目前，全球港口95%以上的集裝箱碼頭都是傳統(tǒng)人工操作，屬于典型的勞動(dòng)力密集型產(chǎn)業(yè)。人工作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大且效率越來(lái)越難以匹配碼頭發(fā)展需求，如何在傳統(tǒng)集裝箱碼頭基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)全流程無(wú)人自動(dòng)化作業(yè)，是擺在全球港口面前的一道世界性難題。
我國(guó)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(dòng)通信大會(huì)上，由天津港、華為和中國(guó)移動(dòng)聯(lián)合打造的“5G+智能港口”項(xiàng)目榮獲“互聯(lián)經(jīng)濟(jì)最佳移動(dòng)創(chuàng)新獎(jiǎng)”。該項(xiàng)目是基于5G、AI等前沿信息技術(shù)的全場(chǎng)景創(chuàng)新應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了全球首個(gè)港口自動(dòng)駕駛和5G遠(yuǎn)程控制，建立了自動(dòng)化碼頭2.0水平運(yùn)輸新形態(tài)和新模式，大幅降本增效，促進(jìn)智慧、綠色、安全港口的全面發(fā)展。
水平運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)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(yùn)輸機(jī)器人（ART）在自動(dòng)化碼頭堆場(chǎng)裝載集裝箱后，依次通過(guò)集裝箱地面智能解鎖站完成加解鎖操作，最后到達(dá)岸橋下完成精準(zhǔn)對(duì)位，吊具自動(dòng)升起將集裝箱穩(wěn)穩(wěn)地放置輪船上。整個(gè)過(guò)程一氣呵成，現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有一名工人，但所有操作都被后臺(tái)盡在掌握。
“實(shí)現(xiàn)碼頭全流程自動(dòng)化，最重要最需要解決的問(wèn)題之一就是水平運(yùn)輸環(huán)節(jié)的自動(dòng)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(yùn)輸系統(tǒng)”并不是簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)多輛ART兩點(diǎn)間的自動(dòng)駕駛。如果僅僅依據(jù)系統(tǒng)對(duì)作業(yè)時(shí)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(quán)沖突的過(guò)程中，會(huì)增加行車軌跡的不確定性，帶來(lái)安全隱患，并可能會(huì)造成業(yè)務(wù)時(shí)序的混亂。
此外，由于單車智能缺乏“上帝視角”，難以實(shí)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(huì)導(dǎo)致車輛能耗的增加。如何解決各種場(chǎng)景下的車輛沖突、道路死鎖問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)車輛的高效協(xié)同，提升碼頭整體作業(yè)效率，成為自動(dòng)化碼頭水平運(yùn)輸方案能夠有效落地的關(guān)鍵。
為解決這個(gè)難題，項(xiàng)目首創(chuàng)了全局路徑規(guī)劃和局部精細(xì)化引導(dǎo)相結(jié)合的新模式?；诙鄨D層融合技術(shù)在云端構(gòu)建的動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)高精地圖，可實(shí)時(shí)匯集船舶、岸橋、場(chǎng)橋、ART等關(guān)鍵生產(chǎn)要素實(shí)時(shí)位置，以及充電樁、鎖站、道路、圍欄、堆場(chǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施地理信息和交通語(yǔ)義，還可通過(guò)高速5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)76臺(tái)ART的統(tǒng)一協(xié)管控，保障多車協(xié)同作業(yè)時(shí)行車路線的確定性和安全性，有效解決了基于無(wú)人駕駛技術(shù)實(shí)施集裝箱碼頭全自動(dòng)化水平運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵問(wèn)題。
劉喜旺解釋，系統(tǒng)內(nèi)部基于ART運(yùn)動(dòng)學(xué)特征精準(zhǔn)構(gòu)建云端多車協(xié)同駕駛的調(diào)度模型，利用高帶寬低延時(shí)的5G網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)時(shí)獲取車輛的速度、位置及方向，預(yù)測(cè)關(guān)鍵路口和區(qū)域的未來(lái)交通態(tài)勢(shì)，對(duì)于可能發(fā)生的時(shí)空路徑搶占，提前通過(guò)速度控制進(jìn)行一一化解，有效預(yù)防車輛交互死鎖問(wèn)題。這種時(shí)空一致性動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃算法，會(huì)按照業(yè)務(wù)要求合理管控實(shí)現(xiàn)76臺(tái)ART的高效協(xié)同。
“因?yàn)楹腿祟愸{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(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛非常困難?！眲⑾餐f(shuō)，運(yùn)用精度更高、信息更全的動(dòng)態(tài)感知高精地圖，能夠?yàn)樽詣?dòng)駕駛提供高精度定位輔助和車道級(jí)導(dǎo)航，增強(qiáng)靜態(tài)環(huán)境感知能力。
為全球95%人工碼頭提供可借鑒復(fù)制方案
難能可貴的是，該項(xiàng)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(jí)改造，可為全球95%人工碼頭提供可借鑒、可復(fù)制的方案。
傳統(tǒng)集裝箱碼頭場(chǎng)橋岸橋作業(yè)條件艱苦，對(duì)人力要求極高，司機(jī)室30米高，司機(jī)需頻繁爬高、高度集中精力操控設(shè)備，容易造成疲勞形成安全隱患。
“‘智能水平運(yùn)輸系統(tǒng)’還可以協(xié)同碼頭生產(chǎn)操作系統(tǒng)（TOS）、場(chǎng)橋、岸橋、ART、自動(dòng)鎖站、自動(dòng)充電樁等關(guān)鍵資源，自動(dòng)得出最優(yōu)裝卸方案并指揮各臺(tái)設(shè)備，實(shí)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?xiàng)顦s說(shuō)，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(wú)人駕駛車隊(duì)，達(dá)到了76輛。
解決方案還通過(guò)建設(shè)智能調(diào)度中心，在港口中控室實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化場(chǎng)橋和岸橋的遠(yuǎn)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(shè)備狀態(tài)信息對(duì)場(chǎng)橋岸橋進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，發(fā)送指令，驅(qū)動(dòng)場(chǎng)橋岸橋自動(dòng)運(yùn)行起升，指揮小車、大車等，輔助開(kāi)展集裝箱的自動(dòng)化裝卸作業(yè)。1名操作員可操控6―8臺(tái)場(chǎng)橋，不再需要人機(jī)一一對(duì)應(yīng)。
2021年10月17日，全球首個(gè)“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(yùn)營(yíng)。這個(gè)碼頭通過(guò)風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源的使用，實(shí)現(xiàn)了綠電功能100%自給自足。而且通過(guò)5G、北斗、人工智能的應(yīng)用，率先全面實(shí)現(xiàn)水平布局集裝箱碼頭全流程自動(dòng)化作業(yè)。
“‘智慧零碳’碼頭較同等岸線傳統(tǒng)自動(dòng)化集裝箱碼頭投資減少30%，減少集裝箱作業(yè)倒運(yùn)環(huán)節(jié)50%，綜合能耗可降低17%以上。同時(shí)較同規(guī)模傳統(tǒng)集裝箱碼頭人員減少60%。”劉喜旺說(shuō)。
