一种新型5G自主行驶港口运输车

摘要：本文提出了一种新型5G自主行驶港口运输车，旨在解决传统港口运输车面临的效率低、成本高、环境污染等问题。该运输车集成了5G通信、自主导航、智能避障、绿色能源利用以及数据监控等多项先进功能，能够高效地完成港口内货物的搬运和配送任务。通过技术创新与工程设计，推动港口运输向智能化和绿色化方向发展。

关键词：5G自主行驶港口运输车；港口运输；自主导航；绿色化

随着全球贸易的快速发展，使得航运业发展迅猛，港口运输的需求日益增加。港口，作为航运的重要集结点和枢纽，是国民经济发展的“晴雨表”。[1]其运输效率和智能化水平直接影响着物流链的畅通，但传统港口运输方式存在的问题已经不断凸显出来。为了提高港口运输的效率，降低人力成本，并减少对环境的影响，推动传统港口运输走向智能化和绿色化刻不容缓。（下表为近几年内河港口货物吞吐量，见表1。[2]）

针对港口的运输问题，填补市场上的空白处，研制一款低成本、简易操控并且能够进行远程监控操作和港口运输的新型能源5G自主行驶港口运输车是迫切的，具有十分重要的意义。这将大大提高港口运输的安全性、效率性和可持续性，为我国GDP的改善和“一带一路”建设提供有力支持。

一种新型5G自主行驶港口运输车是一款集现代科技与智能化设计于一体的创新运输设备。该车辆基于对港口物流效率和安全性的深刻理解，采用先进的5G通信技术与自主驾驶系统，并结合了智能传感器和控制系统，能够精确完成货物的装卸与运输任务，还能在无信号时继续运行。这种港口运输车显著提高了运输效率，减少了人为干预，优化了港口运营管理，推动了港口智慧化升级和绿色环保目标的实现。

一、现有产品情况

1.人工运输

人工驾驶集卡是传统港口运输的核心方式之一，它依赖于人工操作来完成集装箱的运输任务。在这种方式下，集卡由配备驾驶员的重型卡车组成，司机根据港口的调度指令，将集装箱从一个地点运送到另一个地点。这些集卡在港口内部的道路上行驶，通常需要通过人工控制进行转弯、加速、刹车等操作，以确保集装箱的安全运输。

2.无人运输

主线科技针对无人集卡全流程无人化作业的难题，依托李德毅院士工作站、天津港第一集装箱公司真实作业场景和业务需求，集中力量进行完全无人驾驶技术研发与系统迭代设计，并开展了海量的运营测试。[3]如图1。

山东港口青岛港全自动化码头自主研发、集成创新的全球首创氢动力自动化轨道吊等6项全球首创科技成果，以中国“智”造、中国创造向全球港航业奉献了“中国方案”。其中，全球首创氢动力自动化轨道吊采用中国自主研发氢燃料电池组提供动力，减轻了设备自重，提高了发电效率，并实现完全零排放。[4]如图2。

二、产品设计思路

本产品研发了一种新型能源5G自主行驶港口运输车，旨在替代传统人工卡车和GNSS导航或有轨运输车，提升港口运输效率，满足扩大的运输需求，解决效率低、自动化不足的问题。现有港口运输车辆依赖人力且能耗高、污染严重，不符合绿色化、智能化要求。本产品创新整合了多项技术，制造出高效、易维护、使用清洁能源的运输车。

新型运输车的特点和功能包括：

1、智能化导航系统：实时感知环境、规划最优路径，确保运输安全高效。

2、5G通信技术：实现车辆与港口管理中心的实时通信和数据交换，提高协同效率。

3、自主行驶能力：无需人工干预即可完成货物装卸和运输，提高自动化程度。

4、应对无信号状态的装置：信号丢失时自动切换至机械导航，确保任务完成。

5、新能源驱动：使用太阳能和风能，实现可持续利用，降低传统燃料依赖和环境污染。

拟解决的关键问题：

1、如何实现5G通信技术的高速稳定数据传输。

2、如何设计简洁易懂的人车交互平台。

3、如何设计机械导航装置，确保无信号状态下的运输可靠性。

4、如何减少环境变化的误判，确保安全高效运输。

5、如何提高装置可靠性，支持复杂环境下的自主行驶。

6、如何优化新能源装置的定位和安装，实现环保运输。

三、设计需求以及功能分析

注：本产品现阶段暂为仿真实物设计阶段，以下所有均为初版设计，不是最终版本。

本产品基于滚轮预导航设计，结构简单，自适应能力强，能够高效进行港口货物运输，具有重要意义。产品融入了太阳能、风能等清洁能源，采用图像采集智能识别技术，并使用双位蜗轮蜗杆和凸轮导向机构作为传动和导向方式，具有操作简单、效率高、容错率大等优点。

本产品现有的缩小模型无人运输车启动后，通过遥控或预设线路前往视野开阔的充电区域。到达目标位置后记录初始坐标，再进行充电判断，充电完成后车辆自动前往货物堆积处。高架起重机将货物放置在运输车顶部，感应装置发出启动信号后，车辆进行定点运输。完成运输后，车辆原路返回，等待下一次循环。如图3。

