为积极响应粤港澳大湾区及中国社会主义先行示范区国家战略，招商港口以妈湾作业区海星码头原1#-4#泊位改造为契机，依托自主研发的CTOS系统为支撑，联合其他国企、民企进行产学研合作创新，融合应用新一代数字化技术，打造了行业领先的智慧型港口，同时探索传统集装箱码头智能化升级解决方案。基于其商业可行性和行业趋势，妈湾智慧港项目成功入选交通部交通强国试点项目。
一、实施背景
近年来，中国集装箱港口行业发展迅猛，但港口大而不强的问题逐渐凸显，建设智慧港口是我国现代化港口发展的必然趋势。而且目前传统集装箱码头升级改造面临诸多痛点及挑战，主要是TOS系统依赖、数据安全保障、各种专项分散的系统平台、建设维护成本高昂以及创新技术融合、整合难度大等问题。
基于以上，招商港口首次提出基于招商芯的传统港口智能化改造的中国方案。妈湾港是招商局首个通过升级改造方式建设的智慧港。该项目基于典型的传统集装箱码头操作流程和工艺，在最大化保护传统集装箱码头原有投资的前提下，集成应用自主可控的数字化科技、港口设备技术、新方法对集装箱码头作业的各个因素进行升级和优化，赋能传统集装箱码头高质量发展，提升码头服务水平，增强码头的盈利能力，为行业积累可复制、可推广的成功经验。
二、实施目标
作为招商港口数字化建设重点项目与标杆工程，妈湾智慧港将在智能管理、设施设备、信息技术、数智服务四大方面实现管理系统和管理协同系统的优良运作，生产设备设施和信息化设施的高效运营，数据与接口和技术集成的合理搭建，实施成效、物流服务和监管协同的统一规划。通过加强自主创新、集成创新，强化新型基础设施建设，促进港区联动，打造泛在互联、畅通高效、港车协同、安全韧性的五星级智慧港口。
三、建设内容
妈湾智慧港的总体设计综合体现全面感知、广泛互联、高度共享、自主装卸、全方位可视、智能管控、智慧决策及深度协同八大智慧特征，内容涵盖智慧互联、智慧运营、智慧决策三大板块多个系统，为客户提供全流程的智慧服务。在妈湾智慧港的建设过程中，招商港口应用最新数字化科技，创造性的融入了9大智慧元素，它们分别是：
1、招商芯
招商芯CTOS系统采用图形与数据紧密结合的方式，实时监控码头的各种作业进度，直观显示船舶装卸、泊位使用、库场货物堆放、机械工作、闸口收发箱等情况。系统可以合理调配资源，加快作业进度，从而提高码头船舶装卸能力、堆场利用能力以及闸口通行能力、提高码头的经济效益。系统除了支持船期管理，船舶计划，闸口管理，堆场管理，箱务管理，控制调度，现场作业，杂项管理等传统码头业务操作的基本功能之外，还拥有智能堆场计划，智能配载，场桥智能调度，集卡智能调度等智能化高级功能。
2、人工智能
人工智能主要体现在驾驶行为分析、指挥中心、无人集卡以及视觉分析等方面。妈湾智慧港应用数学建模、最优化处理、深度学习等人工智能技术，实现了智能配载、自动堆场、智能作业调度及智慧安全管理。自动计划将千箱配载从2小时降低至6分钟内，降低堆场翻箱率10%，提高堆场利用率5%，提升集卡重去重回率20％，减少安全隐患50%。
3、5G应用
5G技术主要应用在无人拖车、无人巡检机器人、网联无人机等方面；利用5G的高速率、高带宽、低延迟等优点，大规模支持无人机、无人集卡、远控岸桥、自动化场桥的顺利运行，保障港口设备的高效安全运行。在妈湾智慧港，通过5G基站的布局，目前已经实现了整个港区的5G信号全覆盖。在妈湾智慧港成功诞生了全国首个5G港口创新实验室，同时在无人驾驶领域，妈湾智慧港也是全国首个“5G+自动驾驶应用示范区”。
4、北斗系统
