智慧港口数字孪生解决方案（60页 PPT）

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智慧港口数字孪生 解决方案 2 行业洞察 01 全球供应链总视图 3 口岸货站 口岸货站 目的机场 始发机场 发货方 1 收货方 1 仓库 收货方 2 发货方 2 仓库 启运港 到货港 集装箱货站 集装箱货站 ◼ 货代 ◼ 多式联运 ◼ 订单管理 ◼ 计划路由 ◼ 仓储 ◼ 仓储 ◼ 终端运输 ◼ 计费 ◼ 结算 ◼ 集货 ◼ 运能计划 ◼ 进出口作业 ◼ 单证处理 ◼ 拆箱分拨 ◼ 转运 ◼ 进出口作业 ◼ 干线运输 o 海运；航空； 公路专线； 铁路 ◼ 机场 / 港口 / 站点作业 物流、资金流、信息流、商流的统一 当前我国以海运港口为主，一带一路提 出新战略、带来新机遇 在机遇与挑战面前，我国诸多大型港口将加快步伐推进智慧 港口的建设，以满足港口信息监控、物流对接、 港务管理、 安防应急等能力的要求和挑战，“智慧港口”将 成为我国港 口的发展目标 共享经济，实现生产要素的社会化，提高存量 资产的使用效率 产业链上下游企业协同，减少交易成本 经 营理念，从“所有权”向“使用权”，向 “ 共享共赢”转变 信息精准匹配，供需信息实现实时、精准的高效匹 配。 港口的货运量增加，将对港口的服务能力提出新要求 港口将从传统业务向贸易加工保税综合物流服务转型 港口的信息系统建设、智能化建设等将提出更高要求 环渤海港口群 • 辽东半岛、山东半岛、京津翼为主 的 环渤海经济带 • 包括 15 个沿海港口和多个内河港 长三角港口群 • 苏浙沪毗邻地区 17 市组成的都 市 群 • 包括 6 个沿海港口和多个内河 港口 珠三角港口群 • 以广东省内为主的 10 个城市 组 成 • 大珠三角包括广东、香港和 澳 门 • 广东省内包括 7 个沿海港口和 分 部广阔的内河港 东南沿海港口群 • 以福建省为主体，连接南北长 三 角和珠三角 • 包括福州、厦门和泉州港 西南沿海港口群 • 广西北部湾经济区，由 南 宁、北海、钦州、防城 港 四市、玉林、崇左组成 • 包括北海、钦州、防城 等 沿海港口 当前我国沿海 5 大港口群分布和吞吐量占比 一带一路战略加速港口供应链上下游整合 智能化管 理 （船公司 / 码 头 资 源） 自主装卸作业 （ 物 流 企 业 ） 智慧港口 智慧交 通 （港区联动 / 交通监 控 / 调 度） 智能商务交 往 （货主 / 船 代 / 公路铁路运输 / 物流园区 / 机 融 机构） 智慧港口一体化运行经营管理战略 公路 铁路 智能监 管 （海关 / 质检 / 税收 / 海事 局 / 边防 ) 物流园 区 检验检 疫 船公 司 代 理 税 收 海 关 货主 全球贸易总量 航运是承载全球 90% 贸易量 ◼ 航运是国际物流中最主要的运输方式，占运输总量的 90% ，占 国际贸 易 额的 70% ；港口是航运贸易的重要集散地； ◼ 中国港口规模全球第一， 2019 年全国集装箱吞吐量 2.6 亿 TEU ， 同比增长 4.4% ； ◼ 中国海运量世界第一：全球占比 26% ；全球吞吐量前 20 大港口， 中国占 16 个；全球六大河港，中国占 5 个。 1981-2020 全国港口集装箱吞吐量 中国港口规模全球第一，港口主体是劳动密集型 ◼ 规模：中国港口数量 200+ ，集装箱港口约 1/6 ；货运港口总数 145 个（海 港 55 ， 河港 90 ）； ◼ 全国港口泊位 24000 个（沿海港口泊位 5700 个，河港泊位 18300 个）； 万吨级及 以上泊位 2444 个（沿海港口 2000 ，河港 444 个）， 20% 的 沿海 吞吐量； ◼ 港口主体是劳动密集型，需要大量人力的传统作业方式的港口。 