露天礦山運輸無人駕駛關鍵技術與標準

肖光林

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南文山 663700）

0 引言

礦山作業(yè)的整體環(huán)境呈閉塞狀態(tài)，利用新型礦山運輸無人駕駛技術，可以極大提高礦山運輸?shù)陌踩院妥鳂I(yè)效率。隨著科技進步和經(jīng)濟發(fā)展，在相關技術人員的不斷努力下，現(xiàn)階段我國礦山運輸無人駕駛技術已經(jīng)取得了長足的發(fā)展。

1 礦山運輸無人駕駛關鍵性技術

目前，我國無人駕駛技術主要應用于礦山運輸，該技術能在最大程度上實現(xiàn)惡劣環(huán)境中的有效運輸，應用于運輸過程中的倒車管理、承重裝載、主動規(guī)避障礙等重要場景。這些場景和城市汽車無人駕駛應用不同，礦山運輸無人駕駛技術是圍繞多個領域的復雜系統(tǒng)，涉及眾多的領域與學科。

1.1 外界環(huán)境感知技術

目前我國礦山運輸無人駕駛技術中的外界環(huán)境感知技術是通過毫米波雷達、專業(yè)攝像機、專業(yè)雷達等技術性傳感儀器對礦山運輸環(huán)境進行檢測和感知，同時經(jīng)過對多個事物的跟蹤檢測和各類信息傳感技術對礦山運輸?shù)膶嶋H情況進行分析和檢測，最終將檢測到的信息傳輸?shù)降V山運輸無人駕駛技術實施系統(tǒng)。其中事物目標檢測技術，是利用傳感儀器等設備將礦山運輸?shù)恼w環(huán)境進行檢測和識別。而多傳感器能夠最大程度上保證信息的精準程度；環(huán)境預測技術則能保證礦山運輸無人駕駛技術能夠在極其惡劣或者未知的運輸環(huán)境下，具有良好的感知能力，同時科學準確地對運輸環(huán)境進行預測和分析，保證無人駕駛系統(tǒng)決策的精準性。

露天礦山運輸無人駕駛技術與城市汽車無人駕駛技術相比，整體環(huán)境更為惡劣和復雜，主要表現(xiàn)為塵土多、溫度變化無常、天氣復雜等，因此加大了技術實施的難度，同時也對其中的外部環(huán)境感知技術提出了更高的要求。

我國大部分露天礦區(qū)的運輸工作都時常伴有沙塵天氣，無人駕駛技術中的環(huán)境感應系統(tǒng)會受到影響，降低它的整體檢測功能和檢測的準確度。在沙塵天氣提高感應系統(tǒng)的感應精準度，就要利用多源異構傳感儀器技術，也就是在系統(tǒng)中安裝毫米波雷達傳感儀器，該儀器對沙塵的感知程度不高，同時要連接多個毫米波雷達信息，以提高系統(tǒng)的精準程度和安全性。系統(tǒng)充分利用各類傳感儀器的有效性，最大限度地提升各類感應系統(tǒng)在運行中的感知能力。礦山運輸?shù)缆凡黄秸?，運行時劇烈的振動和沖擊，提高了無人駕駛系統(tǒng)中環(huán)境感知技術抗干擾能力的難度系數(shù)。面對不平整的運輸?shù)缆?，傳感儀器、雷達、毫米波雷達等都會因劇烈振動而晃動，傳感儀器感知到的信息隨之發(fā)生改變，而礦山無人駕駛技術需要依靠實時檢測外部信息變化來實施指令，因此需要對道路的信息、振動強度等有一個具體的判斷，以提高無人駕駛技術中環(huán)境感知的抗干擾能力。同時，露天礦區(qū)的氣候環(huán)境惡劣，冬季溫度較低，夏季溫度過高，并且早晚溫差較大，要求露天礦山無人駕駛技術能夠適應惡劣氣候。

