Ottimizzare il commercio marittimo con la computer vision nei porti

Con oltre il 90% delle merci trasportate via mare, i porti sono nodi essenziali per il commercio globale. Fungono da collegamenti vitali tra terra e mare. I porti gestiscono spesso spedizioni di merci di valore, come materie prime, prodotti manifatturieri e beni di consumo, rendendoli fondamentali per la catena di approvvigionamento internazionale.

Nel corso degli anni, tecnologie all'avanguardia hanno cambiato il modo in cui operiamo e gestiamo i porti in tutto il mondo. Queste innovazioni hanno reso la gestione portuale più rapida, sicura e affidabile. Le innovazioni recenti nei porti spesso coinvolgono l'intelligenza artificiale (AI).

In particolare, la visione artificiale (CV), un sottoinsieme dell'AI, sta trasformando profondamente le operazioni portuali. L'AI per la visione consente ai sistemi informatici di vedere e comprendere le informazioni visive in tempo reale. Analizzando immagini e video, i modelli di visione artificiale come Ultralytics YOLO11 possono identificare schemi, rilevare oggetti e tracciare movimenti in tempo reale. Gli insight ricavati dall'analisi delle immagini consentono operazioni più efficienti e precise, con un grande potenziale per la gestione portuale.

Ad esempio, il porto di Rotterdam, il più grande porto marittimo d'Europa, utilizza sistemi di visione artificiale per ottimizzare i programmi di manutenzione. I suoi sistemi basati sull'AI usano il monitoraggio video in tempo reale per tenere sotto controllo le navi e le attrezzature portuali, aiutando gli operatori a prevedere quando è necessaria la manutenzione. Il monitoraggio regolare mantiene le attrezzature operative più a lungo e rende le operazioni portuali più fluide e rapide.

In questo articolo analizzeremo vari esempi di porti intelligenti che sfruttano la tecnologia della visione artificiale. Discuteremo anche i vantaggi e gli svantaggi dell'utilizzo di questa innovazione nei porti, considerando al contempo le sue prospettive future. Iniziamo!

L'importanza dei porti intelligenti#

I porti ricevono ogni giorno enormi quantità di merci e devono affrontare sfide come mantenere efficienti le operazioni, garantire la sicurezza dei lavoratori, ridurre gli ingorghi e gestire il maltempo. Anche un solo ritardo di un'ora può essere costoso per le compagnie di navigazione.

Ad esempio, ci sono costi legati al tempo eccessivo impiegato per scaricare le merci (demurrage), alla trattenuta dei container troppo a lungo dopo lo scarico (detention), allo stoccaggio delle merci nel porto per un periodo aggiuntivo (spese di stoccaggio) e all'arrivo in ritardo delle navi (penali per arrivo tardivo). Per evitare queste costose penalità, le compagnie di navigazione mirano a pianificare con attenzione i propri programmi, i tempi di viaggio e le attività portuali.

Per gestire le operazioni portuali affrontando queste sfide, le compagnie di navigazione e le autorità portuali ricorrono sempre più a soluzioni automatizzate avanzate basate sull'AI. Per quanto riguarda la visione artificiale, i modelli di visione possono essere addestrati su enormi dataset di immagini e clip video delle operazioni portuali.

I modelli addestrati possono essere utilizzati per attività come il rilevamento e il tracciamento dei container durante le operazioni di carico e scarico. La visione artificiale può inoltre contribuire a rafforzare la sicurezza portuale monitorando i dipendenti che spostano container pesanti.

Applicazioni della visione artificiale nei porti#

Ora che abbiamo compreso perché le tecnologie dell'AI e della visione artificiale sono importanti e preziose nei porti, esaminiamo più da vicino alcuni esempi di porti intelligenti che mostrano come utilizzare la visione artificiale.

