Поднятые вами вопросы высокоточной позиционирования и предотвращения столкновений в портах/контейнерных площадках являются ключевыми технологическими задачами в современном строительстве «умных» портов. В условиях открытой местности, больших площадей и интенсивного движения транспортных средств высокоточные технологии позиционирования, такие как UWB (сверхширокополосная связь) и RTK (кинематика в реальном времени), являются важнейшими элементами для обеспечения соблюдения скоростных ограничений на территории, установки электронных ограждений и предупреждений о столкновении.

Я подробно проанализирую, как эти две технологии взаимодействуют друг с другом, и разработаю комплексное решение для позиционирования и предотвращения столкновений.

Основные технологии: совместное применение UWB и RTK.
На контейнерных площадках в портах одной технологии позиционирования часто недостаточно для удовлетворения всех требований к точности и охвату, поэтому технологии UWB и RTK должны дополнять друг друга.
1. RTK-GNSS (Глобальная навигационная спутниковая система с кинематическим моделированием в реальном времени)
Технология RTK основана на использовании спутниковых сигналов, таких как GPS/Beidou, в сочетании с наземными базовыми станциями (опорными станциями) для дифференциальной коррекции в реальном времени, обеспечивая абсолютные координаты с точностью до метра и сантиметра.
Принцип работы: базовые станции GNSS устанавливаются на контейнерной площадке или в портовой зоне. Приемники GNSS (мобильные станции) устанавливаются на рабочих транспортных средствах (таких как контейнеровозы, ричстакеры). Базовая станция передает данные дифференциальной коррекции на мобильную станцию, которая затем в режиме реального времени вычисляет высокоточные абсолютные координаты WGS-84.
Применимые сценарии:
Обширное покрытие территории: Подходит для размещения на большой площади всей открытой контейнерной площадки и дока.
Абсолютные координаты: Предоставляет транспортным средствам точные координаты в земной системе координат, что является основой для электронных ограждений и разделения территорий.
Ограничения: Спутниковые сигналы легко блокируются штабелированными контейнерами (высотными контейнерными площадками), что приводит к снижению точности или потере сигнала в локальных районах.
2. UWB (сверхширокополосное позиционирование)
UWB — это технология беспроводной связи ближнего радиуса действия, обеспечивающая высокоточное позиционирование за счет измерения времени передачи сигнала (ToF), и отлично зарекомендовавшая себя в условиях препятствий или в помещениях.

Принцип: В зоне контейнерной площадки развертываются базовые станции UWB (якоря), а на транспортных средствах устанавливаются метки UWB. Метки измеряют расстояния до нескольких базовых станций, а для расчета положения метки в системе координат UWB с точностью до сантиметра используется алгоритм триангуляции.

Применимые сценарии:
Локальная высокая точность: Подходит для зон с плохим сигналом GNSS, таких как площадки со штабелями контейнеров и под погрузочными мостами, в качестве дополнения к RTK. Предотвращение столкновений на ближних дистанциях: высокая точность измерения расстояния и быстрая реакция UWB делают его идеальным выбором для предотвращения столкновений на ближних дистанциях между транспортными средствами, а также между транспортными средствами и препятствиями.

Ограничения: Зона покрытия ограничена количеством и плотностью базовых станций, поэтому требуется преобразование координат с использованием ГИС-карты порта.

Схемы реализации для трех основных функций приложения

Используя приведенные выше данные о местоположении, можно реализовать три ключевые функции управления безопасностью портовых операций:

1. Ограничение скорости в пределах зоны действия правил дорожного движения.
Механизм реализации:
Зональное деление: На ГИС-карте порта различные электронные зоны разделены в соответствии с требованиями безопасности (например, основные дороги, зоны складирования контейнеров, зоны технического обслуживания, офисные помещения).
Установка предельной скорости: для каждой зоны устанавливается конкретная максимальная безопасная скорость (например, 40 км/ч для основных дорог, 15 км/ч для зон складирования контейнеров).
Сравнение и контроль в режиме реального времени: Бортовой модуль автомобиля (OBU) обеспечивает высокоточное позиционирование по технологии RTK/UWB в режиме реального времени. Система сравнивает положение автомобиля с заданными электронными зонами и пороговыми значениями скорости.

Принудительное вмешательство: Как только транспортное средство въезжает в зону с ограничением скорости и его скорость в реальном времени превышает установленный предел, бортовое устройство немедленно отправляет команду контроллеру транспортного средства для срабатывания звуковой и визуальной сигнализации или принудительного замедления/превышения ограничения скорости.

