我国发布的《中国制造 2025》中明确指出将智能网联汽车作为一项重点发展对象，并定义智能网联汽车是指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车内网、车外网、车际网的无缝链接，具备信息共享、复杂环境感知、智能化决策、自动化协同等控制功能，与智能公路和辅助设施组成的智能出行系统，可实现“高效、安全、舒适、节能”行驶的新一代汽车。

然而，经历几年的快速发展后，无人驾驶整个产业在2018年中期进入拐点，行业的冷静期更像是特定场景无人驾驶爆发的一味催化剂，像矿用无人驾驶这种更容易落地的封闭园区、低速、载物细分场景在2019年、2020年则成为了行业资本追逐的热点，各家技术进展也都达到了既定的阶段目标。

易控智驾作为一家有责任的高科技公司，愿意以开放的心态助力无人驾驶产业的发展，并积极在矿用无人驾驶的细分领域为国家的人工智能发展分享自己的阶段经验。

一、易控智驾矿用无人驾驶系统建设目标

矿用运输无人驾驶技术近十年在国内外逐渐兴起并成为智慧矿山的关键组成技术要素，智能化、数字化、无人化、网联化成为智慧矿山技术的最前沿，是未来工业互联网的重要发展方向。政策的大力支持也为矿用无人驾驶技术的发展指明了方向，如国家煤矿安全监察局公告2019年第1号《煤矿机器人重要研发目录》文件中已将“露天矿卡无人驾驶系统”列为重点研发项目。

为响应《中国制造2025》对智能制造的指示及《全国矿产资源规划（2016—2020年）》坚持绿色发展强化资源节约集约循环利用要求，在矿区实施无人驾驶运输，可实现采运优化配置和产能柔性匹配，为建设智慧矿山提供根本性的支持，并带来非常大的经济效益和社会效益。露天矿无人驾驶系统产品总体目标如下：

二、易控智驾矿无人驾驶系统设计原则

1、实用性和集成性

一个中大型矿山的作业车队往往都由几百至上千台不同类型设备/ 车辆组成，无人驾驶系统应支持人工/ 无人驾驶工程车辆混合运行，以满足现场实际运行需要。

易控智驾矿用无人驾驶系统的软硬件设计和集成，以实用性为第一宗旨，在系统充分适应露天矿汽车运输应用需求的基础上再来考虑其他的性能。易控智驾设计所包含的内容很多，系统设计时必须能将各种先进的软硬件设备有效地集成在一起，使系统的各个组成部分充分发挥作用，协调一致地进行安全高效工作。

2、标准性和开放性

只有支持标准性和开放性的系统，才能支持与其他开放型系统一起协同工作，易控智驾在网络中采用的硬件设备及软件产品支持国际工业标准或行业公认标准，以便能和不同厂家的互补型开放产品在同一网络中的不同层级同时共存互通；通信中采用标准的通信协议以使不同的操作系统与不同的网络系统及不同的网络之间顺利进行通信。

3、先进性和安全性

易控智驾矿用无人驾驶系统所有的组成要素均充分考虑其先进性。并没有一味地追求实用而忽略先进性，只有将当今最先进的技术和露天矿实际应用要求紧密结合，才能获得最大的系统性能和效益。矿用无人驾驶系统的网络安全也是至关重要的。包括矿用自卸车在内的矿用生产设备具有自身价值高、运行环境复杂等特点，无人驾驶系统应能对周围环境与车辆的安全相关因素进行监控。当出现影响行车安全的异常情况或故障时，无人驾驶系统应能够对周围异常情况或故障进行响应，确保设备安全和运行安全。

4、成熟性和可靠性

由于矿山作业环境恶劣，矿用生产设备的失效将造成矿区生产能力下降甚至停产，最终带来巨大的经济损失。这对无人驾驶系统的可靠性和易维护性提出了严苛的要求。因此，易控智驾矿用无人驾驶系统需采用严格的工业设计标准，按照模块化设计的思路，对关键部件进行冗余设计，在确保系统稳定、可靠运行的前提下，还需要考虑系统整体的容错能力、安全性及稳定性，使系统出现问题和故障时能迅速地修复，达到每周7x24小时工作的要求。

易控智驾矿用无人驾驶系统体系结构应在实际应用中能经过较长时间的考验，在运行速度和性能上都应是稳定可靠的，拥有完善、实用的解决方案。同时，从长远的技术发展来选择具有很好前景的、较为先进的技术和产品选型，以适应系统未来的发展需要。

