本站小編為你精心準備了控制策略的碼頭智能交通管理系統設計參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要:以天津港新建自動化集裝箱碼頭為例，針對港區交通擁堵、作業效率低等問題，結合RFID、雷達探測、自動化裝卸等技術，梳理自動化集裝箱碼頭堆場布局和內部交通管控流程。從車輛信息采集、狀態監控、智能閘口平面布局和內外集卡行駛管控策略等方面展開研究，設計高效的自動化集裝箱碼頭智能交通管理系統，有效解決碼頭交通擁堵問題，提高集卡資源綜合利用率，保證港區有序的作業秩序。

關鍵詞:自動化集裝箱碼頭;智能管理;信息技術;管控策略

1引言

近年來，各傳統集裝箱碼頭積極向自動化、智能化轉型，國際貿易不斷增多，港口集裝箱吞吐量迎來大幅增長，如何有效管控港區道路交通流，提升港口集裝箱作業效率得到國內外學者的廣泛關注［1］。劉耀徽等針對自動化集裝箱碼頭中水平運輸系統最優行駛路徑的問題，從碼頭布局、任務劃分、車道選擇及路徑優化等多方面進行探究，提出一套自動導引車(AGV)運行路徑規劃系統方案［2］;潘迎新等在考慮集裝箱裝卸作業的基礎上，就AGV調度問題建立最小化岸橋完工時間的混合整數規劃模型，設計離散差分進化算法近似求解，結果表明，所提方法可為自動化集裝箱碼頭多AGV調度提供參考［3］;梁承姬等為解決自動化碼頭水平運輸區域擁堵問題，采用多學科變量耦合優化設計方法對AGV調度與配置問題進行研究，通過構建協調調度耦合模型，應用遺傳算法進行求解，取得了良好的實驗結果［4］;韓冬冬等針對全自動化集裝箱碼頭管控系統設計方案展開研究，圍繞生產管理、設備控制、自動化集裝箱閘口等方面進行闡述，結果表明，該設計方案可提高自動化碼頭管控效率［5］。上述文獻多針對港區水平運輸調度進行研究，而對港區內外集卡行駛管控策略研究較少。結合該自動化集裝箱碼頭堆場布置特點，開發車路協同、堆場智能道閘及內外集卡管控等智能作業系統，提出基于多優先級控制策略的碼頭智能交通管理系統架構，開發車輛追蹤識別、信息自動采集、集卡行駛管控等集裝箱碼頭智能作業的關鍵技術，實現信息技術、智能技術與港口作業的深度融合與集成，為緩解碼頭交通擁堵、提升碼頭運行效率提供決策支撐。

2自動化碼頭智能交通管理系統設計

2．1應用背景

為提升自動化區域內作業效率，本工程采用堆場平行于碼頭前沿岸線布置形式，從距碼頭前沿線121m處開始，按集裝箱箱型組成比例布置碼頭堆場，選用雙懸臂軌道橋(ARMG)平行于碼頭岸線的邊裝卸作業方式，提高整個碼頭裝卸工藝系統的智能化程度及作業效率。在碼頭堆場內部交通中，ART(ArtificialIntelli-genceRobotofTransportation，人工智能運輸機器人)及集疏運司機駕駛外集卡分道隔離運行(見圖1)。縱向主干道分道通過物理隔離實現，外集卡從進閘口→堆場提送箱作業形成外圈順時針環路，ART從碼頭裝卸船→堆場裝卸箱形成內圈逆時針環路;橫向裝卸車道分道亦通過物理隔離實現。為減少ART及外集卡橫縱向車道交叉點，設計堆場內相鄰2臺ARMG布置同類型集卡車道，形式為“1+2+1”，9條堆場按照ART-外集卡交替布置。

2．2系統架構

智能交通管理系統包括車路協同控制單元、堆場智能道閘系統和內外集卡管控系統等交通控制系統及裝置，通過各系統之間相互配合，實現數據交換、數據存儲和顯示等，管控內外集卡的通行次序(見圖2)。在路側感知模塊及其他多類型感知器件的支持下，智能交通管理系統實時檢測并分析集卡車輛的行駛狀態，經由內外集卡管控系統分析調度，確定集卡車輛的最優通行順序，提高港內車輛通行效率，保證車輛通行安全。

