5G技术在港口物流自动化装卸的应用

瞿勇

（福建省邮电工程有限公司 福建省福州市 350011）

1 引言

港口是我国与国际交流的重要媒介之一，通过港口作业能够有效实现我国与国际间的物流交换，形成完整的国际物流供应链。为了能够有效提高港口的物流效率，在新时代加强港口信息化建设具有十分重要的作用，通过对传统港口进行信息化升级，通过将物联网、大数据、云计算等新型信息技术与港口业务相互融合，能够有效实现港机远控、无人驾驶、自动化装卸、智能理货等创新型应用，提升港口自动化能力，打造新时代高效、便捷的智能港口。尤其是将5G技术应用到港口物流自动化装卸中具有十分重要的意义，能够有效提升港口的常态化运营效率，降低人力成本，使港口运作效率更加快捷、通畅[1]。

2 5G技术的特点

随着电子通信技术的不断发展，5G技术得到广泛应用。其中，5G技术的特点（图1）主要包括传输速度快、应用广泛、低时延以及安全性高等。

图1：5G技术的特点

（1）传输速度快，相比起4G而言，5G技术的传输速度更快，理论峰值速率达到10-20Gbit/s，用户体验感好，在进行网络传输时面对VR/超高清等业务时不受影响和限制。

（2）应用广泛。随着通信业务不断发展，5G技术所包含的业务更加广泛，相比起4G技术而言，5G技术支持的业务更加广泛，能够应用的场景更加广泛，同时覆盖面积广，连续广域覆盖和高移动性下，用户体验速率达到100Mbit/s，移动性支持500km/h的高速移动，连接的终端更加广泛，具有较广的物联性。

（3）低时延。5G技术能够有效实现无人驾驶、工业自动化等作业，加速人与人之间的交流，其特点就在于5G技术的时延性最低可到达1毫秒（现网典型场景的时延测试数据来看，端到端单向时延在9-10ms，空口时延在5-6ms左右。要达到1ms的极致时延，应该要核心网本地化、加上MEC（边缘计算），再辅助上行预调度和mini Slot等功能的开启），能够在极短的时间内进行信息传递。

（4）安全性高。在5G技术中，安全机制得到优化，信息加密功能更加完善，能够有效确保信息安全[2]。

3 5G技术港口发展存在的问题

5G技术在港口发展中起到重要的作用，但是由于5G技术在港口业务中的应用尚不成熟，导致在港口发展和应用中仍然存在各种问题。

（1）每种业务系统对网络通信的要求不同，导致网络通信构成较为复杂。港口涉及到的业务较为广泛，将5G技术应用到港口业务时，对应不同的业务所使用到的通信功能、网络功能有所不同，在应用5G技术时需要对相关业务进行一一对应，由于工程量较大，加大了5G技术与港口业务深度融合的难度。

（2）港口司机操作条件艰苦，对5G技术应用不熟悉。在传统港口业务装卸过程中需要港口司机进行高空作业，条件较为艰苦，引入5G技术后能够降低港口司机的工作负荷，但是要求港口司机能够高效应用5G技术，由于对5G技术不熟悉，导致操作存在一定困难，如图2所示。

图2：传统吊机和远程吊机控制的区别（图片来源于网络）

（3）货物信息录入效率低。采用5G技术进行货物装卸时，需要对货物信息进行有效录入，由于5G技术没有得到全面推广，录入货物信息往往按传统的要求进行录入数据，导致信息录入利用效率较低。

（4）由于港口面积较大，对5G技术的覆盖面积要求较高，在信息传递过程中难免因为网络质量差等原因，造成通信故障。目前在用系统采用Wi-Fi补充，由于集装箱内的Wi-Fi信号不稳定，容易发展中断等现象，导致网络通信出现故障。新增作业区Wi-Fi补漏工程、光纤布放项目成本高，速度慢，且无法灵活调整等问题[3]。

