六分量传感器
矿⼭⽆⼈驾驶运输系统关键技术和未来展望1
矿⼭⽆⼈驾驶运输系统的发展背景
各类矿产是国民经济发展的命脉之⼀，⾮常重要。矿⼭智能化是采矿⾏业的⼀个发展⽅向。现在将道路进⾏分类，主要可分为结构化道路和⾮结构化道路，⽽在矿⼭、港⼝等封闭场景，⽆⼈驾驶的落地相对来说⽐较简单，因为环境可控，没有法律法规的⼀些限制。 图⽰是包钢⽩云鄂博的稀⼟矿区，坑深400多⽶。矿区虽然属于包头，但离包头⾮常远，因⽽就带来了⼀些问题。⾸先是招⼯⾮常困难，因为⾃然环境较为恶劣。最新的数据统计显⽰，⼤型矿卡驾驶员的平均年龄⽬前已经超过了50岁，⾮常严峻。⽽且因为国家宏观政策调整，我国煤炭以及其他各项矿产资源的开采增加，减少了国外进⼝，矿卡运输车辆数量和运输频次都增加了，但司机却招不到了。另外，⼤型矿区的道路⾮常陡峭，⼀不⼩⼼翻下来就会车毁⼈亡。这就是多数矿区都⾯临的挑战。 如果使⽤⽆⼈驾驶运输技术，就可以解决这⼀挑战。⼀是可以⾃动化作业来减少对驾驶员的使⽤，程序化作业的运输⾮常规范，不受⽣物疲劳所影响。⼈⼯作业⼀般都是8⼩时制，三班倒，如果驾驶员犯困时就容易发⽣事故，卸载时不⼩⼼就可能车毁⼈亡。⼆是可以多车协同。三是可以全天候的作业，因此，矿⼭运输⽆⼈驾驶是必由之路。 2
矿⼭⽆⼈驾驶运输发展历程
近⼏年，由于车路协同以及协同智能的出现使得⽆⼈驾驶商业化落地陆续出现。2008年以来，⽇本的⼩松和美国的卡特彼勒陆续向智利、澳⼤利亚、巴西、加拿⼤等国的矿⼭（主要是铁矿、铜矿等）投放了总共约300台⼤型⽆⼈驾驶矿车，累计运输矿⽯超过40亿吨。
⽆⼈驾驶矿卡发展。我们把⽆⼈驾驶矿卡的发展和通信⾏业发展进⾏⼀个对⽐。为什么要把它俩对⽐？
因为矿⼭⽆⼈运输车辆最初定的技术路线就不是以单车智能，⽽是以车路协同、端边云协同，协同必然离不开数据通信，所以只有5G到来之后，⽆⼈驾驶矿卡才得到了⼀个快速的发展。
国内外发展现状。为什么国外技术不⼀定适合国内？
⼀是矿区环境不⼀样，⼆是国内矿卡司机的⼈⼒成本要相对低⼀些。另外，在我国的不少矿区有⼀个特殊的车型叫宽体车，这个车型在国外没有，所以国外的技术难以满⾜国内的需求。
5G赋能⽆⼈驾驶。通信技术的进步才能⽀持⽆⼈驾驶的发展，4G可⽀持辅助性的⽆⼈驾驶，5G才能
进⾏协同智能，也就是说云端可以帮车端进⾏⼀些视频处理，路侧可以把道路关键区域的⼀些信息提前感知并传输给进⼊区域的车辆。
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矿⼭⽆⼈驾驶运输解决⽅案
这是踏歌智⾏提出的露天矿⼭⽆⼈驾驶解决⽅案，基于北京航空航天⼤学王云鹏教授的思路，我们开发了云边端协同的⾃动驾驶解决⽅案“旷⾕”，主要是包括车载“睿控”、地⾯系统“御疆”，云控平台“天枢”。
图⽰为露天矿⼭⽆⼈驾驶运输解决⽅案的架构图，覆盖了从发车、⾃检、加油，到进⼊矿区、装卸、运输等各环节，有⼀些环节需要协同智能，⽐如胳膊弯⼀类的转弯处，以及卸载地点都需要协同控制。
腾荷图⽰为矿⼭⽆⼈驾驶运输的总体技术框架。包括最下层的是车载端，中间是通信层，上层应⽤有智能作业管理与监控，远程应急监管以及协同作业、健康管理系统。任何⽆⼈驾驶场景落地的第⼀条要素就是安全，在安全的前提下再考虑效率、环保。
率、环保。
踏歌智⾏还为矿区提供云端⽣产作业管理和运营服务，其⾃⾏搭建的云智能平台包括包含⽆⼈驾驶矿卡运营调度系统、集成监视系统、⾼精地图管理系统、运⾏仿真及测试系统、⼤数据存储分析系统等模块，统⼀调度管理⾃动驾驶矿卡和其他辅助作业设备，实现矿区⾃动驾驶车辆的⾼效运输和安全运⾏。
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露天矿⽆⼈驾驶运输痛点及核⼼技术
