1、IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书港口作为一个国家或地区位于海岸的门户，对经济起着举足轻重的作用。我国有着长达1.84万公里的海岸线，约148处沿海口岸。2018年，我国港口货物吞吐量完成143.51亿吨，居世界第一。2018年港口货物吞吐量世界排名前十的港口中，中国占了7席。2019年中国规模以上港口货物吞吐量保持高速增长。在中国内需提振及内河港口货物吞吐量增长强劲的带动下，中国规模以上港口共完成货物吞吐量139.5亿吨，同比增长8.8%。因此建设高效，经济，敏捷，安全，环保的智慧港口对我国的重要性不言而喻。随着信息化技术的发展，在大数据、5G技术、区块链技术、云计算技

2、术等最先进的ICT技术的带动下，港口也正在朝着数字化、网联化和自动化的方向发展。港口建设愈发重视科技创新，加快信息化建设步伐，建设智慧港口成为该行业发展的新引擎，期望能通过智能化技术优化运营来加强我国在国际航运中心的地位。当前中国正处于转型构建现代化经济体系、追求产业迈向全球价值链中高端的发展阶段，打造世界一流港口是中国建设一流产业体系的需要，也是中国港口发展的主要趋势。经过近年来的发展，中国已经形成了一批吞吐量规模居世界前列的港口及具有国际竞争力的港口企业，已经具备了打造世界一流港口的基础。但从服务功能、服务效率等方面来看，大部分中国港口距世界一流港口仍有一定差距。 2019年11月6日，中

3、国交通运输部联合多部委印发了关于建设世界一流港口的指导意见。该意见以高质量发展为导向，从安全便捷、智慧绿色、经济高效、支撑有力、世界先进等5个方面设立了16项港口发展指标。同时，意见还对聚焦港口发展的关键领域和薄弱环节，从港口综合服务能力、绿色港口建设、智慧港口建设、融合开放发展、平安港口建设、港口治理体系六个方面明确了中国港口的发展方向和任务，助推世界一流港口建设。 本白皮书将充分利用5G 技术的低时延、高可靠、大容量等特性，结合5G专网方案，以及已经实施的一些港口示范案例，为智慧港口场景中典型应用：船岸协同，码头设备控制，港口基础设施维护巡检，运输智能化、仓储物流，港区办公和管理等提供多样

4、化的高质量、经济、安全、可靠的5G端到端网络通讯解决方案建议。前 言1IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书 IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立，组织架构基于原IMT-Advanced推进组，成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构。推进组是聚合中国产学研用力量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。目录概述场景需求分析及业务架构面向港口的5G专网解决方案应用案例与示范总结与展望主要贡献单位P2P4P23P30P34P35IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网

5、应用白皮书2概述1.1 智慧港口定义现代港口的功能随着时代的变迁也在不断变化和丰富，早期的第一代港口主要起着运输枢纽的作用，第二代港口则定位于装卸和服务，第三代港口定位于贸易与物流中心，第四代港口则向着枢纽转运整合型物流中心的方向发展。随着人们认识的不断进步，以及在“互联网+”和“工业互联网”大发展的时代潮流共同推动下，港口向着信息化、数字化、自动化、智能化方向转型也成了必然趋势。近年来提出“智慧港口”的概念，就是以现代化基础设施设备为基础，以移动通信，互联网，云计算、大数据、物联网、智能控制等新一代ICT信息技术与港口运输业务深度融合为核心，实现港口资源最优化配置，满足多层次、高效、经济、敏

6、捷、安全、环保的高品质港口装卸、运输和物流服务要求，形成具有生产智能、管理智慧、服务柔性、保障有力等鲜明特征的现代港口装卸、运输、物流、服务新业态。1.2 智慧港口发展趋势一方面，随着信息技术的不断发展及智慧化进程加速，科技创新与应用也逐渐进入了港口建设，融入信息化潮流中，大力发展自动化、网联化、智能化的智慧港口成为了航港运输行业的必然发展趋势。未来港口智能化进程中面临的诸如港务人员智能监控、集卡/集装箱监控与识别、AGV引导与控制等场景均会使用到AI、机器视觉等相关功能，因此需要较高的上行速率和容量、极低时延、数据隔离等网络条件。而5G技术具有大带宽、低时延、高可靠等特性，适配港口智能化的需

7、求。通过5G-V2X车联网技术，无人集卡在港口的应用痛点得以解决；通过5G技术连接可以实现岸桥自动化/半自动化作业，实现远程抓取和运输集装箱等等。5G技术的应用能够降低港口智慧化建设和运营维护的成本，同时提高港口通信网络的稳定性，帮助港口设备和生产系统同步协调，提升港口作业效率和智能化水平。另一方面，港口的发展和船舶运输是密不可分，近50年来，船舶的智能化，大型化和企业联盟化的趋势越来越明显，对港口的发展建设也带来了巨大挑战。第一，靠离泊和装卸能力挑战。现代大型港口除了对自然水深条件的严格要求外，由于超大集装箱船的出现，对于集疏运能力也提出了严峻挑战。港口不仅需要提升集疏运体系通过能力、堆场堆

