賀愛平

（國(guó)家能源集團(tuán)陜西神延煤炭有限責(zé)任公司 西灣露天煤礦，陜西 榆林 719302）

0 引言

采礦業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)和支柱產(chǎn)業(yè)之一，以礦業(yè)為基礎(chǔ)的原材料工業(yè)和相關(guān)加工業(yè)占全國(guó)工業(yè)總產(chǎn)值的60%以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，社會(huì)生產(chǎn)所需80%左右的原材料、95%左右的能源、70%左右的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料均來自礦產(chǎn)資源［1］。我國(guó)露天煤礦資源豐富，露天煤礦共有376處，年產(chǎn)能9.5億噸、占全國(guó)煤礦總產(chǎn)能的17.8%［2］。目前我國(guó)煤炭增產(chǎn)增供政策持續(xù)推進(jìn)，原煤生產(chǎn)保持較快增長(zhǎng)。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，2022年1~4月，規(guī)模以上企業(yè)生產(chǎn)原煤14.5億噸，同比增長(zhǎng)10.5%［3］。近年來，隨著一系列加快煤礦智能化發(fā)展的國(guó)家政策的積極引導(dǎo)以及大數(shù)據(jù)、人工智能等高新技術(shù)的不斷發(fā)展成熟和應(yīng)用，國(guó)內(nèi)露天煤礦行業(yè)不斷朝著智能化、無人化方向發(fā)展。露天煤礦運(yùn)輸作為煤礦生產(chǎn)作業(yè)中的重要環(huán)節(jié)，承擔(dān)著從采剝到卸載的關(guān)鍵運(yùn)輸任務(wù)。礦山無人運(yùn)輸技術(shù)近幾年在國(guó)內(nèi)逐漸興起并成為礦山工程裝備自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)之一，處于當(dāng)前世界以智能化、數(shù)字化、網(wǎng)聯(lián)化為核心的現(xiàn)代裝備制造技術(shù)最前沿，是未來工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的重要發(fā)展方向［4］。本文以露天煤礦無人運(yùn)輸系統(tǒng)作為露天煤礦智能化建設(shè)切入點(diǎn)，剖析目前礦山運(yùn)輸存在的問題，建設(shè)露天煤礦無人運(yùn)輸系統(tǒng)平臺(tái)，探索、研究露天煤礦無人運(yùn)輸系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，并將其應(yīng)用于生產(chǎn)作業(yè)實(shí)踐，積極推動(dòng)智慧礦山建設(shè)。

1 當(dāng)前礦山運(yùn)輸存在的問題

露天礦山發(fā)展面臨成本高、安全風(fēng)險(xiǎn)大、采運(yùn)效率低等瓶頸，行業(yè)痛點(diǎn)明顯，升級(jí)需求迫切，主要表現(xiàn)在3點(diǎn)：

（1）露天礦山開采作業(yè)運(yùn)營(yíng)成本高，作業(yè)駕駛環(huán)境嚴(yán)酷、多風(fēng)、多塵，而且道路崎嶇，車輛振動(dòng)劇烈，容易引發(fā)塵肺、胃下垂等職業(yè)病。因此，年輕人大多不愿從事相關(guān)工作，引發(fā)招工難、用工貴問題，平均每輛車每年司機(jī)及輔助司機(jī)成本最高可達(dá)120萬元，后勤人員成本最高可達(dá)17萬元。礦用車輛輪胎磨損與燃油消耗成本也非常高昂。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每輛礦用卡車平均每年需更換5～6條輪胎，每條輪胎價(jià)值約30萬元，總價(jià)高達(dá)150～180萬元；同時(shí)，每輛礦用卡車（簡(jiǎn)稱“礦卡”）每年燃油消耗費(fèi)用達(dá)300萬元［5］。

（2）露天礦山作業(yè)效率低。一般礦區(qū)是24 h連續(xù)作業(yè)，三班輪換，但礦卡的實(shí)際運(yùn)輸效率其實(shí)并不高。如某礦區(qū)，每輛卡車每次在排隊(duì)卸載過程的平均等待時(shí)間是2.3 min，每天的等待時(shí)間就達(dá)到3.3 h［5］。在運(yùn)輸效率方面，每輛礦用卡車每小時(shí)運(yùn)輸量在149～217 m3之間波動(dòng)，難以保證長(zhǎng)時(shí)、高效運(yùn)輸，效率波動(dòng)幅度達(dá)31%［6］。

