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(yùn)輸無人駕駛技術(shù)，可以極大提高礦山運(yùn)輸?shù)陌踩院妥鳂I(yè)效率。隨著科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在相關(guān)技術(shù)人員的不斷努力下，現(xiàn)階段我國礦山運(yùn)輸無人駕駛技術(shù)已經(jīng)取得了長足的發(fā)展。

1 礦山運(yùn)輸無人駕駛關(guān)鍵性技術(shù)

目前，我國無人駕駛技術(shù)主要應(yīng)用于礦山運(yùn)輸，該技術(shù)能在最大程度上實(shí)現(xiàn)惡劣環(huán)境中的有效運(yùn)輸，應(yīng)用于運(yùn)輸過程中的倒車管理、承重裝載、主動(dòng)規(guī)避障礙等重要場景。這些場景和城市汽車無人駕駛應(yīng)用不同，礦山運(yùn)輸無人駕駛技術(shù)是圍繞多個(gè)領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)，涉及眾多的領(lǐng)域與學(xué)科。

1.1 外界環(huán)境感知技術(shù)

目前我國礦山運(yùn)輸無人駕駛技術(shù)中的外界環(huán)境感知技術(shù)是通過毫米波雷達(dá)、專業(yè)攝像機(jī)、專業(yè)雷達(dá)等技術(shù)性傳感儀器對礦山運(yùn)輸環(huán)境進(jìn)行檢測和感知，同時(shí)經(jīng)過對多個(gè)事物的跟蹤檢測和各類信息傳感技術(shù)對礦山運(yùn)輸?shù)膶?shí)際情況進(jìn)行分析和檢測，最終將檢測到的信息傳輸?shù)降V山運(yùn)輸無人駕駛技術(shù)實(shí)施系統(tǒng)。其中事物目標(biāo)檢測技術(shù)，是利用傳感儀器等設(shè)備將礦山運(yùn)輸?shù)恼w環(huán)境進(jìn)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(zhǔn)程度；環(huán)境預(yù)測技術(shù)則能保證礦山運(yùn)輸無人駕駛技術(shù)能夠在極其惡劣或者未知的運(yùn)輸環(huán)境下，具有良好的感知能力，同時(shí)科學(xué)準(zhǔn)確地對運(yùn)輸環(huán)境進(jìn)行預(yù)測和分析，保證無人駕駛系統(tǒng)決策的精準(zhǔn)性。

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

我國大部分露天礦區(qū)的運(yùn)輸工作都時(shí)常伴有沙塵天氣，無人駕駛技術(shù)中的環(huán)境感應(yīng)系統(tǒng)會(huì)受到影響，降低它的整體檢測功能和檢測的準(zhǔn)確度。在沙塵天氣提高感應(yīng)系統(tǒng)的感應(yīng)精準(zhǔn)度，就要利用多源異構(gòu)傳感儀器技術(shù)，也就是在系統(tǒng)中安裝毫米波雷達(dá)傳感儀器，該儀器對沙塵的感知程度不高，同時(shí)要連接多個(gè)毫米波雷達(dá)信息，以提高系統(tǒng)的精準(zhǔn)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(yīng)系統(tǒng)在運(yùn)行中的感知能力。礦山運(yùn)輸?shù)缆凡黄秸?，運(yùn)行時(shí)劇烈的振動(dòng)和沖擊，提高了無人駕駛系統(tǒng)中環(huán)境感知技術(shù)抗干擾能力的難度系數(shù)。面對不平整的運(yùn)輸?shù)缆?，傳感儀器、雷達(dá)、毫米波雷達(dá)等都會(huì)因劇烈振動(dòng)而晃動(dòng)，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(shù)需要依靠實(shí)時(shí)檢測外部信息變化來實(shí)施指令，因此需要對道路的信息、振動(dòng)強(qiáng)度等有一個(gè)具體的判斷，以提高無人駕駛技術(shù)中環(huán)境感知的抗干擾能力。同時(shí)，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(shù)能夠適應(yīng)惡劣氣候。

1.2 行為決策技術(shù)和運(yùn)行規(guī)劃技術(shù)

