露天煤礦無人駕駛技術發展背景及需求分析

無人駕駛方案在成本控制和經濟效益提升方面具備 顯著優勢。

一、發展背景

1、政策密集出臺奠定行業發展基礎

煤炭作為我國主體能源，在維護國家能源安全中發 揮著“壓艙石”作用。近年來，國家高度重視無人駕駛 技術在礦山領域的應用與發展，出臺多項政策支持技術 創新與實踐應用。有關部門不斷完善相關政策措施，印 發建設指南，推動試點示范，指導地方和企業結合實際 制定實施方案。2023 年 3 月，國家能源局發布《關于 加快推進能源數字化智能化發展的若干意見》，明確提 出要“推進大型露天煤礦無人駕駛系統建設與常態化運 行，支持露天煤礦采用半連續、連續開采工藝系統，提 高露天煤礦智能化開采和安全生產水平”。同年 9 月，《中 共中央辦公廳 國務院辦公廳關于進一步加強礦山安全 生產工作的意見》強調，要大力推進礦山信息化、智能 化裝備和機器人的研發與應用，提升礦山安全生產水平。

隨后，工信部、國家發改委等五部委共同印發了《安全 應急裝備重點領域發展行動計劃（2023—2025 年）》， 該計劃明確指出，在礦山（隧道）安全事故防范領域， 需重點研發攻關相關裝備，特別是環境精準感知和多維 信息自主決策無人駕駛裝備，為礦山無人駕駛技術的創 新升級提供了明確指引。2024 年 5 月，國家能源局印 發《關于進一步加快煤礦智能化建設促進煤炭高質量發 展的通知》，針對露天煤礦，強調要重點推進自主采裝、 礦用卡車（以下簡稱“礦卡”）無人駕駛以及裝運卸機 器人化協同作業等智能化技術的應用。推動露天煤礦卡 車無人駕駛編組化運行等重點生產環節的智能系統實現 精細化、常態化穩定可靠運行。一系列政策措施相繼出臺為露天煤礦無人駕駛技術發展注入了強勁動力，更為 提升煤礦數字化、智能化水平奠定了堅實基礎。

2、技術不斷迭代助力行業走向成熟

近年來，隨著人工智能、云計算、大數據、物聯網、 5G、傳感、電控等技術的持續發展與不斷成熟，感知、 定位、通信、控制、決策等無人駕駛技術模塊走向成熟 應用階段，為露天礦區無人駕駛解決方案的落地提供了 強有力的支撐。 在感知技術層面，智能網聯汽車的興起，帶動起車 載攝像頭、毫米波雷達、激光雷達、4D 成像雷達等核 心感知零部件的技術成熟。在礦區無人駕駛方案中，感 知零部件成為無人礦卡的“眼睛”，可幫助礦卡實現對 周邊環境信息、周邊車輛動作信息的動態感知與實時收 集，供上層系統決策使用。

在通信技術層面，5G 網絡憑借大帶寬、低時延、 廣連接的特性，為無人礦卡提供了穩定可靠的數據傳輸 途徑，能確保車端和車端、車端和云端的實時信息交互， 顯著提升車輛遠程控制的時效性和準確性，進而提高運 輸效率，降低運輸事故率。 在定位技術層面，無人礦卡的活動范圍主要在相對 封閉的礦區環境中，但礦區采運排環境復雜，其礦坑亦 有動態更新的特點，因此露天礦區無人礦卡定位技術邏輯主要是基于高精度地圖的融合定位。具體來看，無人 （二）發展需求 駕駛礦卡定位基礎為礦區高精度地圖，同時基于北斗定 位系統完成車輛位置判斷，基于慣性導航技術確定無人 礦卡的位置、速度和姿態，基于激光雷達與視覺導航技 術識別礦卡周邊環境特征，最終實現礦卡位置的精準識 別及高精地圖的動態更新。

控制技術層面，線控底盤是更適用于無人駕駛的 控制方案。無人礦卡目前主要基于線控底盤實現對車輛 動作的精確控制。區別于傳統機械連接控制裝置，線控 底盤主要通過電子信號來傳遞控制指令，再由相應的控 制單元、電磁執行機構協同作業，能實現高精度和高響 應速度。同時，線控底盤會通過冗余設計，如多通道設計、 冗余信號處理、故障切換等，來提高系統的可靠性和安 全性。目前，線控底盤已覆蓋驅動、轉向、制動、貨箱 升降等核心系統，成為無人駕駛技術的關鍵組成部分。 在決策系統層面，露天礦區無人駕駛解決方案的決 策中樞包含云端決策平臺和車端無人駕駛系統，現階段 各廠商技術實現路線不一，但主體思路大致相同，即以 “云 + 車”融合的形式，完成對感知信息與數據的整合 分析，并結合車輛位置和裝載數據，實時準確判斷車輛 當前狀態，進而完成對車輛后續動作的規劃與決策。 在車輛編組的角度，決策系統可完成對車輛編組的整體 控制和調度，持續優化無人礦卡的裝載和運輸效率。目 前，中國露天礦區無人駕駛廠商的決策平臺建設思路主 要有兩種，其一是“重云輕車”，即重視云平臺的決策 能力建設，車輛僅作為云平臺決策下的執行工具；其二 是“云車兼顧”，即云平臺具備適中的決策調度權，兼 顧車輛端的自主決策能力建設。

