5G技術(shù)在智慧靠泊場(chǎng)景的應(yīng)用探索

柳晶晶

摘 ?要：船舶靠泊過(guò)程中產(chǎn)生碰撞事故主要原因在于船岸通信不及時(shí)、船舶定位不準(zhǔn)確、駕駛員或引航員等視覺(jué)盲區(qū)。解決這些問(wèn)題可借助5G、AI、北斗高精度定位等技術(shù)，通過(guò)技術(shù)手段解決由于通信、實(shí)時(shí)定位和視覺(jué)盲區(qū)等導(dǎo)致的船舶靠泊故障問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)智慧靠泊。

關(guān)鍵詞：5G，智慧靠泊，輔助靠泊

1. 引言

全球貿(mào)易的發(fā)展以及科技的進(jìn)步，使得船舶向著大型化、自動(dòng)化、智能化方向不斷發(fā)展。近幾年，由于有經(jīng)驗(yàn)船員數(shù)量的減少，船舶靠泊操作過(guò)程中事故問(wèn)題頻發(fā)，如今年4月13900TEU集裝箱船Milano Bridge號(hào)在釜山新港發(fā)生碰撞事故，6月名為MSC ROSA M的超大型集裝箱船舶在靠泊過(guò)程中與NSICT碼頭的岸橋發(fā)生碰撞……隨著貿(mào)易的不斷發(fā)展，船舶貨運(yùn)周期縮短，在港口掛靠次數(shù)增多，港內(nèi)船舶通航密度提高，大大增加了船舶靠離泊的風(fēng)險(xiǎn)[1]。

據(jù)克拉克森統(tǒng)計(jì)，2019年全球港口掛靠量為380萬(wàn)次，中國(guó)約占7%，為26.6萬(wàn)次。EMSA2019年發(fā)布的海上傷亡年度審查報(bào)告中顯示，EMPIC在過(guò)去5年中記錄的事故數(shù)據(jù)中，平均每年發(fā)生的海上傷亡或事件為3239起，70% 的事故是由于船舶駕駛員操作問(wèn)題導(dǎo)致的[2]。

船舶靠泊過(guò)程中容易導(dǎo)致靠泊事故產(chǎn)生的主要人為事故原因包括駕駛員或者引航員視覺(jué)盲區(qū)、操作失誤等，除此之外，船舶靠泊還會(huì)受到航速、風(fēng)速、靠泊水域情況等情況的影響。在實(shí)際的靠泊作業(yè)中，船舶駕駛員依靠引航員和拖輪協(xié)助靠泊，而引航員和駕駛員的視覺(jué)盲區(qū)，或者靠泊過(guò)程中由于駕駛員操作失誤，或引航員經(jīng)驗(yàn)不足，或者由于船舶慣性問(wèn)題也會(huì)產(chǎn)生靠泊過(guò)程當(dāng)中的碰撞問(wèn)題。因此，通過(guò)技術(shù)手段消除視覺(jué)盲區(qū)輔助船舶靠泊具有重要的意義。

近年來(lái)，隨著5G、AI、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，通過(guò)技術(shù)手段對(duì)船舶位置實(shí)時(shí)定位，并將船舶周?chē)闆r水域情況實(shí)時(shí)反饋至駕駛室或者引航員手中進(jìn)行輔助靠泊，可以實(shí)現(xiàn)船舶的智慧靠泊。

2.現(xiàn)狀分析

2.1 5G技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

5G即第五代移動(dòng)通信技術(shù)，是數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的一種通用技術(shù)，主要有eMBB（大流量移動(dòng)寬帶）業(yè)務(wù)、mMTC（大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)）、uRLLC（低延時(shí)高可靠連接）業(yè)務(wù)三大應(yīng)用場(chǎng)景。從指標(biāo)角度看，5G在峰值速率、流量密度、傳輸時(shí)延等均優(yōu)于4G。5G將人與人、物與物、人與物的距離拉近，開(kāi)啟了萬(wàn)物互聯(lián)的新時(shí)代。

2019年我國(guó)5G商用全面啟動(dòng)。2019年6月，工業(yè)和信息化部正式向中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)廣電發(fā)放5G商用牌照，標(biāo)志著中國(guó)正式進(jìn)入5G商用元年。2019年10月，中國(guó)國(guó)際信息通信展覽會(huì)上，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信正式公布了5G套餐。2019年11月，我國(guó)成功舉辦“首屆世界5G大會(huì)”，圍繞5G前沿技術(shù)、產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)、創(chuàng)新應(yīng)用等開(kāi)展交流與討論。據(jù)工信部發(fā)布的《2019年通信業(yè)統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示，截至2019年底，全國(guó)已建成5G基站超13萬(wàn)個(gè)。

