航港產業4.0智慧港口之來臨與挑戰

楊鈺池

 

一、前言

 

近期看到較多宣傳此智慧港口倡議港口是德國漢堡港，該港口提出一個「SmartPORT」計劃，將智慧港口區智慧港口物流與智慧能源量大主軸。前者目的在於尋求優化供應鍊和提高運輸網絡效率，後者目的在於減少能源消耗和減少污染物排放。

新一代港口基於物聯網、雲計算的創新港口發展模式與功能升級，又稱「第五代港口」，是港口在經歷傳統物流階段、配送物流階段、綜合物流階段、港口供應鏈階段之後，為了滿足現在的需求，隨著物聯網的興起與蓬勃發展從而應運而生的第五個階段。如果用一個公式來給第五代港口下定義的話，那麼最簡單的表達：第五代物聯網智慧港口=港口聯盟+綠色低碳港口+港口物流+智慧港口+虛擬無水港+港口物聯網。

物聯網智慧港口就是以物聯網平臺進一步整合港口資源，打造綜合物流樞紐港與航運透明供應鏈。它的最主要的功能是供應鏈的鏈主功能，從而實現港口聯盟、綠色環保、節能低碳港口等理念和發展模式，打造新一代的全產業鏈的港口，試圖把這幾個不同的觀點綜合起來，整合創新，提出統一的物聯網港口概念和發展模式。

智慧港口被定義為一個綜合概念，旨在通過物聯網和人工智慧等資訊技術的引入和創新，實現自動化，物流優化，能源效率以及與環保城市和幕後城市的聯繫。此外，智慧港口（Smart Ports）還充當資訊流的中心，可以收集，處理，分析和共享數據，從而有機地鏈接所有相關資源（金根碩、李基列以及金寶鏡，2018）。

為了實現智慧港口，主要的海外港口已經建立了包括自動化，運營效率，環境友好型能源和內陸運輸環節轉換在內的綜合路線圖，並為每個部門選擇了詳細的項目。鹿特丹港正在建立一個「SMARTPORT」組織，並正在製定和實施一個路線圖，其中包括五個部門的45個項目：物流、能源和工業、港口基礎設施、港口城市和戰略。智慧港口物流，通過互連信息和通信系統，可以實現更高效的流量管理。

德國用數位科技省時省力也能節約資源，讓整座城市變得更聰明。藉由各種交通和信息流，以確認有效的港口運營。在能源、基礎設施、交通控制和物業管理方面，漢堡港是最重要的差異化因素。貨櫃車司機和火車列車長不用再等太久，只要透過手機就能掌握船卸貨進度，這個新科技也讓漢堡港口整體效率提高了12%。漢堡港務局認為採取智慧港口物流可以避免交通堵塞、防止環境汙染，我們也要為港口創造高效率和可持續的解決方案。

中國大陸正在推進智慧港口運營、安全管理改善、物流一體化和商業模式創新，四個領域的11個智慧港口建設試點項目。特別是，它正在向智慧港口運營領域躍升至世界最高水平，將廈門港、青島港和上海港發展為全自動港口。日本還提議在目前正在建設的中長期港口政策「PORT2030」中建設智慧港口。為此，將利用人工智慧和物聯網創建智慧港口建設和運營系統，通過所有公司的聯動創造新的價值，將被設定為詳細目標。

智慧港埠物流屬於新課題，近期研究相關文獻較少，歸因於智慧港埠物流概念剛起步，對於此議題研究報告較少。因應航港產業4.0發展新趨勢，物聯網、大數據、人工智能甚至機器人如何導入港口產業，創造新營運模式與新氣象呢？藉由國內外發展智慧港埠物流案例，提供台灣國際商港在規劃智慧港口參考依據成為本研究目的。一般研究智慧港口，可以從（1）營運。（2）能源。（3） 環境等三面向來分析，本文限制在貨櫃碼頭之營運議題作分析。

 

二、智慧型港口之定義與概念

所謂港埠物流，係經由港埠將有形與無形之經濟財，從供給者到需求者有效的克服時間與空間的隔閡以港口之場站為基礎，在港口執行物理的經濟活動而言（市來清也，1996）。韓國海洋水產開發院（1998）認為港埠物流由三個主要次系統所組成，分別為港埠作業系統（船舶與貨物作業）、上游海測連接系統（船舶在港區或在停泊，但無船舶作業或貨物裝卸）以及下游陸側連接系統（配合在港口與陸地介面之複合運輸作業）。

