智慧港口的推動，與現今已可廣見的燦耀成果

陳建興

智慧港口是科技產物，也是港口邁向進步的指標

由於科技的進步而致舉世人類於近十數年來，已邁入生活萬事幾皆為之大幅轉變的「智慧時代」，有言「…世界開化，人智益蒸，物質發舒，百年銳於千載…」，確屬洞燭機先的至理名言。大勢所趨之下，無論是個人生活或是各行各界的業務領域，皆受科技的引導而轉為愈益進步便利的層級，港埠的經營管理亦是此然，遂有「智慧港口」（Smart Port）一語之萌生，乃在善用新興科技下，使港口逐步邁進為可充分自動化並高效完成貨物裝卸、指引船舶入出港區的智慧港。如斯為之，不僅可與相關的物流業界密切接軌以同步運作，還得以領先群倫的步幅，帶動海運航貿事業的向前進展。

舉世各個海洋國家，尤其是工商繁榮、科技進步者，已不乏得見推出智慧港口的方案及具體事例。例如，德國漢堡港即施行可兼顧智慧港口物流鏈與能源發展的計畫；荷蘭鹿特丹港透過整合港、城之間的智慧交通系統，使得港市的運輸和聯外交通愈加的順暢（註一）。亞洲國家在此等方面的表現，實不遑多讓於歐洲國家（倒是號稱科技實力領先全世界的美國反而乏善可陳，蓋長久以來港埠的經營管理，一直非屬美方的強項），如台灣的港群已經設置有專屬的航港資料庫，得以之為基礎同時導入智能科技，善加運用大數據來從事分析，創發為營運愈為便捷、效率愈為高超的現代化港口；新加坡港則開發有手機應用軟體和網路服務，使工作人員可藉由資料的快速比對以提升運輸效率與安全；日本在此領域更是一鳴驚人，已在2010年代發展出在同一時期當中，全球自動航駛里程最長的「自駕船」（Autonomous Surface Vehicle，為可在海上自動駕駛的船舶，又稱服務無人船或無人船），且經由不斷的測試改進，而可精益求精的迭增效能，自駕船的發展經過將再另於本文之後續章節，作詳細的說明。

台灣的各大國際商港，已在台灣港務股份有限公司所推出，名為“Trans-SMART＂（Transform Sustainable, Modern and Advanced ports with Revolutionary Technology）的方案下，陸續推展港埠的智慧科技，建構台灣港口整體發展藍圖，使港群得更高效、更方便的運行。此等足可作為媒介的科技，包括有Big data大數據、AI人工智慧（Artificial Intelligence，AI）、ICT資通訊科技（ICT是Information and Communication Technology之縮寫）以及IoT物聯網（Internet of Things）…等，實不勝枚舉。港務公司高層主管表示，上述作為旨在期許以智慧科技打造創新、優質、永續的現代化港口願景，並逐日提高港埠的核心價值暨國際競爭力，同時印證港務公司經營事業品牌的決心。

自駕船之能順利進出港，必須要有智慧港口與其密切配合

2019年2月，日本一家名為「野馬株式會社」（Yanmar Co., Ltd，另有媒體以Yanmar的讀音將其譯稱為「洋馬」，該會社向來以生產工程作業車輛、農業機械、柴油引擎及小型船舶而著稱），在日本大阪地方所舉辦，以致力於開發船舶自動辨識、靠泊…等技術並可望在危險水域航行、海洋調查和智慧漁業等領域派上用場的基礎科技展示會中，特地以其企業與「國立研究開發法人海洋研究開發機構」（Japan Agency for Marine Earth Science and Technology，JAMSTEC）共同開發的自動駕駛船，吸引蒞場觀睹者的聚焦。由於在人工智慧與IT的多項領域擁有長足的研發經驗，此一野馬株式會社已有相當的能力可將麾下造出的新船，與各種的軟硬體技術相結合，俾一起應用於多項海事領域。

上述的自駕樣品船，係採用其自家的「強化玻璃纖維」（Fiberglass Reinforced Plastics， FRP）專業技術，在擁有材料輕巧與製造成本低廉諸項優點下，兼亦引入「中介軟體」（middleware，註二）的系統平台，足可彌應多方面之不同需求。該樣品船的開發，是被納入於日本政府「策略性創新計畫」（Strategic Innovation Program，SIP）之一環，這種無人駕駛船舶的相關成果亦將移交予上段提及的JAMSTEC，俾可為海洋資源探勘研發下一代技術，亦可將這種無人駕駛船舶在應用愈趨成熟後，投入至「未來自主水下載具」（Future Autonomous Underwater Vehicle）系統的運用。

