5G应用创新发展白皮书-5G重点应用分析-智慧港口

智慧港口

随着5G融合应用的不断发展和演进,应用重点行业和领域逐步聚焦,尤其是在工厂、矿山、港 口、医疗、电网、交通、安防、教育、文旅以及智慧城市等10个领域,逐步获得业界认可,并初步形 成了有望规模商用的应用场景。本文主要介绍5G在智慧港口中的典型应用分析,主要从5G典型场景及价值、未来发展空间以及面临的挑战。


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正文开始:

1、5G典型场景及价值

我国港口吞吐量稳居世界前列,通过5G实现港口自动化改造成为了当前的热点。在全球十大自动 化码头中,中国占据了4个,中国振华重工集团生产的岸桥、轨道吊等重型设备在集装箱码头全球市场 份额居于首位。与此同时,港口的多个业务场景对于网络的需求,与5G本身的特性是非常匹配的。5G 具有低延时、高可靠和大带宽的技术特点,而港口的远程操控、高清视频辅助控制以及复杂环境监控 等场景正是具有以上需求。考虑到港口的众多场景(以传统人工码头为主)并不具备有线网络部署能 力,5G与港口应用的结合变得非常必要。通过5G网络承载工业控制、高清视频传输、环境监控和离散 信息采集,并且攻克协议适配、流量整形和可靠性保障等难题,即可逐步实现自动化码头的无线化改 造以及传统人工码头的半自动化改造。因此,港口将很可能成为未来首批5G商业应用的地方。

一个典型的港口可分成六大业务场景,分别为船只进出港(货船将集装箱运至港口)、岸桥装卸 货(完成集装箱装卸货并搬运至水平运输区)、水平运输(完成岸桥区到堆场区的搬运)、堆场管理优化(完成集装箱堆码)、集卡出入港(完成集装箱出入港运输)和陆港联运(港口与其他运输体系 的联动)。船只进出港场景涉及近海通信、船货同步以及船只定位等;岸桥吊装卸货目前是有线光纤 网络以及人工操作,通过5G可以实现对岸桥掉起吊装置的远程控制,这其中包含涉及了起吊设备数据 采集、高清视频的回传、定位防碰撞、现场人员通信以及人工智能识别分析等细分的场景;水平运输 场景涉及港区内车辆的自动驾驶调度,大视频回传、定位防碰撞等;堆场管理优化负责堆场区集装箱 的无人堆码,需要对设备远程控制,同时也涉及AI视觉的应用以及高清大视频的传输;集卡出入港负 责对集卡车辆的无人驾驶监控调度、定位防撞、视频传输等。

5G网络的性能能够满足PLC控制信号的超低时延要求以及高清视频回传的带宽要求,通过用5G 无线网络的远程控制替代传统有线控制,实现作业现场的无人化操作,提升了操作灵活性和可靠性, 人工成本大幅降低,改善了工人的作业环境,港口作业效率显著提高。在岸桥区和堆场区,通过5G方 案,相比人工码头,目前单台设备可节省75%的人力,预计未来整个港区的人力会因此大幅降低,同 时,生产效率整体提高约50%。在水平运输区,5G+MEC的应用将使自动驾驶车辆的响应时间缩短至 50ms以下,运输效率提升30%以上,且充分保障人车安全。厘米级的定位精度将推动船只进出港等场 景的创新应用,也将极大提高港区各类场景的业务质量。

5G在智慧港口中的应用已经在全国主要港口获得推广。青岛港新前湾自动化码头2019年1月完成了 基于5G连接的自动岸桥吊车的控制操作,成功实现了通过无线网络抓取和运输集装箱。第三届“绽放 杯”大赛获奖项目中,深圳妈湾港结合5G SA网络以及港口的生产场景,研发了岸桥吊5G远程控制、 5G无人机、5G无人集卡、5G智能理货、5G智能安防等5G移动应用,结合移动2.6G+4.9G的频谱优 势,采用5G网络端到端切片技术来为港口的应用保驾护航,无线采用RB资源预留结合5QI优先级调度 实现业务的硬软隔离,承载网使用FlexE硬隔离提供专用通道给港口,同时MEC+UPF下沉,保障低时 延的同时也做到了数据不出港口,确保港口的生产安全。深圳妈湾港5G智慧港口项目部署桥吊设备远 程控制、港区无人驾驶等应用,提升配载效率15-20倍,减少现场作业人员80%,减少安全隐患50%, 降本提效,增强安全保障。

