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【摘要】 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着转型升级的迫切需求，港口智能化发展是决定港口未来竞争力和经济效益的重要因素。5G技术的应用场景十分广阔，可以赋能千行百业，本文主要探讨5G在港口智慧化中的应用。
【关键词】 5G 智慧 智能 港口
引言：
天津港地处渤海湾西端，是环渤海中与华北、西北等内陆地区距离最短的港口。作为交通运输的重要枢纽，港口在促进国际贸易和地区贸易中起着至关重要的作用，全球贸易中大约有90%的贸易由海运业承载。由于当前整个港口行业正面临劳动力成本持续攀升、劳动强度大以及人力短缺等诸多挑战，降本增效、进行自动化升级改造成为了全球港口的共同诉求。港口的智能化建设是增效降费进的核心抓手。
天津港作为在全球实现六大洲业务全覆盖的港口综合服务商，一直致力于港口的科技创新，多年来已自主研发具有世界一流水平的码头操作管理、统一客户服务平台、设备远程控制和智能理货等系统。5G作为数字化转型的重要使能技术，将在打造智慧港口过程中扮演关键角色。
一、5G技术优势
5G技术主要利用面向服务的体系结构来支持灵活的部署和差异化的业务场景，采用全业务设计，模块化网络功能，支持按需调用，实现功能重构和服务描述，易于实现开放共享，有利于引入IT开发实力，发挥网络潜力。5G支持灵活部署，基于NFV/SDN，实现硬件和软件解耦，实现控制和转发分离;运用高频段进行传输，频谱资源较为广泛，可以缓解频谱资源缺乏的状态，实现数据信息的高速传输;采用扁平架构，运用新型架構的控制协调能力，对多项接入进行协同监控;借助虚拟化技术，对网络的整体形态与连接方式进行构思重组;通过网络切片满足5G差异化需求，使运营商可以部署功能、特性服务各不相同的多个逻辑网络，分别为各自的目标用户服务，选择增强移动宽带、低时延高可靠、大连接物联网。[1]
5G国际技术标准重点满足灵活多样的物联网需要。在OFDMA和MIMO基础技术上，5G为支持三大应用场景，采用了灵活的全新系统设计。在频段方面，考虑到中低频资源有限，5G同时支持中低频和高频频段，其中中低频满足覆盖和容量需求，高频满足在热点区域提升容量的需求，5G针对中低频和高频设计了统一的技术方案，并支持百MHz的基础带宽。为了支持高速率传输和更好的覆盖率，5G采用了新的信道编码方案，如ldpc码、极坐标编码和功能更强大的大规模天线技术，并采用短帧、快速反馈、多层/多站数据重传等技术，来实现低延时、高可靠性的目的。[2]上述技术特点使5G在港口智能化中有广泛的应用前景。
二、5G在智慧港口中的应用场景探讨
2.1无人驾驶
根据5G网络的特点，结合移动边缘计算和智能传感器技术，我们可以实现智能港口无人驾驶汽车遥控指令的高速传输，以及异常情况下人工遥控无人驾驶汽车的要求。
2.2机械设备远程控制
依托5G网络技术特性，通过“端到端”的5G网络部署，提高了网络传输的可靠性和灵活性。此外，物联网网关可以通过集成特定的通信模块，构成自组织网络子系统，成为管理交通功能电气化、管理接入控制、烟雾探测器、摄像机等安全设备的重要环节工作人员可以通过操作网关来控制所有连接到网关的智能设备。物联网网关还需要具有WAN网远程设备管理功能，通过物联网网关设备，工作人员可以管理底层各感知节点，了解各节点的相关信息，实现WAN网远程控制。
2.3智慧安防和应急指挥
5G网络技术可以将前端设备如无人航空载具、布控球等捕获的信息传回智能港口应急指挥调度中心，实现码头现场与大屏幕视频的同步，大大提高港口指挥控制人员的现场应急观测判断能力，提高决策和执行效率。目前，5G已助力青岛港、舟山港等实现了智慧港口的建设，在智能化方向迈出了坚实的步伐。
2.4智能理货
