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浅谈5G技术在自动化码头的落地场景 | 港机圈

港口IT技术 小编 41次浏览 0个评论 扫描二维码
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,全球贸易中的90% 由海运承载,作业效率对于港口来说至关重要。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、自动化的转型升级。从信息港到数字港,再到如今的智慧港,港口的发展已进入关键的数字化转型时期。
为最新一代移动通信技术,5G给千行百业带来了广阔应用场景和商机,对港口码头也不例外。5G技术在智慧港口的建设运行中,能够充分发挥差异化性能优势,突破以往传统方式的局限性,能够极大提升自动化码头的运营效率,为传统人工码头的改造注入新动力。本期港机圈就和大家一起聊一聊,5G到底会引领一场什么样的“智慧港口革命”。


浅谈5G技术在自动化码头的落地场景 | 港机圈


“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。
Wi-Fi方式只适用于单机的轮胎吊远程操作,用波电缆、波导管传输方式带宽不过100M上下,最新一代也不过200M上下。同时自动化对于网络要求非常高,特别是在远程操作时对视频的延迟要求都是毫秒级(30毫秒),Wi-Fi和4G基本无法实现

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而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技术将极大的推动港口信息化、自动化的进程,更好的打造“绿色、环保、高效”的智慧港口。
当前全球港口面临劳动力成本攀升、劳动强度大、工作环境恶劣、人力短缺的难题,降本增效进行自动化改造成为全球港口共同的诉求。同时本轮数字化技术革新如人工智能、大数据、物联网、5G、自动驾驶的成熟为港口自动化提供了新的动力。集装箱码头越来越多地使用更高水平的自动化来提高生产率和效率并确保竞争优势。
2012年国内首个自动化码头,厦门远海自动化码头正式投入商用,青岛自动化码头和上海洋山自动化码头相继建成,青岛自动化码头创造出平均效率 43.23 自然箱 / 小时的成绩,上海洋山自动化码头更是营造出 2018年全年 200 万 TEU 的成绩(远期可达到 630 万 TEU)的亮眼表现。

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港口业效率为王,要求 365天24 小时不间断作业,大型船舶租金数百万元 / 天,多等待或多作业一小时,即浪费数万元。若装卸时间长,货主会选择其他码头。另外对于港口和货主来说,转运效率低会带来直接的经济效益损失,班轮“压港”1 天损失可达数十万甚至数百万元。

对于港口来说提升货物转运效率是港口的核心业务诉求,货物的转运重点集中在集装箱堆场和桥吊作业区域,助力垂直运输工具的远程控制和水平运输工具的无人驾驶,是5G业务应用的主要场景。


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当前港口自动化改造中尝试使用的非蜂窝技术如光缆、波导管、Wi-Fi 等通信方式,存在技术、成本、维护、安全等方面问题。

首先非蜂窝解决方案在技术上存在不足:Wi-Fi 抗干扰能力差、覆盖能力差、性能不够稳定,不能很好支持大范围多客户端移动覆盖。波导管,漏波电缆,光缆传输方式需要在整体系统设计中对其做出系统级让步,例如放大相关安全距离,降低设备运行速度等。
其次现有无线技术或电缆卷盘的单台平均成本需要数十万元,导致传统码头向信息化、自动化码头转型在通信层面上门槛变高。全球大量的传统集装箱码头在某些层面上不具备码头新的通信基建能力,无法在港区内破土动工建造大量的无线通信基站和光缆土建。非蜂窝技术需要港口方具备专业的网络及通信职能部门,这进一步增加港口维护成本和难度 。

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5G 网络是一张具备大速率、广连接、低时延的网络,通过这些能力,可以满足远控设备连接的需求,从而推动码头自动化进程的发展。未来 5G 可能赋能的、最具典型代表意义的四大智慧港口应用场景:
一:龙门吊远程控制
集装箱码头中,轨道吊、轮胎吊是使用最为广泛的两种龙门吊。轨道吊在堆场内轨道上移动;轮胎吊装有轮胎,机动灵活能够转场作业。目前存量码头多使用轮胎吊,新建码头多使用轨道吊,轮胎吊在存量码头中占比高。龙门吊高度约 30 米,司机室在龙门吊顶部。