5、维护性和管理性

矿山作业由大量、多类型工程车辆配合实施完成，无人驾驶系统不仅涉及单个车辆的无人驾驶，而且涉及多车的协同控制和任务调度。这就要求系统具有高度的自动化和高效的调度能力，并能智能地处理各类复杂场景。

易控智驾矿用无人驾驶系统中的互连设备，使用方便、操作简单易学，并便于维护和管理。在设计和实现应用系统时，必须充分考虑整个系统要便于维护，以使系统在发生故障时能提供有效手段及时进行恢复，尽量减少损失。

6、扩充性和兼容性

易控智驾矿用无人驾驶系统架构应具有可扩展性，在系统结构、系统容量与处理能力、物理联接、产品支持等方面具有扩充与升级换代的可能，采用的产品要遵循通用的国际工业标准，以便不同类型的设备的接入，满足系统规模扩充的要求。

三、易控智驾矿用无人驾驶系统模型设计

易控智驾矿用无人驾驶系统模型根据现有露天矿信息化管理层级设计了5个层次：集团决策层、经营管理层、生产执行层，控制层，车辆作业层。

集团决策层和经营管理层是智慧矿山整体决策和管理单位。

生产执行层的主要根据矿山企业的生产计划对各个装载点及其车流进行规划，在需要调度无人驾驶运输车辆时，根据实际生产情况以车流规划为基础生成运输作业任务。

控制层主要接收作业计划层输入的运输作业任务，根据作业任务为无人驾驶运输车辆规划运行路径并下发至车辆执行，在无人驾驶车辆执行运输作业过程中，监控车辆的运行状态，在必要的情况下可人工对车辆运行进行远程干预。

车辆作业层的主要是接收作业管理与监控层下发的作业任务与运行路径信息，根据上述信息控制车辆循迹行驶，并完成土方的协同装载与自动卸载作业，将车辆作业过程中的各种状态信息反馈至车辆作业层。

在矿山运输作业过程中，采用无人驾驶技术可以实现在恶劣的环境中无需驾驶员在现场进行作业的目标。然而，在目前易控智驾的模型设计中，运行初期几年仍需设置必要的管理、调度与辅助人员。

调度长是矿区调度中心的主管人员，负责为调度员与地图编制员分配工作任务，并对无人驾驶作业区的总体运行情况进行监控。

调度员监控所负责的无人驾驶运输车辆的运行情况，在异常情况下对车辆进行远程干预。调度员可从无人驾驶系统中获取到车辆基本状态、车载设备运行状态、车辆周围视频、矿区关键位置视频等信息，同时调度员可向所负责的无人驾驶运输车辆下发各种控制命令。

地图编制员负责创建、编辑、维护和发布无人驾驶系统的矿山数字地图。

停车场操作员可从矿山运输无人驾驶系统中获取停车场内和入口处的车辆位置及状态信息，接收和执行调度员下发的操作指令（包括车辆上电、断电等），并将执行结果反馈给调度员。

协同设备操作员，例如挖掘机操作员/装载机操作员可与无人驾驶系统进行必要的信息交互，交互的信息包括“进车信号”、“装车信号”、“出车信号”等，通过这些信息交互来保证装载作业的顺利进行。

加油/ 加水操作员负责为无人驾驶车辆进行加油/ 加水。当无人驾驶运输车辆运行至加油点/ 加水点时，在调度员的配合下，加油/ 加水操作员完成车辆的加油/ 加水作业。

救援人员负责对故障的无人驾驶运输车辆进行救援。经过调度员分配任务和调度长确认后，救援人员才可以进入矿用无人驾驶作业区域内对故障车辆进行检修、人工驾驶等操作。

无人驾驶矿用自卸车可接收和执行无人驾驶系统下发的各种控制指令，并向无人驾驶系统反馈自身状态信息。

挖掘机上安装了专用的客户端，具备定位、通信、信息交互功能。通过该客户端，挖掘机可将自身的基本状态信息，包括位置、高程、姿态、速度、加速度、故障等信息发送至无人驾驶系统，挖掘机操作员与无人驾驶系统的信息交互也是通过该客户端完成的。

为保证矿山运输作业的安全性，所有进入矿用无人驾驶作业区域内的人工驾驶车辆均应安装定位装置。人工驾驶车辆包括推土机、平地机、洒水车、压路车、油罐车、人工驾驶矿用自卸车、通勤车、指挥车等。安装了定位装置的车辆具备自主定位信息，可将自身的位置、姿态、速度等信息反馈给无人驾驶系统。

无人驾驶系统具备与矿山作业计划系统连接的接口，可接收并执行作业计划系统向无人驾驶系统下发的作业计划信息。无人驾驶系统具备与矿山环境监测系统连接的接口，可接收环境监测系统的各种信息，包括天气信息、边坡状态信息、火灾信息、洪灾信息等。

