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打造港口智能体,开启港口数字化转型之路

华为中国政企交通业务部 王天罡

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天津港,位于渤海湾西端,是京津冀及“三北”地区的海上门户、雄安新区主要的出海口,是“一带一路”的海陆交汇点,也是新亚欧大陆桥经济走廊的重要节点和服务全面对外开放的国际枢纽港,其同世界上200多个国家和地区的800多个港口保持贸易往来,连续多年跻身世界港口前十强。

作为北方港口的重要代表,天津港集团希望通过AI、大数据、云计算、5G等先进技术在核心生产业务的应用,进一步提升港口运营的科学性,实现港口经营的降本增效,将其建设成为国际枢纽型、绿色安全型和智慧服务型的高水平世界一流大港。基于此,集团提出了“2028年集装箱吞吐量力争突破3000万标箱,国际枢纽港地位更加巩固,服务效率保持国际领先水平,智慧港口建设全球领先”的战略目标。

传统码头生产无法匹配业务发展

货物周转为传统码头的核心业务,近来年,中大型港口不断新建码头、泊位以满足不断上升的货物周转需求,由于现代化码头对智能化、自动化、精细化手段依赖度较高,因此需要通过现代化手段来提高现有码头的运营效率。

在此过程中,天津港面临以下几个方面的挑战:

劳动密集型行业,人力需求量大

天津港作为全球前十大港口,年集装箱吞吐量达到了1835万TEU,全港员工达2万人,在码头现场有大量的作业人员,包括集卡司机、场桥司机、调度员、理货员等作业人员,及现场安全巡视等安监人员。天津港通过多年的自动化改造,已经完成了场桥的远程操控改造、无人集卡的测试上线等工作,随着自动化程度的提高,天津港需要一套水平运输系统来保证自动化设备更好地协调,以发挥自动化设备的最大优势。

计划调度自动化、智能化程度有待提高

港口每天有数十条船完成停靠、数百辆集卡在港区内不停地穿梭、数万集装箱完成装卸、数万辆外集卡进入港口提箱,这些操作都需要港口计划员来制订计划,依靠人脑去规划每天的作业,虽然天津港部分码头已经通过岸桥工作计划等工作方式提高了传统计划调度的作业效率,但是仍需要结合人工智能等最新技术,进一步提高调度和计划的智能化程度。

管理精细度有待提高,需要增加港口运营精细化管理

港口是一个多要素集中的封闭场地,涉及到人、车、物、船等多重要素,也涉及到能耗、维护、运营等多个方面,各个码头的经营情况需要以月报、季报、年报的形式向上汇报,中高层领导需要实时掌握整个港口集团以及各个码头多维度、精准的经营数据,以便公司领导全面了解经营情况,并对未来的经营决策提供足够的支撑。

要满足对码头生产的作业活动和对应的人力、能源等消耗精细管理的需求,需获取全港及全码头整体人员、设备及能耗的数据,且需精确到每条船、每个岸桥、甚至每个集装箱对应的资源消耗情况,以便精确分析,进一步合理降低港口的运营成本。

港口被动式安监,需要智能化的管理手段

天津港整个港区已经部署了1万多路摄像头,基本做到了视频的无死角覆盖,由于大多数为传统摄像头,因此,每个码头仍需安保人员在港区内部进行人工巡视。港口迫切需要通过主动安防提高巡查效率,以及时发现港区内的各种违规行为(例如卡车违规停车、超速、人员进入违规区域等)。

打造港口智能体,启动天津港数字化转型

2020年6月,在第四届世界智能大会“未来交通,通联世界”智能交通峰会上,天津港集团公司与华为技术有限公司签署了《战略合作协议》。双方以“建设世界一流港口”为目标,通过信息化顶层设计及智慧港口建设方面的深度合作,共同建设港口示范工程,树立行业标杆,打造绿色、智慧的枢纽强港。天津港携手华为团队,规划了面向船舶、货物、集卡、安防、运营、设备六大领域的14个落地项目,首次提出了“港口智能体”理念,希望将港口变成一个自治运行,无需人工干预的智能体,能够以最优化、最合理、最科学的方式运行。

华为港口智能体

华为港口智能体包括智慧应用、智能中枢、智能联接、智能交互4个部分:

智慧应用:港口的核心生产系统,包括智能TOS系统、生产辅助系统、水平运输系统、物流管理等,通过智慧化的应用,可解决港口业务系统的智慧化;

智能中枢:智慧港口最核心的部分,包括人工智能、数据分析、智能视频、无人驾驶等模块,作为整个港口的运营和决策中心,可为智慧应用的运行提供决策支撑;

智能联接:作为智慧港口的神经,可将智慧港口的人、车、船、物、货等与虚拟世界进行联接,通过5G、Wi-Fi 6、微波等通信技术,实现港口的全联接;

