趙 毅， 余 娟

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

0 引 言

隨著移動通信技術的不斷發(fā)展,第五代移動通信(5th Generation Mobile Networks,5G)技術將成為促進經(jīng)濟社會數(shù)字化轉型的關鍵基礎技術。5G的普及將推動國家和社會的全面移動化和數(shù)字化，將在未來10～20 a內(nèi)成為全球經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的助推器。我國是航運大國，但在航運基礎設施的信息化和自動化水平、通信和感知水平等方面與航運強國相比還有一定的差距,5G技術的出現(xiàn)將有助于我國從航運大國邁向航運強國，從交通大國邁向交通強國，為全球航運業(yè)的科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)重構提供新機遇和新動能。

1 5G關鍵技術特征

5G既是最新一代蜂窩移動通信技術，又是4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)的延伸。5G作為數(shù)字經(jīng)濟時代的一種通用技術，與4G相比，具有超大帶寬、超低時延、超多連接、超高移動性和超低能耗等特性。

1.1 5G技術變革

2018年6月，面向商用的5G國際標準正式發(fā)布，向全球大規(guī)模應用5G技術邁出了關鍵一步。5G提供了前所未有的用戶體驗和物聯(lián)網(wǎng)連接能力，將成為全面促進經(jīng)濟社會數(shù)字化轉型的關鍵基礎設施。與4G相比，5G能以一種全新的網(wǎng)絡架構[1]，提供超大帶寬(峰值10 Gbit/s)、超低時延(毫秒級)和超多連接(每平方千米百萬個連接)，實現(xiàn)網(wǎng)絡性能新的躍升，開啟萬物互聯(lián)的新時代(見圖1[2])。

圖1 5G與4G關鍵能力對比

1.2 5G產(chǎn)業(yè)鏈價值

5G的普及將促進國家和社會的全面移動化和數(shù)字化，將在未來10～20 a內(nèi)成為全球經(jīng)濟持續(xù)增長的助推器。據(jù)中國信息通信研究院《5G經(jīng)濟社會影響白皮書》[2]測算，預計到2030年，5G將直接為我國經(jīng)濟總產(chǎn)出貢獻6.3萬億元，間接帶動我國經(jīng)濟總產(chǎn)出10.6萬億元(見圖2)；將直接增加就業(yè)機會800萬個，間接增加就業(yè)機會1 150萬個(見圖3)。美國數(shù)據(jù)研究公司IHS Markit預計[3]，到2035年，5G產(chǎn)業(yè)鏈將創(chuàng)造3.5萬億美元的經(jīng)濟產(chǎn)出，創(chuàng)造2 200萬個就業(yè)崗位。

圖2 5G的直接和間接經(jīng)濟產(chǎn)出

2 5G在全球航運業(yè)中的創(chuàng)新應用趨勢

目前5G正處在技術標準形成和產(chǎn)業(yè)化培育的關鍵時期，很多國家都在其數(shù)字化戰(zhàn)略中將5G作為優(yōu)先發(fā)展的領域，強化產(chǎn)業(yè)布局，塑造競爭新優(yōu)勢。2019年6月6日，中國工信部正式向中國電信集團有限公司(簡稱“中國電信”)、中國移動通信集團公司(簡稱“中國移動”)、中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信集團有限公司(簡稱“中國聯(lián)通”)和中國廣播電視網(wǎng)絡有限公司(簡稱“中國廣電”)發(fā)放5G商用牌照；同年10月31日，中國電信、中國移動和中國聯(lián)通公布5G商用套餐，并于11月1日正式上線5G商用套餐，這標志著我國正式進入5G商用時代。截至2019年11月，我國已開通11.3萬個5G基站，5G用戶達到了87萬戶，我國的5G產(chǎn)業(yè)已處于全球領先地位。

圖3 5G的直接和間接就業(yè)貢獻

近期，我國相繼印發(fā)了《智能航運發(fā)展指導意見》《交通強國建設綱要》和《關于建設世界一流港口的指導意見》等指導性政策文件，從國家戰(zhàn)略層面明確要求加快交通和航運業(yè)的信息化、智慧化建設。5G作為新一代移動通信技術，采用全新的網(wǎng)絡架構和大規(guī)模的多路輸入輸出技術(mMIMO)、邊緣計算、切片等多項關鍵技術[4]，具有1 Gbit/s以上大帶寬、高速率、毫秒級時延和超高密度連接等特性，將成為推動智慧航運發(fā)展的強大動力，加快航運物流相關產(chǎn)業(yè)(航運、物流、港口、制造、金融)的創(chuàng)新，促進傳統(tǒng)航運業(yè)高質量發(fā)展。5G的應用，將能更高效地促使全球航運業(yè)形成智慧航運、智慧物流、智慧港口、智能制造和智慧金融等五大領域的科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)重構(見圖4)。

