Dos veículos autónomos aos terminais inteligentes

As operações portuárias estão no centro do comércio global e o fosso entre os volumes crescentes de contentores e a mão de obra disponível para os movimentar tem aumentado todos os anos desde 2020. Os veículos autónomos, desde os veículos pesados guiados automaticamente (AGVs) até aos tractores de terminais automatizados e veículos guiados inteligentes (IGVs), são agora fundamentais para a forma como os operadores planeiam colmatar essa lacuna. Mas um porto não é uma autoestrada. As pilhas de contentores, as gruas de cais, as estruturas de aço e o movimento constante dos navios ao longo do cais conspiram para enfraquecer ou perturbar os sinais de satélite de que os veículos autónomos dependem. A automatização fiável dos portos é, antes de mais, um problema de posicionamento, e a sua resolução requer uma arquitetura de navegação concebida para o ambiente e não adaptada a ele. A CHC Navigation constrói essa arquitetura como um conjunto coordenado de produtos GNSS e inerciais, implantados de ponta a ponta no terminal.
 

O GNSS sozinho raramente é suficiente num porto. O mesmo bloqueio de sinal que oculta um camião da vista do satélite repete-se sempre que um veículo se desloca sob uma grua ou entre dois contentores empilhados. Os sistemas GNSS e INS fortemente acoplados compensam através da fusão das medições de satélite com os dados do sensor inercial: quando a geometria do satélite é forte, o GNSS mantém o desvio inercial limitado; quando os satélites estão bloqueados, a IMU transporta a posição para a frente sem perder o rumo do veículo. O resultado é um posicionamento ao nível do centímetro que funciona de forma fiável em condições portuárias reais, utilizando uma arquitetura escalável que pode ser aplicada em camiões de estaleiro, embarcações marítimas e outras plataformas de automação portuária. O artigo abaixo amplia a nossa nota anterior sobre veículos autónomos em operações portuárias, percorrendo todo o portfólio de produtos que suporta um terminal totalmente integrado.

Um núcleo de navegação fiável para veículos portuários autónomos

No centro das operações portuárias autónomas está a unidade de navegação do veículo. Este é o sensor que recebe sinais GNSS brutos de várias constelações, funde-os com medições inerciais e produz a posição, atitude e velocidade que a pilha de autonomia do veículo consome para planeamento e controlo do caminho.
 

O nosso artigo de 2024 percorreu esta camada com o CGI-610 como âncora de um único produto. O produto continua a ser o ponto de partida correto. O que se alargou nos dois anos que se seguiram foi o resto do portfólio que o rodeia num terminal real, e as secções abaixo mostram como a mesma arquitetura GNSS e INS fortemente acoplada se estende agora de veículos de frota a infra-estruturas marítimas e de estaleiro e a plataformas de validação.
 

O CHCNAV CGI-610 foi concebido para esta função em ambientes portuários pesados. Trata-se de um sistema GNSS plus INS de antena dupla firmemente acoplado que fornece posição, atitude e velocidade até 100 Hz. A configuração de antena dupla é importante nas operações portuárias porque a precisão do rumo não se degrada quando o veículo está parado ou a mover-se lentamente; ambos os estados são comuns nos fluxos de trabalho de manuseamento de contentores em que os AGVs fazem fila, atracam contra guindastes de cais ou efectuam um alinhamento fino sob prateleiras. A elevada taxa de atualização é o que permite que uma pilha de controlo execute um circuito interno apertado na direção e no acelerador sem esperar por uma nova correção.
 

Para uma utilização mais alargada da frota, em particular para tractores de terminais automatizados e veículos guiados inteligentes que percorrem percursos mais longos entre zonas de estaleiro, o CHCNAV CGI-230 tem uma otimização diferente. Trata-se de um sistema GNSS plus INS de nível automóvel que combina GNSS, deteção inercial e cálculo morto, com interfaces de veículo concebidas para a implementação na produção. Um operador portuário que passa de uma frota piloto para um estaleiro totalmente automatizado preocupa-se com o tempo de instalação, a integração com o bus CAN do veículo e o comportamento durante a perda temporária de sinal à medida que a frota cresce. O CGI-230 visa diretamente esse perfil de expansão. Mantém a continuidade durante breves interrupções sem necessitar de um módulo IMU externo, o que simplifica a pilha de sensores em cada veículo.
 

