Die von Ihnen angesprochenen Probleme der hochpräzisen Positionierung und Kollisionsvermeidung in Häfen und Containerterminals stellen zentrale technologische Herausforderungen beim Bau intelligenter Häfen dar. In offenen, großflächigen Umgebungen mit mehreren Fahrzeugen sind hochpräzise Positionierungstechnologien wie UWB (Ultrabreitband) und RTK (Real-Time Kinematic) unerlässlich für die Realisierung von Geschwindigkeitsbegrenzungen, elektronischen Zäunen und Kollisionswarnungen.

Ich werde detailliert analysieren, wie diese beiden Technologien zusammenwirken, und eine vollständige Positionierungs- und Kollisionsvermeidungslösung entwickeln.

Kerntechnologie: Kollaborative Anwendung von UWB und RTK
In Containerterminals in Häfen kann eine einzelne Positionierungstechnologie oft nicht alle Genauigkeits- und Abdeckungsanforderungen erfüllen, daher müssen sich UWB und RTK ergänzen.
1. RTK-GNSS (Globales Navigationssatellitensystem Echtzeitkinematik)
RTK basiert auf Satellitensignalen wie GPS/Beidou, kombiniert mit bodengestützten Basisstationen (Referenzstationen) zur differentiellen Echtzeitkorrektur, wodurch absolute Koordinaten mit einer Genauigkeit von Metern bis Zentimetern bereitgestellt werden.
Funktionsprinzip: GNSS-Basisstationen werden im Containerterminal oder Hafengebiet eingerichtet. GNSS-Empfänger (mobile Stationen) werden an den Einsatzfahrzeugen (z. B. Containerstaplern, Reachstackern) installiert. Die Basisstation sendet Differenzkorrekturdaten an die mobile Station, die daraufhin in Echtzeit hochpräzise WGS-84-Absolutkoordinaten berechnet.
Anwendbare Szenarien:
Großflächige Abdeckung: Geeignet für die großflächige Positionierung des gesamten Freiluft-Containerlagers und Docks.
Absolute Koordinaten: Liefert Fahrzeugen präzise Positionsdaten im Koordinatensystem der Erde, was die Grundlage für elektronische Zäune und die Gebietsaufteilung bildet.
Einschränkungen: Satellitensignale werden leicht durch gestapelte Container (Hochhaus-Containerbereiche) blockiert, was zu einer verminderten Genauigkeit oder zu Signalverlusten in der Umgebung führt.
2. UWB (Ultrabreitband-Positionierung)
UWB ist eine drahtlose Kurzstreckenkommunikationstechnologie, die durch Messung der Signalübertragungszeit (ToF) eine hochpräzise Positionierung ermöglicht und sich besonders für Umgebungen mit Hindernissen oder Innenräumen eignet.

Prinzip: Im Containerterminalbereich werden UWB-Basisstationen (Anker) eingesetzt und UWB-Tags an den Fahrzeugen angebracht. Die Tags messen die Entfernungen zu mehreren Basisstationen, und ein Triangulationsalgorithmus berechnet die Position des Tags im UWB-Systemkoordinatensystem zentimetergenau.

Anwendbare Szenarien:
Lokale hohe Präzision: Geeignet für Bereiche mit schwachem GNSS-Signal, wie z. B. Containerlager und Bereiche unter Ladebrücken, als Ergänzung zu RTK. Kollisionsvermeidung im Nahbereich: Die hohe Messgenauigkeit und schnelle Reaktionszeit von UWB machen es zur idealen Wahl für die Kollisionsvermeidung im Nahbereich zwischen Fahrzeugen und zwischen Fahrzeugen und Hindernissen.

Einschränkungen: Die Abdeckung ist durch die Anzahl und Dichte der Basisstationen begrenzt, und eine Koordinatentransformation mit der GIS-Karte des Hafens ist erforderlich.

Implementierungsschemata für drei wichtige Anwendungsfunktionen

Mithilfe der oben genannten Positionsdaten können drei zentrale Sicherheitsmanagementfunktionen für den Hafenbetrieb realisiert werden:

1. Geschwindigkeitsbegrenzung in der Zone
Implementierungsmechanismus:
Zoneneinteilung: Auf der GIS-Karte des Hafens sind verschiedene elektronische Zonen nach Sicherheitsanforderungen unterteilt (z. B. Hauptstraßen, Containerlagerbereiche, Wartungsbereiche, Bürobereiche).
Geschwindigkeitsgrenzwert: Für jede Zone wird eine bestimmte maximale zulässige Geschwindigkeit festgelegt (z. B. 40 km/h für Hauptstraßen, 15 km/h für Containerlagerflächen).
Echtzeitvergleich und -steuerung: Das On-Board-Unit (OBU) des Fahrzeugs ermittelt hochpräzise RTK/UWB-Positionsdaten in Echtzeit. Das System vergleicht die Fahrzeugposition mit voreingestellten elektronischen Zonen und Geschwindigkeitsschwellenwerten.

Zwangsintervention: Sobald das Fahrzeug in eine Geschwindigkeitsbegrenzungszone einfährt und seine Echtzeitgeschwindigkeit die zulässige Höchstgeschwindigkeit überschreitet, sendet die On-Board-Unit (OBU) sofort einen Befehl an die Fahrzeugsteuerung, um einen akustischen und optischen Alarm auszulösen oder eine erzwungene Verzögerung/Geschwindigkeitsbegrenzung zu erzwingen.

