5G技术在智慧靠泊场景的应用探索

柳晶晶

摘  要：船舶靠泊过程中产生碰撞事故主要原因在于船岸通信不及时、船舶定位不准确、驾驶员或引航员等视觉盲区。解决这些问题可借助5G、AI、北斗高精度定位等技术，通过技术手段解决由于通信、实时定位和视觉盲区等导致的船舶靠泊故障问题，实现智慧靠泊。

关键词：5G，智慧靠泊，辅助靠泊

1. 引言

全球贸易的发展以及科技的进步，使得船舶向着大型化、自动化、智能化方向不断发展。近几年，由于有经验船员数量的减少，船舶靠泊操作过程中事故问题频发，如今年4月13900TEU集装箱船Milano Bridge号在釜山新港发生碰撞事故，6月名为MSC ROSA M的超大型集装箱船舶在靠泊过程中与NSICT码头的岸桥发生碰撞……随着贸易的不断发展，船舶货运周期缩短，在港口挂靠次数增多，港内船舶通航密度提高，大大增加了船舶靠离泊的风险[1]。

据克拉克森统计，2019年全球港口挂靠量为380万次，中国约占7%，為26.6万次。EMSA2019年发布的海上伤亡年度审查报告中显示，EMPIC在过去5年中记录的事故数据中，平均每年发生的海上伤亡或事件为3239起，70% 的事故是由于船舶驾驶员操作问题导致的[2]。

船舶靠泊过程中容易导致靠泊事故产生的主要人为事故原因包括驾驶员或者引航员视觉盲区、操作失误等，除此之外，船舶靠泊还会受到航速、风速、靠泊水域情况等情况的影响。在实际的靠泊作业中，船舶驾驶员依靠引航员和拖轮协助靠泊，而引航员和驾驶员的视觉盲区，或者靠泊过程中由于驾驶员操作失误，或引航员经验不足，或者由于船舶惯性问题也会产生靠泊过程当中的碰撞问题。因此，通过技术手段消除视觉盲区辅助船舶靠泊具有重要的意义。

近年来，随着5G、AI、物联网、大数据等高新技术的不断发展，通过技术手段对船舶位置实时定位，并将船舶周围情况水域情况实时反馈至驾驶室或者引航员手中进行辅助靠泊，可以实现船舶的智慧靠泊。

2.现状分析

2.1 5G技术发展现状

5G即第五代移动通信技术，是数字经济时代的一种通用技术，主要有eMBB（大流量移动宽带）业务、mMTC（大规模物联网）、uRLLC（低延时高可靠连接）业务三大应用场景。从指标角度看，5G在峰值速率、流量密度、传输时延等均优于4G。5G将人与人、物与物、人与物的距离拉近，开启了万物互联的新时代。

2019年我国5G商用全面启动。2019年6月，工业和信息化部正式向中国移动、中国电信、中国联通和中国广电发放5G商用牌照，标志着中国正式进入5G商用元年。2019年10月，中国国际信息通信展览会上，中国移动、中国联通、中国电信正式公布了5G套餐。2019年11月，我国成功举办“首届世界5G大会”，围绕5G前沿技术、产业趋势、创新应用等开展交流与讨论。据工信部发布的《2019年通信业统计公报》显示，截至2019年底，全国已建成5G基站超13万个。

国内运营商利用其5G技术优势，已将5G技术成功应用于智慧城市的各个场景，如智慧港口、智慧医疗、智慧教育等。2020年5月11日，中国移动、中远海运、东风汽车等在背景、上海、厦门等六地举行“5G+无人驾驶赋能智慧港口”云发布会，截止5月，厦门港已实现5G网络连续覆盖，全区域5G综合覆盖率达98.89%。港区内开展5G 边缘计算与切片专网建设，实现了驾驶行为分析、AGV远程控制、自动驾驶、港机远控等5G场景应用，大幅提升了港区的作业效率和作业安全[3]。

2.2 船舶靠泊现状

船舶大型化的不断发展，使得船舶驾驶员或者船长操纵船舶难度加大，尤其增加了船舶靠泊过程中操纵风险，该风险一方面来自船舶过大影响船舶驾驶员/船长或者引航员在靠泊过程当中视觉观察情况，造成视觉盲区，容易产生碰撞风险;另一方面，船舶信息化设备部署情况也会对船舶在靠泊过程当中各单位、各方面的交流产生一定的影响，给船舶靠泊增加一定的风险。

