JP6751603B2 - コンテナターミナルシステム - Google Patents

Description

本発明は、自律走行と遠隔操縦が可能な半自動トレーラとこれを用いたコンテナターミナルシステムに関する。

「コンテナターミナル」とは、コンテナの一時的な保管や輸送のための積み降ろし基地をいう。ここで「コンテナ」とは、貨物輸送用に使われる大型容器である。
コンテナターミナルは、コンテナ船が接岸してコンテナを積み卸しする専用の岸壁、コンテナを運搬し保管するコンテナヤード、および荷役設備で構成される。
「コンテナヤード」とは、コンテナを荷役し一時集積しておく場所をいう。荷役設備は、例えば、ガントリークレーン、トランスファークレーン、ストラドルキャリアなどである。

従来、コンテナターミナルでは、ターミナル管理システム（例えばコンピュータシステム）が、コンテナヤード内のすべての蔵置コンテナ（コンテナヤード内に積載されたコンテナ）の位置を把握している。またターミナル管理システムは、トランスファークレーンや構内トレーラに対して荷役と搬送元及び搬送先の指示を行っている。
しかし、従来のコンテナターミナルシステムでは、人が構内トレーラや荷役設備の運転操作を行っており、その自動化が望まれていた。

この要望を満たすため、例えば無人搬送台車を導入し、コンテナヤード内のコンテナ搬送を自動化するコンテナターミナルシステムが提案されている（例えば特許文献１〜３）。
無人搬送台車は、磁気テープ、マーカ、ＲＦＩＤタグ等で指定された所定のルートをターミナル管理システムにより制御し自動運転を行うものである。
また、本発明に関連する技術として、特許文献４が開示されている。

特許第５７９３３２３号公報 特開２０１５−１９３４８３号公報 国際公開第２０１２／０２０４６４号 特開２００２−３７４５３号公報

上述した従来のコンテナターミナルシステムには、以下の問題点があった。

（１）従来の無人搬送台車（以下、「ＡＧＶ」）は、従来のトレーラ（有人運転：以下、「有人トレーラ」）に比べて速度が遅く（例えば約２０ｋｍ／ｈ）、かつ高価（例えば１台５千万円以上）である。そのため、従来の有人トレーラをＡＧＶに置き替えるには、従来の有人トレーラ以上の台数を導入する必要があり、高コストとなる。
（２）また、ＡＧＶの走行経路に磁気テープなどを埋設する必要があり、かつ指定された所定のルート（走行経路）でしか自動運転できない。そのため、従来の有人トレーラが稼働中の既設のコンテナターミナルへの導入が困難であった。
（３）コンテナヤード内に積載された蔵置コンテナの間ではＧＰＳが受信できず、自己位置が把握できない。
また、蔵置コンテナの間では構内無線通信が受信できず、ターミナル管理システムとの間でコマンドや状態信号等の送受信ができないことがある。

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、磁気テープなどを埋設することなく自由なルートで自律走行ができ、かつ蔵置コンテナの間でも自己位置を把握し、コマンドや状態信号等の送受信ができるコンテナターミナルシステムを提供することにある。

本発明によれば、コンテナヤード内の蔵置コンテナのコンテナ位置を把握し、前記コンテナヤード内の模擬地図を生成する既設のターミナル管理システムと、
前記蔵置コンテナより全高が高いトランスファークレーンと、
前記コンテナヤード内で自由なルートで自律走行可能な半自動トレーラと、
前記トランスファークレーンの上部に取り付けられたＧＰＳ装置及び通信アンテナと、
前記通信アンテナを介して前記半自動トレーラと送受信可能、かつ前記ターミナル管理システムと送受信可能な運行支援装置と、を備え、
前記半自動トレーラは、
コンテナを積載して前記コンテナヤード内を走行可能なトレーラ車体に取付けられた自律走行ユニットを備え、
前記自律走行ユニットは、前記トレーラ車体を自律走行させる遠隔操縦可能な操縦ユニットと、
周囲の３次元形状を検出するレーザレンジファインダと、
前記蔵置コンテナの前記コンテナ位置を記憶し、受信可能なときに受信して更新する車載通信機と、
自己位置を推定する位置推定装置と、を有し、
前記運行支援装置は、前記ターミナル管理システムから前記コンテナ位置を含む支援情報を受信し、前記半自動トレーラに前記通信アンテナを介して前記コンテナ位置と前記模擬地図を含む作業情報を送信し、
前記半自動トレーラは、前記コンテナ位置を記憶し、前記ターミナル管理システムから前記運行支援装置を介して前記コンテナ位置と前記模擬地図を受信可能なときに受信して更新する、コンテナターミナルシステムが提供される。

