Las operaciones portuarias se sitúan en el centro del comercio mundial, y la brecha entre el aumento del volumen de contenedores y la mano de obra disponible para moverlos ha aumentado cada año desde 2020. Los vehículos autónomos, desde los vehículos pesados de guiado automático (AGV) hasta los tractores de terminal automatizados y los vehículos de guiado inteligente (IGV), son ahora fundamentales para que los operadores puedan cerrar esa brecha. Pero un puerto no es una autopista. Las pilas de contenedores, las grúas de muelle, las estructuras de acero y el movimiento constante de los buques junto al muelle conspiran para debilitar o interrumpir las señales por satélite de las que dependen los vehículos autónomos. La automatización fiable de los puertos es, ante todo, un problema de posicionamiento, y resolverlo exige una arquitectura de navegación diseñada para el entorno en lugar de adaptada a él. CHC Navigation construye esa arquitectura como un conjunto coordinado de GNSS más productos inerciales, desplegados de extremo a extremo por toda la terminal.
El GNSS por sí solo rara vez es suficiente en un puerto. El mismo bloqueo de señal que oculta un camión a la vista del satélite se repite cada vez que un vehículo se mueve bajo una grúa o entre dos contenedores apilados. Los sistemas GNSS más INS estrechamente acoplados lo compensan fusionando las mediciones de los satélites con los datos de los sensores inerciales: cuando la geometría de los satélites es fuerte, el GNSS mantiene acotada la deriva inercial; cuando los satélites están bloqueados, la IMU transporta la posición hacia delante sin perder el rumbo del vehículo. El resultado es un posicionamiento a nivel centimétrico que funciona con fiabilidad en condiciones portuarias reales, utilizando una arquitectura escalable que puede aplicarse a camiones de astillero, embarcaciones marítimas y otras plataformas de automatización portuaria . El artículo que sigue amplía nuestra nota anterior sobre vehículos autónomos en operaciones portuarias recorriendo toda la cartera de productos que soporta una terminal totalmente integrada.
El sistema GNSS/INS de alto rendimiento GI-610 mantiene a los tractores autónomos sobre la pista en las terminales de transporte.
Un núcleo de navegación fiable para vehículos portuarios autónomos
En el corazón de las operaciones portuarias autónomas se encuentra la unidad de navegación del vehículo. Se trata del sensor que toma señales GNSS brutas de múltiples constelaciones, las fusiona con mediciones inerciales y genera la posición, la actitud y la velocidad que la pila de autonomía del vehículo consume para la planificación y el control de la trayectoria.
Nuestro artículo de 2024 recorría esta capa con el CGI-610 como anclaje de un solo producto. El producto sigue siendo el punto de partida adecuado. Lo que se ha ampliado en los dos años transcurridos desde entonces es el resto de la cartera que lo rodea en un terminal real, y las secciones siguientes explican cómo la misma arquitectura GNSS más INS estrechamente acoplada se extiende ahora desde los vehículos de flota a la infraestructura marina y de astilleros y a las plataformas de validación.
El CHCNAV CGI-610 se ha diseñado para desempeñar esta función en entornos portuarios pesados. Se trata de un sistema GNSS más INS de doble antena estrechamente acoplado que proporciona posición, actitud y velocidad a una frecuencia de hasta 100 Hz. La configuración de doble antena es importante en las operaciones portuarias porque la precisión del rumbo no se degrada cuando el vehículo está parado o se mueve lentamente; ambos estados son habituales en los flujos de trabajo de manipulación de contenedores en los que los AGV hacen cola, se acoplan a las grúas de muelle o realizan una alineación precisa bajo las estanterías. La alta frecuencia de actualización permite a la pila de control ejecutar un bucle interno ajustado en la dirección y el acelerador sin esperar a una nueva corrección.
Para el despliegue de flotas más amplias, en particular tractores de terminal automatizados y vehículos guiados inteligentes que recorren trayectos más largos entre zonas de patio, el CHCNAV CGI-230 adopta una optimización diferente. Se trata de un sistema GNSS más INS de calidad automovilística que combina GNSS, detección inercial y navegación a estima, con interfaces para vehículos diseñadas para el despliegue en producción. Un operador portuario que pasa de una flota piloto a un astillero totalmente automatizado se preocupa por el tiempo de instalación, la integración con el bus CAN del vehículo y el comportamiento durante la pérdida temporal de señal a medida que crece la flota. El CGI-230 se dirige directamente a ese perfil de escalado. Mantiene la continuidad durante las interrupciones breves sin necesidad de un módulo IMU externo, lo que simplifica la pila de sensores en cada vehículo.
