夯实智慧港口技术基础__锻造一流强港硬核力量_汪浩.pdf

三江论坛2023.01港口作为世界海运的桥梁和纽带，连接着全球贸易与供应市场，更加高效、智能的港口在全球供应链中愈发重要。推进港口领域的数字化、智能化发展，打造绿色生态港口，已经成为行业共识，也是港口实现高质量发展的必由之路。宁波锻造港口硬核力量，必须把智慧港口建设作为先导性、支撑性工程来抓。一、智慧港口的定义与内涵智慧港口是以现代化基础设施设备为基础，以云计算、大数据、5G、物联网、移动互联网、智能控制、运筹优化、数字孪生等关键技术与港口运输业务深度融合为核心，以港口运输组织服务创新为动力，以完善的体制机制、法律法规、标准规范、发展政策为保障，能够在更高层面上实现港口资源优化配置，在更高境界上满足多层次、敏捷化、高品质港口运输服务要求的，具有生产智能、管理智慧、服务柔性、保障有力等鲜明特征的现代港口运输新业态。智慧港口基本特征体现，主要包括港口基础设施与装备的现代化、新一代信息技术与港口业务的深度融合化、港口生产运营的智能自动化、港口运营组织的协同一体化、港口运输服务的敏捷柔性化、港口管理决策的客观智慧化。智慧港口的设施配置，主要涉及交通运输基础设施网络、信息化基础设施网络和港口运输装备三部分，没有基础设施的网络化、数字化，没有港口运输装备的标准化、智能化，就无法实现港口运输要素的全面感知，无法实现云计算、大数据、物联网、移动互联网等新一代信息技术与港口运输核心业务的深度融合，也无法实现港口运输组织和运输管理的创新。二、智慧港口技术在宁波舟山港的应用实际梅山港区为例在宁波舟山港推进智慧港口发展的应用实践中，梅山港区作为智能化集装箱码头的试点，其最大特夯实智慧港口技术基础锻造一流强港硬核力量汪浩【摘要】当前，宁波舟山港在一流强港的建设实践中，迫切需要厘清智慧港口技术如何锻造港口硬核力量，以怎样的方式起作用的问题。鉴于此，本文通过梳理当前宁波舟山港智慧港口技术的发展实际，分析存在的主要问题与难点，提出智慧生产、智能中枢、智能联接、智能交互四个应用创新方向以及若干个具体推进工作任务，促进宁波智慧港口技术的应用实践，助力世界“一流强港”建设。【关键词】智慧港口港口物流一流强港作者汪浩，浙大宁波理工学院教授。（浙江宁波315100）产业经济102023.01SANJIANGFORUM点：一是在不改变传统码头业务运营模式前提下，借助新的科技与工艺创新，提升单机设备自动化、数字化、智能化能力；二是通过制定新的运营规则来帮助实现全新的技术路线。梅山港区正在探索基于“5G+北斗”的智能集卡和人工集卡在混线工况下实现多路编组整船作业。港区内部分智能集卡已尝试逐步撤下安全员，进行全程精准感知自动化轮吊等场内设备的测试。梅东集装箱码头有限公司工作人员可以通过电子屏远程操纵，实时监控集装箱的精准抓取以及卸载到位于指定位置集卡上的过程。梅山港区无论是码头桥吊、还是堆场龙门吊，已有近一半完成自动化改造，实现远程操控。港区作业全年无休，一台龙门吊原本通常要配备一名司机，司机上班后在高空一待就是12个小时；如今，一名工作人员就可以控制3台甚至5台设备，通过系统自动进行激光扫描，切换到自动作业模式，吊具就会精准落到定位的位置。梅山港区建成了国内第一个集卡换电站，原本需要充电40分钟的智能集卡只需要5分钟就能完成换电操作，重新投入运行。梅山港区单日进出的集卡有6500车次，容易出现拥堵。