【摘要】? ? 港口是水路交通樞紐，是“一帶一路”的重要節(jié)點(diǎn)，從航運(yùn)大國(guó)到航運(yùn)強(qiáng)國(guó)，中國(guó)港口業(yè)普遍面臨著轉(zhuǎn)型升級(jí)的迫切需求，港口智能化發(fā)展是決定港口未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。5G技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景十分廣闊，可以賦能千行百業(yè)，本文主要探討5G在港口智慧化中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】? ? 5G? ? 智慧? ? 智能? ? 港口

引言：

天津港地處渤海灣西端，是環(huán)渤海中與華北、西北等內(nèi)陸地區(qū)距離最短的港口。作為交通運(yùn)輸?shù)闹匾獦屑~，港口在促進(jìn)國(guó)際貿(mào)易和地區(qū)貿(mào)易中起著至關(guān)重要的作用，全球貿(mào)易中大約有90%的貿(mào)易由海運(yùn)業(yè)承載。由于當(dāng)前整個(gè)港口行業(yè)正面臨勞動(dòng)力成本持續(xù)攀升、勞動(dòng)強(qiáng)度大以及人力短缺等諸多挑戰(zhàn)，降本增效、進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造成為了全球港口的共同訴求。港口的智能化建設(shè)是增效降費(fèi)進(jìn)的核心抓手。

天津港作為在全球?qū)崿F(xiàn)六大洲業(yè)務(wù)全覆蓋的港口綜合服務(wù)商，一直致力于港口的科技創(chuàng)新，多年來(lái)已自主研發(fā)具有世界一流水平的碼頭操作管理、統(tǒng)一客戶服務(wù)平臺(tái)、設(shè)備遠(yuǎn)程控制和智能理貨等系統(tǒng)。5G作為數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要使能技術(shù)，將在打造智慧港口過(guò)程中扮演關(guān)鍵角色。

一、5G技術(shù)優(yōu)勢(shì)

5G技術(shù)主要利用面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)來(lái)支持靈活的部署和差異化的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，采用全業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)，模塊化網(wǎng)絡(luò)功能，支持按需調(diào)用，實(shí)現(xiàn)功能重構(gòu)和服務(wù)描述，易于實(shí)現(xiàn)開放共享，有利于引入IT開發(fā)實(shí)力，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)潛力。5G支持靈活部署，基于NFV/SDN，實(shí)現(xiàn)硬件和軟件解耦，實(shí)現(xiàn)控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離;運(yùn)用高頻段進(jìn)行傳輸，頻譜資源較為廣泛，可以緩解頻譜資源缺乏的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的高速傳輸;采用扁平架構(gòu)，運(yùn)用新型架構(gòu)的控制協(xié)調(diào)能力，對(duì)多項(xiàng)接入進(jìn)行協(xié)同監(jiān)控;借助虛擬化技術(shù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的整體形態(tài)與連接方式進(jìn)行構(gòu)思重組;通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片滿足5G差異化需求，使運(yùn)營(yíng)商可以部署功能、特性服務(wù)各不相同的多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)，分別為各自的目標(biāo)用戶服務(wù)，選擇增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、低時(shí)延高可靠、大連接物聯(lián)網(wǎng)。[1]

5G國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)滿足靈活多樣的物聯(lián)網(wǎng)需要。在OFDMA和MIMO基礎(chǔ)技術(shù)上，5G為支持三大應(yīng)用場(chǎng)景，采用了靈活的全新系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在頻段方面，考慮到中低頻資源有限，5G同時(shí)支持中低頻和高頻頻段，其中中低頻滿足覆蓋和容量需求，高頻滿足在熱點(diǎn)區(qū)域提升容量的需求，5G針對(duì)中低頻和高頻設(shè)計(jì)了統(tǒng)一的技術(shù)方案，并支持百M(fèi)Hz的基礎(chǔ)帶寬。為了支持高速率傳輸和更好的覆蓋率，5G采用了新的信道編碼方案，如ldpc碼、極坐標(biāo)編碼和功能更強(qiáng)大的大規(guī)模天線技術(shù)，并采用短幀、快速反饋、多層/多站數(shù)據(jù)重傳等技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)低延時(shí)、高可靠性的目的。[2]上述技術(shù)特點(diǎn)使5G在港口智能化中有廣泛的應(yīng)用前景。

