【摘要】? ? 港口是水路交通樞紐，是“一帶一路”的重要節(jié)點，從航運大國到航運強國，中國港口業(yè)普遍面臨著轉(zhuǎn)型升級的迫切需求，港口智能化發(fā)展是決定港口未來競爭力和經(jīng)濟效益的重要因素。5G技術(shù)的應(yīng)用場景十分廣闊，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。作為交通運輸?shù)闹匾獦屑~，港口在促進國際貿(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)易由海運業(yè)承載。由于當(dāng)前整個港口行業(yè)正面臨勞動力成本持續(xù)攀升、勞動強度大以及人力短缺等諸多挑戰(zhàn)，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(shè)是增效降費進的核心抓手。

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、設(shè)備遠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程中扮演關(guān)鍵角色。

一、5G技術(shù)優(yōu)勢

5G技術(shù)主要利用面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)來支持靈活的部署和差異化的業(yè)務(wù)場景，采用全業(yè)務(wù)設(shè)計，模塊化網(wǎng)絡(luò)功能，支持按需調(diào)用，實現(xiàn)功能重構(gòu)和服務(wù)描述，易于實現(xiàn)開放共享，有利于引入IT開發(fā)實力，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)潛力。5G支持靈活部署，基于NFV/SDN，實現(xiàn)硬件和軟件解耦，實現(xiàn)控制和轉(zhuǎn)發(fā)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(tài)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的高速傳輸;采用扁平架構(gòu)，運用新型架構(gòu)的控制協(xié)調(diào)能力，對多項接入進行協(xié)同監(jiān)控;借助虛擬化技術(shù)，對網(wǎng)絡(luò)的整體形態(tài)與連接方式進行構(gòu)思重組;通過網(wǎng)絡(luò)切片滿足5G差異化需求，使運營商可以部署功能、特性服務(wù)各不相同的多個邏輯網(wǎng)絡(luò)，分別為各自的目標(biāo)用戶服務(wù)，選擇增強移動寬帶、低時延高可靠、大連接物聯(lián)網(wǎng)。[1]

5G國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)重點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)用場景，采用了靈活的全新系統(tǒng)設(shè)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(qū)域提升容量的需求，5G針對中低頻和高頻設(shè)計了統(tǒng)一的技術(shù)方案，并支持百MHz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)，來實現(xiàn)低延時、高可靠性的目的。[2]上述技術(shù)特點使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)用場景探討

2.1無人駕駛

根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)的特點，結(jié)合移動邊緣計算和智能傳感器技術(shù)，我們可以實現(xiàn)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?zé)o人駕駛汽車的要求。

2.2機械設(shè)備遠程控制

依托5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特性，通過“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、煙霧探測器、攝像機等安全設(shè)備的重要環(huán)節(jié)工作人員可以通過操作網(wǎng)關(guān)來控制所有連接到網(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)遠程設(shè)備管理功能，通過物聯(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，了解各節(jié)點的相關(guān)信息，實現(xiàn)WAN網(wǎng)遠程控制。

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，實現(xiàn)碼頭現(xiàn)場與大屏幕視頻的同步，大大提高港口指揮控制人員的現(xiàn)場應(yīng)急觀測判斷能力，提高決策和執(zhí)行效率。目前，5G已助力青島港、舟山港等實現(xiàn)了智慧港口的建設(shè)，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(biāo)是提升裝備自動化水平，推進全自動集裝箱碼頭系統(tǒng)建設(shè)。5G高清視頻實時回傳，在高空作業(yè)的港口裝卸環(huán)節(jié)實現(xiàn)遠程控制，減少人為誤差和人員受傷。在運輸環(huán)節(jié)實現(xiàn)港口無人運輸系統(tǒng)，降低成本。[3]目前，遙控碼頭橋梁、自動化場橋、自動導(dǎo)引運輸車、無人駕駛汽車、自動門等已成為全自動碼頭的標(biāo)準(zhǔn)必要設(shè)備。傳動系統(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)的碼頭橋梁沒有光纖，只能通過無線網(wǎng)絡(luò)將前端識別系統(tǒng)的信號傳輸?shù)胶蠖?。[4]

2.5智能導(dǎo)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(tài)導(dǎo)覽講解服務(wù)，并可設(shè)置多條路線;可視化進度顯示;IoT聯(lián)動控制以及外設(shè)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(nèi)實時拼接直播，無需拼接服務(wù)器;機器人自動規(guī)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(wěn)定;5G網(wǎng)絡(luò)傳輸，畫質(zhì)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(gòu)想應(yīng)用構(gòu)想

