TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 221
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ QUY HOẠCH CẢNG THÔNG MINH
Giảng viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:
Lớp:
PGS.TS. Nguyễn Thị Bạch Dương
Phạm Văn Hải
Phạm Văn Duy
Nguyễn Văn Ngọc
Công trình giao thông thuỷ K58
Tóm tắt: “Cảng thông minh” ra đời với sứ mệnh giải quyết hiệu quả các vấn đề kinh
tế, môi trường cho cảng biển trong tương lai. Đề tài đưa ra cái nhìn đầu tiên về “Cảng
thông minh” thông qua vi
7 trang |
Chia sẻ: Tài Huệ | Ngày: 21/02/2024 | Lượt xem: 39 | Lượt tải: 1
Tóm tắt tài liệu Đề tài Nghiên cứu thiết kế quy hoạch cảng thông minh, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ệc thiết kế quy hoạch dựa trên việc sử dụng công nghệ mới và số
hoá.
Từ khóa: Cảng thông minh, Smart port, IoT, Thiết bị tự động, Cảm biến, Sensor,
RFID,
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Đứng trước thách thức thời đại 4.0, nhu cầu khối lượng hàng hóa thương mại đường
biển không ngừng gia tăng, hầu hết các cảng cần phải tiếp tục nâng cao hiệu suất và năng
suất của mình, đồng thời không ngừng nâng cao chất lượng các kết nối nội địa. Ngoài ra,
cảng biển cũng phải đối mặt với những lo ngại về môi trường cấp bách do ô nhiễm không
khí và nước trên diện rộng, cũng như các tác động ngoại cảnh tiêu cực khác về môi trường
do các hoạt động của cảng tạo ra. Chuyển đổi sang “Cảng thông minh”, dựa trên việc sử
dụng công nghệ mới và số hóa, để hợp lý hóa, tổ chức và hợp lý hóa các hoạt động của
cảng, đã được chứng minh là một chiến lược khả thi nhằm giải quyết cả hiệu quả kinh tế
và hiệu quả môi trường, vào những thời điểm bình thường và những thời điểm những gián
đoạn lớn như dịch bệnh Covid hiện nay.
2. CÁC NỘI DUNG CHÍNH
2.1. Tổng quan về công tác quy hoạch cảng biển
Công tác quy hoạch cảng biển về cơ bản là thiết kế bố trí các hạng mục công trình
của cảng dựa trên nhiều yếu tố, trong đó quan trọng là sơ đồ cơ giới bốc xếp và vận hành
các thiết bị của cảng. Để đáp ứng được khối lượng thương mại đường biển ngày càng tăng
mạnh, cũng như các yêu cầu môi trường do biến đổi khí hậu, cảng biển phải chuyển mình
để đáp ứng các nhu cầu trong thời đại mới.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 222
Cùng với sự bùng nổ của khoa học công nghệ, thiết kế quy hoạch cảng biến cũng dần
thay đổi theo hướng thông minh, áp dụng các thành tựu khoa học công nghệ trong công tác
tự động hoá cảng biển, nhằm giải quyết cả hiệu quả kinh tế và hiệu quả môi trường, vào
những thời điểm bình thường và những thời điểm những gián đoạn lớn.
Hình 5. Mô hình Cảng thông minh
2.2. Nghiên cứu thiết kế quy hoạch Cảng thông minh
Nghiên cứu đi tìm hiểu hệ thông thiết bị, công nghệ, quy trình tự động được áp dụng
trong cảng thông minh, là nền tảng, yếu tố đầu vào để thiết kế quy hoạch cảng thông minh.
