杜曉明，葉美靈

（中國(guó)電信上海研究院，上海 200100）

0 引言

隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型要求向各個(gè)行業(yè)的滲透，市場(chǎng)對(duì)于水運(yùn)行業(yè)提質(zhì)增效、運(yùn)營(yíng)管理等提出更高的要求，港口是綜合交通運(yùn)輸樞紐，也是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略資源和重要支撐，作為國(guó)際物流和供應(yīng)鏈的重要節(jié)點(diǎn)，歷來(lái)是信息化智能化建設(shè)的重要陣地。在大數(shù)據(jù)、5G技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)的帶動(dòng)下，港口建設(shè)愈發(fā)重視科技創(chuàng)新，“智慧港口”解決方案將是5G網(wǎng)絡(luò)開通后，物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等前沿技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用上的重要場(chǎng)景。智慧港口建設(shè)成為行業(yè)發(fā)展的新引擎，預(yù)計(jì)2024年全球智慧港口市場(chǎng)規(guī)模達(dá)53億美元，鑒于港口信息化巨大的潛在市場(chǎng)，友商、互聯(lián)網(wǎng)廠商以及傳統(tǒng)行業(yè)企業(yè)紛紛入局，以期望基于自身技術(shù)及資源優(yōu)勢(shì)，在港口信息化領(lǐng)域占有一席之地。

1 港口信息化發(fā)展現(xiàn)狀

目前，港口正由勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)向技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。世界各大港口都在進(jìn)行信息化、智慧化發(fā)展，現(xiàn)代信息技術(shù)已全面融入港口生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)、精細(xì)化管理以及對(duì)外服務(wù)的全過(guò)程，港口進(jìn)入智慧化時(shí)代。通過(guò)信息技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，提升港口競(jìng)爭(zhēng)力，港口信息系統(tǒng)以自動(dòng)化和協(xié)同化，推動(dòng)智慧港口和社區(qū)生態(tài)發(fā)展，碼頭自動(dòng)化建設(shè)與改造熱潮持續(xù)。一是碼頭操作系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)能力提升，業(yè)務(wù)向小型碼頭延伸，我國(guó)還繼續(xù)推進(jìn)北斗與5G助力港口自動(dòng)化。二是無(wú)人集卡與吊車協(xié)同智慧方案越發(fā)成熟，使得港口生產(chǎn)輔助智能化受到重視。三是區(qū)塊鏈等單證無(wú)紙化的迅速發(fā)展，大幅提升口岸物流效率，強(qiáng)化物理體系內(nèi)部一體化管控，推進(jìn)港口物流管理形成綜合一站式服務(wù)，配合無(wú)紙化和集疏運(yùn)銜接，智能閘口應(yīng)用發(fā)展迅速[1]。

自2016年以來(lái)，先后就有廈門遠(yuǎn)海、青島前灣、上海洋山四期等全自動(dòng)化集裝箱碼頭建成投產(chǎn)。行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型不只是信息化，而是面向業(yè)務(wù)層面的智能化、智慧化發(fā)展。目前在港口行業(yè)存在著重設(shè)備，輕信息化應(yīng)用的現(xiàn)象，業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)和先進(jìn)的裝卸設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)缺乏深度融合，造成各系統(tǒng)發(fā)展水平不一；先進(jìn)的硬件設(shè)備、滯后的管理體系與管理信息系統(tǒng)，無(wú)法有效融合，嚴(yán)重制約了智慧港口的整體建設(shè)，效率與效益無(wú)法有效達(dá)成。

智慧港口從裝卸生產(chǎn)過(guò)程的智能化進(jìn)一步發(fā)展，更廣泛的感知內(nèi)外部信息（如集裝箱狀態(tài)、港機(jī)配件工況、設(shè)備能耗、車輛位置等信息，同時(shí)結(jié)合預(yù)約抵港船舶信息、預(yù)約提箱信息、碼頭氣象信息等外部信息）。近兩年的疫情更是加速了港口數(shù)字化進(jìn)程，通過(guò)預(yù)約制、零接觸等線上線下結(jié)合的方式，推動(dòng)沿海港口數(shù)字化水平提升。

2 5G等信息化科技為智慧港口提供新的推動(dòng)力

根據(jù)聯(lián)合國(guó)亞太經(jīng)社會(huì)在《數(shù)字化與港口生產(chǎn)力報(bào)告》中給出的定義，智慧港口是指是利用自動(dòng)化、Al（人工智能）、loT（物聯(lián)網(wǎng)）、ICT（信息與通信）等第四代技術(shù)，自動(dòng)且自主地優(yōu)化物流流程，高效利用能源的綠色港口，與現(xiàn)有港口相比，此類港口可以通過(guò)無(wú)人自動(dòng)化的港口設(shè)施、智能化的操作系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)施提高港口生產(chǎn)效率，并減少污染。

