“5G+”与智慧航运与港口
航运与港口是中国重要的运输方式及交通枢纽,15世纪以来航运业与港口的蓬勃发展大大改变了人类社会与自然景观,同时也大大促进了国家经济贸易的繁荣发展。
“5G+”与航运
水路运输是以船舶为主要运输工具,以港口或港站为运输基地,以水域包括海洋、河流和湖泊为运输活动范围的一种运输方式,目前中国已基本形成一个具有较大规模的水运体系。水路运输有沿海运输、近海运输、远洋运输、内河运输四种形式,中国内河干线货运量连续多年位居世界内河之首。
航运发展现状
近年来,国家大力发展智慧航运,提出建设智慧港航和智慧海事,推动信息化与水运管理工作的深度融合,提升内河高等级航道运行状态在线监测能力,提升装备和载运工具智能化自动化水平,积极推进船联网技术应用和推广,同时全面完成长江干线数字航道建设,加强长航系统信息资源整合。
航运信息化应用的主要业务分为四大类,包括:海事监管执法,服务于海事局(类似于公路上的交通管理局),完成水上交通安全监督管理及防止船舶污染水域等工作;航道管理与维护,服务于航道局(类似于公路养护部门),负责航道维护、管理、整治、海事打捞,以及电子航道图生产、航标设置和航道工程勘察设计等业务;通航监管,服务于大坝管理局(类似于公路上的收费站),负责大坝通航和施工安全及水上交通秩序的维护管理;航运信息服务,服务于通信管理局,给船企提供船舶定位与导航、船舶安全航行及通航告警信息,为船员及船上民众提供在线学习、公众上网娱乐等服务。
目前内河航运水岸、船岸间的信息通信能力仍比较薄弱,主要通过4G公网通信、应急移动通信系统以及其他通信系统进行通信,而时延高、带宽低、连接数受限、航道无连续覆盖的无线网络无法满足航运业务需求,制约了航运能力的进一步提升。
5G全面助力智慧航运发展
为实现国家2020年建设“交通强国”战略目标,采用先进的5G,在主要内河干线建设一张连续覆盖的无线宽带通信网络,加快内河航运信息化建设,在有效提升内河各管理部门安全生产的监控监管方法的同时,可提升内河航运水岸、船岸间的信息通信能力以及内河航运运输能力。
应用场景1:海事监管执法
海事监管执法需要对重点船舶、水域以及污染、事故等突发事件进行视频监控,并与应急指挥中心进行实时传输,这些都需要较大的网络带宽来满足现场视频的实时传输。目前海事监管执法主要依赖甚高频(VHF)通信或应急移动通信系统进行通信,然而其成本高、带宽低、安全性低,无法满足业务需求。现通过5G网络的大带宽、高可靠特性可以实现海事监管、执法过程中与应急指挥中心之间的视频回传,提升监管效率。同时,依托边缘云平台的视频人工智能处理能力,通过智能图像识别进行监管执法,降低监管人工成本。
应用场景2:航道管理与维护
航道维护与监管需要对航标水位变化、船舶维修现场、航道情况进行视频监控,并需将视频实时回传至相关管理部门,需要较大的网络带宽来满足现场视频的实时传输;航标管理与控制需要高精度的定位能力以满足被测量船舶数据信息的实时回传,以更新航道图数据。目前航道管理与维护主要通过4G公网或应急移动通信系统进行通信,而4G上行带宽无法满足高清视频回传业务需求。现通过5G网络的大带宽特性可以满足高清视频监控及回传的诉求,同时高精定位平台可以提供亚米级定位以满足被测量船舶数据信息的高准确性。
应用场景3:通航监管
船舶远程过闸调度、吃水检测、船舶安全检查业务需要较大的网络带宽来满足现场照片及视频实时回传至管理部门。目前主要通过4G公网或应急移动通信系统进行通信,由于带宽受限,安全检查现场高清视频无法实时回传。现在大坝、闸口等有安全监控需求位置建设5G网络,通过无线网络实现船舶远程预调度,同时利用5G的大带宽能力实现船舶安全检查的高清照片及视频的批量高速回传。
应用场景4:航运信息服务
船舶航行状态监控与指挥需要对渡船、客滚船、高速客船、旅游船和危险品运输船的驾驶室、货舱、船首、船尾等区域进行视频监控,并实时进行船舶物流信息的上报与查询,以上需要较大的网络带宽来满足业务需求。目前无连续覆盖的无线网,采用北斗系统进行全航道船舶定位的业务无法开展,且船舶状态无法在线监控,物流信息不能实时更新。现通过安全可靠、连续覆盖的5G网络可实现基于位置的实时服务及多媒体通信。
