露天矿山运输无人驾驶关键技术与标准

2021-01-21肖光林

设备管理与维修 2021年20期

关键词：露天矿精准度无人驾驶

肖光林

（云南华联锌铟股份有限公司，云南文山 663700）

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矿山作业的整体环境呈闭塞状态，利用新型矿山运输无人驾驶技术，可以极大提高矿山运输的安全性和作业效率。随着科技进步和经济发展，在相关技术人员的不断努力下，现阶段我国矿山运输无人驾驶技术已经取得了长足的发展。

1 矿山运输无人驾驶关键性技术

目前，我国无人驾驶技术主要应用于矿山运输，该技术能在最大程度上实现恶劣环境中的有效运输，应用于运输过程中的倒车管理、承重装载、主动规避障碍等重要场景。这些场景和城市汽车无人驾驶应用不同，矿山运输无人驾驶技术是围绕多个领域的复杂系统，涉及众多的领域与学科。

1.1 外界环境感知技术

目前我国矿山运输无人驾驶技术中的外界环境感知技术是通过毫米波雷达、专业摄像机、专业雷达等技术性传感仪器对矿山运输环境进行检测和感知，同时经过对多个事物的跟踪检测和各类信息传感技术对矿山运输的实际情况进行分析和检测，最终将检测到的信息传输到矿山运输无人驾驶技术实施系统。其中事物目标检测技术，是利用传感仪器等设备将矿山运输的整体环境进行检测和识别。而多传感器能够最大程度上保证信息的精准程度；环境预测技术则能保证矿山运输无人驾驶技术能够在极其恶劣或者未知的运输环境下，具有良好的感知能力，同时科学准确地对运输环境进行预测和分析，保证无人驾驶系统决策的精准性。

露天矿山运输无人驾驶技术与城市汽车无人驾驶技术相比，整体环境更为恶劣和复杂，主要表现为尘土多、温度变化无常、天气复杂等，因此加大了技术实施的难度，同时也对其中的外部环境感知技术提出了更高的要求。

我国大部分露天矿区的运输工作都时常伴有沙尘天气，无人驾驶技术中的环境感应系统会受到影响，降低它的整体检测功能和检测的准确度。在沙尘天气提高感应系统的感应精准度，就要利用多源异构传感仪器技术，也就是在系统中安装毫米波雷达传感仪器，该仪器对沙尘的感知程度不高，同时要连接多个毫米波雷达信息，以提高系统的精准程度和安全性。系统充分利用各类传感仪器的有效性，最大限度地提升各类感应系统在运行中的感知能力。矿山运输道路不平整，运行时剧烈的振动和冲击，提高了无人驾驶系统中环境感知技术抗干扰能力的难度系数。面对不平整的运输道路，传感仪器、雷达、毫米波雷达等都会因剧烈振动而晃动，传感仪器感知到的信息随之发生改变，而矿山无人驾驶技术需要依靠实时检测外部信息变化来实施指令，因此需要对道路的信息、振动强度等有一个具体的判断，以提高无人驾驶技术中环境感知的抗干扰能力。同时，露天矿区的气候环境恶劣，冬季温度较低，夏季温度过高，并且早晚温差较大，要求露天矿山无人驾驶技术能够适应恶劣气候。

1.2 行为决策技术和运行规划技术

矿山运输无人驾驶系统中的行为决策技术能将无人驾驶系统接收的信息进行融合连接，经过智能化分析了解感知到外部工作环境信息，通过系统运行进行科学决策。现阶段整体性技术中依据所分划的层次，运行规划可以体现为整体路径规划和部分路径规划。整体路径规划能够结合系统提取的主要信息，经过某些条件，设计规划出多种具有安全性的运行路径，同时系统会结合实际情况从中选取一个安全性最高的路径为运输路径。部分路径规划也就是局部路径规划可以依照系统中各种决策信息，同时符合运动学条件，最大程度提升露天矿区运输无人驾驶技术的安全性和有效性，从而制定出最佳的矿山运行轨迹路线。

在20 世纪，曾有人对无人驾驶系统的行为决策技术进行研究和探讨，通过多种决策规则进行系统智能性决策。21 世纪，又有人对该技术进行深度的研究和分析，出现了各种基于模型基础上的决策方法和决策技术，最大程度上实现车辆运行的有效性和适应性。在相关运行规划中，有根据图进行搜查规划的方法，还有进行随机取样、空间拟合、不断优化的规划方式。在优化的规划方式中，能在最大程度上注意到运行中障碍物的情况，从而计划出更优的运行路径，不足之处是这种技术的计算方法太过复杂。随机取样规划方式能够依据系统特性快速得到相应的运行路径，因此这种方式被快速应用于各种运输环境。