港口完成全国 2/3 的 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 我国传统港口占比很高， 人力成本高企， 智慧港口改造是持续的需求 • 传统码头岸桥、场桥以及物流运输车都有司机，而全自动化码头 能 实现自动化远程操控，减少人力成本七成以上，且提升效率和 安全 • 行业概述：全球港口 4300+ ， 34 个自动化码头 / 中国 4 个（上 海洋 山 / 厦门远海 / 青岛 / 广州港） 以国内某港为例： 550 台轮胎吊和 2000 台内集卡，全部实现远控后可 节 省司机数 7,149 ，年节省 14.3 亿人力成 本 以年吞吐量 500 万集装箱国内某港区为例，人力成本节省 1.75 亿 元 人力是港口最大成本，有降成本迫切需求 智慧港口带来效率、安全双提升 34 4300 全球传统码头占 99.2% 自动化码头 传统码头 33% 33% 15% 15% 港口成本分析：人力 33% 设备折旧 人工 劳务费 燃料、材料、修理 类别 人力成本节省 轮胎吊 93 台 4,180 万（一人一吊 -> 一人 4 吊） 内集卡 225 辆 13,300 （一人一车 -> 无人集卡） 安全风险 改善环境，降低安全风险 类别 现有 台数 改造前 司机数 改造后 司机人数 节省 司机数 年节省人力 成本（万￥） 轮胎吊 550 1,650 413 1,238 24,751 内集卡 2,000 6,000 89 5,911 118,223 小结 7,650 501 7,149 142,974 关注核心：能力分析与绩效管理 决策层 全 面 的 视 角 实时分析 / 趋势分析 / 预测推演 决策层关键指标，及时调 整运行、经营战略。 关注核心：运营管理有效性 管理层 统 一 的 视 角 实时告警 / 级联分析 日常业务操作需求，直接 获得综合信息及分析内容 以提高操作效率。 各层级对智慧港口建设的要求 管理层需要获取和解读 数 据，快速调整运行、 经 营、管理战术。 实时监控 / 数据交互发布 / 报表上 报 执行层 具体的视角 关注核心：流程有效性 全国 数字孪生智慧港口发展现状总结和建议 7 港机远控业务与数字孪生结合度高，最契合港口生产作业需要，海港场景下已充分验证可商用，建议河港、化工码头可规模 复制 场景说明 集装箱码头 散货码头 场景特点 数字孪生 toB 应用场景及当前进展 1 、龙门吊远控：多个港口已投入常态化生产，如厦门港、宁波港、天津港等… 2 、 AGV/IGV 无人集卡： AGV 可复制， IGV 配合验证，如唐山港、天津港、厦门港 等… 3 、智能理货：场景复制阶段，已通过商用稳定性测试，目前已开始在多家港口商用 复 制，如厦门港、深圳招商港、福州港、广西防城港等； 4 、无线视频监控：场景复制阶段，属于成熟解决方案，根据港口需求、按需部署。 ✓ 标准化程度高，以集装箱运 输为 主 ，码头间差异小 ✓ 自动化水平高，港机辅助作 业功 能完善，目前全国仅有 的三个自动 化码头均为集装 箱码头 ✓ 标准化程度不高，散货码、头装 卸 货物多样，铁矿石、 煤炭、钢 材、 水泥… ✓ 自动化水平不高，全部依 赖人工 本 地操作，港机服 役时间较长 （ 15 年 左右） 1 、装船机 / 斗轮机远控：商用规模小，已有码头处于改造阶段，如安徽海螺水泥、广西 华 润水泥装船码头； 2 、无线视频监控：场景复制阶段，属于成熟解决方案，根据港口 需求、按需部署； 3 、车辆定位：外部及内部运输车辆数字孪生设备定位。 