5G智慧港口自動(dòng)駕駛研究與探索獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

5G智慧港口自動(dòng)駕駛研究與探索獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘

要：高精定位、機(jī)器視覺(jué)識(shí)別、車(chē)路協(xié)同、車(chē)輛智能控制、5G邊緣計(jì)算，港口環(huán)境下的集卡無(wú)人駕駛應(yīng)用場(chǎng)景，加速港口自動(dòng)化進(jìn)程。

關(guān)鍵詞：5G低時(shí)延;邊緣計(jì)算;自動(dòng)駕駛

引言

新一代數(shù)字化、信息化技術(shù)成為港口變革的新動(dòng)力，以5G、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、人工智能等為代表的新一代信息技術(shù)快速融合發(fā)展應(yīng)用，為港口向智慧化方向轉(zhuǎn)型提供了重要的技術(shù)支撐，也成為推動(dòng)港口產(chǎn)業(yè)鏈效率升級(jí)和商業(yè)、運(yùn)營(yíng)模式變革的新動(dòng)力。

一、目前港口內(nèi)集卡運(yùn)輸現(xiàn)狀

港口是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)區(qū)域，一般7*24小時(shí)作業(yè)，集卡駕駛員工作強(qiáng)度大，疲勞駕駛現(xiàn)象突出，存在安全隱患;同時(shí)集卡駕駛員培養(yǎng)周期長(zhǎng)等，人才較為短缺。目前港區(qū)自動(dòng)駕駛主要有地磁AGV和單車(chē)智能集卡兩種技術(shù)路線，但是地磁AGV要求地面鋪設(shè)地磁設(shè)備，對(duì)原有港區(qū)路面改造較大，同時(shí)因?yàn)椴捎靡罁?jù)預(yù)先設(shè)定好的固定路線運(yùn)行的作業(yè)方式，效率不高。而智能集卡受限于車(chē)輛感知設(shè)備感知距離，傳感器對(duì)周?chē)h(huán)境檢測(cè)的有其固定的范圍，車(chē)端感知范圍還受到障礙物限制存在感知盲區(qū)，面對(duì)特殊道路情況會(huì)有“猶豫不決”的情況，無(wú)法在安全、效率等多個(gè)維度滿足業(yè)主方需求。

二、5G為港口集卡自動(dòng)駕駛帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)

5G+無(wú)人駕駛集卡應(yīng)用，無(wú)人駕駛集卡利用傳感器與無(wú)人駕駛軟件算法進(jìn)行目標(biāo)物體和周邊環(huán)境的識(shí)別，得出相應(yīng)的行為決策和路徑規(guī)劃結(jié)果，傳遞給控制系統(tǒng)生成執(zhí)行指令，完成行駛、停止、配合裝卸貨等動(dòng)作。集卡上的攝像頭和PC通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)向遠(yuǎn)端控制臺(tái)發(fā)送視頻畫(huà)面和車(chē)輛當(dāng)前狀態(tài)信息，控制臺(tái)根據(jù)回傳的信息控制集卡啟動(dòng)和停止。通過(guò)使用差分高精度定位與V2X車(chē)路協(xié)同技術(shù)，將自動(dòng)駕駛集卡上的傳感器卸載到路端，大大降低各類(lèi)傳感器使用數(shù)量，減少無(wú)人駕駛集卡成本。同時(shí)5G網(wǎng)絡(luò)將整個(gè)無(wú)人駕駛集卡車(chē)隊(duì)連接到云端控制中心。通過(guò)云端實(shí)現(xiàn)多輛車(chē)的路徑規(guī)劃的協(xié)同，提高車(chē)輛的通行效率。5G網(wǎng)絡(luò)也將幫助無(wú)人駕駛集卡實(shí)現(xiàn)軟件更新與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上云，通過(guò)軟件與數(shù)據(jù)提高運(yùn)行效率。

自動(dòng)駕駛是港區(qū)重點(diǎn)應(yīng)用的場(chǎng)景，其對(duì)信號(hào)傳輸、協(xié)同互通、定位精度等要求較高，需高精度定位、車(chē)路協(xié)同、5G等技術(shù)的融合應(yīng)用。基于5G近實(shí)時(shí)的高清視頻傳輸，V2N和V2V互補(bǔ)（V2N2V），讓自動(dòng)駕駛能“看得更遠(yuǎn)更清楚”，實(shí)現(xiàn)更高安全性。5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)提供始終如一的QoS保障，能優(yōu)先保障汽車(chē)通信的高速率和低時(shí)延性能。5G-邊緣計(jì)算則是自動(dòng)駕駛的未來(lái)，5G核心網(wǎng)控制面與數(shù)據(jù)面徹底分離，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)令網(wǎng)絡(luò)部署更加靈活，從而使能分布式的邊緣計(jì)算部署，邊緣計(jì)算將更多的數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)從“核心”下沉到“邊緣”，部署于接近數(shù)據(jù)源的地方，一些數(shù)據(jù)不必再經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)到達(dá)云端處理，從而降低時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，也提升了數(shù)據(jù)安全性和隱私性。這對(duì)于時(shí)延要求極高、數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)量極大的自動(dòng)駕駛領(lǐng)域而言，重要性不言而喻。