8、存3IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书能力，还需要协调港口各作业系统，实现高效配合。因此，在港口数字化的基础上，自动/远程驾驶，自动装卸运输、基础设施智能巡检和保障，AI无人化园区管理等新技术将成为未来帮助港口应对这一挑战的有力工具。第二，口岸服务和信息化水平挑战。船舶大型化和企业联盟化意味着货物的水水中转频率增加，国际中转运输需求也将不断增大。因此，港口需要不断提升口岸通关效率，提供更好的中转运输服务。这就要求港口智能化建设、信息化水平不断向前，保障装卸速度的同时，还需要更快的疏港能力。这包括港口信息数字化采集，港口信息系统建设，港口互联网应用开发，港口应用系统数据融合

9、和挖掘，港口智能交通监管和智能政/服务等。第三，港口及船舶的靠泊安全挑战。与原来中小吨位船舶相比，大型船舶可控性难度更大，这直接影响并加大了船舶进出港口和靠离泊位操作的危险性，也是船舶碰撞码头事故发生频率增加的主要原因。现代智能船舶通过整合最先进的智能传感、通信，自动控制和信息处理技术，可以实现船岸信息感知和整合，并通过AI技术进行智能决策和自主控制，辅助或替代部分或全部人类驾驶操作，进而提高船舶进出港口的安全性，降低事故率。它包括： 增强驾驶船舶； 辅助驾驶船舶： 船端人船协同 岸端人船协同 自主航行船舶和无人驾驶船舶。为应对以上这些挑战，未来的智慧港口应至少包括但不限于以下功能：船岸协同，

10、码头自主装卸，码头设施和设备的智能维护，港区的智能运输，港区智能管理，港口的智能政务（如海关，检疫和税收等），港口的智能商务（如贸易，物流，堆场，金融保险服务等）。作为智慧港口的基础支撑之一，网络通信业务存在着以下几个特点： 业务种类复杂。 涵盖了从传统的互联网信息服务到自动驾驶/靠泊，远程操作，车路协同等特殊行业应用。 参与主体复杂。 虽然港口环境较为固定，但参与的主体包括了各种人（作业，驾驶，管理），车（AGV，自动港口集卡，传统物流卡车），船，岸桥，集装箱，堆场，闸口，港口内部封闭路，办公管理中心，路边/岸边基础设施（如感知系统，环境监控），自动巡检设备（摄像头，无人机）等多个参与通信的

11、主体。IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书4场景需求分析及业务架构港口的主要业务场景表现为从船靠泊管理、货物运输管理到车辆调度管理、港区管理等，其整个作业流程环节涉及到非常复杂多样的的应用场景。本部分基于港口的作业流程，按照不同作业阶段不同功能的原则，结合涉及的技术领域，将智慧港口的主要场景划分：船岸协同、港机远控，集卡自动驾驶，智能理货、港区办公和环境管理这几大类，作业流程可见图1示意图。 不同业务对通信需求的差异较大。 不同的港口业务，其对网络的覆盖需求，时延需求，带宽需求和可靠性需求等都存在较大的动态范围。 组网要求复杂。 港口的组网包括固定和移动网络的协同，公网和专

12、网的协同，局域和广域网络的协同，以及传统多制式接入业务的兼容问题。计费和访问控制策略复杂。 港口的多业务性决定了需根据参与通信的主体不同制定不同的计费和访问权限控制策略组合。图1 智慧港口的作业流程示意图5IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书2.1 港机远控货物的装卸作业流程包括：岸侧桥吊装卸、集卡水平运输、堆场区场桥装卸、集疏运作业等多个环节。 其中，货物垂直运输作业的港机设备远程控制也是5G无线业务应用的一个主要场景。2.1.1 轮胎吊远控1. 场景概述轮胎吊部署在港口的堆场区域，对船舶已经卸载的集装箱做转场作业，具体可以分为卸货和装货两类动作。卸货将AGV、集卡等水平

13、运输工具装载的集装箱卸货到堆场指定贝位；装货将堆场特定贝位的集装箱装载到AGV、集卡等。当前阶段，港口轮胎吊设备大部分为港机本地人工操作，作业环境恶劣，工作强度大，司机易疲劳，长时间操作设备工作效率明显降低，安全隐患大。一些港口部署了基于光纤、波导管、WiFi等介质的远控方案，但存在土建工程大、投资成本高以及干扰不易控制等问题。通过5G低时延、高带宽、海量连接特性，可以实现轮胎式龙门吊作业高清视频实时回传、远程实时控制，将操作员由现场变换至中控室工作，提升港口运行效率。港口轮胎吊控制台工位实现对轮胎吊N对M灵活控制，轮胎吊安装多路高清摄像头，采集轮胎吊主要运行机构、吊具等关键设备PLC运行状态