Utilizados conjuntamente en un único terminal, el CGI-610 y el CGI-230 cubren tanto el trabajo de precisión a cámara lenta en el muelle como el movimiento de la flota por el patio, basándose en los mismos principios de GNSS e INS, pero adaptados a dos perfiles de funcionamiento diferentes.
Extender la automatización a todo el ecosistema portuario
La automatización portuaria no se detiene en el vehículo autónomo. Una terminal moderna es un sistema en el que los movimientos en el patio, las grúas de muelle, las operaciones junto al buque y los activos perimetrales deben compartir la misma referencia espacial. El posicionamiento debe extenderse a todas las capas del sistema, incluidas las partes situadas fuera del vehículo.
El posicionamiento es una capa de una pila de conectividad más amplia. La mensajería V2X a través de 5G transporta las actualizaciones de tráfico, obstáculos y rutas en tiempo real entre los vehículos y la infraestructura sobre la que funciona un sistema de control de terminales. El GNSS se sitúa debajo de esa pila como referencia espacial y temporal compartida de la que dependen los mensajes. Las dos capas son complementarias, y el valor de una arquitectura GNSS más INS coherente es que proporciona a todos los elementos conectados en el terminal el mismo marco de posición y la misma base temporal para trabajar.
El CHCNAV P2 está preparado para desempeñar esta función más amplia. Como sensor GNSS de alta precisión diseñado para condiciones industriales y marítimas adversas, es compatible con aplicaciones que incluyen el despliegue de estaciones de referencia en el perímetro de la terminal, la supervisión de la posición en equipos de muelle y el posicionamiento marítimo, donde el entorno GNSS se complica por las superestructuras metálicas y el propio estado del mar. La colocación de una referencia GNSS coherente en varios puntos de anclaje de la terminal permite que todos los vehículos autónomos trabajen con la misma verdad sobre el terreno, lo que impide que los proyectos de automatización se desvíen hacia marcos de coordenadas separados a medida que se amplían.
Debajo de los productos de nivel de sistema se encuentra la columna vertebral inercial. La CI-710 de CHCNAV es una IMU MEMS de alta precisión diseñada para la detección de movimiento en sistemas robóticos y automatizados. En la automatización portuaria, aparece en lugares que son fáciles de pasar por alto: el sensor de movimiento de una grúa apiladora que necesita un balanceo y cabeceo precisos bajo la carga del viento, la unidad inercial de un equipo de cartografía basado en SLAM que se utiliza para actualizar la disposición del patio, o la medición del movimiento en un sistema robótico que se encarga de la inspección del perímetro. Gracias a componentes como el CI-710, un puerto deja de ser un conjunto de máquinas automatizadas autónomas para convertirse en una flota de sistemas cooperativos con datos de movimiento coherentes que alimentan la capa de coordinación central.
El efecto acumulativo es un marco de posicionamiento único. Vehículos, infraestructuras y activos marítimos hacen referencia a las mismas constelaciones de satélites a través del mismo patrón arquitectónico, que es lo que desbloquea las operaciones integradas de las terminales en lugar de los pilotos de automatización aislados.
Para un operador que esté introduciendo progresivamente la automatización a lo largo de varios años, el valor de coordinación de una arquitectura de posicionamiento compartida se multiplica. Una flota piloto de AGV que funcione con unidades CGI-610 puede ampliarse posteriormente a tractores de terminal con unidades CGI-230 sin reescribir la fontanería de coordenadas, ya que ambos productos proporcionan la posición en el mismo marco geodésico y la misma base temporal. La adición de una estación de referencia P2 en la nueva ampliación del patio pone en línea esa sección dentro de la misma red. La incorporación de la detección de movimiento CI-710 a la actualización de una grúa apiladora proporciona al sistema central datos de movimiento en tiempo real en el formato que ya entiende. Cada paso añade capacidad sin forzar una reestructuración, que es lo que mantiene un programa de automatización a largo plazo dentro de los plazos previstos.
