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5G确定性网络打造智慧港口助力港口企业数字化转型

发布时间:2020-06-30 14:52:59 通信世界网

港口是实现海陆物流输送的枢纽。据统计,全球贸易总额的2/3将经过港口。近年来,港口吞吐量随全球经济增长逐年增加,为港口带来了新的挑战和压力,如人力成本攀升、劳动力资源短缺等。

以对产业升级最为迫切的吊车控制为例,传统龙门吊司机是特殊工种,在30~70多米高的司机室工作,条件十分艰苦,容易罹患多种职业疾病。港口为保证24小时作业,每台龙门吊配备3名司机轮换,一个传统码头通常需要配备上百名龙门吊司机,人力需求量大且因作业环境艰苦,招工难问题愈趋严重。

智慧港口是未来港口发展的必然趋势,通过远程控制、自动控制、自动驾驶、智能监控等技术以实现降本增效成为全球港口的共同诉求。同样以吊车控制为例,实现远程操控后,轮胎吊场景下的操控员的人机比例提高,不仅使劳动力需求大幅降低,工作环境也将得到了大幅改善,从而彻底解决了招工难问题。除了吊车控制之外,港口待实现的智慧化场景还有高效自动驾驶的IGV(用于取代人工驾驶集卡)或基于4G网络的AGV(自动导引小车)、机器视觉智能监控、远程辅助维修等。这些智慧化场景将进一步缓解港口的劳动力需求压力,大幅提高港口作业效率。

港口智慧化的刚需

港口企业需构建能够匹配上述诸多应用需求的通信网络,作为其实现自动化、智能化产业升级的基础设施。过去,港口主要采用固定网络(光纤、波导管)构建通信基础设施,部署及运维成本高,移动性差,Wi-Fi则存在覆盖能力弱、稳定性与可靠性差等问题。传统通信技术的局限性增加了新建港口实现数字化的成本,降低了应用场景的灵活性,为老港口的转型升级带来了难以克服的障碍。5G的到来,为全球港口产业升级带来了新的机会。智慧港口对5G网络的诉求可以提炼为如下三大方面。

首先是差异化(Differentiated)。智慧港口中的应用场景丰富,各类应用对5G网络的诉求各有不同。远程操控、自动驾驶场景要求网络提供大带宽、低时延能力,视频监控场景要求高上行带宽及低时延的AI分析,智能理货场景则需求大连接能力。如果仍然沿用2G/3G/4G时代“一网打天下”的无区别网络能力来满足这些诉求,势必会造成不必要的资源浪费。而差异化的网络能力可以按需匹配应用场景的需要,具有更高的灵活性和性价比。

其次是专属性(Dedicated)。港口企业特别重视数据安全和网络安全,特别是进行智能化升级之后,码头的正常运营都依赖于网络的可靠性,网络一旦出现问题,将造成码头所有设备的停产,这对码头来说是不可接受的。同时,运营数据是港口保持竞争力的关键信息资产,因此港口要求保证运营数据的绝对安全。这就需要专属网络保证网络和数据的隔离,实现专网专用,数据不出港口。

最后是自助性(DIY)。当前港口通信和控制网络存在调测和开通周期长、网络运行情况无法追踪等问题,需要可DIY的自助网络,以响应快速变化的业务需求以及满足网络监测的便利性。基于差异化、专属性、自助性这3个维度构筑的网络,正是5G确定性网络(5G Deterministic Networking,5GDN)。即

利用5G网络资源打造可预期、可规划、可验证、有确定性能力的移动专网,提供差异化的业务体验。5G确定性网络基于行业需求孕育而生,能够很好地匹配港口企业数字化转型的诉求。

5G确定性网络

打造智慧港口应用示范振华重工联合中国移动、华为公司以及上海港务集团在上海洋山深水港实现了5G智慧港口应用示范项目,于2020年完成了轮胎式龙门吊远程控制的首批可行性验证。

上海洋山深水港位于杭州湾口外的崎岖列岛,由小洋山岛域、东海大桥、洋山保税港区组成,是中国大型和特大型深水泊位最多、大型船舶挂靠最多的港口之一。中国移动、华为公司通过5G MEC、切片等技术为上海洋山港打造5G确定性网络,成功为港口中对移动性诉求最强烈的轮胎龙门吊实现了远程化控制。具体的实现方式是通过在吊车上安装高清摄像机,回传多路1080 P的视频画面到控制中心,远程操控员再根据这些现场传回的画面对吊车实施远程操控,完成吊具精准移动、抓举集装箱等操控动作。由于吊车的构造不同,安装的摄像机数量各有不同,若按平均每台轮胎吊安装6台摄像机,视频画面分辨率为1080P来计算,单台吊车需要大约35Mbit/s的上行带宽。在时延方面,为保证操控的精准性,5G网络端到端时延不能超过30ms;在数据安全性方面,5G确定性网络中的5G MEC实现了视频流、控制指令等业务的本地卸载,确保低时延能力的同时还满足了数据不出港口园区的安全性需求,保障了港口运营数据的安全性。

洋山港的成功实践证明了5G确定性网络能够满足港口轮胎龙门吊远程操控场景的各项诉求,未来有望彻底替代固定网络,赋予轮胎龙门吊堪比纯人工现场驾驶的高度移动性和灵活性,从而提高龙门吊转场率,达到更高的使用效率。实现远程操控后,人机比例可由纯人工操作状态下的1:1提升至1:4,不仅操作环境得到改善还降低了劳保成本,使得综合人力成本有望下降70%,同时大大提高了港口无人化水平,达到了更高的安全性。在宁波港梅山码头,振华重工、中国移动和华为也合作实现了基于5G的轮胎吊远程控制测试,通过MEC部署,控制信号平均时延从28ms进一步下降到了10ms。

振华重工正携手华为在更多港口开展积极实践,以期将在中国获得的宝贵经验复制到全球。目前,泰国、阿曼的国际货柜码头正在开展基于5G确定性网络的轮胎吊远程操控实践,全球越来越多的港口启动了同类项目的规划。除了远程操控这一对5G确定性网络需求最为强烈的应用场景之外,还包括港口中其他(例如IGV通信、视频监控、机器人/无人机巡检、智能理货等)场景。

未来,振华重工、华为将携手全球领先运营商,持续帮助港口进行自动化、智能化升级,利用5G推动港口信息化、自动化,打造“绿色、环保、高效”的智慧港口。

(作者系上海振华重工智慧产业集团技术研发中心总经理)


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