5G和物联网在内河港口中的推广及应用

荣 耀

(武汉港务集团有限公司，湖北 武汉 430014)

1 研究背景

5G的热度从2019年开始兴起，在两年后却热度不再，究其原因主要是5G的应用场景不够多。尽管现在新发行的手机基本都支持5G，套餐也可以免费从4G套餐升级，可谓价廉物美，但拿到5G手机后，很多用户笑称“买5G手机就是为了测网速，测完就可以关掉了”。这也说明了5G在民用普及的道路上还有很长一段路要走。目前武汉市已建设了大量5G基站，通过基站分布图来看，基本上做到了市区无死角。如此庞大的建设量，高昂的运营成本和电费开销也为运营商带来很大压力，因此如何将5G技术尽快广泛的投入民用迫在眉睫。

2 5G和物联网概念简述

5G也就是第五代通信技术，是4G网络的升级版，其通信波长为毫米级，具有超高速率、超低延时、超广连接的优点。速率是4G网的五十倍，延迟只有4G的1/10。物联网的概念比5G出现的更早一些。物联网是通过网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接。典型物联网分为感知层、网络层、平台层和应用层。两者虽然出现的时间不同，但5G和物联网之间的关系非常紧密。与其说发展5G是为了满足人们日常通讯的需求，不如说5G是为物联网而生。5G的三大应用场景(eMBB、mMTC、uRLLC)，其中有两大都是物联网场景。

目前物联网在港口行业的试点应用较多。在国内,许多沿海港口已经开始运用物联网技术加快智慧港口的建设，以提高作业效率，改进生产模式。物联网通过与港口终端的连接，采集港口物流的相关信息和数据。运用各类传感设备，通过北斗或GPS定位、视频监控等物联网技术，将港口物流系统、陆路客货运输、码头港口作业、堆场或园区仓储作业、物流装备等，经互联网有机整合起来，提供各类监管和生产信息，为口岸管理部门和港航企业服务。通过对物联网技术的应用实现“船、车、货、场”多位一体。物流监控体系的全程覆盖，能够提升监管效率，缓解现场实际监管要求和人力资源不足之间的矛盾。

未来随着5G的应用场景不断增多，再加上人们对无线移动终端的高度依赖，人们在工作生活中随时随地主动地去创造数据，再配合AI人工智能、云计算、大数据等新技术，5G和物联网将协同并进，未来万物互联的全新景象也将得以实现。

3 智慧港口简述

在5G出现之前，一些早期的智慧港口建设主要是通过4G LTE组网。4G由于覆盖范围大，穿透力强，运维成本低，得到各大港口的青睐。场区TOS系统通过4G专网与移动终端、PDA等设备互联；轨道式龙门吊使用光纤接入方式远程控制RMG运行(光纤设置在电缆中心)；AGV的无人化主要是采用预埋铁钉的方式进行导航。但是这样的智慧港口仍然有局限性，比如RMG无法跨箱区移动；埋钉式AGV本质上还是依赖轨道，只能在预设路径上行驶。轨道式设备还要考虑箱区下沉问题，场区的保养修复成本也比较高，并且在维修期间该场区无法作业。如果使用5G加上北斗或GPS定位，这些智能化设备便能脱离固定轨道，灵活行驶。因此RMG和AGV的升级版本，RTG和IGV才是未来智慧港口的首选。

参考华为《5G智慧港口白皮书》所述，并结合目前先进港口的特点，智慧港口应包含以下设备和系统：

(1)港区核心TOS系统结合ECS系统(港区大脑)，通过大数据分析和人工智能学习，以最优化的方案调配堆场设备，使其有条不紊地运转，最大化的提高生产效率；

(2)龙门吊(RMG)、轮胎吊(RTG)、集卡(AGV或IGV)等起重或运输设备实现无人化、自动化。即使生产作业繁忙，港口每个操作班也只需数人即可满足生产运营；

(3)设置无人闸口，外集卡在进出港区时能做到岗亭无人值守，司机扫码入场；提供网上预约、网上缴费、网上办单窗口；设备交接单(EIR)、小提单(EDO)实现无纸化，使客户享受到全过程电子通关；

(4)码头前沿配置智能理货系统，无须理货员现场作业，全程智能识别、验箱；

(5)场区监控具备AI识别功能，如果出现行人入场或车辆超速现象，立即发出警报，保证港区安全。

港口作业所具备的一大特点就是严格按照流水线安排生产。港口一般采取24小时不间断作业，因此需配置四个作业大班轮流执勤，夜班考虑到操作手疲劳的问题，在作业繁忙时甚至需要2人一台机械轮换，耗费人力资源较大。因此港口迫切需要无人化、自动化设备来取代人工操作。此外，港口区域面积较大，非常依赖优良的网络环境，因此港口也是5G发挥其特点的最佳舞台。

4 存在的困难

阳逻港2004年开港运营，后续接连建设了二期、三期码头。岸线总长度约1500米，拥有12个泊位，设计吞吐量200万TEU，属于优良的深水码头。作为湖北省最大的水运口岸，承担了湖北省大部分内外贸进出口任务。

作为长江中游最大的港口运营商，近年来阳逻港为了对标先进港口，向智慧物联的方向迈进，从2019年开始实施港区智能化改造。为保证港区信号优良，2021年已布局建设了14个5G基站。但由于阳逻港是一个经营近二十年的老港，核心操作系统超期服役，无线网采用落后的2.4G WIFI，场区机械设备老旧，均不具备自动化作业能力，因此目前5G基站尚未正式投入生产运营，还需等待生产系统、装卸设备的升级换代。

