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基于GIS的信息共享基础设施使用数据挖掘和视觉技术的集装箱港口物流
舒凡，徐梓淇，黄有方，米卫建
物流工程学院，上海海事大学，1550浦东大道，上海200135
关键词：集装箱港口物流，信息共享基础设施，地理信息系统，控制建模，数据挖掘与可视化。
摘要
由于集装箱港口物流在当今全球化经济中的发展，集装箱港口的竞争优势已转向信息管理模式，以实现成本效益和时效性。然而，在信息获取，处理，通信，存储，显示和分析方面的有效而系统的信息共享策略尚未得到很好的解决。为了解决这一影响，基于闭环控制建模假设和建立了一种新颖的物流信息系统，即基于GIS的信息共享基础设施。具体来说，它包括三个交互模块，即输入模块，输出模块和反馈模块。在输入模块中，首先采集和处理基于GIS的物流信息，然后存储在数据库中。随后，通过输出模块分析和显示信息。对于反馈模块，由此反馈信息来调整一些指标，以适应整个系统的优化和协调。由于通过这种基础架构共享信息，开发了一个深入的策略来整合数据挖掘和可视化，如虚拟现实（VR）和分析工具包。最后，利用天津集装箱港口案例来说明和验证这一方法。相应地设想，拟议的基于地理信息系统的信息共享基础设施可以有效地促进和加快集装箱港口的运作过程。
1介绍
作为海运的起点和终点，港口已成为物流，资讯，资金流转的枢纽。此外，随着物流管理的进步，港口从“运输中心”转变为“物流中心”。港口物流则由两个视角组成：即对接，运输，库存等终端作业的微观观点;和关于社会因素的宏观观点。在这方面，信息流而不是物理流动确保了关键的位置港口物流。它涉及可以有效分析和控制的透明过程。基于这个概念，港口信息平台相应地被开发用于港口管理目的.
2集装箱港口物流信息概述
建立港口信息平台，整合企业和社会物流的信息来源。 它桥接了各种信息管理系统，包括企业和用户信息。从内部观点来看，信息通信和协调在特定港口的不同终端以及特定终端中的各个部门是相当重要的。另一方面，从外部来看，这类企业如船公司或其代理，商品所有者或代理，船承包商和定制督察。此外,航运公司和定制检查直接与多个港口级行政部门（例如安排，运输和财务）联系; 而运输承包商和商品业主则直接与多个终端部门接触。 因此，考虑到内部和外部问题，多层次的管理模式是必不可少的。
图1：港口部门之间的相关性说明。
图1显示了港口内部和外部部门之间的相关性。物流信息平台与部门级计算机管理系统进行通信，其中来自多个实体的信息源。随着信息技术（IT）的发展，基于信息系统而不是手工工作获取端口信息。例如，船舶图和货物舱单目前通过电子数据交换（EDI）技术从航运公司转移到码头运营部门.IC卡是当集装箱卡车进入作业区时使用。进一步研究，使用射频识别（RFID）技术来替代IC卡。全球定位系统（GPS）也适用于现场监控和动态调度。远程监控系统（RMS）也通过编程逻辑控制器（PLC）进行配置，直接将设备信息传输到网上。这些例子表明，不同的采集技术可能在统一的系统下使用。介绍物流信息后，强调有关对象位置和动议的信息。大多数信息被描述为基于文本的格式而不是空间对象，但是将空间信息与文本信息进行链接的趋势也是如此。空间信息，如存储场，码头停泊和码头运输路线，可用于制定关于生产管理的决策，例如，存储空间分配，泊位分配和码头起重机或集装箱。基于这些理解，港口信息平台是一个复杂的系统，其效率现在正在受到影响。在这方面，物流信息管理不仅涉及信息存储，记录和显示，还涉及信息分析和评估。因此，在信息共享基础设施的基础上建立可视化数据挖掘战略至关重要。
3建立信息共享基础设施
目前，涉及不同物流信息的各种管理子系统应用于终端[3]。例如，实时生产管理系统用于终端生产控制;金融体系是基于终端操作数据采用;设备服务体系的目的是设备的维护和维修;并部署远程监控系统进行设备状态监控和远程维护。虽然这些系统用于不同的目的，但它们之间存在着密切的关系。具体来说，设备空闲信息应通过远程监控系统发送到实时生产系统，以便快速响应分解设备并动态重新分配机器。同时将空闲信息发送到设备维修系统，进行维修保养计划。生产系统的进出口时间和经营记录应发送到财务系统，用于计算库存，承包和经营费用，以便发货人和终端之间的账户结算。同样，设备维护时间，成本，消耗品采购和消费应发送到金融系统，进行内部成本估算。因此，存在公共信息区。然而，由于相同信息，数据冗余和错误输入的密集输入，不同系统之间的通信仍然是有问题的。为了解决这个影响，采用以下技术：
