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新兴技术在智慧港口的应用现状及发展趋势

来源:用户上传      作者:袁玉祥 随振营

  摘要:近年来,集装箱吞吐量的快速增长给港口的管理以及环保工作带来了压力。智慧港口的提出为缓解港口作业繁重的现状提供了解决方案。为使我国在国际智慧港口发展中处于优势地位,分析5G 技术、人工智能、物联网和大数据等新兴技术在智慧港口中的应用及发展趋势,这对预判“十四五”下我国智慧港口的规模、增加潜力以及新兴技术的发展方向有着重要的作用。
  关键词:智慧港口;5G;人工智能;大数据
  中图分类号:U691.1文献标识码:A 文章编号:1006―7973(2022)03-0060-03
  随着经济全球化的发展,国际贸易越来越频繁。现有的集装箱码头或自动化集装箱码头无法满足国际贸易的增长需求,所以大力发展拥有智能化、信息化和现代化的智慧港口已成为港口未来的发展趋势。与此同时,我国在新兴技术,如5G 通信、人工智能、大数据分析、自动驾驶等技术领域持续突破,为我国智慧港口的建设提供了技g支持和保障。
  目前国内掀起了自动化码头建设的高潮,自厦门远海码头完成自动化集装箱码头改造并投产后,国内多地开始了自动化集装箱码头的建设以及传统集装箱码头的自动化改造。自动化集装箱码头只是智慧港口建设的一部分,因此有必要研究新兴技术在智慧港口的应用及发展趋势,为智慧港口的未来发展提供技术支持。
  1智慧港口
  1.1智慧港口概念及特征
  智慧港口是指在现代港口设施的基础上,充分运用5G 通信技术、物联网技术、人工智能、大数据等,实现港口现有的设施智能化,其打破了传统港口的物理隔离,实现了港口供应链的所有资源和各活动参与方之间的无缝连接和协调。
  智慧港口有别于传统的自动化码头,其主要特征有以下四个方面:
  (1)全面感知:指利用各种信息获取设备,如射频识别技术(RFID)、传感器、北斗卫星导航系统等,实现对整个运输过程实时跟踪、定位、监控和管理,并保障货物运输的安全性和经济性等。
  (2)智能决策:指根据系统中现有的数据,对运输活动的未来发展趋势进行预估,从而为未来港口发展决策提供依据。
  (3)信息整合与共享:智慧港口通过信息获取技术得到整个运输过程中的所有活动信息,然后将该信息传送至港口后台数据库中,并通过信息处理和整合技术将其展示在码头综合信息化平台中以实现信息共享。
  (4)全程参与:利用5G 通信、物联网及大数据技术等实现信息实时通讯和交流,保障综合信息化平台能可靠、稳定的为管理者和码头运输各参与方提供服务。
  1.2智慧港口的种类
  迄今为止,全球港口的发展经历了五代。第一代主要是作为海陆运输的节点;第二代部署基础设施和设备,减少了对人力的依赖;第三代逐渐作为货物装卸中心;第四代打破了港口的物理隔离性,致力于港口网络化服务;第五代是致力于打造以顾客和贸易中心为主的智慧港口。全球第五代各港口的发展方向和功能如表1所示。
  2智慧港口发展现状
  2.1智慧港口作业设备
  2.1.1自动导引车
  自世界上第一座自动化集装箱码头建成使用至今,自动导引车(AGV)一直都是自动化码头水平运输方式的首选,其特点是利用电磁或光学等导航设备实现车辆无人驾驶的功能。根据导航方式的不同将其分为电磁感应引导式 AGV、激光引导式 AGV、视觉引导式 AGV 等。集装箱码头大多选用“电磁+传感器”引导式 AGV,该方式需在码头建设初期沿规划行驶路线埋设磁钉。
  尽管 AGV 是大多数自动化码头的唯一选配,但是 AGV 自身导航特性导致其无法满足未来港口智能化的发展。其主要原因包括以下三个方面:一是 AGV 采用电磁导航方式需预埋磁钉,对港口的平整性有较高的要求;二是 AGV 生产成本(500-700万)远高于普通集卡;三是我国大多数集装箱码头区域规划合理、地面相对平整,若要改造为自动化码头,需要重新埋设磁钉,造成极大的资源浪费。基于此,智能导引车(IGV)的概念被提出, IGV 采用“卫星+传感器”方式进行导航。其可在现有的卡车底座系统上进行改装而成,所以 IGV 具有低成本、高精度和易改造等特点,其必然成为未来智能化码头的水平运输方式的主流。
  2.1.2智能集装箱
  据不完全统计,全球60%以上的货物都是以集装箱方式进行运输,集装箱运输俨然已成为世界贸易运输的重要方式。与此同时,为进一步提高集装箱的运输效率、缩短集装箱中转时间、保障运输安全性,集装箱智能化概念应运而生。
  智能集装箱实现的主要功能有:①检测意外的集装箱开口,将传感器放置在集装箱内以确定何时打开,通过编程确认预计的开放时间,并检查开放时间是否与预定的视察时间相符,若不符可由 GPRS/3G 发出警报;②监测货物运输环境,如可通过温湿度传感器检测环境信息,在运输过程中管理货物(对湿度温度敏感);③识别货物信息, RFID 技术可将集装箱货物及签单信息及时传输至交通安全管理系统(TSS)以实现签单信息的电子化。
  虽然集装箱智能化取得一定的成就,但现有技术仍无法满足国际物流行业的趋势,主要表现为智能集装箱实时化、信息化和互联化不足。
  2.2智慧港口管理系统
  码头管理系统(TOS)的开发和完善是码头实现智能化、信息化和现代化的关键,也是实现智慧港口的主要途径之一。TOS 采用图形化技术将港口现有信息如集装箱装卸船情况、水平运输过程等实时展示。该系统还可以帮助码头管理者合理管理、分配现有资源,加快集装箱装卸货效率,缩短集装箱在港中转时间,提高堆场空间利用率,降低集装箱码头运营成本等。
  迄今为止,世界上集装箱码头管理系统的核心技术主要掌握在欧美发达国家。尽管我国近年来在自动化和智能化港口发展领域已逐步趋近世界领先行列,但集装箱码头管理系统与发达国家仍存在一定的距离。目前我国在这方面的发展主要存在以下三点问题:

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