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5G確定性網(wǎng)絡(luò)打造智慧港口助力港口企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型

發(fā)布時間：2020-06-30 14:53:00 通信世界網(wǎng)

港口是實現(xiàn)海陸物流輸送的樞紐。據(jù)統(tǒng)計，全球貿(mào)易總額的2/3將經(jīng)過港口。近年來，港口吞吐量隨全球經(jīng)濟(jì)增長逐年增加，為港口帶來了新的挑戰(zhàn)和壓力，如人力成本攀升、勞動力資源短缺等。

以對產(chǎn)業(yè)升級最為迫切的吊車控制為例，傳統(tǒng)龍門吊司機(jī)是特殊工種，在30～70多米高的司機(jī)室工作，條件十分艱苦，容易罹患多種職業(yè)疾病。港口為保證24小時作業(yè)，每臺龍門吊配備3名司機(jī)輪換，一個傳統(tǒng)碼頭通常需要配備上百名龍門吊司機(jī)，人力需求量大且因作業(yè)環(huán)境艱苦，招工難問題愈趨嚴(yán)重。

智慧港口是未來港口發(fā)展的必然趨勢，通過遠(yuǎn)程控制、自動控制、自動駕駛、智能監(jiān)控等技術(shù)以實現(xiàn)降本增效成為全球港口的共同訴求。同樣以吊車控制為例，實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控后，輪胎吊場景下的操控員的人機(jī)比例提高，不僅使勞動力需求大幅降低，工作環(huán)境也將得到了大幅改善，從而徹底解決了招工難問題。除了吊車控制之外，港口待實現(xiàn)的智慧化場景還有高效自動駕駛的IGV（用于取代人工駕駛集卡）或基于4G網(wǎng)絡(luò)的AGV（自動導(dǎo)引小車）、機(jī)器視覺智能監(jiān)控、遠(yuǎn)程輔助維修等。這些智慧化場景將進(jìn)一步緩解港口的勞動力需求壓力，大幅提高港口作業(yè)效率。

港口智慧化的剛需

港口企業(yè)需構(gòu)建能夠匹配上述諸多應(yīng)用需求的通信網(wǎng)絡(luò)，作為其實現(xiàn)自動化、智能化產(chǎn)業(yè)升級的基礎(chǔ)設(shè)施。過去，港口主要采用固定網(wǎng)絡(luò)（光纖、波導(dǎo)管）構(gòu)建通信基礎(chǔ)設(shè)施，部署及運(yùn)維成本高，移動性差，Wi-Fi則存在覆蓋能力弱、穩(wěn)定性與可靠性差等問題。傳統(tǒng)通信技術(shù)的局限性增加了新建港口實現(xiàn)數(shù)字化的成本，降低了應(yīng)用場景的靈活性，為老港口的轉(zhuǎn)型升級帶來了難以克服的障礙。5G的到來，為全球港口產(chǎn)業(yè)升級帶來了新的機(jī)會。智慧港口對5G網(wǎng)絡(luò)的訴求可以提煉為如下三大方面。

首先是差異化（Differentiated）。智慧港口中的應(yīng)用場景豐富，各類應(yīng)用對5G網(wǎng)絡(luò)的訴求各有不同。遠(yuǎn)程操控、自動駕駛場景要求網(wǎng)絡(luò)提供大帶寬、低時延能力，視頻監(jiān)控場景要求高上行帶寬及低時延的AI分析，智能理貨場景則需求大連接能力。如果仍然沿用2G/3G/4G時代“一網(wǎng)打天下”的無區(qū)別網(wǎng)絡(luò)能力來滿足這些訴求，勢必會造成不必要的資源浪費。而差異化的網(wǎng)絡(luò)能力可以按需匹配應(yīng)用場景的需要，具有更高的靈活性和性價比。

其次是專屬性（Dedicated）。港口企業(yè)特別重視數(shù)據(jù)安全和網(wǎng)絡(luò)安全，特別是進(jìn)行智能化升級之后，碼頭的正常運(yùn)營都依賴于網(wǎng)絡(luò)的可靠性，網(wǎng)絡(luò)一旦出現(xiàn)問題，將造成碼頭所有設(shè)備的停產(chǎn)，這對碼頭來說是不可接受的。同時，運(yùn)營數(shù)據(jù)是港口保持競爭力的關(guān)鍵信息資產(chǎn)，因此港口要求保證運(yùn)營數(shù)據(jù)的絕對安全。這就需要專屬網(wǎng)絡(luò)保證網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)的隔離，實現(xiàn)專網(wǎng)專用，數(shù)據(jù)不出港口。

