自律走行車からインテリジェント・ターミナルへ

港湾業務は世界貿易の中心に位置し、コンテナ量の増加とそれを運ぶ労働力とのギャップは2020年以降、年々拡大している。大型自動搬送車（AGV）から自動ターミナル・トラクター、インテリジェント・ガイド・ビークル（IGV）に至るまで、自律走行車は現在、事業者がこのギャップを埋める計画の中心となっている。しかし、港湾は高速道路ではない。コンテナスタック、岸壁クレーン、鉄骨構造物、バースと並行する船舶の絶え間ない動きはすべて、自律走行車が依存する衛星信号を弱めたり、乱したりする。信頼性の高い港湾オートメーションは、何よりもまず測位の問題であり、それを解決するには、環境に適応するのではなく、環境のために設計されたナビゲーション・アーキテクチャーが必要となる。CHCナビゲーションは、ターミナル全体の端から端まで配置されたGNSSと慣性製品の協調セットとして、そのアーキテクチャを構築します。
 

港湾ではGNSSだけで十分なことはほとんどありません。1台のトラックを衛星の視界から隠すのと同じ信号の遮断が、車両がクレーンの下や2つの積み重ねられたコンテナの間を移動するたびに繰り返されます。衛星のジオメトリが強力な場合、GNSSは慣性ドリフトを抑制し、衛星が遮断された場合、IMUは車両のヘディングを失うことなく位置を前進させます。その結果、ヤードトラック、海上船舶、その他の港湾自動化プラットフォームに適用できるスケーラブルなアーキテクチャを使用して、実際の港湾条件下で確実に実行されるセンチメートル・レベルの測位が実現します。 以下の記事では、港湾作業における自律走行車に関する以前のノートを拡張し、完全に統合されたターミナルをサポートする全製品ポートフォリオを紹介します。

自律型港湾車両のための信頼性の高いナビゲーション・コア

自律的な港湾業務の中心は、車両ナビゲーション・ユニットである。これは、複数のコンステレーションから生のGNSS信号を取り込み、慣性測定と融合させ、車両の自律スタックが経路計画と制御のために消費する位置、姿勢、速度を出力するセンサーである。
 

2024年の記事では、CGI-610を単一製品のアンカーとして、このレイヤーを歩いた。この製品は依然として正しい出発点である。それからの2年間で広がったのは、実際の端末上でそれを取り囲む残りのポートフォリオであり、以下のセクションでは、同じ緊密に結合されたGNSSプラスINSアーキテクチャが、現在フリートグレードの車両から海洋やヤードのインフラ、そして検証リグまでどのように広がっているかを説明する。
 

CHCNAV CGI-610は、港湾環境におけるこの役割のために開発されました。デュアルアンテナGNSSプラスINSシステムで、最大100Hzで位置、姿勢、速度を提供します。デュアルアンテナ構成は、港湾作業において重要です。なぜなら、車両が静止しているときやゆっくりと移動しているときでも、方位精度が低下しないからです。どちらの状態も、AGVが列を作ったり、岸壁クレーンとドッキングしたり、ラックの下で細かい位置合わせを行ったりするコンテナハンドリングのワークフローでは一般的です。高い更新レートは、新しい修正を待つことなく、ステアリングとスロットルに関するタイトな内部ループを制御スタックに実行させるものです。
 

広範なフリート展開、特に自動化されたターミナル・トラクターや、ヤード・ゾーン間をより長く移動するインテリジェント・ガイド・ビークルには、CHCNAV CGI-230は異なる最適化を行います。これは、GNSS、慣性センシング、推測航法を組み合わせた自動車グレードのGNSSプラスINSシステムで、生産配備用に設計された車両インターフェースを備えています。パイロット・フリートから完全に自動化されたヤードへと規模を拡大する港湾業者は、設置時間、車両のCANバスとの統合、フリートの増加に伴う一時的な信号喪失時の挙動を気にします。CGI-230は、そのようなスケーリングプロファイルを直接ターゲットにしています。CGI-230は、外部IMUモジュールを必要とすることなく、短時間の停電でも継続性を維持し、各車両のセンサースタックを簡素化します。
 

