基于英特尔®架构的AI视觉解决方案-为智慧港口开启新质生产力

作者：刘锦江，英特尔行业解决方案集团，华南区域业务拓展经理 概述 高速发展的AI技术正在加速港口自动化和智能化进程，提升港口运营水平。其中，AI视觉方案结合高清摄像头所采集的视频流，能够实现实时目标检测和智能分析，从而能对港口区域内的目标实施全方位的精准监控和预警，不仅可以及时发现和处理潜在的安全隐患，也能有效提升港口的作业效率。以“海睿未来”为品牌的福建电子口 解决方案简介 基于英特尔®架构的AI视觉解决方案 为智慧港口开启新质生产力 “海睿未来一直在积极探索现代港口的智能化改造，通过打造基于AI视觉的智慧港口解决方案，来帮助港口提升运营效率、改善服务质量和增强安全保障。在此过程中，我们与英特尔合作，采用了英特尔®酷睿™处理器、英特尔锐炫™显卡及OpenVINO™工具套件等先进的软硬件产品，来为方案提供强大的算力支持和AI加速能力，不仅提高了各个智慧港口子系统在安全性方面的表现，也进一步提升了港口的作业效率。” 刘键涛副总经理海睿未来 岸股份有限公司以前沿的人工智能技术赋能新时代的“码头革命”为使命，积极探索创新，通过将AI视觉方案与传统港口技术方案有效融合，打造智慧港口解决方案，为港口的安全和增效赋能。 为助力海睿未来实现这一目标，英特尔提供了英特尔®酷睿™处理器、英特尔锐炫™显卡以及OpenVINO™工具套件等先进的软硬件产品，为方案所需的计算及AI推理任务提供强大的算力支持和AI加速，使方案轻松实现了系统响应时间、检测准确率、以及检测、纠偏和定位误差等关键性能指标提升。双方的合作也加速了基于AI视觉的新方案在多个港口成功部署，极大提升了港口的安全性和效率。 背景：海睿未来在智慧港口中融入全新AI视觉方案 港口码头作为水陆交通的核心枢纽，对全球贸易流通起着至关重要的作用，有超过80%的全球贸易依赖于海运1。而作为港口大国，中国港口货物吞吐量和集装箱吞吐量已连续多年居世界首位。2023年，中国港口完成货物吞吐量达170亿吨2，集装箱吞吐量达3.1亿标准箱3。由此可见，确保港口的高效运转对经济的持续发展具有至关重要的意义。 港口的高效运转取决于作业效率、安全等多个因素。一方面，作为多式联运交汇点，港口的安全风险复杂多样；另一方面，传统人力操作易受自然条件与人力资源限制，导致效率波动。这些都会带来港口运转能力下降，影响相关物流和供应链的稳定运行，甚至对地区经济发展产生负面影响。因此，各国、各地区都在积极采用先进技术，推动港口 设施向自动化、智能化升级，加快船只和货物周转，降低物流成本，同时以严密安全管理降低作业风险，支撑产业链平稳运行。 近年来，通过引入激光、传感器、机器人及无人车等自动化技术与设备，港口已逐渐实现高效、稳定且24小时不间断的作业。而在安全方面，通过不同的控制与警示方法，也能有效降低人工操作时存在的货物掉落、机械故障等风险。 图1现代化港口正在引入更多智能化升级 然而，随着货物吞吐量的持续增长，港口对作业效率和安全性的需求也愈发严苛，给已有技术方案带来了更大的挑战。例如，在激光方案中，激光束很容易受到天气和光线变化的干扰而造成偏差；而在传感器方案中，则可能出现覆盖盲区造成安全隐患。此外，传统技术方案一般是根据过往经验预先配置规则，使得系统在运行过程中，需要依据这些规则去判断下一步的运行逻辑。当遭遇一些前所未有或极端情况时，作业效率和安全性就可能受到影响。 AI技术的进步为应对这些挑战提供了新的可能。利用AI视觉技术方案，再结合激光等其他技术手段，能实现更广阔的场景覆盖，展现出更强的自主能力和更高的安全特性。 为助力用户打造更加高效且更安全的港口作业系统，中国港口领域AI产品与解决方案的领跑者福建电子口岸股份有限公司以其旗下的“海睿未来”品牌为抓手，通过先进的AI算法研 究与软硬件集成方案，构建智慧港口解决方案，并已在宁波港、上海港、天津港、厦门港等全国30余个大型港口码头获得了成功部署。 