1.2 行為決策技術和運行規(guī)劃技術

礦山運輸無人駕駛系統(tǒng)中的行為決策技術能將無人駕駛系統(tǒng)接收的信息進行融合連接，經(jīng)過智能化分析了解感知到外部工作環(huán)境信息，通過系統(tǒng)運行進行科學決策?，F(xiàn)階段整體性技術中依據(jù)所分劃的層次，運行規(guī)劃可以體現(xiàn)為整體路徑規(guī)劃和部分路徑規(guī)劃。整體路徑規(guī)劃能夠結合系統(tǒng)提取的主要信息，經(jīng)過某些條件，設計規(guī)劃出多種具有安全性的運行路徑，同時系統(tǒng)會結合實際情況從中選取一個安全性最高的路徑為運輸路徑。部分路徑規(guī)劃也就是局部路徑規(guī)劃可以依照系統(tǒng)中各種決策信息，同時符合運動學條件，最大程度提升露天礦區(qū)運輸無人駕駛技術的安全性和有效性，從而制定出最佳的礦山運行軌跡路線。

在20 世紀，曾有人對無人駕駛系統(tǒng)的行為決策技術進行研究和探討，通過多種決策規(guī)則進行系統(tǒng)智能性決策。21 世紀，又有人對該技術進行深度的研究和分析，出現(xiàn)了各種基于模型基礎上的決策方法和決策技術，最大程度上實現(xiàn)車輛運行的有效性和適應性。在相關運行規(guī)劃中，有根據(jù)圖進行搜查規(guī)劃的方法，還有進行隨機取樣、空間擬合、不斷優(yōu)化的規(guī)劃方式。在優(yōu)化的規(guī)劃方式中，能在最大程度上注意到運行中障礙物的情況，從而計劃出更優(yōu)的運行路徑，不足之處是這種技術的計算方法太過復雜。隨機取樣規(guī)劃方式能夠依據(jù)系統(tǒng)特性快速得到相應的運行路徑，因此這種方式被快速應用于各種運輸環(huán)境。

與城市用車中的無人駕駛技術不同，礦山運輸無人駕駛系統(tǒng)需要有嚴格的制度管理人員和工具?？梢詫⒌V山運輸需要的各種車輛安裝相應的定位儀器和通信設備，實現(xiàn)實時的位置信息傳輸；人員不能在沒有任何乘坐工具的前提下進入礦山危險區(qū)域；通過利用中心式控制器對所有礦山的無人駕駛載具進行合理優(yōu)化。這些管理規(guī)劃可簡化礦山運輸中無人駕駛技術的行為決策和運行規(guī)劃，但同時也在礦山區(qū)域無人駕駛系統(tǒng)中產(chǎn)生了新的問題。礦山運輸無人駕駛車輛與城市無人駕駛車輛的分布性決策相比，露天礦山運輸更適合運用專業(yè)的中心式?jīng)Q策方式，通過中心控制儀器對車輛的整體決策進行優(yōu)化。與分布模式的決策對比，中心式?jīng)Q策方式在理論基礎上能夠?qū)崿F(xiàn)整體最好的效果，但相應的計算要求程度較高?，F(xiàn)階段露天礦山無人駕駛運輸技術，需要不斷研究具有平衡決策復雜程度和優(yōu)化性的整體決策模式，從整體上對露天礦山的載具進行規(guī)劃和管理，同時也要節(jié)省計算資源，保證運行載具的安全性，從而提高運輸效率。

1.3 執(zhí)行和控制技術

相應的執(zhí)行和控制技術能夠使運輸車輛在任何情況下都能夠最大限度地提高自身的抗干擾能力和適應能力，其中的主要控制部分為縱向和橫向控制技術，縱向可以管理車輛的運行速度，橫向可以把控車輛的輪轉(zhuǎn)方面。礦山運輸載體大多數(shù)是電力驅(qū)動，但其中部分零件國內(nèi)較為短缺，對其進行改進較為困難。礦山運輸車輛中運用了精準度較高的動力專業(yè)，通過安裝機器人的方式和經(jīng)過線控改造的方式對其進行相應的控制，從而提高自身抗干擾的執(zhí)行能力。