智能交互:包括港口的视频、传感器、GPS、雷达等感知和交互设备,可实时收集全港的数据信息,并进行数据交互。

围绕智慧港口建设过程中最迫切的业务痛点,双方规划并部分落地了以下智能化场景:

1. 水平运输系统

在天津港北疆港区C段的智能化集装箱码头,顺利完成了无人集卡的联调联试,标志着天津港北疆港区C段智能化集装箱码头1#泊位联调联试取得成功。该方案经过5个月的设计和验证,集成应用了无人自动化轨道桥、无人驾驶电动集卡、远程控制无人自动驾驶岸桥等智慧港口“金牌产品”,在多项关键技术上取得了重大突破。在项目中,华为提供的智能水平运输系统、云平台、数据中台、网络、机器视觉、数据中心等基础设施产品及解决方案,助力天津港的数字化转型及智能升级之路迈出了标杆性的一步。

2. 港口智能调度

通过深入调研,天津港规划了岸桥工作计划、泊位分配、单船智能配载、智能堆场计划等场景,这些计划将结合港口的初始限制条件,采用人工智能技术和模型,通过现有配载员的经验数据和仿真系统,配合机器学习和自我训练,来实现港口的高效调度,以上几个场景正在开发,计划在2021年逐步落地。

岸桥工作计划:CWP计划理念的引入是对现行码头生产作业模式的一次重大改革,它吸取了国内外部分先进港口的成功经验,改变了以往“以控制为中心” 的模式以及单纯追求效率的局面,通过对计划和控制实施精细化管理,力争取得效率与效益的双丰收。

泊位分配:港口智能泊位计划解决方案的架构为:通过整合泊位资源、岸桥资源、船舶到港动态信息、港口机械、人力等相关保障数据信息,结合运筹优化算法,为运行管理人员的智能泊位计划等提供决策支持,以提升港口资源的综合效率。

单船智能配载:通过人工智能算法,代替原有的人工集装箱配载操作,在保证船舶航行安全的基础上,通过智能单船配载计划方案实现船舶装卸效率的提升,从而优化整个海上集装箱运输的经济效益。

智能堆场计划:堆场计划主要包括堆场空间资源分配及捣垛决策,堆场空间资源分配决策指的是安排船舶对应进出口箱应分别堆放在哪些堆存区段,以及如何分配集装箱到对应的箱位,最终达到装卸机械移动距离最小化的目的;捣垛决策是指在给定装卸船顺序的条件下,输出集装箱在堆场内的翻箱方案,达到倒垛率最小化的目的。

天津港与华为的合作在一期方案中已经取得了明显的效果,在一期方案继续优化迭代的基础上,双方开展了二期方案的合作,包括智能楼宇、智慧港区、智慧能源管理、智控平台、视频平台等项目。

提升客户业务指标,展现解决方案业务价值

通过天津港一期项目落地及长期蓝图规划,未来将会实现以下业务价值:

1. 改变港口的劳动结构

传统的码头是劳动密集型的产业,一线作业人员是港口的主力。通过一系列数字化转型措施的采用,未来,自动化、信息化、智能化将成为了港口的生产力,通过无人集卡,集卡司机的数量可减少90%,大车司机配比可由以前的1:1变成1:6甚至更少。数字化一方面解决了港口招工难的问题,另一方面也解决了港口工作环境恶劣,员工感受差的问题,真正实现了港口由劳动密集型行业向科技密集型行业的转变。

2. 实现进一步的降本增效

通过采用自动化、智能化智慧港口方案,天津港将实现以下几大业务指标的提升:岸桥工作计划由2小时缩短为10秒,工作效率提高10%以上,直靠率目标提高5%,外集卡平均滞场时间缩短5分钟;通过精细化管理,将进一步优化港口的资源分配,降低10%的整体运营成本;在不新建码头、泊位的情况下,进一步提升港口的运营能力,真正实现通过数字化转型实现港口的“降本增效”。

3. 让港口运营安全

通过智慧港区及智能楼宇的规划,将赋予港口更智慧化的管理,通过主动式安防,将安全事件的识别效率提升30%;通过智能化视频,主动检查港口108个安监检查项目,减少了人员被动巡检的频次;通过能耗管理,精细化掌握港口的能源消耗情况,通过数据分析模型,进一步减少港区的能源消耗,实现能源科学管控。

未来3~5年,天津港将携手华为在港口无人驾驶领域深入合作,共同打造港口行业无人驾驶商用落地方案,后续双方将在港口自动化、智能化领域继续全面合作,基于智能交互、智能联接、智能中枢和智慧应用打造的港口智能体,加速港口行业安全、效率、体验的全面提升,实现船悦其行、物优其流的智慧交通愿景。

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第30期 智慧交通特辑

跨越IT&OT数字鸿沟,构建交通数字化新范式

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