（3）礦用車輛載重高、盲區(qū)大，而礦區(qū)道路環(huán)境復(fù)雜惡劣，人工駕駛?cè)菀滓l(fā)作業(yè)事故。平朔安太堡露天煤礦統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在事故原因方面，坡道行車、停車和司機(jī)操作不當(dāng)引起的礦卡事故占35%［7］，70%的礦卡事故發(fā)生在啟動(dòng)階段和駕駛員低速駕駛過程中［8］。

為此，結(jié)合露天煤礦機(jī)械化程度高、區(qū)域相對(duì)封閉、運(yùn)輸線路相對(duì)固定、運(yùn)行速度較低等特點(diǎn)，本文提出構(gòu)建以無人運(yùn)輸系統(tǒng)為典型特征的智能礦山平臺(tái)，以減少或避免對(duì)駕駛?cè)藛T健康、安全的危害或威脅；其不僅可以大幅提升運(yùn)輸效率、降低運(yùn)營(yíng)成本，而且更加節(jié)能和環(huán)保［9］。該無人運(yùn)輸系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

（1）降低成本。減少用工量，節(jié)能降耗（燃油、輪胎等），減少車輛維護(hù)工作；

（2）提高安全性。通過無人運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，提高作業(yè)安全水平；

（3）提升運(yùn)輸效率。實(shí)現(xiàn)全天候運(yùn)營(yíng)，提升生產(chǎn)效率；

（4）優(yōu)化運(yùn)營(yíng)管理。優(yōu)化生產(chǎn)排程，柔性產(chǎn)能配置，降低管理復(fù)雜性。

2 露天煤礦智能化綜合管控平臺(tái)建設(shè)

露天煤礦無人運(yùn)輸系統(tǒng)以“信息化技術(shù)與采礦工藝深度融合”為總思路，夯實(shí)數(shù)字基礎(chǔ)，促進(jìn)數(shù)據(jù)融合共享，加速智慧應(yīng)用落地。建設(shè)智能化綜合管控平臺(tái)，強(qiáng)化端、網(wǎng)、云等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，集成礦山生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)和管理全鏈數(shù)據(jù)，促進(jìn)數(shù)據(jù)融合共享與互聯(lián)互通，支撐智慧礦山建設(shè)。

夯實(shí)數(shù)字基礎(chǔ)主要包括“端”和“網(wǎng)”兩個(gè)方面?！岸恕贝砣嫘畔⒏兄?，通過部署感知類傳感器，如智能攝像機(jī)、邊坡檢測(cè)裝置、氣象采集儀等設(shè)備，結(jié)合圖像融合識(shí)別、振動(dòng)感知、聲音識(shí)別及射頻識(shí)別等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)礦山環(huán)境數(shù)據(jù)、采礦裝備狀態(tài)信息、工況參數(shù)、移動(dòng)巡檢數(shù)據(jù)等全面采集?！熬W(wǎng)”則表示全域無線連接，整體規(guī)劃部署礦山控制網(wǎng)、生產(chǎn)網(wǎng)、辦公網(wǎng)、監(jiān)控網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)先保障控制網(wǎng)的通信暢通與冗余安全，實(shí)現(xiàn)主要辦公區(qū)、主要采區(qū)、受控區(qū)域、裝備作業(yè)區(qū)等重點(diǎn)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。通過構(gòu)筑感知和信息連接能力，奠定“智慧礦山”數(shù)字基礎(chǔ)。

綜合管控平臺(tái)由1個(gè)基礎(chǔ)云平臺(tái)、3個(gè)核心技術(shù)平臺(tái)（運(yùn)控平臺(tái)、運(yùn)維平臺(tái)和人工智能平臺(tái)）和1個(gè)數(shù)據(jù)中臺(tái)構(gòu)成，如圖1所示。該平臺(tái)集生產(chǎn)、安監(jiān)、智能保障、智能決策分析和智能經(jīng)營(yíng)管理等系統(tǒng)數(shù)據(jù)與功能于一體，支撐生產(chǎn)要素統(tǒng)籌安排和分配，作業(yè)計(jì)劃和調(diào)度動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。其功能具體如下：

