今日の輸送ターミナルを明日のテクノロジーに変革

Pekka Yli-Paunu、カルマル自動化研究部長

図1：プライベート4G / LTEは、最高のWi-Fiとイーサネットを組み合わせて、高速モビリティを追加します。

ノキアのPortsプログラムのグローバルプラクティスリーダーであるMatthias Jablonowski。

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LTE / 5G産業用ワイヤレスは、デジタルの未来に向けて端末を準備します。

過去数十年にわたってデジタルテクノロジーの波を次々と実装してきた世界中のポートでのほとんどの端末操作には、UHFおよびVHF、ワイヤレスセンサーネットワーク（WSN）およびLPWAからイーサネット、メッシュワイヤレス、 Wi-Fi —それぞれが端末の異なるアプリケーションをサポートします。現在の4G / LTEネットワークと5Gの登場により、これらのデジタルアプリケーションの多くを単一の安全なワイヤレスネットワークに統合することを検討することが可能になり、さらなる自動化と大幅な生産性向上の基盤を築きます。

不安定な世界市場と増加する量に直面して、ターミナルオペレーターはより機敏で応答性が高い必要があります。所要時間の短縮、トラックおよび鉄道のオペレーターとの連携の改善、および船舶サイズの変化に対応する能力はすべて、ターミナル運営にさらなる圧力をかけています。バース、ヤード、トラック、列車のオペレーション全体で、デジタルテクノロジーへの依存度が高まっています。 IoT、機械学習、AIなどのIndustry 4.0テクノロジーは、端末の自動化を可能にすることにより、これらの課題に対処する上でますます重要な役割を果たすようになります。これにより、柔軟性と運用コストが大幅に削減されます。

今日の「サイロ化」端末技術
ほとんどの港で使用されている現在の通信技術は、デジタル変革、特に自律および遠隔操作の分野におけるインダストリー4.0アプリケーションの要件を取り入れているため、端末操作の将来のニーズを満たすのに十分ではありません。現在、ほとんどの端末は、クレーン、ターミナルトラック、およびストラドルキャリアの車載コンピュータおよびタブレットで実行されている中央のTOSとTOSクライアント間のデータ通信にWi-Fiに基づくワイヤレスインフラストラクチャを実装しています。これは主に、ジョブの割り当てとワークフローの調整に使用されます。

音声通信は通常、スタッフの通信のためにTETRAまたはVHFラジオで処理されます。イーサネットLANは通常、Wi-Fiアクセスポイントをバックホールし、カメラやレールマウントクレーンなどの固定機器を中央の運用およびビジネスアプリケーションに接続します。
ワイヤレス部分は、今日の4G / LTEテクノロジーを使用して最適に改善できる領域です。ポート操作に固有の高度なモビリティは、Wi-Fiに課題をもたらします。一般的に、信頼性、安全性、または予測可能性はほとんどありません。

また、モバイルネットワーク用に設計された4G / LTEテクノロジーは、はるかに安全であり、無線ごとに多くのユーザーを処理でき、ビデオなどの高帯域幅アプリケーションを処理できます。重要なのは、ビデオカメラ、ゴム製クレーン、または今日高価なケーブルインフラストラクチャを必要とするその他のアプリケーションにイーサネットレベルのパフォーマンスを提供することです。

LTEはほぼ10年間利用可能ですが、ほとんどの場合、世界中の4G / LTEモバイルネットワークで使用するためにスペクトルをライセンスしたモバイルネットワークオペレーターによって独占されています。これらの公共通信事業者の一部は、産業用途向けにスペクトルをリースしていますが、通常、その使用を正当化するにはコストが高すぎます。したがって、ベストエフォート型のネットワークテクノロジー以外のものとして設計されたことのないWi-Fiへの広範な依存は、ビジネスまたはミッションクリティカルなアプリケーションには適していません。残念ながら、ほとんどの企業にとって唯一のワイヤレスネットワークオプションでした。

ターミナルの未来の技術
同時に、政府に対する広範な圧力により、ヘルスケアから鉱業までの産業およびその他のアプリケーションで企業が使用するためのスペクトルが解放されました。さらに、4G / LTEベンダーは、ライセンスのない（Multefireなど）または「軽く」ライセンスされたスペクトルを使用するソリューションを開発しました。また、標準のLANまたはWi-Fiメッシュネットワークよりもインストールと保守が難しくない、エンタープライズ規模のテクノロジーの生産を開始しました。その結果、港湾当局とターミナルオペレーターは、デジタルの将来を計画する際により良い選択肢を手に入れることができます。

図1は、プライベートLTEネットワークと比較したイーサネットとWi-Fiの利点と欠点の概要を示しています。最新リリースには追加機能があります。リリース4.9Gには、IoTデバイスを処理するための特定の機能強化と、ネットワーク内にセキュアスライスを作成して、アプリケーションに特定の品質レベル制御（QoS）を提供する機能があります。制御された操作。

今後5年間で、4G / LTEは5Gに進化するように設計されています。これは、スーパーチャージワイヤレスイーサネットのようなものです。言い換えれば、信頼性、セキュリティ、容量の点で現在イーサネット上で実行されている任意のアプリケーションを処理でき、拡張性が非常に高く、非常に低遅延のアプリケーションを処理し、一般的に産業オートメーションをサポートします。

