基于5G技術(shù)的湛江港智慧港口建設(shè)探索

湯浩 萇占星 吳兆銘 魏煜楠

【摘 要】 為增強(qiáng)湛江港口軟實(shí)力、提高港口的綜合營運(yùn)效率，結(jié)合湛江港建設(shè)現(xiàn)狀和湛江港集裝箱吞吐量，分析湛江港智慧港口建設(shè)的必要性，指出湛江港在港口監(jiān)管系統(tǒng)、電子口岸、物流鏈等方面存在的不足?；?G技術(shù)，構(gòu)建由電子商務(wù)系統(tǒng)、控制管理系統(tǒng)、物流中轉(zhuǎn)系統(tǒng)和信息反饋系統(tǒng)組成的湛江港智慧港口信息化平臺(tái)架構(gòu)，提出建立數(shù)據(jù)庫、規(guī)劃建設(shè)口岸平臺(tái)、建立信息感知網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)化方案。

【關(guān)鍵詞】 湛江港;智慧港口;5G技術(shù);信息化平臺(tái)

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)全球化不斷深入和5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)的出現(xiàn)，智慧港口建設(shè)已成為世界港口發(fā)展的大趨勢，國際上新加坡港、鹿特丹港等在智慧港口建設(shè)方面已先行一步;國內(nèi)青島港、天津港、上海港在智慧港口建設(shè)應(yīng)用方面成果顯著，寧波舟山港、廣州港等在智慧港口建設(shè)方面正在發(fā)力。[1] 湛江港作為“一帶一路”海上合作戰(zhàn)略支點(diǎn)和廣東省粵西地區(qū)樞紐港，近幾年在港口建設(shè)方面進(jìn)行了多方位嘗試，如湛江港智慧散貨碼頭建設(shè)、集裝箱碼頭的全自動(dòng)化改造等，均取得了一定成果。但是，由于投資力度不足、單一化建設(shè)等原因，湛江港各單元之間數(shù)據(jù)鏈聯(lián)系不夠緊密，存在信息孤島、數(shù)據(jù)孤島等問題。面對龐大數(shù)據(jù)、多源數(shù)據(jù)，缺少統(tǒng)一的信息化平臺(tái)，導(dǎo)致信息溝通不暢，極大地影響了港口運(yùn)營效率。5G技術(shù)作為新一代通信技術(shù)，具有高速率、低延遲、大容量等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于智慧教學(xué)、智慧醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。5G技術(shù)的出現(xiàn)，極大地改變了傳統(tǒng)行業(yè)的運(yùn)營方式，也催生了許多新的行業(yè)，具有廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景。5G技術(shù)日趨成熟，為智慧港口建設(shè)提供了強(qiáng)力保障。

1 湛江港智慧港口建設(shè)的必要性

1.1 湛江港面臨的現(xiàn)狀

湛江港是我國通往歐洲、非洲、大洋洲和東南亞地區(qū)航程最短的港口，港內(nèi)擁有124個(gè)生產(chǎn)性泊位、1個(gè)40萬噸級泊位、4個(gè)30萬噸級泊位、21個(gè)10萬噸級以上泊位。湛江港是我國西南港口群的中心港口，近年來周邊港口的強(qiáng)勢崛起和國內(nèi)大港的快速發(fā)展對湛江港的發(fā)展構(gòu)成了巨大的競爭壓力。廣西北部灣港通過升級港口設(shè)施，引進(jìn)各類百億級產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目，現(xiàn)已被列為國際樞紐海港。茂名港在“十三五”期間圍繞石化儲(chǔ)運(yùn)項(xiàng)目加大建設(shè)，累計(jì)融資超96億元，不斷向能源大港邁進(jìn)。上海洋山港區(qū)的億通網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)，綜合運(yùn)用了先進(jìn)的港口生產(chǎn)操作系統(tǒng)，具有涵蓋物流、通關(guān)監(jiān)管、費(fèi)用結(jié)算等多種功能，實(shí)現(xiàn)監(jiān)管控制一體化。在此情勢下，湛江港要進(jìn)行高效化、智能化、綠色化改造，保持自身競爭力。

