5G“智慧云脑”助力散杂货港口数字化转型

产品功能及原型设计理念和框架
（1）项目应用技术
项目应用的技术包括：5G与MEC专网（边缘计算）、大数据、人工智能、VR/AR等技术。
本项目采用电信5G定制专网（比邻入驻式模式），在港区机房下沉部署MEC专网，基于5G+MEC架构部署AI视频监控和物联网监测等港区和生产应用，保障客户数据不出港区，满足业务低时延、大带宽、本地化等差异化需求。用户终端统一接入5G SA网络，通过边缘UPF实现业务数据本地卸载；MEC平台支持软硬一体、集成交付，为客户提供专享平台、独立门户、自助管理和远程运维等服务。
利用5G公网+MEC建立港口5G虚拟专网（成本较低），较WiFi具备覆盖及移动性优势，且能保证办公安全、稳定和实时性。

图1 5G+MEC定制专网
①5G网络全覆盖：在客户港区部署5G宏站和室分，保障客户港区室内外5G网络覆盖，港区内特定生产终端通过专用5G模块、5G网关或CPE等接入无线网络。
②基于MEC提供定制网服务：客户终端数据通过5G基站接入，经边缘UPF分流后到达MEC平台进行处理；MEC平台按需就近提供流量引导、算力资源、存储能力、应用编排、运维监控等功能，满足客户低时延、数据私密性、自服务、定制化等需求。
③一体化MEC下沉部署：在客户机房下沉部署一体化MEC，整个系统包括MEC/UPF/APP软件功能、虚拟化层、硬件及组网安全设备等，实现软硬件一体化配置、集成化交付。
④对接企业内网实现业务协同：MEC支持与企业内网对接，实现专线互联，保证连接安全可靠。打通MEC及企业内网间IP链路就可以实现在5G定制网中访问内网应用。客户可通过企业内网访问MEC平台，自助完成应用部署、运营管理等。此外，MEC平台可按需与企业内网业务平台对接，从而实现业务部署及使用协同。
⑤支持远程运维平台对接：客户本地机房部署的MEC平台，通过专线与集约MEC业务管理平台等对接，实现统一纳管、专业运维和安全监控等服务，免去客户自建机房和运维负担。
⑥容灾备份部署：一体化MEC采用冗余部署，保障平台高可靠。MEC平台、边缘UPF至电信5G核心网UPF的物理链路采用双路由保障，避免单条路由故障造成的影响。
（2）应用场景
基于5G技术“低时延控制、大带宽监控、高可靠连接”的优势，将5G与边缘计算、大数据、人工智能、VR/AR等技术融合，逐步推动港口①智能安全、应急监管；②作业效率提升；③远程诊断、后勤保障；④服务化提升等4类19个港口场景的5G+MEC独立专网应用。

