このシリーズでは、自動運転衛生車両、幹線物流、ターミナル物流、採掘トラック、港湾自動運転、自動シャトル車両、ロボタクシー、バスなどに力を与える 5G 車両インターネットのソリューション、商業的価値、および典型的な事例を紹介します。これまでに、衛生車の自動運転を実現する 5G Internet of Vehicles 、トランク ロジスティクスを実現する5G Internet of Vehicles 、ターミナル ロジスティクスを実現する5G Internet of Vehicles 、マイニング トラックを実現する 5G Internet of Vehicles について紹介しましたが、この記事では、自動運転を実現する 5G Internet of Vehicles を紹介します。次の記事、5G Internet of Vehicles が自動シャトルバスを強化します。
本文 | 呉東勝
全文は 6,000 語で、16 分で読むことができます。
（一）
港湾自動運転産業の概要
輸送のハブとして、港は国際貿易と地域開発の促進に重要な役割を果たしており、世界貿易の約 90% は海運業によって運ばれているため、港湾では運用効率が非常に重要です。2020 年には、中国の主要港は 145 億 5000 万トンの貨物スループットと 2 億 6430 万 TEU (Twenty-feet Equivalent Unit、TEU) のコンテナ スループットを達成する予定です。
2019 年 11 月には、運輸省を含む 9 つの部門が「世界クラスの港の建設に関する指導的意見」を発表し、インテリジェントな港湾システムの構築を提案しました。独立した革新と統合された革新を強化し、港湾機械およびその他の機器、自動化されたコンテナターミナルオペレーティングシステム、および遠隔操作制御技術の主要技術の研究開発、促進および適用を増やし、新世代の建設と変革を積極的に促進します。自動化されたターミナルと保管ヤード。5G、北斗、モノのインターネットなどの技術に基づく情報インフラストラクチャを構築し、港区での収集トラックの自動運転と特別なシナリオでの収集および流通チャネルの実証を促進し、港区間の連携を深めます。2025 年までに、一部の沿岸コンテナ ハブ港は、包括的な認識、ユビキタスな相互接続、および港と車両のコラボレーションを備えたインテリジェント システムを最初に形成します。2035 年までに、コンテナ ハブ港には基本的にインテリジェント システムが導入されます。
コンテナターミナルは、図1に示すように、ゲート・ヤード・ブリッジ・コンテナ・トラック・キー・ブリッジ・システムを採用し、ターミナル操作のための積み降ろし設備、ヤード巻き上げおよび水平ハンドリング設備と連携しています。港でのコンテナの積み下ろしプロセスには、通常、3 つの作業が含まれます[1]。
①岸壁クレーン設備を通過し、岸壁上で荷役を行います。
②埠頭表面と倉庫間を水平搬送設備で搬入します。
③ブリッジ設備を通過し、ヤードで積み降ろしを行います。
コンテナの水平輸送とは②のオペレーションリンクを指し、貨物は指定された経路に従ってドック表面とヤードの間を輸送されます。
図１ 港内コンテナの流通過程
港でのコンテナの水平輸送は、多くの課題に直面しています。
(1)採用の難しさ
港の気象環境は厳しく、運転手は24時間交代制で働く必要があり、労働集約度が高く、環境は厳しく、若者には魅力的ではありません. ドライバーの 51.5% が 35 歳以上であり、新しいドライバーが不足しています。
港湾輸送トラックの運転手は A2 運転免許証を保持している必要があり、A2 運転免許証を取得するには、少なくとも 6 年以上の運転経験 (C1 で 3 年、B1/B2 で 3 年) が必要です。A2の運転免許証を持っているトラック運転手は48.5%にとどまり、人手不足に陥っています。
(2) 高い管理コスト
100 万 TEU を超えるスループットを持つ私の国のコンテナ ターミナルでは、合計 6,000 ～ 8,000 台の内部収集トラックが配置され、約 15,000 ～ 20,000 人の内部収集トラック ドライバーが配置されています。現在、ネイジのトラックドライバーのコスト（賃金と社会保険を含む）は、年間平均約15万から20万元で、年々増加しています。さらに、現在の港湾輸送は主にディーゼルトラックを使用しており、エネルギーを大量に消費しており、人件費とエネルギー消費のコストが港の総コストの 65% 以上を占めています。
ポート自動化ソリューションには通常、次の 3 つの方法があります[2]。
(1)AGVプログラム
港での無人搬送車 (AGV) の適用では、一般に、磁気釘ナビゲーション技術が使用されます。これには、埠頭の建設に多くの磁気釘を事前に敷設する必要があります。しかし、磁気釘航行技術は金属に敏感であり、磁気釘の近くに金属が多すぎるとAGVの航行に大きな支障をきたすため、従来の鉄筋コンクリート構造物をターミナル全体の土木工事に使用できないことが求められています。 .