3車路協同系統

3．1系統組成

車路協同控制單元包含路側感知模塊、邊緣計算單元、中央處理模塊等(見圖3)。路側感知模塊監控外集卡，由單目攝像機、雷達設備和智能處理單元組成。其中，單目攝像機安裝在內外集卡交叉路口處，主要進行集卡位置檢測和運動信息跟蹤;雷達設備與攝像機視頻信息形成互補，共同監測路口車輛信息與運動狀態；智能處理單元部署于傳感器下方電器柜中，利用深度神經網絡車輛識別模型對車輛進行識別和跟蹤。同時，將攝像機和雷達設備使用固件固定為一組感知模塊，安裝于堆場的燈柱上，每組完成2個車道的監控。邊緣計算單元根據攝像頭和雷達獲得的數據，動態感知車輛的實時狀態，監測在內外集卡交叉路口處外集卡實時等待的數量與時間。智能交通系統中控端將邊緣計算單元的感知結果發送到內外集卡管控系統，內外集卡管控系統根據輸入數據統計各路段及路口的外集卡流量分布和排隊數量，實時決策內外集卡當前的優先級和集卡放行次序。同時，中央處理模塊為內外集卡管控系統控制外集卡車道上的紅綠燈、擋桿提供依據，為調控內集卡經過交叉路口時的速度提供參考，減少停車和擁堵。

3．2系統功能

(1)視頻監視功能。將監控系統和智能處理單元布置在多道路與作業區域，實現對其他工程車輛、作業工人、港口設備等的全方位監視，自動提取環境和物體特征并進行處理，及時發現異常。中控端加入港口全息監控功能，實現對各區域的異常事故、安全隱患的全方位監視和預警。(2)信息接收與發布功能。通過光纖連接路口監控系統和智能處理單元，獲取全時空港口道路信息、交通信息、運動目標信息、異常事件信息等，同時利用港口設備和內集卡上的V2X設備，發布網口設備位置、工作狀態，以及集卡狀態、傳感數據等內容。為中控平臺提供內集卡位置及作業進程信息、岸橋/軌道橋排隊車輛信息，提供安全、高效的信息應用服務，保障作業運輸過程的穩定。(3)行駛管控功能。基于全局管控模型生成路口行車管理方案，根據管控策略生成外集卡路口通行的控制指令，并下發到交通桿、紅綠燈、顯示屏等控制模塊，實現對內外集卡的行駛管控調節。

4堆場智能道閘系統

4．1平面布置

為實現自動化集裝箱碼頭信息化管理，建設堆場智能道閘系統，實現對進出堆場車輛、集裝箱等信息的自動采集，在堆場出入口交叉點處設置道閘，對內外集卡進行交通管制，實現時間隔離，為內外集卡的通行調度提供精確的數據服務。堆場智能道閘平面布置方式見圖4，在堆場外集卡橫向車道上共布置3套外集卡進出口道閘系統，相鄰2套道閘系統的布置間距為41m。每套系統的進口道閘與第一出口道閘的布置間距為280．5m，第一出口道閘與第二出口道閘的布置間距為10m。道閘系統作為順岸式碼頭邊裝卸堆場的智能閘口布置方法的終端，在物理空間上隔離了內集卡和外集卡，可有效杜絕內外集卡作業相互干擾現象。