Utilizzare la visione artificiale per mantenere la sicurezza portuale#

I modelli di visione artificiale, come Ultralytics YOLO11 e Ultralytics YOLOv8, possono monitorare i lavoratori e garantire il rispetto dei protocolli di sicurezza. Come funziona? Sia YOLO11 che YOLOv8 supportano diverse attività di visione artificiale, come il rilevamento degli oggetti, che identifica e classifica gli oggetti in un'immagine o in un video, e il tracciamento degli oggetti, che monitora il movimento di questi oggetti nel tempo.

Queste attività possono essere utilizzate in diversi casi d'uso per la sicurezza dei lavoratori. Un buon esempio è l'utilizzo del rilevamento degli oggetti per rilevare i dispositivi di protezione individuale (DPI) sui dipendenti portuali, come caschi e gilet.

Fig. 1 Un esempio di utilizzo di Ultralytics YOLOv8 per rilevare i DPI e garantire il rispetto delle norme di sicurezza portuale.

Analogamente, i sistemi portuali intelligenti integrati con funzionalità di visione artificiale, come il tracciamento degli oggetti, possono essere utilizzati per monitorare la posizione dei lavoratori e tracciare i loro movimenti in tempo reale, rilevando i pericoli e prevenendo gli incidenti.

Analizzando i filmati video in tempo reale, i modelli di visione possono identificare potenziali pericoli, come oggetti in caduta o lavoratori che entrano in aree soggette a rischi. Il sistema può persino essere configurato per inviare avvisi immediati se un lavoratore entra accidentalmente in un'area riservata o si avvicina troppo a macchinari pesanti.

Navigazione e monitoraggio delle navi con l'AI nei porti#

Le soluzioni di visione artificiale possono svolgere un ruolo significativo nel migliorare la navigazione marittima. I sistemi marittimi integrati con la visione artificiale, le trasmissioni dell'Automatic Identification System (AIS) (segnali provenienti dalla nave che ne contengono identità, posizione, velocità ecc.) e altri sensori avanzati possono essere utilizzati per ottenere insight sulla posizione della nave. Sulla base di questi insight, il sistema di AI può tracciare una rotta ideale per la nave, con meno congestione e maggiore efficienza nei consumi di carburante. Questi insight consentono inoltre all'equipaggio di preparare il porto per operazioni come il carico e lo scarico senza tempi di attesa.

Le tecniche di visione artificiale, come il rilevamento degli oggetti, possono essere utilizzate dalle autorità portuali per rilevare e tracciare oggetti in mare e garantire una navigazione sicura. Ad esempio, il Gulf of Maine Research Institute di Portland utilizza sistemi di telecamere basati sull'AI per la navigazione e la sicurezza delle navi. Le telecamere usano la visione artificiale per rilevare navi, imbarcazioni, boe, persone e altri pericoli marini, anche di notte o in condizioni di nebbia. Rilevando gli ostacoli in mare, gli operatori delle navi possono evitare incidenti e navigare più facilmente.

Fig. 2 AI nel settore marittimo: una telecamera dotata di visione artificiale che rileva oggetti in mare.

La gestione delle merci diventa più semplice grazie alla digitalizzazione portuale#

La movimentazione delle merci è una delle operazioni più complesse nei porti a causa dell'impiego di macchinari pesanti e del rischio di caduta degli oggetti. Gli studi mostrano che oltre il 63% degli incidenti portuali si verifica durante la movimentazione delle merci e le operazioni di carico o scarico. Questi incidenti possono essere evitati riducendo la necessità che i lavoratori si trovino vicino ai container o alle attrezzature portuali pesanti per attività come la lettura delle etichette o il controllo dei danni.

I sistemi di visione possono contribuire a raggiungere questo obiettivo riconoscendo le etichette sui container, analizzandone dimensioni, tipo, peso, sigilli e destinazioni, oppure rilevando eventuali danni strutturali. Un interessante caso di studio è il Piraeus Container Terminal (PCT) in Grecia. Questo porto utilizza telecamere integrate con l'AI per la visione per verificare che i sigilli dei container siano intatti. Il sistema acquisisce immagini della parte anteriore di ogni container durante il carico o lo scarico. Successivamente, sulle immagini viene utilizzato il rilevamento degli oggetti per localizzare i sigilli sui container. Se un sigillo manca o è danneggiato, viene attivato un avviso che informa le autorità portuali affinché svolgano ulteriori verifiche.