14、参数，回传至中控台，由远端人员判定操作，并下发控制命令。5G远控方案一次性投资成本仅为光纤的1/10左右，且具有覆盖广，易维护等优势。图2 5G远控轮胎吊场景示意图IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书62. 作业流程与效果轮胎吊业务包含视频流和控制流。在上行方向，轮胎吊本地安装30个左右的高清摄像头，中控室主机基于作业场景实时拉取相应的画面，在同一时刻的最大拉流数为1113个摄像头画面。控制数据流方面，在上行方向，控制室的PLC设备接收来自轮胎吊上的PLC的传感器数据（港机运行姿态）。下行方向，中控室控制台接收操作员的控制动作，产生PLC控制指令，并下发到轮胎吊本地执行PL

15、C，实现实时轮胎吊控制。图3 5G远控轮胎吊E2E解决方案架构相比港口传统的波导管或者光纤方案，通过5G无线网络实现港机远控不需要进行土建改造投入，保障生产不间断运行切换，可稳定满足生产使用条件。2.1.2 岸桥远控1. 场景概述岸桥部署在港口岸边，是传播和港口陆地之间搬运货物的重要的垂直运输工具，也分为卸货和装货两类动作。装货将港口陆面的AGV、集卡等水平运输工具装载的集装箱卸货并转运到船舶；卸货将船舶上的集装箱装载到港口陆面的AGV、集卡等。7IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书与轮胎吊远控类似，也可以通过5G网络实现对岸桥的远程控制。图4 5G远控岸桥吊场景示意图2.

16、 作业流程与效果岸桥远控与轮胎吊远控作业过程类似，岸桥对于网络上行带宽和时延提出更高的需求。5G网络可以作为岸桥远程控制的备份通信链路，后续在岸桥自动化改造时可降低土建设施和电缆更换等成本投入，减少远控改造对码头生产的影响。3. 网络需求分析2.2 集卡自动驾驶集卡（集装箱卡车）是指用以运载可卸下的集装箱的专用运输特种车辆。由于港口集卡作业工作条件差、时间长，面临着人工成本高，易驾驶疲劳，用工困难等一系列问题。因此，无人自动驾驶IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书8技术是未来港口集卡车辆的一个必然发展趋势。当前在港口应用的自动驾驶集卡车辆处于SAE定义的L3-L4级的水平，

17、可实现有条件自动驾驶和限定场景下的高级自动驾驶功能。图5 港口集卡作业流程通过5G网络介入无人集卡，一方面，实现统一调度和管理；另一方面，依托5G通信、感知、决策、规划等关键技术，无人集卡能够自主完成贝位直达、贝位停止、正常行驶、避障行驶、通过路况等传统有人驾驶行为，从而实现集装箱从泊位到堆场的无人自主水平运输。2.2.1 集卡无人驾驶1. 场景概述港口无人驾驶集卡定义的工况一般为港区限定范围内的低速驾驶（不超过35公里时速），存在着限定数量的人员和非自动驾驶车辆的混行，主要用例为调度规划、高精准定位（厘米级精度）、自动避障、自动跟车、自动会车等常规作业动作，在紧急情况下还需要支持人工远程接管

18、驾驶任务。目前自动驾驶集卡使用的自动驾驶技术主要以单车智能为主，但是单车智能自动驾驶技术面临着感知可靠性，感知距离，感知死角，感知计算成本，特殊工况下脱困等难以逾越的挑战。随着高容量、低时延、高可靠的5G车联网和边缘计算MEC技术的出现，以车路协同为特征的自动驾驶技术将有望解决上述困境：2.作业流程与效果基于车联网技术港口无人集卡工作流程如下图所示：9IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书图6 基于车联网技术的自动驾驶流程首先，可以在路侧部署大量的感知设备和边缘计算设备对码头工作环境进行辅助感知，并在港口边缘计算节点进行环境建模，然后将感知到车辆/人员位置和动作意图信息通过5

19、G网络发送到集卡车辆做感知融合，实现超距感知和感知死角消除。同时降低自动驾驶集卡的车载感知系统成本。第二，可以进一步将自动驾驶集卡的车载决策计算功能迁移到MEC处，由MEC负责所有的定位、感知、路径规划和决策计算，并将决策结果发送到自动驾驶集卡，集卡仅仅完成驾驶动作的执行和紧急避障。这样可以大大降低对自动驾驶集卡算力的需求和成本。此外，为了降低RTK信号延迟引起的车辆定位误差，可以将RTK基站设立在港口区，并将定位服务器部署到港口区的MEC上，由MEC通过低时延高可靠的5G网络连接将RTK参考信号直接分发到自动驾驶集卡，降低传递时延，提高车辆定位精度。2.3.1.3 网络需求分析IMT-202

