【技术实现步骤摘要】
全自动化边装卸集装箱码头的智能水平运输系统及方法
[0001]本专利技术属于码头运输控制
，尤其涉及全自动化边装卸集装箱码头的智能水平运输系统及方法。
技术介绍
[0002]集装箱码头作为集装箱运输网络的关键环节,其对集装箱的装卸及运输效率决定着集装箱运输整个流程的时间及经济效益,是港口核心竞争力的重要体现。自动化集装箱码头相对于传统码头具有高效、环保、低人力成本等优势,成为集装箱码头未来发展的必然趋势。岸桥、ART(Artificial Intelligence Robot of Transportation，即人工智能运输机器人)和场桥是自动化集装箱码头装卸及运输过程的主要设备，三者相互关联、相互影响，岸桥位于码头前沿，负责船舶上集装箱的装卸，其装卸效率决定船舶在港口的滞留时间。
[0003]综合集装箱码头的自动化发展现状，考虑可持续性发展需求与低碳绿色发展目标，实现港口内各系统互连，提高港口水平运输设备的工作效率，成为提升集装箱码头全自动化作业水平的关键一环。
[0004]在岸桥装卸次序表已知的情况下，如何使岸桥、ART和场桥高效协同作业，使岸桥最短时间完成船舶装卸，具有重要的理论意义和经济价值。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提出一种全自动化边装卸集装箱码头的智能水平运输系统及方法，该智能水平运输系统能使自动化水平运输车辆能够适应码头多类型作业需求，同时与其他系统进行实时交互，完成信息传输及利用，提高码头整体作业系统的实时感知及处理能力。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.全自动化边装卸集装箱码头的智能水平运输系统，其特征在于，包括无人驾驶的ART构成的水平运输设备，以及对所述ART进行智能管控以使该ART完成水平运输的水平运输控制系统；该水平运输控制系统与TOS、自动化场桥、自动化岸桥、ART实时连接和通讯，完成信息交互处理，实现信息互联互融，保证信息实时利用和ART的智能化控制；该水平运输控制系统通过执行以下功能实现对水平运输设备的智能管制：智能任务调度：基于水平布置边装卸工艺，结合包含装卸船、移箱的水平运输作业计划和水平运输设备实时位置，以全局最快作业时间和全局最短作业路径为原则，为水平运输设备分配作业任务：首先，基于全局最快作业时间原则生成初步的车辆运输路径及时间规划；接着，运用全局最短作业路径原则修正部分路线规划，降低港区道路拥堵情况，最终实现最优作业效率；动态路径规划：基于水平布置边装卸工艺，利用高精地图技术构建码头道路拓扑结构，结合实时道路信息和水平运输设备的大角度转弯、蟹行通行的运动学特征，运用动态路径规划算法，实时规划作业车辆的行驶路径，通过全局路径规划和局部精细化引导相结合的模式实现车车协同，解决交通死锁问题，确保水平运输交通稳定有序；标准化控制接口：基于无人驾驶行业规范定义标准接口，实现水平运输设备和系统的解耦设计，通过标准接口兼容不同运动学特征和无人驾驶技术路线的水平运输设备，采用物联网MQTT通讯协议底座实现实时通讯；智能交通管理：利用车路协同技术实时感知外集卡位置和数量，通过北斗高精定位技术实时定位和预测内部水平运输设备位置，通过多优先级的动态管控策略实现内外部车辆的空间和时间隔离，实现陆运和航运交叉路口的智能交通管理，保证作业安全；锁站智能管控：基于地面集中式拆装锁工艺，结合船舶靠泊位置和拆装锁任务量，一键配置锁站数量及锁站位置，根据船舶历史作业数据自动生成拆装锁任务清单，通过动态分配算法选择最优锁岛，避免锁站拥堵，确保拆装锁作业效率；同时，基于地锁站内部搭载的智能安全管控机制，实现自动化作业与人工作业的整体隔离，保障拆装锁作业安全可靠；车辆智能调序：基于三级水平布置动态缓冲区工艺，结合实际装船模式要求，利用事前科学决策、事中差速控制和事后临时缓冲，对所有水平运输作业车辆前后顺序进行实时调控，保证运输车辆按照规定的作业次序到达岸桥作业区有序进行装船作业；智能充电调度：基于集中式侧方位充电工艺，结合集装箱水平运输作业的运力和动力需求，利用阶梯性动态充电调度策略，充分考虑群体充放电平衡的基本前提下，实时决策充电时机和充电时长，结合水平运输设备的运动学特征选择充电桩，通过构建的充电桩设备管理平台，实现自动对位和自动充电控制，确保水平运输车辆整体动力持续稳定；智能停车管理：基于水平布置边装卸工艺，结合泊位计划及海侧装卸船作业计划，动态设置停车区域充分利用物理空间，结合运输车辆运动学特征和未来可能的作业任务，动态分配停车区域及停车位置，满足快速出勤需求，提高运输车辆利用率并缩短任务等待时间；智能远程驾驶：定义标准控制接口，通过标准接口兼容不同运动学特征的水平运输设备，基于5G高带宽低延时能力，实现远程操控台对智能水平运输设备的远程实时监管及控制，以及通过远程操控台实现水平运输设备的一对多远程驾驶监管与控制。2.根据权利要求1所述全自动化边装卸集装箱码头的智能水平运输系统，其特征在于，所述智能任务调度，实现以下功能：
