摘. . 要：随着无人驾驶技术的发展，智能化控制逐渐应用于矿山机械领域，同时无人化运输系统也是保证无人矿山高效安全运行的重要一环。为此，进行了露天矿山无人化运输系统中挖卡协同的硬件系统设计和作业流程设计。通过该协同系统，设置装置模式、利用无线通讯技术对装载点进行精确定位、设定装载点、引导运输车出入场、协同装载并显示运输车载荷信息，查看机群调度中心数据、局部路径，紧急停车并保障作业安全。
关键词：露天矿；无人化；运输系统；挖卡协同
引言
传统露天矿山的开采一般采用大型挖掘机、矿用卡车等完成地表采矿的剥离和装载工作。由于矿山工作环境非常恶劣，且需要全天候运行。作为智能矿山重要组成部分之一，矿山运输无人化可以从根本上解决驾驶人员的安全问题，降低人力成本，并能极大地提高矿山生产效率，因此矿山运输无人化协同运输成为推进了智能矿山建设关键点。
1?挖卡协同系统作业区
如图 1 所示，协同系统作业区至少包括装载区 100，排土场300。装载区和排土场由道路 200 连接。
装载区 100 也称作装载作业区，设定有作业边界 101，运输车 20和装载车 10 应保证在作业边界内侧作业；由机群
调度中心根据矿山施工工艺设定入场点，倒车点，
装载点 102 和出场点；由机群调度中心根据装载区运输车入场点、倒车点，装载点以及运输车动力学
参数自动计算入场运输车前进入场路径 111，倒车
入场路径 112；根据装载点、出场点以及运输车的
动力学参数规划运输车的出场路径 113。
排土场 300 有排土作业边界 301，运输车在排
土作业边界进行排土。
运输车在装载区 100，排土场 300 之间循环进
行无人化运输作业。
2 协同系统硬件设计
露天矿山无人化运输系统中挖卡协同系统，至少包括机群调度中心、一套无线通信装置、二套高精度定位装置、一台装载车客户端、一台运输车客户端、一种装载车和无人运输车的协同流程。机群调度中心是露天矿山无人化系统的控制中心，能够实现车辆调度、交通控制、数据分析、地图更新等功能，通过无线通信装置实现与运输车、装载车之间的信息交互。无线通信装置是通过 4G/5G 无线通信、WIFI 网络或者其他无线通信技术实现设备之间的远程数据交互，为客户端与机群调度中心的信息交互提供支持。高精度定位装置，一台固定连接在装载车上，通过坐标变换用于提供装载点位置和方向信息；一台固定连接在运输车上，用于实时提供运输车的位置和航向信息。装载车客户端搭载装载作业管理系统，通过无线通信装置与机群调度中心实现数据交互，该客户端设置装置模式、利用无线通讯技术对装载点进行精确定位、设定装载点、引导运输车出入场、协同装载并显示运输车载荷信息，查看机群调度中心数据、局部路径，紧急停车并保障作业安全。运输车客户端搭载运输作业管理系统，通过无线通信装置与机群调度中心实现数据交互，接收机群调度中心规划的局部路径数据、装载点位置数据、具有引导运输车按规划的路径进入装载点，监测交通情况、紧急停车等功能。
3 协同系统作业流程设计
协同作业流程主要包括以下几个步骤：（1）登录认证，登录认证系统用于系统对用户身份进行授权，只有授权用户方可登录系统，进行作业。（2）地图同步与数据交互，地图同步与数据交互功能是指当系统启动后，通过无线通信装置连接终端，自动向机群调度中心发送数据同步请求（请求 ID、设备 ID、发生时间、本地地图文件版本号等信息），进行地图数据同步。同时终端通过无线通讯装置获得高精定位系统的位置信息，实时获取终端位置传送至机群调度中心。
（3）设置保护圈，保护圈包括装载车 / 运输车、急停保护圈、警报保护圈、提示保护圈用户在终端系统指导下，结合车辆尺寸参数及所处区域进行范围选择。（4）设置装载点，装载车操作手将铲斗旋转到合适位置，装载作业管理系统利用无线通讯技术对装载点进行精确定位、获得装载点的位置和方向，并将该位置信息上报给机群调度中心。（5）生成局部路径，机群调度中心根据装载区运输车的入场点、倒车点，装载车客户端上报的装载点以及运输车动力学参数生成运输车入场路径；根据装载点、出场点以及运输车的动力学参数规划运输车的出场路径。机群调度中心通过无线通信装置将规划好的局部路径下发给装载车和运输车作业管理系统客户端。（6）引导运输车入场。（7）装载，运输车正确的停在装载点位置后，装载车开始向运输车装载，装载车客户端实时显示装载的载荷信息。（8）引导运输车出场，运输车装载完成后，装载车客户端通知运输车离场，运输车沿着出场局部路径驶离装载区，并沿着机群调度中心规划的道路驶向排土场。（9）卸载，运输车在排土场卸载，完成一个作业循环。以下对装载点设置流程、入场引导流程及保护圈进一步说明。
3.1 装载点设置流程
首先设置装载模式（平行模式或等垂直模式）；判定当前装载点有无运输车正在作业，如果有，则直接结束；如果没有，装载车操作手将铲斗旋转到合适位置，装载车客户端会生成装载点边框；判断装载点边框是否与作业边界干涉，如果干涉，，则装载点边框以红色显示，同时报警提示操作手重新指定装载点；判断装载点边框是否与装载车自身干涉 , 如果干涉，则装载点边框以红色显示，同时报警提示操作手重新指定装载点。如果不干涉则装载点边框以蓝色显示，操作手通过客户端装确认装载点。
3.2 入场引导流程
运输车沿着局部路径前进至倒车点，再沿着局部路径向装载点倒车；装载车客户端显示倒车角度偏差、路径偏差，装载点边框初始以蓝色显示；判断运输车是否进入装载点区，以运输车边框与装载点边框相交为判据，如果进入，显示角度偏差、倒车距离；判断运输车边框是否完全进入装载点边框，如果进入，则装载点边框显示为绿色，表示运输车停位准确；反之，进一步判断倒车航向 / 距离偏差是否超过允许范围；如果未超过，则继续倒车；如果超过，则客户端系统记录该入场事件，装载点边框变成红色显示、提醒人工干预。
3.3 保护圈设置
保护圈包括装载车 / 运输车本体、急停保护圈 R1、警报保护圈R2、提示保护圈 R3，当有车辆进入提示保护圈 R3（车辆与终端距离R<R3）时，系统会显示提示信息，提醒用户注意附近的车辆；当车辆进入警报保护圈 R2（R<R2）时，终端系统会发出警报，并将信号实时发送到机群调度中心进行提示；当车辆进入急停保护圈 R1（R<R1）时，终端系统会紧急停止周围区域车辆，并将信息发送至机群调度中心处理。
结束语
综上所述，设计了种露天矿山无人化运输系统中挖卡协同的系统及作业流程，此系统将装载作业管理系统运行于装载车协同设备作为装载车客户端，该客户端设置装置模式、利用无线通讯技术对装载点进行精确定位、设定装载点、引导运输车出入场、协同装载并显示运输车载荷信息，查看机群调度中心数据、局部路径，紧急停车并保障作业安全。
参考文献：
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