吉林大学教授王健：V2X技术在无人矿山中的应用及测试场景库和系统

2018年12月7日-8日，以“创新驱动、技术引领”为主题的2018第六届“汽车与环境”创新论坛在上海·安亭正式举办。以下是吉林大学计算机学院教授、博导王健在本次论坛上发言的现场速记，未经专家审核。

吉林大学计算机学院教授、博导王健

　　今天听了很多很高大上的报告，我来分享一下V2X技术实际落地上的一些经验。给大家看一个这个月内蒙古煤矿遇到的一个场景，煤灰尘很严重，摄象头很容易会被挡住，在这个场景中，视觉方案没法用了，而激光雷达比较昂贵，矿山的需求是对车辆实现相互感知和实时监测，用通信的方案来解决。

　　目前在矿场工作的没有90后，80后的都很少，在矿上对一些岗位替换为无人化值守的需求就非常迫切。矿场是一体化的管理，在解决方案里面，通信是非常核心，所有状态的监控，所有数据的采集，所有控制指令的下发，都需要高质量的通信。矿场内摄像头很少，我们用无人机遥感矿场内道路，测绘出高精度地图，把地图存在云端，在云端进行一体化管理。

　　挖掘机都是无人化掘进，当然是对均匀化材质的挖掘，非均匀材质挖掘的时候不能无人化。我们会根据高精地图绘制完成后，在云端做规划，直接在云端做决策控制车进行执行。我们投入了很大的精力在做集群系统。

　　重点讲一下为什么做车辆无人化控制这件事。假设一个矿有350台车挖掘和运输车，不管是重卡还是宽体都算上，一台车是2个司机，矿场基本是24小时运行，每个司机工作11个小时左右，从6点钟开始工作。司机每个月工资7-9千元不等，平均按照8千来算，一个月工资就是560万人民币，一年12个月，矿上一年的人工支出是6720万，一台车按两年来算，两年的人力成本支出就是1.3个亿。

　　设备成本。我们要改造无人车，变成线控，加通信装置，加一定的控制装置，定位装置，平均38万左右，同样要1.3个亿，这意味着两年可以回收整个无人矿山所有的无人成本，投入一次，两年之内都回收回来，这是能省多少钱。

　　能多赚多少钱。刚刚说挖掘设备一旦上了无人矿山，24小时不间断，但以前用人工的时候，两班倒中间有一个午休，从12点到1点，所有重卡车全部停下来，停工一小时。以往是半个小时挖一趟，一个小时就是两趟，一趟挖45吨，350台车拉两趟，大约31500吨，煤价每吨500元，一天就能帮他多挖1575万元；如果是挖土，按方来算，一立方70元，挖土一小时挖掉245万元，乘上12个月，乘上24天。因为车辆不可能一个月都是满负荷工作，除节假日、下雨，休息七天，一个月工作24天，个月用无人车拉煤能多赚45亿，挖土能多赚7个亿。

　　摄象头的方案。挖掘机倒土时，镜头就会被遮住，看不到，我们试过摄像头前加一个防护罩可以洒水，洒完水之后一小时之内是可以工作的，过一小时又全部模糊了，再撒还模糊，慢慢就模糊掉了，再喷水就没有用了。

　　无人挖掘车和重卡在一起，把煤挖上来，挖到土坯场，然后给到重卡，运到站台，这个方案决定了我们的测试场景。模拟很难，因为挖掘车很大。没有办法像乘用车一样去测试场测试，急刹车容易把刹车片刹坏了。在无人矿场做测试的时候，我们的方案都是采用虚拟化的测试方案。先在模拟器上跑，跑完之后才能上真的车做实验。

　　几个场景。完成自动装载，完成空载行驶，完成重载行驶，完成自动卸载。运输车满载是110吨，拉满以后重载限速是30公里/每小时，测试重载和空载情况的两车会车，矿场内车道大概有20多米的宽，两车会车时候就很容易把对向车道的车当成潜在碰撞，AEB就会被触发出来，要测试一个算法，让会车在没有雷达的情况下，在矿场内让两个车在30公里/小时安全运行。

　　做无人矿场项目的时候，发现场景库决定了产品所应用的场景，比如说现在针对于矿山设计出一个场景库出来，我来测试这个矿场。但是这个矿山的场景库只能用于测试矿山的产品，你拿去做成车就不好用，只能决定在矿山这个场景的使用方法。

　　我现在对场景库的理解是决定了一个产品应用场景的，我们就做了一个产品，这是个用来做V2X测试的一个场景库的方法，我们在矿区里面“踩”路，矿区的路在设计上是有严格规范的，比如说坡度、宽度、盘旋都是严格的标准，把它全部需求罗列出来，功能很简单，装载、卸载、空载、满载四个工况列出来，参数速度、刹车距离等设计好以后，就形成了一个可以针对于矿用车辆的V2X技术方案下的测试场景库。把这些基本要素组成写好，这是我要测的各个参数，对所有参数都是放在虚拟场景库里面的。

　　另外，我们帮甲方实现基于V2X无人驾驶能力，甲方就会问一个非常重要的问题，他关心的是有了V2X之后，产品本身增加了哪些卖点，他们要求我们再去做一个基于V2X无人驾驶商品评价的研究，评价加了V2X有多好，没有加有什么坏处。

　　这个就是我们被测物，硬件设备、软件设备、测试工况。我们测试切入的点注入的是原始信号，还是真值，测试原始信号是传感器一同测，真值是测的背后的传感算法，或者算法本身看你输入的情况不一样。

　　这是我们现在的一个实际产品，一个台架。前面看到的表格会选出场景出来，通过发射设备发出来，经过信号源衰落，衰落给被测物，把它们合在一起完成整个V2X测试。

　　这是一个主测车，这是一个被测车，你在上位机把你要测试的工况都设置好，经过它进行衰落，这个衰落模型可以调，这个上位机可以动态的下发参数。把这个信号下发给被测物，被测物给他一个预警，然后再回来形成一个闭环的报告，记录什么时间有一个什么样的工况，被测物是改不了的，这个是由这个天线产生出一个人造出来的位置，欺骗被测物产生一个动态的比例出来。

　　这是实测的结果，这个信号完全是一个实验室环境，通过上位机的闭环能够把信号激发出来，捕捉到这个弹窗什么时间弹出来的，查到底是漏报还是误报。这个是信通院的环境，这个是IMA的算法，测它的工况。大家做过Simulink都明白，可以生成代码放到盒子里。这边是所有的参数，谢谢大家。