5G對全球集裝箱港口自動(dòng)化發(fā)展的影響及應(yīng)用

趙 毅，余 娟

(1.中國遠(yuǎn)洋海運(yùn)集團(tuán)有限公司 研究咨詢中心，上海 200127； 2.中國移動(dòng)(上海)產(chǎn)業(yè)研究院，上海 201206)

0 引 言

港口是水路貨物運(yùn)輸?shù)闹匾獦屑~，提高其作業(yè)效率對于促進(jìn)水路運(yùn)輸業(yè)高速發(fā)展而言至關(guān)重要。目前全球自動(dòng)化港口的數(shù)量比較少，很多港口都面臨著勞動(dòng)力成本攀升、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作環(huán)境惡劣和人力資源短缺等問題。在此情況下，降本增效，對港口實(shí)施自動(dòng)化改造，逐漸成為全球港航業(yè)的共同訴求。近年來，人工智能(Artificial Intelligence，AI)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IoT)、5G和自動(dòng)駕駛等數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展為港口自動(dòng)化改造提供了新的動(dòng)力，越來越多的集裝箱港口開始通過自動(dòng)化技術(shù)提高其生產(chǎn)率和工作效率，以此保持競爭優(yōu)勢[1]。當(dāng)前我國正處在從航運(yùn)大國邁向航運(yùn)強(qiáng)國的時(shí)期，針對全自動(dòng)化集裝箱碼頭較少的現(xiàn)狀，國家有關(guān)部門在《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》等一系列政策文件中明確提出建設(shè)基于5G、北斗和IoT等技術(shù)的信息基礎(chǔ)設(shè)施，加大自動(dòng)化集裝箱碼頭操作系統(tǒng)的研發(fā)和推廣應(yīng)用力度，爭取到2035年基本上建成集裝箱樞紐港智能化系統(tǒng)[2]，打造世界一流港口，推動(dòng)交通強(qiáng)國建設(shè)。

目前，有關(guān)如何利用5G等新一代信息技術(shù)推動(dòng)集裝箱港口自動(dòng)化發(fā)展的研究還比較少。對此，本文在總結(jié)全球集裝箱港口自動(dòng)化發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合5G等關(guān)鍵技術(shù)的特點(diǎn)，提出集裝箱港口結(jié)合5G技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)化和智能化建設(shè)的關(guān)鍵應(yīng)用方向，并給出建設(shè)新一代5G智慧港口方面的建議。

1 全球集裝箱港口自動(dòng)化發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

1.1 全球集裝箱港口自動(dòng)化發(fā)展現(xiàn)狀

從1993年建成全球第一個(gè)自動(dòng)化集裝箱碼頭(荷蘭鹿特丹港ECT碼頭)至今，集裝箱碼頭自動(dòng)化技術(shù)日趨成熟，現(xiàn)已成為全球各大港口關(guān)注的熱點(diǎn)。從碼頭工藝模式和碼頭運(yùn)輸作業(yè)技術(shù)的先進(jìn)性等角度看，全球自動(dòng)化集裝箱碼頭的發(fā)展歷程可分為4個(gè)階段[3]，具體如下。

1) 第一代自動(dòng)化集裝箱碼頭——荷蘭鹿特丹港ECT碼頭。該碼頭于1993年投入運(yùn)營，采用單小車半自動(dòng)岸橋+自動(dòng)導(dǎo)引車(Automated Guided Vehicle，AGV)模式，水平運(yùn)輸AGV由內(nèi)燃機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)，行駛線路為固定的圓形路線。

2) 第二代自動(dòng)化集裝箱碼頭——德國漢堡港CTA碼頭。該碼頭于2002年投入運(yùn)營，采用雙小車半自動(dòng)岸橋+AGV+自動(dòng)化軌道吊(Automated Rail Mounted Gantry, ARMG)模式，水平運(yùn)輸AGV由柴油發(fā)電機(jī)電力驅(qū)動(dòng)(后升級為動(dòng)力電池供電)，能耗高，污染大，行駛路線不固定，調(diào)控復(fù)雜。

