人工智慧在港口之應用
✎ 【逢甲大學 工業工程與系統管理學系】王姿惠 同學 | 2024-11-10
一.人工智慧
人工智慧 (Artificial Intelligence, AI) 可分為兩大部分:「人工」以及「智慧」。「人工」指的是非自然,通過人類的技術、創造和設計所產生的智能系統;「智慧」則是指系統模擬人類行為,以執行任務的能力,具體體現於知識處理、學習、適應、推理和創造等;「人工智慧」之定義為電腦或機器為模仿人類與人類思維相關的認知功能,透過蒐集大量數據資料,並利用演算法進行分析,再根據分析結果,自行做出能達成特定目標或任務的最佳決策。
人工智慧之目的在於利用技術模仿人類的智能與行為,以協助人類解決問題、提升效率,並創造新的可能性。相關應用包括:車輛的自動駕駛、電子商務的個性化推薦(根據用戶瀏覽或購買之歷史紀錄進行商品推薦)、智能助理(如:Siri、Google Assistant)、製造業的自動化生產和預測性維護、娛樂(如:自動生成圖片、影音)…等。
王姿惠 同學
逢甲大學 工業工程與系統管理學系碩士
經歷:
iPAS淨零碳規劃管理師初級能力檢定證書
112年度國科會大專學生研究計畫創作獎
112年度國科會大專學生研究計畫通過
學歷:
逢甲大學 工業工程與系統管理學系
逢甲大學 工業工程與系統管理學系碩士班
▲圖1、人工智慧之結構 [1]
二.港口
港口是指沿海、河流等水域用於停靠船隻的地方。它是海洋貿易和運輸的重要樞紐,連接著不同國家與地區的經濟活動,主要功能包括船隻停泊與維護、貨物裝卸、貨物儲存與轉運、乘客上下船等,根據港口停靠船的種類不同,亦具有許多類型,如:商港(國際貿易、貨物運輸)、工業港(與工業區相鄰,運輸工業製品)、漁港(水產、海鮮)、客運港(如郵輪碼頭)、娛樂港(如遊艇、觀光船)、軍港(軍事用途)…等。海上運輸對臺灣的國際貿易而言相當重要,目前有基隆、臺北、臺中、安平、高雄、花蓮、蘇澳等7個國際商港及布袋、澎湖、金門、馬祖等4個國內商港。
▲圖2、臺灣近10年海關進出口貿易統計(圖片取自:財稅部關務署)
三.全球港口吞吐量
港口吞吐量是指在一定時間內,港口所處理的貨物或集裝箱的總量,是衡量港口運營效率和規模的重要指標,通常用貨物吞吐量(單位:噸ton)或集裝箱吞吐量(單位:標準箱TEU)為單位,常會受到地理位置、基礎設施、運輸網路、貿易政策與市場需求的影響。下圖3為2023年世界吞吐量前20大港口之排名與其近10年之數據,臺灣的高雄港位於第17名,另外,臺中港位於第89名,臺北港第90名,基隆港第92名。
▲圖3、2023世界前20大貨櫃港排名(本研究整理,數據取自:維基百科)
四.人工智慧於港口之應用
目前各行各業皆朝著智慧化以及自動化邁進,港口之管理亦如此,人工智慧在港口應用中的重要領域與未來發展包含以下八點。
利用自動化設備(如自動化起重機和無人駕駛車輛)進行集裝箱裝卸,減少人力需求與操作錯誤的可能性,並提高效率。
建立貨物的即時定位系統,透過掃描條碼(如RFID)識別集裝箱內容物以及當下位置,以暸解其行動軌跡,並計劃與估算最佳路線及時間,從而改善物流的可見性與透明度。
導入智能決策系統,整合貨車運輸、船隻運輸、貨物流量、天氣、交通情況等各面向之資訊,以便能夠追蹤相關數據,適時做出最佳決策。
實時分析港口區域交通流量和設備狀況,以優化貨物裝卸與運輸的調度,提高資源利用率。
通過數據分析,預測設備故障,及時進行維護,降低停工時間和維修成本。
利用智能監控系統進行實時監控,檢測港口的安全隱患與異常狀況,以提高安全管理水平,並分析環境和運營數據,評估可能的風險,制定相應的應對措施,降低事故風險。
利用AI技術實時監測港口區域內的環境數據,以便及時發現並處理污染問題,促進港口的永續發展。
促進港口與港口間的數據共享與合作,實現行業內的協同和交流,提高整體航運的效率。
五.人工智慧於港口之應用—實際案例
臺灣—高雄港
目前各行各業皆朝著智慧化以及自動化邁進,港口之管理亦如此,人工智慧在港口應用中的重要領域與未來發展包含以下八點。
(1)利用船舶操航智慧警示輔助系統追蹤所有進港船舶的航行軌跡,一旦偵測到船速過快時,系統就會立即示警,並由塔臺人員採取必要的措施,降低事故發生的機率。
(2)物聯網海氣象即時資訊系統提供港區內3座監測站以及環保署監測站之空氣品質即時數據、中央氣象局之即時資訊(如:衛星雲圖、溫度分度、累積雨量、紫外線指數等)、高雄港架設之監視器影像、交通部運輸研究所港灣技術研究中心監測之即時海象資訊。
