九大創新技術+五大優勢—詳解山東港口自主研發的A-TOS
2022-09-28 14:01 來源：山東港口
9月27日，山東省港口集團有限公司（以下簡稱山東港口）全自動化集裝箱碼頭智能管控系統A-TOS發布暨成果推廣戰略合作協議簽約儀式舉行，由新華社在北京、青島兩地雙會場權威發布“時代楷模”“連鋼創新團隊”自主研發的全自動化集裝箱碼頭智能管控系統A-TOS。這是山東港口認真貫徹落實習近平總書記“要志在萬里，努力打造世界一流的智慧港口、綠色港口”重要指示要求的具體行動，是全國首個交通強國“智慧港口建設”試點單位“出成果、出經驗、做示范引領”的最新成果，也是“時代楷模”“連鋼創新團隊”牢記科技報國使命、“實現高水平科技自立自強”的生動實踐。
發布會上，山東港口青島港與迪拜環球港務（中國）公司、北部灣港股份有限公司、安徽省港口運營集團有限公司、湖北港口集團有限公司、山東港口科技集團簽署成果推廣戰略合作協議，就全自動化集裝箱碼頭智能管控系統A-TOS的推廣和應用達成共識。這是港航領域的強強聯合和優勢疊加，各方將在港口科技創新、數字化智能化轉型等領域開展深度合作，共享智慧綠色港口建設最新成果，加快推動智慧綠色港口高質量發展。
世界最大港口集群的智慧“沖頂”
創新是引領發展的第一動力。作為世界最大港口集群，山東港口組建以來，牢記習近平總書記“加快建設世界一流的海洋港口”殷殷囑托，持續深化一體化改革，把建設“國際領先的智慧綠色港”放在“五個國際領先”發展定位的首位，全力提速智慧綠色港建設。在全國率先發布智慧綠色港頂層設計方案，布局10大重點研發方向，組織實施10大重點科技工程，創新“1+N”開放共享共建模式，爭當智慧綠色港口產業鏈的“鏈長”和國家技術創新的優質“策源地”；以獲批全國首個交通強國“智慧港口建設”試點單位為契機，以“自動化碼頭技術交通運輸行業研發中心”、“智慧港口技術創新中心”等5個省部級重點實驗室和研發中心為支撐，牽頭承擔國家重點研發計劃4項、省級重點研發計劃5項，獲得科學技術獎71項，獲得578項專利授權，發表667篇論文論著，先后有《自動化集裝箱碼頭設計規范》等多項國家、行業和團體標準通過評審并正式發布，與更多伙伴共享智慧港口創新成果；率先建成了全球領先、亞洲首個真正意義上的全自動化集裝箱碼頭、“氫+5G”智慧綠色生態碼頭，建設了全球首個集裝箱智能空軌集疏運系統、全球首個順岸開放式全自動化集裝箱碼頭、全球首個專業化干散貨全自動化碼頭、全球首臺自動化門機，持續為全球智慧港口建設運營提供了“中國經驗”“中國方案”。
面對全球港航領域數字化、網絡化、智能化的發展趨勢，“時代楷模”“連鋼創新團隊”以實際生產需求為導向，圍繞服務升級、效率提升全力攻關，自主打造了算法更智能、功能更豐富、架構更先進、運行更敏捷、界面更友好的新一代碼頭黑科技“超級智腦”——“云原生+”全自動化集裝箱碼頭智能管控系統A-TOS。該系統運用云原生等技術開發了集計劃、調度和控制于一體的智能管控系統，實現了碼頭“毫秒級”全場選位、“秒級”設備調度、“毫秒級”數據動態刷新和不停工系統升級，讓碼頭作業更快捷、更精準、更智能，是支撐全自動化碼頭高效運行的新一代“大腦”和“神經中樞”。今年6月28日，山東港口青島港全自動化集裝箱碼頭在“德翔許明”輪作業中，橋吊平均單機作業效率達到60.18自然箱/小時，效率一舉提升14.2%，第九次刷新自動化碼頭作業世界紀錄，用智能碼頭的軟件“中國芯”標注新時代中國港口發展的新高度。
“九大創新技術”搶占制高點
該系統運用深度學習、專家系統等技術，推動傳統自動化生產模式向動態分析、科學決策、優化迭代的全智能化生產模式轉變，以“九大創新技術”搶占智慧綠色港口發展的制高點。
率先構建全國產智慧港口“新基建”。新系統構建了包含數據庫和操作系統在內的國產基礎信息平臺及其適配的服務器，實現了從底層硬件到上層應用關鍵核心技術的完全自主可控。