2. Геозонирование
Геозонирование используется для определения зоны действия и зон ограниченного доступа для транспортных средств (например, края доков, зоны с опасными химическими веществами, въезды в зоны технического обслуживания).
Механизм реализации:
Определение забора: На карте ГИС полигоны или круглые ограниченные области определяются с использованием высокоточных RTK-координат.
Мониторинг вторжений: Бортовое устройство транспортного средства (OBU) непрерывно отслеживает его местоположение по протоколам RTK/UWB.
Предупреждение/Торможение:
Когда транспортное средство приближается к ограждению (например, на расстояние менее 5 метров), срабатывает предупреждение первого уровня.

Когда транспортное средство въезжает за ограждение, срабатывает сигнализация второго уровня повышенной опасности, которая может быть объединена с системой управления транспортным средством для дистанционной или принудительной остановки.

3. Система предупреждения о столкновении
Предотвращение столкновений является наиболее важным аспектом управления безопасностью в порту, требующим предотвращения как столкновений транспортных средств, так и с препятствиями.
Механизм реализации:
Система предотвращения столкновений на больших расстояниях (на основе RTK):
Все работающие транспортные средства используют одни и те же абсолютные RTK-координаты.
Центральная система или бортовое бортовое устройство (OBU) в режиме реального времени вычисляет евклидово расстояние между двумя транспортными средствами. Когда расстояние оказывается меньше безопасного порога (например, 30 метров), срабатывает предупреждение.
Система предотвращения столкновений на ближней дистанции (на основе UWB):
Устройства UWB устанавливаются на транспортных средствах и критически важных стационарных препятствиях (таких как колонны козловых кранов и углы площадки).
Технология высокоточной разметки UWB обеспечивает быстрое и точное определение расстояния в пределах нескольких метров.
Когда расстояние между двумя транспортными средствами или между транспортным средством и объектом становится меньше безопасного тормозного пути (с учетом скорости и нагрузки), система немедленно включает сигнал тревоги и выполняет экстренное торможение.

Объединение данных с различных датчиков: В качестве дополнительного датчика используется миллиметровый радар или лидар. Эти датчики предоставляют информацию о препятствиях в поле зрения, особенно когда сигналы UWB/RTK подвергаются помехам или когда необходимо идентифицировать препятствия без меток UWB, обеспечивая окончательное подтверждение.

Архитектура системы и проблемы

Архитектура системы

Компоненты	Функция	Технические требования
Слой высокоточного позиционирования	Обеспечивает позиционирование транспортных средств в режиме реального времени с точностью до сантиметра.	(Базовая станция RTK, UWB Anchor, встроенный GNSS-приемник/UWB Tag)
Бортовой блок (ББ)	Собирает данные о местоположении, скорости и состоянии; принимает команды; выполняет функции управления.	Оснащен высокопроизводительным чипом, интерфейсом для объединения данных с нескольких датчиков и возможностью связи по шине CAN.
Коммуникационная сеть	Передает дифференциальные данные, данные о местоположении и команды управления.	Покрытие 5G/LTE-V или Wi-Fi; низкая задержка имеет решающее значение.
Централизованная платформа управления	ГИС-карта, настройка политики ограничения зон/геозон/скорости, анализ данных, унифицированное планирование.	Мощные возможности обработки географической информации и вычислений данных в реальном времени.

Основные проблемы:
Многолучевые эффекты и препятствия: Металлические конструкции контейнеров на территории склада существенно влияют на точность и стабильность сигналов GNSS и UWB, что требует применения алгоритмов объединения данных от нескольких датчиков для сглаживания и коррекции данных.
Унификация системы координат: Обеспечение точного и бесперебойного преобразования между абсолютной системой координат RTK (WGS-84), локальной системой координат UWB и системой координат ГИС/TOS порта.
Задержка системы: Для обеспечения работы системы предотвращения столкновений в реальном времени необходимо контролировать задержку связи на всем протяжении канала связи, от определения местоположения до выдачи команды принудительного торможения, с точностью до миллисекунды.

Дальнейшие шаги/рекомендации:
Для дальнейшей оптимизации безопасности и эффективности работы портовой верфи вы можете рассмотреть возможность тестирования и внедрения алгоритмов объединения данных RTK-UWB. Хотите узнать больше о конкретных алгоритмах объединения данных от нескольких датчиков (таких как UWB+RTK+IMU) или стандартных настройках безопасного расстояния для систем предотвращения столкновений в порту?