(2) 自動運転ストラドルキャリアソリューション
Autonomous Straddle Carrier (ASC) は、車両あたりのコストが高く、水平輸送と垂直輸送を統合したもので、5 層未満のスタックでのヤード用途に適しており、ヨーロッパ、アメリカ、オセアニアで広く使用されています。私の国のコンテナターミナルは、一般的に高密度の保管ヤードを備えており、スペースの利用効率を確保するためにコンテナが何層にも積み上げられています。私の国のコンテナ ヤードでは、タイヤ取り付け型およびレール取り付け型のコンテナ ガントリー クレーンが広く使用されています。
(3) 自動運転回収車ソリューション
他の港湾自動運転ソリューションと比較して、自動運転回収トラックのコストは低く、水平輸送用途に限定されており、あらゆるタイプのヤード用途に適しており、主にアジアの港で使用されています。
総合的に検討すると、自動運転収集トラックは、現場の改造の要件が少なく、車両 1 台あたりのコストが低く、柔軟で便利に使用できるため、新旧の港での水平輸送の自動化変換に最適なソリューションです。
港湾での自動運転技術の実装における技術的な困難は、特殊な運用環境、運用精度に対する高い要件、およびシーンの標準化の程度の低さにあります。
(1) 特殊な使用環境
自動運転回収車は、大雨、濃霧、台風などの異常気象下でも運行を継続する必要があり、自動運転の認知と意思決定に対する要求が高く、同時に高塩分・多湿の運行環境は、また、ハードウェア機器の消耗が加速し、交換コストが増加します。
(2) 高い操作精度の要求
港湾の金属コンテナと大規模なインフラ設備は、自動運転収集トラックの測位信号を妨害し、GPS ベースの RTK の高精度測位誤差を拡大します。自動運転トラックが中規模および大規模な機械的対話操作と連携する場合、それらは端末生産ビジネス プロセスに統合され、センチメートル レベルのアライメント精度要件を達成する必要があります。距離は 5 cm を超えてはなりません。
(3) シーン標準化度の低さ
港は低速制限のある半密閉環境ですが、コンテナの積み降ろしは柔軟で、コンテナの積み上げ形態や道路の軌道は頻繁に変化し、環境は非常に動的です。例えば、保管ヤードの面積が不足したり、仮置きコンテナの本数が増えたりした場合、港湾エリアの道路をコンテナの仮積みに利用することがあります。
（二）
5G 車両インターネットが港湾での自動運転を強化
5G+C-V2X は、港の自動運転収集トラックの認識と意思決定の共有、リモート コントロール、スマートな道路の認識と意思決定の共有、ビデオ監視と AI 認識に関連するデータ伝送要件を満たし、港の自動運転を支援します。共同作業を実現するためのスマートな車両管理システムとTOSシステム管理におけるトラック車両の収集[3]。
(1) 自動運転収集車の認識と意思決定の共有
5G+C-V2X は、地図の動的位置の共有と追跡、リアルタイムの経路計画の調整、内部および外部センサーのリアルタイムの情報収集、車両の内部および外部データのリアルタイムの計算と融合などを自動運転のために提供できます。収集車の運転。自動運転の収集トラックのデータ量は大きく、1 台の車両で 1 日あたり最大 40 TB です。
自動運転の回収車は、C-V2X直接通信により、位置、方向角、速度、加速度などの情報を真正面の車両とリアルタイムで交換することもできます。衝突の危険がある場合、前走車の情報をもとに自動運転回収車がタイムリーに判断することで衝突事故を回避し、自動運転の安全性を高めます。
(2) リモコン
また、自動運転回収車には遠隔操作機能も搭載されており、自動運転回収車が現場で故障した場合、オペレーターはカメラで周囲の状況を確認し、故障判定を行い、自動運転回収車を遠隔操作して故障箇所から退出させることができます。 .
