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目前，全球港口95%以上的集裝箱碼頭都是傳統人工操作，屬于典型的勞動力密集型產業。人工作業勞動強度大且效率越來越難以匹配碼頭發展需求，如何在傳統集裝箱碼頭基礎上進行技術升級改造，實現全流程無人自動化作業，是擺在全球港口面前的一道世界性難題。
我國在破解這道難題的路上走在了世界前列。近日，在2022世界移動通信大會上，由天津港、華為和中國移動聯合打造的“5G+智能港口”項目榮獲“互聯經濟最佳移動創新獎”。該項目是基于5G、AI等前沿信息技術的全場景創新應用，實現了全球首個港口自動駕駛和5G遠程控制，建立了自動化碼頭2.0水平運輸新形態和新模式，大幅降本增效，促進智慧、綠色、安全港口的全面發展。
水平運輸的自動化需要更多“智慧”
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穩地放置輪船上。整個過程一氣呵成，現場沒有一名工人，但所有操作都被后臺盡在掌握。
“實現碼頭全流程自動化，最重要最需要解決的問題之一就是水平運輸環節的自動化。”第二集裝箱碼頭公司信息部副經理劉喜旺介紹，“智能水平運輸系統”并不是簡單實現多輛ART兩點間的自動駕駛。如果僅僅依據系統對作業時序的要求，交由單車智能自主規劃路徑，那么在多車自主協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，并可能會造成業務時序的混亂。
此外，由于單車智能缺乏“上帝視角”，難以實現全局效率最優，也不易保持行駛的平穩性，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，實現全場車輛的高效協同，提升碼頭整體作業效率，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，項目首創了全局路徑規劃和局部精細化引導相結合的新模式。基于多圖層融合技術在云端構建的動態業務高精地圖，可實時匯集船舶、岸橋、場橋、ART等關鍵生產要素實時位置，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網絡實現76臺ART的統一協管控，保障多車協同作業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的關鍵問題。
劉喜旺解釋，系統內部基于ART運動學特征精準構建云端多車協同駕駛的調度模型，利用高帶寬低延時的5G網絡，可實時獲取車輛的速度、位置及方向，預測關鍵路口和區域的未來交通態勢，對于可能發生的時空路徑搶占，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路徑規劃算法，會按照業務要求合理管控實現76臺ART的高效協同。
“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，增強靜態環境感知能力。
為全球95%人工碼頭提供可借鑒復制方案
難能可貴的是，該項目是基于傳統人工碼頭邊裝卸作業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。
傳統集裝箱碼頭場橋岸橋作業條件艱苦，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’還可以協同碼頭生產操作系統（TOS）、場橋、岸橋、ART、自動鎖站、自動充電樁等關鍵資源，自動得出最優裝卸方案并指揮各臺設備，實現全局調度最優。”天津港第二集裝箱碼頭有限公司總經理楊榮說，目前在水平岸線碼頭里，系統有效管理了迄今為止最大規模的無人駕駛車隊，達到了76輛。
解決方案還通過建設智能調度中心，在港口中控室實現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信息對場橋岸橋進行遠程操控，發送指令，驅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。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C段智能化集裝箱碼頭正式投產運營。這個碼頭通過風能、太陽能等清潔能源的使用，實現了綠電功能100%自給自足。而且通過5G、北斗、人工智能的應用，率先全面實現水平布局集裝箱碼頭全流程自動化作業。
“‘智慧零碳’碼頭較同等岸線傳統自動化集裝箱碼頭投資減少30%，減少集裝箱作業倒運環節50%，綜合能耗可降低17%以上。同時較同規模傳統集裝箱碼頭人員減少60%。”劉喜旺說。
來源：科技日報
