智慧礦山無人駕駛的步驟與好處

發(fā)布日期：2025-06-09 責(zé)任編輯:中譽(yù)鼎力

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摘要：無人駕駛”在石料生產(chǎn)線中核心的應(yīng)用場景是礦用卡車在采掘區(qū)、破碎站/中轉(zhuǎn)點(diǎn)、排土場/堆料區(qū)之間的重載和空載運(yùn)輸。也可能包括輔助設(shè)備的自動(dòng)化（如推土機(jī)、平地機(jī)、裝載機(jī)），但礦卡運(yùn)輸是效益顯著、技術(shù)相對成熟的切入點(diǎn)。

無人駕駛”在石料生產(chǎn)線中核心的應(yīng)用場景是礦用卡車在采掘區(qū)、破碎站/中轉(zhuǎn)點(diǎn)、排土場/堆料區(qū)之間的重載和空載運(yùn)輸。也可能包括輔助設(shè)備的自動(dòng)化（如推土機(jī)、平地機(jī)、裝載機(jī)），但礦卡運(yùn)輸是效益顯著、技術(shù)相對成熟的切入點(diǎn)。以下是搭建的關(guān)鍵步驟和主要好處：

一、關(guān)鍵技術(shù)架構(gòu)與搭建步驟

1、環(huán)境感知系統(tǒng)

傳感器融合：為每輛無人礦卡裝備多種傳感器：

激光雷達(dá)：提供高精度3D點(diǎn)云，探測周圍環(huán)境、障礙物（車輛、人員、落石、坑洼）、道路邊界。需考慮礦區(qū)粉塵、振動(dòng)環(huán)境選擇耐用的工業(yè)級產(chǎn)品。

毫米波雷達(dá)：在惡劣天氣（雨、雪、霧、粉塵）下穩(wěn)定工作，探測距離遠(yuǎn)，用于測速和障礙物檢測。

攝像頭：提供視覺信息，用于識(shí)別交通標(biāo)識(shí)、道路標(biāo)線（如有）、特定障礙物（如人員）及提供冗余。

高精度GNSS定位系統(tǒng)：提供車輛的絕對位置（經(jīng)度、緯度、高度），通常需要RTK技術(shù)達(dá)到厘米級精度。

慣性測量單元：在GNSS信號(hào)短暫丟失時(shí)（如隧道、峽谷）提供航位推算，保證定位連續(xù)性。

車載計(jì)算單元：強(qiáng)大的車載計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)處理融合所有傳感器數(shù)據(jù)，構(gòu)建車輛周圍的環(huán)境模型。

2、車輛控制系統(tǒng)

線控底盤改造：對傳統(tǒng)礦卡進(jìn)行改造，使其油門、剎車、轉(zhuǎn)向、擋位等關(guān)鍵執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠接受電信號(hào)控制（線控化）。這是無人駕駛的基礎(chǔ)。

車輛控制算法：基于感知信息和路徑規(guī)劃，生成精確的控制指令（轉(zhuǎn)向角、油門/剎車開度），控制車輛平穩(wěn)、安全、高效地行駛。

3、高精度地圖與定位

礦區(qū)高精度地圖制作：預(yù)先采集制作包含詳細(xì)道路信息（車道線、坡度、曲率）、關(guān)鍵點(diǎn)（裝載點(diǎn)、卸料點(diǎn)、交匯區(qū)）、限速區(qū)、禁行區(qū)等的高精度地圖（厘米級）。

實(shí)時(shí)定位：結(jié)合GNSS、IMU和激光雷達(dá)/攝像頭的地圖匹配技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車輛在高精度地圖上的實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)定位。

4、路徑規(guī)劃與決策系統(tǒng)

全局路徑規(guī)劃：根據(jù)任務(wù)（從A到B），結(jié)合高精度地圖和交通規(guī)則，規(guī)劃行駛路線。

局部路徑規(guī)劃與決策：實(shí)時(shí)處理感知信息，動(dòng)態(tài)規(guī)劃局部路徑，進(jìn)行行為決策（跟車、超車、避讓、停車、起步），處理復(fù)雜場景和突發(fā)狀況。

5、車聯(lián)網(wǎng)與通信系統(tǒng)

可靠、低延遲、大帶寬的無線通信網(wǎng)絡(luò)：部署覆蓋整個(gè)礦區(qū)的專用無線網(wǎng)絡(luò)（如5G專網(wǎng)、LTE專網(wǎng)、Mesh網(wǎng)絡(luò)），確保車輛與控制中心、車輛與車輛、車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間的實(shí)時(shí)、穩(wěn)定通信。

V2X通信：實(shí)現(xiàn)車-車、車-基礎(chǔ)設(shè)施的信息交互（位置、速度、意圖），提升協(xié)同效率和安全性。

6、中央調(diào)度與監(jiān)控系統(tǒng)

“大腦”角色：這是整個(gè)無人運(yùn)輸系統(tǒng)的指揮中心。

任務(wù)調(diào)度：根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃（來自MES系統(tǒng)）、設(shè)備狀態(tài)、物料需求，智能分配運(yùn)輸任務(wù)給合適的無人礦卡。