ART实时监控：动态获取包括码头装卸船、移箱的水平运输作业任务，实时监控港区全部ART的作业状态、行驶位置及行驶速度；ART智能调度：筛选港区剩余电量充足的空闲ART，以总行驶时间最短原则为每辆ART分配运输任务；同时，在降低港区路网拥堵的原则下，为每辆ART规划行车距离最短的路线。3.根据权利要求1所述全自动化边装卸集装箱码头的智能水平运输系统，其特征在于：所述动态路径规划，具有以下功能：高精地图制作：使用高精度移动测量设备进行信息采集，基于地图生成算法和流程，完成码头动态复杂环境的高精度地图的制作，达到横向绝对精度20cm；动态图层管理：以高精度地图为底图集成码头实时动态的地图信息，构建动态图层管理能力，在底图上增加多个动态图层，将不同更新频率的信息绘制到不同的动态图层中并保持实时刷新，以描述动态交通环境，在底图上增加的路径规划图层，用于描述各种通行区域的属性以及通行规则；动态路网拓扑：在港区道路拓扑结构出现变更的情况下，利用符合场地条件的动态路径生成算法，构建道路最优拓扑关系，实时设定ART在非结构化港区场景下的最优路径，为路径规划算法提供实时的基础道路信息，保证厘米级的车辆协同管理；智能路径规划：基于动态路网拓扑结构，结合水平运输设备的运动学特征及交通现状，利用支持多运动学模型的时空一致性无碰撞平滑路径规划算法动态、实时规划行驶路径；同时，将全局作业调度、全局路径规划、局部精细化引导和单车执行控制相结合，通过智能水平运输系统上帝视角定义关键区间，结合单车运动学特征设定关键区间的建议速度、时间窗口以及允许偏移里的最大范围，形成自动驾驶路线，解决包括路径交汇点在内的关键区域的交通死锁，满足ART运输作业需求；预防交通死锁：基于车辆实时位置和行驶速度，提前预测各交通节点的拥堵情况，及时调整车辆行驶速度、路径，解决码头关键路段拥堵问题；其中，支持多运动学模型的时空一致性无碰撞平滑路径规划算法具体为：首先根据ART的位置信息优化A
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star算法中的估价函数，其次通过提取关键转折点、删除冗余转折点来保留关键点，保证了全局路径最优，最后融入基于车辆动力学特征的动态窗口算法，构造考虑全局最优的评价函数，实现车辆实时动态路径规划；根据ART位置信息，设置A
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star算法中启发函数的权重函数，估价函数具体表示为：其中，表示从起点到节点n路径的确切成本，称为代价函数；表示从节点n到目标的启发式估计成本，称为启发函数；r为当前点到目标点距离，R为起始点到目标点距离；A
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star算法得出的全局路径为一次性规划出的折线路径，获得上述折线路径后，将动态窗口算法与A
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star算法结合，根据ART运行的关键局部路径，实时规划动态平滑路径，保证车辆行驶在稳定的速度区间，确保运输过程平稳；将改进型A
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star算法与动态窗口算法进行融合，设计考虑全局最优路径的动态窗口评价函数，具体如下：
其中， 表示车辆速度，
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表示车辆角速度，为模拟轨迹终点方向与当前目标点之间的方位角偏差，当前目标点是ART前进方向上距离当前点最近的全局最优路径序列点；表示 ART轨迹上离障碍物的最近距离；表示当前速度大小的评价函数；为归一化系数；为权重系数；改进的评价函数使得局部路径规划遵循全局最优路径轮廓，从而提高局部路径与全局路径的匹配精度；其中，所述支持多运动学模型的时空一致性无碰撞平滑路径规划算法具体应用过程如下：S210.解析当前ART的行驶速...
【专利技术属性】
技术研发人员：褚斌，焦广军，杨杰敏，杨荣，高延辉，陈培，武彬，张凯，刘喜旺，宁为玉，唐家炜，冯淼，彭湃，李秋，
申请(专利权)人：天津港第二集装箱码头有限公司，
类型：发明
国别省市：
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