國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商利用其5G技術(shù)優(yōu)勢(shì)，已將5G技術(shù)成功應(yīng)用于智慧城市的各個(gè)場(chǎng)景，如智慧港口、智慧醫(yī)療、智慧教育等。2020年5月11日，中國(guó)移動(dòng)、中遠(yuǎn)海運(yùn)、東風(fēng)汽車(chē)等在背景、上海、廈門(mén)等六地舉行“5G+無(wú)人駕駛賦能智慧港口”云發(fā)布會(huì)，截止5月，廈門(mén)港已實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)連續(xù)覆蓋，全區(qū)域5G綜合覆蓋率達(dá)98.89%。港區(qū)內(nèi)開(kāi)展5G 邊緣計(jì)算與切片專(zhuān)網(wǎng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了駕駛行為分析、AGV遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)駕駛、港機(jī)遠(yuǎn)控等5G場(chǎng)景應(yīng)用，大幅提升了港區(qū)的作業(yè)效率和作業(yè)安全[3]。

2.2 船舶靠泊現(xiàn)狀

船舶大型化的不斷發(fā)展，使得船舶駕駛員或者船長(zhǎng)操縱船舶難度加大，尤其增加了船舶靠泊過(guò)程中操縱風(fēng)險(xiǎn)，該風(fēng)險(xiǎn)一方面來(lái)自船舶過(guò)大影響船舶駕駛員/船長(zhǎng)或者引航員在靠泊過(guò)程當(dāng)中視覺(jué)觀察情況，造成視覺(jué)盲區(qū)，容易產(chǎn)生碰撞風(fēng)險(xiǎn);另一方面，船舶信息化設(shè)備部署情況也會(huì)對(duì)船舶在靠泊過(guò)程當(dāng)中各單位、各方面的交流產(chǎn)生一定的影響，給船舶靠泊增加一定的風(fēng)險(xiǎn)。

船舶靠泊過(guò)程中是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，需要船岸協(xié)同作業(yè)實(shí)現(xiàn)。在船舶進(jìn)入錨地前，船長(zhǎng)通過(guò)VHF或其他通信設(shè)備與港口調(diào)度聯(lián)系，確定進(jìn)港時(shí)間和卸貨事宜以及港口水域情況等;船長(zhǎng)通過(guò)通信設(shè)備就抵港情況通知駕駛、輪機(jī)及事務(wù)部門(mén);船舶進(jìn)入航道后，碼頭調(diào)度員實(shí)時(shí)跟蹤船舶航行情況（船位、航速、通航環(huán)境等），若有異常及時(shí)協(xié)調(diào)處理;并在靠泊前半小時(shí)，碼頭調(diào)度員提前通知港池水域內(nèi)船只避讓?zhuān)ㄖ嘘P(guān)部門(mén)清理水下障礙物等。船舶進(jìn)入錨地后，引航員登船，通過(guò)GPS、AIS、雷達(dá)等確定船首、船尾與岸邊距離;并通過(guò)對(duì)講設(shè)備將操作指令傳達(dá)駕駛員和拖輪，協(xié)助船舶完成靠泊。

在船舶靠泊過(guò)程中，駕駛員或引航員主要靠瞭望判斷船舶?？课恢?，船舶位置定位不準(zhǔn)，容易導(dǎo)致平行?？坎痪珳?zhǔn)，增加靠泊難度，且?？啃瘦^低;而且通過(guò)瞭望判斷有時(shí)候容易因?yàn)榇斑^(guò)大無(wú)法看清周?chē)闆r，產(chǎn)生視覺(jué)盲區(qū);除此之外，在靠泊的過(guò)程中，船岸交互主要依賴(lài)于傳統(tǒng)的對(duì)講通訊設(shè)備，通信設(shè)備信號(hào)會(huì)影響船舶靠泊指令的傳達(dá)，由于船舶慣性，產(chǎn)生碰撞事故，造成不可挽回的后果。