然而，AI视觉方案的构建与部署也非易事。一方面，要保障港口设备的运行安全，系统需要具备强大的数据处理和实时推理能力，以保证决策的速度和精准性；另一方面，港口环境的复杂多变也对系统硬件的稳定性和可靠性提出了严苛要求。 为此，海睿未来与英特尔合作，引入了由原基科技提供的，以英特尔®酷睿™处理器及英特尔锐炫™显卡为核心的边缘计算解决方案，并利用OpenVINO™工具套件来加速AI推理任务。 解决方案：基于英特尔®架构的智慧港口AI 视觉解决方案 港口的繁忙作业流程中常常充斥着各种不可预测的情况。例如图2所示，包括集装箱卡车被错误提升、吊具姿态有误导致的集装箱掉落，以及起重机与卡车或人员的碰撞等等。因此，解决方案首先需要能全面和精准地感知、监控和预警港口区域，并及时发现和处理潜在安全隐患。而在实时确认港区车辆、设备和货物的位置与状态的情况下，再通过智慧方案协助港区部署的其它自动化设备，实现港口作业流程和运筹的高效决策和协同一体化，从而确保货物在港区内外能高效装卸、搬运和流转，并及时送达目的地。 图2智慧港口解决方案旨在进一步增强港口安全性 不同子系统所使用的AI模型是海睿未来在YOLO 等开源模型的基础上，根据需求进行了相应的调整和训练。例如，大车防撞系统识别的是人、车等障碍物，防吊起系统识别的是轮胎、车架等信息；而自动纠偏系统识别的则是车道线、标识物等信息。 围绕以上安全增效需要，海睿未来基于AI视觉技术，设计并构建了一系列用于智慧港口的智能化子系统。例如，大车防撞系统能够检测大车行进方向上的目标，为大车行进方向、距离等要素设定合理的减速和停止区间，减少急停等对设备的影响，并通过智能算法在行走范围规划虚拟区域，实现大车各行进方向的防撞控制策略；在大车纠偏及定位系统中，系统会实时检测大车的行进姿态，判定大车走偏的距离、方向等，从而对大车进行减速、停车及方向回正控制，实现设备行驶平直稳定，并准确停止到指定贝位。目前，海睿未来已在港口安全、港机设备、港口流程以及作业运筹四个方向上，为用户设计构建了数十个智能化子系统。 进行后续的控制操作。例如，大车防撞系统会根据障碍物的距离，在一定时段内开始减速；防吊起系统会输出一个布尔值，以判断集装箱卡车是否被意外吊起；而纠偏系统会通过识别到的偏差值，采用对应的控制算法对设备进行实时控制。 高清摄像头 图像预处理 视频流读取 决策逻辑 模型推理 图4基于AI机器视觉的智慧港口解决方案流程 自动对箱/叠箱作业信息识别吊具姿态检测车头防砸 大车防撞 大车纠偏及定位 智能门禁 高压电缆防钩挂 司机状态检测 虚拟安全围栏智能视频监控智能集卡定位 未拆扭锁检测 集卡防吊起 场桥整机智能化系统 图3海睿未来构建的港口设备智能化系统 在上述AI视觉方案中，系统会利用不同的AI模型对采集的高清图像进行实时推理，以完成相应的识别和策略制定。如图4所示，以大车防撞系统为例，起重机大车的前后左右共 安装了6个高清摄像头，能分别将各个不同方位的视频流读取到AI视觉系统中。随后，系统会在图像预处理模块中对视频流进行灰度化、去噪和缩放等操作，用以增强检测的准确性和稳定性。 在模型推理阶段，系统可以借助不同的AI模型对预处理后的图像进行分割、目标检测等操作。推理结果将被送到最终的决策逻辑模块，并给出最终输出值，来帮助其它自动化系统 要高效实现上述流程，强劲的算力和AI加速必不可少。为此，海睿未来与英特尔展开技术合作，如图5所示，引入英特尔®酷睿™处理器来支撑方案中的通用计算需求，并采用英特尔锐炫™显卡作为方案中推理任务的算力引擎，同时还借助OpenVINO™工具套件，为方案提供有效的AI加速。 高清摄像头 决策逻辑 模型推理 图像预处理 视频流读取 图5英特尔软硬件助力基于AI机器视觉的智慧港口解决方案 英特尔®酷睿™处理器 在方案的视频流读取、图像预处理以及决策逻辑等环节中，采用英特尔®酷睿™处理器承担核心算力引擎。