在探索过程，踏歌智⾏在很多场景遇到了困难、痛点，然后提出了相关解决⽅案。
⽆⼈驾驶感知系统。
包括摄像头、激光雷达、毫⽶波雷达和4D成像雷达，通过多传感器融合以及车路协同的协同感知来实现，⽬前车载感知距离⼤于200⽶，车路协同的感知距离超过了500⽶。
⽆⼈驾驶控制系统。
控制更多结合矿区需求，⽐如在装载区、卸载区和会车区，对车辆的控制需求不⼀样，我们采⽤了不同的控制算法。
⽆⼈驾驶控制云平台。
可以将整个矿⼭的全局动态信息实时回传，可以对车辆的整体油耗或者单⼀车辆的健康状态进⾏⼀个全体系监控，可以实时将出现问题的车辆交由远程控制驾舱调动。云端边的架构，承载端、云端，可以对矿区所有车辆进⾏单车监控。
踏歌智⾏的落地案例包括包钢⽩云鄂博、鄂尔多斯露天矿，霍林河露天矿等等。图⽰的这个矿车，1⽶8的成年⼈，伸开⼿臂只能摸到铁轱辘，矿车⾼度7⽶5，因此运⾏控制起来⽐较难，惯性⽐较⼤，所⼀定要把刹车制动控制好，我们针对⼤型矿卡研发专⽤的⾃动紧急制动系统AEBS，⽬前已经有超过了30辆安装。
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复合片钻头技术总结
通过踏歌智⾏这些年的落地，对技术链也有⼀些想法。
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理论上5G的传输速度⾮常快，⼤带宽、⾼可靠，但是实际上使⽤环境下还达不到。现在需要4G、5G和C—V2X等多模式通信模式，这样才能保证矿⼭智能驾驶的安全。
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感知只有通信的速度上来、带宽上来了，才能做到路侧协同车辆进⾏⼤范围的感知，才可以对单车智能化改造的成本进⾏⼤幅度的降低。
03
矿⼭⾃动驾驶所需要控制器要国产化，同时对算⼒要求⽐较⾼，踏歌智⾏和华为⼀起开发。
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全⽣命周期的信息安全。安全贯穿⽆⼈驾驶整个⽣命周期，踏歌智⾏针对智能矿卡、通信⽹络、云端平台全⽣命周期的信息安全有⼀套完整的算法。
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⽆⼈驾驶车辆预期功能安全。所有的⽆⼈驾驶系统都有⼀个算法⿊盒，不知道什么时候bug就跳出来，bug出来后，尤其是安全员下车后，对后续的运⾏有什么影响，就需要做预期处理，预期安全是⾮常重要的⼀块。要提供感知、决策、控制的全链条系统安全。
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矿⼭⽆⼈运输低碳化。针对⽬前矿⼭的碳中和需求，所以不仅要把矿卡⽆⼈驾驶，同时还要新能源化，实现混合动⼒或者纯电动的矿⼭⽆⼈运输。
07
基于车路融合的⽆⼈驾驶交通设施⽀持等级要统⼀标准。必须要有规范，矿⼭⽣产有⽣产规范，有安全规范，针对于⽆⼈驾驶，尤其是像矿区车路协同程度⽐较⾼的⼀定要有像基于车路融合的⽆⼈驾驶交通设施⽀持等级标准。
08
我们有⼀个畅想，实现空、天、地、端全系统的智能化，最终能够实现⼤规模的⽆⼈运输。
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注：本⽂为北京踏歌智⾏科技有限公司研究院院长周彬在第⼗六届中国智能交通年会——⾃动驾驶与车路协同发展论坛上发表演讲的摘要，未经本⼈审定。
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