産業用アプリケーションでの5Gの一般的な利用可能性はまだ数年先ですが、4G / LTEは、今日の単一のネットワークインフラストラクチャで端末の通信ニーズを完全に処理できます。これまで見てきたように、Wi-Fiをより堅牢で安全で信頼性の高いネットワークに置き換えることができますが、TETRAまたはVHFネットワークにも置き換えることができます。動的グループ通信、プッシュツートーク、プッシュツービデオ、およびコールディスパッチ制御と管理をサポートします。

モビリティの面では、4G / LTEは無人の空中または無人機の検査などのアプリケーションもすぐに有効にします。ドローンは、即座に状況認識を提供できる緊急事態における重要な技術としての地位を証明しています。これらは、リモートの視覚的資産検査、危険物の監視、および境界監視を提供できるターミナルおよびヤードの運用で特に役立ちます。飛行中のドローンのコマンドと制御、およびHDTV信号の転送を含む、LTEベースのドローンソリューションが利用可能です。

自律性、リモート操作…そしてその先
タイヤ式ガントリークレーンなどの機器のリモート制御は、4G / LTEおよび5Gの機能を紹介する別のアプリケーションです。リモート操作は、リモートオペレータからのほぼ瞬時の応答が必要なため、非常に低遅延の通信を必要とします。 LTE / 5Gシステムは、PROFINETのレイヤー2トランスポートのサポートなど、これらの低遅延要件をサポートしています。また、ユニットのリモートコマンドおよび制御に必要な複数のカメラからのビデオアップリンク要件もサポートします。

モバイルセルラーテクノロジーを使用する利点は、ドローンや移動機器のリモートコントロールを超えています。公共の4GおよびLTEネットワークの最大の課題は、無線接続に複数の課題をもたらす多数の高層ビルがある密集した都市コアに十分なカバレッジを提供することです。小規模では、これは、コンテナのスタックが多くの形式のワイヤレスにとって実際に困難を引き起こす可能性のあるターミナルおよびヤード操作の場合にも当てはまります。 LTE / 5Gテクノロジーは、これらの課題を簡単に克服して、ターミナルヤードでユビキタスカバレッジを提供できます。

さらに将来を見据えて、Industry 4.0アプリケーションは引き続き端末操作をデジタル変換します。自動化およびリモート制御アプリケーションに加えて、リアルタイムデータおよび高度なワークフロー管理ソフトウェアに基づいて、すべての運用プロセスをエンドツーエンドで管理できる可能性も確認できます。

さまざまなデジタルポイントソリューションをリンクするには、モバイルデバイス、センサー、およびアクチュエータを接続するための堅牢でミッションクリティカルな通信システムが必要になります。これにより、デジタルツインを作成できます。ソフトウェアアナリティクスは、たとえば、全体的なワークフローを最適化するために使用できます。端末操作に関しては、ワークフローの最適化のみを使用して、操作の全体的な効率を7〜10％節約できます。

これは将来的には遠い話かもしれませんが、インストールされると、プライベートLTEネットワークは将来の進化のプラットフォームとして機能できます。その一例として、フィンランドのコトカにあるハミナコトカ港のターミナルオペレーターであるスティーブコは、ノキアと協力してプライベートLTEネットワークを構築し、船からクレーンに設置されたビデオカメラをサポートしました。アプリケーションは、単に処理の前後にコンテナのステータスを記録するように設計されました。したがって、将来の保険金請求の場合、明確な責任を確立することは簡単でした。

それ以来、StevecoはLTEネットワーク上に他のアプリケーションを構築しました。ビデオによる境界監視と資産監視を追加しました。ターミナルおよび倉庫内のすべての荷役機器および要員は、LTEネットワークを介して通信します。また、LTEネットワークから起動できる将来のIndustry 4.0アプリケーションを検討しています。

それとは別に、カーゴテックの一部であるカルマルは、ターミナルの自動化とエネルギー効率の高い荷役に関する継続的な研究を行っています。彼らの研究テストベッドには、ノキアのプライベートLTEネットワークも含まれています。 「接続性とアプリケーション層を備えたデジタルオートメーションプラットフォームにより、新しいサービス製品とコンセプトをテストできます。これにより、当社の新しいサービスがどのように機能するかをお客様に示す機会を得ることができます。これは特に価値があります」と、KalmarのAutomation Researchディレクター、Pekka Yli-Paunuは述べています。

すべての業界のデジタル変革は非常に急速に進んでいます。端末操作も例外ではありません。今日の産業サプライチェーンの重要なリンクの一部として、将来のポートがリアルタイムでそれらを通過するすべてのデジタル認識と管理を行うことが重要になります。自動化および自律技術は、経済の他の多くの分野で採用されているように、港湾運営において新しい役割を見出します。 4G / LTEへの移行についてはすでに強力なビジネスケースがあり、それは徐々に強化されるでしょう。

Matthias Jablonowskiは、ノキアのPortsプログラムのグローバルプラクティスリードです。コネクテッドテクノロジーとデジタルトランスフォーメーションの機会に興味をそそられ、ポート4.0およびターミナル自動化プロジェクトで港湾当局とターミナルオペレーターと協力して、スマートポート旅行に乗り出します。マティアスは、ノキアの運輸業界への拡大に貢献してきました。

この記事は、 Maritime Logistics Professional誌の7月/ 8月の印刷版に初めて掲載されました。