1.2 湛江港目前存在的不足

對照國內(nèi)智慧港口建設(shè)相對完善的港口信息化平臺(tái)，湛江港在智能化建設(shè)中主要面臨以下3個(gè)問題：

（1）港口控制監(jiān)管系統(tǒng)信息未共享互通。在港口控制管理方面，湛江港各碼頭部門業(yè)務(wù)辦理過程繁瑣、周期長。目前，湛江港各業(yè)務(wù)部門已有信息化系統(tǒng)，但各個(gè)系統(tǒng)之間的信息數(shù)據(jù)缺少統(tǒng)一的信息聯(lián)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的有效傳輸和共享互通，難以形成一個(gè)完整串聯(lián)企業(yè)公司、政府、管理部門、海事海關(guān)的物流信息系統(tǒng)控制和管理湛江港的貨物流通，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)單位部門之間業(yè)務(wù)的高效運(yùn)作。各個(gè)港口物流部門信息孤島問題是制約湛江港高效營運(yùn)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素。

（2）電子口岸建設(shè)發(fā)展緩慢。湛江與深圳、廣州等地同時(shí)確立了建立電子口岸的目標(biāo)，但由于地區(qū)發(fā)展差異、投資力度等原因，與發(fā)達(dá)地區(qū)港口的電子口岸系統(tǒng)相比，湛江港相關(guān)設(shè)備尚不夠完善，導(dǎo)致到港船舶辦理航運(yùn)相關(guān)手續(xù)的效率較低。湛江港產(chǎn)業(yè)鏈的地理位置呈狹長分布、范圍大。港內(nèi)船舶種類多、所涉業(yè)務(wù)廣、信息源多樣、數(shù)據(jù)龐雜，使得船舶通關(guān)效率低。在入港船舶越來越多的趨勢下，湛江港還需進(jìn)一步提高業(yè)務(wù)效率。

（3）物流鏈智能化程度低。湛江港的物流鏈維持一種半人工、半智能的狀態(tài)，由此導(dǎo)致運(yùn)營成本相較于在傳統(tǒng)物流運(yùn)作下并沒有得到顯著減少。這種影響在湛江港集裝箱多式聯(lián)運(yùn)上體現(xiàn)明顯，如在集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)過程中仍然需要使用ID卡進(jìn)行信息識別、讀取，需要通過計(jì)算機(jī)人工操作完成貨物信息的傳輸。在集裝箱信息透明度方面，也需要人工進(jìn)行多方面信息的采集、計(jì)算和分析，缺少運(yùn)用現(xiàn)有信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈流程各個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息流、資金流的統(tǒng)一，由此造成了供應(yīng)鏈多重資源的重合，增加了物流成本。

1.3 湛江港發(fā)展的必然要求

近年來湛江港集裝箱裝卸業(yè)務(wù)發(fā)展迅猛，2008―2019年湛江港集裝箱吞吐量見圖1。

從圖1可知，2008年全球金融危機(jī)使得湛江港集裝箱吞吐總量有所波動(dòng)，但自航運(yùn)市場恢復(fù)后年增長率始終保持正增長，2018年湛江港集裝箱吞吐量突破100萬TEU的重要關(guān)口。[2]

對圖1數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，預(yù)測2020―2030年湛江港集裝箱吞吐量和增長率，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，湛江港未來集裝箱吞吐量將逐年增多，在2030年有望突破200萬TEU。港口現(xiàn)有運(yùn)營模式勢必會(huì)影響港口整體競爭力，不利于湛江港做大做強(qiáng);因此，湛江港應(yīng)全面推進(jìn)智慧港口建設(shè)，無論是促進(jìn)華南地區(qū)物流行業(yè)的發(fā)展，還是滿足湛江港貨物的進(jìn)出口貿(mào)易都將大有可為。

