По мере ускорения строительства умных портов совместная логистика судов и портов с помощью дронов стала ключевым сценарием повышения эффективности грузооборота за счет облегчения экстренной доставки запасных частей, инспекции порта и сбора данных о контейнерах. Однако операции на малых высотах сталкиваются с рядом трудностей, в том числе со сложной электромагнитной обстановкой, плотным металлическим оборудованием, высокой влажностью и соленостью вблизи моря, а также с круглосуточной миссией. По данным, при операциях портовых логистических дронов процент отказов на ранней стадии составил 8,7 %.
В этой статье основное внимание уделяется радару миллиметрового диапазона 60–81 ГГц, который стал решающим фактором обеспечения безопасности логистической экосистемы интеллектуальных портов на малых высотах благодаря своей проникающей способности, надежной защите от помех и точности на уровне сантиметра.
1. Устранение помех от металлов, соляного тумана и высокой влажности в портах с помощью радара миллиметрового диапазона 60–81 ГГц
Длина волны радара 60–81 ГГц (прибл. 3,7–5 мм) обеспечивает превосходную производительность в суровых прибрежных условиях, что крайне важно для обеспечения непрерывности логистических операций дронов.
-
Устойчивость к ослаблению в соляном тумане: в экстремальных лабораторных условиях эффективность обнаружения падает менее чем на 10 %, что превосходит показатели инфракрасных и визуальных датчиков (почти полный отказ).
-
Реальная выгода: в порту Нинбо-Чжоушань, где в среднем бывает 120 дней с соленым туманом в году, дроны, оснащенные этим радаром, увеличили время безотказной работы с 45 % до 92 %.
Чтобы устранить сильные отражения от контейнеров и причальных кранов, радар использует антенную технологию MIMO и алгоритмы CFAR, чтобы различать действительные цели и металлические помехи.
Пример: На автоматическом терминале Яншань 16-канальная антенная решетка и адаптивная обработка сигналов снизили частоту ложных тревог с 23% до 1,8%, что обеспечивает стабильное обнаружение в средах с большим количеством металлов.
2. Точность на уровне сантиметра: обеспечение точной навигации в небольших портовых зонах
Точная работа в узких контейнерных проходах необходима для логистики в портах на малых высотах. Чтобы удовлетворить этому требованию, радар 60–81 ГГц обеспечивает разрешение сантиметрового уровня (разрешение по расстоянию 5 см и угловое разрешение 0,5°).
-
Дроны в порту Шэньчжэнь Яньтянь используют точную коррекцию траектории, чтобы преодолевать 3-метровые промежутки между контейнерами. Благодаря 360-градусному сканированию со скоростью 20 кадров в секунду точность коррекции траектории остается в пределах ±10 см, что обеспечивает точную высадку на крышу контейнера.
-
Комплексный мониторинг: стационарные радары в порту Гуанчжоу Наньша покрывают радиус 500 метров, устраняя визуальные слепые зоны и предотвращая столкновения с наземными транспортными средствами.
Данные показывают, что точность доставки увеличилась с 88% до 99,5%, а безопасность в узком пространстве увеличилась в 3 раза.
3. Всепогодная защита от помех: обеспечение круглосуточной работы порта в сложных электромагнитных условиях
Портам требуются надежные датчики, работающие круглосуточно.
-
Ночные миссии.
-
Дождь, туман и пыль
-
Условия плохой видимости
Во время тайфуна Доксури в 2023 году, несмотря на сильный ветер (уровень 8), проливной дождь и видимость <50 м, радар позволил обеспечить бесперебойную доставку экстренных дронов в порт Сямэнь.
Для борьбы с электромагнитными помехами от причальной связи, навигации судов и силового оборудования в радаре используются методы скачкообразной перестройки частоты и методы электромагнитного экранирования IEC 61000-4-3 уровня 3.
Даже при интенсивности ЭМ 40 В/м точность обнаружения в порту Тяньцзинь оставалась выше 99,2%.
4. Фильтрация Калмана и динамическое отслеживание: раннее прогнозирование столкновений судов и транспортных средств
Низковысотная зона порта содержит множество динамических целей, включая дроны, суда, наземную технику и персонал. Радар использует фильтр Калмана для прогнозирования траекторий движения на следующие три секунды.
-
Предотвращение столкновений в порту Циндао: радар отслеживает скорость швартовки судна (0,1–0,3 м/с) и углы поворота крана в режиме реального времени, запуская автоматические маневры уклонения БПЛА за 0,3 секунды.
-
В порту Гуанчжоу Наньша частота столкновений снизилась с 0,3% до <0,01%, а точность динамического предварительного предупреждения о цели достигла 99,8%.
5. Увеличьте полезную нагрузку и долговечность БПЛА за счет легкой и маломощной конструкции
Полезная нагрузка для портовых логистических дронов должна быть легкой и маломощной. Радар 60–81 ГГц идеально отвечает всем этим требованиям.
-
Компактная конструкция: модули портов обычно весят менее 20 граммов.
-
Затраты на установку низкие. Потребляемая мощность составляет всего 5 Вт, что обеспечивает 24-часовую непрерывную работу.
В порту Нинбо-Чжоушань за 15 дней было модернизировано 100 дронов, причем затраты на 60 % ниже, чем у решений LiDAR.
6. Multi-Sensor Fusion: разработка комплексной сети безопасности для совместной работы портовых БПЛА
Один датчик не может обрабатывать все возможные условия порта. Радар и оптические/инфракрасные датчики работают вместе, обеспечивая общую безопасность.
-
Радар + зрение: в порту Шэньчжэнь Яньтянь радар обеспечивает обнаружение на большом расстоянии и динамическое отслеживание, а датчики камеры обеспечивают идентификацию на близком расстоянии; когда идет дождь или туман, на помощь приходит радар.
-
Повышена стабильность системы: избыточность восприятия увеличена на 30 %, что обеспечивает надежность работы на 99,9 % даже в экстремальных погодных условиях.
Вывод: ключевые технологические тенденции в логистике на малых высотах в интеллектуальных портах
Основной технологией для интеллектуальной портовой логистики теперь является радар миллиметрового диапазона 60–81 ГГц, который обеспечивает всепогодные и высокоточные операции БПЛА.
Это гарантирует:
✔ Точное определение соляного тумана с высокой влажностью.
✔ Защищает от отражений металлов.
✔ Обеспечивает локализацию на сантиметровом уровне в ограниченном пространстве.
✔ Улучшает динамическое отслеживание препятствий за счет исключения электромагнитных помех.
Эта технология ускорит масштабное, автоматизированное и беспилотное развертывание интеллектуальной портовой логистики с учетом будущих достижений (более высокое разрешение, более глубокая интеграция искусственного интеллекта, сотрудничество с 5G).