2.1 智慧航運領域

2.1.1 5G+船舶局域網(wǎng)

5G技術的高速率、低延遲特性能使船舶內(nèi)部、船-船、船-岸和船-航標等之間的互聯(lián)互通變得更加高效和通暢。同時,5G技術可支持更多的終端節(jié)點，實現(xiàn)大規(guī)模、大范圍傳感監(jiān)測數(shù)據(jù)的并發(fā)采集，所有的設備、貨物、人員、管線和岸基設施等都能進行高速互連互通，形成5G通信環(huán)境下一個泛在的物聯(lián)網(wǎng)[5]。未來可探索在船端安裝5G空中基站，結合衛(wèi)星通信系統(tǒng)，搭建船舶局域網(wǎng)，快速、簡單、高效地構建全船無線網(wǎng)絡，有效降低傳統(tǒng)的網(wǎng)絡布線成本，極大地縮短部署時間。目前，馬士基集團和愛立信公司已開始嘗試類似的解決方案[6](僅基于傳統(tǒng)的2G技術),為集裝箱船構建船聯(lián)網(wǎng)，解決移動通信問題，提供船載維護服務等。圖5為智慧航運信息綜合服務網(wǎng)絡結構[7]。

圖4 5G在全球航運業(yè)中的創(chuàng)新應用趨勢

圖5 智慧航運信息綜合服務網(wǎng)絡結構

2.1.2 5G+北斗綜合通信

5G與北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)相結合的船聯(lián)網(wǎng)應用技術系統(tǒng)，可實現(xiàn)實時向船舶發(fā)送氣候信息和危險預警信息，必要時能對船舶進行指揮、調(diào)度、動員和救援。該系統(tǒng)不僅能為各類船舶提供精確的位置定位和通信功能，而且能為相鄰海域(水域)的船舶提供實時組網(wǎng)通信、信息傳達和港口信息等增值服務。北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)與5G相互融合，共同構成全球無縫覆蓋的海、陸、空、天一體化全球綜合通信網(wǎng)，滿足航運企業(yè)的多種業(yè)務服務需求，這是未來通信發(fā)展的一個重要方向。

2.1.3 5G+船舶自動駕駛

C-V2X(以蜂窩通信技術為基礎的V2X技術)對于車輛自動駕駛而言至關重要。對于自動駕駛來說，船舶自動駕駛遠比車輛自動駕駛復雜。船舶的航行場景可分為內(nèi)河運輸、近海運輸和遠海運輸3種。

1) 對于內(nèi)河運輸和近海運輸場景(長江、珠江、近海等)，岸側的移動通信基站信號可覆蓋，5G與C-V2X相結合，可很好地支持船與船、船與航道、船與貨物和船與人的互聯(lián)互通，實時掌握人員、船舶、場景、設備和貨物的狀態(tài)，使安全、智能、高效的航行過程得以預見；

2) 對于遠海運輸場景，基于5G和北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)的C-V2X技術，能進一步彌補自動駕駛的缺陷，實現(xiàn)高清視頻信息實時回傳、船舶遠程控制和船舶自動駕駛控制等功能，提高船舶航行與作業(yè)的智能化水平和效率。

2.1.4 5G+航運安全監(jiān)控

1) 在貨物安全監(jiān)控方面，通過定制化5G高清視頻切片，利用在集裝箱上加裝的傳感器和攝像頭，使貨主能通過手機實時遠程監(jiān)控貨物的狀態(tài)。通過5G無人機拍攝并用AR/VR眼鏡作為顯示終端，能提高在途貨物遠程實時監(jiān)控的靈活度。

2) 在航道安全監(jiān)控方面，通過將5G無人機與AR/VR技術相結合來開展航道交通管理,對違規(guī)行為和事故現(xiàn)場的視頻信息進行飛行抓拍、實時傳輸和現(xiàn)場勘查，實現(xiàn)從空中加強航道管控。5G無人機拍攝的巡查現(xiàn)場實景能與指揮中心的視頻畫面實時同步，視頻信號清晰、穩(wěn)定。