2 湛江港智慧港口建設(shè)探索

湛江港在信息化建設(shè)中存在信息孤島、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)過度膨脹等問題，制約著湛江港信息化效益的提升。為提高湛江港在國際國內(nèi)的競爭力，推進(jìn)港口技術(shù)創(chuàng)新和升級，智慧港口建設(shè)是湛江港未來發(fā)展的必然選擇。

2.1 智慧港口的概念

智慧港口是以現(xiàn)代化的港口設(shè)施為基礎(chǔ)，以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建信息化平臺(tái)為智慧港口的控制運(yùn)營核心，能夠?qū)崿F(xiàn)對港口涉及的相關(guān)信息進(jìn)行深度挖掘，以及航運(yùn)過程中涉及的相關(guān)部門之間各個(gè)要素的信息互通和協(xié)同聯(lián)動(dòng)的智能化港口。

智慧港口架構(gòu)可分為前端傳感層、信息通信層、數(shù)據(jù)中心層、應(yīng)用服務(wù)層等4個(gè)層面。每一個(gè)層面相互連接、缺一不可。智慧港口架構(gòu)見圖3。

（1）前端傳感層。通過基礎(chǔ)的傳感設(shè)備構(gòu)建起物流運(yùn)輸?shù)膫鞲邢到y(tǒng)，對物流運(yùn)輸過程中的運(yùn)輸工具和貨物的位置信息、狀態(tài)信息進(jìn)行全方位采集，采集得到的信息將全部服務(wù)于智慧港口信息化平臺(tái)。

（2）信息通信層。以局域網(wǎng)和無線網(wǎng)為基礎(chǔ)，構(gòu)建信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，將傳感層采集到的信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)较鄳?yīng)的信息處理系統(tǒng)。

（3）數(shù)據(jù)中心層。在信息處理技術(shù)的支持下對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，為決策層面提供方便、快捷的數(shù)據(jù)服務(wù)。

（4）應(yīng)用服務(wù)層。以處理過的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在相關(guān)部門中實(shí)現(xiàn)智能應(yīng)用的開發(fā)和使用，促進(jìn)港口的運(yùn)行效率。[3]

2.2 5G技術(shù)在智慧港口建設(shè)的應(yīng)用

5G技術(shù)是最新一代的信息技術(shù)，根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）定義5G的三大應(yīng)用場景，其在智慧港口建設(shè)中的應(yīng)用優(yōu)勢如下：

（1）5G技術(shù)的最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)20 GB/s，在用戶密度較大時(shí)能夠達(dá)到100 MB/s的能量效益，每無線帶寬和每單元數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)吞吐量是4G網(wǎng)絡(luò)區(qū)域流量容納值的3～4倍，區(qū)域內(nèi)總流量密度達(dá)10 MB/（m2穝）。因此，在智慧港口的建設(shè)中，5G技術(shù)可以應(yīng)用在各個(gè)數(shù)據(jù)處理層傳輸方面，以解決信息數(shù)據(jù)傳輸量大的問題。

（2）5G網(wǎng)絡(luò)的連接密度可達(dá)每單位地區(qū)連接設(shè)備數(shù)量每平方公里100萬臺(tái)。智慧港口各個(gè)部門之間需要建立密集信息傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)部門之間的數(shù)據(jù)信息互聯(lián)互通，且每個(gè)單元之間又保持相對獨(dú)立。5G技術(shù)完全能匹配這種功能，成為智慧港口建設(shè)的最佳選擇。

（3）5G網(wǎng)絡(luò)切換和保證通信質(zhì)量極速達(dá)到500 km/h，可使數(shù)據(jù)包移動(dòng)傳輸時(shí)延低于1 ms。在建立信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，提高港口作業(yè)效率是智慧港口建設(shè)的主要目的之一。5G技術(shù)在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)迅速傳輸?shù)耐瑫r(shí)，降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延，進(jìn)而提高工作效率。