石化码头 1 、设备远程监控：数字孪生设备不具备相关化工品园区应用资质，多数化工码头仍未使 用数字孪生远 程控制； 2 、无线视频监控：成熟解决方案，根据港口需求、按需部署； 但设备成本高是阻碍大 范围使用的障碍； 3 、危化品环境监测：通过物联网方式监控罐 区、气体、消防等高危作业区； 4 、无人自动巡检：机器人在线远程自动巡检。 ✓ 安全要求高，化工码头由于操作 的 特殊性，对安全要求高 ✓ 监管力度不高，全部依赖人工操作， 操作规范依赖人员监管，自动化监 控力度不足 数字孪生助力港口行业智能、高效、 协同 市场空间：中国港口吞吐量全球第一 , 我国规模以上港口数量超过 300 多个。近年一带一路和新基建带动智慧港口发展新机遇，港口行业信 息 化投资大幅增加到 90 亿元以上 设备远控 智能理货 • 低时延： • 支撑远程控制 • 智能理货： 提高 一线作业标准 • 大带宽： 并发多 路高清视频 无人车运输 港区安防 数字孪生港口应 用场景 数字孪生智慧港口解 决方案 港口行业痛点 生产：流程性强、作业效率低、自动化水平低 网络：多制式接入、网络条件差、带宽不足 协同：上下游企业信息壁垒、内部企业数据链不通 数字孪生商 业价值 1 、数字孪生港 口专网 3 、智慧港口平 台 2 、云、边、端协同应用部 署 港口用户内网 IaaS MEC 硬件 UPF MEP 数 字 孪 生 应用 Agent IEF 数字孪 生基站 数字孪 生终端 交换机 核心网 数字孪生 核心网 管理面 管理平台 数字孪 生应用 能力组件 PaaS 云平台 交换机 / 防火 墙 公众用户 专网用户 提质： 降本： 增效： • 自动化设备代替人工作业，充分利用港口资源，实现“一人多线程”提升效率； • 满足移动化业务需求，减少线缆布放； • 标准化作业流程，智慧化参与释放人力，避免人员操作失误； • 数据实时显示、统一管控、集中展示，实现数据驱动业务； • 现场无人作业，提升港口安全、降低安全隐患 • 大连接： 视 频边缘计算 数字孪生智慧港口整体架构 数据 接入 云 资源 港口 PaaS 港口 应用 无人机巡检 智能理货 远程控制 数字孪生智 慧应用 数据治理 实时分析 历史趋势 数据建模 船舶管理 货运管理 综合管理平台 财务管理 港区业务管理 商务管理 地磅管理 数据大屏 港区配套服务 智慧路灯 智能安防 业务指 南 设备管控 港口智慧中台 堆场作业 理货分 析 合同管理 可视化 流 程 自动控制 智能联动 设备巡检 生 产 设备管理 物流信息 船舶作业 调度管理 管 理 商务管理 综合管理 财务管理 费收管理 安 全 安全方案 应急救援 AI 分 析 数据采集 状态跟踪 流程指导 过程监督 远程指挥 AR … 云网 服务 私有云 公有云 混合云 计算 存储 网络 计算 存储 网络 计算 存储 网络 港口资源 通讯协议 HSMS Mod-Bus MQTT … 通讯协议 HSMS NB-IOT … UWB 数 字 孪 生 岸桥 RTG 装卸船机 集装箱 矿石 煤炭 粮食 流动机械 作业 安全 主机 安全 数据 交互安全 安全 态势感知 调试 设备管控 港口 安全 智慧港口对 数字孪生需求较多， 首批优 先选择 5 大应用场景 自动化 AGV/IGV 2 1 吊机 / 装船 机 / 斗轮机远控 全场景智能 理货 3 安全生产 视频监控 4 数字孪生港口应用从成熟度和需求价值分为三个批次 首推 5 个较成熟场景应 用 智慧能源 5 应用场景 1 - 1 ： 港机（ 轮胎吊） 远控 场景 方案和价值 三个时延需求：平均时延，抖动时延，最大时延 稳定较低时延：平均网络时延 < 工控机心跳 16ms ( 工 控 机每隔 16ms 一次心跳检测 ) ，抖动时延要小（量 化指标 暂无），最大时延建议分阶段实现： • 可用标准：时延 <272ms （ 16*17 ， 17 次心跳），通信 中 断 <1 次 / 天。