港埠物流之活動型態，大抵有裝卸、運送、保管、包裝以及資訊等五大機能。由於港埠之特殊性在於成為船舶運輸與陸上運輸之環節點之貨運站，所以裝卸成為其活動之主體，其他伴隨而來之運輸、保管、包裝與資訊等活動為輔。裝卸：係指船內裝卸與沿岸裝卸、船舶與碼頭、倉庫與其他貨物棧埠等裝卸業務，此外亦包括為完成裝卸貨物之末端運送之駁船運送而言。保管：保管係為克服貨物流通之時間隔閡，來創造時間效用。保管可分為儲存短期間之貨棧與儲存長時間長之倉庫。由於船舶運輸之波動性與一時多量性，因此具有陸上運送機關之聯絡調整機能與背後腹地區域之都市倉庫機能，扮演重要之角色。資訊：為促進港埠物流之總體活動能夠順利完成，資訊機能是不可忽視。近來由於IT與EDI之資訊化功能投入港埠產業，使得港埠物流系統營運之合理化更趨完善 （市來清也，1996） 。

Filbey（2018）認為智慧港口物流使港口管理部門或類似的提供商以及運輸和物流公司能夠監控其員工／行程情況，更有效和安全地運輸貨物和人員，從而提高最終客戶滿意度。

智慧港埠物流是將互聯網技術、全球定位系統、移動通信技術、無線通訊技術、地理資訊系統、無線射頻識別技術、即時監控系統、自動化裝卸設備、物流搬運機器人等先進的資訊技術和自動化技術綜合應用於整個港口的物流作業、運輸服務及港口管理的各個方面，建立一種在港口服務範圍內全方位發揮作用，即時、準確、高效、優質港口物流服務體系。

楊勇生（2017）認為智慧港口是指藉助物聯網、傳感網、雲計算、決策分析優化等技術手段對港口各核心的關鍵信息進行透徹感知、廣泛連接和深度計算，從而實現各個資源與各個參與方之間的無縫連接與協調聯動，對港口管理運作做出智慧響應，形成信息化、智能化、最優化的現代港口。

德國漢堡港口推動所謂IT系統之智慧港口物流包括貨運承攬業、交通資訊、商業網頁雲服務提供者、雲服務提供者、港口道路管理和停車空間提供者相聯繫在一起。IT系統整合物流服務、連接車服務和其他連接事情服務、遠端設備管理、複雜事件處理、資料整合、設備摘要、連接管理和資料蒐集。

智慧港埠物流之優點，簡述如下：

1. 減少在港區內或周圍的運輸壅塞港口
2. 減少在碼頭之等待時間
3. 減少交通中斷的反應時間
4. 減少彼此誤解
5. 最適運輸路線規劃
6. 貨運承攬業節省時間和財貨

智慧港口物流整合了所有利益相關者，並從頭到尾增強了貨物流動，制定了全面的戰略，也可以應用於其他物流領域，如機場和貨運站。智慧港口物流結合了三個子系統的經濟和生態方面：交通流量，基礎設施和貨物流動。海上，鐵路和公路運輸的多式聯運港口交通中心構成了交通流量網絡的基礎。例如漢堡港務局（HPA）、德國電信和SAP正在共同啟動一個旨在連接港口為基礎的物流IT解決方案。公司、合作夥伴和客戶更緊密。該「智慧港口物流」試點項目已經形成了一個結合移動應用程序的綜合IT平台（應用程序）。

智慧港口的功能可以包括四個方面內容，一是智慧碼頭實現作業的自動化；二是智慧口岸實現通關一體化；三是智慧物流實現全程可視化；四是實現智慧商務使得服務便利化。

 

圖1　智慧港口功能結構

 

三、智慧型港口之發展現況

 

