基于3s技术的港口调度应用研究
基于3s技术的港口调度应用研究
摘要：在港口调度的过程中，运用3s(gis、gps、rs)技术将信息获取、信息处理、信息应用等有机地融为一体，实现高重复频率监测、高动态决策分析，空间信息快速获取和更新等功能，为港口调度指挥提供一个实时的直观的快速的港口调度运作示意平台，提高港口调度工作效率。
关键词：gps；rs；gis；港口调度
中图分类号：g710文献标识码：a文章编号：1003-2851（201*）05-0216-02一、港口调度工作现状
目前，港口调度基本凭经验进行，在整个码头的作业过程中船时效率不高、机械忙闲不均、堆场阻滞、港口交通堵塞等现象严重。主要原因表现在以下几个方面：①由于港口调度工作信息化、智能化水平还比较低，并且港口调度信息数据量大，信息复杂程度高，变化速度快，处理难度大，未能实现高效实时性；②港口调度中心辅助决策支持系统不完善，港口码头与航道泊位、堆场、仓储情况，港口设备作业状况和港口交通的负载情况等信息，难以及时反馈给调度中心，使调度中心难于掌握实时调度现状信息和根据已有信息做出准确的分析判断，使调度工作滞后于调度需求；③对意外事故和计划范围以外的应急调度需求不能够及时把握，应急调度能力差，在一定程度上削弱了港口的吞吐能力，不能满足现代港口快速
发展的要求。如何提高调度管理水平，发挥调度作用，是目前港口的调度管理部门亟待解决的问题。二、3s技术港口调度的优越性
3s技术是目前对地观测系统中空间信息获取、存贮管理、更新、分析和应用的3大支撑技术。gps主要用于实时、快速地提供目标，包括各类传感器和运载平台的空间位置；rs用于实时地提供目标及其环境的语义或非语义信息，发现地球表面上的各种变化，及时地对gis进行数据更新；gis则是对多种来源的时空数据进行综合处理、集成管理、动态存取。利用3s技术调度，gps和rs是gis的重要数据源和数据更新手段。其中，gps和gis的结合，能在电子地图上实时显示船舶位置、航道信息和其它环境信息，同时提供实时导航信息，减少时间，提高调度效率。rs和gis的结合，利用rs数据和gis数据快速发现空间对象的变化，对gis数据库进行快速更新；gis则可为rs的图像处理提供所需要的一切辅助数据，以增大遥感图像的信息量和分辨率，提高解译精度。gps和rs的结合，gps作为一种定位手段，可应用它的静态和动态定位方位，直接获取各类大地模型信息，解决rs传感器位置和姿态的快速定位问题，也解决rs信息的定位问题，从而提高遥感对地观测精度，实现对地动态监测等。3s技术相结合，充分体现3s技术快速、实时、准确、机动、可靠等优势。
三、3s技术在港口调度中应用的总体设计
利用3s技术优化港口调度，其中rs和gps是gis的重要数据源，实现港口动态电子地图等专题地图的建立，提供港口码头作业设备的动态信息，并显示在电子地图上。gis技术则实现对大量、复杂的多源数据信息进行统一管理、集成处理以及输出表达，进行辅助移动目标路径选择、调度中心调度决策等工作。同时，rs和gps技术实时快速获取各种空间和作业信息，又实现了gis数据库的实时快速更新，提高港口调度效率。调度中心gis通过gsm短信平台向指定对象发送和收集文本或多媒体信息，指定对象可以是单车（船），也可以是多个车（船）的组合，对应的车（船）将接收到来自调度中心的各种信息，同时，车（船）也可通过gsm短信平台向调度中心报送gps定位信息、船况报告、各类报表数据、协助请求以及紧急呼叫等。总体设计图如下：图1利用3s技术进行港口调度的总体设计图四、3s技术在港口调度中应用的技术路线1.利用rs技术进行港口调度
遥感技术主要涵盖了卫星、航空和地面遥感技术、雷达技术。港口遥感技术流程如图2：图2港口遥感技术流程图
港口遥感技术流程：选择港口的多时相、多波段卫星正射影像、多时相、多波段低空正射影像为港口交通地图、船舶、车辆等移动设备导航电子地图的底图，雷达监控系统数据主要是港口移动设备
的航行速度、高度、船舶吃水深度和航道情况等实时监控数据；对已经选择的遥感数据进行数据预处理，使空间地理信息数据符合港口各项专题电子地图、专题数据要求；采用人机交互和计算机辅助分类提取混合方式对港口各类遥感影像进行航道、码头、交通、堆场等专题信息进行提取；专题信息的处理和集成包括图形的输入输出、图形的编辑、图形处理、面积平差和分类汇总等过程；将提取到的专题信息输入港口gis数据库中。2.利用gps技术进行港口调度
gps技术侧重于gps信号接收技术和导航、定位技术。gps导航和定位技术在港口调度中主要是对进出港口作业的车辆、进出港口的船舶、港口移动设备等的导航定位。在gps技术在港口调度中，导航定位主要是窜口通信技术和数据解析处理，地图匹配技术等，使其为移动设备提供正确的导航、定位。基于3s技术港口调度中，gps测量技术也是一个重要的技术，gps测量技术主要是rtk技术，运用rtk为港口基准测量，提供准确的港口点位空间信息。图3为gps技术概要图。图3gps技术概要图3.利用gis技术进行港口调度