圖1 綜合管控平臺(tái)架構(gòu)Fig.1 Architecture of the comprehensive control platform

（1）基于安全、可靠的“云→端”處理架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)統(tǒng)一管理、資源按需分配和彈性擴(kuò)展是云平臺(tái)的核心理念。云平臺(tái)主要包括礦山數(shù)據(jù)中心云和邊緣云，承載路、車、場(chǎng)等控制中心業(yè)務(wù)資源，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)綜合分析和算法優(yōu)化迭代。礦區(qū)的邊緣云，負(fù)責(zé)各生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)匯聚和具體算法執(zhí)行。通過構(gòu)建“云→端”業(yè)務(wù)處理模型，為智慧礦山提供高效、敏捷的數(shù)字底座。

（2）通過高精地圖、路徑規(guī)劃及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，構(gòu)建實(shí)時(shí)運(yùn)控平臺(tái)，提高車輛及設(shè)備的遠(yuǎn)程控制精度與效率，豐富多系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)控制，支撐車、路、場(chǎng)/站的協(xié)同監(jiān)控功能，包括集中運(yùn)行監(jiān)視、應(yīng)急處置、地圖管理等。

（3）基于礦山生產(chǎn)作業(yè)及設(shè)備產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)、故障預(yù)測(cè)與健康管理（prognostics health management，PHM）等技術(shù)，運(yùn)用故障預(yù)測(cè)與健康管理模型賦能礦山設(shè)備運(yùn)維，最終構(gòu)建一個(gè)協(xié)同、高效的運(yùn)維平臺(tái)，如圖2所示，支撐礦山車輛及設(shè)備的健康評(píng)估、壽命預(yù)測(cè)、檢修管理、運(yùn)維決策以及綜合分析等功能。

圖2 運(yùn)維平臺(tái)Fig.2 Operation and maintenance platform

（4）基于圖像處理、語音識(shí)別、自然語言處理、知識(shí)圖譜和數(shù)據(jù)挖掘等AI技術(shù)，打造礦山人工智能平臺(tái)，支撐對(duì)人員危險(xiǎn)行為和違規(guī)作業(yè)的識(shí)別、運(yùn)營(yíng)調(diào)度的優(yōu)化等多類具體應(yīng)用。

（5）數(shù)據(jù)中臺(tái)匯聚車、路、場(chǎng)/站全方位數(shù)據(jù)，構(gòu)建礦山數(shù)據(jù)資產(chǎn)目錄，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資產(chǎn)圖譜化。根據(jù)不同主題域?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)管理，建立礦山數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，基于業(yè)務(wù)需求驅(qū)動(dòng)，支撐智能生產(chǎn)、智能輔助、智能安監(jiān)和智能決策等核心業(yè)務(wù)應(yīng)用，為礦山行業(yè)數(shù)據(jù)提供“接入-處理-組織-共享-應(yīng)用”的全生命周期管理能力。

基于云架構(gòu)的綜合管控平臺(tái)，建設(shè)包括礦用卡車無人運(yùn)輸、智能穿爆等智能生產(chǎn)系統(tǒng)，人員安全監(jiān)控、邊坡安全監(jiān)測(cè)、環(huán)境安全監(jiān)控等智能安監(jiān)系統(tǒng)，給排水與供熱通風(fēng)、供電管理等智能輔助系統(tǒng)和與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理相關(guān)的智慧經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)，支撐“無人”、“高效”、“綠色”、“安全”的智慧礦山建設(shè)。

3 露天煤礦無人運(yùn)輸系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新

露天煤礦無人運(yùn)輸系統(tǒng)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)固定路線上的礦石運(yùn)輸，涉及倒車入位、挖機(jī)裝載、重載爬坡、精準(zhǔn)?？?、自動(dòng)排棄、軌跡規(guī)劃和自主避障等場(chǎng)景［10］。其主要由車載自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（vehicle automation package，VAP）、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（data communication system，DCS）、地面管理與監(jiān)控系統(tǒng)（ground management and supervision system，GMS）和協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)（collaborative operation package，COP）4大系統(tǒng)組成，如圖3所示。

圖3 露天煤礦無人運(yùn)輸系統(tǒng)Fig.3 Autonomous haulage system in open-pit coal mines

VAP的主要功能包括融合感知、決策規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)控制以及傳動(dòng)執(zhí)行。其被安裝在無人駕駛礦用卡車上，可從GMS接收調(diào)度指令和路徑信息，并根據(jù)車輛自身狀態(tài)進(jìn)行安全決策，向車輛下達(dá)相應(yīng)的控制指令，驅(qū)動(dòng)礦用卡車執(zhí)行作業(yè)任務(wù)。在執(zhí)行任務(wù)過程中，VAP通過組合導(dǎo)航系統(tǒng)來獲取自身高精度定位與姿態(tài)信息，通過車載傳感器獲取周圍地形和障礙物信息，并根據(jù)這些信息對(duì)車輛運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整。