創新實現“云原生”技術在港航領域的落地應用。一個集裝箱從進入碼頭到最后裝船，共有16個關鍵環節和近100種不同作業狀態。如果按照一天處理1萬標準箱計算，會產生1600余萬個作業狀態，如此大的計算量，對碼頭“大腦”的“聰明度”是嚴峻的考驗。山東港口的新系統能夠充分利用云計算的靈活性、可拓展性和彈性，根據碼頭實際業務量動態調整系統負荷，實現系統資源消耗的最佳分配，讓“大腦”更“聰明”，干起活來更順暢。同時，能夠實現“無感升級”，在不影響碼頭正常作業的同時完成系統升級和維護。
創新架構設計，打造“無接口”一體化智控系統。目前，全球主流自動化碼頭的系統存在維護復雜、優化升級慢、可擴展性不強、兼容性差等短板。新系統在其設計時就致力于一體化設計、一體化運行，推進碼頭生產操作系統、設備控制系統、信息處理系統三大核心高度融合，實現了生產資源、計劃調度和作業控制的無縫銜接，提升了系統整體性能，達到了“1>3”的效果。
創新算法應用，構建全智能碼頭“數智一體”算法平臺。運用大數據及人工智能技術，設計了十余項關鍵核心算法模型，能夠全面覆蓋碼頭近1000種作業工況，具備“智能擇取、即取即用”雙重優勢，提升研發效率60%，為后續多元開發奠定了堅實基礎。
創新全智能碼頭“極速模式”。目前世界最大集裝箱船載箱量為2.4萬標準箱，其船上所有集裝箱橫向排列足有近150公里。新系統通過“極速智配”，僅需5分鐘即可將150公里長的集裝箱進行有序排列，確保了貨物運輸精確無誤。
創新全智能碼頭“靈巧模式”。該系統創建了全新的裝卸船模式，實現集裝箱即到即裝，讓上百萬集裝箱、200余臺大型設備在作業中不沖突、不排隊，橋吊有效作業時間提高10%。同時能智能應對氣象變化，通過降低集裝箱堆碼高度等方式，有效規避臺風、瞬時大風等惡劣天氣的碼頭安全風險。
創新全智能碼頭“信息管網”。新系統將生產計劃策略、作業任務序列等全流程作業環節構建成286個“信息管網”，通過智能篩選，對各類信息進行自動調流，實現了最快、最優處置，為系統精準決策奠定基礎。
創新研發全棧IT智慧運維管理平臺。構建了專業技術經驗庫，等于配備了AI智能醫生，能夠對數據中心軟硬件設備、生產應用系統運行狀態、日志及事件進行智能分析、實時診斷、趨勢預警，對網絡病毒、系統漏洞進行主動防御、自我修復，全程無需人工干預。
打造生產系統全鏈智能壓測全新引擎。顛覆了同類產品需要人工測試的傳統模式，首次實現了全流程、全天候的自動化系統測試。能夠自動生成、反饋評測報告，測試效率提升10倍以上。
“五大優勢”凸顯核心競爭力
算法更智能：“決策類人腦”，讓每一條決策更加精準。就像AlphaGo面對361個棋子一樣，全新智能系統以整個碼頭為棋盤，以數十萬個集裝箱為棋子，在優化算法上實現了新的突破。該系統能夠依托各類信息反饋的數據，從泊位計劃、船舶配載等維度，對碼頭生產運營進行全周期監測、分析，依托AI做出更準確的生產規劃和預測；通過不斷訓練和推理，“類人腦”對各類調度計劃進行自學習、自優化、自完善。
運行更敏捷：“響應零待時”，讓計算速度百倍提升。碼頭操作系統如同人們日常生活使用手機一般，數據刷新速度將直接影響客戶體驗。目前，大部分港口操作系統數據刷新保持在“秒”級，數據傳輸延遲明顯，作業指令銜接不暢，系統加載耗時長，影響碼頭效率。新系統將數據刷新控制在“毫秒”以內，真正意義上實現了響應“零待時”。以一個碼頭集裝箱堆場為例，“毫秒級”數據刷新相比“秒級”，助力設備派發效率提升4倍。
功能更豐富：“作業便捷化”，讓碼頭效率屢創新高。碼頭作業工況復雜，新系統從近300種作業工況中計算出500余種作業算法，設計了1300余項適應各類復雜工況的功能，徹底解放作業人員的雙手，并在綜合考量環境、時間、距離、能耗等因素的基礎上，從碼頭現場近200臺自動化設備中智能選取最合適設備、最優路徑，采用最優模式及交互銜接方式進行作業，實現集裝箱即到即裝、即收即送，實現作業無間斷、更安全、低能耗的目標。相對于同類碼頭，每輪調度時間減少67%，設備調度能力提升52%，周轉時間降低15%，等待時間減少21%，碼頭效率提升14.2%。