5G-V2X通信技術(shù)結(jié)合高精度定位，能有效建立車(chē)車(chē)/車(chē)路低時(shí)延、高可靠的數(shù)據(jù)交互通路，精準(zhǔn)規(guī)劃與監(jiān)測(cè)車(chē)輛行駛路徑，減輕單車(chē)智能實(shí)現(xiàn)難度，降低港區(qū)自動(dòng)駕駛單車(chē)智能化改造的成本，實(shí)現(xiàn)港區(qū)集卡自動(dòng)駕駛、AGV小車(chē)自動(dòng)駕駛等應(yīng)用。

三、5G自動(dòng)駕駛作業(yè)流程

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)主要包括智能車(chē)管系統(tǒng)、無(wú)人集卡車(chē)輛和車(chē)路協(xié)同（V2X）系統(tǒng)，各系統(tǒng)模塊功能如下：

碼頭生產(chǎn)管理系統(tǒng)TOS系統(tǒng)：將指令信息（裝卸箱任務(wù)、橋吊及輪胎吊位置狀態(tài)、箱位、箱型等數(shù)據(jù)）發(fā)送至智能車(chē)輛管理平臺(tái);

智能車(chē)輛管理平臺(tái)：與車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)和高精度定位系統(tǒng)對(duì)接，完成任務(wù)管理、車(chē)輛管理、路徑規(guī)劃、監(jiān)控界面、效率統(tǒng)計(jì)分析功能。智能車(chē)輛管理平臺(tái)通過(guò)5G發(fā)送作業(yè)指令至港口無(wú)人集卡并實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)。無(wú)人集卡在獲得相應(yīng)指令后，可實(shí)現(xiàn)碼頭內(nèi)任意兩點(diǎn)間的水平移動(dòng)，并在岸橋、輪胎吊、正面吊和堆高機(jī)等處實(shí)現(xiàn)收送箱功能。

V2X管理平臺(tái)：接收終端側(cè)（RSU、OBU）的V2X事件上報(bào)，提供V2X事件下發(fā)至路側(cè)終端設(shè)備;提供交通狀態(tài)實(shí)時(shí)把控，依托交通AI智能檢測(cè)能力，通過(guò)路側(cè)攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)的融合感知檢測(cè)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通事件、交通車(chē)流量、交通路網(wǎng)狀況的實(shí)時(shí)上報(bào);提供設(shè)備的統(tǒng)一接入、運(yùn)維管理，實(shí)時(shí)查看設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備點(diǎn)位、在線設(shè)備數(shù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)覽、遠(yuǎn)程升級(jí);

路側(cè)感知單元：RSU、路側(cè)感知設(shè)備及感知融合計(jì)算終端，將道路實(shí)時(shí)信息上報(bào)至V2X管理平臺(tái);另外將車(chē)輛自身上報(bào)的信息上報(bào)至V2X管理平臺(tái)，協(xié)助平臺(tái)完成對(duì)車(chē)輛間的協(xié)同控制。

四、總結(jié)

當(dāng)前中國(guó)港航業(yè)面臨迫切的轉(zhuǎn)型需求，轉(zhuǎn)型需求不僅要求港口運(yùn)輸更精準(zhǔn)、更快捷、更多元，而且要求港口物流服務(wù)在線化、數(shù)字化、智能化甚至可視化。港口作為現(xiàn)代物流的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，無(wú)論是順應(yīng)智慧物流發(fā)展潮流，還是提升效率效益，都需向生產(chǎn)智能化、管理智慧化、服務(wù)柔性化的智慧型港口轉(zhuǎn)變。借助于5G技術(shù)與港口生產(chǎn)的充分融合，完善通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，打造信息高速公路。5G、AI（人工智能）等新技術(shù)開(kāi)始在自動(dòng)化碼頭上加速應(yīng)用，不斷推動(dòng)港口自動(dòng)化、智慧化生產(chǎn)取得新成效。具有超高速率、超低時(shí)延和海量連接等突出優(yōu)勢(shì)的5G助力港口實(shí)現(xiàn)智慧化升級(jí)，而5G與物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、邊緣計(jì)算（EdgeComputing）、云計(jì)算（CloudComput