九大创新技术+五大优势—详解山东港口自主研发的A-TOS
2022-09-28 14:01 来源：山东港口
9月27日，山东省港口集团有限公司（以下简称山东港口）全自动化集装箱码头智能管控系统A-TOS发布暨成果推广战略合作协议签约仪式举行，由新华社在北京、青岛两地双会场权威发布“时代楷模”“连钢创新团队”自主研发的全自动化集装箱码头智能管控系统A-TOS。这是山东港口认真贯彻落实习近平总书记“要志在万里，努力打造世界一流的智慧港口、绿色港口”重要指示要求的具体行动，是全国首个交通强国“智慧港口建设”试点单位“出成果、出经验、做示范引领”的最新成果，也是“时代楷模”“连钢创新团队”牢记科技报国使命、“实现高水平科技自立自强”的生动实践。
发布会上，山东港口青岛港与迪拜环球港务（中国）公司、北部湾港股份有限公司、安徽省港口运营集团有限公司、湖北港口集团有限公司、山东港口科技集团签署成果推广战略合作协议，就全自动化集装箱码头智能管控系统A-TOS的推广和应用达成共识。这是港航领域的强强联合和优势叠加，各方将在港口科技创新、数字化智能化转型等领域开展深度合作，共享智慧绿色港口建设最新成果，加快推动智慧绿色港口高质量发展。
世界最大港口集群的智慧“冲顶”
创新是引领发展的第一动力。作为世界最大港口集群，山东港口组建以来，牢记习近平总书记“加快建设世界一流的海洋港口”殷殷嘱托，持续深化一体化改革，把建设“国际领先的智慧绿色港”放在“五个国际领先”发展定位的首位，全力提速智慧绿色港建设。在全国率先发布智慧绿色港顶层设计方案，布局10大重点研发方向，组织实施10大重点科技工程，创新“1+N”开放共享共建模式，争当智慧绿色港口产业链的“链长”和国家技术创新的优质“策源地”；以获批全国首个交通强国“智慧港口建设”试点单位为契机，以“自动化码头技术交通运输行业研发中心”、“智慧港口技术创新中心”等5个省部级重点实验室和研发中心为支撑，牵头承担国家重点研发计划4项、省级重点研发计划5项，获得科学技术奖71项，获得578项专利授权，发表667篇论文论著，先后有《自动化集装箱码头设计规范》等多项国家、行业和团体标准通过评审并正式发布，与更多伙伴共享智慧港口创新成果；率先建成了全球领先、亚洲首个真正意义上的全自动化集装箱码头、“氢+5G”智慧绿色生态码头，建设了全球首个集装箱智能空轨集疏运系统、全球首个顺岸开放式全自动化集装箱码头、全球首个专业化干散货全自动化码头、全球首台自动化门机，持续为全球智慧港口建设运营提供了“中国经验”“中国方案”。
面对全球港航领域数字化、网络化、智能化的发展趋势，“时代楷模”“连钢创新团队”以实际生产需求为导向，围绕服务升级、效率提升全力攻关，自主打造了算法更智能、功能更丰富、架构更先进、运行更敏捷、界面更友好的新一代码头黑科技“超级智脑”——“云原生+”全自动化集装箱码头智能管控系统A-TOS。该系统运用云原生等技术开发了集计划、调度和控制于一体的智能管控系统，实现了码头“毫秒级”全场选位、“秒级”设备调度、“毫秒级”数据动态刷新和不停工系统升级，让码头作业更快捷、更精准、更智能，是支撑全自动化码头高效运行的新一代“大脑”和“神经中枢”。今年6月28日，山东港口青岛港全自动化集装箱码头在“德翔许明”轮作业中，桥吊平均单机作业效率达到60.18自然箱/小时，效率一举提升14.2%，第九次刷新自动化码头作业世界纪录，用智能码头的软件“中国芯”标注新时代中国港口发展的新高度。
“九大创新技术”抢占制高点
该系统运用深度学习、专家系统等技术，推动传统自动化生产模式向动态分析、科学决策、优化迭代的全智能化生产模式转变，以“九大创新技术”抢占智慧绿色港口发展的制高点。
率先构建全国产智慧港口“新基建”。新系统构建了包含数据库和操作系统在内的国产基础信息平台及其适配的服务器，实现了从底层硬件到上层应用关键核心技术的完全自主可控。