交通管理：監(jiān)控所有車輛位置和狀態(tài)，優(yōu)化路徑，避免擁堵和沖突（如在狹窄路段或交匯區(qū)）。

實(shí)時(shí)監(jiān)控：顯示所有無人車輛的位置、狀態(tài)（速度、載重、油量/電量、故障信息）、作業(yè)進(jìn)度。

遠(yuǎn)程控制與干預(yù)：在必要時(shí)（如復(fù)雜異常情況），操作員可以遠(yuǎn)程接管車輛控制。

數(shù)據(jù)管理與分析：收集所有運(yùn)行數(shù)據(jù)（油耗/電耗、循環(huán)時(shí)間、故障記錄），用于性能分析和持續(xù)優(yōu)化。

7、基礎(chǔ)設(shè)施配套

裝載/卸載點(diǎn)自動(dòng)化改造：與無人礦卡協(xié)同，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝載（如通過激光掃描或引導(dǎo)系統(tǒng)定位）和自動(dòng)卸料（精確定位到料口）。

路側(cè)單元：在關(guān)鍵路口或區(qū)域部署RSU，提供增強(qiáng)定位信息或交通信號(hào)。

安全防護(hù)：在危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)置電子圍欄，部署額外的監(jiān)控?cái)z像頭。

8、安全系統(tǒng)

多重冗余：關(guān)鍵系統(tǒng)（感知、定位、控制、通信）設(shè)計(jì)冗余備份。

緊急停車系統(tǒng)：遇到嚴(yán)重故障或無法處理的危險(xiǎn)情況，自動(dòng)觸發(fā)緊急停車。

碰撞預(yù)警與避免：基于感知數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算碰撞風(fēng)險(xiǎn)并自動(dòng)采取規(guī)避動(dòng)作（制動(dòng)、轉(zhuǎn)向）。

人員/設(shè)備檢測與避讓：專門算法用于識(shí)別礦區(qū)內(nèi)的行人和工程機(jī)械，并確保安全距離。

遠(yuǎn)程急停：控制中心可隨時(shí)遠(yuǎn)程急停任何車輛。

9、測試、驗(yàn)證與部署

分階段實(shí)施：通常先在封閉區(qū)域測試，然后小范圍試運(yùn)行（如指定路線、少數(shù)車輛），再全面鋪開。

嚴(yán)格驗(yàn)證：進(jìn)行大量場景測試（正常、邊界、失效），確保系統(tǒng)安全可靠。

人員培訓(xùn)：培訓(xùn)操作員、維護(hù)人員和安全管理人員。

二、搭建無人駕駛系統(tǒng)的好處

1、顯著提升安全性：從根本上避免了駕駛員在危險(xiǎn)環(huán)境中的傷亡事故。無人系統(tǒng)嚴(yán)格執(zhí)行程序，消除超速、違規(guī)操作、注意力不集中等人為因素導(dǎo)致的事故。傳感器系統(tǒng)能在人類難以察覺或反應(yīng)的情況下更快做出安全響應(yīng)。

2、大幅提高生產(chǎn)效率與穩(wěn)定性：全天候運(yùn)行，不受人員交接班、休息、疲勞影響，實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷生產(chǎn)。優(yōu)化行駛速度與路徑，避免人為導(dǎo)致的減速、繞遠(yuǎn)路或怠速。中央調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化車流，減少在裝載點(diǎn)和卸料點(diǎn)的排隊(duì)等待。運(yùn)輸循環(huán)時(shí)間更短且更可預(yù)測，便于精確安排生產(chǎn)計(jì)劃。提高設(shè)備利用率，提升礦卡有效工作時(shí)間。

3、有效降低運(yùn)營成本：大幅減少甚至完全省去卡車司機(jī)及相關(guān)管理成本。優(yōu)化的駕駛行為可顯著降低燃油或電力消耗。平穩(wěn)駕駛減少了急剎、急轉(zhuǎn)和顛簸對輪胎、剎車系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)等部件的磨損，延長使用壽命，降低維護(hù)頻率和成本。由于安全性大幅提高，相關(guān)保險(xiǎn)費(fèi)用有望下降。

4、改善工作環(huán)境與解決人力難題：將人員從枯燥、危險(xiǎn)、高強(qiáng)度的駕駛工作中解放出來，轉(zhuǎn)移到更安全、技術(shù)含量更高的監(jiān)控、維護(hù)、管理崗位。解決礦區(qū)環(huán)境艱苦、危險(xiǎn)崗位招工困難的問題。

5、提升管理精細(xì)化與數(shù)據(jù)化水平：全過程數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)自動(dòng)記錄所有車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)（位置、速度、載重、油耗、故障等）。精準(zhǔn)分析與優(yōu)化，基于大數(shù)據(jù)分析，可不斷優(yōu)化運(yùn)輸路線、調(diào)度策略、設(shè)備維護(hù)計(jì)劃，持續(xù)提升整體運(yùn)營效率。透明化管理，生產(chǎn)過程可視化程度高，便于監(jiān)控和管理。

6、環(huán)保效益：通過降低燃油消耗和優(yōu)化運(yùn)行，減少二氧化碳和其他尾氣排放（對于電動(dòng)礦卡，則優(yōu)化用電）。優(yōu)化的駕駛行為也可能降低部分運(yùn)行噪音。

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