（2.1）Ⅰ类应用场景：智能安全、应急监管

Ⅰ-1、5G+天网高清AI智能视频平台

Ⅰ-2、5G+AR港区巡检平台

Ⅰ-3、5G+港区对讲平台

Ⅰ-4、5G+防疫管理平台
（2.2）Ⅱ类应用场景：作业效率提升

Ⅱ-1、5G+散杂货调度平台

Ⅱ-2、5G+智能理货平台

Ⅱ-3、5G+无人磅房


Ⅱ-4、5G+智能堆取料平台（雷达＋激光扫描料堆，采集数据）

Ⅱ-5、5G+自动化下料斗平台

Ⅱ-6、5G+装载机远程控制

Ⅱ-7、5G+港务3D仿真图形系统
（2.3）Ⅲ类应用场景：远程诊断、后勤保障

Ⅲ-1、5G+无人机

Ⅲ-2、5G+港口门机远程监管

Ⅲ-3、5G+AR设备远程协助

Ⅲ-4（1）、5G+VR培训中心

Ⅲ-4（2）、5G +智慧党建平台

Ⅲ-5、5G+拖轮远程监测管理系统

Ⅲ-6、5G+生产要素采集系统平台

（2.4）Ⅳ类应用场景：服务化提升

Ⅳ-1、5G+无人船

Ⅳ-2、5G+服务大厅

创意特色及技术性能
（1）长三角散杂货港口首家应用华为5G+MEC专网解决方案。
（2）开展散杂货港口基于5G的AR巡检及远程协助、VR培训、无人计量、智能理货、AI安全监管等场景应用，并进一步拓展大型设备远程操作控制等应用场景。
（3）通过5G+散杂货生产系统的研究，实现散杂货生产管理模式由职能管理转变为流程管理，实现整个业务过程的跟踪和监督。通过5G+RFID技术，实现磅房自动计量、过磅计量无纸化，磅房值守无人化，提高散杂货作业效率。以5G的方式与料斗控制模块通讯，实现自卸车司机在驾驶室控制料斗放料，提高效率，提升职业健康安全，降低操作安全风险。
（4）通过散杂货智能理货系统的研究，实现“自动识别、一人多线、远程监控、全程追踪”的散杂货先进理货工艺。
（5）通过平台技术集成研究，打造集客户线上管理、物资线上协同、物流线上互联、金融线上交割及环境线上监测管理的新型高效、生态、可视化的智能供应链管理平台。打造“数据一张图”，做到态势一屏掌握，构建智慧港口数字孪生可视化管理平台，助力智慧决策。
（6）基于5G网络，对人群进行无接触式快速测温，打通数据孤岛，实现“扁平化”管理，极大提升防控工作效率和精准度。通过5G+VR技术进行港口实景培训。通过5G+VR技术为全面提高党建工作，提供实时高效服务能力。
本项目的实施以来，镇江港共获得实用新型专利11件，软著2件，明细如下：



与5G结合性及强相关性及产业联动效应
“5G+工业互联网在散杂货港口的智能化应用”项目是通过港口5G基站部署，搭建5G+MEC专网，安装CPE终端，实现港口5G网络覆盖，及应用场景的5G+网络应用；基于5G技术“低时延控制、大带宽监控、高可靠连接”的优势，将5G与边缘计算、大数据、人工智能、VR/AR等技术融合，逐步推动港口①智能安全、应急监管；②作业效率提升；③远程诊断、后勤保障；④服务化提升等4类19个港口场景的5G+MEC独立专网应用。
在港口领域，数字化转型已经是实现智慧港口目标的必经之路,将加速智能化港口时代的来临。5G对于港口业的意义就在于它能支撑港口有更多的智能设备，而且每一个智能设备、每一个终端的通讯速率都会有极大的提升。从全自动化码头的角度来看，随着技术的不断成熟，未来可被5G加持的，还包括港口各个环节以及方方面面。例如，港口机械、疏港道路车辆的监控，货物堆存情况的控制，冷藏箱等特殊货品的监控，和一些专门的仪器仪表、传感器、数据的采集的监控、港口作业人员的监控、仓库货物盘点理货、仓库里面存储的备件的管理，还有能源照明系统、视频监控系统等，未来会有很多自动化设备需要有5G作为一个通信方式进行加持。
近年来，镇江港务集团在智慧港口建设的战略指引下，不断加大科技和研发投入，借助建设新型智慧港口的契机，在开展5G在港口的全面应用研究。该项目的成功实施，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“绿色、低碳、智慧”型港口的建设，助力增强核心竞争力，实现长江经济带供应链创新驱动的高质量发展。
本项目涉及到的4类19个港口5G+MEC独立专网应用场景，在镇江港运行稳定后，将在省港旗下的南京港、苏州港、扬州港、泰州港、渌安洲、扬中港、溧阳港等港口复制推广。推广计划见下表：



