智能引导车的安全自行驶方法及U型自动化集装箱码头与流程

本发明属于智能制造装备，具体地说，是涉及一种自动化集装箱码头及其智能引导车的安全行驶保障方法。

背景技术：

1、目前，大多数自动化集装箱码头都采用堆场垂直海岸线、两端分设装卸区的布局方式，如图1所示，即，从海侧到陆侧依次形成三个作业区：海侧交互区、堆箱区、陆侧交互区。其中，堆箱区一般采用无悬臂高速轨道吊10对集装箱进行抓取、转移和码垛作业；海侧交互区为轨道吊10与港内智能引导车20的交接区域；陆侧交互区为轨道吊10与港外集卡车30的交接区域。

2、采用这种堆场垂直布局与端部装卸的布局方式，主要存在以下问题：

3、（1）虽然港外集卡车30与港内智能引导车20的行驶距离都较短，但是堆箱区的纵深较长，靠两台高速轨道吊10反复行走“接力”将集装箱运送至两端，通行效率低。

4、（2）由于装卸作业点仅在堆箱场的相对两端，点位少，难以同时应对集疏运与装卸船。为弥补装卸点位少导致的效率损失，通常需要采用高速自动化轨道吊10，由此导致土地基建成本高昂。

5、（3）由于高速轨道吊10需要反复长距离行驶，因此能耗高，设备维护频繁，造成码头运维成本高昂。

6、（4）堆场扩展性较差，接力特性及装卸点固定，导致海侧轨道吊和陆侧轨道吊的利用率不均衡，即使增加轨道吊数量也无法明显提升堆场效率，而堆场效率也成为了码头整体提效的瓶颈。

7、另外，现有的自动化集装箱码头，其智能引导车20通常采用磁钉-天线定位方式，如图2所示。即，在智能引导车20的运行场地布设磁钉22，每一个磁钉22中存储有绝对位置编码。在智能引导车20上安装天线21，当天线21经过磁钉22时，首先产生电场对其测量范围内的磁钉22充电。充电结束后，天线21与磁钉22交互，读取磁钉22中存储的绝对位置编码，并测量天线21与磁钉22之间的相对位置，进而计算出智能引导车20在场区内的绝对位置（坐标信息），由此便实现了智能引导车20的自主定位功能。

8、但是，天线21的运行环境不是每时都是最优的，在一些特殊情况下，两辆或多辆智能引导车20之间会出现干扰，从而导致位置测量失败。例如，当两辆智能引导车靠得较近时，一辆智能引导车的天线正在向磁钉充电，充电电场较强；而此时另外一辆智能引导车正在读取磁钉数据，强电场会覆盖磁钉数据，导致天线测量位置失败或者定位出现严重偏差。定位错误会严重影响智能引导车20自动行驶的安全性，由此引发的装卸点停靠错误、撞车等事故会给自动化集装箱码头带来不可估量的经济损失。

技术实现思路

1、针对背景技术中存在的问题，本发明提出了一种智能引导车的安全自行驶方法及u型自动化集装箱码头，目的之一在于解决磁钉数据读取过程易受干扰而导致智能引导车定位异常的问题；目的之二在于解决智能引导车的防撞问题。

2、针对目的之一，本发明在一个方面提出了一种智能引导车的安全自行驶方法，包括以下过程：

3、在智能引导车的运行场地布设若干磁钉；

4、在每一个磁钉中写入与其布设位置相对应的绝对位置编码；

5、在智能引导车上安装天线；

6、划定同步区域；

7、配置进入同步区域内的所有智能引导车同时启动天线对经过的磁钉充电并读取数据，以获得智能引导车的绝对位置；

8、根据智能引导车的绝对位置和目标位置，规划智能引导车的行车路线；

9、配置智能引导车按照行车路线自动行驶。

10、在本技术的一些实施例中，在划定同步区域时，可以将智能引导车运行的整个场地划定为同步区域，即，控制场区内的所有智能引导车同时启动天线，开始测量位置。当然，也可以将行走过程中的智能引导车附近的区域划定为同步区域，即，控制相邻的智能引导车同步启动天线，同时测量位置。两种同步区域划定方式都能解决一辆智能引导车充电，影响另外一辆智能引导车读取磁钉数据的问题。