(一) 漢堡港

德國漢堡港務局開發一種物流資訊解決方案設計來連接港埠相關企業、夥伴和顧客，所謂智慧港埠物流計畫，係指SAP HANA 雲端平台整合資訊平台崁入移動應用軟體，客戶可藉由移動裝置如桌上型電腦或智慧型手機，可以掌握交通資訊和使用港口相關服務。例如拖車司機可以使用此平台，從漢堡港務局道路管理系統知道港區即時交通資訊，可以利用停車場資料以及個人資訊有關進出港區交通情況。2012年10月，漢堡港發佈其至2025年的《港口發展規劃》，主要對港口的裝卸、附加價值、品質與環境提出了新的要求。在新的港口規劃中，對建設綠色港口、智慧港口都有具體的規定和實施措施。漢堡港將繼續發揮作為中歐經濟紐帶的作用，通過港埠智慧化，不斷提高港口綜合實力。德國漢堡港推行所謂智慧港埠物流（Smart Port Logistics），係將涉及港埠物流的每一成員連接起來，其結果在提供貨物全程流通之最佳化而言。在漢堡港，最先進的數字智慧保證了平穩高效的運行。該港使用的控制系統是世界領先的，感應器技術與分析，預測和資訊系統之間互動提供了很大的效率，這不僅有利於商業，也可以保護環境。

漢堡港務局發表智慧港埠物流概念，智慧港埠物流目的在於提高作為全球供應鏈主要環節之漢堡港的經濟效率。所謂的PORTlog，是漢堡港剛剛上線的面向客戶的免費電子採購開放平臺。包括貨主、倉儲經營商、船公司、貨運承攬業等所有運輸鏈上的企業，均可以通過該平臺實現篩選、查詢對口企業並建立聯繫。不僅如此，平臺還提供查閱歐洲運輸方面的法規與政策，對客戶來說，相當於一個搜尋引擎，平臺不僅涵蓋了德國，還覆蓋到了全歐洲。

 

圖2　漢堡港智慧港埠物流之概念圖

 

漢堡港智慧港口，簡要概念：

1. 智慧港口能源：再生能源或用促進、用能源消費量減少來讓汙染物質排放減少化、綠色與革新運送手段善用
2. 智慧港口物流：港口內交通流的效率性提升、最適貨物運輸實踐

漢堡港務局當局引入最先進的數字技術將使港口運營變得靈活高效。特別是，港務局有保護環境的強烈意願，新的先進技術以各種方式應用於港口部門。漢堡港為建立智慧港口提出10策略，建設智能港口的策略。漢堡港為建立智慧港口策略分別（1）提供即時交通狀況信息。（2）使用可再生能源的土地電力。（3）即時鐵路數據傳輸。（4）通過移動提供港口信息。（5）港口基礎設施移動裝置監督系統。（6）為讓空櫃最小化引進虛擬存儲空間。（7）港口監控裝置。（8）港口內電動汽車普及化。（9）港口附近停車管理。（10）風能、太陽能和生物能源等可再生能源使用等。

在漢堡港口順利、高效的運輸、最佳的數據採集和快速的信息共享，使物流管理人員、承運人和代理人能夠為他們的貨物選擇最有效的運輸方式。

目前，漢堡智慧港由兩大支柱組成：智慧交通方案和智慧能源方案。

首先，智慧交通方案是核心，該方案包括19個專案，致力於優化資訊流管理貿易流。漢堡港通過利用藍牙、感應器、攝影機等將收集來的資訊，打造資訊處理平臺，並進行即時處理，完善供應鏈，以保證交通暢通、費用降低。

基於物聯網的智慧港口解決方案，漢堡港能夠根據HPA的感應器和系統做出明智的決定。該港人們在適當的時間接收資料，以便在需要時調用正確的處理流程。結合物聯網技術，綜合管理系統能夠根據船舶裝卸的交付時間和網路的可預見性，港口管理人員可以通過控制連接關閉等手段有效緩解道路壅塞。

