5G智慧港口自動駕駛研究與探索

王珍

摘? 要：高精定位、機器視覺識別、車路協(xié)同、車輛智能控制、5G邊緣計算，港口環(huán)境下的集卡無人駕駛應(yīng)用場景，加速港口自動化進程。

關(guān)鍵詞：5G 低時延;邊緣計算;自動駕駛

引言

新一代數(shù)字化、信息化技術(shù)成為港口變革的新動力，以5G、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、云計算、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，也成為推動港口產(chǎn)業(yè)鏈效率升級和商業(yè)、運營模式變革的新動力。

一、目前港口內(nèi)集卡運輸現(xiàn)狀

港口是勞動密集型產(chǎn)業(yè)區(qū)域，一般 7*24 小時作業(yè)，集卡駕駛員工作強度大，疲勞駕駛現(xiàn)象突出，存在安全隱患;同時集卡駕駛員培養(yǎng)周期長等，人才較為短缺。目前港區(qū)自動駕駛主要有地磁AGV和單車智能集卡兩種技術(shù)路線，但是地磁AGV要求地面鋪設(shè)地磁設(shè)備，對原有港區(qū)路面改造較大，同時因為采用依據(jù)預(yù)先設(shè)定好的固定路線運行的作業(yè)方式，效率不高。而智能集卡受限于車輛感知設(shè)備感知距離，傳感器對周圍環(huán)境檢測的有其固定的范圍，車端感知范圍還受到障礙物限制存在感知盲區(qū)，面對特殊道路情況會有“猶豫不決”的情況，無法在安全、效率等多個維度滿足業(yè)主方需求。

二、5G為港口集卡自動駕駛帶來的優(yōu)勢

5G+無人駕駛集卡應(yīng)用，無人駕駛集卡利用傳感器與無人駕駛軟件算法進行目標物體和周邊環(huán)境的識別，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、配合裝卸貨等動作。集卡上的攝像頭和PC通過5G網(wǎng)絡(luò)向遠端控制臺發(fā)送視頻畫面和車輛當前狀態(tài)信息，控制臺根據(jù)回傳的信息控制集卡啟動和停止。通過使用差分高精度定位與V2X車路協(xié)同技術(shù)，將自動駕駛集卡上的傳感器卸載到路端，大大降低各類傳感器使用數(shù)量，減少無人駕駛集卡成本。同時5G網(wǎng)絡(luò)將整個無人駕駛集卡車隊連接到云端控制中心。通過云端實現(xiàn)多輛車的路徑規(guī)劃的協(xié)同，提高車輛的通行效率。5G網(wǎng)絡(luò)也將幫助無人駕駛集卡實現(xiàn)軟件更新與實時數(shù)據(jù)上云，通過軟件與數(shù)據(jù)提高運行效率。

自動駕駛是港區(qū)重點應(yīng)用的場景，其對信號傳輸、協(xié)同互通、定位精度等要求較高，需高精度定位、車路協(xié)同、5G 等技術(shù)的融合應(yīng)用?；?G近實時的高清視頻傳輸，V2N和V2V互補（V2N2V），讓自動駕駛能“看得更遠更清楚”，實現(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)先保障汽車通信的高速率和低時延性能。5G-邊緣計算則是自動駕駛的未來，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算部署，邊緣計算將更多的數(shù)據(jù)計算和存儲從“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)過網(wǎng)絡(luò)到達云端處理，從而降低時延和網(wǎng)絡(luò)負荷，也提升了數(shù)據(jù)安全性和隱私性。這對于時延要求極高、數(shù)據(jù)處理和存儲量極大的自動駕駛領(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，能有效建立車車/車路低時延、高可靠的數(shù)據(jù)交互通路，精準規(guī)劃與監(jiān)測車輛行駛路徑，減輕單車智能實現(xiàn)難度，降低港區(qū)自動駕駛單車智能化改造的成本，實現(xiàn)港區(qū)集卡自動駕駛、AGV 小車自動駕駛等應(yīng)用。

三、5G自動駕駛作業(yè)流程

自動駕駛系統(tǒng)主要包括智能車管系統(tǒng)、無人集卡車輛和車路協(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)送至智能車輛管理平臺;

智能車輛管理平臺：與車路協(xié)同系統(tǒng)和高精度定位系統(tǒng)對接，完成任務(wù)管理、車輛管理、路徑規(guī)劃、監(jiān)控界面、效率統(tǒng)計分析功能。智能車輛管理平臺通過5G發(fā)送作業(yè)指令至港口無人集卡并實時監(jiān)控運行狀態(tài)。無人集卡在獲得相應(yīng)指令后，可實現(xiàn)碼頭內(nèi)任意兩點間的水平移動，并在岸橋、輪胎吊、正面吊和堆高機等處實現(xiàn)收送箱功能。

V2X管理平臺：接收終端側(cè)（RSU、OBU）的V2X事件上報，提供V2X事件下發(fā)至路側(cè)終端設(shè)備;提供交通狀態(tài)實時把控，依托交通AI智能檢測能力，通過路側(cè)攝像頭、毫米波雷達、激光雷達的融合感知檢測識別，實現(xiàn)對交通事件、交通車流量、交通路網(wǎng)狀況的實時上報;提供設(shè)備的統(tǒng)一接入、運維管理，實時查看設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備點位、在線設(shè)備數(shù)、實時監(jiān)控預(yù)覽、遠程升級;

路側(cè)感知單元：RSU、路側(cè)感知設(shè)備及感知融合計算終端，將道路實時信息上報至V2X管理平臺;另外將車輛自身上報的信息上報至V2X管理平臺，協(xié)助平臺完成對車輛間的協(xié)同控制。

四、總結(jié)

當前中國港航業(yè)面臨迫切的轉(zhuǎn)型需求，轉(zhuǎn)型需求不僅要求港口運輸更精準、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，無論是順應(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)開始在自動化碼頭上加速應(yīng)用，不斷推動港口自動化、智慧化生產(chǎn)取得新成效。具有超高速率、超低時延和海量連接等突出優(yōu)勢的5G助力港口實現(xiàn)智慧化升級，而5G與物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、邊緣計算（Edge Computing）、云計算（Cloud Computing）、大數(shù)據(jù)（Big Data）、區(qū)塊鏈（Blockchain）、人工智能（AI）等新興信息技術(shù)以及高精度定位、車路協(xié)同等關(guān)鍵技術(shù)的深度融合應(yīng)用，將使包括港口產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的各行各業(yè)釋放巨大生產(chǎn)力，助推產(chǎn)業(yè)智慧化升級與變革。

參考文獻

[1]? 中遠海港口公司 中遠海運科技? 中移上研院?? 5G智慧港口實施方案和路線圖? 2020.05