该系统结构能够实时监测船舶需求，实时跟踪船舶位置，并根据此信息进行动态的船舶路径规划，实现动态调度，并将动态调度结果发送给船舶。主要实现以下几个功能：
(1)船舶向调度系统提出服务请求。
(2)调度中心按照船舶提供的资料和要求的紧急度，根据当前环境和系统状态，将客户信息加入数据模块，进行动态调度，动态调度结果存入数据库以供查询，并在调度客户端通过gis显示调度结果。(3)动态调度结果通过通信服务器直接发送。4.3s技术的综合应用技术
rs、gis、gps之间互相渗透，形成一体。rs和gps结合、rs和gis结合、gps和gis结合，将信息获取、信息处理、信息应用有机融为一体，具有高重复频率的监测、信息更新、高动态分析决策能力，充分体现了3s技术在港口应用中实时性、动态性、应急性、高效性、决策精确性。图4为3s技术综合应用关键技术流程图。（附后）五、结语
在3s技术应用的诸多领域中，基于3s技术的港口调度是遥感、gps和gis综合应用的又一个新的探索。它是将遥感技术、gps技术和gis技术相结合，用以获取港口仓储、航道、泊位等信息和制作精确显示船舶、车辆及作业设备所在位置和状态的动态电子地图，为港口调度和管理提供决策依据。在该港口调度中，移动目标的动态位置（经度、纬度）、时间、状态等信息实时地通过遥感和gps获取，通过数据传输传送至监控调度中心，而后在地理信息系统为平台的电子地图上进行移动目标的显示，并允许用户对目标的
位置、速度、运动方向、车辆状态等的参数进行监控和查询，有利于建立实时动态的调度系统作业，实现港口调度的切实优化。参考文献
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[4]洪曙东.ais在港口调度管理应用的研究[j].中国港口，201*(7).
[5]邬晓强.浅谈现代港口的调度管理工作[j].水运管理，201*（6）．
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扩展阅读：港口调度及监控平台立项报告
港口调度监控平台申请立项报告
科技开发项目申请立项报告
项目名称：港口调度监控平台项目委托单位：信息港系统集成事业部项目负责人：练小峰
申请时间：201*年12月6日项目申请单位：信息港事业部
XX信息港建设发展股份有限公司
201*年12月
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目录
第一章项目背景..........................................................................................................3第二章项目基本情况..................................................................................................4第三章项目技术可行性和创新点..............................................................................63.1.技术可行性...........................................................................................................63.2.创新点...................................................................................................................6第四章项目产品市场调查和需求预测......................................................................9第五章项目目标和实施............................................................................................145.1.项目建设目标.....................................................................................................145.2.项目实施方案.....................................................................................................145.2.1.