帥根來 白洪亮 張偉 王偉 王晨光

摘要：文章首先介紹了礦車無人駕駛技術的發(fā)展歷程和基本原理。然后分析了傳統(tǒng)通信技術的局限性，包括低帶寬和高延遲對礦車無人駕駛的影響以及通信信號干擾和傳輸安全性的問題。接著提出了礦車無人駕駛通信技術的創(chuàng)新點，包括5G通信技術、多通道通信技術的優(yōu)化和改進、抗干擾素力的提升和通信信號的穩(wěn)定性，以及高可靠性的通信系統(tǒng)設計和備份機制。隨后，介紹了通信技術在礦車無人駕駛中的應用，包括實時視頻監(jiān)控和遠程操控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸和處理平臺的建設以及系統(tǒng)安全和故障診斷應用。最后，分析了礦車無人駕駛通信技術面臨的挑戰(zhàn)并提出了解決方案，旨在為礦車無人駕駛通信技術的創(chuàng)新與應用提供參考和指導。

關鍵詞：礦車無人駕駛；通信技術創(chuàng)新；實踐應用；探索

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.03.032

中圖分類號：U 463.6，U 469.72? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ?文章編碼：1672-7274（2024）03-0-03

1? ?礦車無人駕駛技術概述

1.1 礦車無人駕駛技術的發(fā)展歷程

礦車無人駕駛技術的發(fā)展可以追溯到20世紀80年代，當時開始出現(xiàn)自動駕駛技術的初步應用。隨著計算機技術和傳感器技術的不斷進步，礦車無人駕駛技術得到了快速發(fā)展。在過去的幾十年里，礦車無人駕駛技術經(jīng)歷了從簡單的自動化輔助駕駛到完全無人駕駛的演進過程。目前，礦車無人駕駛技術已經(jīng)在一些礦山中得到了廣泛應用。

1.2 礦車無人駕駛技術的基本原理

礦車無人駕駛技術的基本原理是通過激光雷達、攝像頭、慣性導航系統(tǒng)傳感器等獲取周圍環(huán)境的信息，并通過算法對這些信息進行處理和分析，實現(xiàn)對礦車的自動控制。具體來說，礦車無人駕駛技術包括以下幾個關鍵技術：環(huán)境感知技術、路徑規(guī)劃技術、運動控制技術和決策與規(guī)劃技術。環(huán)境感知技術主要用于獲取礦車周圍的環(huán)境信息，包括障礙物、道路狀況等；路徑規(guī)劃技術用于確定礦車的行駛路徑；運動控制技術用于控制礦車的速度和方向；決策與規(guī)劃技術用于根據(jù)當前環(huán)境信息和任務要求做出決策和規(guī)劃[1]。

2? ?礦車無人駕駛通信技術的創(chuàng)新

2.1 傳統(tǒng)通信技術的局限性

（1）低帶寬和高延遲對礦車無人駕駛的影響。傳統(tǒng)通信技術在礦車無人駕駛中存在低帶寬、高延遲的問題。低帶寬意味著傳輸速度慢，無法滿足礦車無人駕駛系統(tǒng)對實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆５V車無人駕駛系統(tǒng)需要實時獲取傳感器數(shù)據(jù)、地圖信息、交通狀況等數(shù)據(jù)，并及時傳輸給控制中心進行決策和指令下達。如果帶寬不足，數(shù)據(jù)傳輸速度就會受限，導致數(shù)據(jù)延遲，影響系統(tǒng)的實時性和響應速度。高延遲則會導致控制指令延遲，影響礦車的響應速度和行駛安全性。在礦山環(huán)境中，礦車無人駕駛系統(tǒng)需要及時接收控制指令并做出相應的動作，以保證礦車的安全行駛。然而，由于傳統(tǒng)通信技術的高延遲，控制指令的傳輸時間會延遲，導致礦車的響應速度變慢，增加了事故發(fā)生的風險。

（2）通信信號干擾和傳輸安全問題。采用傳統(tǒng)通信技術在礦山環(huán)境中信號容易受到干擾影響，如電磁干擾、多徑效應等。這些干擾會導致通信信號的質量下降，影響數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。在礦車無人駕駛系統(tǒng)中，準確的傳感器數(shù)據(jù)和實時的地圖信息對于決策和控制至關重要。然而，由于信號干擾的存在，傳感器數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)誤差，地圖信息可能不準確，從而影響礦車的行駛安全性。此外，傳統(tǒng)通信技術在傳輸過程中存在安全性問題，容易受到黑客攻擊和數(shù)據(jù)泄露的風險，對礦車無人駕駛的安全構成威脅。

