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科技赋能:“智慧大脑” 让港口“活”起来!
发布时间:2020-12-21 08:51

 

 

科技赋能:“智慧大脑”让港口“活”起来

 

近年来,随着现代科技发展和智慧港口建设深入推进,“港口智慧大脑”逐步成为新一代智慧港口的代名词和新一轮热点词汇。但业界关于什么是“港口智慧大脑”的意见并不统一,就如何打造“港口智慧大脑”也没有明确的思路与方案。

 

在技术大变革时代,深入探究港口智慧大脑的内涵与实质,超前谋划、前瞻布局,对加快推进新一代智慧港口建设与发展,具有十分重要的意义。

 

A.前景广阔潜力巨大

 

随着云计算、大数据、物联网、区块链、人工智能等新一代信息技术与港口业务深度融合,创新港口运营与发展理念,重构港口全方位价值链,打造具有自学习、自适应、自进化能力的“港口智慧大脑”,成为新一代智慧港口建设的核心与重要体现。

 

早在2008年,IBM首次提出“智慧地球”概念,由此延伸的各种新名词、新提法令人眼花缭乱。特别是2010年以来,前沿科技领域出现诸多“智慧大脑”概念。如企业界的谷歌大脑、百度大脑、阿里大脑、腾讯超级大脑,产业界的城市大脑、工业大脑、航空大脑、医院大脑等等,引起了社会各界的广泛关注与高度重视。正是在全球智慧港口探索与实践不断深入的背景下,“港口智慧大脑”概念也应运而生,并逐步成为新一代智慧港口的代名词和新一轮热点词汇。但究竟什么是港口智慧大脑,业界并没有统一的认识与定义;就如何打造港口智慧大脑,业内也没有明确的思路与方案,也缺乏具有代表性、具有说服力的成熟案例。

 

大脑作为一个超级巨大的并行运算系统,最独特之处在于思维决策,也就是通过各种外部感知判断以及知识、经验积累,做出解决问题、有利于自身的行动能力。大脑通过感觉神经系统来获取环境信息,经过认知理解,再通过神经传递系统,传递到运动系统负责产生和控制运动。

 

可以做一个形象的比喻,若将“港口大脑”比作人脑,将组成其感知功能的各种传感器比作人的五官,将连接传感器的传输网络比作人的神经系统,将控制和存储信息的云技术比作神经中枢,那么基于大数据的智能计算就是“港口大脑”的智慧核心。

 

由此可定义“港口智慧大脑”是:在现代科技进步与港口业务创新相结合的大背景下,基于物联网、云计算、大数据、AI等新一代信息技术在港口中的深度融合应用,逐步形成的具有类脑功能的人工智能系统。在不断进化与完善中,“港口大脑”逐步形成自己的中枢神经系统(云计算)、港口感觉神经系统(物联网)、港口神经纤维系统(通讯技术)及港口神经末梢(边缘计算),从而形成港口的智慧与应用(大数据与人工智能)。应该说,“港口智慧大脑”作为一个综合物联网、大数据、云计算,人工智能的技术综合体,是现代科技发展到一定程度,向港口领域自然蔓延和深入应用的结果。

 

事实上,以科技赋能港口智慧,让港口像人一样会思考、会决策,最合理的配置和调度港口资源,使港口运营更可靠、更高效、更智能,一直是世界各大港口的不懈追求。早在2011年,鹿特丹港就提出了2030年港口发展战略愿景(Port Vision2030),勾勒了未来“智慧港口(Smart Port)”的技术路线图。2015年,新加坡港提出下一代港口战略(NGP 2030),并在其第四代集装箱港口——大士港(Tuas)规划建设中,重点打造基于大数据、数字孪生、AI的超现代化、高度智能的港口智能运营中心。近年来,我国上海港大力推进“3E级”智慧港口打造,即在港口运营上卓越(Excel)、在可持续的创新业务上积极拓展(Explore)、在生态圈构建上保持开放(Extend),并将智能化可靠运营和开放式业务创新作为重要内容,来推进智慧港口建设。

 

总体而言,全球“港口大脑”的建设探索尚处于非常初级阶段,或是概念规划与愿景设想阶段,离真正意义上的“大脑”还存在不少现实的理论挑战与技术难题。

 

