تُعدّ قضايا تحديد المواقع بدقة عالية وتجنب التصادم التي أثرتموها في الموانئ/ساحات الحاويات من التحديات التقنية الأساسية في بناء الموانئ الذكية الحالية. في بيئات التشغيل المفتوحة والواسعة النطاق والتي تشهد حركة مركبات متعددة، تُشكّل تقنيات تحديد المواقع عالية الدقة، مثل النطاق العريض للغاية (UWB) والحركة الحركية في الوقت الحقيقي (RTK)، ركائز أساسية لتحقيق حدود السرعة المحددة في المنطقة، وتركيب الأسوار الإلكترونية، وإصدار تحذيرات تجنب التصادم.

سأقوم بتحليل مفصل لكيفية عمل هاتين التقنيتين معًا وبناء حل كامل لتحديد المواقع ومنع التصادم.

التقنية الأساسية: التطبيق التعاوني لتقنية النطاق العريض للغاية وتقنية تحديد المواقع في الوقت الحقيقي
في ساحات حاويات الموانئ، غالباً ما لا تستطيع تقنية تحديد المواقع الفردية تلبية جميع متطلبات الدقة والتغطية، لذلك يجب أن تكمل تقنية النطاق العريض للغاية وتقنية تحديد المواقع في الوقت الحقيقي بعضهما البعض.
1. نظام تحديد المواقع العالمي عبر الأقمار الصناعية RTK-GNSS (نظام تحديد المواقع العالمي عبر الأقمار الصناعية في الوقت الحقيقي)
يعتمد نظام RTK على إشارات الأقمار الصناعية مثل GPS/Beidou، بالإضافة إلى محطات القاعدة الأرضية (محطات مرجعية) للتصحيح التفاضلي في الوقت الحقيقي، مما يوفر إحداثيات مطلقة بدقة تصل إلى متر إلى سنتيمتر.
المبدأ: تُنشأ محطات GNSS الأساسية في ساحة الحاويات أو منطقة الميناء. تُثبّت أجهزة استقبال GNSS (المحطات المتنقلة) على المركبات العاملة (مثل رافعات الحاويات). تُرسل المحطة الأساسية بيانات التصحيح التفاضلي إلى المحطة المتنقلة، التي بدورها تحسب إحداثيات WGS-84 المطلقة عالية الدقة في الوقت الفعلي.
السيناريوهات القابلة للتطبيق:
تغطية واسعة النطاق: مناسب لوضع حاويات الشحن والرصيف في مساحة واسعة.
الإحداثيات المطلقة: يوفر للمركبات مواقع دقيقة في نظام إحداثيات الأرض، وهو الأساس للأسوار الإلكترونية وتقسيم المناطق.
القيود: تتعرض إشارات الأقمار الصناعية للحجب بسهولة بواسطة الحاويات المكدسة (مناطق الحاويات المرتفعة)، مما يؤدي إلى انخفاض الدقة أو فقدان الإشارة في المناطق المحلية.
2. تحديد المواقع عبر النطاق العريض للغاية (UWB)
UWB هي تقنية اتصالات لاسلكية قصيرة المدى تحقق تحديد المواقع بدقة عالية عن طريق قياس وقت إرسال الإشارة (ToF)، وتعمل بشكل ممتاز في البيئات المعيقة أو الداخلية.

مبدأ: تُنشر محطات قاعدة UWB (المثبتات) في منطقة ساحة الحاويات، وتُثبّت علامات UWB على المركبات. تقيس هذه العلامات المسافات إلى محطات قاعدة متعددة، وتُستخدم خوارزمية التثليث لحساب موقع العلامة في نظام إحداثيات UWB، بدقة تصل إلى مستوى السنتيمتر.