(3)智能港灣調度整合系統可整合港內各項營運資訊,包括船舶、碼頭、貨櫃、車輛等,並提供即時、動態的營運狀況分析,協助港務公司進行更有效的港區調度。
(4)採用海事機器人執行水下巡檢、碼頭檢測、海洋研究等任務,降低人員作業風險,提升作業效率。
中國—上海港
(1)與華為合作,打造5G網路為基礎的智慧港口。
(2)利用光纖網路從100公里外的距離即可進行集中式遠端控制。
(3)建立聯合港口智慧創新中心,實現所有場景的互聯和智慧化。
(4)開發綜合平台,模擬起重系統的操作,應對實際可能發生的情形。
(5)開發實時流量監控、商業智慧分析和資料追蹤,以整合港口資料數據。
新加坡—新加坡港
(1)digitalPORT@SG™ 一站式監管交易入口網站(如下圖 4 所示)將多機構的船舶、移民和港口健康檢查整理成一個應用程式。來自 2000 多家航運公司的船長和船舶代理人可以透過入口網站提交、 跟蹤和接收到達和離開船舶的批准,每年節省多達 10 萬工時。
(2)將於 2040 年完工的 Tuas Port 具有自動化碼頭和碼場功能、電動自動引導車輛和高度數字化的操作,以最佳化流程並加強資訊流和共享。貨櫃處理設施的整合將減少終端的運輸業務和溫室氣體排放。
(3)2025 年所有設施被 5G 覆蓋。透過音訊廣播,遠端引導入境船隻到港口,瞭解其貨物並進行緊急檢查和維護,並在沒有醫務人員在船上的情況下提供醫療指示。
(4)使用自動駕駛車輛,在船塢和碼頭之間運輸貨櫃,員工使用操作感測器和無線通訊技術的機器,引導其他卡車進出港口。
(5)利用資訊系統,利用歷史資料透過預測擁堵點、簡化電子清關程式以及使用無人機進行交付和檢查來管理船舶交通。
南韓—釜山港
(1)透過蒐集並分析大數據,將港區設施聯網化及資訊數位化,並開發資訊整合平臺和自動物流系統,以減少港區人力、提升港區整體管理效率、降低營運成本,並提升港區安全。
(2)發展自動貨櫃堆高機、無人搬運車 (Automated Guided Vehicle, AGV)、貨品感測器(自動偵測液體是否溢出及監測危險貨品的存放),以及人體生理訊號偵測機等。
(3)結合行動邊緣運算 (Multi-access Edge Computing, MEC) 與5G網路,透過遠端操控橋式機,減少操作人員於高處工作的危險。
(4)以船舶自動識別系統 (Automatic Identification System, AIS) 為基礎,建置可連接和整合航商與漁業署船舶監控資訊系統之資訊整合平臺,增進海上交通安全。
(5)透過貨櫃高架儲存系統BoxBay(如圖5所示),在成排的貨櫃托架間運作堆高機,類似於物流倉庫的構造,透過鋼架支撐貨櫃而非將其堆疊,儲存系統可以向上增高,提升了櫃場貨櫃的儲存密度,每年減少35萬次非生產性移動。並且,BoxBay為全自動運作,且屬封閉空間,因此可以防風雨,屋頂亦裝有太陽能板,能夠為全電動櫃場提供部分供電。
建立貨物的即時定位系統,透過掃描條碼(如RFID)識別集裝箱內容物以及當下位置,以暸解其行動軌跡,並計劃與估算最佳路線及時間,從而改善物流的可見性與透明度。
▲圖5、DP WORLD BoxBay示意圖 [14]
5.荷蘭—鹿特丹港
(1) 透過港口管理資訊系統和港口社群系統積累大量數據資料,將數據用於支援其日常運營及預測,並轉化為做決策的資訊,以減少等待時間,確定船舶停靠、裝載和卸載的時間安排,並有效分配船舶進出港。
(2) 透過港口管理資訊系統 HaMIS 進行規劃、監控和處理所有航運作業,減少文書工作、避免重複檢查,進而使作業更加便捷。
(3) Portbase 公司的港口社群系統 (Port Community System, PCS) 為荷蘭各港口之海運業約 3,200 家公司提供包含船舶靠港、貨物進口通關、貨櫃內陸運輸、貨物出口通關 4 大類,共 40 多項相關服務,使用者可透過此開放平臺進行貨運管理與文件處理流程,以提高效率、降低規劃成本、更透明的規劃、更好的貨物處理效率,並減少相關錯誤。透過此平臺,荷蘭和整個歐盟的航運社群間可以全天候進行安全的數據交換。
(4) 鹿特丹港務局和荷蘭水利管理局合作管理鹿特丹港的監測網路,並將準確的水文與氣象資料(如氣溫、風速、相對溼度、水位和潮汐潮流等),透過鹿特丹營運流量模型 (Rotterdam Operational Flow Model, OSR),結合 IoT、AI 和第三方的智慧天氣資料,提供港口預期水位和目前流度等水文與天候資料,幫助航商決定入港的最佳時間。