与城市用车中的无人驾驶技术不同，矿山运输无人驾驶系统需要有严格的制度管理人员和工具。可以将矿山运输需要的各种车辆安装相应的定位仪器和通信设备，实现实时的位置信息传输；人员不能在没有任何乘坐工具的前提下进入矿山危险区域；通过利用中心式控制器对所有矿山的无人驾驶载具进行合理优化。这些管理规划可简化矿山运输中无人驾驶技术的行为决策和运行规划，但同时也在矿山区域无人驾驶系统中产生了新的问题。矿山运输无人驾驶车辆与城市无人驾驶车辆的分布性决策相比，露天矿山运输更适合运用专业的中心式决策方式，通过中心控制仪器对车辆的整体决策进行优化。与分布模式的决策对比，中心式决策方式在理论基础上能够实现整体最好的效果，但相应的计算要求程度较高。现阶段露天矿山无人驾驶运输技术，需要不断研究具有平衡决策复杂程度和优化性的整体决策模式，从整体上对露天矿山的载具进行规划和管理，同时也要节省计算资源，保证运行载具的安全性，从而提高运输效率。

1.3 执行和控制技术

相应的执行和控制技术能够使运输车辆在任何情况下都能够最大限度地提高自身的抗干扰能力和适应能力，其中的主要控制部分为纵向和横向控制技术，纵向可以管理车辆的运行速度，横向可以把控车辆的轮转方面。矿山运输载体大多数是电力驱动，但其中部分零件国内较为短缺，对其进行改进较为困难。矿山运输车辆中运用了精准度较高的动力专业，通过安装机器人的方式和经过线控改造的方式对其进行相应的控制，从而提高自身抗干扰的执行能力。

1.4 矿山运输无人驾驶系统中高精准度地图的绘制

常见的普通地图精准度在5 m 左右，除了道路的具体位置和形态，并没有更多关于道路细节的描述，而高精准地图需要精准度达到10 cm 左右，能在极大程度上体现道路的真实情况，高精准度的地图绘制需要有高精准度的坐标信息，同时准确了解道路的各种情况，对运输中的道路轨迹、方向等数据都要进行严格管理。但在我国的矿山运输中，由于矿山的环境单一、变化程度小，可以自行建设相应的精准度地图，矿山内的道路要及时进行修整和维护。矿山运输中所应用的地图应有专业的收集载具，再结合其他技术手段收集各种信息。

1.5 矿山作业中的场景分析

矿山运输无人驾驶技术要收集整体的运输作业场景信息作为技术创新的基础内容，并且结合整体运输作业的具体场景了解各种功能方式，并将所有信息进行概括总结，最终打造出完美的设计方案。正常的运输作业场景是无人驾驶系统没有任何技术故障、也没有事故发生的情况，并且无人驾驶系统能够根据指令需要正常运行，并不需要相关工作人员参与。在非紧急降级场景中，由于系统自身的原因产生故障问题，导致其做出降级处理，通常危害程度不高，需要相关工作人员进行参与，该场景一般有：载具异常、系统软件异常、路径规划不正确、传感仪器异常等。还有一种紧急降级场景，对运输的安全性影响较高，例如发生火灾或者自然灾害的一系列场景。无论是以上3 种的哪一种场景，都需要相关人员对其进行专业、严格的技术考察，准确分析相应的数据信息。

2 现阶段我国矿山运输无人驾驶技术标准

2.1 SAE 汽车自驾技术标准

美国汽车工程师学会（SAE）将自动驾驶技术标准程度分为6 个等级，并对自动驾驶系统的整体发展方向进行了专业计划，从而在对应的产业内得到发展。自动驾驶技术的阶段性等级划分对矿山运输方面有重要的参考意义，同时也能够为无人驾驶技术的改进提供参考，保证矿山无人驾驶运输工作的标准性。

2.2 矿山运输具体标准

现阶段我国并没有建立系统性的矿山运输无人驾驶技术体系，也没有建立矿山运输无人驾驶技术标准，整体制度性并不完善，但近年来我国在矿山运输行业中已经有了较为明确的矿山运输通用标准，相应的煤矿产业标准、矿山机械设备运输等一系列的标准制度，可以更好地对整体矿山的运输环境、矿山道路、矿山运输技术等进行研究和分析，同时也为我国的矿山运输无人驾驶技术提供研究基础。现阶段的矿山运输无人驾驶技术的发展应立足于我国矿山运输的实际情况，逐渐打造符合我国矿山运输行业的标准体系。