前記車載通信機は、周囲の模擬地図を受信可能なときに受信して記憶し、
前記位置推定装置は、前記３次元形状から周囲の３次元地図を作製し、これと前記模擬地図とのマッチングにより自己位置を推定する。

前記位置推定装置は、前記３次元形状から前記コンテナのエッジを検出して前記３次元地図を作製する。

前記半自動トレーラは、
周囲の２次元画像を撮像するカメラを有し、
前記車載通信機は、前記コンテナ位置と前記蔵置コンテナに付されたコンテナ番号を受信し、
前記カメラは、走行中に前記コンテナ番号を撮像し、
前記位置推定装置は、前記コンテナ位置と前記コンテナ番号とから自己位置を推定する。

前記車載通信機は、トランスファークレーンのクレーン位置を受信し、
前記レーザレンジファインダは、前記トランスファークレーンまでの距離を検出し、
前記位置推定装置は、前記クレーン位置と前記距離とから自己位置を推定する。

前記トランスファークレーンの脚部に取り付けられたレーザ反射板を備え、
前記運行支援装置は、クレーン位置を送信し、
前記レーザレンジファインダは、前記レーザ反射板までの距離を検出する。

上記本発明によれば、トレーラ車体に取付けられた自律走行ユニットがレーザレンジファインダを備えるので、周囲の３次元形状を検出することができる。従って、本発明の半自動トレーラは、磁気テープなどを埋設することなく自由なルートで自律走行ができ、かつ蔵置コンテナの間でも自己位置を推定し把握することができる。

また、トレーラ車体は、コンテナを積載してコンテナヤード内を走行可能な既存のトレーラの車体を活用できるので、既存のターミナルシステムとの親和性が高い。

さらに、本発明のコンテナターミナルシステムは、トランスファークレーンの上部に取り付けられたＧＰＳ装置及び通信アンテナと、通信アンテナを介して半自動トレーラにコンテナ位置を送信可能な運行支援装置と、を備える。従って、本発明のコンテナターミナルシステムは、蔵置コンテナの間でも、半自動トレーラとコマンドや状態信号等の送受信ができる。

本発明による半自動トレーラの全体構成図である。 位置推定装置の具体例を示す模式図である。 位置推定装置の具体例を示す第２の模式図である。 位置推定装置の具体例を示す第３の模式図である。 本発明によるコンテナターミナルシステムの全体構成図である。 本発明のコンテナターミナルシステムのバンプール等の横持ち搬送への適用例を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明による半自動トレーラ１０の全体構成図である。
この図において、本発明の半自動トレーラ１０は、トレーラ車体１２に取付けられた自律走行ユニット１４を備える。

トレーラ車体１２は、コンテナ１を積載してコンテナヤード内を走行可能に構成されている。トレーラ車体１２は、好ましくは、上述した従来の有人トレーラと同じ車体であり、既存の有人トレーラと同等の走行速度を有する。

自律走行ユニット１４は、操縦ユニット１６、レーザレンジファインダ１８、カメラ２０、車載通信機２２、及び位置推定装置２４を有する。

操縦ユニット１６は、トレーラ車体１２を自律走行させ、かつ遠隔操縦可能に構成されている。
操縦ユニット１６は、車速センサ１６ａ、操舵用アクチュエータ１６ｂ、ブレーキとアクセルを操作する走行用アクチュエータ１６ｃ、及び制御装置１７を備える。
この構成により、半自動トレーラ１０は、車速センサ１６ａで速度を検出し、制御装置１７からの指令信号により、操舵用アクチュエータ１６ｂでハンドルを操舵し、走行用アクチュエータ１６ｃで速度を制御する。
また、運行支援オペレータ３０ａ（図５参照）からの指令により、半自動トレーラ１０は、制御装置１７を介して遠隔操縦可能に構成されている。

レーザレンジファインダ１８は、周囲の３次元形状を検出する。
レーザレンジファインダ１８は、レーザ光を用いて進行方向における地形の凹凸や障害物を検出し、周囲の３次元形状から半自動トレーラ１０の進行方向前方の蔵置コンテナ２の位置を検出する。
蔵置コンテナ２とは、コンテナヤード内に積載されたコンテナ１である。以下、特に区別する場合を除き、蔵置コンテナ２を含めてコンテナ１と呼ぶ。

