港口自動化碼頭無人內(nèi)集卡5G車路協(xié)同建設項目初探

盧亮喜

摘?要：智慧港口、自動化碼頭是移動通信產(chǎn)業(yè)在5G時代與交通運輸產(chǎn)業(yè)深度融合的一個典型場景。把5G、車路協(xié)同、北斗高精度定位技術作為一個新的使能元素帶入到智慧港口的建設中來，能極大的解決碼頭存在的用工難、成本高、作業(yè)效率低等問題。

關鍵詞：5G;北斗高精度定位;車路協(xié)同;自動化碼頭;無人集卡;邊緣計算

1.概述

2019年是中國5G元年，5G開始真正走進人們的生活。5G網(wǎng)絡的主要優(yōu)勢在于，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達10Gbit/s，比先前的4G LTE蜂窩網(wǎng)絡快100倍。另一個優(yōu)點是較低的網(wǎng)絡延遲（更快的響應時間），低于1毫秒，使對實時性要求比較高的應用如游戲，視頻，自動駕駛成為可能。

2019年12月初交通運輸部印發(fā)了《關于開展交通強國建設試點工作的通知》以加快建設交通強國，擬通過1～2年時間，取得試點任務的階段性成果，用3～5年時間取得相對完善的系統(tǒng)性成果，形成一批可復制、可推廣的先進經(jīng)驗和典型成果。

《交通強國建設試點工作》中專門指出，開展智慧港航方向的試點，包括港機設備遠控、港口無人集卡、港口智能安防等應用試點建設，形成以港口網(wǎng)絡定制服務、業(yè)務應用服務和維護應急服務為體系的商業(yè)模式。

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

本項目嘗試，通過智能網(wǎng)聯(lián)車載設備、智能網(wǎng)聯(lián)路側設備、路側感知網(wǎng)絡及V2X平臺的部署，實現(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）的識別，通過向自動駕駛內(nèi)集卡推送路側感知信息，輔助內(nèi)集卡實現(xiàn)行人闖入檢測、前向碰撞檢測、拋灑物檢測、變道側方來車輔助感知、路側超距透視等基于車路協(xié)同的自動駕駛應用，支撐港口內(nèi)集卡無人駕駛系統(tǒng)。

2.項目建設內(nèi)容

本項目擬建設兩大子系統(tǒng)：

2.1人車機路協(xié)同子系統(tǒng)

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

云平臺：針對不同場景下輔助駕駛應用及自動駕駛應用;集成融合計算、數(shù)據(jù)存儲、消息轉(zhuǎn)發(fā)、安全管理、三方集成等能力;平臺與外部交通管理平臺等對接，實現(xiàn)信息的開放與共享。

管/邊：5G Uu空口滿足V2X應用低時延、高可靠、大帶寬、高速移動等需求;引入直連通信接口PC5，支持V2I與V2V業(yè)務;部署5G 網(wǎng)絡，加強對高帶寬、低時延的V2N業(yè)務支持;部署匯聚環(huán)/邊緣節(jié)點MEC，計算本地化，進一步降低時延。

端：部署RSU及路側感知網(wǎng)絡，分享道路實時信息;部署OBU車載單元，將車輛信息上報至V2X平臺，同時對車輛進行協(xié)同控制。

2.2北斗高精度定位子系統(tǒng)

通過建立永久性GNSS（Global Navigation Satellite System，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）觀測基準站，實時接收衛(wèi)星系統(tǒng)觀測數(shù)據(jù)并傳輸至解算平臺，由解算平臺將基準站定位結果與預存儲的精確坐標比較形成差分改正數(shù)，并將其播發(fā)給相應終端以供其糾正定位結果，終端由此獲得高精度定位結果。

3.遇到的技術問題及解決方案

在港口碼頭的特殊區(qū)域，遇到了如下三個技術難題，并提供了對應的技術解決方案：

3.1GNSS信號遮擋問題

無GNSS信號時，如何獲取高精度定位結果。碼頭岸橋吊下，內(nèi)集卡車輛因為岸橋吊的遮擋，接收不到GNSS信號，無法依賴RTK定位。

本項目利用路側輔助設備，如激光雷達、高清攝像頭，結合碼頭區(qū)域的高精度地圖數(shù)據(jù)，利用邊緣計算和多元異構融合技術，達到厘米級定位精度的效果。

3.2單車自動駕駛視線遮擋問題

碼頭集裝箱區(qū)堆場，因為通行道路、作業(yè)道路較窄（一般寬3米左右），道路兩側的箱區(qū)較高，在道路交叉口內(nèi)集卡受限于視線遮擋，無法實現(xiàn)自動駕駛。

本項目通過路側攝像頭拍攝的車輛實時畫面截取單楨圖像、激光雷達掃描的車輛實時點云數(shù)據(jù)，通過5G大帶寬、低時延的網(wǎng)絡，把數(shù)據(jù)傳輸至邊緣云/超邊緣云，根據(jù)多源數(shù)據(jù)進行融合計算，得出車輛位置，通過5G網(wǎng)絡將車輛位置消息推送給車輛，實現(xiàn)路側傳感器協(xié)同車輛定位功能。

4.應用的技術手段及技術原理

4.15G技術

依托5G技術低時延、大帶寬、高可靠性的特點，為內(nèi)集卡車無人駕駛的信息傳輸提供可靠的傳輸通道，助力自動化碼頭創(chuàng)新應用落地。針對本項目，構建設專用的 5G NR 基站，為用戶提供邏輯獨立的5G網(wǎng)絡，提供差異化的服務。

4.2車路協(xié)同技術

依托V2X技術，構建路側感知系統(tǒng)及車路協(xié)同云平臺，實現(xiàn)“人-車-機-路-云”全面布局，為高內(nèi)集卡車輛提供交通安全、效率、服務類應用。針對本項目5G-V2X車路協(xié)同系統(tǒng)需要，連續(xù)覆蓋鋪設V2X路側終端，實現(xiàn)PC5全程V2X通信功能。

4.3高精度定位技術

通過構建北斗地基增強“一張網(wǎng)”，在港口范圍內(nèi)，建成2～3個基準站，每個站覆蓋20KM左右。高精度定位平臺解算差分定位數(shù)據(jù)，實時播發(fā)給內(nèi)集卡車輛，為內(nèi)集卡自動駕駛提供實時動態(tài)厘米級高精度定位服務。

4.4人工智能技術

通過計算機視頻識別算法，針對本項目構建視頻人工智能分析系統(tǒng)，實現(xiàn)監(jiān)控實時無人化分析，實現(xiàn)緩駛通車異常檢測、行人闖入檢測、公路路況檢測、在線路面語義學習等功能，提升碼頭區(qū)域道路通行效率和集裝箱運轉(zhuǎn)效率。

4.5邊緣計算技術

本項目采用5G網(wǎng)絡切片+MEC的方式，在本地建設邊緣計算 MEC節(jié)點，實現(xiàn)車路協(xié)同業(yè)務數(shù)據(jù)本地化存儲和處理，從而保障數(shù)據(jù)的安全性，提供低時延的應用控制。

參考文獻

[1]《交通強國建設綱要》，2019年9月19日，國務院印發(fā);

[2]《基于車路協(xié)同的智能交通系統(tǒng)體系框架》，張毅、姚丹亞著，電子工業(yè)出版社，2015-05

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