矿用无人驾驶系统深度技术解析

我国发布的《中国制造 2025》中明白指出将智能网联汽车作为一项重点发展对象，并定义智能网联汽车是指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等安装，并交融古代通讯与网络技术，完成车内网、车外网、车际网的无缝链接，具有信息共享、复杂环境感知、智能化决策、自动化协同等控制功能，与智能公路和辅助设备组成的智能出行系统，可完成“高效、安全、温馨、节能”行驶的新一代汽车。

智慧矿山

但是，阅历几年的疾速发展后，无人驾驶整个产业在2018年中期进入拐点，行业的冷静期更像是特定场景无人驾驶迸发的一味催化剂，像矿用无人驾驶这种更容易落地的封闭园区、低速、载物细分场景在2019年成为了行业资本追逐的热点，各家技术停顿也都达到了既定的阶段目的。

易控智驾作为一家有责任的高科技公司，情愿以开放的心态助力无人驾驶产业的发展，并积极在矿用无人驾驶的细分范畴为国家的人工智能发展分享本人的阶段阅历。

一、易控智驾矿用无人驾驶系统建设目的

矿用运输无人驾驶技术近十年在国内外逐渐兴起并成为智慧矿山的关键组成技术要素，智能化、数字化、无人化、网联化成为智慧矿山技术的最前沿，是将来工业互联网的重要发展方向。政策的大力支持也为矿用无人驾驶技术的发展指明了方向，如国家煤矿安全监察局公告2019年第1号《煤矿机器人重要研发目录》文件中已将“露天矿卡无人驾驶系统”列为重点研发项目。

为呼应《中国制造2025》对智能制造的指示及《全国矿产资源规划（2016—2020年）》坚持绿色发展强化资源节约集约循环应用要求，在矿区实施无人驾驶运输，可完成采运优化配置和产能柔性婚配，为建设智慧矿山提供根本性的支持，并带来非常大的经济效益和社会效益。露天矿无人驾驶系统产品总体目的如下：

露天矿无人驾驶目的

二、易控智驾矿无人驾驶系统设计准绳

露天矿无人驾驶设计准绳

1、适用性和集成性

一个中大型矿山的作业车队往往都由几百至上千台不同类型设备/ 车辆组成，无人驾驶系统应支持人工/ 无人驾驶工程车辆混合运转，以满足现场实践运转需求。

易控智驾矿用无人驾驶系统的软硬件设计和集成，以适用性为第一宗旨，在系统充分顺应露天矿汽车运输运用需求的基础上再来思索其他的功能。易控智驾设计所包含的内容很多，系统设计时必须能将各种先进的软硬件设备有效地集成在一同，使系统的各个组成部分充分发挥作用，协调分歧地停止安全高效工作。

2、标准性和开放性

只要支持标准性和开放性的系统，才能支持与其他开放型系统一同协同工作，易控智驾在网络中采用的硬件设备及软件产品支持国际工业标准或行业公认标准，以便能和不同厂家的互补型开放产品在同一网络中的不同层级同时共存互通；通讯中采用标准的通讯协议以使不同的操作系统与不同的网络系统及不同的网络之间顺利停止通讯。

3、先进性和安全性

易控智驾矿用无人驾驶系统一切的组成要素均充分思索其先进性。并没有一味地追求适用而忽略先进性，只要将当今最先进的技术和露天矿实践运用要求严密结合，才能获得最大的系统功能和效益。矿用无人驾驶系统的网络安全也是至关重要的。包括矿用自卸车在内的矿用消费设备具有本身价值高、运转环境复杂等特点，无人驾驶系统应能对周围环境与车辆的安全相关要素停止监控。当出现影响行车安全的异常状况或缺点时，无人驾驶系统应可以对周围异常状况或缺点停止呼应，确保设备安全和运转安全。

4、成熟性和牢靠性

由于矿山作业环境恶劣，矿用消费设备的失效将形成矿区消费才能下降甚至停产，最终带来宏大的经济损失。这对无人驾驶系统的牢靠性和易维护性提出了严苛的要求。因此，易控智驾矿用无人驾驶系统需采用严厉的工业设计标准，按照模块化设计的思绪，对关键部件停止冗余设计，在确保系统波动、牢靠运转的前提下，还需求思索系统全体的容错才能、安全性及波动性，使系统出现成绩和缺点时能迅速地修复，达到每周7x24小时工作的要求。

易控智驾矿用无人驾驶系统体系结构应在实践运用中能经过较长工夫的考验，在运转速度和功能上都应是波动牢靠的，拥有完善、适用的处理方案。同时，从长远的技术发展来选择具有很好前景的、较为先进的技术和产品选型，以顺应系统将来的发展需求。