3.1自動化碼頭人工智能中5G的應(yīng)用

5G可以幫助港口實現(xiàn)智能化升級，具有高速率、低時延和大連接等突出優(yōu)勢，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、智能化改造實質(zhì)上是在新一代信息技術(shù)的推動下，促進港口生產(chǎn)、管理和業(yè)務(wù)模式的深刻變革和重構(gòu)，未來港口應(yīng)該是一個方便、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)境保護監(jiān)測等方面?！傲⒆汩L遠、把握當(dāng)下、科技引領(lǐng)、擁抱變化”的戰(zhàn)略原則指引下，致力于加強智慧港口建設(shè)，應(yīng)用碼頭吊機遠程控制、自動駕駛、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，同時形成傳統(tǒng)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(yè)提供參考經(jīng)驗。5G具有高速率、低時延和大連接等突出優(yōu)勢，5G+人工智能將使交通行業(yè)勢必迎來數(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)研究優(yōu)勢，充分利用自身數(shù)字化轉(zhuǎn)型的經(jīng)驗，促進港口數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級。

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)險需要不斷投入硬件資源才能促使業(yè)務(wù)增長，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)運營，已經(jīng)到了開始數(shù)字化轉(zhuǎn)型和探索智能化的階段。港口相對封閉，運行車輛相對規(guī)則，對于5G或無人駕駛等技術(shù)來說，港口是相對較好的應(yīng)用場景。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(lián)網(wǎng)和人工智能綜合運用在集裝箱的裝卸上，實現(xiàn)無人化和遠程操控。此外，港區(qū)內(nèi)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?shù)囊髸?，更須滿足高精度定位、車路協(xié)同，5G傳輸效率上的優(yōu)勢可以充分體現(xiàn)。

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(shù)，能實現(xiàn)港口遇險報警、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，能夠推動港口間信息共享乃至協(xié)同發(fā)展，進入港群時代。從趨勢看，未來港群之間需要做好協(xié)同，包括計劃調(diào)度、貨源組織，甚至生產(chǎn)作業(yè)都會升級轉(zhuǎn)型。這主要存在兩種場景，一是對于同省的港口，當(dāng)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(shù)據(jù)開放問題;二是跨省乃至跨國的港口，基于信息共享實現(xiàn)的業(yè)務(wù)協(xié)同，將促使許多港口向戰(zhàn)略合作方式進行探索。未來，航運可能不是線性傳遞而是協(xié)作式互動傳遞，如在裝貨時就將卸貨場景考慮在內(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)化客戶體驗的目的。

智能化港口有兩個層次： 一是技術(shù)層次，智能化港口應(yīng)實現(xiàn)港區(qū)生產(chǎn)作業(yè)的智能化，同時還應(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)來推動港口生產(chǎn)、經(jīng)營模式的轉(zhuǎn)變、商業(yè)模式的轉(zhuǎn)變。為港口提供三項服務(wù)：一是在戰(zhàn)略合作層面，基于頂層設(shè)計，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景：一是將駕駛員的手動控制轉(zhuǎn)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(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)過技術(shù)改造后可以通過云計算、大數(shù)據(jù)分析等遠程理貨，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?；谧詣踊椭悄芑芾砣藛T可以通過數(shù)據(jù)和系統(tǒng)對新建或采購的終端進行集成，將生產(chǎn)操作數(shù)據(jù)和端口信息連接在一起，將復(fù)制完成的過往數(shù)據(jù)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(jié)束語

展望未來，5G智慧港口的建設(shè)及管理毫無疑問是全球港口發(fā)展的重要問題，如何利用新技術(shù)實現(xiàn)港口設(shè)備操作的自動化、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(fā)展戰(zhàn)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(zhàn)略前沿技術(shù)領(lǐng)域占領(lǐng)制高點。[6]乘改革政策之利與中國5G技術(shù)優(yōu)勢的東風(fēng)，天時地利人和，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

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

[2]王映民.《5G移動通信系統(tǒng)設(shè)計與標(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》[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(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：機械工業(yè)出版社，2019.07：324.

[6]王博宇.《優(yōu)化轉(zhuǎn)型 做大做強》，《中國交通報》，2019.08.30.