露天矿典型的开采工艺包括穿孔、爆破、采装、运输和排土等环节，其中矿岩运输对矿山核心业务（如岩层剥离和矿石外运）具有决定性作用，智能运载和协同作业是露天矿智能化建设的一个重要环节。

国外一些先进矿山智能运载已经从初期部分良好路段的无人驾驶矿卡，发展到整个矿区的无人驾驶矿卡，且兼容多设备协同下的自动作业全面铺开，无人驾驶自动作业已经走过了研究、试验和局部应用阶段，实践证明了其显著的优越性。

我国在这一领域的应用起步较晚，目前在一些露天煤矿开始了小范围的落地应用，如图1、图2所示。

图1 露天矿无人驾驶矿用卡车

图2 露天矿无人驾驶矿用卡车协同作业

在产业蓬勃发展中，仍存在一些问题：

①露天矿山自动作业的引入对采矿业务在安全性方面带来冲击；

②露天矿山自动作业系统指标体系及评价标准体系不健全；

③购置或改造的无人驾驶矿用车检测及验收依据不健全；

④不同技术公司实施的无人驾驶矿卡及管理平台软硬件接口、数据融合、信息交互的统一问题；

⑤露天矿山自动作业系统所涉及的车、路、网、测、运、维、管、安等的标准化以及协同问题。

这些问题亟需制定统一的系统标准来解决，但目前在该领域尚未建立系统的标准体系，在标准执行上也基本处于空白。

针对无人驾驶矿卡系统，现行的国际标准有ISO 17757：2019《Earth-moving machinery and mining - autonomous and semi-autonomous machine system safety》。

我国在2019年底已由全国土方机械标准化技术委员会牵头在国家标准委立项，等同转化ISO17757:2017标准，标准名称为GB/T41862—2022《土方及矿山机械自主和半自主机器系统安全》，已于2022年发布。

另一项相关技术标准为GB/T 34679—2017 《智慧矿山信息系统通用技术规范》，由全国信息技术标准化技术委员会（TC28）归口。

通过分析当前露天矿国际、国内智能运载与协同作业标准制定情况，结合在多个矿山已应用实施的自动化作业经验，从标准体系建设的基础性要求，到矿用车智能驾驶系统、地面调度系统、数据通信系统、协同作业系统的软硬件技术条件，从安全角度出发的矿山管理策略到矿山对智能驾驶系统的运行和保障，多角度立体化构建了露天矿山智能运载和协同作业标准体系。

该体系以通用基础要求作为开篇，接着提出了构成矿山智慧运载4个系统的软硬件技术要求，最后从安全和运维角度出发对管理提出了要求。

整个体系既从设备生产者和使用者角度规定了智能化设备的软硬件技术指标，也从管理者角度规定了具体作业流程要求和整体的安全指南，兼顾合理性、科学性、安全性、先进性特征要素。

从通用基础类标准、矿用车智能驾驶系统类标准、地面系统类标准、数据通信系统类标准、协同作业类标准、安全策略与管理类标准及运行管理与作业保障类标准7个方面（编号为100、200、…、700）构建标准体系框架，其中每个方面又从概念、功能等角度进一步细分，为方便标准管理进行编号，如编号100的通用基础大类细分为4个标准：术语定义101、通用要求102、分级表示103、评价验证104。露天矿智能运载和协同作业标准体系框架如图3所示。

图3 露天矿智能运载和协同作业标准体系框架

（1）通用基础标准

通用基础标准主要包括术语定义、通用要求、分级标识、评价验证4个部分。

1）术语定义标准：规定露天矿智能运载和协同作业常用术语及定义（其他标准中用到的术语可以全部在这里体现）。

2）通用要求标准：规定露天矿智能运载和协同作业无人驾驶矿用车、地面控制系统、通信、协同作业、安全策略、场地道路的一般要求、技术要求、操作规范、运维要求、日常管理等基本技术条件。从车、路、运、维、网、管、安等不同方面进行研究，形成体系化、专业化的技术标准。

3）分级标识标准：规定无人驾驶矿用车系统的分级要求，规范自动作业系统分级分类、风险警示和身份识别等标识。

4）评价验证标准：规定露天矿智能运载和协同作业技术、经济指标的达标情况，一般通过测试验证的方法进行评价，得到整个作业系统的适用性、经济性、安全性等是否满足要求。

测试验证标准包括对测试场地、测试环境、测试设备及数据采集、测试车辆、测试过程、测试通过、测试方法、测试场景分类、车辆测试、云控平台等测试要求。

评价无人矿车在特定路线、场景中的物料装卸、运输能力、整车定位精度，与外界进行信息交互并作出恰当决策的能力，规范矿卡道路均衡碾压、遇障处理、无人运输流程实验等测试与评价过程。