さらに、レール クレーンとタイヤ クレーンは、コンテナ ターミナルで最も広く使用されている 2 つのガントリー クレーンです。レールクレーンはヤード内のレール上を移動するもので、タイヤクレーンにはタイヤが装着されており、柔軟で移動作業に使用できます。現在、既存ターミナルではタイヤクレーンが、新設ターミナルではレールクレーンが主に使用されており、既存ターミナルではタイヤクレーンの割合が高い。ガントリー クレーンの高さは約 30 メートルで、運転台はガントリー クレーンの上部にあります。ドライバーの労働条件は困難であり、現場での操作は疲労や潜在的な安全上の危険が生じやすいものです。24 時間稼働を確保するために、ガントリー クレーンには 3 人の運転手がローテーションで配置されており、通常、埠頭には数百人のガントリー クレーンの運転手が必要であり、運転手の需要は非常に高くなっています。ガントリー クレーンは、5G の大帯域幅で低遅延のネットワークを介してリモートで制御されるため、人件費を大幅に削減できます。
積み降ろし作業エリアの主な業務単位はブリッジ クレーンです.ブリッジ クレーンの高さは 60 ～ 70 メートルで、電気室の高さは 50 メートルです.作業でネットワーク カバレッジを実現するには、無線ネットワークが必要です.エリア。リモート コントロール シナリオでは、1 台のブリッジ クレーンの同時リターン カメラの数と、その結果のアップリンク帯域幅の要件は、ガントリー クレーンの数倍になります。同時に、ブリッジクレーンの配備は比較的密集しており、通常、1キロメートルの港の海岸線に8〜12台のブリッジクレーンが配備されます。さらに、ブリッジ クレーンの垂直方向および水平方向の移動速度はタイヤ クレーンの速度よりも高いため、リモート コントロールには時間遅延の要件が高くなります。
(3) インテリジェントな道路認識と意思決定の共有
5G+C-V2X は、スマート ロード向けに、リアルタイムの地図測位更新、リアルタイムのルート計画調整、リアルタイムの道路情報の収集、リアルタイムの道路データの計算と共有などを提供できます。
路側機は、道路の障害物（一時的なコンテナなど）、道路状況（水、凍結など）およびその他の道路状況のセンサーによる認識情報を、5G ネットワークを介してリアルタイムでクラウド プラットフォームにアップロードし、クラウド プラットフォームがインテリジェントな分析を行い、影響を受ける可能性のある自動運転の収集トラックに道路イベント情報をリアルタイムで送信するか、路側に配置されたエッジ コンピューティング デバイスを介してローカルで認識情報を分析し、RSU が道路情報を送信します。影響を受ける可能性のある自動運転の回収トラックに連絡し、事故を回避します。
(4) 映像監視とAI認識
港湾ではビデオ監視が非常に一般的であり、港湾エリアの多くのエリアでは光ファイバーを展開できません.一時的な展開シナリオとモバイルシナリオでは、光ファイバーを補完するワイヤレスバックホールには、柔軟な展開、便利な調整、および低コストという利点があります料金。具体的には、クレーンカメラによるコンテナコードIDのAI認識、自動集計、ドライバーの表情や運転状況のインテリジェント解析、疲労や眠気などの異常現象の早期警報、ナンバープレート認識、顔認識、貨物認識管理;ドローンとロボットを使用して、迅速かつインテリジェントに検査します。
(5) ポート TOS システムへの統合
コンテナターミナルの自動化は体系的なプロジェクトであり、ターミナルオペレーティングシステム（Terminal Operating System、TOS）が指示を出した後、機器制御システム（Equipment Control System、ECS）に依存して実行する必要があります。TOS システムは、船舶計画、コンテナ在庫管理、作業指示書の作成、ゲート操作など、ターミナルの最高レベルの論理制御を担当します。TOS は、最高レベルのタスクを解放し、ECS に港湾オペレーションの開始点と終了点を通知し、その後、ゲート、岸壁クレーン、保管ヤードなどの機械設備の操作ルートと対応するアクションが駆動および実行されます。 ECSの支配下にある。
車両運転の意思決定計画は、グローバル計画とローカル計画に分けられます。グローバル計画とは、車両の開始/終了位置の計画と特定のルート計画を指し、ローカル計画とは、道路走行中に車両が特定の車線を選択する方法を指します。このうち、グローバルプランの開始/終了位置は、運用ロジックに従ってTOSシステムによって自動生成されます。
