双5G通信技术在港口智能理货系统中的应用研究

赵 萌，曲 涛

（山东港口科技集团集团烟台有限公司，山东 烟台 264000）

0 引 言

烟台港集装箱岸桥理货作业由烟台港外理公司和中联理货公司承担，两家公司仍在采用人工岸边理货的传统方式。集装箱码头作为一个劳动密集型的行业，迫切需要通过引入新的技术，改变对现场人员数量和技能的要求。其中集装箱码头的理货作业是岸边数量最多、工况最杂的岗位之一，理货人员需要配合码头不间断作业，风吹日晒、作业机械繁杂，存在作业安全隐患，噪声、尾气、恶劣天气等严重影响身心健康。所以，通过智能化改造实现理货作业后撤成为传统集装箱码头自动化、智能化转型的关注重点。

在桥吊作业过程中，岸边理货员通过手持设备和纸质登记，对集装箱箱号、集装箱残损等信息进行人工处理。人机处于同一作业环境，人员与机械交叉环境下，人员安全性难以保证。在岸边理货的过程中，人工需要绕车一周进行确认，平均一辆车至少需要1 min的时间。烟台港的集装箱理货方式明显落后，不能满足实施烟台港信息化建设要求，阻碍港口核心竞争力有效提升，所以，烟台港“集装箱智能化理货系统”项目建设迫在眉睫、势在必行。

不同于全自动化码头，传统集装箱码头的自动化改造既要考虑已有的投资，又要避免对业务连续性的影响。由于烟台港国际集装箱码头岸桥随行电缆中不含光纤，岸桥移动性较强，时常处于移动中的状态，且码头2.4 GHz、5.8 GHz网络干扰严重。在这种状态下，如何将岸桥上的视频与生产数据通过网络传输出去，成为网络数据传输面临的一个重大考验。面对如此大的改造难度，融合双5G通信技术的智慧港口理货系统应运而生[1-3]。

作为经济数字化转型的重要引擎，5G新一代通信技术突破了4G带宽和时延有限、Wi-Fi不稳定、光纤改造成本高的瓶颈制约，以其低时延、高带宽和广连接等特性，成功解决港口传统码头无线网络痛点需求。山东港口烟台港集装箱智能理货系统，基于“专网5G+公网5G”双5G通信方式，并同时部署了一套5.8G无线桥接通信作为备用链路，为传统码头向自动化和智能化转型提供了强有力的技术支持。

1 双5G技术应用研究

港口地域广阔，设备种类多、数量大，人员分散，高效沟通调度和全面的现场掌控是港口管理、提升效率的关键支撑手段。每年由于远程沟通不畅，现场异常状况不能尽快全面了解掌握，导致生产效率降低、人力和时间成本的浪费现象频发。

1.1 智慧绿色港建设

5G网络技术的出现，给以往港区Wi-Fi、长期演进技术（Long Term Evdution，LTE）、集群调度等多种网络制式，语音调度和数据通信分别布设维护的现状，提供了一个多网融合的新型综合解决方案。借助最新的通信标准，5G无线通信可以为港口提供低时延、大带宽、海量连接的高度可定制化网络，使各种应用应用场景的不同网络需求，都能在一张网络上，通过边缘计算、自有切片等方式，得以很好的支撑。同时，5G网络的定位功能可以让服务端随时获得设备及人员的实时位置，给基于地图的全面港区情况掌握、业务流程优化、综合调度提供高效的手段[4]。

通过聚焦智慧绿色港建设，实施顶层规划设计，山东港口科技集团烟台有限公司在推动信息技术与港口业务深度融合，实现专业化发展，专业化经营，培育核心优势方面与中国电信烟台分公司一同建设了烟台港5G专网。经过双方领导的密切沟通，在前期合作的基础上，计划扩大合作规模，对烟台港下属其他港口进行5G专网建设，并建成一张烟台港口5G定制网。

烟台港集装箱智能理货系统建设既是机遇更是一项信息化建设方面的挑战，主要包括几个方面。

（1）集装箱码头现场网络条件较差。烟台港国际集装箱码头岸桥随行电缆中不含光纤，岸桥移动性较强，时常处于移动中的状态，且码头2.4 GHz、5.8 GHz网络干扰严重。

（2）与岸桥控制系统对接工作复杂。由于9台岸桥建设投产时间不同，9台岸桥“可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）”品牌型号各不相同。为实现9台岸桥下的智能理货，需要针对每台岸桥PLC进行对接开发。

（3）传统人工码头作业灵活性高。码头公司在通过人工进行装卸船作业时灵活性极高。作业过程中存在集装箱寄桥、集卡车双向行驶等自动化码头基本不会出现的作业模式。对智能理货系统“地空一体化立体识别”的要求更加苛刻。

（4）理货情况复杂。烟台港集装箱理货工作内外理分开，外理工作由烟台中理外轮理货有限公司负责、内理工作由烟台中联理货有限公司和码头公司共同负责。如何针对不同公司的使用需求、业务流程对系统进行设计开发是一项巨大的挑战。

作为经济数字化转型的重要引擎，5G新一代通信技术突破了4G带宽和时延有限、Wi-Fi不稳定、光纤改造成本高的瓶颈制约，以其低时延、高带宽和广连接等特性，成功解决港口传统码头无线网络痛点需求。相比港口现有光纤与无线通信技术建设和运维成本高、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，在港口物联网中有无可比拟的优势，不仅仅在于降低港区内的线缆敷设成本，而且也能通过高可靠网络的持续覆盖，让港区内的设备不受移动限制，在各种场景中不间断过渡，为港口解决好自动化设备的通信问题提供了全新方案。5G技术在无人驾驶、机械设备远程控制、智慧安防、应急指挥、智能理货等方面有着广阔的应用前景,在智慧码头的建设运营中能够充分发挥差异化性能优势,突破传统数据传输方式的局限性,大幅提高码头智能化作业效率,为改造传统人工码头注入新的创新型动力[5]。