5G因具有大帶寬、低時(shí)延、萬(wàn)物互聯(lián)特性，特別適合越來(lái)越趨向智慧化、無(wú)人化運(yùn)營(yíng)的智慧港口應(yīng)用場(chǎng)景。因此，隨著5G技術(shù)的應(yīng)用推廣，智慧港口開始越來(lái)越多地引入5G。不論是沿海港口還是內(nèi)河港口，都開始5G試點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)，部分港口已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；瘧?yīng)用，真正體現(xiàn)了5G在智慧港口領(lǐng)域的價(jià)值。2019年，廈門遠(yuǎn)海碼頭啟動(dòng)智慧港口5G應(yīng)用建設(shè)，年末即實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，2020年5月，首臺(tái)由中國(guó)業(yè)界聯(lián)合開發(fā)的“5G+無(wú)人駕駛”集裝箱卡車精準(zhǔn)完成裝卸船作業(yè)流程。

2.1 5G技術(shù)解決港口數(shù)據(jù)傳輸痛點(diǎn)

在數(shù)據(jù)傳輸方面，目前港口環(huán)境下，港口的龍門吊、集卡、視頻監(jiān)控等關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)，傳統(tǒng)上多采用光纜、工業(yè)Wi-Fi等通信手段進(jìn)行傳輸。采用光纜通信的方案，一方面布置成本較高，且高頻的磨損和移動(dòng)還會(huì)使光纜壽命下降，增加維護(hù)難度；另一方面部分自動(dòng)化機(jī)械如AGV小車等則由于場(chǎng)地和自身限制完全無(wú)法使用有線的通信手段。而采用工業(yè)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)作為通信方案則存在抗干擾能力差、帶寬低的問題，如遇惡劣天氣經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)無(wú)法使用的情況。以港口實(shí)現(xiàn)龍門吊遠(yuǎn)程操控為例，單臺(tái)龍門吊的遠(yuǎn)程控制一般需要回傳5到16路監(jiān)控視頻，在1080 P分辨率下對(duì)帶寬需求約30 Mb/s，同時(shí)中控室與龍門吊的PLC（可編輯邏輯控制器）通信對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延要求在30 ms以內(nèi)。光纖的損耗成本和Wi-Fi帶寬的不足令兩者在這一場(chǎng)景下適用程度均受到限制，5G通信技術(shù)的大帶寬、低延遲、高穩(wěn)定性的特點(diǎn)則可以很好地解決該痛點(diǎn)，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸[2]。

2.2 MEC技術(shù)解決港口智能運(yùn)算痛點(diǎn)

在智能處理方面，以目前世界先進(jìn)的上海洋山四期碼頭及青島港全自動(dòng)化碼頭二期為例，實(shí)現(xiàn)真正計(jì)算機(jī)智能操控的前方操作環(huán)節(jié)多為軌道吊和AGV水平搬運(yùn)環(huán)節(jié)，但岸橋受制于船型、箱型、作業(yè)次序等限制，以目前的云計(jì)算技術(shù)和算法難以勝任這一需求，因而仍為人工遠(yuǎn)程操作。為了解決該問題，實(shí)現(xiàn)智慧港口真正意義上的智能服務(wù)，就需要引入邊緣云計(jì)算技術(shù)，將中心云的計(jì)算能力部分下沉到臨近物聯(lián)網(wǎng)終端的邊緣云計(jì)算中心，負(fù)責(zé)處理網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)、存儲(chǔ)、計(jì)算，智能化數(shù)據(jù)分析等相關(guān)工作。

2.3 港口指揮調(diào)度智能化

作為港口工作調(diào)度的“大腦”，港口指揮調(diào)度中心需要兼顧船舶的指泊引航、港作船舶的調(diào)度規(guī)劃以及港口生產(chǎn)三大方面的協(xié)同指揮，其工作呈現(xiàn)系統(tǒng)化和復(fù)雜化。隨著港口供應(yīng)鏈對(duì)各環(huán)節(jié)要求不斷提高，傳統(tǒng)的港口調(diào)度中心僅靠人員指揮的方式已然無(wú)法滿足調(diào)度效率和信息共享的需求，眾多港口持續(xù)推進(jìn)港口智能調(diào)度平臺(tái)系統(tǒng)的建設(shè)。利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)和模塊化設(shè)計(jì)，港口不同維度信息流共享與協(xié)同進(jìn)一步優(yōu)化，港口自主判斷能力不斷提升，“計(jì)算機(jī)協(xié)同調(diào)度，人員輔助指揮”成為業(yè)態(tài)新趨勢(shì)。