项目的组织实施方式..............................................................................145.2.2.项目实施计划..........................................................................................145.2.3.项目负责人及课题组成员......................................................................155.2.4.项目经费来源..........................................................................................16第六章社会效益和经济效益分析............................................................................176.1.社会效益.............................................................................................................176.2.总成本费用估算表.............................................................................................186.3.项目利润估算.....................................................................................................18
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第一章项目背景
随着信息技术的发展，管理现代化、信息化已成为现代港口建设与发展的重要目标之一。目前，国内外各大港口通过引进先进技术和设备，如EDI、VTS(船舶交通服务系统)以及堆场智能化管理技术等，不断提高其管理水平和运作效率，港口业务逐步向专业化、规范化、标准化迈进。如欧洲第一大港鹿特丹港由于采用无人操纵的自动化系统，广泛应用EDI技术，现已成为欧洲最大、效率最高的港口；新加坡港的计算机一体化码头操作系统已运转多年，其电子网络同世界上600多个港口交换着信息，在提高港口自动化与信息化水平方面发挥了重要的作用。可以预见，随着全球经济一体化与信息技术的发展，特别是现代物流的发展，世界各大港口之间的竞争将会十分激烈，这种竞争不仅仅局限于港口硬件方面，更主要的是港口的信息化建设与应用水平。
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第二章项目基本情况
201*年XX港港口货物吞吐量4770.8万吨，集装箱吞吐量达334.3万标箱、居全国第七位，被交通部确认为综合运输主枢纽港、集装箱运输干线港。XX市十一五计划，提出“构筑中心城市框架，提升承载和辐射功能”，巩固国家集装箱干线港地位，建设国际航运枢纽港和千万标箱集装箱大港。加快建设漳州招银、后石、石码港区，完成XX港41个（包括技改、续建）深水泊位建设，基本建成海沧港区和嵩屿港区；开辟XX港东部港区进港航道，实施XX港10万吨级航道扩建工程。启动区港联动试点，推动自由贸易港区建设，按照中央领导的要求，努力争取成为海峡两岸营运中心。港口硬件方面建设的同时，需要不断完善港口服务能力与管理水平，提高港口综合竞争力。加强港口的信息化建设、全面提升港口的信息技术应用水平，加快港口资源的整合和综合开发，加强港口服务体系合作，促进资源共享，是构筑地区综合物流中心、保持口岸优势、全面提高港口综合竞争力的关键。
安全管理任务历来繁重，随着抵港中外船舶越来越多，监督质量要求高，工作量大，且信息传递速度慢，迫切需要借助现代信息技术来改变这一状况。XX信息港建设发展股份有限公司通过长期的系统集成项目和软件开发项目积累了丰富的经验，包括用户需求、技术方法和市场开拓经验。同时依托XX国际港务在港口调度和安监管理领域的业务知识，不断探索和创新，提出了建设“港口调度及安全监控平台”
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的需要。通过该平台，对港口生产进行调度和对港口码头作业实现视频监控及集团化的统一安全管理，对突发事件提供信息广播发布，实时提供短消息广播，将显著改善港口调度指挥水平，提高港口作业效率和安全性。通过该平台及EDI，实现与港口管理局、船代、码头及港务下属企业的信息互动和共享，实现7*24小时全天候连续作业。
