易控智駕副總裁林巧：露天礦山無人駕駛常態(tài)化應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)及對策分析┃理事單位特刊

為應(yīng)對礦山混行場景的挑戰(zhàn)，基于智能交互、數(shù)據(jù)挖掘和實(shí)時感知技術(shù)，提出了混行場景綜合解決方案，采煤運(yùn)輸?shù)缆坊煨袌鼍叭鐖D8所示。

圖8 采煤運(yùn)輸?shù)缆坊煨袌鼍?/p>

（1）在無人駕駛車輛面臨道路、裝載區(qū)和卸載區(qū)等時，無人駕駛系統(tǒng)通過交互推演方式降低交互安全風(fēng)險，考慮其他有人駕駛車輛行為對自動駕駛車輛意圖與風(fēng)險，同時考慮無人駕駛車輛自身決策行為對其他有人駕駛車輛的影響和風(fēng)險，達(dá)到擬人化的行駛水平，提升無人駕駛車輛在混行運(yùn)行場景下的智能性和高效性，確保車輛行駛的體感和安全性。

（2）通過無人駕駛云端大模型樣本挖掘，結(jié)合自動標(biāo)注算法實(shí)現(xiàn)高效數(shù)據(jù)積累，保障訓(xùn)練集各類別數(shù)據(jù)的平衡，有效補(bǔ)充少見類型車輛以及行駛意圖的數(shù)據(jù)，提高模型的全面性和準(zhǔn)確性。

（3）通過采用深度學(xué)習(xí)檢測算法、多模態(tài)特征級融合BEV感知算法，構(gòu)建BEV視覺+點(diǎn)云多模態(tài)融合模型，將多個傳感器數(shù)據(jù)統(tǒng)一為鳥瞰視角圖，實(shí)現(xiàn)對各類混行目標(biāo)的精準(zhǔn)檢測識別，彌補(bǔ)單一模態(tài)的短板，達(dá)到1+1>2的效果，有效解決了礦山混行場景感知難的問題，提高了無人駕駛系統(tǒng)對復(fù)雜礦山混行場景的感知和理解能力，增強(qiáng)了無人駕駛車輛在混行環(huán)境中的智能性和高效性。

2.4 降低網(wǎng)絡(luò)高密度覆蓋的強(qiáng)依賴

露天礦作業(yè)過程中由于平盤快速推進(jìn)導(dǎo)致部分區(qū)域網(wǎng)絡(luò)信號偏弱，因此無人駕駛需降低對網(wǎng)絡(luò)高密度覆蓋的強(qiáng)依賴，通過優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，降低網(wǎng)絡(luò)和車云通信需求，增強(qiáng)弱網(wǎng)環(huán)境下的場景適應(yīng)能力，降低對網(wǎng)絡(luò)可靠性的依賴，增強(qiáng)系統(tǒng)功能的穩(wěn)定性和恢復(fù)能力。

當(dāng)破碎棚遮擋或弱網(wǎng)環(huán)境下，支持長時間維持高精度RTK定位，提升定位的環(huán)境適應(yīng)能力，增強(qiáng)自動駕駛的空間認(rèn)知與靈活適應(yīng)性，提升車輛在破碎棚區(qū)域的自動作業(yè)能力。無人駕駛具備標(biāo)準(zhǔn)化接口，可在生產(chǎn)及輔助設(shè)備快速安裝部署，具備厘米級高精度定位，支持V2V近場通信，斷網(wǎng)無任務(wù)更新情況下單車可維持60min高效作業(yè)，全局動態(tài)均衡調(diào)度時間可維持30min，可在臨時性弱網(wǎng)絡(luò)和無網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下滿足多種工況場景，無人駕駛集群卡調(diào)算法架構(gòu)如圖9所示。

圖9 無人駕駛集群卡調(diào)算法架構(gòu)

2.5 復(fù)雜場景適應(yīng)能力及車輛穩(wěn)定性

為應(yīng)對露天礦山極端溫度、揚(yáng)沙粉塵、雨雪天氣以及路面濕滑等礦山極端環(huán)境，無人駕駛運(yùn)輸解決方案，通過開發(fā)智能感知裝備、無人駕駛新能源線控平臺和無人運(yùn)輸系統(tǒng)管控平臺，設(shè)計基于多幀雷達(dá)點(diǎn)云累積的特征提取技術(shù)，基于深度學(xué)習(xí)的語義分割技術(shù)、多模態(tài)感知技術(shù)、多模態(tài)軌跡預(yù)測技術(shù)和駕駛行為意圖判斷技術(shù)，提高系統(tǒng)對復(fù)雜礦山場景的感知和理解能力，BEV+Transformer+OCC多模態(tài)感知界面如圖10所示。

