◎ 張肇倫 周鴻茂 石浛錕 郭肇森 交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究所

1.引言

在新建和改造的自動(dòng)化集裝箱碼頭規(guī)劃階段，碼頭前沿裝卸作業(yè)和碼頭堆場(chǎng)裝卸作業(yè)的自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)十分成熟，國(guó)內(nèi)的自動(dòng)化集裝箱碼頭都采用相似的方案。相比之下，在制定集裝箱碼頭水平運(yùn)輸作業(yè)工藝時(shí)，要充分考慮堆場(chǎng)箱區(qū)布置型式、交通組織方式、無(wú)人水平運(yùn)輸設(shè)備性能三方面因素，各個(gè)因素的不同選擇都會(huì)對(duì)效率產(chǎn)生很大影響。堆場(chǎng)箱區(qū)布置型式主要受碼頭進(jìn)出口業(yè)務(wù)比重、作業(yè)點(diǎn)數(shù)要求、碼頭平面布局的限制，為保證碼頭整體裝卸任務(wù)的高效完成，堆場(chǎng)箱區(qū)布置型式一般不會(huì)改變。無(wú)人運(yùn)輸設(shè)備性能則是取決于碼頭選取的設(shè)備，現(xiàn)有的無(wú)人水平運(yùn)輸設(shè)備均可以滿足環(huán)境相對(duì)封閉的碼頭作業(yè)需求。所以在堆場(chǎng)箱區(qū)布置型式和無(wú)人水平運(yùn)輸設(shè)備性能已經(jīng)確定的情況下，交通組織方式就成為影響水平運(yùn)輸作業(yè)效率的唯一因素。順岸開(kāi)放式堆場(chǎng)布置必然會(huì)出現(xiàn)無(wú)人水平運(yùn)輸設(shè)備和外集卡混行工況，目前國(guó)內(nèi)自動(dòng)化集裝箱碼頭采用的交通組織方式可分為有人和無(wú)人水平運(yùn)輸設(shè)備的完全隔離、空間隔離、時(shí)間隔離。集裝箱碼頭水平運(yùn)輸作業(yè)工藝制定流程如圖1所示。集裝箱碼頭水平運(yùn)輸設(shè)備混行指自動(dòng)化集裝箱碼頭內(nèi)無(wú)人水平運(yùn)輸設(shè)備與外集卡共享碼頭道路基礎(chǔ)設(shè)施、自由行駛。本文通過(guò)分析現(xiàn)有自動(dòng)化集裝箱碼頭水平運(yùn)輸設(shè)備混行現(xiàn)狀和所應(yīng)用的水平運(yùn)輸解決方案，提出一套適用于順岸開(kāi)放式堆場(chǎng)布置的集裝箱碼頭水平運(yùn)輸設(shè)備混行技術(shù)方案，并總結(jié)了其推廣意義。

圖1 集裝箱碼頭水平運(yùn)輸作業(yè)工藝制定流程

2.集裝箱碼頭水平運(yùn)輸設(shè)備混行現(xiàn)狀

國(guó)外集裝箱碼頭應(yīng)用有人和無(wú)人水平運(yùn)輸設(shè)備混行方式進(jìn)行水平運(yùn)輸作業(yè)開(kāi)始的時(shí)間較早。2020年4月泰國(guó)林查班港D碼頭應(yīng)用6輛西井科技的Q-Truck無(wú)人駕駛集卡完成了12小時(shí)的不間斷混行裝卸作業(yè)。2021年5月，經(jīng)過(guò)一年的安全作業(yè)，Q-Truck正式全面投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，這是全球首個(gè)將無(wú)人駕駛集卡和有人集卡混行作業(yè)投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的項(xiàng)目，因?yàn)榛煨蟹桨傅膽?yīng)用區(qū)域是岸橋到場(chǎng)橋的水平作業(yè)區(qū)，實(shí)現(xiàn)的是碼頭內(nèi)集卡和Q-Truck無(wú)人駕駛集卡的混行作業(yè)，不存在與外集卡交互的情況。西井科技所提供的混行解決方案包括其自主開(kāi)發(fā)的車(chē)隊(duì)管理系統(tǒng)FMS（Fleet Management System）和自主研發(fā)的Q-Truck無(wú)人駕駛集卡。FMS系統(tǒng)對(duì)無(wú)人駕駛集卡進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度和路線規(guī)劃；Q-Truck通過(guò)車(chē)輛自帶的環(huán)境感知傳感器對(duì)周?chē)娜藛T、車(chē)輛、環(huán)境進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)其內(nèi)置的駕駛邏輯自主完成跟車(chē)、換道、超車(chē)、避讓等動(dòng)作。與Q-Truck混行的有人駕駛集卡的駕駛員在上崗前需要經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的操作培訓(xùn)和安全教育。通過(guò)應(yīng)用西井科技公司提供的混行駕駛方案，集裝箱碼頭不需要為無(wú)人駕駛集卡提供封閉的作業(yè)區(qū)域。