自動駕駛技術自然會與港口的「自動靠泊系統」相搭配，該系統是透過得與衛星定位技術相結合的RTK-GNSS技術（註三），以及野馬獨家數位中繼器系統提供的校正資料，透過高精準度的定位數據，將船隻準確引導至指定的碼頭或泊位，以協助船員在船舶靠岸上的操作。在小型船隻的應用可順利無虞後，則可轉用於大型的商船，並可因應不同的商務需求而對客戶提供客製化技術服務，從而拓展宏大的商機。由於在經費取得和利益共享方面，早即皆有明確的協議，因此野馬會社研發的技術均可上傳至共用應用平台，使得此等產品的開發時間可因而縮短甚多。野馬會社只是日本極多家投入此一研發領域且已有卓然成就的業者之一，而資金和業務規模遠較野馬會社為大且同樣獲有斐然成效的公司，則以「日本郵船株式會社」（Nippon Yusen Kabushiki Kaisha，簡稱NYK）的成效最受矚目。

屬日本航運集團（Ocean Network Express , 簡稱“ONE”）麾下事業體之一的NYK，目前擁有近約八百艘之船舶，該事業在全球各地計約擁有3.6萬名員工，並在倫敦、紐約、香港、新加坡和巴西聖保羅…等多處地區或大城設立有辦事處，經營極為龐大的海運和物流業務。NYK從2016年起即投入船舶自動化導航的研究，亦透過研究人工智慧（AI）協助自主航行的推動，因為其不遺餘力的努力，故已於2019年9月中旬，在各界原本並不知悉、了無預期之下，完成了自主航行與靠泊的測試。NYK是在事畢之後的同（2019）年、隔（10）月上旬，始檢具資料、憑證以對外發布該經過，說明已經在一艘屬於「滾動裝卸」（又稱駛上-駛下，Roll on/Roll off）型別，名為“Iris Leader＂號之大型商船上，應用由日本郵船與JAMSTEC共同開發的“Sherpa System for Real navigation system＂（SSR）船舶導航系統，以實現遠程海上試驗之航行，整個試驗係分成兩階段以完成（註四）。

NYK公司表示，其之完成全球首次船舶自動駕駛測試，乃是依據國際海事組織（IMO）發布的「海上自主水面船舶」之試航暫行指南（Interim Guide）和「船舶避撞規則」以進行測試，故得符於國際規範。而該一自主航行試驗的成功，將可更有效的促進其後續力行發展自主水面船舶的意志，繼而臻臨可提高船舶行駛安全和減少員工負荷的目標，此一藉由大船所為的長途自主駕駛，所締創之重大成果足可顯示日本在MASS（Maritime Autonomous Surface Ship，即海上自駕船）的研發上，當已遙遙領先諸多海洋大國，日後並將了無自滿、日新又新的力求精進（註五）。NYK研發團隊莫不力求，所裝置的精密自動航行系統，不僅能優於人腦之偵測判斷，尚能在船舶航行途中檢測出船內的異狀，有助於杜絕各種的海運事故。

日本政府早即在2017年時，即已由其「國土交通省」訂立出未來投資發展策略，不僅大力資助「船舶碰撞風險判斷及自動操船相關研究」之計畫，還擬定於2025年前生產出250艘具自主航駛能力的全自動化商船，其傾力投入之作為和收致的豐碩成果，足可令人刮目相看。而見賢必思齊、無肯落人後，乃是競爭激烈的日本工商業界的常態，故而其他的日商海運業者如「川崎汽船」（Kawasaki Kisen Kaisha）、「商船三井」（Mitsui O.S.K. Lines, Ltd.）海運公司…等事業，實則亦頗為熱衷的加入研製MASS之列，且皆各自覓尋協力廠商組成研究團隊，其舉國諸業在此一領域的竭力奮發與創造出的績效，著實令人折服。