3) 第三代自動(dòng)化集裝箱碼頭——荷蘭鹿特丹港EUROMAX碼頭。該碼頭于2008年投入運(yùn)營，采用第二代雙小車半自動(dòng)岸橋+AGV+ARMG模式，水平運(yùn)輸AGV由柴油發(fā)電機(jī)電力驅(qū)動(dòng)，能耗高，污染大。

4) 第四代自動(dòng)化集裝箱碼頭——廈門遠(yuǎn)海碼頭、青島前灣碼頭和上海洋山四期碼頭。這些碼頭于2016年投入運(yùn)營，采用雙小車半自動(dòng)岸+AGV+ARMG+AGV伴侶模式，水平運(yùn)輸AGV由鋰電池電力驅(qū)動(dòng)，綠色環(huán)保，但存在電池續(xù)航充電的問題。洋山四期碼頭的AGV采用先進(jìn)的無線跳頻導(dǎo)航技術(shù)，自由靈活，但成本較高。

當(dāng)前，全球各大港口正在通過數(shù)字化和自動(dòng)化技術(shù)改變以往的生產(chǎn)方式。根據(jù)麥肯錫(McKinsey)的調(diào)查：在世界最大的50個(gè)集裝箱港口中，至少有25個(gè)即將啟動(dòng)升級改造計(jì)劃，或計(jì)劃在未來5 a內(nèi)增加自動(dòng)化設(shè)備[4]。隨著半自動(dòng)化集裝箱碼頭的快速發(fā)展，全自動(dòng)化集裝箱碼頭技術(shù)的先進(jìn)性逐漸突顯。港口的數(shù)字化和自動(dòng)化發(fā)展不僅能降低碼頭的用工成本，最大限度地減少人機(jī)接觸，保障人員的安全，而且能實(shí)現(xiàn)港口的高效、安全生產(chǎn)運(yùn)營。例如:2009年，韓國釜山新港灣嘗試通過無人駕駛起重機(jī)和射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID)讀寫器等自動(dòng)化裝備完成無人值守碼頭試驗(yàn)；2018年，碼頭運(yùn)營商迪拜環(huán)球(DP World)推出了智能集裝箱倉儲(chǔ)系統(tǒng)，相比以往，倉儲(chǔ)容量增加2倍，作業(yè)時(shí)間縮短近30%，大幅提升了碼頭的生產(chǎn)率。此外，為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級，全球各大港口紛紛采用信息化手段建立、更新自有的物流信息服務(wù)平臺(tái)，不斷拓展物流功能，使平臺(tái)服務(wù)朝著一體化、多元化和數(shù)字化方向迅速發(fā)展，例如招商局集團(tuán)的ePort港口社區(qū)平臺(tái)、漢堡港Smart Port智慧港口物流平臺(tái)、鹿特丹港Port Base平臺(tái)和新加坡港Port Net平臺(tái)等。

1.2 全球集裝箱港口自動(dòng)化發(fā)展趨勢

1) 生產(chǎn)作業(yè)智慧化。當(dāng)前港口業(yè)正面臨提升生產(chǎn)作業(yè)效率、安全可靠性和經(jīng)濟(jì)效益等多方面的迫切需求。在建設(shè)交通強(qiáng)國、航運(yùn)強(qiáng)國和世界一流港口等目標(biāo)的指引下，將5G技術(shù)與區(qū)塊鏈、AI、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)+等新一代信息技術(shù)加速融合，有助于實(shí)現(xiàn)港口相關(guān)領(lǐng)域工作流程的再改造和業(yè)務(wù)協(xié)同管理創(chuàng)新[5]，實(shí)現(xiàn)港區(qū)自動(dòng)駕駛、港機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能理貨等應(yīng)用創(chuàng)新，提高港口的自動(dòng)化和智能化水平，推動(dòng)港航物流資源聯(lián)動(dòng)，構(gòu)建差異化價(jià)值主張，打造新一代安全、高效、生態(tài)的智慧化港口。