2.2 智慧物流領域

2.2.1 5G+車聯(lián)網(wǎng)

基于5G的車聯(lián)網(wǎng)是以車內(nèi)網(wǎng)、車際網(wǎng)和車載移動互聯(lián)網(wǎng)為基礎，融合5G、傳感器、射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)、數(shù)據(jù)挖掘和自動控制等相關技術，按約定的通信協(xié)議和標準，在車與車、車與路、車與行人和車與貨物的信息交互過程中，實現(xiàn)車輛與公眾網(wǎng)絡的動態(tài)移動通信。未來5G將應用到無人駕駛承運車、智能掛車等物流領域中。根據(jù)工信部印發(fā)的《車聯(lián)網(wǎng)(智能網(wǎng)聯(lián)汽車)產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃》，到2020年使車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)跨行業(yè)融合取得突破，使具有高級別自動駕駛功能的智能網(wǎng)聯(lián)汽車實現(xiàn)特定場景下的規(guī)模應用[8]。這意味著自動駕駛和無人駕駛實際應用成為可能。與無人駕駛汽車學習人的辨別信號燈的能力相比，只有接收并識別來自于5G的信號,才能實現(xiàn)快速、準確和安全的反應。

2.2.2 5G+物流追蹤

隨著在線購物逐漸盛行，物流追蹤將變得越來越重要。在運輸監(jiān)測過程中，使用5G+傳感器+大數(shù)據(jù)平臺能完成對車輛和貨物的實時定位跟蹤，監(jiān)測貨物的狀態(tài)及其溫度、濕度情況，以及運輸車輛的速度、胎溫胎壓、油量消耗和剎車次數(shù)等參數(shù)。在貨物運輸過程中，將貨物、人和車輛駕駛情況等信息高效地結合起來，清楚地了解運輸過程中的情況，提高運輸效率,降低運輸成本和減少貨物損耗。此外，運用5G實現(xiàn)車輛的智能化調(diào)度，提前為易碎、易燃、易爆貨物安排好配送路線，可有效縮短運輸時間，提高運輸效率。

2.2.3 5G+倉儲設施

5G突破了傳統(tǒng)通信技術點對點的通信模式，大量物聯(lián)網(wǎng)設備和工業(yè)設備成為新的聯(lián)網(wǎng)終端，各行業(yè)加速融合，垂直行業(yè)的應用更加多樣，產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新生態(tài)正在加速形成。據(jù)英特爾(Intel)預計，到2020年，5G將連接500億臺智能設備[9]。5G可實現(xiàn)智能化倉儲管理，對貨物進行高效、智能分揀，提升效率，同時能針對不同的貨物智能定制倉儲環(huán)境，保證貨物的質量[10]。未來5G、AI等技術將在嵌入航運倉儲物流設施中實現(xiàn)對貨運船舶、高速分揀設備、機器人和智能叉車的遠程集中操作、實時監(jiān)控預警和預防性維護保養(yǎng)等。目前，全國各類物流倉儲區(qū)分布著數(shù)以億計的攝像頭，將在5G的賦能下從簡單的監(jiān)控回溯設施升級為由智能感知設備組成的云監(jiān)控網(wǎng)絡，幫助管理人員實現(xiàn)智能化的物流管理。

圖6 5G智慧航運物流部分業(yè)務網(wǎng)絡架構

圖6為5G智慧航運物流部分業(yè)務網(wǎng)絡架構;表1為智慧航運物流部分業(yè)務場景對5G網(wǎng)絡的性能需求。

2.3 智慧港口領域

2.3.1 5G+港機遠程操控

傳統(tǒng)的岸橋、場橋等港機設備主要依靠經(jīng)驗豐富的操作員在外場高空操作，港口一般每天24 h連續(xù)作業(yè)，集裝箱吊裝作業(yè)條件艱苦，用工成本較高，裝卸效率有限，可靠性難以得到保證。5G+港機遠程操控主要是指借助超低時延、超大帶寬的5G網(wǎng)絡，通過高清攝像頭等輔助設備，將港機(岸橋、輪胎吊、軌道吊等)的視頻等信息發(fā)送給碼頭遠程操控中心,操控中心通過網(wǎng)絡將控制命令發(fā)送給港機，實現(xiàn)對港機的遠程自動化控制和高清視頻監(jiān)控。該工作模式能極大地改善港機設備操控員的作業(yè)環(huán)境，降低對其工作熟練度的要求，提升其安全性，實現(xiàn)1人單線作業(yè)到1人多線同時作業(yè)的效率提升。5G智慧港口網(wǎng)絡架構見圖7[11]。