20、0(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书102.2.2 集卡远程接管1. 场景概述在无人集卡的自动驾驶过程中，如果车辆出现严重异常行为（车辆异常加速、爆胎、冲撞电子围栏等），中控室监管员需能在控制室的模拟驾驶舱内进行远程接管。模拟驾驶舱需能接收车内视角的现场视频，监管员通过设置方向盘、刹车、油门等必需的驾驶设备进行操作，所有驾驶舱内操作均能实时反映至车辆实际驾驶状况。3.作业流程与效果在遇到紧急状况无法进行自动驾驶操作时，自动驾驶集卡可利用车载高清摄像头将现场图像通过5G网络MEC本地处理和分流能力传递给港区控制中心，由工作人员或控制通过5G低时延高可靠的连接服务对车辆进行远程遥控驾驶（包括

21、前后，左右水平运动控制），帮助自动驾驶集卡脱困。图7 集卡远程接管11IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书2.3.2.3 网络需求分析2.3 船岸协同1.场景描述船舶智能航行“船岸协同”由岸端与船端系统构成，由岸端为船端提供需要的信息与手段。两个系统进行无缝耦合协同旨在实现优化船岸资源配置，增强船舶智能航行技术可靠性，提升船舶交通安全和效率。船岸协同是一个非常大的应用场景，包括了：辅助/自主航行、远程遥控驾驶、辅助/自动靠离泊、船舶智能调度、自主航行监控、机舱智能化监控、货物智能管理、船体智能监控、船舶智能能效监控等等多种业务，因此在整个船舶航行的业务流程处理和协调上非常复

22、杂，需要大量信息的支持，如：航行的基础信息和船舶认知、决策、执行的信息，其中基础信息包括航行水域类型、水文气象地形交通条件、船舶交通、海事交通管理、港口码头和障碍物信息等。这些基础信息不仅数量庞大，而且数据差异与空间分布差异也很大。随着5G技术等现代科学技术发展，船舶的实时监控、船岸之间的信息高速交互、船舶的新型智能化等都在逐渐成为现实。利用岸基雷达、激光雷达、摄像头、航道探测传感器等感知手段实时监控船舶自身和周围环境信息，结合外部的气象系统、水利系统提供的检测预测等信息，通过5G网络将各类型船舶接入港口专网，港口方主控室向船端控制平台发送操作指令，从而可以实现船舶驾驶人员或船舶的自动驾驶系统

23、安全靠离泊等，是船岸协同的一个重要发展方向。图8 船岸协同场景示意图IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书122. 作业流程与效果通过船岸协同实现船舶智能航行和靠离泊控制的实现过程可划分为船端感知、认知、决策、控制和执行等。包括： 基于5G网络，借助高精度定位等技术，岸端通过移动通信网络为船端提供船舶智能航行或靠离泊时的水文、气象、地形、交通条件等基础信息，实现船舶航行环境态势进行感知。 岸端为船端提供如障碍物、速度控制决策和转向时间与幅度信息等，即岸端为船端提供船舶智能航行认知、行为决策和控制决策信息。 当装有高精度定位和自动导航系统的船舶进出港口航道时，港口定位感应器可精

24、准感应进出港船舶，并及时传输船舶靠泊需求，港口与船舶进行高效的双向合法性验证，结合传感器融合人工智能技术探测物体和避免冲撞。 在智能船舶途经复杂危险航段，或遇极端天气，或船舶发出危险、救援预警等，岸端（港口）采取远程遥控、驾驶等对船舶进行控制。此时，岸端远程遥控、驾驶等控制系统要素行为或指令为第一优先，岸端系统控制时，船端只执行，岸端取消后则由船端自主继续航行执行。 当船舶需要辅助靠离泊时，拖船和船舶之间通过5G无线网络连接进行通信，直接交换拖船所需的信息服务。拖船从领航处接收拖船区域内所有船舶的海上交通信息，并共享有关拖船以及拖船与桥架人员或操纵拖船区域内其他船舶的驾驶员的信息。通过在港口码

25、头前沿构建5G网络、精确定位以及全方位的感知融合，为智能船舶的提供船岸信息高速交换、船舶靠离泊全方位感知，消除视觉盲区，最大程度地降低船舶航行时的碰撞风险。通过为远程控制船舶搭建高可靠、低延时的5G通信网络，实现智能船舶的远程遥控以及辅助靠离泊，从而保证港口泊位资源的高效分配，提高港口运行效率和资源利用率、降低运营成本、增强作业安全。3. 网络需求2.4 智能理货1. 场景概述利用OCR技术，在装卸船、堆放、理货、验残、提箱、出关环节，识别集装箱箱号、装卸提箱13IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书状态、铅封有无、箱体残损等；这些数据的发送、传输、统计，直接影响着整个物流大