2.3 湛江港智慧港口信息化平臺(tái)的構(gòu)建

信息化平臺(tái)是智慧港口的核心，智慧港口的建設(shè)需要港口本身具有一定的智能設(shè)施作為基礎(chǔ)，進(jìn)而在信息化平臺(tái)的控制下實(shí)現(xiàn)更高程度的智能化。湛江港在探索智能化發(fā)展過程中，保留有智能化設(shè)施設(shè)備和信息化架構(gòu)，如H2000通關(guān)系統(tǒng)，但與完整統(tǒng)一的信息化平臺(tái)相比，湛江港目前還沒有對港口物流相關(guān)部門進(jìn)行連接、對相關(guān)信息進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)。

基于對湛江港運(yùn)輸業(yè)務(wù)、發(fā)展現(xiàn)狀的分析研究，構(gòu)建符合湛江港實(shí)際需求的智慧港口信息化平臺(tái)架構(gòu)，該架構(gòu)由4個(gè)子系統(tǒng)組成，見圖4。

（1）電子商務(wù)系統(tǒng)。湛江港內(nèi)商務(wù)交易繁雜，利用5G技術(shù)搭建電子商務(wù)交易平臺(tái)，通過網(wǎng)絡(luò)上傳船舶和貨物的基本信息、買賣交易信息等，實(shí)現(xiàn)船方、企業(yè)和監(jiān)管部門三方的商務(wù)信息對接，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分類管理。涉及支付的環(huán)節(jié)采用網(wǎng)上銀行，為保證支付安全，銀行需要為客戶提供貨款、業(yè)務(wù)費(fèi)用結(jié)賬、保險(xiǎn)等金融保障。

（2）控制管理系統(tǒng)。在報(bào)關(guān)業(yè)務(wù)方面，以航運(yùn)公司為單位將船舶、貨物、檢疫等信息匯總錄入，利用信息平臺(tái)轉(zhuǎn)換為通關(guān)申報(bào)信息，再統(tǒng)一由平臺(tái)分配到每個(gè)管理單元，實(shí)現(xiàn)信息共享、互通，高效通關(guān)。針對湛江港配套設(shè)施分布，利用數(shù)字孿生平臺(tái)統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫信息建立3D模型，將港口內(nèi)設(shè)備、泊位、交通航道監(jiān)控等數(shù)據(jù)接入平臺(tái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)部門對港口資源的高精度分配管理。

（3）物流中轉(zhuǎn)系統(tǒng)。湛江港作為沿海大港涉及的物流中轉(zhuǎn)包括海陸、?？盏榷喾N聯(lián)運(yùn)方式。物流中轉(zhuǎn)系統(tǒng)依托傳感層數(shù)據(jù)的收集和處理，將物流中轉(zhuǎn)有關(guān)數(shù)據(jù)從傳感層匯集到物流中轉(zhuǎn)系統(tǒng)，中轉(zhuǎn)系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、處理、匯總后傳輸?shù)礁鱾€(gè)物流節(jié)點(diǎn)，作為重要決策調(diào)度的依據(jù)。

（4）信息反饋系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要為企業(yè)提供貨物跟蹤信息和貨物狀態(tài)信息。企業(yè)根據(jù)貨物的訂艙號、提單號等查詢條件，在電子商務(wù)系統(tǒng)、控制管理系統(tǒng)和物流中轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)間的信息傳輸反饋，實(shí)現(xiàn)對貨物動(dòng)態(tài)信息的實(shí)時(shí)掌握，進(jìn)一步跟進(jìn)物流動(dòng)態(tài)，增強(qiáng)企業(yè)對貨物流通的知情權(quán)。

2.4 湛江港智慧港口信息化平臺(tái)的優(yōu)化

在構(gòu)建湛江港智慧港口信息化平臺(tái)的基礎(chǔ)上，為增強(qiáng)該平臺(tái)的實(shí)用性，使湛江港早日建成功能完備的智慧港口，對湛江港智慧港口信息化平臺(tái)提出優(yōu)化方案。