二、發展需求

1、產業政策導向

基于大數據、物聯網、云計算及人工智能等技術的不 斷演進，推進煤礦無人駕駛技術的深入應用既是順應國家 能源結構升級戰略的內在要求，也符合全球能源科技創新 的發展趨勢。近年來，國家及各大能源省份出臺相關政策， 鼓勵具備條件的煤礦應用無人駕駛技術，推動無人駕駛技 術在采掘、運輸等核心生產經營管理環節的運用，實現固 定崗位的無人值守以及危險崗位的機器人替代作業，進而 達成開采環境數字化、剝采裝備智能化、生產過程遙控化、 信息傳輸網絡化以及經營管理信息化的綜合目標。

2、提升安全保障

無人駕駛方案能夠有效滿足礦企在安全與風險控制 方面的需求。一方面，無人駕駛技術通過先進的傳感器、 導航系統和自動控制技術，能夠實時對礦場環境、路況信 息及車輛狀態進行監測，有效消除人為操作可能帶來的安 全隱患，例如駕駛員操作不當導致的車輛翻入深坡，或因 邊坡穩定性問題引發的滑坡事故，進而造成運輸人員被困 等安全風險。另一方面，通過引入無人駕駛車輛的故障預 警和遠程遙控技術，礦企能夠第一時間識別車輛故障，通 過遠程操控車輛行駛至安全區域或采取其他必要措施及時 處理。此外，無人駕駛礦用車還具備在惡劣天氣和復雜路 況下穩定運行的能力，能夠降低因環境因素引發的安全風 險，進一步確保礦山生產安全，減少礦企因不可控風險所 導致的法律責任和相關損失。

3、降低運營成本

無人駕駛方案在成本控制和經濟效益提升方面具備 顯著優勢。一是在人力成本層面，露天礦企面臨“招人難、 留人難”問題，司機流動較大，而無人駕駛解決方案能夠 實現車輛真正意義上的“無人化”操作，礦企僅需配備少 量的遙控駕駛員和調度人員即可滿足運營需求。經估算， 采用無人駕駛方案可減少司機成本 10-15 萬元 /（年·人）， 百臺（去安全員）的無人駕駛車輛，至少可節省司機成本 4000 萬元 / 年。二是在設備成本方面，無人駕駛技術通 過減少人為操作失誤降低機械磨損，進而實現設備維護成 本的下降。以輪胎損耗為例，無人駕駛礦卡通過優化駕駛 行為，如減少不必要的加速和剎車，從而延長輪胎的使用 壽命，降低輪胎損耗成本。據相關廠商運營數據，露天礦 應用無人駕駛技術后運輸成本可降低 15%、輪胎壽命可 提高 40%。

4、提升運營效率

無人駕駛方案可實現礦卡的全天候運行，這是傳統 “三班倒”模式也無法滿足的工作時長。雖然在技術上， 目前無人礦卡的單車運輸效率尚未完全達到或超越有人駕 駛礦卡的運輸效率，但無人礦卡可通過提升運營時長來補 齊這一短板。據澳大利亞礦業技術集團測算，人工駕駛的 條件下每輛礦卡每年可工作 5500-6000 小時，而在無人駕 駛條件下每輛礦卡每年最大可達工作 7000 小時。另據澳 大利亞 FMG 集團測算，其 137 臺無人駕駛礦卡生產效率 比傳統人工運輸提升了 30%。對于國內而言，新疆天池 能源南露天礦部署的無人礦卡單日單車運行時間平均可達 22 小時，相較于傳統有人駕駛礦卡，其單日單車運行時 長多出 1 小時。此外，該礦內無人駕駛礦卡單日單車運輸 方量為有人駕駛礦卡的 1.17 倍。

5、助力綠色低碳

近年來，環境、社會和企業治理（ESG）的關注度持 續提升，綠色礦山的建設已被提升至國家戰略高度，并隨 之迎來了更為嚴格的標準與要求。新能源無人駕駛礦卡充 分體現了發揮新質生產力所要推動和遵循的基本理念，其 應用也成為推動數字化和綠色化雙化協同發展的重要突破 口。在燃油消耗與排放層面，無人駕駛礦卡以新能源為主， 即使采用增程技術，也能幫助礦卡實現更高效的能源利用。 測試數據顯示，與純柴油礦卡相比，增程式新能源無人駕 駛礦卡在保證動力性能的同時，能降低燃油消耗和排放， 節油率在 20% 至 30% 左右。