目前，全球港口95%以上的集装箱码头都是传统人工操作，属于典型的劳动力密集型产业——人工作业劳动强度大但效率越来越难以匹配码头发展需求，如何在传统集装箱码头基础上进行技术升级改造，实现全流程无人自动化作业，是摆在全球港口面前的一道世界性难题。
受访者供图
我国在破解这道难题的路上走在了世界前列。近日，在2022世界移动通信大会上，由天津港、华为和中国移动联合打造的“5G+智能港口”项目荣获“互联经济最佳移动创新奖”。该项目基于5G、AI等前沿信息技术的全场景创新应用，在全球首个“智慧零碳”实现全球首个港口自动驾驶和5G远程控制，建立港口自动化水平运输体系，大幅降本增效，促进智慧、绿色、安全港口的全面发展。
水平运输的自动化需要更多“智慧”
在天津港第二集装箱码头，记者看到多辆智能水平运输机器人（ART）在自动化码头堆场装载集装箱后，依次通过集装箱地面智能解锁站完成加解锁操作最后到达岸桥下完成精准对位，吊具自动升起将集装箱稳稳地放置到轮船上。整个过程一气呵成，现场没有一名工人，但所有操作都被后台尽在掌握。
“实现码头全流程自动化，最需要解决的问题之一就是水平运输环节的自动化。”第二集装箱码头公司信息部副经理刘喜旺介绍，“智能水平运输系统”并不是简单实现N辆ART从Ai点到Bi点的自动驾驶，如果仅仅依据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，频繁地加减速和启停会导致车辆能耗的增加。如何解决各种场景下的车辆冲突、道路死锁问题，实现全场车辆的高效协同，提升码头整体作业效率，成为自动化码头水平运输方案能够有效落地的关键。
为解决这个难题，项目首创了全局路径规划和局部精细化引导相结合的新模式。基于多图层融合技术在云端构建动态业务高精地图，实时汇集船舶、岸桥、场桥、ART等关键生产要素实时位置，以及充电桩、锁站、道路、围栏、堆场等基础设施地理信息和交通语义，通过高速5G网络实现76台ART的统一协调管控，保障多车协同作业时行车路线的确定性和安全性，有效解决了基于无人驾驶技术实施集装箱码头全自动化水平运输的关键问题。
刘喜旺解释，系统内部基于ART运动学特征精准构建云端多车协同驾驶的调度模型，利用高带宽、低延时的5G网络，可实时获取车辆的速度、位置及航向，预测关键路口和区域的未来交通态势，对于可能发生的时空路径抢占，提前通过速度控制进行化解，有效预防车辆交互死锁问题，这就是我们所应用的时空一致性动态路径规划算法，它会按照业务要求合理管控实现76台ART的高效协同。
“因为和人类驾驶员相比，ART自身的感知、逻辑处理能力还稍有不足，完全靠自身处理能力实现自动驾驶非常困难。”刘喜旺说，运用精度更高、信息更全的动态感知高精地图，能够为自动驾驶提供高精度定位辅助和车道级导航，增强静态环境感知能力。
为全球95%人工码头提供可借鉴复制方案
难能可贵的是，该项目是基于传统人工码头边装卸作业工艺的智慧化升级改造，为全球95%人工码头提供了可借鉴、可复制的方案。
传统集装箱码头场桥岸桥作业条件艰苦，对人力要求极高，司机室30米高，司机需频繁爬高、高度集中精力操控设备，容易疲劳有安全隐患。
“‘智能水平运输系统’还可以协同码头生产操作系统(TOS)、场桥、岸桥、智能水平运输机器人(ART)、自动锁站、自动充电桩等关键资源，自动得出最优装卸方案并指挥各台设备，实现全局调度最优。”天津港第二集装箱码头有限公司总经理杨荣说，目前水平岸线码头有效管理了迄今为止最大规模的无人驾驶车队，达到了76辆。
在解决方案中，还可以通过建设智能调度中心，在港口中控室实现自动化场桥岸桥的远程控制。操作人员坐在中控室就可以回传高清视频信息和设备状态信息对场桥岸桥进行远程操控，发送指令，驱动场桥岸桥自动运行起升、小车、大车等，辅助开展集装箱的自动化装卸作业。1名操作员可操控6-8台场桥，不再需要人机一一对应。
2021年10月17日，全球首个“智慧零碳”码头——天津港北疆港区C段智能化集装箱码头正式投产运营。这个码头通过风能、太阳能等清洁能源的使用，实现了绿电功能100%自给自足。而且通过5G、北斗、人工智能泛在应用，率先实现水平布局集装箱码头全流程自动化作业“完整版”。
“‘智慧零碳’码头较同等岸线传统自动化集装箱码头投资减少30%，减少集装箱作业倒运环节50%，综合能耗可降低17%以上。同时较同等规模传统集装箱码头人员减少60%。”刘喜旺说。