Fig. 3 Il terminal container del Pireo in Grecia è un buon esempio di porto intelligente.

Sorveglianza e controllo degli accessi nei porti intelligenti#

Le attività di sicurezza e sorveglianza nei porti richiedono un'attenzione costante. Il personale necessario per monitorare l'intera area e tutte le operazioni di un porto è enorme. Anche il porto più piccolo del mondo, Depoe Bay in Oregon, si estende su sei acri. L'ampia superficie e i container accatastati ravvicinati rendono praticamente impossibile per le persone monitorarlo manualmente 24 ore su 24.

Utilizzando la visione artificiale, le operazioni portuali possono essere monitorate in più punti di accesso e gli ingressi non autorizzati possono essere individuati immediatamente. Le tecnologie di riconoscimento ottico dei caratteri (OCR) e di riconoscimento automatico delle targhe (ANPR) possono leggere le targhe dei veicoli in entrata e in uscita dai porti per rilevare eventuali veicoli non autorizzati. Per aggiungere un ulteriore livello di sicurezza, i sistemi di riconoscimento facciale possono essere utilizzati per verificare le identità dei conducenti e dei passeggeri all'interno dei veicoli.

Fig. 4 Un esempio di utilizzo della visione artificiale per leggere la targa di un'auto.

Ad esempio, il porto di Valencia in Spagna utilizza un sistema di visione artificiale composto da droni autonomi, connettività 5G e un visore di realtà aumentata (AR) per monitorare la sicurezza del porto. I droni autonomi vengono utilizzati per pattugliare regolarmente il porto e il flusso video viene analizzato tramite sistemi basati sulla visione attraverso la rete 5G. I modelli di visione artificiale cercano eventuali intrusioni o attività sospette. Quando viene rilevato qualcosa di insolito, vengono generati degli avvisi. Utilizzando il visore AR, il team di sicurezza può persino esaminare l'area segnalata per comprendere la gravità dell'incidente.

Rilevare le fuoriuscite di petrolio con l'aiuto dell'AI per la visione#

Le fuoriuscite di petrolio rappresentano una minaccia ambientale significativa, soprattutto durante le operazioni portuali di carico e scarico. Gli studi indicano che circa il 29% delle fuoriuscite di petrolio di dimensioni medio-piccole (da 7 a 700 tonnellate) si verifica durante queste attività. Sebbene queste fuoriuscite possano non essere facilmente visibili e sembrare innocue, le loro conseguenze ambientali possono essere gravi.

Monitorare manualmente queste fuoriuscite è particolarmente difficile nelle ampie aree portuali. Per affrontare questo problema, telecamere avanzate per il rilevamento nell'acqua dotate di software di visione artificiale possono offrire una soluzione efficace. Analizzando i filmati video, questi sistemi possono rilevare le fuoriuscite di petrolio in tempo reale, consentendo interventi e attività di bonifica tempestivi.

Fig. 5 Un esempio di porto intelligente: rilevamento delle fuoriuscite di petrolio nell'oceano.

Infatti, il porto di Anversa, il secondo porto più grande d'Europa, utilizza la tecnologia della visione artificiale per mitigare l'impatto delle fuoriuscite di petrolio. Droni telecomandati monitorano le aree d'acqua circostanti. Dotati di funzionalità di visione artificiale, questi droni possono rilevare le fuoriuscite di petrolio nelle aree portuali vicine. Ciò consente alle autorità portuali di identificare e affrontare tempestivamente le aree in cui le fuoriuscite sono concentrate, migliorando così la qualità dell'acqua lungo le coste.