自動運転収集トラックは、フリート管理システムを介して港のTOSシステムに統合され、港とドッキングして、バックグラウンドでの統一された配車、ルート計画、車両の遠隔監視、インテリジェント管理などの機能を実現します。
（三つ）
インターネットの港における自動運転の商業的価値
港湾自動運転トラック業界チェーンの上流には、センシング機器（カメラ、ミリ波レーダー、ライダーなど）、コンピューティング プラットフォーム、高精度マップと測位、ワイヤー制御シャーシなどの主要コンポーネントのサプライヤーが含まれます。
港湾自動運転トラック産業チェーンの中間層は、ソリューション プロバイダーと OEM/機械設備メーカーです。
港湾自動運転トラック産業チェーンの下流は港湾企業です。
自動運転のビジネスモデルは大きく分けて2つあります。
1 つ目はアセットライト モデルです。自動運転技術企業やOEM/機械設備メーカーは、大規模な大量生産のプリインストールされた自動運転トラックを港湾会社に提供したり、インストール後の融合変換を実行したりします。また、港湾における自動運転の総合ソリューションは、自動運転収集車に加えてTOSシステムと統合する必要があるため、自動運転技術会社は港湾企業にさまざまな技術サービスも提供する予定です。写真2に示すように。
図 2 港湾自動運転トラックのアセットライト モード
2 つ目はアセット ヘビー モデルです。自動運転技術企業は、カスタマイズされた自動運転トラックを OEM/機械機器メーカーから購入し、自動運転技術企業によって自作または合弁の自動運転エンジニアリング請負業者が設立され、最終顧客にコンテナの水平輸送サービスを提供します。この「代行運用」を商品化した新モデルは、実際に容器の容量に応じて課金されるため、初期段階で最終顧客の購入資金を大幅に削減できます。図 3 に示すように。
図 3 港湾自動運転トラックの重資産モデル
内部収集カードの速度要件は高くないため、通常、ミリ波レーダーとカメラに基づく認識システムと組み合わせて、16 ラインのレーザー レーダーが装備されています。自動運転の収集トラックのコストは約 120 万元です。典型的な内部収集トラックは、「3シフト」の4人のドライバーを装備する必要があり、各ドライバーの年収は15万元で、総人件費は1台あたり60万元です。自動運転技術の採用後、約1年でコストを回収でき、同時に有人運転の安全上の問題をある程度解消することができます。表 1 に示すとおりです。
表 1 自動運転トラックが港湾でもたらす利益の変化
伝統港コレクションカード |
港内自動運転徴収カード |
コスト比較 |
|
購入費用/ 10,000元 |
50 |
120 |
|
人件費/ (万元/年) |
60 |
0 |
|
1年使用後の購入費・人件費/ 10,000元 |
110 |
120 |
-10 |
2年使用後の購入費・人件費/ 10,000元 |
170 |
120 |
+50 |
3年使用後の購入費・人件費/ 10,000元 |
230 |
120 |
+110 |
5G+C-V2X は、インテリジェントな路側技術によって感知されたリアルタイムの道路情報を港の自動運転収集トラックと共有するため、車両は視線を超えて認識し、事前に危険を予測し、経路計画を変更することができます。単一車両センサーの数を減らします。
安全性を向上させ、車両認識の盲点を補い、認識の範囲と距離を拡大し、港内のさまざまな障害物、特にコンテナのランダムな障害物の影響を効果的に回避します。単一の車両と単一の車両のコンピューティング能力の要件を満たし、効果的に自転車のコストを節約します: 事前に道路状況を把握し、ルートを計画し、事故を減らし、自転車の作業効率を効果的に向上させます。
（四）
ネットワーク化された港湾における自動運転の典型例
ケース1：Xijing Technologyのフルタイム無人電気トラックQ-Truck
Q-Truck は人間のキャブを完全に廃止し、バッテリーと冷却システムを車の前部に設置して、港湾オペレーションなどの複雑な作業条件からコア ハードウェア システムを保護します。この車両には、双眼人工知能カメラ、レーザーレーダー、ミリ波レーダーなどの産業グレードのセンサーが装備されており、フルスタックシステムの完全なセットと連携して、超高精度の測位および識別機能を出力します。 Q-Truck は誘導のために磁気釘を地下に敷設する必要がなく、200 キロメートルのバッテリー寿命と 80 トンの積載量を保証できます。車両の方向転換やバイパス、安全な追い越しなどのインテリジェントな操作を正常に完了し、港湾シーンの深い結合を実現します.たとえば、岸壁橋とヤード橋の下で、スプレッダーロックとコンテナロック穴の間のアライメントエラー3 cm を超えず、精度は 100% に近いです。
