“WIC獎”展播八：天津港依託華為5G及車路雲協同技術，打造自動化集裝箱碼頭高效智慧水平運輸解決方案

導讀：

為進一步加快推動人工智慧和製造業的融合發展，在第六屆世界智慧大會籌備期間，世界智慧大會組委會首次與中國新一代人工智慧發展戰略研究院、天津市智慧科技產業專家諮詢委員會合作開展“WIC智慧科技創新應用優秀案例”評選活動。

本屆評選面向“智慧製造”方向，圍繞關鍵技術及核心基礎部件、智慧化裝備和製造過程智慧化技術與系統（數字化工廠車間）三大領域，面向全國徵集到186個案例，覆蓋全國21個省（直轄市），分佈在27個行業。評選活動遵循公平、公正、客觀、權威的原則，由30位智慧科技領域中外知名專家組成評審委員會，從創新性和獨特性、應用價值與實效性、實施難度與複雜性、市場影響與推廣性等維度對申報案例進行評審，最終評選出10個優秀案例。我們將在未來一段時間透過官網、官微等平臺陸續展播優秀案例，推動創新應用案例的推廣和普及，進一步帶動人工智慧和實體經濟的深度融合。

01

本期案例概述

本期為大家帶來十大優秀案例之一、智慧化裝備領域入選案例——天津港依託華為5G及車路雲協同技術，打造自動化集裝箱碼頭高效智慧水平運輸解決方案，核心技術關鍵詞為AI智慧排程、5G+北斗、無人駕駛。

天津港第二集裝箱碼頭有限公司負責承建和運營的天津港北疆港區C段智慧化集裝箱碼頭專案，圍繞全球首創的“水平佈置邊裝卸+單小車岸橋+地面集中解鎖”的作業工藝，自主研發L4級無人駕駛智慧水平運輸機器人ART和智慧水平運輸系統，以5G專網、北斗高精定位、雲計算、人工智慧等新興技術為基礎，可實現 76 臺L4 級無人駕駛ART規模化商業應用，可以為傳統人工碼頭自動化、智慧化升級改造提供可推廣可複製的“中國方案”。

02

本期案例詳解

一、攻克世界級技術難點，打造世界首個全自動碼頭

相較於荷蘭鹿特丹港ECT-Delta碼頭、德國漢堡港CTA、上海港洋山四期碼頭、青島港前灣1、2期碼頭等自動化港口，天津港北疆港區C段智慧化集裝箱碼頭是世界首個真正實現平行碼頭前沿線佈置模式且採用L4級無人駕駛技術ART進行水平輸送的第一個全自動化碼頭，代表著自動化碼頭2。0的發展趨勢，也是世界首個真正意義上實現車-路-港-船協同的自動化碼頭。

在先進成果的背後，智慧水平運輸系統和裝置研發是一個從無到有的、技術密集型的創新過程。天津港用最短的時間迎來了C段碼頭的運營驗收，打造創新聯合體（天津港、華為以及合作伙伴），消減新技術應用風險。由港口領域國內頂尖聯合攻關團隊組成的專案組，共同攻克了眾多世界級技術難點：

1．實現安全和高效的智慧水平運輸，不能單單依靠車端自動駕駛。完全依託單車智慧的自動駕駛會對港區行車安全帶來隱患，同時也很難實現全域性效率最優。智慧水平運輸系統並不是簡單實現N輛無人駕駛平板車從Ai點到Bi點的自動駕駛。如果僅僅依據TOS系統對作業時序的要求，交由單車智慧自主規劃路徑，那麼在多車自主協商解決路權衝突的過程中，會增加行車軌跡的不確定性，帶來安全隱患，並可能會造成業務時序的混亂；此外，由於單車智慧缺乏“上帝視角”，難以實現全域性效率最優，也不易保持行駛的平穩性，頻繁的加減速和啟停會導致車輛能耗的增加。

2．雲端排程演算法是影響港口智慧水平運輸效率的關鍵要素。智慧水平運輸系統的核心在於雲端的智慧駕駛車隊管理系統。智慧駕駛車隊管理系統基於高精地圖在雲端構建的動態業務地圖，匯聚從生產系統中獲取到的實時泊位、岸橋、場橋等作業資料資訊，以及無人駕駛平板車實時的動態資料資訊，基於雲端創新的區間路徑+速度動態規劃演算法，實現多車動態路徑規劃和速度引導，保障多車協同作業時行車軌跡的確定性，降低安全風險，改善車輛能耗，有效預防路徑衝突和死鎖。同時，基於雲端的“上帝視角”還可以達到全域性效率最優。

3．生產流程自動化的全鏈條打通，需要具備強大的外部系統對接能力。智慧水平運輸系統是一個系統工程，實現端到端、多作業流的互通，需要強大的系統對接、解決方案整合能力和生態合作能力。專案打造的智慧駕駛車隊管理系統實現了自動駕駛和TOS系統、場橋、岸橋、道閘、充電等周邊業務系統的對接和打通，為碼頭水平運輸系統的全流程自動化奠定了基礎。

