用户登录

世界智能大会

“WIC奖”展播八:天津港依托华为5G及车路云协同技术,打造自动化集装箱码头高效智能水平运输解决方案

关键词: 大会热点
2022-12-02 09:50:54
收藏 收藏
微信分享

导读:为进一步加快推动人工智能和制造业的融合发展,在第六届世界智能大会筹备期间,世界智能大会组委会首次与中国新一代人工智能发展战略研究院、天津市智能科技产业专家咨询委员会合作开展“WIC智能科技创新应用优秀案例”评选活动。

本届评选面向“智能制造”方向,围绕关键技术及核心基础部件、智能化装备和制造过程智能化技术与系统(数字化工厂车间)三大领域,面向全国征集到186个案例,覆盖全国21个省(直辖市),分布在27个行业。评选活动遵循公平、公正、客观、权威的原则,由30位智能科技领域中外知名专家组成评审委员会,从创新性和独特性、应用价值与实效性、实施难度与复杂性、市场影响与推广性等维度对申报案例进行评审,最终评选出10个优秀案例。我们将在未来一段时间通过官网、官微等平台陆续展播优秀案例,推动创新应用案例的推广和普及,进一步带动人工智能和实体经济的深度融合。

01

本期案例概述

本期为大家带来十大优秀案例之一、智能化装备领域入选案例——天津港依托华为5G及车路云协同技术,打造自动化集装箱码头高效智能水平运输解决方案,核心技术关键词为AI智能调度、5G+北斗、无人驾驶。

天津港第二集装箱码头有限公司负责承建和运营的天津港北疆港区C段智能化集装箱码头项目,围绕全球首创的“水平布置边装卸+单小车岸桥+地面集中解锁”的作业工艺,自主研发L4级无人驾驶智能水平运输机器人ART和智能水平运输系统,以5G专网、北斗高精定位、云计算、人工智能等新兴技术为基础,可实现 76 台L4 级无人驾驶ART规模化商业应用,可以为传统人工码头自动化、智能化升级改造提供可推广可复制的“中国方案”。

02

本期案例详解

一、攻克世界级技术难点,打造世界首个全自动码头

相较于荷兰鹿特丹港ECT-Delta码头、德国汉堡港CTA、上海港洋山四期码头、青岛港前湾1、2期码头等自动化港口,天津港北疆港区C段智能化集装箱码头是世界首个真正实现平行码头前沿线布置模式且采用L4级无人驾驶技术ART进行水平输送的第一个全自动化码头,代表着自动化码头2.0的发展趋势,也是世界首个真正意义上实现车-路-港-船协同的自动化码头。

在先进成果的背后,智能水平运输系统和设备研发是一个从无到有的、技术密集型的创新过程。天津港用最短的时间迎来了C段码头的运营验收,打造创新联合体(天津港、华为以及合作伙伴),消减新技术应用风险。由港口领域国内顶尖联合攻关团队组成的项目组,共同攻克了众多世界级技术难点:

1.实现安全和高效的智能水平运输,不能单单依靠车端自动驾驶。完全依托单车智能的自动驾驶会对港区行车安全带来隐患,同时也很难实现全局效率最优。智能水平运输系统并不是简单实现N辆无人驾驶平板车从Ai点到Bi点的自动驾驶。如果仅仅依据TOS系统对作业时序的要求,交由单车智能自主规划路径,那么在多车自主协商解决路权冲突的过程中,会增加行车轨迹的不确定性,带来安全隐患,并可能会造成业务时序的混乱;此外,由于单车智能缺乏“上帝视角”,难以实现全局效率最优,也不易保持行驶的平稳性,频繁的加减速和启停会导致车辆能耗的增加。

2.云端调度算法是影响港口智能水平运输效率的关键要素。智能水平运输系统的核心在于云端的智能驾驶车队管理系统。智能驾驶车队管理系统基于高精地图在云端构建的动态业务地图,汇聚从生产系统中获取到的实时泊位、岸桥、场桥等作业数据信息,以及无人驾驶平板车实时的动态数据信息,基于云端创新的区间路径+速度动态规划算法,实现多车动态路径规划和速度引导,保障多车协同作业时行车轨迹的确定性,降低安全风险,改善车辆能耗,有效预防路径冲突和死锁。同时,基于云端的“上帝视角”还可以达到全局效率最优。

3.生产流程自动化的全链条打通,需要具备强大的外部系统对接能力。智能水平运输系统是一个系统工程,实现端到端、多作业流的互通,需要强大的系统对接、解决方案集成能力和生态合作能力。项目打造的智能驾驶车队管理系统实现了自动驾驶和TOS系统、场桥、岸桥、道闸、充电等周边业务系统的对接和打通,为码头水平运输系统的全流程自动化奠定了基础。

4.智能水平运输机器人ART研究和应用处于起步阶段。在限定环境和特定区域内的L4级无人驾驶技术尚处于研究探索阶段,基于GNNS、激光雷达、毫米波雷达、视觉识别等的融合感知定位技术还没有成熟应用。适用于集装箱码头自动化作业的水平运输设备需要针对港口环境复杂、干扰多、信号遮蔽严重等不利环境因素进行大量研究和试验。为了在有限范围内实现良好的动态运行控制,需要对设备运行控制技术进行自动驾驶和底盘驱动的良好融合。

