Des véhicules autonomes aux terminaux intelligents

Les opérations portuaires sont au cœur du commerce mondial, et l'écart entre l'augmentation des volumes de conteneurs et la main-d'œuvre disponible pour les déplacer s'est creusé chaque année depuis 2020. Les véhicules autonomes, qui vont des véhicules lourds à guidage automatique (AGV) aux tracteurs de terminal automatisés et aux véhicules à guidage intelligent (IGV), sont désormais au cœur de la stratégie des opérateurs pour combler ce fossé. Mais un port n'est pas une autoroute. Les piles de conteneurs, les grues de quai, les structures en acier et le mouvement constant des navires le long du poste d'amarrage conspirent tous pour affaiblir ou perturber les signaux satellites dont dépendent les véhicules autonomes. L'automatisation fiable des ports est avant tout un problème de positionnement, et sa résolution nécessite une architecture de navigation conçue pour l'environnement plutôt qu'adaptée à lui. CHC Navigation construit cette architecture comme un ensemble coordonné de produits GNSS et inertiels, déployés d'un bout à l'autre du terminal.
 

Le GNSS seul est rarement suffisant dans un port. Le même blocage de signal qui cache un camion à la vue du satellite se répète chaque fois qu'un véhicule se déplace sous une grue ou entre deux conteneurs empilés. Les systèmes GNSS et INS étroitement couplés compensent en fusionnant les mesures satellitaires avec les données des capteurs inertiels : lorsque la géométrie des satellites est forte, le GNSS limite la dérive inertielle ; lorsque les satellites sont bloqués, l'IMU reporte la position sans perdre le cap du véhicule. Il en résulte un positionnement au centimètre près qui fonctionne de manière fiable dans des conditions portuaires réelles, à l'aide d'une architecture évolutive qui peut être appliquée aux camions de triage, aux navires et à d'autres plateformes d'automatisation portuaire. L'article ci-dessous prolonge notre note précédente sur les véhicules autonomes dans les opérations portuaires en présentant la gamme complète de produits qui prend en charge un terminal entièrement intégré.

Un noyau de navigation fiable pour les véhicules portuaires autonomes

L'unité de navigation du véhicule est au cœur des opérations portuaires autonomes. Il s'agit du capteur qui reçoit les signaux GNSS bruts de plusieurs constellations, les fusionne avec des mesures inertielles et fournit la position, l'attitude et la vitesse que la pile d'autonomie du véhicule utilise pour la planification et le contrôle de la trajectoire.
 

Notre article de 2024 a parcouru cette couche avec le CGI-610 comme point d'ancrage d'un seul produit. Le produit reste le bon point de départ. Ce qui s'est élargi au cours des deux années qui ont suivi, c'est le reste du portefeuille qui l'entoure sur un terminal réel, et les sections ci-dessous expliquent comment la même architecture GNSS et INS étroitement couplée s'étend maintenant des véhicules de flotte aux infrastructures marines et de chantier et aux plates-formes de validation.
 

Le CGI-610 de CHCNAV est conçu pour ce rôle dans les environnements portuaires lourds. Il s'agit d'un système GNSS plus INS à double antenne étroitement couplé qui fournit la position, l'attitude et la vitesse à une fréquence pouvant atteindre 100 Hz. La configuration à double antenne est importante dans les opérations portuaires car la précision du cap ne se dégrade pas lorsque le véhicule est stationnaire ou se déplace lentement ; ces deux états sont courants dans les flux de travail de manutention des conteneurs où les AGV font la queue, s'amarrent aux grues de quai ou effectuent un alignement fin sous les rayonnages. Le taux de mise à jour élevé permet à la pile de commande d'exécuter une boucle interne serrée sur la direction et l'accélération sans attendre une nouvelle correction.
 

Pour un déploiement plus large de la flotte, en particulier pour les tracteurs de terminaux automatisés et les véhicules guidés intelligents qui parcourent de plus longues distances entre les zones de triage, le CGI-230 de CHCNAV est optimisé différemment. Il s'agit d'un système GNSS et INS de qualité automobile qui combine le GNSS, la détection inertielle et la navigation à l'estime, avec des interfaces de véhicule conçues pour un déploiement en production. Un opérateur portuaire qui passe d'une flotte pilote à un chantier entièrement automatisé se préoccupe du temps d'installation, de l'intégration avec le bus CAN du véhicule et du comportement en cas de perte temporaire du signal lorsque la flotte s'agrandit. Le CGI-230 cible directement ce profil d'évolution. Il maintient la continuité pendant les brèves pannes sans nécessiter de module IMU externe, ce qui simplifie l'empilement des capteurs sur chaque véhicule.
 