（5）在自动化操作过程中，对设备位置的定位精度要求高，纯依靠5G+GPS网络无法满足使用需求。

4 5G技术现阶段在港口物流中的应用场景

4.1 5G、摄像头、远程操作系统联合定位器在港口物流装卸应用

在现阶段，5G技术在港口物流自动化装卸主要采用5G、摄像头、远程操作系统联合定位器的方式进行。在对物流货物进行自动化装卸时，通过采用5G技术能够有效实现远程控制。在装卸货物过程中，工作人员通过利用5G技术、摄像头和远程操作系统能够在中控室中通过多路径观察货物的装卸情况，通过远程操作手段和定位器能够精准完成吊车吊具的移动、集装箱抓举等操作，1名工作人员能够同时进行多台场桥或岸桥的装卸工作，不仅能够有效改善工作人员的工作环境，还能有效提高作业效率，提高货物装卸的安全性。当前，将5G技术应用到港口物流自动化装卸工作中，通过采用5G、摄像头、远程操作系统联合定位器等方式相比起传统货物装卸而言具有十分明显优势。能够有效缓解人力不足的问题，降低运输和经营成本，进一步提高作业效率，增强生产安全。通过采用远程控制通信系统，能够使货物多路视频信息进行同步和实时更新[7]。

4.2 5G与摄像头、北斗卫星、AI算法、管理平台在港口物流装卸应用

图5：自动化集卡

为进一步提高港口物流自动化装卸能力，在应用5G技术时，可以将5G技术与摄像头、北斗卫星、AI算法、管理平台相互连接起来，实现多功能、多平台的创新发展，进一步实现装卸作业的自动化控制。在提高港口物流自动化装卸能力时，通过借助5G技术，利用5G技术传输速度快、应用广泛、低能耗、低时延以及安全性高等特点，能够实现港口物流自动化装卸远程控制，同时通过联合北斗卫星能够加强货物的定位能力，有效实现自动化装卸的精准定位，提高自动化装卸效率，利用AI算法能够精确定位集装箱货物的重量，在开展自动化装卸时能够有效避免因力度不够而发生坠落等风险事件，通过将5G技术、摄像头、北斗卫星、AI算法与管理平台相互连接，能够实现中控室一体化控制的能力，便于管理员和操作人员在中控室中对货物进行自动化管理和装卸，有效降低人力成本，改善工作环境，大幅提升作业效率和作业安全性。

5 未来5G技术在港口物流自动化装卸的应用

港口物流全自动化社会发展的需要，也是技术发展的必然，下面对未来5G技术在港口物流全自动化应用方面的设想进行浅谈。

港口物流全自动结构图如图3所示，港口物流全自动化流程简易图如图4所示。

图3：港口物流全自动结构图（上图中的相片来源于网络）

图4：港口物流全自动化流程简易图

5.1 港口物流自动化装卸

为进一步提高港口物流自动化装卸能力，在应用5G技术时，可以将5G技术与摄像头、北斗卫星、AI算法、管理平台相互连接起来，实现多功能、多平台的创新发展，进一步实现装卸作业的自动化控制。在提高港口物流自动化装卸能力时，通过借助5G技术，利用5G技术传输速度快、应用广泛、低能耗、低时延以及安全性高等特点，能够实现港口物流自动化装卸远程控制，同时通过联合北斗卫星能够加强货物的定位能力，有效实现自动化装卸的精准定位，提高自动化装卸效率，利用AI算法能够精确定位集装箱货物的重量，在开展自动化装卸时能够有效避免因力度不够而发生坠落等风险事件，通过将5G技术、摄像头、北斗卫星、AI算法与管理平台相互连接，能够实现中控室一体化控制的能力，便于管理员和操作人员在中控室中对货物进行自动化管理和控制，实现24小时连续作业，有效降低人力成本，改善工作环境，大幅提升作业效率和作业安全性。

但是，在实施下阶段港口物流自动化装卸应用过程中，仍然存在一定的困难，例如在开展物流全自动化装卸工作时，需要提高北斗卫星与港口业务的紧密连接性，避免出现定位错误等现象发生，通过在使用AI算法进行精准定位时，针对不同的港口业务涉及到的AI算法有所不同，需要设计多套适合港口物流运输的AI算法规则和公式，难度系数较大[4]。

