天津港5G+智慧化探討

【摘要】? ? 港口是水路交通樞紐，是“一帶一路”的重要節點，從航運大國到航運強國，中國港口業普遍面臨著轉型升級的迫切需求，港口智能化發展是決定港口未來競爭力和經濟效益的重要因素。5G技術的應用場景十分廣闊，可以賦能千行百業，本文主要探討5G在港口智慧化中的應用。

【關鍵詞】? ? 5G? ? 智慧? ? 智能? ? 港口

引言：

天津港地處渤海灣西端，是環渤海中與華北、西北等內陸地區距離最短的港口。作為交通運輸的重要樞紐，港口在促進國際貿易和地區貿易中起著至關重要的作用，全球貿易中大約有90%的貿易由海運業承載。由于當前整個港口行業正面臨勞動力成本持續攀升、勞動強度大以及人力短缺等諸多挑戰，降本增效、進行自動化升級改造成為了全球港口的共同訴求。港口的智能化建設是增效降費進的核心抓手。

天津港作為在全球實現六大洲業務全覆蓋的港口綜合服務商，一直致力于港口的科技創新，多年來已自主研發具有世界一流水平的碼頭操作管理、統一客戶服務平臺、設備遠程控制和智能理貨等系統。5G作為數字化轉型的重要使能技術，將在打造智慧港口過程中扮演關鍵角色。

一、5G技術優勢

5G技術主要利用面向服務的體系結構來支持靈活的部署和差異化的業務場景，采用全業務設計，模塊化網絡功能，支持按需調用，實現功能重構和服務描述，易于實現開放共享，有利于引入IT開發實力，發揮網絡潛力。5G支持靈活部署，基于NFV/SDN，實現硬件和軟件解耦，實現控制和轉發分離;運用高頻段進行傳輸，頻譜資源較為廣泛，可以緩解頻譜資源缺乏的狀態，實現數據信息的高速傳輸;采用扁平架構，運用新型架構的控制協調能力，對多項接入進行協同監控;借助虛擬化技術，對網絡的整體形態與連接方式進行構思重組;通過網絡切片滿足5G差異化需求，使運營商可以部署功能、特性服務各不相同的多個邏輯網絡，分別為各自的目標用戶服務，選擇增強移動寬帶、低時延高可靠、大連接物聯網。[1]

5G國際技術標準重點滿足靈活多樣的物聯網需要。在OFDMA和MIMO基礎技術上，5G為支持三大應用場景，采用了靈活的全新系統設計。在頻段方面，考慮到中低頻資源有限，5G同時支持中低頻和高頻頻段，其中中低頻滿足覆蓋和容量需求，高頻滿足在熱點區域提升容量的需求，5G針對中低頻和高頻設計了統一的技術方案，并支持百MHz的基礎帶寬。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、極坐標編碼和功能更強大的大規模天線技術，并采用短幀、快速反饋、多層/多站數據重傳等技術，來實現低延時、高可靠性的目的。[2]上述技術特點使5G在港口智能化中有廣泛的應用前景。

二、5G在智慧港口中的應用場景探討

2.1無人駕駛

根據5G網絡的特點，結合移動邊緣計算和智能傳感器技術，我們可以實現智能港口無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無人駕駛汽車的要求。

2.2機械設備遠程控制

依托5G網絡技術特性，通過“端到端”的5G網絡部署，提高了網絡傳輸的可靠性和靈活性。此外，物聯網網關可以通過集成特定的通信模塊，構成自組織網絡子系統，成為管理交通功能電氣化、管理接入控制、煙霧探測器、攝像機等安全設備的重要環節工作人員可以通過操作網關來控制所有連接到網關的智能設備。物聯網網關還需要具有WAN網遠程設備管理功能，通過物聯網網關設備，工作人員可以管理底層各感知節點，了解各節點的相關信息，實現WAN網遠程控制。

