船來船往，箱來箱走。在繁忙的天津港碼頭，每天無數(shù)大大小小的集裝箱在這里中轉(zhuǎn)。它們或從世界各地相聚，為中國廣袤的內(nèi)陸帶來各種海外資源，或者從這里出發(fā)，為五大洲四大洋帶去來自中國的禮物。天津港，世界級(jí)人工深水港，中國北方第一個(gè)5億噸港口，集裝箱吞吐量超過1450萬標(biāo)準(zhǔn)箱，是世界上最繁忙的港口之一。

天津港是世界上最繁忙的港口之一

集裝箱碼頭是人類商業(yè)運(yùn)作中為數(shù)不多的大型工業(yè)場(chǎng)景。在這里，秩序井然不僅僅是一句贊賞，更是一種需要嚴(yán)格執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)。“哪艘船應(yīng)該停靠在哪個(gè)泊位，哪個(gè)集裝箱應(yīng)該放在什么位置，碼頭內(nèi)周轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)該有哪些設(shè)備執(zhí)行……這些繁雜的問題產(chǎn)生了體量龐大的數(shù)據(jù)，然而，工作人員是不可能把所有這些都記在腦子里。” 潘科是招商局集團(tuán)港口控股有限公司創(chuàng)新工作小組組長，他認(rèn)為，業(yè)務(wù)信息化是港口發(fā)展的必由之路。

潘科介紹，傳統(tǒng)信息化手段只能記錄，不能決策，碼頭的一些業(yè)務(wù)場(chǎng)景即使采用一些簡(jiǎn)單的算法，也會(huì)帶來較大的計(jì)算量，所以目前較為繁忙的碼頭在中控調(diào)度上都要花費(fèi)不少人力。為此，企業(yè)和天津大學(xué)、貝式計(jì)算公司展開合作，將基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用到港口的實(shí)際工作中來。

“現(xiàn)在碼頭集裝箱的堆放大多數(shù)是隨機(jī)的。然而在需要調(diào)運(yùn)貨物的時(shí)候，有可能先要拉出去運(yùn)走的集裝箱是較早運(yùn)來的，被壓在了最下面，用吊車重新碼放費(fèi)時(shí)費(fèi)力。不僅于此，有些貨物是海運(yùn)變陸運(yùn)，有些則是陸運(yùn)變海運(yùn)，這些非常復(fù)雜的情況交織在一起，讓這個(gè)課題在計(jì)算上面臨著較大的挑戰(zhàn)。”天津大學(xué)貝式計(jì)算校企聯(lián)合研究中心主任于瑞國副教授以圍棋為例，向記者說明集裝箱堆放的算法解析思路。

“圍棋棋盤是二維矩陣，19x19路，所以一共是361個(gè)交叉點(diǎn)，每個(gè)交叉點(diǎn)有三種狀態(tài)。從機(jī)器學(xué)習(xí)的角度而言，圍棋的計(jì)算最大有3361種局面，大致的體量是10170 。而我們研究的課題中，以碼頭集裝箱堆放問題舉例，可用位置是一個(gè)三維矩陣，總的可能計(jì)算量是3的上萬次方。”于瑞國介紹，目前在采用貝葉斯剪枝算法后，算法所需的計(jì)算力降到了大體可承受的范圍內(nèi)，也可以為碼頭降低15%-25%的成本，提升貨運(yùn)效率。

為此，三方合作建設(shè)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專用計(jì)算集群，用來對(duì)碼頭實(shí)行調(diào)度安排及場(chǎng)內(nèi)設(shè)備感知問題。“實(shí)際上近些年神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開始逐步在工業(yè)化場(chǎng)景中普及。碼頭的無人化除了建設(shè)一個(gè)全新港口之外，出現(xiàn)了一種新的解法。”于瑞國說。

此外，貝式計(jì)算公司算法總監(jiān)姜漢表示，使用多個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)模型構(gòu)建的調(diào)度系統(tǒng)有機(jī)會(huì)成為港口的“大腦”，但除此之外的碼頭內(nèi)環(huán)境、設(shè)備感知也都是人工智能技術(shù)可以發(fā)揮的空間。這給了傳統(tǒng)碼頭一個(gè)漸進(jìn)式的升級(jí)機(jī)會(huì)，在自動(dòng)化、智能化上面更進(jìn)一步。”

智慧港口的打造就是要實(shí)現(xiàn)港口無人化，所有調(diào)貨統(tǒng)籌運(yùn)輸全部由機(jī)器操作實(shí)現(xiàn)。于瑞國表示，現(xiàn)在已經(jīng)有部分大型物流配送中心開始在特定環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模的全無人操作。然而如何在更大、更復(fù)雜的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)物流的全無人操作還是需要未來進(jìn)一步解決的問題。

“我們從傳統(tǒng)購物到網(wǎng)上購物用了約20年時(shí)間。我相信，隨著人工智能相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施的不斷提升與完善，在不久后的將來，完全無人操作的‘智慧港口’一定會(huì)實(shí)現(xiàn)。”于瑞國信心滿滿。