Ottimizzare il commercio marittimo nei porti con la visione artificiale

Poiché oltre il 90% delle merci viene trasportato via mare, i porti sono nodi essenziali del commercio globale. Fungono da collegamento fondamentale tra terra e mare. Spesso movimentano spedizioni di merci preziose, come materie prime, prodotti manifatturieri e beni di consumo, e sono quindi essenziali per la catena di approvvigionamento internazionale.

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

In particolare, la visione artificiale (CV), un sottoinsieme dell'AI, viene usata sempre più spesso nelle operazioni portuali. La Vision AI permette 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. Le informazioni ricavate dall'analisi delle immagini consentono operazioni più efficienti e accurate, con un grande potenziale per la gestione portuale.

Per esempio, il porto di Rotterdam, il più grande porto marittimo d'Europa, usa sistemi di visione artificiale per ottimizzare i programmi di manutenzione. I suoi sistemi basati sull'IA usano il monitoraggio video in diretta per tenere sotto controllo le navi e le attrezzature portuali, aiutando gli addetti a prevedere quando è necessario intervenire. Il monitoraggio regolare prolunga la vita delle attrezzature e rende le operazioni portuali più fluide e rapide.

In questo articolo vedremo vari esempi di porti intelligenti che sfruttano la tecnologia di visione artificiale. Discuteremo anche i vantaggi e gli svantaggi dell'uso di questa innovazione nei porti, esaminandone le 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 le condizioni meteorologiche avverse. Anche un ritardo di un'ora può essere costoso per le compagnie di navigazione.

Per esempio, ci sono costi associati al tempo eccessivo impiegato per scaricare il carico (controstallie), al trattenimento dei container oltre il dovuto dopo lo scarico (detenzione), alla permanenza prolungata delle merci nel porto (spese di stoccaggio) e all'arrivo in ritardo delle navi (penali per ritardo). Per evitare queste costose penali, le compagnie di navigazione cercano di pianificare attentamente gli orari, i tempi di viaggio e le attività portuali.

Per gestire le operazioni portuali e affrontare queste sfide, le compagnie di navigazione e le autorità portuali si affidano sempre più a soluzioni automatizzate avanzate basate sull’AI. Per quanto riguarda la computer vision, i modelli di visione possono essere addestrati su vasti dataset di immagini e videoclip delle operazioni portuali.

I modelli addestrati possono essere usati per attività come rilevare e tracciare i container mentre vengono caricati e scaricati. La computer vision può anche contribuire a rafforzare la sicurezza portuale monitorando il personale che sposta container pesanti.

Applicazioni della computer vision nei porti#

Ora che abbiamo capito perché le tecnologie AI e di computer vision sono importanti e preziose nei porti, esaminiamo più da vicino alcuni esempi di porti intelligenti che mostrano come si può usare la computer vision.

Usare la computer vision per mantenere la sicurezza nei porti#

I modelli di computer vision, come Ultralytics YOLO11 e Ultralytics YOLOv8, possono tracciare i lavoratori e verificare il rispetto dei protocolli di sicurezza. Come funziona? Sia YOLO11 sia YOLOv8 supportano diverse attività di computer vision, come il rilevamento degli oggetti, che identifica e classifica gli oggetti in un’immagine o in un video, e il tracciamento degli oggetti, che ne monitora i movimenti nel tempo.

Queste attività possono essere usate in diversi casi d’uso legati alla sicurezza dei lavoratori. Un buon esempio è usare il rilevamento degli oggetti per individuare i dispositivi di protezione individuale (DPI) indossati dal personale portuale, come caschi e giubbotti.

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

Allo stesso modo, i sistemi portuali intelligenti dotati di funzionalità di computer vision come il tracciamento degli oggetti possono essere usati per monitorare la posizione dei lavoratori e seguirne gli spostamenti in tempo reale, così da rilevare i pericoli e prevenire gli incidenti.

Analizzando i filmati video in diretta, i modelli di visione possono individuare potenziali pericoli, come oggetti in caduta o lavoratori che entrano in aree a rischio. Il sistema può anche 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 nei porti con l’AI#

Le soluzioni di visione artificiale possono svolgere un ruolo importante nel migliorare la navigazione marittima. I sistemi marittimi integrati con la visione artificiale, le trasmissioni del Sistema di identificazione automatica (AIS) (segnali provenienti dalla nave che ne indicano identità, posizione, velocità ecc.) e altri sensori avanzati possono fornire informazioni sulla posizione della nave. Sulla base di queste informazioni, il sistema AI può tracciare una rotta ideale per la nave, con meno congestione e una maggiore efficienza dei consumi. Queste informazioni consentono inoltre all'equipaggio di preparare il porto per operazioni come il carico e lo scarico senza tempi di attesa.