2) 經(jīng)營投資多元化。優(yōu)化港口經(jīng)營資產(chǎn)結(jié)構(gòu)，整合、聚焦港口自動(dòng)化和信息化業(yè)務(wù)，解決碼頭同業(yè)競爭問題，有助于港口實(shí)現(xiàn)降本增效。通過行業(yè)內(nèi)并購重組和航運(yùn)企業(yè)與港口運(yùn)營商合作聯(lián)營的模式，集中資源布局港口自動(dòng)化業(yè)務(wù)，不斷向產(chǎn)業(yè)鏈上游和下游延伸，有助于減少港口運(yùn)營商直接資本的輸出，在一定程度上實(shí)現(xiàn)多元化經(jīng)營，并為客戶提供更廣泛、更全面、更智能的港口物流服務(wù)，尋找新的利潤增長點(diǎn)。

3) 產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)同化。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化和數(shù)字信息科技的快速發(fā)展，港口之間的競爭已逐漸變成全球網(wǎng)絡(luò)與港口所處生態(tài)圈之間的競爭。在此背景下，同區(qū)域的港口和跨區(qū)域的港口可借助5G等新一代信息技術(shù)，打破傳統(tǒng)的線性傳遞作業(yè)方式，變革傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)模式、管理模式和商業(yè)模式，基于信息共享實(shí)現(xiàn)開放協(xié)作、高度互聯(lián)、數(shù)據(jù)化、智慧化的港口物流價(jià)值鏈，推動(dòng)資源的整合和優(yōu)化配置，減少物流鏈的總時(shí)間和總成本，打造全面感知、運(yùn)營高效、安全可靠、智能綠色、開放創(chuàng)新的智慧港口產(chǎn)業(yè)鏈，通過開放與創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)海運(yùn)物流價(jià)值鏈上的互聯(lián)互通(見圖1)[6]。

圖1 開放與創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)海運(yùn)物流價(jià)值鏈上的互聯(lián)互通

綜上所述，智慧港口能充分發(fā)揮差異化性能優(yōu)勢，突破傳統(tǒng)發(fā)展模式的局限性，極大地提升港口自動(dòng)化運(yùn)營的效率。有研究機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，全球智慧港口市場規(guī)模將從2019年的17億美元增長到2024年的53億美元，預(yù)測期內(nèi)的復(fù)合年增長率為25%。

2 5G智慧港口涉及的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 5G技術(shù)

5G技術(shù)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)，與4G技術(shù)相比，具有超高移動(dòng)性、超大流量密度、超大連接數(shù)密度和超低能耗等特性(見表1)。

表1 5G與4G關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)對比

5G主要有大流量移動(dòng)寬帶(eMBB)業(yè)務(wù)、低延時(shí)高可靠連接(uRLLC)業(yè)務(wù)和大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)(mMTC)業(yè)務(wù)三大應(yīng)用場景。

1) eMBB主要提升以“人”為中心的娛樂、社交等個(gè)人消費(fèi)業(yè)務(wù)方面的通信體驗(yàn)，適用于高速率、大帶寬的eMBB業(yè)務(wù)，典型應(yīng)用包括超高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等。

2) mMTC主要面向物-物連接的以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的應(yīng)用場景，主要滿足海量物聯(lián)的通信需求，典型應(yīng)用包括智慧城市和智能家居等。

3) uRLLC基于低時(shí)延和高可靠的特點(diǎn)，主要面向物-物連接的應(yīng)用場景和垂直行業(yè)的特殊應(yīng)用需求，例如工業(yè)自動(dòng)化、無人機(jī)控制、智能駕駛控制等。