不断迭代更新的英特尔®酷睿™ 处理器不仅具备更优化的微架构、更高的单线程/多线程性能和更先进的图形、媒体处理功能，其集成的英特尔内置显卡，能够满足智慧港口解决方案子系统在高速数据处理、计算机视觉和低时延确定性计算上的需求；同时，针对港口苛刻的工作环境，对处理器的稳定性和可靠性进行了专门优化，既可助力方案有效应对港口环境中的盐蚀、高温、振动、物理碰撞等因素，也能保障24小时不间断工作。 英特尔锐炫™显卡 英特尔锐炫™显卡采用Xe-HPG微架构、通过增强的基线以及性能强劲的AI引擎，为方案中的推理任务提供强劲动力。微架构中Xe内 核集成高带宽矩阵引擎XMX，能对AI推理中常见的矩阵乘法和累加计算提供基于硬件的性能加速。同时，显卡支持统一无损压缩技术和高带宽内存，在推理任务中能实现更高的性能，满足解决方案对快速、精准AI推理的需求。 OpenVINO™工具套件 OpenVINO™工具套件拥有模型优化器(ModelOptimizer)和推理 引擎(InferenceEngine)等核心组件，能够提供模型结构压缩和模型量化两种优化加速技术。前者是将常见的线性算子进行融合处理，而模型量化则能在保证精度不受损失的前提下，将较高精度数据格式的模型转为较低精度，两种优化都能大幅提升推理效率。同时，工具套件中基于x86内核指令集的推理引擎，能使用硬件指令集来加速AI推理。此外，工具套件还可对计算图结构进行进一步优化，通过提升算子计算并行性等方式，来提高方案的AI推理效率。 效果：安全保障到位，效率提升明显 测试显示，英特尔的软硬件产品协同优化，结合海睿未来定向设计和优化的模型，使各个子系统的系统响应时间都低于100毫秒至200毫秒⁴，检测准确率均达到或超过了99%5，检测、纠偏和定位误差都可低至厘米级6，高水平实现了子系统的性能指标，使得海睿未来能够向港口提供安全性和高效率兼备、基于AI视觉的智慧港口解决方案。 目前，海睿未来智慧港口解决方案已在多个港口的部署。应用实践表明，新方案在安全性和效率提升上都达到了预设目标。 在安全保障方面，某港口部署该解决方案的防吊起系统后全年共成功报警20次，有效降低了因事故造成的人员伤害和经济损失。 在效率方面，某港口部署该解决方案后，实测作业效率指标达到了26Moves/Hour7(集装箱抓叠箱的效率指标，越高越好)，不仅相较传统的行业自动化系统提升了约30%，对比传统人工操作也有着约4%的提升，这意味着港口用户的经济效益和设备效率都能获得显著提高。 未来展望 随着全球化贸易的不断发展，利用AI技术来提升港口的自动化和智能化水平，进一步确保其高安全性和高效率，已成为交通物流产业实施升级革新，打造新质生产力的重要一环，也是众多港口提升运营效益所必须，也给海睿未来基于AI视觉的方案更广泛落地提供了广阔空间。 随着基于AI视觉的方案在更多港口的成功部署与应用，面向未来，海睿未来将继续与英特尔携手，持续创新基于英特尔®架构的AI视觉解决方案，并将其拓展到智慧港口解决方案的更多子系统中，促进港口的安全与效率不断提升，助力供应链更稳定、更强健。 福建电子口岸股份有限公司创立了“海睿未来”品牌，积极探索现代港口的智能化改造，以前沿的人工智能技术赋能新时代的“码头革命”，是福建 省重点扶持的高新技术企业。福建电子口岸股份有限公司立足于港口行业，以研发为导向，专注于人工智能领域算法研究、软硬件应用集成。目前公司主要围绕港口安全、港口工艺流程改善、机器视觉自动化应用、AI调度等方面做技术研发，在码头智能化领域已有丰富的实践经验。如需了解海睿未来的更多信息，请访问官方网站http://www.hirifuture.com/cn/index.aspx。 关于海睿未来 英特尔(NASDAQ：INTC)作为行业引领者，创造改变世界的技术，推动全球进步并让生活丰富多彩。在摩尔定律的启迪下，我们不断致力于推进半导体设计与制造，帮助我们的客户应对最重大的挑战。通过将智能融入云、网络、边缘和各种计