王本金 王山東 尹 力 林震源

（馬鋼集團南山礦業(yè)有限責任公司）

礦山車輛無人駕駛技術(shù)還存在諸多難點，其全面投入到現(xiàn)場應(yīng)用還受到多方面因素制約。本項目主要探討南山礦業(yè)公司在高村鐵礦開展無人駕駛技術(shù)的方案，保證該技術(shù)的推廣能產(chǎn)生切實有效的利益。預(yù)計采用兩步走的方案，逐步在高村鐵礦推廣無人駕駛技術(shù)，最終實現(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 項目建設(shè)的必要性

為深入貫徹落實《中國制造2025》，加快實施智能制造工程，推動新一代信息技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)融合發(fā)展，實現(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)公司的實際情況，從礦山生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)——礦車運輸作為突破點，開展無人駕駛礦車的研究，為帶動南山礦實現(xiàn)全面高質(zhì)量發(fā)展提供示范。實施該項目的必要性總結(jié)如下。

（1）高村采場現(xiàn)有20輛自卸車，其中大部分由于長時間的連續(xù)運行，車況已接近報廢標準，維修和維護成本日益增大，急需解決車輛的更新?lián)Q代問題。同時和尚橋礦區(qū)現(xiàn)有的礦車排放不能滿足新標準，需要對采礦方式和礦車進行更換。所以，當前是引進無人駕駛技術(shù)的最佳時機。

（2）礦山開采對安全和環(huán)境的要求越來越高，而采用無人駕駛在一定程度上能改善安全健康業(yè)績指標，還能降低運行成本，提高生產(chǎn)效率，無人駕駛是必然的發(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，無人駕駛已是當前研究的熱點問題，很多重汽企業(yè)、研究機構(gòu)和礦山投入其中，該項技術(shù)已接近成熟，技術(shù)風險較小。

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

表1為無人駕駛的技術(shù)經(jīng)濟情況對比。綜合以上，在南山礦進行無人駕駛研究試驗，從技術(shù)、經(jīng)濟和社會效益等方面考慮都是必要的，爭取為國內(nèi)采礦行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展打下基礎(chǔ)。

?

2 實踐方案

2.1 技改方案選擇

兼顧南山礦業(yè)的實際情況，建議與礦車廠商直接合作，并尋求研究單位和礦山信息支撐部門合作的模式進行無人駕駛試運行研究，以求節(jié)約、可控、實用、先進。本次研究可選擇的方式主要有3種：①全新無人駕駛模式，取消駕駛室，可雙向行駛，卡車無需調(diào)頭，作業(yè)高效；②將現(xiàn)有車輛改造成可無人駕駛車輛，同時保留原有的有人駕駛模式；③不對原有車輛進行改造，而通過駕駛機器人來控制方向盤、油門和剎車。

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

2.2 項目實施步驟

高村礦現(xiàn)主要使用北方重汽的礦卡，本著專業(yè)和節(jié)約的原則，選擇北方重汽股份公司為礦車無人駕駛研究合作單位，由其選擇無人駕駛研發(fā)團隊進行合作，也可再引進研究機構(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、權(quán)、利，簽訂合作協(xié)議。對無人駕駛支撐環(huán)境進行改造，如電鏟和其他礦車的GPS改造、高精度動態(tài)電子地圖建設(shè)、放礦點的改造及通訊環(huán)境改造；對礦車無人駕駛化改造，實現(xiàn)單車在真實環(huán)境封閉區(qū)域內(nèi)試運行。

（2）第二階段。對智能調(diào)度系統(tǒng)進行升級，與后期無人駕駛匹配；對周邊支撐環(huán)境的進一步改造，如道路、放礦點等；對其他礦車進行改造，實現(xiàn)多車在真實環(huán)境中試運行。無人駕駛礦車的進一步改造包含取消駕駛室，采用架線充電模式等；支撐運行環(huán)境的進一步改造主要為電鏟等設(shè)備的進一步升級，滿足多設(shè)備連續(xù)作業(yè)。

2.3 無人駕駛技術(shù)試驗步驟

2.3.1 封閉區(qū)域內(nèi)試運行

對于新到礦山的無人駕駛礦車，應(yīng)先在礦區(qū)封閉區(qū)域進行礦山環(huán)境的調(diào)試工作，測試各項功能是否滿足設(shè)計要求。整車調(diào)試正常后，由熟練的駕駛員操作無人駕駛礦車在廠區(qū)內(nèi)進行人工操作作業(yè)，無人駕駛系統(tǒng)會采集試運行的數(shù)據(jù)進行分析，以便熟悉礦區(qū)道路環(huán)境和學習最佳駕駛習慣。調(diào)試完畢后，無人駕駛礦車可以按照礦區(qū)作業(yè)流程運行。

2.3.2 區(qū)內(nèi)無人連續(xù)運行

在單臺無人駕駛礦車礦區(qū)內(nèi)無人連續(xù)運行期間，指定無人駕駛礦車運行單獨行駛區(qū)域或?qū)Ｓ寐肪€，不與人工駕駛礦車混編，只對礦石物料進行裝載和運輸；單獨指定一個礦石物料破碎口供無人駕駛礦車使用，其他人工駕駛礦車及輔助車輛，在沒有安裝定位系統(tǒng)和智能調(diào)度系統(tǒng)終端前，不能隨意進入無人駕駛礦車行駛區(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、推土機、破碎口等）需要根據(jù)無人駕駛礦車運行要求進行相應(yīng)的改造工作。智能調(diào)度系統(tǒng)滿足無人駕駛礦車運行要求，礦區(qū)內(nèi)高精度定位系統(tǒng)和無線通訊系統(tǒng)建立完畢，保證在礦區(qū)內(nèi)各個位置的信號均滿足要求，無線數(shù)據(jù)傳輸能力和延遲滿足要求。

2.3.3 與人工駕駛礦車混合編隊連續(xù)運行

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

2.3.4 所有礦車無人駕駛連續(xù)運行

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

2.4 時間計劃

試運行周期為2 a，需要各部門協(xié)同進行，具體進度安排見圖1。

2.5 費用計劃

無人駕駛礦車分兩階段投入資金，具體費用見表2。

注：試驗期間還有燃油、研究現(xiàn)場組織等相關(guān)配套費用等，沒有含在其中。

3 結(jié)語

南山礦業(yè)公司是無人駕駛礦車的使用方，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人駕駛礦卡產(chǎn)品，但國內(nèi)目前沒有?，F(xiàn)國外的運營方式是成套的系統(tǒng)解決方案和設(shè)備，費用極高，不適合國內(nèi)使用。采用與礦卡廠家合作的方式，改進生產(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)方面將踏上新的臺階。