5G与AI、大数据、先进计算、区块链等技术的融合度
（1）解决WiFi网络的局限性问题
由于目前使用的WiFi网络是非授权频谱，干扰复杂；且无切换机制，只有AP间重选，时延大。具体一下局限性：
①由于无线AP漫游特性的限制，岸桥在移动过程中依然会出现切换时“丢包”的现象。
②无线AP的维护会给码头带来成本的增加。
③无线AP带宽无法同时承载岸桥理货和岸桥远程控制的改造业务需求。
从5G的技术特性以及目前的行业应用测试来看，5G通信技术可以较好地解决以上问题。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。
（2）实现智慧安防、实时预警和快速响应处置
目前，港口大部分视频监控前端设备可通过港口光纤网络系统传输数据，但对于不具备有线网络接入条件的区域，可采用5G网络传输，5G通信技术超过10Gbit/s的高速传输速率和毫秒级时延将有效提升码头视频监控数据的传输速度，实现智慧安防的实时远程控制、提前预警和快速响应处置。
通过“5G+天网高清AI智能视频平台”的建设，依托5G网络技术，在其速率高、容量大、延时低等优势的助力下，架设智能全景摄像机实现泊位监控全景覆盖，架设高倍网络高清球机实现远距离高清晰视频覆盖，引桥安装网络高清摄像机近距离高清晰视频覆盖，运用枪球联动技术，在功能互补的同时可充分发挥设备性能；建设智能监控管平台，以实景地图为操作界面，提升快捷操作体验及区域视频调阅精度，利用视频深度分析技术实现对工作服、安全帽、反光背心正常佩戴等检测功能。
将无人机、布控枪球等前端设备实时拍摄的高清视频回传到智慧港口应急指挥调度中心，实现码头实景与大屏视频画面同步，大幅提高码头指挥调度人员对港区现场突发情况的观察和判断能力，提升决策和执行效率。同时，智慧港口应急调度人员可通过5G网络对无人机进行远程实时操控和远程喊话，从而提高应急指挥管理调度的扁平化、立体化水平以及提升应急指挥工作效率。
（3）解决港口无人化作业的问题
传统港口集卡一直是人工驾驶，司机机械式劳作，这容易造成疲劳驾驶，影响运输效率和安全。港口无人运输是智慧港口的重要组成部分，是智慧港口建设的基石。随着港口自动化的发展，采用AGV/IGV和5G无人驾驶集卡进行运输，可以大幅度降低人力成本，实现24小时作业。5G能为港口的AGV/IGV自动运输、集卡无人驾驶和港区视频管理等应用提供更好的网络支持。
港口无人运输是5G重点应用场景之一，基于5G大带宽、低时延、高可靠和广连接特性，同时结合高精度定位与车路协同等技术实现AGV/IGV/集卡无人驾驶以及实时路况回传，使得AGV/IGV/无人驾驶集卡的运行数据能够实时传输到后台控制中心，由控制中心监管运输进度，对集卡的位置、姿态、电量、载重等数据进行监控，并实时查看车辆的感知与规划信息。在集卡发生故障或需前往临时区域时，即可切换5G远程接管，保障其运输、驾驶安全。
（4）解决大机远程监管的问题
由于大机上无法接入有线网络，而无线AP带宽也无法同时承载岸桥理货和岸桥远程控制的改造业务需求。随着全球化贸易进程的加快，港口吞吐量日益增加，为提高港口装卸效率，以5G为代表的新一代信息化技术使远程控制的港口门机装卸成为现实，通过对门机电气设备改造，5G网络建设,远程控制平台等工作的开展，最终完成港口门机远程监管。结合MEC专网能力，可实现对港口内大机设备和生产系统同步协调，自动高效地完成任务，提升港口作业效率和智能化运作水平，如：通过对采集到的大机设备运行数据的分析，控制中心可实时下发操作指令，提升吊装效率。
（5）解决生产数据采集问题
通过5G网络替代原有的硬件连接，使无线通讯和有线通讯实现热备冗余，保障现场的数据不间断传输，同时降低有线通讯的运维压力，如：实时采集前端大机设备的运行数据，掌握设备运行状态，及时了解港区的运营能力，为自动化生产提供数据支撑。
对生产的数据进行统计査询、统计服务，对数据库中的各种数据进行分析、统计、建模、归类等，可以为管理人员提供决策支持，帮助管理人员做出好的决策，提供了联机分析处理和数据挖掘服务。数据库为后续智能堆场、智能调度、智能决策分析等系统的实施，提供数据支撑，同时作为三维数字化港区监控的重要数据来源和支撑。

项目的价值以及市场需求、分析市场容量
散杂货码头不同于集装箱码头，集装箱码头是指包括港池、锚地、进港航道、泊位等水域以及货运站、堆场、码头前沿、办公生活区域等陆域范围的能够容纳完整的集装箱装卸操作过程的具有明确界限的场所。集装箱码头的货物都是装在规整的集装箱内，装卸比较方便。散杂货码头顾名思义，在码头上装卸的大都是散的、杂的货物，形状是没有规则的，可能是一堆煤炭或者是一些大米、钢铁之类的东西。
通过与镇江港务集团有限公司了解，此类港口的信息化建设目前尚处于方案阶段，很多构想收到网络、环境等因素还没有实施，但对于港口的智能化、信息化的需求还是非常迫切的，而且镇江港务集团有限公司作为省内港口行业的领军企业，对整体项目的设计、建设都有指导意义，完全可以复制到其他港口使用。同时作为一个试验平台，可以通过产品的不断迭代改进，提升产品的可靠性和实用性，再将改进措施应用到其他港口的场景中去。
在港口领域，数字化转型已经是实现智慧港口目标的必经之路,将加速智能化港口时代的来临。5G对于港口业的意义就在于它能支撑港口有更多的智能设备，而且每一个智能设备、每一个终端的通讯速率都会有极大的提升。从全自动化码头的角度来看，随着技术的不断成熟，未来可被5G加持的，还包括港口各个环节以及方方面面。例如，港口机械、疏港道路车辆的监控，货物堆存情况的控制，冷藏箱等特殊货品的监控，和一些专门的仪器仪表、传感器、数据的采集的监控、港口作业人员的监控、仓库货物盘点理货、仓库里面存储的备件的管理，还有能源照明系统、视频监控系统等，未来会有很多自动化设备需要有5G作为一个通信方式进行加持。

