區進入市區。

早在6年前,高雄港一年就有近1,000萬個20尺貨櫃的吞吐量,為了解決門哨大排長龍的問題,高雄港開發了一套OCR辨識系統,可以辨識貨櫃跟車號,但是這套系統並沒有辦法辨識貨車駕駛的身分,所以高雄港採用就像現在高速公路ETC一樣的方式,藉由OBU(On Board Unit)的電力將一般晶片上的資料上傳到讀取器上,辨識貨車駕駛的身分。不過,高傳凱表示,當時由於一臺OBU價格就要700多元,所以高雄港口僅有不到1%的的貨櫃有導入。這也使得其他的國際港口並沒有馬上跟進導入同樣的設施。

從抽查到滴水不漏的查驗,讓門禁管理更加嚴謹

一直到今年初,臺北港決定藉由RFID人證辨識駕駛身分,就一起導入了OCR系統,一次解決人車櫃資料的感應、傳送與比對,建立可快速通關的全自動化門哨管理系統。

臺北港在4個車道上設置了RFID讀取器,讀取車上駕駛人的RFID通行證資料,結合光學字元辨識系統OCR辨識車號與貨櫃號碼,這些資料經過即時比對查驗站的資料庫後,確認無誤後,系統會將可放行的訊號傳回到前端的紅綠燈號誌,啟動綠燈號誌,讓貨車駕駛不需要停車就能通關。

除此之外,臺北港也將RFID用於轉口押運貨櫃時,監控、定位貨櫃在轉口的過程,沒有被開啟、掉包或是破壞的情形發生。高傳凱表示,過去轉口貨物進到港口後,都需要有政府機關的人員隨行押貨,確保貨櫃在轉口的過程中,沒有其他的外力去改變貨櫃的內容物。現在藉由內建RFID的電子封條,只要貨櫃有任何異常時,就會顯示在系統上,因此,省去人工押貨的必要。

臺北港總共在四個車道上建置了取像設備,包含兩個進入的車道和兩個離開的車道。貨車進入約200公尺長的通關車道時,第一道通過的是辨識車牌,藉由兩臺攝影機記錄下貨車車號,第二道會通過貨櫃偵測器,分別從貨櫃的側身、頂部、後部進行前照、頂照跟後照,最後就是確認貨車駕駛的身分,由於臺北港採用的是低頻的被動式RFID,感應距離為5公尺,因此,臺北港在每個車道建置4個RFID讀取器同時感應貨車前檔玻璃的RFID識別證,確認無誤後,放行指示燈就會顯示綠燈,貨車不需再停車受檢或是遞送單據,就能直接離開港區。

這麼一來,每一臺人車櫃資料都會被清楚詳細的紀錄下來,高傳凱表示,從抽檢進步到逐一查核,為得就是減少人工疏失,並且讓貨物的移送更加安全。現在自動化的門哨系統甚至還可以將過去記錄不良,如走私的駕駛,提前通知港警,讓港警針對這些駕駛做更詳細的盤查。

在價格方面,航商可向臺北港申請貨車駕駛的RFID識別卡,一張新申辦識別卡的價格為120元,目前在臺北港申辦的數量有2,301張,導入的比例是71%,而貨車通關的時間也從55秒,變為20秒,節省了超過一倍的時間。

建立小型機房接收影像與RFID訊號,減少訊號處理時間

當初臺北港在興建的時候,就已經布建了光纖網路,所有攝影機、RFID所收集到的訊號,都可經由光纖網路傳送到臺北港行政大樓的機房處理。不過,貨車在通關時的距離就短短200公尺,為了確保當貨車數量密集通關時,訊號不會有所延遲,臺北港在進出港的查驗登記站二樓搭建了一個小型機房,讓攝影機、與RFID收集到的資料,藉由一般的網路線傳送到小型機房,進行查驗比對的工作,並同步抄寫到行政大樓的機房。基隆港務局臺北港分局資訊小組主任郭森桂表示,雖然光纖網路傳遞的秒差很小,但建立一個最靠近感測器的機房,可以確保比對資料更即時。

臺北港的門禁管理,也不是僅單靠興建感測器而已,實際執行管理工作的,其實是後端系統。高傳凱表示,所有的感測裝置,最重要還是要依賴後端系統,否則就算是導入RFID也只是感測裝置而已。

因此,一個整合性的平臺對於物聯網的應用可說是非常重要的。以臺北港來說,後端系統是一個整合多個機關的人車櫃管理系統,這個系統整合了港警局的MTNet人車通行證系統、關貿局的櫃動車系統、臺北貨櫃碼頭公司的航商CN單系統的資料,另外也連接了港口的港區通行管理系統、自由貿易港區管理系統。

這些系統是早在導入自動化門哨系統之前就已經建立完成,只是過去前端是由條碼記錄資訊,如今換成了RFID與攝影機所收集到的資訊流,導入新的感測裝置對後端系統架構沒有影響。