Utilizados em conjunto num único terminal, o CGI-610 e o CGI-230 cobrem tanto o trabalho de precisão em câmara lenta no cais como o movimento da frota no estaleiro, baseando-se nos mesmos princípios GNSS e INS, mas ajustados a dois perfis de funcionamento diferentes.

Alargar a automatização a todo o ecossistema portuário

A automação portuária não se limita ao veículo autónomo. Um terminal moderno é um sistema em que os movimentos do estaleiro, as gruas de cais, as operações do lado do navio e os activos do perímetro têm todos de partilhar a mesma referência espacial. O posicionamento tem de se estender a todas as camadas desse sistema, incluindo as partes que se encontram fora do veículo.
 

O posicionamento é uma camada numa pilha de conetividade mais ampla. As mensagens V2X sobre 5G transportam o tráfego em tempo real, os obstáculos e as actualizações de encaminhamento entre os veículos e a infraestrutura em que funciona um sistema de controlo de terminais. O GNSS fica por baixo dessa pilha como a referência espacial e temporal partilhada de que as mensagens dependem. As duas camadas são complementares, e o valor de uma arquitetura GNSS e INS coerente é que dá a todos os elementos ligados no terminal a mesma estrutura de posição e a mesma base temporal para trabalhar.
 

O CHCNAV P2 está posicionado para este papel mais alargado. Sendo um sensor GNSS de alta precisão construído para condições industriais e marítimas adversas, suporta aplicações que incluem a implementação de estações de referência no perímetro do terminal, a monitorização da posição em equipamento de cais e o posicionamento no lado marítimo, onde o ambiente GNSS é complicado por superestruturas metálicas e pelo próprio estado do mar. A colocação de uma referência GNSS consistente em vários pontos de ancoragem no terminal permite que todos os veículos autónomos trabalhem com base na mesma verdade terrestre, o que impede que os projectos de automatização se desloquem para quadros de coordenadas separados à medida que são escalados.
 

Por baixo dos produtos ao nível do sistema encontra-se a espinha dorsal inercial. A CHCNAV CI-710 é uma IMU MEMS de alta precisão concebida para a deteção de movimentos exigentes em sistemas robóticos e automatizados. Na automação portuária, aparece em locais que são fáceis de ignorar: o sensor de movimento num guindaste de empilhamento que necessita de uma rotação e inclinação precisas sob a carga do vento, a unidade inercial numa plataforma de mapeamento baseada em SLAM utilizada para actualizações do layout do estaleiro, ou a medição do movimento num sistema robótico que trata da inspeção do perímetro. Componentes como o CI-710 são a forma como um porto deixa de ser um conjunto de máquinas automatizadas autónomas e passa a ser uma frota de sistemas cooperantes com dados de movimento consistentes que alimentam a camada de coordenação central.
 

O efeito cumulativo é uma estrutura de posicionamento única. Os veículos, as infra-estruturas e os activos marítimos fazem referência às mesmas constelações de satélites através do mesmo padrão arquitetónico, que é o que permite operações de terminal integradas em vez de pilotos de automatização isolados.
 

Para um operador que esteja a introduzir gradualmente a automatização ao longo de vários anos, o valor de coordenação de uma arquitetura de posicionamento partilhada aumenta. Uma frota piloto de AGVs com unidades CGI-610 pode ser estendida mais tarde para tratores de terminal com unidades CGI-230 sem reescrever o encanamento de coordenadas, porque ambos os produtos fornecem posição no mesmo quadro geodésico e na mesma base de tempo. A adição de uma estação de referência P2 na nova expansão do estaleiro coloca essa secção online dentro da mesma rede. A adição de sensores de movimento CI-710 a uma atualização de uma grua de empilhamento fornece ao sistema central dados de movimento em tempo real no formato que este já compreende. Cada passo acrescenta capacidade sem forçar uma nova arquitetura, que é o que mantém um programa de automatização a longo prazo dentro do prazo.