Bảng 6. So sánh thiết bị cảng truyền thông và cảng thông minh
Đặc
điểm
Cảng truyền thống Cảng thông minh
Chủ thể
hoạt
động
Con người và máy móc Hệ thống và thiết bị tự động
Hoạt
động
bến
Cần cẩu bờ Cần cẩu tự động, bán tự động
Cần cẩu bờ
Hoạt
động
Xe container Xe container
Xe nâng Container Straddle
carriers
Xe nâng Container Straddle
carriers
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 223
Đặc
điểm
Cảng truyền thống Cảng thông minh
vận
chuyển
Xe tự hành AGV
Hoạt
động
bốc xếp
tại bãi
Rubber-tired gantry cranes RTG
Automatic rail mounted gantry
cranes
Hiệu
ứng hoạt
động
Dựa trên lao động Hoạt động dựa trên thông tin
Hiệu quả hạn chế Tự động hoá cao và thông minh
Hiệu quả điều động thấp
Hiệu quả cao và có khả năng ứng
biến
Hiệu
quả kinh
tế
Chi phí xây dựng thấp Chi phí xây dựng cao
Chi phí bảo trì thấp Chi phí bảo trì cao
Chi phí nhân công cao Chi phí nhân công thấp
Chi phí vận chuyển cao Chi phí vận chuyển thấp
Lợi ích kinh tế thấp Lợi ích kinh tế cao
Giám
sát và
kiểm
soát
Độ tin cậy thấp Trí tuệ thông minh
Phản hồi chậm Độ tin cậy cao
Giá nhân công cao Phản hồi nhanh
An toàn hơn
Bảo vệ
môi
trường
Tiêu thụ năng lượng cao Phát triển bền vững
Ô nhiếm năng Tiêu thụ năng lượng thấp
Ít ô nhiếm
Bảng 2. Các thiết bị cảm biến đo khoảng cách
Loại
Phạm vi
có hiệu
lưc
Khả năng thích ứng với
môi trường
Các ứng dụng
Thiết bị
cảm biến
sóng siêu
âm
Cao
Nhạy cảm với nước, độ
ẩm và nhiễu gió; Thời
gian phản hồi lâu
Chống va chạm của cần trục bên
bờ và RMG đang theo dõi
Laser và
Lidar
Rất cao
Nhạy cảm với bụi, nước
và dầu; Thời gian phản
hồi rất ngắn
Chống va chạm của giá cẩu,
main trolley, portal trolley, xe
cẩu trục, AGV và RMG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 224
Cảm biến
cảm ứng
điện từ
Rất thấp
Khả năng chống bụi,
nước, độ ẩm, gió và dầu;
Thời gian phản hồi ngắn
Chống va chạm của cần trục bên
bờ và RMG đang theo dõi
Cảm biến
bức xạ
hồng ngoại
Thấp
Nhạy cảm với ánh nắng
mặt trời và giao thoa
phản xạ; Thời gian phản
hồi ngắn
Chống va chạm của giá cẩu,
main trolley, portal trolley của
cần cẩu bờ
Bảng 3. Các thiết bị cảm biến điều hướng
Loại
Sự
chính
xác
Đo lường vị trí
Khả năng thích ứng với môi
trường
Giải pháp HF và UHF
RFID
Cao Vị trí tuyệt đối
Nhạy cảm với độ lún của
nền
Hệ thống định vị toàn cầu vi
sai DGPS
Rất
cao
Vị trí tuyệt đối
Nhạy cảm với kim loại và
các nơi trú ẩn khác
Hệ thống định vị dựa trên
laser
Rất
cao
Vị trí tuyệt đối
Nhạy cảm với bụi, nước, độ
ẩm, dầu, ánh nắng mặt trời
và nhiễu xạ
Hệ thống dẫn đường quán
tính INS
Cao
Vị trí tương
đối
Nhạy cảm với lỗi tích lũy,
rung và trượt
Bộ mã hoá Encoder Thấp
Vị trí tương
đối
Nhạy cảm với lỗi tích lũy,
rung và trượt
Bảng 4. Các công nghệ truyền dẫn không dây để kết nối và trao đổi dữ liệu
Công nghệ không dây ZigBee Wi-Fi RF 4G
Phổ biến + +++ ++ +
Tốc độ
250 kbps 300 Mbps 9.6 kbps
100 Mbps/1
Gbps
