Otimizando o comércio marítimo nos portos com visão computacional

Com mais de 90% das mercadorias transportadas por via marítima, os portos são centros essenciais para o comércio global. Eles são conexões vitais entre terra e mar. Os portos costumam movimentar cargas valiosas, como matérias-primas, produtos manufaturados e bens de consumo, sendo fundamentais para a cadeia de suprimentos internacional.

Ao longo dos anos, novas tecnologias transformaram a forma como operamos e gerenciamos portos no mundo todo. Essas inovações tornaram a gestão portuária mais rápida, segura e confiável. As inovações recentes nos portos frequentemente envolvem inteligência artificial (IA).

Em particular, a visão computacional (CV), um subcampo da IA, é cada vez mais usada nas operações portuárias. A IA visual permite que os sistemas computacionais vejam e compreendam informações visuais em tempo real. Ao analisar imagens e vídeos, modelos de visão computacional como o Ultralytics YOLO11 podem identificar padrões, detectar objetos e rastrear movimentos em tempo real. Os insights da análise de imagens possibilitam operações mais eficientes e precisas, o que oferece grande potencial para a gestão portuária.

Por exemplo, o Porto de Roterdã, o maior porto marítimo da Europa, usa sistemas de visão computacional para otimizar os cronogramas de manutenção. Seus sistemas com IA usam monitoramento de vídeo ao vivo para acompanhar navios e equipamentos portuários, ajudando os trabalhadores do porto a prever quando será necessário fazer manutenção. O monitoramento regular prolonga a vida útil dos equipamentos e torna as operações portuárias mais simples e rápidas.

Neste artigo, vamos explorar vários exemplos de portos inteligentes que usam tecnologia de visão computacional. Também discutiremos as vantagens e desvantagens do uso dessa inovação nos portos, considerando suas perspectivas futuras. Vamos começar!

A importância dos portos inteligentes#

Os portos recebem enormes volumes de mercadorias diariamente e enfrentam desafios como manter as operações eficientes, garantir a segurança dos trabalhadores, reduzir congestionamentos e lidar com o mau tempo. Um atraso de apenas uma hora pode custar caro às empresas de transporte marítimo.

Por exemplo, há custos relacionados à demora no descarregamento de cargas (sobre-estadia), à retenção de contêineres por tempo excessivo após o descarregamento (detenção), ao armazenamento prolongado de mercadorias no porto (taxas de armazenagem) e à chegada tardia dos navios (taxas por atraso na chegada). Para evitar essas penalidades dispendiosas, as empresas de transporte marítimo procuram planejar cuidadosamente seus cronogramas, tempos de viagem e atividades portuárias.

Para gerir as operações portuárias e enfrentar esses desafios, as empresas de transporte marítimo e as autoridades portuárias recorrem cada vez mais a soluções automatizadas avançadas baseadas em IA. No contexto da visão computacional, os modelos de visão podem ser treinados com vastos conjuntos de dados de imagens e clipes de vídeo de operações portuárias.

Os modelos treinados podem ser usados em tarefas como detetar e acompanhar contentores de carga durante o carregamento e o descarregamento. A visão computacional também pode ajudar a reforçar a segurança portuária, acompanhando os funcionários que movimentam contentores de carga pesados.

Aplicações da visão computacional nos portos#

Agora que percebemos por que motivo as tecnologias de IA e visão computacional são importantes e valiosas nos portos, vamos analisar mais de perto alguns exemplos de portos inteligentes que mostram como a visão computacional pode ser utilizada.

Utilizar a visão computacional para manter a segurança portuária#

Os modelos de visão computacional, como o Ultralytics YOLO11 e o Ultralytics YOLOv8, podem acompanhar os trabalhadores e garantir o cumprimento dos protocolos de segurança. Como funciona? Tanto o YOLO11 como o YOLOv8 são compatíveis com várias tarefas de visão computacional, como a deteção de objetos, que identifica e classifica objetos numa imagem ou vídeo, e o acompanhamento de objetos, que monitoriza o movimento desses objetos ao longo do tempo.

Estas tarefas podem ser utilizadas em vários casos de uso relacionados com a segurança dos trabalhadores. Um bom exemplo é utilizar a deteção de objetos para detetar equipamento de proteção individual (PPE) nos funcionários portuários, como capacetes e coletes.

Fig. 1. Um exemplo de utilização do Ultralytics YOLOv8 para detetar PPE e garantir o cumprimento das normas de segurança portuária.

Da mesma forma, os sistemas portuários inteligentes com capacidades de visão computacional, como o acompanhamento de objetos, também podem ser utilizados para monitorizar a localização dos trabalhadores e acompanhar os seus movimentos em tempo real, detetando perigos e prevenindo acidentes.

Ao analisar imagens de vídeo em direto, os modelos de visão podem identificar potenciais perigos, como objetos em queda ou trabalhadores a entrar em zonas de risco. O sistema pode até ser configurado para enviar alertas imediatos se um trabalhador entrar acidentalmente numa área restrita ou se aproximar demasiado de maquinaria pesada.

