【行业望】人工智能的港口实践

[罗戈导读]近日,在举行的2019世界移动通信大会(MWC)上,青岛港作为全球首家应用5G技术的港口,应邀出席了“全球首个5G智慧港口发布会”,分享技术应用情况,推广智慧港口建设经验,赢得全球与会代表的广泛肯定和赞赏。

今年1月18日,青岛港在自动化码头上成功完成基于5G连接的自动桥吊控制操作,率先实现了通过无线网络控制设备抓取和运输集装箱,是全球首例在实际生产环境下的5G远程桥吊操作。

当前,我国交通行业正在大力倡导“智慧港口”建设,在全自动化集装箱码头系统建设方面积累了一些建设经验,但与发达国家相比,也存在着一些差距和不足,主要集中在理念与认知的全面性、软硬件技术先进性、系统性与协同性、环境与体系完备性、创新能力与驱动力等方面。

自动化码头是必经阶段

公开数据显示,截至目前,全球已建成34个自动化或半自动化集装箱码头。其中全自动化码头只有13个,主要分布在人工成本较高的欧美地区。

中国内地的自动化码头建设起步较晚,已建成厦门港远海、青岛港、上海港洋山四期3个自动化码头。

上述国内外自动化码头技术上基本采用自动化或半自动化远程控制操作吊装集装箱、AGV(Automated Guided Vehicle), 自动导引集装箱水平运输,以及传统OCR(Optical Character Recognition),光学字符识别卡车车牌、集装箱箱号等。由于并未使用真正意义的人工智能技术,尚不能称为人工智能码头。

自动化码头是人工智能码头的必经阶段,是建设智慧港口的重要基础。自动化码头是码头机械远程自动化的概念,并不是没有人操作,而是操作人员在后台远程操控各种机械设备。而全局化人工智能码头则是实现从闸口到场桥到岸桥的人工智能理货、港机人工智能改造、无人集装箱水平运输,以及码头作业系统的全覆盖,完全实现类人脑智能,仅需少数技术人员维护管理。

专家表示,除自动化码头外,目前国内几大港口集团旗下如招商大榭等10余座码头,已在局部作业环节采用了人工智能技术,管理费用普遍下降。但大部分国内码头在生产作业环节中仍采用传统的人工操作、传统OCR识别和远程控制技术。

多重因素造成推广难

从目前我国集装箱码头生产作业的现状来看,随着码头集装箱量的增加,提高集装箱的运输效率成为码头管理的重中之重。在国外,自动化码头因为建设难度大、成本高、收益慢被称为“贵族码头”。在我国内地,自动化码头发展迟缓,业内专家分析主要有以下四个问题:

首先,普及推广难的重要因素是建设成本压力。还是以一个集装箱年吞吐量200万TEU的码头为例,现有的自动化码头的建设投入一般在10亿元人民币以上,尤其是地下需要埋设几万枚磁钉,且土建不能使用常规的钢筋,必须使用由玻璃纤维构成的“塑料钢筋”,导致基建成本较高。由于国内码头目前装卸费收入普遍不高,用户投资的回报周期太长,投资者对此十分谨慎。

其次,受自动化技术改造的局限,现已运营的码头难以“大动干戈”,因为不可能全面停工实施改建。

第三,风险大,自动化技术稳定性和可靠性仍有待完善。码头作业一旦实现自动化,无论是操作系统,还是自动化设备都不允许“试错”,一旦发生故障,很有可能导致整个码头生产瘫痪,这对于一个每日集装箱吞吐量超过万箱的码头而言是不可想象的。

最后,要形成研发、推广和合作产业链尚有一定距离。自动化码头的推进,涉及方方面面,除需打通供应、集成和应用商的产业链条外,还要构建自动化研发和应用平台,以推动核心项目的突破与应用。

人工智能加速传统码头升级

针对国内沿海港口码头迫切希望发展智慧港口,又苦于资金来源不足的现状,业内专家建议,可采用人工智能技术对大量无法承受自动化码头高昂投入的已运营中小码头进行改造升级,提供从闸口到岸桥再到堆场的全局化人工智能港口解决方案,努力做到低成本又智能,尤其是降本增效,并在未来超越现有的自动化码头的生产效率。

国内的一些码头,已开始在生产环节创新性采用新型人工智能技术,应用已涵盖浙江、广西、广东、山东等多地港口及海关。比如,国家级保税区钦州保税区建设了全球首个人工智能海关监管闸口。

岸桥智慧理货方面,招商局旗下大榭招商码头通过采用人工智能技术,大幅度提升了集装箱箱号、装卸等多状态的识别效率,使集装箱在岸桥装卸过程中无需停顿,毫秒间即可完成识别。该码头负责人介绍,人工智能系统上岗后,理货员已从48名减少到24名,今后还会进一步减少。生产效率也有明显提高,在年设计能力240万标箱的基础上,该码头已经实现300万标箱的吞吐量。