商业模式
智慧港口在集装箱码头的成功应用案例较多，但作为传统散杂货码头，智慧港口的步伐一直较为艰难。而5G作为新技术，建设5G行业示范点本身就具有一定的挑战性和探索性，没有可借鉴的成功案例，在建设过程中，需要不断协调、争取各方资源，借鉴其他行业引入新的技术手段。
政府扶持政策方面：从政府层面，国家大力推进“新基建”建设，在多方面给予优惠政策，镇江市工信局也高度重视地方发展，将镇江港务的“智慧港口”列入市重点示范项目。借助政策的扶持与倾向，在智慧港口的建设过程中，通过与营运商的合作，可节约大量建设资金。
技术方面：智慧港口的建设所涉及的物联网技术最早出现于1999年，经过20年的发展，已有大量的成功应用场景，技术发展较为成熟；在5G及MEC技术方面，各大营运商自2019年6月5G商用牌照发放以来，也建设了多个成功案例，如仅一制造智能工厂的AR应用，同行业的港口企业也有多家投入应用，如青岛港的设备远程控制、无人驾驶运输车应用等，如江阴港的高清视频回传与地磅数据实时回传等。
投资方面：从镇江港务2020年投资计划来看，天网计划、门机远程监管平台项目，均需要通过网络实现大量数据的实时传输，借助5G网络来实现已规划的应用，可大大提升数据传输速率与质量，且可避免大量的有线网络部署对现场造成的不利环境影响。
网络方面：1）MEC安全。从MEC产品安全、APP安全、园区安全、安全管理、子域安全几个方面提供信任域隔离、网络平面隔离等措施，对敏感数据加密存储，内部交换免外出暴露风险。在交换机上旁挂防火墙，提供对进出MEC设备的安全防护和攻击防护。数据128位加密、用户面数据无完保、用户ID明文传输、网络级业务安全策略、不同接入采用不同；2）物理资源与虚拟资源的隔离。统一管理物理资源，保证每个虚拟机都能获得相对独立的物理资源；并能屏蔽虚拟资源故障，某个虚拟机崩溃后不影响Hypervisor及其他虚拟机；3）网络隔离：通过VLAN与VXLAN隔离不同的虚拟网络。不同虚拟网络的报文，包括单播、组播、广播报文都不会传输到其他网络；4）网络访问控制：通过配置安全组，终端用户可自行控制虚拟机互通和隔离关系，以增强虚拟机的安全性。安全组在出方向上的数据报文全部放行，在入方向上的数据报文默认拒绝访问。安全组支持在入方向上添加安全组规则，以类似白名单的方式管理需要访问安全组的源。
本次项目与中国电信镇江分公司合作建设，由中国电信负责5G网络、边缘计算设备部署、前端设备安装以及相关应用方案，镇江港务集团有限公司通过购买服务的方式享受智慧港口服务。
项目推进过程中，由镇江港务集团有限公司、中国电信江苏公司、华为公司等共同成立“5G智慧港口创新研发中心”也已揭牌成立，各方围绕镇江港务集团有限公司的散杂货港口特色进行智能化系统平台开发，打造标杆项目，实现港口作业数字化、无人化、智能化，形成创新成果向区域及全国范围输出推广。
镇江港获得了以下资质荣誉：
（1）“基于5G通信的3D可视化制造业供应链服务平台”获国家发改委2020年服务业发展引导资金项目。
（2）基于散杂货港口的5G智能化应用获得第三届“绽放杯”5G应用征集大赛全国总决赛优秀奖、江苏区域赛三等奖。
（3）镇江港5G智慧港口荣获2020年度省级示范应用奖。
（4）2020年，镇江港务集团、中国电信江苏公司、华为技术有限公司联合成立“5G智慧港口创新研发中心”。
（5）2020年09月21日，通过两化融合管理体系评定。
（6）江苏省省级重点物流企业。
（7）交通部天科院“港口能源综合管控技术应用示范基地”。
（8）第六批江苏省服务型制造示范平台。
（9）“开普船绿色36H”荣获第八届江苏交通优质服务品牌。
（10）2020年，“散杂货通用泊位直取装卸工艺”获中国港口协会科技进步奖二等奖。