创新实现“云原生”技术在港航领域的落地应用。一个集装箱从进入码头到最后装船，共有16个关键环节和近100种不同作业状态。如果按照一天处理1万标准箱计算，会产生1600余万个作业状态，如此大的计算量，对码头“大脑”的“聪明度”是严峻的考验。山东港口的新系统能够充分利用云计算的灵活性、可拓展性和弹性，根据码头实际业务量动态调整系统负荷，实现系统资源消耗的最佳分配，让“大脑”更“聪明”，干起活来更顺畅。同时，能够实现“无感升级”，在不影响码头正常作业的同时完成系统升级和维护。
创新架构设计，打造“无接口”一体化智控系统。目前，全球主流自动化码头的系统存在维护复杂、优化升级慢、可扩展性不强、兼容性差等短板。新系统在其设计时就致力于一体化设计、一体化运行，推进码头生产操作系统、设备控制系统、信息处理系统三大核心高度融合，实现了生产资源、计划调度和作业控制的无缝衔接，提升了系统整体性能，达到了“1>3”的效果。
创新算法应用，构建全智能码头“数智一体”算法平台。运用大数据及人工智能技术，设计了十余项关键核心算法模型，能够全面覆盖码头近1000种作业工况，具备“智能择取、即取即用”双重优势，提升研发效率60%，为后续多元开发奠定了坚实基础。
创新全智能码头“极速模式”。目前世界最大集装箱船载箱量为2.4万标准箱，其船上所有集装箱横向排列足有近150公里。新系统通过“极速智配”，仅需5分钟即可将150公里长的集装箱进行有序排列，确保了货物运输精确无误。
创新全智能码头“灵巧模式”。该系统创建了全新的装卸船模式，实现集装箱即到即装，让上百万集装箱、200余台大型设备在作业中不冲突、不排队，桥吊有效作业时间提高10%。同时能智能应对气象变化，通过降低集装箱堆码高度等方式，有效规避台风、瞬时大风等恶劣天气的码头安全风险。
创新全智能码头“信息管网”。新系统将生产计划策略、作业任务序列等全流程作业环节构建成286个“信息管网”，通过智能筛选，对各类信息进行自动调流，实现了最快、最优处置，为系统精准决策奠定基础。
创新研发全栈IT智慧运维管理平台。构建了专业技术经验库，等于配备了AI智能医生，能够对数据中心软硬件设备、生产应用系统运行状态、日志及事件进行智能分析、实时诊断、趋势预警，对网络病毒、系统漏洞进行主动防御、自我修复，全程无需人工干预。
打造生产系统全链智能压测全新引擎。颠覆了同类产品需要人工测试的传统模式，首次实现了全流程、全天候的自动化系统测试。能够自动生成、反馈评测报告，测试效率提升10倍以上。
“五大优势”凸显核心竞争力
算法更智能：“决策类人脑”，让每一条决策更加精准。就像AlphaGo面对361个棋子一样，全新智能系统以整个码头为棋盘，以数十万个集装箱为棋子，在优化算法上实现了新的突破。该系统能够依托各类信息反馈的数据，从泊位计划、船舶配载等维度，对码头生产运营进行全周期监测、分析，依托AI做出更准确的生产规划和预测；通过不断训练和推理，“类人脑”对各类调度计划进行自学习、自优化、自完善。
运行更敏捷：“响应零待时”，让计算速度百倍提升。码头操作系统如同人们日常生活使用手机一般，数据刷新速度将直接影响客户体验。目前，大部分港口操作系统数据刷新保持在“秒”级，数据传输延迟明显，作业指令衔接不畅，系统加载耗时长，影响码头效率。新系统将数据刷新控制在“毫秒”以内，真正意义上实现了响应“零待时”。以一个码头集装箱堆场为例，“毫秒级”数据刷新相比“秒级”，助力设备派发效率提升4倍。
功能更丰富：“作业便捷化”，让码头效率屡创新高。码头作业工况复杂，新系统从近300种作业工况中计算出500余种作业算法，设计了1300余项适应各类复杂工况的功能，彻底解放作业人员的双手，并在综合考量环境、时间、距离、能耗等因素的基础上，从码头现场近200台自动化设备中智能选取最合适设备、最优路径，采用最优模式及交互衔接方式进行作业，实现集装箱即到即装、即收即送，实现作业无间断、更安全、低能耗的目标。相对于同类码头，每轮调度时间减少67%，设备调度能力提升52%，周转时间降低15%，等待时间减少21%，码头效率提升14.2%。