圖10 BEV+Transformer+OCC多模態(tài)感知界面

無人駕駛依據(jù)多源數(shù)據(jù)流通與應(yīng)用，綜合激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭等傳感器，可實(shí)現(xiàn)在揚(yáng)塵和雨霧等惡劣天氣下的高效感知，無人駕駛揚(yáng)塵作業(yè)場景如圖11所示?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)對濕滑路面，研發(fā)橫縱向防滑控制功能，提前預(yù)判斷車輛打滑并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制。通過感知算法融合多傳感器信息，確保車輛在礦山環(huán)境中的安全、高效運(yùn)行，無人駕駛點(diǎn)云感知算法如圖12所示。

圖11 無人駕駛揚(yáng)塵作業(yè)場景

圖12 無人駕駛點(diǎn)云感知算法

通過設(shè)計單車多層安全防護(hù)系統(tǒng)，配套平臺遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)和遙控功能，實(shí)現(xiàn)無人駕駛卡車運(yùn)行過程中故障的辨識和處置，單車實(shí)時監(jiān)測及安全保障界面如圖13所示。平臺遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)借助先進(jìn)的通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對無人駕駛礦用卡車的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控與管理，及時發(fā)現(xiàn)車輛潛在的安全隱患或運(yùn)行異常情況，并遠(yuǎn)程下達(dá)指令進(jìn)行調(diào)整或修復(fù)。遙控功能在特殊緊急情況下，操作人員可以通過遠(yuǎn)程遙控終端，精準(zhǔn)操控車輛，提升無人駕駛礦用卡車應(yīng)對復(fù)雜工況與突發(fā)狀況的綜合能力，多源數(shù)據(jù)融合的百噸級無人駕駛礦用卡車如圖14所示。

圖13 單車實(shí)時監(jiān)測及安全保障界面

圖14 多源數(shù)據(jù)融合的百噸級無人駕駛礦用卡車

2.6 無人駕駛數(shù)據(jù)高質(zhì)量利用與數(shù)據(jù)安全問題

無人駕駛管控平臺實(shí)時獲取礦山設(shè)備信息，定時獲取裝、卸載點(diǎn)信息、調(diào)度信息以及設(shè)備報警信息，可直接傳輸?shù)街悄苓\(yùn)控平臺進(jìn)行統(tǒng)一管理。在數(shù)據(jù)要素利用方面，礦山無人駕駛運(yùn)輸技術(shù)注重數(shù)據(jù)的隱私保護(hù)和安全管理，確保數(shù)據(jù)的合法、合規(guī)使用。

加強(qiáng)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可用性，無人駕駛以及智能礦山建設(shè)過程中的數(shù)據(jù)利用和價值挖掘，未來將在推動礦山綠色、安全、智能、高效等方面發(fā)揮更加重要的作用。

露天礦山無人駕駛智能運(yùn)輸展望

據(jù)統(tǒng)計，2023年我國露天煤礦無人駕駛礦用卡車數(shù)量為1131輛，截至2024年9月，露天煤礦無人駕駛礦用卡車數(shù)量達(dá)到1510輛，其中，已完成“去安全員”的無人駕駛車輛比例約為55.3%，預(yù)計到2024年底達(dá)到約2500輛。無人駕駛技術(shù)應(yīng)用繼續(xù)保持較快增長態(tài)勢，未來展望主要包括以下6個方面。

（1）提高極端環(huán)境適應(yīng)性

礦區(qū)環(huán)境復(fù)雜，高溫、嚴(yán)寒等復(fù)雜氣候，以及礦區(qū)道路不平、煤灰揚(yáng)塵等特殊生產(chǎn)環(huán)境均對無人駕駛技術(shù)構(gòu)成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，特別礦區(qū)車輛數(shù)量增加，迫切需要深入的技術(shù)適配工作，未來需在環(huán)境感知、規(guī)劃決策、控制執(zhí)行等核心技術(shù)領(lǐng)域不斷突破，以增強(qiáng)系統(tǒng)對極端溫度、揚(yáng)沙粉塵等礦山極端環(huán)境的適應(yīng)能力。

（2）提高推廣應(yīng)用場景和項目周期

國內(nèi)無人駕駛技術(shù)已在露天煤礦規(guī)?；瘧?yīng)用和少數(shù)砂石骨料礦、金屬礦的初步應(yīng)用，但整體處于探索階段，需逐步向非煤礦山場景應(yīng)用推廣，設(shè)計出滿足各類礦山需求通用方案。目前無人駕駛運(yùn)輸剝離合同期多為2~3年，項目周期較短，無人駕駛網(wǎng)絡(luò)/基建/設(shè)備投入費(fèi)用高，推動露天礦山無人駕駛運(yùn)輸服務(wù)的可持續(xù)性，延長項目周期。大噸位無人駕駛礦卡市場需求，提升無人駕駛礦卡有效載重，保證動力電池的續(xù)航能力、功率輸出、使用壽命，以及安全性能等關(guān)鍵要素，是當(dāng)前新能源礦卡重點(diǎn)方向。