Utilisés ensemble dans un seul terminal, le CGI-610 et le CGI-230 couvrent à la fois le travail de précision au ralenti sur le quai et le mouvement de la flotte dans la cour, en s'appuyant sur les mêmes principes GNSS et INS, mais en les adaptant à deux profils de fonctionnement différents.

Extension de l'automatisation à l'ensemble de l'écosystème portuaire

L'automatisation portuaire ne s'arrête pas au véhicule autonome. Un terminal moderne est un système dans lequel les mouvements de cour, les grues de quai, les opérations côté navire et les actifs du périmètre doivent tous partager la même référence spatiale. Le positionnement doit s'étendre à toutes les couches de ce système, y compris les parties situées à l'extérieur du véhicule.
 

Le positionnement n'est qu'une couche d'une pile de connectivité plus large. La messagerie V2X sur 5G transmet les mises à jour en temps réel du trafic, des obstacles et des itinéraires entre les véhicules et l'infrastructure sur laquelle fonctionne un système de contrôle terminal. Le GNSS se trouve en dessous de cette pile et constitue la référence spatiale et temporelle partagée dont dépendent les messages. Les deux couches sont complémentaires, et la valeur d'une architecture cohérente GNSS plus INS est qu'elle donne à chaque élément connecté sur le terminal le même cadre de position et la même base de temps pour travailler.
 

Le CHCNAV P2 est positionné pour ce rôle plus large. En tant que capteur GNSS de haute précision conçu pour des conditions industrielles et marines difficiles, il prend en charge des applications telles que les déploiements de stations de référence sur le périmètre du terminal, la surveillance de la position des équipements de quai et le positionnement côté mer où l'environnement GNSS est compliqué par les superstructures métalliques et l'état de la mer lui-même. La mise en place d'une référence GNSS cohérente à plusieurs points d'ancrage sur le terminal permet à chaque véhicule autonome de travailler avec la même vérité de terrain, ce qui empêche les projets d'automatisation de dériver vers des cadres de coordonnées distincts au fur et à mesure qu'ils s'étendent.
 

Sous les produits de niveau système se trouve l'épine dorsale inertielle. Le CHCNAV CI-710 est un IMU MEMS de haute précision conçu pour la détection de mouvements exigeants dans les systèmes robotiques et automatisés. Dans l'automatisation portuaire, il apparaît dans des endroits faciles à ignorer : le capteur de mouvement d'une grue d'empilage qui a besoin d'un roulis et d'un tangage précis sous l'effet du vent, l'unité inertielle d'un appareil de cartographie SLAM utilisé pour les mises à jour de l'agencement du chantier, ou la mesure de mouvement d'un système robotisé qui gère l'inspection du périmètre. C'est grâce à des composants comme le CI-710 qu'un port cesse d'être un ensemble de machines automatisées autonomes pour devenir une flotte de systèmes coopératifs dont les données de mouvement cohérentes alimentent la couche de coordination centrale.
 

L'effet cumulatif est un cadre de positionnement unique. Les véhicules, les infrastructures et les actifs maritimes font tous référence aux mêmes constellations de satellites par le biais du même modèle architectural, ce qui débloque les opérations intégrées des terminaux plutôt que les pilotes d'automatisation isolés.
 

Pour un opérateur qui introduit progressivement l'automatisation sur plusieurs années, la valeur de coordination d'une architecture de positionnement partagée s'accroît. Un parc pilote d'AGV fonctionnant avec des unités CGI-610 peut être étendu ultérieurement à des tracteurs de terminaux équipés d'unités CGI-230 sans réécrire le plan de coordonnées, parce que les deux produits fournissent la position dans le même cadre géodésique et la même base temporelle. L'ajout d'une station de référence P2 à la nouvelle extension du chantier permet de mettre cette section en ligne au sein du même réseau. L'ajout d'un capteur de mouvement CI-710 à un transstockeur permet au système central d'obtenir des données de mouvement en temps réel dans un format qu'il comprend déjà. Chaque étape ajoute des capacités sans imposer une nouvelle architecture, ce qui permet de respecter le calendrier d'un programme d'automatisation à long terme.