3. 5G在智慧靠泊場(chǎng)景中的應(yīng)用

3.1 5G助力船岸通信

依托中國(guó)移動(dòng)等運(yùn)營(yíng)商在港口部署的港口5G專(zhuān)網(wǎng)，為船舶靠泊過(guò)程中船岸通訊信息傳輸、相關(guān)終端設(shè)備通信需求等提供5G專(zhuān)網(wǎng)。借助港口5G專(zhuān)網(wǎng)，依托5G技術(shù)高傳輸速率、超低時(shí)延以及超大帶寬為船岸通信以及相關(guān)智能化作業(yè)提供協(xié)同聯(lián)動(dòng)保障，助力船舶駕駛員、引航員、拖輪等及時(shí)獲得靠泊過(guò)程中相關(guān)音視頻信息，降低在靠泊過(guò)程中因?yàn)橥ㄐ挪煌〞扯鴮?dǎo)致的操作故障，進(jìn)而提高靠泊作業(yè)效率。

目前，中國(guó)移動(dòng)可發(fā)揮2.6GHz和4.9GHz雙頻資源優(yōu)勢(shì)，為客戶(hù)靈活搭建4G/5G行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)，提供可靠性高、性能強(qiáng)、方便部署的4G/5G專(zhuān)網(wǎng)服務(wù)，滿(mǎn)足客戶(hù)專(zhuān)網(wǎng)定制化需求[4]。

3.2 5G助力實(shí)時(shí)定位

借助中國(guó)移動(dòng)5G和北斗高精度定位技術(shù)，通過(guò)將雷達(dá)、AIS等多源數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，測(cè)定船舶船首、船尾離岸邊的距離，精準(zhǔn)測(cè)定船舶角度，拖輪位置等，同時(shí)借助港口5G專(zhuān)網(wǎng)，將位置信息傳遞給船舶駕駛員、引航員、岸邊監(jiān)控中心等，實(shí)現(xiàn)靠泊過(guò)程中定位信息的實(shí)時(shí)傳遞，解決船舶平行靠泊不精準(zhǔn)的問(wèn)題，降低靠泊事故風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 5G助力消除視覺(jué)盲區(qū)

通過(guò)將5G技術(shù)與AI技術(shù)進(jìn)行融合，通過(guò)在船身、岸邊、拖輪上安裝定制的AI攝像頭，對(duì)船舶進(jìn)行360度全方位可視化實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)船舶周?chē)鸂顩r，包括作業(yè)船只、浮標(biāo)等海面物體進(jìn)行監(jiān)控識(shí)別，并將識(shí)別到的高清視頻畫(huà)面回傳給船舶駕駛員、引航員、拖輪等終端設(shè)備，可以輔助消除視覺(jué)盲區(qū)，減少船舶靠泊過(guò)程當(dāng)中碰撞等事故的產(chǎn)生。

利用5G+AI技術(shù)，通過(guò)定制化的AI攝像頭和終端設(shè)備的方案還可以應(yīng)用于霧天、夜晚等可見(jiàn)度比較低的作業(yè)環(huán)境，降低靠泊過(guò)程當(dāng)中的碰撞風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。

4. 5G智慧靠泊應(yīng)用展望

隨著5G、AI等技術(shù)的不斷成熟，目前已成功應(yīng)用于智慧城市、智慧交通的多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景當(dāng)中，如智慧港口相關(guān)港機(jī)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、智能理貨、自動(dòng)駕駛、智慧航道、智慧海事等場(chǎng)景。在船舶靠泊場(chǎng)景中的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)主要是船岸通信影響、船舶定位情況以及視覺(jué)盲區(qū)等，通過(guò)5G技術(shù)賦能船舶靠泊場(chǎng)景，可借助5G等相關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，減少船舶在靠泊過(guò)程中產(chǎn)生的事故問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)智慧靠泊。

參考文獻(xiàn)

[1] ?李日嶺.大型船舶自主靠泊方法的研究[D].大連：大連海事大學(xué)，2012.

[2] ?AHMED Y A，HASEGAWA K. Implementation of automatic ship berthing using artificial neural network for free running experiment[C]//The 9th International Federation of Automatic Control（IFAC）Conference on Control Applications in Marine Systems（CAMS）. Oxford，UK：IFAC-Elsevier Ltd，2013：25-30.

[3] ?中遠(yuǎn)海運(yùn)港口有限公司，中遠(yuǎn)海運(yùn)科技股份有限公司，中移（上海）信息通信科技有限公司等.5G智慧港口全業(yè)務(wù)場(chǎng)景落地白皮書(shū)，2020.

[4] ?華為，上海振華重工，中國(guó)移動(dòng)，沃達(dá)豐.5G智慧港口白皮書(shū)，2019.