Ottimizzazione del commercio marittimo con la computer vision nei porti

Con oltre il 90% delle merci trasportate via mare, i porti sono snodi essenziali per il commercio globale. Fungono da connettori vitali tra terra e mare. I porti gestiscono spesso spedizioni di merci di valore come materie prime, prodotti manifatturieri e prodotti 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 veloce, sicura e affidabile. Le recenti innovazioni nei porti spesso coinvolgono l'intelligenza artificiale (AI).

In particolare, la computer vision (CV), un sottoinsieme dell'AI, sta avendo un enorme impatto sulle operazioni portuali. La Vision AI rende possibile per i sistemi informatici vedere e comprendere informazioni visive in tempo reale. Analizzando immagini e video, modelli di computer vision come Ultralytics YOLO11 possono identificare modelli, rilevare oggetti e monitorare movimenti in tempo reale. Gli approfondimenti derivanti dall'analisi delle immagini consentono operazioni più efficienti e precise, il che ha un grande potenziale nella gestione portuale.

Ad esempio, il Porto di Rotterdam, che è il più grande porto marittimo in Europa, utilizza sistemi di computer vision per ottimizzare i programmi di manutenzione. I loro sistemi basati su AI utilizzano il monitoraggio video dal vivo per tenere d'occhio le navi e le attrezzature portuali, aiutando i lavoratori portuali a prevedere quando è necessaria la manutenzione. Il monitoraggio regolare mantiene le attrezzature funzionanti più a lungo e rende le operazioni portuali più fluide e veloci.

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

Link to this sectionL'importanza dei porti intelligenti#

I porti ricevono quotidianamente enormi quantità di merci e affrontano sfide come mantenere l'efficienza operativa, garantire la sicurezza dei lavoratori, ridurre gli ingorghi e affrontare il maltempo. Anche un ritardo di un'ora può essere costoso per le compagnie di navigazione.

Ad esempio, ci sono costi legati al tempo impiegato per scaricare le merci (demurrage), alla detenzione dei container troppo a lungo dopo lo scarico (detention), all'immagazzinamento delle merci al porto per tempo extra (spese di stoccaggio) e all'arrivo in ritardo delle navi (spese per ritardato arrivo). Per evitare queste costose sanzioni, le compagnie di navigazione mirano a pianificare attentamente i loro 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 si stanno rivolgendo sempre più a soluzioni automatizzate basate sull'AI. Per quanto riguarda la computer vision, i vision models possono essere addestrati su vasti datasets di immagini e clip video delle operazioni portuali.

I modelli addestrati possono essere utilizzati per compiti come il rilevamento e il monitoraggio dei container mentre vengono caricati e scaricati. La computer vision può anche aiutare a rafforzare la sicurezza portuale monitorando i dipendenti che movimentano pesanti container di carico.

Link to this sectionApplicazioni della computer vision nei porti#

Ora che abbiamo compreso perché le tecnologie di AI e computer vision sono importanti e preziose nei porti, diamo un'occhiata più da vicino ad alcuni esempi di porti intelligenti che mostrano come la computer vision può essere utilizzata.

Link to this sectionUtilizzare la computer vision per mantenere la sicurezza portuale#

Modelli di computer vision, come Ultralytics YOLO11 e Ultralytics YOLOv8, possono monitorare i lavoratori e garantire la conformità ai protocolli di sicurezza. Come funziona? Sia YOLO11 che YOLOv8 supportano vari computer vision tasks, come l'object detection, che identifica e classifica oggetti in un'immagine o un video, e l'object tracking, che monitora il movimento di questi oggetti nel tempo.

Questi compiti possono essere utilizzati in vari casi d'uso per la sicurezza dei lavoratori. Un buon esempio è l'utilizzo dell'object detection 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 per la conformità alla sicurezza portuale.

Analogamente, i sistemi portuali intelligenti integrati con funzionalità di computer vision come l'object tracking possono essere utilizzati anche per monitorare le posizioni dei lavoratori e seguirne i movimenti in tempo reale per rilevare pericoli e prevenire 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 a rischio. Il sistema può persino essere configurato per inviare avvisi istantanei se un lavoratore entra accidentalmente in un'area riservata o si avvicina troppo ai macchinari pesanti.

