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(dòng)力密集型產(chǎn)業(yè)。人工作業(yè)勞動(dòng)強度大且效率越來(lái)越難以匹配碼頭發(fā)展需求，如何在傳統集裝箱碼頭基礎上進(jìn)行技術(shù)升級改造，實(shí)現全流程無(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、華為和中國移動(dòng)聯(lián)合打造的“5G+智能港口”項目榮獲“互聯(lián)經(jīng)濟最佳移動(dòng)創(chuàng )新獎”。該項目是基于5G、AI等前沿信息技術(shù)的全場(chǎng)景創(chuàng )新應用，實(shí)現了全球首個(gè)港口自動(dòng)駕駛和5G遠程控制，建立了自動(dòng)化碼頭2.0水平運輸新形態(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。
水平運輸的自動(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輸機器人（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，最后到達岸橋下完成精準對位，吊具自動(dòng)升起將集裝箱穩穩地放置輪船上。整個(gè)過(guò)程一氣呵成，現場(chǎng)沒(méi)有一名工人，但所有操作都被后臺盡在掌握。
“實(shí)現碼頭全流程自動(dòng)化，最重要最需要解決的問(wèn)題之一就是水平運輸環(huán)節的自動(dòng)化?！钡诙b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”并不是簡(jiǎn)單實(shí)現多輛ART兩點(diǎn)間的自動(dòng)駕駛。如果僅僅依據系統對作業(yè)時(shí)序的要求，交由單車(chē)智能自主規劃路徑，那么在多車(chē)自主協(xié)商解決路權沖突的過(guò)程中，會(huì )增加行車(chē)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(chē)智能缺乏“上帝視角”，難以實(shí)現全局效率最優(yōu)，也不易保持行駛的平穩性，頻繁地加減速和啟停會(huì )導致車(chē)輛能耗的增加。如何解決各種場(chǎng)景下的車(chē)輛沖突、道路死鎖問(wèn)題，實(shí)現全場(chǎng)車(chē)輛的高效協(xié)同，提升碼頭整體作業(yè)效率，成為自動(dòng)化碼頭水平運輸方案能夠有效落地的關(guān)鍵。
為解決這個(gè)難題，項目首創(chuàng )了全局路徑規劃和局部精細化引導相結合的新模式?；诙鄨D層融合技術(shù)在云端構建的動(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)等基礎設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76臺ART的統一協(xié)管控，保障多車(chē)協(xié)同作業(yè)時(shí)行車(chē)路線(xiàn)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)化水平運輸的關(guān)鍵問(wèn)題。
劉喜旺解釋?zhuān)到y內部基于A(yíng)RT運動(dòng)學(xué)特征精準構建云端多車(chē)協(xié)同駕駛的調度模型，利用高帶寬低延時(shí)的5G網(wǎng)絡(luò )，可實(shí)時(shí)獲取車(chē)輛的速度、位置及方向，預測關(guān)鍵路口和區域的未來(lái)交通態(tài)勢，對于可能發(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，有效預防車(chē)輛交互死鎖問(wèn)題。這種時(shí)空一致性動(dòng)態(tài)路徑規劃算法，會(huì )按照業(yè)務(wù)要求合理管控實(shí)現76臺ART的高效協(xié)同。
“因為和人類(lèi)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(shí)現自動(dòng)駕駛非常困難?！眲⑾餐f(shuō)，運用精度更高、信息更全的動(dòng)態(tài)感知高精地圖，能夠為自動(dòng)駕駛提供高精度定位輔助和車(chē)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。
傳統集裝箱碼頭場(chǎng)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’還可以協(xié)同碼頭生產(chǎn)操作系統（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設備，實(shí)現全局調度最優(yōu)?！碧旖蚋鄣诙b箱碼頭有限公司總經(jīng)理楊榮說(shuō)，目前在水平岸線(xiàn)碼頭里，系統有效管理了迄今為止最大規模的無(wú)人駕駛車(chē)隊，達到了76輛。
解決方案還通過(guò)建設智能調度中心，在港口中控室實(shí)現了自動(dòng)化場(chǎng)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(chǎng)橋岸橋進(jìn)行遠程操控，發(fā)送指令，驅動(dòng)場(chǎng)橋岸橋自動(dòng)運行起升，指揮小車(chē)、大車(chē)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臺場(chǎng)橋，不再需要人機一一對應。
2021年10月17日，全球首個(gè)“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(chǎn)運營(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)現了綠電功能100%自給自足。而且通過(guò)5G、北斗、人工智能的應用，率先全面實(shí)現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(xiàn)傳統自動(dòng)化集裝箱碼頭投資減少30%，減少集裝箱作業(yè)倒運環(huán)節50%，綜合能耗可降低17%以上。同時(shí)較同規模傳統集裝箱碼頭人員減少60%?！眲⑾餐f(shuō)。