港口理货的智能化目标是提升装备自动化水平，推进全自动集装箱码头系统建设。5G高清视频实时回传，在高空作业的港口装卸环节实现远程控制，减少人为误差和人员受伤。在运输环节实现港口无人运输系统，降低成本。[3]目前，遥控码头桥梁、自动化场桥、自动导引运输车、无人驾驶汽车、自动门等已成为全自动码头的标准必要设备。传动系统是智能理货系统部署的关键环节。大多数传统的码头桥梁没有光纤，只能通过无线网络将前端识别系统的信号传输到后端。[4]
2.5智能导览
5G+VR智能展厅机器人可充分展示港口实景，模拟人与人之间的交互方式，为观众提供语音、动作、视频、图片等多模态导览讲解服务，并可设置多条路线;可视化进度显示;IoT联动控制以及外设暂停和跳过按钮。
2.6 5G+VR远程参观
5G+VR智能展厅机器人可提供沉浸式的VR远程参观，让观众通过机器人直观的，身临其境的参观展厅。其特点有：4K机内实时拼接直播，无需拼接服务器;机器人自动规划路径，手机端远程控制参观路线;7*24小时直播，长期直播更稳定;5G网络传输，画质高清低延时;操作简单，使用方便;远程VR参观，沉浸式体验。
三、天津港5G智慧化的构想应用构想
3.1自动化码头人工智能中5G的应用
5G可以帮助港口实现智能化升级，具有高速率、低时延和大连接等突出优势，5G+人工智能将使各行各业释放巨大生产力，助推产业升级与变革。5G智慧港口基于港口发展战略要求，随着AI、 EDGE等新技术和新产业的集成，我们致力于为5G和端口的深度集成提供服务支持，致力于端口的数字化改造。港口的数字化、智能化改造实质上是在新一代信息技术的推动下，促进港口生产、管理和业务模式的深刻变革和重构，未来港口应该是一个方便、安全、智能、开放、共享的智能港口生态系统。 3.2 探索5G智慧港口创新应用
数字化技术被广泛用于码头的操作组织与实施、设备调度与监控、人员组织与安全监控和客户服务与环境保护监测等方面。“立足长远、把握当下、科技引领、拥抱变化”的战略原则指引下，致力于加强智慧港口建设，应用码头吊机远程控制、自动驾驶、物联网、人工智能和大数据等技术，把天津港码头打造成为高度智能化的码头，同时形成传统集装箱码头整体智能化、自动化改造的解决方案，未来可以为港口行业提供参考经验。5G具有高速率、低时延和大连接等突出优势，5G+人工智能将使交通行业势必迎来数字化转型的快速发展期;在港口领域，数字化转型是实现智慧港口目标的必经之路，依托信息通信技术研究優势，充分利用自身数字化转型的经验，促进港口数字化转型与智能化升级。
3.3 港口智能化核心技术
港口行业面临的结构性风险需要不断投入硬件资源才能促使业务增长，天津港已经具备一定的信息化基础条件和比较成熟的生产运营，已经到了开始数字化转型和探索智能化的阶段。港口相对封闭，运行车辆相对规则，对于5G或无人驾驶等技术来说，港口是相对较好的应用场景。港口智能化应该是系列技术的组合。5G能够提供关键的高带宽、低时延的信号传输通道，未来的智能化码头主要是无人化码头，将5G与芯片、物联网和人工智能综合运用在集装箱的装卸上，实现无人化和远程操控。此外，港区内的车辆，将从人工驾驶逐步走向无人驾驶，而无人驾驶对信号传输的要求会更高，更须满足高精度定位、车路协同，5G传输效率上的优势可以充分体现。
3.4 信息化港群时代
5G在港口陆地和海域等特殊场景的覆盖技术，能实现港口遇险报警、辅助航行和智能理货等技术效果，从而将天津港打造成为智能化港口的区域性标杆。
5G技术催化下的港口数字化和智能化，能够推动港口间信息共享乃至协同发展，进入港群时代。从趋势看，未来港群之间需要做好协同，包括计划调度、货源组织，甚至生产作业都会升级转型。这主要存在两种场景，一是对于同省的港口，当前国家政策鼓励推动港口资源整合，整合到一家集团后，将不存在数据开放问题;二是跨省乃至跨国的港口，基于信息共享实现的业务协同，将促使许多港口向战略合作方式进行探索。未来，航运可能不是线性传递而是协作式互动传递，如在装货时就将卸货场景考虑在内。这种协同有诸多好处，能够实现减少工作量、降低成本和优化客户体验的目的。
