5G應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展白皮書-5G重點(diǎn)應(yīng)用分析-智慧港口
智慧港口
隨著5G融合應(yīng)用的不斷發(fā)展和演進(jìn)，應(yīng)用重點(diǎn)行業(yè)和領(lǐng)域逐步聚焦，尤其是在工廠、礦山、港 口、醫(yī)療、電網(wǎng)、交通、安防、教育、文旅以及智慧城市等10個(gè)領(lǐng)域，逐步獲得業(yè)界認(rèn)可，并初步形 成了有望規(guī)模商用的應(yīng)用場景。本文主要介紹5G在智慧港口中的典型應(yīng)用分析，主要從5G典型場景及價(jià)值、未來發(fā)展空間以及面臨的挑戰(zhàn)。
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正文開始：
1、5G典型場景及價(jià)值
我國港口吞吐量穩(wěn)居世界前列，通過5G實(shí)現(xiàn)港口自動(dòng)化改造成為了當(dāng)前的熱點(diǎn)。在全球十大自動(dòng) 化碼頭中，中國占據(jù)了4個(gè)，中國振華重工集團(tuán)生產(chǎn)的岸橋、軌道吊等重型設(shè)備在集裝箱碼頭全球市場 份額居于首位。與此同時(shí)，港口的多個(gè)業(yè)務(wù)場景對于網(wǎng)絡(luò)的需求，與5G本身的特性是非常匹配的。5G 具有低延時(shí)、高可靠和大帶寬的技術(shù)特點(diǎn)，而港口的遠(yuǎn)程操控、高清視頻輔助控制以及復(fù)雜環(huán)境監(jiān)控 等場景正是具有以上需求。考慮到港口的眾多場景（以傳統(tǒng)人工碼頭為主）并不具備有線網(wǎng)絡(luò)部署能 力，5G與港口應(yīng)用的結(jié)合變得非常必要。通過5G網(wǎng)絡(luò)承載工業(yè)控制、高清視頻傳輸、環(huán)境監(jiān)控和離散 信息采集，并且攻克協(xié)議適配、流量整形和可靠性保障等難題，即可逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化碼頭的無線化改 造以及傳統(tǒng)人工碼頭的半自動(dòng)化改造。因此，港口將很可能成為未來首批5G商業(yè)應(yīng)用的地方。
一個(gè)典型的港口可分成六大業(yè)務(wù)場景，分別為船只進(jìn)出港（貨船將集裝箱運(yùn)至港口）、岸橋裝卸 貨（完成集裝箱裝卸貨并搬運(yùn)至水平運(yùn)輸區(qū)）、水平運(yùn)輸（完成岸橋區(qū)到堆場區(qū)的搬運(yùn)）、堆場管理優(yōu)化（完成集裝箱堆碼）、集卡出入港（完成集裝箱出入港運(yùn)輸）和陸港聯(lián)運(yùn)（港口與其他運(yùn)輸體系 的聯(lián)動(dòng)）。船只進(jìn)出港場景涉及近海通信、船貨同步以及船只定位等；岸橋吊裝卸貨目前是有線光纖 網(wǎng)絡(luò)以及人工操作，通過5G可以實(shí)現(xiàn)對岸橋掉起吊裝置的遠(yuǎn)程控制，這其中包含涉及了起吊設(shè)備數(shù)據(jù) 采集、高清視頻的回傳、定位防碰撞、現(xiàn)場人員通信以及人工智能識別分析等細(xì)分的場景；水平運(yùn)輸 場景涉及港區(qū)內(nèi)車輛的自動(dòng)駕駛調(diào)度，大視頻回傳、定位防碰撞等；堆場管理優(yōu)化負(fù)責(zé)堆場區(qū)集裝箱 的無人堆碼，需要對設(shè)備遠(yuǎn)程控制，同時(shí)也涉及AI視覺的應(yīng)用以及高清大視頻的傳輸；集卡出入港負(fù) 責(zé)對集卡車輛的無人駕駛監(jiān)控調(diào)度、定位防撞、視頻傳輸?shù)取?/span>