26、数据的流转效率。港口和航运企业特别注重对集装箱数据的采集及追溯。每台岸桥上安装10个摄像头，利用WiFi回传，稳定性差，不能实时获取监控视频；视频监控有本地缓存，如无法实施获取数据，需工作人员需人工爬上高达40m的岸桥获取解决方案：5G高清视频回传+AI视觉分析技术，实现集装箱智能理货，通过在岸桥上安装高清球机，实时采集集装箱视频/图像信息并进行自动识别分析，实现对箱号、残损、舱位、拖车号等信息收集。图9 智能理货系统示意图2. 作业流程与效果智能理货应用作业流程如下：图10 5G智能理货作业流程IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书14(1)接收前端采集子系统发送的集装箱抓

27、拍图片、车辆抓拍图片、箱号识别结果、车牌识别结果；(2)5G终端回传集装箱各个面的完整图片到智能理货系统，系统通过AI算法识别图片中的集装箱、车辆等业务信息并将识别结果通过接口系统传达给TOS系统生成车辆调度指令；(3)一个理货员可同时监控和操作多个岸桥作业线，并可支持跨船舶作业;提供实时监控摄像机云台控制实时查看现场情况并进行异常介入。5G高清视频回传+AI视觉分析技术，实现集装箱智能理货，通过在岸桥上安装高清球机，实时采集集装箱视频/图像信息并进行自动识别分析，实现对箱号、残损、舱位、拖车号等信息收集。集装箱箱号多少，哪里有损坏，都能通过5G网络以高清视频方式进行实时采集、核对，既节约了人

28、力物力，也让码头理货更加实时高效。 3. 网络需求分析2.5 港区办公访问控制 1. 场景概述 现代港口的办公系统比较复杂，主要包括港口客户服务系统，港口生产管理系统，港口营运管理系统，港口电子商务系统，综合运输管理系统，港口资源管理系统，港口口岸管理系统等。港口客户服务系统提供港口基本信息资料，客户服务指南，港口业务流程介绍，业务手续申请办理等信息，实现与客户（固定端和移动端）的联系和交流，。港口生产管理系统主要是通过专网与港口内部各业务管理软件业务数据信息交换，进行生产调度，组织和指挥，通过AR或视频监控技术对作业过程进行可视化监控。港口营运管理系统实现了港口的运营管理决策，对管理流程中的

29、各各关键环节支持短信和IM消息通知功能。该系统还需与考勤系统，安防系统对接，通过电子标签，摄像头等设备为管理提供基础数据；同时可以通过AI人脸识别，轨迹跟踪智能分析，视频移动侦测等技术，配合广播、告警和AR终端等设备为安全管理提供保障。港口电子商务系统通过互联网方式实现客户与港口物流相关的商务活动及其他业务。该系统支持与其他电子商务平台、船舶信息系统、拖车信息系统、仓库及物流公司等相关系统对接，实现信息共享。15IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书综合运输管理系统通过与其他交通系统业务数据对接，解决水运与公路、铁路、航空等交通方式之间进行多式联运和水运中转的业务管理和决策，

30、减少中转申办手续和环节，实现物流数据共享。 港口资源管理系统通过港口内部信息网和港口、航道视频监控、船舶定位导航、GIS电子地图等技术，建立港口企业资源管理基础数据图文库，实现资源智能管理，通过电子地图，视频等方式呈现港口、航道和船舶行驶情况。港口口岸管理通过定位通信，RFID，AI人脸识别，视频移动侦测、轨迹跟踪等技术对进出港口车辆和人员进行管理，实现智能闸口功能。为海关提供统一的口岸物流信息，实现港口物流信息平台与海关通关EDI申报系统信息共享和“大通关”服务一体化，优化或减少港口与海关之间的业务流程手续，提高效率。图11 港口办公系统2. 作业流程与效果港口生产管理，资源管理和口岸管理系

31、统是5G智慧港口办公服务系统中的关键增强应用，5G+MEC专网可以为这些系统提供高带宽、低时延的回传通信服务与边缘云AI算力服务，保证港口敏感数据不出港区。 港口生产管理系统通过5G+MEC专网与港口内部各业务管理软件业务数据信息交换，进行生产调度，组织和指挥，并通过AR或视频监控技术络对作业过程进行可视化监控。IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书16 港口资源管理系统通过港口内部信息网和港口、航道视频监控、船舶定位导航、GIS电子地图等技术，建立港口企业资源管理基础数据图文库，实现资源智能管理，通过电子地图，视频等方式呈现港口、航道和船舶行驶情况。 港口口岸管理结合RFI