架構更先進：“升級不停工”，徹底顛覆傳統模式。日常生活中，手機、電腦系統升級，需暫停使用、重啟更新，一套流程耗時十幾分鐘甚至更長，但這個過程對碼頭生產來說影響極大。按照吞吐量500萬級標準箱的碼頭計算，每次停止作業將帶來上百萬元的損失，船公司則需要為每條船額外花費數十萬元追回空耗的時間。新系統通過使用“云原生”技術，實現了“7*24小時”不停產升級，為客戶提供了硬核服務保障。
界面更友好：“一窗展示”“功能模組化”，DIY式新體驗。該系統不僅能實時展示生產進度、船箱信息、設備狀態、潮汐變化等全生產要素，而且支持不同船舶視圖的“一屏顯示”和全堆場視圖的“毫秒瞬開”，呈現3D全景動態，精準靈活掌握生產情況直至每個集裝箱的狀態。同時具有極大可擴展性、兼容性，能像拼“樂高積木”一樣，根據不同用途將不同功能的服務模塊組合、拼接，以定制服務滿足不同港口的個性化需求。
中國“智”造新高度，贏得充分認可
山東港口全自動化集裝箱碼頭智能管控系統A-TOS，有力推動了智慧港口領域設備、資源的智能調度和智能化控制等技術的進步，提升了全自動化集裝箱碼頭生產作業及資源利用的協同管控水平和對外服務質量，引起社會各界的廣泛關注。
2022年8月28日，中國航海學會在青島組織召開了“全自動化集裝箱碼頭智能管控系統A-TOS”項目科技成果評價會，中國航海學會常務副理事長張寶晨代表評價委員會發表評價意見，認為，項目針對全自動化集裝箱碼頭缺乏自主研發的一體化智能管控系統的問題，提出了基于云原生架構的自動化碼頭智能管控系統A-TOS方案，攻克了系統架構、模型算法、測試運維等關鍵技術，開發了完整系統，經應用，支撐了大型全自動化集裝箱碼頭全域多場景運行管控，提升了作業效率，實現了核心技術的完全自主可控。經評價委員會討論，認定該項目整體達到了國際領先水平。
中國工程院院士、中國人工智能學會名譽理事長李德毅表示，山東港口牢牢把握港口數字化、網絡化、智能化的發展趨勢，堅持走科技創新之路，掌控核心技術，為打造國際化智慧港口操作系統“中國樣本”、輸出“中國方案”作出了積極貢獻。希望山東港口以A-TOS系統成功發布為契機，依托豐富的生產應用場景，繼續應用并推廣新一代人工智能技術，打造港口科技創新高地，賦能港口行業高質量發展，為科技強國、交通強國、海洋強國建設作出更大貢獻。
山東港口以科技自主創新為客戶創造價值、提升服務體驗，贏得了廣大客戶一致好評。韓新海運（上海）有限公司青島分公司總經理金正謙（Mr. Kim Jungkyum）認為，這次新系統成功上線，對船公司來說又是一個重大利好，不僅能更加方便傳輸數據信息，及時提供準確的裝卸船數據和個性化班期服務，而且能繼續穩步提升船舶作業效率，減輕疫情對船舶班期影響，為船公司節省高額租金。韓新海運愿意與山東港口聯手，助力海上運輸跑出“加速度”，共同為暢通大循環、聯通雙循環提供支撐保障。
從2019年開始，山東港口與華為技術有限公司在深化數字人才培訓合作、數字航運、數字化轉型（AI、數據安全等）等領域就有著深入合作。華為港口解決方案總監董廣川表示，近年來，山東港口堅持科技創新，專注于推動傳統港口向數字化港口轉型，形成了港口智慧科技的“井噴”現象。山東港口是華為成立海關港口軍團后首個簽署戰略合作協議的伙伴，雙方“強強聯合”，共同探索智慧港口數字化轉型之道。在本次系統研發中，山東港口采用了中國開放原子開源基金會歐拉操作系統和高斯數據庫，實現了底層關鍵核心技術的自主可控，是數字技術與傳統行業深入融合的典范，為世界智慧港口建設再次提供了“中國樣本”。下一步，華為將依托山東港口龐大的港口群、豐富的應用場景，充分發揮技術、人才、經驗等綜合優勢，拓展合作新空間，為山東港口數字化轉型培養人才、提供智力支持，助力山東港口打造國際領先的“智慧綠色港”，為交通強國建設積極貢獻力量。
面向未來，山東港口將堅定不移落實“科技強國”“海洋強國”“交通強國”戰略，走在前、開新局，知重負重、攻堅克難、勇爭一流，全力推動生產經營、科技創新、新能源技術應用等各項工作進位爭先，加快建設世界一流的海洋港口，創更加優異成績迎接黨的二十大勝利召開。
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