Navegação e monitorização de navios com IA nos portos#

As soluções de visão computacional podem desempenhar um papel importante na melhoria da navegação marítima. Sistemas marítimos integrados com visão computacional, transmissões do Sistema de Identificação Automática (AIS) (sinais enviados pelo navio que contêm sua identidade, localização, velocidade etc.) e outros sensores avançados podem ser usados para obter informações sobre a localização do navio. Com base nesses dados, o sistema de IA pode traçar uma rota ideal para o navio, com menos congestionamento e melhor eficiência de combustível. Esses insights também permitem que a tripulação prepare o porto para operações, como carregamento e descarregamento, sem tempo de espera.

As técnicas de visão computacional, como a deteção de objetos, podem ser utilizadas pelas autoridades portuárias para detetar e acompanhar objetos no mar, garantindo uma navegação segura. Por exemplo, o Gulf of Maine Research Institute, em Portland, utiliza sistemas de câmaras baseados em IA para a navegação e segurança dos navios. As câmaras utilizam visão computacional para detetar navios, barcos, boias, pessoas e outros perigos marítimos, mesmo à noite ou em condições de nevoeiro. Ao detetar obstáculos no mar, os operadores dos navios podem evitar acidentes e navegar com facilidade.

Fig. 2. IA no setor marítimo: uma câmara com visão computacional a detetar objetos no mar.

A digitalização portuária facilita o manuseamento da carga#

O manuseamento da carga é uma das operações mais complexas nos portos, devido à utilização de maquinaria pesada e ao risco de queda de objetos. Estudos mostram que mais de 63% dos acidentes portuários ocorrem durante a movimentação da carga e as operações de carregamento ou descarregamento. Estes acidentes podem ser evitados reduzindo a necessidade de os trabalhadores se aproximarem de contentores ou de equipamentos portuários pesados para tarefas como ler etiquetas ou inspecionar danos.

Os sistemas de visão podem ajudar a alcançar este objetivo ao reconhecer etiquetas nos contentores, digitalizar as suas dimensões, tipo, peso, selos e destinos, ou detetar danos estruturais. Um estudo de caso interessante é o Piraeus Container Terminal (PCT), na Grécia. Este porto utiliza câmaras integradas com IA de visão para verificar se os selos dos contentores estão intactos. O sistema capta imagens da parte da frente de cada contentor durante o carregamento ou descarregamento. Em seguida, aplica-se a deteção de objetos às imagens para localizar os selos nos contentores. Se faltar um selo ou se este estiver danificado, é acionado um alerta que notifica as autoridades portuárias para investigarem melhor.

Fig. 3. O terminal de contentores de Pireu, na Grécia, é um bom exemplo de porto inteligente.

Vigilância e controlo de acesso em portos inteligentes#

As tarefas de segurança e vigilância nos portos exigem atenção constante. É necessária uma enorme quantidade de mão de obra para monitorizar toda a área e as operações de um porto. Até o porto mais pequeno do mundo, Depoe Bay, no Oregon, ocupa seis acres. A vasta área e os contentores empilhados muito próximos uns dos outros tornam praticamente impossível a monitorização manual contínua por pessoas.

Com a visão computacional, é possível monitorizar as operações portuárias em vários pontos de acesso e detetar imediatamente quaisquer entradas não autorizadas. A tecnologia de reconhecimento ótico de caracteres (OCR) e de reconhecimento automático de matrículas (ANPR) pode ler as matrículas dos veículos que entram e saem dos portos para detetar veículos não autorizados. Para uma camada adicional de segurança, também podem ser utilizados sistemas de reconhecimento facial para verificar as identidades dos condutores e passageiros dentro dos veículos.

Fig. 4. Um exemplo de utilização da visão computacional para ler a matrícula de um automóvel.

Por exemplo, o Porto de Valência, em Espanha, está a utilizar um sistema de visão computacional que inclui drones autónomos, conectividade 5G e um visor de realidade aumentada (AR) para monitorizar a segurança do porto. Os drones autónomos são utilizados para patrulhar o porto regularmente, e as imagens de vídeo são analisadas por sistemas baseados em visão através da rede 5G. Os modelos de visão computacional procuram intrusões ou atividades suspeitas. Quando é detetada qualquer situação fora do normal, são gerados alertas. Com o visor de AR, a equipa de segurança pode até observar a área assinalada para avaliar a gravidade do incidente.

Detetar derrames de petróleo com a ajuda da IA de visão#

Os derrames de petróleo representam uma ameaça ambiental significativa, especialmente durante as operações portuárias de carregamento e descarga. Estudos indicam que aproximadamente 29% dos derrames de petróleo de média e pequena dimensão (7 - 700 toneladas) ocorrem durante estas atividades. Embora estes derrames possam não ser facilmente visíveis e pareçam inofensivos, as suas consequências ambientais podem ser graves.