(5) 透過數位浮標技術,並整合上述 IoT 平臺蒐集之各樣數據,可在港區內之避風水域,提供24小時全天候的數位海豚服務 (Buoys and dolphins),讓各類型船舶可在惡劣的天候或大浪中安全裝卸固態及液態散貨,並讓港務人員更了解靠泊碼頭的狀態和使用情況。
6.美國—洛杉磯港
(1)透過 Port Optimizer™ 雲端數字平臺整合相關資訊,並利用直接或間接的方式與利害關係人接洽,以取得相關作業數據供貨主、卡車司機、鐵路、碼頭和航運公司等多方使用,以預測與規劃貨運作業。
(2)港口管理單位透過貨物營運儀表板 (Cargo operation dashboard) 提供港口運營現況(如下圖 6 所示),讓供應鏈中的利害關係人(如碼頭業者、貨車業者、倉儲業者)了解港口運作的最新狀態(如即時貨物追蹤資料、每日靠港船舶、進出口貨櫃、轉口等)的即時貨物追蹤工具,透過專注於供應鏈效率和優化,為貨主提供更高的數據可見性。
(3)洛杉磯港與 IBM 共同合作設計並營運一個港口網路韌性中心,檢測及防範未來可能影響整體供應鏈效率的惡性網路安全事件,並協助港口在貨物流動能更加有效和安全。該系統將有助於降低貨物和資訊共用方面,網路安全的問題風險。
(4)建立港口模擬操作技術來模擬、監控和分析港口活動,以便規劃、培訓和測試變化可能造成的影響。
(5)採用資料處理決策系統以分析從貨物處理到碼頭運營得各項數據以達到最佳化運營,這將能夠使港口物流更流暢、更高效。
(6)採用無人機監視和自動引導車輛運行,將無人機用於監視、安全和檢查目的,而自動引導車輛則可在港口內高效運輸貨櫃,透過遵循最佳路線,以減少運輸時間並增加吞吐量。
▲圖 6、貨物營運儀表板 (Cargo operation dashboard) [16]
六.總結
人工智慧應用於港口的潛力巨大,不僅限於提高運營效率和降低成本,還能增加安全性、優化資源配置和促進智能化管理。隨著科技的進步,未來的港口將會更加智慧化與自動化,並且能夠為全球貿易與經濟發展提供更強大的支持。AI的全面應用將有助於塑造未來港口的運營模式,將其推向更高效、更安全和可持續的方向發展。
七、 參考資料
傅瑞婷 (2022)。人工智慧物聯網構建城市智慧交通之商業模式研究—以海運貨櫃碼頭為例。碩士論文。國立臺灣科技大學管理研究所。
蔡敏生 (2023)。智慧化港口基礎建設:運用通訊科技增強港口運作效能。碩士論文。輔仁大學科技管理碩士學位學程在職專班。
蔡仁杰 (2024)。自動化港口作業:臺灣自駕船舶及智慧港口現況與未來發展。碩士論文。國立臺灣海洋大學航運管理學系。
https://zh.wikipedia.org/zh-tw/人工智能
https://zh.wikipedia.org/zh-tw/港口
https://www.ey.gov.tw/state/A44E5E33CDA7E738/f71d5650-83bc-4b76-908d-e1fd89d72c72
https://web.customs.gov.tw/statistics/detail/082caaee2ac144e5b4db43be9a98305f/b0eb23ea9b3c4255809072b7560e5812
https://zh.wikipedia.org/zh-tw/世界貨櫃吞吐量最大港口列表
http://www.seacon.com/newsshow.php?cid=15&id=1210
https://www.intlailaw.org/article_d.php?lang=tw&tb=4&id=1732
https://www.find.org.tw/index/indus_trend/browse/cc45172989c318696f9eba32a61515cb/
https://www.mpa.gov.sg/finance-e-services/digitalport@sg
https://www.find.org.tw/index/indus_trend/browse/9829c1f6ed0b4f4c887e69f768fa929f/
https://www.dpworld.com/smart-trade/boxbay
https://www.find.org.tw/index/indus_trend/browse/de07d3e92abe467714b3aaa98501e126/
https://www.find.org.tw/index/indus_trend/browse/2680367d1cc3879dd337508544d37cf5/