北斗定位技术主要应用在数字孪生系统、场桥、岸桥、拖车等设备定位、AIS系统以及GIS系统上。北斗系统具有全天候、全覆盖、抗遮挡、无死角的优势，可以达到厘米级的定位精度，实现港口设备设施高精准定位。基于数字孪生技术，我们搭建出智慧港口的三维模拟与仿真系统，实现码头内移动目标的在线监控与科学调度。数字孪生系统利用北斗定位等创新技术，通过高精模型可以1：1还原码头的真实场景。该系统不仅可以还原过去已经发生的操作过程，还能按照既定的计划来提前预演未来，进行计划优化，实现低成本试错，很好地支持码头操作高效管理。
5、自动化
自动化技术应用主要体现在自动化闸口、无人集卡、远控场桥、岸桥等方面。由招商港口自主研发的自动控制平台与港区的自动化设备无缝衔接，可以实现自动装卸、无人驾驶和无感通行。在妈湾智慧港，我们全球首创了自动化设备与人工设备混合作业的模式，能够节约建设成本约50%，提升作业效率30%，减少现场作业人员多达80%。
6、智慧口岸
在智慧口岸方面，招商港口集团通过与海关、海事以及边检的密切合作构建了新的智慧平台；在智慧海关方面实现了极速秒通关、常态分通关、查验日通关，提升通关效率30%以上；在智慧边检方面，实现了口岸进出境人员的智能化和便利化管理；在智慧海事方面，通关建立智能视频监控系统，实现了船舶进出港口的安全和高效。
7、区块链
我们利用区块链去中心化、信息不可篡改等技术特点，成功构建通关一体化、南北通道、进口水果等业务平台，创新实现了粤港澳大湾区组合港“一次申报、一次查验、一次放行”的通关模式，可以节省约30%的报关成本，平均堆存期从5-7天缩短至2天以内。
8、绿色低碳
招商局集团和招商港口集团一直在积极践行着可持续发展国家战略，港区内的所有场桥、岸桥均使用电能驱动、可节约燃油成本110.7万元每年，减少柴油消耗所带来的尾气排放约490吨；除此之外，我们在电动集卡、污水处理、智慧气象等方面也都采用了绿色环保的技术和设备，整体上可以减少碳排放90%以上。
9、招商ePort
招商ePort平台通过对接国际贸易单一窗口、粤港澳大湾区组合港平台、船代、报关行、铁路货运公司、内陆场站、以及其他相关物流平台，综合运用移动互联网、电子支付、大数据等多种技术打造港口产业互联网平台，集成线上线下服务，构建物流生态圈，为客户提供全流程的智慧服务。平台提供的服务包括班轮和驳船船期信息、集装箱动态信息、海铁联运、外部拖车动态信息、电子数据交换EDI、无纸化提交箱办单、线上费用结算和支付、货物查验和调拨等服务，实现港口生态圈各企业与客户协作线上化、移动化、自动化。
四、创新成果：
1、首创了一种全域、全时、全工况、多要素的传统集装箱码头升级整体方案；
2、自主研发了传统集装箱码头智能化协同管控的CTOS系统；
3、首创了人工驾驶集卡与智能驾驶集卡混行的全天候协同管控系统；
4、首创“三双网络”架构，提升5G港口逻辑专网业务可靠性。
五、实施效果
自2021年6月份妈湾智慧港正式开港运营以来，妈湾智慧港的综合效能，实现了经济效益可度量，社会效益可预期，现场作业人员数量减少，安全隐患降低，碳排放量降低。
航线逐步增加，获得客户好评。截至2022年6月挂靠妈湾港的航线数达58条，自开港以来增加了28条新航线，其中含四条远洋美洲航线。
箱量节节攀升，效率稳中有升。2022年6月吞吐量突破100万标箱，较2021年投产初期月均吞吐量增幅约42%。班轮单杆作业毛效率稳定在29.4箱/小时以上，较投产初期稳中有升。
“四个一”引领新时尚。招商港口和互联网巨头强强合作，实现了全国第一个5G港口商用网络、全国第一个5G港口、大湾区第一个5G边缘计算、大湾区第一个5G港口专用切片。
进出闸更智能，效率更高效。智能化改造后，拖车进闸集装箱信息的平均识别时间短于2秒，对比传统模式，新闸口通过效率提升约50%。
减少二氧化氮排放约1350吨，减少一氧化碳排放约450吨，减少二氧化硫排放约15吨。潜在环境效益，可减少二氧化氮排放约49500吨，减少一氧化碳排放约16500吨，减少二氧化硫排放约550吨。