郭森桂表示,透過RFID收集的資訊未來還可以做更多延伸應用。最直接的用途就是臺北港務局可將在門哨收集到的人車櫃資料,匯入臺北港貨櫃碼頭公司的TOS系統進行比對,讓門哨系統與碼頭區作業有效整合。

未來,這些資料還有更多運用,例如統計進港與出港的感測記錄後就能統計港區內的人數、從流量計算尖峰時段進入貨櫃的數量,能分析出,臺北港在尖峰與離峰時間的貨車數目,找出航商貨櫃的最佳調度方式。

但若是要進行更多分析以及延伸應用,就勢必要收集更多的數據,才能讓分析結果更精準,因此,郭森桂表示,未來臺北港會針對散雜貨的部分也導入RFID,也就是非貨櫃裝卸的貨物,持續擴大RFID的運用範圍。

 

臺北港用RFID解決通關問題人工通關問題

人工通關問題

(圖左)駕駛必須親自下車將具有條碼的三聯單,交給查驗站的港警查核,過程耗時,容易造成排隊車潮。

(圖右)駕駛冒險通過車道,不僅危險,而且也花時間。

 

RFID自動通關優點

(圖左)貨車駕駛的RFID人證置放在前檔玻璃,有利於RFID資料遠距感應讀取。

(圖右)藉由人車櫃自動化系統通關,駕駛無須下車,直接根據燈號指示通關。

 

RFID在港口應用的限制

限制1. RFID受到干擾而感測不良:目前貨車駕駛將RFID識別證放置在前檔玻璃處,不過,由於低頻的RFID會受到金屬以及水的干擾,而感應不良。因此,像是前檔玻璃的隔熱紙、或是駕駛本身都是干擾源。

現行作法:在每個車道4個RFID讀取器同時運作,從不同方向感測,提高感應能力。

限制2. 沒有統一標準,難有整合效益:基隆港務局資訊室主任高傳凱表示,未來若是貨櫃也能導入RFID,除了對港區的管理有所幫助之外,甚至可以讓貨櫃在全世界被精確記錄,通行時也能更快速。不過,各國開放RFID可使用的頻段並不一樣,臺灣開放的頻段為922-928MHz,日本開放的頻段為950-956MHz,美國是902-928MHz,歐盟是866-868MHz,讓跨國運用不易。

現行作法:為了提高整合效益,一張RFID識別卡可同時在臺灣四大港口通行,航商只需要為一個駕駛申請一張卡,就能通行臺北港、臺中港、高雄港、花蓮港。

 

臺北港用RFID打造自動化港區門哨管理

臺北港導入RFID人證卡來辨識貨櫃車駕駛身分,讓貨櫃車通過港區門哨時,可同時記錄人車櫃三種資料,由後端系統蒐集的通關資訊進行確認後,直接以燈號顯示放行,完全不需人工作業。

自動化門哨車道建置

 

一個車道設有4個RFID讀取器,從各個角度讀取,上面的2個讀取器採一橫一直設計,也是為了提高讀取率。

 

車道共有三個監視器同時拍攝貨櫃櫃號,垂直往下的可以拍攝貨櫃頂部的櫃號,下方的監視器則是拍攝前面的櫃號,另設有一個監視器拍攝後面的櫃號。

 

辨識車牌號碼監視器就設在側邊,RFID讀取器的下方,較靠近車牌位置。

 

查驗站機房建置

 

在靠近感應裝置最近的建築物查驗站2樓的小機房,能夠即時收集車道的影像資訊及RFID資料。

 

即時資訊與資料庫連線比對,顯示通行狀態、車型、車號、RFID人證檢查等資訊。

 

臺北港用ZigBee打造碼頭櫃場儲區自動化作業

臺北港貨櫃碼頭公司去年導入ZigBee儲位報到卡和掃描器,讓貨櫃車進入碼頭區後,能被自動導引停放位置,並透過感應,系統可更有效率調度貨櫃車進行港邊作業。

(圖左)在碼頭區進出口處設有自動收發卡機,駕駛從發卡機收到一張內含ZigBee技術的儲位報到卡,離開碼頭區時,再將報到卡插進自動收發卡機回收。

(圖右)櫃場管理系統比對進場時攝影機所判讀的車號資料後,會在儲位報到卡上顯示貨櫃車停放位置以及裝卸貨位置。

 

貨櫃儲區自動報到

(圖左)臺北港貨櫃儲區光長度就有2.4公里,約有40臺門式機,因此在路口就會設置ZigBee掃描器,感應在貨櫃車上的儲位報到卡。

(圖右)儲區的標示牌下方就設有掃描器。

 

門式機自動裝卸貨櫃

(圖左)當貨櫃車到達報到卡指定位置時,門式機下的感應器會感應確認後,就自動將貨櫃從貨車上取走,放置到儲區。

(圖右)門式機下方設有ZigBee掃描器。

 


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