厦门港集装箱码头智能化改造经验

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摘要

为解决传统集装箱码头生产调度干扰因素多，高空作业司机招工难、用工难，各作业环节数据信息无法有效传递等问题，对厦门港传统集装箱码头进行智能化改造。以厦门港海润码头智能化改造项目为例，介绍在智能TOS、船舶装卸智能化、堆场作业自动化、平面运输无人化、工控网络安全、智能安防等方面的改造内容，为物联网、5G通信、人工智能、区块链、北斗导航等技术在港口的深度应用提供经验积累，探索智慧港口建设新模式。

引言

2019年，国家密集出台一系列政策，包括《交通强国建设纲要》《智能行业发展指导意见》《关于建设世界***港口的指导意见》《关于做好2019年国家物流枢纽组建设工作的通知》等，均要求港口要做好集装箱码头的智能化改造。在国家发改委、交通运输部联合印发的《关于做好2019年国家物流枢纽建设工作的通知》中，共有23个物流枢纽入选2019年国家物流枢纽建设名单，厦门位列其中，这对厦门港智能化改造探索提供强有力的推进作用，也是促进落实党***、国务院和厦门市各项规划落地的必然选择。

背景

集装箱码头智能化是科技发展到一定程度后的必然趋势。科技发展日新月异，信息技术愈发成熟，5G通信、北斗导航、区块链、物联网、人工智能、视觉识别、激光雷达等新技术在港口生产中的发展应用，也为传统集装箱码头的智能化改造提供技术支撑和解决方案。

智能化改造是港口转型升级的必要手段，是构建港口服务供应链、稳定港口服务质量、加强码头运营协调性的必然要求。借助信息的***感知和智能互联，可以对港口的集疏运、生产作业、海关监管、仓储物流、服务等多种需求进行智能化响应，使港口具备可持续内生动力，加速推动港口的业务升级，升港口效率和竞争力。

集装箱码头智能化是传统集装箱码头提升综合效率的必要支撑。在传统集装箱码头作业中，由于生产调度干扰因素多，设备操作采用人工“1对1”模式，许多升级方案都受制于人员素质因素而无法实施；高空作业司机职业寿命短，招工难、用工难问题明显；各作业环节数据信息无法有效传递，难以进行全局性统筹规划。传统集装箱码头的服务品质已经无法满足当今高度互联互通的信息化时代要求。智能化改造完成后，码头可以实现：生产调度的智能化和“多对多”堆场作业模式，大幅提高设备资源利用率；蓝领工人白领化，解决用工难问题；码头内全作业流程数据实时交互，大幅提升纠错能力，港口物流资源得以有效统筹。智能化集装箱码头能够有效提升综合效率，使生产更加稳定、可控和安全，有利于打造紧密协作的现代物流生态圈。

厦门港集装箱码头智能化改造实践

2.1　集装箱智慧物流平台建设

2016年投入运行并已在厦门全港推广应用的集装箱智慧物流平台对厦门港打造全球港口物流生态圈起到非常重要的作用。该平台具备3个特点：一是动态化，从集装箱出口订舱到装船离港、从进口办单到提货还箱的全流程都可进行信息实时采集、同步共享、优化港口全物流链业务流程；二是电子化，厦门港目前已经***实现设备交接单电子化，提货单电子化比例也已超过85%；三是移动化，厦门港统一集装箱智慧物流平台App应用，使物流公司拖车管理更加***，实现智能调度和业务调配，包括物流公司调度派单、司机确认指派信息、司机凭二维码进港外堆场、进场预约、箱车全程动态追踪等。厦门港智慧物流平台对接示意图见图1。

2.2　设备远程控制改造

2015年，厦门港与上海振华联合研发首台传统岸桥远程控制改造。2018年，在此基础上完成3台传统岸桥改造和2台RTG远程控制改造，新购2台带远控功能的岸桥。根据司机操作经验、作业风险点和生产工艺，共改进优化260余项技术。改造后，岸桥远控作业效率接近人工效率，部分艘次作业效率已超过人工作业效率。目前，在厦门港海润码头改造的岸桥已实现100%远控作业。

2.3　岸边智能装卸平台

岸边智能装卸平台通过集卡定位系统（CPS）和智能识别系统（OCR）识别车辆与集装箱信息，并与TOS作业信息比对，通过逻辑判断，实现作业顺序判断、装卸箱确认、箱体验残、溢短箱识别登记、船上舱位判断等功能。同时，统一现场实时作业数据，实现内、外理货合并，并将作业现场后撤至后方办公室，实现理货“1对多”人机作业，有效提高船舶装卸智能化水平。此外，码头通过建设集中扭锁工作亭，实现扭锁拆装过程的人机分离和人员的集约使用，集中扭锁与智能装卸平台配合使用，实现桥下作业无人化。

2.4　无人驾驶拖车测试

厦门港从2019年7月开始开展无人驾驶拖车测试，通过测试不断优化自动驾驶系统中的环境感知、路径规划、执行控制等模块算法。目前，无人驾驶拖车在精准停车、TOS指令交互、路线规划、内外拖车交互、自动绕行和自动跟车距离控制等方面取得较好效果。例如：根据TOS所给的桥吊、贝位、靠泊方向信息，自动规划合理的行驶路线；自动与前车保持3 m跟车距离；稳定感知过往车辆以及锥桶、舱盖等物体。2020年6月22日，无人拖车在配备安全员的情况下，全程启动自动驾驶在厦门港海翔码头实际生产作业。

