露天矿无人驾驶矿卡速度规划研究.pdf

第30卷 第3期 Vol.30 No.3 2022 年6 月 GoldScienceandTechnology Jun.，2022 露天矿无人驾驶矿卡速度规划研究 王鹏飞，毕林，王李管* 中南大学资源与安全工程学院，湖南 长沙 410083 摘 要：露天矿道路结构复杂，由于行驶轨迹冲突、感知受限等原因，矿卡行驶中易发生碰撞事故，现有基于 传感器的感知避障方法易出现急刹急停和减速停车再启动等决策，不仅造成轮胎磨损和燃油浪费，而且会 严重影响通行效率。为解决上述问题，结合露天矿通行场景的特殊性以及无人驾驶矿卡可精准执行规划 速度的优点，提出了一种基于时间距离约束消解车间冲突和基于自适应梯形速度规划方法规划速度的矿 卡全程无冲突协同通行速度规划方法。试验结果表明：该方法在不影响已有矿卡正常通行的前提下消解 车间冲突，提高目标矿卡行驶速度的平稳性，相对于传统“停—走”式策略通行算法总通行时长减少了21%。 关键词：露天矿山；无人驾驶；矿用卡车；速度优化；规划协同；梯形速度规划 中图分类号：TD176 文献标志码：A 文章编号：1005-2518（2022）03-0460-10 DOI：10.11872/j.issn.1005-2518.2022.03.006 引用格式：WANG Pengfei ，BI Lin ，WANG Liguan.Research on Speed Planning of Unmanned Driving Mining Trucks in Open-pit Mines ［J ］.Gold Science and Technology ，2022 ，30（3 ）：460-469. 王鹏飞，毕林，王李管. 露天矿无人驾驶矿卡速度规划研究［J ］. 黄 金科学技术，2022 ，30（3 ）：460-469. 露天开采是目前全球矿山开采的主要方式。 物运动轨迹预测结果计算行驶路径上的速度分布， 随着数字化、信息化和智能化在矿山行业中的逐步 给位姿点赋予时间和速度等属性（余卓平等 ， 推进，露天开采多个工艺环节也向着智能化方向发 2017），规划结果用于目标矿卡纵向控制。良好的 展。露天矿运输是露天矿生产系统中的一个重要 速度规划对提升通行安全性、减少燃油消耗和行驶 环节。由于矿山工作环境非常恶劣，且需要全天候 时间，以及提升矿卡使用经济性和时效性具有重要 运行，矿山运输无人驾驶技术成为推进智能矿山建 意义（Guoetal.，2019；Zhangetal.，2018；付锐等， 设的关键点（刘伟芳等，2020；丁震等，2020；武讲 2019）。目前关于露天矿矿卡的速度规划研究较 等，2021）。 少，且集中于局部速度规划，即采用传感器和车载 无人驾驶系统可划分为定位、感知、决策规划 摄像头，为了实现避障而进行的局部速度决策（王 和控制四大模块（陶倩文等，2019），其中，决策规划 富民等，2021）。然而，露天矿多处于郊区，交通环 模块包含宏观路径规划和运动规划。运动规划作 境恶劣，面对复杂多变的天气和粉尘飞石，车载传 为自动驾驶的核心环节之一，包含局部路径规划和 感器的工作稳定性将受到很大的干扰。同时，露天 速度规划2个方面，其功能是生成自动驾驶矿卡的 矿道路结构复杂，部分会车区域坡度较大，传感器 运动轨迹，以躲避行驶路线上的障碍物（于向军等， 感知受限，最终将直接影响无人驾驶矿卡的安全运 2021；Gonzálezetal.，2016）。由于露天矿运输矿卡 行。以交叉口避障速度规划为例，由于交叉口处存 体积和载重较大，行驶中具有较高的惯性，一般情 在矿卡行驶轨迹冲突，目前