港口自動(dòng)化碼頭無(wú)人內(nèi)集卡5G車路協(xié)同建設(shè)項(xiàng)目初探

盧亮喜

摘?要：智慧港口、自動(dòng)化碼頭是移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)在5G時(shí)代與交通運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)深度融合的一個(gè)典型場(chǎng)景。把5G、車路協(xié)同、北斗高精度定位技術(shù)作為一個(gè)新的使能元素帶入到智慧港口的建設(shè)中來(lái)，能極大的解決碼頭存在的用工難、成本高、作業(yè)效率低等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：5G;北斗高精度定位;車路協(xié)同;自動(dòng)化碼頭;無(wú)人集卡;邊緣計(jì)算

1.概述

2019年是中國(guó)5G元年，5G開始真正走進(jìn)人們的生活。5G網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)勢(shì)在于，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)10Gbit/s，比先前的4G LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)快100倍。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是較低的網(wǎng)絡(luò)延遲（更快的響應(yīng)時(shí)間），低于1毫秒，使對(duì)實(shí)時(shí)性要求比較高的應(yīng)用如游戲，視頻，自動(dòng)駕駛成為可能。

2019年12月初交通運(yùn)輸部印發(fā)了《關(guān)于開展交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)試點(diǎn)工作的通知》以加快建設(shè)交通強(qiáng)國(guó)，擬通過(guò)1～2年時(shí)間，取得試點(diǎn)任務(wù)的階段性成果，用3～5年時(shí)間取得相對(duì)完善的系統(tǒng)性成果，形成一批可復(fù)制、可推廣的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和典型成果。

《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)試點(diǎn)工作》中專門指出，開展智慧港航方向的試點(diǎn)，包括港機(jī)設(shè)備遠(yuǎn)控、港口無(wú)人集卡、港口智能安防等應(yīng)用試點(diǎn)建設(shè)，形成以港口網(wǎng)絡(luò)定制服務(wù)、業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)和維護(hù)應(yīng)急服務(wù)為體系的商業(yè)模式。

自動(dòng)化碼頭相較于傳統(tǒng)碼頭能極大的提高作業(yè)效率，作為封閉場(chǎng)景，能較易將港口內(nèi)集卡車輛單車自動(dòng)駕駛與車路協(xié)同技術(shù)相結(jié)合，解決單車智能的自身傳感器感知缺陷等問(wèn)題，提高內(nèi)集卡車路自動(dòng)駕駛安全性和魯棒性。

本項(xiàng)目嘗試，通過(guò)智能網(wǎng)聯(lián)車載設(shè)備、智能網(wǎng)聯(lián)路側(cè)設(shè)備、路側(cè)感知網(wǎng)絡(luò)及V2X平臺(tái)的部署，實(shí)現(xiàn)行人、路面障礙物、道路車輛（包括內(nèi)集卡、叉車等特種車輛）的識(shí)別，通過(guò)向自動(dòng)駕駛內(nèi)集卡推送路側(cè)感知信息，輔助內(nèi)集卡實(shí)現(xiàn)行人闖入檢測(cè)、前向碰撞檢測(cè)、拋灑物檢測(cè)、變道側(cè)方來(lái)車輔助感知、路側(cè)超距透視等基于車路協(xié)同的自動(dòng)駕駛應(yīng)用，支撐港口內(nèi)集卡無(wú)人駕駛系統(tǒng)。

2.項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容

本項(xiàng)目擬建設(shè)兩大子系統(tǒng)：

2.1人車機(jī)路協(xié)同子系統(tǒng)

依托5G、C-V2X、MEC（Mobile Edge Computing，移動(dòng)邊緣計(jì)算）三大核心技術(shù)，搭建端到端車路協(xié)同網(wǎng)絡(luò)，融通“人-車-路-網(wǎng)”四要素，實(shí)現(xiàn)融合感知、協(xié)同計(jì)算、即時(shí)通信。

云平臺(tái)：針對(duì)不同場(chǎng)景下輔助駕駛應(yīng)用及自動(dòng)駕駛應(yīng)用;集成融合計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、消息轉(zhuǎn)發(fā)、安全管理、三方集成等能力;平臺(tái)與外部交通管理平臺(tái)等對(duì)接，實(shí)現(xiàn)信息的開放與共享。

管/邊：5G Uu空口滿足V2X應(yīng)用低時(shí)延、高可靠、大帶寬、高速移動(dòng)等需求;引入直連通信接口PC5，支持V2I與V2V業(yè)務(wù);部署5G 網(wǎng)絡(luò)，加強(qiáng)對(duì)高帶寬、低時(shí)延的V2N業(yè)務(wù)支持;部署匯聚環(huán)/邊緣節(jié)點(diǎn)MEC，計(jì)算本地化，進(jìn)一步降低時(shí)延。

端：部署RSU及路側(cè)感知網(wǎng)絡(luò)，分享道路實(shí)時(shí)信息;部署OBU車載單元，將車輛信息上報(bào)至V2X平臺(tái)，同時(shí)對(duì)車輛進(jìn)行協(xié)同控制。