标准理由：保障不出安全事故 • 好用标准（比定制 WiFi 好）：时延 <100ms （ 16*6 ）， 通 信中断 <1 次 / 月 。标准理由：人感知操作时延 270ms ，保 障远控司机的 PLC 无时延感。 • 爱用标准（对齐光纤标准）：时延 <48ms （ 16*3 ）， 通信 中断 <1 次 / 年。标准理由：人感知操作时延 270ms ，视 频 监控的编解码等应用时间需 150-200ms ，所以网络时 延要 控制在 50ms 内，保障司机的 PLC 和视频监控都没 有时延感 • 18 路摄像头：每路分辨率 480-1080P 不等，根据 不 同需求而定 • 某一时刻会选 8-12 路视频同时回传到中控室， 20-30Mbps 总带宽需求 远控架构及上行带宽需求 30Mbps 轮胎吊上摄像头分布图 应用场景 1 - 2 ： 内河散货港机（ 斗轮 机、 装船机）远控场景 • 作业机器频繁移动导致光纤极易磨损断裂，取料机在固 定 • 轨道移动，能够通过旋转调整悬臂方向； • 自建 wifi 不稳定，时延较大，视频卡顿； • DTU 设备不能实现自维护和故障的快速定位分析； • 希望通过高清视频回传，实现实时监控并远程控制取料 机 作业（远程控制系统为港口自行改装） 装船机码头装船机负责将港口内堆场散货经由卡车送到装船机 皮带后再通过装船机移动控制来将货物装载到船舱的合理仓位 和位置。避免因为装载问题导致船舶倾覆等重大事故。 港口 希望通过借助数字孪生 +AI 实现： • 实现远程操控，操作流程简化。 • 通过 AI 分析提供装载建议，实现效率提升。 斗轮机需要数字孪生解决光纤磨损、 WiFi 不稳定问题 装船机借助数字孪生 +AI 实现安全生产，生产效率提 升 应用场景 2 ： AGV 调度类和 IGV 辅助 驾 驶两个场景 AGV 调度：对网络是刚需，但带宽时延要求不高 ◼ AGV 典型运行流程 ① AGV 车辆等待集装箱装载 ② AGV 车辆按照调度路线行驶 ③ AGV 车辆将集装箱运入支架 区（供场桥吊吊入堆场区） ◼ AGV 调度对网络要求不高， eLTE 可满足使用要求，规模 部 署依赖数字孪生终端 / 模组的价格下降 • 带宽： <100kbps 。 • 时延： ping 包时延不超过 50ms （多用户正常情况），最大时延 不允 许超过 200ms ，否则会出现掉线停车 IGV 辅助驾驶：对网络带宽时延要求高 ◼ IGV 利用高精度地图和定 位 自主运行 ◼ 控制中心监控 IGV 的位置、 姿态、 电量、 载重等， 下 发车辆规划信息 ◼ IGV 发生故障或需前往非 固 定 作 业 区 域 时 ， 即可 切 换 远程 接 管 ， 保 障 其 运输、 驾驶安全； 1 人管 理多车 ◼ 网络要求： 3~5 路监控视 频 上 行 带 宽 需 要 5~20M ，时 延 <50ms 应用场景 3 ： 数字孪生智能理货方案 和价值 业务场景 • 港口桥吊船到货，系统智能理货 场 景，提高港口作业效率 数字孪 生网络 • 单桥吊上行带宽： 6-8 路智能理 货 的实时视频， 20Mbps 数字孪 生 NR 港区 