我国露天矿山无人驾驶现状及关键技术分析研究

我国露天矿山无人驾驶现状及关键技术分析研究

邱国顺

鹤庆北衙矿业有限公司   云南大理   671500

摘要：近年来，我国大型露天矿山逐步开展无人驾驶技术，通过分析当前露天矿无人驾驶发展现状、无人驾驶特点以及无人驾驶经济效益等方面因素，可知我国露天矿山无人驾驶具有广阔前景和空间；分析露天矿山无人驾驶系统实现需要梳理清楚无人驾驶系统架构和关键技术，其中：环境感知技术、导航定位技术、路径规划技术、感知与决策算法以及云端调度技术是实现露天矿无人驾驶的关键环节。我国露天矿山无人驾驶还有很长的一段路要走，露天矿山企业要联合科研院所、高校以及无人驾驶科技企业一同为我国露天矿山事业做出积极贡献，这是实现我国智能矿山建设目标的重要环节。

关键词：露天矿山；无人驾驶现状；关键技术；分析研究

1无人驾驶系统架构

露天矿无人驾驶远程协同系统平台主要依托于云计算、大数据以及深度学习等方式，实现露天矿山工程设备的无人驾驶，实现工程设备之间的协同作业、协同调度。例如：钻机的远程钻探、推土机远程平整场地、卡车自主运送物料以及挖掘机自主挖掘装车等环节。由于网络传输的搭建，深度学习模型的建立，露天矿山开采协同作业场景的设计优化，最终实现露天矿山无人驾驶远程协同开采系统[13]。露天矿无人驾驶远程协同开采系统主要包括三大部分内容：一是数据通信系统的建立；二是无人工程设备的协同；三是无人驾驶远程开采系统的建设，如图 2 所示。传统的露天矿山驾驶司机在行驶过程中遇到突发危险情况时，如果全凭驾驶员的本能来控制车辆风险较大，很容易发生事故。在应用无人驾驶技术后，通过建立 5G 网络的通讯系统，利用 5G 网络的低时延和高速率等重要特点，可以大大降低处理危险情况的时间，从而降低事故发生率。

2无人驾驶关键技术

露天矿山无人驾驶系统的实现要充分依托新基建的助力，要深度融合露天矿山设备协同业务场景，要挖掘矿山多维关联数据。无人驾驶系统的实现需要实现环境传感感知、车辆实时导航定位、路径规划技术以及决策控制技术等。（1）环境传感感知。露天矿车无人驾驶需要实现车辆对周围矿区环境的实时感知。实时感知信息包括：车辆位置、速度、加速度、油耗、胎压等等信息。露天矿无人驾驶车辆环境传感感知分析如图 3 所示，无人驾驶感知设备部署如图 4 所示。（2）车辆实时导航定位。露天矿无人驾驶系统需要实现导航定位技术，无人驾驶汽车的导航模块用于确定无人驾驶汽车自身的地理位置，是无人驾驶汽车路径规划和任务规划的支撑。目前定位技术有基于卫星定位、磁感定位、惯性定位以及基于视觉或激光的地图信息匹配定位。

图 2 无人驾驶远程协同平台架构

图 3 露天矿无人驾驶车辆感知数据分析

图 4 露天矿无人驾驶车辆感知设备布置

（3）车辆运输路径规划。当露天矿山采用间断单斗卡车工艺或单斗卡车半固定破碎站工艺时，就需要对露天矿山的运输卡车的轨迹路径进行规划。当露天矿山存在多个出入沟、排土场、破碎站时，优化露天矿的合理运输路径将显著降低露天矿的运输成本，提高露天矿的生产效率，增加收 入。露天矿山采场多个剥离台阶、多个采矿台阶，多辆车协同作业，其主要经济目标是实现最小运输距离、最小提升高度、最小油耗和最小车辆运输工作量。而实现矿山运输经济目标的主要途径是实现露天矿山卡车轨迹路径的优化。轨迹路径优化实际上是一项系统工程的路径优化问题。随着露天矿山的生产，露天矿矿山逐步形成多个排土场，根据工艺需要会形成破碎站群。因此，露天矿山车辆轨迹路径规划可归结为多目标的路径动态规划问题。哪一剥离平盘的排土量排弃至哪个排土场的哪个水平，完全依赖于露天矿山的路径优化。因此，无人驾驶车辆需要充分结合露天矿山生产进度计划、各铲装运输设备的工况数据，来构建轨迹路径规划系统工程模型，构建露天矿山上层规划模型来实现露天矿山效益的最大化。（4）感知与决策算法。感知和决策算法是基于机器视觉技术和传感信息的融合处理，利用障碍物检测和路径规划等算法在特定道路上实现无人驾驶、自动规避障碍物和自动倒车。

3结语

目前，我国大型露天矿积极探索智能露天矿建设与发展。露天矿区环境复杂恶劣、生产能力大、生产作业强度大、危险性高，大量的采掘运输排土设备相互交织在露天矿坑内运行，加之矿卡司机用工成本高、矿区运营安全等问题，国家以及煤矿编制的智能化规划明确提出，智能化露天矿需要实现智能连续作业和无人化运输。因此，露天矿山无人驾驶是组成智能化矿山的一个重要组成部分。

参考文献

[1]肖光林. 露天矿山运输无人驾驶关键技术与标准[J]. 设备管理与维修,2021,(20):90-92.

[2]赵浩,毛开江,曲业明,付恩三. 我国露天煤矿无人驾驶及新能源卡车发展现状与关键技术[J]. 中国煤炭,2021,47(04):45-50.

[3]刘伟芳,吴迪. 国内外露天矿山无人驾驶技术发展现状[J]. 露天采矿技术,2020,35(04):32-34+38.

[4]张涛,路向阳,李雷,秦晓辉,栾小飞. 露天矿山运输无人驾驶关键技术与标准[J]. 控制与信息技术,2019,(02):13-19.