5G通信技术在智慧港口中的创新应用

5G通信技术在智慧港口中的创新应用

张鑫磊

连云港新海湾码头有限公司 江苏连云港 222100

摘要：随着国家大力推进 5G 通信技术的商用建设，5G 网络技术在智慧港口的应用条件将逐渐成熟。国内港口正在逐步推进数字化转型，5G 通信技术速率高、容量大、延时低的特性能够有效解决智慧港口建设过程中无线数据传输的难点、痛点，有效推动国内港口的数字化转型。在此，通过探讨 5G 通信技术在智慧港口中的应用，对国内传统港口创新升级以及“一带一路”沿线港口的 5G 智慧港口建设均有一定的借鉴意义。

关键词：5G 通信技术；智能港口；创新发展

1、港口的智慧化发展

1.1、港口现有无线通信技术比较

港口现有的无线通信系统主要包括无线语音通信系统和无线数据传输通信系统，本文主要探讨港口无线数据传输通信系统。目前，港口无线数据传输通信系统主要采用 400 MHz 窄带数据传输网络、2.4 GHz 无线局域网络、TD-LTE 宽带集群通信网络，由于 400 MHz 窄带数据传输网络采用封闭技术，已逐步淘汰，根据现代化港口的无线数据传输实际需求，2.4 GHz 无线局域网络和 TD-LTE宽带集群通信网络对比见表 1。2.4 GHz 无线局域网络由于受其技术特性影响，存在覆盖差、信号抗干扰差、承载业务有限、维护成本高等问题。TD-LTE 宽带集群通信网络可解决智慧港区大部分的无线数据传输需求，但由于带宽限制，无法满足智慧港口无人驾驶集卡、机械设备远程控制等大带宽、低延时的无线数据传输需求。

1.2、5G 技术特性

5G 是第 5 代移动通信技术的简称，作为 4G 通信技术的延伸，具有速率高、容量大、延时低的特 性，是实现万物互联的重要载体。5G 技术综合运用大规模天线、超密集组网、灵活双工、全双工、频谱共享、先进调制编码、终端直通技术、全频谱接入、新型多址、新型多载波等关键技术。此外，5G 技术还采用全新的架构解决方案（网络切片），可允许在通用物理信息基础设施上创建逻辑上独立的网络， 能够为特殊行业的业务需求进行量身定制。国际电信联盟（ITU）定义了 5G 的 3 大应用场景为增强移动宽带（eMBB）、海量物联（mMTC）、高可靠低延时连接（uRLLC）。eMBB 是以人为中心的应用场景，集中表现为超高的传输数据速率、广覆盖下的移动性能保证等应用场景；mMTC 主要是满足海量物联的通信需求，面向以传感和数据采集为目标的应用场景；uRLLC 则基于 5G 技术低延时（1 ms）和高可靠（99.999%）的特性，主要面向智慧港口等垂直行业特殊应用需求。

5G 网络技术可实现毫秒级延时的工业控制信号和多路数高清摄像头视频数据的混合承载， 5G 网络技术在智慧码头的建设运营中能够充分发挥差异化性能优势，突破传统方式的局限性，大幅提升自动化码头的运营效率，为改造传统人工码头注入新的创新动力。

1.3、建设 5G 智慧港口的意义

1.3.1创新性

目前，国内 5G 网络技术在港口的全面商业应用尚处于起步阶段，5G 通信技术在智慧港口的创新应用研究以及建设 5G 智慧港口将具有里程碑式的意义。

1.3.2可复制性

5G 网络技术与智慧港口的融合发展将探索研究 5G 智慧港口行业应用技术标准，促进各方 5G 应用交流和深度合作，推进 5G 智慧港口建设，提升港口信息化水平，促进 5G 产业发展，推动 5G 智慧港口相关技术成果在国内和全球港口的可复制应用。

1.3.3提质增效

5G 技术在智慧港口的应用场景主要包括无人驾驶、机械设备远程控制、无人机、应急演练和应急指挥等。5G 技术与物联网、人工智能等多种技术创新融合，将助力智慧港口的提质增效和数字化转型。

2、5G 通信技术在智慧港口中的应用

2.1、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。

2.2、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。

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。

2.3、智慧安防

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 10 Gbit/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。

2.4、应急指挥

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。

2.5、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，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。

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：

①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。

②无线 AP 的维护会给码头带来成本的增加。

③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。

结束语

随着信息技术的创新发展，作为国际贸易、物流和供应链的重要枢纽，我国港口已进入数字化转型的关键时期，港口自动化、智能化是我国港口的发展趋势。党的十八大以来，习近平总书记先后对交通运输工作作出“交通基础设施建设具有很强的先导作用”“努力打造世界一流的智慧港口、绿色港口”等重要指示。

参考文献

[1]5G通信技术在智能电网的应用[J]. 刘殿锋.  电子技术与软件工程. 2019(22)

[2]5G通信技术商业应用的挑战及应对策略[J]. 张明璐.  财富时代. 2020(04)