（2）矿用车智能驾驶系统标准

矿用车智能驾驶系统标准包括车载系统和线控系统2个部分。

1）车载系统标准：规定无人驾驶车载控制系统、感知系统、定位系统、规划决策系统等要求，并提出停车、指示/警报、标识、制动、转向、防火等相关技术要求。

2）线控系统标准：规定无人驾驶矿车线控化技术要求，包括基本要求、系统执行元件要求，以及无人驾驶模式切换系统、驱动系统线控化、发动机线控化、转向系统线控化、制动系统线控化、举升系统线控化、称重系统信息接入、自动灭火系统信息接入、无人驾驶行车警示系统线控化等要求。

矿用车智能驾驶系统标准也包括对单体矿用车的测试要求，包括整车矿卡的基本运行性能，如车速、爬坡稳定性、制动性能和转向能力等；

车载无人驾驶功能模块基于线控系统执行运行测试，在线控系统转向、驱动、举升、故障信息获取、警示等基本功能基础上重点开展无人驾驶系统功能单元的测试试验，对定位、感知、决策规划、控制等关键技术模块性能分别展开测试。

矿用车智能驾驶系统标准还从硬件冗余、可靠性软件设计、多种紧急急停手段等多层次安全保障机制角度，规范无人驾驶卡车的全方位立体化安全保障体系。

（3）地面系统标准

地面控制系统标准包括智能作业管理与监控系统、高精度地图、远程控制、自动运输仿真系统、路侧系统5个部分。

1）智能作业管理与监控系统标准：规定地图数据管理、车辆智能调度、集成运行监视、数据统计分析、基础数据管理、系统数据管理、路径规划、路权管理、车辆安全防护、远程遥控、报警管理、日志管理、车载视频监视、用户管理等功能模块及系统兼容性方面的要求；并规定系统安全模式授权管理机制、用户安全认证的要求。

2）高精度地图标准：规定地图采集、地图信息显示、地图管理、地图信息更新等要求。

3）远程控制标准：规定无人驾驶矿卡的远程监控和应急接管功能基本要求、远程遥控驾驶舱终端配置要求、远程遥控驾驶舱与车辆之间的技术指标要求等。

4）无人运输仿真系统标准：规定大批量无人驾驶矿卡编组作业环境下所配置的无人运输仿真系统搭建与测试的基本要求、仿真系统的构成、无人运输仿真系统单车无人驾驶算法的测试、与生产设备协同作业的测试、无人驾驶软硬件系统运行持久性与可靠性测试、仿真运行测试等要求。

5）路侧系统标准：规定路侧单元、定位基站、通信基站、地面各类管控终端（如停车场、加油区、破碎站等），保障系统网络可靠性的路侧单元RSU等配置及功能要求。

（4）数据通信标准

数据通信系统标准包括通信与网络、数据通信与信息交换2个部分。

1）通信与网络标准：规定露天矿4G/5G无人驾驶通信网络部署、核心网架构及主要功能、无线网网络架构及5G空口功能、V2X功能设计与具体应用场景、各类硬件通信设备接口等要求。

2）数据通信与信息交互标准：规定车-路-云通信协议以及软件接口协议，车端、路端、云端设备之间的实时通信，即无人驾驶作业区内车辆与地面控制系统设备之间的实时通信，矿卡与矿卡、矿卡与辅助作业设备间的V2V无线通信，矿卡与道路协同感知系统的V2I通信要求等，规定数据传输加密等功能要求。

（5）协同作业系统标准

协同作业管理系统标准包括协同装卸作业和其他辅助作业协同2个部分。

1）协同装卸作业标准：规定矿卡与电铲、矿用挖掘机、装载机、推土机等在装载、卸料协同作业过程中，车载人机交互设备、主控制器、定位系统、通信系统的技术规范；相关硬件设备在稳定性、耐用性，以及导航、通信的高精度、高可靠性方面的要求。

2）其他辅助作业协同标准：规定矿卡在加油、点检、维护、停产区驻停等过程中，与各类地面设施和所有进入矿用无人驾驶作业区域内的人工驾驶车辆、人员定位、姿态、速度等信息传递和控制要求。