表1 智慧航運物流部分業(yè)務場景對5G網(wǎng)絡的性能需求

圖7 5G智慧港口網(wǎng)絡架構

2.3.2 5G+智能理貨

港口集裝箱理貨主要是指識別集裝箱箱號、查驗箱體殘損情況等。傳統(tǒng)的港口集裝箱理貨方式主要是通過人工現(xiàn)場拍照采集信息，借助港口Wi-Fi,通過手持對講機等將信息回傳，工作環(huán)境艱苦,作業(yè)勞動強度大，存在人工理貨成本高和效率低等問題。5G+智能理貨主要是指在集裝箱吊裝過程中借助具有超大帶寬和超低時延的5G通信網(wǎng)絡,將港區(qū)理貨節(jié)點的高清視頻流信息實時回傳，同時利用AI、云計算和大數(shù)據(jù)分析等技術對其進行全面識別和全方位監(jiān)控。此外,結合港口業(yè)務平臺對集裝箱理貨數(shù)據(jù)進行核銷、查詢追溯和統(tǒng)計分析等操作，實現(xiàn)更高效、智能、精準的集裝箱智能理貨作業(yè)。

2.3.3 5G+自動駕駛

目前港區(qū)集裝箱水平運輸主要通過人員駕駛集卡和地磁AGV(自動導引運輸車)等方式實現(xiàn)，其中:采用人員駕駛集卡的方式工作強度大，疲勞駕駛現(xiàn)象突出，存在安全隱患，且集卡駕駛員較為短缺;采用地磁AGV的方式需在港區(qū)鋪設地磁設備，改造和維護較為復雜，同時行駛路線相對固定，作業(yè)的靈活性和效率有限。實現(xiàn)港口關鍵設備的自動化是提高港口產(chǎn)能的重要手段[12]。港口相對封閉，運行的車輛相對規(guī)則，是 5G+自動駕駛的重要應用場景。港區(qū)5G+自動駕駛主要是指融合5G-V2X 通信、網(wǎng)絡切片、高精度定位、車路協(xié)同、AI、仿真和感知等技術，建立車-車/車-路低時延、高可靠的數(shù)據(jù)交互通路， 精準規(guī)劃和監(jiān)測車輛的行駛路徑，實現(xiàn)港區(qū)集卡自動駕駛和AGV小車自動駕駛等應用。

表2為智慧港口部分業(yè)務場景對5G網(wǎng)絡的性能需求。

表2 智慧港口部分業(yè)務場景對5G網(wǎng)絡的性能需求

2.4 智能制造領域

智能制造已成為全球制造業(yè)的重要發(fā)展趨勢，當前我國的制造業(yè)正朝著網(wǎng)絡化、智能化方向加速邁進，但現(xiàn)有的網(wǎng)絡技術已無法滿足智能工廠日益提高的大帶寬、廣連接和低時延的需求。5G的應用將給智能制造業(yè)帶來革命性變化，使船廠/箱廠的智慧化管理成為現(xiàn)實。通過5G可實現(xiàn)船廠/箱廠設備點對點通信、設備數(shù)據(jù)云、橫向多工廠協(xié)同和縱向供應鏈互聯(lián)，打造船廠/箱廠設備全生命周期在線管理、運營數(shù)據(jù)監(jiān)控與決策和訂單全程追溯的透明交付，更好地支持工業(yè)自動化場景和大流量造船/修船業(yè)務，開展工業(yè)云和大數(shù)據(jù)平臺建設。5G將帶來更好的人機交互體驗，通過連接更多的設備，使機器人更安全，使船廠/箱廠的布局和重新配置裝配線更簡單，為機器人生產(chǎn)系統(tǒng)提供更大的靈活性和成本優(yōu)勢，降低生產(chǎn)成本和管理成本。