二、5G在智慧港口中的應(yīng)用場(chǎng)景探討

2.1無(wú)人駕駛

根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，結(jié)合移動(dòng)邊緣計(jì)算和智能傳感器技術(shù)，我們可以實(shí)現(xiàn)智能港口無(wú)人駕駛汽車遙控指令的高速傳輸，以及異常情況下人工遙控?zé)o人駕駛汽車的要求。

2.2機(jī)械設(shè)備遠(yuǎn)程控制

依托5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特性，通過(guò)“端到端”的5G網(wǎng)絡(luò)部署，提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃院挽`活性。此外，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)可以通過(guò)集成特定的通信模塊，構(gòu)成自組織網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)，成為管理交通功能電氣化、管理接入控制、煙霧探測(cè)器、攝像機(jī)等安全設(shè)備的重要環(huán)節(jié)工作人員可以通過(guò)操作網(wǎng)關(guān)來(lái)控制所有連接到網(wǎng)關(guān)的智能設(shè)備。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)還需要具有WAN網(wǎng)遠(yuǎn)程設(shè)備管理功能，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，工作人員可以管理底層各感知節(jié)點(diǎn)，了解各節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)WAN網(wǎng)遠(yuǎn)程控制。

2.3智慧安防和應(yīng)急指揮

5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以將前端設(shè)備如無(wú)人航空載具、布控球等捕獲的信息傳回智能港口應(yīng)急指揮調(diào)度中心，實(shí)現(xiàn)碼頭現(xiàn)場(chǎng)與大屏幕視頻的同步，大大提高港口指揮控制人員的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急觀測(cè)判斷能力，提高決策和執(zhí)行效率。目前，5G已助力青島港、舟山港等實(shí)現(xiàn)了智慧港口的建設(shè)，在智能化方向邁出了堅(jiān)實(shí)的步伐。

2.4智能理貨

港口理貨的智能化目標(biāo)是提升裝備自動(dòng)化水平，推進(jìn)全自動(dòng)集裝箱碼頭系統(tǒng)建設(shè)。5G高清視頻實(shí)時(shí)回傳，在高空作業(yè)的港口裝卸環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，減少人為誤差和人員受傷。在運(yùn)輸環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)港口無(wú)人運(yùn)輸系統(tǒng)，降低成本。[3]目前，遙控碼頭橋梁、自動(dòng)化場(chǎng)橋、自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車、無(wú)人駕駛汽車、自動(dòng)門等已成為全自動(dòng)碼頭的標(biāo)準(zhǔn)必要設(shè)備。傳動(dòng)系統(tǒng)是智能理貨系統(tǒng)部署的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。大多數(shù)傳統(tǒng)的碼頭橋梁沒(méi)有光纖，只能通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將前端識(shí)別系統(tǒng)的信號(hào)傳輸?shù)胶蠖?。[4]

2.5智能導(dǎo)覽

5G+VR智能展廳機(jī)器人可充分展示港口實(shí)景，模擬人與人之間的交互方式，為觀眾提供語(yǔ)音、動(dòng)作、視頻、圖片等多模態(tài)導(dǎo)覽講解服務(wù)，并可設(shè)置多條路線;可視化進(jìn)度顯示;IoT聯(lián)動(dòng)控制以及外設(shè)暫停和跳過(guò)按鈕。

2.6? 5G+VR遠(yuǎn)程參觀

5G+VR智能展廳機(jī)器人可提供沉浸式的VR遠(yuǎn)程參觀，讓觀眾通過(guò)機(jī)器人直觀的，身臨其境的參觀展廳。其特點(diǎn)有：4K機(jī)內(nèi)實(shí)時(shí)拼接直播，無(wú)需拼接服務(wù)器;機(jī)器人自動(dòng)規(guī)劃路徑，手機(jī)端遠(yuǎn)程控制參觀路線;7*24小時(shí)直播，長(zhǎng)期直播更穩(wěn)定;5G網(wǎng)絡(luò)傳輸，畫質(zhì)高清低延時(shí);操作簡(jiǎn)單，使用方便;遠(yuǎn)程VR參觀，沉浸式體驗(yàn)。

