基于5G技術的湛江港智慧港口建設探索

湯浩 萇占星 吳兆銘 魏煜楠

【摘 要】 為增強湛江港口軟實力、提高港口的綜合營運效率，結合湛江港建設現狀和湛江港集裝箱吞吐量，分析湛江港智慧港口建設的必要性，指出湛江港在港口監管系統、電子口岸、物流鏈等方面存在的不足。基于5G技術，構建由電子商務系統、控制管理系統、物流中轉系統和信息反饋系統組成的湛江港智慧港口信息化平臺架構，提出建立數據庫、規劃建設口岸平臺、建立信息感知網絡等優化方案。

【關鍵詞】 湛江港;智慧港口;5G技術;信息化平臺

0 引 言

隨著經濟全球化不斷深入和5G、物聯網、人工智能等新技術的出現，智慧港口建設已成為世界港口發展的大趨勢，國際上新加坡港、鹿特丹港等在智慧港口建設方面已先行一步;國內青島港、天津港、上海港在智慧港口建設應用方面成果顯著，寧波舟山港、廣州港等在智慧港口建設方面正在發力。[1] 湛江港作為“一帶一路”海上合作戰略支點和廣東省粵西地區樞紐港，近幾年在港口建設方面進行了多方位嘗試，如湛江港智慧散貨碼頭建設、集裝箱碼頭的全自動化改造等，均取得了一定成果。但是，由于投資力度不足、單一化建設等原因，湛江港各單元之間數據鏈聯系不夠緊密，存在信息孤島、數據孤島等問題。面對龐大數據、多源數據，缺少統一的信息化平臺，導致信息溝通不暢，極大地影響了港口運營效率。5G技術作為新一代通信技術，具有高速率、低延遲、大容量等特點，被廣泛應用于智慧教學、智慧醫療、車聯網等領域。5G技術的出現，極大地改變了傳統行業的運營方式，也催生了許多新的行業，具有廣闊的開發和應用前景。5G技術日趨成熟，為智慧港口建設提供了強力保障。

1 湛江港智慧港口建設的必要性

1.1 湛江港面臨的現狀

湛江港是我國通往歐洲、非洲、大洋洲和東南亞地區航程最短的港口，港內擁有124個生產性泊位、1個40萬噸級泊位、4個30萬噸級泊位、21個10萬噸級以上泊位。湛江港是我國西南港口群的中心港口，近年來周邊港口的強勢崛起和國內大港的快速發展對湛江港的發展構成了巨大的競爭壓力。廣西北部灣港通過升級港口設施，引進各類百億級產業項目，現已被列為國際樞紐海港。茂名港在“十三五”期間圍繞石化儲運項目加大建設，累計融資超96億元，不斷向能源大港邁進。上海洋山港區的億通網服務平臺，綜合運用了先進的港口生產操作系統，具有涵蓋物流、通關監管、費用結算等多種功能，實現監管控制一體化。在此情勢下，湛江港要進行高效化、智能化、綠色化改造，保持自身競爭力。

1.2 湛江港目前存在的不足

對照國內智慧港口建設相對完善的港口信息化平臺，湛江港在智能化建設中主要面臨以下3個問題：

（1）港口控制監管系統信息未共享互通。在港口控制管理方面，湛江港各碼頭部門業務辦理過程繁瑣、周期長。目前，湛江港各業務部門已有信息化系統，但各個系統之間的信息數據缺少統一的信息聯絡平臺進行信息數據的有效傳輸和共享互通，難以形成一個完整串聯企業公司、政府、管理部門、海事海關的物流信息系統控制和管理湛江港的貨物流通，以實現各個單位部門之間業務的高效運作。各個港口物流部門信息孤島問題是制約湛江港高效營運發展的一個關鍵因素。

（2）電子口岸建設發展緩慢。湛江與深圳、廣州等地同時確立了建立電子口岸的目標，但由于地區發展差異、投資力度等原因，與發達地區港口的電子口岸系統相比，湛江港相關設備尚不夠完善，導致到港船舶辦理航運相關手續的效率較低。湛江港產業鏈的地理位置呈狹長分布、范圍大。港內船舶種類多、所涉業務廣、信息源多樣、數據龐雜，使得船舶通關效率低。在入港船舶越來越多的趨勢下，湛江港還需進一步提高業務效率。

（3）物流鏈智能化程度低。湛江港的物流鏈維持一種半人工、半智能的狀態，由此導致運營成本相較于在傳統物流運作下并沒有得到顯著減少。這種影響在湛江港集裝箱多式聯運上體現明顯，如在集裝箱轉運過程中仍然需要使用ID卡進行信息識別、讀取，需要通過計算機人工操作完成貨物信息的傳輸。在集裝箱信息透明度方面，也需要人工進行多方面信息的采集、計算和分析，缺少運用現有信息技術實現供應鏈流程各個節點的信息流、資金流的統一，由此造成了供應鏈多重資源的重合，增加了物流成本。