11、在本技术的一些实施例中，为了使进入同步区域内的智能引导车能够同时开启磁钉-天线定位功能，本技术提出两种实现方式：

12、第一种实现方式：可以配置智能引导车具有自主计时功能，对于进入同步区域内的智能引导车，配置它们无线通信，同步计时时间，并确定天线的启动时刻和周期；然后，配置进入所述同步区域内的智能引导车按照统一的天线启动时刻和周期，同步控制天线对磁钉充电并与之通信，以测量出智能引导车的绝对位置。

13、第二种实现方式：可以设置车辆管理系统对场区内的所有智能引导车进行统一调度，同时配置智能引导车定时反馈其绝对位置至所述车辆管理系统，这样车辆管理系统便可获知每一辆智能引导车的当前位置，并可准确地判断出哪些智能引导车进入了同步区域；配置车辆管理系统向进入同步区域内的所有智能引导车发送同步测量信号，并配置接收到同步测量信号的智能引导车启动天线，同时开始测量位置，由此便可消除相邻智能引导车之间在定位过程中可能产生的电场干扰问题。

14、在本技术的一些实施例中，为了获取智能引导车的姿态信息，可以在智能引导车的前方和后方分别安装一个天线，并配置智能引导车在需要启动天线时，生成同步信号发送至前后两个天线，以控制前后两个天线同步启动，这样便可根据前后两个天线在同一周期内接收到的磁钉数据，确定出智能引导车的绝对位置和当前姿态。

15、针对目的之二，在本技术的一些实施例中，可以在智能引导车上安装激光雷达，用于检测智能引导车周围的障碍物；在智能引导车自动行驶的过程中，可以根据智能引导车的当前位置及其行车路线设置多边形保护区域；所述多边形保护区域可以以智能引导车完成相关运行动作时车身外轮廓所形成的包络线为基础进行设置；配置智能引导车上的激光雷达检测所述多边形保护区域内的障碍物，并在发现障碍物时，配置智能引导车减速或停车，以实现对障碍物的自动避让功能。

16、本发明在另一方面还提出了一种u型自动化集装箱码头，包括：

17、堆箱区，其垂直于海岸线布设有多列，用于存放集装箱；定义第奇数列或第偶数列堆箱区为窄箱区，与窄箱区相邻的堆箱区为宽箱区；

18、u型车道，其环绕布设在所述窄箱区的外周，其开口侧朝向堆箱区远离海岸线的一端，用于港外集卡车通行；

19、i型车道，其垂直于海岸线布设，且介于相邻的窄箱区与宽箱区之间，用于港内的智能引导车通行；其中，所述i型车道一侧与环绕布设在前一个窄箱区外周的u型车道相邻，另一侧与宽箱区的一侧相邻，所述宽箱区的另一侧与环绕布设在后一个窄箱区外周的u型车道相邻；

20、双悬臂集装箱轨道龙门吊，其横跨所述堆箱区的宽度方向并沿堆箱区的纵深方向往复行走，其悬臂延伸至堆箱区两侧的u型车道和i型车道，用于与港外集卡车和港内智能引导车交互，并对堆箱区内的集装箱进行理箱码垛；

21、海侧交互车道，其平行于海岸线布设在所述堆箱区邻近海岸线的一端，且与所述i型车道连通；

22、隔离围网，其布设在所述u型车道与i型车道之间、以及u型车道与海侧交互车道之间，用于隔离港外集卡车和港内智能引导车；

23、磁钉，其分布且埋设于所述i型车道和海侧交互车道，在每一个磁钉中存储有与其布设位置相对应的绝对位置编码；

24、智能引导车，其底部安装有天线，所述天线连接同步盒，所述智能引导车在进入划定的同步区域内时，所述同步盒控制天线与进入同步区域内的其它智能引导车上的天线同步启动，同时对天线测量范围内的磁钉充电，并在充电结束后，测量磁钉与天线的相对位置，并读取磁钉内存储的绝对位置编码，以计算出智能引导车的绝对位置；

25、车辆管理系统，其与所述智能引导车通信，根据智能引导车反馈的自身绝对位置，结合目标位置规划智能引导车的行车路线，并发送至所述智能引导车，控制智能引导车按照行车路线自动行驶。