4．智慧水平運輸機器人ART研究和應用處於起步階段。在限定環境和特定區域內的L4級無人駕駛技術尚處於研究探索階段，基於GNNS、鐳射雷達、毫米波雷達、視覺識別等的融合感知定位技術還沒有成熟應用。適用於集裝箱碼頭自動化作業的水平運輸裝置需要針對港口環境複雜、干擾多、訊號遮蔽嚴重等不利環境因素進行大量研究和試驗。為了在有限範圍內實現良好的動態執行控制，需要對裝置執行控制技術進行自動駕駛和底盤驅動的良好融合。

5．構建全球首個智慧水平運輸系統，需要可信賴的合作伙伴。專案中華為為天津港智慧水平運輸系統研發投入專業的博士團隊，提供了基於車雲協同智慧駕駛的研發支援，在天津港完全自主設計的水平運輸整體解決方案中，實現了港口場景水平運輸的全流程自動駕駛。主要包括了車端的智慧駕駛計算平臺MDC、OBU、雲端的智慧駕駛車隊管理系統FMS、高精地圖採集製圖和雲服務、自動駕駛監管系統等，以及華為雲和5G解決方案。

二、三大核心技術成果，形成可複製的“中國方案”

1．智慧水平運輸系統：依託華為雲平臺、5G和AI技術，自主研發全球首個基於超L4級無人駕駛技術和水平佈置邊裝卸工藝的智慧水平運輸系統，它採用微服務架構進行設計，最少支援100臺ART高併發計算能力。內嵌高精度動態地圖平臺具有多圖層疊加、單圖層網格分片等功能，可以構建動態路網拓撲，實現釐米級駕駛協管控和動態路徑規劃演算法。內部模擬構建ART運動學模型，創新性應用全域性路徑規劃與區域性路徑規劃相結合的方式，加持自適應變拓撲動態路徑規劃演算法，滿足超車、避障、繞行全工況需求，實現ART精確引導和駕駛協管控。系統涵蓋變拓撲路徑規劃演算法、智慧動態車序管理、智慧充電排程、智慧交通管理等10個人工智慧演算法模型和20類智慧化功能模組。

圖：智慧水平運輸“智慧大腦”指揮自動化作業

2．5G+北斗：天津港聯合天津移動在碼頭現場建設一套5G專用網路，部署10個5G基站和2個700M基站，實現雙頻段融合組網，滿足76臺無人駕駛ART對高頻寬低延時網路需求，打造全球首個2。6G和700M融合的5G港口工業專網。建設一個北斗差分站和一套本地私有化播發平臺，賦能ART釐米級高精定位需求，全面取代統自動化碼頭的磁釘定位技術，發揮無人駕駛ART行駛的靈活性。

3．智慧水平運輸機器人ART：智慧水平運輸機器人ART採用融合感知定位技術，應用“雙軸控”等高精度控制技術，執行區域涵蓋碼頭作業面內全部區域，包含岸橋區域、解鎖站區域、堆場區域、主幹道區域、充電區域等全部區域，執行軌跡涵蓋單車所有軌跡，包括直行、斜形、直角轉彎、U行掉頭等全部軌跡，運動模式涵蓋單車所有模式，包括前八、後八、全八、蟹行和直行全部模式，雙軸控制應用在替代單軸控制全部功能的同時，也解決多段轉彎銜接導致的速度不夠線性問題，極大地提高單車控制精度，進而提高岸橋、場橋、充電樁的一次到達率，也使單車彎道提速夯實控制基礎，根據實際應用資料統計雙軸控制的應用，提升一次到達率33。5%，彎道行駛速度提升45%，單迴圈整體作業時間縮減80-100s左右。

圖：ART與場橋進行釐米級自主對位

2023年，預期目標完成港口領域智慧水平運輸機器人ART的成熟化應用，採用L4級無人駕駛技術，釐米級微動控制，與岸橋、軌道橋、鎖站、充電樁快速準確對位，作業效率達到28鉤/小時（每小時39個自然箱），ART具備環境感知、控制指令最佳化、自主學習、人機互動、協同組織等功能，具備76臺ART協同能力。實現基於ART的智慧水平運輸系統HTMS的成熟化應用，最低支援100臺水平運輸裝置高併發計算能力，涵蓋全域性路徑規劃、區域性路徑規劃、自動充電決策、智慧交通決策等10種以上人工智慧演算法模型，在港口生產管控領域形成包括高精地圖管理、停車位管理、充電樁管理等在內的不少於20類智慧化功能模組，構建一套同構模擬平臺，港區部署無縫覆蓋的5G多層網路，部署10個5G基站和1個北斗差分站，資料傳遞時延小於50毫秒，支援ART車路協同及其運營管理。

三、搭建開放式聯合創新體，發揮產業聯動效應

在自動化集裝箱碼頭高效智慧水平運輸解決方案中，ART具有造價低、製造週期短、效能高、綠色節能、安全可靠的優點，能夠滿足傳統碼頭的智慧化改造升級，具有強大的適配性、推廣性、移植性和動態柔性。此外，智慧水平運輸系統介面參考無人駕駛行業標準，實現系統與裝置的解耦，相容多種技術路線的無人駕駛系統，有效構建開放平臺和開放生態，驅動港口無人駕駛行業高質量發展，是世界自動化碼頭髮展史上的一次偉大變革。

整體解決方案可直接在全球95%傳統人工碼頭複製推廣，為全國乃至全球傳統人工碼頭自動化、智慧化升級改造提供可推廣可複製的“中國方案”，搭建開放式的聯合創新體，發揮產業聯動效應，共促產業生態成熟。