(二) 韓國

綠色港口結合資訊技術以零排碳為目標，成為未來港口發展之重要課題，未達節能減碳綠色港口目標，有必要開發港埠物流資訊技術。例如在貨櫃碼頭設置高效率的LED照明，利用資訊技術設計出在夜間做區域能夠自動關燈解決方案。韓國海洋水產部在2012年16座貨櫃碼頭設置智慧型港口自動化系統進行業務。智慧型港埠自動化系融合RFID、GPS和USN等高科技訊通訊技術，得（1）及時監控內部拖車運輸系統（2）貨櫃場管制站進出自動化系統（3）危險品貨櫃監視系統等構成。如果全韓國皆設置港埠資訊系統，假設以五萬噸級船舶為例，船舶別貨物裝卸時間能夠平均縮短4小時，並且得減少17萬噸之碳排放量來說明。

韓國海洋水產部（2014）認為智慧港埠物流之目的在於實施（1）藉由港埠物流服務之高度化和效率化，來強化物流競爭力；（2）因物流費用減少可以提高港埠物流生產力；（3）無紙化和無需親自民眾申請化服務、資訊共同活用來節省費用；（4）即時因應海上安全管理和安全事故。該國所實施智慧港埠物流系統之U-Port，係提供資訊管理服務、保安和安全服務、即時追蹤服務以及災害和災難恢復。其主要系統包括港港口營運資訊系統（Port-MIS）、海運港埠物流資訊中心（Shipping&Port–Internet Data Center（SP-IDC））、船舶監督系統（Vessel Management System（VMS））、全球貨物追蹤系統（Global Container Tracking System（GCTS）） 、港埠進出管理系統（（Port Security System（PSS））和海運港埠物流災害恢復中心（Disaster Recovery Center（DR））等系統所組成。

智慧港埠物流實施成效得以港埠出力管理系統為例說明，該系統實施在強化港口保安，包括強化港口進出證保安性、人員／車輛管理和出入人員身分確認。其次在經濟效果方面，（1）車輛滯留時間縮短從20秒降低到5秒（2）人員進出認證時間縮短從11秒減少到4秒（3）燃料費用節省每年為2億韓幣（4）碳排放量減少每年4.5萬公斤（5）負責人業務效率提高。

 

圖3　韓國智慧港埠物流資訊系統之架構圖

 

(三) 日本

日本中長期發展港口2030計畫，將港口區分為網路港口與實體港口，主要是的在創造新的價值。是連繫全部事情、人們、產業、資訊以及空間。由國土交通省2018年7月所公布港口2030年計畫包括（1）聯通港（connected port），日本列島能夠與世界相連通。（2）加值港口（premium port），創造新價值空間。（3）智慧港口（smart port），第四次產業革命先導的智慧港口。

日本國土交通省所公佈中長期政策2030港灣所提示，8大主要政策為：（國土交通省，2018）

1. 建設支持全球價值鏈的海運網絡；
2. 建構國內物流系統，創造可持續的新價值；
3. 群島的遊輪島嶼化；
4. 空間的形成創造了品牌價值；
5. 形成接收和供應新資源能源的基地
6. 綠化港口和物流活動
7. 使用信息和通信技術實現智慧通訊和港口強化
8. 港口建設和維護技術改造與海外擴張

論及智慧港口，係指利用人工智能和物聯網的港口建設，維護和管理。在整個管理過程中實現智慧化，強化發展成為支持「互聯產業」的平台，旨在通過各種環節創造新的附加值，並在海外擴展且促進工作的智慧化。

關於智慧港口物流善用資訊通訊計畫建置港灣智慧化與強韌化，包括（1）形成具有世界最高水平生產性的人工智慧貨櫃碼頭；（2）藉由港灣手續與其他物流資訊的完全電子化、手續省力以及利用資料達到效率化；（3）利用感應器技術與無人機等物聯網把握迅速受災狀況、藉由預測緊急物資、救援部分運輸圓滑化與維持物流機能。

其次，在論及港灣與物流活動的乾淨化，二氧化碳排出源投資與吸收源對策，包括（1）藉由海上風力發電、輸送機械的的碳化以及二氧化碳活動等，實現無碳港口。（2）與新加坡合作，建構液態瓦斯建構LNG供給國際網絡，促進LNG加氣據點。

 

圖4　日本國土交通省所公布2030年港口計畫

 