26、在本技术的一些实施例中，为了在智能引导车上实现自主计时功能，可以在同步盒中设置卫星导航接收器、晶体振荡器和微处理器；其中，卫星导航接收器用于接收卫星导航时间信号；晶体振荡器用于在所述卫星导航时间信号丢失时生成同步时间信号；微处理器根据所述卫星导航时间信号或同步时间信号便可生成计时时间。

27、在本技术的一些实施例中，可以配置智能引导车自行触发同步定位功能。为此，需要在智能引导车上安装无线通信模块，配置智能引导车通过无线通信模块与其它进入同步区域内的智能引导车无线通信，同步计时时间，并确定天线的启动时刻和周期，发送至同步盒中的微处理器；这样同步盒便可按照统一的天线启动时刻和周期，启动天线，与同步区域内的其它智能引导车同时测量智能引导车的绝对位置，以消除电场干扰。

28、在本技术的一些实施例中，也可以配置由车辆管理系统来触发智能引导车的同步定位功能。为此，需要在智能引导车上安装无线通信模块，并配置智能引导车通过无线通信模块反馈其绝对位置至所述车辆管理系统；所述车辆管理系统可以根据接收到的绝对位置确定进入同步区域内的智能引导车，并向进入同步区域内的所有智能引导车发送同步测量信号；配置智能引导车在接收到同步测量信号时，立即控制其同步盒中的微处理器启动天线，以同时进入位置测量过程。

29、智能引导车的精准定位，不仅是保证智能引导车能够按照规划路径自动行驶的前提，也是保证智能引导车行驶安全的前提。为了进一步提高智能引导车自行驶的安全性，在本技术的一些实施例中，可以在智能引导车上配置激光雷达和处理器；其中，激光雷达用于检测智能引导车周围的障碍物；处理器与同步盒、激光雷达和车辆管理系统通信，分别接收智能引导车的绝对位置数据、障碍物的位置数据以及智能引导车的行车路线，在智能引导车自动行驶的过程中，根据智能引导车的当前位置以及行车路线设置多边形保护区域，并在激光雷达检测到的障碍物位置落入所述多边形保护区域内时，控制所述智能引导车减速或停车。这里的多边形保护区域可以以智能引导车完成相关运行动作时车身外轮廓所形成的包络线为基础设置。所述的运行动作包含但不限于直行、变道（s弯）、转弯等。

30、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果主要体现在：

31、1、本发明针对采用磁钉-天线定位方式设计的智能引导车，提出了一种控制智能引导车同时启动天线充电、同步读取磁钉数据的位置测量方法，由此可以解决在一辆智能引导车利用天线给磁钉充电时，其产生的强电场会导致其附近的智能引导车读取磁钉数据失败的问题，保证了场区内的所有智能引导车都能可靠地完成位置测量功能，实现精准定位，避免了因定位不准确而导致的行车路径规划不合理、易引发车辆碰撞等事故的出现，为智能引导车自动行驶的安全性提供了基础保障。

32、2、本发明的自动化集装箱码头采用u型布局方式，允许港外的集卡车与港内的智能引导车同时进入堆场进行装卸作业，由此不仅可以利用快速的水平运输缓解长纵深堆场对轨道吊作业效率的影响，而且可以在堆箱区的两侧分别布置多个集装箱装卸点同时作业，装卸点多，作业效率高，轨道吊利用率更均衡。

33、3、本发明的自动化集装箱码头将堆箱区垂直海岸线布置，外围布设u型车道和i型车道，配置港外集卡车走u型车道、港内智能引导车走i型车道，两种类型车道物理隔离、完全分流，由此不仅可以保证进入堆场的有人车与无人车不会发生碰撞、干扰，而且可以保证全自动化集装箱码头的设备及人员安全。

34、4、由于堆场集装箱的绝大部分运输工作由地面车辆执行，无需轨道吊携箱沿堆场纵深方向快速行走，因此能耗低，减轻了轨道吊的运行压力。

35、5、由于堆箱区只需配置低速轨道吊即可完成装卸、理箱、码垛的作业要求，因此对于轨道的铺设要求不高，可以有效控制基建成本。另外，低速轨道吊投资低，设备成熟稳定，后期的维保工作量和成本都较低。

36、结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。