カメラ２０は、周囲の２次元画像を撮像する。
カメラ２０は、好ましくはステレオカメラであり、進行方向における地形の凹凸や障害物を２つのカメラで検出し、蔵置コンテナ２の位置を検出する。

車載通信機２２は、蔵置コンテナ２のコンテナ位置を受信可能に構成されており、コンテナ位置を記憶し、受信可能なときに受信して更新する。
車載通信機２２は、運行支援装置３０（図５参照）と通信して、運行支援装置３０からの支援情報ａを受信し、半自動トレーラ１０の作業情報ｂを発信する。

位置推定装置２４は、自己位置を推定する。自己位置の推定は、レーザレンジファインダ１８又はカメラ２０の検出データの一方又は両方を用いる。

図２は、位置推定装置２４の具体例を示す模式図である。
既存のターミナル管理システム９（図５参照）は、コンテナヤード内の蔵置コンテナ２の位置をすべて把握しているため、現時点でのあるべき姿の模擬地図を生成することができる。
車載通信機２２は、既存のターミナル管理システム９から運行支援装置３０を介して周囲の模擬地図を受信可能なときに受信して記憶する。
位置推定装置２４は、レーザレンジファインダ１８で検出した周囲の３次元形状から周囲の３次元地図を作製し、これと受信した模擬地図とのマッチングにより自己位置を推定する。

図２に示すように、位置推定装置２４は、周囲の３次元形状から蔵置コンテナ２のエッジ２ａを検出して３次元地図を作製することが好ましい。

レーザレンジファインダ１８で検出した複数点群のマッチングの手法としては、ＩＣＰ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ）アルゴリズムなどが一般的である。
また、３次元地図の生成はデータ量が膨大となるため、リアルタイム処理が困難であるが、計測対象物が蔵置コンテナ２であることに着目し、蔵置コンテナ２の角情報（エッジ）を特徴量として抽出し、面のデータは処理対象としないようにする。なお、半自動トレーラ１０は、さらに高速化を図るために２次元レーザレンジファインダを用いてもよい。

上述した構成により、半自動トレーラ１０は、周囲の３次元形状を検出することができ、磁気テープなどを埋設することなく自由なルートで自律走行ができ、かつ蔵置コンテナ２の間でも自己位置を推定し把握することができる。

また、トレーラ車体１２は、コンテナ１を積載してコンテナヤード内を走行可能な既存のトレーラの車体を活用できるので、既存のターミナル管理システム９との親和性が高い。

図３は、位置推定装置２４の具体例を示す第２の模式図である。
コンテナ番号は、コンテナ１の識別番号であり、コンテナ１の各面に記載（例えばペイント）されている。
既存のターミナル管理システム９は、コンテナヤード内の蔵置コンテナ２の位置（コンテナ位置：アドレス）をすべて記憶している。

図３において、車載通信機２２は、ターミナル管理システム９（図５）から運行支援装置３０（図５）を介してコンテナ位置と蔵置コンテナ２に付されたコンテナ番号を記憶し、受信可能なときに受信して更新する。
カメラ２０は、走行中にコンテナ番号を撮像する。
位置推定装置２４は、コンテナ位置とコンテナ番号とから自己位置を推定する。

カメラ２０は、蔵置コンテナ２の間を走行時に、蔵置コンテナ２を撮像して、走行中に蔵置コンテナ２のコンテナ番号を読み取る。位置推定装置２４は、画像処理によりコンテナ番号を認識し、読み取った位置とターミナル管理システム９で管理されているコンテナ位置（アドレス）を照合することで、現在位置を把握する。
なお、コンテナ番号の読み取り装置は、例えば、特許文献４に開示されている。

上述した構成により、半自動トレーラ１０は、コンテナ位置とコンテナ番号とから自己位置を推定することができる。

図４は、位置推定装置２４の具体例を示す第３の模式図である。

車載通信機２２は、ターミナル管理システム９から運行支援装置３０を介してトランスファークレーン３のクレーン位置を受信する。
トランスファークレーン３はその脚部にレーザ反射板４が取り付けられていることが好ましい。レーザレンジファインダ１８は、トランスファークレーン３、すなわちレーザ反射板４までの距離（以下、検出距離）を検出する。
位置推定装置２４は、クレーン位置と検出距離とから自己位置を推定する。

すなわち、本発明では、コンテナヤード内のトランスファークレーン３のトレーラ走行路付近の脚部にレーザ反射板４を取り付け、半自動トレーラ１０はレーザレンジファインダ１８を用いてトランスファークレーン３までの検出距離を計測する。