随着以大数据和人工智能为核心的第四次工业革命的到来,科技快速发展和应用创新将不断突破。未来,通过科技赋能港口“智慧”,打造以“港口大脑”为核心的新一代智慧港口将展现广阔前景和巨大潜力。

 

B.大数据、算力、智能计算是核心要素

 

严格意义上,“港口智慧大脑”并非严谨的科学概念,而是由生物学领域“大脑”概念延伸出来的一个抽象概念。在生物学领域,大脑有其特定的含义。大脑作为中枢神经系统的高级部分,主导机体内一切智能活动过程,并调节机体与周围环境的平衡。

 

“港口大脑”沿用生物学大脑的内涵,相应地包括港口感知网络系统、神经传导系统、中枢神经系统、神经末梢及知识处理系统等。港口通过泛在感知系统,智能地获取各种运行状态信息,通过“港口大脑”对这些信息进行综合处理,并作出敏捷地判断或决策,从而实现更聪明、更智慧地运营与服务。

 

作为类脑的智能复杂巨系统,“港口大脑”离不开这几个关键词:全面感知、泛在联接、智能决策、敏捷响应、智能进化。

——全面感知。依托泛在、高速、可信的信息基础设施和智能传感器网络,构成类脑的感知神经网络——智能感知网,实现港口全要素、综合的感知感测,实时动态地获取港口各种状态信息,智能感知港口状态变化和态势需求。

 

——泛在联接。在完备可信的港口智能感知网络基础上,通过5G、光纤、卫星、遥感等技术手段,构建类脑的神经传导系统。通过多种网络形式的有效、泛在联接,实现港口内人、机、物、事及环境随需、无缝、安全、即插即用地联接,保障港口信息的互联互通和接入设备的协同运作,为港口智能化打下基础。如港口机械远程操控、堆场无人化智能作业、智能化理货、智能化闸口等场景应用。

 

——智能决策。在大数据、AI、超级计算等相关技术的支撑下,构建类脑的知识处理系统。通过一定的算力和算法,对海量数据进行处理,赋能港口自学习、自适应、自主智能地判断及预测,从而实现主动告警、自动控制调节、辅助决策等智能决策。

 

——敏捷响应。借助AI、边缘计算等技术应用,构建类脑的神经末梢,结合云计算、大数据及信息传导系统,实现对港口中物、事及环境等的快速、敏捷智能反应,港口也不再是完全被动地响应需求。

 

——智能进化。借助数字孪生、VA、AR、3D等技术应用,打造港口数字空间、人文空间、物理空间有机融合一体。基于类脑知识推理的算法模型库,通过机器学习、深度计算等手段赋能港口生命,实现最优的港口运营组织与服务,使港口成为拥有思考、交流、学习和进化的“有机生命体”。

 

其中,“全面感知”和“泛在联接”是“港口大脑”成为人、机、物、事深度融合体的数字底盘基础;“智能决策”是“港口大脑”成为智慧体的重要体现,其核心在于智能算法模型对汇聚的数据及状态的敏捷分析研判,从而提供智能决策;“敏捷响应”和“智能进化”则是港口成为对环境的智能认知、判断、决策及反馈有机生命体的内在要求。

 

由此可见,“港口智慧大脑”本质是科技赋能,特别是新一代信息技术与港口业务深度融合应用的产物,是综合云计算、物联网、大数据、AI、边缘计算等技术为一体的类脑人工智能系统,其核心主要在于数据、算力和算法(智能计算)等三要素。

 

对于“港口大脑”而言,数据是港口智慧的根基。不仅需要海量在线动态的数据,而且需要覆盖各种可能的应用场景。要解决的核心问题是数据的来源,涉及各种智能终端、机械、装备等,运用的技术涵盖物联网、MEMS(传感器)、大数据技术等等;算力是指港口的计算能力,是港口智慧的动力底盘。从技术维度看,包括云计算、边缘计算、并行计算、超级计算、泛在计算等等,其价值在于为数据的感知、传输、存储与运算提供数字底盘支撑; 算法(智能计算)是进行计算、解决问题、做出决策的知识推理算法模型,是港口智慧的内在关键。算法所涉及技术包括机理模型、流程模型、人工智能、知识推理和数字孪生等等,而且算法并非一成不变,也有个不断演进完善的过程。

