露天煤矿无人驾驶技术发展背景及需求分析

无人驾驶方案在成本控制和经济效益提升方面具备 显著优势。

一、发展背景

1、政策密集出台奠定行业发展基础

煤炭作为我国主体能源，在维护国家能源安全中发 挥着“压舱石”作用。近年来，国家高度重视无人驾驶 技术在矿山领域的应用与发展，出台多项政策支持技术 创新与实践应用。有关部门不断完善相关政策措施，印 发建设指南，推动试点示范，指导地方和企业结合实际 制定实施方案。2023 年 3 月，国家能源局发布《关于 加快推进能源数字化智能化发展的若干意见》，明确提 出要“推进大型露天煤矿无人驾驶系统建设与常态化运 行，支持露天煤矿采用半连续、连续开采工艺系统，提 高露天煤矿智能化开采和安全生产水平”。同年 9 月，《中 共中央办公厅 国务院办公厅关于进一步加强矿山安全 生产工作的意见》强调，要大力推进矿山信息化、智能 化装备和机器人的研发与应用，提升矿山安全生产水平。

随后，工信部、国家发改委等五部委共同印发了《安全 应急装备重点领域发展行动计划（2023—2025 年）》， 该计划明确指出，在矿山（隧道）安全事故防范领域， 需重点研发攻关相关装备，特别是环境精准感知和多维 信息自主决策无人驾驶装备，为矿山无人驾驶技术的创 新升级提供了明确指引。2024 年 5 月，国家能源局印 发《关于进一步加快煤矿智能化建设促进煤炭高质量发 展的通知》，针对露天煤矿，强调要重点推进自主采装、 矿用卡车（以下简称“矿卡”）无人驾驶以及装运卸机 器人化协同作业等智能化技术的应用。推动露天煤矿卡 车无人驾驶编组化运行等重点生产环节的智能系统实现 精细化、常态化稳定可靠运行。一系列政策措施相继出台为露天煤矿无人驾驶技术发展注入了强劲动力，更为 提升煤矿数字化、智能化水平奠定了坚实基础。

2、技术不断迭代助力行业走向成熟

近年来，随着人工智能、云计算、大数据、物联网、 5G、传感、电控等技术的持续发展与不断成熟，感知、 定位、通信、控制、决策等无人驾驶技术模块走向成熟 应用阶段，为露天矿区无人驾驶解决方案的落地提供了 强有力的支撑。 在感知技术层面，智能网联汽车的兴起，带动起车 载摄像头、毫米波雷达、激光雷达、4D 成像雷达等核 心感知零部件的技术成熟。在矿区无人驾驶方案中，感 知零部件成为无人矿卡的“眼睛”，可帮助矿卡实现对 周边环境信息、周边车辆动作信息的动态感知与实时收 集，供上层系统决策使用。

在通信技术层面，5G 网络凭借大带宽、低时延、 广连接的特性，为无人矿卡提供了稳定可靠的数据传输 途径，能确保车端和车端、车端和云端的实时信息交互， 显著提升车辆远程控制的时效性和准确性，进而提高运 输效率，降低运输事故率。 在定位技术层面，无人矿卡的活动范围主要在相对 封闭的矿区环境中，但矿区采运排环境复杂，其矿坑亦 有动态更新的特点，因此露天矿区无人矿卡定位技术逻辑主要是基于高精度地图的融合定位。具体来看，无人 （二）发展需求 驾驶矿卡定位基础为矿区高精度地图，同时基于北斗定 位系统完成车辆位置判断，基于惯性导航技术确定无人 矿卡的位置、速度和姿态，基于激光雷达与视觉导航技 术识别矿卡周边环境特征，最终实现矿卡位置的精准识 别及高精地图的动态更新。

控制技术层面，线控底盘是更适用于无人驾驶的 控制方案。无人矿卡目前主要基于线控底盘实现对车辆 动作的精确控制。区别于传统机械连接控制装置，线控 底盘主要通过电子信号来传递控制指令，再由相应的控 制单元、电磁执行机构协同作业，能实现高精度和高响 应速度。同时，线控底盘会通过冗余设计，如多通道设计、 冗余信号处理、故障切换等，来提高系统的可靠性和安 全性。目前，线控底盘已覆盖驱动、转向、制动、货箱 升降等核心系统，成为无人驾驶技术的关键组成部分。 在决策系统层面，露天矿区无人驾驶解决方案的决 策中枢包含云端决策平台和车端无人驾驶系统，现阶段 各厂商技术实现路线不一，但主体思路大致相同，即以 “云 + 车”融合的形式，完成对感知信息与数据的整合 分析，并结合车辆位置和装载数据，实时准确判断车辆 当前状态，进而完成对车辆后续动作的规划与决策。 在车辆编组的角度，决策系统可完成对车辆编组的整体 控制和调度，持续优化无人矿卡的装载和运输效率。目 前，中国露天矿区无人驾驶厂商的决策平台建设思路主 要有两种，其一是“重云轻车”，即重视云平台的决策 能力建设，车辆仅作为云平台决策下的执行工具；其二 是“云车兼顾”，即云平台具备适中的决策调度权，兼 顾车辆端的自主决策能力建设。