（i）信息系统开发的适当程序：信息系统开发的顺序应与不同管理子系统之间的信息流向相一致。
（ii）信息系统开发人员与企业系统工程师之间的密切合作：系统维护和更新应以系统开发人员和企业人员的团队合作为出发点，专门用于开发流和数据库设计。（iii）有效建立统一标准事件代码表：可直接使用有关商品，机械和港口的代码表;或映射表新设置，以保证代码一致性。然而，发达港口的历史数据不可避免地存在着矛盾。因此，建立共享基础设施，确保信息系统的港口发展战略至关重要。基础设施包括一个两级机制，即行政级别和执行级别。行政级部门包括管理下属终端的港口服务机构。因此，通常设置一个所谓的调度中心，用于综合信息管理，例如通过综合信息平台处理报关，集装箱收货预约和验收服务等活动。然而，不同的终端可能使用不同的操作系统和数据库，因此数据传输相当耗时。基于这一理解，信息共享平台是根据信息奇异性策略建立的，即统一信息由港务局分发给下级终端。应考虑以下问题：
（i）对于端口组网，终端部门可以与企业服务器连接。
（ii）对于系统开发，终端间的通用性和典型性应当同等重视。
4综合数据挖掘与可视化系统
4.1理论依据
由于港口物流不仅与内部终端相关，而且与外部实体有关，企业物流与社会物流之间的信息共享也应该在综合物流信息平台的基础上进行。这个联系人与上述关于信息传递和重用的框架[2]。目前，EDI技术被广泛应用，而不是传统的基于纸张和手动输入模式。随着港口发展的进步，物流数据在港口效率评估和未来规划中至关重要。换句话说，只能在可靠的数据源的基础上扩展港口业务。以同样的方式，通过客户关系管理（CRM）可以进一步提升客户满意度。之后，应完成数据分析和评估，以探索其中的潜力，即数据挖掘。因此，需要以更直接的方式显示冗余数据。在这方面，数据挖掘和可视化技术的整合成为必不可少的。端口信息平台包含信息采集，处理，通信，存储，显示和分析等组件。随着新技术的出现，港口信息不仅与人机界面（HCI）相关联，而且与自动数据识别，交换和分析有关。因此，有效的信息管理是苛刻的。参考控制理论，由于其反馈阶段，物流系统可以更有效地利用封闭系统，而不是开放式系统。基于控制理论的流程图如图2所示，用于说明物流信息平台的运行，主要集中在信息存储和检索。具体来说，在这个结构中假设了三个模块，包括输入，输出和反馈模块。 图2：基于控制理论的信息流程图。
通过结合端口管理子系统，为输入模块建立信息共享平台;而为输出和反馈模块假设可视化数据挖掘策略。通过端口实体之间的信息通信，尝试结合数据挖掘和可视化技术的集成系统[8]。
4.2基于GIS的信息共享平台
传统上，信息以文本形式表示，以从不同的角度描述对象，以便根据多属性映射到多字段表中[11]。随着物流的发展，空间信息被进一步强调为地理信息，可以分为以下几个方面：（i）属性信息：即传统描述的信息，涵盖对象的各种属性，涉及清单，容器属性，操作记录龙门起重机。（ii）地理信息：即与三维（3D）空间信息有关的空间相关信息，例如终端码头位置和集装箱类型。如果z协调设置为0，则3D空间信息可以转换为2D空间信息，如终端场布局图。以空间实体，即图形实体的形式描述空间信息。因此，空间数据可以在可视化环境中表示，即数据挖掘和可视化的组合。其中，表示环境将决定可视化模式。地理信息系统涉及地球表面的地理分布信息，包括空间数据采集，存储，管理，计算，分析和可视化[4]。因此，GIS为用户提供空间向量或网格图。使用数据挖掘技术和显示地理信息进行基于GIS的可视化，涉及三个主要任务：（i）可视化环境建立：将基于GIS的空间信息转移到空间模型中。（ii）空间模型计算：即根据空间函数和渲染约束计算空间模型;（iii）可视化结果显示：在现有可视化环境的基础上显数据挖掘结果。
图3：散货码头的图示。
实际上，可视化环境被表示为包含空间信息模型的电子地图。图3示出了散装货物码头的示例。集装箱堆场与建筑物，区域和泊位一起被用作数据挖掘对象。例如，可以对容器进行集装箱堆场规划分销和储存条件。然后，找到一个最佳解决方案来确定容器的正确位置。最后，结果将通过彩色填充显示。基于GIS的技术通常提供空间功能，包括位置计算和空间信息查询，这显着简化了数据挖掘的过程。此外，它具有非常强大的集成功能与系统编程软件一致，专门用于端口决策，新端口分配，配电中心规划。
4.3基于VR的数据可视化策略
虚拟现实（VR）技术与基于计算机的系统相关联，该系统可以通过3D场景建模并代表现实世界来创建和浏览虚拟世界。此外，应用驾驶模拟模式来表示场景变化，使得用户可以通过人机界面（HCI）感知虚拟世界以进行事件参与和响应接受[12]。 这种可视化的数据挖掘过程包括以下两个任务：