通过研发的APP线上预约，港区外集卡司机能在第一时间收到车、箱、货等信息，进提箱时间从原来的半小时缩短至16-18分钟。每趟车节省下的时间可以让集卡司机多拉一趟货或有更多时间休息。此外，自主研发的集装箱管理系统（n-TOS），已覆盖至以梅山为代表的港口主要集装箱码头，结束了对国外系统的依赖。借助“5G+高精度定位+激光”等技术，梅山港区实现对泊位1500米海域的超远覆盖。引航员可使用5G引航调度终端获取船舶、环境等动态数据，实现辅助靠泊功能，提高港口靠泊效率；通过5G+对讲云平台，实现一线作业人员和后端调度人员的远程可视化对讲，从而大大提高港口作业调度管理效率。三、宁波智慧港口技术的突破方向与具体任务（一）突破方向1.智慧生产。港口的核心生产系统，包括智能TOS系统（集装箱码头生产操作系统）、生产辅助系统、水平运输系统、物流管理等，通过智慧化的应用，可解决港口业务系统的智慧化。2.智能中枢。智慧港口最核心的部分，包括运筹优化、人工智能、数据分析、智能视频、无人驾驶等模块，作为整个港口的运营和决策中心，可为智慧应用的运行提供决策支撑。3.智能联接。作为智慧港口的神经，可将智慧港口的人、车、船、物、货等与虚拟世界进行联接，通过5G、微波等通信技术，实现港口的全联接。4.智能交互。包括港口的视频、传感器、GPS、雷达等感知和交互设备，可实时收集全港的数据信息，并进行数据交互。（二）工作支撑1.港区车辆驾驶无人化。自动驾驶技术日趋成熟，路况简单的港口是运用自动驾驶技术的理想场合。目前，宁波舟山港部分区域已有无人集卡参与港区水平运输作业，过渡期突破无人集卡与有人集卡的混合作业难题，最终实现港区车辆无人化。不仅有效解决人工驾驶存在的行驶线路不精准、转弯造成视线盲区、司机疲劳驾驶等问题，码头也可节约人工成本，提升安全管理水平和整体作业效率。2.全域码头生产自动化。宁波舟山港正致力于半自动化、智能化码头堆场改造，力求将自动化的硬件和智能化的软件引入传统码头。理货和装卸作业作为港口生产服务中的重要一环，其自动化程度的提高对于缩短船舶作业时间、提高机械利用率具有重要的意义。加强智能理货系统建设，实现自动化码头作业数据与理货信息系统数据间的处理、共享和校验。加快建设穿山、梅山、北仑大榭、金塘、佛渡、六横等6大千万级集装箱码头，打造世界级全货种自动化生产泊位群。3.综合调度平台智能化。港域智能调度平台是集码头、货代、车队、口岸监管单位、干支线经营人、外轮理货等为一体的综合服务平台，以营运代码标准化、数据传输标准化、营运操作标准化为前提，实现宁波舟山港域作业的一体化、物流全程的可视化和港航业务的立体化。平台突破海港与内河港、铁路、公路、物流园区间的信息壁垒，打通信息瓶颈，推进海铁、铁公水、江海河等多种联运方式的数据共享。具备船期查询、箱货查询、标准化查询、船队监控、支线订舱和数据交换等功能，解决原有基层生产单位基础数据和统计口径不一致的问题，使经营者全面掌控码头实时作业情况。4.港间海运物流协同化。探索区块链创新应用产业经济11三江论坛2023.01中的标准、联盟等问题，优化全省“一体两翼多联”的港口一体化布局。宁波舟山港为核心、北翼为嘉兴港、南翼为温州港和台州港、联动义乌国际陆港和其他内河港口。致力于港口间的信息交互共享，搭建市场化的港口利益联盟体系，逐步理顺跨区域港口经营模式，促进全省航运物流链跨区域、跨环节协同运行，提升港口物流链整体作业效率，促进江海联运发展、实现海运物流的协同化。