我國發布的《中國製造 2025》中明確指出將智慧網聯汽車作為一項重點發展物件，並定義智慧網聯汽車是指搭載先進的車載感測器、控制器、執行器等裝置，並融合現代通訊與網路技術，實現車內網、車外網、車際網的無縫連結，具備資訊共享、複雜環境感知、智慧化決策、自動化協同等控制功能，與智慧公路和輔助設施組成的智慧出行系統，可實現“高效、安全、舒適、節能”行駛的新一代汽車。

智慧礦山

然而，經歷幾年的快速發展後，無人駕駛整個產業在2018年中期進入拐點，行業的冷靜期更像是特定場景無人駕駛爆發的一味催化劑，像礦用無人駕駛這種更容易落地的封閉園區、低速、載物細分場景在2019年成為了行業資本追逐的熱點，各家技術進展也都達到了既定的階段目標。

易控智駕作為一家有責任的高科技公司，願意以開放的心態助力無人駕駛產業的發展，並積極在礦用無人駕駛的細分領域為國家的人工智慧發展分享自己的階段經驗。

一、易控智駕礦用無人駕駛系統建設目標

礦用運輸無人駕駛技術近十年在國內外逐漸興起併成為智慧礦山的關鍵組成技術要素，智慧化、數字化、無人化、網聯化成為智慧礦山技術的最前沿，是未來工業網際網路的重要發展方向。政策的大力支援也為礦用無人駕駛技術的發展指明瞭方向，如國家煤礦安全監察局公告2019年第1號《煤礦機器人重要研發目錄》檔案中已將“露天礦卡無人駕駛系統”列為重點研發專案。

為響應《中國製造2025》對智慧製造的指示及《全國礦產資源規劃（2016—2020年）》堅持綠色發展強化資源節約集約迴圈利用要求，

在礦區實施無人駕駛運輸，可實現採運最佳化配置和產能柔性匹配，為建設智慧礦山提供根本性的支援，並帶來非常大的經濟效益和社會效益。露天礦無人駕駛系統產品總體目標如下：

露天礦無人駕駛目標

二、易控智駕礦無人駕駛系統設計原則

露天礦無人駕駛設計原則

1、實用性和整合性

一箇中大型礦山的作業車隊往往都由幾百至上千臺不同型別裝置/ 車輛組成，無人駕駛系統應支援人工/ 無人駕駛工程車輛混合執行，以滿足現場實際執行需要。

易控智駕礦用無人駕駛系統的軟硬體設計和整合，以實用性為第一宗旨，在系統充分適應露天礦汽車運輸應用需求的基礎上再來考慮其他的效能。易控智駕設計所包含的內容很多，系統設計時必須能將各種先進的軟硬體裝置有效地整合在一起，使系統的各個組成部分充分發揮作用，協調一致地進行安全高效工作。

2、標準性和開放性

只有支援標準性和開放性的系統，才能支援與其他開放型系統一起協同工作，易控智駕在網路中採用的硬體裝置及軟體產品支援國際工業標準或行業公認標準，以便能和不同廠家的互補型開放產品在同一網路中的不同層級同時共存互通；通訊中採用標準的通訊協議以使不同的作業系統與不同的網路系統及不同的網路之間順利進行通訊。

3、先進性和安全性

易控智駕礦用無人駕駛系統所有的組成要素均充分考慮其先進性。並沒有一味地追求實用而忽略先進性，只有將當今最先進的技術和露天礦實際應用要求緊密結合，才能獲得最大的系統性能和效益。礦用無人駕駛系統的網路安全也是至關重要的。包括礦用自卸車在內的礦用生產裝置具有自身價值高、執行環境複雜等特點，無人駕駛系統應能對周圍環境與車輛的安全相關因素進行監控。當出現影響行車安全的異常情況或故障時，無人駕駛系統應能夠對周圍異常情況或故障進行響應，確保裝置安全和執行安全。

