去年8月份，我跟著公司團(tuán)隊(duì)去內(nèi)蒙古一個(gè)露天煤礦做無(wú)人駕駛改造項(xiàng)目，那是我第一次真正接觸礦卡無(wú)人駕駛這個(gè)領(lǐng)域。說(shuō)實(shí)話(huà)，現(xiàn)場(chǎng)的震撼感比想象中強(qiáng)烈得多——幾十噸重的巨型礦卡，在沒(méi)有駕駛員的情況下，自己裝貨、運(yùn)輸、卸貨，整個(gè)流程行云流水。作為星創(chuàng)易聯(lián)的技術(shù)工程師，這次項(xiàng)目讓我對(duì)礦卡無(wú)人駕駛有了全新的認(rèn)識(shí)。

為什么露天礦山需要無(wú)人駕駛？

在礦山待了一個(gè)月，我深刻體會(huì)到這個(gè)行業(yè)的痛點(diǎn)。

首先是安全問(wèn)題。露天礦的作業(yè)環(huán)境極其惡劣，粉塵大、噪音高、視線(xiàn)差，駕駛員長(zhǎng)時(shí)間在這種環(huán)境下工作，事故風(fēng)險(xiǎn)非常高。去年全國(guó)礦山事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)里，運(yùn)輸環(huán)節(jié)占了相當(dāng)大的比例?？蛻?hù)的安全主管跟我說(shuō)，他們最擔(dān)心的就是夜班司機(jī)疲勞駕駛，出了事故整個(gè)礦都要停產(chǎn)整頓。

其次是用工成本?，F(xiàn)在招一個(gè)熟練的礦卡司機(jī)，月薪至少1.5萬(wàn)起，還要三班倒配人，一臺(tái)車(chē)至少得配3-4個(gè)司機(jī)。這個(gè)項(xiàng)目客戶(hù)有30臺(tái)礦卡，光司機(jī)工資一年就是幾百萬(wàn)。更麻煩的是，年輕人不愿意干這個(gè)，老司機(jī)又面臨退休，招工越來(lái)越難。

運(yùn)營(yíng)效率也是個(gè)大問(wèn)題。人工駕駛受限于駕駛員的狀態(tài)，高峰期運(yùn)力跟不上，低峰期人員閑置。無(wú)人駕駛系統(tǒng)可以7×24小時(shí)連續(xù)作業(yè)，根據(jù)調(diào)度系統(tǒng)靈活調(diào)整運(yùn)力，大幅提升運(yùn)輸效率。

礦卡無(wú)人駕駛的技術(shù)架構(gòu)

說(shuō)到礦卡無(wú)人駕駛，很多人以為就是把乘用車(chē)的自動(dòng)駕駛技術(shù)搬過(guò)來(lái)，其實(shí)完全不是那么回事。礦山環(huán)境的復(fù)雜程度遠(yuǎn)超城市道路，對(duì)系統(tǒng)的可靠性要求也高得多。

整個(gè)系統(tǒng)主要包括幾大部分：

車(chē)端感知系統(tǒng) 每臺(tái)礦卡上裝了一堆傳感器：3D激光雷達(dá)負(fù)責(zé)構(gòu)建周?chē)h(huán)境的三維地圖，毫米波雷達(dá)用來(lái)探測(cè)障礙物，高清攝像頭識(shí)別路面情況和交通標(biāo)識(shí)，RTK差分定位系統(tǒng)提供厘米級(jí)的定位精度。這些傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量非常大，每秒鐘幾個(gè)GB。

車(chē)載控制系統(tǒng) 這是整個(gè)系統(tǒng)的”大腦”，要實(shí)時(shí)處理傳感器數(shù)據(jù)，做出駕駛決策，控制轉(zhuǎn)向、油門(mén)、剎車(chē)。延遲必須控制在毫秒級(jí)，否則高速行駛時(shí)就會(huì)出危險(xiǎn)。

通信網(wǎng)絡(luò) 車(chē)端要和云端調(diào)度中心保持實(shí)時(shí)通信，上傳車(chē)輛狀態(tài)、位置信息、視頻流，下發(fā)調(diào)度指令。這對(duì)網(wǎng)絡(luò)的帶寬、延遲、可靠性都有極高要求。

云端調(diào)度平臺(tái) 統(tǒng)一管理所有無(wú)人礦卡，規(guī)劃行駛路線(xiàn)，協(xié)調(diào)車(chē)輛調(diào)度，監(jiān)控運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。

