露天采場(chǎng)無(wú)人駕駛礦車(chē)試運(yùn)行

王本金 王山東 尹 力 林震源

（馬鋼集團(tuán)南山礦業(yè)有限責(zé)任公司）

礦山車(chē)輛無(wú)人駕駛技術(shù)還存在諸多難點(diǎn)，其全面投入到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用還受到多方面因素制約。本項(xiàng)目主要探討南山礦業(yè)公司在高村鐵礦開(kāi)展無(wú)人駕駛技術(shù)的方案，保證該技術(shù)的推廣能產(chǎn)生切實(shí)有效的利益。預(yù)計(jì)采用兩步走的方案，逐步在高村鐵礦推廣無(wú)人駕駛技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)取消駕駛員班組、減少人工成本、減少安全事故的發(fā)生［1-5］。

1 項(xiàng)目建設(shè)的必要性

為深入貫徹落實(shí)《中國(guó)制造2025》，加快實(shí)施智能制造工程，推動(dòng)新一代信息技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)融合發(fā)展，實(shí)現(xiàn)向高質(zhì)量發(fā)展階段的轉(zhuǎn)變。根據(jù)馬鋼礦業(yè)發(fā)展要求和南山礦業(yè)公司的實(shí)際情況，從礦山生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)——礦車(chē)運(yùn)輸作為突破點(diǎn)，開(kāi)展無(wú)人駕駛礦車(chē)的研究，為帶動(dòng)南山礦實(shí)現(xiàn)全面高質(zhì)量發(fā)展提供示范。實(shí)施該項(xiàng)目的必要性總結(jié)如下。

（1）高村采場(chǎng)現(xiàn)有20輛自卸車(chē)，其中大部分由于長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)運(yùn)行，車(chē)況已接近報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，維修和維護(hù)成本日益增大，急需解決車(chē)輛的更新?lián)Q代問(wèn)題。同時(shí)和尚橋礦區(qū)現(xiàn)有的礦車(chē)排放不能滿足新標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)采礦方式和礦車(chē)進(jìn)行更換。所以，當(dāng)前是引進(jìn)無(wú)人駕駛技術(shù)的最佳時(shí)機(jī)。

（2）礦山開(kāi)采對(duì)安全和環(huán)境的要求越來(lái)越高，而采用無(wú)人駕駛在一定程度上能改善安全健康業(yè)績(jī)指標(biāo)，還能降低運(yùn)行成本，提高生產(chǎn)效率，無(wú)人駕駛是必然的發(fā)展方向。

（3）隨著信息技術(shù)與人工智能技術(shù)等的發(fā)展和興起，無(wú)人駕駛已是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，很多重汽企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和礦山投入其中，該項(xiàng)技術(shù)已接近成熟，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較小。

（4）南山礦已建成地測(cè)采管理系統(tǒng)、卡車(chē)電鏟聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)等，為無(wú)人駕駛做了一些技術(shù)儲(chǔ)備。在信息化方面，南山礦一直走在全國(guó)礦山的前列，現(xiàn)作為華東地區(qū)最大的礦山，有能力和責(zé)任在露天礦的無(wú)人駕駛領(lǐng)域先行先試。

表1為無(wú)人駕駛的技術(shù)經(jīng)濟(jì)情況對(duì)比。綜合以上，在南山礦進(jìn)行無(wú)人駕駛研究試驗(yàn)，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益等方面考慮都是必要的，爭(zhēng)取為國(guó)內(nèi)采礦行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展打下基礎(chǔ)。

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2 實(shí)踐方案

2.1 技改方案選擇

兼顧南山礦業(yè)的實(shí)際情況，建議與礦車(chē)廠商直接合作，并尋求研究單位和礦山信息支撐部門(mén)合作的模式進(jìn)行無(wú)人駕駛試運(yùn)行研究，以求節(jié)約、可控、實(shí)用、先進(jìn)。本次研究可選擇的方式主要有3種：①全新無(wú)人駕駛模式，取消駕駛室，可雙向行駛，卡車(chē)無(wú)需調(diào)頭，作業(yè)高效；②將現(xiàn)有車(chē)輛改造成可無(wú)人駕駛車(chē)輛，同時(shí)保留原有的有人駕駛模式；③不對(duì)原有車(chē)輛進(jìn)行改造，而通過(guò)駕駛機(jī)器人來(lái)控制方向盤(pán)、油門(mén)和剎車(chē)。

根據(jù)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的研究水平和礦車(chē)生產(chǎn)狀況，建議在研究初期采用第二種方式，并逐漸過(guò)渡到第一種最新模式。

2.2 項(xiàng)目實(shí)施步驟

高村礦現(xiàn)主要使用北方重汽的礦卡，本著專(zhuān)業(yè)和節(jié)約的原則，選擇北方重汽股份公司為礦車(chē)無(wú)人駕駛研究合作單位，由其選擇無(wú)人駕駛研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行合作，也可再引進(jìn)研究機(jī)構(gòu)。具體的工作步驟如下。

（1）第一階段。確定合作伙伴，明確各方責(zé)、權(quán)、利，簽訂合作協(xié)議。對(duì)無(wú)人駕駛支撐環(huán)境進(jìn)行改造，如電鏟和其他礦車(chē)的GPS改造、高精度動(dòng)態(tài)電子地圖建設(shè)、放礦點(diǎn)的改造及通訊環(huán)境改造；對(duì)礦車(chē)無(wú)人駕駛化改造，實(shí)現(xiàn)單車(chē)在真實(shí)環(huán)境封閉區(qū)域內(nèi)試運(yùn)行。

