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数据库意大利5G MASS项目 解锁港船协同的智能航运实践
当前，各国在海上自主水面船舶（MASS）方面广泛开展技术研发和试验，并逐步向运营推进，很多典型项目受到国内外重点关注。本文主要介绍意大利5G MASS项目，该项目特点是除了围绕MASS自主技术进行研发试验，还重点考虑了船舶端与港口端的技术协同，涉船涉港各相关主体参与其中，共同推动港口和海事行业的数字化转型，促进港航领域技术和经济发展。
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5G MASS项目由意大利航天局（ASI）和欧洲航天局（ESA）商业应用计划资助，意大利海岸警卫队支持，海上航运公司、港口以及引航等共同参与，该项目提供了基于5G技术和卫星通信的解决方案，助于实现在海港区域进行船舶辅助驾驶或自动驾驶航行。该项目自2023年开始，是意大利自主航运发展的重要里程碑，在高精度船舶定位、双向宽带通信、远程操作中心以及船舶-港口功能孪生等方面取得了切实成果。
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意大利利沃诺港（Livorno）是5G MASS项目的核心试验载体，位于跨欧洲运输网络核心区域，是意大利首个尝试开发面向自主航运海事服务的港口。该港口配置围绕MASS的港内运行需求打造，涵盖数字基础设施架构、网络通信、传感监测、算力支撑、软件服务、安全体系六大核心维度，同时配套建设了适配MASS运行的远程操作中心（ROC）专属资源，形成“云边端协同、天地网融合、数智安一体”的MASS港内运行支撑体系。
港口数字基础设施采用标准化三层云栈架构，各层级功能分工明确、协同联动，是所有MASS相关服务的基础载体，整体架构支持功能扩展和灵活适配。
1.基础设施层（IaaS）：算力、网络、硬件的物理支撑，是港口数字基建的“硬件底座”，核心配置以高规格计算集群和全域物理网络为核心，同时为MASS试验提供专属资源，具体包括：
算力集群：由5台AMD霄龙服务器组成，具备高计算和高存储能力，托管约20台虚拟机+多台Docker容器，用于部署平台核心组件、软件层应用及内部服务（文件存储库、代码版本控制、项目管理等）；配套1台高性能图形服务器，专门支撑AI算法的运行和数据处理；部分算力节点被配置为5G边缘节点，就近处理数据，实现实时应用的低时延快速通信。
物理网络：港内全域覆盖光纤optic骨干网，密集覆盖所有码头、闸门，为政府机构和港口核心服务提供稳定互联网接入；部署独立的5G非公共网络（NPN），作为MASS试验的核心通信网络，从防波堤到码头泊位覆盖整个港口水域。
专属资源预留：为MASS远程操作中心（ROC）分配了独立完整账号，专属预留的算力、网络、存储资源，确保MASS试验服务与港口其他服务物理隔离、资源独享。
2.平台层（PaaS）：数据管理、交互共享、可信保障的核心枢纽，是港口数字基建的“数据大脑”，实现数据的存储、处理、聚合、共享和安全防护，同时设备交互接口标准化，消除数据孤岛，为上层服务提供统一的数据支撑，配置包括三大核心功能模块：
设备交互标准化模块：基于oneM2M标准的Mobius开源物联网平台，支持HTTP、CoAP、MQTT等多种协议绑定，实现与各类传感设备、物联网终端的统一注册、发现、数据管理和通知，港内设备的通信接口标准化。
数据管理模块：整合多类型数据库管理系统（如SQL关系型数据库、MongoDB文档型数据库、PostgreSQL面向对象数据库、ArcGIS地理数据库），通过数据虚拟化层（DVL）提供统一API实现全域数据访问，同时支持角色权限划分，确保数据按需共享。
可信信息安全模块：兼容主流DLT技术，基于Open API标准实现接口集成，保障数据传输和存储的可信性，同时避免技术锁定，具备高可用性和容错能力。
3.软件层（SaaS）：微服务应用、服务编排、人机交互的功能落地，是港口数字基建的“应用终端”，以微服务架构为核心，实现海事服务的快速开发、编排和落地，同时为MASS试验打造专属交互和服务能力，具体配置：
基础服务能力：实现典型企业服务总线（ESB）功能，支持微服务的敏捷开发、生命周期管理和无缝组合复用。
MASS专属服务：开发原型化“Vessel Companion”交互式用户界面，作为船岸团队的实时信息数据共享载体，用于测试港内/远海MASS实时跟踪监控、MASS避碰（危险情况早期检测+最佳航线重新规划）、MASS到港泊位分配与管理（泊位/堆场资源预订）三大核心服务。