5、维护性和管感性

矿山作业由大量、多类型工程车辆配合实施完成，无人驾驶系统不只触及单个车辆的无人驾驶，而且触及多车的协同控制和义务调度。这就要求系统具有高度的自动化和高效的调度才能，并能智能地处理各类复杂场景。

易控智驾矿用无人驾驶系统中的互连设备，运用方便、操作简单易学，并便于维护和管理。在设计和完成运用系统时，必须充分思索整个系统要便于维护，以使系统在发生缺点时能提供有效手腕及时停止恢复，尽量减少损失。

6、扩大性和兼容性

易控智驾矿用无人驾驶系统架构应具有可扩展性，在系统结构、系统容量与处理才能、物理联接、产品支持等方面具有扩大与晋级换代的能够，采用的产品要遵照通用的国际工业标准，以便不同类型的设备的接入，满足系统规模扩大的要求。

三、易控智驾矿用无人驾驶系统模型设计

易控智驾矿用无人驾驶系统模型根据现有露天矿信息化管理层级设计了 5个层次：集团决策层、运营管理层、 消费执行层，控制层，车辆作业层。

露天矿无人驾驶信息化模型

集团决策层和运营管理层是智慧矿山全体决策和管理单位。

消费执行层的次要根据矿山企业的消费计划对各个装载点及其车流停止规划，在需求调度无人驾驶运输车辆时，根据实践消费状况以车流规划为基础生成运输作业义务。

控制层次要接收作业计划层输入的运输作业义务，根据作业义务为无人驾驶运输车辆规划运转途径并下发至车辆执行，在无人驾驶车辆执行运输作业过程中，监控车辆的运转形状，在必要的状况下可人工对车辆运转停止远程干涉。

露天矿经典工艺流程

车辆作业层的次要是接收作业管理与监控层下发的作业义务与运转途径信息，根据上述信息控制车辆循迹行驶，并完成土方的协同装载与自动卸载作业，将车辆作业过程中的各种形状信息反馈至车辆作业层。

在矿山运输作业过程中，采用无人驾驶技术可以实如今恶劣的环境中无需驾驶员在现场停止作业的目的。但是，在目前易控智驾的模型设计中，运转初期几年仍需设置必要的管理、调度与辅助人员。

露天矿无人驾驶对外接口

调度长是矿区调度中心的主管人员，担任为调度员与地图编制员分配工作义务，并对无人驾驶作业区的总体运转状况停止监控。

调度员监控所担任的无人驾驶运输车辆的运转状况，在异常状况下对车辆停止远程干涉。调度员可从无人驾驶系统中获取到车辆基本形状、车载设备运转形状、车辆周围视频、矿区关键地位视频等信息，同时调度员可向所担任的无人驾驶运输车辆下发各种控制命令。

地图编制员担任创建、编辑、维护和发布无人驾驶系统的矿山数字地图。

停车场操作员可从矿山运输无人驾驶系统中获取停车场内和入口处的车辆地位及形状信息，接收和执行调度员下发的操作指令（包括车辆上电、断电等）， 并将执行结果反馈给调度员。

协同设备操作员，例如发掘机操作员/装载机操作员可与无人驾驶系统停止必要的信息交互，交互的信息包括“进车信号”、“卸车信号”、“出车信号”等，经过这些信息交互来保证装载作业的顺利停止。

加油 / 加水操作员担任为无人驾驶车辆停止加油 / 加水。当无人驾驶运输车辆运转至加油点/ 加水点时，在调度员的配合下，加油 / 加水操作员完成车辆的加油 / 加水作业。

救援人员担任对缺点的无人驾驶运输车辆停止救援。经过调度员分配义务和调度长确认后，救援人员才可以进入矿用无人驾驶作业区域内对缺点车辆停止检修、人工驾驶等操作。

无人驾驶矿用自卸车可接收和执行无人驾驶系统下发的各种控制指令，并向无人驾驶系统反馈本身形状信息。

发掘机上安装了公用的客户端，具有定位、通讯、信息交互功能。经过该客户端，发掘机可将本身的基本形状信息，包括地位、高程、姿态、速度、加速度、缺点等信息发送至无人驾驶系统，发掘机操作员与无人驾驶系统的信息交互也是经过该客户端完成的。

无人驾驶操作终端表示图

为保证矿山运输作业的安全性，一切进入矿用无人驾驶作业区域内的人工驾驶车辆均应安装定位安装。人工驾驶车辆包括推土机、高山机、洒水车、压路车、油罐车、人工驾驶矿用自卸车、通勤车、指挥车等。安装了定位安装的车辆具有自主定位信息，可将本身的地位、姿态、速度等信息反馈给无人驾驶系统。

无人驾驶系统具有与矿山作业计划系统衔接的接口，可接收并执行作业计划系统向无人驾驶系统下发的作业计划信息。无人驾驶系统具有与矿山环境监测系统衔接的接口，可接收环境监测系统的各种信息，包括天气信息、边坡形状信息、火灾信息、洪灾信息等。

