Il porto del futuro? Automatizzato e basato sul 5G: firmato il White Paper promosso da Huawei

Nel keynote di Ken Hu è stato citato il caso delle miniere in cui i camion si muovono in autonomia, eliminando rischi per i lavoratori e aumentando l'efficienza del sistema estrattivo. Ci sono molti altri settori in cui le tecnologie 5G possono portare benefici favorendo l'automazione.

Il Global Mobile BroadBand Forum 2019 organizzato da Huawei a Zurigo ha visto il lancio del White Paper 'Smart Port' un documento condiviso tra Huawei, ZPMC (Zhenhua Heavy Industries Company), Vodafone e China Mobile, che getta le basi per lo sviluppo dell'automazione delle aree portuali.

La movimentazione dei container oggi è effettuata in gran parte con attrezzature tradizionali e oltre il 95% dei porti mondiali è equipaggiato con questo tipo di sistemi, che vede l'uomo al centro del controllo dei macchinari. Componente fondamentale dei porti sono le gru di carico e i carriponte, che si dividono in due tipi principalmente: quelle che operano su rotaia - RMG rail-mounted gantry - e quelle su gomma - RTG rubber tyre gantry -. Le seconde sono maggiormente utilizzate attualmente nei porti, in quanto hanno offerto maggiore flessibilità di movimento, le prime invece stanno guadagnando consensi nei terminal di nuova costruzione. Nel primo caso la libertà di movimento impedisce la connessione via cavo, invece nel secondo le nuove installazioni vedono il cablaggio in fibra ottica per il controllo remoto.

Porti di nuova generazione: il 5G è la chiave

Tradizionalmente ogni gru prevede la presenza di un operatore umano nella cabina posta in cima all'apparecchio, a circa 30 metri di altezza per i carriponte nella zona di interscambio e 60/70 metri per le gru di carico. Per garantire l'operatività 24/7 gli operatori lavorano su tre turni, ma ci sono comunque dei tempi morti, per le pause e i cambi turno. Inoltre comporta un elevato numero di operatori sul campo, in un ambiente lavorativo non privo di rischi. ZPMC ha però da qualche anno cominciato a costruire porti completamente automatizzati, che non richiedono operatori fisicamente sulla gru, ma che grazie al controllo remoto e all'automazione permettono a un solo operatore dalla sala di controllo di gestire più gru, senza essere esposto a rischi.

Sono già tre in Cina i porti basati su questo concetto: Xiamen, Qindao e Yangshan. Quest'ultimo, che rappresenta il porto in acque profonde della città di Shanghai, è costruito su due piccole isole a sud di essa e ad essa collegato tramite un ponte marino di ben 32 chilometri, è il più avanzato sotto il profilo dell'automazione. Le 26 carriponte su rotaia sono comandate da remoto e praticamente nell'area di carico non c'è presenza umana, in quanto tutto è automatizzato. Dal momento in cui il container è scaricato dal camion (con una persona alla guida), la sua movimentazione al deposito, alla gru e infine alla nave è gestito in modo automatizzato. Lo sono i carriponte che prelevano il container dal rimorchio e lo appoggiano nell'area di stoccaggio.

Gli stessi poi caricano i container su uno dei 130 veicoli a guida autonoma (AGV) che si occupano di portarli nell'area dove operano le enormi gru di carico su rotaia. Viceversa, i container dalla nave 'incontrano' una persona solo quando vengono caricate sui camion per cominciare il loro viaggio sulla terra ferma. L'efficienza nel carico/scarico è un parametro fondamentale per le compagnie di spedizioni, i cui costi si misurano in giorni nel caso dell'affitto della nave e nelle ore di ormeggio. Qualche ora o addirittura giorno di attesa in porto per le operazioni di movimentazione dei container si traduce i spese vive.