4．2系統組成

堆場智能道閘系統包含RFID電子車牌識別系統、雷達探測系統、語音與屏幕顯示設備、紅綠燈、檔桿等，同時在外集卡進場口布置1道進口道閘，在外集卡出場口的內集卡通道兩側布置2道出口道閘。(1)RFID電子車牌識別系統。RFID系統由車輛觸發工業雷達檢測設備、電子RFID讀寫器、GPIO模塊(上位機通訊、控制模塊)、讀寫天線及車載電子標簽組成。其中，RFID標簽應安裝在集卡擋風玻璃特定的位置或集卡駕駛員左側后方，通過集卡車牌號與RFID的TAG綁定，實現對作業集卡的管控，以及集裝箱和集卡匹配信息比對。車輛到達識別地后，觸發工業雷達檢測設備向系統發送車輛到達信號，由RFID電子車牌讀寫器通過讀寫天線對車載電子標簽進行讀取，并通過整個碼頭的以太網絡傳到數據庫管理系統。通過數據庫的分析，把集卡車牌等信息發給TOS等管理系統處理相關作業任務。(2)雷達探測系統。雷達探測系統與RFID系統協同工作，檢測外集卡是否進入第一出口道閘的等待區，如果判斷車輛已進入等待區域，向內外集卡管控系統申請抬桿，當雷達檢測到車輛依次通過第一、第二出口道閘后落桿。

4．3系統功能

(1)交互功能。對外部集裝箱車輛數據進行收集、分類、篩選，為顯示模塊提供數據支持。通過信息交互，向碼頭業務系統、內外集卡控制系統發送數據，完成數據信息交互操作，接收后臺系統放行指令后通過顯示屏對車輛進行引導。(2)存儲功能。利用RFID技術存儲和維護綜合數據信息，對堆場出入口車輛采集及放行等信息進行存儲，提供日志查詢統計功能，為車輛管控中心制定車輛管理策略提供數據支撐。

5內外集卡管控系統

內外集卡管控系統部署于中控室，通過與路側智能單元、無人集卡、港口作業系統和設備連接，獲取并統計分析各路段區域內的內外集卡流量分布，以全局作業效率為優化目標，實時生成內外集卡行駛管控策略。基于獲取的各路段及路口內外集卡流量分布和排隊數量，設計一種基于以規則為主，輔助以全局優化模型的內外集卡行駛管控策略。

5．1管控策略規則

規則上，以保障作業中岸橋不閑置為最高優先級，在外集卡不形成擁堵的情況下，內集卡在路口指定區域內優先通行，具體排序如下:①作業中岸橋不閑置;②路口和碼頭前沿區域內集卡不形成擁堵;③外集卡不形成擁堵，且沒有超出規定作業時間;④內集卡通行;⑤外集卡通行。但內集卡優先原則會隨著外集卡等待時間和數量的增加降低優先級別，當外集卡等待時間過長或外集卡等待超過2輛時，會適當暫停內集卡路口通行，優先放行外集卡。

5．2管控策略流程

圖5為內外集卡行駛管控策略流程圖，以保障作業中岸橋不閑置為最高優先級，保障外集卡不形成擁堵的情況下，在路口指定區域優先保證內集卡通行。當外集卡等待時間即將超出規定，或外集卡堆場只進不出造成了路口排隊擁堵時，暫停內集卡路口通行，加快外集卡流通。在實際作業過程中，若內外集卡流量和位置分布處于規則允許的交叉范圍，則使用基于全局作業效率最優的管控模型進行內外集卡行駛的宏觀控制。通過系統仿真和實際作業數據分析，優化模型參數，提高港區裝卸設備和集卡作業效率。

6結語

該系統應用表明，將智能感知器件與堆場閘口裝置進行融合，可實時監控并分析內外集卡交通狀態，為內外集卡的通行調度提供精確的數據服務;實時融合并分析攝像機視頻數據、雷達檢測數據、RFID電子標簽等多源傳感器信息，保證集卡行駛位置及狀態檢測的精確性，為集卡通行狀態監測提供多重信息保障;在保證岸橋裝卸作業效率最大化的前提下，通過控制內外集卡的通行次序，提高港區集卡設備的運輸作業效率;通過建立內外集卡行駛管控策略，來優化實際作業中集卡通行管控方法，降低集卡擁堵等待時間，提高集卡資源綜合利用率，保證港區有序的作業秩序。

作者：柴浩 張朋 張煜 徐揚 單位：天津港第二集裝箱碼頭有限公司 武漢理工大學交通與物流工程學院