5G在智慧港口建設(shè)中的應(yīng)用與研究

黃健

摘? 要：5G將為港口作業(yè)生產(chǎn)中的各環(huán)節(jié)提港口供高帶寬、低時(shí)延、大連接的網(wǎng)絡(luò)接入能力，助力港口信息化升級，推動(dòng)港口智慧化建設(shè)。

關(guān)鍵詞：5G;邊緣計(jì)算;集群通信;數(shù)字化;智能化

引言：

港口是交通運(yùn)輸?shù)闹匾獦屑~，在促進(jìn)國際貿(mào)易和地區(qū)發(fā)展中起著舉足輕重的作用。但近年來隨著吞吐量不斷上升，很多港口都面臨著勞動(dòng)力成本攀升、勞動(dòng)強(qiáng)度大、人力短缺等難題，迫切需要推動(dòng)信息技術(shù)和港口建設(shè)深度融合、提高全要素生產(chǎn)率。作為數(shù)字化關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施，5G覆蓋面廣、滲透性強(qiáng)、帶動(dòng)作用明顯，將進(jìn)一步打破時(shí)空限制，實(shí)現(xiàn)人流、物流、資金流、信息流的集中匯聚、高效協(xié)同，促進(jìn)港口發(fā)展向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型。

1 港口通信技術(shù)的發(fā)展

當(dāng)前港口生產(chǎn)使用的通信技術(shù)大多采用光纖通信，其優(yōu)點(diǎn)是通信速度快，性能穩(wěn)定，但缺點(diǎn)是施工困難，特別對于港口改造項(xiàng)目，往往需要路面開挖和管道敷設(shè)，施工難度大且影響港口正常作業(yè)運(yùn)營。

而現(xiàn)場無線通信目前主要覆蓋大型機(jī)械生產(chǎn)指令調(diào)度，集群語音和現(xiàn)場視頻等3類型應(yīng)用^[1]。一般而言，2.4G Wi-Fi無線頻段用于岸橋、場橋、集卡和理貨無線終端與碼頭生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)（TOS）作業(yè)指令交互，400 MHz或800 MHz Tentra系統(tǒng)用于無線集群對講系統(tǒng)，而5.8G Wi-Fi頻段一般用于生產(chǎn)安全現(xiàn)場大規(guī)模視頻回傳，多頻混用且應(yīng)用隔離一方面導(dǎo)致技術(shù)人員必須維護(hù)多張網(wǎng)絡(luò)，另一方面現(xiàn)場作業(yè)人員須配備多個(gè)終端，成本高且使用復(fù)雜。

近幾年，通過將港口的數(shù)據(jù)、語音和視頻等無線應(yīng)用進(jìn)行整合，形成全港頻譜共享、管理統(tǒng)一的4G eLTE專網(wǎng)^[2]，能有效解決原集裝箱港區(qū)Wi-Fi無線信號覆蓋（特別是空箱區(qū)和集卡應(yīng)用）、現(xiàn)場作業(yè)人員多終端使用、IT人員維護(hù)開發(fā)難點(diǎn)技術(shù)等諸多問題。但隨著港區(qū)對自動(dòng)駕駛、智能理貨、遠(yuǎn)程控制等自動(dòng)化應(yīng)用的需求出現(xiàn)，港口業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的帶寬和時(shí)延的要求也進(jìn)一步提高，原有的4G網(wǎng)絡(luò)已無法滿足新業(yè)務(wù)的需求，急需向5G演進(jìn)。

2 5G技術(shù)與港口專網(wǎng)

第五代移動(dòng)通信技術(shù)即5G通信技術(shù)作為面向未來的通信技術(shù)，它以全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提供至少10倍于4G的峰值速率、毫秒級的傳輸時(shí)延和千億級的連接能力，開啟萬物廣泛互聯(lián)、人機(jī)深度交互的新時(shí)代。目前5G通信技術(shù)正在全速前行，在港口行業(yè)與自動(dòng)駕駛、大數(shù)據(jù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實(shí)等多場景進(jìn)行復(fù)合應(yīng)用，充分發(fā)揮5G通信技術(shù)潛能，在港口工業(yè)級加以利用釋放技術(shù)紅利。