2.2 AI技術(shù)

AI是實(shí)現(xiàn)智慧港口必不可少的關(guān)鍵技術(shù)，在港口領(lǐng)域的前沿應(yīng)用有基于神經(jīng)形態(tài)工程學(xué)原理的智慧理貨技術(shù)、基于無監(jiān)督的深度生成模型的圖像處理技術(shù)、基于大數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)的港口業(yè)務(wù)決策預(yù)測技術(shù)及基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)的智能調(diào)度技術(shù)，是港口的核心決策部分。目前AI技術(shù)在港口的應(yīng)用還處于初級階段，主要集中在港口生產(chǎn)作業(yè)一線。隨著AI技術(shù)的不斷發(fā)展，圖像識(shí)別能力和語音交互能力得到大幅提升，將該技術(shù)與5G技術(shù)相融合，有助于進(jìn)一步提高港口業(yè)務(wù)的智能化程度，例如：將AI技術(shù)應(yīng)用到港口的生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度中，實(shí)現(xiàn)碼頭智能泊位調(diào)度、智能場地規(guī)劃和智能設(shè)備調(diào)度等；實(shí)現(xiàn)碼頭生產(chǎn)組織的智能化應(yīng)用，最小化船舶在港時(shí)間、堆場操作和集裝箱運(yùn)輸成本等，從而幫助港口運(yùn)營方建立高效穩(wěn)定的智能化運(yùn)行體系。

2.3 邊緣計(jì)算

邊緣計(jì)算是指在靠近數(shù)據(jù)源或用戶的地方提供計(jì)算、存儲(chǔ)等方面的基礎(chǔ)設(shè)施，并為邊緣應(yīng)用提供云服務(wù)和IT環(huán)境服務(wù)。相比集中部署的云計(jì)算服務(wù)，邊緣計(jì)算能解決時(shí)延過長和匯聚流量過大等問題，為實(shí)時(shí)性和帶寬密集型業(yè)務(wù)提供更好的支持；將5G技術(shù)與邊緣計(jì)算相結(jié)合，能使傳統(tǒng)碼頭打破原有的“單車智能”或“磁釘”方式；將高清地圖和高精度定位與邊緣計(jì)算相融合，能為無人駕駛提供可靠性高、成本低的方案，實(shí)現(xiàn)中心智能與邊緣智能的有效結(jié)合。

2.4 大數(shù)據(jù)

5G技術(shù)能實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物的連接，海量的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)和多樣的用戶數(shù)據(jù)能為智慧港口的頂層規(guī)劃及運(yùn)營管理提供精準(zhǔn)、全面、實(shí)時(shí)、高價(jià)值的數(shù)據(jù)分析和決策支撐，助力智慧港口實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施智能化、規(guī)劃管理信息化、公共服務(wù)普惠化和決策運(yùn)營科學(xué)化。智慧港口離不開大數(shù)據(jù)，沒有數(shù)據(jù)，港口智慧化便無法實(shí)現(xiàn)。大數(shù)據(jù)的應(yīng)用已催生DaaS(數(shù)據(jù)即服務(wù))服務(wù)，其實(shí)時(shí)、快速的特性和預(yù)測能力為智慧港口的發(fā)展帶來了新的契機(jī)，可實(shí)現(xiàn)深度的港口運(yùn)營管理。大數(shù)據(jù)技術(shù)在港口的應(yīng)用有基于多源圖像聚類分析的港口異常行為監(jiān)測技術(shù)、面向港口業(yè)務(wù)決策的壓縮感知數(shù)據(jù)重構(gòu)技術(shù)和基于多維度數(shù)據(jù)融合的港口交通流量預(yù)測技術(shù)等。