DCS包括有線通信和無線通信。GMS內(nèi)設(shè)備之間通過有線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，GMS與VAP之間通過無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。DCS作為GMS和VAP之間的橋梁，承擔(dān)著兩者間低延時(shí)、高速率、大容量和高安全性的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。DCS負(fù)責(zé)將車輛基本狀態(tài)信息、VAP狀態(tài)信息、環(huán)境感知信息、礦區(qū)關(guān)鍵位置信息和視頻監(jiān)控信息等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回至GMS；同時(shí)負(fù)責(zé)將GMS確定的作業(yè)任務(wù)、參考路徑、車輛控制命令等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至VAP，實(shí)現(xiàn)兩者間高效的信息互聯(lián)［11］。

GMS被部署在作業(yè)控制中心（operation control center，OCC）內(nèi)，是針對(duì)無人/有人駕駛車輛混編運(yùn)行系統(tǒng)的生產(chǎn)指揮中心，能提供混合編組運(yùn)行所需的礦區(qū)地圖管理、調(diào)度作業(yè)計(jì)劃、路徑規(guī)劃、車輛安全防護(hù)、車輛數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)分析、車輛管理與用戶管理等功能。同時(shí)，GMS為系統(tǒng)用戶提供清晰、直觀的礦區(qū)信息綜合顯示、操作界面和調(diào)度管理功能。

COP可實(shí)時(shí)上傳各人工駕駛車輛（含電鏟、推土機(jī)、平路機(jī)、有人駕駛礦用卡車）的狀態(tài)信息至GMS，同時(shí)GMS可通過COP向這些車輛的司機(jī)下發(fā)調(diào)度、行車提醒等信息。

露天煤礦無人運(yùn)輸系統(tǒng)需滿足全天候障礙物感知識(shí)別、非結(jié)構(gòu)化道路下運(yùn)行規(guī)劃、不平路面下穩(wěn)定控制、采掘面持續(xù)變化下自適應(yīng)工作、復(fù)雜環(huán)境下系統(tǒng)安全防護(hù)等核心需求。礦山無人運(yùn)輸系統(tǒng)屬于多學(xué)科交叉融合的復(fù)雜技術(shù)系統(tǒng)［12］，涉及的關(guān)鍵技術(shù)如下：

（1）高精定位與地圖動(dòng)態(tài)更新

無人駕駛礦卡采用衛(wèi)星導(dǎo)航和慣導(dǎo)進(jìn)行定位，能同時(shí)支持北斗、GPS、GLONASS和GALILEO等多種衛(wèi)星的信號(hào)和定位模式，在不同場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)載波相位差分定位和慣性姿態(tài)測(cè)量，為礦卡提供準(zhǔn)確的位置和姿態(tài)信息，采集并提取厘米級(jí)精度的地圖信息，結(jié)合全礦區(qū)的無人駕駛礦卡車載雷達(dá)、攝像頭以及協(xié)同車輛的位姿信息，精確采集地圖邊界，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)更新作業(yè)地圖，如圖4所示。

圖4 地圖更新Fig.4 Map updating

（2）多約束條件的路徑規(guī)劃

多約束條件的路徑規(guī)劃技術(shù)，采用基于搜索空間離散化、節(jié)點(diǎn)拓展方式、代價(jià)函數(shù)設(shè)計(jì)的混合A*滾動(dòng)規(guī)劃技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速、精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)運(yùn)行路徑規(guī)劃，引導(dǎo)礦用卡車到達(dá)準(zhǔn)確的位置和方向，滿足礦山復(fù)雜的作業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。

在露天煤礦作業(yè)過程中，如果礦卡反復(fù)碾壓路面相同位置，容易在道路上形成固定的車轍，造成道路不平整，不僅會(huì)影響其他車輛的行駛，也不利于無人駕駛礦卡跟蹤控制的穩(wěn)定性和精準(zhǔn)性。

針對(duì)以上情況，混合A*算法搜索出來的全局最短路徑通常是固定的，通過算法優(yōu)化，保證生成的路徑始終在可通行車道內(nèi)被均衡碾壓，并保證在雙向車道會(huì)車場(chǎng)景中車輛橫向不會(huì)發(fā)生碰撞現(xiàn)象。