四、易控智驾矿用无人驾驶系统系统架构

根据矿山运输作业的特点和矿山运输无人驾驶系统的作业组织模型，易控智驾设计了矿用自动驾驶全体处理方案，包括运营监控平台、自动驾驶系统、LTE-V2X通讯技术、矿车定制设计四大部分。

露天矿无人驾驶系统架构

平台方面，易控智驾自创成熟的商用车车联网系统和传统的矿用车调度系统，加上大数据发掘、4G/5G无线物联与智能远程控制等技术手腕，基于分布式架构将复杂的车辆总线信息处理、移动通讯数据处理、负载平衡、大数据管理与分析、服务器集群技术等封装在一同，构建合适自动驾驶矿用车运营的平台。

详细来说，就是由一个装备了GPS+RTK高精度定位系统的车队组成监测中心，为每辆车指定运输目的地，车辆经过接收无线指令以合适的速度按照目的道路运转，卡车由GPS、控制中心无线指令（信息）和其它导引安装来确定车辆在矿山的准确坐标以及周围的状况，使得车辆能在自动操作的状况下完成复杂的装载、运输和卸载循环的自动运转。

无人驾驶运输运营调度室

易控智驾矿用无人驾驶平台提供矿山运输作业所需的矿山数字地图， 对运输车辆的运转途径停止规划，在作业过程中获取矿区车辆信息，采集矿区设备形状，自动维护矿区作业进度信息，为用户提供明晰、直观的矿区信息综合显示接口和人工干涉控制接口，为车辆提供基于“缺点导向安全”准绳的自动作业调度及自动防撞指令。易控智驾矿用无人驾驶平台 的功能围绕完成综合显示与智能调度的安全、高效、自动化的目的停止合理分解，次要包括数字地图、途径规划、作业调度、运转监控、数据记录等。

LTE-V2X 方面，易控智驾已构成可运营的残缺网络体系，可以在高频段、高车流量的环境下提供牢靠的通讯才能，并且在大容量、低时延、抗干扰性以及 可管感性等方面更为成熟。

易控智驾LTE-V2X产品设计 具有的突出优势：

l 部署成本低，可以反复应用既有蜂窝网络的基础设备；

l 覆盖范围广，可扩展至数百米以上的非视距范围；

l 数据传输速率高，峰值下行 500Mbps、下行 1Gbps。

l 数据通讯系统包括有线通讯和无线通讯。

l 无人驾驶系统设备之间经过有线通讯停止数据交换。LTE-V2X 作为 平台和 无人驾驶车之间的桥梁，承担着两者间低延时、高速率、大容量、高安全性的数据传输义务。LTE-V2X设备担任将车辆基本形状、无人驾驶系统 形状、环境感知信息和矿区关键地位、视频监控信息等数据实时传回至 平台；同时担任将平台确定的作业义务、参考途径、车辆控制命令等数据实时传输至无人驾驶车辆，完成两者间高效的信息互联。

l 在当前通讯技术条件下， 采用 LTE+WiFi 双网架构，主用网络为 LTE，备用网络为 WiFi，均采用4G/5G专网。LTE 具有覆盖面广和抗干扰才能强的特点，WiFi 在设备通用性和传输速率上具有优势，将LTE 与 WiFi 技术相结合，完成双网热备冗余及无缝切换，可以有效提高网络的覆盖范围和抗干扰才能，这是可行和合理的。

矿车定制设计方面，易控智驾依托同力重工自主开发的TLI系列线控化智能车型，优化自动驾驶硬件配置前装婚配及通讯协议婚配。

无人驾驶车辆运输运营作业

五、易控智驾矿用无人驾驶系统作业场景适配设计

了解重塑并明白矿用运输无人驾驶系统的作业场景，是停止系统研发和测试的基础。作业场景描画反映了矿山运输作业对无人驾驶系统的实践需求，也表现了无人驾驶系统中各个子系统之间的协同关系。经过场景描画可以确定各个场景外部相关工作人员的职责和子系统的功能设置，并反映外部逻辑关系。

露天矿无人驾驶工艺流程

矿用运输无人驾驶系统正式运转前，需先创建矿山数字地图，即包括停车场、装载区、破碎站、排土场、道路、妨碍物等地图单元的数字地图。数字地图创建工作由地图编制员主导，在人工驾驶车辆驾驶员的配合下完成。

无人驾驶矿用自卸车启动时，首先停止系统上电自检，自检经过，单车智能系统接收并执行平台下发的作业义务和参考途径指令，控制车辆从停车场出发。

无人驾驶矿用自卸车经过路口时，单车智能系统控制车辆驶入路口候车区，排队等待通行。收到平台发出的允许通行指令后，车辆经过路口。无人驾驶作业区域范围内能够存在单车道，经过单车道的场景与经过路口的场景相似。