Garantizar el rendimiento mediante pruebas y validación
La autonomía a gran escala vive o muere en la validación. Antes de que un AGV ejecute un traspaso de contenedores en directo, antes de que un tractor de terminal transporte un chasis real entre dos zonas, el sistema tiene que probarse con una verdad sobre el terreno que sea más precisa que el sensor de producción. De lo contrario, no hay forma defendible de certificar que el vehículo está haciendo lo que su caso de seguridad requiere, y no hay señal para retroalimentar los algoritmos de percepción y control cuando el comportamiento se desvía.
El CHCNAV CGI-830 está diseñado para desempeñar esa función de validación. Combina un receptor GNSS estrechamente acoplado con una unidad inercial MEMS de alta calidad para producir datos de posición, actitud y velocidad de referencia, y está diseñado para instalarse en un vehículo de pruebas junto con la pila de navegación de producción. Los datos que captura se convierten en la verdad de base con la que se compara la solución de a bordo del vehículo. Los equipos de ingeniería utilizan esa comparación para caracterizar el rendimiento en casos extremos, identificar modos de fallo que no aparecerían en un tramo recto y soleado y ajustar los algoritmos a la geometría particular del puerto.
El ciclo de validación se prolonga continuamente hasta el despliegue. Una nueva disposición de los contenedores, una nueva instalación de grúas o un nuevo tramo de carril automatizado cambian el entorno GNSS de forma sutil, y un puerto que se tome en serio la automatización volverá a validar después de cada uno de ellos. Tratar la validación como una capacidad permanente y no como un hito previo al lanzamiento es lo que mantiene la fiabilidad de una terminal automatizada a medida que evoluciona el entorno físico.
El mismo conjunto de datos de la verdad sobre el terreno se gana su sustento más allá de la aceptación previa al lanzamiento. Sirve de apoyo a la revisión de incidentes cuando un vehículo autónomo se comporta de forma inesperada, sustenta la recalibración periódica de la pila de navegación de producción y proporciona al equipo de ingeniería una referencia defendible cuando un regulador o una aseguradora solicitan pruebas. Un puerto que haya invertido en un equipo de referencia CGI-830 puede responder a estas preguntas en horas en lugar de meses, que es una de las razones menos discutidas por las que una validación disciplinada es rentable.
Los sensores GNSS + INS CGI-830, CGI-610 y CGI-230 combinan el posicionamiento GNSS con la tecnología de navegación inercial para ofrecer un posicionamiento y una orientación fiables y de alta precisión en entornos dinámicos.
Impulsar el futuro de los puertos inteligentes
La evolución de la automatización portuaria es evidente. Los vehículos autónomos individuales, los proyectos piloto de automatización aislados y las pruebas de concepto únicas están dando paso a sistemas de terminales integrados en los que todos los activos móviles y todos los puntos de referencia fijos comparten la misma arquitectura de posicionamiento. La gama de productos necesarios para esta integración es muy amplia, pero la ingeniería subyacente es la misma: GNSS estrechamente acoplado y detección inercial, desplegados en el vehículo, la infraestructura, el activo marino y la plataforma de validación.
CHC Navigation da soporte a cada una de estas capas con productos diseñados para interoperar. El CGI-610 y el CGI-230 cubren la capa del vehículo en dos perfiles operativos. El P2 amplía el posicionamiento a las secciones marina y dura del terminal. El CI-710 proporciona el componente de detección de movimiento que hace que los subsistemas robótico y de grúa formen parte de la misma red. El CGI-830 cierra el bucle con datos de validación de referencia. A medida que los puertos se modernizan, este tipo de cartera coordinada es lo que permite al operador pasar de la automatización como proyecto a la automatización como forma de funcionamiento de la terminal.
Un posicionamiento fiable es la base de esa transición, y construirlo con una única arquitectura GNSS más INS coherente es el camino más directo desde los pilotos de hoy a las terminales inteligentes de mañana.
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Acerca de CHC Navigation
CHC Navigation (CHCNAV) desarrolla soluciones avanzadas de cartografía, navegación y posicionamiento diseñadas para aumentar la productividad y la eficacia. Al servicio de sectores como el geoespacial, la agricultura, el control de máquinas y la autonomía, CHCNAV ofrece tecnologías innovadoras que capacitan a los profesionales e impulsan el avance de la industria. Con una presencia mundial que abarca más de 140 países y un equipo de más de 2.200 profesionales, CHC Navigation es reconocido como líder en la industria geoespacial y más allá. Para más información sobre CHC Navigation [Huace:300627.SZ], visite: https: //www.chcnav.com/about/overview
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