（1）建立信息數(shù)據(jù)庫。建立數(shù)據(jù)庫是湛江港信息化平臺(tái)規(guī)劃的核心。信息網(wǎng)絡(luò)層面相對獨(dú)立是湛江港在信息化升級改造中存在的主要問題，而數(shù)據(jù)庫技術(shù)可以很好地解決這一問題。通過建立一個(gè)相對完善的核心數(shù)據(jù)庫中心，將有關(guān)船舶、貨物、商家、貨主的相關(guān)信息（如貨物、多式聯(lián)運(yùn)中交通運(yùn)輸工具的位置信息和狀態(tài)信息，港口堆場的使用情況信息，商家在貿(mào)易過程發(fā)布的公告信息等）集成在數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，通過數(shù)據(jù)庫對貨物信息進(jìn)行分類和處理后，利用5G技術(shù)在各個(gè)部門與數(shù)據(jù)庫之間進(jìn)行信息傳輸、共享，在關(guān)鍵傳輸節(jié)點(diǎn)處添加數(shù)據(jù)接口模塊，提供網(wǎng)絡(luò)頁面給各個(gè)部門查詢、上傳、下載物流過程中涉及的有效信息，使相關(guān)部門、政府、企業(yè)能夠高效辦理船舶、貨物等多項(xiàng)綜合業(yè)務(wù)。

（2）規(guī)劃建設(shè)口岸平臺(tái)。湛江港船舶種類多，所涉業(yè)務(wù)廣、信息源多樣、數(shù)據(jù)龐雜，容易導(dǎo)致口岸內(nèi)部運(yùn)行復(fù)雜，因而有必要對口岸業(yè)務(wù)進(jìn)行分類，梳理出需要重點(diǎn)投入建設(shè)的業(yè)務(wù)申報(bào)、報(bào)關(guān)通關(guān)、航道監(jiān)控、基礎(chǔ)服務(wù)四大平臺(tái)。重點(diǎn)對四大平臺(tái)進(jìn)行智能化規(guī)劃建設(shè)，應(yīng)用5G技術(shù)加大投資力度，使船舶在業(yè)務(wù)申報(bào)和報(bào)關(guān)通關(guān)時(shí)更方便、快捷進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、業(yè)務(wù)通信和數(shù)據(jù)整合;使港口更加清晰精準(zhǔn)地對航道進(jìn)行監(jiān)控，更全面地覆蓋對多種類貨物的基礎(chǔ)服務(wù)。如此，湛江港的電子口岸發(fā)展更有條理，智能化平臺(tái)也將相對趨于完善，可以高效地解決湛江港各類船舶到港的流程問題，在提高港口運(yùn)營效率的基礎(chǔ)上提高港口整體競爭力。

（3）建立信息感知網(wǎng)絡(luò)?？山⒁粋€(gè)用于物流信息識別的感應(yīng)層，切實(shí)解決湛江港港口在物流鏈貨物運(yùn)輸過程中的智能化監(jiān)管問題。信息感知網(wǎng)絡(luò)主要利用無線傳感、電子數(shù)據(jù)交換（EDI）、射頻識別（RFID）等信息感知技術(shù)對物品進(jìn)行信息采集，通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)物流部門掌握貨物的具體信息。無線傳感技術(shù)應(yīng)用于物流業(yè)務(wù)的中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，可以實(shí)時(shí)獲取貨物基礎(chǔ)信息，在給予中轉(zhuǎn)監(jiān)管部門及時(shí)反饋的同時(shí)，可以減少物流環(huán)節(jié)對人工的依賴;EDI技術(shù)使物流全過程通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來完成，不需要人工干預(yù)，不僅有效減少勞動(dòng)力的重復(fù)使用、降低運(yùn)輸成本，而且使企業(yè)能夠準(zhǔn)確預(yù)測貨物的需求量，減少人工對貨物的信息統(tǒng)計(jì)和采集，避免人為失誤，切實(shí)解決物流鏈中資源、人力重疊的問題。

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