Vantaggi e limiti della visione artificiale nei porti#

L'adozione della visione artificiale nella gestione portuale offre numerosi vantaggi e favorisce diverse soluzioni personalizzate per affrontare sfide specifiche. Ecco una rapida panoramica di alcuni di questi vantaggi:

• Logistica marittima migliorata: le catene di approvvigionamento con AI nel settore marittimo stanno portando un nuovo livello di efficienza operativa nella logistica. I sistemi basati sulla visione possono essere utilizzati per monitorare lo scambio di merci tra rotte marittime, servizi portuali, movimentazione delle merci e altro.

• Processo decisionale basato sui dati: grazie agli insight derivati dall'analisi di immagini e video, la gestione portuale può prendere decisioni più consapevoli.

• Previsioni delle rotte migliori: i sistemi di AI per la visione possono analizzare dati visivi, come filmati in tempo reale di porti e navi, per aiutare gli algoritmi di AI a suggerire rotte ottimizzate.

• Riduzione dei costi del lavoro: automatizzando attività come il monitoraggio delle navi, lo smistamento delle merci e il tracciamento delle navi tramite la visione artificiale, i porti possono ridurre la dipendenza dal lavoro umano.

Sebbene le soluzioni CV offrano numerosi vantaggi, la loro implementazione nei porti presenta alcune sfide da considerare. Ecco alcuni limiti da tenere presenti:

• Costi iniziali elevati: l'implementazione nei porti di applicazioni di visione artificiale conformi agli standard del settore richiede investimenti significativi in hardware, competenze di AI e infrastrutture di calcolo.

• Vincoli ambientali: condizioni meteorologiche variabili, soprattutto nelle aree costiere, come pioggia e nebbia, possono influire sulla qualità di immagini e video e causare prestazioni insufficienti dei modelli di AI.

• Diversità nelle dimensioni dei container per il trasporto: i container variano per dimensioni, colore, etichetta e forma, rendendo difficile il loro tracciamento da parte dei sistemi basati sulla visione. I modelli di visione artificiale possono richiedere un addestramento aggiuntivo per gestire questa diversità.

• Connessioni di rete instabili: una connessione di rete stabile è fondamentale per i sistemi di visione artificiale basati sul cloud, poiché le interruzioni possono causare ritardi, inefficienze e rischi per la sicurezza nelle operazioni portuali.

Il futuro della visione artificiale nei porti#

Secondo i report, si prevede che il mercato globale dei porti intelligenti crescerà a un notevole tasso di crescita annuale composto (CAGR) del 24,16%, raggiungendo 6,1 miliardi di dollari entro il 2033. Questa crescita evidenzia il crescente utilizzo di tecnologie avanzate come AI, visione artificiale e Internet of Things (IoT) nelle moderne operazioni portuali. Man mano che i porti diventano più efficienti e intelligenti, è probabile che la visione artificiale svolga un ruolo fondamentale nell'automazione delle attività, nel miglioramento della sicurezza e nell'aumento dell'efficienza operativa.

Combinata con tecnologie come IoT, blockchain e big data, si prevede che la visione artificiale abiliti soluzioni avanzate e complesse basate sull'AI, come il tracciamento delle merci in tempo reale e la manutenzione predittiva delle attrezzature portuali. Queste innovazioni semplificheranno le operazioni portuali e promuoveranno la sostenibilità ottimizzando l'uso dell'energia e riducendo le emissioni di carbonio.

Punti chiave sui porti intelligenti#

Integrando la visione artificiale nella gestione portuale, possiamo migliorare sicurezza, efficienza e protezione. Dal monitoraggio delle attività dei lavoratori all'automazione di attività complesse come la movimentazione delle merci e la navigazione delle navi, le applicazioni della visione artificiale possono offrire un'ampia gamma di utilizzi e affrontare sfide critiche nella gestione portuale.

La tendenza verso l'automazione e i processi basati sull'AI mette in luce il potenziale delle soluzioni di AI per la visione. Adottando queste tecnologie avanzate, i porti possono affermarsi come leader nel settore marittimo globale, contribuendo alla crescita economica e alla sostenibilità ambientale.

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