5G应用创新发展白皮书-5G重点应用分析-智慧港口

智慧港口

随着5G融合应用的不断发展和演进，应用重点行业和领域逐步聚焦，尤其是在工厂、矿山、港口、医疗、电网、交通、安防、教育、文旅以及智慧城市等10个领域，逐步获得业界认可，并初步形成了有望规模商用的应用场景。本文主要介绍5G在智慧港口中的典型应用分析，主要从5G典型场景及价值、未来发展空间以及面临的挑战。

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正文开始：

1、5G典型场景及价值

我国港口吞吐量稳居世界前列，通过5G实现港口自动化改造成为了当前的热点。在全球十大自动化码头中，中国占据了4个，中国振华重工集团生产的岸桥、轨道吊等重型设备在集装箱码头全球市场份额居于首位。与此同时，港口的多个业务场景对于网络的需求，与5G本身的特性是非常匹配的。5G 具有低延时、高可靠和大带宽的技术特点，而港口的远程操控、高清视频辅助控制以及复杂环境监控等场景正是具有以上需求。考虑到港口的众多场景（以传统人工码头为主）并不具备有线网络部署能力，5G与港口应用的结合变得非常必要。通过5G网络承载工业控制、高清视频传输、环境监控和离散信息采集，并且攻克协议适配、流量整形和可靠性保障等难题，即可逐步实现自动化码头的无线化改造以及传统人工码头的半自动化改造。因此，港口将很可能成为未来首批5G商业应用的地方。

一个典型的港口可分成六大业务场景，分别为船只进出港（货船将集装箱运至港口）、岸桥装卸货（完成集装箱装卸货并搬运至水平运输区）、水平运输（完成岸桥区到堆场区的搬运）、堆场管理优化（完成集装箱堆码）、集卡出入港（完成集装箱出入港运输）和陆港联运（港口与其他运输体系的联动）。船只进出港场景涉及近海通信、船货同步以及船只定位等；岸桥吊装卸货目前是有线光纤网络以及人工操作，通过5G可以实现对岸桥掉起吊装置的远程控制，这其中包含涉及了起吊设备数据采集、高清视频的回传、定位防碰撞、现场人员通信以及人工智能识别分析等细分的场景；水平运输场景涉及港区内车辆的自动驾驶调度，大视频回传、定位防碰撞等；堆场管理优化负责堆场区集装箱的无人堆码，需要对设备远程控制，同时也涉及AI视觉的应用以及高清大视频的传输；集卡出入港负责对集卡车辆的无人驾驶监控调度、定位防撞、视频传输等。

5G网络的性能能够满足PLC控制信号的超低时延要求以及高清视频回传的带宽要求，通过用5G 无线网络的远程控制替代传统有线控制，实现作业现场的无人化操作，提升了操作灵活性和可靠性，人工成本大幅降低，改善了工人的作业环境，港口作业效率显著提高。在岸桥区和堆场区，通过5G方案，相比人工码头，目前单台设备可节省75%的人力，预计未来整个港区的人力会因此大幅降低，同时，生产效率整体提高约50%。在水平运输区，5G+MEC的应用将使自动驾驶车辆的响应时间缩短至 50ms以下，运输效率提升30%以上，且充分保障人车安全。厘米级的定位精度将推动船只进出港等场景的创新应用，也将极大提高港区各类场景的业务质量。

5G在智慧港口中的应用已经在全国主要港口获得推广。青岛港新前湾自动化码头2019年1月完成了基于5G连接的自动岸桥吊车的控制操作，成功实现了通过无线网络抓取和运输集装箱。第三届“绽放杯”大赛获奖项目中，深圳妈湾港结合5G SA网络以及港口的生产场景，研发了岸桥吊5G远程控制、 5G无人机、5G无人集卡、5G智能理货、5G智能安防等5G移动应用，结合移动2.6G+4.9G的频谱优势，采用5G网络端到端切片技术来为港口的应用保驾护航，无线采用RB资源预留结合5QI优先级调度实现业务的硬软隔离，承载网使用FlexE硬隔离提供专用通道给港口，同时MEC+UPF下沉，保障低时延的同时也做到了数据不出港口，确保港口的生产安全。深圳妈湾港5G智慧港口项目部署桥吊设备远程控制、港区无人驾驶等应用，提升配载效率15-20倍，减少现场作业人员80%，减少安全隐患50%，降本提效，增强安全保障。