架构更先进：“升级不停工”，彻底颠覆传统模式。日常生活中，手机、电脑系统升级，需暂停使用、重启更新，一套流程耗时十几分钟甚至更长，但这个过程对码头生产来说影响极大。按照吞吐量500万级标准箱的码头计算，每次停止作业将带来上百万元的损失，船公司则需要为每条船额外花费数十万元追回空耗的时间。新系统通过使用“云原生”技术，实现了“7*24小时”不停产升级，为客户提供了硬核服务保障。
界面更友好：“一窗展示”“功能模组化”，DIY式新体验。该系统不仅能实时展示生产进度、船箱信息、设备状态、潮汐变化等全生产要素，而且支持不同船舶视图的“一屏显示”和全堆场视图的“毫秒瞬开”，呈现3D全景动态，精准灵活掌握生产情况直至每个集装箱的状态。同时具有极大可扩展性、兼容性，能像拼“乐高积木”一样，根据不同用途将不同功能的服务模块组合、拼接，以定制服务满足不同港口的个性化需求。
中国“智”造新高度，赢得充分认可
山东港口全自动化集装箱码头智能管控系统A-TOS，有力推动了智慧港口领域设备、资源的智能调度和智能化控制等技术的进步，提升了全自动化集装箱码头生产作业及资源利用的协同管控水平和对外服务质量，引起社会各界的广泛关注。
2022年8月28日，中国航海学会在青岛组织召开了“全自动化集装箱码头智能管控系统A-TOS”项目科技成果评价会，中国航海学会常务副理事长张宝晨代表评价委员会发表评价意见，认为，项目针对全自动化集装箱码头缺乏自主研发的一体化智能管控系统的问题，提出了基于云原生架构的自动化码头智能管控系统A-TOS方案，攻克了系统架构、模型算法、测试运维等关键技术，开发了完整系统，经应用，支撑了大型全自动化集装箱码头全域多场景运行管控，提升了作业效率，实现了核心技术的完全自主可控。经评价委员会讨论，认定该项目整体达到了国际领先水平。
中国工程院院士、中国人工智能学会名誉理事长李德毅表示，山东港口牢牢把握港口数字化、网络化、智能化的发展趋势，坚持走科技创新之路，掌控核心技术，为打造国际化智慧港口操作系统“中国样本”、输出“中国方案”作出了积极贡献。希望山东港口以A-TOS系统成功发布为契机，依托丰富的生产应用场景，继续应用并推广新一代人工智能技术，打造港口科技创新高地，赋能港口行业高质量发展，为科技强国、交通强国、海洋强国建设作出更大贡献。
山东港口以科技自主创新为客户创造价值、提升服务体验，赢得了广大客户一致好评。韩新海运（上海）有限公司青岛分公司总经理金正谦（Mr. Kim Jungkyum）认为，这次新系统成功上线，对船公司来说又是一个重大利好，不仅能更加方便传输数据信息，及时提供准确的装卸船数据和个性化班期服务，而且能继续稳步提升船舶作业效率，减轻疫情对船舶班期影响，为船公司节省高额租金。韩新海运愿意与山东港口联手，助力海上运输跑出“加速度”，共同为畅通大循环、联通双循环提供支撑保障。
从2019年开始，山东港口与华为技术有限公司在深化数字人才培训合作、数字航运、数字化转型（AI、数据安全等）等领域就有着深入合作。华为港口解决方案总监董广川表示，近年来，山东港口坚持科技创新，专注于推动传统港口向数字化港口转型，形成了港口智慧科技的“井喷”现象。山东港口是华为成立海关港口军团后首个签署战略合作协议的伙伴，双方“强强联合”，共同探索智慧港口数字化转型之道。在本次系统研发中，山东港口采用了中国开放原子开源基金会欧拉操作系统和高斯数据库，实现了底层关键核心技术的自主可控，是数字技术与传统行业深入融合的典范，为世界智慧港口建设再次提供了“中国样本”。下一步，华为将依托山东港口庞大的港口群、丰富的应用场景，充分发挥技术、人才、经验等综合优势，拓展合作新空间，为山东港口数字化转型培养人才、提供智力支持，助力山东港口打造国际领先的“智慧绿色港”，为交通强国建设积极贡献力量。
面向未来，山东港口将坚定不移落实“科技强国”“海洋强国”“交通强国”战略，走在前、开新局，知重负重、攻坚克难、勇争一流，全力推动生产经营、科技创新、新能源技术应用等各项工作进位争先，加快建设世界一流的海洋港口，创更加优异成绩迎接党的二十大胜利召开。
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