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目前港口对龙门吊远程控制改造需求迫切。传统龙门吊司机是特殊工种,在 30米高的司机室操作,作业条件艰苦,现场操作容易疲劳有安全隐患。港口为保证 24小时作业,每台龙门吊配备三名司机轮换,一个码头通常需要上百名龙门吊司机,对司机人力需求高。远程控制改造后,龙门吊上安装摄像头和 PLC,司机改在中控室观看多路实时视频进行操作,完成龙门吊所有动作如吊具精准移动、抓举集装箱等。龙门吊实现远程控制,可大幅度降低人力成本,1 名远程控制人员可操控3~6 台龙门吊,同时可改善工作环境,降低对司机的要求,提升作业安全性。

单台龙门吊远程控制一般需要回传 5~16 路监控视频,1080P 分辨率下对带宽需求约 30Mbps,同时中控室与龙门吊的 PLC 通信对网络时延要求在 30 毫秒以内。当前试点的龙门吊远程操控通信方式以光纤、Wi-Fi 为主,基建成本高。同时光纤转场需插拔且易损耗,Wi-Fi 带宽和性能受限。

5G 的大带宽低时延可实现龙门吊远程控制场景中监控视频回传,PLC 可靠通信,大幅度降低龙门吊远程控制改造成本和改造门槛。


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二:桥吊远程控制

装卸作业区中主要业务单元是桥吊,桥吊高度 60-70 米,电气房高度 50 米,需要无线网络实现作业区域网络覆盖。桥吊的通信需求分为远程控制和监控两类,远程控制场景下单个桥吊同时回传摄像头数量及以此产生的上行带宽需求是龙门吊的数倍。同时桥吊的部署相对密集,通常 1 公里长的港口海岸线会部署 8~12 台桥吊。此外,桥吊由于垂直、水平移动速度都高于轮胎吊,远程控制对时延要求也更高。 

集装箱码头通常采用顺岸式,泊位除足够的水深和岸线长度外,还设系缆桩和碰垫。无线网络设备除了要满足桥吊、TOS 终端的生产和监控需求外,有些情况下可能还需要对停泊船只进行网络覆盖。

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三:AGV、IGV 、无人集卡的远程控制
随着港口自动化的发展,AGV 集卡向 IGV 集卡的演进也是一个明显趋势,未来自动驾驶集卡上也将具有远程控制能力,当自动驾驶集卡在作业场中出现故障,操作人员可通过摄像头查看周边环境、进行故障判断,并可远程操作自动集卡退出故障区。
AGV/IGV 远程控制至少需要 4 路摄像头,对上行带宽的需求将达到 10-20Mbps/ 台,5G 有望为这类应用提供更好的网络支持。例如,当 AGV/IGV 在操作现场出现故障时,远程操作员需要根据收集的信息对 AGV/IGV 周围环境进行学习,识别故障,并远程操控 AGV/IGV,使其走出目标区域。目前上海洋山港四期的AGV 集卡已开始加装监控摄像头,对行车故障进行判断并协调远程操作。

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四:视频监控与 AI 识别
目前港区很多区域无法部署光纤。对于临时部署场景和移动场景,无线回传作为光纤的补充具有部署灵活,调整便捷,低成本的优势。5G 大带宽广连接能力有效支持多路高清视频和传感器信息回传。结合边缘计算 +AI 能力,5G 将帮助港口设备和生产系统同步协调,自动高效地完成任务,从而提升港口作业效率和智能化运作水平。

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展望未来,智慧港口的建设及管理无疑是今后港口发展的最重要课题。港口运营将继续朝着设备操作自动化、港口调度智能化、信息数据可视化发展,实现真正意义上的智能港口。5G技术也必将促进传统码头全面自动化改造,创造更多新的应用,更大的提升港口生产效率。
本期港机圈就和大家分享到这里,下期再聚……
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