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基于智能无人驾驶的集装箱立体输运新模式的实践应用

本文主要介绍传统集装箱码头升级创新集装箱立体输运新模式的智慧应用，基于无人驾驶集装箱运输车（下文简称IGV）与自动化轨道吊两大系统，建立智能无人驾驶专用区域，形成无人驾驶-自动化轨道吊的集装箱堆场作业闭环流程，用以解决港口内集卡驾驶人员数量短缺、驾驶人员资质达不到要求、人工成本和燃料成本高等问题，本文主要从无人驾驶项目意义 、无人驾驶技术的创新点及推广价值等方面进行论述。

关键词：无人驾驶、智慧港口、自动化、多式联运、绿色港口

一、项目背景及意义

（一）背景

随着大数据、物联网、云计算、5G 为代表的新一代信息技术，以及无人驾驶等智能化设备的出现，对港口传统作业产生强烈冲击。在推动传统码头向智慧港口、绿色港口转型升级的建设中，解决好传统集装箱堆场作业是转型升级的关键环节，一方面通过全自动无人智能机械，推进传统集装箱堆场人工作业模式转变为全自动无人集装箱疏运体系；另一方面对业务流程、作业系统创新再造，接新纳旧，融合多种智能化设备、技术及对集装箱业务系统融合再造，建设融合型集装箱堆场作业标准模型，从而保障安全、提高效率、降低成本，将传统集装箱堆场作业由劳动密集型向科技集约型方向发展，为传统集装箱堆场作业、集疏运管理转型为全自动化、智能化奠定坚实的基础。本项目站在转型关键节点，借助人工智能无人驾驶技术 轨道吊自动化的技术优势，助力科技驱动打造智慧绿色低碳运输方式、推进“碳达峰、碳中和”国家战略落地。

（二）项目必要性说明

在传统集装箱堆场使用无人驾驶技术承担水平运输作业，缓解港口内集卡驾驶人员数量短缺、驾驶人员资质达不到要求问题，大幅降低人工成本和相关管理费用等。使用纯电驱动技术还可显著降低码头水平运输设备的燃油成本，经济效益显著，无人驾驶较传统燃油水平搬运集卡年度单车节省能耗成本60%，并能实现车辆尾气零排放，对智慧绿色港口建设具有重要意义。同时，还能完全避免码头业务繁忙时司机可能出现的疲劳驾驶问题，从而提升码头本质安全水平，为码头带来良好的社会效益。在这一大势下，研究传统集装箱码头水平运输自动化解决方案，采用智能无人驾驶技术对集装箱水平运输模式探索突破。

1、打造集装箱智能立体输运新模式的需要

本项目是集装箱输运全流程无人自动化作业，借助人工智能无人驾驶技术 轨道吊转运的技术优势，构建全流程立体输运、码头转运、全程自动化集装箱运输新模式。

2、智慧绿色港口发展的需要

随着人工智能、边缘计算、智能识别、5G等先进技术的飞速发展，港口无人化、智能化升级是大势所趋，港口的变革势在必行，以无人驾驶、智能操作为代表的新一代港口机械正在向全智能方向推进发展，作为全时无人驾驶的方案，让该项目真正实现国内首个封闭场景内局部L5的商业落地案例。将新一代物联网感知、大数据分析、人工智能等先进技术融入其中，构建智能型、环保型、节约型全自动化堆场。

3、战略合作发展的需要

当前，众多公司涉足无人驾驶领域，特别是车联网技术的发展，智能型无人驾驶是未来汽车的发展方向，采取联合研发方式共同参与，相互协作，优势互补，能够解决资源和能力不足产生的诸多问题。

4、港口安全环保生产、降本增效的需要

港口安全保障及降低成本是核心主题，集卡司机高强度工作特性直接影响码头安全和运输效率，人工投入成本日益增大，因此无论是基于成本投入的考虑还是安全生产保障方面的考虑，港口智能无人驾驶转型升级势在必行。

