5G技術(shù)在智慧靠泊場景的應(yīng)用探索

柳晶晶

摘 ?要：船舶靠泊過程中產(chǎn)生碰撞事故主要原因在于船岸通信不及時、船舶定位不準(zhǔn)確、駕駛員或引航員等視覺盲區(qū)。解決這些問題可借助5G、AI、北斗高精度定位等技術(shù)，通過技術(shù)手段解決由于通信、實時定位和視覺盲區(qū)等導(dǎo)致的船舶靠泊故障問題，實現(xiàn)智慧靠泊。

關(guān)鍵詞：5G，智慧靠泊，輔助靠泊

1. 引言

全球貿(mào)易的發(fā)展以及科技的進步，使得船舶向著大型化、自動化、智能化方向不斷發(fā)展。近幾年，由于有經(jīng)驗船員數(shù)量的減少，船舶靠泊操作過程中事故問題頻發(fā)，如今年4月13900TEU集裝箱船Milano Bridge號在釜山新港發(fā)生碰撞事故，6月名為MSC ROSA M的超大型集裝箱船舶在靠泊過程中與NSICT碼頭的岸橋發(fā)生碰撞……隨著貿(mào)易的不斷發(fā)展，船舶貨運周期縮短，在港口掛靠次數(shù)增多，港內(nèi)船舶通航密度提高，大大增加了船舶靠離泊的風(fēng)險[1]。

據(jù)克拉克森統(tǒng)計，2019年全球港口掛靠量為380萬次，中國約占7%，為26.6萬次。EMSA2019年發(fā)布的海上傷亡年度審查報告中顯示，EMPIC在過去5年中記錄的事故數(shù)據(jù)中，平均每年發(fā)生的海上傷亡或事件為3239起，70% 的事故是由于船舶駕駛員操作問題導(dǎo)致的[2]。

船舶靠泊過程中容易導(dǎo)致靠泊事故產(chǎn)生的主要人為事故原因包括駕駛員或者引航員視覺盲區(qū)、操作失誤等，除此之外，船舶靠泊還會受到航速、風(fēng)速、靠泊水域情況等情況的影響。在實際的靠泊作業(yè)中，船舶駕駛員依靠引航員和拖輪協(xié)助靠泊，而引航員和駕駛員的視覺盲區(qū)，或者靠泊過程中由于駕駛員操作失誤，或引航員經(jīng)驗不足，或者由于船舶慣性問題也會產(chǎn)生靠泊過程當(dāng)中的碰撞問題。因此，通過技術(shù)手段消除視覺盲區(qū)輔助船舶靠泊具有重要的意義。

近年來，隨著5G、AI、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，通過技術(shù)手段對船舶位置實時定位，并將船舶周圍情況水域情況實時反饋至駕駛室或者引航員手中進行輔助靠泊，可以實現(xiàn)船舶的智慧靠泊。

2.現(xiàn)狀分析

2.1 5G技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

5G即第五代移動通信技術(shù)，是數(shù)字經(jīng)濟時代的一種通用技術(shù)，主要有eMBB（大流量移動寬帶）業(yè)務(wù)、mMTC（大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)）、uRLLC（低延時高可靠連接）業(yè)務(wù)三大應(yīng)用場景。從指標(biāo)角度看，5G在峰值速率、流量密度、傳輸時延等均優(yōu)于4G。5G將人與人、物與物、人與物的距離拉近，開啟了萬物互聯(lián)的新時代。

2019年我國5G商用全面啟動。2019年6月，工業(yè)和信息化部正式向中國移動、中國電信、中國聯(lián)通和中國廣電發(fā)放5G商用牌照，標(biāo)志著中國正式進入5G商用元年。2019年10月，中國國際信息通信展覽會上，中國移動、中國聯(lián)通、中國電信正式公布了5G套餐。2019年11月，我國成功舉辦“首屆世界5G大會”，圍繞5G前沿技術(shù)、產(chǎn)業(yè)趨勢、創(chuàng)新應(yīng)用等開展交流與討論。據(jù)工信部發(fā)布的《2019年通信業(yè)統(tǒng)計公報》顯示，截至2019年底，全國已建成5G基站超13萬個。

國內(nèi)運營商利用其5G技術(shù)優(yōu)勢，已將5G技術(shù)成功應(yīng)用于智慧城市的各個場景，如智慧港口、智慧醫(yī)療、智慧教育等。2020年5月11日，中國移動、中遠海運、東風(fēng)汽車等在背景、上海、廈門等六地舉行“5G+無人駕駛賦能智慧港口”云發(fā)布會，截止5月，廈門港已實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)連續(xù)覆蓋，全區(qū)域5G綜合覆蓋率達98.89%。港區(qū)內(nèi)開展5G 邊緣計算與切片專網(wǎng)建設(shè)，實現(xiàn)了駕駛行為分析、AGV遠程控制、自動駕駛、港機遠控等5G場景應(yīng)用，大幅提升了港區(qū)的作業(yè)效率和作業(yè)安全[3]。

2.2 船舶靠泊現(xiàn)狀

船舶大型化的不斷發(fā)展，使得船舶駕駛員或者船長操縱船舶難度加大，尤其增加了船舶靠泊過程中操縱風(fēng)險，該風(fēng)險一方面來自船舶過大影響船舶駕駛員/船長或者引航員在靠泊過程當(dāng)中視覺觀察情況，造成視覺盲區(qū)，容易產(chǎn)生碰撞風(fēng)險;另一方面，船舶信息化設(shè)備部署情況也會對船舶在靠泊過程當(dāng)中各單位、各方面的交流產(chǎn)生一定的影響，給船舶靠泊增加一定的風(fēng)險。

