5G、北斗、AI齊上陣 無人駕駛車隊碼頭高效裝卸集裝箱

  在天津港第二集裝箱碼頭，記者看到多輛智能水平運輸機器人（ART）在自動化碼頭堆場裝載集裝箱后，依次通過集裝箱地面智能解鎖站完成加解鎖操作，最后到達岸橋下完成精準對位，吊具自動升起將集裝箱穩(wěn)穩(wěn)地放置輪船上。整個過程一氣呵成，現(xiàn)場沒有一名工人，但所有操作都被后臺盡在掌握。

  “實現(xiàn)碼頭全流程自動化，最重要最需要解決的問題之一就是水平運輸環(huán)節(jié)的自動化。”第二集裝箱碼頭公司信息部副經(jīng)理劉喜旺介紹，“智能水平運輸系統(tǒng)”并不是簡單實現(xiàn)多輛ART兩點間的自動駕駛。如果僅僅依據(jù)系統(tǒng)對作業(yè)時序的要求，交由單車智能自主規(guī)劃路徑，那么在多車自主協(xié)商解決路權沖突的過程中，會增加行車軌跡的不確定性，帶來安全隱患，并可能會造成業(yè)務時序的混亂。

  此外，由于單車智能缺乏“上帝視角”，難以實現(xiàn)全局效率最優(yōu)，也不易保持行駛的平穩(wěn)性，頻繁地加減速和啟停會導致車輛能耗的增加。如何解決各種場景下的車輛沖突、道路死鎖問題，實現(xiàn)全場車輛的高效協(xié)同，提升碼頭整體作業(yè)效率，成為自動化碼頭水平運輸方案能夠有效落地的關鍵。

  為解決這個難題，項目首創(chuàng)了全局路徑規(guī)劃和局部精細化引導相結合的新模式?；诙鄨D層融合技術在云端構建的動態(tài)業(yè)務高精地圖，可實時匯集船舶、岸橋、場橋、ART等關鍵生產(chǎn)要素實時位置，以及充電樁、鎖站、道路、圍欄、堆場等基礎設施地理信息和交通語義，還可通過高速5G網(wǎng)絡實現(xiàn)76臺ART的統(tǒng)一協(xié)管控，保障多車協(xié)同作業(yè)時行車路線的確定性和安全性，有效解決了基于無人駕駛技術實施集裝箱碼頭全自動化水平運輸?shù)年P鍵問題。

  劉喜旺解釋，系統(tǒng)內(nèi)部基于ART運動學特征精準構建云端多車協(xié)同駕駛的調(diào)度模型，利用高帶寬低延時的5G網(wǎng)絡，可實時獲取車輛的速度、位置及方向，預測關鍵路口和區(qū)域的未來交通態(tài)勢，對于可能發(fā)生的時空路徑搶占，提前通過速度控制進行一一化解，有效預防車輛交互死鎖問題。這種時空一致性動態(tài)路徑規(guī)劃算法，會按照業(yè)務要求合理管控實現(xiàn)76臺ART的高效協(xié)同。

  “因為和人類駕駛員相比，ART自身的感知、邏輯處理能力還稍有不足，完全靠自身處理能力實現(xiàn)自動駕駛非常困難。”劉喜旺說，運用精度更高、信息更全的動態(tài)感知高精地圖，能夠為自動駕駛提供高精度定位輔助和車道級導航，增強靜態(tài)環(huán)境感知能力。

  為全球95%人工碼頭提供可借鑒復制方案

  難能可貴的是，該項目是基于傳統(tǒng)人工碼頭邊裝卸作業(yè)工藝的智慧化升級改造，可為全球95%人工碼頭提供可借鑒、可復制的方案。

  傳統(tǒng)集裝箱碼頭場橋岸橋作業(yè)條件艱苦，對人力要求極高，司機室30米高，司機需頻繁爬高、高度集中精力操控設備，容易造成疲勞形成安全隱患。

  “‘智能水平運輸系統(tǒng)’還可以協(xié)同碼頭生產(chǎn)操作系統(tǒng)（TOS）、場橋、岸橋、ART、自動鎖站、自動充電樁等關鍵資源，自動得出最優(yōu)裝卸方案并指揮各臺設備，實現(xiàn)全局調(diào)度最優(yōu)?！碧旖蚋鄣诙b箱碼頭有限公司總經(jīng)理楊榮說，目前在水平岸線碼頭里，系統(tǒng)有效管理了迄今為止最大規(guī)模的無人駕駛車隊，達到了76輛。

  解決方案還通過建設智能調(diào)度中心，在港口中控室實現(xiàn)了自動化場橋和岸橋的遠程控制。操作人員坐在中控室就可以回傳高清視頻信息和設備狀態(tài)信息對場橋岸橋進行遠程操控，發(fā)送指令，驅(qū)動場橋岸橋自動運行起升，指揮小車、大車等，輔助開展集裝箱的自動化裝卸作業(yè)。1名操作員可操控6—8臺場橋，不再需要人機一一對應。

  2021年10月17日，全球首個“智慧零碳”碼頭——天津港北疆港區(qū)C段智能化集裝箱碼頭正式投產(chǎn)運營。這個碼頭通過風能、太陽能等清潔能源的使用，實現(xiàn)了綠電功能100%自給自足。而且通過5G、北斗、人工智能的應用，率先全面實現(xiàn)水平布局集裝箱碼頭全流程自動化作業(yè)。

  “‘智慧零碳’碼頭較同等岸線傳統(tǒng)自動化集裝箱碼頭投資減少30%，減少集裝箱作業(yè)倒運環(huán)節(jié)50%，綜合能耗可降低17%以上。同時較同規(guī)模傳統(tǒng)集裝箱碼頭人員減少60%。”劉喜旺說。