 

简而言之,数据洞察市场需求,算力重塑港口形态,算法变革商业生态。可以预见的是,未来的港口离不开大数据和智能计算。如果用一个简单的公式来表征的话,那就是: 大数据+算力+算法(智能计算)+港口=“港口智慧大脑”。

 

C.前瞻布局推进创新应用

 

“港口智慧大脑”是新一代智慧港口发展理念的全新诠释,代表着未来智慧港口的发展方向。在这个技术大变革的时代,打造“港口智慧大脑”,需要超前谋划、前瞻布局、有序推进。

 

对此,笔者建议,做好顶层设计与统筹谋划,加大政策支持力度:站在港口发展战略的全局高度,瞄准新一代智慧港口发展方向,分析港口业务痛点与发展需求,洞察行业与技术趋势,做好统筹谋划。顶层规划“港口大脑”的战略、愿景与蓝图,明确“港口大脑”建设目标、总体框架、主要任务与实施路径。结合港口资源条件和禀赋,制定实施“港口大脑”建设行动计划,明确建设重点与时序,统筹有序推进。同时,组织开展“港口大脑”相关标准规范、建设指南及政策支撑体系研究,适时研究出台促进“港口智慧大脑”建设的指导意见。充分发挥行业协会桥梁纽带作用,推动建立行业创新联盟。突出企业创新主体地位,推动构建产学研用深度联动的技术创新体系,建立关键技术协同攻关长效机制。鼓励社会力量广泛参与“港口大脑”建设。加大财政支持力度。以智能计算、数据赋能、数字孪生、知识推理等智慧化场景应用为重点,组织开展第二批智慧港口建设示范工程,引导形成一批可复制、可推广的最佳实践案例。

 

在技术层面,建议以云计算、大数据、AI、物联网、边缘计算等技术为基底,夯实“港口智慧大脑”的数字底盘基础。一是构建港口智能感知网络。完善港口运行实时感知手段与数据采集处理体系,实现对港口运营全要素、全领域的智能感知。二是完善泛在联接的通信网络。完善覆盖所有区域的货物、集装箱、载运工具及环境对象等智能传输网络,打造类脑的港口信息传输系统,支撑港口运营数字化、在线化、智联化与敏捷化。三是构建港口大数据体系。按照“范围全覆盖、数据全口径、标准全统一”要求,整合港口数据资源,打造全域集中共享的一体化云数据中心,推动全域数据互通、业务协同。四是完善港口云计算基础设施,构建港口云智服务体系。建立港口云基础设施和运维平台,加固数据、网络、系统等安全堤坝,强化云服务安全,确保港口大脑运转安全、可靠、高效。

 

其次,打造港口智能中枢平台。依托云计算、物联网、大数据、5G、AI、区块链等技术,构建基于数据驱动的实时、动态、敏捷的港口智能中枢平台,强化港口智能计算能力。提升平台与业务系统、节点的互联性、协同性,强化集成。深化业务应用一体设计和流程再造,升级既有港口业务平台(系统),推进统一部署的垂直应用建设,使中枢平台成为港口智能联动、敏捷响应的有效载体。按照多元链接、多端进入、线上线下联动、多场景应用的要求,搭建智能交互的港口大脑数字界面,推进新技术、新业态、新场景集成创新应用。

 

此外,着力丰富多元化智慧场景应用。针对港口作业调度、运营管理、安全应急、环保节能、综合服务等业务领域,加强类脑知识推理的核心算法建模应用,大力推进“港口智慧大脑”多元场景化应用。强化港口大数据分析、知识推理能力,深入推进数据赋能,提升场景化应用的广度与深度。深化港口全链条物流服务应用场景,使“港口大脑”向全程物流供应链应用延伸。根据不同部门、不同领域应用场景,建设智能联动的多层级数字驾驶舱。依托大数据、数字孪生、AI、GIS、3D等技术,推动优化和丰富各类数字指标的呈现形式。特别是将港口运营核心数据进行可视化呈现,生成多个“指数”的数字驾驶舱。(作者单位:交通运输部水运科学研究院)

 

 

文来源:中国水运报 作者:罗本成 张永明

 

 
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