張偉 張輝斌 張琦 帥根來

（丹東東方測控技術(shù)股份有限公司，遼寧丹東 118002）

0.引言

隨著業(yè)內(nèi)對于礦山作業(yè)安全的重視，發(fā)展智慧礦山、智能化信息化作業(yè)已經(jīng)是大勢所趨，根據(jù)原國家安監(jiān)總局開展的“機械化換人、自動化減人”科技強安專項行動工作目標，主要是為了減少高位作業(yè)現(xiàn)場中的人員，同時提高作業(yè)的效率。無人自動駕駛在礦山中的應(yīng)用不僅提升了礦山作業(yè)中的安全，同時保證了礦山生產(chǎn)運輸?shù)男剩挛膶⒕痛苏归_描述[1]。

1.礦用電機車無人駕駛系統(tǒng)

1.1 礦用電機車無人駕駛系統(tǒng)的含義

礦井電機車無人駕駛系統(tǒng)是基于人工智能AI技術(shù)和ROS機器人軟件，TH為傳輸亞照度、易爆環(huán)境的礦用機車無人駕駛系統(tǒng)。該無人駕駛系統(tǒng)主要運用的是無線通信系統(tǒng)，運用工業(yè)環(huán)網(wǎng)作為傳輸平臺，以礦用軌道運輸監(jiān)控（信集閉）系統(tǒng)為安全依托，采用井下機車精確定位技術(shù)、圖像識別處理技術(shù)和機車安全運調(diào)技術(shù)，并結(jié)合電機車智能化控制的礦井安全生產(chǎn)運輸綜合監(jiān)控系統(tǒng)，可以實現(xiàn)電機車物料礦石裝運卸全過程的無人化駕駛作業(yè)。

1.2 礦用電機車無人駕駛系統(tǒng)的組成

該礦用電機車無人駕駛系統(tǒng)由礦用隔爆兼本安型電機車運行參數(shù)檢測裝置、車載智能終端、礦用本安型智能分站、動態(tài)信號機、礦用本安型遙控器、礦用隔爆型攝像機、礦用隔爆兼本安型司控道岔裝置、工控機、打印機、人工智能系統(tǒng)軟件、雷達、各類傳感器等組成。

1.3 礦用電機車采用無人駕駛系統(tǒng)的具體功能

礦用電機車采用無人駕駛系統(tǒng)具有機車無人運行控制功能，遙控駕駛機車功能，安全應(yīng)急保障和機車運行參數(shù)監(jiān)測功能，自動裝卸礦功能，機車自主運行變速巡航技術(shù)，溜井和放礦坑料位檢測功能，調(diào)度功能，閉鎖功能，顯示功能，聯(lián)網(wǎng)功能，列車定位功能，故障自動診斷功能，可視化檢測功能等。

1.4 系統(tǒng)實現(xiàn)難點分析

在進行作業(yè)時，除了要對礦石進行識別采集，還要進行障礙物的識別，障礙物不僅有人和機車這種比較大的東西，還有巖石、木頭、遺落的工具等。由于有些障礙物體積較小，并且一個小石塊就可能阻擋機車前進的腳步，在進行設(shè)計的時候，要考慮機車剎車的時間，防止其撞上障礙物，所以對機車的要求就更高，尤其是系統(tǒng)判斷能力要同時提高。

同時，要求無人駕駛機車具有一定的抗震能力，因為井下的軌道并不是一直平緩的，道路可能比較崎嶇，所以要求其設(shè)備的穩(wěn)定性較高，保證在行駛過程中不會斷掉通信，并且保證反應(yīng)時間，否則可能導(dǎo)致系統(tǒng)與機車失聯(lián)。

雖然從理論上對無人駕駛系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計已經(jīng)相對完善，但是在實際使用中還是存在一定的問題，主要體現(xiàn)在現(xiàn)場的作業(yè)方式、需要設(shè)備適應(yīng)的井下礦的環(huán)境問題以及各種安全保障方面，比如井下礦環(huán)境多粉塵、較濕熱，同時還有腐蝕設(shè)備的可能性，在設(shè)計時需要將這些因素都考慮進去，因此就需要長時間的采集數(shù)據(jù)，對檢測數(shù)據(jù)進行分析，建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型并進行優(yōu)化。最后把模型化的數(shù)據(jù)應(yīng)用到放礦控制和電機車控制中，來實現(xiàn)全自動裝礦[2]。

2.實現(xiàn)無人駕駛技術(shù)的必要性

2.1 減少人為失誤

傳統(tǒng)的電機車都是由人工進行操作，由于人工操作的主觀性，操作時會出現(xiàn)疲勞，或者不按規(guī)章制度操作，導(dǎo)致出現(xiàn)安全事故等問題的發(fā)生。而無人駕駛系統(tǒng)則是通過AI技術(shù)、定位技術(shù)以及與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的方式，實現(xiàn)無人化操作，可以避免人工疲勞駕駛和誤操作導(dǎo)致的事故發(fā)生。