智能化港口有两个层次： 一是技术层次，智能化港口应实现港区生产作业的智能化，同时还应包括港区作业组织和组织人员的智能化。二是个体港区本身的智能化，更重要的是港口生态化，即港口与港口之间的智能化、物流智能化和航运企业生态化。智能港口不仅是一种技术应用，还可以利用这种新技术来推动港口生产、经营模式的转变、商业模式的转变。为港口提供三项服务：一是在战略合作层面，基于顶层设计，支撑港口业务和战略转型;二是提供解决方案，涵盖一系列硬件和软件产品;三是设备销售。这包括几种类型的改造场景：一是将驾驶员的手动控制转化为远程控制，如宁波舟山港、广州港、使用智能摄像分析技术，工作人员坐在办公室就可以操纵集装箱抓取;二是“智能理货”，经过技术改造后可以通过云计算、大数据分析等远程理货，从而提高效率。[4]
港口集群集成是系统、数据和信息的集成。基于自动化和智能化，管理人员可以通过数据和系统对新建或采购的终端进行集成，将生产操作数据和端口信息连接在一起，将复制完成的过往数据与智能化同步，促进新端口运行效率和操作水平的提高。
四、结束语
展望未来，5G智慧港口的建设及管理毫无疑问是全球港口发展的重要问题，如何利用新技术实现港口设备操作的自动化、港口调度的智能化以及信息的可视化，正是港口企业提升生产效率，加强港口竞争力必须要思考的问题。
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。[6]乘改革政策之利与中国5G技术优势的东风，天时地利人和，5G+在天津港智慧化建设中将大有可为。
作者信息：张杰（1964.07-）;性别：男;籍贯：天津市;学历：本科;现有职务：中级工程师;研究方向：通信传输;工作单位：天津港信息技术发展有限公司。
参 考 文 献
[1]陈山枝.《5G移动性管理技术》[M].北京：人民邮电出版社，2019.12：140-141.
[2]王映民.《5G移动通信系统设计与标准详解》[M].北京：人民邮电出版社，2020.04：771.
[3]李正茂.《5G+：5G如何改变社会》[M]. 北京：中信出版集团，2019.08：442.
[4]汪沛，尹鹏，段永伟.《5G通信技术在智慧港口中的创新应用》，《港口科技》，2020.06.15.
[5]孙昊，王洋，赵帅.《物联网之魂：物联网协议与物联网操作系统》[M]. 北京：机械工业出版社，2019.07：324.
[6]王博宇.《优化转型 做大做强》，《中国交通报》，2019.08.30.
【关键词】 5G 智慧 智能 港口
引言：
天津港地处渤海湾西端，是环渤海中与华北、西北等内陆地区距离最短的港口。作为交通运输的重要枢纽，港口在促进国际贸易和地区贸易中起着至关重要的作用，全球贸易中大约有90%的贸易由海运业承载。由于当前整个港口行业正面临劳动力成本持续攀升、劳动强度大以及人力短缺等诸多挑战，降本增效、进行自动化升级改造成为了全球港口的共同诉求。港口的智能化建设是增效降费进的核心抓手。
天津港作为在全球实现六大洲业务全覆盖的港口综合服务商，一直致力于港口的科技创新，多年来已自主研发具有世界一流水平的码头操作管理、统一客户服务平台、设备远程控制和智能理货等系统。5G作为数字化转型的重要使能技术，将在打造智慧港口过程中扮演关键角色。
一、5G技术优势
5G技术主要利用面向服务的体系结构来支持灵活的部署和差异化的业务场景，采用全业务设计，模块化网络功能，支持按需调用，实现功能重构和服务描述，易于实现开放共享，有利于引入IT开发实力，发挥网络潜力。5G支持灵活部署，基于NFV/SDN，实现硬件和软件解耦，实现控制和转发分离;运用高频段进行传输，频谱资源较为广泛，可以缓解频谱资源缺乏的状态，实现数据信息的高速传输;采用扁平架构，运用新型架構的控制协调能力，对多项接入进行协同监控;借助虚拟化技术，对网络的整体形态与连接方式进行构思重组;通过网络切片满足5G差异化需求，使运营商可以部署功能、特性服务各不相同的多个逻辑网络，分别为各自的目标用户服务，选择增强移动宽带、低时延高可靠、大连接物联网。[1]
