自動化集裝箱碼頭單小車自動化岸橋與智能導引車協同裝卸作業工藝

鄭偉鴻，黃 爭

(廣州南沙聯合集裝箱碼頭有限公司，廣東 廣州 511466)

1 岸邊裝卸作業車道布置及IGV交通流

岸橋下設置6條智能導引車(Intelligent Guided Vehicle，IGV)車道，其中2、3、5為作業車道，1、4、6為通行車道，見圖1。結合IGV行駛軌跡要求，IGV上下檔通道(IGV上檔即IGV從堆場經岸邊通道進入岸邊裝卸作業車道，IGV下檔即IGV在岸橋裝卸作業車道完成作業后離開裝卸作業位置經岸邊通道駛離岸邊)與岸橋之間需滿足以下條件：

圖1 IGV裝卸作業車道

1)使用2、5車道作為作業車道時，上下檔通道中心點與岸橋作業中心點距離需≥29 m。

2)同時使用2、3、5車道作為作業車道時，上下檔通道中心點與岸橋作業中心點距離需≥40 m。

2 IGV上下檔機制

2.1 岸邊通道

通道區分進、出2種類型，在IGV上檔作業時需要選擇進岸橋通道進入，在IGV下檔時需要選擇出岸橋通道離開。為了確保IGV能精確選擇就近的通道進入岸橋下，在班輪作業時，還需明確通道所屬船舶，在班輪作業時，IGV只選擇所屬船舶的通道進出岸邊；駁船通道無所屬船舶，即IGV作業駁船時，所有駁船通道通用。

2.2 班輪緩沖位機制

已建成的自動化碼頭多為“雙小車岸橋+AGV(自動導引車)橋后裝卸作業+堆場端邊裝卸”[1]，堆場與岸邊之間有充足的位置可用于布置垂直于岸線的臨時停車位置，垂直于岸線的臨時停車位置更有利于AGV路徑的規劃，提高AGV作業效率[2]。但鑒于場地限制，有的自動化碼頭堆場與岸邊之間無充足的位置，無法布置垂直于岸線的臨時停車位置，對此，提出一種平行于岸線的臨時停車位置，在班輪作業時啟用，稱為班輪緩沖位[3]。班輪緩沖位默認在橫一路上，對應岸邊通道處的緩沖位置默認關閉，班輪緩沖位置可與岸橋綁定，IGV在選擇緩沖位置時會優先選擇所屬岸橋的班輪緩沖位，駁船作業無需使用班輪緩沖位。

2.3 岸邊通道及班輪緩沖位被選中的相關決策機制

IGV在執行調度任務前往、離開岸橋時需要選擇合適的通道，但是受限于班輪通道由IGV獨占，以及岸橋申請處理往往伴隨著岸橋車道分配，故需要對通道選擇時機進行合理控制，盡可能減少資源的浪費[4]。

1)進岸橋通道選擇時機應該是在收到任務時初步判斷是否需要經過通道，并在滿足路徑更新、軌跡要求的條件下盡可能在距離岸橋通道較近處進行申請、選擇。

①具有空閑通道時，IGV應該在預選通道(預選非占用，僅是車輛管理系統VMS內部生成路徑的臨時目標點，在確定選擇通道或者繞行時將會內部釋放)附近時申請通道；

②無空閑通道但具有緩存位置的IGV進岸橋應當在到達緩存位置申請；

③無緩存位置的IGV應在即將到達預選通道(預選非占用，僅是內部為生成路徑的臨時目標點，在確定選擇通道或者繞行時將會內部釋放)附近時申請通道，如申請不到則去就近的停車場等待或經最近的道路繞圈重新去預選通道。