السيناريوهات القابلة للتطبيق:
دقة عالية محلية: مناسب للمناطق ذات إشارات GNSS الضعيفة، مثل مناطق الحاويات المكدسة وتحت جسور التحميل، كمكمل لتقنية RTK. تجنب الاصطدام في المدى القريب: دقة تحديد المدى العالية والاستجابة السريعة لتقنية UWB تجعلها خيارًا مثاليًا لتحقيق تجنب الاصطدام في المدى القريب بين المركبات وبين المركبات والعوائق.

القيود: تُحدَّد التغطية بعدد وكثافة المحطات الأساسية، ويلزم تحويل الإحداثيات مع خريطة نظم المعلومات الجغرافية للميناء.

مخططات التنفيذ لثلاث وظائف تطبيقية رئيسية

باستخدام بيانات تحديد المواقع المذكورة أعلاه، يمكن تحقيق ثلاث وظائف أساسية لإدارة السلامة في عمليات الموانئ:

1. حدود السرعة في المناطق
آلية التنفيذ:
تقسيم المناطق: على خريطة نظم المعلومات الجغرافية للميناء، يتم تقسيم المناطق الإلكترونية المختلفة وفقًا لمتطلبات السلامة (مثل الطرق الرئيسية، ومناطق تكديس الحاويات، ومناطق الصيانة، ومناطق المكاتب).
تحديد عتبة السرعة: يتم تحديد سرعة قصوى آمنة محددة لكل منطقة (على سبيل المثال، 40 كم/ساعة للطرق الرئيسية، و15 كم/ساعة لمناطق تكديس الحاويات).
المقارنة والتحكم في الوقت الفعلي: تقوم وحدة تحديد المواقع الموجودة على متن المركبة (OBU) بتحديد موقع المركبة بدقة عالية باستخدام تقنية RTK/UWB في الوقت الفعلي. ويقارن النظام موقع المركبة بالمناطق الإلكترونية المحددة مسبقًا وعتبات السرعة.

التدخل القسري: بمجرد دخول المركبة إلى منطقة تحديد السرعة وتجاوز سرعتها في الوقت الفعلي الحد المسموح به، ترسل وحدة التحكم على متن المركبة على الفور أمرًا إلى وحدة التحكم في المركبة لتشغيل إنذار صوتي ومرئي أو إبطاء/تحديد السرعة القسري.

2. تحديد الموقع الجغرافي
تُستخدم تقنية تحديد النطاق الجغرافي لتحديد نطاق التشغيل والمناطق المحظورة للمركبات (مثل حواف الأرصفة، ومناطق المواد الكيميائية الخطرة، ومداخل مناطق الصيانة).
آلية التنفيذ:
تعريف السياج: على خريطة نظم المعلومات الجغرافية، يتم تحديد المضلعات أو المناطق الدائرية المحظورة باستخدام إحداثيات RTK عالية الدقة.
مراقبة الاختراقات: تقوم وحدة OBU الخاصة بالمركبة بمراقبة موقعها عبر تقنية RTK/UWB بشكل مستمر.
تحذير/كبح:
عندما يقترب موقع المركبة من السياج (على سبيل المثال، في حدود 5 أمتار)، يتم إطلاق تحذير من المستوى الأول.

عندما يدخل موقع المركبة السياج، يتم تشغيل إنذار متقدم من المستوى الثاني، ويمكن دمجه مع نظام التحكم في المركبة للتوقف عن بعد أو التوقف القسري.