礦山運(yùn)輸無人駕駛系統(tǒng)中的行為決策技術(shù)能將無人駕駛系統(tǒng)接收的信息進(jìn)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(yùn)行進(jìn)行科學(xué)決策。現(xiàn)階段整體性技術(shù)中依據(jù)所分劃的層次，運(yùn)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(jié)合系統(tǒng)提取的主要信息，經(jīng)過某些條件，設(shè)計(jì)規(guī)劃出多種具有安全性的運(yùn)行路徑，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)結(jié)合實(shí)際情況從中選取一個(gè)安全性最高的路徑為運(yùn)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(shí)符合運(yùn)動(dòng)學(xué)條件，最大程度提升露天礦區(qū)運(yùn)輸無人駕駛技術(shù)的安全性和有效性，從而制定出最佳的礦山運(yùn)行軌跡路線。

在20 世紀(jì)，曾有人對無人駕駛系統(tǒng)的行為決策技術(shù)進(jìn)行研究和探討，通過多種決策規(guī)則進(jìn)行系統(tǒng)智能性決策。21 世紀(jì)，又有人對該技術(shù)進(jìn)行深度的研究和分析，出現(xiàn)了各種基于模型基礎(chǔ)上的決策方法和決策技術(shù)，最大程度上實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)行的有效性和適應(yīng)性。在相關(guān)運(yùn)行規(guī)劃中，有根據(jù)圖進(jìn)行搜查規(guī)劃的方法，還有進(jìn)行隨機(jī)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(yùn)行中障礙物的情況，從而計(jì)劃出更優(yōu)的運(yùn)行路徑，不足之處是這種技術(shù)的計(jì)算方法太過復(fù)雜。隨機(jī)取樣規(guī)劃方式能夠依據(jù)系統(tǒng)特性快速得到相應(yīng)的運(yùn)行路徑，因此這種方式被快速應(yīng)用于各種運(yùn)輸環(huán)境。

與城市用車中的無人駕駛技術(shù)不同，礦山運(yùn)輸無人駕駛系統(tǒng)需要有嚴(yán)格的制度管理人員和工具?？梢詫⒌V山運(yùn)輸需要的各種車輛安裝相應(yīng)的定位儀器和通信設(shè)備，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(jìn)入礦山危險(xiǎn)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(jìn)行合理優(yōu)化。這些管理規(guī)劃可簡化礦山運(yùn)輸中無人駕駛技術(shù)的行為決策和運(yùn)行規(guī)劃，但同時(shí)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(yùn)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(yùn)輸更適合運(yùn)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(jìn)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(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn)整體最好的效果，但相應(yīng)的計(jì)算要求程度較高?，F(xiàn)階段露天礦山無人駕駛運(yùn)輸技術(shù)，需要不斷研究具有平衡決策復(fù)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(jìn)行規(guī)劃和管理，同時(shí)也要節(jié)省計(jì)算資源，保證運(yùn)行載具的安全性，從而提高運(yùn)輸效率。

1.3 執(zhí)行和控制技術(shù)

相應(yīng)的執(zhí)行和控制技術(shù)能夠使運(yùn)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(yīng)能力，其中的主要控制部分為縱向和橫向控制技術(shù)，縱向可以管理車輛的運(yùn)行速度，橫向可以把控車輛的輪轉(zhuǎn)方面。礦山運(yùn)輸載體大多數(shù)是電力驅(qū)動(dòng)，但其中部分零件國內(nèi)較為短缺，對其進(jìn)行改進(jìn)較為困難。礦山運(yùn)輸車輛中運(yùn)用了精準(zhǔn)度較高的動(dòng)力專業(yè)，通過安裝機(jī)器人的方式和經(jīng)過線控改造的方式對其進(jìn)行相應(yīng)的控制，從而提高自身抗干擾的執(zhí)行能力。