5.构建全球首个智能水平运输系统,需要可信赖的合作伙伴。项目中华为为天津港智能水平运输系统研发投入专业的博士团队,提供了基于车云协同智能驾驶的研发支持,在天津港完全自主设计的水平运输整体解决方案中,实现了港口场景水平运输的全流程自动驾驶。主要包括了车端的智能驾驶计算平台MDC、OBU、云端的智能驾驶车队管理系统FMS、高精地图采集制图和云服务、自动驾驶监管系统等,以及华为云和5G解决方案。

二、三大核心技术成果,形成可复制的“中国方案”

1.智能水平运输系统:依托华为云平台、5G和AI技术,自主研发全球首个基于超L4级无人驾驶技术和水平布置边装卸工艺的智能水平运输系统,它采用微服务架构进行设计,最少支持100台ART高并发计算能力。内嵌高精度动态地图平台具有多图层叠加、单图层网格分片等功能,可以构建动态路网拓扑,实现厘米级驾驶协管控和动态路径规划算法。内部仿真构建ART运动学模型,创新性应用全局路径规划与局部路径规划相结合的方式,加持自适应变拓扑动态路径规划算法,满足超车、避障、绕行全工况需求,实现ART精确引导和驾驶协管控。系统涵盖变拓扑路径规划算法、智能动态车序管理、智能充电调度、智能交通管理等10个人工智能算法模型和20类智能化功能模块。

图:智能水平运输“智慧大脑”指挥自动化作业

2.5G+北斗:天津港联合天津移动在码头现场建设一套5G专用网络,部署10个5G基站和2个700M基站,实现双频段融合组网,满足76台无人驾驶ART对高带宽低延时网络需求,打造全球首个2.6G和700M融合的5G港口工业专网。建设一个北斗差分站和一套本地私有化播发平台,赋能ART厘米级高精定位需求,全面取代统自动化码头的磁钉定位技术,发挥无人驾驶ART行驶的灵活性。

3.智能水平运输机器人ART:智能水平运输机器人ART采用融合感知定位技术,应用“双轴控”等高精度控制技术,运行区域涵盖码头作业面内全部区域,包含岸桥区域、解锁站区域、堆场区域、主干道区域、充电区域等全部区域,运行轨迹涵盖单车所有轨迹,包括直行、斜形、直角转弯、U行掉头等全部轨迹,运动模式涵盖单车所有模式,包括前八、后八、全八、蟹行和直行全部模式,双轴控制应用在替代单轴控制全部功能的同时,也解决多段转弯衔接导致的速度不够线性问题,极大地提高单车控制精度,进而提高岸桥、场桥、充电桩的一次到达率,也使单车弯道提速夯实控制基础,根据实际应用数据统计双轴控制的应用,提升一次到达率33.5%,弯道行驶速度提升45%,单循环整体作业时间缩减80-100s左右。

图:ART与场桥进行厘米级自主对位

2023年,预期目标完成港口领域智能水平运输机器人ART的成熟化应用,采用L4级无人驾驶技术,厘米级微动控制,与岸桥、轨道桥、锁站、充电桩快速准确对位,作业效率达到28钩/小时(每小时39个自然箱),ART具备环境感知、控制指令优化、自主学习、人机交互、协同组织等功能,具备76台ART协同能力。实现基于ART的智能水平运输系统HTMS的成熟化应用,最低支持100台水平运输设备高并发计算能力,涵盖全局路径规划、局部路径规划、自动充电决策、智能交通决策等10种以上人工智能算法模型,在港口生产管控领域形成包括高精地图管理、停车位管理、充电桩管理等在内的不少于20类智能化功能模块,构建一套同构仿真平台,港区部署无缝覆盖的5G多层网络,部署10个5G基站和1个北斗差分站,数据传递时延小于50毫秒,支持ART车路协同及其运营管理。

三、搭建开放式联合创新体,发挥产业联动效应

在自动化集装箱码头高效智能水平运输解决方案中,ART具有造价低、制造周期短、效能高、绿色节能、安全可靠的优点,能够满足传统码头的智能化改造升级,具有强大的适配性、推广性、移植性和动态柔性。此外,智能水平运输系统接口参考无人驾驶行业标准,实现系统与设备的解耦,兼容多种技术路线的无人驾驶系统,有效构建开放平台和开放生态,驱动港口无人驾驶行业高质量发展,是世界自动化码头发展史上的一次伟大变革。

整体解决方案可直接在全球95%传统人工码头复制推广,为全国乃至全球传统人工码头自动化、智能化升级改造提供可推广可复制的“中国方案”,搭建开放式的联合创新体,发挥产业联动效应,共促产业生态成熟。

来源:世界智能大会组委会秘书处

大会官网

www.wicongress.org.cn

邮箱

wic@wicongress.org

咨询热线

022-83608031

大会组委会秘书处地址:天津市河西区友谊路35号城市大厦8层

  • 官方小程序

  • 官方微信

世界智能大会 WORLD INTELLIGENCE CONGRESS

津ICP备17008349号-3津ICP备17008349号津公网安备 12010302002098号 官方声明