Hafen : Das kann ein 5G Smart Port

Der chinesische Hafen Ningbo-Zhoushan (NZP) gehört zu den drei verkehrsreichsten Häfen der Welt bedient täglich mehr als 100 Schiffe mit einer Kapazität von über 10.000 Tonnen. Im Jahr 2018 fertigte der Hafen über 26 Millionen TEU ab. Durch den Einsatz neuer Technologien wie 5G, Edge Computing, KI und autonomes Fahren können Kosten gesenkt und die Effizienz erhöht werden.

Schon 2018 half Huawei beim Aufbau des landesweit ersten Pilotprojekts für 5G-Hafenanwendungen im NZP. Im Jahr 2019 verifizierten sie Remote-Portalkran-Betrieb, Management und Video-Backhaul-Anwendungen, die auf dem 5G-Netzwerk basieren. Ebenfalls 2019 wurde der weltweit erste unabhängige, steuerbare 5G-VoNR-Dienst zwischen dem Hafen und Hangzhou eingeführt, so Huawei. Heute verfügt NZP über eine vollständige 5G-Netzabdeckung. Bei NZP decken die 5G-Smart-Port-Services die wichtigsten Betriebsabläufe ab, darunter drei wichtige 5G-Anwendungen für das Entladen von Frachtschiffen: intelligenter Frachtumschlag, automatisierte Logistik mit unbemannten Lkw und Fernsteuerung des Portalkrans.

Die 5G-Lösung bietet 15 Kanäle mit hochauflösenden (HD) Kameras, die mit 5G-Backhaul an jedem kaiseitigen Portalkran installiert sind. Das aufgenommene HD-Video wird lokal über Multi-Access Edge Computing (MEC) im Serverraum des Hafens verteilt, sodass die Daten das Hafengebiet nicht verlassen. Auf der MEC-Plattform sind eine Machine-Vision-Analyseanwendung und ein intelligentes Frachtabfertigungssystem integriert, die eine KI-Erkennung von Videobildern ermöglichen, die von den Supercomputing-Fähigkeiten der heterogenen MEC-Hardware unterstützt wird. Das Objekterkennungssystem deckt Informationen und Zustände ab, einschließlich Containernummer und -typ, Terminal-Lkw-Betriebsnummer sowie Position und Spurnummer der einzelnen Containerladung. Mit einer Genauigkeit von 95 Prozent schließt das System die Erkennung innerhalb von Sekunden ab und gibt automatisch Bestätigungsmeldungen an Lkw-Fahrer und Brückenkranbediener aus, sodass der Be- und Entladeprozess nicht unterbrochen wird. Mithilfe des 5G-Netzwerks und des MEC können die Frachtabfertiger von einer klimatisierten Smart-Cargo-Kommandozentrale aus arbeiten.

Die automatisierte Logistik mit unbemannten Lkw basiert auf den präzisen Positionierungsfähigkeiten von 5G und MEC. Ein 360-Grad-Video des Innen- und Außenbereichs von selbstfahrenden LKWs von mehrkanaligen HD-Kameras wird in Echtzeit über ein 5G-End-to-End-Slicing-Netzwerk an den MEC-Kontrollraum übertragen. Gekoppelt mit Technologien wie Fahrzeug-Straßen-Koordination, hochpräziser Positionierung und automatischer Befehlspositionierung verbessert die Lösung die Positionierungsgenauigkeit von Container-Lkw im Hafengebiet von Metern auf Zentimeter.

Der unbemannte Lkw fährt an eine bestimmte Stelle unter dem kaiseitigen Kran und parkt. Sobald der Kran einen Container auf dem Fahrzeug platziert und bestätigt, fährt der Lkw automatisch an und sein Lenkrad dreht sich. Der Lkw erkennt die Umgebung der Straße und kann selbstständig verzögern, bremsen, abbiegen, Objekten ausweichen und einparken und so die optimale Route zu seinem Ziel wählen. Unbemannte 5G-Lkw können die Arbeitskosten senken. Zum Beispiel benötigt das Meishan Hafengebiet von NZP 800 Fahrer, die in drei Schichten arbeiten, um über 200 Container-Lkw zu fahren, was fast 100 Millionen Yuan (14,03 Millionen US-Dollar) pro Jahr kostet.

Nachdem der unbemannte Lkw an der vorgesehenen Stelle im Hof geparkt hat, greift der Portalkranfahrer den Container auf dem Lkw und setzt ihn in einem festgelegten Bereich ab. In der Vergangenheit mussten die Bediener jeden Tag auf die Spitze der 30 Meter hohen Kräne klettern und dann 12 Stunden lang ununterbrochen in einer zugigen Metallkabine arbeiten. Außerdem waren sie anfällig für Nacken- und Schulterverspannungen, da sie beim Bedienen der Kräne den Kopf ständig neigen mussten.

Seit April 2019 wird 5G beim Betrieb der Kräne genutzt. Im 5G-Remote-Portalkran-Betriebssystem unterstützen E2E-Netzwerk-Slicing und MEC ein 5G-Privatnetzwerk mit extrem niedriger Latenz, extrem hoher Zuverlässigkeit und großer Upstream-Bandbreite, das die Serviceanforderungen für die Remote-SPS-Kransteuerung (speicherprogrammierbare Steuerung) und den Echtzeit-Mehrkanal-HD-Video-Backhaul erfüllt. Im Gegensatz zu Glasfaser und Wi-Fi bietet das 5G-Kommunikationssystem eine große Bandbreite, eine niedrige Latenzzeit und massive Konnektivität. Es müssen keine sperrigen Glasfaserkabel verlegt werden, wenn Höfe umgebaut oder Portalkräne bewegt werden, und es vermeidet die geringe Zuverlässigkeit und unzureichende Upstream-Bandbreite von Wi-Fi.

NZP hat derzeit sechs Portalkräne mit der Lösung umgerüstet und in den Regelbetrieb genommen. Mit dem 5G-Slicing-Netzwerk und MEC wird die durchschnittliche E2E-Latenz auf acht bis zehn Millisekunden reduziert, die SPS-Zuverlässigkeit beträgt 99,999 Prozent und die Upstream-Bandbreite für HD-Video-Backhaul beträgt 1 Gbit/s. Die Kranführer können die Portalkräne mithilfe von rückgekoppeltem Mehrkanal-HD-Video in Echtzeit von einem zentralen Kontrollraum aus fernsteuern. Nur das Aufnehmen der Container erfordert eine menschengeführte Fernsteuerung, und ein Bediener kann problemlos drei oder vier Krane gleichzeitig bedienen, im Vergleich zu einem Bediener pro Kran zuvor.