5G網(wǎng)絡(luò)的性能能夠滿足PLC控制信號的超低時(shí)延要求以及高清視頻回傳的帶寬要求，通過用5G 無線網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制替代傳統(tǒng)有線控制，實(shí)現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場的無人化操作，提升了操作靈活性和可靠性， 人工成本大幅降低，改善了工人的作業(yè)環(huán)境，港口作業(yè)效率顯著提高。在岸橋區(qū)和堆場區(qū)，通過5G方 案，相比人工碼頭，目前單臺設(shè)備可節(jié)省75%的人力，預(yù)計(jì)未來整個(gè)港區(qū)的人力會因此大幅降低，同 時(shí)，生產(chǎn)效率整體提高約50%。在水平運(yùn)輸區(qū)，5G+MEC的應(yīng)用將使自動(dòng)駕駛車輛的響應(yīng)時(shí)間縮短至 50ms以下，運(yùn)輸效率提升30%以上，且充分保障人車安全。厘米級的定位精度將推動(dòng)船只進(jìn)出港等場 景的創(chuàng)新應(yīng)用，也將極大提高港區(qū)各類場景的業(yè)務(wù)質(zhì)量。
5G在智慧港口中的應(yīng)用已經(jīng)在全國主要港口獲得推廣。青島港新前灣自動(dòng)化碼頭2019年1月完成了 基于5G連接的自動(dòng)岸橋吊車的控制操作，成功實(shí)現(xiàn)了通過無線網(wǎng)絡(luò)抓取和運(yùn)輸集裝箱。第三屆“綻放 杯”大賽獲獎(jiǎng)項(xiàng)目中，深圳媽灣港結(jié)合5G SA網(wǎng)絡(luò)以及港口的生產(chǎn)場景，研發(fā)了岸橋吊5G遠(yuǎn)程控制、 5G無人機(jī)、5G無人集卡、5G智能理貨、5G智能安防等5G移動(dòng)應(yīng)用，結(jié)合移動(dòng)2.6G+4.9G的頻譜優(yōu) 勢，采用5G網(wǎng)絡(luò)端到端切片技術(shù)來為港口的應(yīng)用保駕護(hù)航，無線采用RB資源預(yù)留結(jié)合5QI優(yōu)先級調(diào)度 實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的硬軟隔離，承載網(wǎng)使用FlexE硬隔離提供專用通道給港口，同時(shí)MEC+UPF下沉，保障低時(shí) 延的同時(shí)也做到了數(shù)據(jù)不出港口，確保港口的生產(chǎn)安全。深圳媽灣港5G智慧港口項(xiàng)目部署橋吊設(shè)備遠(yuǎn) 程控制、港區(qū)無人駕駛等應(yīng)用，提升配載效率15-20倍，減少現(xiàn)場作業(yè)人員80%，減少安全隱患50%， 降本提效，增強(qiáng)安全保障。
5G智慧港口六大業(yè)務(wù)場景
2、未來的發(fā)展空間
智慧港口的發(fā)展是當(dāng)前的戰(zhàn)略方向，2019年11月交通運(yùn)輸部聯(lián)合9大部委印發(fā)了《關(guān)于建設(shè)世界一 流港口的指導(dǎo)意見》，提出加快智慧港口建設(shè)。搶抓新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的歷史機(jī)遇，推動(dòng)港 口發(fā)展更加注重向創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變，建設(shè)智能化港口系統(tǒng)、加快智慧物流?？偟膩碚f，智慧港口的演進(jìn) 方向主要有以下三點(diǎn)：
? 港口/碼頭向自動(dòng)化發(fā)展是未來的主方向。目前港口碼頭可大致區(qū)分為傳統(tǒng)人工碼頭和自動(dòng)化 碼頭兩種。人工碼頭整體比例較大，自動(dòng)化程度低，人工成本很高，急需借助遠(yuǎn)程控制技術(shù)等實(shí)現(xiàn)無 人化，進(jìn)而大幅降低人工成本；自動(dòng)化碼頭的信息化程度較高，主要業(yè)務(wù)以借助有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控 制等功能，但仍有大量場景（受自身移動(dòng)條件所限）無法實(shí)現(xiàn)有線連接，急需大帶寬、低時(shí)延的無線 化改造。