1.3 湛江港發展的必然要求

近年來湛江港集裝箱裝卸業務發展迅猛，2008―2019年湛江港集裝箱吞吐量見圖1。

從圖1可知，2008年全球金融危機使得湛江港集裝箱吞吐總量有所波動，但自航運市場恢復后年增長率始終保持正增長，2018年湛江港集裝箱吞吐量突破100萬TEU的重要關口。[2]

對圖1數據進行擬合分析，預測2020―2030年湛江港集裝箱吞吐量和增長率，結果見圖2。

由圖2可知，湛江港未來集裝箱吞吐量將逐年增多，在2030年有望突破200萬TEU。港口現有運營模式勢必會影響港口整體競爭力，不利于湛江港做大做強;因此，湛江港應全面推進智慧港口建設，無論是促進華南地區物流行業的發展，還是滿足湛江港貨物的進出口貿易都將大有可為。

2 湛江港智慧港口建設探索

湛江港在信息化建設中存在信息孤島、非結構化數據過度膨脹等問題，制約著湛江港信息化效益的提升。為提高湛江港在國際國內的競爭力，推進港口技術創新和升級，智慧港口建設是湛江港未來發展的必然選擇。

2.1 智慧港口的概念

智慧港口是以現代化的港口設施為基礎，以大數據、云計算、物聯網等新一代信息網絡技術構建信息化平臺為智慧港口的控制運營核心，能夠實現對港口涉及的相關信息進行深度挖掘，以及航運過程中涉及的相關部門之間各個要素的信息互通和協同聯動的智能化港口。

智慧港口架構可分為前端傳感層、信息通信層、數據中心層、應用服務層等4個層面。每一個層面相互連接、缺一不可。智慧港口架構見圖3。

（1）前端傳感層。通過基礎的傳感設備構建起物流運輸的傳感系統，對物流運輸過程中的運輸工具和貨物的位置信息、狀態信息進行全方位采集，采集得到的信息將全部服務于智慧港口信息化平臺。

（2）信息通信層。以局域網和無線網為基礎，構建信息傳輸網絡，將傳感層采集到的信息數據傳輸到相應的信息處理系統。

（3）數據中心層。在信息處理技術的支持下對收集到的數據進行分類處理，為決策層面提供方便、快捷的數據服務。

（4）應用服務層。以處理過的數據為基礎，在相關部門中實現智能應用的開發和使用，促進港口的運行效率。[3]

2.2 5G技術在智慧港口建設的應用

5G技術是最新一代的信息技術，根據國際標準化組織第三代合作伙伴計劃（3GPP）定義5G的三大應用場景，其在智慧港口建設中的應用優勢如下：

（1）5G技術的最高數據傳輸速率可達20 GB/s，在用戶密度較大時能夠達到100 MB/s的能量效益，每無線帶寬和每單元數據網絡吞吐量是4G網絡區域流量容納值的3～4倍，區域內總流量密度達10 MB/（m2穝）。因此，在智慧港口的建設中，5G技術可以應用在各個數據處理層傳輸方面，以解決信息數據傳輸量大的問題。

（2）5G網絡的連接密度可達每單位地區連接設備數量每平方公里100萬臺。智慧港口各個部門之間需要建立密集信息傳輸網絡、數據庫網絡，實現部門之間的數據信息互聯互通，且每個單元之間又保持相對獨立。5G技術完全能匹配這種功能，成為智慧港口建設的最佳選擇。

（3）5G網絡切換和保證通信質量極速達到500 km/h，可使數據包移動傳輸時延低于1 ms。在建立信息傳輸網絡的基礎上，提高港口作業效率是智慧港口建設的主要目的之一。5G技術在實現數據迅速傳輸的同時，降低數據傳輸時延，進而提高工作效率。

2.3 湛江港智慧港口信息化平臺的構建

信息化平臺是智慧港口的核心，智慧港口的建設需要港口本身具有一定的智能設施作為基礎，進而在信息化平臺的控制下實現更高程度的智能化。湛江港在探索智能化發展過程中，保留有智能化設施設備和信息化架構，如H2000通關系統，但與完整統一的信息化平臺相比，湛江港目前還沒有對港口物流相關部門進行連接、對相關信息進行處理的數據中心系統。

基于對湛江港運輸業務、發展現狀的分析研究，構建符合湛江港實際需求的智慧港口信息化平臺架構，該架構由4個子系統組成，見圖4。

（1）電子商務系統。湛江港內商務交易繁雜，利用5G技術搭建電子商務交易平臺，通過網絡上傳船舶和貨物的基本信息、買賣交易信息等，實現船方、企業和監管部門三方的商務信息對接，在此基礎上實現對數據的分類管理。涉及支付的環節采用網上銀行，為保證支付安全，銀行需要為客戶提供貨款、業務費用結賬、保險等金融保障。