トランスファークレーン３は全高が高くＧＰＳ信号が受信可能なため位置把握ができており、ターミナル管理システム９で位置情報を把握することができる。半自動トレーラ１０はターミナル管理システム９からクレーン位置情報を取得し、計測した距離から自己位置を算出することができる。

図５は、本発明によるコンテナターミナルシステム１００の全体構成図である。
この図において、５はコンテナ船、６はガントリークレーン、７はコンテナヤード、８は外来トレーラ（有人トレーラ）、９はターミナル管理システム、９ａはターミナルオペレータである。
これらは、既設のコンテナターミナルに設けられている。

本発明のコンテナターミナルシステム１００は、上述した半自動トレーラ１０と、トランスファークレーン３の上部に取り付けられたＧＰＳ装置２６及び通信アンテナ２８と、運行支援装置３０とを備える。なお、３０ａは運行支援オペレータであり、必要に応じて、半自動トレーラ１０を遠隔操縦する。

運行支援装置３０は、通信アンテナ２８を介して半自動トレーラ１０との間で送信可能及び受信可能に構成されている。
この構成により、運行支援装置３０は、トランスファークレーン３の上部に設置された通信アンテナ２８を介して、中継して通路上の半自動トレーラ１０と通信を行うことができる。

運行支援装置３０は、ターミナル管理システム９から支援情報ａを受信し、半自動トレーラ１０に通信アンテナ２８を介して作業情報ｂを送信する。また、運行支援装置３０は、半自動トレーラ１０から通信アンテナ２８を介して運行情報ｃを受信し、ターミナル管理システム９に搬送情報ｄを送信する。

支援情報ａは、行先、作業指示、搬送先スロット番号、等の他、コンテナ位置、コンテナ番号、クレーン位置、及び模擬地図を含む。
作業情報ｂは、支援情報ａの他に、行先情報、等を含む。すなわち、運行支援装置３０は、半自動トレーラ１０に通信アンテナ２８を介して、コンテナ位置、コンテナ番号、クレーン位置、及び模擬地図を送信する。

運行情報ｃは、目的地到達情報、搬送完了情報、等を含む。
搬送情報ｄは、搬送完了情報を含む。

上述した構成により、本発明のコンテナターミナルシステム１００は、蔵置コンテナ２の間でも、半自動トレーラ１０とコマンドや状態信号等の送受信ができる。

本発明の半自動トレーラ１０は、無線通信ができない状況でも自律走行ができる。
一方、本発明のコンテナターミナルシステム１００は、無線通信ができない状況では、半自動トレーラ１０の位置を把握できなくてもよい。
例えば、工場内の搬送台車の場合、マーカ等による所定コース上を移動し、全ての搬送台車の詳細な位置を管理システムが把握して交差点での交通整理も上位から指示する。しかし、本発明のシステムでは各トレーラ（半自動トレーラ１０）がある程度の知能を持っているので、あらかじめ決めた交通ルールに各トレーラが従い走行する。
すなわち、ターミナルシステムによる集中管理ではなく、各トレーラが自律分散的に走行する。

また、本発明において、コンテナターミナルシステム１００と半自動トレーラ１０との間の通信は、可能な時に実施すればよい。なお、コンテナの積込／積降は、背の高いクレーンの下で行われるので、その間の通信は可能である。
また、コンテナターミナルシステム１００から半自動トレーラ１０への指示は、「どこからどこへ何を運べ」という作業指示のみであり、半自動トレーラ１０は自律的に走行する。

図６は、本発明のコンテナターミナルシステム１００のバンプール等の横持ち搬送への適用例を示す図である。

この図に示すように、バンプール等からコンテナターミナルへ横持ち作業を行う構内トレーラを半自動化する。これより、コンテナターミナルシステム１００は、半自動トレーラ１０の指定区間の自律走行の運行支援と、必要に応じて半自動トレーラ１０の遠隔操縦をすることができる。

上述した本発明により、以下の効果が得られる。
（１）省人化
運転手は長時間労働から解放される。また、人材不足への対応、コスト低減ができる。
（２）作業品質の平準化
ヒューマンエラーを防止できる。また、タクトタイム（搬送時間）の一定化ができる。
（３）安全化
人的ミスによる事故を防止できる。また、荷役作業中の危険防止ができる。