“港口调度及安全监控平台”的立项研发及推广应用，符合了XX市十一五规划和当前市场的需要，将推进应用系统、数据库平台和内部企业间EDI通讯、安全管理等方面的信息化建设，促进资源共享，完善港口服务能力与管理水平，实现技术和管理上的创新，提高港口综合竞争力。它的成功必然带动港口信息领域应用的产业化，和促进中国软件行业的发展。
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第三章项目技术可行性和创新点
3.1.技术可行性
“港口调度及安监管理平台”项目的研发工作以提交“港口调度及安监控平台”软件产品为目标，拟通过加强对市场客户需求的分析、加强对各种基础理论和先进技术的跟踪、加强对实现方法的研究，以自主开发的方式，最终向市场提供具有自主知识产权的软件产品。该平台在对过去几年技术和业务经验总结的基础上，确定需求、精心设计、认真编码、严格测试最终形成产品化的“港口调度及安监管理平台”软件，以便更好地满足更多客户的需要，同时降低软件的维护成本；重塑软件架构，以期在性能上的获得全面优化。3.2.创新点
（1）平台的灵活性
允许用户依据业务需求灵活地增加节点，从而形成能够满足业务需求的、平面或树状结构模式的平台。
（2）平台的安全可靠性
硬件采用双机热备份、负载均衡、基于千兆位高速主干网络和关键业务点冗余链路设计，中间件基于微软.NET组件，强大的.NET类库支持等，保证了集装箱码头生产不间断运作的特点，有良好的可靠性和安全性。
（3）灵活的开发模式
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系统采用自主开发核心业务模块及可扩展性架构的开发模式具有特色，快速提升了港口调度计划效率和生产管理水平，能够满足业务快速发展的需要。
采用B/S三层架构，保证系统具有较强的灵活性和生命力.（4）抵港信息和调度计划的自动交换EDI主要用于与外界的数据交换。
系统对于抵港信息、调度计划的自动交换及靠泊船舶ID多方比对的设计具有创新性，成功解决了港务局、码头与客户间的“无纸化”信息处理。
（5）引入视频监控，实施实时监控
安全生产一直是码头企业生产经营过程中的重点工作，安全事故频发更成为困扰新码头的一个难题。而要提高生产效率、确保码头作业质量，生产管理人员就必须对码头作业现场及配套设施做好实时作业监控，靠传统的人员现场巡视和监控势必大大增加出现安全事故的概率。因此为解决上述问题，在整个港区范围内安装了视频监控系统，作业监控人员通过监视系统控制安装在码头各区域制高点上的摄像头，可以对生产现场进行远距离实时监控，及时发现安全生产事故的隐患，实现箱区作业无人化，降低了现场人员伤亡的概率。同时该系统还可对各出入通道及重点区域进行监控，并自动录像存档，配合了港口设施的保安工作。
（6）安全监督管理模式的创新
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根据国家安全生产的有关精神和安全法规，借用国外先进的风险管理思想，在进行包括重大危险源危害辨识、风险评价、风险控制等安全技术应用研究的基础上，将职业安全健康管理体系的思想和传统的安全管理有机的结合在一起，运用计算机技术、网络技术、数据库技术等，开发出的符合国情和港务安全管理实际的集团安全监控管理软件，以达到改进集团化安全生产管理手段，提高港务集团下属企业安全生产管理水平，完善各企业安全生产的自我约束机制，实现可持续改进的安全生产预防目的。
通过集团化架构，实现统一的安全管理平台。建立起从上到下、从部分到整体、从局部到全部的一套完整的安全体系，再结合实时的信息数据传输系统，从而架构起实时的安全预警平台，把安全事故扼杀于摇篮中，防范于未然；此外，通过这套系统，集团的安全管理部门还可以提高监管力度。
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第四章项目产品市场调查和需求预测
“港口调度及安全监控平台”是针对港口的信息化过程中所要求的数据整合和应用整合需求而设计的，因此，具有广泛的适应性。在港口、码头、堆场、船代等企业都具有良好的市场前景。
经过对国内及XX港部分企业信息化建设的调查，大多数系统仅停留在单个独立的系统，且架构上偏向典型的二层架构，不利于扩展，系统并发数较低。有些企业采用DB2/AS400，构建的核心业务处理系统包括如：班轮进出口系统、集装箱管理系统、船舶调度系统，仍是基于文本的多用户系统。
根据市科技情报所查新报告，目前国内现有的港口调度及安监系统建设的案例及其特点简述如下：
