基于 “北斗 + 5G” 的矿用卡车无人驾驶的解决方案

     一、背景

        国能北电胜利能源有限公司为提升煤矿智能化与无人化水平，针对全国露天煤矿两种典型应用场景，从安全、效率、能耗角度对车辆及基础设施升级改造，设计基于 “北斗 + 5G” 的矿用卡车无人驾驶自主运输示范方案，创建跨专业跨领域项目管理机制，实现大规模露天矿运输车无人驾驶集群装备安全稳定示范应用。

     二、方案和成效

        一是构建 “车、地、云” 三级协同作业系统，部署包含地面控制系统（含调度指挥、路径规划模块）、云控无线通讯系统（基于 5G SA 专网）、车载控制系统（含自动驾驶、安全监控单元）的无人运输作业体系，同步搭建高精度地图建模、车辆状态监测、智能调度、安全预警、数据管理、远程运维 6 个子系统，实现矿用卡车（20 辆）与辅助设备（装载机、推土机等 5 台）的无人驾驶协同作业，如卡车自动排队装料、精准卸料（定位误差≤10 厘米），使采场运输环节人工成本降低 80%；

        二是打造全流程安全保障体系，在矿区边界、采场边缘设置电子围栏与毫米波雷达，实现边界防护；为卡车配备防溜车装置（当检测到车辆溜车速度＞3km/h 时自动锁死车轮），结合北斗定位数据实时调整车速（下坡路段自动限速 30km/h），实现车速智能自调节；同时部署应急停车带（每 2 公里 1 处）与紧急呼叫系统，确保无人驾驶生产作业安全有序，系统试运行期间未发生安全事故；

        三是创新优化作业流程提升效率，开发作业区预停靠功能（卡车提前 500 米调整姿态准备装料）、多车并行排土（支持 3 辆卡车同时卸料）、排土场局部动态更新（根据卸料情况实时调整排土区域）等功能，大幅缩短车辆无效等待时间（从平均 25 分钟降至 8 分钟），优化采运排全流程作业链路，使矿山日运输量从 1.2 万吨提升至 1.8 万吨，整体生产效率提高 50% 。

     三、创新点

        一是建设适配露天矿场景的 5G SA 专网，采用 “固定基站（覆盖采场、排土场等核心区域）+ 移动基站（搭载于巡检车，覆盖临时作业区）” 混合组网模式，实现矿区生产区域 5G 信号覆盖率达 98%；核心网部署 2 套分流设备互为主备，通过数据隔离技术确保运输数据不出园区，保障数据安全；传输网采用光纤 + 微波备份方案，基站配备防风沙、抗低温（-30℃至 60℃）防护装置，使通信中断率控制在 0.1% 以内，大幅提升通信可靠性；

        二是实现矿用卡车全流程无人常态化运行，依托 “北斗 + 5G” 专网低延迟、高可靠特性，支撑自动驾驶、实时调度、远程控制等多业务并发需求，构建涵盖车载自动驾驶设备（含北斗 RTK 定位终端、激光雷达等）、地面调度系统、云控平台的无人驾驶体系，突破传统矿山运输对人工的依赖，实现 “装料 - 运输 - 卸料 - 返程” 全流程无人化作业，单台车日均作业时长从 12 小时延长至 18 小时；

        三是创新 “主车 + 辅助车” 协同作业模式，在装载机、推土机等辅助作业车辆配置智能交互终端，通过北斗定位数据与 5G 通信实现辅助车辆与矿用卡车的位置信息实时共享，辅助车辆可根据卡车位置主动调整作业姿态（如装载机提前转向对准卡车料斗），实现精准高效协同作业；同时融合调度系统、安全监控系统、设备管理系统数据，形成 “协同作业 - 安全管控 - 设备运维” 一体化管理闭环，在保障安全的前提下进一步提升作业效率。