4、成熟性和可靠性

由於礦山作業環境惡劣，礦用生產裝置的失效將造成礦區生產能力下降甚至停產，最終帶來巨大的經濟損失。這對無人駕駛系統的可靠性和易維護性提出了嚴苛的要求。因此，易控智駕礦用無人駕駛系統需採用嚴格的工業設計標準，按照模組化設計的思路，對關鍵部件進行冗餘設計，在確保系統穩定、可靠執行的前提下，還需要考慮系統整體的容錯能力、安全性及穩定性，使系統出現問題和故障時能迅速地修復，達到每週7x24小時工作的要求。

易控智駕礦用無人駕駛系統體系結構應在實際應用中能經過較長時間的考驗，在執行速度和效能上都應是穩定可靠的，擁有完善、實用的解決方案。同時，從長遠的技術發展來選擇具有很好前景的、較為先進的技術和產品選型，以適應系統未來的發展需要。

5、維護性和管理性

礦山作業由大量、多型別工程車輛配合實施完成，無人駕駛系統不僅涉及單個車輛的無人駕駛，而且涉及多車的協同控制和任務排程。這就要求系統具有高度的自動化和高效的排程能力，並能智慧地處理各類複雜場景。

易控智駕礦用無人駕駛系統中的互連裝置，使用方便、操作簡單易學，並便於維護和管理。在設計和實現應用系統時，必須充分考慮整個系統要便於維護，以使系統在發生故障時能提供有效手段及時進行恢復，儘量減少損失。

6、擴充性和相容性

易控智駕礦用無人駕駛系統架構應具有可擴充套件性，在系統結構、系統容量與處理能力、物理聯接、產品支援等方面具有擴充與升級換代的可能，採用的產品要遵循通用的國際工業標準，以便不同型別的裝置的接入，滿足系統規模擴充的要求。

三、易控智駕礦用無人駕駛系統模型設計

易控智駕礦用無人駕駛系統模型根據現有露天礦資訊化管理層級設計了 5個層次：集團決策層、經營管理層、 生產執行層，控制層，車輛作業層。

露天礦無人駕駛資訊化模型

集團決策層和經營管理層是智慧礦山整體決策和管理單位。

生產執行層的主要根據礦山企業的生產計劃對各個裝載點及其車流進行規劃，在需要排程無人駕駛運輸車輛時，根據實際生產情況以車流規劃為基礎生成運輸作業任務。

控制層主要接收作業計劃層輸入的運輸作業任務，根據作業任務為無人駕駛運輸車輛規劃執行路徑並下發至車輛執行，在無人駕駛車輛執行運輸作業過程中，監控車輛的執行狀態，在必要的情況下可人工對車輛執行進行遠端干預。

露天礦經典工藝流程

車輛作業層的主要是接收作業管理與監控層下發的作業任務與執行路徑資訊，根據上述資訊控制車輛循跡行駛，並完成土方的協同裝載與自動解除安裝作業，將車輛作業過程中的各種狀態資訊反饋至車輛作業層。

在礦山運輸作業過程中，採用無人駕駛技術可以實現在惡劣的環境中無需駕駛員在現場進行作業的目標。然而，在目前易控智駕的模型設計中，執行初期幾年仍需設定必要的管理、排程與輔助人員。

露天礦無人駕駛對外介面

排程長是礦區排程中心的主管人員，負責為排程員與地圖編制員分配工作任務，並對無人駕駛作業區的總體執行情況進行監控。

排程員監控所負責的無人駕駛運輸車輛的執行情況，在異常情況下對車輛進行遠端干預。排程員可從無人駕駛系統中獲取到車輛基本狀態、車載裝置執行狀態、車輛周圍影片、礦區關鍵位置影片等資訊，同時排程員可向所負責的無人駕駛運輸車輛下發各種控制命令。

地圖編制員負責建立、編輯、維護和釋出無人駕駛系統的礦山數字地圖。

停車場操作員可從礦山運輸無人駕駛系統中獲取停車場內和入口處的車輛位置及狀態資訊，接收和執行排程員下發的操作指令（包括車輛上電、斷電等）， 並將執行結果反饋給排程員。