从岸桥到闸口再到集装箱堆场,人工智能正在全方位加速传统码头的智慧进程。

在岸桥、场桥等各类集装箱专用吊装设备的“无人化”改造中,一些自动化码头虽在集装箱装卸生产环节采用智能远程控制技术,但从船只上吊取货时,远控司机仍需要在中控室“手动”操作。有公司研发出人工智能无人集装箱锁孔对位系统,仅在吊具上安装了4个摄像头,借助自主研发的类脑人工智能系统,可毫秒级高准确识别出集装箱锁孔的位置。无论是在技术上还是成本控制,都远远优于现有的吊装机械设备远控系统。更重要的是,该系统实现了自主锁孔对位和吊装机械的智能化控制改造,省去了远控操作室的人员操控岸桥、场桥等吊装机械设备步骤。

在码头集装箱水平运输上,去年广东珠海港集团与上海西井科技合作发布了全球首辆港口作业无人集装箱卡车。

同时,振华重工与上海西井科技联合研发出了全球首辆自主驾驶无人跨运车,无需事先埋设磁钉,依靠人工智能技术,实现自主探测集装箱,并对目标集装箱进行厘米级精度的自主抓箱、跨箱和放箱,根据码头实际路况,自主规划出集装箱水平运输的最优驾驶线路。通常,一台岸边集装箱起重机需要配置5台集装箱卡车或者AGV,而使用无人跨运车,只需要配置3台。设备的单机效率高,提高了经济效益。

有专业人士测算,如采用无人驾驶技术参与港区集装箱水平运输作业,码头至少可节约一半人力,仅用工成本每年就能节约至少3000万元,并且机器只要维护得当,可以24小时作业,缓解码头司机“用工荒”。

智能化改造还需顶层设计

推行人工智能港口建设,传统港口企业的相关人员对人工智能的认知亟待加强,例如在项目招标时,要改变惯性“低价竞标”思维,转为根据项目实际效果和实际功能进行全面比对。

又如,在项目审批时,要整合港口管理权限,改变港口存在的多头管理现象。国内某港口几年前就有意引入人工智能技术,但前期经多个主管部门层层论证审批,历经几年仍没有实质性进展。

港口在新建码头时会提前进行统筹规划,而改建已运营的码头则面临截然不同的情况。目前来说,在各港口进行较多的智能化改造项目,如港口闸口的智能化改造、岸桥理货系统智能化,目前都是基层码头推动、科技公司牵头,再走集团审批流程,缺乏集团全局性的顶层设计,容易造成重复建设,浪费资源和资金。

不过,已有一些港口集团意识到这个问题,正在积极探索从集团层面推进智能化改造。例如,厦门港集装箱码头集团近期与西井科技合作,尝试将原有岸边理货系统扩充至更多功能的岸边人工智能识别新系统,所含人工智能功能涉及码头方和理货公司需要的功能整合,由集团出面统筹规划协调,码头和理货公司将分别获取所需的生产信息数据。

业内人士建议,鼓励中国港口、港机生产商与中国科创企业联合申报应用创新,甚至是联合申报国家和省部级科技奖项等形式,申请专利,设立人工智能港口应用中国标准,鼓励中国企业研发核心技术,实现创新突破。

在资金投入上,可将智慧港口建设纳入交通运输部节能减排项目范围,与建设“绿色港口”相结合。根据项目取得的实际成效,在项目评审、机构评估、成果转化收益等税收优惠政策上,给予相应的奖励和资金补贴,为企业的“自主创新滚动研发”增添动力。

鼓励科创企业参与

在人工智能技术部分落地的港口中,存在着因为港口的业务分工和管理体制问题,导致码头不能完全应用智能系统的问题。

比如,科创企业在岸桥的视觉人工智能系统功能已经涵盖了理货公司生产数据需求和码头前沿无人值守需求,但在现有管理体制下,由于投资方的不同,在运行中往往只能发挥部分作用。甚至出现为了满足不同需求,重复建设多套系统,造成资源浪费。

因此,业内人士建议,政府主管部门制定我国智慧港口建设的总体发展规划,并提出分阶段、分步骤、分地区的可操作细则,使科创企业参与港口人工智能技术的发展有据可依。

政府可适时将港口的创新支持政策调整为“前补贴”,把政府资源精准高效配置到最需要的地方,降低港口企业的科技创新成本,提高他们引入自主原创的人工智能高新技术的积极性。同时,国家扶持重点科创企业掌握人工智能核心技术,保护重点科创企业的知识产权,维护国家利益。

政府层面还可促进国内若干大型港口成立联盟,打造区域自动化码头创新平台,每个港口投入一定比例资金,共同寻找集成商和供应商。联盟可在长三角、珠三角、环渤海湾等港口群先行试点项目,一旦项目和产品取得突破,再在其他港口逐步推广。

另外,我国港口的当务之急是鼓励中国本土科创企业带头制定人工智能港口行业的技术标准,逐步形成在港区推广和应用的无人驾驶车辆标准体系、安全标准、评估规范、测试标准和数据安全监管。

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