执行装载作业时， 单车智能系统控制无人驾驶矿用自卸车驶入候车区等候装载，收到发掘机操作员发出的“进车信号”后，单车智能系统控制车辆行驶至装载点执行装载。发掘机操作员完成装载作业后向单车智能系统发送“出车信号”，单车智能系统收到该信号后将根据 平台 的指令控制车辆驶离装载区。

卸载作业次要分为定点式卸载作业和延续式卸载作业，2 种卸载作业的处理流程相似。无人驾驶矿用自卸车执行定点式卸载作业时， 单车智能系统 控制车辆驶入卸载候车区排队等候，收到 平台 发出的卸载指令后，单车智能系统 控制自卸车行驶至卸载点停止卸载。在完成卸载作业后，单车智能系统 根据 平台的指令控制车辆驶离卸载区。

无人驾驶矿用自卸车前往停车场后，首先在停车场入库排队候车；单车智能系统 收到泊车指令之后，控制车辆驶入泊车位停车；车辆中止后，单车智能系统 向 平台 上传本班次的车载运转数据，完成上传后关闭 单车智能系统。

当 单车智能系统检测到车辆后方运转途径上存在妨碍物时，首先控制车辆停车并将妨碍物信息上传给平台，此时调度员可在矿区视频监控客户端上查看到妨碍物信息。矿用运输无人驾驶系统提供3种方式应对妨碍物场景：一是 平台自动规划一条绕过妨碍物所在区域的参考途径并下发给单车智能系统，经调度员确认后，单车智能系统控制车辆沿着参考途径绕过妨碍物后继续作业；二是调度员运用远程操纵功能，控制车辆低速经过妨碍物所在区域； 三是调度员告诉道路维护人员清算妨碍物，妨碍物被清算完后系统将继续作业。

六、易控智驾露天矿无人驾驶系统社会经济效益以及推行前景

让运输更简单

易控智驾无人驾驶相对传统人工驾驶具有更安全、更环保， 更高效等优势，带来的社会经济效益次要包括以下几个方面：

1）提高消费安全性

经过无人驾驶系统替代驾驶员，可避免由于驾驶员疲劳、操作失误导致的风险事故；而且人眼感知有盲区，经过超越可视间隔、消弭盲区的感知和关键单元的冗余，加强系统安全性。 在无人驾驶系统扩展到整个矿区的工程作业车辆后，可完成整个消费作业区域的无人化，从根本上杜绝消费过程中人员安全事故的发生。替代驾驶员，可避免由于驾驶员疲劳、操作失误导致的风险事故；而且人眼感知有盲区，经过超越可视间隔、消弭盲区的感知和关键单元的冗余，加强系统安全性。

2）有效降低消费成本

经过无人驾驶系统替代驾驶员， 可以节省驾驶员人工成本； 同时，矿山作业环境恶劣， 且交通不便，需有后勤保障人员为驾驶员提供后勤服务，经过无人驾驶系统可以节省后勤成本；可有效降低燃油耗费，采用无人驾驶，系统在驾驶过程中经过精准操作， 采用最优的驾驶策略，可有效提升驾驶效率，降低燃油耗费、节省燃油费用，同时可减少碳排放，并降低空气污染；可减少部件磨损，无人驾驶系统采用最优的、高度分歧的驾驶策略，可有效降低包括轮胎等易损、易耗部件在内的损耗。

3） 有效提高消费效率

采用无人驾驶系统，各矿用工程车信息互联，可完成整个作业区域内车辆的集群调度，可有效提高车辆的应用率和作业效率。同时，经过实时、不间断关键设备形状采集，结合最佳的设备维护策略，提供自动化的维护作业提示与建议，可有效提高维护效率，降低矿车缺点率。

3） 完成柔性产能配置

采用无人驾驶系统后，矿山企业将可以根据市场需求，灵敏调整产能，可有效处理产能高峰期驾驶员招聘和新驾驶员培训周期长，产能低谷期负担重和裁员等成绩。矿山运输无人驾驶系统是一类具有计划性、组织性、工作区域封闭的运输作业系统的典型代表。矿山运输无人驾驶运输系统的基本概念和形式可以推行到具有这种类型特点的其他范畴，例如物流园、农场、集装箱港口等；也可运用到不便于人工作业的一些特殊风险区域，如无人驾驶系统可替代驾驶员在具有潜在风险要素要挟的环境下（如爆破飞石、山体滑坡等） 工作。相比于传统的人工驾驶，采用无人驾驶系统可以减少对作业环境的限制，可在强辐射、高海拔、干燥沙漠等各种严酷环境下作业。

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