Le autorità portuali possono usare tecniche di computer vision come il rilevamento degli oggetti per rilevare e tracciare gli oggetti in mare e garantire una navigazione sicura. Per esempio, il Gulf of Maine Research Institute di Portland usa sistemi di telecamere basati sull’AI per la navigazione e la sicurezza delle navi. Le telecamere usano la computer vision 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 in ambito marittimo: una telecamera con computer vision che rileva oggetti in mare.

La digitalizzazione dei porti semplifica la movimentazione delle merci#

La movimentazione delle merci è una delle operazioni più complesse nei porti, a causa dell’impiego di macchinari pesanti e del rischio di caduta di oggetti. Gli studi mostrano che oltre il 63% degli incidenti portuali si verifica durante le manovre di movimentazione delle merci e le operazioni di carico o scarico. È possibile evitare questi incidenti riducendo la necessità che i lavoratori si avvicinino ai container o alle attrezzature portuali pesanti per attività come leggere le etichette o verificare la presenza di danni.

I sistemi di visione possono contribuire a raggiungere questo obiettivo riconoscendo le etichette sui container, rilevandone dimensioni, tipo, peso, sigilli e destinazioni oppure individuando eventuali danni strutturali. Un caso di studio interessante è quello del Piraeus Container Terminal (PCT) in Grecia. Questo porto usa telecamere integrate con AI di visione per verificare che i sigilli dei container siano intatti. Durante le operazioni di carico e scarico, il sistema acquisisce immagini della parte anteriore di ogni container. Il rilevamento degli oggetti viene quindi applicato alle immagini per localizzare i sigilli. Se un sigillo manca o è danneggiato, viene generato un avviso che informa le autorità portuali, affinché svolgano ulteriori accertamenti.

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 numeroso. Persino il porto più piccolo del mondo, Depoe Bay in Oregon, si estende su sei acri. L’ampia superficie e i container accatastati molto vicini rendono praticamente impossibile per le persone sorvegliarla manualmente 24 ore su 24.

Con la computer vision, è possibile monitorare le operazioni portuali in più punti di accesso e individuare immediatamente eventuali ingressi non autorizzati. La tecnologia di riconoscimento ottico dei caratteri (OCR) e di riconoscimento automatico delle targhe (ANPR) può leggere le targhe dei veicoli in entrata e in uscita dai porti, così da rilevare quelli non autorizzati. Per un ulteriore livello di sicurezza, è possibile usare anche sistemi di riconoscimento facciale per verificare l’identità dei conducenti e dei passeggeri a bordo dei veicoli.

Fig. 4 Un esempio di utilizzo della computer vision per leggere la targa di un’auto.

Per esempio, il Porto di Valencia, in Spagna, usa un sistema di computer vision che comprende droni autonomi, connettività 5G e un visore per la realtà aumentata (AR) per monitorare la sicurezza del porto. I droni autonomi pattugliano regolarmente il porto e il flusso video viene analizzato da sistemi basati sulla visione tramite la rete 5G. I modelli di computer vision individuano eventuali intrusioni o attività sospette. Quando viene rilevato qualcosa di insolito, vengono generati degli avvisi. Con il visore AR, il team di sicurezza può anche esaminare l’area segnalata per valutare la gravità dell’incidente.

Rilevare le fuoriuscite di petrolio con l’aiuto dell’AI di visione#

Le fuoriuscite di petrolio rappresentano una grave minaccia ambientale, soprattutto durante le operazioni portuali di carico e scarico. Gli studi indicano che circa il 29% delle fuoriuscite di petrolio di media e piccola entità (7 - 700 tonnellate) si verifica durante queste attività. Anche se possono non essere facilmente visibili e sembrare innocue, le loro conseguenze ambientali possono essere gravi.

Monitorare manualmente queste fuoriuscite è particolarmente difficile nelle vaste aree portuali. Per affrontare il problema, telecamere avanzate per il monitoraggio dell’acqua dotate di software di computer vision possono offrire una soluzione efficace. Analizzando i filmati, questi sistemi possono rilevare le fuoriuscite di petrolio in tempo reale, consentendo interventi e operazioni di pulizia tempestivi.