三、天津港5G智慧化的構(gòu)想應(yīng)用構(gòu)想

3.1自動(dòng)化碼頭人工智能中5G的應(yīng)用

5G可以幫助港口實(shí)現(xiàn)智能化升級(jí)，具有高速率、低時(shí)延和大連接等突出優(yōu)勢(shì)，5G+人工智能將使各行各業(yè)釋放巨大生產(chǎn)力，助推產(chǎn)業(yè)升級(jí)與變革。5G智慧港口基于港口發(fā)展戰(zhàn)略要求，隨著AI、 EDGE等新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)的集成，我們致力于為5G和端口的深度集成提供服務(wù)支持，致力于端口的數(shù)字化改造。港口的數(shù)字化、智能化改造實(shí)質(zhì)上是在新一代信息技術(shù)的推動(dòng)下，促進(jìn)港口生產(chǎn)、管理和業(yè)務(wù)模式的深刻變革和重構(gòu)，未來(lái)港口應(yīng)該是一個(gè)方便、安全、智能、開放、共享的智能港口生態(tài)系統(tǒng)。

3.2 探索5G智慧港口創(chuàng)新應(yīng)用

數(shù)字化技術(shù)被廣泛用于碼頭的操作組織與實(shí)施、設(shè)備調(diào)度與監(jiān)控、人員組織與安全監(jiān)控和客戶服務(wù)與環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)等方面?！傲⒆汩L(zhǎng)遠(yuǎn)、把握當(dāng)下、科技引領(lǐng)、擁抱變化”的戰(zhàn)略原則指引下，致力于加強(qiáng)智慧港口建設(shè)，應(yīng)用碼頭吊機(jī)遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)駕駛、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和大數(shù)據(jù)等技術(shù)，把天津港碼頭打造成為高度智能化的碼頭，同時(shí)形成傳統(tǒng)集裝箱碼頭整體智能化、自動(dòng)化改造的解決方案，未來(lái)可以為港口行業(yè)提供參考經(jīng)驗(yàn)。5G具有高速率、低時(shí)延和大連接等突出優(yōu)勢(shì)，5G+人工智能將使交通行業(yè)勢(shì)必迎來(lái)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的快速發(fā)展期;在港口領(lǐng)域，數(shù)字化轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)智慧港口目標(biāo)的必經(jīng)之路，依托信息通信技術(shù)研究?jī)?yōu)勢(shì)，充分利用自身數(shù)字化轉(zhuǎn)型的經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)港口數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級(jí)。

3.3 港口智能化核心技術(shù)

港口行業(yè)面臨的結(jié)構(gòu)性風(fēng)險(xiǎn)需要不斷投入硬件資源才能促使業(yè)務(wù)增長(zhǎng)，天津港已經(jīng)具備一定的信息化基礎(chǔ)條件和比較成熟的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，已經(jīng)到了開始數(shù)字化轉(zhuǎn)型和探索智能化的階段。港口相對(duì)封閉，運(yùn)行車輛相對(duì)規(guī)則，對(duì)于5G或無(wú)人駕駛等技術(shù)來(lái)說(shuō)，港口是相對(duì)較好的應(yīng)用場(chǎng)景。港口智能化應(yīng)該是系列技術(shù)的組合。5G能夠提供關(guān)鍵的高帶寬、低時(shí)延的信號(hào)傳輸通道，未來(lái)的智能化碼頭主要是無(wú)人化碼頭，將5G與芯片、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能綜合運(yùn)用在集裝箱的裝卸上，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化和遠(yuǎn)程操控。此外，港區(qū)內(nèi)的車輛，將從人工駕駛逐步走向無(wú)人駕駛，而無(wú)人駕駛對(duì)信號(hào)傳輸?shù)囊髸?huì)更高，更須滿足高精度定位、車路協(xié)同，5G傳輸效率上的優(yōu)勢(shì)可以充分體現(xiàn)。

3.4 信息化港群時(shí)代

5G在港口陸地和海域等特殊場(chǎng)景的覆蓋技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)港口遇險(xiǎn)報(bào)警、輔助航行和智能理貨等技術(shù)效果，從而將天津港打造成為智能化港口的區(qū)域性標(biāo)桿。

5G技術(shù)催化下的港口數(shù)字化和智能化，能夠推動(dòng)港口間信息共享乃至協(xié)同發(fā)展，進(jìn)入港群時(shí)代。從趨勢(shì)看，未來(lái)港群之間需要做好協(xié)同，包括計(jì)劃調(diào)度、貨源組織，甚至生產(chǎn)作業(yè)都會(huì)升級(jí)轉(zhuǎn)型。這主要存在兩種場(chǎng)景，一是對(duì)于同省的港口，當(dāng)前國(guó)家政策鼓勵(lì)推動(dòng)港口資源整合，整合到一家集團(tuán)后，將不存在數(shù)據(jù)開放問(wèn)題;二是跨省乃至跨國(guó)的港口，基于信息共享實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)協(xié)同，將促使許多港口向戰(zhàn)略合作方式進(jìn)行探索。未來(lái)，航運(yùn)可能不是線性傳遞而是協(xié)作式互動(dòng)傳遞，如在裝貨時(shí)就將卸貨場(chǎng)景考慮在內(nèi)。這種協(xié)同有諸多好處，能夠?qū)崿F(xiàn)減少工作量、降低成本和優(yōu)化客戶體驗(yàn)的目的。

