5G在智慧港口建设中的应用与研究

黄健

摘  要：5G将为港口作业生产中的各环节提港口供高带宽、低时延、大连接的网络接入能力，助力港口信息化升级，推动港口智慧化建设。

关键词：5G;边缘计算;集群通信;数字化;智能化

引言：

港口是交通运输的重要枢纽，在促进国际贸易和地区发展中起着举足轻重的作用。但近年来随着吞吐量不断上升，很多港口都面临着劳动力成本攀升、劳动强度大、人力短缺等难题，迫切需要推动信息技术和港口建设深度融合、提高全要素生产率。作为数字化关键信息基础设施，5G覆盖面广、渗透性强、带动作用明显，将进一步打破时空限制，实现人流、物流、资金流、信息流的集中汇聚、高效协同，促进港口发展向数字化、网络化、智能化转型。

1 港口通信技术的发展

当前港口生产使用的通信技术大多采用光纤通信，其优点是通信速度快，性能稳定，但缺点是施工困难，特别对于港口改造项目，往往需要路面开挖和管道敷设，施工难度大且影响港口正常作业运营。

而现场无线通信目前主要覆盖大型机械生产指令调度，集群语音和现场视频等3类型应用^[1]。一般而言，2.4G Wi-Fi无线频段用于岸桥、场桥、集卡和理货无线终端与码头生产作业系统（TOS）作业指令交互，400 MHz或800 MHz Tentra系统用于无线集群对讲系统，而5.8G Wi-Fi频段一般用于生产安全现场大规模视频回传，多频混用且应用隔离一方面导致技术人员必须维护多张网络，另一方面现场作业人员须配备多个终端，成本高且使用复杂。

近几年，通过将港口的数据、语音和视频等无线应用进行整合，形成全港频谱共享、管理统一的4G eLTE专网^[2]，能有效解决原集装箱港区Wi-Fi无线信号覆盖（特别是空箱区和集卡应用）、现场作业人员多终端使用、IT人员维护开发难点技术等诸多问题。但随着港区对自动驾驶、智能理货、远程控制等自动化应用的需求出现，港口业务对网络的带宽和时延的要求也进一步提高，原有的4G网络已无法满足新业务的需求，急需向5G演进。

2 5G技术与港口专网

第五代移动通信技术即5G通信技术作为面向未来的通信技术，它以全新的网络架构，提供至少10倍于4G的峰值速率、毫秒级的传输时延和千亿级的连接能力，开启万物广泛互联、人机深度交互的新时代。目前5G通信技术正在全速前行，在港口行业与自动驾驶、大数据、人工智能和虚拟现实等多场景进行复合应用，充分发挥5G通信技术潜能，在港口工业级加以利用釋放技术红利。

5G技术定义了三大类应用场景：增强型移动宽带（eMBB）、低时延高可靠通信（uRLLC）和大容量物联网（mMTC）。其中5G eMBB场景分为广域覆盖和热点覆盖，对于港口逐渐兴起的大流量业务能够更好地支撑，如高清视频远程监控、视频智能理货等应用。5G uRLLC场景要求极低的时延和更高的可用性，在港机设备远程操控、集卡自动驾驶等应用场景有广泛需求。5G mMTC场景主要针对海量机器类通信，如港机设备智能诊断与评估、集装冷藏箱远程状态监控等应用。

此外，5G + MEC（边缘计算）港口专网将很好地支撑港口信息的高速率、低时延运行。MEC边缘计算是在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的开放平台。它就近提供智能互联服务，满足港口行业在数字化变革过程中对业务实时、业务智能、数据聚合与互操作、安全与隐私保护等方面的关键需求。

3 5G赋能智慧港口的典型应用

1）港机设备远控

利用5G技术大带宽、低时延等特点，推动桥吊、龙门吊等各类集装箱专用装卸设备远程化、自动化改造，通过高清视频实时回传与控制信号实时精准下发，实现设备的远程控制，提高作业效率，降低作业风险。同时借助人工智能等技术，完成集装箱在流转过程中的智能理货，实现整个装卸流程智慧化。

2）港口无人集卡

基于5G实现内集卡实时控制信令传输，基于港口车路协同、融合定位等技术实现内集卡自动驾驶，建立车辆调度系统，优化行驶路径，从而替代地磁，最大程度上降低码头自动化改造成本，解决传统港口内司机及现场操作人员短缺、疲劳等问题，提升运营效率，降低安全风险。

3）港口智能安防

通过5G辅助全景监控完成港口作业区安全巡检、指挥调度、事故应急指挥处置等，实现更全面、更实时、更高效的安防解决方案。同时基于5G和人工智能技术，结合低空无人机和无人船的功能与优势，实现港口空中、水上全方位立体应急管理，提升应急问题处理效能，保证安防事件零错失，云、管、端全方位支撑港口安全监控。

4）辅助靠离泊

借助 5G、高精度定位、船岸协同等技术，当船舶进出港口航道时，港口定位感应器精准感应进出港船舶，并及时传输船舶靠泊需求，结合传感器融合人工智能技术探测物体和避免冲撞，可让船舶在靠近码头泊位时自动更改航线和航速，无需人工干预即可绕过障碍物完成自动靠泊目标码头，实现港口泊位资源的高效分配与船舶靠泊引导，提高港口运行效率和资源利用率、降低运营成本、增强作业安全。

4 总结

通过建设5G智慧港口，利用新信息技术更好地联通港口、航运和陆运物流等航运产业链的上下游，将极大降低通信改造成本、提升港口运营效率、提高运营生产的安全和可靠性，是实现传统港口业向数字化、智能化和智慧化发展的重要手段。

参考文献

[1]  张晓光. 无线通信技术在集装箱码头的应用分析[J]. 数字通信，2015（08）：21-22

[2]  董少颖，窦金凤. 基于TD-LTE技术的集装箱码头无线网络设计[J]. 集装箱化，2015（04）：18-22