前端交互适配：明确区分技术后台流程和终端用户前端接口，所有功能逻辑封装于虚拟机/Docker容器，适配驾驶台船员、ROC操作员等不同角色的操作需求。
利沃诺港为MASS试验提供5G专用网络，作为船岸数据传输、远程控制的核心通信通道，同时使用公共网络冗余备份，具体参数：
1.5G NPN核心配置：采用独立组网（SA）解决方案，配备1个核心网单元+3个宏基站，实现港口水域的全域覆盖；分配专用的公共陆地移动网标识PLMNID，用户面采用N258频段、控制面采用B42频段，确保通信的专属性和稳定性。
2.通信能力适配：满足MASS港内运行的高带宽数据传输需求，可支撑雷达/AIS数据（100kbps）、LiDAR原始数据（1-2Mbps）、高清摄像头视频流、船舶ECDIS/AIS实时数据的双向高速传输，实现100/50Mbps以上的上下行吞吐量。
3.冗余备份机制：当船舶需要通过公共网络连接ROC时，设置VPN虚拟专用网络+身份认证授权程序实现通信安全，以弥补专用网络的覆盖边界，保障船岸通信的连续性。
港内部署异构传感资源网络，覆盖船舶定位、海洋气象、港内环境、视觉监控等维度，所有传感设备均接入港口三级云栈上层，实现数据的实时采集、传输和处理，为MASS运行提供全面的环境感知数据，具体配置：
1.高精度定位类设备
港内部署RTK锚点（固定基准点），以校正GPS信号，为港内MASS提供厘米级高精度定位，解决港内避碰所需的相对位置估算问题；与船舶搭载的RTK流动站联动，实现船舶近港时的定位数据实时校准，保障港内航行的定位精度。
2.海洋气象监测类物联网设备
部署多台智能物联网终端，实时采集港内海流强度、波高、风速/风向、潮汐水位等运行关键数据，同时采集噪音水平、空气污染物等环境数据，为MASS航迹规划、操作模式切换提供环境依据。
3.视觉与空间感知类设备
部署多组高清摄像头，覆盖船舶进出港的核心水域，实现港域画面的实时视频流采集，同时支持AI图像识别处理（如障碍物检测、船舶识别），与船舶搭载的传感设备形成“船港协同感知”。
港口为MASS试验打造了跨层级、全流程的安全防护体系，覆盖身份认证、数据访问、网络通信、租户隔离等方面，确保数据和操作安全：
1.统一身份认证授权：部署认证授权服务器，实现单点登录（SSO），通过进行权限验证，精准控制用户对资源、微服务、应用的访问权限。
2.多租户隔离机制：实现不同租户的资源隔离，确保MASS试验的ROC专属租户与港口其他租户互不干扰。
3.网络通信安全：5G NPN专用网络实现物理隔离，公共网络连接时加密+额外身份验证；数据传输过程中通过DLT技术保障可信性。
4.操作安全管控：通过运行边界（OE）控制和操作模式切换实现操作安全，当港内环境、网络状态不满足要求时，自动限制MASS运行，避免安全风险。
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试验船舶选用常规船舶进行智能化改装，主要围绕MASS在港内运行的感知、通信、数据交互、高精度定位等核心需求展开，未改变船舶基础船体和动力结构，通过加装传感设备、部署通信终端、开发专属数据交互软件，实现船端数据的实时采集、传输与船港联动，整体改装方案兼顾试验性与实用性。
改装船舶为滚装船“Grimaldi Eco Savona”轮，船长238m、船宽34m、吃水7.2m，已在利沃诺港常态化运营，改装后成为适配港内MASS自主航行试验的数字船舶，是项目中“船端”核心试验载体。船舶具有两种MASS操作模式：
驾驶员辅助模式：船岸数据实时联动，岸端ROC为驾驶台提供额外的环境信息、航行建议、障碍物预警；
驾驶员模式：试验中可快速恢复船舶传统操作模式，驾驶台完全自主操控，确保航行安全。
本次改装为船舶新增了激光雷达（LiDAR）、高清智能摄像头、5G通信终端、RTK（实时动态定位）流动站，所有设备均根据港内航行感知需求精准布局，实现船舶周边环境感知、高速数据传输和厘米级高精度定位，设备选型兼顾工业级防护、海事环境适配性和数据传输效率：
1.激光雷达（LiDAR）系统
（1）设备主要参数
（2）安装布局
安装数量：4台；
安装位置：驾驶台两侧，海拔高度22米处；
布局设计：旋转90°安装，以不同角度指向周边水域，实现船舶停靠泊位过程中码头区域全视野覆盖，弥补传统导航设备的空间感知盲区。
2.高清智能摄像头
加装8台海事级高清夜视摄像头，支持远程变焦、云台调节，覆盖船舶横向/纵向超180°视野，与LiDAR形成“视觉+空间”双重感知。核心功能为：
实时采集港内航行高清视频流，直接传输至岸端ROC；