1.4 礦山運(yùn)輸無人駕駛系統(tǒng)中高精準(zhǔn)度地圖的繪制

常見的普通地圖精準(zhǔn)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(guān)于道路細(xì)節(jié)的描述，而高精準(zhǔn)地圖需要精準(zhǔn)度達(dá)到10 cm 左右，能在極大程度上體現(xiàn)道路的真實(shí)情況，高精準(zhǔn)度的地圖繪制需要有高精準(zhǔn)度的坐標(biāo)信息，同時(shí)準(zhǔn)確了解道路的各種情況，對運(yùn)輸中的道路軌跡、方向等數(shù)據(jù)都要進(jìn)行嚴(yán)格管理。但在我國的礦山運(yùn)輸中，由于礦山的環(huán)境單一、變化程度小，可以自行建設(shè)相應(yīng)的精準(zhǔn)度地圖，礦山內(nèi)的道路要及時(shí)進(jìn)行修整和維護(hù)。礦山運(yùn)輸中所應(yīng)用的地圖應(yīng)有專業(yè)的收集載具，再結(jié)合其他技術(shù)手段收集各種信息。

1.5 礦山作業(yè)中的場景分析

礦山運(yùn)輸無人駕駛技術(shù)要收集整體的運(yùn)輸作業(yè)場景信息作為技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)內(nèi)容，并且結(jié)合整體運(yùn)輸作業(yè)的具體場景了解各種功能方式，并將所有信息進(jìn)行概括總結(jié)，最終打造出完美的設(shè)計(jì)方案。正常的運(yùn)輸作業(yè)場景是無人駕駛系統(tǒng)沒有任何技術(shù)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(yùn)行，并不需要相關(guān)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(dǎo)致其做出降級處理，通常危害程度不高，需要相關(guān)工作人員進(jìn)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(yùn)輸?shù)陌踩杂绊戄^高，例如發(fā)生火災(zāi)或者自然災(zāi)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(guān)人員對其進(jìn)行專業(yè)、嚴(yán)格的技術(shù)考察，準(zhǔn)確分析相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。

2 現(xiàn)階段我國礦山運(yùn)輸無人駕駛技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 SAE 汽車自駕技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

美國汽車工程師學(xué)會(huì)（SAE）將自動(dòng)駕駛技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)程度分為6 個(gè)等級，并對自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的整體發(fā)展方向進(jìn)行了專業(yè)計(jì)劃，從而在對應(yīng)的產(chǎn)業(yè)內(nèi)得到發(fā)展。自動(dòng)駕駛技術(shù)的階段性等級劃分對礦山運(yùn)輸方面有重要的參考意義，同時(shí)也能夠?yàn)闊o人駕駛技術(shù)的改進(jìn)提供參考，保證礦山無人駕駛運(yùn)輸工作的標(biāo)準(zhǔn)性。

2.2 礦山運(yùn)輸具體標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)階段我國并沒有建立系統(tǒng)性的礦山運(yùn)輸無人駕駛技術(shù)體系，也沒有建立礦山運(yùn)輸無人駕駛技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，整體制度性并不完善，但近年來我國在礦山運(yùn)輸行業(yè)中已經(jīng)有了較為明確的礦山運(yùn)輸通用標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的煤礦產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、礦山機(jī)械設(shè)備運(yùn)輸?shù)纫幌盗械臉?biāo)準(zhǔn)制度，可以更好地對整體礦山的運(yùn)輸環(huán)境、礦山道路、礦山運(yùn)輸技術(shù)等進(jìn)行研究和分析，同時(shí)也為我國的礦山運(yùn)輸無人駕駛技術(shù)提供研究基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段的礦山運(yùn)輸無人駕駛技術(shù)的發(fā)展應(yīng)立足于我國礦山運(yùn)輸?shù)膶?shí)際情況，逐漸打造符合我國礦山運(yùn)輸行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)體系。

3 結(jié)束語

運(yùn)輸在露天礦山開采中占有十分重要的地位，礦山運(yùn)輸中的無人駕駛技術(shù)需要多種學(xué)科技術(shù)相互融合發(fā)展，目前我國已經(jīng)將具體學(xué)科技術(shù)進(jìn)行融合，相關(guān)技術(shù)人員也在不斷研究和完善相應(yīng)的技術(shù)，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(yùn)輸無人駕駛標(biāo)準(zhǔn)體系，推動(dòng)礦山運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展。