? 5G智慧港口可行性得到驗(yàn)證，可較早實(shí)現(xiàn)規(guī)?；茝V。港口物理空間相對獨(dú)立，應(yīng)用5G打造 智慧港口具有巨大的實(shí)踐意義。從綻放杯5G智慧港口項(xiàng)目可以看到，吊機(jī)遠(yuǎn)控場景切實(shí)解決港口吊機(jī) 司機(jī)工作條件艱苦安全風(fēng)險(xiǎn)大的痛點(diǎn)；智能理貨針對港口出入貨物量大且繁雜，貨物精細(xì)管理壓力巨 大構(gòu)建；智能安防和無人機(jī)巡檢則切實(shí)解決了港口安防壓力大，人力巡檢工作量巨大且工作環(huán)境惡劣 的痛點(diǎn)。隨著2020年5G商用化的推進(jìn)，在現(xiàn)有合作成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步豐富業(yè)務(wù)驗(yàn)證場景，擴(kuò)大試 點(diǎn)規(guī)模，全面驗(yàn)證各類典型應(yīng)用的5G承載能力，打造5G垂直行業(yè)應(yīng)用標(biāo)桿。同時(shí)隨著各應(yīng)用場景的成 熟技術(shù)和商業(yè)模式的固定化，5G智慧港口解決方案可以復(fù)制到國內(nèi)外各港口，帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)技術(shù)的換 代升級，同時(shí)帶來巨大的商業(yè)利益。
? 我國港口正以省級集團(tuán)整合資源，經(jīng)營主體是碼頭。近年來，我國港口吞吐量增速放緩，貨 物吞吐結(jié)構(gòu)以沿海港口為主。2000 年之后伴隨著中國外貿(mào)的繁榮，國內(nèi)港口貨物吞吐量也持續(xù)快速增 長，經(jīng)過多年的投資建設(shè)，港口逐步出現(xiàn)產(chǎn)能過剩。2014年開始中國港口貨物吞吐量增速明顯放緩， 區(qū)域港口之間競爭的矛盾愈加突出，因此，大規(guī)模的港口整合也就應(yīng)運(yùn)而生。
? 根據(jù)相關(guān)的調(diào)查研究，當(dāng)前，在港口運(yùn)營的總成本中，人工成本占比約為33%，而通過自動(dòng)化改 造，可以節(jié)約70%的人工成本，即總體來看，自動(dòng)化改造帶來的成本節(jié)約至少為現(xiàn)有整體成本的10%。
以我國某典型港口為基礎(chǔ)進(jìn)行估算，其規(guī)模約占全國港口的10%。2019年，由公開營收額及凈利潤 等數(shù)據(jù)推算出的總體運(yùn)營成本為83億元左右，估算其自動(dòng)化改造價(jià)值空間為8.3億元，因此，全國港口 總價(jià)值空間為83億元/年。鑒于5G成熟度逐年提高，商用規(guī)模逐漸擴(kuò)大，因此預(yù)估2021年-2025年，5G 自動(dòng)化改造滲透率分別為10%、30%、45%、60%和75%，由此得出，2021-2025年的5G港口市場空間分 別為8.3億元、24.9億元、37.35億元、49.8億元和62.25億元。
需要說明的是，5G的商業(yè)進(jìn)程需要借助國家政策的推動(dòng)以及產(chǎn)業(yè)各方的配合，因此，5G滲透率具 備一定的不確定性，各方可按照自己的判斷，得出相應(yīng)的預(yù)測結(jié)論。
3、面臨的挑戰(zhàn)
雖然經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，5G網(wǎng)絡(luò)可以滿足智慧港口的業(yè)務(wù)要求，但是由試驗(yàn)到商用的轉(zhuǎn)換中也面臨幾 方面的主要困難：
? 5G 2B商業(yè)模式并不清晰。具體包括建設(shè)模式、資產(chǎn)歸屬、運(yùn)營資費(fèi)以及產(chǎn)業(yè)鏈上下合作機(jī)制 等方面。由于現(xiàn)階段我們沒有可借鑒的國內(nèi)外成熟的商業(yè)模式，因此這個(gè)過程的確立并不容易。
? 5G網(wǎng)絡(luò)端到端穩(wěn)定性需要進(jìn)一步提升?，F(xiàn)階段，5G網(wǎng)絡(luò)還不能完全支持某些場景的商用要 求，特別是在穩(wěn)定性這方面，還需要從設(shè)備層面進(jìn)行進(jìn)一步的增強(qiáng)。
? 外部環(huán)境變化帶來不確定性。當(dāng)前疫情對海外影響很大，直接影響對外貿(mào)易相關(guān)產(chǎn)業(yè)，港口運(yùn) 營因此將面對更大的不確定性。需要進(jìn)一步穩(wěn)定局面和堅(jiān)定信心，需由運(yùn)營方主導(dǎo)，并推動(dòng)港口的5G 建設(shè)以及一系列自動(dòng)化升級。
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