二、项目主要创新点

（一）实现集装箱堆场业务流程自动统筹调度

以码头信息操作 TMS 系统为核心，以 5G 专网为纽带，以集装箱堆场业务系统为平台，关联闸口收发箱系统、生产操作 TOS 系统、IGV 智能调度系统、自动化轨道吊控制系统、通过收发箱最优规则，智能选箱、接箱，自动制定和传输收发箱运单指令，通过收发箱运单任务指令，接口设置传输，并在各个系统信息快速流转和交互，实现现场各类自动化设备各自自动装、卸、接、送等作业功能，从而构建互通互联的融合型集装箱堆场作业新体系， 解决了传统集装箱码头一直存在人工调度的革新问题。

（二）实现无人驾驶智能系统与生产系统、轨道吊智能系统共同构建作业新体系

将无人驾驶运输车辆视为进出闸口的外集卡车辆，通过收发箱运单任务，在“电子闸口”交互装卸，自动产生收发箱指令，无人驾驶智能调度 FMS 系统将收发箱指令有序下发至IGV,IGV 有序完成与轨道吊之间的接箱或送箱任务，完成整套集疏运流程。通过以上流程方案，制定以码头信息操作 TMS 系统为核心和纽带，关联电子闸口收发箱系统、生产操作 TOS 系统、IGV 智能调度系统、自动化轨道吊控制系统及系统再造，构建互通互联的集疏运作业新体系。

（三）低时延、高带宽的5G 技术在作业指令的传输和车辆异常远程操控的应用

通过部署 5G 基站等通讯设备, 5G 宏站作为港口广覆盖，微站进行集装箱堆叠区补盲覆盖，解决集装箱堆叠 5G 信号阻挡问题，满足港口内水平运输、垂直吊装及异常运输处置操控的无缝覆盖需求。通过拉网测试以及重点作业区域拉网测试，港口内 5G 网络覆盖情况 5G 覆盖率达到 99.5%，通过仿真得到区域内 RSRP≥-105dBm 的占比为 99.94%。通过低时延、高带宽的5G 技术全覆盖实现 IGV 的高效自主运行以及与自动化轨道吊等设备的作业交互；另研究设计应急处置方案，设置GUI人工操控界面及远程控制台，通过调整相应的目标点、目标堆场，返回堆场贝位或停车位等操作方式，完成异常处置。

三、推广应用价值

无人驾驶系统研发实施并在码头落地后，将码头内的水平运输由传统的有人集卡替换为纯电动智能IGV，可为码头带来非常积极的社会影响。在实际生产作业过程中，全程采用全自动无人作业新模式，各系统之间接口采用消息队列方式，IGV 24小时投入生产作业，无人化、自动化集装箱堆场作业已投产13个月，全程无人自动化运行，符合码头作业工况，本项目涉及到硬件和软件成熟度较好,证明各项技术相对成熟；年作业能力预计达25万TEU，效率提升约50%，运输距离缩短60%以上， 可节省运输成本约120万余元，节省人工成本约90万元，年总计节省成本约210 万元以上。具体项目应用价值如下：

一是降本增效，在经济效益方面，因人力成本问题导致集卡车队盈利能力越来越弱，使用无人驾驶技术，集卡司机的人力成本能大幅缩减，有效缓解码头拖车司机招工难的问题，另外，能耗方面用油改为用电，单台全年的能耗费用节省60%以上，能为码头带来显著的经济效益。

二是提升本质安全，通过各种新技术应用提升安全防护功能，能有效规避实际生产中司机驾驶时间超长带来的安全生产隐患，同时也避免由此产生的人员不安定因素等问题。

三是打造绿色低碳运输模式，实现车辆尾气零排放，符合国家提出的绿色港口建设要求，与国家建设绿色港口，大力发展清洁能源的环保政策相契合，也符合国家在《中国制造2025》中提出的大力发展新能源汽车和无人驾驶汽车等先进智能设备制造业，将来通过“三步走”实现制造强国的战略目标。

作者单位：青岛前湾联合集装箱码头有限责任公司