（i）空间信息建模：自动创建空间数据库。 映射到模型细节。
（ii）空间信息驱动的模拟：适当地假设几个选项和解决方案，即选项结果和统计数据的编程仿真，以获得最佳选择。
图4：基于VR的终端调度的图示。
类似于基于GIS的数据挖掘，基于VR的技术也可以提供可视化的环境。因此，它更侧重于数据挖掘过程显示，而不是计算和决策功能。因此，基于VR的技术仍处于集装箱港口应用的研究阶段。港口作业排练可以进行从预定义选项中选择最佳解决方案。图4示出了基于VR的调度的示例。属性信息最初以基于文本的格式描述，但是用于可视化数据挖掘，特别是在本研究中。为此，在以下阶段采用了几个开发工具包：（i）将主要港口业务数据转换为数据挖掘目标定义，如运营效率评估和客户商品跟踪数据;（ii）查找适当的数据可视化工具以显示上述数据挖掘结果。目前使用的工具包包括数据挖掘模块商业数据库管理系统，Exceltrade;，SGI MineSettrade;，SAS Enterprise Minertrade;，SPSS Clementinetrade;。其中，Exceltrade;中的极性，条纹，派，线和点图等图形表示被广泛使用; SGI MineSettrade;还可用于复杂的描述，如树状，统计和3D点图; SPSS Clementinetrade;进一步支持预测，聚类，分类和相关分析。特别是，预测技术对于港口物流信息平台是非常有用的。吞吐量，进出口数量和期限。总之，通过使用数据挖掘技术的潜力可以通过数据提取，变换，处理和分析来检测这些数据之间的相关性，从而为端口决策制定关键但有效的数据。同时，数据可视化技术从人感觉的角度极大地提升了数据的可读性。因此，这些技术的整合将显着增强在图2所示的基于控制理论的信息框架中支持输出和反馈模块的港口物流信息平台。
5案例研究
因此，介绍了中国天津集装箱港口的案例分析，以说明使用GIS和数据挖掘技术的信息共享基础设施。 在这个将这样的数据库管理系统与Oracletrade;一起用于信息存储，以及用于空间地图生成的Mapinfotrade;和用于深入MapXtrade;编程的PowerBuildertrade;。 一些详细的解释如下。
图5：集装箱港的信息共享基础设施
根据上述基于控制理论的模型，信息集成是输入模块中最重要的过程。为了整合所有信息源，建立了信息共享基础设施，包括空间信息，空间属性信息和操作信息。信息存在于远程/本地服务器数据库或客户端计算机中。一方面，操作管理信息来自不同的信息系统。另一方面，空间和属性信息可能存在于Oracle Spatialtrade;或文件形式的这种对象关系模型中。图5说明了集装箱港口的信息共享基础设施。基于这种基础设施，基于GIS的信息被用于空间信息驱动的建模和仿真，可以通过数据挖掘来检测与运营管理相关的潜在趋势。空间信息，如存储场，船舶停泊运输路线的码头机器，可用于建立关于生产管理的决定，例如泊位分配和堆场起重机或集装箱调度。特别是对于存储场地，通过电子地图来描述，其各种条件为了各种目的而显示，例如，检查超时集装箱和储存空间分配用于排放或接地集装箱。它们通过主题和相关主题变量来实现。例如，存储空间分配调度的过程如下：
（i）可视化存储场地建模：创建存储堆场的电子地图，根据空间结构分为多层。此外，空间信息被分为静态或动态模型，后者应该被加载到空间数据库中。
（ii）存储空间分配调度编程：通过OLE开发技术将MapX控件的对象嵌入到程序中。
（iii）仓库主题地图建立：根据显示要求选择主题变量。主题变量可以是块的存储条件，例如空，占用，预定和占用混合预定。他们每个都以特殊形式显示。
（iv）仓库重建：完成分配调度实施后，根据预置块状况重绘地图。需要通过数学功能计算块体条件的信息。可以使用数据挖掘技术来检测潜在的空块。
图6：存储空间分配调度的GUI
（v）园区分配调度建立：根据可视化GUI对容器排放容器和堆场接地容器排列堆场（见图6）。
6结论
为了适应港口运营可靠性的要求，提出了基于控制理论的港口物流信息平台。 它包括三个模块，即
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资料编号：[137962]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
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