(四) 鹿特丹港

鹿特丹港建構智慧港口建立物流、能源與產業、港灣基礎、港灣城市以及港口戰略等五個部門路線，再根據五個部門別來促進各別計畫。

鹿特丹智慧港口路線構成體系，簡要說明如下：

1. 智慧物流：建立數位物流與自動化物流
2. 能源與產業：港口區域風力發展擴散、產業領域之電力能源使用轉換
3. 港口基礎：海底面透過航行疏濬最好化、運送手段營運最適化、藉由船席內感應器來收集資料
4. 世界港口城市：革新、商業環境以及未來技術
5. 港口策略：現況分析、新型研究開發領域發掘

鹿特丹港的目標是在2025年實現「港內航運連通網」（connected shipping）。就像無人駕駛車一樣，讓入港船隻可以自動航行在港內水道，不需像過去那樣得領航船和引水人的指揮，才能入港，停泊船隻可以彼此能連網溝通，來避免互撞。不過，為了實現這個目標，鹿特丹得先完成多項數位轉型計畫。

首先，港口岸邊要數位化，鹿特丹港方已在鹿特丹市到北海一段長達42公里沿岸，不論是陸地或海下都安裝了物流網感應器，連港口的碼頭駁岸、繫泊柱和道路都有。這些感應器會蒐集各式各樣的資料流，包括潮汐與潮流的水氣濕度和天氣氣象資料、溫度、風速與風向、水位高度、以及泊位的可用性和能見度等。

透過這些物聯網蒐集來的大數據，可以用來協助港務人員決策，縮短港務處理時間，比如給出船隻進港和裝船卸貨的最佳時間點等。大方向來說明：

1.建立數位分身（Digital Twin）為連網航運做準備

鹿特丹港借助IBM的物聯網技術來建立鹿特丹港的數位分身，希望能準確地涵蓋鹿特丹港的所有資料來源，包括港口船隻動態、基礎設施、天氣、地理和水深資料等。

2.水文及天氣預測

除了用來建立數位分身，鹿特丹港也開始結合物聯網、人工智慧和第三方的智慧天氣資料，來量測各種關鍵統計數據，例如預設可用的泊位數。簡單來說，準確的水文和天候資料，可以幫助船公司決定入港的最佳時間。IBM旗下天氣公司提供準確的天氣資料，這些資料，如氣溫、風速、（相對）濕度、水位和潮汐潮流等資料，能讓港務人員更精準地預測每一天的能見度，來計算船隻離港，全港淨空船隻的程度。此外，透過海水和風速和風向的預測，港方也能判定船隻是否能順利入港。

(五) 台灣國際商港

 資訊科技能夠幫助整合運輸和供應鏈運作，例如「全球定位系統」可以協助運輸業者最適化使用其運輸工具，包括有效率的路線規劃、排程、運輸距離、運輸時間、車輛承載和減少空載。同時，可以避免高速公路壅塞和減少空車運送。其次，「自動化車輛位置系統」可以提供港口、海關、運輸業者和托運人及時掌握車輛移動動態資訊和空車管理系統。

為能更有效的降低碼頭內貨櫃車輛二氧化碳排放，碼頭入口的管制站不但設有「自動化進出站系統」、裝設監視器、字元辨識軟體及無線射頻辨識系統，可加速車輛進出站，貨櫃車輛平均滯場時間可以較原傳統碼頭減少8分鐘。碼頭區內主建築物、貨櫃場及碼頭設備皆以綠能設備為主要設計規畫，期能將「高雄港洲際貨櫃中心」第六貨櫃中心與第七貨櫃中心，打造成為臺灣首座以節能減碳為訴求的綠能貨櫃碼頭。

