CSP管理丨(E)RTG自动纠偏技术的介绍与选用(纠偏大车技术方案定位)

关键词：大车自动纠偏；(D)GPS技术；INS技术；磁力线检测技术；激光扫描技术；RFID技术。

Keywords: gantry automatic steering; (D)GPS; INS; magnetometer; laser scanning; RFID; BGT.

(E)RTG作为应用在码头集装箱堆场内的主要设备之一，已有很长的使用和改进的历史；近些年来随着激光测距到物体扫描建模、图像识别技术及RFID等技术应用的兴起，(E)RTG在远程操作、半自动及自动化的功能实现和最终落地已逐渐成为一种主流。
其中(E)RTG的远程操作似乎已是接下来的一种必然趋势，它对于降低人工利用率、提高生产效率、节能降耗以及延长司机的职业操作工龄都起到了很好的改善作用。
而(E)RTG大车机构的自动纠偏技术则是实现远程和自动化的第一步。
本文主旨在于对目前市场上几种主流的(E)RTG自动纠偏技术进行优缺点对比介绍，供大家参阅以便选取适用于自己码头的最佳方案；

1.1 DGPS+INS技术：

DGPS+INS智能纠偏控制技术，主要一种差分控制系统和惯性导航系统相结合互补，来实现控制(E)RTG大车机构在行走过程中自动控制纠偏的一种技术方案。
其中DGPS技术的原理主要是将其中一台GPS接收机作为基准站上进行观测。
根据基准站已知的精确坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。
用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行校正，从而提高定位精度。
INS技术原理则主要是利用IMU(惯性检测单元)内的三轴加速度计检测(E)RTG在坐标系统中的加速度信号、通过三轴陀螺检测载体相对于导航坐标系的角速度信号,以此同时来获得检测(E)RTG三维空间中的加速度和角速度数据并算出物体姿态及偏差量，可以说INS技术在(E)RTG大车机构的智能控制系统中，主要是用于对DGPS技术不足区域的一种相对补偿；

1.2 磁力线检测技术：

磁力线检测技术主要是通过“磁性传感器(磁尺)+磁条”的控制技术来实现对(E)RTG大车机构在行走过程中自动控制纠偏的一种技术方案。
其原理主要为：在平行于(E)RTG大车行走的方向（龙道）处预先埋设磁条，在(E)RTG海陆侧方向的至少任一侧安装两个大车行走方向的磁性传感器(磁尺)用于实时检测(E)RTG在行走时磁性传感器(磁尺)与磁条间的位置偏差。
以此检测结果计算(E)RTG大车的行进姿态，根据相应的纠偏算法，调整大车海陆侧的速度进行纠偏。

1.3 RFID定位及测量技术：

RFID定位及测量技术即基于无线射频应用技术与发射/接受源的位置检测定位技术来实现对(E)RTG大车机构在行走过程中自动控制纠偏的一种技术方案。
原理主要表现在以RFID技术为基础的“磁钉”和“天线”元气件应用上，其中磁钉一般作为无源的器件内置存储信息被安装在(E)RTG大车行走方向（龙道）上；“天线”则安装在(E)RTG上并在大车机构运行时发出电磁波，一方面用于对龙道上的磁钉进行充电，另一方面激活磁钉发出含有储存信息的电磁波，在天线接收到磁钉返回的电磁波后，就能准确地读出磁钉储存单元里位置地址信息并计算出该磁钉与天线之间的有效距离精度；根据获取的相关位置数据信息来实现大车的位置纠偏功能；

1.4 其他纠偏技术的应用：

除上述几种目前市场上比较主流的(E)RTG自动纠偏技术外，还有一些基于光学和视频图像识别技术的(E)RTG自动纠偏方案在市场上也有应用。
比如利用智能摄像机实时读取大车行走方向（龙道）上预先布置好的反光板道钉或地面划线标识，通过对比大车轮胎中心线与龙道上这些标识的偏差距离来调整海陆侧大车速度以实现纠偏；

就目前几种应用在市场上的(E)RTG大车自动纠偏技术方案而言，从技术适用范围、造价成本、为未来实现远控功能布局等各方面角度来看，都各有其优缺点。

2.1 从技术适用范围看：

基于GPS技术进阶的DGPS技术方案，虽然在定位精度上可以达到0.8cm+1ppm(RMS)，但为了防止基站对各分站造成的短期信号源不稳定、分站GPS天线瞬时被遮挡、(E)RTG移动时经过其他强信号源被干扰等问题，DGPS技术的应用需要考虑增加天线的数量、另外最好再配置INS技术来补偿DGPS瞬时失效时大车的行走纠偏；