（3）動(dòng)態(tài)避障

動(dòng)態(tài)避障技術(shù)是露天煤礦無人運(yùn)輸系統(tǒng)在運(yùn)輸作業(yè)過程中對(duì)出現(xiàn)在行進(jìn)路線上的障礙物采取的安全措施，通過智能感知技術(shù)與路徑規(guī)劃技術(shù)的結(jié)合，準(zhǔn)確檢測(cè)行進(jìn)路線上的障礙，實(shí)時(shí)滾動(dòng)搜索繞障路徑，在滿足安全生產(chǎn)的前提下，保障無人運(yùn)輸作業(yè)的流暢性。無人駕駛礦用卡車動(dòng)態(tài)避障包括以下情況：在遇到障礙物以及不同障礙物組合時(shí)，在不同車速下具備避障能力，不停車直接動(dòng)態(tài)繞行障礙物；在行駛過程中遇到道路阻塞的情況不可繼續(xù)通行時(shí)，在不同車速下主動(dòng)安全停車；在行駛過程中遇到較小的障礙物，則直接騎跨障礙物通過；在行駛過程中同時(shí)遇到無法跨騎通過的障礙物和對(duì)向行駛車輛時(shí)，先安全停車，等待對(duì)向車輛通過后再動(dòng)態(tài)繞行障礙物。

（4）多塵環(huán)境障礙物感知

多塵環(huán)境障礙物感知技術(shù)是利用激光雷達(dá)多回波與毫米波信息，攻克了多傳感器深度融合與多目標(biāo)跟蹤難題，解決了多塵環(huán)境下的目標(biāo)精準(zhǔn)檢測(cè)問題，如圖5~圖7所示。目標(biāo)檢測(cè)是采用典型傳感器，包括毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、攝像頭等對(duì)周圍環(huán)境目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別；多傳感器融合是考慮到信息的不確定性，對(duì)多個(gè)傳感器信息進(jìn)行融合，以提高環(huán)境感知的準(zhǔn)確性和魯棒性［13］，在高度復(fù)雜和不確定性駕駛環(huán)境中對(duì)運(yùn)行環(huán)境短期和長(zhǎng)期變化進(jìn)行預(yù)測(cè)［14］，保證連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)效率。

圖5 礦區(qū)多塵環(huán)境Fig.5 Dusty environment in open-pit mines

圖7 多塵過濾效果Fig.7 Dust filtering effect

（5）顛簸路面小障礙識(shí)別

圖6 揚(yáng)塵識(shí)別效果Fig.6 Dust identification effect

顛簸路面小障礙識(shí)別技術(shù)能夠使礦卡自適應(yīng)礦區(qū)非鋪裝路面，提高環(huán)境感知系統(tǒng)檢測(cè)的準(zhǔn)確性，在不同程度顛簸工況下自適應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種類型障礙物，特別是小障礙物的檢測(cè)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)不斷優(yōu)化，表面面積為50 cm×50 cm障礙物的檢測(cè)距離可達(dá)200 m以上（圖8~圖9），表面面積為30 cm×30 cm小障礙物的檢測(cè)距離可達(dá)150 m以上（圖9），可以有效防止輪胎割傷，從而延長(zhǎng)輪胎使用壽命。

圖8 50 cm×50 cm小障礙物識(shí)別Fig.8 Recognition of 50 cm×50 cm obstacles

圖9 30 cm×30 cm小障礙物識(shí)別Fig.9 Recognition of 30 cm×30 cm obstacles

（6）軌跡跟蹤控制

基于融合電驅(qū)特性的車輛橫縱向控制算法，結(jié)合礦卡線控化和最優(yōu)控制算法，采用軌跡跟蹤控制技術(shù)控制大慣性礦卡跟蹤軌跡運(yùn)行，在復(fù)雜的運(yùn)行場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)車輛平穩(wěn)高效運(yùn)行及精確的軌跡跟蹤，速度控制誤差小于2 km/h，泊車橫向誤差小于0.5 m、縱向誤差小于0.5 m，位姿中的橫擺角誤差小于5°。

（7）故障診斷與預(yù)警

故障診斷與預(yù)警技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵部件的故障診斷與健康管理，是支撐礦山少人化、無人化的基礎(chǔ)，其通過建立發(fā)動(dòng)機(jī)、變流器、電動(dòng)輪等關(guān)鍵子系統(tǒng)故障診斷與健康評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)模型，實(shí)現(xiàn)早期故障預(yù)警，保障車輛行駛安全。