台灣港務公司（2014）目前發展智慧港埠物流系統，大抵有以下幾種：

1. 企業內部資訊系統主要以行政單位之會計、人事、資產和租約管理為主，將做四港整合作業。但是並未將業務單位和港埠物流單位納入。
2. 智慧港棧資訊分配系統：屬於未來發展智慧運籌部分，包括櫃場系統（主要以自營貨櫃場為主）、碼頭管理系統、船舶管理系統和關聯決策系統。
3. 航港政作業系統：包括MTnet、CIQS平台和關港貿單一窗口，其中MTnet主要作為船舶進出港簽證的航政申請業務，屬於航港局之業務範疇。
4. 內部系統：為港公司主要業務系統包括船席調派系統（由於當地船務代理業習慣由於人工商議後決定，船舶停靠順序，台中港已經可議電腦來排，但是基隆港和高雄港仍採用人工調派為主。其他還包括決策支援系統、門哨系統、網站系統和VTS系統。
5. 港口服務系統，則包括資料收集子系統（港棧服務系統）、系統管理子系統、資訊發佈子系統、費用處理子系統、統計作業子系統、行動應用子系統、通訊處理子系統和危險品申報系統。
6. 目前航港局透過Mtnet處理航政和監理申請和辦理業務。
7. 目前港公司委託高雄分公司資訊單位處理港灣申辦業務整合、基隆分公司處理棧埠業務。因為基隆有棧埠處經營貨櫃碼頭裝卸業務之故，所以委託經營碼頭業務。

 

圖5　台灣港務公司智慧港埠物流系統

 

四、結論

Filbey（2015）認為貨櫃碼頭的智慧港口物流的解決方案是包括工作與行程管理、連接碼頭營運商之系統、當卡車或貨櫃到達的地裡圍牆時要啟動警示、規劃與監督貨櫃對卡車指派任務減少等待時間、及時監督卡車與貨物移動、司機訊息管理：停車業者提供卡車司機可以停車處訊息、最適化交通管理：物流基礎設施供應商可以提供卡車司機交通與基礎設施資訊。

綜觀前述智慧港口案例，可以從營運、能源以及環保三個面向來分析，惟本文主要以台灣國際商港貨櫃碼頭營運做為研究對象，尋求建構智慧港口之建議對策。其次，對於營運區域則可區分為港灣作業區、棧埠作業區以及背後腹地區，簡要說明如下：

1.在港灣作業區：在港區設置水上與水下物聯網感應器，係參考鹿特丹案例，其功能在於及時提供船舶航行與進出港與停靠船席資訊。

2.在棧埠作業區：（1）建設人工智慧全自動化貨櫃碼頭，係參考日本國土交通省案例，第七貨櫃中心設置全自動化貨櫃碼頭，並且迎接智慧船舶時代來臨；（2）港埠物流系統加值功能升級，係參考韓國海洋水產部案例，目前台灣港務公司所使用港灣與棧埠資訊系統，除將現有航政與港政監理系統整合成為單一窗口，方便航港關係業者操作使用之外。未來增加加值功能包括船舶監督系統、全球貨物追蹤系統、港埠進出管理系統和海運港埠物流災害恢復中心等系統設置；（3）配置無人機配合監視器功能，來監看港區作業安全、保安、車輛與貨物動態。

3.在背後腹地區：（1）智慧交通管理系統運用（2）港區附近停車管理（3）提供即時交通資訊。係根據漢堡港案例，其功能在於及時監控進出港口與背後腹地運行貨櫃卡車引進「智慧交通運輸系統（Intelligent Transport System（ITS）」來便利通行、掌握即通訊、避免塞車路段與迅速尋找到停車位。

 

 

參考文獻

1. 市來清也（1996），港灣管理論，東京： 成山堂書店。
2. 金根碩、李基列以及金寶鏡（2018）,智慧港口考慮全體物流網設立路線圖之必要性，KMI動向分析，Vol.74，http：//www.kmi.re.kr。
3. 台灣港務公司（2014），台灣港務公司智慧港埠物流系統，https：//www.twport.com.tw/chinese/
4. 楊勇生（2017），智慧港口前沿技術與應用設想，中物協（北京）物流工程設計院，https：//kknews.cc/zh-tw/tech/3mjppgg.html。
5. 韓國海洋水產開發院（1998），巫山新港灣營運系統建立方案,, http：//www.kmi.re.kr。
6. 國土交通省（2018），日本中長期政策2030年港灣，http：//www.mlit.go.jp/。
7. 韓國海洋水產部（2009），海運與港口物流資訊政策，http：//www.mof.go.kr/index.do.
8. FilbeyP.（2015）,Smart port logistic, Consultant T-Systems, http：//www.itssa.org/wp-content/uploads/2015/06/Filbey-ITSApplicationsinthePortEnvironmentWorkshopTSystems.pdf.
9. T system（2013）, Smart port logistics-cloud services for smart approach control within Hamburg harbor, https：// www.t-systems.com.