5G航运总体解决方案利用通用终端、协同频谱及定制组网打造智慧航运虚拟专网,利用信息技术基础设施能力、视觉人工智能能力、高精定位能力及应用开发集成能力提供云网协同一体化交付。内河航运干线5G网络采用“公网专用”建设思路,通过网络切片和能力开放技术,针对行业客户和沿江公众人员,建设部署航运网络切片和普通公网切片,不同的切片服务于不同的用户,从而保障行业客户网络的安全性。
“5G+”与港口
港口发展现状
中国是航运大国,目前有沿海港口150多个,生产用集装箱泊位2万多个,万吨级以上泊位2 444个,位居世界第一;全球集装箱吞吐量前10的港口中,中国占7席(上海、深圳、宁波、香港、广州、青岛、天津)。目前厦门远海、青岛前湾、上海洋山四期已建成集装箱自动化码头。
党的十九大报告提出“交通强国”的发展战略,力争在超级高铁、自动驾驶、无人船舶、自动化智能码头等战略前沿技术领域占领制高点。
《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》提出要提升装备和载运工具智能化自动化水平,推进全自动集装箱码头系统建设。港口是水路交通枢纽,是“一带一路”的重要节点,从航运大国到航运强国,中国港口业普遍面临迫切的转型升级需求,港口智慧化发展是决定港口未来竞争力和经济效益的重要因素。
5G全面助力打造智慧港口
集装箱码头生产环节包括水平运输系统(集卡运输)、垂直运输系统(港口装卸),船舶进出港系统和整体安防监控系统(见图12–5)。
应用场景1:港口装卸环节——远程控制
港口装卸需要岸桥和场桥实现集装箱从船到岸以及堆场内的装卸,目前90%以上的岸桥、场桥为人工现场高空作业,具有远程控制需求;部分新建港口场桥(轮胎吊)如用光纤部署,由于光纤易磨损,改造升级成本高、难度大;少数信息化港口采用Wi–Fi或LTE–U(非授权频谱),但可靠性、时延、速率等性能欠佳。港口装卸远程控制是5G重点应用场景之一,充分利用5G网络的大带宽、低时延、高可靠特性实现岸桥、场桥远程操控、高清视频回传等业务。
应用场景2:港口装卸环节——智能理货
传统理货需人工在室外手动采集信息,并通过对讲机等方式传送,工作条件差,劳动强度大,容易带来人为误差。现通过在岸桥部署高清球机,利用5G大带宽实现多路高清视频实时回传,同时在边缘云部署视觉人工智能服务器实现集装箱箱号自动识别、箱体残损鉴别、集装箱摆放位置识别。
应用场景3:运输环节——港口无人运输系统
传统港口集卡依赖人工驾驶,司机机械式劳作,这容易造成疲劳驾驶,影响运输效率和安全。部分港口已实现一定程度的自动化,其中使用AGV进行传输,通过地磁固定线路,并通过LTE–U等网络进行控制消息传输,这就存在地磁成本高,LTE–U成本高、性能差等劣势。港口无人运输系统是5G重点应用场景之一,基于5G低时延、大带宽及高可靠特性,同时结合高精度定位与车路协同等技术实现内集卡/AGV自动驾驶及实时路况回传,可以替代地磁,具有成本低、易实施的优势。
应用场景4:安防监控环节——无人机巡检
目前人工巡检存在滞后性,而地面监控网络覆盖范围有限。现利用5G的大带宽和低空覆盖能力实现无人机实时高清视频监控,同时配合后台视频分析系统,借助人工智能手段进一步提升巡检性能。
应用场景5:船舶进出港
目前规定距离码头30~40千米外锚区停留的国内外船只,需领航员登船领航,领航员有语音、数据等通信业务需求,这些业务主要依赖卫星通信,成本高,且不能进行视频、数据通信。现通过部署5G网络实现工作数据及视频的实时回传,提高工作效率。
智慧港口系统总体解决方案见图12–6。
- 国家发展改革委、国家能源局.关于促进智能电网发展的指导意见(发改运行〔2015〕1518号)[EB/OL].http://www.ndrc.gov.cn/gzdt/201507/t20150706_736625.html.
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