例如：寧波舟山港2018年上線“浙江海洋港口統(tǒng)一調(diào)度平臺(tái)”實(shí)現(xiàn)了全省管理范圍內(nèi)，沿海港口船舶調(diào)度的統(tǒng)一申報(bào)、統(tǒng)一受理、統(tǒng)一發(fā)布、統(tǒng)一查詢，效率提升。美國(guó)海洋工業(yè)系統(tǒng)研發(fā)巨頭Navis在2019年3月推出了“Navis Smart”智能化應(yīng)用，該應(yīng)用由“Compass”可視化工作流程管理模塊和“N4 Ops Monitoring”監(jiān)控模塊構(gòu)建。其中，“Compass”流程管理模塊可以為港口計(jì)劃人員提供船舶運(yùn)輸規(guī)劃過(guò)程中的港到港視圖和完整可見的港口計(jì)劃任務(wù)列表，以確保人員優(yōu)先級(jí)關(guān)系，減少資源閑置時(shí)間；另一模塊“Monitoring”則可以通過(guò)港口運(yùn)營(yíng)監(jiān)控提供實(shí)時(shí)的商業(yè)智能分析。天津港上線的智能調(diào)度指揮系統(tǒng)，集成了生產(chǎn)調(diào)度管理、標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)分析等十大應(yīng)用模塊，通過(guò)對(duì)全球船舶AIS、貨運(yùn)車輛GPS、港口實(shí)時(shí)生產(chǎn)要素等相關(guān)數(shù)據(jù)流進(jìn)行智能化數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化“一鍵排船”和生產(chǎn)全過(guò)程監(jiān)管功能，實(shí)現(xiàn)港口生產(chǎn)調(diào)度管理的協(xié)同化、智能化和可視化，港口“自我”判斷能力進(jìn)一步提升。

2.4 無(wú)人駕駛技術(shù)為港口運(yùn)輸智能化賦能

作為港口水平搬運(yùn)的重要環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)港口運(yùn)輸工具的無(wú)人智能化已經(jīng)開始實(shí)施，AGV自動(dòng)導(dǎo)航小車的局限體現(xiàn)在多個(gè)方面。首先，AGV引導(dǎo)形式主要為光電引導(dǎo)和電磁引導(dǎo)，前者易受到雨雪、霧霾等環(huán)境條件干擾，引導(dǎo)的穩(wěn)定性較差；后者則利用電磁感應(yīng)勢(shì)差對(duì)小車定位，引導(dǎo)精度稍低。其次，采用兩種引導(dǎo)方式的AGV均存在前期投資成本較高的問題，傳統(tǒng)碼頭改造的難度較大。最后，兩種引導(dǎo)形式在實(shí)質(zhì)上仍為人工提前規(guī)劃，小車按照既定程序運(yùn)行，缺少一定的智能決策能力。

無(wú)人駕駛技術(shù)體現(xiàn)出其自身的先天優(yōu)勢(shì)：首先，多組測(cè)距雷達(dá)與視覺攝像機(jī)可以為車輛精準(zhǔn)定位，智能系統(tǒng)則能夠智能校正車輛偏移，精準(zhǔn)引導(dǎo)。其次，無(wú)人集卡的改造價(jià)格較AGV全套系統(tǒng)的改造成本低廉許多，僅約等于一輛傳統(tǒng)集卡車的價(jià)格，因此更適合傳統(tǒng)碼頭的改造升級(jí)。最后，在遇到緊急情況時(shí)，與AGV小車只能停止運(yùn)行不同，無(wú)人集卡可以快速做出應(yīng)變反映，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避讓。目前上汽智能重卡已經(jīng)獲得了上海市智能網(wǎng)聯(lián)汽車開放道路測(cè)試牌照，這款融合了AI（人工智能）、5G、V2X車聯(lián)通信等先進(jìn)技術(shù)的智能重卡，已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)在港區(qū)特定場(chǎng)景下的L4級(jí)自動(dòng)駕駛、厘米級(jí)定位、精確停車（±3cm）、與自動(dòng)化港機(jī)設(shè)備的交互以及東海大橋隊(duì)列行駛，為港口運(yùn)輸客戶提供更智能、更安全、更高效、更環(huán)保的集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)方案[3]。

