“新基建”助力智慧港口高质量发展的思路和方案
【慧聪通信网】中国是水运大国，2020年我国水路货运量达76亿吨，港口货物吞吐量达146亿吨，承运了我国90%以上的外贸货物。交通运输部发布的水运“十四五”发展规划预测，2025年我国水路货运量、港口货物吞吐量将分别达到85亿吨和164亿吨，集装箱、原油、LNG（液化天然气）等增长较快，煤炭、铁矿石等维持高位，水路旅游客运量将呈较快增长趋势。
智慧港口建设迫在眉睫
国内各港口信息化基础条件参差不齐，部分建设较早、尚未实现智能化转型升级的港口，其信息基础设施普遍存在以下问题：网络架构节点混乱、拓扑不清晰；关键节点存在单点故障风险，可靠性不高；硬件老化，主干链路多为百兆带宽，不够稳定；多个应用系统分头建设，缺乏统筹，形成“信息孤岛”，维护难度较大；不少港口的网络防护措施基本没有，安全风险较高。
港口高质量发展迫在眉睫，智慧港口建设势在必行，可融合“新基建”技术，围绕基础设施建设、码头生产作业、生产调度指挥、口岸和客户服务、全过程安全管理、多式联运降本增效等方面，构建创新的应用场景。
具体而言，可以以“新基建+智慧港口”示范工程建设为契机，借助5G、BIM、大数据、云计算、人工智能、车路协同、物联网、北斗、卫星遥感等新一代信息技术，以全方位物联感知自动化、全过程生产调度数字化、全天候安全绿色智慧化、全要素多式联运智能化等为主要场景，开展智慧港口、绿色港口、高效港口、平安港口的建设，以促进港口的安全高效和降本提质，提升港口的服务能级和核心竞争力。并将可复制、可推广的建设经验形成建设指南和标准规范，示范并引领全国港口的智慧化改造和转型升级。图1为“新基建+智慧港口”的建设思路示意。
图1 “新基建+智慧港口”建设思路
智慧港口建设方案
本部分从全方位物联感知自动化、全过程生产调度数字化、全天候安全绿色智慧化、全要素多式联运智能化四大场景入手，分析如何开展智慧港口建设。
全方位物联感知自动化
5G网络具有大带宽、低延时、大连接等特征，其切片技术可支撑多场景下的快速传输、互不干扰，保障多设备数据传输的低延时、实时性和高质量，为传统码头吊机的远程自动操控提供优质的网络环境。基于5G及车路协同技术，可构建车、机、路高度协同的生产作业体系，为自动驾驶集卡赋能，使其具备超视距感知、盲区监测辅助、多气候工况下的智能感知、车辆协同作业、高精度定位等能力。通过加装高精度定位及位置检测系统，实现吊机远程自动操控，达到提升作业效率、降低人工成本的目的。
针对港区生产作业人员多、流动性大、管理难度大等特点，基于5G网络，利用UWB（超宽带）、北斗等技术手段，可实现对作业人员的实时高精度定位、轨迹跟踪、轨迹查询、越界报警、快速求救等，提高港区人员监测和管控水平。人员定位组网方案如图2所示。
图2 人员定位组网方案
全过程生产调度数字化
港口生产组织和流程复杂，政府监管部门、供应链上下游企业数量繁多。围绕港口管理的流程优化组织，基于数据底座汇聚生产决策系统、智能排产系统、智慧调度系统、应急决策系统、大型设备全生命周期管理系统的多方数据，协同指导货物的高效运转、集群协作。智慧港口数据治理系统如图3所示。
图3 智慧港口数据治理系统
此外，还可以“货运一单制、信息一网通”为目标，建设物流服务平台，集成商务计费系统、网上营业厅、EDI（电子数据交换）系统等，以打通商务、调度、物流，对外对接客户服务平台，对内对接港口生产系统，满足客户实际需求。
全天候安全绿色智慧化
针对港区的安全和环境管理，可以基于5G对港口专业设备智能化运行等关键领域进行赋能，融合人工智能、大数据和云计算等技术，通过实时数据采集，对人、车、物的行为规范进行全方位、全维度、全天候的安全识别管理，提升作业区域安全管理水平。
同时，还可利用传感器采集设备，对港口风向、风速、有毒有害气体、可燃性气体、粉尘、噪音等大气、水质、噪声相关环境参数进行实时动态监测，并将数据上传至指挥调度中心。图4为港口环境监测网络架构示意。
图4 港口环境监测网络架构
全要素多式联运智能化
通过对接大宗货物交易平台、无车船承运系统、物流企业管理平台、铁路物流运输数据、船舶AIS（船舶自动识别系统）数据，实现引航信息、船舶位置、车辆位置、铁路班线的实时更新，细粒度展现堆场和码头等区域设备、人员、货物的运行趋势及统计数据，与港区营收结合，制定适用于港口生产的KPI指标集（设备KPI、单船作业KPI、铁水联运KPI、服务效率KPI等），保障港口持续高效生产。
实际案例及展望
以京杭运河上某个内河集装箱散货港口为例，整个港区采用万兆工业环形网络结构，构建万兆骨干网，为全园区数据通信提供高速、冗余的数据通道。
环网核心交换机通过24芯光缆与各汇聚节点进行环状连接，工业环网交换机安装在园区6处汇聚节点内，整体与新建综合调度中心大楼形成环形网络，节点接入交换机安装在各分支节点处，用于监控摄像机、无线AP、港口生产设备、办公网络设备的前端数据采集传输，最终汇入工业环网内。
通过工业环网实现分散的各作业系统状态数据的实时接入，包括煤流集控控制系统、轨道衡系统、无人地磅系统、卸车系统、定量装车系统、数字化料场等已有的DCS系统（分散控制系统）的分散作业设备。对大型自动化机械（如装船机、斗轮式堆取料机等设备）进行远程或全自动化改造，实时监测设备状态和运行参数。同时，应用5G网络，结合高清地图、高精定位、北斗、雷达、人工智能等技术，实现港区龙门起重机、吊机、自动驾驶集卡、近岸船舶、巡检设备等的规模化应用和吊机远程自动操控。
展望未来，以数字化、智能化为主线建设智慧港口不可能一蹴而就，需要统筹规划，做好顶层设计，分步骤分期实施。笔者建议前期进行网络基础设施搭建、数据底座建设、生产调度运行自动化等重点领域的试点，补齐港口智慧建设短板；中期通过智慧化应用全面支撑港口的生产、运营、安全、绿色和内部管理需求，升级、优化建设内容；长期实现信息技术和港口经营发展的深度融合，挖掘数据潜在价值，同时关注最新技术的更新迭代。上述3个阶段紧密结合，步步推进，智慧港口的美好蓝图将落地成为现实。