CGI-610とCGI-230は、同じGNSSとINSの原理を利用しながら、2つの異なる動作プロファイルに調整されているため、1つの端末で一緒に使用することで、岸壁での精度の高いスローモーション作業と、ヤード全体にわたるフリート級の移動の両方をカバーします。

港湾エコシステム全体にわたる自動化の拡大

港湾の自動化は自律走行車にとどまらない。最新のターミナルは、ヤードの動き、岸壁クレーン、船舶側のオペレーション、周辺資産がすべて同じ空間基準を共有する必要があるシステムだ。ポジショニングは、車両の外側にある部分も含め、そのシステムのあらゆるレイヤーに及ぶ必要がある。
 

ポジショニングは、より広いコネクティビティ・スタックの1つのレイヤーである。5G上のV2Xメッセージングは、車両とインフラ間のリアルタイムのトラフィック、障害物、ルーティングの更新を運び、端末制御システムがその上で実行される。GNSSは、メッセージが依存する共有空間および時間基準として、そのスタックの下に位置する。この2つのレイヤーは補完的であり、コヒーレントGNSSプラスINSアーキテクチャーの価値は、端末上のすべての接続された要素に同じ位置フレームと同じ時間ベースを与えることです。
 

CHCNAV P2は、この幅広い役割のために位置づけられます。高精度GNSSセンサーとして、過酷な産業や海洋環境用に設計されているため、ターミナル周辺への基準局の配置、岸壁設備での位置監視、金属製の上部構造や海況そのものによってGNSS環境が複雑になる海洋側での測位を含むアプリケーションをサポートします。ターミナル上の複数のアンカー・ポイントに一貫したGNSSリファレンスを置くことで、すべての自律走行車が同じグランド・トゥルースに対して作業することができます。
 

システムレベルの製品の下には、慣性バックボーンがある。CHCNAV CI-710は高精度MEMS IMUで、ロボットや自動化システムで要求の厳しいモーションセンシング用に設計されている。港湾オートメーションでは、風荷重下で正確なロールとピッチを必要とするスタッキングクレーンのモーションセンサー、ヤードレイアウトの更新に使用されるSLAMベースのマッピングリグの慣性ユニット、または周辺検査を処理するロボットシステムのモーション測定など、見落としがちな場所に表示されます。CI-710のようなコンポーネントは、港湾が独立した自動機械の集合体であることをやめ、中央の調整レイヤーに一貫したモーションデータを供給する協力システムの艦隊になる方法です。
 

累積的な効果は、単一の測位フレームワークである。車両、インフラ、海洋資産はすべて、同じアーキテクチャ・パターンを通して同じ衛星コンステレーションを参照し、孤立した自動化パイロットではなく、統合されたターミナル・オペレーションを解き放つ。
 

自動化を数年かけて段階的に導入するオペレーターにとって、共有された測位アーキテクチャの調整価値はさらに高まります。CGI-610ユニット上で動作するパイロットAGVフリートは、座標配管を書き換えることなく、CGI-230ユニット上のターミナルトラクターに拡張することができます。新しいヤードの拡張にP2基準局を追加することで、そのセクションが同じネットワーク内でオンラインになります。スタッキング・クレーンのアップグレードにCI-710モーション・センシングを追加することで、中央システムはすでに理解しているフォーマットでリアルタイムのモーション・データを得ることができる。各ステップは、再アーキテクチャを強制することなく機能を追加し、それが長期的な自動化プログラムをスケジュール通りに維持する。

