5G在智慧港口建設中的應用與研究

黃健

摘? 要：5G將為港口作業生產中的各環節提港口供高帶寬、低時延、大連接的網絡接入能力，助力港口信息化升級，推動港口智慧化建設。

關鍵詞：5G;邊緣計算;集群通信;數字化;智能化

引言：

港口是交通運輸的重要樞紐，在促進國際貿易和地區發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力成本攀升、勞動強度大、人力短缺等難題，迫切需要推動信息技術和港口建設深度融合、提高全要素生產率。作為數字化關鍵信息基礎設施，5G覆蓋面廣、滲透性強、帶動作用明顯，將進一步打破時空限制，實現人流、物流、資金流、信息流的集中匯聚、高效協同，促進港口發展向數字化、網絡化、智能化轉型。

1 港口通信技術的發展

當前港口生產使用的通信技術大多采用光纖通信，其優點是通信速度快，性能穩定，但缺點是施工困難，特別對于港口改造項目，往往需要路面開挖和管道敷設，施工難度大且影響港口正常作業運營。

而現場無線通信目前主要覆蓋大型機械生產指令調度，集群語音和現場視頻等3類型應用^[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作業系統（TOS）作業指令交互，400 MHz或800 MHz Tentra系統用于無線集群對講系統，而5.8G Wi-Fi頻段一般用于生產安全現場大規模視頻回傳，多頻混用且應用隔離一方面導致技術人員必須維護多張網絡，另一方面現場作業人員須配備多個終端，成本高且使用復雜。

近幾年，通過將港口的數據、語音和視頻等無線應用進行整合，形成全港頻譜共享、管理統一的4G eLTE專網^[2]，能有效解決原集裝箱港區Wi-Fi無線信號覆蓋（特別是空箱區和集卡應用）、現場作業人員多終端使用、IT人員維護開發難點技術等諸多問題。但隨著港區對自動駕駛、智能理貨、遠程控制等自動化應用的需求出現，港口業務對網絡的帶寬和時延的要求也進一步提高，原有的4G網絡已無法滿足新業務的需求，急需向5G演進。

2 5G技術與港口專網

第五代移動通信技術即5G通信技術作為面向未來的通信技術，它以全新的網絡架構，提供至少10倍于4G的峰值速率、毫秒級的傳輸時延和千億級的連接能力，開啟萬物廣泛互聯、人機深度交互的新時代。目前5G通信技術正在全速前行，在港口行業與自動駕駛、大數據、人工智能和虛擬現實等多場景進行復合應用，充分發揮5G通信技術潛能，在港口工業級加以利用釋放技術紅利。

5G技術定義了三大類應用場景：增強型移動寬帶（eMBB）、低時延高可靠通信（uRLLC）和大容量物聯網（mMTC）。其中5G eMBB場景分為廣域覆蓋和熱點覆蓋，對于港口逐漸興起的大流量業務能夠更好地支撐，如高清視頻遠程監控、視頻智能理貨等應用。5G uRLLC場景要求極低的時延和更高的可用性，在港機設備遠程操控、集卡自動駕駛等應用場景有廣泛需求。5G mMTC場景主要針對海量機器類通信，如港機設備智能診斷與評估、集裝冷藏箱遠程狀態監控等應用。

此外，5G + MEC（邊緣計算）港口專網將很好地支撐港口信息的高速率、低時延運行。MEC邊緣計算是在靠近物或數據源頭的網絡邊緣側，融合網絡、計算、存儲、應用核心能力的開放平臺。它就近提供智能互聯服務，滿足港口行業在數字化變革過程中對業務實時、業務智能、數據聚合與互操作、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。

3 5G賦能智慧港口的典型應用

1）港機設備遠控

利用5G技術大帶寬、低時延等特點，推動橋吊、龍門吊等各類集裝箱專用裝卸設備遠程化、自動化改造，通過高清視頻實時回傳與控制信號實時精準下發，實現設備的遠程控制，提高作業效率，降低作業風險。同時借助人工智能等技術，完成集裝箱在流轉過程中的智能理貨，實現整個裝卸流程智慧化。

2）港口無人集卡

基于5G實現內集卡實時控制信令傳輸，基于港口車路協同、融合定位等技術實現內集卡自動駕駛，建立車輛調度系統，優化行駛路徑，從而替代地磁，最大程度上降低碼頭自動化改造成本，解決傳統港口內司機及現場操作人員短缺、疲勞等問題，提升運營效率，降低安全風險。

3）港口智能安防

通過5G輔助全景監控完成港口作業區安全巡檢、指揮調度、事故應急指揮處置等，實現更全面、更實時、更高效的安防解決方案。同時基于5G和人工智能技術，結合低空無人機和無人船的功能與優勢，實現港口空中、水上全方位立體應急管理，提升應急問題處理效能，保證安防事件零錯失，云、管、端全方位支撐港口安全監控。

4）輔助靠離泊

借助 5G、高精度定位、船岸協同等技術，當船舶進出港口航道時，港口定位感應器精準感應進出港船舶，并及時傳輸船舶靠泊需求，結合傳感器融合人工智能技術探測物體和避免沖撞，可讓船舶在靠近碼頭泊位時自動更改航線和航速，無需人工干預即可繞過障礙物完成自動靠泊目標碼頭，實現港口泊位資源的高效分配與船舶靠泊引導，提高港口運行效率和資源利用率、降低運營成本、增強作業安全。

4 總結

通過建設5G智慧港口，利用新信息技術更好地聯通港口、航運和陸運物流等航運產業鏈的上下游，將極大降低通信改造成本、提升港口運營效率、提高運營生產的安全和可靠性，是實現傳統港口業向數字化、智能化和智慧化發展的重要手段。

參考文獻

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

[2]? 董少穎，竇金鳳. 基于TD-LTE技術的集裝箱碼頭無線網絡設計[J]. 集裝箱化，2015（04）：18-22