3. تحذير تجنب الاصطدام
يُعد تجنب الاصطدام الجانب الأكثر أهمية في إدارة السلامة في الموانئ، ويتطلب تجنب الاصطدام بين المركبات وبين المركبات والأجسام.
آلية التنفيذ:
تجنب الاصطدام بعيد المدى (استنادًا إلى تقنية تحديد المواقع في الوقت الحقيقي RTK):
تتشارك جميع المركبات العاملة في إحداثياتها المطلقة الخاصة بنظام تحديد المواقع في الوقت الحقيقي (RTK).
يقوم النظام المركزي أو وحدة الاتصال الموجودة على متن المركبة بحساب المسافة الإقليدية بين مركبتين في الوقت الفعلي. وعندما تقل المسافة عن الحد الآمن (مثلاً 30 متراً)، يتم إطلاق تحذير.
تجنب الاصطدام في المدى القريب (استنادًا إلى تقنية النطاق العريض للغاية):
يتم تركيب أجهزة النطاق العريض للغاية على المركبات والعوائق الثابتة الهامة (مثل أعمدة رافعة الجسر وزوايا الساحة).
توفر تقنية تحديد المدى عالية الدقة في نطاق UWB بيانات مسافة سريعة ودقيقة ضمن نطاق عدة أمتار.
عندما تكون المسافة بين مركبتين أو بين مركبة وجسم ما أقل من مسافة الكبح الآمنة (مع مراعاة السرعة والحمولة)، يقوم النظام على الفور بتشغيل إنذار ويقوم بالكبح الطارئ.

دمج البيانات الحسية: يُستخدم رادار الموجات المليمترية أو تقنية الليدار كمستشعر إضافي. توفر هذه المستشعرات معلومات حول العوائق ضمن مجال الرؤية، خاصةً عند تداخل إشارات النطاق العريض للغاية/تحديد المواقع في الوقت الحقيقي أو عند الحاجة إلى تحديد العوائق التي لا تحتوي على علامات النطاق العريض للغاية، مما يوفر تأكيدًا نهائيًا.

بنية النظام والتحديات

بنية النظام

عناصر	وظيفة	المتطلبات الفنية
طبقة تحديد المواقع عالية الدقة	يوفر تحديد موقع المركبة في الوقت الفعلي بدقة تصل إلى مستوى السنتيمتر.	(محطة قاعدة RTK، مرساة UWB، جهاز استقبال GNSS مدمج/علامة UWB)
وحدة على متن المركبة (OBU)	يجمع معلومات الموقع والسرعة والحالة؛ ويتلقى الأوامر؛ وينفذ وظائف التحكم	يتميز بشريحة عالية الأداء، وواجهة دمج متعددة الحساسات، وقدرة اتصال عبر ناقل CAN.
شبكة الاتصالات	ينقل البيانات التفاضلية وبيانات الموقع وأوامر التحكم.	تغطية شبكة الجيل الخامس/LTE-V أو شبكة Wi-Fi؛ انخفاض زمن الاستجابة أمر بالغ الأهمية
منصة الإدارة المركزية	خريطة نظم المعلومات الجغرافية، وتكوين سياسة تحديد المناطق/الحدود الجغرافية/السرعة، وتحليل البيانات، والجدولة الموحدة	قدرات معالجة المعلومات الجغرافية القوية وقدرات الحوسبة في الوقت الفعلي للبيانات

التحديات الرئيسية:
تأثيرات تعدد المسارات والانسداد: تؤثر الهياكل المعدنية للحاويات في الساحة بشدة على دقة واستقرار إشارات GNSS و UWB، مما يتطلب خوارزميات دمج متعددة المستشعرات لتنعيم البيانات وتصحيحها.
توحيد نظام الإحداثيات: ضمان التحويل الدقيق والسلس بين نظام الإحداثيات المطلق RTK (WGS-84)، ونظام الإحداثيات المحلي UWB، ونظام إحداثيات نظام GIS/TOS الخاص بالميناء.
زمن استجابة النظام: يجب التحكم في زمن انتقال الرابط بالكامل، بدءًا من تحديد الموقع وحتى إصدار أمر الكبح القسري، إلى مستوى الميلي ثانية لضمان الأداء في الوقت الفعلي لتجنب الاصطدام.

الخطوات/التوصيات التالية:
لتحسين السلامة والكفاءة في ساحة الميناء، يُنصح باختبار وتطبيق خوارزميات دمج بيانات RTK-UWB. هل ترغب بمعرفة المزيد عن خوارزميات دمج البيانات متعددة المستشعرات (مثل UWB+RTK+IMU) أو إعدادات مسافة الأمان القياسية لأنظمة تجنب الاصطدام في الموانئ؟