5G應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展白皮書-5G重點應(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，應(yīng)用重點行業(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個領(lǐng)域，逐步獲得業(yè)界認可，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典型場景及價值
我國港口吞吐量穩(wěn)居世界前列，通過5G實現(xiàn)港口自動化改造成為了當前的熱點。在全球十大自動 化碼頭中，中國占據(jù)了4個，中國振華重工集團生產(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，港口的多個業(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、高可靠和大帶寬的技術(shù)特點，而港口的遠程操控、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，即可逐步實現(xiàn)自動化碼頭的無線化改 造以及傳統(tǒng)人工碼頭的半自動化改造。因此，港口將很可能成為未來首批5G商業(yè)應(yīng)用的地方。
一個典型的港口可分成六大業(yè)務(wù)場景，分別為船只進出港（貨船將集裝箱運至港口）、岸橋裝卸 貨（完成集裝箱裝卸貨并搬運至水平運輸區(qū)）、水平運輸（完成岸橋區(qū)到堆場區(qū)的搬運）、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輸）和陸港聯(lián)運（港口與其他運輸體系 的聯(lián)動）。船只進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可以實現(xiàn)對岸橋掉起吊裝置的遠程控制，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分的場景；水平運輸 場景涉及港區(qū)內(nèi)車輛的自動駕駛調(diào)度，大視頻回傳、定位防碰撞等；堆場管理優(yōu)化負責堆場區(qū)集裝箱 的無人堆碼，需要對設(shè)備遠程控制，同時也涉及AI視覺的應(yīng)用以及高清大視頻的傳輸；集卡出入港負 責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)的遠程控制替代傳統(tǒng)有線控制，實現(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)計未來整個港區(qū)的人力會因此大幅降低，同 時，生產(chǎn)效率整體提高約50%。在水平運輸區(qū)，5G+MEC的應(yīng)用將使自動駕駛車輛的響應(yīng)時間縮短至 50ms以下，運輸效率提升30%以上，且充分保障人車安全。厘米級的定位精度將推動船只進出港等場 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。青島港新前灣自動化碼頭2019年1月完成了 基于5G連接的自動岸橋吊車的控制操作，成功實現(xiàn)了通過無線網(wǎng)絡(luò)抓取和運輸集裝箱。第三屆“綻放 杯”大賽獲獎項目中，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遠程控制、 5G無人機、5G無人集卡、5G智能理貨、5G智能安防等5G移動應(yīng)用，結(jié)合移動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)用保駕護航，無線采用RB資源預(yù)留結(jié)合5QI優(yōu)先級調(diào)度 實現(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MEC+UPF下沉，保障低時 延的同時也做到了數(shù)據(jù)不出港口，確保港口的生產(chǎn)安全。深圳媽灣港5G智慧港口項目部署橋吊設(shè)備遠 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)展是當前的戰(zhàn)略方向，2019年11月交通運輸部聯(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)變革的歷史機遇，推動港 口發(fā)展更加注重向創(chuàng)新驅(qū)動轉(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 方向主要有以下三點：
? 港口/碼頭向自動化發(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)人工碼頭和自動化 碼頭兩種。人工碼頭整體比例較大，自動化程度低，人工成本很高，急需借助遠程控制技術(shù)等實現(xiàn)無 人化，進而大幅降低人工成本；自動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)實現(xiàn)遠程控 制等功能，但仍有大量場景（受自身移動條件所限）無法實現(xiàn)有線連接，急需大帶寬、低時延的無線 化改造。
? 5G智慧港口可行性得到驗證，可較早實現(xiàn)規(guī)模化推廣。港口物理空間相對獨立，應(yīng)用5G打造 智慧港口具有巨大的實踐意義。從綻放杯5G智慧港口項目可以看到，吊機遠控場景切實解決港口吊機 司機工作條件艱苦安全風險大的痛點；智能理貨針對港口出入貨物量大且繁雜，貨物精細管理壓力巨 大構(gòu)建；智能安防和無人機巡檢則切實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。隨著2020年5G商用化的推進，在現(xiàn)有合作成果的基礎(chǔ)上，進一步豐富業(yè)務(wù)驗證場景，擴大試 點規(guī)模，全面驗證各類典型應(yīng)用的5G承載能力，打造5G垂直行業(yè)應(yīng)用標桿。同時隨著各應(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，帶動整個行業(yè)技術(shù)的換 代升級，同時帶來巨大的商業(yè)利益。
? 我國港口正以省級集團整合資源，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)運而生。
? 根據(jù)相關(guān)的調(diào)查研究，當前，在港口運營的總成本中，人工成本占比約為33%，而通過自動化改 造，可以節(jié)約70%的人工成本，即總體來看，自動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)推算出的總體運營成本為83億元左右，估算其自動化改造價值空間為8.3億元，因此，全國港口 總價值空間為83億元/年。鑒于5G成熟度逐年提高，商用規(guī)模逐漸擴大，因此預(yù)估2021年-2025年，5G 自動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)進程需要借助國家政策的推動以及產(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)過試驗驗證，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、運營資費以及產(chǎn)業(yè)鏈上下合作機制 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，因此這個過程的確立并不容易。
? 5G網(wǎng)絡(luò)端到端穩(wěn)定性需要進一步提升?，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)備層面進行進一步的增強。
? 外部環(huán)境變化帶來不確定性。當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 營因此將面對更大的不確定性。需要進一步穩(wěn)定局面和堅定信心，需由運營方主導(dǎo)，并推動港口的5G 建設(shè)以及一系列自動化升級。
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