四、易控智驾矿用无人驾驶系统系统架构

根据矿山运输作业的特点和矿山运输无人驾驶系统的作业组织模型，易控智驾设计了矿用自动驾驶整体解决方案，包括运营监控平台、自动驾驶系统、LTE-V2X通信技术、矿车定制设计四大部分。

平台方面，易控智驾借鉴成熟的商用车车联网系统和传统的矿用车调度系统，加上大数据挖掘、4G/5G无线物联与智能远程控制等技术手段，基于分布式架构将复杂的车辆总线信息处理、移动通信数据处理、负载均衡、大数据管理与分析、服务器集群技术等封装在一起，构建适合自动驾驶矿用车运营的平台。

具体来说，就是由一个装备了GPS+RTK高精度定位系统的车队组成监测中心，为每辆车指定运输目的地，车辆通过接收无线指令以合适的速度按照目标路线运行，卡车由GPS、控制中心无线指令（信息）和其它导引装置来确定车辆在矿山的准确坐标以及周围的情况，使得车辆能在自动操作的情况下实现复杂的装载、运输和卸载循环的自动运行。

易控智驾矿用无人驾驶平台提供矿山运输作业所需的矿山数字地图，对运输车辆的运行路径进行规划，在作业过程中获取矿区车辆信息，采集矿区设备状态，自动维护矿区作业进度信息，为用户提供清晰、直观的矿区信息综合显示接口和人工干预控制接口，为车辆提供基于“故障导向安全”原则的自动作业调度及主动防撞指令。易控智驾矿用无人驾驶平台的功能围绕实现综合显示与智能调度的安全、高效、自动化的目标进行合理分解，主要包括数字地图、路径规划、作业调度、运行监控、数据记录等。

LTE-V2X 方面，易控智驾已形成可运营的完整网络体系，能够在高频段、高车流量的环境下提供可靠的通信能力，并且在大容量、低时延、抗干扰性以及  可管理性等方面更为成熟。

易控智驾LTE-V2X产品设计 具有的突出优势：

l 部署成本低，可以重复利用既有蜂窝网络的基础设施；

l 覆盖范围广，可扩展至数百米以上的非视距范围；

l 数据传输速率高，峰值上行 500Mbps、下行 1Gbps。

l 数据通信系统包括有线通信和无线通信。

l 无人驾驶系统设备之间通过有线通信进行数据交换。LTE-V2X作为平台和无人驾驶车之间的桥梁，承担着两者间低延时、高速率、大容量、高安全性的数据传输任务。LTE-V2X设备负责将车辆基本状态、无人驾驶系统状态、环境感知信息和矿区关键位置、视频监控信息等数据实时传回至平台；同时负责将平台确定的作业任务、参考路径、车辆控制命令等数据实时传输至无人驾驶车辆，实现两者间高效的信息互联。

l 在当前通信技术条件下，采用LTE+WiFi 双网架构，主用网络为LTE，备用网络为WiFi，均采用4G/5G专网。LTE 具有覆盖面广和抗干扰能力强的特点，WiFi 在设备通用性和传输速率上具有优势，将LTE与WiFi技术相结合，实现双网热备冗余及无缝切换，能够有效提高网络的覆盖范围和抗干扰能力，这是可行和合理的。

矿车定制设计方面，易控智驾依托同力重工自主开发的TLI系列线控化智能车型，优化自动驾驶硬件配置前装匹配及通信协议匹配。

五、易控智驾矿用无人驾驶系统作业场景适配设计

理解重塑并明确矿用运输无人驾驶系统的作业场景，是进行系统研发和测试的基础。作业场景描述反映了矿山运输作业对无人驾驶系统的实际需求，也体现了无人驾驶系统中各个子系统之间的协同关系。通过场景描述可以确定各个场景内部相关工作人员的职责和子系统的功能设置，并反映内部逻辑关系。

此图引用自中车论文

矿用运输无人驾驶系统正式运行前，需先创建矿山数字地图，即包括停车场、装载区、破碎站、排土场、道路、障碍物等地图单元的数字地图。数字地图创建工作由地图编制员主导，在人工驾驶车辆驾驶员的配合下完成。

无人驾驶矿用自卸车启动时，首先进行系统上电自检，自检通过，单车智能系统接收并执行平台下发的作业任务和参考路径指令，控制车辆从停车场出发。

无人驾驶矿用自卸车通过路口时，单车智能系统控制车辆驶入路口候车区，排队等待通行。收到平台发出的允许通行指令后，车辆通过路口。无人驾驶作业区域范围内可能存在单车道，通过单车道的场景与通过路口的场景类似。