欲期船舶可依照設定之控制，成功無阻的從事自動駕駛以及在港區、碼頭的自動靠泊，必然要相當程度的仰賴來自電信業者的密切配合，方可順利無阻以行事。諸如，屬日本電信巨擘的NTT Docomo（日文寫為NTTドコモ，是日本一家電信公司，DOCOMO一詞是取自“Do Communication over the Mobile network”，意即「透過行動網路，得使訊息無遠弗屆的傳輸」）即嘗試藉由5G（5th Generation Wireless System）科技，投入船運作業的自動化推行並參贊建造無人船。

依據《日本經濟新聞》之報導，現今於日本被熱切推動的「無人船計畫」，刻正由NTT與日本郵船…等四十餘家企業共同組成團隊聯合開發，即便非屬營利組織的日本財團亦皆樂於提供資金贊助其事，蓋如網路設備、船舶維護等環項皆需有企業提供，方可使繁複緜密的研發工作，配合無間以進行並可告成大功。整體目標為在2025年時可讓無人船成功出航，並於2040年時使日本的近海運輸船隻有50%的比例改為無人自駕船，此一研發「5G自駕船」目標的達成，對於日本船運事業陷入高齡化、人手不足的情形（註六），正有大旱逢甘霖般的莫大裨益，且經評估若是可穩定無虞的使用，每年將可創造逾1兆日圓之廣大商機。蓋依據日本的法令規定，國內運輸船不可有外籍船員，而長時間在船上的生活方式卻又難以吸引當前的年輕世代加入行列，可預見者人手不足的情況將會逐漸惡化，無人自駕船的問世正好是化解此一難題的關鍵轉折。

此外，為杜防自駕船可能遭致駭客的入侵干擾，NTT已先行多次對於船舶施行模擬的網路攻擊，並對於如何防範上述事項發布有成果報告書，倘循按已列入的計畫以施為，且若無其他的差池或延誤意外衍生，則研發團隊可望於2021年下半年，先行改造一艘貨櫃船以再度進行愈可深入其境的無人船測試，預計將從東京灣航行至北海道的苫小牧（註七）。研發團隊高層幹部表示，深切期盼此一無人船的進一步試驗，得為日本造船、船運業帶來新契機，乃至躍成為未來無人船運的國際標準。

現今，除了NTT和日本郵船、野馬株式會社等企業，競相投入此項無人船計畫並係團隊的重要主力以外，又可在諸多日本財團的資助下，展開數項亦是攸關無人船的研發計畫，諸如開發最新型式的自駕運輸船，推出可協助載運旅客的小型運輸船，以及在橫須賀海岸進行1.7公里的觀光航線測試（已排入於於2021年之計畫）…等。

復需提及者，積極投入開發無人船的歐洲國家，實亦所在多有，如英國的勞斯萊斯公司早在2018年就完成無人船的短程測試，韓國的SK電信亦已宣布將借助5G技術，建造出能夠自主航行、避開障礙物的智慧船。日本並又與中國大陸、韓等熱衷於此一科技領域的國家，啟動了一項名為“MASSPorts”的嶄新無人船研發計畫，制定無人船如何在港口內從事作業的統一規則。

在智慧科技的加持下，我國的智慧港口不僅可藉此以提高經營效率，更可提升港口的安全

鑒於全球近約90%的貿易是倚藉海運所完成，因此港口得謂是帶領全球經濟發展之領頭者，隨著時代與科技的發展，港口業務尤具毫不斂縮、與時俱進的趨勢。再者，正如「逆水行舟，不進則退」之道理，相較於可臻達智慧級之港口，其他港口在其業務領域上若是按兵不動、無意變革，必定會在競爭的浪潮中退轉為落伍守舊者，從而遭到航運客戶的揚棄而「乏『船』問津」。台灣四面環海，港口對於促進航運貿易和經濟成長必係具有極大的影響力，以致台灣境內的各個國際商港，在促進航貿和地區繁榮中，從工業化、資訊化、自動化到智慧化的演進歷程，皆是毫無間斷的對於使用者，積極提供多元服務並提高營運效率，確保各該港口的競爭優勢。