Tần số 784 MHz 2.4 GHz/5GHz
433
MHz
1700-2100
MHz,
2500-2700
MHz
Phạm vi (ngoài trời) 100 m 100 m 20 km -
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 225
Quyền truy cập công
khai
- + + ++
Khả năng tương thích
IEEE
802.15.4
IEEE 802.11
ac/n
802.11
ac
LTE
Hai sơ đồ tự động xếp dỡ cơ bản trong quy hoạch mặt bằng Cảng thông minh
Hình 2. Sơ đồ sử dụng toàn bộ xe nâng container Straddle Carrier trên bãi
Hình 3. Sơ đồ sử dụng khung cẩu bốc xếp tại bãi, kết hợp với xe tự hành AGV
2.3. Ứng dụng thiết kế quy hoạch cảng thông minh cho hàng container
Các số liệu đầu vào:
• Loại cảng: Cảng container chủ yếu cho nhập khẩu
• Tàu: 50,000 DWT
• Lượng hàng qua cảng 1 năm: 1,200,000 (TEUs/năm)
• Thời gian hoạt động của cảng: Ngày 3 ca
Thiết bị bốc xếp, vận chuyển sử dụng:
• Cần trục bờ tự động STS
• Khung cẩu ARTG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 226
• Xe tự hành AGV
• Xe nâng container Reach Stacker
Thiết bị cảm ứng:
• Hệ thống định vị toàn cầu DGPS cho công tác điều hướng điều hướng và chống
va chạm.
• Cảm biến Laser để xác định vị trí bốc, đặt container tại bãi cuối.
• Hệ thống camera để nhận dạng, kiểm soát Container tại cẩu bờ
Cơ sở tính toán: dựa trên tiêu chuẩn TCCS04-2010 (Thiết kế công nghệ cảng biển),
với sự thay đổi các thông số năng lực vận hành, bốc xếp của thiết bị và các hệ số sử dụng
thời gian.
Hình 4. Mặt bằng quy hoạch cảng Bảng 5. Một số khu chức năng cơ bản
Hình 5. Mặt bằng 3D quy hoạch cảng
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 227
Bãi TEU Xếp chồng (hàng) td (ngày) Fcon (m2) S (m2)
Xuất 864,000 5 4 14.8 35,033
Nhập 216,000 5 6 14.8 8,758
Container rỗng 60,000 3 10 14.8 4,054
Diện tích kho: 8000m2
3. KẾT LUẬN
Đề tài đã đạt được một số nội dung chính sau:
- Đưa ra các nội dung chính trong việc thiết kế quy hoạch cảng
- Đưa ra khái niệm “Cảng thông minh”, xu thế và lý do cần chuyển đổi sang mô hình
“Cảng thông minh”
- Một số thiết bị vận chuyển, bốc xếp, công nghệ thông tin sử dụng để chuyển đổi
“Cảng” thành “Cảng thông minh”
- So sánh một số tiêu chí trong cảng truyền thống và cảng thông minh (Chủ thể hoạt
động, hoạt động vận chuyển, hiệu quả kinh tế, giám sát, bảo vệ môi trường,)
- Đã ứng dụng để thiết kế quy hoạch mô hình cảng thông minh cho một cảng
container cụ thể
Tài liệu tham khảo
[1]. Yongsheng Yang, Meisu Zhong, Haiqing Yao, Fang Yu, Xiuwen Fu, and Octavian
Postolache: Internet of Things for Smart Ports: Technologies and Challenges
[2]. Anahita Molavi, Gino J. Lim, Bruce Race: A Framework for Building a Smart Port
and Smart Port Index
[3]. ASIAN DEVELOPMENT BANK: SMART PORTS IN THE PACIFIC
[4]. TS. Nguyễn Thị Bạch Dương: Giáo trình Quy hoạch cảng
[5]. Cục HHVN: TCCS04-2010 Tiêu chuẩn thiết kế công nghệ cảng biển
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- de_tai_nghien_cuu_thiet_ke_quy_hoach_cang_thong_minh.pdf