2.5　5G测试

厦门港分别与中国联通、中国移动、北京新岸线、华为等5G运营商或厂家进行技术测试，为下一步无线网络的部署打下场景应用的积累，其中：联通5G通信已在桥吊智能理货项目上完成590艘次、14.2万TEU的视频数据传输；北京新岸线EUHT 5G通信技术，海润码头的远控桥吊完成1艘次33 TEU的无线远控装船作业。

海润码头智能化改造

基于以上实践，2020年7月，厦门港海润码头启动智能化改造试点建设。海润码头位于海沧港区# 4~# 6泊位，岸线总长719 m，码头前沿水深-15.3 m，可减载靠泊15万吨级集装箱船，配置6个场区48个箱区，8台岸桥、22台轮胎吊，2019年吞吐量达122.39万TEU。海润码头智能化改造内容包括智能TOS、船舶装卸智能化、堆场作业自动化、平面运输无人化、拖车智能导引、5G通信、智能闸口、智能安防、智能理货、工控网络安全、设施配套维修等11部分。

3.1　智能TOS

智能TOS建设是智能化改造的核心。海润码头智能化改造方案设计要求智能TOS与桥吊、龙门吊和内外拖车进行信息实时交互，实时调整优化作业流程；统筹协调码头生产各要素，生成码头生产作业计划指令队列，让生产全过程有机协调、无缝衔接；与集装箱智慧物流平台、单一窗口对接，重构港口物流生态圈，促进物流资源自动整合；实现拖车“重进重出”，提高港口物流链资源效率，实现码头智能化向智慧物流全供应链延伸覆盖。智能TOS具有智能配载、智能装卸船等模块，应用人工智能算法、深度自学习等技术，构造码头作业“超强大脑”，统筹调度码头智能装备等各项资源，实现码头作业智能化。

3.2　船舶装卸智能化

通过桥吊智能化远程操控改造，实时智能感知岸边作业环境，实现人机分离，大幅减少码头前沿作业区域人员，提高现场作业环境的安全性。智能化桥吊会根据集卡引导系统和吊具姿态检测系统检测出的拖车位置、拖车倾斜角度和吊具倾转角度，控制小车、吊具防摇系统、吊具防扭系统，调整吊具姿态（双箱间隙、集装箱位置等），实现陆侧自动着箱。未来，智能桥吊会应用船型扫描和定位系统，结合TOS系统生成的船图，自动识别船上箱位，建立高精船图，实现陆侧、船侧自动作业以及人工监控下的大车自动行走。

3.3　堆场作业自动化

智能化的龙门吊可以实现司机远程随机操作多台龙门吊，“多对多”作业，大幅提高龙门吊作业效率，降低人力资源成本。智能化龙门吊将应用激光扫描和视觉识别融合技术，检测集装箱位置和吊具姿态，通过大车、小车的精准定位和防摇系统控制吊具，实现龙门吊箱区内的自动作业，并对内集卡司机监护下自动作业，对外集卡半自动化作业。为配合智能化龙门吊精确定位，堆场会通过对箱角梁、跑道梁和拖车通道的平整度维修，满足堆场作业自动化要求。

3.4　平面运输无人化

集成应用5G通信、机器视觉、北斗导航、智能识别、智能决策、智能控制、车联网等技术，研发新一代车路协同和车队组织系统，实现集装箱码头水平运输无人化和智能化。智能驾驶拖车采用路端激光雷达和摄像头采集信息，结合绘制的码头高精地图，融合北斗卫星技术完成拖车高精定位，应用App导引车辆，实现拖车在系统控制下的精确运行。智能驾驶管理系统综合拖车实时定位、拖车电量信息、充电桩工作状态、拖车路径规划等信息，控制拖车运行路线和顺序，指挥引导拖车按照规定路线、规定时间，到达规定地点，实现拖车的智能导引。

3.5　工控网络安全

基于5G无线通信技术高带宽、低时延、高可靠的性能，推进全场5G无线通信与有线通信相融合，实现双网热备，提高系统可靠性。综合海润码头升级改造后的多项作业需求，实现8台岸桥、22台RTG 、44辆集装箱拖车的多路高清视频实时回传和行车轨迹管理，满足拖车无人驾驶以及岸桥、RTG的远程精确控制等预期目标。

基于目前码头线上业务不断增长的发展趋势，按照网络安全等级保护2.0要求，构建集装箱码头工控信息网络安全防护体系，通过全方位感知集装箱码头营运全过程的安全态势，确保系统、网络软硬件安全，保障整个集装箱码头安全***的运作。

3.6　智能安防

根据码头无人化发展趋势，智能安防是港口关注的***课题，随着技术的进步，智能安防将为港口提供更好的帮助。通过采集图像信息建立三维模型，并与生产数据相结合，整合繁杂系统间的有效数据，对码头进行立体监控，实现安全巡查、环保管理、设施普查、船舶靠离泊监控等功能。

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