上述した本発明のシステムは、以下の利点を有する。
（１）導入の容易化
本発明のコンテナターミナルシステム１００は、段階的な導入が可能である。また、本発明のコンテナターミナルシステム１００は、既存のシステムと運用との親和性が高い。さらに、半自動トレーラ１０は、無人搬送台車（ＡＧＶ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）と比較して低コストである。
（２）技術の先進性
最新の自動運転技術による世界初の先端ターミナルの実現ができる。
（３）将来の発展性
無人トランスファークレーンとの連携等、効率的な配車を可能とする全自動搬送システムへの発展が可能である。

なお本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

ａ 支援情報、ｂ 作業情報、ｃ 運行情報、ｄ 搬送情報、１ コンテナ、
２ 蔵置コンテナ、２ａ エッジ、３ トランスファークレーン、
４ レーザ反射板、５ コンテナ船、６ ガントリークレーン、
７ コンテナヤード、８ 外来トレーラ（有人トレーラ）、
９ ターミナル管理システム、９ａ ターミナルオペレータ、
１０ 半自動トレーラ、１２ トレーラ車体、１４ 自律走行ユニット、
１６ 操縦ユニット、１６ａ 車速センサ、１６ｂ 操舵用アクチュエータ、
１６ｃ 走行用アクチュエータ、１７ 制御装置、
１８ レーザレンジファインダ、２０ カメラ、２２ 車載通信機、
２４ 位置推定装置、２６ ＧＰＳ装置、２８ 通信アンテナ、
３０ 運行支援装置、３０ａ 運行支援オペレータ、
１００ コンテナターミナルシステム

Claims (6)

1. コンテナヤード内の蔵置コンテナのコンテナ位置を把握し、前記コンテナヤード内の模擬地図を生成する既設のターミナル管理システムと、
   前記蔵置コンテナより全高が高いトランスファークレーンと、
   前記コンテナヤード内で自由なルートで自律走行可能な半自動トレーラと、
   前記トランスファークレーンの上部に取り付けられたＧＰＳ装置及び通信アンテナと、
   前記通信アンテナを介して前記半自動トレーラと送受信可能、かつ前記ターミナル管理システムと送受信可能な運行支援装置と、を備え、
   前記半自動トレーラは、
   コンテナを積載して前記コンテナヤード内を走行可能なトレーラ車体に取付けられた自律走行ユニットを備え、
   前記自律走行ユニットは、前記トレーラ車体を自律走行させる遠隔操縦可能な操縦ユニットと、
   周囲の３次元形状を検出するレーザレンジファインダと、
   前記蔵置コンテナの前記コンテナ位置を記憶し、受信可能なときに受信して更新する車載通信機と、
   自己位置を推定する位置推定装置と、を有し、
   前記運行支援装置は、前記ターミナル管理システムから前記コンテナ位置を含む支援情報を受信し、前記半自動トレーラに前記通信アンテナを介して前記コンテナ位置と前記模擬地図を含む作業情報を送信し、
   前記半自動トレーラは、前記コンテナ位置を記憶し、前記ターミナル管理システムから前記運行支援装置を介して前記コンテナ位置と前記模擬地図を受信可能なときに受信して更新する、コンテナターミナルシステム。
2. 前記車載通信機は、周囲の前記模擬地図を受信可能なときに受信して記憶し、
   前記位置推定装置は、前記３次元形状から周囲の３次元地図を作製し、これと前記模擬地図とのマッチングにより自己位置を推定する、請求項１に記載のコンテナターミナルシステム。
3. 前記位置推定装置は、前記３次元形状から前記コンテナのエッジを検出して前記３次元地図を作製する、請求項２に記載のコンテナターミナルシステム。
4. 前記半自動トレーラは、
   周囲の２次元画像を撮像するカメラを有し、
   前記車載通信機は、前記コンテナ位置と前記蔵置コンテナに付されたコンテナ番号を受信し、
   前記カメラは、走行中に前記コンテナ番号を撮像し、
   前記位置推定装置は、前記コンテナ位置と前記コンテナ番号とから自己位置を推定する、請求項１に記載のコンテナターミナルシステム。
5. 前記車載通信機は、前記トランスファークレーンのクレーン位置を受信し、
   前記レーザレンジファインダは、前記トランスファークレーンまでの距離を検出し、
   前記位置推定装置は、前記クレーン位置と前記距離とから自己位置を推定する、請求項１に記載のコンテナターミナルシステム。
6. 前記トランスファークレーンの脚部に取り付けられたレーザ反射板を備え、
   前記運行支援装置は、クレーン位置を送信し、
   前記レーザレンジファインダは、前記レーザ反射板までの距離を検出する、請求項１に記載のコンテナターミナルシステム。
   

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