2.5 IoT技術(shù)

IoT是將射頻識(shí)別裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來形成的巨大網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用IoT技術(shù)的目的是使所有物品都與網(wǎng)絡(luò)相連接，系統(tǒng)可自動(dòng)、實(shí)時(shí)地對物品進(jìn)行識(shí)別、定位、追蹤和監(jiān)控，并觸發(fā)相應(yīng)的事件。5G技術(shù)的大規(guī)模IoT業(yè)務(wù)特性將成為推動(dòng)IoT發(fā)展的動(dòng)力，一旦技術(shù)條件成熟，IoT將能使相關(guān)垂直產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度得到大幅提升，比如智能制造、智能車聯(lián)網(wǎng)和智能船聯(lián)網(wǎng)等。港口IoT最前沿的應(yīng)用有港口多源異構(gòu)信息的實(shí)時(shí)協(xié)同感知技術(shù)，通過IoT等技術(shù)自動(dòng)感知和采集船舶、貨物及港口物流流轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)等信息，作為智能化管理和智慧決策分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[7]，構(gòu)建面向AGV、集裝箱卡車和船舶的車聯(lián)網(wǎng)、船聯(lián)網(wǎng)和路聯(lián)網(wǎng)，以及面向集裝箱全程監(jiān)管的箱聯(lián)網(wǎng)等。

2.6 高精度定位

定位精度是保證車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)安全的基本要素之一。隨著基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的車聯(lián)網(wǎng)通信(C-V2X)服務(wù)從輔助駕駛發(fā)展到自動(dòng)駕駛，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)或傳感器等單一技術(shù)無法保證車輛在復(fù)雜環(huán)境下的高精度定位性能，一般需融合慣性導(dǎo)航技術(shù)、高清地圖和蜂窩網(wǎng)聯(lián)技術(shù)等提高定位精度和定位的穩(wěn)定性。5G技術(shù)與北斗高精度定位技術(shù)的融合應(yīng)用將為車聯(lián)網(wǎng)提供可靠性更高、通信延遲更少的應(yīng)用服務(wù)，可滿足智慧港口典型業(yè)務(wù)應(yīng)用場景的需求，例如：港口集卡、堆高機(jī)和塔吊的精確定位；復(fù)雜環(huán)境下作業(yè)人員的安全定位；結(jié)合碼頭高精度地圖實(shí)現(xiàn)碼頭作業(yè)設(shè)備的精準(zhǔn)位置可視化展示和動(dòng)態(tài)跟蹤等。

3 5G智慧港口的應(yīng)用場景

作為連接水路運(yùn)輸與公路運(yùn)輸?shù)闹匾锪鳂屑~節(jié)點(diǎn)，港口的自動(dòng)化和智能化轉(zhuǎn)型本質(zhì)上是港口生產(chǎn)作業(yè)、管理和商業(yè)模式在5G等新一代信息技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下的深度變革和重構(gòu)。5G將憑借超大帶寬、超低延遲和海量連接等特性在港機(jī)遠(yuǎn)控、港口智能理貨、港區(qū)自動(dòng)駕駛、港口智能安防和司機(jī)行為管理等場景的信息感知、人機(jī)環(huán)境交互和控制決策執(zhí)行應(yīng)用中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