船舶靠泊过程中是一个非常复杂的过程，需要船岸协同作业实现。在船舶进入锚地前，船长通过VHF或其他通信设备与港口调度联系，确定进港时间和卸货事宜以及港口水域情况等;船长通过通信设备就抵港情况通知驾驶、轮机及事务部门;船舶进入航道后，码头调度员实时跟踪船舶航行情况（船位、航速、通航环境等），若有异常及时协调处理;并在靠泊前半小时，码头调度员提前通知港池水域内船只避让，通知有关部门清理水下障碍物等。船舶进入锚地后，引航员登船，通过GPS、AIS、雷达等确定船首、船尾与岸边距离;并通过对讲设备将操作指令传达驾驶员和拖轮，协助船舶完成靠泊。

在船舶靠泊过程中，驾驶员或引航员主要靠瞭望判断船舶停靠位置，船舶位置定位不准，容易导致平行停靠不精准，增加靠泊难度，且停靠效率较低;而且通过瞭望判断有时候容易因为船舶过大无法看清周围情况，产生视觉盲区;除此之外，在靠泊的过程中，船岸交互主要依赖于传统的对讲通讯设备，通信设备信号会影响船舶靠泊指令的传达，由于船舶惯性，产生碰撞事故，造成不可挽回的后果。

3. 5G在智慧靠泊场景中的应用

3.1 5G助力船岸通信

依托中国移动等运营商在港口部署的港口5G专网，为船舶靠泊过程中船岸通讯信息传输、相关终端设备通信需求等提供5G专网。借助港口5G专网，依托5G技术高传输速率、超低时延以及超大带宽为船岸通信以及相关智能化作业提供协同联动保障，助力船舶驾驶员、引航员、拖轮等及时获得靠泊过程中相关音视频信息，降低在靠泊过程中因为通信不通畅而导致的操作故障，进而提高靠泊作业效率。

目前，中国移动可发挥2.6GHz和4.9GHz双频资源优势，为客户灵活搭建4G/5G行业专网，提供可靠性高、性能强、方便部署的4G/5G专网服务，满足客户专网定制化需求[4]。

3.2 5G助力实时定位

借助中国移动5G和北斗高精度定位技术，通过将雷达、AIS等多源数据进行融合，测定船舶船首、船尾离岸边的距离，精准测定船舶角度，拖轮位置等，同时借助港口5G专网，将位置信息传递给船舶驾驶员、引航员、岸边监控中心等，实现靠泊过程中定位信息的实时传递，解决船舶平行靠泊不精准的问题，降低靠泊事故风险。

3.3 5G助力消除视觉盲区

通過将5G技术与AI技术进行融合，通过在船身、岸边、拖轮上安装定制的AI摄像头，对船舶进行360度全方位可视化实时监控，对船舶周围状况，包括作业船只、浮标等海面物体进行监控识别，并将识别到的高清视频画面回传给船舶驾驶员、引航员、拖轮等终端设备，可以辅助消除视觉盲区，减少船舶靠泊过程当中碰撞等事故的产生。

利用5G+AI技术，通过定制化的AI摄像头和终端设备的方案还可以应用于雾天、夜晚等可见度比较低的作业环境，降低靠泊过程当中的碰撞风险问题。

4. 5G智慧靠泊应用展望

随着5G、AI等技术的不断成熟，目前已成功应用于智慧城市、智慧交通的多个应用场景当中，如智慧港口相关港机设备的远程控制、智能理货、自动驾驶、智慧航道、智慧海事等场景。在船舶靠泊场景中的风险点主要是船岸通信影响、船舶定位情况以及视觉盲区等，通过5G技术赋能船舶靠泊场景，可借助5G等相关技术的优势，减少船舶在靠泊过程中产生的事故问题，实现智慧靠泊。

参考文献

[1]  李日岭.大型船舶自主靠泊方法的研究[D].大连：大连海事大学，2012.

[2]  AHMED Y A，HASEGAWA K. Implementation of automatic ship berthing using artificial neural network for free running experiment[C]//The 9th International Federation of Automatic Control（IFAC）Conference on Control Applications in Marine Systems（CAMS）. Oxford，UK：IFAC-Elsevier Ltd，2013：25-30.

[3]  中远海运港口有限公司，中远海运科技股份有限公司，中移（上海）信息通信科技有限公司等.5G智慧港口全业务场景落地白皮书，2020.

[4]  华为，上海振华重工，中国移动，沃达丰.5G智慧港口白皮书，2019.