通信行业：5G智慧港口白皮书
白皮书目录1. 智慧港口发展趋势021.1 全球港口发展趋势021.2 技术创新助力港口自动化与智能化 031.3 自动化码头探索 032. 港口无线化价值及需求 052.1 港口整体作业流程 052.2 典型业务场景分析 062.2.1 龙门吊远程控制 062.2.2 桥吊远程控制 072.2.3 IGV 集卡控制 082.2.4 视频监控与 AI 识别 082.3 港口应用对无线需求指标 093. 5G 技术赋能智慧港口 113.1 5G 标准与部署进展113.2 5G 港口专网解决方案 123.2.1 混合专网 123.2.2 独立专网153.3 港口 5G 业务特征与适配组件154. 5G 智慧港口案例5. 智慧港口未来展望 17 19 引言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，全球贸易中约 90% 的贸易由海运业承载，作业效率对于港口至关重要。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、全自动的转型升级。随着全球 5G 技术浪潮的到来，华为、振华重工将携手全球领先运营商，共同帮助港口进行自动化、智能化的持续升级，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。“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，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。 1. 智慧港口发展趋势1.1 全球港口发展趋势2018 年世界经济与港口吞吐量持续温和增长，全球前 20 大集装箱港口完成集装箱吞吐量 3.4 亿 TEU，相对于 2017 年同比增长 3.23%。排名港口国家2018 年2017 年增速1上海中国420140234.42%2新加坡新加坡366033678.70%3宁波舟山中国263524617.07%4深圳中国257425212.10%5广州中国219220377.61%6釜山韩国215920495.38%7中国香港中国19592077-5.68%8青岛中国193018305.46%9天津中国160015076.17%10迪拜阿联酋14951540-2.90%11鹿特丹荷兰145113735.68%12巴生马来西亚120311980.42%13安特卫普比利时111010456.22%14厦门中国107010383.08%15高雄中国104510271.71%16大连中国9779710.58%17洛杉矶美国9469341.27%18丹戎帕拉帕斯马来西亚8798266.39%19汉堡德国873880-0.80%20林查班泰国7967782.51%表：2018 年全球 Top 20 港口集装箱处理量单位：万 TEU （Twenty-feet Equivalent Unit，国际标准集装箱长度单位）数据来源：Alphaliner，参考网址： 1.2 技术创新助力港口自动化与智能化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。国际海事信息网显示：近 75的码头运营商认为自动化至关重要，以便在未来三到五年内保持竞争力； 65的人认为港口自动化可提升运营安全；受访者对整体投资回报持乐观态度，大约三分之一的受访者认为自动化可以将生产率提高 50，约五分之一的受访者认为自动化可以将运营成本降低 50以上；目前全球自动化集装箱码头已达数十个，随着航运吞吐量的逐年上升，全球各大港口正积极进行自动化改造，势必进入蓬勃发展阶段。1.3 自动化码头探索在全球港口不断向第五代港口迈进，逐步加快升级创新的背景下，港口的智能化和信息化建设已被视为提升其核心竞争力的重要手段，也是其降低物流成本、提高物流效率的关键所在。2012 年中交集团旗下的振华重工与中远集团旗下中远太平洋合作展开了厦门自动化码头合作，并成功商用投产。厦门港口远海全自动化码头自动化码头全套系统均由我国独立自主研发，在全球自动化码头建设上可谓独树一帜。自 2016 年 3 月投入商业运营以来，实现安全“零”事故，箱量、工作效率和经济效益提速亮眼。后续还先后建成了青岛自动化码头和上海洋山自动化码头，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）的表现。青岛港自动化码头运用全球领先的智能生产控制系统，采用世界一流的全自动化技术设备，实现了决策智能化、生产流程化、操作自动化、现场无人化、能源绿色化。减少了操作人员约 85%，提升作业效率约 30%，码头设计作业效率可达每小时 40 自然箱，是当今世界自动化程度最高、装卸效率最快的集装箱码头。世界规模最大、技术最先进的上海港洋山四期自动化码头，最大亮点是采用自动化设备和控制系统，并使用无人驾驶的自动化引导运输车运输集装箱。上海港发展到今天，自动化运作使得运营效率进一步提高，连续七年集装箱吞吐量全球第一。 2. 港口无线化价值及需求2.1 港口整体作业流程堆场龙门吊泊位AGV桥吊以卸货为例，码头作业流程主要包括：装卸作业区内，桥吊将集装箱从船上移动到水平运输工具（AGV，内集卡，跨运车） 上。水平运输工具将集装箱从装卸作业区的桥吊下移动到堆场作业区内，龙门吊将集装箱从水平运输工具上卸下，放于堆场内。外集卡经过闸口进入堆场，场桥将集装箱装在外集卡上，出闸口运往目的地。港口业效率为王，要求 365x24 小时不间断作业，大型船舶租金数数百万元 / 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无人驾驶，是无线业务应用的主要场景。2.2 典型业务场景分析通过与港口行业伙伴的充分需求调研、讨论和分析，我们从中识别并筛选出了对于无线通信具有潜在需求、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：龙门吊远程控制桥吊远程控制AGV 集卡跨运车控制视频监控与 AI 识别2.2.1 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。传统龙门吊操控远程龙门吊控制远程操作员现场司机现场司机现场司机现场司机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车吊具精准移动、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36 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 516 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。2.2.2 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 812 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。2.2.3 IGV 集卡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。2.2.4 视频监控与 AI 识别人员智能监控集卡 / 集装箱监控与识别机器人和无人机巡检视频监控在港口应用场景：吊车摄像头对集装箱编码 ID 的 AI 识别，自动理货；安全防护：对司机面部表情、驾驶状态进行智能分析，对疲劳、瞌睡等异常现象预警。运营管理：车牌号识别、人脸识别、货物识别管理智能巡检：利用无人机、机器人快速智能巡检目前港