此外，5G如果要在阳逻港全面推广也不得不考虑信号穿透和运营成本问题，毕竟集装箱采用金属制作，箱子最高可以堆到6层约18m高，这对于5G信号的传递将会带来巨大阻碍；如果密集铺设，每个角落均放置基站，又会导致运营成本增高，而阳逻港目前年吞吐量不足上海港的1/20，全面采用5G加智慧物联只会造成重资产投入过多，给企业带来经济负担。

5 解决方案

港口生产活动中存在“作业路”的概念。作业路实际上是以岸桥为起点，闸口为终点的流水线。在装卸作业中，卸船流程是指船上箱子通过内集卡卸到堆场，外集卡再将堆场箱子通过闸口运出场外；装船流程正好相反，是由外集卡将箱子从闸口运进堆场，再通过内集卡装箱上船出口。其中参与生产的人员和设备包括：计划员、调度员、岸桥、理货员、闸口、外集卡、内集卡、龙门吊、堆高机等，而其中闸口、内集卡、龙门吊、理货目前可以实现无人化，像计划员和调度员则可以适当减少。

按照目前阳逻港人员配置，每条作业路至少需要1个中控员、0.5个计划员(1个计划员管理两条作业路)、1个理货员、1个闸口管理员、3个集卡驾驶员(随作业繁忙程度适当增减)、2个龙门吊驾驶员、1个岸桥驾驶员。若智能化设备完全投入使用，每条作业路大概可以减少人员配置至2人即可，即1人负责下发计划，1人负责总调度，其余参与生产作业的设备全部无人化。并且这还是按单条作业路来计算，如果是多条作业路共同参与作业，理论上5条作业路只需要1个计划员、2个调度员即可满足生产。也就是说，随着港区规模的扩大，作业路的增多，生产作业人员的占比还可以进一步缩小。如果5G和物联网进一步成熟和推广，甚至计划员和调度员都可以不必现场办公，堆场实现零人作业，只需预留一些现场安全员和工程师运维即可。

由于智慧港口需要ECS系统参与调度，该系统具备智能算法，可以代替调度员多线程调配智能化设备。如果仅改造一条作业路无法体现ECS智能化的优势，除了减少若干驾驶员，生产效率并不会有明显提升。但如果是两条作业路，并且是一卸一装，那么就可以有效发挥智慧物联的优势，在装卸循环作业的流程下，可以有效降低内集卡的空载率。其运作方式为刚完成卸船作业的AGV，会立刻投入装船作业中；装船完成后，AGV一旦处于空载状态又会立刻投入至卸船作业，以此往复循环，使AGV不间断的参与装卸。经测算效率提升约30%。因此推荐在初步实施智慧港改造时至少改造两条以上作业路为宜。

围绕一装一卸两条作业路展开，堆场可设置四个集装箱箱区，包括：两个进口箱区、两个出口箱区；远控RMG至少每个箱区设置1台，共计4台；无人AGV安排至少3台；设置一进一出两条无人闸口；岸边加装智能理货系统。为保证5G信号通畅无阻挡，道路经纬线交叉口设置5G基站。为了最大化地利用5G的信号覆盖，每隔一条道设置一根基站。具体效果如图1所示。

图1 智慧港口双作业路堆场

按照上图建设方案，除开基站建设费用外，一次性投资成本大约为1500万元，每年可节省人力成本约700万元，生产效率提升所带来的成本减少约300万元，算上建设期一般需要不到3年即可回本。若算上基站建设费用则需要约4～5年才能回本。

综上所述，智慧港口在建设初期虽然需要较大的一次性投入，但随着操作人员的大量减少，码头作业的效率提升，短期内回本是可行的。改造老港口成为智慧港口，此期间同时还要考虑原港口持续生产的问题，因此最好是将部分作业路和箱区拿来作试点建设，将参与智能化建设的堆场与其他堆场进行隔离，保证其他堆场能够正常作业。在建设完成并运营一段时间后，收支达到基本平衡再逐步扩大建设范围。

6 未来展望

由于内河港口整体条件和营商环境相较沿海港口较差，若要全面推广5G和智慧物联项目还需要国家政策的大力扶持。除资金扶持外，还需要对港口恶性竞争进行有效遏制，减少私人码头参与经营，避免其扰乱市场环境。在此期间，智慧港口和传统港口将在很长时间里同时运行。通过技术的不断迭代升级和广泛应用，有效降低5G和智能化设备的成本，最终实现内河港口5G全覆盖，堆场设备全互联。

想象一下，也许在不久的将来，港口工作人员只需要通过移动终端(PC、平板、手机、VR设备等)便可实时掌握整个港口的动态和作业情况。管理港口逐渐变得像管理智能家居那样简单。电子车牌、视频监控、智能卡口识别、EDI等技术，推动仓库智能化、堆场智能化，实现进出监管场所关口的车辆、集装箱、货物等的全过程智能化、可视化监管；在物流园区保税、进口拆箱、出口拼箱等单个监管场所及多个监管场所间自由顺畅地流动保税货物物流，为支撑区港的联动提供信息。5G的到来对港口行业的影响就是，帮助港口突破现有的瓶颈，借助物联网将港口带入更大的平台，更多的想象空间。