2.3智慧安防和應急指揮

5G網絡技術可以將前端設備如無人航空載具、布控球等捕獲的信息傳回智能港口應急指揮調度中心，實現碼頭現場與大屏幕視頻的同步，大大提高港口指揮控制人員的現場應急觀測判斷能力，提高決策和執行效率。目前，5G已助力青島港、舟山港等實現了智慧港口的建設，在智能化方向邁出了堅實的步伐。

2.4智能理貨

港口理貨的智能化目標是提升裝備自動化水平，推進全自動集裝箱碼頭系統建設。5G高清視頻實時回傳，在高空作業的港口裝卸環節實現遠程控制，減少人為誤差和人員受傷。在運輸環節實現港口無人運輸系統，降低成本。[3]目前，遙控碼頭橋梁、自動化場橋、自動導引運輸車、無人駕駛汽車、自動門等已成為全自動碼頭的標準必要設備。傳動系統是智能理貨系統部署的關鍵環節。大多數傳統的碼頭橋梁沒有光纖，只能通過無線網絡將前端識別系統的信號傳輸到后端。[4]

2.5智能導覽

5G+VR智能展廳機器人可充分展示港口實景，模擬人與人之間的交互方式，為觀眾提供語音、動作、視頻、圖片等多模態導覽講解服務，并可設置多條路線;可視化進度顯示;IoT聯動控制以及外設暫停和跳過按鈕。

2.6? 5G+VR遠程參觀

5G+VR智能展廳機器人可提供沉浸式的VR遠程參觀，讓觀眾通過機器人直觀的，身臨其境的參觀展廳。其特點有：4K機內實時拼接直播，無需拼接服務器;機器人自動規劃路徑，手機端遠程控制參觀路線;7*24小時直播，長期直播更穩定;5G網絡傳輸，畫質高清低延時;操作簡單，使用方便;遠程VR參觀，沉浸式體驗。

三、天津港5G智慧化的構想應用構想

3.1自動化碼頭人工智能中5G的應用

5G可以幫助港口實現智能化升級，具有高速率、低時延和大連接等突出優勢，5G+人工智能將使各行各業釋放巨大生產力，助推產業升級與變革。5G智慧港口基于港口發展戰略要求，隨著AI、 EDGE等新技術和新產業的集成，我們致力于為5G和端口的深度集成提供服務支持，致力于端口的數字化改造。港口的數字化、智能化改造實質上是在新一代信息技術的推動下，促進港口生產、管理和業務模式的深刻變革和重構，未來港口應該是一個方便、安全、智能、開放、共享的智能港口生態系統。

3.2 探索5G智慧港口創新應用

數字化技術被廣泛用于碼頭的操作組織與實施、設備調度與監控、人員組織與安全監控和客戶服務與環境保護監測等方面?！傲⒆汩L遠、把握當下、科技引領、擁抱變化”的戰略原則指引下，致力于加強智慧港口建設，應用碼頭吊機遠程控制、自動駕駛、物聯網、人工智能和大數據等技術，把天津港碼頭打造成為高度智能化的碼頭，同時形成傳統集裝箱碼頭整體智能化、自動化改造的解決方案，未來可以為港口行業提供參考經驗。5G具有高速率、低時延和大連接等突出優勢，5G+人工智能將使交通行業勢必迎來數字化轉型的快速發展期;在港口領域，數字化轉型是實現智慧港口目標的必經之路，依托信息通信技術研究優勢，充分利用自身數字化轉型的經驗，促進港口數字化轉型與智能化升級。

3.3 港口智能化核心技術

港口行業面臨的結構性風險需要不斷投入硬件資源才能促使業務增長，天津港已經具備一定的信息化基礎條件和比較成熟的生產運營，已經到了開始數字化轉型和探索智能化的階段。港口相對封閉，運行車輛相對規則，對于5G或無人駕駛等技術來說，港口是相對較好的應用場景。港口智能化應該是系列技術的組合。5G能夠提供關鍵的高帶寬、低時延的信號傳輸通道，未來的智能化碼頭主要是無人化碼頭，將5G與芯片、物聯網和人工智能綜合運用在集裝箱的裝卸上，實現無人化和遠程操控。此外，港區內的車輛，將從人工駕駛逐步走向無人駕駛，而無人駕駛對信號傳輸的要求會更高，更須滿足高精度定位、車路協同，5G傳輸效率上的優勢可以充分體現。