這次項(xiàng)目，我們用的車(chē)載網(wǎng)關(guān)是SV900，產(chǎn)品詳細(xì)參數(shù)可以看這里：https://www.key-iot.cn/Vehiclecommunication/sv900.html這款設(shè)備是專(zhuān)門(mén)為車(chē)載場(chǎng)景設(shè)計(jì)的，后面我會(huì)詳細(xì)說(shuō)說(shuō)它在項(xiàng)目中的表現(xiàn)。

網(wǎng)絡(luò)通信：礦卡無(wú)人駕駛的生命線(xiàn)

在整個(gè)系統(tǒng)里，網(wǎng)絡(luò)通信是最關(guān)鍵也是最容易出問(wèn)題的環(huán)節(jié)。

帶寬需求 一臺(tái)無(wú)人礦卡至少有6-8路高清攝像頭，還有激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)的數(shù)據(jù)，再加上控制指令和狀態(tài)信息，上行帶寬需求至少100Mbps。如果要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程接管（安全員在監(jiān)控中心遠(yuǎn)程操控），帶寬需求會(huì)更高。

延遲要求 自動(dòng)駕駛對(duì)延遲極其敏感。車(chē)速60km/h的情況下，100ms的延遲意味著車(chē)輛已經(jīng)前進(jìn)了1.67米。對(duì)于重達(dá)幾十噸的礦卡來(lái)說(shuō)，這個(gè)距離可能就是安全和事故的區(qū)別。我們項(xiàng)目要求端到端延遲不超過(guò)30ms。

可靠性需求 礦山環(huán)境對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋是個(gè)巨大挑戰(zhàn)。露天礦坑深度往往幾十米甚至上百米，基站信號(hào)很難全覆蓋。車(chē)輛在行駛過(guò)程中會(huì)經(jīng)常遇到信號(hào)盲區(qū)或弱覆蓋區(qū)域。普通的4G網(wǎng)絡(luò)根本扛不住，必須用5G，而且還要有備份方案。

SV900：為礦卡無(wú)人駕駛而生的車(chē)載網(wǎng)關(guān)

這次項(xiàng)目我們選擇SV900，主要看中了幾個(gè)特性：

雙5G鏈路設(shè)計(jì) SV900支持雙5G網(wǎng)絡(luò)，可以同時(shí)插兩張不同運(yùn)營(yíng)商的卡。內(nèi)蒙古那個(gè)礦區(qū)，我們用的是移動(dòng)+聯(lián)通雙卡方案。礦坑?xùn)|側(cè)移動(dòng)信號(hào)好，西側(cè)聯(lián)通覆蓋更穩(wěn)定，雙5G自動(dòng)選擇最優(yōu)鏈路，確保網(wǎng)絡(luò)不中斷。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)效果很好，單條5G鏈路下行速率穩(wěn)定在800Mbps左右，完全能滿(mǎn)足多路視頻流的傳輸需求。更重要的是，當(dāng)一條鏈路出問(wèn)題時(shí)，另一條能立即接管，切換時(shí)間小于200ms，對(duì)業(yè)務(wù)幾乎無(wú)感知。

M12航空接頭 礦卡工作環(huán)境太惡劣了，粉塵、振動(dòng)、高低溫，普通的RJ45網(wǎng)線(xiàn)接口根本扛不住。我之前見(jiàn)過(guò)有些項(xiàng)目用消費(fèi)級(jí)設(shè)備，跑了一個(gè)月網(wǎng)口就松了，接觸不良導(dǎo)致頻繁斷網(wǎng)。

SV900用的是M12航空接頭，工業(yè)級(jí)的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，抗振動(dòng)、防塵防水?，F(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，擰緊鎖扣就行，非常牢固。這個(gè)細(xì)節(jié)看似不起眼，但對(duì)設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行太重要了。

多網(wǎng)聚合SDK 這個(gè)功能很有意思。SV900內(nèi)置了多網(wǎng)聚合SDK，可以把兩條5G鏈路的帶寬疊加起來(lái)使用。在需要大流量上傳的場(chǎng)景（比如系統(tǒng)升級(jí)、日志同步），單鏈路帶寬不夠，多網(wǎng)聚合就能派上用場(chǎng)。

我們測(cè)試過(guò)，雙5G聚合后上行帶寬能達(dá)到200Mbps+，下載礦卡系統(tǒng)的OTA升級(jí)包（一般2-3GB），10多分鐘就搞定了。要是單鏈路，至少得半小時(shí)。