（2）控制管理系統。在報關業務方面，以航運公司為單位將船舶、貨物、檢疫等信息匯總錄入，利用信息平臺轉換為通關申報信息，再統一由平臺分配到每個管理單元，實現信息共享、互通，高效通關。針對湛江港配套設施分布，利用數字孿生平臺統一數據庫信息建立3D模型，將港口內設備、泊位、交通航道監控等數據接入平臺實現相關部門對港口資源的高精度分配管理。

（3）物流中轉系統。湛江港作為沿海大港涉及的物流中轉包括海陸、海空等多種聯運方式。物流中轉系統依托傳感層數據的收集和處理，將物流中轉有關數據從傳感層匯集到物流中轉系統，中轉系統利用大數據技術，對數據進行分類、處理、匯總后傳輸到各個物流節點，作為重要決策調度的依據。

（4）信息反饋系統。該系統主要為企業提供貨物跟蹤信息和貨物狀態信息。企業根據貨物的訂艙號、提單號等查詢條件，在電子商務系統、控制管理系統和物流中轉系統的設計基礎上，通過系統間的信息傳輸反饋，實現對貨物動態信息的實時掌握，進一步跟進物流動態，增強企業對貨物流通的知情權。

2.4 湛江港智慧港口信息化平臺的優化

在構建湛江港智慧港口信息化平臺的基礎上，為增強該平臺的實用性，使湛江港早日建成功能完備的智慧港口，對湛江港智慧港口信息化平臺提出優化方案。

（1）建立信息數據庫。建立數據庫是湛江港信息化平臺規劃的核心。信息網絡層面相對獨立是湛江港在信息化升級改造中存在的主要問題，而數據庫技術可以很好地解決這一問題。通過建立一個相對完善的核心數據庫中心，將有關船舶、貨物、商家、貨主的相關信息（如貨物、多式聯運中交通運輸工具的位置信息和狀態信息，港口堆場的使用情況信息，商家在貿易過程發布的公告信息等）集成在數據庫當中，通過數據庫對貨物信息進行分類和處理后，利用5G技術在各個部門與數據庫之間進行信息傳輸、共享，在關鍵傳輸節點處添加數據接口模塊，提供網絡頁面給各個部門查詢、上傳、下載物流過程中涉及的有效信息，使相關部門、政府、企業能夠高效辦理船舶、貨物等多項綜合業務。

（2）規劃建設口岸平臺。湛江港船舶種類多，所涉業務廣、信息源多樣、數據龐雜，容易導致口岸內部運行復雜，因而有必要對口岸業務進行分類，梳理出需要重點投入建設的業務申報、報關通關、航道監控、基礎服務四大平臺。重點對四大平臺進行智能化規劃建設，應用5G技術加大投資力度，使船舶在業務申報和報關通關時更方便、快捷進行數據傳輸、業務通信和數據整合;使港口更加清晰精準地對航道進行監控，更全面地覆蓋對多種類貨物的基礎服務。如此，湛江港的電子口岸發展更有條理，智能化平臺也將相對趨于完善，可以高效地解決湛江港各類船舶到港的流程問題，在提高港口運營效率的基礎上提高港口整體競爭力。

（3）建立信息感知網絡。可建立一個用于物流信息識別的感應層，切實解決湛江港港口在物流鏈貨物運輸過程中的智能化監管問題。信息感知網絡主要利用無線傳感、電子數據交換（EDI）、射頻識別（RFID）等信息感知技術對物品進行信息采集，通過網絡通信技術實現物流部門掌握貨物的具體信息。無線傳感技術應用于物流業務的中轉環節，可以實時獲取貨物基礎信息，在給予中轉監管部門及時反饋的同時，可以減少物流環節對人工的依賴;EDI技術使物流全過程通過計算機網絡來完成，不需要人工干預，不僅有效減少勞動力的重復使用、降低運輸成本，而且使企業能夠準確預測貨物的需求量，減少人工對貨物的信息統計和采集，避免人為失誤，切實解決物流鏈中資源、人力重疊的問題。

參考文獻：

[1] 李紅，王大成，劉婷. 我國智慧港口建設中的問題及發展建議[J]. 水運管理，2020（1）：23-25.

[2] 詹萌，席芳，馮同軍. 湛江港集裝箱業務發展現狀及運輸需求分析[J]. 交通企業管理，2019（3）：15-17.

[3] 劉興鵬，張澍寧. 智慧港口內涵及其關鍵技術[J].世界海運，2016（1）：1-6.