協同裝置操作員，例如挖掘機操作員/裝載機操作員可與無人駕駛系統進行必要的資訊互動，互動的資訊包括“進車訊號”、“裝車訊號”、“出車訊號”等，透過這些資訊互動來保證裝載作業的順利進行。

加油 / 加水操作員負責為無人駕駛車輛進行加油 / 加水。當無人駕駛運輸車輛執行至加油點/ 加水點時，在排程員的配合下，加油 / 加水操作員完成車輛的加油 / 加水作業。

救援人員負責對故障的無人駕駛運輸車輛進行救援。經過排程員分配任務和排程長確認後，救援人員才可以進入礦用無人駕駛作業區域內對故障車輛進行檢修、人工駕駛等操作。

無人駕駛礦用自卸車可接收和執行無人駕駛系統下發的各種控制指令，並向無人駕駛系統反饋自身狀態資訊。

挖掘機上安裝了專用的客戶端，具備定位、通訊、資訊互動功能。透過該客戶端，挖掘機可將自身的基本狀態資訊，包括位置、高程、姿態、速度、加速度、故障等資訊傳送至無人駕駛系統，挖掘機操作員與無人駕駛系統的資訊互動也是透過該客戶端完成的。

無人駕駛操作終端示意圖

為保證礦山運輸作業的安全性，所有進入礦用無人駕駛作業區域內的人工駕駛車輛均應安裝定位裝置。人工駕駛車輛包括推土機、平地機、灑水車、壓路車、油罐車、人工駕駛礦用自卸車、通勤車、指揮車等。安裝了定位裝置的車輛具備自主定位資訊，可將自身的位置、姿態、速度等資訊反饋給無人駕駛系統。

無人駕駛系統具備與礦山作業計劃系統連線的介面，可接收並執行作業計劃系統向無人駕駛系統下發的作業計劃資訊。無人駕駛系統具備與礦山環境監測系統連線的介面，可接收環境監測系統的各種資訊，包括天氣資訊、邊坡狀態資訊、火災資訊、洪災資訊等。

四、易控智駕礦用無人駕駛系統系統架構

根據礦山運輸作業的特點和礦山運輸無人駕駛系統的作業組織模型，

易控智駕設計了礦用自動駕駛整體解決方案，包括運營監控平臺、自動駕駛系統、LTE-V2X通訊技術、礦車定製設計四大部分。

露天礦無人駕駛系統架構

平臺方面，易控智駕借鑑成熟的商用車車聯網系統和傳統的礦用車排程系統，加上大資料探勘、4G/5G無線物聯與智慧遠端控制等技術手段，基於分散式架構將複雜的車輛匯流排資訊處理、行動通訊資料處理、負載均衡、大資料管理與分析、伺服器叢集技術等封裝在一起，構建適合自動駕駛礦用車運營的平臺。

具體來說，就是由一個裝備了GPS+RTK高精度定位系統的車隊組成監測中心，為每輛車指定運輸目的地，車輛透過接收無線指令以合適的速度按照目標路線執行，卡車由GPS、控制中心無線指令（資訊）和其它導引裝置來確定車輛在礦山的準確座標以及周圍的情況，使得車輛能在自動操作的情況下實現複雜的裝載、運輸和解除安裝迴圈的自動執行。

無人駕駛運輸運營排程室

易控智駕礦用無人駕駛平臺提供礦山運輸作業所需的礦山數字地圖， 對運輸車輛的執行路徑進行規劃，在作業過程中獲取礦區車輛資訊，採集礦區裝置狀態，自動維護礦區作業進度資訊，為使用者提供清晰、直觀的礦區資訊綜合顯示介面和人工干預控制介面，為車輛提供基於“故障導向安全”原則的自動作業排程及主動防撞指令。易控智駕礦用無人駕駛平臺 的功能圍繞實現綜合顯示與智慧排程的安全、高效、自動化的目標進行合理分解，主要包括數字地圖、路徑規劃、作業排程、執行監控、資料記錄等。