3 運(yùn)營(yíng)商在智慧港口的發(fā)展建議

在5G發(fā)展網(wǎng)絡(luò)高帶寬、低延時(shí)、萬(wàn)物互聯(lián)特性加持下，電信運(yùn)營(yíng)商可以介入港口智慧化的點(diǎn)正在增多，整體來(lái)看，智慧港口對(duì)運(yùn)營(yíng)商的需求可以分為三個(gè)方面：一是基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。包含傳統(tǒng)的語(yǔ)音、寬帶、專線、4G等，但運(yùn)營(yíng)商更有優(yōu)勢(shì)的是5G網(wǎng)絡(luò)，特別是覆蓋港區(qū)的5G網(wǎng)絡(luò)和5G專網(wǎng)。二是網(wǎng)絡(luò)能力。各類應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的特殊需求或服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，如定位服務(wù)、MEC、高清視頻回傳等。三是與網(wǎng)絡(luò)緊密結(jié)合的應(yīng)用。對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求較高的各類應(yīng)用，如港機(jī)遠(yuǎn)程控制、無(wú)人駕駛、對(duì)講等。

運(yùn)營(yíng)商不僅提供傳統(tǒng)的語(yǔ)音、網(wǎng)絡(luò)通信，而是提供“一站式”綜合解決方案，包括專網(wǎng)、云計(jì)算、終端模組以及應(yīng)用解決方案。港口/碼頭向自動(dòng)化發(fā)展是未來(lái)的主方向，主要包括智能化港口系統(tǒng)和智慧物流系統(tǒng)。一是港口信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)在船舶、港口、航道、航行保障、安全監(jiān)管以及運(yùn)行服務(wù)等領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，提升港口碼頭和航運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施的信息化智能化水平；二是發(fā)展智能理貨、堆場(chǎng)裝卸、倉(cāng)儲(chǔ)智能管理等，發(fā)展無(wú)人駕駛智能跨運(yùn)車、無(wú)人駕駛電動(dòng)重卡，實(shí)現(xiàn)集裝箱碼頭水平運(yùn)輸自動(dòng)化，可以大大提升運(yùn)輸效率和安全。

從5G智慧港口項(xiàng)目可以看到，吊機(jī)遠(yuǎn)控場(chǎng)景切實(shí)解決港口吊機(jī)工作人員工作條件艱苦的問題，其中安全風(fēng)險(xiǎn)是最大的痛點(diǎn)，目前龍門吊遠(yuǎn)控，在多個(gè)港口已投入常態(tài)化生產(chǎn)；在智能理貨應(yīng)用場(chǎng)景，港口出入貨物量大又細(xì)瑣，貨物需要精細(xì)化管理，目前已通過(guò)商用穩(wěn)定性測(cè)試，開始商用復(fù)制推廣；智能安防和無(wú)人機(jī)巡檢解決港口的安防問題，人力巡檢存在工作量大且工作環(huán)境惡劣的問題。運(yùn)營(yíng)商為港口定制5G專網(wǎng)，聚焦5G各智能應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)5G+應(yīng)用賦能港口業(yè)務(wù)。中國(guó)移動(dòng)提出未來(lái)三年內(nèi)助力打造10個(gè)全球領(lǐng)先的5G智慧港航標(biāo)桿，復(fù)制100個(gè)高質(zhì)量5G智慧港口，與華為、振華重工共同發(fā)布《5G智慧港口白皮書》。中國(guó)聯(lián)通相繼與神華黃驊港、天津港、福州港等國(guó)內(nèi)多個(gè)大型港口開展5G智慧港口建設(shè)合作。中國(guó)電信在日照港、蕪湖港、茂名港和江陰港等先后開展5G應(yīng)用場(chǎng)景建設(shè)，打造5G專網(wǎng)，并在此基礎(chǔ)上廣泛開展5G創(chuàng)新應(yīng)用[4]。

隨著5G商用化的推進(jìn)，在現(xiàn)有合作成果的基礎(chǔ)上，運(yùn)營(yíng)商需進(jìn)一步豐富港口智能化應(yīng)用場(chǎng)景，擴(kuò)大試點(diǎn)規(guī)模，以電信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，切入其信息化改造，全面驗(yàn)證各類典型應(yīng)用的5G承載能力，打造5G+智慧港口應(yīng)用標(biāo)桿。同時(shí)隨著各應(yīng)用場(chǎng)景的成熟技術(shù)和商業(yè)模式的固定化，5G智慧港口解決方案可以逐漸規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化，帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)技術(shù)的換代升級(jí)?！?/p>