智能化港口有兩個(gè)層次： 一是技術(shù)層次，智能化港口應(yīng)實(shí)現(xiàn)港區(qū)生產(chǎn)作業(yè)的智能化，同時(shí)還應(yīng)包括港區(qū)作業(yè)組織和組織人員的智能化。二是個(gè)體港區(qū)本身的智能化，更重要的是港口生態(tài)化，即港口與港口之間的智能化、物流智能化和航運(yùn)企業(yè)生態(tài)化。智能港口不僅是一種技術(shù)應(yīng)用，還可以利用這種新技術(shù)來(lái)推動(dòng)港口生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)模式的轉(zhuǎn)變、商業(yè)模式的轉(zhuǎn)變。為港口提供三項(xiàng)服務(wù)：一是在戰(zhàn)略合作層面，基于頂層設(shè)計(jì)，支撐港口業(yè)務(wù)和戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型;二是提供解決方案，涵蓋一系列硬件和軟件產(chǎn)品;三是設(shè)備銷售。這包括幾種類型的改造場(chǎng)景：一是將駕駛員的手動(dòng)控制轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)程控制，如寧波舟山港、廣州港、使用智能攝像分析技術(shù)，工作人員坐在辦公室就可以操縱集裝箱抓取;二是“智能理貨”，經(jīng)過(guò)技術(shù)改造后可以通過(guò)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等遠(yuǎn)程理貨，從而提高效率。[4]

港口集群集成是系統(tǒng)、數(shù)據(jù)和信息的集成?；谧詣?dòng)化和智能化，管理人員可以通過(guò)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)對(duì)新建或采購(gòu)的終端進(jìn)行集成，將生產(chǎn)操作數(shù)據(jù)和端口信息連接在一起，將復(fù)制完成的過(guò)往數(shù)據(jù)與智能化同步，促進(jìn)新端口運(yùn)行效率和操作水平的提高。

四、結(jié)束語(yǔ)

展望未來(lái)，5G智慧港口的建設(shè)及管理毫無(wú)疑問(wèn)是全球港口發(fā)展的重要問(wèn)題，如何利用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)港口設(shè)備操作的自動(dòng)化、港口調(diào)度的智能化以及信息的可視化，正是港口企業(yè)提升生產(chǎn)效率，加強(qiáng)港口競(jìng)爭(zhēng)力必須要思考的問(wèn)題。

黨的十九大報(bào)告提出“交通強(qiáng)國(guó)”的發(fā)展戰(zhàn)略，力爭(zhēng)在超級(jí)高鐵、自動(dòng)駕駛、無(wú)人船舶、自動(dòng)化智能碼頭等戰(zhàn)略前沿技術(shù)領(lǐng)域占領(lǐng)制高點(diǎn)。[6]乘改革政策之利與中國(guó)5G技術(shù)優(yōu)勢(shì)的東風(fēng)，天時(shí)地利人和，5G+在天津港智慧化建設(shè)中將大有可為。

作者信息：張杰（1964.07-）;性別：男;籍貫：天津市;學(xué)歷：本科;現(xiàn)有職務(wù)：中級(jí)工程師;研究方向：通信傳輸;工作單位：天津港信息技術(shù)發(fā)展有限公司。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]陳山枝.《5G移動(dòng)性管理技術(shù)》[M].北京：人民郵電出版社，2019.12：140-141.

[2]王映民.《5G移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)詳解》[M].北京：人民郵電出版社，2020.04：771.

[3]李正茂.《5G+：5G如何改變社會(huì)》[M]. 北京：中信出版集團(tuán)，2019.08：442.

[4]汪沛，尹鵬，段永偉.《5G通信技術(shù)在智慧港口中的創(chuàng)新應(yīng)用》，《港口科技》，2020.06.15.

[5]孫昊，王洋，趙帥.《物聯(lián)網(wǎng)之魂：物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)》[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2019.07：324.

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