智能系统（注：以下智能系统均为后期加装的设备。）

智能感知：运输车配备LiDAR、摄像头和毫米波雷达，通过多传感器融合技术实时监测环境。LiDAR提供三维环境信息，摄像头捕捉图像数据，毫米波雷达在恶劣天气下提供可靠检测。这些传感器协同工作，确保车辆准确识别和避让其他车辆、行人及港口设备。

智能定位：运输车采用多融合定位方案，包括GNSS、轮速计、激光定位和视觉定位。GNSS提供全球定位，轮速计监测速度，激光和视觉定位根据地面标识和环境特征进行校正。多种技术结合确保车辆在复杂港口环境中实现厘米级高精度定位。

车路协同：运输车与港口交通管理系统深度对接，通过车路协同技术实现与自动化设备、基础设施和管理中心的实时通信，接收调度指令和交通信息，确保车辆运行在最优路径上，避免拥堵和意外，提高运输效率。

机械结构

物理循迹机构（创新部分）：

由图4可知转向机构由凸轮驱动，根据凸轮形状确定行驶方向，主要由前轮夹角微调装置、转向杆、前叉、推杆、复位装置和转向轮组成。凸轮转动带动转向杆前后运动，从而转动前叉推动转向轮左右摆动实现转向。微调机构通过固定块与推杆方槽连接，复位预紧绳提供复位功能，调节微分头可调节齿条相对位置，调整前轮角度。该机构具有调节灵敏，且容易维修和装配的特点。

本装置可以根据线路状况进行特定设计，其在信号正常时能处于分离状态，即装置空转，不直接参与设备的道路运行。在信号丢失的瞬间，该装置会介入，该装置啮合通过特定形状的滚轮装置，使设备按照原定道路继续进行货物的运输。这一设计保证了即使在信号中断的情况下，设备也能够稳定地继续进行导航和运行，保证了运输任务的顺利完成。

四、应用前景

随着全球智慧港口建设的推进，5G自主行驶港口运输车成为提升港口运输效率和智能化建设的重要工具。以下是本产品在港口方面的应用场景和优势：

本运输车配备智能导航系统，能够实时感知环境、规划最优路径，确保在复杂港口环境中安全、高效行驶。多传感器融合技术使其能避开障碍物，5G通信技术则保证与港口管理中心之间的数据传输稳定、高速，提升调度效率。车联网（V2X）技术进一步提高了车辆之间及与基础设施的信息交互和交通协同效率。

本运输车具备自主行驶能力，能够自主完成货物的装卸和运输任务，减少人工干预，提高自动化程度。自主避障和控制技术确保其在复杂环境中灵活应对突发情况，并在无信号状态下通过机械导航继续行驶，保证任务顺利完成。

在环保方面，车辆使用太阳能和风能等新能源，实现可持续能源利用，减少对传统燃料的依赖和环境污染，并通过高效能量管理系统优化续航能力和能源利用效率。

五、总结与展望

本文提出的5G自主行驶港口运输车通过引入先进的技术，如5G通信、自主导航和新能源驱动，显著提升了港口运输的效率和智能化水平。该运输车不仅具备高效的自主行驶能力和智能避障功能，还通过机械导航续运行装置解决了信号中断的问题。采用的太阳能和风能等新能源驱动技术有效降低了对传统燃料的依赖，减少了环境污染。这些创新功能将大大地提高港口的运输效率，降低运营成本，同时推动港口运输向绿色环保方向发展。该技术的成熟和普及将为港口运输的智能化和绿色化提供强有力的支持，对推动全球港口产业的升级转型具有深远的影响。在未来的发展中，整合更多智能化技术和绿色能源解决方案，将有助于实现更加高效、安全、环保的港口运输系统。

参考文献

[1]张颖，陈旻.绿色港口，福建这样建！[N].福建日报，2024-06-06（008）.DOI：10.28232/n.cnki.nfjrb.2024.002362.

[2]唐国治.2023年我国内河主要港口运行情况[J].中国港口，2024，（05）：7-11.

[3]王超.主线科技开启完全无人驾驶卡车商业化运营[J].智能网联汽车，2020，（05）：85-87.

[4]全球首创氢动力自动化轨道吊亮相青岛港全自动化二期码头[J].交通企业管理，2020，35（03）：53.

作者简介：王宇豪，2003年6月，湖北省孝感市，汉族，智能行驶策略与目标优化方向；陈佳威，2001年12月，湖北孝感，汉族，能源效率与可持续性方向；刘仁杰，2004年7月，湖北黄冈市，汉族，机器人学与自动化方向；杨蒙宇，2004年1月，湖北十堰市，汉族，物体识别与技术处理方向；雷承志，2004年1月，四川自贡市，汉族，感知与导航技术的优化方向。

通讯作者：汪宇康，男，1990.10，汉族，湖北武汉，硕士，讲师，机械工程。

课题项目：2024年湖北省大学生创新创业训练计划项目：新型能源5G自主行驶港口运输车（编号：202411654004）