3.4 信息化港群時代

5G在港口陸地和海域等特殊場景的覆蓋技術，能實現港口遇險報警、輔助航行和智能理貨等技術效果，從而將天津港打造成為智能化港口的區域性標桿。

5G技術催化下的港口數字化和智能化，能夠推動港口間信息共享乃至協同發展，進入港群時代。從趨勢看，未來港群之間需要做好協同，包括計劃調度、貨源組織，甚至生產作業都會升級轉型。這主要存在兩種場景，一是對于同省的港口，當前國家政策鼓勵推動港口資源整合，整合到一家集團后，將不存在數據開放問題;二是跨省乃至跨國的港口，基于信息共享實現的業務協同，將促使許多港口向戰略合作方式進行探索。未來，航運可能不是線性傳遞而是協作式互動傳遞，如在裝貨時就將卸貨場景考慮在內。這種協同有諸多好處，能夠實現減少工作量、降低成本和優化客戶體驗的目的。

智能化港口有兩個層次： 一是技術層次，智能化港口應實現港區生產作業的智能化，同時還應包括港區作業組織和組織人員的智能化。二是個體港區本身的智能化，更重要的是港口生態化，即港口與港口之間的智能化、物流智能化和航運企業生態化。智能港口不僅是一種技術應用，還可以利用這種新技術來推動港口生產、經營模式的轉變、商業模式的轉變。為港口提供三項服務：一是在戰略合作層面，基于頂層設計，支撐港口業務和戰略轉型;二是提供解決方案，涵蓋一系列硬件和軟件產品;三是設備銷售。這包括幾種類型的改造場景：一是將駕駛員的手動控制轉化為遠程控制，如寧波舟山港、廣州港、使用智能攝像分析技術，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”，經過技術改造后可以通過云計算、大數據分析等遠程理貨，從而提高效率。[4]

港口集群集成是系統、數據和信息的集成?；谧詣踊椭悄芑?，管理人員可以通過數據和系統對新建或采購的終端進行集成，將生產操作數據和端口信息連接在一起，將復制完成的過往數據與智能化同步，促進新端口運行效率和操作水平的提高。

四、結束語

展望未來，5G智慧港口的建設及管理毫無疑問是全球港口發展的重要問題，如何利用新技術實現港口設備操作的自動化、港口調度的智能化以及信息的可視化，正是港口企業提升生產效率，加強港口競爭力必須要思考的問題。

黨的十九大報告提出“交通強國”的發展戰略，力爭在超級高鐵、自動駕駛、無人船舶、自動化智能碼頭等戰略前沿技術領域占領制高點。[6]乘改革政策之利與中國5G技術優勢的東風，天時地利人和，5G+在天津港智慧化建設中將大有可為。

作者信息：張杰（1964.07-）;性別：男;籍貫：天津市;學歷：本科;現有職務：中級工程師;研究方向：通信傳輸;工作單位：天津港信息技術發展有限公司。

參? 考? 文? 獻

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

[2]王映民.《5G移動通信系統設計與標準詳解》[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》[M]. 北京：中信出版集團，2019.08：442.

[4]汪沛，尹鵬，段永偉.《5G通信技術在智慧港口中的創新應用》，《港口科技》，2020.06.15.

[5]孫昊，王洋，趙帥.《物聯網之魂：物聯網協議與物聯網操作系統》[M]. 北京：機械工業出版社，2019.07：324.

[6]王博宇.《優化轉型 做大做強》，《中國交通報》，2019.08.30.