港湾エリアでは、C-V2X グローバル認識車両道路調整システムは、無人モバイル端末の迅速なクラウド アクセス機能を実現し、端末の無人シーンにおける Q-Truck のモバイル ネットワークの安定性の問題を解決し、端末の内部実現 純粋なリモート自動運転、車車間、車車間コントロール センター ネットワークの安定した相互接続。
Xijing Technology が独自に開発したフリート管理システム FMS (Fleet Management System) は、港湾シーンでフリートを効果的に管理し、1 対 1 のタスク マッチングを実行し、車両の空き運転率を減らし、リアルタイムの位置を監視し、車両を制御することができます。・商品の状態。
フリートシステムは、複数の無人トラックを同時に管理でき、無人車両と有人車両の混在運用も実現します。異常な交通状況や悪天候が発生した場合、Q-Truck リモート コントロール システムは、手動での引き継ぎを実現し、現場の通信システムを介して緊急駐車などの車両をリモート コントロールすることもできます。
さまざまなアプリケーション シナリオのために、Xijing Technology は Q-simulation シーン ラピッド シミュレーション システムも開発し、シミュレーション プラットフォームを迅速に構築してユーザーの使用状況をシミュレートし、これを使用してユーザーのシーンを設計しました [4 ]。
ケース 2: メインライン科学技術港の無人トラック
従来の埠頭の改修とアップグレード、および新しいスマートコンテナ埠頭のさまざまな市場の要求に直面して、Mainline Technology は 2 つのポート無人収集トラックを連続して発売しました。従来の形状に設計された電動ピックアップトラックは、マンマシンコドライビングを実現し、港湾での完全無人運転機能に加え、現段階での「マルチシーンでの使用」というお客様のニーズにも応えます。もう 1 つは ART 人工知能輸送ロボットで、新しいインテリジェント コンテナ ターミナル向けに特別に開発および設計された新世代の無人電気トラックです。見た目からコクピットのデザインを完全になくし、軽量化・低背化・幅狭化を実現 両方向への走行が可能 完全無人走行と5G遠隔走行機能を両立し、水平な海岸線の地面でのロック解除に完全に適応します。
Mainline Technology は 2020 年 1 月、天津港で初めて 25 台の無人電気トラックの商用配送と編隊作業を実現しました。25 台の無人電気トラックが天津港自動運転実証区で 130 回の実船運用を完了し、運用効率は改善を続け、1 時間あたり 33 個の自然コンテナに達し、1 個のコンテナのエネルギー消費量は 20% 減少し、包括的な運用コストが 10% % 減少しました。
2021 年 10 月、Mainline Technology は、天津港が伝統的なコンテナ ターミナルの世界初の全プロセス自動化アップグレード プロジェクトの本格的な運用を正式に完了するのを支援し、6 台の無人電気トラックを北京港のセクション C のインテリジェント コンテナ ターミナルに引き渡しました。エリア 60のARTを備えた世界初のスマート・ゼロカーボン・ターミナルが稼働しました。
ARTは、Mainline Technologyが開発したL4レベルの自動運転システム「Trunk Master」を搭載しており、港湾での実際の複雑な運用シナリオにおいて、高精度・完全無人・全天候型・安全・安定なコンテナ自律水平輸送運用を実現し、ポート全体のパフォーマンスを効果的に向上させ、運用効率を向上させます。同時に、ART は、自動充電やインテリジェント アルゴリズムの省電力などの機能を実現し、エネルギー消費を削減し、運用コストを削減し、真に「ゼロ カーボン」エミッションを達成できる新しいエネルギー パワーを採用しています [5 ]。
参考文献
[1] Chentao Capital. Autonomous Driving Empowers Smart Ports [N]. 2020,10.