我國的台灣港務公司在智慧港口的研發上，長期以來亦已在辛勤投入之下收得頗為傑出的亮麗嶄獲。其所擬定的智慧港口具體發展行動方案–Trans-SMART，是就港口海側的港灣作業及陸側的棧埠作業，進行極為完備的系統性檢視，並且在追求安全、效率的兩大目標下，帶動台灣港群朝向智慧化發展的新創轉型計畫。按台灣港務公司之說明，上述的海側部分是以船舶為核心，運用智慧科技展現船舶航行的詳實軌跡，而行動方案中的「船舶操航智能輔助系統」之運作，係將船舶進出航道、靠泊船席的軌跡、角度、船速等資料，透過大數據的分析以模擬出最佳的安全範圍，並經由雷達、監視系統、感測裝置即時掌握船舶動態，俾一旦發生異常旋即提出預警，可據此提升船舶航行上的安全，降低港灣事故之發生。

復經比對近年來台灣各港口肇發之事故，當以船舶碰撞事件占有最大的比例，因此船舶設施優劣以及對於港灣海氣象的掌握…等環節，係港口航安領域不可或缺之要素。另如所建置的「IoT海氣象即時系統」，則可經由海氣象監測資料之分析整合，隨時偵悉港口風力、波浪、海流和潮位等資訊，既可因應天氣的遽變而增強港口的防災避險，並可供應所需之資訊予必須入出港口的無人自駕船。

在港區的陸側方面，台灣各港口已次第導入「無線射頻辨識」（Radio Frequency IDentification，RFID）的自動化門哨系統，於此架構下港務公司將可串合車輛GPS定位及貨櫃場作業區的資訊流，快速分析港區擁塞狀況、預估等候時間，足令港區內的業者可經由妥適程序排定交領貨櫃時程，從而達成人車可安全、效率出入港區的智慧控管交通；港口之內陸重要區域均設置有縮寫為CCTV（Closed-Circuit Television）的監視設備，構組成「智慧監控管理系統」並透過智能分析之模式，自動辨明港埠現場狀態，無需再如當前所常見必須仰賴人力時時刻刻牢盯監視器的方式，即可主動而全面的掌握港口即時動態。

而台灣港務公司另所研發的「港灣智能調度整合系統」、「海事機器人」等，則是可分別適用於現行的港灣作業及水下作業之優質化變革，特別是後者不僅可紓解潛水人員短缺之窘境，並可提高水下作業之效率與安全。綜言之，由我國港務公司所推出的Trans-SMART計畫，旨在令「港灣與人工智慧共舞，以科技帶動港口轉型，讓港口經濟、科技與人文共存，打造創新、優質、永續的未來港口」。

結語

觀諸全世界各個指標型港口，近些年來在智慧化發展上之大纛，係以導入人工智慧（AI）、物聯網（IOT）、第五代行動通訊技術（5G）以及區塊鏈（Blockchain，註八）…等新科技，使其可應用於「優化港埠營運系統」與「整合港口與物流鏈系統」等諸多系統。

目前，我國各地的港口，持續的導入可應用於港務營運流程之新興科技，以達成優化港務之宏旨。冀盼各港口俱得在不斷引進高科技的裨助下，著收提升經營效率、加強港口安全防護之優利，同時達成環境保護與能源永續之目的。使得台灣各個港口的智慧化發展，不但具有相當良好的績效，並可逐步邁向為舉世一流的智慧港口。

附註：

一、以鹿特丹港務局提出智慧港口發展四個階段的規劃藍圖為例，其港口發展進程的第一階段為「港口各項資訊數位化」，第二階段為「港口系統整合」，第三階段為「物流鏈整合」，第四階段則是「全球物流鏈的連結」。

二、中介軟體又譯稱作中介層，是一類提供系統軟體和應用軟體之間連接、便於軟體各部件之間充分溝通的軟體，應用軟體可以藉助中介軟體在不同的技術架構之間共享資訊與資源。另外，位於客戶機伺服器的作業系統之上的中介軟體，兼有管理、運算、分析和網路通信之功能。

三、VBS-RTK即時動態定位技術，是e–GNSS即時動態定位系統之核心定位技術。係採用多個衛星定位基準站所組成的 GNSS 網絡來評估基準站涵蓋地區之定位誤差，再配合最鄰近的實體基準站觀測資料，產製一個虛擬的基準站做為 RTK 主站，所以移動站並不是接收某個實體基準站之實際觀測資料，而是經過誤差修正後的虛擬觀測數據。