执行装载作业时，单车智能系统控制无人驾驶矿用自卸车驶入候车区等候装载，收到挖掘机操作员发出的“进车信号”后，单车智能系统控制车辆行驶至装载点执行装载。挖掘机操作员完成装载作业后向单车智能系统发送“出车信号”，单车智能系统收到该信号后将根据平台 的指令控制车辆驶离装载区。

卸载作业主要分为定点式卸载作业和连续式卸载作业，2 种卸载作业的处理流程相似。无人驾驶矿用自卸车执行定点式卸载作业时，单车智能系统 控制车辆驶入卸载候车区排队等候，收到平台 发出的卸载指令后，单车智能系统 控制自卸车行驶至卸载点进行卸载。在完成卸载作业后，单车智能系统 根据平台的指令控制车辆驶离卸载区。

无人驾驶矿用自卸车返回停车场后，首先在停车场入库排队候车；单车智能系统 收到泊车指令之后，控制车辆驶入泊车位停车；车辆停止后，单车智能系统 向平台 上传本班次的车载运行数据，完成上传后关闭单车智能系统。

当单车智能系统检测到车辆前方运行路径上存在障碍物时，首先控制车辆停车并将障碍物信息上传给平台，此时调度员可在矿区视频监控客户端上查看到障碍物信息。矿用运输无人驾驶系统提供3种方式应对障碍物场景：一是平台自动规划一条绕过障碍物所在区域的参考路径并下发给单车智能系统，经调度员确认后，单车智能系统控制车辆沿着参考路径绕过障碍物后继续作业；二是调度员使用远程操纵功能，控制车辆低速通过障碍物所在区域；三是调度员通知道路维护人员清理障碍物，障碍物被清理完后系统将继续作业。

六、易控智驾露天矿无人驾驶系统社会经济效益以及推广前景

易控智驾无人驾驶相对传统人工驾驶具有更安全、更环保，更高效等优势，带来的社会经济效益主要包括以下几个方面：

1）提高生产安全性

通过无人驾驶系统替代驾驶员，可避免由于驾驶员疲劳、操作失误导致的危险事故；而且人眼感知有盲区，通过超越可视距离、消除盲区的感知和关键单元的冗余，增强系统安全性。 在无人驾驶系统扩展到整个矿区的工程作业车辆后，可实现整个生产作业区域的无人化，从根本上杜绝生产过程中人员安全事故的发生。替代驾驶员，可避免由于驾驶员疲劳、操作失误导致的危险事故；而且人眼感知有盲区，通过超越可视距离、消除盲区的感知和关键单元的冗余，增强系统安全性。

2）有效降低生产成本

通过无人驾驶系统替代驾驶员，可以节省驾驶员人工成本；同时，矿山作业环境恶劣，且交通不便，需有后勤保障人员为驾驶员提供后勤服务，通过无人驾驶系统可以节省后勤成本；可有效降低燃油消耗，采用无人驾驶，系统在驾驶过程中通过精准操作，采用最优的驾驶策略，可有效提升驾驶效率，降低燃油消耗、节省燃油费用，同时可减少碳排放，并降低空气污染；可减少部件磨损，无人驾驶系统采用最优的、高度一致的驾驶策略，可有效降低包括轮胎等易损、易耗部件在内的损耗。

3） 有效提高生产效率

采用无人驾驶系统，各矿用工程车信息互联，可实现整个作业区域内车辆的集群调度，可有效提高车辆的利用率和作业效率。同时，通过实时、不间断关键设备状态采集，结合最佳的设备维护策略，提供自动化的维护作业提示与建议，可有效提高维护效率，降低矿车故障率。

4）实现柔性产能配置

采用无人驾驶系统后，矿山企业将能够根据市场需求，灵活调整产能，可有效解决产能高峰期驾驶员招聘和新驾驶员培训周期长，产能低谷期负担重和裁员等问题。矿山运输无人驾驶系统是一类具有计划性、组织性、工作区域封闭的运输作业系统的典型代表。矿山运输无人驾驶运输系统的基本概念和模式可以推广到具有这种类型特点的其他领域，例如物流园、农场、集装箱港口等；也可应用到不便于人工作业的一些特殊危险区域，如无人驾驶系统可替代驾驶员在具有潜在危险因素威胁的环境下（如爆破飞石、山体滑坡等）工作。相比于传统的人工驾驶，采用无人驾驶系统可以减少对作业环境的限制，可在强辐射、高海拔、干燥沙漠等各种严酷环境下作业。