2.2 礦車無人駕駛通信技術的創(chuàng)新點

（1）5G通信技術：5G通信技術具有高速、低延遲和大容量的特點。在礦車無人駕駛系統(tǒng)中，5G通信技術可以實現(xiàn)礦車與控制中心之間的高速數(shù)據(jù)傳輸和實時通信，確保礦車無人駕駛系統(tǒng)能夠及時接收到控制中心的指令，并將礦車的狀態(tài)信息及時反饋給控制中心。同時，5G通信技術還可以支持多個礦車之間的協(xié)同工作，實現(xiàn)礦車之間的信息共享和協(xié)同控制，提高礦車的工作效率和安全性[2]。

（2）物聯(lián)網(wǎng)技術。物聯(lián)網(wǎng)技術可以實現(xiàn)礦車與各種傳感器、設備和系統(tǒng)的互聯(lián)互通，實現(xiàn)礦車的智能化管理和控制。通過物聯(lián)網(wǎng)技術，礦車可以與周圍的環(huán)境進行實時數(shù)據(jù)交換，獲取周圍環(huán)境的信息，從而做出相應的決策和行動。

（3）邊緣計算技術。邊緣計算技術是一種將計算和數(shù)據(jù)處理能力移到網(wǎng)絡邊緣的技術，可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實時處理和分析。在礦車無人駕駛系統(tǒng)中，采用邊緣計算技術可以將礦車上的傳感器數(shù)據(jù)和控制指令進行實時處理和分析，減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t和網(wǎng)絡負載，提高礦車的響應速度和實時性。

（4）多通道通信技術的優(yōu)化和改進。礦車無人駕駛系統(tǒng)需要實時傳輸大量的數(shù)據(jù)，包括傳感器數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)、車輛狀態(tài)等。為了提高通信效率和可靠性，可以采用多通道通信技術。同時利用多個通信信道進行數(shù)據(jù)傳輸，以增加系統(tǒng)的帶寬和容量，提高數(shù)據(jù)傳輸速度和穩(wěn)定性。同時，還可以通過動態(tài)選擇最佳的通信信道，避免信道擁塞和干擾，提高通信質量[3]。

（5）抗干擾素力的提升和通信信號的穩(wěn)定性。礦車無人駕駛系統(tǒng)通常工作在復雜的礦山環(huán)境中，存在大量的電磁干擾源，如高壓電線、雷電等。為了提高通信系統(tǒng)的抗干擾素力，可以采用抗干擾技術，如頻譜分析、信號調制和解調技術等。

（6）高可靠性的通信系統(tǒng)設計和備份機制：礦車無人駕駛系統(tǒng)對通信的可靠性要求非常高，一旦通信中斷，可能導致嚴重的事故。為了提高通信系統(tǒng)的可靠性，可以采用冗余設計和備份機制。例如，可以設計多個通信模塊，實現(xiàn)冗余備份，當一個通信模塊發(fā)生故障時，可以自動切換到備用通信模塊。同時，還可以設計自動重連機制，當通信中斷時，系統(tǒng)能夠自動重新建立通信連接，保證數(shù)據(jù)的連續(xù)傳輸。

3? ?礦車無人駕駛通信技術的應用探索

3.1 實時視頻監(jiān)控和遠程操控系統(tǒng)

通過搭載攝像頭和傳感器，礦車可以實時采集周圍環(huán)境的視頻和數(shù)據(jù)，并通過通信技術將這些信息傳輸?shù)竭h程控制中心。在控制中心，操作員可以通過遠程操控系統(tǒng)對礦車進行監(jiān)控和操控，實現(xiàn)對礦車的遠程控制和操作。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸和處理平臺的建設

礦車無人駕駛系統(tǒng)需要將采集到的大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心進行分析和處理。通信技術可以提供高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸通道，將礦車采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。同時，通信技術還可以支持數(shù)據(jù)處理中心對數(shù)據(jù)進行實時處理和分析，提供實時的決策支持[4]。

3.3 系統(tǒng)安全和故障診斷

通信技術可以實現(xiàn)礦車與控制中心之間的實時通信，使得控制中心可以實時監(jiān)測礦車的狀態(tài)和運行情況。通過對礦車傳感器數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和分析，控制中心可以及時發(fā)現(xiàn)礦車的故障和異常情況，并進行故障診斷和處理。

4? ?應用案例分析

4.1 車輛間通信創(chuàng)新與應用

為了實現(xiàn)礦車之間的協(xié)同工作和避免碰撞等安全問題，引入了車輛間通信技術。每輛礦車都配備了通信設備，通過無線網(wǎng)絡進行實時通信。礦車之間可以交換位置、速度、載重等信息，實現(xiàn)智能調度和協(xié)同工作。