5.2 港口无人运输

在传统港口进行货物装卸时，一般采用人工驾驶的方式进行运输，司机的工作时间较长，工作难度较大，采用机械式劳作方式容易出现疲劳驾驶等现象，降低港口货物运输效率和装卸效率，同时具有一定的安全隐患。通过在港口运输和货物装卸过程中引入5G+北斗+AI技术能够有效提高港口运输效率，有效建成智能型港口。通过在港口运输中引入无人运输技术，采用AGV/IGV、北斗和5G无人驾驶技术对货物进行运输和装卸，能够有效降低人力成本，提高作业效率，实现24小时货物运输。同时，采用5G技术，实现AGV/IGV自动运输，能够便于货物管理。在港口无人运输中，利用5G+北斗技术的低时延性，广泛应用性等特点，能够实现货物高精度定位，使实时路况得到有效回传，从而有效提高后台的控制能力，便于查看车辆的感知信息，对车辆的运输路线进行规划，有效确保运输、驾驶安全[5]。

5.3 港区视频监控和AI识别

在港口运输过程中，通过应用5G技术能够有效提高港口货物运输或者装卸的安全性，通过采用5G技术，能够有效实现港区视频监控和AI识别。通过采用AI识别技术能够通过吊车摄像头对集装箱的ID进行识别，从而实现自动理货功能。通过AI识别技术能够进一步提高安全防护性，通过对司机面部表情以及驾驶状态进行AI识别，能够及时对存在疲劳状态，打瞌睡的司机进行预警，提高货物运输安全性。通过开展港区视频监控和AI识别，能够进一步对车牌号进行识别，便于车辆管理，做好人脸识别、货物识别等管理工作。同时，通过引入5G技术，能够实现智能、高效巡检功能，在港口运用无人机等技术，借助5G技术的广泛应用性、覆盖面广、时延性低等特点能够实现无人机高清视频实时监控，提升港口的巡检能力[6]。

另外5G+AI技术的灵活布点、低造价的特点，还能快速实现港区的周界防护、火灾报警、消防联动等各类管理要求。

5.4 智能理货

应用5G技术对港口物流进行自动化装卸时，通过采用远程控制功能，借助北斗卫星能够进一步实现智能理货功能。在全智能的自动化码头中，通过远程控制岸桥、利用AGV、无人集卡技术等，能够实现自动化理货功能。通过对集装箱上的编码进行识别，利用智能理货系统，通过前端识别系统、传输系统以及后端管理系统能够对自动装卸的货物进行有效整理，避免货物堆放杂乱无章。在自动理货过程中，通过无线网络将货物信息传输到前端识别系统中，通过整理后将信号传到后端，就能有效实现远程控制，通过预先设定的货物整理规则，有效实现岸桥智能理货。如图6所示。

图6：智能理货（图版来源于中国通服）

5.5 定位精度的提升

如图7所示，在北斗系统覆盖强度不足或受环境影响大的区域，可过建设北斗地基增强系统（北斗地基增强系统由地面北斗基准站系统、通信网络系统、数据综合处理系统、数据播发系统等组成），北斗地基增强系统是北斗卫星导航系统的重要组成部分，是国家重大的信息基础设施。通过新建北斗地基增强系统，使北斗系统能够提供毫米级定位精度，满足港口自动化系统对定位精度的需求，其技术与5G技术结合相得益彰。

图7：定位精度的提升

6 总结

综上所述，随着科学技术不断发展5G技术的应用越来越广泛，其传输速度快、应用广泛、低能耗、低时延以及安全性高等特点使5G技术在港口发展中得到广泛应用。其中，5G技术在港口物流中的应用场景主要包括装卸作业远程控制、港口无人运输以及港区视频监控和AI识别等。但为了能够有效提高5G技术在港口物流半自动化装卸向全自动化发展中的应用，实现建设智慧港口，形成港口物流自动化装卸，无人运输，智能理货、智能视频监控管理等应用，能够有效提高港口物流行业转型升级。