國(guó)內(nèi)自動(dòng)化集裝箱碼頭近些年建設(shè)和改造案例較多，對(duì)于開(kāi)放式堆場(chǎng)中水平運(yùn)輸設(shè)備和外集卡混行的解決方案主要有三種。第一種方案是通過(guò)道閘處理無(wú)人水平運(yùn)輸設(shè)備和外集卡的交互，道閘的開(kāi)啟或關(guān)閉狀態(tài)由碼頭的車(chē)輛管理系統(tǒng)進(jìn)行控制，目前天津港北疆港區(qū)C段集裝箱碼頭正在應(yīng)用這種方案。在混行條件下，IGV和有人駕駛集卡分別有自己的專(zhuān)屬車(chē)道，但兩條車(chē)道存在交匯處，IGV在進(jìn)入堆場(chǎng)作業(yè)時(shí)會(huì)穿行過(guò)有人駕駛集卡的專(zhuān)用車(chē)道。碼頭車(chē)輛管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)IGV距離交匯處有足夠的距離時(shí)，車(chē)輛管理系統(tǒng)會(huì)打開(kāi)道閘放行外集卡。第二種方案是外集卡從進(jìn)閘口到出閘口整個(gè)過(guò)程走U型路線，無(wú)人水平運(yùn)輸設(shè)備有自己的獨(dú)立車(chē)道，整個(gè)作業(yè)過(guò)程不存在行駛軌跡上的交叉，目前應(yīng)用這種方案的碼頭有山東港口日照港自動(dòng)化集裝箱碼頭和北部灣港欽州港域自動(dòng)化集裝箱碼頭。第三種方案是在堆場(chǎng)后方設(shè)置無(wú)人水平運(yùn)輸設(shè)備和外集卡的作業(yè)交互區(qū)，通過(guò)車(chē)輛管理系統(tǒng)的調(diào)度和路徑規(guī)劃控制無(wú)人水平運(yùn)輸設(shè)備和外集卡通過(guò)作業(yè)交互區(qū)的時(shí)間。目前廣州南沙四期自動(dòng)化集裝箱碼頭應(yīng)用的是這種方案。

國(guó)內(nèi)外應(yīng)用混行技術(shù)的集裝箱碼頭詳細(xì)信息如表1所示。

表1 國(guó)內(nèi)外應(yīng)用混行技術(shù)的集裝箱碼頭詳細(xì)信息

綜上所述，國(guó)內(nèi)外對(duì)于港口內(nèi)車(chē)輛的管理和調(diào)度都是基于車(chē)輛管理系統(tǒng)，在不同的混行方案中，車(chē)輛管理系統(tǒng)在處理有人車(chē)和無(wú)人車(chē)交匯時(shí)所采取的措施是不一樣的。目前泰國(guó)林查班港D碼頭實(shí)現(xiàn)了無(wú)人和有人車(chē)輛在港口內(nèi)無(wú)需物理隔離的混行，但是混行區(qū)域僅限于碼頭岸橋到場(chǎng)橋之間的混行，并沒(méi)有和外集卡有交互，這個(gè)區(qū)域道路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。國(guó)內(nèi)的自動(dòng)化集裝箱碼頭對(duì)于混行的處理方式都是應(yīng)用物理隔離或者設(shè)置單獨(dú)交互區(qū)的方式，實(shí)現(xiàn)無(wú)人水平運(yùn)輸工具和外集卡在空間和時(shí)間上的隔離。目前缺少一套無(wú)需物理隔離且應(yīng)用作業(yè)范圍更大的混行技術(shù)方案。

3.集裝箱碼頭水平運(yùn)輸設(shè)備混行技術(shù)方案

集裝箱進(jìn)出堆場(chǎng)的作業(yè)包括水平運(yùn)輸設(shè)備在堆場(chǎng)的取箱、放箱和外集卡在堆場(chǎng)的取箱、放箱。由于開(kāi)放式平面布局的堆場(chǎng)內(nèi)存在交叉道路，所以即使規(guī)劃出水平運(yùn)輸設(shè)備和外集卡的專(zhuān)用通道后也會(huì)存在兩種設(shè)備交匯的情況?；煨屑夹g(shù)方案就是通過(guò)技術(shù)手段使無(wú)人駕駛水平運(yùn)輸設(shè)備和外集卡混行作業(yè)，實(shí)現(xiàn)在行駛和交匯時(shí)合理避讓?zhuān)辉偻ㄟ^(guò)單獨(dú)劃分獨(dú)自車(chē)道且在交叉路口設(shè)置道閘等方式來(lái)確保行車(chē)安全，從而提升碼頭的裝卸效率和作業(yè)安全性?；煨屑夹g(shù)方案是對(duì)自動(dòng)化碼頭原有方案的補(bǔ)充和完善，在碼頭已經(jīng)具備了水平運(yùn)輸無(wú)人化作業(yè)的功能后，根據(jù)混行作業(yè)工況的作業(yè)需求增添硬件設(shè)備、添加軟件功能、融合高新技術(shù)，相當(dāng)于讓已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的碼頭更加的智能化。集裝箱碼頭水平運(yùn)輸設(shè)備混行技術(shù)方案架構(gòu)如圖2所示。

