准东露天矿副矿长高金龙：5G+卡车无人驾驶技术方案

　　对矿用宽体车进行线控化改造，并在线控车辆基础上安装无人驾驶所需的控制单元、定位感知传感器和配套通信设备。通过参数适配和算法调节，使线控车辆具备适应实际生产作业场景的无人驾驶功能。

　　建设无人驾驶所需的调度指挥中心和数据中心，提供调度指挥场所和无人驾驶调度管控平台所需的计算存储平台。同步建设覆盖无人驾驶区域的5G网络，满足无人驾驶通信需求。

　　采掘设备、辅助设备安装协同作业交互终端系统，使其具备人机交互、定位、通信及数据采集功能，完善采剥工艺中的配套生产作业环节。

　　以上内容建设完成后，通过无人驾驶全天候连续运行，完善工艺参数和算法，积累运行数据。后续建设远程遥控驾驶舱和VPN数据专线，提高无人驾驶系统运行稳定性和安全性。

　　一、5G+卡车无人驾驶技术研究方案

（一）卡车线控化改造

　　对现有同力I65矿用宽体车，依托生产厂进行线控化改造，优化卡车自动驾驶硬件配置前装匹配、通信协议匹配及全新无驾驶室线控车型重塑，使改造后宽体车具备无人驾驶系统线控功能并完成性能测试验证。实现车辆对障碍物的识别和动静态区分，检测可行驶区域，并对区域的障碍物进行提取。

　　（二）无人驾驶调度中心建设

　　无人驾驶调度中心是在云端建立调度指挥平台，对无人驾驶矿车进行集中调度监控，为每辆车指定运输目的地，车辆通过接收无线指令以合适的速度、按照确定的路线运行至目的地，并完成相关作业操作。无人驾驶车辆通过平台信息、自身定位和感知系统来确定矿山上的运行坐标以及周围的环境情况，使得车辆能在自主操作的情况下实现装载、运输和卸载的循环作业。

（三）5G网络环境建设

　　卡车无人驾驶应用场景主要分为车辆编队行驶、高级驾驶、传感器信息交互、远程遥控驾驶，这4类V2X业务对通信技术提出了更高的要求，除了要求时延低，还必须保证网络可靠性强、吞吐量大、安全性能高[9]。依托5G大带宽、低时延、高可靠网络特性，实现通过远程智能驾驶平台对远端车辆的全向监控和智能远程控制，其系统包括数据交互与控制、网络传输以及控制和平台3部分。在无人驾驶车辆装载区域、运输道路、排土区域布设5G基站，采用非独立主网络方式，保证试验区域5G网络全覆盖。同时在试验期间，随着采装作业区域变化，对5G基站进行移设，保证试验区域网络覆盖良好。无人驾驶系统5G架构示意图如图1。

　　（四）车端无人驾驶系统建设

　　硬件设备方面，车端无人驾驶系统需要有计算平台、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、组合导航、V2X模块等，从功能角度，车端无人驾驶系统具备环境感知、融合定位、决策规划、运行控制和电控单元等功能。

　　1. 环境感知。通过激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、相机（辅助）、V2X等模块的相互融合感知，实现对障碍物、挡墙、道路和落石等的识别，以及动态障碍物的轨迹预测等。

　　2. 融合定位。主定位采用差分卫导（RTK+GNSS）+惯导（IMU）的组合导航系统，其中卫导（GNSS）采用多模接收，即同时兼容北斗、GPS等多套卫星定位系统。主定位工作时，会基于车辆运动学数据（车速、车身姿态等）进行车辆运动轨迹推算的辅助定位，并结合主定位进行数据校核和融合。

　　3. 决策规划。根据路线布设和云端网络地图，对无人车辆运行过程优化调整，比如停车、卸料、绕行等命令，针对周围环境实时感知在云端实时规划行走路线。

　　4. 运动控制。运动控制功能是对无人车辆转向、制动、变速等与车辆灵敏度相关的指令进行统一调控。目前运行的同力矿用宽体车车辆均采用同力重工全新线控底盘。该底盘是同力重工在855车型的基础上，经过正向的系统设计实现线控化（线控车辆型号I65），通过EPS实现转向线控，通过发动机、变速箱实现驱动线控，通过EBS、缓速器、排气制动实现制动线控。

　　二、现场应用

　　（一）项目建设和试运行区域情况

　　准东露天矿在采场西帮地表区域从南向北布设了5座5G基站，覆盖范围约4 km²，以满足卡车无人驾驶现场试验，实现试验区域5G网络全覆盖，满足无人驾驶的网络通信要求。投入1个台套设备（1台液压反铲配6台无人驾驶线控卡车），挖掘机斗容6 m³,卡车载重35 t。

　　试验区域选为采场南帮+536 m水平，排土场在+596 m水平，运距3.5 km左右，爬升高度60 m，道路采用隔离的双向双车道，全线覆盖电信的5G网络。划定无人驾驶封闭作业区域，为无人驾驶试运行工作提供安全可靠、固定单一的作业环境。无人驾驶装载点与卸载点往返1次行程约7 km，时速平均35 km/h，单趟平均时间25 min。

　　（二）试验结果

　　1. 在准东露天矿搭建矿山无人驾驶场景，实现单编组无人驾驶车队的连续稳定运行。随着技术优化提升，单车单日平均拉运趟数由8趟提升至24趟。无人卡车平均时速由30 km/h 提升至35 km/h。

　　2. 无人驾驶实现双班运行，极大提高了运行效率，通过阶段性的露天矿山无人驾驶连续运行试验，“采-运-排”环节无人驾驶卡车全部为自动驾驶。在标准运距和提升高度作业条件下，无人驾驶试验运行效率达到了人工平均的90%以上。

　　3. 5G+卡车无人驾驶试验至今，已安全测试257 d，总里程17.35万km，拉运土方51.95万m3。

　　4. 搭建了无人驾驶云端调度指挥平台，通过大屏实时监控无人驾驶运行数据、车辆视频、挖机视频等。通过无人驾驶的高精度矢量地图与矿上的CAD现状图进行融合，能在全矿作业范围内更加直观的展示无人驾驶作业区域和车辆运行状况。

　　三、下一步规划及目标

　　1. 在准东露天矿搭建矿山无人驾驶场景，实现单编组无人驾驶车队的连续稳定运行。识别运行过程中，矿山地质条件、气候条件、采掘工作推进情况等对无人驾驶5G网络、无人驾驶感知系统的影响，收集相关试验数据，进行数据分析，得到最佳的5G网络覆盖移设方案以及无人驾驶感知系统选型布置方案。

　　2. 构建无人驾驶数据对接平台，实现对地测数据、气象数据、视频数据、采剥计划数据等的对接，并将上述数据深度融合应用于无人驾驶的车辆出动、车辆调度、车辆监控等功能中。构建双编组无人驾驶车队，实现全天连续稳定运行。收集运行过程中各个工艺环境的无人驾驶应用边界，与传统单斗卡车生产工艺进行对比，形成适合无人驾驶的工艺参数。

　　3. 用双编组连续作业，对工艺参数进行迭代优化，形成相关的标准。同时，开展四编组运行试验，通过全天连续运行的数据进行分析，初步形成1套无人驾驶经济化运行模型。

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