[2] Yiou Think Tank. 中国の高度な自動運転ポート アプリケーション [R]. 2020,10.
[3] Huawei、Shanghai Zhenhua Heavy Industry、China Mobile、Vodafone. 5G Smart Port White Paper [R]. 2019
[4] Yiou. 実際の無人トラックによる港湾デジタル インテリジェンス変換の商業的価値の定義 [N]. 2021 年 7 月。
[5] Mainline Technology. 商用配送が 100 を突破、Mainline Technology は世界最大の自動運転トラックを上陸 [N]. 2021,11.
- 終わり -
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5G Internet of Vehicles Empowering Autonomous Driving シリーズ 4: 自動運転を強化する 5G Internet of Vehicles の探索
▎良書のおすすめ
01
2020 年に「5G and Internet of Vehicles Technology」、2021 年に「From Cloud to Edge: Edge Computing Industry Chain and Industry Applications」を発表した後、5G Internet of Vehicles の産業化が加速する中、2022 年には Dr. Wu Dongsheng 「5G 業界アプリケーション」をリードする著者チームは、もう 1 つの傑作、「自動車のインターネットの未来: 5G の自動車のインターネットの革新的なビジネス モデル」を発表しました。Chemical Industry Press から発行されたこの本は、5G Internet of Vehicles のビジネス モデルに焦点を当て、Internet of Vehicles の将来の持続可能な発展について考察しています。
呉東勝博士 編集長
ウー・ドンシェン博士、東南大学。彼は現在、Gosuncn Technology Group Co., Ltd. の上級副社長、Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area Autonomous Driving Industry Alliance の副会長、Guangzhou Vehicle-Road Collaborative Industry Innovation Alliance のディレクターを務めています。広州インテリジェントネットワーク車両デモンストレーションゾーンのオペレーションセンターのディレクター。5G、インテリジェントネットワーク接続、自動運転、ビッグデータ、人工知能などの技術の研究とアプリケーションの革新に取り組んでいます。省および市の定期刊行物に数十の論文を発表し、「5G and Internet of Vehicles Technology」などの書籍を編集し、「Guangzhou Intelligent Networked Vehicle and Smart Transportation Industry Development Report (2020)」の編集に参加しました。
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02
People's Posts and Telecommunications Press から発行されたこの本は、5G に焦点を当て、ポイント ツー プレーンの観点からエッジ コンピューティングを解釈します。5G 時代のエッジ コンピューティングの内包とコア技術の紹介に基づいて、エッジ コンピューティング産業チェーンの状況とエッジ コンピューティングの 7 つの典型的な産業のアプリケーションの分析と紹介に焦点を当てています。産業チェーンは、上流、中流、下流をカバーしています。典型的な業界アプリケーションには、運輸業界 (自動運転、インテリジェント ネットワーク接続、インテリジェント トランスポーテーション、スマート ロード)、セキュリティ業界、クラウド ゲーム業界、産業用インターネット、エネルギー インターネット、スマート シティ、スマート ホームなどがあります。
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03
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