2)出岸橋通道選擇時機為：①班輪IGV運行到決策點附近后選擇合適的通道；②駁船IGV在離開時即選擇合適的通道；③無所屬船在收到任務時即選擇最近的通道。

3 IGV橋下作業位置判定及跟隨機制

IGV橋下作業位置判定機制指當IGV接收到前沿作業任務后，如何判定橋下目標位置，即進入橋下作業車道后在何位置等待作業。IGV橋下跟隨機制指當IGV作業岸橋狀態發生變化(含岸橋物理位置變化、岸橋設備號變化)，IGV需如何協同配合，即相當于當岸橋狀態發生變化時，IGV如何更新并行駛至新的等待作業位置。該功能邏輯設計的2個基本原則：一是為保證整體作業效率，當IGV到達前沿后，如橋下有空余車位，要盡量保證IGV可駛入橋下；二是當IGV進入橋下后，需有合理的控制邏輯滿足各類工況需求，即減少IGV頻繁移動，減少IGV駛出橋下再重新進入的幾率，提供方便可控、邏輯嚴謹的人工監控、調整功能。結合上述2個設計原則，提出3種設計思路。

3.1 船舶貝位、岸橋位置、IGV指令貝多重判定邏輯

岸橋在班輪執行裝卸船任務時，大車對位后首先要選擇當前位置對應的船舶貝位，系統會記錄并存儲船舶貝位所對應的物理位置信息，當岸橋大車移動超過一定距離(可視具體情況設定)，系統會要求作業人員重新確定船舶貝位，并在人員選擇確定后記錄儲存船舶貝位對應的貝位位置[5]。

3.1.1IGV橋下作業位置判定

IGV到達前沿指定位置后申請橋下作業車道，當IGV被允許進入橋下作業時，實時讀取岸橋當前選擇的貝位位置，以此作為進入橋下后的停車位置。

3.1.2IGV跟隨機制

1)岸橋貝位位置變化。當IGV確定等待作業位置后(運動中或已停車)，如岸橋貝位位置變化，則判定IGV指令貝位與岸橋新確定的船舶貝位信息是否一致，如一致則IGV以岸橋當前貝位位置更新等待作業位置，如不一致則IGV仍在之前位置停車等待。特殊情況下會出現IGV指令貝位與岸橋新確定的船舶貝位信息一致，但岸橋當前無空閑車道，此時IGV無法規劃至新位置的行車路徑，需在原位置等待，待車道空閑后再行車(可與IGV超時報警機制結合，對IGV等待超過一定時間的情況給予報警提示，同時在調度邏輯中應考慮該情況下IGV優先獲取車道)。

2)作業岸橋發生變化。當IGV任務的執行岸橋發生變化，先判定IGV指令貝位與當前所在船舶貝位是否一致，如一致，則IGV繼續在原位置等待；如不一致，再判定IGV指令貝位與新岸橋船舶貝位是否一致，一致則IGV以岸橋貝位位置更新等待作業位置，規劃路徑行駛(路徑規劃失敗處理與上文相同)，不一致則繼續在原位置等待，顯示異常等待人工處理。

3.2 匹配船舶貝位位置

在作業過程中，系統會記錄船舶各貝位所對應的物理位置?！捌ヅ浯柏愇晃恢谩敝府擨GV申請橋下等待位置時，以攜帶指令貝位信息尋找對應的船舶貝位位置，無需考慮該貝位是否有岸橋及處于何種狀態，只要系統中有存儲船舶貝位位置，且位置上具備停車等待條件，即可以該位置作為目標位置規劃路徑駛入，后續如IGV攜帶指令貝位發生變化，則重新按照該邏輯尋找新的等待作業位置。在具體功能邏輯處理時，需注意以下細節：

1)岸橋進行船舶貝位選擇時，需操作便捷，對于距離異常的需有驗證機制，要求重新確認(例如對于兩個相鄰貝位間距小于12 m)。

2)考慮可能存在船舶漂移的情況，系統中可以對記錄的貝位位置進行人工修正/刪除或邏輯調整。

3)IGV在申請橋下等待位置時，除判定系統中是否有貝位位置記錄，還需判定貝位位置是否滿足IGV進入的行駛條件，例如相鄰貝位的同一作業車道同時只能停1臺IGV。

4)當岸橋同時存在2個及以上貝的卸船任務時，調度系統在分配IGV時會考慮卸船隊列的優先順序，但不排除會出現因特殊原因導致執行下一個作業貝位的IGV后車先到，并對相鄰貝位的可使用作業車道產生影響，因此在調度系統計算時需考慮如何保證IGV指令分配的合理性，或考慮在IGV申請橋下作業位置時對IGV任務進行二次優化分配。