团队介绍及其他
张旭仁研发团队创新工作室紧紧围绕生产现场、工艺改造、绿色环保、安全管理、设备设施、综合管理等，以人才为支撑，以项目为抓手，贯彻新发展理念，加快新旧动能转换，以数字化、智能化、机械化、自动化“四化”建设为载体，以减人降本增效为目标，持续发力科技创新与研发工作，推动由劳务密集型向资本密集型、技术密集型转变。
一、大力弘扬“劳模精神、劳动精神、工匠精神”
劳模作为一面鲜明的旗帜，他们的模范事迹对广大员工是一种非常现实、非常直观的教育和引导，是形象、生动的学习教材。学习劳模精神，不光是一句口号，更重要的是要让全体员工在思想上引起共鸣，把企业所秉承和弘扬的精神、价值、理念传递给每一位员工，认识到学劳模、赶先进、讲奉献的重要意义。
二、加强推广。
一方面：进一步梳理创新工作室的管理机制，夯实基础性工作，提炼工作室的工作目标、管理办法、激励措施，将工作室在团队建设、内部管理、降本增效、节能减排、技术改造、技术革新、安全生产等方面的先进理念和做法，在公司中进行推广，发挥工作室的辐射作用。
另一方面：缩短创新创效评选的周期，由年度评选一次改为季度评选一次，对创新创效的优秀成果和创新人才进行宣传，激励广大员工争当勤奋学习、艰苦创业、敬业奉献的复合型员工，成为企业的顶梁柱。
三、形成合力
党支部围绕设备隐患和技术难题组织党员开展技术攻关;“四化”团队瞄准前沿科技，开展技术创新；工会着力开展群众性“五小”项目；团总支大力开展青年攻关项目，形成党政工团共同发力、齐抓共推的良好氛围。
四、相互结合
把创新工作室创新活动与群众性经济创新活动相结合。引导职工围绕生产实际把群众性经济创新活动全面展开，及时解决生产实际中的难点问题，实现降节约降本，创新创效，发挥群众性经济创新活动在生产经营中的促进作用。
将创新活动与技能竞赛活动相结合。抓好员工技能培训这项基础性工作，协助公司各基层分会举办岗位练兵活动，组织员工参加上级部门组织的技能竞赛活动，发现和挖掘更多的人才。
至今工作室共完成技术创新项目100余项，获得国家发明专利2项，实用新型专利96项，获国家软件著作权16项，在途申报专利93项。
2019年，“智能信息化系统在港口污染源监测及治理中的应用”项目获得了2019交通发展专项资金（节能减排方向）。
2019年获得集团四化优秀项目一等奖、优秀奖。
2020年获得集团四化优秀项目特等奖、一等奖、二等奖、三等奖、优秀奖。
2020年获得中国长航工会授予职工（劳模工匠）创新工作室。
2020年获得镇江5G智慧港口获江苏省示范应用奖。
2020年基于散杂货港口的5G智能化应用获工信部全国优秀奖。
2020年金港直取线获中港协科技进步奖二等奖。
2020年通过两化融合管理体系评定。
2020年基于5G通信的3D可视化制造业供应链服务平台”成功申报2020年国家服务业发展引导资金项目。
2020年，镇江港务集团有限公司被江苏发改委评为省级重点物流企业。
2020年，第十八届全国交通企业管理现代化创新成果 部级三等奖
2020年，省港口集团有限公司科技创新成果奖一等奖（散杂货生产管理信息系统）、三等奖（基于5G的港口智能AR监管平台、拖轮远程检测管理系统）
2021年6月，荣获“江苏省服务型制造示范平台”。
2021年4月，获得京口区政府产业政策“30条”兑现奖励。
2021年4月，获得省港口重点科技创成果奖（散杂货生产管理信息系统 一等奖；基于5G的港口智能AR监管平台 三等奖；轮驳远程检测管理系统 三等奖）。
2021年3月，“基于5G通信的3D可视化制造业供应链服务平台”获得国家发改委认可及资金扶持。
2021年7月，通过现场答辩、评审、公示等环节，获得省级现代服务业发展专项资金项目。
2021年6月，获得首批省4星级上云企业。
2021年7月，获得市级工信专项资金扶持。