5G智慧港口六大业务场景

2、未来的发展空间

智慧港口的发展是当前的战略方向，2019年11月交通运输部联合9大部委印发了《关于建设世界一流港口的指导意见》，提出加快智慧港口建设。抢抓新一轮科技革命和产业变革的历史机遇，推动港口发展更加注重向创新驱动转变，建设智能化港口系统、加快智慧物流。总的来说，智慧港口的演进方向主要有以下三点：

• 港口/码头向自动化发展是未来的主方向。目前港口码头可大致区分为传统人工码头和自动化码头两种。人工码头整体比例较大，自动化程度低，人工成本很高，急需借助远程控制技术等实现无人化，进而大幅降低人工成本；自动化码头的信息化程度较高，主要业务以借助有线网络实现远程控制等功能，但仍有大量场景（受自身移动条件所限）无法实现有线连接，急需大带宽、低时延的无线化改造。

• 5G智慧港口可行性得到验证，可较早实现规模化推广。港口物理空间相对独立，应用5G打造智慧港口具有巨大的实践意义。从绽放杯5G智慧港口项目可以看到，吊机远控场景切实解决港口吊机司机工作条件艰苦安全风险大的痛点；智能理货针对港口出入货物量大且繁杂，货物精细管理压力巨大构建；智能安防和无人机巡检则切实解决了港口安防压力大，人力巡检工作量巨大且工作环境恶劣的痛点。随着2020年5G商用化的推进，在现有合作成果的基础上，进一步丰富业务验证场景，扩大试点规模，全面验证各类典型应用的5G承载能力，打造5G垂直行业应用标杆。同时随着各应用场景的成熟技术和商业模式的固定化，5G智慧港口解决方案可以复制到国内外各港口，带动整个行业技术的换代升级，同时带来巨大的商业利益。

• 我国港口正以省级集团整合资源，经营主体是码头。近年来，我国港口吞吐量增速放缓，货物吞吐结构以沿海港口为主。2000 年之后伴随着中国外贸的繁荣，国内港口货物吞吐量也持续快速增长，经过多年的投资建设，港口逐步出现产能过剩。2014年开始中国港口货物吞吐量增速明显放缓，区域港口之间竞争的矛盾愈加突出，因此，大规模的港口整合也就应运而生。

• 根据相关的调查研究，当前，在港口运营的总成本中，人工成本占比约为33%，而通过自动化改造，可以节约70%的人工成本，即总体来看，自动化改造带来的成本节约至少为现有整体成本的10%。

以我国某典型港口为基础进行估算，其规模约占全国港口的10%。2019年，由公开营收额及净利润等数据推算出的总体运营成本为83亿元左右，估算其自动化改造价值空间为8.3亿元，因此，全国港口总价值空间为83亿元/年。鉴于5G成熟度逐年提高，商用规模逐渐扩大，因此预估2021年-2025年，5G 自动化改造渗透率分别为10%、30%、45%、60%和75%，由此得出，2021-2025年的5G港口市场空间分别为8.3亿元、24.9亿元、37.35亿元、49.8亿元和62.25亿元。

需要说明的是，5G的商业进程需要借助国家政策的推动以及产业各方的配合，因此，5G渗透率具备一定的不确定性，各方可按照自己的判断，得出相应的预测结论。

3、面临的挑战

虽然经过试验验证，5G网络可以满足智慧港口的业务要求，但是由试验到商用的转换中也面临几方面的主要困难：

• 5G 2B商业模式并不清晰。具体包括建设模式、资产归属、运营资费以及产业链上下合作机制等方面。由于现阶段我们没有可借鉴的国内外成熟的商业模式，因此这个过程的确立并不容易。

• 5G网络端到端稳定性需要进一步提升。现阶段，5G网络还不能完全支持某些场景的商用要求，特别是在稳定性这方面，还需要从设备层面进行进一步的增强。

• 外部环境变化带来不确定性。当前疫情对海外影响很大，直接影响对外贸易相关产业，港口运营因此将面对更大的不确定性。需要进一步稳定局面和坚定信心，需由运营方主导，并推动港口的5G 建设以及一系列自动化升级。

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