3.3 匹配岸橋位置

3.3.1IGV橋下作業位置判定

增加岸橋確認大車到位的功能，岸橋每次移動大車超過0.5 m需確認到位，則此時系統記錄下岸橋當前位置作為該岸橋IGV橋下作業位置，當岸橋移動大車未重新確認到位時，則IGV仍然以上一個確認過的位置作為橋下作業位置。系統層面還需考慮以下2點：

1)IGV申請橋下作業位置時，系統先判定當前岸橋是否有車道空閑，即通過當前岸橋可使用車道數(2/3/5或者2/5)及車道上是否有等待IGV判定，如某一車道上當前岸橋的IGV數量為0，才允許IGV進行申請。

2)在班輪作業時，如岸橋進行自動化作業，還需在移動大車后確認所在貝位，理論上確認貝位也具有該功能，但是對于駁船或其它非裝卸船任務，是無法確認貝位的，故須確認大車到位。

3.3.2IGV橋下跟隨機制

由司機人工選擇確認IGV是否跟隨，即給司機提供一個“跟隨”的功能鍵，司機可對已經申請車道成功的IGV(單選或多選)進行選擇，選擇后點擊“跟隨”，系統層面則觸發以下邏輯：

1)對于IGV當前申請的橋下作業位置與岸橋當前確認位置一致的不起任何作用。

2)對于IGV當前申請的橋下作業位置與岸橋當前確認位置不一致的，且IGV可規劃路徑行駛至新的確認位置的，變更IGV當前申請的橋下作業位置。

3)對于IGV當前申請的橋下作業位置與岸橋當前確認位置不一致的，且IGV當前情況下不可規劃路徑行駛至新的確認位置(目標位置有物理障礙或行駛至目標位置的路徑上有物理障礙)，該IGV對岸橋的車道進行預占，不允許其它IGV再申請該岸橋的對應車道(同時有多臺IGV預占1個車道的，確定為距離最近的預占)。此時前臺給出異常提示：“XXX號IGV已設定延遲跟隨；XXX號IGV無法跟隨，也無法延遲跟隨”。對于延遲跟隨的IGV在界面上有標記顯示供人員查看，如滿足IGV路徑到達條件后，IGV則自動向目標位行駛，同時“跟隨標記”消除。在IGV處于“延遲跟隨”狀態時，可人工選擇“取消跟隨”按鍵，則此時IGV取消對已經跟隨的相應車道的預占。

3.3.3其他注意事項

1)IGV層面無法規劃至目標位置路徑須報異常信息。

2)對班輪裝船任務，如岸橋確認貝位與IGV指令貝位不一致，則不能將IGV指令發送至ECS執行。

以上述2個基本原則為主要評價標準，對3種設計方案進行比較：

方案1：“船舶貝位、岸橋位置位、IGV指令貝多重判定邏輯”方案，優點為IGV容易獲得橋下作業等待位置，缺點是IGV進入橋下后再次調整作業等待位置的頻率較高，尤其在岸橋大規模移貝作業時(例如頂橋)時可能會導致IGV大規模調整。

方案2：“匹配船舶貝位位置”方案，優點為IGV確定的橋下作業等待位置精準，在不發生指令貝位變化的情況下，多數情況下IGV進入橋下后不需二次調整位置，缺點是以船舶貝位位置的確定作為IGV進入橋下的必要條件，限制性較高。

方案3：“匹配岸橋位置”方案，結合了前兩個方案的優點，解決了“傳統卸船”模式下及IGV執行岸邊非裝卸業務時，只有作業岸橋的信息，無任務船舶貝位信息，即類似于駁船作業的工況，也有利于避免班輪作業中岸橋移貝頂橋時橋下交通流混亂的情況。

4 結論

1)為了實現單小車自動化岸橋與IGV的協同作業，需打破傳統集裝箱碼頭單條裝卸作業車道排隊的機制，采取2、3、5并行排隊機制。

2)為了適應IGV的作業特點以及滿足班輪作業的需要，引入岸邊通道及班輪緩沖位置機制，以解決岸邊交通擁堵、IGV進岸橋決策時間等問題。

3)通過方案比較，“匹配岸橋位置”的機制更能適應“單小車自動化岸橋+IGV橋底裝卸+堆場水平布置側面裝卸”的作業模式。