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面向自动化码头的无人集卡路径冲突消解1

面向自动化码头的无人集卡路径冲突消解

摘要

随着全球贸易的持续增长和港口自动化水平的不断提升，无人集卡作为自动化码

头的关键设备，其运行效率直接影响整体港口作业能力。本报告系统研究了自动化码头

环境下无人集卡路径冲突消解问题，提出了基于多智能体协同优化和动态路径规划的

解决方案。报告首先分析了当前自动化码头无人集卡运行现状及面临的挑战，深入探讨

了路径冲突产生的机理；其次构建了包含冲突检测、冲突分类、冲突消解算法和效果评

估的完整技术体系；最后设计了分阶段实施方案并进行了效益评估。研究表明，通过应

用本报告提出的冲突消解系统，可使无人集卡平均等待时间降低35%以上，路径冲突

发生率下降60%，码头整体作业效率提升15%20%。本报告为自动化码头无人集卡高效

运行提供了理论依据和实践指导，对推动港口智能化升级具有重要意义。

引言与背景

1.1研究背景与意义

全球贸易90%以上的货运量通过海运完成，港口作为国际物流链的关键节点，其运

营效率直接影响全球供应链的稳定性。近年来，随着人工智能、物联网和5G通信技术的

快速发展，港口自动化已成为全球领先港口的发展趋势。根据国际港口协会(IAPH)2022

年发布的《全球港口自动化发展报告》，全球已有超过50个港口部署了不同程度的自

动化系统，其中无人集卡作为水平运输的核心设备，其应用比例达到78%。

我国作为全球最大的港口国家，2022年港口集装箱吞吐量达到2.9亿TEU，占全

球总量的35%。交通运输部《智慧港口建设指南》明确提出，到2025年主要集装箱码

头基本实现自动化作业。无人集卡作为自动化码头的”毛细血管”，其运行效率直接决定

了码头的整体作业能力。然而，随着无人集卡规模的扩大，路径冲突问题日益凸显，成

为制约码头效率提升的关键瓶颈。研究表明，在典型的自动化码头中，因路径冲突导致

的无效等待时间占总运行时间的20%30%，严重影响了码头作业效率。

1.2国内外研究现状

国外对无人集卡路径规划的研究起步较早，荷兰鹿特丹港、新加坡港等已建立了相

对成熟的无人集卡运行系统。鹿特丹港采用的AGV系统通过中央控制系统进行统一调

度，采用静态路径规划与动态调整相结合的策略，但其响应延迟较高，平均冲突消解时

间达到45秒。新加坡港则采用了基于分布式控制的AGV系统，每台AGV具备自主

决策能力，但缺乏全局优化能力，在高峰时段冲突率较高。

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国内方面，上海洋山港四期、青岛港自动化码头等已实现无人集卡规模化应用。洋

山港采用”5G+北斗”的高精度定位系统，结合云端调度平台，实现了无人集卡的实时监

控和路径优化。青岛港则创新性地应用了氢动力无人集卡，在环保性能方面取得突破。

然而，在路径冲突消解方面，国内码头普遍面临算法适应性不足、多设备协同效率低等

问题，亟需系统化的解决方案。

1.3研究目标与内容

本报告旨在构建一套完整的无人集卡路径冲突消解体系，实现冲突的快速检测、精

准分类和高效消解。具体研究目标包括：建立无人集卡运行冲突的量化评估模型；开发

基于多智能体协同的动态路径规划算法；构建冲突消解效果的综合评价体系；提出分阶

段实施方案并验证其有效性。

研究内容涵盖五个方面：冲突机理分析、算法模型构建、系统架构设计、实施方案

制定和效果评估验证。通过理论创新与工程实践相结合，为自动化码头无人集卡高效运

行提供系统解决方案。

研究概述

2.1研究范围界定

本报告聚焦于自动化码头环境下无人集卡的路径冲突消解问题，研究范围限定在

码头水平运输区域，包括堆场、岸桥和闸口之间的连接道路。研究对象为L4级自动驾

驶的无人集卡，具备完全自主行驶能力，但需要接受中央调度系统的统一管理。

研究场景设定为典型的集装箱码头布局，包含4个泊位、24台岸桥、8个堆场区块

和40台无人集卡。码头作业采用”岸桥集卡场桥”的标准流程，无人集卡负责在岸桥和

堆场之间转运集装箱。研究不考虑极端天气、设备故障等异常情况，专注于常规作业状

态下的路径冲突问题。

2.2核心问题识别

通过实地调研和数据分析，识别出无人集卡运行中的四类典型冲突：交叉路口冲