1.4 礦山運輸無人駕駛系統(tǒng)中高精準度地圖的繪制

常見的普通地圖精準度在5 m 左右，除了道路的具體位置和形態(tài)，并沒有更多關于道路細節(jié)的描述，而高精準地圖需要精準度達到10 cm 左右，能在極大程度上體現(xiàn)道路的真實情況，高精準度的地圖繪制需要有高精準度的坐標信息，同時準確了解道路的各種情況，對運輸中的道路軌跡、方向等數(shù)據(jù)都要進行嚴格管理。但在我國的礦山運輸中，由于礦山的環(huán)境單一、變化程度小，可以自行建設相應的精準度地圖，礦山內(nèi)的道路要及時進行修整和維護。礦山運輸中所應用的地圖應有專業(yè)的收集載具，再結合其他技術手段收集各種信息。

1.5 礦山作業(yè)中的場景分析

礦山運輸無人駕駛技術要收集整體的運輸作業(yè)場景信息作為技術創(chuàng)新的基礎內(nèi)容，并且結合整體運輸作業(yè)的具體場景了解各種功能方式，并將所有信息進行概括總結，最終打造出完美的設計方案。正常的運輸作業(yè)場景是無人駕駛系統(tǒng)沒有任何技術故障、也沒有事故發(fā)生的情況，并且無人駕駛系統(tǒng)能夠根據(jù)指令需要正常運行，并不需要相關工作人員參與。在非緊急降級場景中，由于系統(tǒng)自身的原因產(chǎn)生故障問題，導致其做出降級處理，通常危害程度不高，需要相關工作人員進行參與，該場景一般有：載具異常、系統(tǒng)軟件異常、路徑規(guī)劃不正確、傳感儀器異常等。還有一種緊急降級場景，對運輸?shù)陌踩杂绊戄^高，例如發(fā)生火災或者自然災害的一系列場景。無論是以上3 種的哪一種場景，都需要相關人員對其進行專業(yè)、嚴格的技術考察，準確分析相應的數(shù)據(jù)信息。

2 現(xiàn)階段我國礦山運輸無人駕駛技術標準

2.1 SAE 汽車自駕技術標準

美國汽車工程師學會（SAE）將自動駕駛技術標準程度分為6 個等級，并對自動駕駛系統(tǒng)的整體發(fā)展方向進行了專業(yè)計劃，從而在對應的產(chǎn)業(yè)內(nèi)得到發(fā)展。自動駕駛技術的階段性等級劃分對礦山運輸方面有重要的參考意義，同時也能夠為無人駕駛技術的改進提供參考，保證礦山無人駕駛運輸工作的標準性。

2.2 礦山運輸具體標準

現(xiàn)階段我國并沒有建立系統(tǒng)性的礦山運輸無人駕駛技術體系，也沒有建立礦山運輸無人駕駛技術標準，整體制度性并不完善，但近年來我國在礦山運輸行業(yè)中已經(jīng)有了較為明確的礦山運輸通用標準，相應的煤礦產(chǎn)業(yè)標準、礦山機械設備運輸?shù)纫幌盗械臉藴手贫?，可以更好地對整體礦山的運輸環(huán)境、礦山道路、礦山運輸技術等進行研究和分析，同時也為我國的礦山運輸無人駕駛技術提供研究基礎。現(xiàn)階段的礦山運輸無人駕駛技術的發(fā)展應立足于我國礦山運輸?shù)膶嶋H情況，逐漸打造符合我國礦山運輸行業(yè)的標準體系。

3 結束語

運輸在露天礦山開采中占有十分重要的地位，礦山運輸中的無人駕駛技術需要多種學科技術相互融合發(fā)展，目前我國已經(jīng)將具體學科技術進行融合，相關技術人員也在不斷研究和完善相應的技術，相信經(jīng)過各方面人員的不斷努力，最終能夠打造出優(yōu)秀的礦山運輸無人駕駛標準體系，推動礦山運輸行業(yè)的發(fā)展。