Link to this sectionNavigazione e monitoraggio delle navi con l'AI nei porti#

Computer vision solutions possono svolgere un ruolo significativo nel migliorare la navigazione marittima. I sistemi marittimi integrati con computer vision, trasmissioni del sistema di identificazione automatica (AIS) (segnali dalla nave contenenti identità, posizione, velocità, ecc.) e altri sensori avanzati possono essere utilizzati per ottenere informazioni sulla posizione della nave. Sulla base di queste informazioni, il sistema AI può mappare una rotta ideale per la nave con meno congestione ed efficienza del carburante. Queste informazioni consentono inoltre all'equipaggio di preparare il porto per operazioni come carico e scarico senza alcun tempo di attesa.

Tecniche di computer vision come l'object detection possono essere utilizzate dalle autorità portuali per rilevare e tracciare oggetti in mare per una navigazione sicura. Ad esempio, il Gulf of Maine Research Institute di Portland utilizza sistemi di telecamere basati su AI per la navigazione e la sicurezza delle navi. Le telecamere utilizzano 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 facilmente.

Fig 2. AI in ambito marittimo: una telecamera abilitata alla computer vision che rileva oggetti in mare.

Link to this sectionMovimentazione merci facilitata dalla digitalizzazione portuale#

La movimentazione delle merci è una delle operazioni più complesse nei porti a causa del coinvolgimento di macchinari pesanti e del rischio di oggetti in caduta. Gli studi mostrano che oltre il 63% degli incidenti portuali avviene durante la manovra del carico e le operazioni di carico o scarico. Questi incidenti possono essere evitati riducendo la necessità per i lavoratori di trovarsi vicino ai container o alle attrezzature portuali pesanti per compiti come la lettura delle etichette o l'ispezione dei danni.

I sistemi di visione possono aiutare a raggiungere questo obiettivo riconoscendo le etichette sui container, scansionandone dimensioni, tipo, peso, sigilli e destinazioni, o rilevando eventuali danni strutturali. Un interessante caso di studio è il Piraeus Container Terminal (PCT) in Grecia. Questo porto utilizza telecamere integrate con Vision AI per verificare se i sigilli sui container sono intatti. Il sistema acquisisce immagini della parte anteriore di ogni container durante il carico o lo scarico. Successivamente, viene utilizzata l'object detection sulle immagini per localizzare i sigilli. Se un sigillo manca o è danneggiato, viene attivato un avviso, notificando alle autorità portuali di indagare ulteriormente.

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

Link to this sectionSorveglianza e controllo degli accessi nei porti intelligenti#

Le attività di sicurezza e sorveglianza nei porti richiedono un'attenzione costante. La manodopera necessaria per monitorare l'intero panorama e le operazioni di un porto è enorme. Anche il porto più piccolo del mondo, Depoe Bay in Oregon, copre sei acri. Lo spazio vasto e i container strettamente impilati rendono praticamente impossibile per gli umani monitorarlo manualmente 24 ore su 24.

Utilizzando la computer vision, le operazioni portuali possono essere monitorate in molteplici punti di accesso e qualsiasi ingresso non autorizzato può essere individuato istantaneamente. La tecnologia Optical character recognition (OCR) e automatic number plate recognition (ANPR) può leggere le targhe dei veicoli in entrata e in uscita dai porti per rilevare eventuali veicoli non autorizzati. Per un ulteriore livello di sicurezza, possono essere utilizzati anche sistemi di facial recognition per verificare l'identità di conducenti e passeggeri all'interno dei veicoli.

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

Ad esempio, il Port of Valencia in Spagna utilizza un sistema di computer vision che comprende droni autonomi, connettività 5G e un visore per realtà aumentata (AR) per monitorare la sicurezza del porto. I droni autonomi vengono utilizzati per pattugliare il porto regolarmente e il feed video viene analizzato utilizzando sistemi basati sulla visione attraverso la rete 5G. I modelli di computer vision cercano eventuali intrusioni o attività sospette. Quando viene rilevato qualcosa di fuori dall'ordinario, vengono generati avvisi. Utilizzando il visore AR, il team di sicurezza può persino dare un'occhiata all'area segnalata per comprendere la gravità dell'incidente.

Link to this sectionRilevare sversamenti di petrolio con l'aiuto della Vision AI#

Gli sversamenti di petrolio rappresentano una minaccia ambientale significativa, specialmente durante le operazioni di carico e scarico nei porti. Gli studi indicano che circa il 29% degli sversamenti di petrolio su piccola e media scala (7 - 700 tonnellate) si verificano durante queste attività. Sebbene questi sversamenti possano non essere facilmente visibili e apparire innocui, le loro conseguenze ambientali possono essere gravi.

Monitorare manualmente tali sversamenti è particolarmente difficile nelle grandi aree portuali. Per affrontare questo problema, telecamere avanzate di rilevamento dell'acqua dotate di software di computer vision possono fornire una soluzione efficace. Analizzando i filmati video, questi sistemi possono rilevare sversamenti di petrolio in tempo reale, consentendo risposte rapide e sforzi di pulizia.