NTRIP協(xié)議支持 這個(gè)是RTK高精度定位的關(guān)鍵。礦卡無(wú)人駕駛要求定位精度在厘米級(jí)，普通GPS根本不行，必須用RTK差分定位。

RTK系統(tǒng)需要從基站獲取差分?jǐn)?shù)據(jù)，傳輸協(xié)議就是NTRIP。SV900原生支持NTRIP，配置起來(lái)很簡(jiǎn)單，在Web界面填上基站地址和賬號(hào)就行。不需要額外的轉(zhuǎn)換設(shè)備，節(jié)省了成本也減少了故障點(diǎn)。

5路M12以太網(wǎng)口 礦卡上的設(shè)備非常多：自動(dòng)駕駛控制器、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭、工控機(jī)等等，每個(gè)設(shè)備都需要網(wǎng)絡(luò)連接。SV900提供了5路千兆以太網(wǎng)口，接口數(shù)量夠用，而且都是M12接頭，連接可靠。

232/485/CAN接口 除了以太網(wǎng)設(shè)備，礦卡上還有不少傳統(tǒng)的串口設(shè)備，比如車(chē)輛總線(xiàn)（CAN）、一些傳感器用的是RS232或RS485。SV900把這些接口都集成了，一臺(tái)設(shè)備解決所有連接需求。

我們項(xiàng)目里用CAN接口讀取礦卡的油量、速度、轉(zhuǎn)向角度等車(chē)輛信息，用RS485接口連接了一個(gè)氣象站（監(jiān)測(cè)風(fēng)速、溫度、濕度）。有了這些數(shù)據(jù)，調(diào)度系統(tǒng)能做出更合理的決策。

實(shí)際部署經(jīng)驗(yàn)分享

這個(gè)項(xiàng)目從前期調(diào)研到正式上線(xiàn)，整整花了4個(gè)月。期間踩了不少坑，也積累了一些經(jīng)驗(yàn)。

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃很重要

開(kāi)工前我們做了詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)勘測(cè)，用專(zhuān)業(yè)設(shè)備測(cè)試了礦區(qū)的5G信號(hào)覆蓋。發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)盲區(qū)，和運(yùn)營(yíng)商溝通后新增了兩個(gè)基站，總算把覆蓋做好了。

建議大家做礦卡無(wú)人駕駛項(xiàng)目，一定要先把網(wǎng)絡(luò)搞清楚。不要等設(shè)備都裝上了才發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)不行，那就麻煩了。

設(shè)備安裝位置有講究

SV900裝在哪里也是個(gè)學(xué)問(wèn)。裝得太低容易被遮擋影響信號(hào)，裝得太高天線(xiàn)延長(zhǎng)線(xiàn)損耗大。我們最后選擇裝在駕駛室后方的設(shè)備艙里，既能保護(hù)設(shè)備又不影響信號(hào)。

天線(xiàn)一定要裝在車(chē)頂，而且要離金屬表面有一定距離（至少5cm），不然會(huì)影響信號(hào)強(qiáng)度。我們用了專(zhuān)用的天線(xiàn)支架，效果不錯(cuò)。

供電系統(tǒng)要做好

礦卡的電源系統(tǒng)比較復(fù)雜，電壓波動(dòng)大，啟動(dòng)時(shí)瞬間電流很大。SV900支持9-36V寬電壓輸入，適應(yīng)性很強(qiáng)，但最好還是加個(gè)穩(wěn)壓模塊，保護(hù)一下設(shè)備。

我們項(xiàng)目里用的是24V供電，中間加了一個(gè)DC-DC穩(wěn)壓器，保證輸出穩(wěn)定在24V±0.5V。跑了快一年，SV900沒(méi)出過(guò)電源問(wèn)題。

日志存儲(chǔ)功能很實(shí)用

SV900支持日志FLASH存儲(chǔ)，這個(gè)功能在調(diào)試階段特別有用。出了問(wèn)題可以把日志導(dǎo)出來(lái)分析，快速定位故障原因。

有一次一臺(tái)礦卡突然失聯(lián)，我們從SV900的日志里發(fā)現(xiàn)，失聯(lián)前網(wǎng)絡(luò)延遲突然飆升到幾百毫秒，然后就斷開(kāi)了。拿著日志找運(yùn)營(yíng)商，他們查出來(lái)是某個(gè)基站有故障。如果沒(méi)有日志，這種問(wèn)題很難查。