3.1 港機(jī)遠(yuǎn)控

實(shí)現(xiàn)港口自動(dòng)化裝卸作業(yè)既是智慧港口建設(shè)的重要目標(biāo)之一，又是決定港口未來競爭力和經(jīng)濟(jì)效益的重要因素，包括碼頭裝卸、水平運(yùn)輸、堆場堆存作業(yè)和集疏運(yùn)作業(yè)等多個(gè)環(huán)節(jié)的信息自動(dòng)采集和集成控制。目前我國港口90%以上的龍門吊(輪胎吊、軌道吊)都需人工現(xiàn)場高空作業(yè)，工作環(huán)境惡劣，人工成本較高，裝卸效率有限，因此港口作業(yè)對港機(jī)遠(yuǎn)程控制有強(qiáng)烈的需求。但是，港機(jī)遠(yuǎn)程控制操作對通信網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延和帶寬等性能有較高的要求，傳統(tǒng)的光纖和4G技術(shù)基本上無法滿足該要求。在此情況下，借助超低時(shí)延、超大帶寬的5G網(wǎng)絡(luò)和高清攝像機(jī)等輔助設(shè)備，將港機(jī)的視頻等信息發(fā)送給碼頭遠(yuǎn)程操控中心，由操控中心通過網(wǎng)絡(luò)將控制命令發(fā)送給港機(jī)，實(shí)現(xiàn)對港機(jī)的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制和高清視頻監(jiān)控，能極大地改善港機(jī)設(shè)備操控員的作業(yè)環(huán)境，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，提高作業(yè)效率。圖2為港機(jī)遠(yuǎn)控作業(yè)實(shí)景。

3.2 港口智能理貨

港口智能理貨是指智能化完成集裝箱箱號(hào)核準(zhǔn)、箱數(shù)統(tǒng)計(jì)、殘損判斷、驗(yàn)封和施封等工作。傳統(tǒng)的理貨方式需人工在室外手動(dòng)采集信息，并通過對講機(jī)等方式傳送理貨結(jié)果，不僅工作環(huán)境惡劣、勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且存在成本高、效率低和安全無保障等問題。智能理貨借助5G通信網(wǎng)絡(luò)，利用高清攝像機(jī)實(shí)時(shí)回傳港區(qū)場橋、岸橋和閘口等理貨節(jié)點(diǎn)的高清視頻流信息，同時(shí)利用AI視覺分析識(shí)別、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)進(jìn)行集裝箱箱號(hào)自動(dòng)識(shí)別、箱體殘損鑒別、箱位判斷和裝卸作業(yè)全方位監(jiān)控，并通過后端業(yè)務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)核銷、智能驗(yàn)殘、查詢追溯和統(tǒng)計(jì)分析等功能，達(dá)到更安全、高效、精確、經(jīng)濟(jì)地智能理貨的目的。圖3為港口集裝箱智能理貨實(shí)景。

圖2 港機(jī)遠(yuǎn)控作業(yè)實(shí)景

圖3 港口集裝箱智能理貨實(shí)景

3.3 港區(qū)自動(dòng)駕駛

港口是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)區(qū)域，一般全天24 h作業(yè)，集卡駕駛員的工作強(qiáng)度較大，疲勞駕駛現(xiàn)象突出，存在安全隱患；同時(shí)，集卡駕駛員的培養(yǎng)周期較長，人才較為短缺。若通過傳統(tǒng)鋪設(shè)磁釘?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)無人AGV集裝箱運(yùn)輸，需在前期鋪設(shè)磁釘和磁帶等導(dǎo)航設(shè)備，成本高，耗時(shí)長。港口相對封閉，運(yùn)行車輛相對規(guī)則，是自動(dòng)駕駛重要的應(yīng)用場景，對信號(hào)傳輸、協(xié)同互通和定位精度等的要求較高，需融合應(yīng)用高精度定位、車路協(xié)同和5G等技術(shù)。5G-V2X通信技術(shù)與高精度定位、AI、仿真、自動(dòng)駕駛和感知技術(shù)等技術(shù)相融合，能有效建立車-車/車-路低時(shí)延、高可靠的數(shù)據(jù)交互通路，精準(zhǔn)規(guī)劃和監(jiān)測車輛行駛路徑，減小單車智能實(shí)現(xiàn)的難度，降低港區(qū)自動(dòng)駕駛單車智能化改造的成本，實(shí)現(xiàn)港區(qū)集卡自動(dòng)駕駛和AGV小車自動(dòng)駕駛等應(yīng)用。圖4為港區(qū)AGV自動(dòng)駕駛實(shí)景。

