5G技術在智慧靠泊場景的應用探索

柳晶晶

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

關鍵詞：5G，智慧靠泊，輔助靠泊

1. 引言

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

據克拉克森統計，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年中記錄的事故數據中，平均每年發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致的[2]。

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

近年來，隨著5G、AI、物聯網、大數據等高新技術的不斷發展，通過技術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，可以實現船舶的智慧靠泊。

2.現狀分析

2.1 5G技術發展現狀

5G即第五代移動通信技術，是數字經濟時代的一種通用技術，主要有eMBB（大流量移動寬帶）業務、mMTC（大規模物聯網）、uRLLC（低延時高可靠連接）業務三大應用場景。從指標角度看，5G在峰值速率、流量密度、傳輸時延等均優于4G。5G將人與人、物與物、人與物的距離拉近，開啟了萬物互聯的新時代。

2019年我國5G商用全面啟動。2019年6月，工業和信息化部正式向中國移動、中國電信、中國聯通和中國廣電發放5G商用牌照，標志著中國正式進入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、產業趨勢、創新應用等開展交流與討論。據工信部發布的《2019年通信業統計公報》顯示，截至2019年底，全國已建成5G基站超13萬個。

國內運營商利用其5G技術優勢，已將5G技術成功應用于智慧城市的各個場景，如智慧港口、智慧醫療、智慧教育等。2020年5月11日，中國移動、中遠海運、東風汽車等在背景、上海、廈門等六地舉行“5G+無人駕駛賦能智慧港口”云發布會，截止5月，廈門港已實現5G網絡連續覆蓋，全區域5G綜合覆蓋率達98.89%。港區內開展5G 邊緣計算與切片專網建設，實現了駕駛行為分析、AGV遠程控制、自動駕駛、港機遠控等5G場景應用，大幅提升了港區的作業效率和作業安全[3]。

2.2 船舶靠泊現狀

船舶大型化的不斷發展，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險，該風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中視覺觀察情況，造成視覺盲區，容易產生碰撞風險;另一方面，船舶信息化設備部署情況也會對船舶在靠泊過程當中各單位、各方面的交流產生一定的影響，給船舶靠泊增加一定的風險。

船舶靠泊過程中是一個非常復雜的過程，需要船岸協同作業實現。在船舶進入錨地前，船長通過VHF或其他通信設備與港口調度聯系，確定進港時間和卸貨事宜以及港口水域情況等;船長通過通信設備就抵港情況通知駕駛、輪機及事務部門;船舶進入航道后，碼頭調度員實時跟蹤船舶航行情況（船位、航速、通航環境等），若有異常及時協調處理;并在靠泊前半小時，碼頭調度員提前通知港池水域內船只避讓，通知有關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;并通過對講設備將操作指令傳達駕駛員和拖輪，協助船舶完成靠泊。

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，容易導致平行停靠不精準，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，產生視覺盲區;除此之外，在靠泊的過程中，船岸交互主要依賴于傳統的對講通訊設備，通信設備信號會影響船舶靠泊指令的傳達，由于船舶慣性，產生碰撞事故，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，為船舶靠泊過程中船岸通訊信息傳輸、相關終端設備通信需求等提供5G專網。借助港口5G專網，依托5G技術高傳輸速率、超低時延以及超大帶寬為船岸通信以及相關智能化作業提供協同聯動保障，助力船舶駕駛員、引航員、拖輪等及時獲得靠泊過程中相關音視頻信息，降低在靠泊過程中因為通信不通暢而導致的操作故障，進而提高靠泊作業效率。

目前，中國移動可發揮2.6GHz和4.9GHz雙頻資源優勢，為客戶靈活搭建4G/5G行業專網，提供可靠性高、性能強、方便部署的4G/5G專網服務，滿足客戶專網定制化需求[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，通過將雷達、AIS等多源數據進行融合，測定船舶船首、船尾離岸邊的距離，精準測定船舶角度，拖輪位置等，同時借助港口5G專網，將位置信息傳遞給船舶駕駛員、引航員、岸邊監控中心等，實現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的問題，降低靠泊事故風險。

3.3 5G助力消除視覺盲區

通過將5G技術與AI技術進行融合，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控，對船舶周圍狀況，包括作業船只、浮標等海面物體進行監控識別，并將識別到的高清視頻畫面回傳給船舶駕駛員、引航員、拖輪等終端設備，可以輔助消除視覺盲區，減少船舶靠泊過程當中碰撞等事故的產生。

利用5G+AI技術，通過定制化的AI攝像頭和終端設備的方案還可以應用于霧天、夜晚等可見度比較低的作業環境，降低靠泊過程當中的碰撞風險問題。

4. 5G智慧靠泊應用展望

隨著5G、AI等技術的不斷成熟，目前已成功應用于智慧城市、智慧交通的多個應用場景當中，如智慧港口相關港機設備的遠程控制、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險點主要是船岸通信影響、船舶定位情況以及視覺盲區等，通過5G技術賦能船舶靠泊場景，可借助5G等相關技術的優勢，減少船舶在靠泊過程中產生的事故問題，實現智慧靠泊。

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，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智慧港口全業務場景落地白皮書，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.