MEC （ UPF+MEP ） 数字孪 生 CPE 桥吊机器视觉 摄像机 理货大楼 港区平台 服务器 3 个价值： • 环境改善：由恶劣码头现场到舒适办公室远程 • 效率提升：工作效率由“一人一路岸桥”提升 为“一人多路岸桥”，预估大部分港口节省人 力 成本大概 1700 万 / 年 • 识别率提升：高清图像结合基于 AI 的机器视 觉， 能对破损箱号实现 95% 以上的识别率 运资格） 红外摄像头 传感器 导航 / 定 位 控制中心 应用场景 4 ： 数字孪生 + AI 实现港口 安 全生产“ 4 化”建设 未戴安全帽 动作不规范预警 作业区打电话 抽烟预警 流程不规范预警 不穿安全服预警 专业人员身份识别 疲劳分神作业预警 ...... . 无人作业区人工闯入 高清摄像头 数字孪 生基站 MEC 巡检无人化 监控全天化 视频高清化 分析智能化 音视频、传感参数 方案说明 ✓ 操作人员资格不符 预警（危爆物品作业资 格、押 应用场景 5 ： 智慧港口能源管理  为企业开启立体化、数字化的管理手段，对生产车间、综 合能源、重点用能设备、各型管网、危化品储存、安全环保 等进行一窗式的管理。实现工厂关键节点、核心要素、重大 危险源点等的一站式实时监控与预警。通过 3D 数字港口， 实现企业各型数据的实时展示，强化企业管理手段；实现企 业管理空间与时间的深度融合；实现管理对数据的实时反馈 及数据对管理的实时驱动。  通过项目三维数字化港口，为企业管理提供线上港口巡检、 设备巡检、用能信息查询、运行信息查询、危险源点管控等 管理手段，实现多车间、多设备、多要素一站式监测、预警、 管理平台。 港口作为交通运输的枢纽 , 在促进国际贸易和地区发展中起着举足轻重的 作用，全球贸易中约 90% 的贸易由海运业承载，作业效率对于港口至关重要。 在“工业 4.0” 、“互联网 +” 大发展的时代背景下，港口也在进行数字化、 全自 动的转型升级。 “ 智慧港口”对通信连接有低时延、大带宽、高可靠性的严苛要求，自 动化码头的大型特种作业设备的通讯系统要满足控制信息、多路视频信息 等 高效、可靠传输。利用数字孪生推动港口信息化、数字化、智能化升级， 打造 “绿色、环保、高效”的智慧港口，为港口解决好自动化设备的通讯问题 提 供了全新方案 , 为“智慧港口”建设注入新动力。 数字孪生赋能港口推动港区智慧化进 程 高速率 10X (10Gbps) 低时延 1/10 (1ms) 大连接 10X (1M / km2) 港区 数字孪生基站铺设港口服务方 案 城域 ER 省级 ER 数字孪 生 C CE CN2 网 比邻模式： UPF （用户端口管理）下沉到港区的边缘机房，港区内数据交互无需经过运营商大网，直接传输到客户的内网服务器 / 数据中心，保 障 数据不出港区，实现业务安全隔离；港区端到端交互时延减少，并提供一定的 QoS 保障。同时，对于大带宽、时延敏感的计算工作，可依托 边缘 MEC 执行，提升总体效率 数字孪生定制专网“比邻”架构总览 运营商网络 省级 ER 数字孪 生 C CE 汇聚层 数字 孪生 C 城域 ER 163 网 UPF MEC 基站 基站 IPRAN/ 裸纤 园区 数据中心 接入层 核心层 数字孪生 接 入设备 数字孪 生 CPE 工业 交换机 港口设备 园区内光纤 客户机房 客户业务承载 ( 有线 ) 客户业务承载 ( 无线 ) 公网业务承载 说明 数字孪 生工业 网关 1 数字孪 生基站 电信运 营机房 港口港外网 2 3 4 5 6 1 2 可提供数字孪生双发 选收提 高可靠性并降 低切换 时延 * 当前华为