（8）智能調(diào)度

通過智能調(diào)度技術(shù)，在精準(zhǔn)定位的基礎(chǔ)上，基于生產(chǎn)計(jì)劃和作業(yè)進(jìn)度，結(jié)合作業(yè)環(huán)境、車輛時(shí)空分布，借鑒軌道交通的“移動(dòng)閉塞”理念，實(shí)現(xiàn)多車多編組協(xié)同作業(yè)，進(jìn)行保障安全、效率優(yōu)先的路權(quán)管理。

4 工程實(shí)踐

西灣露天礦區(qū)位于陜西省榆林市榆陽區(qū)的東北部、神木市的西南部?？辈閰^(qū)呈不規(guī)則形狀，南北長(zhǎng)約18 km，東西寬約4.1 km，面積為73.47 km2。

西灣煤礦目前已完成共計(jì)31臺(tái)220 t大噸位礦卡線控化改造和50余臺(tái)協(xié)同車輛的改造，無人駕駛礦卡一次性通過國(guó)家礦山機(jī)械質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心的33項(xiàng)功能及性能項(xiàng)點(diǎn)的檢驗(yàn)。其中線控化改造11項(xiàng)，無人駕駛功能及性能22項(xiàng)，均獲得國(guó)家級(jí)權(quán)威質(zhì)檢認(rèn)證。無人駕駛礦卡與電鏟、推土機(jī)、平地機(jī)、灑水車協(xié)同作業(yè)，實(shí)現(xiàn)在西灣露天煤礦實(shí)際生產(chǎn)場(chǎng)景“白班+夜班”全生命周期的無人駕駛運(yùn)輸工業(yè)化運(yùn)行以及遠(yuǎn)程啟動(dòng)、設(shè)備自檢、協(xié)同裝載、無人運(yùn)輸、協(xié)同卸載、會(huì)車/跟車和遠(yuǎn)程關(guān)閉等全流程多場(chǎng)景應(yīng)用。

西灣露天煤礦無人運(yùn)輸系統(tǒng)自2021年11月運(yùn)行以來，測(cè)試完成800余個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)，其中涉及碰撞、傾覆等安全項(xiàng)點(diǎn)453個(gè)，為露天煤礦無人運(yùn)輸系統(tǒng)安全可靠生產(chǎn)運(yùn)行提供了保障，累計(jì)無人駕駛運(yùn)行里程168 000 km，累計(jì)運(yùn)量562萬立方米。神延西灣露天煤礦無人運(yùn)輸系統(tǒng)已被打造成為國(guó)內(nèi)首個(gè)在富水地質(zhì)條件下進(jìn)行無人駕駛生產(chǎn)作業(yè)、國(guó)內(nèi)首個(gè)實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)量突破500萬立方米和國(guó)內(nèi)首個(gè)真正采用4G/5G通信安全冗余的無人駕駛系統(tǒng)，其富水作業(yè)場(chǎng)景如圖10所示。

圖10 富水作業(yè)環(huán)境Fig.10 Water-rich operating environment

到2022年底，西灣露天煤礦將實(shí)現(xiàn)31臺(tái)220噸級(jí)礦用卡車和50臺(tái)協(xié)同作業(yè)車輛的多編組無人駕駛運(yùn)輸運(yùn)行。

5 結(jié)語

國(guó)內(nèi)礦山無人運(yùn)輸技術(shù)相對(duì)國(guó)外的起步較晚，但近幾年發(fā)展迅猛，目前基本處于試運(yùn)營(yíng)階段。西灣煤礦本著“技術(shù)先進(jìn)、方案可行、有序推進(jìn)”的原則，與國(guó)內(nèi)礦山無人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)研究企業(yè)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，結(jié)合西灣露天煤礦應(yīng)用需求，經(jīng)過不斷的技術(shù)積累和試驗(yàn)驗(yàn)證，攻克了系統(tǒng)安全、智能調(diào)度、路徑規(guī)劃、地圖更新、感知融合等關(guān)鍵技術(shù)，目前已進(jìn)入實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)階段。

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等前沿技術(shù)的不斷發(fā)展及感知硬件技術(shù)的不斷成熟，無人運(yùn)輸系統(tǒng)將向著更加智能化和無人化的方向發(fā)展。