32、D系统，通过5G+MEC提供的定位通信，AI人脸识别，视频移动侦测、轨迹跟踪等功能对进出港口车辆和人员进行管理，实现智能闸口功能。为海关提供统一的口岸物流信息，实现港口物流信息平台与海关通关EDI申报系统信息共享和“大通关”服务一体化，优化或减少港口与海关之间的业务流程手续，提高效率。港口的客户服务系统，营运系统，电子商务系统和运输管理系统属于传统互联网应用，5G网络提供的服务与传统网络差异不大。3. 网络需求分析2.6 港区环境管理传统监控方式通常只是录制视频图像，实际的监控任务需要较多的人工完成，没有充分发挥监控的实时性和主动性。港区智能环境管理是利用MEC边缘计算、AI、人工智能及计算机

33、视觉技术对视频信号进行处理、分析和理解，在不需要人为干预的情况下，通过具有边缘计算能力的终端及5G网络，通过对序列图像在本地进行自动分析，对监控场景中的变化进行定位、识别和跟踪，并在此基础上分析和判断目标的行为，能在异常情况发生时及时发出警报或提供有用信息，有效地协助安全人员处理危机，并最大限度地降低误报和漏报现象。港区智能视频监控系统可实现人员、车辆、设备实时追踪，园区异常情况告警，实时监测数据分析等，极大提升港区管理监控类业务的数字化、智能化水平。2.6.1 AR智能巡检1. 场景概述港口中存在着大量复杂的大型设备（如岸桥设备等），对这些基础设施的巡检是港口作业中最为重要的工作之一，该业务

34、场景主要对应港口的生产部门。17IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书通常巡检人员需要根据任务具体要求，通过目测或者专用检测工具，对设备的技术状态进行全面检查。在巡检过程中可以利用AR技术结合5G+云AI技术快速识别出目标设备和设备状态，并上传到后台数据中心，然后调用数据中心接口将一些巡检信息实时显示在巡检员的AR终端显示设备上，缩短问题反馈时间，提高巡检效率和质量。图12 AR智能巡检2.作业流程与效果AR智能巡检应用可分为设备类型识别、设备状态识别、信息显示、信息录入几类场景，具体描述如下：1）设备类型识别：巡检人员利用佩戴的AR终端获取现场图像/视频信息，然后通过5G网

35、络传送到港口边缘MEC上。MEC负责设备类型AI设别，并反馈结果到巡检员AR终端上进行投影显示。该场景可避免经验不足的巡检员反复核查资料，节省时间。2）设备状态识别：利用巡检人员佩戴的AR终端捕捉设备图像信息，然后通过5G网络传送到MEC端。在MEC上采用AI技术识别设备的读数刻度、按钮的开关位置、接线的位置和参数设置值等，并自动与港口内部数据中心进行交互。该场景可避免作业人员因疏忽或经验不足而误判/误读设备状态所导致的问题。IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书183）增强信息显示：MEC与港口后台数据中心交互，获取相关设备数据信息，然后采用SLAM技术进行场景跟踪和定位，

36、并将提示信息发送到巡检员的AR终端上。AR终端负责投影提示信息到指定的设备位置。该场景可减少作业人员核对数据的时间，并帮助巡检员通过数据对比及时发现问题，提高巡检效率。4）信息录入：通过触摸、语音操作、手势识别等交互方式帮助巡检作业人员通过AR终端进行信息录入，并通过5G网络上传到数据中心。该场景可实现巡检结果信息实时同步，节省巡检作业人员问题反馈时间。2.6.1.3. 网络需求分析2.6.2 AR设备维护辅助1. 场景概述随着港口设施的复杂化和多样化，对相关设备的操作、诊断，维修和维护变得越来越困难。而借助AR增强现实技术则能够使设备维修变得直观方便，并且能够及时获得远程专家的指导。设备维护

37、场景主要涉及港口的设备部。图13 AR远程指导AR设备维护辅助可以利用5G+云AI技术识别设备类型，然后通过5G通信网络和远程专家系统把19IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书设备维修的每一步操作流程和附属工具信息显示投影到维修人员终端上（可参考图5 AR智能巡检场景）。当现场维修人员遇到无法解决的问题时，还可以利用AR终端将现场图像或视频通过5G网络实时传送到远端专家侧，远端的专家可以亲临现场般地观察设备故障现象，并将可能的故障点和检测指导意见标注出来，直接推送到现场人员的AR终端上进行提示指导。图 14 AR专家指导设备维护2.作业流程及效果AR设备维护辅助可以分为以下