Fig. 5 Un esempio di porto intelligente: rilevare le fuoriuscite di petrolio in mare.

Il Porto di Anversa, il secondo porto più grande d’Europa, usa la tecnologia di computer vision per mitigare l’impatto delle fuoriuscite di petrolio. Droni telecomandati monitorano le acque circostanti. Grazie alle funzionalità di computer vision, questi droni possono rilevare le fuoriuscite di petrolio nelle aree portuali vicine. Ciò consente alle autorità portuali di individuare e gestire tempestivamente le aree in cui le fuoriuscite sono più concentrate, migliorando così la qualità dell’acqua lungo le coste.

Vantaggi e limiti della computer vision nei porti#

Adottare la computer vision nella gestione portuale offre numerosi vantaggi e favorisce lo sviluppo di soluzioni specifiche per affrontare sfide particolari. Ecco una rapida panoramica di alcuni di questi vantaggi:

• Migliore logistica marittima: le catene di approvvigionamento marittime basate sull’AI stanno portando un nuovo livello di efficienza operativa nella logistica. I sistemi basati sulla visione possono essere usati per monitorare lo scambio di merci tra rotte marittime, servizi portuali, attività di movimentazione delle merci e altro.
• Processo decisionale basato sui dati: grazie alle informazioni ricavate dall’analisi di immagini e video, la direzione portuale può prendere decisioni ben ponderate.
• Previsioni di rotta migliori: i sistemi di AI di visione possono analizzare dati visivi, come i filmati in diretta dei porti e delle navi, per aiutare gli algoritmi AI a suggerire rotte ottimizzate.
• Riduzione dei costi di manodopera: automatizzando attività come il monitoraggio delle navi, la selezione delle merci e il tracciamento delle imbarcazioni tramite la computer vision, i porti possono ridurre la dipendenza dal lavoro umano.

Sebbene le soluzioni di computer vision offrano numerosi vantaggi, la loro implementazione nei porti presenta alcune sfide da considerare. Ecco alcuni limiti da tenere a mente:

• Costi iniziali elevati: implementare nei porti applicazioni di computer vision conformi agli standard di settore richiede investimenti significativi in hardware, competenze AI e infrastrutture di calcolo.
• Vincoli ambientali: condizioni meteorologiche variabili, soprattutto nelle zone costiere, come pioggia e nebbia, possono compromettere la qualità di immagini e video e ridurre le prestazioni dei modelli AI.
• Varietà delle dimensioni dei container: i container variano per dimensioni, colore, etichetta e forma, rendendo difficile il loro tracciamento da parte dei sistemi basati sulla visione. I modelli di computer vision potrebbero richiedere ulteriore addestramento per gestire questa varietà.
• Connessioni di rete instabili: una connessione di rete stabile è fondamentale per i sistemi di computer vision basati sul cloud, poiché le interruzioni possono causare ritardi, inefficienze e rischi per la sicurezza nelle operazioni portuali.

Il futuro della computer vision nei porti#

Secondo le stime, il mercato dei porti intelligenti a livello globale crescerà a un notevole tasso di crescita annuale composto (CAGR) del 24,16%, raggiungendo i 16,1 miliardi di dollari entro il 2033. Questa crescita evidenzia il ricorso sempre più diffuso a tecnologie avanzate come l'IA, la visione artificiale e l'Internet delle cose (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.

In combinazione con tecnologie come IoT, blockchain e big data, la computer vision dovrebbe consentire soluzioni avanzate e complesse basate sull’AI, come il tracciamento delle merci in tempo reale e la manutenzione predittiva delle attrezzature portuali. Queste innovazioni renderanno più efficienti le operazioni portuali e promuoveranno la sostenibilità ottimizzando il consumo energetico e riducendo le emissioni di carbonio.

Punti chiave sui porti intelligenti#

Integrando la visione artificiale nella gestione portuale, possiamo migliorare la sicurezza, l'efficienza e la protezione. Dal monitoraggio delle attività dei lavoratori all'automazione di attività complesse come la movimentazione delle merci e la navigazione delle navi, la visione artificiale può supportare numerose applicazioni e affrontare sfide cruciali nella gestione portuale.

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

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