4.2 車輛與基站間通信創(chuàng)新與應用

為了實現(xiàn)礦車與基站的實時通信，引入了車輛與基站通信技術。每輛礦車都配備了GPS定位和無線通信設備，與基站進行通信。基站可以實時監(jiān)控礦車的位置、狀態(tài)等信息，并下發(fā)指令進行調度和控制。

4.3 創(chuàng)新與應用效果

礦車之間的通信和協(xié)同工作，使得運輸過程更加智能化和高效化。礦車可以根據(jù)實時的位置和載重信息進行智能調度，提高了運輸效率；礦車之間的通信和基站的實時監(jiān)控，可以及時發(fā)現(xiàn)和處理安全隱患。例如，當?shù)V車之間距離過近或速度過快時，系統(tǒng)會自動發(fā)出警報并采取相應措施，避免碰撞事故的發(fā)生；礦車無人駕駛技術減少了對人工駕駛的需求，降低了人力成本。礦車的自動化和智能化操作，提高了運輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。

4.4 總結

通過車輛間通信和車輛與基站通信，礦山實現(xiàn)了礦車之間的協(xié)同工作和與基站的實時通信。這一創(chuàng)新與應用提高了礦山運輸?shù)男屎桶踩?，降低了人力成本，具有廣闊的應用前景。

5? ?礦車無人駕駛通信技術的挑戰(zhàn)與解

決方案

5.1 通信技術面臨的挑戰(zhàn)

（1）復雜的礦山環(huán)境對通信信號的影響：礦山環(huán)境中通常存在大量的障礙物、起伏地形和電磁干擾，這些因素會影響通信信號的傳輸質量和穩(wěn)定性。

（2）大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸和處理的需求：礦車無人駕駛系統(tǒng)需要實時傳輸和處理大量的數(shù)據(jù)，包括傳感器數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)、車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)等，對通信技術的帶寬和處理能力提出了較高的要求。

5.2 解決方案的探索與創(chuàng)新

（1）網(wǎng)絡拓撲優(yōu)化和信號覆蓋的改進：通過優(yōu)化網(wǎng)絡拓撲結構，合理布置通信設備，增加信號中繼站點，提高信號覆蓋范圍和穩(wěn)定性。同時，采用抗干擾技術，如頻譜分配、信號調制等，減少環(huán)境對通信信號的影響。

（2）通信協(xié)議的設計和優(yōu)化：針對礦車無人駕駛系統(tǒng)的特點，設計適合的通信協(xié)議，提高數(shù)據(jù)傳輸效率和實時性。同時，采用數(shù)據(jù)壓縮和加密技術，減少數(shù)據(jù)傳輸延遲和安全風險。

（3）安全性和隱私保護的技術措施：礦車無人駕駛系統(tǒng)涉及大量敏感數(shù)據(jù)和操作指令，需要采取安全性和隱私保護的技術措施。

6? ?結束語

總之，礦車無人駕駛通信技術在礦山行業(yè)中具有重要性和潛力。新技術的應用克服了傳統(tǒng)通信技術的局限性，如5G通信技術、多通道通信技術的優(yōu)化和改進、抗干擾素力的提升等。這些創(chuàng)新使得礦車無人駕駛系統(tǒng)能夠實現(xiàn)實時監(jiān)控和遠程控制，高效的數(shù)據(jù)傳輸和處理，以及系統(tǒng)安全和故障診斷的應用。然而，礦車無人駕駛通信技術仍然面臨挑戰(zhàn)，如復雜的礦山環(huán)境對通信信號的影響以及大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸和處理的需求。為了解決這些挑戰(zhàn)，需要優(yōu)化網(wǎng)絡拓撲和信號覆蓋，設計和優(yōu)化通信協(xié)議，并采取安全性和隱私保護的技術措施。通過不斷地創(chuàng)新和探索，礦車無人駕駛通信技術將為礦山行業(yè)帶來更高效，實現(xiàn)安全和可靠的運營。

參考文獻

[1] 史巖巖．礦用卡車無人駕駛感知技術的設計與應用[J]．工礦自動化，2022（2）：94-97.

[2] 吳鑫．無人駕駛技術在礦用電機車的應用研究[J]．機械工程與自動化，2021（3）：200-201，204.

[3] 賀海濤，廖志偉，郭衛(wèi)．煤礦井下無軌膠輪車無人駕駛技術研究與探索[J]．煤炭科學技術，2022（1）：212-217.

[4] 陳志剛．煤礦有軌電機車無人駕駛技術研究與應用[J]．內蒙古煤炭經(jīng)濟，2020（5）：190.