（6）安全策略与管理标准

安全策略与管理标准包括安全指南要求、应急安全要求、作业安全要求、信息安全要求4个部分。

1）安全指南要求标准：规定露天矿智能运载和协同作业所涉及的上下游企业及相关机构在安全方面的责任义务，为露天矿无人驾驶自动作业所带来的危害因素提供辨识和控制方法；规定无人驾驶矿业规划和设计原则；规定无人驾驶自动作业相关系统层级的危险识别和风险评估要求等；规定安全培训，包括危险识别和风险评估、控制措施培训、正确完成任务所需的安全工作程序、人员能力评估的要求等内容。

2）应急安全要求标准：规定从应急管理角度出发，编写关于露天矿智能运载和协同作业在应急情况下，无人化驾驶自动作业危及安全的紧急情况的可能性及其潜在后果，制定应急管理策略，包括组织机构建设、人员配备、应急管理技术、应急处置与事故管理要求。

3）作业安全要求标准：规定无人运输作业系统多重安全保障机制，包括无人运输作业系统定位及通信系统稳定可靠性要求，无人驾驶对粉尘、雨雪雾天气的感知系统安全模块配置要求，无人驾驶系统传感器失效安全保障机制，无人运输作业系统应对路面湿滑、结冰等路况动态调整安全运行模式等要求；检修安全、火灾预警、安全停车等要求；设备安全管理、人员安全管理、用电安全管理、作业区域安全管理的要求；规定安全性测试要求，包括人工介入安全性、车辆自身故障安全性、线控系统安全性、无人驾驶系统安全性，测试结果作为无人矿卡系统合格判定标准的重要指标。

4）信息安全要求标准：规定安全通信协议性能要求、网络冗余安全性能要求、安全功能性能要求，数据传输加密安全、用户认证信息安全等功能要求。

（7）运行管理与作业保障标准

运行管理与作业保障包括健康管理、运行维护管理、道路场地及环境、路侧系统4个部分。

1）健康管理标准：规定车辆设备系统自检、故障诊断、检修结果上报、健康状态评估、数据存储与历史数据查询等功能要求。

2）运行维护管理标准：规定无人驾驶车辆及车端设备日常点检维护要求，地面控制系统维护要求，通信网络系统定期维护作业要求，核心网日常维护内容、无线侧日常维护内容、传输侧日常维护内容、动环配套侧日常维护内容等要求。

3）道路场地及环境标准：规定露天矿智能运载和协同作业环境适应性要求，包括行车感知道路距离、无人驾驶矿车速度、无人驾驶道路宽度、无人驾驶道路建筑界限等一般要求；运输路线的排布形式、横断面类型、车道数量、路肩宽度、路线坡度、路线圆曲线半径，采装区、卸料区、排土场等场地，道路抑尘、道路维护与管理，安全设施与附属工程等要求。

4）路侧系统标准：规定路侧单元、定位基站、通信基站、地面各类管控终端（如停车场、加油区、破碎站等），保障系统网络可靠性的路侧单元RSU等配置及功能要求。

根据上述标准框架，建议从以下角度考虑优先制定相关标准：

（1）从运输设备角度，编制关于可作为矿山检验、验收无人驾驶矿用自卸车的技术条件。

（2）从道路设计的基本规定、术语定义、技术要求角度，编制无人驾驶道路设计要求。

（3）从网络角度，编写关于通信网络架构及主要功能，各类硬件通信设备接口要求等。

（4）从封闭场地、矿区模拟场地、以及作业场地角度，编写关于无人驾驶矿车的工业性实验测试的条件与技术指标。

（5）从运行角度，规定矿卡与电铲等其他设备在作业过程中，车载系统人机交互设备、车载主控制器、定位和通信的协同运行要求。

（6）从维护角度，编写关于露天矿无人驾驶相关设备的点检及维护要求。

（7）从管理角度，编写地图数据、车辆调度、监视、路径等功能模块及系统兼容性等方面的要求。

（8）从安全角度出发，编写关于驾驶、作业等方面的安全技术要求和应急管理要求。

拟制定的相关标准覆盖整个露天矿山智能运载和协同作业的各个环节，包含车、路、网、测、运、维、管、安，各环节环环相扣、互相依存。基本建立起露天矿智能运载和协同作业标准体系基础，满足各方需求。智能运载和协同作业标准体系如图4所示。