5G通信技术在智慧港口中的应用

港口作为交通运输的枢纽，在促进国际贸易和地区发展中起着举足轻重的作用，全球贸易中约 90% 的贸易由海运业承载，作业效率对于港口至关重要。在“工业 4.0”、“互联网 +”大发展的时代背景下，港口也在进行数字化、全自动的转型升级。

“智慧港口”对通信连接有低时延、大带宽、高可靠性的严苛要求，自动化码头的大型特种作业设备的通讯系统要满足控制信息、多路视频信息等高效、可靠传输。目前港口自动化采用的光纤与 Wi-Fi 等通讯方式存在建设和运维成本高、稳定性与可靠性差等问题，5G技术的低时延、高带宽、高可靠、大容量等特性结合基于 5G 虚拟园区网的港口专网方案、端到端应用组件，为港口解决好自动化设备的通讯问题提供了全新方案，为 “智慧港口”建设注入新动力。

5G通信技术在智慧港口中的应用

根据智慧港口业务特性以及对传输数率、时延的要求，5G通信技术在智慧港口的应用主要包括无人驾驶、机械设备远程控制、智慧安和应急指挥等。

1 无人驾驶

针对智慧港口相对封闭的应用场景，基于5G网络技术速率高、容量大、延时低的特性，结合MEC技术、车辆自动驾驶技术、智能传感技术等，能够实现智慧港口无人驾驶集卡远程遥控指令的高速发送，以及在异常情况下人工远程遥控无人驾驶集卡的需求，从而实现L4级自动驾驶、自动导引、精准泊车、自动装载等集卡功能并实现远程监控、数据收集、模型优化。

无人驾驶集卡在智慧港口的应用，可在雨雪、夜间等特殊工况下，保持深度感知和精准有效，实现全天候作业，提高作业效率，减少人员配置，降低人的不安全因素，提高安全性。主要操作流程如下：

远程操作员根据全景显示屏和本地操作台显示的车辆信息，通过5G网络发送操作命令到本地MEC。

MEC将操作指令发送到车辆最近的5G基站，再发送至车载CPE。

车辆终端通过5G网络接收到指令后，按照指令控制车辆转向、刹车、前进等。

无人驾驶集卡与岸桥、场桥机械设备远控实现无缝衔接，通过应用无人驾驶实现水平运输自动化，进而实现码头全自动化作业。

2 机械设备远程控制

在智慧港口建设运营过程中，岸桥和场桥远程控制可以大幅减少操作环节人力资源需求，降低经营成本，提高作业效率和生产安全，改善操作人员作业环境。岸桥和场桥远程控制的通信系统要满足控制信息和多路视频信息同步、可靠传输。目前，传统港口的岸桥和场桥远程控制的通信系统仅能依靠光纤网络通信系统，不仅存在单点故障风险，而且无法满足轮胎式龙门吊远程控制数据的传输需求。岸桥远程控制示意图见图3，场桥远程控制示意图见图4。

基于5G网络技术速率高、容量大、延时低的特性，借助“端到端”的5G网络部署，岸桥、场桥与远程控制中心的数据连接采用“5G+有线组网”方式，能够提高网络传输的可靠性和灵活性，结合码头操作管理系统、岸桥自动控制系统、场桥自动控制系统，实现岸桥和场桥远程控制操作。

3 智能理货

当前，远程控制岸桥、自动化场桥、AGV、无人集卡、自动化闸口等先进的自动化和智能化技术已经成为全自动化码头的标配。在自动化码头中，这些技术应用表现出的人工成本和效率优势，使得自动化技术在传统码头的应用成为一种趋势。其中，传统理货系统的智能化、自动化升级已经在国内众多码头得到应用。智能理货系统架构见图6。

智能理货系统主要分为前端识别系统、传输系统和后端管理系统。从实施情况来看，前端识别系统和后端管理系统只是技术层面实现方式的差别，并不会成为瓶颈。传输系统是部署智能理货系统的关键一环。传统码头的岸桥多数都没有光纤，只能通过无线网络将前端识别系统的信号传到后端。岸桥智能理货无线网络部署见图7。

从实际的运行来看，无线AP方案的局限性主要表现在以下3个方面：

由于无线AP漫游特性的限制，岸桥在移动过程中依然会出现切换时“丢包”的现象。

无线AP的维护会给码头带来成本的增加。

无线AP带宽无法同时承载岸桥理货和岸桥远程控制的改造业务需求。

从5G的技术特性以及目前的行业应用测试来看，5G通信技术可以较好地解决以上问题。特别是5G的增强移动宽带为同时满足智能理货和岸桥远程控制所需要的高带宽提供技术支撑，目前从国内非独立组网（NSA）架构下的实测速度已经可以达1.2 Gbit/s，华为和高通的5G终端在实验室环境下已经分别可以达到5 Gbit/s和7 Gbit/s。同时，5G高可靠低延时连接可为传统岸桥的远程控制改造提供经济有效的解决方案。基于5G网络的岸桥智能理货系统架构见图8。

5G网络的部署、优化和日常维护由网络运营商负责。码头专注于5G的应用，可通过定制5G接入终端的方式在每台岸桥上安装定制的5G工业路由器，将岸桥上的数据通过5G网络传输到后端管理平台。

4 智慧安防与应急指挥

智慧安防系统是智慧港口的重要组成部分之一，通过在码头泊位、堆场、闸口、道路、查验区等区域设置视频监控设备，实现对岸桥、场桥、人员、车辆、集装箱和边界的实时视频监控、数据分析和应急处置。

目前，港口大部分视频监控前端设备可通过港口光纤网络系统传输数据，但对于不具备有线网络接入条件的区域，可采用5G网络传输，5G通信技术超过10Gbit/s的高速传输速率和毫秒级时延将有效提升码头视频监控数据的传输速度，实现智慧安防的实时远程控制、提前预警和快速响应处置。

依托5G网络技术，在其速率高、容量大、延时低等优势的助力下，将无人机、布控球等前端设备实时拍摄的高清视频回传到智慧港口应急指挥调度中心，实现码头实景与大屏视频画面同步，大幅提高码头指挥调度人员对港区现场突发情况的观察和判断能力，提升决策和执行效率。同时，智慧港口应急调度人员可通过5G网络对无人机进行远程实时操控和远程喊话，从而提高应急指挥管理调度的扁平化、立体化水平以及提升应急指挥工作效率。智慧港口应急指挥应用示意图见图5。