5G国际技术标准重点满足灵活多样的物联网需要。在OFDMA和MIMO基础技术上，5G为支持三大应用场景，采用了灵活的全新系统设计。在频段方面，考虑到中低频资源有限，5G同时支持中低频和高频频段，其中中低频满足覆盖和容量需求，高频满足在热点区域提升容量的需求，5G针对中低频和高频设计了统一的技术方案，并支持百MHz的基础带宽。为了支持高速率传输和更好的覆盖率，5G采用了新的信道编码方案，如ldpc码、极坐标编码和功能更强大的大规模天线技术，并采用短帧、快速反馈、多层/多站数据重传等技术，来实现低延时、高可靠性的目的。[2]上述技术特点使5G在港口智能化中有广泛的应用前景。
二、5G在智慧港口中的应用场景探讨
2.1无人驾驶
根据5G网络的特点，结合移动边缘计算和智能传感器技术，我们可以实现智能港口无人驾驶汽车遥控指令的高速传输，以及异常情况下人工遥控无人驾驶汽车的要求。
2.2机械设备远程控制
依托5G网络技术特性，通过“端到端”的5G网络部署，提高了网络传输的可靠性和灵活性。此外，物联网网关可以通过集成特定的通信模块，构成自组织网络子系统，成为管理交通功能电气化、管理接入控制、烟雾探测器、摄像机等安全设备的重要环节工作人员可以通过操作网关来控制所有连接到网关的智能设备。物联网网关还需要具有WAN网远程设备管理功能，通过物联网网关设备，工作人员可以管理底层各感知节点，了解各节点的相关信息，实现WAN网远程控制。
2.3智慧安防和应急指挥
5G网络技术可以将前端设备如无人航空载具、布控球等捕获的信息传回智能港口应急指挥调度中心，实现码头现场与大屏幕视频的同步，大大提高港口指挥控制人员的现场应急观测判断能力，提高决策和执行效率。目前，5G已助力青岛港、舟山港等实现了智慧港口的建设，在智能化方向迈出了坚实的步伐。
2.4智能理货
港口理货的智能化目标是提升装备自动化水平，推进全自动集装箱码头系统建设。5G高清视频实时回传，在高空作业的港口装卸环节实现远程控制，减少人为误差和人员受伤。在运输环节实现港口无人运输系统，降低成本。[3]目前，遥控码头桥梁、自动化场桥、自动导引运输车、无人驾驶汽车、自动门等已成为全自动码头的标准必要设备。传动系统是智能理货系统部署的关键环节。大多数传统的码头桥梁没有光纤，只能通过无线网络将前端识别系统的信号传输到后端。[4]
2.5智能导览
5G+VR智能展厅机器人可充分展示港口实景，模拟人与人之间的交互方式，为观众提供语音、动作、视频、图片等多模态导览讲解服务，并可设置多条路线;可视化进度显示;IoT联动控制以及外设暂停和跳过按钮。
2.6 5G+VR远程参观
5G+VR智能展厅机器人可提供沉浸式的VR远程参观，让观众通过机器人直观的，身临其境的参观展厅。其特点有：4K机内实时拼接直播，无需拼接服务器;机器人自动规划路径，手机端远程控制参观路线;7*24小时直播，长期直播更稳定;5G网络传输，画质高清低延时;操作简单，使用方便;远程VR参观，沉浸式体验。
三、天津港5G智慧化的构想应用构想
3.1自动化码头人工智能中5G的应用
5G可以帮助港口实现智能化升级，具有高速率、低时延和大连接等突出优势，5G+人工智能将使各行各业释放巨大生产力，助推产业升级与变革。5G智慧港口基于港口发展战略要求，随着AI、 EDGE等新技术和新产业的集成，我们致力于为5G和端口的深度集成提供服务支持，致力于端口的数字化改造。港口的数字化、智能化改造实质上是在新一代信息技术的推动下，促进港口生产、管理和业务模式的深刻变革和重构，未来港口应该是一个方便、安全、智能、开放、共享的智能港口生态系统。 3.2 探索5G智慧港口创新应用
数字化技术被广泛用于码头的操作组织与实施、设备调度与监控、人员组织与安全监控和客户服务与环境保护监测等方面。“立足长远、把握当下、科技引领、拥抱变化”的战略原则指引下，致力于加强智慧港口建设，应用码头吊机远程控制、自动驾驶、物联网、人工智能和大数据等技术，把天津港码头打造成为高度智能化的码头，同时形成传统集装箱码头整体智能化、自动化改造的解决方案，未来可以为港口行业提供参考经验。5G具有高速率、低时延和大连接等突出优势，5G+人工智能将使交通行业势必迎来数字化转型的快速发展期;在港口领域，数字化转型是实现智慧港口目标的必经之路，依托信息通信技术研究優势，充分利用自身数字化转型的经验，促进港口数字化转型与智能化升级。
