Les problématiques de positionnement de haute précision et d'anticollision que vous avez soulevées pour les ports et les terminaux à conteneurs constituent des défis technologiques majeurs dans la construction actuelle de ports intelligents. Dans les environnements d'exploitation à ciel ouvert, sur de vastes superficies et avec une circulation dense de véhicules, les technologies de positionnement de haute précision telles que l'UWB (Ultra-Wideband) et le RTK (Real-Time Kinematic) sont essentielles pour la mise en place de limitations de vitesse, de barrières électroniques et d'alertes anticollision.

J'analyserai en détail comment ces deux technologies fonctionnent ensemble et je construirai une solution complète de positionnement et d'anticollision.

Technologie de base : Application collaborative des technologies UWB et RTK
Dans les parcs à conteneurs portuaires, une seule technologie de positionnement ne peut souvent pas répondre à toutes les exigences de précision et de couverture, c'est pourquoi les technologies UWB et RTK doivent se compléter.
1. RTK-GNSS (Système mondial de navigation par satellite cinématique en temps réel)
Le RTK est basé sur des signaux satellitaires tels que le GPS/Beidou, combinés à des stations de base au sol (stations de référence) pour une correction différentielle en temps réel, fournissant des coordonnées absolues avec une précision de l'ordre du mètre au centimètre.
Principe : Des stations de base GNSS sont installées dans le terminal à conteneurs ou la zone portuaire. Des récepteurs GNSS (stations mobiles) sont installés sur les véhicules de manutention (tels que les gerbeurs de conteneurs et les chariots élévateurs à portée variable). La station de base transmet des données de correction différentielle à la station mobile, qui calcule ensuite en temps réel des coordonnées absolues WGS-84 de haute précision.
Scénarios applicables :
Couverture étendue : Convient au positionnement sur une vaste zone de l'ensemble du parc à conteneurs et du quai à ciel ouvert.
Coordonnées absolues : Il permet de localiser précisément les véhicules dans le système de coordonnées terrestres, ce qui constitue la base des clôtures électroniques et du découpage des zones.
Limites: Les signaux satellites sont facilement bloqués par les conteneurs empilés (zones de conteneurs de grande hauteur), ce qui entraîne une réduction de la précision ou une perte de signal dans certaines zones.
2. UWB (Positionnement à ultra-large bande)
L'UWB est une technologie de communication sans fil à courte portée qui permet un positionnement de haute précision en mesurant le temps de transmission du signal (ToF), et qui fonctionne parfaitement dans des environnements obstrués ou intérieurs.

Principe: Des stations de base UWB (ancres) sont déployées dans la zone de stockage de conteneurs, et des étiquettes UWB sont installées sur les véhicules. Ces étiquettes mesurent les distances jusqu'à plusieurs stations de base, et un algorithme de triangulation est utilisé pour calculer la position de l'étiquette dans le système de coordonnées UWB, avec une précision centimétrique.

Scénarios applicables :
Haute précision locale : Adaptée aux zones à faible couverture GNSS, comme les zones de stockage de conteneurs et les ponts de chargement, en complément du RTK. Évitement des collisions à courte portée : la haute précision de télémétrie et la rapidité de réponse de l’UWB en font un choix idéal pour éviter les collisions à courte portée entre véhicules et entre véhicules et obstacles.

Limites: La couverture est limitée par le nombre et la densité des stations de base, et une transformation des coordonnées avec la carte SIG du port est nécessaire.

Schémas de mise en œuvre pour trois fonctions applicatives majeures

À partir des données de positionnement ci-dessus, trois fonctions essentielles de gestion de la sécurité des opérations portuaires peuvent être mises en œuvre :

1. Limitation de vitesse par zone
Mécanisme de mise en œuvre :
Division par zones : Sur la carte SIG du port, différentes zones électroniques sont délimitées en fonction des exigences de sécurité (par exemple, routes principales, zones d'empilage de conteneurs, zones de maintenance, zones de bureaux).
Réglage du seuil de vitesse : Une vitesse maximale de sécurité spécifique est définie pour chaque zone (par exemple, 40 km/h pour les routes principales, 15 km/h pour les zones de stockage de conteneurs).
Comparaison et contrôle en temps réel : L'unité embarquée du véhicule (OBU) acquiert en temps réel un positionnement RTK/UWB de haute précision. Le système compare la position du véhicule avec des zones électroniques prédéfinies et des seuils de vitesse.

Intervention forcée : Dès que le véhicule entre dans une zone de limitation de vitesse et que sa vitesse en temps réel dépasse la limite, l'OBU envoie immédiatement une commande au contrôleur du véhicule pour déclencher une alarme sonore et visuelle ou une décélération forcée/une limitation de vitesse.