38、几个作业流程：1）AR设备维护辅助：利用现场人员佩戴的AR终端捕捉被维修设备的图像/视频，并通过5G网络上传到MEC上进行AI设备类型识别。MEC与后台专家系统进行交互获取设备的解体、更换、再组装的操作顺序信息。MEC对这些维修辅助信息进行处理后，通过5G网络发送到现场人员AR终端上。现场人员AR终端负责将维护辅助信息投影到用户视界之中，指导现场人员解决问题。该步骤可以帮助和指导经验不足（或对被维护设备不熟悉）的现场维修人员进行维修操作，提高维修维护效率。2）如果现场人员仍无法解决维修问题，还可以利用AR终端将现场视频通过5G网络实时传送到远端专家侧，远端的专家对可能的故障点和检测指导意见进行

39、标记，并发送给MEC。MEC负责对标记进IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书20行合成处理，然后通过5G网络推送到现场人员的AR终端上叠加显示。专家还可以通过语音和文字信息同现场人员交互，指导现场工程人员逐步排查故障，直到最终解决问题。这样不仅大大节省了专家们的差旅和时间成本，也大大提高了故障解决速度。2.6.2.3. 网络需求分析2.6.4 AR安全辅助1. 场景概述鉴于港口作业环境的复杂性，目前还有大量环节需要依赖人工参与解决，因此与人相关的安全问题不可忽视，包括安全环境，安全区域，安全操作，安全防护等等，这部分数据业务和港口安全部相关。而AR技术的应用可以在终端上使用

40、声音、文字和图形提醒等方式辅助生产人员提高注意力，执行安全操作。该场景主要涉及港口的安全部。图15 AR安全辅助场景21IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书2. 作业流程及效果具体作业流程可分为：1）安全环境提示： AR终端通过5G网络将人员位置和环境信息传递给MEC，MEC负责监控识别当前环境状况，当人员进入不安全环境或区域（或者当生产环境因各种原因变得不安全）时，MEC主动将提醒信息、环境监测信息等实时推送到用户AR终端，敦促现场人员采取防护措施和行动（如穿戴防护服、安全帽、撤离到安全区等）。该场景可以大大降低港口安全事故的发生概率。2）安全区域提示：工作人员佩戴AR终

41、端（通过5G网络）实时上报位置和环境信息给MEC，MEC结合工作区域实景叠加安全区域（如安全行走区域、安全操作区域等）等虚拟指示信息，然后通过5G网络发送到工作人员的终端进行提示。当工作人员偏离安全区域时，MEC还会向工作人员的AR终端推送告警提示。该场景可以防止港口工作人员误入危险区。3）安全操作提示：利用AR终端对工人的位置、操作流程和动作进行捕捉，然后通过5G网络发送到MEC上进行识别，MEC根据实际情况向工人的AR终端推送指导和提示信息，并对不安全操作给予告告警和警示，必要时联动其他安全预防措施(如停止机器动作，或拒绝进行操作等)。该步骤可以有效防止工人误操作导致的安全事故。3. 场景

42、概述2.7 5G智慧港口网络需求2.7.1 上行增强港口港机远控、智能理货、无人集卡等业务的视频数据对上行大带宽要求较高，单用户要求约20-30Mbps，公网可满足，但单小区用户数量较多，各类业务终端数可能超过15台，小区上行容量可能超IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书22过公网能力，因此对上行的增强有需求。在港口的堆场上，忙时单堆场轮胎吊的台数可达20台，此时所需上行带宽需求为600Mbps（30Mbps*20）。对于港口无人驾驶集卡，单辆无人集卡：20Mbps ，忙时单堆场集卡数一般为40多辆，此时所需上行为800Mbps（20Mbps*40）。5G上行增强能力与频谱

43、带宽、频谱覆盖能力等强相关。中国移动已具有2.6G 160M和4.9G 100M的5G频谱资源；同时，与中国广电合作后，将共享使用700M 2*30M和4.9G 60M的频谱资源。频谱带宽总计380M，且同时具备高低频资源，高低频协同部署，可同时解决覆盖、容量两大难题。5G上行增强方案根据不同的应用场景，其上行增强方案有所不同。根据应用场景特点和建设方案的差异化，将其分为室外广域场景、室外局域场景、室内场景三类，港口属于室外局域场景。在室外局域场景中，可根据港口应用的场景和业务需求增补基站或完全新建基站以提供定制化建网方案，与公网解耦，实现网络适配业务。在该场景下，可部署4.9G 7D3U或者

44、3U1D专属帧结构，提供高上行容量，相比2.6G上行性能可提升100%200%。同时可在此基础上，部署2.6G频谱，进一步提升网络上行容量。2.7.2 高可靠低时延港口很多对时间敏感业务对网络也提出了更高的要求，要求网络能为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。譬如，对于港机远控、无人集卡远程驾驶以及船舶的辅助靠离泊等场景，其远程控制等uRLLC业务对时延和可靠性的要求基本都要求达到：时延 20ms , 特定需求要求10ms的时延，而可靠性则要求能达到99.9999.999% 。目前在3GPP制定的5G NR标准，提出毫秒级的端到端时延要求，理想情况下端到端时延为1ms，典