1、“XX市物流信息平台”，是以电子订舱为突破口，建立货代与船代间的业务电子化流转，实施“海港电子订舱一期工程”、“空运无纸化出口工程”等。将港航EDI中心、空港EDI中心、电子商务中心EDI平台统一整合构建一个物流信息平台，并在该平台上建设运行“运输作业数据交换联动系统”、“通关数据支持系统”、“物流公共信息服务系统”等三大应用系统。其中“运输作业数据交换联动系统”主要实现船代、货代、码头、堆场等运输单位和中介单位的作业数据电子数据交换。如托运单、码头作业动态等，进行联动作业；“通关数据支持系统”构架海关、检验检疫等口岸监管单位外围数据处理中心，为口
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岸监管单位收集处理通关所需的参考数据，如舱单、货物进出场信息，提高通关效率：“物流公共信息服务系统”为企业提供物流公共信息发布、作业动态查询、企业黄页等信息增值服务。
2、“天津港（集团）调度指挥中心”，运用现场视频监控系统、船舶交通管理系统、船舶自动识别系统、全球定位系统、货场图形化管理系统、智能交通系统、视频会议系统等现代化手段，对航道、泊位、库场、道路进行信息识别和视频监控。
3、沈阳自动化研究所的“港口调度系统”，融合了调度问题的综合研究成果，突出了港口生产“多种作业方式并存”管理模式的显著特点，建立了港口企业生产组织和计划调度的优化结构，其核心是柔性作业模型和通用调度模型以及相关的优化算法。软件系统由港口基础信息管理、港口动态信息采集与管理、装卸工艺维护、作业计划制订、港口实时调度等主要功能模块构成。
4、重庆港大力推进港口信息化建设，完成了港口调度管理系统、集装箱管理系统、技术管理系统等软件的开发建设和利用。
5、大连港CIMS一期工程建设，主要包括港口EDI、局级调度系统、作业区调度系统、货运中心系统、统一的信息分类编码管理、全局数据管理、物资管理系统、企业铁路运营、人员管理、设备管理、统计分析与领导查询系统、综合服务系统、支撑环境、财务系统等16个“突破口”课题，并通过网络带动全局办公自动化。
6、“马士基港口堆场信息管理系统”，通过系统数据接口整合并汇
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总来自于马士基多个现有系统的相关数据，根据多方数据实时计算出相应的堆场集装箱状态数据，根据预设规则实现智能、便捷、准确、科学的集装箱提箱堆场分配功能，通过实时监控以及预测功能，大大提高了港口堆场的利用率。
7、“港口网络视频监控系统NT-NVMSH6000”，建立和完善港区各作业区域，包括锚地、航道、泊位、堆场、门卫、公安交通、环境检测等数字化视频监控系统。
8、北京北斗星通导航的“北斗玉衡集装箱作业监控管理系统”，实现对港口生产要素（堆存、集装箱、装卸机械）的精确定位、动态跟踪、过程控制和可视化管理，码头全局实时监控：作业机械（岸桥、场桥、叉车/正面吊、内部拖车）的位置/状态、外部拖车的预定位置、堆场、集装箱、闸口、建筑、灯塔、道路、交通标志、码头前沿、缆桩、泊位、船舶等码头各要素的二维或三维实时可视化直观显示。故障报警有手机短信和即时消息。DLP大屏监控分系统用于码头二维和三维全局监控、集装箱作业过程监控、外拖车/船舶动态信息跟踪、码头视频监控显示、网内其它计算机远程桌面显示和码头信息发布等。
9、深圳金谷科技的“金谷集装箱堆场管理系统”，是基于多层体系结构和网络通信的物流行业管理信息系统，实现业务过程的管理高效化、业务流程的优化以及与客户交换信息的自动化。提供国际标准的EDI报文的发送和接收功能，预留标准化的通讯接口和数据接口，支持EDI数据交换，和世界标准接轨，同时开发了一套可以满足不同
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客户的不同EDI标准格式；提供自动的业务数据邮件监控功能，为管理者提供决策支持数据。提供系统的web应用系统，让企业数据上互联网，方便客户信息查询和派柜业务的开发；支持在线升级功能等。
10、赤湾集装箱码头有限公司的“COSMOS系统”，完整的系统解决方案(包括堆场管理、班轮管理、作业控制、计费系统和EDI交换平台等)满足码头不同生产操作需求，弹性化的模块功能适应不同客户的需要。
综上所述，许多港口都建立了自己的生产管理系统，但在这些港口生产管理系统，大都是以满足自身生产管理为目标，还没有一套将港口的生产调度与安全监控相结合，以大港口了理念作为生产调度和区域物流的系统建设目标，并集成EDI自动数据交换并结合靠泊船舶ID多方比对、视频监控、短信广播和信息WEB发布于一体的，具有分层架构等特性的一体化系统。产品竞争能力
“港口调度及安全监控平台”除了视频监控部分作为可选子系统，需要配合硬件实施外，其他均为本公司自主研发的软件产品。产品研发完成后续工作就是推广和实施以及售后维护，由于产品在开发过程中完全采用组件化开发技术，并可以针对不同管理模式作出相应的策略，允许用户依据业务需求灵活地增加节点，从而形成能够满足业务需求的、平面或树状结构模式的平台。