支持AI图像识别处理；
为驾驶台提供船舶周边可视化环境信息，支持增强现实（AR）操作界面。
3.通信终端系统
加装N258频段5G CPE（客户前置设备），专用网络适配终端，支持3GPP R16标准。通信终端安装在船舶驾驶台最高处，确保5G信号无遮挡，实现与港口5G基站的稳定连接。作为船端所有加装设备和原有导航系统的数据传输“网关”，将LiDAR、摄像头、RTK、ECDIS、AIS的所有数据统一加密传输，同时接收岸端指令、港内环境数据、航迹规划信息。
4.RTK定位流动站
加装RTK流动站，兼容GPS等全球导航卫星系统，接收港内RTK锚点的校正信号，对船舶原有卫星定位数据进行实时校正，实现厘米级绝对定位。
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由于没有MASS相关监管规范，5G MASS项目中船舶未取得正式MASS运营认证，所有航行均是试验行为，并严格遵循IMO相关规则和当地港口航行规则。试验前船上所有子系统需通过工厂验收测试和现场验收测试，并在技术层面实施验证与确认（V&V）程序，完成港内5G NPN网络、ROC系统、港侧传感设备的联调，确保试验全链路技术成熟。确保所有试验均在网络安全环境（专用网络）中实施，一旦通过公共网络连接ROC时，采取额外防护措施。
航行试验主要是验证船舶两种操作模式的可行性与安全性，同时对船端感知、船港通信、障碍物检测、高精度定位、ROC 远程辅助等核心功能进行全场景测试。试验明确了驾驶员辅助模式和驾驶员模式的触发条件、适用航段、切换规则，并通过实际航行完成验证。
1.驾驶员辅助模式需要在以下条件下开展：
船舶航速低于7节；
港内海洋气象条件经驾驶台判定为“适宜航行”；
船港5G NPN网络上下行吞吐量高于100/50Mbps。
该模式下，ROC为驾驶台提供全流程远程辅助，包括实时环境数据推送、航迹规划建议、AR视图支撑、障碍物预警，驾驶台结合ROC辅助完成船舶靠泊/离港操作，验证船岸协同操作的效率与安全性。
2.驾驶员模式
当船舶30米范围内检测到障碍物、船舶航速超过7节、港内气象条件恶劣、5G网络通信质量不达标，则船舶进入驾驶员模式，ROC暂停所有远程辅助功能，仅保留基础数据监控，船舶完全由驾驶台操控，验证模式切换的及时性和传统操作的安全性。
通过试验验证，该项目的检测算法可对最大约500米距离的障碍物进行有效检测提供参考，感知系统对障碍物的检测精度与船舶距障碍物的距离相关，距离越近，检测误差越小。
基于试验成果，项目提出后续优化方向，以适配更高等级的MASS自主操作和远海航行场景。
设备升级：增加LiDAR和摄像头的数量，实现船舶360°无死角全向覆盖，提升远距感知能力。
通信冗余：融合低轨卫星通信终端，实现5G网络与卫星网络的双模通信，支撑远海MASS航行。
自主控制接口：在现有数据接口基础上，增加船舶动力、操舵系统的控制接口，实现岸端ROC的远程操控，支撑更高等级的MASS自主操作。
AI算力加装：在船端加装边缘AI算力节点，实现部分环境感知数据的本地实时处理（如障碍物检测、避碰决策），降低对船港通信的时延要求。
多设备兼容：适配更多类型的海事传感设备，实现船端感知能力的灵活扩展。
服务扩展：将现有MASS港航服务延伸至陆域物流，实现港航-物流的一体化智能服务。
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在5G MASS项目中，船舶并未以完全自主航行和远程控制为研发定位，项目核心聚焦于港口与船舶的技术协同适配，通过港口与船舶的感知融合、数据互通、操作联动构建了MASS运行的保障体系。该项目为我国当前智能航运发展提供了实践参考，智能航运发展不能仅停留在自主船舶技术研发、港口智能化改造等单一领域，要从“单点研发”转向“全域协同”，港-船适配发展是智能航运从技术研发走向商业化运营的关键路径。
船舶端和港口端需在数据、标准、接口等交互界面深度融合，智能船舶运行需要充分考量特定港口场景的辅助支持与限制条件，智慧港口建设也应将基础设施对MASS的适配性规划置于重要位置。港口是MASS技术落地的“连接器”与“支撑点”，港口的全域感知、算力支撑、运营调度能力与船舶的感知、通信、操作能力的深度融合，通过软硬件布局、标准制定、体系构建，充分发挥港船技术协同效应，稳步推动智能航运高质量发展。
1.MSC 110-INF.5 - Project 5G MASS
2.https://business.esa.int/projects/5g-mass
3.https://jlab-ports.cnit.it/