5G智慧港口六大业务场景

5G智慧港口六大业务场景

2、未来的发展空间

智慧港口的发展是当前的战略方向,2019年11月交通运输部联合9大部委印发了《关于建设世界一 流港口的指导意见》,提出加快智慧港口建设。抢抓新一轮科技革命和产业变革的历史机遇,推动港 口发展更加注重向创新驱动转变,建设智能化港口系统、加快智慧物流。总的来说,智慧港口的演进 方向主要有以下三点:

• 港口/码头向自动化发展是未来的主方向。目前港口码头可大致区分为传统人工码头和自动化 码头两种。人工码头整体比例较大,自动化程度低,人工成本很高,急需借助远程控制技术等实现无 人化,进而大幅降低人工成本;自动化码头的信息化程度较高,主要业务以借助有线网络实现远程控 制等功能,但仍有大量场景(受自身移动条件所限)无法实现有线连接,急需大带宽、低时延的无线 化改造。

• 5G智慧港口可行性得到验证,可较早实现规模化推广。港口物理空间相对独立,应用5G打造 智慧港口具有巨大的实践意义。从绽放杯5G智慧港口项目可以看到,吊机远控场景切实解决港口吊机 司机工作条件艰苦安全风险大的痛点;智能理货针对港口出入货物量大且繁杂,货物精细管理压力巨 大构建;智能安防和无人机巡检则切实解决了港口安防压力大,人力巡检工作量巨大且工作环境恶劣 的痛点。随着2020年5G商用化的推进,在现有合作成果的基础上,进一步丰富业务验证场景,扩大试 点规模,全面验证各类典型应用的5G承载能力,打造5G垂直行业应用标杆。同时随着各应用场景的成 熟技术和商业模式的固定化,5G智慧港口解决方案可以复制到国内外各港口,带动整个行业技术的换 代升级,同时带来巨大的商业利益。

• 我国港口正以省级集团整合资源,经营主体是码头。近年来,我国港口吞吐量增速放缓,货 物吞吐结构以沿海港口为主。2000 年之后伴随着中国外贸的繁荣,国内港口货物吞吐量也持续快速增 长,经过多年的投资建设,港口逐步出现产能过剩。2014年开始中国港口货物吞吐量增速明显放缓, 区域港口之间竞争的矛盾愈加突出,因此,大规模的港口整合也就应运而生。

• 根据相关的调查研究,当前,在港口运营的总成本中,人工成本占比约为33%,而通过自动化改 造,可以节约70%的人工成本,即总体来看,自动化改造带来的成本节约至少为现有整体成本的10%。

以我国某典型港口为基础进行估算,其规模约占全国港口的10%。2019年,由公开营收额及净利润 等数据推算出的总体运营成本为83亿元左右,估算其自动化改造价值空间为8.3亿元,因此,全国港口 总价值空间为83亿元/年。鉴于5G成熟度逐年提高,商用规模逐渐扩大,因此预估2021年-2025年,5G 自动化改造渗透率分别为10%、30%、45%、60%和75%,由此得出,2021-2025年的5G港口市场空间分 别为8.3亿元、24.9亿元、37.35亿元、49.8亿元和62.25亿元。

需要说明的是,5G的商业进程需要借助国家政策的推动以及产业各方的配合,因此,5G渗透率具 备一定的不确定性,各方可按照自己的判断,得出相应的预测结论

3、面临的挑战

虽然经过试验验证,5G网络可以满足智慧港口的业务要求,但是由试验到商用的转换中也面临几 方面的主要困难:

• 5G 2B商业模式并不清晰。具体包括建设模式、资产归属、运营资费以及产业链上下合作机制 等方面。由于现阶段我们没有可借鉴的国内外成熟的商业模式,因此这个过程的确立并不容易。

• 5G网络端到端稳定性需要进一步提升。现阶段,5G网络还不能完全支持某些场景的商用要 求,特别是在稳定性这方面,还需要从设备层面进行进一步的增强。

• 外部环境变化带来不确定性。当前疫情对海外影响很大,直接影响对外贸易相关产业,港口运 营因此将面对更大的不确定性。需要进一步稳定局面和坚定信心,需由运营方主导,并推动港口的5G 建设以及一系列自动化升级。