最后是自助性（DIY）。當(dāng)前港口通信和控制網(wǎng)絡(luò)存在調(diào)測和開通周期長、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況無法追蹤等問題，需要可DIY的自助網(wǎng)絡(luò)，以響應(yīng)快速變化的業(yè)務(wù)需求以及滿足網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測的便利性?；诓町惢傩?、自助性這3個維度構(gòu)筑的網(wǎng)絡(luò)，正是5G確定性網(wǎng)絡(luò)（5G Deterministic Networking，5GDN）。即

利用5G網(wǎng)絡(luò)資源打造可預(yù)期、可規(guī)劃、可驗證、有確定性能力的移動專網(wǎng)，提供差異化的業(yè)務(wù)體驗。5G確定性網(wǎng)絡(luò)基于行業(yè)需求孕育而生，能夠很好地匹配港口企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的訴求。

5G確定性網(wǎng)絡(luò)

打造智慧港口應(yīng)用示范振華重工聯(lián)合中國移動、華為公司以及上海港務(wù)集團(tuán)在上海洋山深水港實現(xiàn)了5G智慧港口應(yīng)用示范項目，于2020年完成了輪胎式龍門吊遠(yuǎn)程控制的首批可行性驗證。

上海洋山深水港位于杭州灣口外的崎嶇列島，由小洋山島域、東海大橋、洋山保稅港區(qū)組成，是中國大型和特大型深水泊位最多、大型船舶掛靠最多的港口之一。中國移動、華為公司通過5G MEC、切片等技術(shù)為上海洋山港打造5G確定性網(wǎng)絡(luò)，成功為港口中對移動性訴求最強(qiáng)烈的輪胎龍門吊實現(xiàn)了遠(yuǎn)程化控制。具體的實現(xiàn)方式是通過在吊車上安裝高清攝像機(jī)，回傳多路1080 P的視頻畫面到控制中心，遠(yuǎn)程操控員再根據(jù)這些現(xiàn)場傳回的畫面對吊車實施遠(yuǎn)程操控，完成吊具精準(zhǔn)移動、抓舉集裝箱等操控動作。由于吊車的構(gòu)造不同，安裝的攝像機(jī)數(shù)量各有不同，若按平均每臺輪胎吊安裝6臺攝像機(jī)，視頻畫面分辨率為1080P來計算，單臺吊車需要大約35Mbit/s的上行帶寬。在時延方面，為保證操控的精準(zhǔn)性，5G網(wǎng)絡(luò)端到端時延不能超過30ms；在數(shù)據(jù)安全性方面，5G確定性網(wǎng)絡(luò)中的5G MEC實現(xiàn)了視頻流、控制指令等業(yè)務(wù)的本地卸載，確保低時延能力的同時還滿足了數(shù)據(jù)不出港口園區(qū)的安全性需求，保障了港口運(yùn)營數(shù)據(jù)的安全性。

洋山港的成功實踐證明了5G確定性網(wǎng)絡(luò)能夠滿足港口輪胎龍門吊遠(yuǎn)程操控場景的各項訴求，未來有望徹底替代固定網(wǎng)絡(luò)，賦予輪胎龍門吊堪比純?nèi)斯がF(xiàn)場駕駛的高度移動性和靈活性，從而提高龍門吊轉(zhuǎn)場率，達(dá)到更高的使用效率。實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控后，人機(jī)比例可由純?nèi)斯げ僮鳡顟B(tài)下的1:1提升至1:4，不僅操作環(huán)境得到改善還降低了勞保成本，使得綜合人力成本有望下降70%，同時大大提高了港口無人化水平，達(dá)到了更高的安全性。在寧波港梅山碼頭，振華重工、中國移動和華為也合作實現(xiàn)了基于5G的輪胎吊遠(yuǎn)程控制測試，通過MEC部署，控制信號平均時延從28ms進(jìn)一步下降到了10ms。

振華重工正攜手華為在更多港口開展積極實踐，以期將在中國獲得的寶貴經(jīng)驗復(fù)制到全球。目前，泰國、阿曼的國際貨柜碼頭正在開展基于5G確定性網(wǎng)絡(luò)的輪胎吊遠(yuǎn)程操控實踐，全球越來越多的港口啟動了同類項目的規(guī)劃。除了遠(yuǎn)程操控這一對5G確定性網(wǎng)絡(luò)需求最為強(qiáng)烈的應(yīng)用場景之外，還包括港口中其他（例如IGV通信、視頻監(jiān)控、機(jī)器人/無人機(jī)巡檢、智能理貨等）場景。

未來，振華重工、華為將攜手全球領(lǐng)先運(yùn)營商，持續(xù)幫助港口進(jìn)行自動化、智能化升級，利用5G推動港口信息化、自動化，打造“綠色、環(huán)保、高效”的智慧港口。

（作者系上海振華重工智慧產(chǎn)業(yè)集團(tuán)技術(shù)研發(fā)中心總經(jīng)理）