（2）第二階段。對(duì)智能調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，與后期無(wú)人駕駛匹配；對(duì)周邊支撐環(huán)境的進(jìn)一步改造，如道路、放礦點(diǎn)等；對(duì)其他礦車(chē)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)多車(chē)在真實(shí)環(huán)境中試運(yùn)行。無(wú)人駕駛礦車(chē)的進(jìn)一步改造包含取消駕駛室，采用架線充電模式等；支撐運(yùn)行環(huán)境的進(jìn)一步改造主要為電鏟等設(shè)備的進(jìn)一步升級(jí)，滿足多設(shè)備連續(xù)作業(yè)。

2.3 無(wú)人駕駛技術(shù)試驗(yàn)步驟

2.3.1 封閉區(qū)域內(nèi)試運(yùn)行

對(duì)于新到礦山的無(wú)人駕駛礦車(chē)，應(yīng)先在礦區(qū)封閉區(qū)域進(jìn)行礦山環(huán)境的調(diào)試工作，測(cè)試各項(xiàng)功能是否滿足設(shè)計(jì)要求。整車(chē)調(diào)試正常后，由熟練的駕駛員操作無(wú)人駕駛礦車(chē)在廠區(qū)內(nèi)進(jìn)行人工操作作業(yè)，無(wú)人駕駛系統(tǒng)會(huì)采集試運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以便熟悉礦區(qū)道路環(huán)境和學(xué)習(xí)最佳駕駛習(xí)慣。調(diào)試完畢后，無(wú)人駕駛礦車(chē)可以按照礦區(qū)作業(yè)流程運(yùn)行。

2.3.2 區(qū)內(nèi)無(wú)人連續(xù)運(yùn)行

在單臺(tái)無(wú)人駕駛礦車(chē)礦區(qū)內(nèi)無(wú)人連續(xù)運(yùn)行期間，指定無(wú)人駕駛礦車(chē)運(yùn)行單獨(dú)行駛區(qū)域或?qū)Ｓ寐肪€，不與人工駕駛礦車(chē)混編，只對(duì)礦石物料進(jìn)行裝載和運(yùn)輸；單獨(dú)指定一個(gè)礦石物料破碎口供無(wú)人駕駛礦車(chē)使用，其他人工駕駛礦車(chē)及輔助車(chē)輛，在沒(méi)有安裝定位系統(tǒng)和智能調(diào)度系統(tǒng)終端前，不能隨意進(jìn)入無(wú)人駕駛礦車(chē)行駛區(qū)域，以避免發(fā)生意外。裝載設(shè)備和輔助設(shè)備（如灑水車(chē)、推土機(jī)、破碎口等）需要根據(jù)無(wú)人駕駛礦車(chē)運(yùn)行要求進(jìn)行相應(yīng)的改造工作。智能調(diào)度系統(tǒng)滿足無(wú)人駕駛礦車(chē)運(yùn)行要求，礦區(qū)內(nèi)高精度定位系統(tǒng)和無(wú)線通訊系統(tǒng)建立完畢，保證在礦區(qū)內(nèi)各個(gè)位置的信號(hào)均滿足要求，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸能力和延遲滿足要求。

2.3.3 與人工駕駛礦車(chē)混合編隊(duì)連續(xù)運(yùn)行

將無(wú)人駕駛礦車(chē)與人工駕駛礦車(chē)進(jìn)行混合編隊(duì)作業(yè)，無(wú)人駕駛礦車(chē)可完成礦石物料和剝離物料的運(yùn)輸；其他裝載設(shè)備和輔助設(shè)備（如灑水車(chē)、推土機(jī)、破碎口等）根據(jù)要求進(jìn)行相應(yīng)的改造，在智能調(diào)度系統(tǒng)的管理下，所有運(yùn)行車(chē)輛均需嚴(yán)格按照礦區(qū)安全作業(yè)規(guī)程運(yùn)行。

2.3.4 所有礦車(chē)無(wú)人駕駛連續(xù)運(yùn)行

礦區(qū)內(nèi)所有作業(yè)的礦車(chē)均為無(wú)人駕駛礦車(chē)，礦石物料和剝離物料的運(yùn)輸完全由無(wú)人駕駛礦車(chē)完成；其他裝載設(shè)備和輔助設(shè)備（如灑水車(chē)、推土機(jī)、破碎口等）根據(jù)要求進(jìn)行相應(yīng)的改造，在智能調(diào)度系統(tǒng)的管理下，整個(gè)礦區(qū)無(wú)人設(shè)備高效安全運(yùn)行。

2.4 時(shí)間計(jì)劃

試運(yùn)行周期為2 a，需要各部門(mén)協(xié)同進(jìn)行，具體進(jìn)度安排見(jiàn)圖1。

2.5 費(fèi)用計(jì)劃

無(wú)人駕駛礦車(chē)分兩階段投入資金，具體費(fèi)用見(jiàn)表2。

注：試驗(yàn)期間還有燃油、研究現(xiàn)場(chǎng)組織等相關(guān)配套費(fèi)用等，沒(méi)有含在其中。

3 結(jié)語(yǔ)

南山礦業(yè)公司是無(wú)人駕駛礦車(chē)的使用方，不輸出礦卡與技術(shù)，最佳的方式應(yīng)該是直接使用成熟的無(wú)人駕駛礦卡產(chǎn)品，但國(guó)內(nèi)目前沒(méi)有。現(xiàn)國(guó)外的運(yùn)營(yíng)方式是成套的系統(tǒng)解決方案和設(shè)備，費(fèi)用極高，不適合國(guó)內(nèi)使用。采用與礦卡廠家合作的方式，改進(jìn)生產(chǎn)作業(yè)形式，逐步適應(yīng)最新技術(shù)，南山礦在智能礦山建設(shè)方面將踏上新的臺(tái)階。