テストと検証によるパフォーマンスの確保

規模における自律性は、検証によって生きるか死ぬかが決まる。AGVがコンテナのハンドオーバーを実行する前に、ターミナル・トラクターが2つのゾーン間で実際のシャーシを運搬する前に、システムは、生産センサーよりも正確な地上真実に対してテストされなければならない。そうでなければ、車両がセーフティケースで要求されていることを行っていることを証明する正当な方法はなく、挙動がドリフトしたときに知覚と制御アルゴリズムにフィードバックする信号もない。
 

CHCNAV CGI-830は、その検証の役割のために作られました。これは、密結合GNSS受信機と上位グレードのMEMS慣性ユニットをペアにして、基準グレードの位置、姿勢、速度データを生成し、量産ナビゲーション・スタックと一緒にテスト車両に取り付けるように設計されています。そのデータは、車両のオンボード・ソリューションがベンチマークされる際の基準となる。エンジニアリング・チームは、この比較を利用して、エッジケースにおける性能の特徴付けを行い、晴天の直線的なヤードには現れないような故障モードを特定し、港湾の特殊な形状に合わせてアルゴリズムを調整する。
 

検証サイクルは、配備まで継続的に実行される。新しいコンテナレイアウト、新しいクレーンの設置、自動化されたレーンの新しいセクションはすべて微妙な方法でGNSS環境を変化させます。バリデーションを立ち上げ前のマイルストーンではなく、恒久的な能力として扱うことは、物理的な環境が進化しても自動化されたターミナルを信頼できるものに保ちます。
 

同じグランドトゥルースのデータセットは、発進前検証の枠を超えて活用される。それは、自律走行車が予期せぬ行動をとったときのインシデント・レビューをサポートし、生産ナビゲーション・スタックの定期的な再較正を支え、規制当局や保険会社から証拠の提出を求められたときに、エンジニアリング・チームに弁護可能な参考資料を与える。CGI-830リファレンスリグに投資した港湾は、数ヶ月ではなく数時間でこれらの質問に答えることができます。これは、規律あるバリデーションが報われる理由の1つです。

スマートポートの未来

港湾オートメーションがどのように進んでいるかは明らかだ。個々の自律走行車、孤立した自動化パイロット、コンセプトの単発実証は、すべての移動資産とすべての固定基準点が同じ測位アーキテクチャを共有する統合ターミナルシステムに道を譲りつつある。その統合をサポートするために必要な製品構成は、それに応じて多岐にわたりますが、基本的なエンジニアリングは一貫しています：車両、インフラ、海洋資産、および検証リグに配備された、緊密に結合されたGNSSと慣性センシングです。
 

CHCナビゲーションは、相互運用するように設計された製品で、これらの各レイヤーをサポートしています。CGI-610とCGI-230は、2つの動作プロファイルで車両レイヤーをカバーしています。P2は、端末の過酷な海上セクションまで測位を拡張します。CI-710は、ロボットとクレーンのサブシステムを同じネットワークの一部にするモーションセンシングコンポーネントを提供します。CGI-830は、リファレンスグレードの検証データでループを閉じます。港湾の近代化が進むにつれて、このような調整されたポートフォリオにより、オペレーターは、プロジェクトとしての自動化からターミナルの運営方法としての自動化へと移行することができます。
 

信頼性の高い測位は、その移行の基礎であり、単一の一貫したGNSSとINSのアーキテクチャでそれを構築することは、今日のパイロットから明日のインテリジェントターミナルへの最も直接的な道です。

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CHCナビゲーションについて

CHC Navigation (CHCNAV) は、生産性と効率の向上を目的とした先進的なマッピング、ナビゲーション、ポジショニングソリューションを開発しています。CHCNAVは、地理空間、農業、機械制御、オートノミーなどの業界にサービスを提供し、プロフェッショナルに力を与え、業界の進歩を促進する革新的な技術を提供しています。世界140カ国以上で事業を展開し、2,200人以上のプロフェッショナルを擁するCHCナビゲーションは、地理空間業界のみならず、世界のリーダーとして認められています。CHCナビゲーション[Huace:300627.SZ]の詳細については、https://www.chcnav.com/about/overview。