2. Géorepérage
Le géorepérage est utilisé pour définir la zone de fonctionnement et les zones réglementées pour les véhicules (par exemple, les bords des quais, les zones de produits chimiques dangereux, les entrées des zones de maintenance).
Mécanisme de mise en œuvre :
Définition de clôture : Sur la carte SIG, les polygones ou les zones restreintes circulaires sont définis à l'aide de coordonnées RTK de haute précision.
Surveillance des intrusions : L'unité embarquée du véhicule surveille en permanence sa position RTK/UWB.
Avertissement/Freinage :
Lorsque la position du véhicule se rapproche de la clôture (par exemple, à moins de 5 mètres), une alerte de premier niveau est déclenchée.

Lorsque le véhicule entre dans la zone délimitée par la clôture, une alarme avancée de second niveau se déclenche et peut être combinée avec le système de contrôle du véhicule pour un arrêt à distance ou forcé.

3. Avertissement d'évitement de collision
L’évitement des collisions est l’aspect le plus critique de la gestion de la sécurité portuaire, nécessitant à la fois l’évitement des collisions entre véhicules et entre véhicules et objets.
Mécanisme de mise en œuvre :
Évitement des collisions à longue portée (basé sur le RTK) :
Tous les véhicules opérationnels partagent leurs coordonnées absolues RTK respectives.
Le système central ou l'unité embarquée (OBU) calcule en temps réel la distance euclidienne entre deux véhicules. Lorsque cette distance est inférieure au seuil de sécurité (par exemple, 30 mètres), une alerte est déclenchée.
Évitement des collisions à courte portée (basé sur l'UWB) :
Les dispositifs UWB sont installés sur les véhicules et sur les obstacles fixes critiques (tels que les colonnes des portiques de pont roulant et les angles des cours).
La technologie de télémétrie haute précision UWB fournit des données de distance rapides et précises à une distance de plusieurs mètres.
Lorsque la distance entre deux véhicules ou entre un véhicule et un objet est inférieure à la distance de freinage sécuritaire (compte tenu de la vitesse et de la charge), le système déclenche immédiatement une alarme et effectue un freinage d'urgence.

Fusion de capteurs : Le radar à ondes millimétriques (LiDAR) est utilisé comme capteur complémentaire. Ces capteurs fournissent des informations sur les obstacles présents dans le champ de vision, notamment en cas d'interférences avec les signaux UWB/RTK ou lorsqu'il est nécessaire d'identifier des obstacles dépourvus d'étiquettes UWB, permettant ainsi une confirmation finale.

Architecture système et défis

Architecture du système

Composants	Fonction	Exigences techniques
Couche de positionnement de haute précision	Fournit un positionnement du véhicule en temps réel, au centimètre près.	(Station de base RTK, ancre UWB, récepteur GNSS embarqué/étiquette UWB)
Unité embarquée (OBU)	Collecte les données de position, de vitesse et d'état ; reçoit les commandes ; effectue les fonctions de contrôle	Il est doté d'une puce haute performance, d'une interface de fusion multi-capteurs et d'une capacité de communication par bus CAN.
Réseau de communication	Transmet des données différentielles, des données de localisation et des commandes de contrôle.	Couverture 5G/LTE-V ou Wi-Fi ; une faible latence est essentielle
Plateforme de gestion centrale	Cartographie SIG, configuration des politiques de zone/géorepérage/limitation de vitesse, analyse des données, planification unifiée	Capacités puissantes de traitement de l'information géographique et de calcul de données en temps réel

Principaux défis :
Effets de trajets multiples et obstruction : Les structures métalliques des conteneurs dans la cour affectent gravement la précision et la stabilité des signaux GNSS et UWB, nécessitant des algorithmes de fusion multi-capteurs pour lisser et corriger les données.
Unification des systèmes de coordonnées : Assurer une conversion précise et transparente entre le système de coordonnées absolues RTK (WGS-84), le système de coordonnées locales UWB et le système de coordonnées SIG/TOS du port.
Latence du système : L'ensemble du temps de latence de la liaison, depuis l'acquisition de la position jusqu'à l'émission d'une commande de freinage forcé, doit être contrôlé au niveau de la milliseconde pour garantir les performances en temps réel de l'évitement des collisions.

Prochaines étapes/Recommandations :
Pour optimiser davantage la sécurité et l'efficacité dans la zone portuaire, vous pourriez envisager de tester et de déployer des algorithmes de fusion RTK-UWB. Souhaiteriez-vous en savoir plus sur les algorithmes de fusion de données multi-capteurs spécifiques (tels que UWB+RTK+IMU) ou sur les paramètres de distance de sécurité standard pour les systèmes anticollision portuaires ?