圖2 集裝箱碼頭水平運(yùn)輸設(shè)備混行技術(shù)方案架構(gòu)

混行交通規(guī)則：根據(jù)碼頭的具體作業(yè)工況和道路規(guī)劃，制定共同適用于無(wú)人水平運(yùn)輸設(shè)備和外集卡的交通規(guī)則，導(dǎo)入車(chē)輛管理系統(tǒng)，在接收到無(wú)人駕駛水平運(yùn)輸設(shè)備和外集卡終端實(shí)時(shí)行駛狀態(tài)和位置信息后，通過(guò)智能算法確定無(wú)人駕駛水平運(yùn)輸設(shè)備和外集卡進(jìn)行交匯的位置，然后根據(jù)交通規(guī)則確定車(chē)輛行駛的優(yōu)先級(jí)，適時(shí)給無(wú)人駕駛水平運(yùn)輸設(shè)備發(fā)送停車(chē)等待指令或給有人車(chē)輛發(fā)送提醒；提出交通規(guī)則也方便有人車(chē)輛駕駛員上崗前培訓(xùn)，快速適應(yīng)碼頭內(nèi)作業(yè)環(huán)境。

車(chē)輛管理系統(tǒng)：自動(dòng)化碼頭中的必備系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)碼頭內(nèi)作業(yè)設(shè)備的調(diào)度、路徑規(guī)劃、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等功能。針對(duì)混行的特殊工況，需要對(duì)車(chē)輛管理系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，將更多的傳感器和終端等融入到其中，無(wú)人水平運(yùn)輸車(chē)輛、外集卡智能終端、路側(cè)車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)等采集的信息傳入到車(chē)輛管理系統(tǒng)中進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛管理系統(tǒng)對(duì)混行車(chē)輛的集中調(diào)度、集中管理。

外集卡車(chē)輛智能終端：外集卡車(chē)輛智能終端的功能包括碼頭內(nèi)導(dǎo)航、接收調(diào)度信息、增強(qiáng)外集卡駕駛員對(duì)車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)和行車(chē)環(huán)境的感知。智能終端輔助駕駛員在行駛過(guò)程中對(duì)即將發(fā)生的事件進(jìn)行提前預(yù)判，同時(shí)與車(chē)輛管理系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，接受車(chē)輛管理系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度和路口通行時(shí)的通行指引。

路側(cè)車(chē)路協(xié)同設(shè)備：路側(cè)車(chē)路協(xié)同設(shè)施的主要功能是采集道路情況、交通狀況、外來(lái)人或設(shè)備進(jìn)入作業(yè)區(qū)域的信息。通過(guò)路側(cè)傳感器和攝像頭等采集的感知信息通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)杰?chē)輛管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)、補(bǔ)充、驗(yàn)證無(wú)人車(chē)和外集卡司機(jī)的感知不足，以便車(chē)輛管理系統(tǒng)高效、準(zhǔn)確的管理；通過(guò)路側(cè)的攝像頭對(duì)闖入作業(yè)區(qū)域內(nèi)的人或物進(jìn)行追蹤，同時(shí)向車(chē)輛管理系統(tǒng)發(fā)送報(bào)警。

邊緣計(jì)算：邊緣計(jì)算的主要目的是分散混行條件下產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)的計(jì)算和處理負(fù)荷，通過(guò)對(duì)部分計(jì)算內(nèi)容在邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)中計(jì)算來(lái)緩解碼頭計(jì)算中心的計(jì)算壓力，從而確保數(shù)據(jù)的高效處理和傳輸。

港口高精地圖：港口高精地圖的主要功能是輔助無(wú)人車(chē)輛的厘米級(jí)別定位和外集卡的車(chē)道級(jí)別定位和導(dǎo)航。

通訊網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施：通訊網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提供高可靠、低延時(shí)、廣連接、快速接入的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，確保在混行條件下大量的感知設(shè)備和車(chē)載終端的數(shù)據(jù)傳輸需求。

4.結(jié)論

集裝箱碼頭水平運(yùn)輸設(shè)備混行技術(shù)方案是對(duì)現(xiàn)有的自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)方案的補(bǔ)充，為水平運(yùn)輸作業(yè)工藝的制定提供了新思路，而且該技術(shù)方案所應(yīng)用的技術(shù)成熟度高，可規(guī)模性推廣應(yīng)用。應(yīng)用混行技術(shù)方案，可大幅度的提升港口整體自動(dòng)化水平、提高集裝箱碼頭水平運(yùn)輸作業(yè)效率、降低集裝箱碼頭建設(shè)和改造成本、提升傳統(tǒng)集裝箱碼頭升級(jí)意愿。