無人駕駛系統(tǒng)實現(xiàn)的功能具體如下：（1）增加車前雷達障礙物檢測功能，實現(xiàn)主動安全防護；（2）放礦機系統(tǒng)增加遠程斷電功能，出現(xiàn)問題緊急斷電，防止溜井的跑礦；（3）增加4G或5G專網(wǎng)，實現(xiàn)雙網(wǎng)冗余，防止機車斷網(wǎng)失控；（4）增加大塊檢測功能，出現(xiàn)大塊自動檢測、停機、報警；（5）增加礦車料位檢測功能，防止料位超高落礦，防止掛大線；（6）在卸礦井處增加料位檢測及礦車板結(jié)檢測，防止卸礦過程中出現(xiàn)安全問題；（7）機車及各設(shè)備自身健康狀況監(jiān)測技術(shù)；（8）車載終端實時采集車輛各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，自動分析機車的各項指標是否正常，只有正常的機車才能投入運行。不僅機車，系統(tǒng)內(nèi)各個相關(guān)設(shè)備都具留該項功能，包括放礦機、信集閉、通信設(shè)備等。

2.2 改善工作環(huán)境

有許多礦山處于高海拔地區(qū)或者是井下較深的地區(qū)，這樣的采礦環(huán)境比較惡劣，并且不安全。首先是井下礦工作環(huán)境溫度較高、濕度較大，人在里面工作十分不適應(yīng)，其次粉塵濃度也很高，會對人的身體造成一定影響。使用無人機自動駕駛系統(tǒng)就可以避免在此環(huán)境下進行工作。

2.3 解決人少的難題

隨著時代的發(fā)展，現(xiàn)在的工作人員對于工作環(huán)境的要求也高，這就會導(dǎo)致礦山出現(xiàn)招人難的問題，而無人駕駛系統(tǒng)技術(shù)能夠在一定程度上解決這些問題。

首先是實現(xiàn)自動裝礦，無須遙控放礦，節(jié)省人力；其次，無人駕駛技術(shù)可以實現(xiàn)軌道衡自動計量，無須遙控開車計量，節(jié)省人力；然后還有在平碉內(nèi)摘鉤、掛鉤時，操作工通過遙控器實現(xiàn)電機車的近距離遙控，節(jié)省人力；最后，無人駕駛技術(shù)也有助于實現(xiàn)電機車自主巡航，結(jié)合主動的雷達障礙物檢測，無須遙控操作，節(jié)省人力。

2.4 增加作業(yè)的效率

無人駕駛電機車安裝成功后，不僅可以無人運行，還可以自動裝卸礦，可365天24小時運轉(zhuǎn)（設(shè)備維護保養(yǎng)及時充分的前提下），比起以往的人員固定作業(yè)時間，不僅時間延長了，機器的動作頻率更高更勻速。

3.井下礦無人駕駛技術(shù)在安放中的應(yīng)用

（1）井下調(diào)度。主要是運用智能調(diào)度系統(tǒng)對采集過程中所有的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行統(tǒng)籌分析，包括地下軌道的占用情況、機器的運行狀態(tài)、機車現(xiàn)在的位置、是否裝載有東西等一系列生產(chǎn)信息，采集之后進行數(shù)學(xué)建模，對機車進行最優(yōu)的分配作業(yè)，智能調(diào)度的基礎(chǔ)是最優(yōu)路徑，然后結(jié)合收集到的實時信息，進行動態(tài)調(diào)整，主要目標是用最少的消耗實現(xiàn)最大量的生產(chǎn)。

（2）視頻監(jiān)測。一般是通過有線或者無線的傳輸方式，對井下進行實時監(jiān)控并傳輸?shù)骄险{(diào)度室。礦山井下有軌運輸無人駕駛系統(tǒng)溜井料位監(jiān)測是實現(xiàn)系統(tǒng)智能調(diào)度的基礎(chǔ)，通過監(jiān)測各溜井及卸礦站料位的高度，結(jié)合當(dāng)前自動運行車輛和信集閉調(diào)度系統(tǒng)，完成對各個車輛及溜井的管制。

（3）安全監(jiān)測。通過有線無線互補實現(xiàn)對井下的覆蓋，完成對井下重要、敏感地點的瓦斯、礦壓、濕度等情況的實時檢測，組件完整的井下安全檢測網(wǎng)絡(luò)。

（4）人員定位。利用網(wǎng)絡(luò)手機終端等實現(xiàn)井下人員或設(shè)備的精準定位，是井上調(diào)度室的管理人員能夠隨時掌握井下設(shè)備及人員的分布狀況和運動軌跡。

（5）電機車障礙物識別技術(shù)。電機車自身具有定位系統(tǒng)，同時還配備有運輸巷道軟件模型以及雷達識別系統(tǒng)，可以在運行時時刻監(jiān)控前方的路況，進行障礙物的識別，并且考慮到機車的剎車時間以及運行速度，及時對機車提出預(yù)警，避免與障礙物相撞，保證電機車運行時的安全制動距離[3]。

4.結(jié)語

井下礦無人駕駛系統(tǒng)主要是以智能行車控制系統(tǒng)為主，運輸調(diào)度指揮系統(tǒng)為輔，保證通信故障情況下機車運行的安全，杜絕追尾事故發(fā)生的可能。無人駕駛系統(tǒng)可以適用于多種環(huán)境，對障礙物進行準確識別，其在礦山中的應(yīng)用不僅實現(xiàn)了人力的解放，改善了工作人員的工作環(huán)境，同時也有效的保證了井下礦作業(yè)的安全性，機械作業(yè)也有助于提高裝礦作業(yè)效率，推動智慧礦山的信息化、智能化建設(shè)，是未來發(fā)展研究的主要方向。