LTE-V2X 方面，易控智駕已形成可運營的完整網路體系，能夠在高頻段、高車流量的環境下提供可靠的通訊能力，並且在大容量、低時延、抗干擾性以及 可管理性等方面更為成熟。

易控智駕LTE-V2X產品設計 具有的突出優勢：

l 部署成本低，可以重複利用既有蜂窩網路的基礎設施；

l 覆蓋範圍廣，可擴充套件至數百米以上的非視距範圍；

l 資料傳輸速率高，峰值上行 500Mbps、下行 1Gbps。

l 資料通訊系統包括有線通訊和無線通訊。

l 無人駕駛系統裝置之間透過有線通訊進行資料交換。LTE-V2X 作為 平臺和 無人駕駛車之間的橋樑，承擔著兩者間低延時、高速率、大容量、高安全性的資料傳輸任務。LTE-V2X裝置負責將車輛基本狀態、無人駕駛系統 狀態、環境感知資訊和礦區關鍵位置、影片監控資訊等資料實時傳回至 平臺；同時負責將平臺確定的作業任務、參考路徑、車輛控制命令等資料實時傳輸至無人駕駛車輛，實現兩者間高效的資訊互聯。

l 在當前通訊技術條件下， 採用 LTE+WiFi 雙網架構，主用網路為 LTE，備用網路為 WiFi，均採用4G/5G專網。LTE 具有覆蓋面廣和抗干擾能力強的特點，WiFi 在裝置通用性和傳輸速率上具有優勢，將LTE 與 WiFi 技術相結合，實現雙網熱備冗餘及無縫切換，能夠有效提高網路的覆蓋範圍和抗干擾能力，這是可行和合理的。

礦車定製設計方面，易控智駕依託同力重工自主開發的TLI系列線控化智慧車型，最佳化自動駕駛硬體配置前裝匹配及通訊協議匹配。

無人駕駛車輛運輸運營作業

五、易控智駕礦用無人駕駛系統作業場景適配設計

理解重塑並明確礦用運輸無人駕駛系統的作業場景，是進行系統研發和測試的基礎。作業場景描述反映了礦山運輸作業對無人駕駛系統的實際需求，也體現了無人駕駛系統中各個子系統之間的協同關係。透過場景描述可以確定各個場景內部相關工作人員的職責和子系統的功能設定，並反映內部邏輯關係。

露天礦無人駕駛工藝流程

礦用運輸無人駕駛系統正式執行前，需先建立礦山數字地圖，即包括停車場、裝載區、破碎站、排土場、道路、障礙物等地圖單元的數字地圖。數字地圖建立工作由地圖編制員主導，在人工駕駛車輛駕駛員的配合下完成。

無人駕駛礦用自卸車啟動時，首先進行系統上電自檢，自檢透過，單車智慧系統接收並執行平臺下發的作業任務和參考路徑指令，控制車輛從停車場出發。

無人駕駛礦用自卸車透過路口時，單車智慧系統控制車輛駛入路口候車區，排隊等待通行。收到平臺發出的允許通行指令後，車輛透過路口。無人駕駛作業區域範圍內可能存在單車道，透過單車道的場景與透過路口的場景類似。

執行裝載作業時， 單車智慧系統控制無人駕駛礦用自卸車駛入候車區等候裝載，收到挖掘機操作員發出的“進車訊號”後，單車智慧系統控制車輛行駛至裝載點執行裝載。挖掘機操作員完成裝載作業後向單車智慧系統傳送“出車訊號”，單車智慧系統收到該訊號後將根據 平臺 的指令控制車輛駛離裝載區。

解除安裝作業主要分為定點式解除安裝作業和連續式解除安裝作業，2 種解除安裝作業的處理流程相似。無人駕駛礦用自卸車執行定點式解除安裝作業時， 單車智慧系統 控制車輛駛入解除安裝候車區排隊等候，收到 平臺 發出的解除安裝指令後，單車智慧系統 控制自卸車行駛至解除安裝點進行解除安裝。在完成解除安裝作業後，單車智慧系統 根據 平臺的指令控制車輛駛離解除安裝區。