船舶靠泊過程中是一個非常復(fù)雜的過程，需要船岸協(xié)同作業(yè)實現(xiàn)。在船舶進入錨地前，船長通過VHF或其他通信設(shè)備與港口調(diào)度聯(lián)系，確定進港時間和卸貨事宜以及港口水域情況等;船長通過通信設(shè)備就抵港情況通知駕駛、輪機及事務(wù)部門;船舶進入航道后，碼頭調(diào)度員實時跟蹤船舶航行情況（船位、航速、通航環(huán)境等），若有異常及時協(xié)調(diào)處理;并在靠泊前半小時，碼頭調(diào)度員提前通知港池水域內(nèi)船只避讓，通知有關(guān)部門清理水下障礙物等。船舶進入錨地后，引航員登船，通過GPS、AIS、雷達等確定船首、船尾與岸邊距離;并通過對講設(shè)備將操作指令傳達駕駛員和拖輪，協(xié)助船舶完成靠泊。

在船舶靠泊過程中，駕駛員或引航員主要靠瞭望判斷船舶停靠位置，船舶位置定位不準(zhǔn)，容易導(dǎo)致平行停靠不精準(zhǔn)，增加靠泊難度，且停靠效率較低;而且通過瞭望判斷有時候容易因為船舶過大無法看清周圍情況，產(chǎn)生視覺盲區(qū);除此之外，在靠泊的過程中，船岸交互主要依賴于傳統(tǒng)的對講通訊設(shè)備，通信設(shè)備信號會影響船舶靠泊指令的傳達，由于船舶慣性，產(chǎn)生碰撞事故，造成不可挽回的后果。

3. 5G在智慧靠泊場景中的應(yīng)用

3.1 5G助力船岸通信

依托中國移動等運營商在港口部署的港口5G專網(wǎng)，為船舶靠泊過程中船岸通訊信息傳輸、相關(guān)終端設(shè)備通信需求等提供5G專網(wǎng)。借助港口5G專網(wǎng)，依托5G技術(shù)高傳輸速率、超低時延以及超大帶寬為船岸通信以及相關(guān)智能化作業(yè)提供協(xié)同聯(lián)動保障，助力船舶駕駛員、引航員、拖輪等及時獲得靠泊過程中相關(guān)音視頻信息，降低在靠泊過程中因為通信不通暢而導(dǎo)致的操作故障，進而提高靠泊作業(yè)效率。

目前，中國移動可發(fā)揮2.6GHz和4.9GHz雙頻資源優(yōu)勢，為客戶靈活搭建4G/5G行業(yè)專網(wǎng)，提供可靠性高、性能強、方便部署的4G/5G專網(wǎng)服務(wù)，滿足客戶專網(wǎng)定制化需求[4]。

3.2 5G助力實時定位

借助中國移動5G和北斗高精度定位技術(shù)，通過將雷達、AIS等多源數(shù)據(jù)進行融合，測定船舶船首、船尾離岸邊的距離，精準(zhǔn)測定船舶角度，拖輪位置等，同時借助港口5G專網(wǎng)，將位置信息傳遞給船舶駕駛員、引航員、岸邊監(jiān)控中心等，實現(xiàn)靠泊過程中定位信息的實時傳遞，解決船舶平行靠泊不精準(zhǔn)的問題，降低靠泊事故風(fēng)險。

3.3 5G助力消除視覺盲區(qū)

通過將5G技術(shù)與AI技術(shù)進行融合，通過在船身、岸邊、拖輪上安裝定制的AI攝像頭，對船舶進行360度全方位可視化實時監(jiān)控，對船舶周圍狀況，包括作業(yè)船只、浮標(biāo)等海面物體進行監(jiān)控識別，并將識別到的高清視頻畫面回傳給船舶駕駛員、引航員、拖輪等終端設(shè)備，可以輔助消除視覺盲區(qū)，減少船舶靠泊過程當(dāng)中碰撞等事故的產(chǎn)生。

利用5G+AI技術(shù)，通過定制化的AI攝像頭和終端設(shè)備的方案還可以應(yīng)用于霧天、夜晚等可見度比較低的作業(yè)環(huán)境，降低靠泊過程當(dāng)中的碰撞風(fēng)險問題。

4. 5G智慧靠泊應(yīng)用展望

隨著5G、AI等技術(shù)的不斷成熟，目前已成功應(yīng)用于智慧城市、智慧交通的多個應(yīng)用場景當(dāng)中，如智慧港口相關(guān)港機設(shè)備的遠程控制、智能理貨、自動駕駛、智慧航道、智慧海事等場景。在船舶靠泊場景中的風(fēng)險點主要是船岸通信影響、船舶定位情況以及視覺盲區(qū)等，通過5G技術(shù)賦能船舶靠泊場景，可借助5G等相關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢，減少船舶在靠泊過程中產(chǎn)生的事故問題，實現(xiàn)智慧靠泊。

參考文獻

[1] ?李日嶺.大型船舶自主靠泊方法的研究[D].大連：大連海事大學(xué)，2012.

[2] ?AHMED Y A，HASEGAWA K. Implementation of automatic ship berthing using artificial neural network for free running experiment[C]//The 9th International Federation of Automatic Control（IFAC）Conference on Control Applications in Marine Systems（CAMS）. Oxford，UK：IFAC-Elsevier Ltd，2013：25-30.

[3] ?中遠海運港口有限公司，中遠海運科技股份有限公司，中移（上海）信息通信科技有限公司等.5G智慧港口全業(yè)務(wù)場景落地白皮書，2020.

[4] ?華為，上海振華重工，中國移動，沃達豐.5G智慧港口白皮書，2019.