基于磁力线检测技术的磁条磁尺方案，利用带有霍尔效应的磁性传感器可在定位精度上可以达到±5mm，仅从大车纠偏精度来考虑或属于目前已知方案中较高的一种。
但由于可能受到(E)RTG龙道底面基建钢筋、主干道“转龙”区域的金属钢板对预埋在地面的磁条的影响，所以磁力线检测技术方案在面临(E)RTG作业转场时还需考虑增加激光或光学扫描器及反光道钉等技术来加以补偿；

基于RFID定位及测量的技术方案，可在(E)RTG龙道地面预埋相应磁钉和在(E)RTG上配置双轴型测量天线实现。
整体测量及定位精度可达±10mm。
由于RFID技术不受码头现场多种恶劣环境、气候等条件影响，所以从技术适用范围角度来看，有着很强的优势；

2.2 从造价成本角度看：

DGPS+INS方案在(E)RTG设备上的投入表现两种技术的软硬件布置，同时码头现场的基建项目投入包括基站的建设和(E)RTG运行区域地图的测绘；

磁条+磁尺方案在(E)RTG设备上的投入表现磁尺测量技术的软硬件布置，但同前面所述，如考虑到(E)RTG的转龙过场问题，则需要额外考虑在(E)RTG上的其他技术及硬件的增加，同时码头现场的基建项目投入主要包括磁条在堆场龙道上的预埋敷设；

RFID定位及测量方案在(E)RTG设备上的投入表现为射频天线板等相关软硬件的布置，整体上已完全满足码头现场的多种复杂作业工况。
但前提是(E)RTG行走所涉及的区域需覆盖满RFID磁钉，且磁钉目前在市场上的费用成本也较高，所以RFID在同比造价费用支出上表现为最高；

2.3 从未来实现远控功能布局的技术角度看：

在当下集装箱码头设备实现自动化方案视乎亦然是一种趋势，但实现全自动化集装箱码头的普及第一步或许是先现实现自动化堆场（含原有设备的改造升级）的普及；而实现自动化堆场的普及第一步或许是先实现(E)RTG自动化（因ARMG轨道吊含基建费用的总价承包远高于(E)RTG）；最终实现(E)RTG自动化的第一步或是先实现(E)RTG远控和半自动化功能的结合；于是从未来实现(E)RTG远控功能布局的角度出发，在(E)RTG大车机构上除需要具备包括到自动纠偏功能外还需要具备自动定位功能。
而自动定位功能大致包含了粗定位（即：堆场贝位信息定位）和精定位（即：辅助设备对箱定位）这两种功能；

在DGPS+INS方案所涉及到的大车机构定位主要为粗定位，如果需要再进行精定位，则需要在龙道上通过增加RFID或磁条段点来实现；

磁条+磁尺方案所涉及到的大车机构定位主要为精定位，但未能获取堆场贝位信息。
所以要再实现粗定位，则需要在龙道上通过增加RFID来实现；

RFID定位及测量方案所涉及到的大车机构定位同时包含有粗定位和精定位，所以从未来实现远控功能布局的技术角度看该方案的优势最为明显；

2.4 主流的(E)RTG自动纠偏方案对比明细（表1）：

从(E)RTG的适用性来说，如动力供给是采用低架滑速线市电方式的，可结合考虑前述1.4内容中所涉及的基于光学和视频图像识别技术的其他方案。
而本文的上述内容主要对目前市场上主流的三种自动纠偏方案按不同需求角度来进行初步的探讨和技术对比，可同时供(E)RTG设备采用卷盘市电供电或柴油发电机组供电等方式的码头进行参考对比；因为这三种目前较为主流的自动纠偏方案有利于相对减少设备地面基础建设费用的投入。

从前述2总体内容和表1的方案明细对比来分析，该三种方案从不同角度来分析和选用都各具优势和短板，码头可根据自己的实际需求和整体规划来考虑选取；也可结合方案中各项具体技术进行混合搭配应用，比如采用DGPS+INS方案实现大车自动纠偏和堆场贝位粗定位后，再利用磁条+磁尺方案或RFID技术方案来实现远控需求中大车机构的堆场集装箱位置对箱的精定位。

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