3.4 港口智能安防

智慧港口需實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)運(yùn)營全過程的安全監(jiān)控，包括對裝卸設(shè)備、港口人員、車輛、船舶和貨物等目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和監(jiān)測，滿足海事、海關(guān)、檢疫、武警、環(huán)保、應(yīng)急、港口調(diào)度和港口安防等方面的信息獲取與共享需求。5G具有超大帶寬特性，能實(shí)現(xiàn)港區(qū)多路高清監(jiān)控視頻回傳，結(jié)合高精度定位能力，監(jiān)督作業(yè)人員作業(yè)的規(guī)范性；在車輛經(jīng)過的關(guān)鍵點(diǎn)位架設(shè)卡口設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)對港區(qū)車輛的遠(yuǎn)程監(jiān)督調(diào)度、超速報(bào)警、逆行分析和定位追蹤等；5G與無人機(jī)和高清攝像機(jī)相結(jié)合，能對港口關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施、電力線路和環(huán)境等進(jìn)行超視距實(shí)時(shí)密集巡檢和安防；5G與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality，AR)技術(shù)全景攝像機(jī)相結(jié)合，能實(shí)現(xiàn)對全港區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)管和應(yīng)急處置；5G與8K和虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，VR)技術(shù)相結(jié)合，能構(gòu)建港區(qū)實(shí)景立體作戰(zhàn)指揮平臺(tái)，完成港區(qū)作業(yè)線實(shí)時(shí)指揮和作業(yè)方式調(diào)整等，形成港區(qū)集成一體化智能綜合安防解決方案。圖5為港口無人機(jī)巡檢實(shí)景。

圖4 港區(qū)AGV自動(dòng)駕駛實(shí)景

圖5 港口無人機(jī)巡檢實(shí)景

3.5 司機(jī)行為管理

港口集裝箱卡車司機(jī)和橋吊司機(jī)等工作人員的任務(wù)繁重，加上港區(qū)的工作環(huán)境較為惡劣，司機(jī)疲勞駕駛的情況經(jīng)常出現(xiàn)，這不僅危脅到司機(jī)自身的安全，而且會(huì)給港口帶來經(jīng)濟(jì)損失。因此，需通過信息化手段輔助有關(guān)單位對司機(jī)的行為進(jìn)行監(jiān)督和管理。5G技術(shù)結(jié)合AI視覺識(shí)別技術(shù)和高精度動(dòng)態(tài)厘米級別定位技術(shù)，能對行駛線路、位置信息、關(guān)聯(lián)司機(jī)和排班計(jì)劃等進(jìn)行有效管理，防止港口司機(jī)出現(xiàn)擅自離崗、危險(xiǎn)駕駛和非法作業(yè)等情況，同時(shí)提供生產(chǎn)作業(yè)增強(qiáng)輔助，在保障安全的情況下大幅提升港口的產(chǎn)能，從而達(dá)到提高港口經(jīng)濟(jì)效益的目的。

4 建設(shè)5G智慧港口的對策建議

1) 制定專項(xiàng)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和配套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。貫徹落實(shí)《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》《數(shù)字交通發(fā)展規(guī)劃綱要》和《智能航運(yùn)發(fā)展指導(dǎo)意見》等文件對加快推動(dòng)自動(dòng)化碼頭、智能船舶、港口自動(dòng)化作業(yè)和集疏運(yùn)調(diào)度建設(shè)等方面的要求，制定專項(xiàng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，加速5G智慧港口布局，加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，推動(dòng)5G在港口行業(yè)的創(chuàng)新示范應(yīng)用。同時(shí)，加快制定與5G智慧港口配套的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理標(biāo)準(zhǔn)、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等，實(shí)現(xiàn)5G智慧港口產(chǎn)業(yè)快速、健康發(fā)展。