無人駕駛礦用自卸車返回停車場後，首先在停車場入庫排隊候車；單車智慧系統 收到泊車指令之後，控制車輛駛入泊車位停車；車輛停止後，單車智慧系統 向 平臺 上傳本班次的車載執行資料，完成上傳後關閉 單車智慧系統。

當 單車智慧系統檢測到車輛前方執行路徑上存在障礙物時，首先控制車輛停車並將障礙物資訊上傳給平臺，此時排程員可在礦區影片監控客戶端上檢視到障礙物資訊。礦用運輸無人駕駛系統提供3種方式應對障礙物場景：一是 平臺自動規劃一條繞過障礙物所在區域的參考路徑並下發給單車智慧系統，經排程員確認後，單車智慧系統控制車輛沿著參考路徑繞過障礙物後繼續作業；二是排程員使用遠端操縱功能，控制車輛低速透過障礙物所在區域； 三是排程員通知道路維護人員清理障礙物，障礙物被清理完後系統將繼續作業。

六、易控智駕露天礦無人駕駛系統社會經濟效益以及推廣前景

讓運輸更簡單

易控智駕無人駕駛相對傳統人工駕駛具有更安全、更環保， 更高效等優勢，帶來的社會經濟效益主要包括以下幾個方面：

1）提高生產安全性

透過無人駕駛系統替代駕駛員，可避免由於駕駛員疲勞、操作失誤導致的危險事故；而且人眼感知有盲區，透過超越可視距離、消除盲區的感知和關鍵單元的冗餘，增強系統安全性。 在無人駕駛系統擴充套件到整個礦區的工程作業車輛後，可實現整個生產作業區域的無人化，從根本上杜絕生產過程中人員安全事故的發生。替代駕駛員，可避免由於駕駛員疲勞、操作失誤導致的危險事故；而且人眼感知有盲區，透過超越可視距離、消除盲區的感知和關鍵單元的冗餘，增強系統安全性。

2）有效降低生產成本

透過無人駕駛系統替代駕駛員， 可以節省駕駛員人工成本； 同時，礦山作業環境惡劣， 且交通不便，需有後勤保障人員為駕駛員提供後勤服務，透過無人駕駛系統可以節省後勤成本；可有效降低燃油消耗，採用無人駕駛，系統在駕駛過程中透過精準操作， 採用最優的駕駛策略，可有效提升駕駛效率，降低燃油消耗、節省燃油費用，同時可減少碳排放，並降低空氣汙染；可減少部件磨損，無人駕駛系統採用最優的、高度一致的駕駛策略，可有效降低包括輪胎等易損、易耗部件在內的損耗。

3） 有效提高生產效率

採用無人駕駛系統，各礦用工程車資訊互聯，可實現整個作業區域內車輛的叢集排程，可有效提高車輛的利用率和作業效率。同時，透過實時、不間斷關鍵裝置狀態採集，結合最佳的裝置維護策略，提供自動化的維護作業提示與建議，可有效提高維護效率，降低礦車故障率。

3） 實現柔性產能配置

採用無人駕駛系統後，礦山企業將能夠根據市場需求，靈活調整產能，可有效解決產能高峰期駕駛員招聘和新駕駛員培訓週期長，產能低谷期負擔重和裁員等問題。礦山運輸無人駕駛系統是一類具有計劃性、組織性、工作區域封閉的運輸作業系統的典型代表。礦山運輸無人駕駛運輸系統的基本概念和模式可以推廣到具有這種型別特點的其他領域，例如物流園、農場、集裝箱港口等；也可應用到不便於人工作業的一些特殊危險區域，如無人駕駛系統可替代駕駛員在具有潛在危險因素威脅的環境下（如爆破飛石、山體滑坡等） 工作。相比於傳統的人工駕駛，採用無人駕駛系統可以減少對作業環境的限制，可在強輻射、高海拔、乾燥沙漠等各種嚴酷環境下作業。