1.2 专网5G+公网5G”双5G通信方式

为解决港口岸桥数据传输的难题，山东港口烟台港与山东港口科技集团烟台公司共同携手联通、电信等运营商，打造了一套高质量、大带宽、高稳定的5G传输网络。5G是一场通信领域的重要变革，它有着传统通信无可比拟的信号传输速度，然而高频传输意味着信号容易受到外界干扰，造成严重的信号衰减。为了充分发挥5G建设的效果，山东港口科技集团烟台公司组织技术人员充分论证5G基站建设方案，进行实地勘察，优化基站选址，在多个备选地址进行了实地测试，经过技术人员在码头一线的日夜奋战，在集装箱智能理货项目设备安装调试前顺利完成了基站的搭建，完成了集装箱岸桥、场桥等作业区域的5G信号全覆盖，最终5G信号传输测试效果优于预期。未来规划实现烟台港五大港区的5G信号全覆盖，搭建港区物联网平台，服务港区绿色智慧应用。

从5G的技术特性以及目前的应用测试来看，5G通信技术可以较好地解决数据传输的痛点问题，特别是5G的增强移动宽带为同时满足智能理货和岸桥远程控制所需要的高带宽提供技术支撑，同时，5G高可靠低延时连接可为传统岸桥的远程控制改造提供经济有效的解决方案。在港口信息化建设中，5G技术带来的人工成本和效率优势，使其在传统码头的应用成为一种趋势，也为传统理货系统的智能化、自动化升级带来了新的技术变革。烟台港集装箱智能理货系统成功应用了基于“专网5G+公网5G”双5G通信方式，为传统码头向自动化和智能化转型提供了强有力的技术支持。

（1）专网5G，顺畅连接。集装箱智能理货系统专网5G方案，在烟台港数据机房部署了中国电信的5G边缘计算核心设备，在烟台港国际集装箱码头作业区建设了多个5G基站。通过在每台岸桥上安装一个5G CPE设备，将岸桥上的数据转换为5G信号，经过专网5G数据链路传输到烟台港数据机房内，完成对岸桥处数据的采集与提取。

（2）公网5G，互联互通。集装箱智能理货系统公网5G方案，在不同岸桥上安装一定数量的5G高清摄像头，摄像头里插有5G流量卡，直接连接附近中国联通5G基站，视频及生产数据经过互联网传输到烟台港数据机房内，完成对岸桥处数据的采集与提取。

基于双5G通信的集装箱智能理货系统，通过视频流捕获机械设备吊具和集装箱的动态位置，对集装箱号、箱位、车号等相关信息进行识别，结合码头生产作业数据，实现与海关系统作业数据实时交互共享。

2 烟台港5G组网方案及创新点

烟台港5G组网方案如图1所示。

图1 烟台港5G组网方案

2.1 烟台港5G组网

将各港区基站STN-A设备部署在港区内机房，芝罘湾港区侧移动边缘计算（Mobile Edge Computing，MEC）设备、STN-A及STN-B设备部署在烟台港数据中心机房，基站经STN-A（传输设备）传输到芝罘湾港区STN-B设备进行信令和用户认证处理，数据卡经认证后通过网络协议将数据直接下沉到烟台港数据中心机房，形成烟台港5G企业专网。

2.2 烟台港集团5G定制网组网

（1）无线网，各个港口无线网方案与烟台港保持不变，5G基站上联STN-A设备，A上联STN-B设备。

（2）核心网业务流方案。通过电信大网直接指向海港机房核心网设备。该方案中，业务流均在烟台市范围内，流转于烟台电信承载网中，承载网各接口均为10G/100G接口。

通过各港口用户端机房新增STN-A设备，海港机房新增STN-B设备，利用烟台港SDH传输设备到海港核心网设备。该方案中，与大网相关的STN-A/B 核心设备均放置于各港口机房，A/B之间的承载网为烟台港SDH网络。端口带宽受限于同步数字体系（Symchronous Digital Hierarchy，SDH）网络分配带宽，可能存在端口容量不足情况。

2.3 研究结果

烟台港集装箱智能理货项目中9台岸桥无随行光缆，网络数据无法通过有线的方式进行回传。科技集团烟台公司利用5G传输通道实现了9台岸桥100路高清视频信号通过9个客户前端设备（Customer Premise Equiome，CPE）回传到外理智能理货中控室，监控视频画面清晰，无卡顿，摄像机多角度旋转控制流畅、无延迟，同时岸桥端理货识别数据实时回传，最终完成烟台港集装箱岸边理货无人化。

2.4 技术创新程度

5G的高带宽、低时延、广连接的特性能够满足港口自动化、智能化需求，助力港口数字化、自动化、智能化转型。5G智慧港口是应用5G技术为港口提供包括远程高清监控、货船人工智能分析、高精度定位、智能网联驾驶等场景化应用的整体解决方案，助力港口操作智能化、物流服务电商化、企业管理平台化，提升港口运营效率，推动建设“绿色、低碳、智慧”型港口。

烟台港智能理货项目作为烟台港第一个5G试点项目，已正式投入使用，用户反映良好。

3 结 论

山东港口烟台港联合通用公司和山东港口烟台龙口港提出5G基站和组网需求，主要涉及视频采集、AI分析、数据采集等方面应用。该项目通过双5G通信网络实现了各项数据的实时交互、视频画面的实时回传，从而完成第三方理货公正监测、取证的工艺流程。截止目前，智能理货系统已完成超过40万标箱的理货作业。因此该项研究具有广泛推广价值。