45、型端到端时延为5-10ms左右。为了保证高优先级URLLC业务需求，5G NR还设计了URLLC业务可以抢占eMBB业务资源来降低时延。在港口MEC技术将计算、处理和存储推向移动边界，一方面为移动边缘入口的服务创新提供了无限可能，另一方面使得海量数据可以得到实时、快速处理，以减少时延。通过网络切片技术，5G并不需要为低时延需求而构建独立的物理网络，网络运营商可以根据需求对网络进行编排，从一个物理网络切割出独立于其他网络的低时延的专用端到端网络。因此，网络切片是在低时延网络的构建与管理中发挥重要作用一项技术。2.8 港口业务网络架构 23IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书图

46、16 基于5G+MEC的港口总体业务架构 港区内智能化设备（AGV/IGV、轮胎吊、拖船、摄像头等）通过如CPE等终端接入5G接入网络连接到MEC中； MEC平台可以灵活部署，也可以垂直、水平多级部署，可以部署在基站节点后，抑或部署在其他合理的位置；港口MEC不仅提供了业务处理、计算能力，同时也对港口内和港口外数据进行分流，在保证高效处理能力和低时延的反应之外，也进一步提高了港口数据的安全性。 港口业务服务器提供统一的港口综合业务平台，支持港口中多种业务。MEC平台通过北向接口给港口各项业务系统（港机系统、智能理货系统、集卡运输系统和运营安防系统）提供数据和服务。 港口各项具体业务应用的位置也

47、相对灵活，可以直接放在接近用户的MEC上，也可以放在港口的集中数据中心机房处，保证数据不出园区。同时也可以通过公网接入Internet，一方面可以与另外一些服务支撑部门的相关数据对接，另一方面也可以实现面向港口的更加大范围远程控制和监管。面向港口的5G专网解决方案3.1 5G标准进展IMT-2020(5G)推进组智慧港口5G专网应用白皮书243.1.1 3GPP标准进展情况截至2020年6月，3GPP 5G标准已完成了R15和R16两个重要阶段的标准化工作。基本覆盖了智慧港口的通信业务需求。1. 3GPP R15标准化情况第一阶段R15于2018年6月完成，该阶段主要完成独立组网的5G标准（S

48、A），支持增强移动宽带（eMBB）和低时延高可靠业务（uRLLC）的基础功能，同时完成了网络接口协议。R15重点标准化的内容包括新空口定义（波形、编码、参数集、帧结构、大规模阵列天线等）、网络架构（NSA、SA、CU/DU切分等），并聚焦于eMBB应用场景。R15是5G第一版成型的商用化标准，与后续推进的R16标准也有一定协同性。R15版本定义的5G系统除了支持传统的港口移动通信和IT办公业务外，还可以支持包括高清安防监控，VR/AR辅助巡检、智能理货在内的高带宽、低时延的视频类港口应用。2. 3GPP R16标准化情况第二阶段R16于2020年6月冻结。R16除了对eMBB能力进行增强之外，

49、还对URLLC、mMTC（大连接物联网）这两类重要的场景和能力进行了补足，重点关注对垂直行业应用的支持及5G整体系统性能的提升。R16标准主要从以下几个方面开展工作： 能力增强： 包括大规模天线增强、载波聚合增强、切换技术增强、终端节点节能技术等。 运维增效：包括无线数据采集和上报机制和远端基站干扰管理。 垂直行业赋能：包括面向工业互联网应用的1微秒同步精度、0.51毫秒空口时延、高达“六个九”的可靠性和灵活的终端组管理，最快可实现5毫秒以内的端到端时延，支持TSN时间敏感业务，实现无线全面替代有线；面向车联网应用方面，可支持V2V（车与车）和V2I（车与路边单元）直连通信，通过引入单播，组播

50、和广播等多种通信机制，以及优化感知、调度、重传以及车车间连接质量控制等技术，实现基于V2X的车辆编队、半自动/自动驾驶、超距感知、远程驾驶等更复杂的车联网应用场景；此外R16还为垂直行业应用引入了多种5G空口定位技术，理论定位精度提高到米级。4）非授权频段5G NR-U技术：包括LAA混合组网模式和独立组网模式。R16版本定义的5G系统可以很好支持诸如集卡自动驾驶，船岸辅助靠离泊、港机远控等重要的高带宽、高可靠、低时延的港口水平和垂直运输应用场景。3.1.2 5G频谱分配情况5G频谱范围（FR，Freqency Range）分为两个区域: FR1和FR2。FR1的频率范围是450MHz到6GH