定期維護(hù)不能少

雖然SV900的可靠性很好，但定期維護(hù)還是必要的。我們建議每個(gè)月檢查一次：

清理設(shè)備表面灰塵

檢查天線(xiàn)連接是否牢固

查看設(shè)備日志，有無(wú)異常

測(cè)試網(wǎng)絡(luò)性能，確保速度和延遲正常

這些工作不復(fù)雜，但能有效預(yù)防故障。

實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)

項(xiàng)目上線(xiàn)半年多了，我最近回訪(fǎng)了一次，收集了一些運(yùn)行數(shù)據(jù)：

網(wǎng)絡(luò)性能

平均下行速率：750Mbps（雙5G聚合）

平均上行速率：120Mbps

端到端延遲：平均18ms，99分位26ms

網(wǎng)絡(luò)可用性：99.7%（每天斷網(wǎng)時(shí)間不超過(guò)4分鐘）

系統(tǒng)穩(wěn)定性

30臺(tái)礦卡，共30臺(tái)SV900

運(yùn)行時(shí)間：6個(gè)月

設(shè)備故障：0次

網(wǎng)絡(luò)中斷導(dǎo)致的安全接管：3次（都是運(yùn)營(yíng)商基站問(wèn)題）

經(jīng)濟(jì)效益

運(yùn)輸效率提升：35%（對(duì)比人工駕駛）

人員成本節(jié)約：每年約500萬(wàn)（減少90個(gè)司機(jī)崗位）

安全事故：0起（之前平均每年2-3起）

客戶(hù)非常滿(mǎn)意，現(xiàn)在準(zhǔn)備把第二期的20臺(tái)礦卡也改造成無(wú)人駕駛。

礦卡無(wú)人駕駛的技術(shù)趨勢(shì)

從這個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，礦卡無(wú)人駕駛技術(shù)還在快速發(fā)展，有幾個(gè)趨勢(shì)值得關(guān)注：

5G-Advanced（5.5G）的應(yīng)用 現(xiàn)在的5G網(wǎng)絡(luò)雖然夠用，但在極端場(chǎng)景下還是會(huì)有壓力。5G-A提供了更大的帶寬和更低的延遲，未來(lái)會(huì)成為標(biāo)配。

SV900支持Redcap網(wǎng)絡(luò)，這是5G的輕量化版本，在一些低速場(chǎng)景下可以節(jié)省功耗和成本，很適合礦區(qū)的一些輔助設(shè)備。

邊緣計(jì)算的融合 把部分計(jì)算任務(wù)放到車(chē)端或礦區(qū)邊緣服務(wù)器，可以降低對(duì)網(wǎng)絡(luò)延遲的依賴(lài)。SV900基于OpenWrt系統(tǒng)，有一定的計(jì)算能力，未來(lái)可以跑一些輕量級(jí)的邊緣應(yīng)用。

車(chē)路協(xié)同 不光是車(chē)要智能，路也要智能。礦區(qū)會(huì)部署智能路側(cè)設(shè)備，和礦卡實(shí)時(shí)通信，提供更豐富的環(huán)境感知信息。這對(duì)網(wǎng)絡(luò)的多連接能力提出了新要求，SV900的多以太網(wǎng)口設(shè)計(jì)正好滿(mǎn)足這個(gè)需求。

寫(xiě)在最后

礦卡無(wú)人駕駛是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及感知、決策、控制、通信等多個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都不能有短板。網(wǎng)絡(luò)通信雖然不是最顯眼的部分，但絕對(duì)是最基礎(chǔ)、最關(guān)鍵的。

SV900作為車(chē)載網(wǎng)關(guān)，在這個(gè)項(xiàng)目中表現(xiàn)出色。雙5G設(shè)計(jì)、工業(yè)級(jí)防護(hù)、豐富的接口、NTRIP支持，這些特性都是針對(duì)實(shí)際需求精心設(shè)計(jì)的，不是為了堆參數(shù)而堆參數(shù)。

如果你也在做礦卡無(wú)人駕駛或者類(lèi)似的車(chē)載項(xiàng)目，強(qiáng)烈建議考慮一下SV900。我們星創(chuàng)易聯(lián)可以提供完整的技術(shù)支持，從方案設(shè)計(jì)到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，全程協(xié)助。

礦山智能化是大勢(shì)所趨，無(wú)人駕駛技術(shù)會(huì)越來(lái)越成熟。作為技術(shù)工程師，能參與到這個(gè)變革過(guò)程中，還是挺有成就感的。期待未來(lái)有機(jī)會(huì)和大家交流更多實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。

原創(chuàng)文章，作者：星創(chuàng)，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明出處：https://www.key-iot.com.cn/kszy/1352.html

審核編輯 黃宇