Garantir o desempenho através de testes e validação

A autonomia à escala vive ou morre na validação. Antes de um AGV executar uma transferência de contentores em tempo real, antes de um trator de terminal transportar um chassis real entre duas zonas, o sistema tem de ser testado em relação a uma verdade terrestre que seja mais precisa do que o sensor de produção. Caso contrário, não existe uma forma defensável de certificar que o veículo está a fazer o que o seu caso de segurança exige, e não existe qualquer sinal para alimentar os algoritmos de perceção e controlo quando o comportamento se desvia.
 

O CHCNAV CGI-830 foi concebido para esse papel de validação. Emparelha um recetor GNSS fortemente acoplado com uma unidade inercial MEMS de grau superior para produzir dados de posição, atitude e velocidade de grau de referência, e foi concebido para ser instalado num veículo de teste juntamente com a pilha de navegação de produção. Os dados que capta tornam-se a verdade em relação à qual a solução de bordo do veículo é comparada. As equipas de engenharia utilizam essa comparação para caraterizar o desempenho em casos extremos, identificar modos de falha que não apareceriam numa reta solarenga e afinar algoritmos para a geometria específica do porto.
 

O ciclo de validação decorre continuamente até à implementação. Uma nova disposição de contentores, uma nova instalação de grua ou uma nova secção de via automatizada alteram o ambiente GNSS de forma subtil, e um porto que leve a automação a sério irá revalidar após cada uma delas. Tratar a validação como uma capacidade permanente em vez de um marco de pré-lançamento é o que mantém um terminal automatizado confiável à medida que o ambiente físico evolui.
 

O mesmo conjunto de dados de verdade terrestre ganha o seu sustento para além da aceitação pré-lançamento. Apoia a revisão de incidentes quando um veículo autónomo se comporta de forma inesperada, sustenta a recalibração periódica da pilha de navegação de produção e dá à equipa de engenharia uma referência defensável quando um regulador ou seguradora pede provas. Um porto que tenha investido num equipamento de referência CGI-830 pode responder a estas questões em horas e não em meses, o que é uma das razões menos discutidas para que a validação disciplinada tenha retorno.

Impulsionar o futuro dos portos inteligentes

A forma como a automação portuária está a evoluir é bastante clara. Veículos autónomos individuais, pilotos de automação isolados e provas de conceito pontuais estão a dar lugar a sistemas de terminais integrados em que todos os activos móveis e todos os pontos de referência fixos partilham a mesma arquitetura de posicionamento. O conjunto de produtos necessários para suportar essa integração é correspondentemente amplo, mas a engenharia subjacente é consistente: GNSS fortemente acoplado e deteção inercial, implementado no veículo, na infraestrutura, no ativo marítimo e na plataforma de validação.
 

A CHC Navigation suporta cada uma destas camadas com produtos concebidos para interoperar. O CGI-610 e o CGI-230 cobrem a camada do veículo em dois perfis de funcionamento. O P2 estende o posicionamento às secções marítimas e de condições adversas do terminal. O CI-710 fornece o componente de deteção de movimento que torna os subsistemas robótico e de grua parte da mesma rede. O CGI-830 fecha o ciclo com dados de validação de nível de referência. À medida que os portos continuam a modernizar-se, este tipo de portfólio coordenado é o que permite a um operador passar da automação como um projeto para a automação como a forma como o terminal funciona.
 

O posicionamento fiável é a base dessa transição, e construí-lo com uma única arquitetura coerente de GNSS e INS é o caminho mais direto entre os pilotos de hoje e os terminais inteligentes de amanhã.

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Sobre a CHC Navigation

A CHC Navigation (CHCNAV) desenvolve soluções avançadas de cartografia, navegação e posicionamento, concebidas para aumentar a produtividade e a eficiência. Servindo indústrias como a geoespacial, a agricultura, o controlo de máquinas e a autonomia, a CHCNAV fornece tecnologias inovadoras que capacitam os profissionais e impulsionam o avanço da indústria. Com uma presença global que abrange mais de 140 países e uma equipa de mais de 2.200 profissionais, a CHC Navigation é reconhecida como líder na indústria geoespacial e não só. Para mais informações sobre a CHC Navigation [Huace:300627.SZ], visite: https: //www.chcnav.com/about/overview