A monitorização manual destes derrames é particularmente difícil em grandes áreas portuárias. Para resolver este problema, câmaras avançadas de deteção na água equipadas com software de visão computacional podem oferecer uma solução eficaz. Ao analisar imagens de vídeo, estes sistemas podem detetar derrames de petróleo em tempo real, permitindo respostas rápidas e operações de limpeza.

Fig. 5. Um exemplo de porto inteligente: deteção de derrames de petróleo no oceano.

De facto, o Porto de Antuérpia, o segundo maior porto da Europa, utiliza tecnologia de visão computacional para mitigar o impacto dos derrames de petróleo. Drones controlados remotamente monitorizam as áreas de água circundantes. Equipados com capacidades de visão computacional, estes drones podem detetar derrames de petróleo nas áreas portuárias próximas. Isto permite às autoridades portuárias identificar e tratar rapidamente as áreas com derrames concentrados, melhorando assim a qualidade da água ao longo das zonas costeiras.

Benefícios e limitações da visão computacional nos portos#

A adoção da visão computacional na gestão portuária traz muitas vantagens e impulsiona várias soluções adaptadas a desafios específicos. Vejamos rapidamente alguns desses benefícios:

• Melhoria da logística marítima: As cadeias de abastecimento de IA no setor marítimo estão a trazer um novo nível de eficiência operacional à logística. Os sistemas baseados em visão podem ser utilizados para monitorizar a troca de mercadorias entre rotas marítimas, serviços portuários, operações de carga, etc.
• Tomada de decisões baseada em dados: Com as informações obtidas através da análise de imagens e vídeos, a gestão portuária pode tomar decisões bem fundamentadas.
• Melhores previsões de rotas: Os sistemas de IA de visão podem analisar dados visuais, como imagens em direto de portos e navios, para ajudar os algoritmos de IA a sugerir rotas otimizadas.
• Redução dos custos laborais: Ao automatizar tarefas como a monitorização de embarcações, a triagem de carga e o acompanhamento de navios através da visão computacional, os portos podem reduzir a dependência da mão de obra humana.

Embora as soluções de visão computacional ofereçam inúmeras vantagens, a sua implementação nos portos apresenta alguns desafios a considerar. Eis algumas limitações a ter em conta:

• Custos iniciais elevados: A implementação de aplicações de visão computacional de padrão industrial nos portos exige um investimento significativo em hardware, experiência em IA e infraestrutura computacional.
• Restrições ambientais: As condições meteorológicas instáveis, especialmente em zonas costeiras, como a chuva e o nevoeiro, podem afetar a qualidade das imagens e dos vídeos e prejudicar o desempenho dos modelos de IA.
• Diversidade de tamanhos dos contentores marítimos: Os contentores marítimos variam em tamanho, cor, etiqueta e forma, o que dificulta o seu acompanhamento pelos sistemas baseados em visão. Os modelos de visão computacional podem precisar de treino adicional para lidar com esta diversidade.
• Ligações de rede instáveis: Uma ligação de rede estável é essencial para os sistemas de visão computacional baseados na nuvem, uma vez que as interrupções podem causar atrasos, ineficiências e riscos de segurança nas operações portuárias.

O futuro da visão computacional nos portos#

Segundo as previsões, o mercado global de portos inteligentes deve crescer a uma impressionante taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 24,16%, alcançando US$ 16,1 bilhões até 2033. Esse crescimento destaca o uso cada vez maior de tecnologias avançadas, como IA, visão computacional e Internet das Coisas (IoT), nas operações portuárias modernas. À medida que os portos se tornam mais eficientes e inteligentes, a visão computacional provavelmente terá um papel fundamental na automação de tarefas, na melhoria da segurança e no aumento da eficiência operacional.

Quando combinada com tecnologias como IoT, blockchain e big data, espera-se que a visão computacional possibilite soluções avançadas e complexas baseadas em IA, como o acompanhamento de carga em tempo real e a manutenção preditiva de equipamentos portuários. Estas inovações irão otimizar as operações portuárias e promover a sustentabilidade através da otimização do consumo de energia e da redução das emissões de carbono.

Principais conclusões sobre os portos inteligentes#

Ao integrar a visão computacional à gestão portuária, podemos aprimorar a segurança, a eficiência e a proteção. Do monitoramento das atividades dos trabalhadores à automatização de tarefas complexas, como o manuseio de cargas e a navegação de embarcações, a visão computacional pode dar suporte a uma ampla variedade de aplicações e enfrentar desafios fundamentais na gestão portuária.

A tendência para a automatização e os processos baseados em IA evidencia o potencial das soluções de IA de visão. Ao adotarem estas tecnologias avançadas, os portos podem posicionar-se como líderes no setor marítimo global, contribuindo para o crescimento económico e a sustentabilidade ambiental.

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