Fig 5. Un esempio di porto intelligente: Rilevamento di sversamenti di petrolio nell'oceano.

Infatti, il Port of Antwerp, il secondo porto più grande d'Europa, utilizza la tecnologia della computer vision per mitigare l'impatto degli sversamenti di petrolio. Droni telecomandati monitorano le aree acquatiche circostanti. Dotati di capacità di computer vision, questi droni possono rilevare sversamenti di petrolio nelle aree portuali vicine. Ciò consente alle autorità portuali di identificare e affrontare prontamente le aree di sversamento concentrate, migliorando così la qualità dell'acqua lungo le coste.

Link to this sectionVantaggi e limiti della computer vision nei porti#

Adottare la computer vision nella gestione portuale porta molti vantaggi e promuove varie soluzioni su misura per sfide uniche. Ecco una rapida occhiata ad alcuni di questi vantaggi:

• Logistica marittima migliorata: L'AI in ambito marittimo sta portando un nuovo livello di efficienza operativa alla logistica. I sistemi basati sulla visione possono essere utilizzati per monitorare lo scambio di merci tra rotte marittime, servizi portuali, movimentazione merci, ecc.

• Processo decisionale basato sui dati: Con approfondimenti dall'analisi di immagini e video, la gestione portuale può prendere decisioni ben informate.

• Migliori previsioni di rotta: I sistemi di Vision AI possono analizzare dati visivi, come filmati in tempo reale dai porti e dalle navi, per assistere gli algoritmi AI nel suggerire rotte ottimizzate.

• Riduzione dei costi del lavoro: Automatizzando compiti come il monitoraggio delle navi, lo smistamento delle merci e il tracciamento delle navi attraverso la computer vision, i porti possono ridurre la loro dipendenza dal lavoro umano.

Mentre le soluzioni di CV offrono numerosi vantaggi, la loro implementazione nei porti presenta alcune sfide da considerare. Ecco alcuni limiti da tenere a mente:

• Costi iniziali elevati: Implementare applicazioni di computer vision standard nel settore portuale richiede un investimento significativo in hardware, competenza AI e infrastruttura computazionale.

• Vincoli ambientali: Condizioni meteorologiche incoerenti, specialmente nelle aree costiere, come pioggia e nebbia, possono influire sulla qualità di immagini e video e portare a prestazioni scadenti dei modelli AI.

• Diversità nelle dimensioni dei container: I container variano per dimensioni, colore, etichetta e forma, rendendoli difficili da tracciare per i sistemi basati sulla visione. I modelli di computer vision potrebbero richiedere ulteriore addestramento per gestire tale diversità.

• Connessioni di rete incoerenti: Una connessione di rete stabile è fondamentale per i sistemi di computer vision basati su cloud, poiché le interruzioni possono causare ritardi, inefficienze e rischi per la sicurezza nelle operazioni portuali.

Link to this sectionIl futuro della computer vision nei porti#

Secondo i rapporti, il mercato globale dei smart port dovrebbe crescere a un impressionante tasso di crescita annuale composto (CAGR) del 24,16%, raggiungendo i 6,1 miliardi di dollari entro il 2033. Questa crescita evidenzia l'uso crescente di tecnologie avanzate come AI, computer vision e Internet of Things (IoT) nelle moderne operazioni portuali. Man mano che i porti diventano più efficienti e intelligenti, la computer vision giocherà probabilmente un ruolo critico nell'automatizzare i compiti, migliorare la sicurezza e aumentare l'efficienza operativa.

Se combinata 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 snelliranno le operazioni portuali e promuoveranno la sostenibilità ottimizzando l'uso dell'energia e riducendo le emissioni di carbonio.

Link to this sectionPunti chiave sui porti intelligenti#

Integrando la computer vision nella gestione portuale, possiamo migliorare sicurezza, efficienza e protezione. Dal monitoraggio delle attività dei lavoratori all'automazione di compiti complessi come la movimentazione delle merci e la navigazione delle navi, le applicazioni di computer vision possono offrire una vasta gamma di soluzioni e affrontare sfide critiche nella gestione portuale.

La tendenza verso l'automazione e i processi guidati dall'AI mette in luce il potenziale delle soluzioni di Vision AI. Adottando queste tecnologie avanzate, i porti possono posizionarsi come leader nell'industria marittima globale, contribuendo alla crescita economica e alla sostenibilità ambientale.

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