5G技術(shù)定義了三大類應(yīng)用場景：增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）、低時(shí)延高可靠通信（uRLLC）和大容量物聯(lián)網(wǎng)（mMTC）。其中5G eMBB場景分為廣域覆蓋和熱點(diǎn)覆蓋，對于港口逐漸興起的大流量業(yè)務(wù)能夠更好地支撐，如高清視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控、視頻智能理貨等應(yīng)用。5G uRLLC場景要求極低的時(shí)延和更高的可用性，在港機(jī)設(shè)備遠(yuǎn)程操控、集卡自動(dòng)駕駛等應(yīng)用場景有廣泛需求。5G mMTC場景主要針對海量機(jī)器類通信，如港機(jī)設(shè)備智能診斷與評估、集裝冷藏箱遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控等應(yīng)用。

此外，5G + MEC（邊緣計(jì)算）港口專網(wǎng)將很好地支撐港口信息的高速率、低時(shí)延運(yùn)行。MEC邊緣計(jì)算是在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，融合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲、應(yīng)用核心能力的開放平臺。它就近提供智能互聯(lián)服務(wù)，滿足港口行業(yè)在數(shù)字化變革過程中對業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)、業(yè)務(wù)智能、數(shù)據(jù)聚合與互操作、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求。

3 5G賦能智慧港口的典型應(yīng)用

1）港機(jī)設(shè)備遠(yuǎn)控

利用5G技術(shù)大帶寬、低時(shí)延等特點(diǎn)，推動(dòng)橋吊、龍門吊等各類集裝箱專用裝卸設(shè)備遠(yuǎn)程化、自動(dòng)化改造，通過高清視頻實(shí)時(shí)回傳與控制信號實(shí)時(shí)精準(zhǔn)下發(fā)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，提高作業(yè)效率，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)借助人工智能等技術(shù)，完成集裝箱在流轉(zhuǎn)過程中的智能理貨，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝卸流程智慧化。

2）港口無人集卡

基于5G實(shí)現(xiàn)內(nèi)集卡實(shí)時(shí)控制信令傳輸，基于港口車路協(xié)同、融合定位等技術(shù)實(shí)現(xiàn)內(nèi)集卡自動(dòng)駕駛，建立車輛調(diào)度系統(tǒng)，優(yōu)化行駛路徑，從而替代地磁，最大程度上降低碼頭自動(dòng)化改造成本，解決傳統(tǒng)港口內(nèi)司機(jī)及現(xiàn)場操作人員短缺、疲勞等問題，提升運(yùn)營效率，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

3）港口智能安防

通過5G輔助全景監(jiān)控完成港口作業(yè)區(qū)安全巡檢、指揮調(diào)度、事故應(yīng)急指揮處置等，實(shí)現(xiàn)更全面、更實(shí)時(shí)、更高效的安防解決方案。同時(shí)基于5G和人工智能技術(shù)，結(jié)合低空無人機(jī)和無人船的功能與優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)港口空中、水上全方位立體應(yīng)急管理，提升應(yīng)急問題處理效能，保證安防事件零錯(cuò)失，云、管、端全方位支撐港口安全監(jiān)控。

4）輔助靠離泊

借助 5G、高精度定位、船岸協(xié)同等技術(shù)，當(dāng)船舶進(jìn)出港口航道時(shí)，港口定位感應(yīng)器精準(zhǔn)感應(yīng)進(jìn)出港船舶，并及時(shí)傳輸船舶靠泊需求，結(jié)合傳感器融合人工智能技術(shù)探測物體和避免沖撞，可讓船舶在靠近碼頭泊位時(shí)自動(dòng)更改航線和航速，無需人工干預(yù)即可繞過障礙物完成自動(dòng)靠泊目標(biāo)碼頭，實(shí)現(xiàn)港口泊位資源的高效分配與船舶靠泊引導(dǎo)，提高港口運(yùn)行效率和資源利用率、降低運(yùn)營成本、增強(qiáng)作業(yè)安全。

4 總結(jié)

通過建設(shè)5G智慧港口，利用新信息技術(shù)更好地聯(lián)通港口、航運(yùn)和陸運(yùn)物流等航運(yùn)產(chǎn)業(yè)鏈的上下游，將極大降低通信改造成本、提升港口運(yùn)營效率、提高運(yùn)營生產(chǎn)的安全和可靠性，是實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)港口業(yè)向數(shù)字化、智能化和智慧化發(fā)展的重要手段。

參考文獻(xiàn)

[1]? 張曉光. 無線通信技術(shù)在集裝箱碼頭的應(yīng)用分析[J]. 數(shù)字通信，2015（08）：21-22

[2]? 董少穎，竇金鳳. 基于TD-LTE技術(shù)的集裝箱碼頭無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)[J]. 集裝箱化，2015（04）：18-22