相較於傳統的「單主站式RTK」即時動態定位技術之最大瓶頸，在於主站系統誤差改正參數之有效作用距離。復因GNSS 定位誤差的空間相關性會隨著基準站與移動站距離的增加而逐漸失去線型誤差模型的有效性，所以在較長距離的情況下（如長於10公里），經過「差分法」（finite-difference methods）計算處理後之觀測數據仍然含有很大的系統誤差，特別是電離層的殘餘誤差，將導致整週波未定值（Ambiguity）求解的困難，甚至無法求解，以致於造成定位成果不佳。故為克服單主站式RTK 定位技術的缺陷，利用虛擬基準站即時動態定位技術，求解區域性 GNSS 多基準站網絡誤差模型如對流層、電離層及軌道誤差等，將可有效增加傳統單主站RTK定位之作業範圍，使用者當然可以快速且方便地獲得高精度、高可靠度及高可用性之即時動態定位成果。

四、航行試驗分成兩段並係日夜兼施以進行–前段為2019年9月14-17日，從屬於沖繩的「與那國島」（Yonaguni jima，在行政區劃定上，係屬於沖繩縣八重山郡與那國町，位於琉球列島八重山群島最西端，也是全日本最西端的島嶼）航越東海、太平洋之交的海域，駛往日本四國高知縣的「足摺岬」；後段為9月19-20日從名古屋駛往橫濱，乃回復採行正常航行方式循東北方向，繞過本州的和歌山縣與三重縣外海，而於兩日後、即9月19日行抵名古屋「伊勢灣」海域時，再度開啟自主航行模式，並改循東北東的方位駛臨橫濱商港。

斯一壯舉之兩段試航，咸如預期般的順利達標，惟NYK仍甚謹慎的面對其事，復於經過詳實檢討以及比對航行期間所留存之各項電訊紀錄之後，認定當次的試航確屬技術等級的奏效。NYK並極其鄭重的表示，全程是依據國際海事組織發布的MASS試驗暫行指南，完成全球首次的船舶自主航行系統海上試驗。

五、在2019年9月完成Iris Leader號大型商船的自主航行測試後，日本郵船轄設的「物運技術研究所」（Monohakobi Technology Institute , MTI）內肩負船舶技術研發之高層主管尚表示，日本郵船正考慮以一艘大型貨櫃輪，在陸上基地施行遠端遙控的協輔下，從事自日本航向北美洲的試航。此乃基於在太平洋上，船舶數量相對較為寥寡，故得被選作橫越太平洋之嶄新測試航線，惟屆時船上仍將有人員待命，以避免任何的閃失。相較於自駕車，自駕船之航行於寛廣海面上，固然可免於頻遇的碰撞風險，惟一旦肇釀事故則將引致更大的傷害，故允宜審慎為之。而且，由於船體愈為龐大、載貨愈多的緣故，在各方面皆需愈為廣泛和愈加周密的管理，不可輕覷其複雜性。

六、日本船運業正面臨嚴重的人口老化，依據2020年的統計資料，全日本近海船隻的船員，超過半數者年齡是在50歲以上，60歲以上的船員又占整體之內超逾20%的比例。

七、苫小牧市是北海道西南部的城市，距離札幌市僅90分鐘的車程。與室蘭市都是北海道具代表性的工業都市、企業城市和港灣都市。

苫小牧港則是位於日本北海道苫小牧市至勇拂郡（日文寫為勇払郡）、厚真町一帶的港口，該港口現今為日本八座中核國際港灣之一，惟亦被視為是特定港，其港灣管理者是北海道政府與苫小牧市政府共同設立的特別地方公共團體–「苫小牧港管理組合」。

八、區塊鏈主要將資料分別儲存在不同的雲端上，計算和儲存都是分散式者，每個節點都需要自我驗證、傳遞和管理，去中心化的核心宗旨可讓使用者無需依靠管理機構和硬體設施，便可達到資料共享性。

2018年1月，IBM與馬士基（Maersk）合作推出全球航運區塊鏈解決方案–“Trade Lens＂區塊鏈平台，所有參與區塊鏈之「利益相關者」（stakeholders），如貨主、航商、報關行、海關、理貨業及港口管理單位、陸地運輸物流業者乃至收貨人等，都可以利用這個平台進行業務流程及訊息交流，以確保鏈上所有成員均可取得一致且正確之資訊。

參考文獻