2.5 智慧金融領域

航運業(yè)是資金密集型行業(yè)，船舶融資、航運保險、資金結算和設備租賃等航運金融服務的需求不斷增多。航運業(yè)在傳統(tǒng)交易中普遍存在供應商回款周期長、信用證支付費用昂貴和融資成本高等問題，但受參與方眾多、服務需求多元、流程復雜和技術應用不足等因素影響，航運金融服務的質量、效率和安全性有較大的提升空間。未來借助5G+區(qū)塊鏈等技術，可實現(xiàn)實時計算與對賬、高清海量視頻實時傳輸，準確記錄貨物轉移過程中的數(shù)據(jù)，使租賃物、抵押物和擔保物等重要物資的實時風險管控成為可能。借助5G對海量歷史金融數(shù)據(jù)進行存儲和分析，提前預知風險,通過金融服務需求畫像，實現(xiàn)精準融資。

3 航運企業(yè)應用5G的對策建議

1) 把握國家戰(zhàn)略政策機遇，重點布局多元化的智慧航運業(yè)務。航運企業(yè)應牢牢把握國家推動航運智能化、建設一流港口和航運強國的戰(zhàn)略機遇，以及5G等關鍵技術的發(fā)展機遇，創(chuàng)新商業(yè)模式和服務模式，積極布局多元化、現(xiàn)代化的智慧航運業(yè)務，包括提供全自動化的碼頭堆場裝卸運輸業(yè)務、船舶貨運物流追蹤監(jiān)控業(yè)務、航運公共信息服務業(yè)務和航運設備全生命周期監(jiān)管運維服務業(yè)務等，達到降低企業(yè)運營成本，提高生產(chǎn)運營效率和拓展盈利空間的目的。

2) 加快推動航運業(yè)與5G、AI等關鍵技術的融合創(chuàng)新研發(fā)。航運企業(yè)應把握航運與5G、AI等關鍵技術的融合和創(chuàng)新應用趨勢，投入資源加快啟動基于5G、北斗衛(wèi)星通信和物聯(lián)網(wǎng)等技術的信息基礎設施研發(fā)，在全面感知、泛在互聯(lián)、港車協(xié)同智能化系統(tǒng)構建等相關技術的研發(fā)試驗中盡早搶占技術高地，提高核心競爭力。目前，全球各大航運企業(yè)正在積極開展技術創(chuàng)新應用研究。例如:馬士基研發(fā)無人集裝箱船，并在船上開展AI動力感知和態(tài)勢感知技術等方面的試驗；挪威威爾森集團和康士伯聯(lián)合,建立全球首家無人船航運公司Massterly；瓦錫蘭針對智能/無人船研發(fā)自動靠泊系統(tǒng)等。

3) 開展跨界合作，提高智慧航運產(chǎn)業(yè)鏈融合創(chuàng)新增量的比例。航運企業(yè)應聯(lián)合航運、物流產(chǎn)業(yè)鏈上的各相關方，攜手推進智慧航運、智慧物流、智慧港口、智能制造和智慧金融等領域的科技創(chuàng)新應用。通過多邊合作交流機制，統(tǒng)一航運業(yè)5G技術標準，開展5G試點項目研究與應用等一系列合作，有效發(fā)揮產(chǎn)業(yè)鏈上各相關方的優(yōu)勢，提高科研和成果轉化能力，為5G在航運業(yè)的創(chuàng)新應用提供孵化器，更好地推動產(chǎn)業(yè)融合，聚焦、放大科技創(chuàng)新成效，提高智慧航運產(chǎn)業(yè)鏈融合創(chuàng)新增量的比例。

4 結 語

當前，全球航運業(yè)尚處于智能化發(fā)展初期，在全球貨運壓力增大、船舶大型化和航運產(chǎn)業(yè)過剩壓力凸顯的情況下，5G、北斗衛(wèi)星通信、人工智能和大數(shù)據(jù)等技術的加速發(fā)展和融合應用為航運業(yè)的轉型升級提供了機遇。全球航運企業(yè)要把握戰(zhàn)略與技術機遇，結合自身業(yè)務布局和發(fā)展規(guī)劃，及時做好5G技術路線選擇，重視新技術研發(fā)和平臺化部署，提高核心競爭力，積極打造具有世界影響力的智能航運品牌。本文為全球航運企業(yè)運用5G等關鍵技術提供了理論和技術創(chuàng)新應用依據(jù)，有助于理解5G與全球航運業(yè)高度融合是一項深度挑戰(zhàn)，跨技術領域、跨行業(yè)的融合創(chuàng)新將是一個循序漸進和不斷優(yōu)化的過程，對全球航運業(yè)的發(fā)展有重要的影響。