2. Geofencing
Geofencing wird verwendet, um den Einsatzbereich und die Sperrzonen für Fahrzeuge zu definieren (z. B. Dockränder, Bereiche mit gefährlichen Chemikalien, Einfahrten zu Wartungsbereichen).
Implementierungsmechanismus:
Zaundefinition: Auf der GIS-Karte werden Polygone oder kreisförmige Sperrgebiete mithilfe hochpräziser RTK-Koordinaten definiert.
Einbruchsüberwachung: Die On-Board-Unit (OBU) des Fahrzeugs überwacht kontinuierlich die RTK/UWB-Position.
Warnung/Bremsung:
Wenn sich die Position des Fahrzeugs dem Zaun nähert (z. B. innerhalb von 5 Metern), wird eine Warnung der ersten Stufe ausgelöst.

Wenn das Fahrzeug in den Zaun einfährt, wird ein erweiterter Alarm der zweiten Stufe ausgelöst, der mit dem Fahrzeugsteuerungssystem für eine ferngesteuerte oder erzwungene Anhaltung kombiniert werden kann.

3. Kollisionswarnung
Kollisionsvermeidung ist der wichtigste Aspekt des Hafensicherheitsmanagements und erfordert sowohl die Vermeidung von Fahrzeug-zu-Fahrzeug- als auch von Fahrzeug-zu-Objekt-Kollisionen.
Implementierungsmechanismus:
Kollisionsvermeidung über große Entfernungen (basierend auf RTK):
Alle in Betrieb befindlichen Fahrzeuge teilen ihre jeweiligen absoluten RTK-Koordinaten.
Das zentrale System bzw. die On-Board-Unit (OBU) berechnet in Echtzeit den euklidischen Abstand zwischen zwei Fahrzeugen. Wird der Sicherheitsgrenzwert (z. B. 30 Meter) unterschritten, wird eine Warnung ausgelöst.
Kollisionsvermeidung im Nahbereich (basierend auf UWB):
UWB-Geräte werden an Fahrzeugen und kritischen festen Hindernissen (wie z. B. Portalkransäulen und Hofecken) installiert.
Die hochpräzise Entfernungsmessung von UWB liefert schnelle und genaue Entfernungsdaten im Bereich von mehreren Metern.
Wenn der Abstand zwischen zwei Fahrzeugen oder zwischen einem Fahrzeug und einem Objekt kleiner ist als der sichere Bremsweg (unter Berücksichtigung von Geschwindigkeit und Beladung), löst das System sofort einen Alarm aus und führt eine Notbremsung durch.

Sensorfusion: Millimeterwellenradar oder LiDAR werden als ergänzende Sensoren eingesetzt. Diese Sensoren liefern Informationen über Hindernisse im Sichtfeld, insbesondere wenn UWB/RTK-Signale gestört sind oder Hindernisse ohne UWB-Tags identifiziert werden müssen, und ermöglichen so die abschließende Bestätigung.

Systemarchitektur und Herausforderungen

Systemarchitektur

Komponenten	Funktion	Technische Anforderungen
Hochpräzise Positionierungsschicht	Bietet Fahrzeugpositionierung in Echtzeit auf Zentimeterebene.	(RTK-Basisstation, UWB-Anker, bordeigener GNSS-Empfänger/UWB-Tag)
Bordgerät (OBU)	Erfasst Standort, Geschwindigkeit und Status; empfängt Befehle; führt Steuerungsfunktionen aus	Verfügt über einen Hochleistungschip, eine Multisensor-Fusionsschnittstelle und CAN-Bus-Kommunikationsfähigkeit.
Kommunikationsnetzwerk	Überträgt Differenzdaten, Positionsdaten und Steuerbefehle	5G/LTE-V- oder WLAN-Abdeckung; geringe Latenz ist entscheidend
Zentrale Managementplattform	GIS-Karte, Konfiguration von Bereichs-/Geofencing-/Geschwindigkeitsbegrenzungsrichtlinien, Datenanalyse, einheitliche Terminplanung	Leistungsstarke Geoinformationsverarbeitung und Echtzeit-Datenverarbeitungskapazitäten

Hauptherausforderungen:
Mehrwegeausbreitung und Hindernisse: Die Metallstrukturen der Container im Lagergelände beeinträchtigen die Genauigkeit und Stabilität der GNSS- und UWB-Signale erheblich, weshalb Multisensor-Fusionsalgorithmen zur Glättung und Korrektur der Daten erforderlich sind.
Vereinheitlichung der Koordinatensysteme: Gewährleistung einer genauen und nahtlosen Konvertierung zwischen dem absoluten RTK-Koordinatensystem (WGS-84), dem lokalen UWB-Koordinatensystem und dem GIS/TOS-Systemkoordinatensystem des Hafens.
Systemlatenz: Um die Echtzeitfähigkeit der Kollisionsvermeidung zu gewährleisten, muss die gesamte Latenz der Verbindung, von der Positionserfassung bis zur Auslösung eines Notbremsbefehls, auf Millisekundenebene kontrolliert werden.

Nächste Schritte/Empfehlungen:
Um die Sicherheit und Effizienz im Hafengelände weiter zu optimieren, könnten Sie die Erprobung und den Einsatz von RTK-UWB-Fusionsalgorithmen in Betracht ziehen. Möchten Sie mehr über spezifische Multisensor-Datenfusionsalgorithmen (wie UWB+RTK+IMU) oder Standardeinstellungen für Sicherheitsabstände in Hafenkollisionsvermeidungssystemen erfahren?