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露天矿山无人驾驶技术及系统架构研究

摘要：露天矿山无人驾驶技术涉及很多学科及领域，使用无人驾驶技术可提

高生产效率。本文以露天矿山无人驾驶技术为核心，分析了无人驾驶的关键技术，

探讨了无人驾驶系统架构，以供借鉴。

关键词：露天矿山；无人驾驶；关键技术；系统架构

引言

随着我国经济的发展，煤炭行业的绿色发展已成为必然趋势。由于矿山作业

环境恶劣，需要全天候的运作，无人驾驶技术成为推动智能矿山建设的重点。作

为智能矿山的重要部分，无人化操作可以保护车辆驾驶人员的生命安全，提高生

产效率，减少矿区的运营成本，促进矿业绿色、安全的发展。

1、露天矿无人驾驶技术发展现状

1.1国外露天矿无人驾驶技术发展现状

国外自20世纪90年代就已展开了矿山智能化、自动化研究，目前露天矿山

无人驾驶技及系统已广泛使用。在2005年，北方铜矿公司开始试运行自动运输

系统，旗下最大铜矿丘基卡马塔属于露天矿山，由于运输距离较远，引进了无人

驾驶技术。随后在2018年进行地下开采，通过和罗克韦尔自动化公司的合作，

引入先进的开采技术，提高了生产效率。在2013年，澳大利亚在某矿区运行

“矿山之星”系统，实现了无人驾驶、安全避让、协同指挥等功能，减少了作业

现场的工作人员，提高了车辆的运行效率。皮尔巴拉铁矿区有16个铁矿场，铁

路网络1700km，港口码头4个。日前，该矿区拥有全球最大的无人驾驶车队，由

和矿区相距1500km的佩斯市运行中心操控。截止2018年2月，无人驾驶车队已

运输矿石10亿t。

1.2国内露天矿无人驾驶技术发展现状

国内矿山无人驾驶技术起步晚，通过多年的人才储备、网络设施建设等，矿

区无人驾驶技术取得了显著的发展。目前，各大露天矿区都在积极探索无人驾驶

技术，通过对现有设备的改造，基本实现了矿区车队的无人化运行[1]。在2017

年，洛钼集团三道庄矿就已经引入无人采矿设备，由于使用的是4G通讯，网络

延时长，远程操作画面落后于实际作业，无法发挥出远程遥控技术的作用。在

2019年，该矿区引入华为5G通讯，在工作现场安装多个5G通讯基站，提高了网

络传输效率，成为中国第一个运用无人采矿技术的矿区。扎哈淖尔煤矿是我国第

一个自行设计、建设的露天矿区，目前已安装7座5G基站。同时，在运输车辆

安装多个摄像头，方便驾驶人无盲区的观察车辆周围，既保护了作业人员的生命

安全，又提高了矿区的生产监管效率。

2、露天矿山无人驾驶关键技术分析

2.1车辆定位技术

露天矿山想要实现无人驾驶，需要实时定位车辆。现阶段，矿区车辆常见的

定位技术包括：（1）GPS定位技术。在矿山车辆定位中，运用GPS定位技术可以

全天候定位车辆，利用差分GPS可厘米级的定位车辆，主要用于全局定位。但是，

GPS定位技术易受环境影响，隧道、高楼等都会屏蔽信号。由于露天矿山所处位

置空旷，因此受硐室、高层建筑物的影响较小。（2）惯性定位技术。采用惯性

传感器对车辆进行定位，通过加速度传感器、陀螺仪对车辆加速度（线性）、角

加速度进行测量，对所得结果相乘推测车辆目前的位置。惯性定位技术的优势是，

无需接受外界信号，极少受环境因素的影响；缺点是有误差，随着时间的延长，

误差不断增多。所以，惯性定位技术主要适用于局部短期定位。（3）磁感定位

技术。在露天矿山的运输车道上布设磁钉，使车辆在无人驾驶的情况下，通过对

磁信号位置的检测进行定位。该技术的优势是，检测结果准确，不受障碍物、天

气等方面影响；缺点是需要改造运输车道，成本高，不方便大范围推广，适用于

车间、机场等自动导引。

2.2数据传感感知技术

想实现无人驾驶，需要在车辆上安装能够感知环境的传感器，涵盖摄像头、

激光雷达等，相互协作，在方向、距离等方面提供可靠数据，帮助车辆精准感知

露天矿山的工作环境。数据传感感知技术主要包括：（1）激光雷达技术。采用

激光技术对激光传感器进行测量，由测量电路、激光器等部分组成，可以远距离、

无接触的测量，速度快，精确度高等。（2）毫米波雷达。是一种频域处于30-

300GHz的雷达技术，具有频段宽、分辨率高、波长短等优点。通过对发射和接

[2]

收信号的处理，精准探测目标的速度、距离与位置。这一技术的优势是，无间断

的覆盖监测区域，每台雷达都能实现360