二、发展需求

1、产业政策导向

基于大数据、物联网、云计算及人工智能等技术的不 断演进，推进煤矿无人驾驶技术的深入应用既是顺应国家 能源结构升级战略的内在要求，也符合全球能源科技创新 的发展趋势。近年来，国家及各大能源省份出台相关政策， 鼓励具备条件的煤矿应用无人驾驶技术，推动无人驾驶技 术在采掘、运输等核心生产经营管理环节的运用，实现固 定岗位的无人值守以及危险岗位的机器人替代作业，进而 达成开采环境数字化、剥采装备智能化、生产过程遥控化、 信息传输网络化以及经营管理信息化的综合目标。

2、提升安全保障

无人驾驶方案能够有效满足矿企在安全与风险控制 方面的需求。一方面，无人驾驶技术通过先进的传感器、 导航系统和自动控制技术，能够实时对矿场环境、路况信 息及车辆状态进行监测，有效消除人为操作可能带来的安 全隐患，例如驾驶员操作不当导致的车辆翻入深坡，或因 边坡稳定性问题引发的滑坡事故，进而造成运输人员被困 等安全风险。另一方面，通过引入无人驾驶车辆的故障预 警和远程遥控技术，矿企能够第一时间识别车辆故障，通 过远程操控车辆行驶至安全区域或采取其他必要措施及时 处理。此外，无人驾驶矿用车还具备在恶劣天气和复杂路 况下稳定运行的能力，能够降低因环境因素引发的安全风 险，进一步确保矿山生产安全，减少矿企因不可控风险所 导致的法律责任和相关损失。

3、降低运营成本

无人驾驶方案在成本控制和经济效益提升方面具备 显著优势。一是在人力成本层面，露天矿企面临“招人难、 留人难”问题，司机流动较大，而无人驾驶解决方案能够 实现车辆真正意义上的“无人化”操作，矿企仅需配备少 量的遥控驾驶员和调度人员即可满足运营需求。经估算， 采用无人驾驶方案可减少司机成本 10-15 万元 /（年·人）， 百台（去安全员）的无人驾驶车辆，至少可节省司机成本 4000 万元 / 年。二是在设备成本方面，无人驾驶技术通 过减少人为操作失误降低机械磨损，进而实现设备维护成 本的下降。以轮胎损耗为例，无人驾驶矿卡通过优化驾驶 行为，如减少不必要的加速和刹车，从而延长轮胎的使用 寿命，降低轮胎损耗成本。据相关厂商运营数据，露天矿 应用无人驾驶技术后运输成本可降低 15%、轮胎寿命可 提高 40%。

4、提升运营效率

无人驾驶方案可实现矿卡的全天候运行，这是传统 “三班倒”模式也无法满足的工作时长。虽然在技术上， 目前无人矿卡的单车运输效率尚未完全达到或超越有人驾 驶矿卡的运输效率，但无人矿卡可通过提升运营时长来补 齐这一短板。据澳大利亚矿业技术集团测算，人工驾驶的 条件下每辆矿卡每年可工作 5500-6000 小时，而在无人驾 驶条件下每辆矿卡每年最大可达工作 7000 小时。另据澳 大利亚 FMG 集团测算，其 137 台无人驾驶矿卡生产效率 比传统人工运输提升了 30%。对于国内而言，新疆天池 能源南露天矿部署的无人矿卡单日单车运行时间平均可达 22 小时，相较于传统有人驾驶矿卡，其单日单车运行时 长多出 1 小时。此外，该矿内无人驾驶矿卡单日单车运输 方量为有人驾驶矿卡的 1.17 倍。

5、助力绿色低碳

近年来，环境、社会和企业治理（ESG）的关注度持 续提升，绿色矿山的建设已被提升至国家战略高度，并随 之迎来了更为严格的标准与要求。新能源无人驾驶矿卡充 分体现了发挥新质生产力所要推动和遵循的基本理念，其 应用也成为推动数字化和绿色化双化协同发展的重要突破 口。在燃油消耗与排放层面，无人驾驶矿卡以新能源为主， 即使采用增程技术，也能帮助矿卡实现更高效的能源利用。 测试数据显示，与纯柴油矿卡相比，增程式新能源无人驾 驶矿卡在保证动力性能的同时，能降低燃油消耗和排放， 节油率在 20% 至 30% 左右。