深化海港、空港、无水港、信息港的“四港”联动，建成“四港”智慧物流云平台，做强“四港”运营商联盟，探索推动“一单制”全程物流服务模式，实现一点接入、一单到底、全程服务。5.技术研发培训专业化。政府设立针对性的港口智慧物流技术实验室，给与骨干人员公务员/事业编制以及政策配套，重点聚焦智能算法、智能硬件、应用与集成三大课题方向，围绕港口行业场景方案创新与研究、创新成果转化交流、人才培养与创新实践等三大中心任务进行创新建设和研究。加强国际港航服务产业链人才交流培训。借鉴安特卫普模式，通过校企联动、产业化运作，打造面向全球的国际化港航人才交流培训基地，进一步提升宁波舟山港的国际影响力。（三）需重点攻克的技术难点智慧港口致力于实现“智慧、绿色、高效、安全”的港口价值主张。智慧港口生产则是一个智能体，追求的是人、机、场、车、船、货整体系统效能的最优。自动化码头、港口无人驾驶、智能闸口、智能理货、智能安防等智慧港口中的应用场景交叉叠加成为各种耦合复杂的多目标任务。目前需要攻克的技术难点来源于运筹优化、视觉分析、推理预测、感知定位和远程通信等多个方面。1.岸桥场桥控制逻辑、控制算法、远程通信等方面的港机远控相关问题。传统的吊车作业需要人员在几十米的高空连续作业，强度大时间长，存在安全隐患，而且港区通常离市区距离较远，通勤成本较高。因此，集装箱超远程作业一直是全球港口运营的方向。其中的岸桥场桥控制逻辑、控制算法是技术核心，码头和控制中心之间的通信网络质量是保障。远控作业稳定度直接影响到货物及码头生产安全。实现港机的超远程控制和港口生产资源协同需要大带宽、低时延、设备状态可视的通信技术，提供超百公里级超远距离、微秒级确定性时延、视频信号和控制信号零抖动的传输能力。2.车路场协同的状态感知以及高精度地图支撑的港区数字孪生相关问题。在港区尤其是码头前沿、前方堆场等区域构建基于大数据和数字孪生技术的码头运营可视化系统，需要车路场协同的激光雷达、摄像头等状态感知采集硬件，配合高精度分层地图系统。让生产指挥中心的控制员通过数字孪生平台实时精准地掌控港区场站物理现场的全方位作业动态。3.无人集卡与有人集卡混行模式下的运输作业调度及路径优化问题。当下码头运营中，有人集卡进入智能（无人）集卡区域混行作业，人工驾驶不仅成本高，而且作为独立个体，没有实时的调度和全局的统筹，无法针对多因素、多约束、多目标的复杂情况制定精细计划，影响系统整体效率提升。为解决上述问题，需要研发出实时的优化运输方案来解决：1）动态扰动下的多车驾驶协同；2）基于车辆运动学特征的精细化控制；3）多种装船模式下的动态车序控制；4）动态路径拓扑的快速绘制和更新；5）厘米级精准对位。从而实现场内集卡有序通过系统毫秒级计算的最优路径，稳定提升码头泊位和堆场之间的双重运输效率。4.集装箱码头泊位和岸桥分配优化问题。传统的码头运营中，依赖人工进行泊位调度和分配。不仅耗时长，运营成本也较高。港口的调度和配置受到多因素的影响，作业计划更是涉及千万级变量约束和超万亿种的结果组合。而人工调度只能凭经验做出一个可行方案，且无法评价该方案的效果，决策质量不稳定也不可控。人员变动时，个体经验难以有效复制传承，整体发展存在可持续性限制。因此，需要研发的集装箱智能计划包含了智能泊位、智能岸桥作业、智能配载、智能堆场等四大智能计划特性，目标是通过以上智能计划，使单船配载所需时间缩短、效率提升、决策水平稳定可靠。注：本文系2022年宁波市人民政府发展研究中心外联所课题J22-W4资助。产业经济12