（3）確保無人駕駛網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全

無人駕駛設(shè)備在運(yùn)行過程中會采集大量的數(shù)據(jù)，包括設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)進(jìn)度等信息，對于煤礦的運(yùn)營和管理具有重要意義，此類數(shù)據(jù)存在泄露或濫用的風(fēng)險。露天煤礦無人駕駛設(shè)備高度依賴網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程控制，一旦網(wǎng)絡(luò)受到黑客攻擊或病毒入侵，可能造成數(shù)據(jù)傳輸中斷、設(shè)備失控等嚴(yán)重后果，都將對煤礦安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

無人駕駛礦用卡車在設(shè)計時應(yīng)注重車云結(jié)合策略，探索保障車端決策能力的同時，能充分利用云端和邊端資源，以支持整個系統(tǒng)的計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源的高效利用，確保在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)短暫故障時，無人駕駛礦用卡車能夠按照預(yù)先設(shè)定的方式正確作業(yè)。

（4）統(tǒng)一礦山無人駕駛行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

目前，礦山無人駕駛標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議以及生產(chǎn)效率的統(tǒng)計規(guī)則不統(tǒng)一，礦區(qū)無人駕駛行業(yè)缺少統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。各廠商產(chǎn)品開發(fā)以自身標(biāo)準(zhǔn)為主導(dǎo)，再由其他廠商適配，增加了不同廠商產(chǎn)品之間互聯(lián)互通的復(fù)雜性。

行業(yè)監(jiān)管采用傳統(tǒng)模式，礦方規(guī)章制度流程基于有人駕駛設(shè)定，對無人礦用卡車的實(shí)際部署與應(yīng)用帶來了挑戰(zhàn)，應(yīng)從國家層面，制定統(tǒng)一行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。礦山運(yùn)輸?shù)缆贰⒀b載標(biāo)準(zhǔn)化高于人工裝載，從采礦角度整體規(guī)劃無人駕駛行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采礦設(shè)計與無人駕駛結(jié)合進(jìn)行頂層設(shè)計，修訂現(xiàn)行的煤礦安全規(guī)程和露天礦采裝、運(yùn)輸以及排棄作業(yè)設(shè)計規(guī)范和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，提高無人礦卡實(shí)際應(yīng)用中的生產(chǎn)效率。

（5）推進(jìn)露天礦山無人駕駛低碳綠色發(fā)展

無人駕駛應(yīng)堅持自動駕駛+新能源作為礦山無人駕駛未來發(fā)展方向，夯實(shí)以增程式混動、純電動線控整車為基礎(chǔ)的礦山無人駕駛產(chǎn)品，同時對標(biāo)“碳達(dá)峰碳中和”目標(biāo)的重大決策部署，將氫能源線控整車作為研發(fā)儲備，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的礦山新能源無人駕駛重要支撐技術(shù)，推動能源行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展。

（6）加大露天礦山無人駕駛?cè)瞬排囵B(yǎng)

煤礦智能化面臨著專業(yè)人才、運(yùn)維人才儲備不足的問題，未來應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)人才隊伍建設(shè)，創(chuàng)新智能化人才引進(jìn)、培養(yǎng)、選拔方式，培育多學(xué)科交叉的知識型、技能型、管理型的復(fù)合型人才。聯(lián)合企業(yè)、高校和科研院所共建教育培訓(xùn)實(shí)踐基地，優(yōu)勢互補(bǔ)、聯(lián)合攻關(guān)、產(chǎn)教融合、協(xié)同創(chuàng)新，加大已有及新研發(fā)技術(shù)和項目的推廣，為礦山智能化建設(shè)提供強(qiáng)有力支撐。

總結(jié)

（1）露天礦山卡車無人駕駛技術(shù)作為智慧礦山發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，融合露天礦山智能采掘和礦山生產(chǎn)一體化智能管控平臺，構(gòu)建全流程的智能化礦山生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)露天礦的少人化、無人化開采，提升礦山的整體競爭力，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

（2）通過制定礦山無人駕駛行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，提煉可大規(guī)模復(fù)制、推廣的典型礦山應(yīng)用場景，增加礦山無人駕駛在海外露天礦市場應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)露天礦山運(yùn)輸轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展，推動傳統(tǒng)露天礦的網(wǎng)絡(luò)化、智能化的轉(zhuǎn)型升級。

（3）下一步礦山無人駕駛智能運(yùn)輸將圍繞提高采運(yùn)排作業(yè)區(qū)域適應(yīng)能力、大規(guī)模智能集群調(diào)度、復(fù)雜場景適應(yīng)能力以及露天礦山無人駕駛卡車最優(yōu)選型等方向進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

《智能礦山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國法院士

投稿網(wǎng)址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

聯(lián)系人：李編輯 010-87986441

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