Smart Port: un white paper incentrato sul 5G targato Huawei

'Dall'era meccanica all'AI' questo uno dei motti del White Paper 'Smart Port' firmato in occasione del MBBF 2019. Sono diverse le tecnologie che si intersecano per far funzionare un porto completamente automatizzato, ma il 5G promette di essere il facilitatore definitivo per il decollo di questo tipo di terminal marini. Il controllo remoto delle gru ha bisogno di banda larga per il trasferimento dei flussi video ad alta risoluzione in arrivo dalle diverse telecamere montate sugli apparecchi, ma anche di un sistema di trasporto dei comandi e dei feedback che lavori a bassissima latenza, contando che le gru sono installate su un'area lunga circa un chilometro. Ogni gru ha fino a 20 telecamere e il trasferimento dei flussi video richiede circa 200 Mbps. Le telecamere sono fondamentali anche nel caso dei veicoli a guida autonoma che spostano i container dalla zona di stoccaggio a quella di carico, sia per il loro funzionamento, sia per permettere un intervento di guida remota di un operatore in caso di problemi; inoltre in questo caso sono fondamentali le tecnologie di posizionamento satellitare, che unite a quelle sul campo permettono di arrivare a una precisione di 2-3 centimetri. Altre telecamere sono poi deputate al monitoraggio dei container, con sistemi di intelligenza artificiale in grado di 'leggere' la targa di ciascuno. Altre telecamere sono poi poste nelle zone in cui opera il personale e sempre grazie all'AI sono in grado di riconoscere eventuali violazioni delle norme di sicurezza (la mancanza dell'elmetto di protezione) e di interpretare le espressioni facciali, creando allarmi in caso di eccessiva stanchezza o sonnolenza. Tutto il sistema è completato da una pattuglia di droni di terra e aria in che monitorano tutta l'area.

Perché il 5G? Nell'ambito di un sistema così complesso non tutto può essere cablato in fibra, con il risultato di unire velocità e affidabilità della connessione, e servono sistemi wireless. Il Wi-Fi ha delle limitazioni in questo tipo di applicazioni e le tecnologie cellulari precedenti mostrano anch'esse alcune limitazioni. Con la possibilità di effettuare il cosiddetto 'network slicing' con il 5G è possibile assegnare a ogni servizio una rete con le corrette caratteristiche. Bassa latenza, elevata banda e affidabilità al 99,999% per tutti i sistemi che ruotano attorno al controllo remoto e ai sistemi di automazione, risparmiando risorse per i servizi come il monitoraggio video, in cui la latenza non è fondamentale e per quelli come la raccolta dati dei vari sensori, per cui non sono vi sono requisii particolari in termini di risposta e velocità della connessione. Inoltre l'utilizzo di spettro licenziato assicura metodi di autenticazione più stringenti e mette al riparo dai problemi di interferenze che invece possono emergere utilizzando una risorsa come il Wi-Fi in ambiti di questo tipo.

Il momento dello Smart Port White Paper è propizio, in quanto dopo la finalizzazione della Release 3GPP 15 sul 5G, al momento l'ente di standardizzazione sta lavorando alla Release 16 che sarà fondamentale per l'implementazione dei servizi legati all'industria 4.0 e che vedrà la definizione delle diverse tecnologie 5G dedicate a eMBB, URLLC e mMTC, nell'ordine enhanced Mobile BroadBand, Ultra Reliable Low-Latency Communications e massive Machine-Type Communications.

Al momento tre soluzioni di porto automatizzato attive in Cina sfruttano una rete privata, ma l'approccio globale, su cui fa leva il documento, sarà quello di reti ibride, che possano sfruttare anche le potenzialità delle reti pubbliche. In questo scenario una rete privata RAN (Radio Access Network) viene implementata all'interno del porto, assieme a un sistema di edge computing local MEC (Multi-Access Edge), con un'interfaccia di controllo e di accesso che invece gira sulle reti pubbliche.

Questo dello Smart Harbour è solo uno degli esempi di come il 5G promette di rivoluzionare i mercati verticali, con soluzioni ad hoc, in grado di rendere una realtà il mondo tutto connesso che da qualche anno è da tutti immaginato.