2.2北斗高精度定位子系統(tǒng)

通過(guò)建立永久性GNSS（Global Navigation Satellite System，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）觀測(cè)基準(zhǔn)站，實(shí)時(shí)接收衛(wèi)星系統(tǒng)觀測(cè)數(shù)據(jù)并傳輸至解算平臺(tái)，由解算平臺(tái)將基準(zhǔn)站定位結(jié)果與預(yù)存儲(chǔ)的精確坐標(biāo)比較形成差分改正數(shù)，并將其播發(fā)給相應(yīng)終端以供其糾正定位結(jié)果，終端由此獲得高精度定位結(jié)果。

3.遇到的技術(shù)問(wèn)題及解決方案

在港口碼頭的特殊區(qū)域，遇到了如下三個(gè)技術(shù)難題，并提供了對(duì)應(yīng)的技術(shù)解決方案：

3.1GNSS信號(hào)遮擋問(wèn)題

無(wú)GNSS信號(hào)時(shí)，如何獲取高精度定位結(jié)果。碼頭岸橋吊下，內(nèi)集卡車輛因?yàn)榘稑虻醯恼趽?，接收不到GNSS信號(hào)，無(wú)法依賴RTK定位。

本項(xiàng)目利用路側(cè)輔助設(shè)備，如激光雷達(dá)、高清攝像頭，結(jié)合碼頭區(qū)域的高精度地圖數(shù)據(jù)，利用邊緣計(jì)算和多元異構(gòu)融合技術(shù)，達(dá)到厘米級(jí)定位精度的效果。

3.2單車自動(dòng)駕駛視線遮擋問(wèn)題

碼頭集裝箱區(qū)堆場(chǎng)，因?yàn)橥ㄐ械缆?、作業(yè)道路較窄（一般寬3米左右），道路兩側(cè)的箱區(qū)較高，在道路交叉口內(nèi)集卡受限于視線遮擋，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。

本項(xiàng)目通過(guò)路側(cè)攝像頭拍攝的車輛實(shí)時(shí)畫面截取單楨圖像、激光雷達(dá)掃描的車輛實(shí)時(shí)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)5G大帶寬、低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)，把數(shù)據(jù)傳輸至邊緣云/超邊緣云，根據(jù)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行融合計(jì)算，得出車輛位置，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)將車輛位置消息推送給車輛，實(shí)現(xiàn)路側(cè)傳感器協(xié)同車輛定位功能。

4.應(yīng)用的技術(shù)手段及技術(shù)原理

4.15G技術(shù)

依托5G技術(shù)低時(shí)延、大帶寬、高可靠性的特點(diǎn)，為內(nèi)集卡車無(wú)人駕駛的信息傳輸提供可靠的傳輸通道，助力自動(dòng)化碼頭創(chuàng)新應(yīng)用落地。針對(duì)本項(xiàng)目，構(gòu)建設(shè)專用的 5G NR 基站，為用戶提供邏輯獨(dú)立的5G網(wǎng)絡(luò)，提供差異化的服務(wù)。

4.2車路協(xié)同技術(shù)

依托V2X技術(shù)，構(gòu)建路側(cè)感知系統(tǒng)及車路協(xié)同云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)“人-車-機(jī)-路-云”全面布局，為高內(nèi)集卡車輛提供交通安全、效率、服務(wù)類應(yīng)用。針對(duì)本項(xiàng)目5G-V2X車路協(xié)同系統(tǒng)需要，連續(xù)覆蓋鋪設(shè)V2X路側(cè)終端，實(shí)現(xiàn)PC5全程V2X通信功能。

4.3高精度定位技術(shù)

通過(guò)構(gòu)建北斗地基增強(qiáng)“一張網(wǎng)”，在港口范圍內(nèi)，建成2～3個(gè)基準(zhǔn)站，每個(gè)站覆蓋20KM左右。高精度定位平臺(tái)解算差分定位數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)播發(fā)給內(nèi)集卡車輛，為內(nèi)集卡自動(dòng)駕駛提供實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)厘米級(jí)高精度定位服務(wù)。

4.4人工智能技術(shù)

通過(guò)計(jì)算機(jī)視頻識(shí)別算法，針對(duì)本項(xiàng)目構(gòu)建視頻人工智能分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控實(shí)時(shí)無(wú)人化分析，實(shí)現(xiàn)緩駛通車異常檢測(cè)、行人闖入檢測(cè)、公路路況檢測(cè)、在線路面語(yǔ)義學(xué)習(xí)等功能，提升碼頭區(qū)域道路通行效率和集裝箱運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

4.5邊緣計(jì)算技術(shù)

本項(xiàng)目采用5G網(wǎng)絡(luò)切片+MEC的方式，在本地建設(shè)邊緣計(jì)算 MEC節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)本地化存儲(chǔ)和處理，從而保障數(shù)據(jù)的安全性，提供低時(shí)延的應(yīng)用控制。

參考文獻(xiàn)

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[3]《智慧碼頭/高職高專“十三五”規(guī)劃教材》，閆高杰，沈陽(yáng)，譚劉元，南京大學(xué)出版社，2018-12-01