3.3 港口智能化核心技术
港口行业面临的结构性风险需要不断投入硬件资源才能促使业务增长，天津港已经具备一定的信息化基础条件和比较成熟的生产运营，已经到了开始数字化转型和探索智能化的阶段。港口相对封闭，运行车辆相对规则，对于5G或无人驾驶等技术来说，港口是相对较好的应用场景。港口智能化应该是系列技术的组合。5G能够提供关键的高带宽、低时延的信号传输通道，未来的智能化码头主要是无人化码头，将5G与芯片、物联网和人工智能综合运用在集装箱的装卸上，实现无人化和远程操控。此外，港区内的车辆，将从人工驾驶逐步走向无人驾驶，而无人驾驶对信号传输的要求会更高，更须满足高精度定位、车路协同，5G传输效率上的优势可以充分体现。
3.4 信息化港群时代
5G在港口陆地和海域等特殊场景的覆盖技术，能实现港口遇险报警、辅助航行和智能理货等技术效果，从而将天津港打造成为智能化港口的区域性标杆。
5G技术催化下的港口数字化和智能化，能够推动港口间信息共享乃至协同发展，进入港群时代。从趋势看，未来港群之间需要做好协同，包括计划调度、货源组织，甚至生产作业都会升级转型。这主要存在两种场景，一是对于同省的港口，当前国家政策鼓励推动港口资源整合，整合到一家集团后，将不存在数据开放问题;二是跨省乃至跨国的港口，基于信息共享实现的业务协同，将促使许多港口向战略合作方式进行探索。未来，航运可能不是线性传递而是协作式互动传递，如在装货时就将卸货场景考虑在内。这种协同有诸多好处，能够实现减少工作量、降低成本和优化客户体验的目的。
智能化港口有两个层次： 一是技术层次，智能化港口应实现港区生产作业的智能化，同时还应包括港区作业组织和组织人员的智能化。二是个体港区本身的智能化，更重要的是港口生态化，即港口与港口之间的智能化、物流智能化和航运企业生态化。智能港口不仅是一种技术应用，还可以利用这种新技术来推动港口生产、经营模式的转变、商业模式的转变。为港口提供三项服务：一是在战略合作层面，基于顶层设计，支撑港口业务和战略转型;二是提供解决方案，涵盖一系列硬件和软件产品;三是设备销售。这包括几种类型的改造场景：一是将驾驶员的手动控制转化为远程控制，如宁波舟山港、广州港、使用智能摄像分析技术，工作人员坐在办公室就可以操纵集装箱抓取;二是“智能理货”，经过技术改造后可以通过云计算、大数据分析等远程理货，从而提高效率。[4]
港口集群集成是系统、数据和信息的集成。基于自动化和智能化，管理人员可以通过数据和系统对新建或采购的终端进行集成，将生产操作数据和端口信息连接在一起，将复制完成的过往数据与智能化同步，促进新端口运行效率和操作水平的提高。
四、结束语
展望未来，5G智慧港口的建设及管理毫无疑问是全球港口发展的重要问题，如何利用新技术实现港口设备操作的自动化、港口调度的智能化以及信息的可视化，正是港口企业提升生产效率，加强港口竞争力必须要思考的问题。
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。[6]乘改革政策之利与中国5G技术优势的东风，天时地利人和，5G+在天津港智慧化建设中将大有可为。
作者信息：张杰（1964.07-）;性别：男;籍贯：天津市;学历：本科;现有职务：中级工程师;研究方向：通信传输;工作单位：天津港信息技术发展有限公司。
参 考 文 献
[1]陈山枝.《5G移动性管理技术》[M].北京：人民邮电出版社，2019.12：140-141.
[2]王映民.《5G移动通信系统设计与标准详解》[M].北京：人民邮电出版社，2020.04：771.
[3]李正茂.《5G+：5G如何改变社会》[M]. 北京：中信出版集团，2019.08：442.
[4]汪沛，尹鹏，段永伟.《5G通信技术在智慧港口中的创新应用》，《港口科技》，2020.06.15.
[5]孙昊，王洋，赵帅.《物联网之魂：物联网协议与物联网操作系统》[M]. 北京：机械工业出版社，2019.07：324.
[6]王博宇.《优化转型 做大做强》，《中国交通报》，2019.08.30.