Garantir la performance grâce aux tests et à la validation

L'autonomie à grande échelle dépend de la validation. Avant qu'un AGV n'effectue un transfert de conteneur en direct, avant qu'un tracteur de terminal ne transporte un châssis réel entre deux zones, le système doit être testé par rapport à une vérité de terrain plus précise que le capteur de production. Sinon, il n'y a pas de moyen défendable de certifier que le véhicule fait ce que son dossier de sécurité exige, et il n'y a pas de signal pour alimenter les algorithmes de perception et de contrôle en cas de dérive du comportement.
 

Le CGI-830 de CHCNAV est conçu pour jouer ce rôle de validation. Il associe un récepteur GNSS étroitement couplé à une unité inertielle MEMS de qualité supérieure pour produire des données de position, d'attitude et de vitesse de référence, et il est conçu pour être installé sur un véhicule d'essai aux côtés de la pile de navigation de production. Les données qu'il capture deviennent la vérité de base par rapport à laquelle la solution embarquée du véhicule est comparée. Les équipes d'ingénieurs utilisent cette comparaison pour caractériser les performances dans les cas extrêmes, identifier les modes de défaillance qui n'apparaîtraient pas sur une ligne droite ensoleillée, et adapter les algorithmes à la géométrie particulière du port.
 

Le cycle de validation se poursuit tout au long du déploiement. Une nouvelle disposition des conteneurs, une nouvelle installation de grue ou une nouvelle section de voie automatisée modifient toutes l'environnement GNSS de manière subtile, et un port qui prend l'automatisation au sérieux procédera à une nouvelle validation après chacune d'entre elles. Traiter la validation comme une capacité permanente plutôt que comme une étape préalable au lancement est ce qui permet à un terminal automatisé de rester digne de confiance à mesure que l'environnement physique évolue.
 

Le même ensemble de données de vérité terrain gagne sa place au-delà de l'acceptation avant le lancement. Il soutient l'examen des incidents lorsqu'un véhicule autonome se comporte de manière inattendue, il sous-tend le recalibrage périodique de la pile de navigation de production et il donne à l'équipe d'ingénierie une référence défendable lorsqu'un régulateur ou un assureur demande des preuves. Un port qui a investi dans un banc de référence CGI-830 peut répondre à ces questions en quelques heures plutôt qu'en quelques mois, ce qui est l'une des raisons les moins discutées pour lesquelles une validation disciplinée est rentable.

L'avenir des ports intelligents

L'évolution de l'automatisation portuaire est assez claire. Les véhicules autonomes individuels, les pilotes d'automatisation isolés et les preuves de concept uniques cèdent la place à des systèmes de terminaux intégrés où chaque actif mobile et chaque point de référence fixe partagent la même architecture de positionnement. L'éventail des produits nécessaires pour soutenir cette intégration est donc large, mais l'ingénierie sous-jacente est cohérente : des capteurs GNSS et inertiels étroitement couplés, déployés au niveau du véhicule, de l'infrastructure, de l'actif marin et de la plate-forme de validation.
 

CHC Navigation soutient chacune de ces couches avec des produits conçus pour interopérer. Le CGI-610 et le CGI-230 couvrent la couche véhicule selon deux profils d'exploitation. Le P2 étend le positionnement aux sections difficiles et marines du terminal. Le CI-710 fournit le composant de détection de mouvement qui permet aux sous-systèmes robotiques et de grue de faire partie du même réseau. Le CGI-830 ferme la boucle avec des données de validation de référence. Alors que les ports continuent de se moderniser, ce type de portefeuille coordonné permet à un opérateur de passer de l'automatisation en tant que projet à l'automatisation en tant que mode de fonctionnement du terminal.
 

Un positionnement fiable est la base de cette transition, et le construire avec une architecture GNSS et INS unique et cohérente est le chemin le plus direct entre les pilotes d'aujourd'hui et les terminaux intelligents de demain.

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À propos de CHC Navigation

CHC Navigation (CHCNAV) développe des solutions avancées de cartographie, de navigation et de positionnement conçues pour accroître la productivité et l'efficacité. Au service d'industries telles que le géospatial, l'agriculture, le contrôle des machines et l'autonomie, CHCNAV fournit des technologies innovantes qui permettent aux professionnels de se prendre en charge et de faire progresser l'industrie. Avec une présence mondiale dans plus de 140 pays et une équipe de plus de 2 200 professionnels, CHC Navigation est reconnue comme un leader dans l'industrie géospatiale et au-delà. Pour plus d'informations sur CHC Navigation [Huace:300627.SZ], veuillez consulter : https://www.chcnav.com/about/overview