2) 開展跨平臺(tái)、跨技術(shù)領(lǐng)域的協(xié)同研究。密切關(guān)注全球集裝箱港口產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求和科技動(dòng)態(tài)，結(jié)合全球5G智慧港口建設(shè)的實(shí)踐案例，針對5G智慧港口建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)和突出問題，組織開展5G智慧港口前瞻性研究，包括5G、移動(dòng)邊緣計(jì)算(Mobile Edge Computing, MEC)、AGV自動(dòng)駕駛(車路協(xié)同)和高精度定位等跨平臺(tái)、跨技術(shù)領(lǐng)域的協(xié)同研究，持續(xù)提升集裝箱港口碼頭裝卸、物流運(yùn)輸和安全監(jiān)管等方面的自動(dòng)化、智能化水平，做好充分的準(zhǔn)備(包括技術(shù)成果、組織理念和商業(yè)模式等)，不斷探索5G技術(shù)的應(yīng)用，推動(dòng)5G智慧港口可持續(xù)發(fā)展。

3) 推動(dòng)技術(shù)和成果在全球港口的應(yīng)用。深入開展示范試點(diǎn)應(yīng)用，在已成功試點(diǎn)的5G港機(jī)遠(yuǎn)程控制、智能理貨和司機(jī)行為管理等創(chuàng)新應(yīng)用的基礎(chǔ)上，加速推進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，以試帶用，形成技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用的良性循環(huán)。同時(shí)，港航企業(yè)與移動(dòng)通信運(yùn)營商等各方聯(lián)合開展技術(shù)攻關(guān)，加強(qiáng)技術(shù)成果分享，促進(jìn)5G的應(yīng)用交流與深度合作，以及5G智慧港口相關(guān)技術(shù)在國內(nèi)外集裝箱港口的可復(fù)制性應(yīng)用，提升港口的數(shù)字化和智能化水平。

4) 構(gòu)建聯(lián)創(chuàng)產(chǎn)業(yè)基金和生態(tài)孵化體系。港航企業(yè)應(yīng)聯(lián)合通信、信息和數(shù)字技術(shù)等行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，積極引入戰(zhàn)略合作伙伴，進(jìn)一步擴(kuò)大合作范圍，創(chuàng)新商業(yè)合作模式，合力突破核心技術(shù)的發(fā)展障礙。聯(lián)合社會(huì)多方創(chuàng)新力量，通過股權(quán)投資等方式深化產(chǎn)融結(jié)合，打造5G智慧港口生態(tài)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)孵化器。充分發(fā)揮企業(yè)引導(dǎo)和外部社會(huì)資金投入的作用，全面構(gòu)建5G智慧港口的聯(lián)創(chuàng)產(chǎn)業(yè)基金，重點(diǎn)聚焦核心技術(shù)和重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域，提供產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新資本支持。通過召開5G智慧港口論壇、組織應(yīng)用征集大賽和科研成果轉(zhuǎn)化激勵(lì)等方式營造5G智慧港口應(yīng)用生態(tài)體系。

5 結(jié) 語

隨著5G與其他新一代信息技術(shù)的深化融合，未來港口(尤其是集裝箱港口)的自動(dòng)化發(fā)展將以5G和AI等關(guān)鍵技術(shù)為切入點(diǎn)，逐步實(shí)現(xiàn)以港機(jī)遠(yuǎn)程控制、港口智能理貨、港區(qū)自動(dòng)駕駛和港口智能安防等為代表的新一代智慧港口應(yīng)用，全球智慧港口信息鏈、產(chǎn)業(yè)鏈和價(jià)值鏈將進(jìn)一步被打通，全球集裝箱港口的業(yè)務(wù)模式、生產(chǎn)運(yùn)營模式和商務(wù)模式等將得到顛覆性變革。本文的分析可為全球集裝箱港口自動(dòng)化發(fā)展運(yùn)用5G技術(shù)提供參考，有助于理解5G與集裝箱港口高度融合是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢，能推動(dòng)新一代自動(dòng)化港口的發(fā)展。