系统采用自主开发核心业务模块及可扩展性架构的开发模式具有
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特色，快速提升了港口调度计划效率和生产管理水平，能够满足业务快速发展的需要。
开发过程中将页面和代码分离，使代码具有可读性、可维护性很强。这种代码分离的好处可以把页面设计交给美工人员完成，而把业务逻辑设计编码交给程序员。系统能适应目前和未来可能发生的各种复杂情况，具有灵活的应变能力和适用性。系统的规划和设计考虑到推广过程中的各种具体情况，使系统从深度和广度上都具有灵活的适应能力。根据业务需求及技术的发展需要，通过整体性规划和模块化设计，使系统具备横向、纵向扩展的能力。
因此，产品在推广实施过程中，实施的成本较低，在市场竞争中具有很大的优势。
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第五章项目目标和实施
5.1.项目建设目标
实现集团生产数据共享，使集团公司的生产、调度、安监管理等调度指挥实现了网络化、自动化；港口航次大大提高，人员精简、效率提高、实时性和安全性得到明显提高，码头的装卸效率、堆场利用率和周转率都明显得到提高，港口调度日趋科学、细致、操作更加规范。提供一个安全监督管理的新模式，实时监控为作业人员的行为规范起到了督促作用，生产作业人员安全意识和作业安全性得到显著增强，如海天码头全年未发生死亡事件。集成码头、船公司、箱站、货主、代理等相关航运生产单位的信息、数据，提高物流数字化水平，提搞了区域物流速率，降低物流成本，以信息化带动港口国际化，实现口岸物流的跨越式发展，全面提升港口的竞争实力。为指挥中心管理人员及集团各级领导提供了及时的生产信息和先进的指挥处理手段。企业实施后，内外信息交流加速、人员素质提高、提高企业效率、为社会创造更多更好的物质财富。5.2.项目实施方案
5.2.1.项目的组织实施方式成立项目课题组。
5.2.2.项目实施计划时间内容-14-
成果港口调度监控平台申请立项报告
201*.1需求调研、概要设计、数据库设计需求说明书概要设计说明书数据库设计说明书详细设计说明书201*.3201*.6201*.7201*.8项目工期合计：
详细设计编码系统集成测试安装试运行8月5.2.3.项目负责人及课题组成员姓名蔡英秦洪庄玉明林胜鹏郭柳莺林建森张松波苏良缘游燕红部门事业部事业部事业部事业部事业部事业部事业部事业部事业部学历硕士硕士大专本科本科本科本科本科大专-15-
项目任务分工项目负责人项目技术负责人研发研发辅助研发研发研发技术员港口调度监控平台申请立项报告
郭伟斌练小峰晏华荣事业部事业部事业部本科本科硕士技术员研发研发5.2.4.项目经费来源
项目经费情况项目申请总经费(万元)项目总经费（万元）
140140港口调度监控平台申请立项报告
第六章社会效益和经济效益分析
6.1.社会效益
1、建成港口生产作业信息共享平台，集成码头、船公司、箱站、货主、代理等相关航运生产单位的信息、数据，提高物流数字化水平，提搞了区域物流速率，降低物流成本，以信息化带动港口国际化，实现口岸物流的跨越式发展，全面提升港口的竞争实力。
2、快速制定调度计划，准时率提高了90%，而误期率平均降低90%,从而降低生产经营成本和减少人力成本。
3、提供一个安全监督管理的新模式，实时监控为作业人员的行为规范起到了督促作用，生产作业人员安全意识和作业安全性得到显著增强。有助于加强企业管理，杜绝各种漏洞，减少企业中各种人为的损失和事故隐患，提高作业的规范化和安全性；
4、为指挥中心管理人员及集团各级领导提供了及时的生产信息和先进的指挥处理手段。企业实施后，内外信息交流加速、人员素质提高、提高企业效率、为社会创造更多更好的物质财富。
5、有效地实现系统内各分系统间信息的及时和可靠传送、存取及充分可靠的共享，提高企业生产管理水平。
6、平台实施，为企业提供了大量的数据，积累了历史资料，通过对这些资料的统计分析，进而可以为企业深化改革、挖掘生产潜力，提高经济效益。
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6.2.总成本费用估算表
总成本费用估算表（单位：万元）序号12345678
6.3.项目利润估算
该项目实施后，07年可实现总产值50万元，年利润总额为31.1万元，年上缴产品销售税金及附加0.79万元，增值税7.26万元，年上缴企业所得税4.66万元。
项目科研业务费试验外协费印刷资料费差旅费人员费用管理费折旧费总成本费用合计3.12127033.985
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